JP2018180263A - カートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な駆動伝達性能と安定した電圧印加を確保した上で、インターフェース構成がシンプルなプロセスカートリッジを提供すること。【解決手段】装置本体Ａの動力源９５から伝達される駆動力によって回転する第１カップリング部材９０と誘電体９０ｇを介して接合され、第１カップリング部材９０から伝達される駆動力を回転体６２に伝達する第２カップリング部材を備え、第１カップリング部材９０、誘電体９０ｇ、第２カップリング部材６３の間の電圧印加によって第２カップリング６３が誘電体９０ｇに静電吸着され、第１カップリング部材９０の回転方向における第１カップリング部材９０と第２カップリング部材６３との相対移動が規制され、被電圧印加部材６６は、上記相対移動を規制する静電吸着力を発生させる電流経路を介して、上記電圧印加によって電圧が印加される。【選択図】図１

Description

本発明は、プロセスカートリッジおよびこれを用いた画像形成装置に関する。

いわゆるプロセスカートリッジ方式の電子写真画像形成装置では、プロセスカートリッジに設けられた感光ドラム等の回転体に回転駆動力を供給すべく、装置本体に設けられた駆動源につらなる動力伝達部材と、感光ドラム等とを駆動力伝達可能に連結する。
特許文献１には、画像形成装置本体にプロセスカートリッジを装着した際、両者が接触する箇所には両者それぞれに電気接点が設けられ、画像形成装置本体内の高圧電源から各パーツに、画像形成に必要な電圧を印加する構成が開示されている。また、そのような感光ドラム等を回転駆動させるための駆動力伝達機構として、種々の構成が提案されている。特許文献２には、装置本体に設けるカップリングにねじれた凹部を設け、感光ドラムに設けるカップリングにねじれた凸部を設け、これら凹部と凸部とを嵌合させることで、感光ドラムを駆動可能とする構成が開示されている。

特開２００５−２５８１４５号公報 特許第３４０８０８２号公報

ここで、前述のねじれた凹凸形状を嵌合させて駆動伝達するカップリング構成においては、製造誤差の観点から凹凸形状の嵌合部に隙間を設ける必要がある。この隙間が回転方向のガタ成分となり、ドラムなどの被駆動部の駆動伝達性能が悪化する場合がある。また、駆動伝達部と高圧電源から各パーツに電圧を印加する電気接点がそれぞれ別々に設けられた場合、画像形成装置本体とプロセスカートリッジの接触点が増え、インターフェース構成が複雑になる。インターフェース構成は、部品点数が増えることによるコスト増や省スペース化の観点から、極力シンプルであることが好ましい。

そこで、本発明の目的は、十分な駆動伝達性能と安定した電圧印加を確保した上で、インターフェース構成がシンプルな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、本発明のカートリッジは、
画像形成装置の装置本体に着脱可能で、カートリッジであって、
前記装置本体に備えられた動力源から伝達される駆動力によって回転する回転体と、
前記回転体に連結されており、前記駆動力によって回転する第１カップリング部材から回転駆動力が伝達されて回転することで、前記駆動力を前記回転体に伝達する第２カップリング部材であって、前記第１カップリング部材と誘電体を介して接合される第２カップリング部材と、
電圧を印加される被電圧印加部材と、
を備え、
前記第１カップリング部材、前記誘電体、前記第２カップリング部材の間の電圧印加によって、前記第２カップリングが前記誘電体に静電吸着され、前記第１カップリング部材の回転方向における前記第１カップリング部材と前記第２カップリング部材との相対移動が規制されるものであり、
前記被電圧印加部材は、前記相対移動を規制する静電吸着力を発生させる電流経路を介して、前記電圧印加によって電圧が印加されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
動力源を備えた装置本体と、
上記のカートリッジと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、十分な駆動伝達性能と安定した電圧印加を確保した上で、インターフェース構成がシンプルなプロセスカートリッジを提供することができる。

実施例１におけるドラムユニット６１近傍の断面図 実施例１における画像形成装置の断面図 実施例１におけるカートリッジの断面図 クリーニングユニット６０の構成を説明する斜視図 画像形成装置本体、カートリッジの斜視図 静電吸着力が一定の場合の、静電吸着力と伝達可能トルクの関係を示した図 カップリング部分の等価回路、体積抵抗率と静電吸着力及び電流のグラフ 静電吸着力および電流を実測した結果を示した図 実施例２におけるドラムユニット６１近傍の断面図 比較例としてのドラムユニット６１近傍の断面図 実施例１におけるドラムユニット６１近傍の電流経路の等価回路 比較例としてのドラムユニット６１近傍の電流経路の等価回路 実施例２におけるドラムユニット６１近傍の電流経路の等価回路

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて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る。すなわち、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。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１を図面に基づいて詳細に説明する。なお、感光ドラムの回転軸線方向を長手方向とする。また、長手方向において、画像形成装置本体から感光ドラムが駆動力を受ける側を駆動側（図１において被駆動カップリング６３側）とし、その反対側を非駆動側とする。

