JP4494137B2 - プロセスカートリッジ及びそのプロセスカートリッジを有する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体と回転体ユニットとを具備するプロセスカートリッジと、そのプロセスカートリッジを有する画像形成装置に関するものである。

上述したプロセスカートリッジ及び画像形成装置は従来より周知である（例えば、特許文献１参照）。かかる画像形成装置は、例えば電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの複合機などとして構成され、回転体ユニットは、例えば現像ユニット又はクリーニングユニットなどとして構成される。かかる回転体ユニットは、例えば現像ローラ又はクリーニングブラシなどから成る回転体を有し、その回転体は像担持体に対向して配置され、該回転体の軸がユニット本体に回転可能に支持されている。

上述した構成のプロセスカートリッジにおいて、回転体の軸に回転体ギアを固定すると共に、少なくとも１つのアイドラギアをユニット本体に対してアイドラ軸を介して回転可能に支持し、回転体ギアを、アイドラギアを介して、画像形成装置本体に回転可能に支持された本体ギアに駆動連結し、本体ギアの回転をアイドラギアを介して回転体ギアに伝え、これによって回転体を回転駆動するように構成することができる。

その際、本体ギアの回転時に、その本体ギアのピッチ円と、アイドラギアのピッチ円の共通接線から圧力角だけ逸れた作用線の方向に、本体ギアからアイドラギアに外力が加えられる。このため、アイドラ軸が、周期的に曲げ変形して振動し、その振動が像担持体に伝えられ、これによって像担持体上に形成されたトナー像にバンディングが発生し、その画質が劣化するおそれがある。

特開２００１−２０１９９９号公報

本発明の目的は、上述した不具合の発生を阻止し、ないしは効果的に抑制できるプロセスカートリッジと、そのプロセスカートリッジを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、像担持体と、回転体ユニットとを具備し、該回転体ユニットは、前記像担持体に対向して配置される回転体と、該回転体の軸を回転可能に支持するユニット本体と、前記回転体の軸に固定された回転体ギアと、前記ユニット本体に対してアイドラ軸を介して回転可能に支持された少なくとも１つのアイドラギアとを有し、前記像担持体と回転体の軸は、位置決め部材によって互いに位置決めされて連結され、前記回転体ギアは、前記アイドラギアを介して、画像形成装置本体に回転可能に支持された本体ギアに駆動連結され、該本体ギアの回転が、前記アイドラギアと回転体ギアを介して回転体の軸に伝えられて回転体が回転駆動されるプロセスカートリッジであって、前記本体ギアの回転時に、互いに噛み合う本体ギアとアイドラギアのピッチ円の共通接線から圧力角だけ逸れた作用線の方向に、本体ギアから前記アイドラギアに伝えられた外力が、前記位置決め部材に受け止められるように、前記アイドラ軸の自由端側が、前記位置決め部材に形成された孔に嵌合しているプロセスカートリッジを提案する（請求項１）。

また、上記請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記アイドラ軸は前記ユニット本体に固定され、前記アイドラギアは、前記アイドラ軸に回転可能に支持されていると共に、前記位置決め部材によって、該アイドラギアの軸線方向に位置決めされていると有利である（請求項２）。

さらに、上記請求項１又は２に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記ユニット本体が前記回転体の中心軸線のまわりに回転することを禁止すべく、前記位置決め部材に形成された従基準孔に、前記ユニット本体に設けられた従基準ピンが嵌合し、かつ該従基準ピンが位置決め部材に固定されていると有利である（請求項３）。

また、上記請求項３に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記ユニット本体の長手方向各端部の外側にそれぞれ配置された位置決め部材が、前記従基準ピンによって連結され、該従基準ピンは前記回転体の軸とほぼ平行に延びていると有利である（請求項４）。

さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回転体は現像ローラより成り、前記回転体ユニットは現像ユニットにより構成され、前記現像ローラに担持されて搬送される現像剤によって前記像担持体上にトナー像を形成すると有利である（請求項５）。

