JP2014119603A - プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像スリーブ４１と、感光ドラム１がねじれた位置関係にある画像形成装置において、濃度ムラを抑制し、良好な画像形成を行う。
【解決手段】回転可能な感光ドラム１と、感光ドラム１の周面を帯電する帯電ローラ２と、感光ドラム１の周面に形成された静電潜像を現像する、回転可能な現像スリーブ４１と、を有し、現像スリーブ４１が、感光ドラム１に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接して設けられることにより、現像が行われる現像領域が感光ドラム１の回転軸に対してねじれた位置関係となるプロセスカートリッジにおいて、帯電が行われる帯電領域から現像領域までの感光ドラム１の周方向における距離が、感光ドラム１の回転軸方向に亘って所定の範囲内となるように、帯電領域が感光ドラム１の回転軸に対してねじれた位置関係となることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。

近年、現像装置を備える電子写真方式のプリンタ（画像形成装置）は、小型でより安価なものが求められている。この要求に答えるため、現像剤としてのトナーを現像剤担持体としての現像スリーブ（現像ローラ）に付着させ、該現像スリーブを像担持体としての感光ドラムに押し付けて現像を行う所謂接触現像を用いた現像装置が提案されている。
このような現像装置において、より小型でより安価にするためには、現像スリーブの径を細くする必要がある。このとき、現像スリーブの径を細くした場合、現像スリーブが撓み、用紙の端部と中央部とで印字濃度が変わることがある。また、現像スリーブが撓むと、中央部に比べて端部の方で押圧力が強くなるので、感光ドラムの端部の摩耗が多くなる。そこで、特許文献１に示されるような、現像スリーブの回転軸と感光ドラムの回転軸とが相互にねじれた位置関係となるように構成した現像装置を用いることで、撓みを吸収して回転軸方向において略均一な圧接力を得る現像装置が提案されている。

特開平０５−２８１８４９号公報

しかしながら、現像スリーブの回転軸と感光ドラムの回転軸とが相互にねじれた位置関係となるように構成した現像装置においては、帯電装置から現像スリーブまでの感光ドラム上の距離が、回転軸方向（長手方向）で異なる。つまり、帯電された感光ドラムの表面が現像スリーブに至るまでの時間が長手で異なることとなる。
ここで、帯電装置により帯電された感光ドラム上の帯電電位は、時間とともに低下する。特に、感光ドラムの感光層の膜厚が小さくなると帯電電位の時間低下は顕著になる。資源の有効活用や、コストの観点から、感光ドラムの膜厚が小さくなるまでの使用が求められている。そのため、現像スリーブがねじれ位置にある現像装置を用い、感光ドラムの膜厚が小さい状態まで使用しようとすると、帯電されてから現像スリーブのまでの距離が近い部分では、帯電電位の時間低下が少ないため電位が高くなる。逆に、距離が遠い部分では電位が低くなる。そのため、帯電電位の長手ムラが発生してしまう。感光ドラム上の電位の長手ムラがあると、かぶりや濃度ムラの原因となる。

上記課題に鑑みて、本発明の目的は、現像ローラと、像担持体がねじれ関係で当接されるプロセスカートリッジにおいて、良好な画像形成が可能なプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のプロセスカートリッジは、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体の周面を帯電する帯電装置と、
前記像担持体の周面に形成された静電潜像を現像する、回転可能な現像ローラと、
を有し、
前記現像ローラが前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接されて設けられることにより、
前記像担持体上の周面上のうち前記現像ローラによって現像が行われる現像領域が、前記像担持体の回転軸に対してねじれた位置関係となるプロセスカートリッジにおいて、
前記像担持体の周面上のうち前記帯電装置によって帯電される帯電領域が、前記像担持体の回転軸に対して、前記現像領域と同じ方向にねじれた位置関係となることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、上記プロセスカートリッジを着脱可能に備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体の周面を帯電する帯電装置と、
前記像担持体の周面に形成された静電潜像を現像する、回転可能な現像ローラと、
を有し、
前記現像ローラが前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接されて設けられることにより、
前記像担持体上の周面上のうち前記現像ローラによって現像が行われる現像領域が、前記像担持体の回転軸に対してねじれた位置関係となる画像形成装置において、
前記像担持体の周面上のうち前記帯電装置によって帯電される帯電領域が、前記像担持体の回転軸に対して、前記現像領域と同じ方向にねじれた位置関係となることを特徴とする。