＜画像形成装置の全体構成＞
図２を用いて本実施例における画像形成装置の全体構成について説明する。図２は、本発明の実施例１における画像形成装置の装置本体（以下、装置本体Ａと記載する）及びプロセスカートリッジ（以下、カートリッジＢと記載する）の断面図である。ここで、装置本体とはプロセスカートリッジ以外の画像形成装置の構成部分のことを指す。図２において、画像形成装置は、カートリッジＢを装置本体Ａに着脱自在とした電子写真技術を利用したレーザビームプリンタである。カートリッジＢが装置本体Ａに装着されたとき、カートリッジＢの上側に露光装置３（レーザスキャナユニット）が配置される。また、カートリッジＢの下側に画像形成対象となる記録媒体（シート材Ｐ）を収容したシートトレイ４が配置されている。更に、装置本体Ａには、シート材Ｐの搬送方向Ｄに沿って、ピックアップローラ５ａ、給送ローラ対５ｂ、搬送ローラ対５ｃ、転写ガイド６、転写ローラ７、
搬送ガイド８、定着装置９、排出ローラ対１０、排出トレイ１１等が順次配置されている。なお、定着装置９は、加熱ローラ９ａ及び加圧ローラ９ｂにより構成されている。

＜カートリッジ全体の構成＞
次にカートリッジＢの全体構成について図３を用いて説明する。図３は、カートリッジＢの構成を説明する断面図である。カートリッジＢはクリーニングユニット６０と現像装置ユニット２０を合体して構成される。クリーニングユニット６０は、クリーニング枠体７１、感光ドラム６２、帯電ローラ６６およびクリーニングブレード７７等からなる。一方、現像装置ユニット２０は、底部材２２、現像容器２３、現像ブレード４２、現像ローラ３２、マグネットローラ３４、搬送部材４３、トナーＴ、等からなる。これらクリーニングユニット６０と現像装置ユニット２０を、互いに回動可能に結合することによってカートリッジＢを構成する。

＜クリーニングユニットの構成＞
次にクリーニングユニット６０の構成について図１、図３〜５を用いて説明する。図１は、ドラムユニット６１近傍の装置本体Ａの一部を含む断面図である。図４は、クリーニングユニット６０の構成を説明する斜視図である。クリーニングブレード７７は、板金からなる支持部材７７ａとウレタンゴム等の弾性材料からなる弾性部材７７ｂからなり、支持部材７７ａの両端をビス（不図示）で固定することで、クリーニング枠体７１に対して所定の位置に配置される。弾性部材７７ｂが感光ドラム６２と当接し、感光ドラム６２の外周面上から残留トナーを除去する。除去されたトナーはクリーニングユニット６０の廃トナー室７１ｂ（図３）に貯蔵される。

図４に示す様に、ドラム軸受７２、付勢部材７４、帯電ローラ軸受６６ｃは、クリーニング枠体７１に取り付けられる。クリーニング枠体７１のうち駆動側の側板７１ａのみ他の枠体とは別体で構成される。これらのうち、ドラム軸受７２、付勢部材７４、帯電ローラ駆動側軸受６６ｃ１、駆動側側版７１ａは導電性を有する。被電圧印加部材としての帯電ローラ６６の軸部６６ａは、帯電ローラ軸受６６ｃにはめ込まれる。帯電ローラ軸部６６ａはＳＵＳ（ステンレス鋼）でできており、導電性を有する。帯電ローラ６６は付勢部材７４によって、感光ドラム６２に対して付勢されるとともに、帯電ローラ軸受６６ｃによって回転可能に支持される。そして、感光ドラム６２の回転に伴って従動回転を行う。

感光ドラム６２は、例えばアルミシリンダの筒状体の外周面に有機光導伝体層（ＯＰＣ感光体）が塗布されたものであり、アルミシリンダは感光ドラム６２における導電部として機能する。また、図１に示す様に、感光ドラム６２は、被駆動カップリング６３に一体に構成されたドラムフランジ機能部６３ｆ、およびフランジ６４とそれぞれ一体的に結合され、感光ドラムユニット（以下、ドラムユニット６１と記載する）となる。この結合方法は、かしめ、接着、溶着等を用いる。フランジ機能部６３ｆは、駆動伝達機能部６３ｂと感光ドラム６２を電気的に絶縁するため絶縁材料を用いている。また、駆動伝達機能部６３ｂと帯電ローラ駆動側軸受６６ｃ１とは駆動側側板７１ａを介して電気的に導通している。駆動側側板７１ａには帯電ローラ６６に印加する電圧を安定化するための電圧安定化手段としてのツェナーダイオード９１が配されている。フランジ６４は、導電性を有し、同じく導電性を有するドラム軸７８（第２電極）が装置本体Ａのアース電極９９と電気的に導通している。また、ドラムユニット６１はクリーニング枠体７１に回転可能に支持される。

＜カートリッジの着脱動作＞
次に、装置本体Ａに対するカートリッジＢの着脱動作について、図５を用いて説明する。図５は、カートリッジＢを着脱するために開閉扉１３が開いた装置本体Ａと、カートリッジＢの斜視図である。装置本体Ａには開閉扉１３が回動可能に取り付けられている。こ
の開閉扉１３を開くと不図示の機構により装置本体Ａに設けられた駆動カップリング９０が、カートリッジＢの長手退避方向に移動する。そして、装置本体Ａにはガイドレール１２が備えてあり、カートリッジＢはガイドレール１２に沿って装置本体Ａ内に装着される。そして、開閉扉１３を閉じると、前述とは反対に駆動カップリング９０が、カートリッジＢに設けられた被駆動カップリング６３に近づく方向に移動し、カップリングの回転軸に垂直な駆動力伝達面同士が接合される。そして、駆動カップリング９０は必要に応じ装置本体のコントローラ（不図示）によってカートリッジＢに設けられた被駆動カップリング６３（図７）と後述する静電吸着力により吸着される。すなわち、開閉扉１３の開閉動作に連動して、駆動カップリング９０と被駆動カップリング６３の接合が行われる。このことにより、被駆動カップリング６３と結合している感光ドラム６２が装置本体Ａから駆動力を受けて回転することができる。

