JP5285241B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の記録媒体に対して画像を形成する画像形成装置に関する。

従来から、所定の記録媒体に現像剤（以下、トナーという。）を定着して画像を形成する電子写真記録方式の画像形成装置が知られている。かかる画像形成装置は、例えば特許文献１等に記載されているように、感光体ドラムの周辺に、当該感光体ドラム上に残存するトナーを除去するクリーニングブレード、当該感光体ドラムを帯電させる帯電ローラ、当該感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像ローラ、及び、トナーによって静電潜像を現像して得られたトナー像を記録媒体上に転写する転写ローラが、当該感光体ドラムに圧接するように配設されて構成されている。

特開２００３−２４８４０４号公報

しかしながら、従来の画像形成装置においては、感光体ドラムに圧接する部材の影響により、当該感光体ドラムが偏心してしまい、画像品質の不良を発生するという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、感光体ドラムに圧接する部材の影響を軽減し、画像品質を向上させ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。

上述した目的を達成する本発明にかかる画像形成装置は、所定の記録媒体に対して画像を形成する画像形成装置において、像担持体と、回転駆動する前記像担持体に圧接するように配設された圧接部材とを備え、前記圧接部材は、回転駆動している前記像担持体に圧接する当該圧接部材からの圧接力と、当該圧接部材と前記像担持体との摩擦力との合力が、前記像担持体の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に配設され、前記圧接部材は、前記像担持体に圧接しながら回転駆動して当該像担持体上に形成された潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体を含み、当該画像形成装置は、前記現像剤担持体上の現像剤層の厚さを検出し、当該現像剤層の厚さの変動に応じて、前記現像剤担持体が前記像担持体に圧接する圧接力を調整する調整機構を備えることを特徴としている。

このような本発明にかかる画像形成装置においては、像担持体が回転駆動している際に当該像担持体に圧接する圧接部材からの圧接力と、圧接部材と像担持体との摩擦力との合力が、感光体ドラム２１の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に各圧接部材を配設することにより、当該像担持体が偏心するのを低減することができる。

本発明においては、圧接部材の影響によって像担持体が偏心するのを低減することができることから、良好な画像品質を得ることができる。

以下、本発明を適用した具体的な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。

この実施の形態は、所定の記録媒体に対して画像を形成する画像形成装置である。特に、この画像形成装置は、静電潜像担持体としての感光体ドラムの周囲に配設する部材を、本願発明者が鋭意研究を重ねた結果見出した条件を満たす位置に設けることにより、画像品質の向上を図ることができるものである。

まず、本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置について説明する。

図１に、画像形成装置の構造を説明する側方断面図を示し、図２に、画像形成装置における画像形成部の構造を説明する側方断面図を示す。画像形成装置は、図１に示すように、未画像形成の紙媒体やＯＨＰシート等の記録媒体Ｐを収納する媒体トレイ１１を備える。この媒体トレイ１１に収納された記録媒体Ｐは、給紙ローラ１２ａ，１２ｂが回転駆動するのに応じて、図１中矢印（ａ）の方向へと繰り出され、さらに、当該給紙ローラ１２ａ，１２ｂの下流に配設されている搬送ローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが回転駆動するのに応じて、図１中矢印（ｂ）に示すように、図示しないモータによって印刷速度に応じた周回速度で周回駆動する転写ベルト１４上へと所定のタイミングで搬送されて載置される。

また、画像形成装置は、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４色のそれぞれに対応する４つの画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃをこの順序で記録媒体Ｐの給紙側から排紙側へと転写ベルト１４に沿って並設している。画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃは、それぞれ、駆動ローラ１５ａ，１５ｂが回転駆動するのに応じて、図１中矢印（ｃ）、（ｄ）の方向へと周回する転写ベルト１４上に載置された記録媒体Ｐに対して、各色の現像剤としてのトナーを用いた画像形成を行う。

これら画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃのそれぞれによって現像された各色のトナー像は、記録媒体Ｐが転写ベルト１４によって搬送されるのに応じて、転写ベルト１４を挟むように画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃのそれぞれと対向して配設された転写装置としての転写ローラ１６Ｋ，１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃのそれぞれによって当該記録媒体Ｐ上に順次重ね合わされて転写される。なお、転写されずに転写ベルト１４の表面に残存したトナーは、クリーニングブレード１７によって掻き取られ、廃棄トナータンク１８に回収される。

画像形成装置は、このような４つの画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃにより、記録媒体Ｐ上に順次各色の画像形成を行い、カラー画像を形成する。そして、画像形成装置は、記録媒体Ｐを転写ベルト１４に静電気的に吸着させた状態で、図１中矢印（ｅ）の方向へと搬送し、定着装置３０に供給する。

定着装置３０は、発熱ローラ３１と、この発熱ローラ３１とともに記録媒体Ｐを押圧する加圧ローラ３２とを有する。発熱ローラ３１は、例えばアルミニウムからなる中空円筒状の芯金にシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、さらにその上にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブを被覆することによって形成される。また、発熱ローラ３１の芯金内には、図示しない電源によって発光するハロゲンランプ等からなる加熱ヒータ３３が埋設されており、加熱ヒータ３３に通電することによって発熱ローラ３１を加熱する。一方、加圧ローラ３２は、例えばアルミニウム製の芯金にシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、さらにその上にＰＦＡチューブを被覆することによって形成される。この加圧ローラ３２は、発熱ローラ３１に対向して当接されるように配設されており、記録媒体Ｐを挟み込む圧接部を形成する。また、定着装置３０は、発熱ローラ３１の表面温度検出手段としてのサーミスタ３４を有する。このサーミスタ３４は、発熱ローラ３１の近傍位置に、当該発熱ローラ３１と非接触で配設される。このような定着装置３０は、発熱ローラ３１及び加圧ローラ３２を回転駆動させて圧接部に記録媒体Ｐを通紙させ、当該記録媒体Ｐを加熱及び押圧することにより、当該記録媒体Ｐ上のトナーを溶融させ、トナー像を熱定着させる。