本発明によれば、現像ローラと、像担持体がねじれ関係で当接されるプロセスカートリッジ及び画像形成装置において良好な画像形成が可能となる。

実施例１に係る画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 実施例１における感光ドラムに対する現像スリーブの配置を説明する図 実施例１における現像スリーブと帯電ローラの配置を説明する図 感光ドラム上の帯電電位の時間変化を示す図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
まず、図１を用いて、実施例１に係る画像形成装置の全体構成と、画像形成動作の概略について説明する。図１は、実施例１に係る画像形成装置の全体構成の概略断面図である。図１に示すように、実施例１に係る画像形成装置１００は、主な構成要素として、像担持体としての感光ドラム１、帯電装置としての帯電ローラ２、露光装置３、現像手段としての現像器４、転写ローラ５、定着装置７を備えている。また、画像形成装置１００は、画像形成装置の動作を制御する手段としての制御部９を備えている。制御部９は、各種の電気的情報信号の授受を行い、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理、所定の作像シーケンス制御等を司る。また、実施例１において、画像形成装置１００は、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像器４を一体的にカートリッジ化したプロセスカートリッジを着脱可能に備えている。

感光ドラム１は、不図示の感光体駆動モータによって、図１中の矢印方向に回転可能に設けられている。また、感光ドラム１は、アルミニウムなどからなる芯金上に電荷発生層を形成し、その上に電荷輸送層を形成した所謂有機感光体である。実施例１において、電荷輸送層は、ポリカーボネート樹脂により形成されており、画像形成により次第に摩耗する。

帯電ローラ２は、回転可能に設けられており、不図示の帯電用電源から所定のタイミングで負電荷が印加されることにより感光ドラム１上（像担持体上）を一様に負帯電する。露光装置としてのレーザ露光ユニット３は、画像データに応じて、レーザビームを用いて感光ドラム１にその主走査方向（感光ドラム１の回転軸方向）に露光を繰り返しつつ、副走査方向（感光ドラム１の表面移動方向）にも露光を行うことで静電潜像を形成する。現像器４は、回転可能に設けられる現像ローラ（現像剤担持体）としての現像スリーブ４１を備えている。この現像スリーブ４１が、不図示の現像バイアス電源から現像バイアスＶｄｃを印加されることにより、感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像する。以下、感光ドラム１の表面のうち、現像スリーブ４１によってトナーが供給され現像が行われる領域を現像領域といい、帯電ローラ２によって帯電される領域を帯電領域という。

さらに、現像器４について詳細を説明する。現像スリーブ４１は、回転自在に現像器４の枠体に支持されている。現像スリーブ４１は、中空のアルミなどの非磁性素管の周囲に所定の体積抵抗を持つ導電性弾性ゴム層を設けたものである。また、現像スリーブ４１中にはマグネットローラ４３が固定され配置されている。

また、実施例１に係る現像器４は、現像剤としてのトナーを収容する現像容器を備えており、現像容器内にはトナーを撹拌するための撹拌部材４４が設けられている。ここで、トナーとしては、負帯電性の磁性一成分トナーを用いた。現像容器内のトナーは、現像容器内で撹拌されると共に現像スリーブ４１に搬送され、マグネットローラ４３の磁力により現像スリーブ４１の表面に供給される。現像スリーブ４１の表面に供給されたトナーは、現像ブレード４２を通過することで均一薄層化や摩擦帯電によって負帯電性に帯電される。その後、感光ドラム１と接触する現像領域まで搬送され、静電潜像を現像し、現像剤像としてのトナー像を形成する。

