WO2011074109A1 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

　感光体ドラムと現像ローラとの当接圧のバラツキを抑え、画像品質を向上できる画像形成装置を提供する。　現像ユニットとドラムユニットとの間を、リンク部材を介して回転可能に連結して、このリンク部材の両回転支点にて駆動力伝達のギアを支持し、現像ユニットに駆動力を伝達する。

Description

画像形成装置及びプロセスカートリッジ

　本発明は、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

　従来、非磁性一成分現像剤を用いた現像システムとしては、特許文献１に示すように弾性体ローラを用いた接触現像方式が広く使用されている。ここで、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジは、ドラムユニットと現像ユニットから構成されている。ドラムユニットは、静電潜像が形成される感光体ドラム、帯電ローラ、及びクリーニング装置を備えている。また、現像ユニットは、現像ローラ、トナー収納部を備えている。

　接触現像方式においては、静電潜像が形成された感光体ドラム上に、表面上に現像剤が層形成された現像ローラを当接させる。そして、感光体ドラムと現像ローラとの間に電界を与えることで、感光体ドラム上の静電潜像を現像剤により実像化するものである。

　感光体ドラムに現像ローラを当接させるために、ドラムユニットと現像ユニットは結合部にて回転可能に結合され、バネにより加圧される。そして、現像ローラに駆動を伝達するために、結合部を回転中心とする駆動ギアが支持されており、駆動モータからの駆動力を現像ユニットへ伝達する。

　また、特許文献２に示すように、プロセスカートリッジを画像形成装置に装着した状態で、現像ユニットを略水平方向に移動できるようにドラムユニットに対して移動可能に結合した構成も提案されている。

特開２００５－１６４７５６号公報 特開２００１－６６９７０号公報

　しかしながら、接触現像方式においては、感光体ドラムと現像ローラとの当接圧を管理する必要がある。当接圧が所定の範囲を上回る場合では、当接部に介在する現像剤への過負荷による現像剤劣化や、現像ローラへの現像剤融着等の問題を生じる。また、当接圧が所定の範囲を下回る場合では、画像の抜け、現像効率の低下による画像濃度の低下等の問題を生じる。これに対して、特許文献１に記載のプロセスカートリッジでは、バネによる付勢力と、駆動ギアによる駆動力で当接圧が決定される。駆動力は、現像ユニット内の現像剤撹拌負荷変動や摺擦部の摩擦力変動等の、現像ユニットの内部負荷変動で変化するため、それに伴い当接圧も変動する可能性がある。また、特許文献２に記載のプロセスカートリッジでは、現像ユニットの重量に影響されることなく、感光体ドラムと現像ローラとの当接圧が一定に保たれる。しかし、現像ユニットがドラムユニットに対してスライドするため、現像ユニットの駆動入力部の位置精度が良くない。したがって、装置本体の駆動ギアとの噛み合いに誤差によって駆動力の伝達にムラを生じ、画像に影響を及ぼす可能性がある。

　そこで、本発明の目的は、駆動ギアの噛み合い誤差を生じさせることなく、感光体ドラムと現像ローラとの当接圧を高い精度で制御可能にし、画像品質を向上できる画像形成装置又はプロセスカートリッジを提供することにある。

　上記目的を達成するための代表的な発明は、
　画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
　像担持体と、
　前記像担持体を回転可能に支持する第１枠体と、
　前記像担持体と当接して、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
　前記現像剤担持体を回転可能に支持する第２枠体と、
　前記第１枠体と第１結合部で回転可能に結合し、前記第２枠体と第２結合部で回転可能に結合するリンク部材であって、前記第１枠体と前記第２枠体とを２節リンク構成で移動可能に結合するリンク部材と、
　前記像担持体と前記現像剤担持体とが当接するように、前記第１枠体と前記第２枠体を付勢する付勢部材と、
　前記第１結合部に回転可能に設けられた、前記装置本体に設けられた駆動源からの駆動力を受ける第１ギアと、
　前記第２結合部に回転可能に設けられた第２ギアであって、前記第１ギアから前記駆動力を前記現像剤担持体に伝達するための第２ギアと、
　を有することを特徴とするプロセスカートッリッジである。

　また、上記目的を達成するための他の発明は、
　記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
　像担持体と、
　前記像担持体に作用するプロセス手段と、
　前記像担持体または前記プロセス手段のいずれか一方を回転可能に支持する第１枠体と、
　前記像担持体または前記プロセス手段の他方を回転可能に支持する第２枠体と、
　前記第１枠体と第１結合部で回転可能に結合し、前記第２枠体と第２結合部で回転可能に結合するリンク部材であって、前記第１枠体と前記第２枠体とを２節リンク構成で移動可能に結合するリンク部材と、
　前記像担持体と前記プロセス手段とが当接するように、前記第１枠体と前記第２枠体を付勢する付勢部材と、
　前記第１結合部に回転可能に設けられた、駆動源からの駆動力を受ける第１ギアと、
　前記第２結合部に回転可能に設けられた第２ギアであって、前記第１ギアから前記駆動力を前記プロセス手段に伝達するための第２ギアと、
　を有することを特徴とする画像形成装置である。