なお、ここでは、ローラ式の定着装置３０を備えるものとして説明したが、画像形成装置は、ベルトを使用したベルト方式、フィルムを使用したフィルム方式、発光エネルギを利用したフラッシュ方式等、他の方式の定着装置３０を備えてもよい。なお、ローラ方式やベルト方式の定着装置３０においては、オイル供給ローラ、オイル補給シート、及びオイルタンク等のオイル補給機構を備えたオイル補給定着方式により、発熱ローラやベルトナー等にオイルを補給し、積極的にホットオフセット現象が発生するのを防止するのが望ましい。また、オイルとしては、特定の材料である必要はないが、一般に、シリコーンオイルや鉱物オイル等のうち、比較的粘度が低いものを使用するのが望ましい。さらに、定着装置３０においては、オイルを補給することなく、オイルレス定着方式によってホットオフセット現象が発生するのを防止することもできる。

画像形成装置は、このような定着装置３０によって記録媒体Ｐ上に画像を定着させると、図１中矢印（ｆ）又は矢印（ｇ）のいずれかの方向へと当該記録媒体Ｐを搬送する。すなわち、画像形成装置は、記録媒体Ｐの片面のみに画像形成を行う場合や両面への画像形成を行った後には、可動式の記録媒体走行ガイド１９ａを制御するとともに、搬送ローラ４１ａ，４１ｂを回転駆動させ、当該記録媒体Ｐを図１中矢印（ｆ）の方向へと搬送する。そして、画像形成装置は、排出ローラ４２ａ，４２ｂの回転に応じて、記録媒体Ｐを搬送して外部へと排紙させ、所定の排紙部上に積載させる。一方、画像形成装置は、画像形成した記録媒体Ｐの裏面にさらに画像形成を行う場合には、可動式の記録媒体走行ガイド１９ａを制御するとともに、搬送ローラ４３ａ，４３ｂ及び反転ローラ４４ａ，４４ｂを回転駆動させ、当該記録媒体Ｐを図１中矢印（ｇ）の方向へと搬送する。続いて、画像形成装置は、可動式の記録媒体走行ガイド１９ｂを制御するとともに、反転ローラ４４ａ，４４ｂを逆回転駆動させることによって記録媒体Ｐを反転させ、図１中矢印（ｈ）の方向へと搬送する。そして、画像形成装置は、搬送ローラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ，４５ｇ，４５ｈ，４５ｉ，４５ｊの回転に応じて、記録媒体Ｐを図１中矢印（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）の方向へと搬送し、再度、転写ベルト１４上に載置する。

このような画像形成装置において、画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃは、それぞれ、図２に示すように構成される。なお、画像形成装置においては、上述したブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４色のそれぞれに対応する４つの画像形成部２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃが全て同じ構成であることから、以下では、例えば画像形成部２０のように、各部に付す符号として、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃを除いた番号を用いて説明するものとする。

画像形成部２０は、図２に示すように、静電潜像担持体としての感光体ドラム２１と、この感光体ドラム２１の周面を帯電させる帯電装置としての帯電ローラ２２と、画像データに基づいて感光体ドラム２１の周面に選択的に光を照射して露光し、静電潜像を形成させる露光装置２３と、感光体ドラム２１の周面に形成された静電潜像をトナーＴによって現像する現像剤担持体としての現像ローラ２４と、この現像ローラ２４にトナーＴを供給する現像剤供給体としての供給ローラ２５と、現像ローラ２４に供給するトナーＴを収容する現像剤収容体としてのトナーカートリッジ２６と、現像ローラ２４に供給されるトナーＴを薄層化する現像剤規制部材としての現像ブレード２７と、感光体ドラム２１の周面に残存したトナーＴをクリーニングして回収する現像剤回収装置としてのクリーニングブレード２８とを有する。

感光体ドラム２１は、例えばアルミニウム製の金属パイプからなる導電性支持体に、光導電層としての電荷発生層及び電荷輸送層を順次積層した有機系感光体から構成される。この感光体ドラム２１は、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等により、図２中矢印（ｌ）の方向へと回転駆動する。

帯電ローラ２２は、例えば金属シャフトに半導電性エピクロロヒドリンゴム層を被覆して構成される。この帯電ローラ２２は、図示しない電源によって所定の電圧が印加された状態で、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって感光体ドラム２１の周面に圧接しながら図２中矢印（ｍ）の方向へと回転駆動することにより、当該感光体ドラム２１を帯電させる。

露光装置２３は、例えば複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を配列したＬＥＤヘッドやレーザヘッドとして構成され、図示しない電源及び制御部の制御のもとに、図示しないインターフェース部を介して外部装置から受信した画像データに基づいて、対向して配設されている感光体ドラム２１の周面に選択的に光を照射して露光し、静電潜像を形成させる。

