JP5594066B2 - 感光体ドラムユニット、該感光体ドラムユニットを備えるプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタ、複写機等の画像形成装置に具備される感光体ドラムユニット、該感光体ドラムユニットを備えるプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、複写機等の画像形成装置には、該画像形成装置の本体にプロセスカートリッジが備えられている。
プロセスカートリッジとは、文字や図形等、表されるべき内容を紙等の記録媒体に転写する部材であり、ここには転写する内容が形成される感光体ドラムユニットが備えられる。従ってプロセスカートリッジには、転写すべき内容を感光体ドラムユニットに形成するための各種手段が併せて配置される。これには、例えば現像、帯電、クリーンニングを行う手段を挙げることができる。

感光体ドラムユニットに具備される感光体ドラムは円筒形の部材であり、その作動時には円筒の軸を中心に回転し、その回転に伴って騒音を発する場合がある。騒音の原因として次のことが挙げられる。すなわち、感光体ドラムを帯電させるための装置として帯電ローラを用い、感光体ドラムを一様に帯電させるために直流電圧に加えて交流電圧を重畳すると、帯電ローラと感光体ドラムとの間の静電容量により、静電容量型スピーカーと同様の原理により騒音が発生する。また、クリーニングブレードを感光体ドラムに当接してクリーニングを行う際にクリーニングブレードがびびり、このときにも騒音が発生する場合がある。

これらの騒音を低減する手段として、感光体ドラムの内側に制振部材を挿入する技術が特許文献１〜特許文献３に開示されている。

特許第３２５７２６７号公報 特開２００５−６２４６３号公報 特開２００５−４００５号公報

しかしながら、これらの制振部材を挿入すると感光体ドラムの製造コストが上がるため、少しでもコストを削減するために制振部材の製造方法の工夫が行われている。具体的には、従来は押出成形により円筒形状に成形した後、機械加工によりスリットを形成していたところを、金型を工夫することにより押出成形により最初からスリットを形成する方法、再生樹脂等の安価な原料の使用、サイクルタイム短縮のため、冷却を強化して押出速度を速くする等の方法が行われている。ところが、これらのコスト削減の方策は、制振部材の寸法精度や、真円度、真直度、円筒度等の形状精度を悪化させる場合があり、感光体ドラムの精度悪化を引き起こすことがあった。

すなわち、押出成形によりスリットを形成する方法は、その性質上、精度の維持管理が難しく、真円度が悪化したり、冷却条件によっては残留応力により切断後の押出前後方向で外径が異なったりし易い。従って、ダイス（金型）の設計が悪いと偏肉が発生したり、真円度や切断後の押出前後の外径差を更に強調してしまうこともある。

また、射出成形の場合にも、安価な原料の使用や、冷却を強化したり離型性を向上させたりする等して、成形サイクル短縮等の工夫が行われている。離型性を向上させる方法として、制振部材外面に軸方向のテーパを設けることもあった。しかしながらこれらコスト削減の方策も、制振部材の寸法精度や、真円度、真直度、円筒度等の形状精度を悪化させる場合があり、感光体ドラムの精度悪化の一因になる場合があった。

一方、レーザプリンタ、複写機等の画像形成装置は高精細化、カラー化の進展に伴い、感光体ドラムにも高精度化が求められており、制振部材を挿入することによる感光体ドラムの精度悪化が問題となってきている。特に感光体ドラムの振れ精度が悪化すると、画像ぼけや歪み、色ずれとなって現れる。
ここで、「振れ」とは、感光体ドラムの中心軸を基準として回転させたときに、軸方向の任意の位置で測定した径方向の最大の変位であり、ＪＩＳ Ｂ０６２１に定義されている全振れを意味する。

特許文献１〜特許文献３に記載のような従来の感光体ドラムユニットは制振の観点から一定の効果を奏するものであった。しかしながら、多量の感光体ドラムユニットを安価に製造するに際し、特に１つの感光体ドラムユニットに複数の制振部材を用いる場合に、感光体ドラムの振れを一定の水準以下としつつ、多数生産する感光体ドラムユニット間での感光体ドラムの振れのばらつきを抑えることについて考慮されていなかった。従って、従来においては、感光体ドラムユニット間で感光体ドラムの振れにばらつきが大きいことが問題であった。