　本発明によれば、感光体ドラムと現像ローラの当接圧の変動を抑え、画像品質を向上させることが可能となる。

本発明における実施例１のプロセスカートリッジ近傍の概略断面図。 本発面の構成が適用される画像形成装置の一例を示す概略断面図。 本発明の現像ユニットを示す概略断面図。 リンク構成に駆動力が伝達される時の力の作用を示す概略断面図。 実施例１と比較例の当接圧を比較するグラフ。 現像ユニットの姿勢維持を説明する概略図。 現像ローラゴム硬度と許容外径差の関係を示すグラフ。 一成分非接触現像システムの現像部近傍の一例を示す概略断面図。 駆動力が増加した場合のドラムユニットと現像ユニットの位置関係を示す概略断面図。 リンク部材にアイドラギアが回転支持される場合の概略図。 現像ユニットと画像形成装置本体が、リンク部材により結合される場合の概略断面図。 ドラムユニットと画像形成装置本体が、リンク部材により結合される場合の概略断面図 転写ベルトユニットと画像形成装置本体が、リンク部材により結合される場合の概略断面図

　（実施例１）
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を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り、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。

　［画像形成装置］
　図２は、本実施形態の画像形成装置の全体構成を示す断面図である。

　ここに示す画像形成装置は、電子写真プロセス利用のフルカラーレーザプリンタであり、画像形成装置本体Ａ、及びこれに着脱可能なプロセスカートリッジＢにより構成されている。プロセスカートリッジＢは、第１枠体であるドラムユニットＣ、第２枠体である現像ユニットＤが一体となって構成されている。

　プロセスカートリッジＢ（Ｂｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋ）は、イエロー、マゼンダ、シアン、黒色の各色に対して設けられている。そして、これらが並列に並べられ、各色のプロセスカートリッジでそれぞれ感光体ドラム（像担持体）１上に形成されたトナー像を、転写装置の中間転写ベルト２０上に転写することでフルカラー画像が形成される。その後、記録材への転写工程、及び定着工程を経て画像が形成されるものである。

　ここで、本画像形成装置においては、トナーは、各色共に平均粒径６．０μｍの非磁性一成分トナーが使用されている。なお、プロセスカートリッジＢの詳細については後述する。

　各色のプロセスカートリッジにより、感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト２０を挟んで、各色の感光体ドラム１の対向位置に設けられた１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋにより、中間転写ベルト２０上に転写される。そして、中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト２０の移動方向下流側に設けられた２次転写ローラ２３により、一括して記録媒体上に転写される。なお、中間転写ベルト２０上の未転写トナーは、中間転写ベルトクリーナ２１によって回収される。

　記録材Ｐは画像形成装置本体Ａの下部のカセット２４内に積載されており、画像形成動作の要求とともに給送ローラ２５により搬送され、２次転写ローラ２３による転写位置において、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像が転写される。

　その後、定着ユニット２６により記録材上のトナー像は記録材に加熱定着され、排出部２７を経て画像形成装置本体Ａの外部に排出される。

　本実施形態の画像形成装置においては、各４色のプロセスカートリッジ等を収納する上部のユニットと、転写ユニットや記録材等を収納する下部のユニットとは分離可能になっている。これにより、記録材の詰まり等のジャム発生時や、プロセスカートリッジの交換時において、上下のユニットを分離することで、ジャム処理やカートリッジ交換作業を容易に行うことができる。

　［プロセスカートリッジ］
　次にプロセスカートリッジＢの構成について述べる。

　図１は、一方向に並列に配置された４つのプロセスカートリッジＢｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋのうち１つのプロセスカートリッジＢについて、その概略構成を示す断面図である。なお、４つのプロセスカートリッジＢｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋは、使用するトナーが異なることを除いて、本質的にすべて同じ構成である。

　画像形成プロセス（画像形成動作）の中心となる感光体ドラム１には、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層が順にコーティングされた有機感光体ドラムが用いられている。画像形成プロセスにおいて、感光体ドラム１は所定の速度で図１における矢印ａ方向へ駆動される。

　帯電装置としての帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部が感光体ドラム１に加圧接触されることにより、図１における矢印ｂ方向に従動回転する。ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光体ドラム１に対して－１１００Ｖの直流電圧が印加されており、これにより誘起された電荷によって、感光体ドラム１の表面電位は、－５５０Ｖとなる一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。

　この一様な表面電荷分布面に対して、スキャナユニット１０により、画像データに対応して発光されるレーザ光のスポットパターンは、図１において矢印Ｌで示されるように感光体ドラム１を露光する。感光体ドラム１において露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は明部電位Ｖｌ＝－１００Ｖ、未露光部位は暗部電位Ｖｄ＝－５５０Ｖの静電潜像が、感光体ドラム１上に形成される。

　感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、回転可能な現像剤担持体としての現像ローラ（プロセス手段）３上において、所定のコート量及び電荷量を持って形成されたトナーコート層により現像される。現像ユニットＤの構成については、後述する。