現像ローラ２４は、例えば金属シャフトに半導電性ウレタンゴム層を被覆して構成される。この現像ローラ２４は、図示しない電源によって所定の電圧が金属シャフトに印加された状態で、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって感光体ドラム２１の周面に圧接しながら図２中矢印（ｎ）の方向へと回転駆動することにより、当該感光体ドラム２１にトナーＴを付着させる。なお、現像ローラ２４は、感光体ドラム２１との相対回転速度の大きさや回転方向を変化させて使用することもできる。

供給ローラ２５は、例えば金属シャフトに半導電性発泡シリコーンスポンジ層を被覆して構成される。この供給ローラ２５は、現像ローラ２４の周面に回転可能に接触して又は非接触で配設されており、図示しない電源によって所定の電圧が金属シャフトに印加された状態で、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって図２中矢印（ｏ）の方向へと回転駆動することにより、当該現像ローラ２４にトナーＴを供給する。

トナーカートリッジ２６は、所定の筐体内にトナーＴを収容する。このトナーカートリッジ２６に収容されているトナーＴは、供給ローラ２５が回転駆動するのにともない、自重によって排出され、現像ローラ２４に供給される。

現像ブレード２７は、例えばステンレスから構成される。この現像ブレード２７は、現像ローラ２４の周面に当接するように配設されており、図示しない電源によって印加される所定の電圧に基づいて、当該現像ローラ２４の周面上に供給されたトナーＴを薄層化して帯電させる。なお、この現像ブレード２７と、上述した現像ローラ２４及び供給ローラ２５とは、現像装置を構成する。

クリーニングブレード２８は、感光体ドラム２１の周面に圧接するように配設されており、例えば金属シャフトにウレタンスポンジ層を被覆して構成された転写ローラ１６による転写が完了すると、記録媒体Ｐ上にトナーＴが転写されずに感光体ドラム２１の周面に残存したトナーＴを掻き取ることによってクリーニングする。

このような画像形成部２０は、図示しない制御部の制御のもとに、所定の電圧が印加された帯電ローラ２２によって感光体ドラム２１の周面を一様電圧に帯電させた上で、当該感光体ドラム２１が回転駆動するのにともない、その帯電された周面が露光装置２３の近傍に到達すると、当該露光装置２３によって画像変調された光を当該感光体ドラム２１に照射して静電潜像を形成する。続いて、画像形成部２０は、形成された静電潜像に現像ローラ２４から供給されるトナーＴを付着させることにより、トナー像を生成する。そして、画像形成部２０は、記録媒体Ｐが転写ベルト１４によって図２中矢印（ｅ）の方向へと搬送されるとともに、感光体ドラム２１が回転駆動するのにともなって転写ローラ１６が図２中矢印（ｐ）の方向へと回転駆動するのに応じて、現像したトナー像を記録媒体Ｐ上に転写する。このとき、転写ローラ１６には、図示しない電源によって所定の電圧が印加される。

さて、このような画像形成部２０を備える画像形成装置においては、回転駆動している感光体ドラム２１に圧接する各圧接部材、すなわち、帯電ローラ２２、現像ローラ２４、クリーニングブレード２８、及び転写ローラ１６のそれぞれの配設位置を、これら各圧接部材から当該感光体ドラム２１が受ける圧接力と、これら各圧接部材と感光体ドラム２１との摩擦力とに基づいて、当該感光体ドラム２１に対する各圧接部材の配設位置を決定する。具体的には、画像形成装置においては、回転駆動している感光体ドラム２１に圧接する各圧接部材からの圧接力と、これら各圧接部材と感光体ドラム２１との摩擦力との合力が、感光体ドラム２１の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に各圧接部材を配設する。

本願発明者は、このような各圧接部材の配設位置が極めて妥当であることを証明するために実験を行った。以下、この実験内容について具体例を用いて説明する。実験では、感光体ドラム２１として、直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製のパイプに、光導電層を厚さ１８μｍでコーティングしたものを用い、帯電ローラ２２として、直径６ｍｍのステンレス製のシャフトに、ヤング率１．６ＭＰａ、厚さ３ｍｍの半導電性エピクロロヒドリンゴムを被覆したものを用い、現像ローラ２４として、直径１０ｍｍのステンレス製のシャフトに、ヤング率３．２４ＭＰａ、厚さ３ｍｍの半導電性ウレタンゴムを被覆したものを用い、転写ローラ１６として、直径６ｍｍのステンレス製のシャフトに、ヤング率０．８８７ＭＰａ、厚さ３．５ｍｍのウレタンスポンジを被覆したものを用いた場合を想定した。