また、上記請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回転体はクリーニングブラシより成り、前記回転体ユニットはクリーニングユニットにより構成され、前記像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写したあとに、該像担持体上に付着する転写残トナーを、前記クリーニングブラシの作用により除去すると有利である（請求項６）。

さらに、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至６のいずれかに記載のプロセスカートリッジを具備する画像形成装置を提案する（請求項７）。

本発明によれば、本体ギアの回転時に、その本体ギアからアイドラギアに及ぼされた外力に基因して、像担持体に形成されたトナー像にバンディングが発生することを阻止し、ないしは効果的に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態例を説明し、併せて上述した不具合を図面に従ってより具体的に明らかにする。

図１は、画像形成装置本体内の所定の位置に装填されたプロセスカートリッジ１と、その他のプロセス機器の概略を示す垂直断面図である。ここに示したプロセスカートリッジ１は、ドラム状の感光体より成る像担持体２と、回転体ユニットの一例である現像ユニット３とを具備し、像担持体２と現像ユニット３は、後述するように着脱可能に連結されて一体化されている。現像ユニット３は、像担持体２に対向配置される回転体の一例である現像ローラ４と、その現像ローラ４の軸５を回転可能に支持するユニット本体６とを有している。軸５は現像ローラ４と一体に形成されているか、又は現像ローラ４に一体に連結されている。ユニット本体６は、乾式の現像剤Dが収容された現像ケース７を有し、現像ローラ４はこの現像ケース７内に配置されている。現像ケースだけでユニット本体を構成することもできる。

画像形成動作時に、像担持体２は図１における反時計方向に回転駆動され、このとき像担持体２は帯電ローラ８によって所定の極性に帯電され、その帯電面に対して図示していない露光装置から出射した書込み光Ｌが照射され、これによって像担持体２に静電潜像が形成される。

一方、現像ユニット３の現像ローラ４は図１における時計方向に回転駆動され、このとき現像ローラ４の周面に現像剤Ｄが担持されて搬送され、その現像剤によって像担持体２に形成された静電潜像がトナー像として可視像化される。このトナー像は、図示していない給紙装置から給送されて、矢印Ａ方向に搬送される転写材Ｐに、転写ローラ１３の作用により転写される。この転写材Ｐは、像担持体２を離れた後、図示していない定着装置を通り、このとき熱と圧力の作用によって、トナー像が転写材Ｐに定着される。像担持体２上のトナー像を中間転写体より成る転写材に転写し、その中間転写体上のトナー像を最終転写材に転写するように構成することもできる。

トナー像を転写材Ｐに転写したあとに像担持体上に付着する転写残トナーは、クリーニングユニット９によって除去される。ここに示したクリーニングユニット９は、ユニット本体１０に回転可能に支持されたクリーニングブラシ１１と、そのユニット本体１０に支持されたクリーニングブレード１２とを有し、クリーニングブラシ１１とクリーニングブレード１２の協働作用によって、像担持体上の転写残トナーが除去される。本例のクリーニングユニット９においては、ユニット本体１０によって、クリーニングケースが構成されている。

図２は図１に示したプロセスカートリッジ１の部分断面平面図である。この図においては、図１に示した帯電ローラ８や、クリーニングユニット９の図示は省略してある。図２における符号Ｆｒは、画像形成装置本体１４の手前側を示し、符号Ｒは画像形成装置本体１４の奥側を示している（図３及び図４においても同じ）。また、図３はプロセスカートリッジ１を画像形成装置本体の奥側から見た斜視図である。

図２に示すように、ドラム状に形成された像担持体２の長手方向各端部には、前後のフランジ１５，１６がそれぞれ圧入固定され、その両フランジ１５，１６の中心孔に像担持体用の駆動軸１７が挿通され、像担持体２がフランジ１５，１６を介して駆動軸１７に支持されている。駆動軸１７は、画像形成装置本体１４の奥側の奥側板１８と、その奥側板１８に固定された支持板１９とに、軸受を介して回転自在に支持されている。