感光ドラム１上に可視化され形成されたトナー像は、さらに転写ローラ５との接触部に送られ、タイミングに合わせて搬送されてくる紙等の記録材Ｒ上に転写される。なお、転写ローラ５と感光ドラム１との間には、不図示の電源によって転写ローラ５に転写バイアスが印加されている。

さらに、トナー像が転写された記録材Ｒは、定着装置７に搬送される。定着装置７において、記録材Ｒには熱及び圧力が加えられ転写されたトナー像は記録材Ｒに定着される。一方、転写後に転写されずに感光ドラム１上に残ったトナーは、クリーニングブレード６１により除去され、クリーニングブレード６１が取り付けられている廃トナー容器６２内に収納される。その後、感光ドラム１表面は再び帯電ローラ２により帯電され、上述の工程を繰り返す。

（現像スリーブの感光ドラムに対する配置）
次に、図２を用いて、実施例１における現像スリーブ４１の感光ドラム１に対する配置について説明する。図２（ａ）は、実施例１における現像スリーブと感光ドラムを示す斜視図であり、図２（ｂ）は、実施例１における感光ドラムの展開図上での現像スリーブの配置を示す図である。

現像スリーブ４１は、感光ドラム１に圧接され押圧力を受けて撓む。そのため、回転軸方向における中心部よりも端部の方が感光ドラム１に対する当接圧が大きくなってしまう。そこで、実施例１においては、図２（ａ）に示すように、現像スリーブ４１の回転軸と、感光ドラム１の回転軸を相互にねじれの位置関係となるように配置している。このような構成にすることによって、現像スリーブ４１を小型化することによる現像スリーブ４１の撓みが発生しても、回転軸方向（以下、長手方向ともいう）における感光ドラム１に対する押圧分布を均一にすることが出来る。

（帯電ローラの感光ドラムに対する配置）
次に、図３を用いて、実施例１における帯電ローラ２の感光ドラム１に対する配置について説明する。図３（ａ）は、実施例１における感光ドラム上での展開図であって、図３（ｂ）は、感光ドラムと、感光ドラムに当接する現像スリーブと帯電ローラを示す断面図である。図３（ｂ）中の符号２ａ、２ｂは、それぞれ帯電ローラ２の長手手前方側、長手奥側を示している。また、符号４１ａ、４１ｂは、それぞれ現像スリーブ４１の長手手前方側、長手奥側を示している。また、図３（ｂ）中のαは、感光ドラム１に対する現像スリーブ４１の交差角を示し、βは、感光ドラム１に対する帯電ローラ２の交差角を示している。

帯電ローラ２も現像スリーブ４１と同様に、感光ドラム１に対してねじれた位置関係となるように配置されている。そして、そのねじれ配置は、現像スリーブ４１のねじれ配置と同じ方向である。このように、現像スリーブ４１と帯電ローラ２を同じ方向のねじれ配置とすることで現像スリーブ４１の長手で発生する時間差を抑制することができる。なお、図３（ａ）における、２′は、現像スリーブ４１とは異なる方向のねじれた位置関係を表している。

感光ドラム１に対する配置がねじれた位置関係となることについて、さらに詳細に説明する。従来あったように、感光ドラム１と帯電ローラ２が平行に設けられ、且つ現像スリーブ４１と感光ドラム１とがねじれた位置関係にあると感光ドラム１の周面上の帯電領域から現像領域までの距離が、回転軸方向で大きく異なることとなってしまう。つまり、感光ドラム１の表面が帯電されてから現像スリーブ４１と感光ドラム１とが接触する現像領域まで感光ドラム１の周面が移動する時間が回転軸方向で異なることとなる。

ここで、図４に感光ドラム１の帯電電位を−５００Ｖで帯電させてからの帯電電位の時間変化を示す。図４のグラフ中の実線は、感光ドラム１の膜厚が５μｍの場合の帯電電位を、破線は、感光ドラム１の膜厚が７μｍの場合の帯電電位を示す。図４から分かるように、帯電ローラ２によって帯電された感光ドラム１の帯電電位は時間経過とともに減衰し（絶対値が小さくなり）、電位の減衰は膜厚が小さい方が顕著になる。