また、ここでは、図３に示すように、各圧接部材から感光体ドラム２１が受ける圧接力をＰ_ｎ（ｎ＝１〜４）、各圧接部材と感光体ドラム２１との摩擦力をＵ_ｎ（ｎ＝１〜４）、感光体ドラム２１の回転中心軸を直交座標系の中心としたときの各圧接部材の配設位置を示す角度をθ_ｎ（ｎ＝１〜４）とする。より具体的には、現像ローラ２４から感光体ドラム２１が受ける圧接力をＰ_１、現像ローラ２４と感光体ドラム２１との摩擦力をＵ_１、現像ローラ２４の配設位置を示す角度をθ_１とする。なお、角度θ_１は、感光体ドラム２１の回転中心軸を直交座標系の中心としたときに、この回転中心軸から現像ローラ２４の回転中心軸までを結んだ直線がなす角度である。また、帯電ローラ２２から感光体ドラム２１が受ける圧接力をＰ_２、帯電ローラ２２と感光体ドラム２１との摩擦力をＵ_２、帯電ローラ２２の配設位置を示す角度をθ_２とする。なお、角度θ_２は、感光体ドラム２１の回転中心軸を直交座標系の中心としたときに、この回転中心軸から帯電ローラ２２の回転中心軸までを結んだ直線がなす角度である。さらに、クリーニングブレード２８から感光体ドラム２１が受ける圧接力をＰ_３、クリーニングブレード２８と感光体ドラム２１との摩擦力をＵ_３、クリーニングブレード２８の配設位置を示す角度をθ_３とする。なお、角度θ_３は、感光体ドラム２１の回転中心軸を直交座標系の中心としたときに、この回転中心軸からクリーニングブレード２８が感光体ドラム２１に圧接する先端部までを結んだ直線がなす角度である。さらにまた、転写ローラ１６から感光体ドラム２１が受ける圧接力をＰ_４、転写ローラ１６と感光体ドラム２１との摩擦力をＵ_４、転写ローラ１６の配設位置を示す角度をθ_４とする。なお、角度θ_４は、感光体ドラム２１の回転中心軸を直交座標系の中心としたときに、この回転中心軸から転写ローラ１６の回転中心軸までを結んだ直線がなす角度であり、２７０°で固定である。また、図３中、圧接力Ｐ_ｎ及び摩擦力Ｕ_ｎのそれぞれを示す矢印は、その力が作用する方向を示している。

まず、各圧接部材の配設位置を決定するために必要なパラメータ、すなわち、圧接力Ｐ_ｎ及び摩擦力Ｕ_ｎの測定方法について説明する。なお、転写ローラ１６は、感光体ドラム２１との間に転写ベルト１４を介在させて配設されるものであり、転写ベルト１４は、感光体ドラム２１の周速度と速度差なく周回するものであることから、摩擦力Ｕ_４が作用することはない。また、転写ローラ１６は、例えばステンレス製のシャフトの両端からバネ５０の付勢力を用いて感光体ドラム２１に圧接力Ｐ_４で圧接している。そのため、本発明においては、バネ５０を変更することにより、転写ローラ１６から感光体ドラム２１が受ける圧接力Ｐ_４を変化させるものとする。したがって、ここでは、現像ローラ２４、帯電ローラ２２、及びクリーニングブレード２８についてのパラメータを求める。

圧接力Ｐ_ｎ（ｎ＝１〜３）を求めるにあたっては、摩擦力Ｕ_ｎ（ｎ＝１〜３）と、感光体ドラム２１と各圧接部材との間の動摩擦係数μ_ｎ（ｎ＝１〜３）とを求める必要がある。ここでは、動摩擦係数μ_ｎを、図４に示すような測定手段を用いて測定した。すなわち、動摩擦係数μ_ｎを測定するために、感光体ドラム２１を模擬した感光体板５１と、現像ローラ２４、帯電ローラ２２、及びクリーニングブレード２８をそれぞれ模擬した３種類の圧接部材板５２とを用いた。感光体板５１は、１００ｍｍ四方の厚さ２ｍｍのアルミニウム製の板に、厚さ１８μｍの光導電層を積層したものである。また、圧接部材板５２は、３０ｍｍ四方の厚さ２ｍｍのアルミニウム製の板に、上述した現像ローラ２４の材料、帯電ローラ２２の材料、クリーニングブレード２８の材料を、それぞれ、厚さ５ｍｍで積層したものである。

このような感光体板５１及び圧接部材板５２を用意した上で、まず、光導電層側が上方向となるように感光体板５１を固定し、固定された光導電層の表面にトナーＴを薄くまぶした。そして、光導電層と、圧接部材板５２における各圧接部材の材料側とが対向するように当該圧接部材板５２を設置し、当該圧接部材板５２の上に０．５ｋｇのおもり５３を載置し、バネばかり５４を介して、図４中矢印（ｑ）の方向へと移動させた。動摩擦係数μ_ｎは、このときのバネばかり５４に表示される荷重値Ｎ［Ｎ］と、鉛直方向の荷重値Ｐ_ｒｅｆ［ｋｇ］とを用いて、次式（１）によって求めた。なお、鉛直方向の荷重値Ｐ_ｒｅｆは、おもり５３の重量０．５ｋｇと各圧接部材板５２の重量との和である。また、次式（１）におけるｇは、重力加速度であり、ここでは、ｇ＝９．８０６５５［ｍ／ｓ^２］とした。なお、現像ローラ２４及びクリーニングブレード２８のそれぞれを模擬した圧接部材板５２の場合には、上述したように、感光体板５１の光導電層の表面にトナーＴを薄くまぶした。一方、帯電ローラ２２を模擬した圧接部材板５２の場合には、感光体板５１の光導電層の表面にトナーＴをまぶさずに、当該圧接部材板５２を感光体板５１に直接設置した。

また、感光体ドラム２１と各圧接部材との摩擦力Ｕ_ｎ［Ｎ］は、図５に示すような方法によって測定した。すなわち、ここでは、図５中（ａ）〜（ｃ）に示すように、感光体ドラム２１に対して、帯電ローラ２２、現像ローラ２４、クリーニングブレード２８のいずれかのみをそれぞれ圧接させた状態で、感光体ドラム２１を１４０ｒｐｍで回転駆動させ、そのときの感光体ドラム２１にかかるトルクＴ_ｍｅｓ［Ｎｍ］をトルク計測装置によって計測した。また、図５中（ｄ）に示すように、全ての圧接部材を除去した状態で感光体ドラム２１を１４０ｒｐｍで回転駆動させ、そのときの感光体ドラム２１にかかるトルクＴ_ｒｅｆ［Ｎｍ］をトルク計測装置によって計測した。そして、これらトルクＴ_ｍｅｓ，Ｔ_ｒｅｆの差分値に基づいて、摩擦力によるトルクＴ［Ｎｍ］を求め、得られたトルクＴを用いて、次式（２）によって摩擦力Ｕ_ｎを求めた。なお、次式（２）におけるｒ［ｍ］は、感光体ドラム２１の半径である。