また、画像形成装置本体１４の手前側の前側板２０には開口２１が形成され、この開口２１に面板２２が位置し、その面板２２に駆動軸１７の手前側の端部が軸受を介して回転自在に支持されている。面板２２は、前側板２０に正しく位置決めされて着脱可能に固定されている。このようにして、像担持体２が画像形成装置本体１４に対して正しく位置決めされる。図２における符号５０は、前側板２０よりも手前側に位置する前ドアを示している。

奥側のフランジ１６の中心孔には多数の歯が形成され、この歯は、駆動軸１７に固定された係合部材２３に形成された歯２４に噛み合っている。さらに、駆動軸１７の奥側の部分にはギア２５が固定され、このギア２５には、奥側板１８と支持板１９とに回転自在に支持された駆動ギア２６が噛み合っている。この駆動ギア２６が図示していないモータにより回転駆動されると、その回転が、ギア２５を介して駆動軸１７に伝えられ、該駆動軸１７の回転が係合部材２３及び奥側のフランジ１６を介して像担持体２に伝達される。これによって像担持体２が図１における反時計方向に回転駆動され、前述の画像形成動作が実行される。

図２及び図３に示すように、現像ユニット３のユニット本体６は、手前側の側板２７と奥側の側板２８を有し、現像ローラ４の軸５は、これらの側板２７，２８に軸受を介して回転可能に支持されている。また、軸５の奥側端部には回転体ギア２９が固定され、ユニット本体６の奥側の側板２８には、図３に示すようにアイドラ軸３０が固定され、このアイドラ軸３０にアイドラギア３１が回転自在に支持されていて、そのアイドラギア３１は、上述の回転体ギア２９に噛み合っている。アイドラ軸３０をユニット本体６に回転自在に支持し、そのアイドラ軸にアイドラギア３１を固定してもよい。要は、アイドラギア３１がアイドラ軸３０を介してユニット本体６に回転可能に支持されていればよい。互いに噛み合った複数のアイドラギアを設けることもできる。

上述のように、現像ユニット３として構成された回転体ユニットは、回転体の一例である現像ローラ４の軸５に固定された回転体ギア２９と、ユニット本体６に対してアイドラ軸３０を介して回転可能に支持された少なくとも１つのアイドラギア３１を有している。

一方、図２に示すように、画像形成装置本体１４の奥側板１８と支持板１９には、支軸３２が軸受を介して回転自在に支持され、その支軸３２には本体ギア３３が固定され、図３に示すように、この本体ギア３３はアイドラギア３１に噛み合っている。支軸３２は、図示していないモータによって回転駆動される。このように、回転体ギア２９は、少なくとも１つのアイドラギア３１を介して、画像形成装置本体１４に回転可能に支持された本体ギア３３に駆動連結されている。

上述のモータが作動して本体ギア３３が回転駆動されると、その回転はアイドラギア３１と回転体ギア２９を介して現像ローラ４の軸５に伝えられ、その現像ローラ４が図１における時計方向に回転駆動され、前述の現像動作が実行される。図４は、回転体ギア２９と、アイドラギア３１と、本体ギア３３の噛み合い状態を説明する図であり、これらのギアの位置は実際のものと多少相違している。

図２及び図３に示すように、ユニット本体６の長手方向各端部の外側には、位置決め部材３４，３５がそれぞれ配置され、これらの位置決め部材３４，３５によって、像担持体２と、現像ローラ４の軸５が互いに位置決めされて連結されている。すなわち、像担持体２の各端部に固定されたフランジ１５，１６には、駆動軸１７と同心状の環状突部３６，３７が突設され、その各環状突部３６，３７の外周面に、軸受３８，３９を介して、各位置決め部材３４，３５に形成された孔４０，４１が着脱可能に嵌合している。また、現像ローラ４の軸５も、軸受５１，５２を介して各位置決め部材３４，３５に回転可能に嵌合している。これにより、像担持体２と現像ローラ４とが位置決めされる。また、奥側の位置決め部材３５には、長孔より成る従基準孔４２が形成され、この従基準孔４２には、ユニット本体６に固定された従基準ピン４３が嵌合している。同様に、図２に示すように、手前側の位置決め部材３４にも、長孔より成る従基準孔５３が形成され、この従基準孔５３に従基準ピン４３が嵌合している。このように、従基準ピン４３が各位置決め部材３４，３５に形成された従基準孔４２，５３に嵌合することによって、ユニット本体６が現像ローラ４の中心軸線のまわりに回転することが禁止される。