そこで、本発明は感光体ドラムの振れを一定水準以下に抑制し、安価に多数生産する場合にも個体間で感光体ドラムの振れのばらつきを抑制することが可能な感光体ドラムユニットを提供することを課題とする。また、これを備えるプロセスカートリッジ、及び画像形成装置を提供する。

以下、本発明について説明する。ここではわかりやすさのため括弧書きにて図面の参照符号を付すが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、円筒形の感光体ドラム（１１）と、感光体ドラムの円筒形の内側に摺動することなく固定された円筒状の制振部材（２０、３０）と、を備え、制振部材は、感光体ドラムの軸線方向に延びるスリット（２２、３２）を具備し、制振部材は感光体ドラムの軸線方向に複数配置されるとともに、制振部材の円筒状の外周面が制振部材の軸線方向全長に亘って感光体ドラムの内面に接触し、かつ、制振部材の円筒状の軸線方向両端で外径が異なるように形成されており、複数配置される制振部材のうち、少なくとも１つの制振部材のスリット位置が、他のいずれかの制振部材のスリット位置に対して感光体ドラムの軸線を中心とした軸線回りで６０度以上１２０度以下の角度を有し、複数の制振部材は隣り合う制振部材で外径が大きい側同士が対向しないように配置されている、感光体ドラムユニット（１０）である。

請求項２に記載の発明は、筐体と、該筐体内に配置される請求項１に記載の感光体ドラムユニット（１０）と、筐体内に配置され感光体ドラムを帯電させる手段と、を備えるプロセスカートリッジである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプロセスカートリッジを備え、該プロセスカートリッジに回転駆動力を付与することにより画像を形成する画像形成装置である。

本発明によれば、感光体ドラムユニットの振れに関し、その個体間における振れのばらつきを抑制し、かつ振れの大きさも一定の水準以下に抑えることができる。

プロセスカートリッジの模式図である。 図２（ａ）は感光体ドラムユニットの外観斜視図、図２（ｂ）はその一部を透視して示した斜視図である。 制振部材の外観斜視図である。 図４（ａ）は制振部材の正面図、図４（ｂ）は制振部材の背面図、図４（ｃ）は制振部材の左側面図である。 制振部材の配置を説明するための図である。 振れ測定器を説明するための図であり、図６（ａ）が正面図、図６（ｂ）が側面図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は１つの実施形態に係る感光体ドラムユニット１０（図２参照）を具備するプロセスカートリッジ１の構成を模式的に示した図である。このようなプロセスカートリッジ１を不図示の画像形成装置本体に挿入して配置することにより、画像形成装置である例えばレーザプリンタ、複写機、ファクシミリ等が機能する。以下詳しく説明する。

プロセスカートリッジ１は、その外郭を形成する筐体２を有し、その内側に各種部品が内包されている。本実施形態では具体的には、感光体ドラムユニット１０（図２参照）、帯電ローラ３、現像ローラ４、規制部材５、転写手段６、及びクリーニングブレード７を有している。紙などの媒体がプロセスカートリッジ１の内部を図１にＰで示した線に沿って移動することにより、当該媒体に画像が形成される。

感光体ドラムユニット１０には、紙等の記録媒体に転写すべき文字や図形等が形成される。図２（ａ）に感光体ドラムユニット１０の外観斜視図を示した。また、図２（ｂ）には、感光体ドラムユニット１０の一部を透視した図を示した。図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように感光体ドラムユニット１０は、感光体ドラム１１、フランジ１２、駆動フランジ１３、及び制振部材２０、３０を備えている。以下、図２及び適宜示す図を参照しつつ感光体ドラムユニット１０について説明する。

