説明

画像形成装置

【課題】画像品位を向上させることができ、画像形成装置を小型化することができるようにする。
【解決手段】駆動部と、像担持体と、露光装置と、静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、現像剤像を媒体に転写する転写装置と、像担持体と離れた箇所に配設され、駆動部を駆動することによって回転させられる回転体とを有する。像担持体の表面が露光装置から転写装置まで移動する間に、回転体がほぼ整数回回転させられる。像担持体の表面が露光装置から転写装置まで移動する間に、回転体がほぼ整数回回転させられるので、回転体の負荷変動に伴って像担持体の速度変動が発生しても、回転体の回転周期による位置ずれを相殺することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、電子写真プロセスによって画像が形成されるようになっている。そして、前記電子写真プロセスにおいては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって一様に、かつ、均一に帯電させられ、続いて、LEDヘッドによって露光されて静電潜像が形成される。続いて、該静電潜像は現像器によって現像され、トナー像が形成され、該トナー像は転写ローラによって用紙に転写され、定着器によって定着させられ、画像が形成される。
【0003】
図2は従来の画像形成装置の概略図、図3は従来の画像形成装置の駆動系を示す図である。
【0004】
図において、11は矢印方向に回転自在に配設された感光体ドラム、12は該感光体ドラム11の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる帯電ローラ、13は前記感光体ドラム11の表面を露光して静電潜像を形成するLEDヘッド、14は、矢印方向に回転自在に配設され、前記静電潜像にトナー19を付着させて現像し、トナー像を形成する現像ローラ、16は、矢印方向に回転自在に配設され、前記トナー19を帯電させ、前記現像ローラ14に供給するトナー供給ローラ、15は前記感光体ドラム11上のトナー像を用紙18に転写する転写ローラ、17は転写後に感光体ドラム11上に残留したトナー19を除去するクリーニング装置である。
【0005】
各ギヤ11a、14a、16aは、それぞれ、感光体ドラム11、現像ローラ14、トナー供給ローラ16の一端に同軸上に取り付けられる。そして、前記トナー供給ローラ16は、ギヤ14aの回転がギヤ20aを介してギヤ16aに伝達されることにより回転させられる。また、感光体ドラム11は、図示されないドラムモータを駆動することによって発生させられた回転が、減速機構を構成するギヤ22a、21aを介して伝達されることにより回転させられる(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
ところで、前記トナー供給ローラ16は、前述されたように、現像ローラ14にトナー19を供給する機能を有するとともに、現像工程で使用されずに現像ローラ14上に残留したトナー19を掻(か)き取る機能も有する。そこで、トナー供給ローラ16として、表面に多数のセル穴が形成された発泡ゴムが使用される。また、現像ローラ14にトナー19を供給する際の供給力、及び現像ローラ14上のトナー19を掻き取る際の掻取力を大きくするために、前記現像ローラ14とトナー供給ローラ16とは互いに圧接させられ、かつ、互いに回転方向が同じにされて、相互間の摩擦力が大きくされる。
【特許文献1】特開平11−245472号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記従来の画像形成装置においては、前記トナー供給ローラ16は発泡ゴムによって形成されるので、トナー供給ローラ16の外径及び摩擦係数を周方向において均一にすることが極めて困難であり、トナー供給ローラ16に加わる負荷が大きくなるのに伴って、負荷の変動、すなわち、負荷変動が大きくなり、変動率が50〔%〕程度になることがある。
【0008】
そして、前記トナー供給ローラ16を回転させるのに必要なトルクは、極めて大きく、画像形成装置の他の、感光体ドラム11、帯電ローラ12、現像ローラ14、転写ローラ15等の各回転部材を回転させるのに必要なトルクの半分以上を占めてしまう。
【0009】
その結果、トナー供給ローラ16に加わる負荷変動に伴い、トナー供給ローラ16に回転を伝達する現像ローラ14及び感光体ドラム11の回転速度に変動が発生し、画像に周期的なずれが発生し、画像品位が低下してしまう。
【0010】
そこで、トナー供給ローラ16の負荷変動を小さくするために、トナー供給ローラ16の周方向における外径の公差、セル穴のばらつきを厳密に管理することが考えられるが、その場合、トナー供給ローラ16のコストが高くなってしまう。また、感光体ドラム11の回転速度に変動が発生するのを抑制するために、ドラムモータのトルクを大きくすることが考えられるが、その場合、ドラムモータが大型化し、画像形成装置が大型化してしまう。
【0011】
本発明は、前記従来の画像形成装置の問題点を解決して、画像品位を向上させることができ、小型化することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
そのために、本発明の画像形成装置においては、駆動部と、該駆動部を駆動することによって回転させられる像担持体と、該像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、前記現像剤像を媒体に転写する転写装置と、前記像担持体と離れた箇所に配設され、前記駆動部を駆動することによって回転させられる回転体とを有する。
【0013】
また、前記像担持体の表面が前記露光装置から前記転写装置まで移動する間に、前記回転体がほぼ整数回回転させられる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、画像形成装置においては、駆動部と、該駆動部を駆動することによって回転させられる像担持体と、該像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、前記現像剤像を媒体に転写する転写装置と、前記像担持体と離れた箇所に配設され、前記駆動部を駆動することによって回転させられる回転体とを有する。
【0015】
また、前記像担持体の表面が前記露光装置から前記転写装置まで移動する間に、前記回転体がほぼ整数回回転させられる。
【0016】