＜画像形成プロセス＞
次に、図２を用いて画像形成プロセスの概略を説明する。プリントスタート信号に基づいて、感光ドラム６２は矢印Ｒ方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。電圧が印加された帯電ローラ６６は、感光ドラム６２の外周面に接触し、感光ドラム６２の外周面を一様均一に帯電する。露光装置３は、画像情報に応じたレーザ光Ｌを出力する。そのレーザ光ＬはカートリッジＢの上面の露光窓部７３を通り、感光ドラム６２の外周面を走査露光する。これにより、感光ドラム６２の外周面には画像情報に対応した静電潜像が形成される。一方、図３に示すように、現像装置としての現像装置ユニット２０において、トナー室２９内のトナーＴは、搬送部材４３の回転によって撹拌、搬送され、トナー供給室２８に送り出される。トナーＴは、マグネットローラ３４（固定磁石）の磁力により、現像ローラ３２の表面に担持される。現像ローラ３２は図３中矢印Ｒｃの方向に回転駆動し、トナーＴは、現像ブレード４２によって、摩擦帯電されつつ現像ローラ３２周面の層厚が規制される。そのトナーＴは、静電潜像に応じて感光ドラム６２へ転移され、トナー像として可視像化される。

また、図２に示すように、レーザ光Ｌの出力タイミングとあわせて、ピックアップローラ５ａ、給送ローラ対５ｂ、搬送ローラ対５ｃによって、装置本体Ａの下部に収納されたシート材Ｐがシートトレイ４から給送される。そして、そのシート材Ｐが転写ガイド６を経由して、感光ドラム６２と転写ローラ７との間の転写位置へ供給される。この転写位置において、トナー像は感光ドラム６２からシート材Ｐに順次転写されていく。トナー像が転写されたシート材Ｐは、感光ドラム６２から分離されて搬送ガイド８に沿って定着装置９に搬送される。そしてシート材Ｐは、定着装置９を構成する加熱ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとのニップ部を通過する。このニップ部で加圧・加熱定着処理が行われてトナー像はシート材Ｐに定着される。トナー像の定着処理を受けたシート材Ｐは、排出ローラ対１０まで搬送され、排出トレイ１１に排出される。一方、図３に示すように、転写後の感光ドラム６２は、クリーニングブレード７７により外周面上の残留トナーが除去されて、再び、画像形成プロセスに使用される。感光ドラム６２から除去されたトナーはクリーニングユニット６０の廃トナー室７１ｂに貯蔵される。

＜駆動伝達カップリング＞
次に、駆動伝達カップリングの構成について図１を用いて詳細に説明する。本発明の駆動伝達カップリングは、２つの電極であって、一方の電極として装置本体Ａに具備される駆動カップリング９０と、他方の電極としてカートリッジＢに具備される被駆動カップリング６３と、で構成される。

＜被駆動カップリング構成＞
まず、カートリッジＢに具備される被駆動カップリング６３の構成について説明する。図１に示すように、カートリッジＢに取り付けられた回転体としての感光ドラム６２（像
担持体）の長手方向一方端部には被駆動カップリング６３が設けてある。この被駆動カップリング６３は、直径１６ｍｍの駆動伝達機能部６３ｂと、ドラムフランジ機能部６３ｆと、を一体に設けたものである。そして、駆動伝達機能部６３ｂの先端面には、装置本体Ａに具備された駆動カップリング９０と面接触する駆動伝達機能部として、駆動力被伝達面６３ｃが感光ドラム６２の回転軸線方向に向けて設けられている。ここで、駆動力被伝達面６３ｃの表面粗さ（中心線平均粗さ）は、Ｒａ＝０．２μｍに設定した。ここで、表面粗さは、Ｒａ＝０．２μｍ以下であれば適宜選択可能である。表面粗さがＲａ＝０．２μｍを超えると、静電吸着力が減少していく。なお、カップリング部材や誘電体の表面粗さＲａは、例えば、ＪＩＳ表面粗さ「ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）」に基づき、表面粗さ測定器を用いて測定される中心線平均粗さにより規定することができる。また、ドラムフランジ機能部６３ｆは、感光ドラム６２の軸線方向における、駆動伝達機能部６３ｂと反対方向に嵌合部６３ｆ１を設けてある。嵌合部６３ｆ１は、ドラムフランジ機能部６３ｆを感光ドラム６２に取り付ける際に、感光ドラム６２の内面に嵌合するとともに、かしめることでドラムフランジ機能部６３ｆと感光ドラム６２を固定する。ここで、前記ドラムフランジ機能部６３ｆの固定方法は、かしめに限定されることなく接着等、適宜選択可能である。

次に、各構成部材の材質について説明する。駆動伝達機能部６３ｂおよび駆動力被伝達面６３ｃの材質は導電性を有するアルミを用いた。これらの材質は、前述のアルミに限定されるものではなく、鉄や、銅、などの金属や、導電性セラミック、またプロセスカートリッジで一般的に使用される導電性樹脂のような導電性を有するものであればよい。具体的にはポリアセタール、ポリエステル、エポキシ樹脂等に前述の導電剤を添加したものを用いた成型品でも構わない。目安としては、体積抵抗で１×１０^１０Ωｃｍ以下である。また、フランジ機能部６３ｆには絶縁部材であるポリアセタールを用い、導電性を有する駆動伝達機能部６３ｂと感光ドラム６２は電気的に絶縁された状態になっている。フランジ機能部６３ｆの材質は電気的に絶縁性を維持できるものを適宜選択すれば良く、セラミックや、ポリエステル、エポキシ樹脂等、適宜選択可能である。絶縁の目安としては、体積抵抗で１×１０^１５Ωｃｍ以上である。