　現像ローラ３は、感光体ドラム１に接触しながら、感光体ドラム１の回転方向に対して順方向（図１において矢印ｃ方向）に回転する。現像ローラ３には、画像形成工程時にＤＣバイアス＝－３５０Ｖが印加されている。そして、現像ローラ３上の摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像部において、その電位差により、明部電位部にのみ現像されることで、感光体ドラム１上に形成された静電潜像が実像化される。

　各プロセスカートリッジＢの感光体ドラム１に接触する中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１に対向した１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋにより感光体ドラム１に加圧当接されている。また、１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋには直流電圧が印加されており、感光体ドラム１との間で電界が形成されている。

　これにより、感光体ドラム１上で実像化されたトナー像は、前記の加圧接触する転写領域において、電界の力を受けて感光体ドラム１上から中間転写ベルト２０上に転写される。

　一方、感光体ドラム１上で中間転写ベルト２０に転写されずに残った未転写トナーは、ドラムユニットＣに設置されたウレタンゴム製のクリーニングブレード６により、ドラム表面から掻き落とされ、ドラムユニットＣ（クリーニング容器）内に収納される。

　図３は、現像ユニットＤの概略断面図である。

　現像ユニットＤは、現像剤担持体としての現像ローラ３、現像剤供給部材としての供給ローラ５、規制部材４、トナーｔ、及び、これらを収納する現像容器などから構成される。現像ローラ３は、感光体ドラム１に当接して感光体ドラム１上の静電潜像を現像するためのもので、供給ローラ５は、現像ローラ３に当接してトナーｔを供給するためのものである。

　規制部材４は、シート状弾性部材が支持部材で支持され、現像ローラ３の表面に当接するように構成されるもので、現像ローラ３上に担持されたトナーの層厚を規制する現像剤層厚規制部材に相当する。

　現像ローラ３には、外径φ６ｍｍの芯金に導電性の弾性層３ｍｍを形成したφ１２ｍｍの弾性ローラを用いており、その弾性層の体積抵抗値は１０^６Ωｃｍに調整している。なお、弾性ローラ表層にはトナーへの電荷付与機能を持つコート層等を設けるようにしてもよい。また、所定のトナーコート量を得るために表面粗さＲｚは６μｍとした。

　供給ローラ５には、外径φ５ｍｍの芯金上に体積抵抗値１０^１４Ωｃｍの絶縁性ウレタンスポンジゴムの弾性層５．５ｍｍが形成された、外径φ１６ｍｍの弾性スポンジローラを用いている。

　現像ローラ３は、感光体ドラム１に接触しながら、感光体ドラム１の回転方向に対して順方向（図３に矢印ｃで示す方向）に回転している。また、供給ローラ５は、現像ローラ３に接触しながら、現像ローラ３の回転方向と逆方向（図３に矢印ｄで示す方向）に回転している。

　供給ローラ５は、現像容器内の非磁性一成分トナーであるトナーｔを付着して、現像ローラ３との接触部に搬送し、現像ローラ３にトナーｔを供給する機能を有する。また、供給ローラ５は、現像ローラ３上において、現像部で現像されずに残ったトナーを、現像ローラ３上から剥ぎ取り、現像容器内に回収する機能を有する。

　供給ローラ５から現像ローラ３上に供給された非磁性一成分トナーは、現像ローラ３と規制部材４との当接面を通過する際、摩擦帯電により帯電されると共に、コート層厚の規制を受け、所定の帯電量、及びコート層厚を持つトナーコート層が形成される。

　［リンク構成］
　以下に本実施形態の特徴となるリンク構成を挙げて説明する。

　図１は、本実施例におけるプロセスカートリッジＢの概略断面図であり、以下に、その特徴とする構成と動作について説明する。

　ドラムユニットＣと現像ユニットＤとは、リンク部材５１を介して連結されている。ドラムユニットＣは第１結合部５１ａとで、また、現像ユニットＤは第２結合部５１ｂとで、それぞれリンク部材５１と回転可能に支持されている。リンク部材５１の両端部には、第１結合部５１ａ及び第２結合部５１ｂをそれぞれ回転軸とする駆動入力ギア５２と現像駆動ギア５３が、ギア対を形成して支持されている。リンク部材５１により第１ギアである駆動入力ギア５２と第２ギアである現像駆動ギア５３は軸間距離一定に維持される。そのため、噛み合いが不安定になることはない。駆動力は、画像形成装置本体Ａに支持された駆動源である駆動モータ７１により駆動入力ギア５２へ伝達され、駆動入力ギア５２を矢印ｆ方向に回転させる。そして、駆動入力ギア５２と噛み合う現像駆動ギア５３が矢印ｇ方向に回転され、現像ユニットＤ内へ駆動力を伝達する。伝達された駆動力は、アイドラギア５５、及び５６によって、現像ローラ３と同軸で支持される現像ローラ駆動ギア５７に伝達され、現像ローラ３を所定の方向に駆動する。尚、リンク部材５１は、感光体ドラム１の長手方向において、ドラムユニットＣと現像ユニットＤの一端側に設けられている。但し、ドラムユニットＣと現像ユニットＤの他端側にも同じ構成のリンク部材（不図示）が設けられているが、ギアは設けられていない。