感光体ドラム１１は、円筒形であるドラムシリンダの外周面に感光層を被覆した部材である。ドラムシリンダは、アルミニウム等の導電性の円筒形シリンダに感光層を塗布して構成されている。形成される感光層は特に限定されるものではなく、その目的に応じて公知のものを適用することができる。
感光体ドラム１１の一端には後述するように駆動フランジ１３が取り付けられ、他端にはフランジ１２が配置されている。また、円筒形の筒内には図２（ｂ）からわかるように制振部材２０、３０が挿入されている。

フランジ１２は、樹脂により形成された部材で、感光体ドラム１１の円筒内側に嵌合される嵌合部と、感光体ドラム１１の一端面を覆うように配置される軸受部とが同軸に形成されている。軸受部は、感光体ドラム１１の端面を覆う円板状であるとともに、画像形成装置本体に具備される軸を受ける部位が設けられている。また、フランジ１２には、導電性材料によりなるアース板が配置され、これにより感光体ドラム１１と画像形成装置本体とを電気的に接続させている。

駆動フランジ１３は、感光体ドラム１１の端部のうち上記フランジ１２とは反対側の端部に取り付けられる部材である。駆動フランジ１３は、画像形成装置本体からの駆動力を受けて感光体ドラムユニット１０自体を回転させるとともに、感光体ドラムユニット１０に隣接する他のローラ（帯電ローラ等）にもこの回転力を伝達する機能を有する。具体的には、駆動フランジ１３は画像形成装置本体が具備する回転軸を受ける不図示の軸受を有し、画像形成装置本体からの回転駆動力を受ける。また、図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように、駆動フランジ１３の外周面１３ａには歯車形状が形成されており、これが隣接するローラ（帯電ローラ等）に具備される歯車形状と噛み合うことで回転駆動力が伝達される。

制振部材２０、３０は、感光体ドラム１１の内側に挿入される略円筒状の部材である。図３には制振部材２０の斜視図を示した。図４には、二次元図を示した。図４（ａ）が正面図、図４（ｂ）が背面図、図４（ｃ）が左側面図である。制振部材３０の形状は制振部材２０と同じなので、ここでは制振部材２０についてのみ説明し、制振部材３０の説明は省略する。

図３、図４からわかるように、制振部材２０は円筒状の部材である。ただし、制振部材２０は円筒状の本体２１に円筒軸に沿った所定の幅のスリット２２が設けられている。従って、図４（ｃ）からわかるように、円筒軸に直交する断面において制振部材２０はＣ字状となっている。また、本体２１の外周面のうち、スリット２２が設けられた部位の直径方向反対側の外周面にはスリット２２と平行に溝２３が形成されている。

このように、本体２１にスリット２２を設けることにより制振部材２０を感光体ドラム１１内に挿入する際に制振部材を撓ませて外径を小さくして感光体ドラムへの挿入を容易にすることができる。さらに、本体２１を感光体ドラム１１内に配置したときには、感光体ドラム１１を内側から押圧することにより、感光体ドラム１１内に制振部材を固定することができる。
また、スリット２２と反対側に溝２３を設けることによりさらに制振部材２０が撓みやすくなり、溝の幅と深さにより押圧力を制御することが可能となる。

ここで、制振部材２０に備えられる各構成の具体的な大きさは特に限定されることはなく適宜変更可能である。
ただし、本体２１の外径は感光体ドラム１１の内径より若干大きいことが好ましい。これにより、本体２１の弾性力によって感光体ドラム１１の内面に制振部材２０を密着させることができる。
また、本体２１の厚さは２ｍｍ以上、長さは５０ｍｍ以上であることが好ましい。これは本体の重量が大きいほど振動抑制の効果が大きいことによるものである。
さらに、感光体ドラム内に挿入し易い程度に外径を小さくするため、及び弾性変形の吸収効果の観点から、スリット２２の幅は１ｍｍ以上であることが好ましい。また、溝２３の深さは、感光体ドラム内に挿入する際の撓ませ易さ、挿入後の感光体ドラム内面への密着力の強さ、及び振動抑制効果の観点から０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