上述のようにして、像担持体２と現像ローラ４とが互いに正しく位置決めされて連結され、一体的なプロセスカートリッジ１が構成される。しかも像担持体２の中心軸線と現像ローラ４の中心軸線との間の距離が正しく規制される。これによって、図示した例のように像担持体２と現像ローラ４とが微小なギャップをあけて対向配置されるように構成されているときは、そのギャップが正しく維持され、像担持体２と現像ローラ４とが互いに当接して対向配置されるように構成されているときは、その当接圧が正しく規制され、いずれの場合も、像担持体２に高品質なトナー像を形成することができる。

また、本例のプロセスカートリッジ１においては、図２に示すように、各位置決め部材３４，３５に形成された従基準孔５３，４２には、ねじ４４，５４が挿入され、その各ねじ４４，５４が従基準ピン４３に形成されためねじに螺着されて締め付けられ、これによって従基準ピン４３が位置決め部材３５，３６に固定されている。このように、ユニット本体６と位置決め部材３４，３５を互いに固定連結することにより、ユニット本体６が撓むことによるアイドラ軸３０の傾きを防止し、アイドラギア３１と、これに噛み合うギア２９，３３との軸間距離の変動を防止して、ギアの噛み合いむらを抑え、像担持体２に形成されるトナー像の画質を高めることができる。

しかも、本例のプロセスカートリッジ１においては、手前側の位置決め部材３４と奥側の位置決め部材３５にそれぞれ形成された従基準孔５３，４２に嵌合した従基準ピン４３として、共通のピンが用いられ、この従基準ピン４３が現像ローラ４の軸５に対してほぼ平行に延びている。このように、従基準ピン４３の手前側の部分と奥側の部分とが同心状に位置しているので、ユニット本体６が傾くことによるアイドラギア３１と本体ギア３３の軸間距離の変動を防止でき、これによっても像担持体２に高品質なトナー像を形成することができる。

前述のように、像担持体２に固定されたフランジ１５，１６が、画像形成装置本体１４に回転可能に支持された駆動軸１７に嵌合しているので、像担持体２は画像形成装置本体１４に対して正しく位置決めされる。しかも、図２及び図３に示すように、奥側の位置決め部材３５に突設された位置決めピン４５が画像形成装置本体１４の奥側板１８に形成された位置決め孔５５に嵌合すると共に、手前側の位置決め部材３４に突設された位置決めピン４６が面板２２に形成された位置決め孔５６に嵌合することによって、プロセスカートリッジ１が像担持体２の中心軸線のまわりに回転することが阻止され、プロセスカートリッジ１の全体が画像形成装置本体１４に対して正しく位置決めされる。

プロセスカートリッジ１を画像形成装置本体１４から取り出すには、図２に示した前ドア５０を開くと共に、面板２２を前側板２０から取り外し、次いでプロセスカートリッジ１を矢印Ｂで示すように手前側に引き出せばよい。このとき、駆動軸１７は画像形成装置本体内に残され、しかも、プロセスカートリッジ１のアイドラギア３１が、画像形成装置本体側の本体ギア３３から外れる。このようにプロセスカートリッジ１を画像形成装置本体外に取り出してから、位置決め部材３４，３５を像担持体２と現像ユニット３から取り外すことによって、像担持体２と現像ユニット３を分離することができる。