　また一方で、ドラムユニットＣと現像ユニットＤとは、感光体ドラム１と現像ローラ３を近付ける方向に荷重が作用するよう、付勢部材である引張バネ４１が架け渡されている。この時の荷重及び架け渡す方向は、現像ユニットＤの姿勢を安定させるように決定される。

　また、現像ローラの弾性層には、シリコンゴムまたはＥＰＤＭゴムを用いることが考えられる。弾性層にシリコンゴムを用いて、カーボンブラック等の導電剤で抵抗調整した、アスカーＣ硬度５０度の現像ローラを使用した場合、外径の振れ精度は、±５０μｍ以下になっている。また、弾性層にＥＰＤＭゴムを用いたアスカーＣ硬度７０度の現像ローラを使用した場合、外径の振れ精度は、±２０μｍ以下になっている。

　シリコンゴムを用いた場合とＥＰＤＭゴムを用いた場合における、感光体ドラムと現像ローラの当接圧に影響を与える要素については後述する。

　次にリンク構成による、ドラムユニットＣと現像ユニットＤの加圧力変動抑制のメカニズムを説明する。

　通常、現像ユニットは駆動モータからの駆動力により、図１に示すように、第２結合部５１ｂを回転中心として現像駆動ギア５３と同方向（矢印ｇ方向）に回転する。これは、現像ユニットＤ内部で発生する各ローラの摩擦や、トナー撹拌などの負荷に起因したものであり、現像ユニットＤをドラムユニットＣに対して回転可能に支持した構成上生じる特性である。このとき、駆動力の変動が発生すると、現像ユニットＤの回転量も変動することとなり、ドラムユニットＣと現像ユニットＤとの当接部における感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧に影響を与える。

　駆動力の変動は、使用期間が進むに連れて生じてくる。これは、ローラ各部における摩擦力の変動や、トナーの消費によるトナー撹拌負荷の変動といった、内部負荷変動が原因である。画像形成装置本体の駆動モータは、現像ローラ３や供給ローラ５の回転速度を一定に維持する仕様のため、内部負荷が増加すれば駆動力も増加し、内部負荷が減少すれば駆動力も減少する。そのため、リンク構成を用いない構成では、駆動力の変動がそのまま感光ドラムと現像ローラの当接圧の変動になってしまう。

　しかしながら、本実施例のように、ドラムユニットＣと現像ユニットＤの間にリンク部材５１を設けると、現像ユニットＤには第２結合部５１ｂを中心とした回転運動のみではなく、第１結合部５１ａを中心とした回転運動も加わる。即ち、ドラムユニットＣと現像ユニットＤとは所謂２節リンク構成で移動可能な構成になっている。これにより、例えば駆動力が増加した場合、現像ユニットＤは矢印ｇ方向により強く回転しようとするとともに、矢印ｆ方向にも回転しようとする。このとき、各方向の力が一部相殺されるように作用するので、感光体ドラム１と現像ローラ３の軸間距離は変動が抑えられ、当接圧の変動を抑制できる。

　ここで、駆動力が増加した場合のドラムユニットＣと現像ユニットＤの位置関係を、図９を用いて説明する。点線は駆動力増加時の現像ユニットＤの位置である。なお、位置関係を明確にするため移動量は大きめに示している。図９（ａ）には、比較例としてドラムユニットＣと現像ユニットＤが結合部１５１のみで結合している構成を示す。。現像ユニットＤは結合部１５１を中心に回転するため、感光体ドラム１０１と現像ローラ１０３の当接部では侵入量ｕに相当する当接圧の上昇が生じることになる。これに対して、実施例１では、図９（ｂ）に示すように、現像ユニットＤが第２結合部５１ｂを中心に回転しつつ、リンク部材５１が第１結合部５１ａを中心に、現像ユニットとは反対方向に回転する。そのため、感光体ドラム１と現像ローラ３の軸間距離変動が抑えられている。このため、当接圧の変動を抑制できる。

　ここでは、駆動入力ギア５２から現像駆動ギア５３へ直接駆動力が伝達される場合について述べたが、図１０に示すように、駆動入力ギア５２と現像駆動ギア５３との間にアイドラギア５４が存在した場合でも、上記で述べたリンク構成による効果は発揮される。ここで、アイドラギア５４はギア回転支持部５１ｃにてリンク部材５１に回転支持されている。上記と同様に、駆動入力ギア５２とアイドラギア５４のギア噛み合いによる力が、感光体ドラムと現像ローラの当接圧変動を一部相殺するように作用するので、当接圧の変動を抑制できる。アイドラギア５４を用いることで、プロセスカートリッジ構成の自由度をあげることができる。