電子写真方式の画像形成装置では、トナーを定着装置７により記録材Ｒに定着させるが、記録材Ｒの熱容量が大きいとトナーを定着するための熱が不足するために、印字速度を落とすことがある。感光ドラム１の膜厚が小さく、印字速度が遅いと、現像スリーブ４１の回転軸方向における帯電電位差が大きくなってしまう。このように、現像スリーブ４１の回転軸方向における感光ドラム１の帯電電位が異なると、記録材Ｒの左右での濃度差が発生する等の画像不良の原因となる。そこで、実施例１においては、帯電ローラ２の感光ドラム１に対する位置関係を、現像スリーブ４１と同方向のねじれ位置関係にすることで、現像スリーブ４１の長手方向に対する感光ドラム１の帯電電位差を抑制することが可能である。

ここで、実施例１においては、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電は、帯電ローラ２と感光ドラム１との空隙で発生する放電現象により帯電させるため、帯電ローラ２は感
光ドラム１に対して、回転軸方向に亘って当接させる必要がある。感光ドラム１の回転軸と帯電ローラ２とのなす角度が大きくなると、帯電ローラ２が感光ドラム１に当接できなくなる。感光ドラム１と帯電ローラ２とが当接しないと放電するための空隙が適正でなくなり、帯電不良が発生してしまう。つまり、感光ドラム１に対する帯電ローラ２のねじれ配置には制限がある。

以下、実施例１における感光ドラム１に対する現像スリーブ４１、帯電ローラ２の具体的な配置について説明する。実施例１において、感光ドラム１の外径は２４ｍｍであり、現像スリーブ４１の外径は１０ｍｍであり、現像スリーブ４１が当接する感光ドラム１の画像形成域は２２６ｍｍである。

現像スリーブ４１は、感光ドラム１に略均一な当接圧を得るため交差角をつけて当接されており、その交差角αは５．５°である。この交差角αにより、感光ドラム１の周面のうち、現像スリーブ４１により現像される現像領域は、感光ドラム１の回転軸方向の両端部で周方向における距離差が１．６ｍｍとなっている。

また、帯電ローラ２の外径は８ｍｍである。実施例１において、この帯電ローラ２は、感光ドラム１の均一帯電性や耐久性の観点から最適な範囲で、感光ドラム１に対して、交差角βを２．５°にしてねじれ位置に設けられている。これにより、感光ドラム１の周面のうち、帯電ローラ２により帯電される帯電領域は、感光ドラム１の回転軸方向の両端部で周方向における距離差が０．８ｍｍとなっている。

また、印字時の感光ドラム１の表面速度は、５０ｍｍ／ｓｅｃである。感光ドラム１が新品状態では膜厚は７μｍである。この膜厚は、印字を行うことで次第に小さくなり、１０００枚印字を行うと、５μｍとなった。感光ドラム１の膜厚が７μｍの場合と、５μｍの場合の帯電電位の時間変化は、図４に示した通りである。

実施例１において、上記の条件で帯電ローラ２を感光ドラム１に対して現像スリーブ４１と同方向のねじれ配置にすると、新品状態の膜厚が７μｍの場合、回転軸方向の両端部における電位差は１Ｖであった。また、印字により膜厚が５μｍとなった場合は、回転軸方向の両端部における電位差は４Ｖであった。

一方、比較例として帯電ローラ２が感光ドラム１と平行に配置されている場合、表１に示すように、膜厚が７μｍの場合の回転軸方向の両端部における電位差は３Ｖで、膜厚が５μｍの場合は電位差は１０Ｖであった。感光ドラム１上で帯電ローラ２（すなわち、帯電領域）から現像スリーブ４１（すなわち、現像領域）までの周方向の距離が長い側は、帯電電位の低下量が多くなり、画像濃度が濃くなる。そのため、回転軸方向において画像濃度ムラが発生することとなる。下記表１に、長手電位差（両端部における電位差）と画像濃度ムラの関係を示す。