この場合、像担持体の表面が露光装置から転写装置まで移動する間に、回転体がほぼ整数回回転させられるので、回転体の負荷変動に伴って像担持体の速度変動が発生しても、回転体の回転周期による位置ずれを相殺することができる。したがって、画像に周期的なずれが発生するのを防止することができ、画像品位を向上させることができる。
【0017】
また、回転体の外径の公差のばらつき等を厳密に管理する必要がないので、画像形成装置のコストを低くすることができる。
【0018】
そして、像担持体の回転速度に変動が発生するのを抑制するために、駆動部のトルクを大きくする必要がないので、駆動部を小型化することができ、画像形成装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。
【0020】
図1は本発明の第1の実施の形態における画像形成装置の概略図、図4は本発明の第1の実施の形態における駆動系を示す第1の図、図5は本発明の第1の実施の形態における駆動系を示す第2の図である。
【0021】
図において、11は矢印方向に回転自在に配設された像担持体としての感光体ドラム、12は該感光体ドラム11の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる帯電装置としての帯電ローラ、13は前記感光体ドラム11の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置としてのLEDヘッド、14は、矢印方向に回転自在に配設され、前記静電潜像に現像剤としてのトナー19を付着させて現像し、現像剤像としてのトナー像を形成する現像剤担持体としての現像ローラ、16は、矢印方向に回転自在に配設され、前記トナー19を帯電させ、前記現像ローラ14に供給する現像剤供給ローラとしての、かつ、回転体としてのトナー供給ローラである。前記現像ローラ14及びトナー供給ローラ16によって現像器が構成される。
【0022】
また、15は前記感光体ドラム11上のトナー像を媒体としての用紙18に転写する転写装置としての転写ローラ、17は転写後に感光体ドラム11上に残留したトナー19を除去するクリーニング装置である。なお、前記感光体ドラム11とLEDヘッド13との間に露光部が、感光体ドラム11と転写ローラ15との間に転写部が構成される。
【0023】
各ギヤ11a、14a、16aは、それぞれ、感光体ドラム11、現像ローラ14、トナー供給ローラ16の一端に同軸上に取り付けられる。そして、前記トナー供給ローラ16は、ギヤ14aの回転がギヤ20aを介してギヤ16aに伝達されることにより回転させられる。そのために、ギヤ11aとギヤ14aとが、ギヤ14aとギヤ20aとが、ギヤ20aとギヤ16aとがそれぞれ噛(し)合させられる。
【0024】
また、感光体ドラム11は、駆動部としてのドラムモータ22を駆動することによって発生させられた回転が、減速機構を構成するギヤ22a、21aを介して伝達されることにより回転させられる。そのために、前記ドラムモータ22の出力軸に前記ギヤ22aが取り付けられ、前記ギヤ21aは、大径のギヤ部g1及び小径のギヤ部g2から成り、ギヤ部g2とギヤ11aとが噛合させられる。前記トナー供給ローラ16は、前記感光体ドラム11と離れた箇所に配設され、前記ドラムモータ22を駆動することによって回転させられる。
【0025】
ところで、前記トナー供給ローラ16は、前述されたように、現像ローラ14にトナー19を供給する機能を有するとともに、現像工程で使用されずに現像ローラ14上に残留したトナー19を掻き取る機能も有する。そこで、トナー供給ローラ16として、表面に多数のセル穴が形成された発泡ゴムが使用される。また、現像ローラ14にトナー19を供給する際の供給力、及び現像ローラ14上のトナー19を掻き取る際の掻取力を大きくするために、前記現像ローラ14とトナー供給ローラ16とは互いに圧接させられ、かつ、互いに回転方向が同じにされて、相互間の摩擦力が大きくされる。
【0026】
ところが、前記トナー供給ローラ16は発泡ゴムによって形成されるので、トナー供給ローラ16の外径及び摩擦係数を周方向において均一にすることが極めて困難であり、トナー供給ローラ16に加わる負荷が大きくなるのに伴って、負荷変動が大きくなり、変動率が50〔%〕程度になることがある。
【0027】
また、前記トナー供給ローラ16を回転させるのに必要なトルクは、極めて大きく、画像形成装置の他の、感光体ドラム11、帯電ローラ12、現像ローラ14、転写ローラ15等の各回転部材を回転させるのに必要なトルクの半分以上を占めてしまう。
【0028】
したがって、トナー供給ローラ16の負荷変動に伴い、トナー供給ローラ16に回転を伝達する現像ローラ14及び感光体ドラム11の回転速度に変動が発生し、画像に周期的なずれが発生すると、画像品位が低下してしまう。
【0029】
そこで、本実施の形態においては、前記感光体ドラム11の表面が前記LEDヘッド13から転写ローラ15まで移動する間にトナー供給ローラ16がほぼ整数回回転するように、感光体ドラム11の周上におけるLEDヘッド13と転写ローラ15との間の角度、及び各ギヤ11a、16aの歯数を設定するようにしている。
【0030】
すなわち、ギヤ11aの歯数をZ1とし、ギヤ16aの歯数をZ6とし、感光体ドラム11の周上における露光部と転写部との間の角度をαとしたとき、トナー供給ローラ16の回転数がほぼ整数になるように、歯数Z1、Z6及び角度αが、
α・Z1/(2π・Z6)
設定される。本実施の形態においては、
Z1=21
Z6=21
α=2π×198/360
=1.1π
とした。また、感光体ドラム11の周長L1を94〔mm〕とした。
【0031】
図6は本発明の第1の実施の形態におけるトナー供給ローラの負荷変動を示すタイムチャートである。
【0032】
この場合、トナー供給ローラ16(図1)は、前記現像ローラ14に圧接させられ、摩擦回転させられるので、トナー供給ローラ16の負荷変動は、単一の周期の正弦波にはならず、図6に示されるように、トナー供給ローラ16が1回転する時間を基本の周期Tとする負荷変動となる。
【0033】
そして、該負荷変動は、図4に示されるように、矢印A方向にギヤ20a、14aを介してギヤ11aに伝達され、該ギヤ11aの回転速度に変動、すなわち、速度変動を発生させる。なお、該速度変動も負荷変動と同じ基本の周期Tで発生する。
【0034】
ところで、前記速度変動が三角関数で変動すると仮定し、感光体ドラム11の周速度をvとし、該周速度vの平均値をv0とし、周速度の変動量(振幅)をΔvとしたとき、前記周速度vを式(1)で表すことができる。
【0035】
【数1】