このような制振部材２０、３０は樹脂から成形される。樹脂としては、例えばＡＢＳ、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、各種のゴム等を挙げることができ、複数の材料の混合物であってもよい。ＰＥＴボトル等の再生樹脂も使用可能である。また、これらの樹脂に無機フィラーを混練したものを使用しても良く、無機フィラーを混練することにより、製造時のベース樹脂の収縮を抑制することができ、精度の高い制振部材を製造することが可能となる。無機フィラーの混練により制振効果を向上させることも可能である。無機フィラーとしてはタルク、炭酸カルシウム、マイカ鱗片、ガラス、カーボンファイバー、等を挙げることができる。

制振部材２０、３０は上記した形状に加え、制振部材２０、３０の外径は軸方向一端側と他端側とで異なるようにテーパ状とされていてもよい。そして制振部材２０、３０を配置する際に外径の大きい側同士が向き合わないように配置されることが好ましい。これによりさらに振れのバラツキを抑えることが可能となる。

このような制振部材は、押出成形、スリット加工、又は射出成型等により製造することができる。
押出成形の場合は、制振部材の断面形状に対応した金型（ダイス）を準備し、ここに溶融又は半溶融した材料を流入させて押圧する。その後、冷却や切断の工程を経て個々の制振部材を製造することができる。
スリット加工は、制振部材の材料により形成された円筒形の部材に切削加工によりスリットや溝を形成する方法である。ここで、スリット加工は押出成形のダイスを工夫することにより、押出加工時に形成することも可能である。
射出成型は、断面方向のみでなくその軸方向にも対応する型に溶融した材料を射出して冷却することにより制振部材を製造する。

以上のような各部材を有する感光体ドラムユニット１０は、次のように組み合わされて形成されている。すなわち、本実施形態では、図２（ｂ）からわかるように、感光体ドラム１１の筒状の内側に２つの制振部材２０、３０が軸方向に並べられて配置される。図５に説明のための図を示した。図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に矢印Ｖｂで示した方向から見た図である。図５（ａ）ではわかりやすさのため、２つの制振部材２０、３０を離隔して示しているが、実際には図２（ｂ）のように近接して配置する。図５（ｂ）では、制振部材３０のスリット３２、溝３３の位置を破線で表わしている。
なお、制振部材３０において、本体３１は本体２１、スリット３２はスリット２２、溝３３は溝２３にそれぞれ相当する。また、破線Ａは感光体ドラム１１の軸線、破線Ｂは制振部材２０のスリット２２が延びる方向（軸線に平行）、破線Ｃは制振部材３０のスリット３２が延びる方向（軸線に平行）をそれぞれ表わしている。

図５からわかるように、制振部材２０と制振部材３０とは次のように配置される。すなわち、軸線Ａと制振部材２０のスリット２２とを結ぶ半径方向と、軸線Ａと制振部材３０のスリット３２とを結ぶ半径方向と、の成す角を考える。この角は０度〜１８０度である側と０度〜−１８０度である側とが考えられるが、その絶対値をθとしたとき、θは６０度以上１２０度以下とする。好ましくは９０度である。
従って、制振部材２０のスリット２２の位置が、制振部材３０のスリット３２の位置に対して感光体ドラム１１の軸線を中心とした軸線回りで６０度以上１２０度以下の角度を有して配置されている。
これにより、複数の感光体ユニットにおいて、各感光体ユニット間の振れの大きさを所定の大きさ以下に抑え、バラツキを抑えることが可能となる。従って、安定した品質の感光体ドラムユニットを提供することが可能となる。
従来の感光体ドラムユニットでは、制振部材を挿入しても各感光体ドラムユニット間の振れのバラツキが大きかった。その中には振れの大きいもの多く含まれており、このようなものは製品として提供することはできずに無駄となっていた。
これに対して本発明によれば、感光体ドラムユニット間のばらつきを抑制することができ、振れの絶対値も所定の範囲に抑えることが可能となる。従って、安定した品質の感光体ドラムユニットを効率よく提供することができる。

ここで、制振部材２０、３０は感光体ドラム１１が回転してもその内側で摺動することがないように固定される。制振部材２０、３０のこのような感光体ドラム１１内側への固定は、本体２１の弾性変形の内面圧による保持や、接着剤を用いておこなわれる。