　リンク構成に駆動力が伝達される時の力の作用を、図４を用いて詳細に説明する。

　図４（ａ）に示す荷重Ｆは、駆動入力ギア５２と現像駆動ギア５３との噛み合いによる現像駆動ギア５３に作用する荷重である。また、モーメントＭａは、荷重Ｆによってリンク部材５１に作用する第１結合部５１ａまわりの力のモーメントであり、モーメントＭｂは、荷重Ｆよって現像駆動ギア５３に作用する第２結合部５１ｂまわりの力のモーメントである。このとき、感光体ドラム１と現像ローラ３との当接部９には、モーメントＭａによる荷重Ｆａと、モーメントＭｂによる荷重Ｆｂが作用する。このうち、当接圧として作用するのは、荷重Ｆａ及び荷重Ｆｂの当接部９に垂直な成分である荷重Ｆａ１と荷重Ｆｂ１である。

　図４（ｂ）に示す荷重Ｆｓは、引張バネ４１によって現像ユニットＤに作用する荷重である。このとき、感光体ドラム１と現像ローラ３との当接部には、荷重Ｆｓによる第２結合部５１ｂまわりのモーメントにより、荷重Ｆｓｄが作用する。当接圧として作用するのは、荷重Ｆｓｄの当接部９に垂直な成分である荷重Ｆｓｄ１である。

　図４（ｃ）は、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接部に作用する荷重を、当接面に垂直な成分として重ねたものである。この図から明らかなように、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧は、荷重Ｆａ１、Ｆｂ１、Ｆｓｄ１の総和によって決定される。例えば、駆動入力ギア５２に伝達される画像形成装置本体からの駆動力が増加すると、荷重Ｆが増加することになる。そして、荷重Ｆの増加に伴ってモーメントＭａ及びＭｂが増加するが、
モーメント増加による当接部の荷重Ｆａ１及び荷重Ｆｂ１の増分は、その一部が互いに相殺され、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧の増加は抑制されることになる。

　このとき、荷重Ｆａ１と荷重Ｆｂ１とが、大きさが等しく、方向が反対となるよう、ギア径やギア配置を設定すれば、駆動力の変動に対する感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧変動を最小限に抑制できることになる。

　ここで、弾性層にシリコンゴムを用いた場合の効果を確認するため、駆動力の変動に対する感光体ドラムと現像ローラの当接圧の変化について、シミュレーションにて比較例（図９の（ａ）図）と比較した結果を図５に示す。横軸は駆動力の増分を示しており、増分０％が駆動力の変動がない状態である。縦軸に当接圧を線圧として示している。このグラフから明らかなように、駆動力が増加しても感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧力の増加が抑制されている。

　［付勢バネの加圧条件］
　比較例に比較してリンク構成は位置の自由度が上がるため、その姿勢を安定に維持するには、付勢バネの加圧方向を適正に設定する必要がある。この設定が正しくないと、ドラムユニットと現像ユニットが互いに干渉する等の問題が生じる可能性がある。ここで、図６を用いて、付勢バネの加圧設定について説明する。なお、以下で述べる荷重は、感光体ドラム１の回転軸に垂直な断面上に有るものと考えて説明するが、これにより、付勢バネの加圧設定に関する本質が失われるものではない。

　感光体ドラム１と現像ローラ３が当接状態にあるとき、現像ユニットの姿勢に影響を与える荷重は、現像ユニットとリンク部材５１との間で生じる荷重ＦＬ、感光体ドラム１と現像ローラ３との当接荷重であるＦｄ、付勢バネ４１で生じる荷重Ｆｓの３つである。荷重ＦＬは、第１結合部５１ａと第２結合部５１ｂを結ぶ直線Ｌ１上に生じており、荷重Ｆｄは、感光体ドラム１の回転中心と現像ローラ３の回転中心を結ぶ直線Ｌ２上に生じる。このとき、荷重ＦＬと荷重Ｆｄの合力ＦＬｄは、直線Ｌ１、Ｌ２の交点ｐを通る直線Ｌ３上に存在することになる。現像ユニットの姿勢は、合力ＦＬｄに対して荷重Ｆｓが直線Ｌ３上で逆ベクトルとなっていれば最も安定する。しかしながら実際には、第１結合部５１ａ、第２結合部５１ｂでの摺動摩擦や、感光体ドラム１と現像ローラ３との摩擦が存在することから、荷重Ｆｓが完全な逆ベクトルでなくても、現像ユニットの安定を維持できる。このための条件を次に示す。リンク部材５１には常に引張荷重を生じさせる必要があるため、荷重Ｆｓは、荷重ＦＬに平行な成分が、荷重ＦＬと反対方向である必要がある。また、感光体ドラム１と現像ローラ３が常に当接する必要があるため、荷重Ｆｓは、荷重Ｆｄに平行な成分が、荷重Ｆｄと反対方向である必要がある。以上を満たす荷重Ｆｓの条件は、次のようになる。直線Ｌ１に直交する直線Ｌ１１と、直線Ｌ２に直交する直線Ｌ２１とで区切られ、直線Ｌ３を含み且つ合力ＦＬｄが存在しない領域Ｓとし、荷重Ｆｓを示すベクトルの始点を交点ｐにとったとき、荷重Ｆｓを示すベクトルの終点が領域Ｓ内部に存在することである。ここで、付勢バネ４１の支持点は、上記の条件を満たすものであれば、領域Ｓ外に存在してもよい。