＜駆動カップリング構成＞
次に、装置本体Ａに具備される駆動カップリング９０の構成について説明する。図１に示す、駆動カップリング９０は、駆動伝達機能部９０ｂと静電吸着機能部９０ｇで構成される。静電吸着機能部９０ｇの先端面には、カートリッジＢに具備された被駆動カップリング６３と面接触する駆動伝達機能部として、駆動力伝達面９０ｃが感光ドラム６２の回転軸線方向に向けて設けられている。駆動伝達機能部９０ｂは、直径１６ｍｍの円柱形状で構成されている。静電吸着機能部９０ｇは、表面粗さＲａ＝０．２μｍ、厚み１２０μｍ、外径Φ＝２０ｍｍの円形のシート部材で構成されている。ここで、静電吸着機能部９０ｇの厚みは特に限定されるものではなく、後述する静電吸着力と必要電力に応じて適宜選択すれば良い。また、駆動力伝達面９０ｃの表面粗さは、Ｒａ＝０．２μｍ以下であれば適宜選択可能である。ここで、表面粗さをＲａ＝０．２μｍ以下に設定する理由は、表面粗さがＲａ＝０．２μｍを超えると、静電吸着力が減少していくことにある。そして、この静電吸着機能部９０ｇは、導電性両面テープで駆動伝達機能部９０ｂに固定されている。

次に、各構成部材の材質について説明する。駆動伝達機能部９０ｂの材質は、導電性を有するアルミを用いた。しかしながら、前述のアルミに限定されるものではなく、鉄や、銅、などの金属や、導電性セラミック、またカートリッジで一般的に使用される導電性樹脂など導電性を有していればよい。具体的にはポリアセタール、ポリエステル、エポキシ樹脂等に前述の導電剤を添加したものを用いた成型品でも構わない。目安としては、体積抵抗で１×１０^１０Ωｃｍ以下である。

次に、静電吸着機能部９０ｇの材質は、誘電体として機能する、体積抵抗１×１０^１２Ωｃｍの変性ポリイミドを用いた。ここで、静電吸着機能部９０ｇとしては、体積抵抗が１×１０^１０Ωｃｍ〜１×１０^１４Ωｃｍの範囲で、後述の必要とする静電吸着力に応じて適宜選択すれば良い。そして、その材質もポリアセタールや、ポリフッ化ビニルデン、ウレタンゴムなど、特に限定されるものでは無く、また、体積抵抗率調整の為の導電剤も、電子導電剤、イオン導電剤など、適宜選択可能である。電子導電剤としては、電子導電性を示すカーボンブラック、グラファイト；酸化錫等の酸化物；銅、銀等の金属；酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電性を付与した導電性粒子が挙げられる。また、イオン導電剤としては、イオン導電性を示す第四級アンモニウム塩、スルホン酸塩等のイオン交換性を有するイオン導電剤が挙げられる。

なお、本発明で定義される誘電体とは、電流を通しにくく、電界を加えると誘電分極を発生させる物質であり、導電粒子を含有した絶縁体のような、電導機構に抵抗成分と誘電成分をもつ物質もこれに含まれる。ここで、前述の静電吸着機能部９０ｇ（シート部材）の体積抵抗の測定は、三菱化学アナリック ハイレスタＵＰ ＭＣＰ−ＨＴ４５０型、およびリングプローブ：ＵＲを用い、印加電圧１ｋＶで測定した。次に、駆動伝達機能部９０ｂと静電吸着機能部９０ｇの固定に用いた導電性両面テープは、日立マクセル株式会社製の導電性両面テープＮｏ.５８０５を用いた。ここで、前述の駆動伝達機能部と誘電体
の結合方法は、導電性両面テープに限定されるものではなく、導電接着剤を使用する構成、などから、適宜選択可能である。

＜駆動伝達時の電流経路＞
前述したように、装置本体Ａの開閉扉１３を開けると、装置本体Ａに具備された駆動カップリング９０が、その回転軸線方向において、カートリッジＢと離れる方向に移動する。図１は駆動カップリング９０とカートリッジＢが離れた状態を示している。つぎに、カートリッジＢを装置本体Ａに装着する。そして、前記開閉扉１３を閉めることにより、退避位置に移動していた駆動カップリング９０は図１中矢印Ｃの方向、即ちカートリッジＢ側に移動する。この移動により、駆動カップリング９０に設けられた駆動伝達機能部としての駆動力伝達面９０ｃと、被駆動カップリング６３に設けられた駆動伝達機能部としての駆動力被伝達面６３ｃが当接する。すなわち、カートリッジＢの装置本体Ａへの装着時における、装置本体Ａの開閉扉１３の開閉動作に連動して、駆動カップリング９０と被駆動カップリング６３の接合が行われる。

＜伝達可能トルクと静電吸着力＞
本発明では、駆動力伝達面における駆動伝達にはジョンセン・ラーベック力（静電吸着力）による静電吸着作用を前述の駆動伝達面での摩擦を得る手段として利用している。ここで、図６を用いて、静電吸着力と、伝達可能トルクの関係について説明する。まず、静電吸着力と伝達可能トルクは以下の式であらわされる。

・・・（１）

式（１）において、Ｔ：伝達可能トルク[Ｎ・ｍ]、μ：静電吸着機能部と駆動側カップリングの摩擦係数、Ｄ：静電吸着機能部の外径[ｍ]、ｐ（ｒ）：静電吸着力[Ｐａ]、ｒ：回転中心からの半径方向位置[ｍ]である。静電吸着力が駆動伝達面内で一定である場合、式（１）は以下のようにあらわされる。