【0036】
そして、前記感光体ドラム11の表面の移動距離をSとすると、移動距離Sは、周速度vを積分することによって表されるので、
【0037】
【数2】

【0038】
になる。なお、この場合、定数項は省略される。
【0039】
ところで、速度変動が周期Tで発生する場合、感光体ドラム11の速度変動の周期長をL〔mm〕とすると、
L=T・v0 ……(3)
になるので、周期Tは、
T=L/v0 ……(4)
になる。
【0040】
そして、回転速度が一定になるときの理想的な移動距離と前記移動距離Sとの差で表される回転誤差(位置ずれ)の最大の振幅をQmaxとし、速度変動率をWとすると、前記式(2)から、
【0041】
【数3】

【0042】
になる。なお、前記速度変動率Wは、
W=Δv/v0 ……(6)
で表すことができる。
【0043】
ところで、前記周期長L内における角度θ
0≦θ≦2π
を変数としたときの回転誤差の振幅をQ(θ)とすると、振幅Q(θ)は三角関数で表すことができるので、
【0044】
【数4】

【0045】
になる。
【0046】
そこで、感光体ドラム11が角度αだけ回転して転写部に到達したときの、周期長L内における角度をδθとすると、
【0047】
【数5】

【0048】
であるので、前記感光体ドラム11の表面がLEDヘッド13から転写ローラ15まで移動する間に発生する位置ずれ、すなわち、転写部に到達した静電潜像に発生している位置ずれをYとすると、位置ずれYは、振幅Q(θ)を角度θから角度(θ+δθ)までの間で積分した値になる。すなわち、
【0049】
【数6】