このようにして動摩擦係数μ_ｎ及び摩擦力Ｕ_ｎを測定すると、圧接力Ｐ_ｎ［Ｎ］は、次式（３）によって求めた。

現像ローラ２４、帯電ローラ２２、及びクリーニングブレード２８についての動摩擦係数μ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、及び圧接力Ｐ_ｎは、このようにして求めることができる。上述した転写ローラ１６についての摩擦力Ｕ_ｎ及び圧接力Ｐ_ｎを含め、各圧接部材についての動摩擦係数μ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、及び圧接力Ｐ_ｎと、各圧接部材を取り付けた角度θ_ｎとをまとめた結果を、次表１に示す。

転写ローラ１６を感光体ドラム２１に圧接させるためのバネ５０としては、次表２に示すように１０種類のものを使用し、上表１に示した現像ローラ２４、帯電ローラ２２、及びクリーニングブレード２８についての動摩擦係数μ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、及び圧接力Ｐ_ｎと、これら１０種類のバネ５０による圧接力Ｐ_４とを組み合わせた各ケースを、それぞれ、実験例１乃至実験例１０とした。なお、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆ［Ｎ］と、この合力Ｆが生じる方向φ［°］は、次式（４）乃至次式（６）によって求めた。

また、次表３に示すように、帯電ローラ２２の配設位置のみを変化させた場合における現像ローラ２４、帯電ローラ２２、及びクリーニングブレード２８についての動摩擦係数μ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、及び圧接力Ｐ_ｎと、実験例１０にて用いたバネ５０による圧接力Ｐ_４とを組み合わせた各ケースを、次表４に示す実験例１１とした。

これら実験例１乃至実験例１１の各条件について、感光体ドラム２１の偏心及び自励振動を測定した。具体的には、図６に示すように、レーザドップラ振動計５５を感光体ドラム２１の鉛直方向及び水平方向のそれぞれに設置してレーザを照射し、回転駆動している感光体ドラム２１の変位量を測定した。レーザドップラ振動計５５としては、株式会社小野測器製レーザドップラ振動計ＬＶ−１６１０を使用した。この測定結果を次表５に示す。なお、次表５に示す変位量は、感光体ドラム２１の最大変位量である。

この結果から、実験例７乃至実験例１１においては、実験例１乃至実験例６に比べ、感光体ドラム２１の変位量が小さくなっており、当該感光体ドラム２１の偏心及び自励振動を防止することが可能なことがわかる。

つぎに、実験例１乃至実験例１１の各条件を満たす画像形成部２０を用いて実際に画像形成を行い、その画像品質の評価を行った。具体的には、図７に示すように、横２１０ｍｍ×縦２９７ｍｍのＡ４サイズの記録媒体Ｐを用意し、その印刷可能領域ＰＡ（横１９７．３ｍｍ×縦２８４．３ｍｍ）に、１０ｍｍ間隔で幅１４．２１５ｍｍの５本の帯状線Ｌからなる印刷パターンを画像形成した。そして、画像形成によって得られた原稿を、株式会社キーエンス製ディジタルマイクロスコープＶＨＸ−１００を用いて５００倍に拡大し、付属のソフトウェアを用いて、５本の帯状線Ｌのそれぞれの間隔ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４を測定し、この値に基づいて画像品質を評価した。

評価は、５本の帯状線Ｌのそれぞれの間隔ｄ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）を用いて、次式（７）に示す｜δ_ｉ｜を評価基準値として定義したとき、次式（８）である場合を、５本の帯状線Ｌの印刷位置のずれが小さく、画像品質が良好である旨を示す"○"とし、次式（９）である場合を、５本の帯状線Ｌの印刷位置のずれが通常程度であり、画像品質が普通である旨を示す"△"とし、次式（１０）である場合を、５本の帯状線Ｌの印刷位置のずれが大きく、画像品質が劣悪である旨を示す"×"として行った。

なお、上式（８）及び上式（９）において、評価基準値の閾値を４０μｍとしたのは、同一箇所において３つのトナー粒子が重なった場合を想定し、上に重なった２つのトナー粒子がずれて記録媒体Ｐの表面に落下した場合を許容するものとした場合に、トナー粒子の直径が約５μｍであることから、ずれて落下した２つのトナー粒子によって生じる最大の値が１０μｍとなり、それが４つの間隔分あることによる。また、上式（９）及び上式（１０）において、評価基準値の閾値を４００μｍとしたのは、目視で印刷位置のずれが明らかに把握できる値を１つの間隔につき１００μｍとし、それが４つの間隔分あることによる。この評価結果を次表６に示す。

この結果からわかるように、実験例１乃至実験例４の各条件の場合、すなわち、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆが１０Ｎよりも大きい場合には、感光体ドラム２１の偏心に起因して印刷位置のずれが多く発生し、良好な画像品質を得ることができなかった。また、実験例５及び実験例６の各条件の場合、すなわち、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆが１０Ｎ以下である場合には、多少の印刷位置のずれが発生しているものの、目視で確認する程度には問題がない画像品質を得ることができた。そして、実験例７乃至実験例１１の各条件の場合、すなわち、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆが４．８Ｎ以下である場合には、感光体ドラム２１の偏心に起因する印刷位置のずれが小さく、良好な画像品質を得ることができた。