　また、付勢バネとしては引張バネであるほうがより効果的である。なぜなら、引張バネは、引張バネを支持する２点のみで荷重方向が決定されるため、上記で示したベクトルの条件を安定して維持することが可能だからである。

　［当接圧分布におけるピーク圧の影響］
　比較例の問題点として述べたように、感光ドラムに対する現像ローラ当接の問題として、当接圧管理の問題がある。当接圧が高くなると、感光ドラムと現像ローラの密着度が高くなるため、当接部の現像剤が受ける力が高くなる。その結果、トナー表面が溶けて、トナー表面の外添剤がトナー表面に埋め込まれ、帯電性能が低下しやすく、また、溶けたトナーが、現像ローラ表面に融着するなどの現象が起こりやすくなる。

　トナーの融解は、トナーの融点に関する問題であり、閾値を持って顕著になる現象であるため、当接圧とトナー表面の融解に関しても、一定以上の圧力条件で、上記の現象は顕著になる。このため、上記の問題を念頭に考える場合、感光ドラムと現像ローラ間の総荷重ではなく、一部でも、一定以上の圧力部が発生することを防ぐことが重要になる。

　感光ドラムと現像ローラの当接圧は、一般に、長手方向に均一にすることが難しい。これは、現像ローラが撓むために起こるもので、現像ローラの芯金の両端部を支持して加圧するため、加圧力が高く、芯金が細く、現像ローラのゴム硬度が高いほど、撓みは大きくなる。

　長手方向での圧力分布は、現像ローラの外径が均一ならば、両端部ほど高くなる。このため、中央部の外径を両端部より細くすれば、長手方向で均一圧にすることも可能である。しかし、本発明で課題としている、感光ドラムに対する加圧力変動がある場合では、例えば、加圧力が低くなると、中央部の圧力が低下して、感光ドラムと現像ローラが接触できなくなり、現像できなくなるという問題が発生する。

　比較例と同種の構成において、感光ドラムと現像ローラ間の当接圧が変化しない条件で、印字耐久試験を行った。すると、印字耐久試験の終了時である約５０００枚の画像出力時点で、現像ローラの硬度にかかわらず、感光ドラムと現像ローラの当接圧が、線圧が１５０ｇｆ／ｃｍを超えると、現像ローラ上において現像剤の融着が発生し、画像不良が発生した。なお、当接圧分布の測定は、シート型圧力分布センサーを用いたタクタイルセンサ（株式会社ニッタ）を用いた。

　一方、当接圧が低い設定では、５ｇｆ／ｃｍ程度の当接圧ならば、画像抜けは発生しないことが分かった。従って、本発明の実施例１等で用いられた画像形成装置と、同様の構成の場合、感光ドラムと現像ローラの当接圧は、長手の全ての部分で、５～１５０ｇｆ／ｃｍの範囲内にある必要があると言える。

　長手方向での当接ピーク圧は、ゴム硬度が高い場合ほど、高くなりやすい。硬度５０度で、振れ精度が±５μｍ以下の現像ローラを用いて、感光ドラムと現像ローラの当接圧分布を測定した。すると、感光ドラムと現像ローラとの総荷重が８００ｇｆでも、ピーク圧は６０ｇｆ／ｃｍであったが、硬度７０度の現像ローラでは、ピーク圧が１５０ｇｆ／ｃｍを超えた。これは、ゴム硬度が高い場合、圧力に対して、弾性層でその力を緩和できず、芯金に直接力が伝わるため、芯金が撓んで、長手方向での圧力分布が大きくなることによる。

　従って、振れ精度についても、例えば、長手の中央部と端部で、外径差があった場合、硬度が高い現像ローラでは、外径の形状変形に対する圧力変動を、弾性層で緩和しにくく、形状差あると、長手方向での圧力ムラが発生しやすい。

　以上により、感光ドラムと現像ローラの当接ピーク圧を抑えるためには、現像ローラの硬度が低いことが望ましいが、低硬度のゴムを用いた現像ローラでは、性能とコストを両立することが難しい。ＥＰＤＭゴムのような汎用ゴムでは、低硬度化するためには、オイルを含有させるのが一般的であるが、オイルの析出による問題が発生しやすい。また、ゴムを低硬度化すると、内部構造が弱くなるため、弾性変形に対する復元力も低下しやすい。そのため、硬度５０度程度の柔らかいゴムを用いる場合、ゴム弾性力や導電性等の性能と両立させるには、高価なシリコンゴムを使用せざるを得ないという問題がある。従って、ピーク圧を抑えるためには、ゴムの低硬度化においても、高精度な形状が有効である点についても、コストアップに繋がる。また、撓みを抑えるためには、現像ローラの芯金径を大きくすることも有効であるが、この場合も、コストアップや、現像装置の大型化を伴うことは言うまでもない。

　これまで説明したように、感光ドラムと現像ローラの加圧力変動は、当接ピーク圧をそのままシフトさせるだけでなく、現像ローラの撓みの影響により、より増大させて、高圧部を発生させやすい。