上述した操作と逆の操作によって、プロセスカートリッジ１を画像形成装置本体内の所定の位置に正しく位置決めして装填することができる。なお、プロセスカートリッジ１には、図示していないガイド溝が形成され、画像形成装置本体１４には、同じく図示していないガイドレールが固着され、プロセスカートリッジ１を手前側に引き出し、又は奥側に押し込むとき、ガイド溝がガイドレールに嵌合し、そのガイドレールに沿って摺動する。

ところで、プロセスカートリッジ１を画像形成装置本体内に装填して前述のように画像形成動作を行うとき、回転する本体ギア３３によってアイドラギア３１に外力が加えられる。図５における符号３３Ｐは本体ギア３３のピッチ円を示し、同じく符号３１Ｐはアイドラギア３１のピッチ円を示しており、本体ギア３３の回転時に、これらのピッチ円の共通接線Ｔから圧力角αだけ逸れた作用線Ｓの方向に、本体ギア３３からアイドラギア３１に外力Ｆが加えられる。このため、前述の構成だけであると、アイドラ軸３０が、この力Ｆによって周期的に曲げ変形して振動し、その振動が像担持体２に伝えられ、その像担持体２に形成されたトナー像にバンディングが発生するおそれがある。

そこで、本例のプロセスカートリッジ１においては、図３乃至図５に示すように、アイドラ軸３０の自由端側が、位置決め部材３５に形成された孔４７に嵌合して、その位置決め部材に支持されている。互いに噛み合う本体ギア３３とアイドラギア３１のピッチ円３３Ｐ，３１Ｐの共通接線Ｔから圧力角αだけ逸れた作用線Ｓの方向に、本体ギア３３からアイドラギア３１に伝えられた外力Ｆが、位置決め部材３５に受け止められるように、アイドラ軸３０の自由端側が、位置決め部材３５に形成された孔４７に嵌合しているのである。これにより、本体ギア３３の回転時に、その本体ギア３３からアイドラギア３１に伝えられた外力Ｆが、位置決め部材３５に受け止められるように、アイドラ軸３０が位置決め部材３５に保持される。外力Ｆによってアイドラ軸３０が曲げ変形しないように、そのアイドラ軸３０が位置決め部材３５によって受け止められるのである。これにより、本体ギア３３からアイドラギア３１に及ぼされた外力Ｆに基因して、アイドラ軸３０が振動することが阻止、ないしは効果的に抑制され、像担持体２に形成されたトナー像にバンディングが発生することを防止することができる。互いに噛み合った複数のアイドラギアが、各アイドラ軸を介して、ユニット本体１０に回転可能に支持されている場合も、その各アイドラギアに加えられた外力が位置決め部材に受け止められるように、各アイドラ軸が位置決め部材に保持される。このようにして高品質な画像を得ることができる。

また、本例のプロセスカートリッジ１においては、図４に示すように、アイドラ軸３０は、その基端部がユニット本体６に固定され、アイドラギア３１は、そのアイドラ軸３０に、軸受を介して回転可能に支持されている。その際、アイドラギア３１は、位置決め部材３５によって、そのアイドラギア３１が軸線方向に遊動することが禁止され、当該軸線方向に位置決めされる。図４に示した例では、位置決め部材３５にボス部４８が形成され、このボス部４８と、アイドラ軸３０のフランジ部５７がアイドラギア３１に当接し、該ギア３１がその軸線方向に遊動することが禁止されている。かかる構成により、アイドラギア３１をその軸線方向に位置決めする専用の部材を省くことができ、プロセスカートリッジ１のコストを低減できる。

以上、像担持体２と現像ユニット３を有するプロセスカートリッジ１を説明したが、他のプロセス機器、例えば図１に示したクリーニングユニット９を像担持体２に連結して、そのクリーニングユニット９がプロセスカートリッジ１の一構成要素となるように、プロセスカートリッジを構成することもできる。