表１から、比較例１においても新品状態では画像濃度ムラ許容外は発生しなかったが、
１０００枚印字後の膜厚が５μｍでは、回転軸方向で電位差が１０Ｖ以上発生し、長手濃度ムラ許容外が発生してしまう。一方、実施例１においては、膜厚５μｍの場合であっても許容内発生に抑制することができた。すなわち、実施例１においては、比較例よりも回転軸方向における画像濃度ムラを抑制することができた。

上述したように、実施例１においては、帯電領域から現像領域までの感光ドラム１の周方向における距離が、感光ドラム１の回転軸方向に亘って所定の範囲内となるように、帯電領域が感光ドラム１の回転軸に対してねじれた位置関係になるように構成した。そのため、感光ドラム１と現像スリーブ４１とがねじれた位置関係にある画像形成装置において、感光ドラム１の回転軸方向における濃度ムラを抑制し、良好な画像形成をすることができる。

（実施例２）
次に、実施例２に係る画像形成装置について説明する。実施例２においては、帯電装置としてコロナ放電によるコロナ帯電器を採用したことが、実施例１と異なる点である。その他の構成については、実施例１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用いてその説明は省略する。

コロナ帯電器を用いた非接触帯電方式においては、実施例１の帯電ローラ２を用いた場合と異なり、感光ドラム１の回転軸とのなす角度が大きくなると帯電ローラ２が感光ドラム１に当接できなくなるという問題はなく、コロナ帯電器の配置の制限が少ない。そのため、コロナ帯電器においては現像スリーブ４１のねじれ配置と同様のねじれ関係とする。すなわち、現像領域と帯電領域との関係を回転軸方向に亘って平行とする。すなわち、帯電領域と現像領域との感光ドラム１の周方向における距離が回転軸方向に亘って略同一となるように、コロナ帯電器によって感光ドラム１を帯電する。なお、ここで言うところの略同一とは本発明の効果を享受できる範囲を指す。具体的に実施例２においては、帯電領域の両端部における距離差が現像領域の両端部の距離差と同じ１．６ｍｍとなるように、コロナ帯電器によって感光ドラム１を帯電した。

このように、実施例２においては、配置の制限の少ないコロナ帯電器を配置することによって、実施例１よりも回転軸方向における濃度ムラを抑制し、良好な画像形成を行うことが可能となる。

１…感光ドラム（像担持体）、２…帯電ローラ（帯電装置）、４１…現像スリーブ（現像ローラ）

Claims (7)

1. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の周面を帯電する帯電装置と、
   前記像担持体の周面に形成された静電潜像を現像する、回転可能な現像ローラと、
   を有し、
   前記現像ローラが前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接されて設けられることにより、
   前記像担持体上の周面上のうち前記現像ローラによって現像が行われる現像領域が、前記像担持体の回転軸に対してねじれた位置関係となるプロセスカートリッジにおいて、
   前記像担持体の周面上のうち前記帯電装置によって帯電される帯電領域が、前記像担持体の回転軸に対して、前記現像領域と同じ方向にねじれた位置関係となることを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 前記帯電装置は、回転可能な帯電ローラであって、
   前記帯電ローラは前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接して設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
3. 前記帯電領域から前記現像領域までの前記像担持体の周方向の距離が、前記像担持体の回転軸方向に亘って略同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを着脱可能に備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の周面を帯電する帯電装置と、
   前記像担持体の周面に形成された静電潜像を現像する、回転可能な現像ローラと、
   を有し、
   前記現像ローラが前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接されて設けられることにより、
   前記像担持体上の周面上のうち前記現像ローラによって現像が行われる現像領域が、前記像担持体の回転軸に対してねじれた位置関係となる画像形成装置において、
   前記像担持体の周面上のうち前記帯電装置によって帯電される帯電領域が、前記像担持体の回転軸に対して、前記現像領域と同じ方向にねじれた位置関係となることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記帯電装置は、回転可能な帯電ローラであって、
   前記帯電ローラは前記像担持体に対してそれぞれの回転軸が互いにねじれた位置関係となるように圧接して設けられることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電領域から前記現像領域までの前記像担持体の周方向の距離が、前記像担持体の回転軸方向に亘って略同一であることを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。

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