【0050】
になる。
【0051】
したがって、転写部における位置ずれYの振幅、すなわち、最大位置ずれをYmaxとすると、
【0052】
【数7】

【0053】
になる。
【0054】
ところで、前記式(10)において、
【0055】
【数8】

【0056】
であるので、最大位置ずれYmaxをほぼ零(0)にするためには、前記式(11)における値α・L1/(2π・L)がほぼ整数になればよい。ここで、値α・L1/2πは、感光体ドラム11の円周上の露光部から転写部までの距離Lcを表すので、前記値α・L1/(2π・L)は、前記周期長Lに対する距離Lcの比γを表す。
【0057】
したがって、周期長Lのほぼ整数倍が前記距離Lcになると、最大位置ずれYmaxをほぼ0にすることができる。
【0058】
このように、トナー供給ローラ16の負荷変動に伴って感光体ドラム11の速度変動が発生しても、トナー供給ローラ16の回転周期による位置ずれを相殺することができる。したがって、画像に周期的なずれが発生するのを防止することができ、画像品位を向上させることができる。
【0059】
また、トナー供給ローラ16の外径の公差、セル穴のばらつき等を厳密に管理する必要がないので、画像形成装置のコストを低くすることができる。そして、感光体ドラム11の回転速度に変動が発生するのを抑制するために、ドラムモータ22(図5)のトルクを大きくする必要がないので、ドラムモータ22を小型化することができ、画像形成装置を小型化することができる。
【0060】
本実施の形態において、前記比γは、
nπ−π/6≦γ≦nπ+π/6
n:整数
にされる。このとき、最大位置ずれYmaxは、
0≦Ymax≦W・L/2π ……(12)
になる。
【0061】
図7は本発明の第1の実施の形態における速度変動の波長と最大位置ずれとの関係を示す図、図8は本発明の第1の実施の形態における負荷変動によって発生する位置ずれのタイムチャートである。なお、図7においては、角度αが1.1πである場合のトナー供給ローラ16(図1)の回転速度に対する最大位置ずれYmaxが示される。
【0062】
ところで、前述されたように、本実施の形態においては、比γが、
nπ−π/6≦γ≦nπ+π/6
にされる。このとき、最大位置ずれYmaxは、式(10)に示されるように、
0≦Ymax≦W・L/2π
になる。
【0063】
すなわち、図7に示されるように、速度変動の波長が45〜65〔mm〕において、最大位置ずれYmaxは1以下になる。
【0064】
図8において、L21は、感光体ドラム11の速度変動のない理想の状態で発生する位置ずれYを表す線、L22は、比γが、
γ=nπ−π/6
又は、
γ=nπ+π/6
である場合の位置ずれYを表す線であり、説明の便宜上、最大位置ずれYmaxを1(100〔%〕)とする。
【0065】
また、図8において、L23は、比γが、
γ=nπ−π/2
又は、
γ=nπ+π/2
である場合の位置ずれYを表す線であり、該線L23は、線L22の2倍の位置ずれYになる。
【0066】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、画像形成装置の構成は第1の実施の形態と同じであるので、図1を援用する。
【0067】
図9は本発明の第2の実施の形態におけるトナー供給ローラへの回転の伝達を示す図、図10は本発明の第2の実施の形態におけるトナー供給ローラの負荷変動の伝達を説明する図である。
【0068】
この場合、各ギヤ11a、14a、16aは、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム11(図1)、現像剤担持体としての現像ローラ14及び現像剤供給ローラとしてのトナー供給ローラ16の一端に同軸上に取り付けられる。前記感光体ドラム11は、駆動部としてのドラムモータ22(図5)を駆動することによって発生させられた回転が、第1の減速機構を構成するギヤ22a、21aを介して伝達されることにより回転させられる。そのために、前記ドラムモータ22の出力軸に前記ギヤ22aが取り付けられ、前記ギヤ21aは、大径のギヤ部g1及び小径のギヤ部g2から成り、該ギヤ部g2とギヤ11aとが噛合させられ、前記ギヤ11aとギヤ14aとが噛合させられる。
【0069】
そして、トナー供給ローラ16は、ドラムモータ22を駆動することによって発生させられた回転が、前記感光体ドラム11とは別に、第2の減速機構を構成するギヤ25a、26aを介して伝達されることにより回転させられる。そのために、前記ギヤ22aとギヤ25aとが噛合させられ、前記ギヤ25aは、大径のギヤ部g3及び小径のギヤ部g4から成り、該ギヤ部g4とギヤ26aとが噛合させられ、前記ギヤ26aとギヤ16aとが噛合させられる。
【0070】
すなわち、ドラムモータ22によって発生させられた回転は、ギヤ22a、21aを介して感光体ドラム11及び現像ローラ14に伝達されるとともに、前記ギヤ22a、25a、26aを介してトナー供給ローラ16に伝達される。
【0071】
そして、本実施の形態においては、前記感光体ドラム11の表面が露光装置としてのLEDヘッド13から転写装置としての転写ローラ15まで移動する間にトナー供給ローラ16がほぼ整数回回転するように、感光体ドラム11の周上における露光部と転写部との間の角度α、及び各ギヤギヤ25a、16aの歯数を設定するようにしている。
【0072】
なお、本実施の形態において、現像ローラ14は感光体ドラム11の回転に伴って、ギヤ11aを介して回転させられるようになっているが、現像ローラ14を前記ギヤ25a、26aを介して回転させることができる。
【0073】