また、図示したプロセスカートリッジ１は、回転体が現像ローラ４より成り、回転体ユニットが現像ユニット３により構成され、その現像ローラ４に担持されて搬送される現像剤Ｄによって像担持体２上にトナー像を形成するように構成されているが、他の各種形態でプロセスカートリッジを構成することもできる。例えば、回転体を図１に示したクリーニングブラシ１１により構成すると共に、回転体ユニットをクリーニングユニット９により構成し、像担持体２に形成されたトナー像を転写材に転写したあとに、その像担持体２上に付着する転写残トナーをクリーニングブラシ１１の作用により除去するように、プロセスカートリッジを構成することもできる。

プロセスカートリッジと、他のプロセス機器の概略を示す垂直断面図である。 図１に示したプロセスカートリッジの部分断面平面図である。 プロセスカートリッジを奥側から見たときの斜視図である。 回転体ギアとアイドラギアと本体ギアの噛み合い状態を示す説明図である。 本体ギアからアイドラギアに加えられる力を説明する図である。

符号の説明

１ プロセスカートリッジ
２ 像担持体
３ 現像ユニット
４ 現像ローラ
５ 軸
６ ユニット本体
９ クリーニングユニット
１１ クリーニングブラシ
１４ 画像形成装置本体
２９ 回転体ギア
３０ アイドラ軸
３１ アイドラギア
３１Ｐ，３３Ｐ ピッチ円
３３ 本体ギア
３４，３５ 位置決め部材
４２ 従基準孔
４３ 従基準ピン
４７ 孔
Ｄ 現像剤
Ｆ 外力
Ｐ 転写材
Ｓ 作用線
Ｔ 共通接線
α 圧力角

Claims (7)

1. 像担持体と、回転体ユニットとを具備し、該回転体ユニットは、前記像担持体に対向して配置される回転体と、該回転体の軸を回転可能に支持するユニット本体と、前記回転体の軸に固定された回転体ギアと、前記ユニット本体に対してアイドラ軸を介して回転可能に支持された少なくとも１つのアイドラギアとを有し、前記像担持体と回転体の軸は、位置決め部材によって互いに位置決めされて連結され、前記回転体ギアは、前記アイドラギアを介して、画像形成装置本体に回転可能に支持された本体ギアに駆動連結され、該本体ギアの回転が、前記アイドラギアと回転体ギアを介して回転体の軸に伝えられて回転体が回転駆動されるプロセスカートリッジであって、前記本体ギアの回転時に、互いに噛み合う本体ギアとアイドラギアのピッチ円の共通接線から圧力角だけ逸れた作用線の方向に、本体ギアから前記アイドラギアに伝えられた外力が、前記位置決め部材に受け止められるように、前記アイドラ軸の自由端側が、前記位置決め部材に形成された孔に嵌合しているプロセスカートリッジ。
2. 前記アイドラ軸は前記ユニット本体に固定され、前記アイドラギアは、前記アイドラ軸に回転可能に支持されていると共に、前記位置決め部材によって、該アイドラギアの軸線方向に位置決めされている請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
3. 前記ユニット本体が前記回転体の中心軸線のまわりに回転することを禁止すべく、前記位置決め部材に形成された従基準孔に、前記ユニット本体に設けられた従基準ピンが嵌合し、かつ該従基準ピンが位置決め部材に固定されている請求項１又は２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 前記ユニット本体の長手方向各端部の外側にそれぞれ配置された位置決め部材が、前記従基準ピンによって連結され、該従基準ピンは前記回転体の軸とほぼ平行に延びている請求項３に記載のプロセスカートリッジ。
5. 前記回転体は現像ローラより成り、前記回転体ユニットは現像ユニットにより構成され、前記現像ローラに担持されて搬送される現像剤によって前記像担持体上にトナー像を形成する請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
6. 前記回転体はクリーニングブラシより成り、前記回転体ユニットはクリーニングユニットにより構成され、前記像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写したあとに、該像担持体上に付着する転写残トナーを、前記クリーニングブラシの作用により除去する請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のプロセスカートリッジを具備する画像形成装置。

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