　本実施例では、リンク構成を用いることにより、感光ドラムと現像ローラの加圧力変動を抑えることが出来る。そのため、現像ローラの撓みによる変動を抑え、当接部での高圧部や低圧部の発生を抑えることができる。これにより、画像不良発生の当接圧上下限値まで、余裕を持てるため、高硬度の現像ローラの使用が可能になる。また、現像ローラの振れ精度緩和や、現像ローラの小型化にも有効であり、画像品質を向上させることができる。

　［現像ローラ外径振れ量の影響］
　既に述べたように、現像ローラのゴム硬度を高くすると、形状ムラに対して、当接圧ムラが大きくなる。ゴム硬度と形状ムラの、当接圧に対する具体的な影響を、有限要素法を用いたシミュレーションにより調べた。

　シミュレーションに用いた現像ローラは、ゴム硬度と外径形状の条件を変え、この現像ローラを感光体ドラムに当接させた時の圧分布ムラの大きさを調べ、この圧分布ムラの許容量を比較することで、ゴム硬度と外径振れ量の具体的な比較を行った。なお、シミュレーションに用いたゴム硬度は、５０度、６３度、７２度、８１度であり、外径形状は、長手の中央部外径の太い、所謂クラウン形状とし、その中央部と端部の外径差を外径振れ量とした。

　各条件の現像ローラにおいて、感光ドラムへの加圧力を変えて、先に述べた当接圧の許容上下限である、ピーク圧が５～１５０ｇｆ／ｃｍの範囲内にある条件を調べたところ、図７に示すような結果となった。これは、例えば、硬度５０度の現像ローラの場合、クラウン形状における外径差が１００μｍ以下ならば、圧分布におけるピーク圧が５～１５０ｇｆ／ｃｍの範囲内に収まる加圧力が存在することを示す。

　従って、このシミュレーション結果によると、例えば、硬度５０度の現像ローラでは、±５０μｍの形状ムラがピーク圧ムラの許容範囲であるのに対して、硬度７０度の現像ローラでは、±２０μｍの形状ムラがピーク圧ムラの許容範囲であることが分かる。
従って、弾性層にシリコンゴムまたはＥＰＤＭゴムを用いた場合において、圧分布ムラに対する許容レベルはほぼ同等である。しかし、本実施例のリンク構成を用いることで、形状精度の緩和効果や硬度の制約が緩和されることにより、材料選択性が広がる効果を選択して得ることが出来る。

　（実施例２）
　［接触現像システム以外の適用例］
　本発明の特徴であるリンク機構を用いた画像形成装置は、実施例に例示した接触現像システムだけでなく、一成分現像剤を使った非接触現像システムや、二成分現像システムを用いた画像形成装置においても効果がある。

　図８に非接触現像システムの概略断面図を示す。非接触現像システムや、二成分現像システムを用いた画像形成装置では、感光ドラム２０１に対して、金属スリーブを使用した現像スリーブ２０３を近接させる。この際、感光ドラム２０１と現像スリーブ２０３との最近接部である現像領域は、現像スリーブ２０３の回転に対しても、そのギャップが変動しないようにする必要がある。そのため、現像スリーブ２０３の両端部に、厚みの均一な、キャップ形状の突き当てコロ２０７を設け、この突き当てコロ２０７を介して、現像ローラ２０３を感光ドラム２０１に加圧当接することにより、現像領域におけるギャップを一定に保っている。

　しかしながら、突き当てコロ２０７と感光ドラム２０１は、共に剛体である。そのため、これらの表面に、僅かでも形状ムラがあれば、部分的に非常に高い圧力部が発生し、その部分の感光ドラム２０１や突き当てコロ２０７表面で、現像剤が融着する場合があり、現像領域でのギャップの安定を妨げる場合がある。突き当てコロ２０７の当接部において、現像剤の融着が発生すると、その高さ分、ギャップが大きくなり、画像上で、周りの画像より薄い横スジが発生する。

　突き当てコロ２０７への荷重は、これまで述べたリンク構成を適用しなければ、その値は、現像ユニットの内部負荷変動等で変動し、高い加圧力の発生時に、上記のような画像不良が発生しやすくなる。

　これに対して、リンク構成を適用した場合には、突き当てコロ２０７への加圧力は、最低限の値で安定して維持できるため、現像剤融着の発生を抑えることが出来る。従って、本発明であるリンク構成は、一成分非接触現像システムや、二成分現像システムを用いた画像形成装置においても、画像不良の発生を抑え、画像品質を向上させる効果がある。

　（実施例３）
　［プロセスカートリッジ以外の適用例］
　上記説明の本実施例は、本発明を、感光体ドラムと現像ローラを加圧する機構を持つ、プロセスカートリッジに適用したものである。しかし、画像形成装置中において、２つの回転体である像担持体とそれに作用するプロセス手段を加圧する他の機構においても適用することが出来る。

　図１１は、像担持体である感光体ドラム１が第１枠体である画像形成装置本体１００に支持され、プロセス手段である現像ローラ３を支持する第２枠体である現像ユニットＤが、リンク部材５１により、画像形成装置本体１００に結合されたものである。この場合でも、本実施例と同様、当接圧の変動を抑制する効果が得られ、安定した当接が可能である。