・・・（２）

式（２）を図で示すと、図６のようになる。図６は、外径Ｄを１６ｍｍ、摩擦係数μを０．３としたときの計算結果である。この図をみると、伝達可能トルクは、静電吸着力に比例して大きくなることが分かる。たとえば、伝達可能トルクを０．１Ｎｍに設定したい場合は、静電吸着力としておよそ３００ｋＰａ得られれば良い。

図７、８を用いて、静電吸着力と体積抵抗率の関係について説明する。図７（ａ）は、駆動カップリング９０の駆動伝達機能部９０ｂと、静電吸着機能部６３ｅのミクロな接触状態と、その電気的性質を示した等価回路図である。この図において、電圧印加後、十分時間が経過した後の静電吸着力は以下の式であらわされる。

式（１）において、ε０：雰囲気中の誘電率、Ｒｇ：静電吸着機能部６３ｅと駆動伝達機能部９０ｂの接触抵抗[Ω]、Ｒｂ：静電吸着機能部６３ｅの体積抵抗[Ω]とする。また、Ｖ：印加電圧、ｄ：駆動伝達機能部９０ｂと静電吸着機能部６３ｅの平均空隙距離[ｍ]である。式（１）は、静電吸着機能部６３ｅの体積抵抗Ｒｂによって静電吸着力が変化することを示している。

また、図７（ａ）の等価回路において、印加電圧を２００Ｖとしたときに、静電吸着機能部６３ｅを駆動伝達機能部９０ｂからひきはがす力を測定することで、静電吸着力の測定を行った。その測定結果として静電吸着力と体積抵抗率の関係をグラフにしたものを図７（ｂ）、（ｃ）に示す。図７（ｃ）のように、体積抵抗率が大きいと電流が流れなくなり、図７（ａ）にあるｇａｐに蓄積される電荷量が小さくなる。すると、電荷に依存する静電吸着力が小さくなり、後述のジョンセン・ラーベック力が働かなくなる。すなわち、静電吸着力を大きくするには、静電吸着機能部６３ｅの体積抵抗率を小さくすれば良いことが分かる。しかしながら、図７（ｂ）に示されるように、体積抵抗率を小さくし過ぎると、逆に静電吸着力が小さくなってしまうので、静電吸着力が最も大きくなる体積抵抗率があることが分かる。

図８は、静電吸着力とその時に流れた電流を測定した結果である。静電吸着力の測定は、静電吸着機能部６３ｅを具備したカートリッジＢを装置本体Ａから取り出し、駆動カップリング９０に見立てたアルミ板に静電吸着機能部６３ｅを密着させて、アルミ板からひきはがす力を測定することで行った。また、この予備試験には、静電吸着機能部６３ｅの体積抵抗率として１×１０^１１Ωｃｍと１×１０^１３Ωｃｍのものを使用し、厚みはいずれも７５μｍものを用いた。なお、ここでの体積抵抗率は、印加電圧１００Ｖとしたときの電流値から求めたもので、中抵抗材料では一般的に、材料の温度特性や非オーミック電導機構に依り印加電圧によって体積抵抗率は変化する。図８（ａ）の静電吸着力の測定結果をみると、体積抵抗率の小さいほうが静電吸着力は大きいことが分かる。これは式（３）で説明したとおりである。

このように、ジョンセン・ラーベック力とは、誘電体（静電吸着機能部９０ｇ）の体積抵抗率を小さくすることで、誘電体内の電荷の移動が容易になり、吸着界面である誘電層最表面（駆動力伝達面９０ｃ）に電荷が多量に誘起されることで発生する力である。一般
的に、誘電体（静電吸着機能部９０ｇ）が抵抗成分の非常に大きい絶縁体の場合（＝クーロン力と呼ばれる）と比べると、大きな力を発生する。すなわち、電極（給電接点９８）に印加された電荷は、誘電層（静電吸着機能部９０ｇ）を通って誘電層最表面（駆動伝達面９０ｃ）に移動する。そして前述誘電層最表面（駆動伝達面９０ｃ）に移動した電荷の一部は被吸着基板（駆動伝達面６３ｃ）に流れつつも、この電荷に対して被吸着基板（駆動伝達面６３ｃ）が静電誘導あるいは誘電分極により帯電して静電吸着力が発生するものである。静電吸着力は接触面の面積に比例するので、より有効に静電吸着力を確保するため本発明では静電吸着力を発生させる電極面の表面粗さをＲａ＝０．２μｍ以下とした。

より具体的に、本実施例のような誘電体を介在させて対向する一対の対向電極間において静電吸着力を発生させる構成を説明すると、次のように説明できる。すなわち、第１カップリング部材としての駆動カップリング９０における、誘電体としての静電吸着機能部９０ｃとの接合部が、上記対向電極のうちの一方の電極に対応する。また、第２カップリング部材としての被駆動カップリング６３における、静電吸着機能部９０ｇとの接合部（駆動伝達面６３ｃ及びその近傍領域）が、上記対向電極のうちの他方の電極に対応する。高圧電源９２によって駆動カップリング９０、静電吸着機能部９０ｇ、被駆動カップリング６３の間に電圧が印加されると、静電吸着機能部９０ｇの駆動伝達面９０ｃには、マイナス電荷が誘起される。これに伴い、相対する被駆動カップリング６３の駆動伝達部６３ｃには、プラス電荷が誘起される。このような電荷配置が形成されることで、駆動カップリング９０と静電吸着機能部９０ｇとの間、静電吸着機能部９０ｇと被駆動カップリング６３との間にそれぞれ静電吸着力が発生し、互いに吸着される状態となる。この静電吸着力が、動力源としてのモータ９５から駆動カップリング９０へ伝達される回転駆動力を、静電吸着機能部９０ｇを介して被駆動カップリング６３へロスなく伝達可能な程度の強さとなるように、高圧電源９２による印加電圧を調整する。本実施例において、高圧電源９２やコントローラ（制御部）１００、給電接点９８、アース接点９９等の、上記静電吸着力を発生させる電圧印加の実施に関わる構成が、本発明における電圧印加部に対応する。

駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃが当接した状態で、プリント信号が入力されると装置本体Ａが備えた不図示のコントローラは給電接点９８を介して高圧電源９２から−２ｋＶの電圧を駆動カップリング９０に印加する。すると、駆動伝達機能部９０ｂ⇒静電吸着機能部９０ｇ⇒駆動力伝達面９０ｃ⇒駆動力被伝達面６３ｃ（兼、第１電極）の順に電流が流れる。駆動力被伝達面６３ｃを通過後、次に、駆動力被伝達面６３ｃ⇒駆動伝達機能部６３ｂ⇒クリーナー枠体駆動側側板７１ａ⇒駆動側帯電ローラ軸受６６ｃ１⇒帯電ローラ６６（被電圧印加部材）⇒感光ドラム６２⇒フランジ６４⇒ドラム軸７８（第２電極）⇒アース接点９９を通り、アースへと電流が流れる。並行してクリーナー枠体駆動側側板７１ａからはツェナーダイオード９１を介してもアースへと電流が流れ、これにより帯電ローラ６６に印加される電圧は安定化する。以上が、高圧電源９２から電圧を駆動カップリング９０に印加した際の電流の流れであり、この電流経路を等価回路で表すと図１１のようになる。

このとき、前述のジョンセン・ラーベック力により、駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃの間で静電吸着力が発生する。この状態で駆動カップリング９０を駆動すると、静電吸着力が駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃ間の摩擦力に変換され、感光ドラム６２が駆動される。このとき実際は１７０μＡの電流が駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃの間に流れるとともに、２ｋｇｆ・ｃｍの駆動伝達トルクが得られた。そして帯電ローラ６６には駆動力伝達面９０ｃおよび駆動力被伝達面６３ｃの電気抵抗により−２ｋＶから１ｋＶだけ電圧降下し、電圧安定化手段としてのツェナーダイオード９１により安定化された−１ｋＶの電圧が印加される。その結果、帯電ローラ６６と感光ドラム６２表面の間でパッシェンの法則に基づく放電が起こり、感光ドラム６２の表面は−５００Ｖ程度に帯電される。

このときドラム軸７８およびアース接点９９には放電電流として３０μＡの電流が流れる。感光ドラム６２の帯電においては表面を安定して均一に帯電させるために、帯電ローラ６６への印加電圧をノイズや振れが無いように安定化させることが重要となる。ここではその手段としてツェナーダイオードを用いたが、電圧を安定化させることができれば、バリスタ等、別の手段を用いることも可能である。また、駆動カップリング９０に印加する電圧は、駆動伝達に必要な静電吸着力を確保した上で、駆動力伝達面９０ｃおよび駆動力被伝達面６３ｃにおける電圧降下を見越して、感光ドラム６２の帯電に本来必要な電圧よりも高めに設定するのが好ましい。ここでは感光ドラム６２の帯電に必要な電圧−１ｋＶに対し、駆動伝達面での電圧降下１ｋＶ分を見越して、駆動カップリング９０に−２ｋＶの電圧を印加した。

以上説明してきた構成により、装置本体ＡとカートリッジＢ間の駆動伝達機能とカートリッジＢへの電流流入のための電気接点と、帯電ローラ６６への電圧印加に用いられる電気接点を駆動伝達面１か所に集約することができる。また、静電吸着力により回転方向における駆動カップリング９０と被駆動カップリング６３の相対移動を規制することができる。これにより十分な駆動伝達性能と安定した電圧印加を確保した上で、インターフェース構成がシンプルなプロセスカートリッジを提供することができる。

（比較例）
ここで本発明の比較例として図１０を用い、装置本体ＡとカートリッジＢ間の駆動力伝達面と帯電ローラ６６に電圧印加するための電気接点が別々に設けられている場合の構成を示す。ここでは本発明の構成と異なる部分を詳細に説明する。記載の無い部分は、特に断りのない限り本発明の構成と同じである。

＜クリーニングユニットの構成＞
図１０はドラムユニット６１近傍の装置本体Ａの一部を含む断面図である。クリーニング枠体７１は導電性を有さず、ドラム軸受７２とは電気的に絶縁されている。帯電ローラ６６の軸部６６ａは、長手駆動側でクリーニング枠体７１を貫通し、先端はクリーニング枠体７１の外側に露出した状態になっている。一方、装置本体Ａは駆動伝達面に電流を供給するための高圧電源９２および給電接点９８とは別途、帯電ローラ６６Ｃに電圧印加するための専用高圧電源９３および給電接点９６を有している。被駆動カップリング６３を構成するフランジ機能部６３ｆは駆動伝達機能部６３ｂと同様、導電性を有するアルミで構成され、駆動力被伝達面６３ｃと感光ドラム６２はフランジ機能部６３ｆを介して電気的に導通している。