上記のように制振部材２０、３０が挿入された後、感光体ドラム１１の両端にフランジ１２と駆動フランジ１３が取り付けられ、感光体ドラムユニット１０とされる。

ここでは、２つの制振部材２０、３０が備えられた感光体ドラムユニット１０について説明したが、制振部材が３つ以上配置されていてもよい。このときにはいずれか１つの制振部材が、他のいずれかの制振部材との間で上記の配置の関係を満たせばよい。

図１に戻って、プロセスカートリッジ１について説明を続ける。プロセスカートリッジ１の筐体２の内側に備えられる他の構成である帯電ローラ３、現像ローラ４、規制部材５、転写手段６、及びクリーニングブレード７は次のようなものである。

帯電ローラ３は、画像形成装置本体からの電圧印加により感光体ドラム１１を帯電させる。これは、当該帯電ローラ３が感光体ドラム１１に追随して回転し、感光体ドラム１１の外周面に接触することにより行われる。
現像ローラ４は、感光体ドラム１１に現像剤を供給するローラである。そして、当該現像ローラ４により、感光体ドラム１１に形成された静電潜像が現像される。なお現像ローラ４には、固定磁石が内蔵されている。
規制部材５は、上記した現像ローラ４の外周面に付着する現像剤の量を調整するとともに、現像剤自体に摩擦帯電電荷を付与する部材である。
転写手段６は、感光体ドラム１１に形成された像を紙等の記録媒体に転写するためのローラである。
クリーニングブレード７は、感光体ドラム１１の外周面に接触してその先端により転写後に残存した現像剤を除去するブレードである。

上記各ローラは筐体２の内側に回転可能に収められる。すなわち各ローラは筐体２の内側で必要に応じて回転してその機能を発揮する。

ここでは、プロセスカートリッジ１に備えられる各ローラ及びブレードについて説明したが、ここに具備される部材はこれに限定されるものではなく、その他プロセスカートリッジに通常に備えられる部材、部位、及び現像剤等が具備されていることが好ましい。

このようなプロセスカートリッジ１が画像形成装置本体に装着されて作動する。詳しくは次の通りである。画像を形成するときには、画像形成装置本体からの駆動力により感光体ドラム１１を回転させて、帯電ローラ３により帯電させる。この状態で、ここに備えられる各種光学部材を用いて画像情報に対応したレーザ光を感光体ドラム１１に照射し、当該画像情報に基づいた静電潜像を得る。この潜像は現像ローラ４により現像される。

一方、紙等の記録媒体は、画像形成装置本体にセットされ、該画像形成装置本体に設けられた送り出しローラ、搬送ローラ等により転写位置に搬送され、図１の線Ｐに沿って移動する。転写位置には転写手段６が配置されており、記録媒体の通過に伴い転写手段６に電圧が印加されて感光体ドラム１１から記録媒体に像が転写される。その後、記録媒体に熱及び圧力が加えられることにより当該像が記録媒体に定着する。そして排出ロール等により画像形成装置本体から像が形成された記録媒体が排出される。

以下実施例で本発明をさらに説明する。ただし本発明は実施例に限定されるものではない。本実施例では、ある１つの感光体ドラムに対し制振部材のθを変更した場合の測定（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０）、及びθを９０度とした感光体ドラムユニットを１０ユニット準備して振れを測定した（Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．２０）。また比較例としてθを０度とした感光体ドラムユニットも１０ユニット準備し、同様に振れを測定した（Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．３０）。

本実施形態では、感光体ドラムはアルミ合金（ＪＩＳ規格で定められる合金番号３００３）製とし、外径３０ｍｍ、肉厚０．７５ｍｍ、長さ３４０ｍｍのものを用いた。制振部材はＡＢＳにタルクを混合した樹脂を用い、外径２８．８ｍｍ、長さ１００ｍｍ、肉厚４．４ｍｍ、溝幅２ｍｍ、溝深さ０．８ｍｍ、スリット幅３．０ｍｍとした。