この実験では、実験例１１が、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆが最小である場合であるが、この合力Ｆが小さいほど画像品質が良好となることが容易に推測される。すなわち、画像形成装置においては、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆが０Ｎになるような各圧接部材の配設位置が最も理想的である。ただし、このような状況は、現実的には困難である。そこで、画像形成装置においては、各圧接部材の大きさ等の制限によって許容される範囲内で、感光体ドラム２１の回転中心軸上での合力Ｆができる限り小さくなるような位置に、換言すれば、合力Ｆが所定値よりも小さくなるような位置に、各圧接部材を配設すればよい。この所定値は、上述したように、１０Ｎ以下であるのが望ましく、画像形成装置においては、各圧接部材の大きさや所望する画像品質等に応じて変化させればよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置においては、感光体ドラム２１が回転駆動している際に当該感光体ドラム２１に圧接する各圧接部材からの圧接力Ｐ_ｎと、これら各圧接部材と感光体ドラム２１との摩擦力Ｕ_ｎとの合力Ｆが、感光体ドラム２１の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に各圧接部材を配設することにより、当該感光体ドラム２１が偏心することなく、良好な画像品質を得ることができる。

なお、この第１の実施の形態では、上表１乃至上表４に示したように、圧接部材（現像ローラ２４、帯電ローラ２２、クリーニングブレード２８、及び転写ローラ１６）による圧接力Ｐ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、動摩擦係数μ_ｎ、及び角度θ_ｎを変更することにより、合力Ｆを調整しているが、上表１乃至上表４に示した設定内容の他に、例えば次表７及び次表８に示すような設定を行った場合にも、上述した実験例８と同じ合力Ｆとすることができる。すなわち、上述した設定はあくまでも一例に過ぎず、画像形成装置においては、上表１乃至上表４、次表７及び次表８に示す設定に限らず、圧接部材による圧接力Ｐ_ｎ、摩擦力Ｕ_ｎ、動摩擦係数μ_ｎ、及び角度θ_ｎを適宜変更することにより、合力Ｆを調整することが可能である。

つぎに、第２の実施の形態として示す画像形成装置について説明する。

この第２の実施の形態として示す画像形成装置は、第１の実施の形態として示した画像形成装置を改良し、現像ローラ上のトナー層の厚さの変動に応じて、当該現像ローラによる圧接力を調整する機構を設けたものである。したがって、この第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の説明と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

画像形成装置においては、トナーＴが印刷環境の雰囲気等の外的な要因の影響を受けることにより、供給ローラ２５を介して現像ローラ２４上に搬送されてくるトナーＴの量が変化し、現像ローラ２４上のトナー層の厚さが変動することがある。そこで、画像形成装置は、かかるトナー層の厚さの変動を考慮し、現像ローラ２４上のトナー層の厚さの変化を検出し、当該現像ローラ２４による圧接力を調整する機構を設ける。

具体的には、画像形成装置は、図８に示すように、現像ローラ２４の周面のトナー層の厚さを検出する厚さ検出部６０を備える。この厚さ検出部６０は、可変電圧源６１によってコンデンサ６２に充電した電荷を、スイッチ６３及び現像ローラ２４の周面に当接した当接部材６４を介して、当該現像ローラ２４に対して放電するように構成される。なお、厚さ検出部６０の当接部材６４は、図９及び図１０に示すように、記録媒体Ｐの印刷可能領域ＰＡの外部に設置される。

このような厚さ検出部６０において、コンデンサ６２から放電された電荷に基づいてトナーＴに流れる電流ｉ（ｔ）［Ａ］は、次式（１１）によって表すことができる。なお、次式（１１）において、Ｃ［Ｆ］は、コンデンサ６２の容量を示し、Ｖ_０［Ｖ］は、コンデンサ６２の充電電圧を示し、Ｒ［Ω］は、トナー層の電気抵抗値を示している。

コンデンサ６２に対する充電時間をＴ_１［秒］とし、コンデンサ６２からの放電時間をＴ_２［秒］とすると、コンデンサ６２の充電過程ではトナー層に電流が流れないことから、平均電流値Ｉ［Ａ］は、次式（１２）によって表すことができる。

したがって、上式（１１）及び上式（１２）から、電気抵抗値Ｒ［Ω］は、次式（１３）によって表すことができる。

また、厚さ検出部６０の当接部材６４と現像ローラ２４とのニップ部のトナー層の横幅、長さ、厚さを、それぞれ、Ｗ［ｍ］、Ｌ［ｍ］、ｄ［ｍ］とすると、電気抵抗率ρ［Ω／ｍ］は、次式（１４）によって表すことができる。

したがって、上式（１３）及び上式（１４）から、トナー層の厚さｄ［ｍ］は、次式（１５）によって求めることができる。

画像形成装置は、このような厚さ検出部６０を用いることにより、現像ローラ２４の周面のトナー層の厚さを検出することができる。

また、画像形成装置においては、現像ローラ２４を感光体ドラム２１に圧接させるための手段として電磁コイルを用いる。この電磁コイルは、図１１に示すように、コア材として直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの鉄芯に直径０．５ｍｍのホルマン線を１００周巻回した第１の電磁コイル７１と、コア材として直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鉄芯に直径０．５ｍｍのホルマン線を３００周巻回した第２の電磁コイル７２とを用いて構成されている。これら第１の電磁コイル７１及び第２の電磁コイル７２は、互いの磁力線が対向するように１００μｍの間隙を空けて設置されている。