＜駆動伝達時の電流経路＞
実施例１と同様、装置本体Ａの開閉扉１３を開けると、装置本体Ａに具備された駆動カップリング９０が、その回転軸線方向において、カートリッジＢと離れる方向に移動する。図１０は駆動カップリング９０とカートリッジＢが離れた状態を示している。つぎに、カートリッジＢを装置本体Ａに装着する。そして、開閉扉１３を閉めることにより、退避位置に移動していた駆動カップリング９０および給電接点９６は図８中矢印Ｃの方向、即ちカートリッジＢ側に移動する。この移動により、駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃおよび、給電接点９６と帯電ローラ軸受６６ａ、はそれぞれ互いに当接する。駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃが当接した状態で、プリント信号が入力されると装置本体Ａが備えた不図示のコントローラは給電接点９８を介して駆動カップリング９０に接続された高圧電源９２から−１ｋＶの電圧を駆動カップリング９０に印加する。これにより、駆動伝達機能部９０ｂ⇒静電吸着機能部９０ｇ⇒駆動力伝達面９０ｃ⇒駆動力被伝達面６３ｃ⇒駆動伝達機能部６３ｂ⇒フランジ機能部６３ｆ⇒感光ドラム６２⇒フランジ６４⇒ドラム軸７８⇒アース接点９９を介して、アースへ電流が流れる。この電流経路
を等価回路で表したものを、図１２に示す。

このとき、前述のジョンセン・ラーベック力により、駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃの間で静電吸着力が発生する。この状態で駆動カップリング９０を駆動すると、静電吸着力が駆動力伝達面９０ｃと駆動被伝達面６３ｃ間の摩擦力に変換され、感光ドラム６２が駆動される。このとき実際は１７０μＡの電流が流れるとともに、２ｋｇｆ・ｃｍの駆動伝達トルクが得られた。また、感光ドラム６２の駆動と並行して帯電ローラ用高圧電源９３は−１ｋＶの電圧を出力する。これにより、帯電ローラ６６には帯電ローラ用給電接点９６および帯電ローラ軸受６６ａを経由して−１ｋＶの電圧が印加され、感光ドラム６２との間にパッシェンの法則に基づく放電が起こり、感光ドラム６２表面は−５００Ｖ程度に帯電される。このときドラム軸７８およびアース接点９９には放電電流として３０μＡの電流が流れる。

このように比較例では、装置本体ＡとカートリッジＢ間の駆動伝達機能を担う駆動力伝達面と、帯電ローラ６６への電圧印加を行うための電気接点がそれぞれ別々に設けられるため、装置本体ＡとカートリッジＢは駆動側２か所で接触することになる。

（実施例２）
本実施例の構成が実施例１に記載のプロセスカートリッジと異なるのは、電流経路とそれに付随する装置本体Ａとクリーニングユニット６０の構成の部分である。ここでは実施例１と異なる部分を詳細に説明する。記載の無い部分は、特に断りのない限り実施例１の構成と同じである。

＜クリーニングユニットの構成＞
図９を用いて、クリーニングユニット６０の構成について説明する。図９はドラムユニット６１近傍の装置本体Ａの一部を含む断面図である。帯電ローラ６６の軸部６６ａは、長手方向非駆動側でクリーニング枠体７１を貫通し、先端はクリーニング枠体７１の外側に露出した状態になっており、装置本体ＡにカートリッジＢを装着すると、装置本体Ａの高圧電源９２ｂと導通状態となる。本実施例ではこの帯電ローラ６６の軸部６６ａが第一の電極となり、電圧印加時にはここからカートリッジＢに電流が流入する。

＜駆動伝達時の電流経路＞
実施例１同様、装置本体Ａの開閉扉１３を開けると、装置本体Ａに具備された駆動カップリング９０が、その回転軸線方向において、カートリッジＢと離れる方向に移動する。図６は駆動カップリング９０とカートリッジＢが離れた状態を示している。つぎに、カートリッジＢを装置本体Ａに装着する。そして、開閉扉１３を閉めることにより、退避位置に移動していた駆動カップリング９０は図９中矢印Ｃの方向、即ちカートリッジＢ側に移動する。この移動により、駆動カップリング９０および被駆動カップリング６３の駆動伝達機能部としての駆動力伝達面９０ｃおよび駆動力被伝達面６３ｃが当接する。駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃが当接した状態で、プリント信号が入力されると装置本体Ａが備えた不図示のコントローラは高圧電源９２から−１ｋＶの電圧を帯電ローラ軸部６６ａに印加する。これにより、帯電ローラ軸部６６ａ（第１電極）⇒帯電ローラ６６（被電圧印加部材）⇒クリーナー枠体駆動側側板７１ａ⇒ドラム軸受７２⇒駆動伝達機能部６３ｂ⇒駆動力被伝達面６３ｃ（兼、第２電極）の順に電流が流れる。そして、駆動力被伝達面６３ｃ⇒駆動力伝達面９０ｃ⇒静電吸着機能部９０ｇ⇒駆動伝達機能部９０ｂ⇒駆動側アース電極９７を介して、アースへと電流が流れる。これと並行して、帯電ローラ軸部６６ａ⇒帯電ローラ６６⇒感光ドラム６２⇒フランジ６４⇒ドラム軸７８⇒アース電極９９を介してアースへと電流が流れる。また、並行してクリーナー枠体駆動側側板７１ａからツェナーダイオード９１を介してもアースへと電流が流れ、これにより帯電ローラ６６に印加される電圧は安定化する。この電流経路を等価回路で表したものが図１３とな
る。