また、振れは次のように測定した。図６に振れ測定機の模式図を示す。図６は測定時の様子を表しており、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。振れ測定機は感光体ドラムの左右のそれぞれに配置されるモーター、継手、高精度スピンドルユニット、測定コロを備えてこれがユニットとされている。このユニットは図示しないエアシリンダー及びＬＭガイドにより感光体ドラムの軸方向外側へ後退可能である。また、感光体ドラムの上部には揺れ止めコロが備えられ、ユニットの前進後退時に図示しないエアシリンダーにより上昇下降が可能である。また、感光体ドラムの下方にはドラム受台が備えられ、図示しないエアシリンダーにより２段階に上昇下降が可能である。
測定前には、左右のユニットを後退しておき、揺れ止めコロは上昇され、ドラム受台は感光体ドラムを載置しやすい位置まで上昇している。感光体ドラムをドラム受台に載置するとドラム受台は１段階下降し、左右のユニットが前進して測定コロが感光体ドラム内に挿入される。次にドラム受台をもう１段階下降させて感光体ドラムを測定コロに載せると同時に、揺れ止めコロが下降してドラムの揺れを止める。
この状態で左右のモーターを回転させ、レーザ測定機で感光体ドラムの上側の変位量を測定し、これを振れの測定値とする。レーザ測定機は、アンリツ製レーザ外径寸法測定機（検出部：ＫＬ１００３ＢＮ、表示部：ＫＬ３０００Ａ）を使用した。
測定の終了後は、揺れ止めコロを上昇させると同時にドラム受台を１段階上昇させ、感光体ドラムを測定コロから離し、左右のユニットを後退させてから、ドラム受台をもう１段上昇させて、測定終了した感光体ドラムを取り出す。
ここで、測定コロは、その回転振れが１μｍ以下に製作されており、感光体ドラムの振れを高精度に測定することが可能である。通常、感光体ドラムの振れは中央付近で最大となるため、レーザ測定機はドラム中央に配置し、その測定値を振れ値とした。また、ＪＩＳ規格で定義される全振れは、感光体ドラムの中心軸で回転させて測定されなければならないが、本測定機では感光体ドラム端部内面が基準となるため、厳密な全振れではなく、端部の真円度や偏肉等の影響も含んでいる。
表１に結果を示す。

表１からわかるように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２０では、いずれもその振れを３０μｍ以下に抑えることができた。一方、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．３０では、振れが３０μｍより大きくなるものがあった。
また、ばらつきの観点からも、標準偏差からわかるように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２０の例の方がＮｏ．２１〜Ｎｏ．３０によるものより良好であった。

１ プロセスカートリッジ
１０ 感光体ドラムユニット
１１ 感光体ドラム
１２ フランジ
１３ 駆動フランジ
２０ 制振部材
２１ 本体
２２ スリット
２３ 溝
３０ 制振部材
３１ 本体
３２ スリット
３３ 溝

Claims (3)

1. 円筒形の感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムの円筒形の内側に摺動することなく固定された円筒状の制振部材と、を備え、
   前記制振部材は、前記感光体ドラムの軸線方向に延びるスリットを具備し、
   前記制振部材は前記感光体ドラムの軸線方向に複数配置されるとともに、前記制振部材の円筒状の外周面が前記制振部材の軸線方向全長に亘って前記感光体ドラムの内面に接触し、かつ、前記制振部材の前記円筒状の軸線方向両端で外径が異なるように形成されており、
   複数配置される前記制振部材のうち、少なくとも１つの制振部材の前記スリット位置が、他のいずれかの制振部材の前記スリット位置に対して前記感光体ドラムの軸線を中心とした軸線回りで６０度以上１２０度以下の角度を有し、複数の前記制振部材は隣り合う前記制振部材で外径が大きい側同士が対向しないように配置されている、感光体ドラムユニット。
2. 筐体と、該筐体内に配置される請求項１に記載の感光体ドラムユニットと、前記筐体内に配置され前記感光体ドラムを帯電させる手段と、を備えるプロセスカートリッジ。
3. 請求項２に記載のプロセスカートリッジを備え、該プロセスカートリッジに回転駆動力を付与することにより画像を形成する画像形成装置。

Images