画像形成装置は、このような電磁コイルを用いることにより、現像ローラ２４から感光体ドラム２１が受ける圧接力Ｐ_１を調整することができる。

このような厚さ検出部６０及び電磁コイルを備えた画像形成装置は、図１２に示すような一連の手順にしたがって、トナー層の厚さの変動に応じて、現像ローラ２４による圧接力Ｐ_１を調整する。

まず、画像形成装置は、図１２に示すように、ステップＳ１において、トナー層に流れる電流を計測し、上式（１１）乃至上式（１５）を用いてトナー層の厚さｄを求める。なお、トナー層に流れる電流は、現像ローラ２４の金属シャフトに流れる電流としてもよい。したがって、ここでは、現像ローラ２４の金属シャフトに流れる電流を計測するものとする。

続いて、画像形成装置は、ステップＳ２において、求めたトナー層の厚さｄ［μｍ］の変化率が所定値以上であるか否かを判定する。ここでは、トナー層の厚さｄ［μｍ］の変化率が２０％以上であるか否かを判定するものとする。

画像形成装置は、トナー層の厚さｄ［μｍ］の変化率が２０％未満である場合には、現像ローラ２４による圧接力Ｐ_１の調整を行う必要がないことから、ステップＳ１からの処理を繰り返し、トナー層に流れる電流の計測を継続する。

一方、画像形成装置は、トナー層の厚さｄ［μｍ］の変化率が２０％以上である場合には、ステップＳ３において、電磁コイルに流れる電流量を調整し、ステップＳ４において、電流量を調整した電磁コイルによる電磁力に基づいて、現像ローラ２４による圧接力Ｐ_１を調整し、ステップＳ１からの処理を繰り返す。

画像形成装置は、このような一連の手順にしたがって、トナー層の厚さの変動に応じて、現像ローラ２４による圧接力Ｐ_１を調整することができる。

本願発明者は、このようなトナー層の厚さの変動に応じた圧接力Ｐ_１の調整機構の妥当性を証明するために実験を行った。以下、この実験内容について具体例を用いて説明する。

実験は、画像形成を行う雰囲気を、温度２８℃、湿度５０％（以下、高温・高湿環境という。）と、温度１０℃、湿度１５％（以下、低温・低湿環境という。）の２つの環境条件に設定し、各環境条件について、感光体ドラム２１の偏心及び自励振動を測定した。また、画像形成部２０としては、上述した実験例１乃至実験例３の各条件を満たし、且つ、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えていないものと、上述した実験例１乃至実験例３の各条件を満たし、且つ、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えたものとを使用した。このとき、後者の画像形成部２０においては、厚さ検出部６０の当接部材６４と現像ローラ２４とのニップ部のトナー層の横幅Ｗを１５ｍｍとし、長さＬを５ｍｍとした。また、現像ローラ２４による圧接力Ｐ_１を得るために必要な電流は５Ａであった。感光体ドラム２１の偏心及び自励振動の測定は、先に図６に示したように、レーザドップラ振動計５５を使用して行った。

この結果、高温・高湿環境下でのトナー層の厚さｄは４０μｍであり、低温・低湿環境下でのトナー層の厚さｄは２０μｍであった。厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えていない画像形成装置においては、高温・高湿環境下及び低温・低湿環境下の双方で、感光体ドラム２１の変位量として３０μｍが観測された。これに対して、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えた画像形成装置においては、高温・高湿環境下及び低温・低湿環境下の双方で、感光体ドラム２１の変位量が５μｍであった。

このように、画像形成装置は、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えることにより、感光体ドラム２１の変位量を小さくすることができ、当該感光体ドラム２１の偏心及び自励振動を防止することが可能なことがわかる。

つぎに、高温・高湿環境下及び低温・低湿環境下のそれぞれにおいて実際に画像形成を行い、その画像品質の評価を行った。評価は、先に図７に示したように、５本の帯状線Ｌからなる印刷パターンを画像形成した原稿を用い、５本の帯状線Ｌのそれぞれの間隔ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４に基づいて画像品質を評価した。

この結果、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えていない画像形成装置においては、高温・高湿環境下及び低温・低湿環境下の双方で、印刷指示位置からの５本の帯状線Ｌの印刷位置のずれが１１０μｍと大きく発生した。これに対して、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えた画像形成装置においては、高温・高湿環境下及び低温・低湿環境下の双方で、５本の帯状線Ｌの印刷位置のずれが５０μｍ以下となり、良好な画像品質が得られた。

このように、画像形成装置は、厚さ検出部６０及び電磁コイルによる調整機構を備えることにより、感光体ドラム２１の偏心に起因する印刷位置のずれが小さく、良好な画像品質を得ることができることがわかる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、感光体ドラム２１が回転駆動している際に当該感光体ドラム２１に圧接する各圧接部材からの圧接力Ｐ_ｎと、これら各圧接部材と感光体ドラム２１との摩擦力Ｕ_ｎとの合力Ｆが、感光体ドラム２１の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に各圧接部材を配設し、さらに、トナー層の厚さの変動に応じて、現像ローラ２４による圧接力を調整する機構を設けることにより、印刷環境の雰囲気等の影響によるトナー層の厚さが変動した場合であっても、良好な画像品質を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、転写ローラ１６のみ、バネ５０（弾性部材）による圧接を行うものとして説明したが、本発明は、他の圧接部材についても同様に弾性部材による圧接を行うようにしてもよく、また、弾性部材の他に、磁石や電磁コイル等による電磁力を利用した圧接を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、圧接部材が、現像ローラ２４、帯電ローラ２２、クリーニングブレード２８、及び転写ローラ１６の４つの部材であるものとして説明したが、本発明は、かかる圧接部材の個数や種類に限定されるものではない。