　また、図１２は、プロセス手段である帯電ローラ２が第１枠体である画像形成装置本体１００に支持されている。そして、ドラム駆動ギア５８にて像担持体である感光体ドラム１を駆動する機構を備えた第２枠体であるドラムユニットＣが、リンク部材５１により、画像形成装置本体Ａに結合されたものである。この場合でも、本実施例と同様、当接圧の変動を抑制する効果が得られ、安定した当接が可能である。

　また、図１３は、第２枠体である転写ベルトユニットＥがリンク部材５１により、第１枠体である画像形成装置本体Ａに結合されたものである。ここで、プロセス手段である転写ベルト６１は、転写駆動ローラ６２及びテンションローラ６３により一定の張力で張られ、転写駆動ギア５９にて駆動されて、画像形成装置本体１００に支持された像担持体である感光体ドラム１に対して当接している。この場合でも、本実施例と同様、当接圧の変動を抑制する効果が得られ、安定した当接が可能である。

　上記のように、本発明は、像担持体またはプロセス手段のいずれか一方を回転可能に支持する第１枠体と、像担持体またはプロセス手段の他方を回転可能に支持する第２枠体と、を２節リンク構成で結合した画像形成装置に広く適用することが可能である。

　Ｃ　ドラムユニット
　Ｄ　現像ユニット
　１　感光体ドラム
　３　現像ローラ
　５１　リンク部材

Claims (15)

1. 　画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
   　像担持体と、
   　前記像担持体を回転可能に支持する第１枠体と、
   　前記像担持体と当接して、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   　前記現像剤担持体を回転可能に支持する第２枠体と、
   　前記第１枠体と第１結合部で回転可能に結合し、前記第２枠体と第２結合部で回転可能に結合するリンク部材であって、前記第１枠体と前記第２枠体とを２節リンク構成で移動可能に結合するリンク部材と、
   　前記像担持体と前記現像剤担持体とが当接するように、前記第１枠体と前記第２枠体を付勢する付勢部材と、
   　前記第１結合部に回転可能に設けられた、前記装置本体に設けられた駆動源からの駆動力を受ける第１ギアと、
   　前記第２結合部に回転可能に設けられた第２ギアであって、前記第１ギアから前記駆動力を前記現像剤担持体に伝達するための第２ギアと、
   　を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 　前記現像剤担持体は、弾性ローラであ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. 　前記付勢部材は、引張バネであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 　前記リンク部材は、前記像担持体の長手方向において、前記第１枠体と前記第２枠体の一端側と他端側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 　前記第２枠体が前記付勢部材から受ける力は、前記第２枠体が前記リンク部材から受ける力の方向に対して反対方向の成分を持ち、且つ、前記第２枠体が前記像担持体から受ける力の方向に対して反対方向の成分を持つことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 　前記第２枠体が前記付勢部材から受ける力は、前記第２枠体が前記リンク部材から受ける力と前記第２枠体が前記像担持体から受ける力の合力の方向に対して反対方向であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 　前記第１ギアからの前記駆動力が、アイドラギアを介して前記第２ギアに伝達されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 　記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
   　像担持体と、
   　前記像担持体に作用するプロセス手段と、
   　前記像担持体または前記プロセス手段のいずれか一方を回転可能に支持する第１枠体と、
   　前記像担持体または前記プロセス手段の他方を回転可能に支持する第２枠体と、
   　前記第１枠体と第１結合部で回転可能に結合し、前記第２枠体と第２結合部で回転可能に結合するリンク部材であって、前記第１枠体と前記第２枠体とを２節リンク構成で移動可能に結合するリンク部材と、
   　前記像担持体と前記プロセス手段とが当接するように、前記第１枠体と前記第２枠体を付勢する付勢部材と、
   　前記第１結合部に回転可能に設けられた、駆動源からの駆動力を受ける第１ギアと、
   　前記第２結合部に回転可能に設けられた第２ギアであって、前記第１ギアから前記駆動力を前記プロセス手段に伝達するための第２ギアと、
   　を有することを特徴とする画像形成装置。
9. 　前記プロセス手段は前記像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像剤担持体であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 　前記現像剤担持体は、弾性ローラであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 　前記付勢部材は、引張バネであることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 　前記リンク部材は、前記像担持体の長手方向において、前記第１枠体と前記第２枠体の一端側と他端側に設けられていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 　前記第２枠体が前記付勢部材から受ける力は、前記第２枠体が前記リンク部材から受ける力の方向に対して反対方向の成分を持ち、且つ、前記第２枠体が前記像担持体から受ける力の方向に対して反対方向の成分を持つことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 　前記第２枠体が前記付勢部材から受ける力は、前記第２枠体が前記リンク部材から受ける力と前記第２枠体が前記像担持体から受ける力の合力の方向に対して反対方向であることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 　前記第１ギアからの前記駆動力が、アイドラギアを介して前記第２ギアに伝達されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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