そして、トナー供給ローラ16の負荷変動は、図10に示されるように、前記ギヤ25a、26aを介してドラムモータ22に矢印B方向に伝達される。この場合、ドラムモータ22として、ステッピングモータ、DCサーボモータ等を使用するようになっているが、前記トナー供給ローラ16の負荷変動がドラムモータ22に伝達されると、周期Tでドラムモータ22に速度変動が発生する。該ドラムモータ22の速度変動は、ギヤ21aを介して矢印C方向に感光体ドラム11に伝達され、該感光体ドラム11の速度変動を発生させる。
【0074】
ところが、前述されたように、前記感光体ドラム11の表面が前記LEDヘッド13から転写ローラ15まで移動する間にトナー供給ローラ16がほぼ整数回回転させられるので、露光部において感光体ドラム11に発生する速度変動の位相と、転写部において感光体ドラム11に発生する速度変動の位相とが同期させられる。したがって、位置ずれが発生するのを防止することができる。
【0075】
このように、トナー供給ローラ16の負荷変動に伴って、ドラムモータ22を介して感光体ドラム11の速度変動が発生しても、トナー供給ローラ16の回転周期による位置ずれを相殺することができる。
【0076】
また、トナー供給ローラ16の外径の公差、セル穴のばらつき等を厳密に管理する必要がないので、画像形成装置のコストを低くすることができる。
【0077】
さらに、周期Tでのドラムモータ22の速度変動の規定を緩和することができるので、ドラムモータ22を小型化することができ、画像形成装置を小型化することができる。
【0078】
なお、各実施の形態においては、単色のプリンタについて説明したが、本発明を、タンデム型等のカラーの画像形成装置に適用することもでき、その場合、画像に相対的なずれ、すなわち、色ずれが発生するのを防止することができる。
【0079】
また、回転体としてのトナー供給ローラ16に代えて、感光体ドラム11に直接接触していない廃トナーの回収用のローラ、ベルト等を使用した場合、ローラ、ベルト等の負荷変動に伴って感光体ドラム11の速度変動が発生したときに、画像品位を向上させることができる。
【0080】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0081】
【図1】本発明の第1の実施の形態における画像形成装置の概略図である。
【図2】従来の画像形成装置の概略図である。
【図3】従来の画像形成装置の駆動系を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における駆動系を示す第1の図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における駆動系を示す第2の図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるトナー供給ローラの負荷変動を示すタイムチャートである。
【図7】本発明の第1の実施の形態における速度変動の波長と最大位置ずれとの関係を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態における負荷変動によって発生する位置ずれのタイムチャートである。
【図9】本発明の第2の実施の形態におけるトナー供給ローラへの回転の伝達を示す図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態におけるトナー供給ローラの負荷変動の伝達を説明する図である。
【符号の説明】
【0082】
11 感光体ドラム
13 LEDヘッド
14 現像ローラ
15 転写ローラ
16 トナー供給ローラ
18 用紙
19 トナー
21a、22a、25a、26a ギヤ
22 ドラムモータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)駆動部と、
(b)該駆動部を駆動することによって回転させられる像担持体と、
(c)該像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、
(d)前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、
(e)前記現像剤像を媒体に転写する転写装置と、
(f)前記像担持体と離れた箇所に配設され、前記駆動部を駆動することによって回転させられる回転体とを有するとともに、
(g)前記像担持体の表面が前記露光装置から前記転写装置まで移動する間に、前記回転体がほぼ整数回回転させられることを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】
前記回転体は、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給ローラである請求項1に記載の画像形成装置。
【請求項3】
前記駆動部の回転は前記像担持体を介して回転体に伝達される請求項1に記載の画像形成装置。
【請求項4】
前記駆動部の回転は、前記像担持体とは別に、減速機構を介して回転体に伝達される請求項1に記載の画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2006−91227(P2006−91227A)
【公開日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−274582(P2004−274582)
【出願日】平成16年9月22日(2004.9.22)
【出願人】(591044164)株式会社沖データ (2,444)
【Fターム(参考)】