さらに、本発明は、画像形成を行う機能を有する装置であればいかなるものであっても適用することができ、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、その他の機能を複合的に備える装置に適用することもできる。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置の構造を説明する側方断面図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置における画像形成部の構造を説明する側方断面図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置における画像形成部の構造を説明する要部側方断面図であり、各圧接部材から感光体ドラムが受ける力と、各圧接部材の配設位置とについて説明するための図である。 動摩擦係数を測定するための測定手段の構成を説明する図である。 感光体ドラムと各圧接部材との摩擦力を測定するための方法を説明する図である。 感光体ドラムの偏心及び自励振動を測定するための方法を説明する図である。 画像品質の評価を行うための原稿内容について説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置が備える厚さ検出部の構成を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置における画像形成部の構造を説明する要部側方断面図であり、厚さ検出部の設置位置について説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置における画像形成部の構造を説明する要部平面図であり、厚さ検出部の設置位置について説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置における画像形成部の構造を説明する要部側方断面図であり、現像ローラを感光体ドラムに圧接させるための手段の構成について説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置において、トナー層の厚さの変動に応じて、現像ローラによる圧接力を調整する際の一連の処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１ 媒体トレイ
１２ａ，１２ｂ 給紙ローラ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，４１ａ，４１ｂ，４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ，４５ｇ，４５ｈ，４５ｉ，４５ｊ 搬送ローラ
１４ 転写ベルト
１５ａ，１５ｂ 駆動ローラ
１６，１６Ｋ，１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ 転写ローラ
１７，２８ クリーニングブレード
１８ 廃棄トナータンク
１９ａ，１９ｂ 記録媒体走行ガイド
２０，２０Ｋ，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ 画像形成部
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電ローラ
２３ 露光装置
２４ 現像ローラ
２５ 供給ローラ
２６ トナーカートリッジ
２７ 現像ブレード
３０ 定着装置
３１ 発熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 加熱ヒータ
３４ サーミスタ
４２ａ，４２ｂ 排出ローラ
４４ａ，４４ｂ 反転ローラ
５０ バネ
５１ 感光体板
５２ 圧接部材板
５３ おもり
５４ バネばかり
５５ レーザドップラ振動計
６０ 厚さ検出部
６１ 可変電圧源
６２ コンデンサ
６３ スイッチ
６４ 当接部材
７１ 第１の電磁コイル
７２ 第２の電磁コイル
Ｃ コンデンサの容量
ｄ トナー層の厚さ
ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４，ｄ_ｉ 間隔
Ｆ 合力
ｇ 重力加速度
ｉ（ｔ） 電流
Ｉ 平均電流値
Ｌ 帯状線
Ｌ トナー層の長さ
Ｎ 荷重値
Ｐ 記録媒体
Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４，Ｐ_ｎ 圧接力
ＰＡ 印刷可能領域
Ｐ_ｒｅｆ 鉛直方向の荷重値
ｒ 感光体ドラムの半径
Ｒ トナー層の電気抵抗値
Ｔ トナー
Ｔ，Ｔ_ｍｅｓ，Ｔ_ｒｅｆ トルク
Ｔ_１ 充電時間
Ｔ_２ 放電時間
Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３，Ｕ_４，Ｕ_ｎ 摩擦力
Ｖ_０ コンデンサの充電電圧
Ｗ トナー層の横幅
｜δ_ｉ｜ 評価基準値
θ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_ｎ 角度
μ_１，μ_２，μ_３，μ_ｎ 動摩擦係数
φ 合力が生じる方向

Claims (4)

1. 所定の記録媒体に対して画像を形成する画像形成装置において、
   像担持体と、
   回転駆動する前記像担持体に圧接するように配設された圧接部材とを備え、
   前記圧接部材は、回転駆動している前記像担持体に圧接する当該圧接部材からの圧接力と、当該圧接部材と前記像担持体との摩擦力との合力が、前記像担持体の回転中心軸において所定値よりも小さくなる位置に配設され、
   前記圧接部材は、前記像担持体に圧接しながら回転駆動して当該像担持体上に形成された潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体を含み、
   当該画像形成装置は、前記現像剤担持体上の現像剤層の厚さを検出し、当該現像剤層の厚さの変動に応じて、前記現像剤担持体が前記像担持体に圧接する圧接力を調整する調整機構を備えること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記調整機構は、前記現像剤担持体上の現像剤層に流れる電流を計測し、計測した電流値に基づいて当該現像剤層の厚さを求めること
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤担持体は、電磁コイルによる電磁力によって前記像担持体に圧接しており、
   前記調整機構は、前記現像剤層の厚さの変動に応じて、前記電磁コイルに流れる電流量を調整し、当該電流量を調整した当該電磁コイルによる電磁力に基づいて、前記現像剤担持体が前記像担持体に圧接する圧接力を調整すること
   を特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記圧接部材は、前記像担持体に圧接しながら回転駆動して当該像担持体を帯電させる帯電装置と、前記像担持体に圧接して当該像担持体上に残存した現像剤をクリーニングして回収する現像剤回収装置と、前記像担持体に圧接しながら回転駆動して現像剤によって現像された現像剤像を前記記録媒体上に転写する転写装置とのいずれか又は全てを含むこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項記載の画像形成装置。