このとき、実施例１同様、ジョンセン・ラーベック力により、駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃの間の接合面で静電吸着力が発生する。この状態で駆動カップリング９０を駆動すると、静電吸着力が駆動力伝達面９０ｃと駆動力被伝達面６３ｃ間の摩擦力に変換され、感光ドラム６２が駆動される。この時、駆動力被伝達面６３ｃと駆動力伝達面９０ｃの間（接合面）には９０μＡの電流が流れるとともに、１．１ｋｇｆ・ｃｍの駆動伝達トルクが得られた。帯電ローラ６６には−１ｋＶの電圧が印加され、帯電ローラ６６と感光ドラム６２の表面の間でパッシェンの法則に基づく放電が起こり、感光ドラム６２の表面は−５００Ｖ程度に帯電される。このときドラム軸７８およびアース電極９９には放電電流として３０μＡの電流が流出する。実施例１では駆動力伝達面での電圧降下を見越し、高圧電源９２は感光ドラム６２の帯電に必要な電圧よりも高い電圧を印加した。しかしながら、本実施例では高圧電源９２から帯電ローラ軸部６６ａの電流経路で電圧降下の要因が無いため、感光ドラム６２の帯電に必要な電圧を印加した。

以上説明してきた構成により、装置本体ＡとカートリッジＢ間の駆動伝達機能とカートリッジＢからの電流流出のための電気接点を駆動力伝達面（被駆動伝達部）１か所に集約することができる。また、帯電ローラ６６への電圧印加に用いられる高圧電源９２を使い、駆動カップリング９０と被駆動カップリング６３の接合を行うこともできる。これにより十分な駆動伝達性能と安定した電圧印加を確保した上で、インターフェース構成がシンプルなプロセスカートリッジを提供することができる。

実施例１、２において、所望の駆動伝達力を得る為には、静電吸着機能部９０ｇとしての誘電体の面積、および誘電体に印加する電圧を適宜選択することで対応可能である。また、これらの実施例ではクリーナユニットと現像ユニットを一体に構成したプロセスカートリッジについて記載した。しかしながら、クリーナユニット、現像ユニットがそれぞれ独立してクリーナカートリッジ、または現像カートリッジとして、画像形成装置本体に着脱可能な構成においても適用可能である。また、実施例１、２では被電圧印加部材として感光ドラム６２に接触する帯電ローラを例に説明したが、感光ドラム６２に接触しないコロナ帯電方式の帯電手段が被電圧印加部材であってもよい。また、被電圧印加部材は現像ローラ３２など感光ドラム６２にトナーを供給するための現像手段であってもよい。また被電圧印加部材は、クリーニングブレード７７等の感光ドラム６２の表面からトナーや異物を除去又は清掃するための清掃手段であってもよい。また、被電圧印加部材は転写ローラ７等の感光ドラム６２に形成されたトナー像を紙等の被転写体に転写する転写手段や、感光ドラム６２に光を照射する光照射手段等の電圧印加が必要な部材であってもよい。また被電圧印加部材は、前述した部材のうちの複数の部材であっても良い。

Ａ…装置本体、Ｂ…カートリッジ、６２…感光ドラム、６３…被駆動カップリング、６６…帯電ローラ、９０…駆動側カップリング、９０ｇ…静電吸着機能部、９２…高圧電源、９８…給電接点、１００…コントローラ

Claims (11)

1. 画像形成装置の装置本体に着脱可能で、カートリッジであって、
   前記装置本体に備えられた動力源から伝達される駆動力によって回転する回転体と、
   前記回転体に連結されており、前記駆動力によって回転する第１カップリング部材から回転駆動力が伝達されて回転することで、前記駆動力を前記回転体に伝達する第２カップリング部材であって、前記第１カップリング部材と誘電体を介して接合される第２カップリング部材と、
   電圧を印加される被電圧印加部材と、
   を備え、
   前記第１カップリング部材、前記誘電体、前記第２カップリング部材の間の電圧印加によって、前記第２カップリングが前記誘電体に静電吸着され、前記第１カップリング部材の回転方向における前記第１カップリング部材と前記第２カップリング部材との相対移動が規制されるものであり、
   前記被電圧印加部材は、前記相対移動を規制する静電吸着力を発生させる電流経路を介して、前記電圧印加によって電圧が印加されることを特徴とするカートリッジ。
2. 前記電圧印加は、前記第１カップリング部材もしくは前記被電圧印加部材に接続された電源を用いて行われ、
   前記第１カップリング部材の前記誘電体との接合部を一方の電極、前記第２カップリング部材の前記誘電体との接合部を他方の電極として、
   前記電圧印加により、前記一方の電極に静電誘導、前記誘電体に誘電分極、前記他方の電極に静電誘導がそれぞれ生じることにより、前記静電吸着力が発生することを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記電源が前記第１カップリング部材に接続されている場合において、前記誘電体と前記第２カップリング部材との接合部を通過した電流は、前記被電圧印加部材を介してアースに流れることを特徴とする請求項２に記載のカートリッジ。
4. 前記電源が前記第１カップリング部材に接続されている場合において、前記被電圧印加部材を通過後、さらに前記誘電体と前記第２カップリング部材との接合部を通過した電流は、前記第１カップリング部材を介してアースに流れることを特徴とする請求項３に記載のカートリッジ。
5. 前記被電圧印加部材に印加される電圧を安定化させる電圧安定化手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
6. 前記被電圧印加部材は、前記回転体を帯電する帯電手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカートリッジ。
7. 前記回転体は、静電潜像を形成する像担持体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
8. 前記第２カップリング部材は、前記像担持体の長手方向の一方の端部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ。
9. 前記電圧安定化手段は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項５に記載のカートリッジ。
10. 前記第２カップリング部材は、前記誘電体と、それぞれ前記第１カップリング部材の回
    転軸に垂直な接合面で互いに接合しており、前記接合面の表面粗さは、Ｒａ＝０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のカートリッジ。
11. 動力源を備えた装置本体と、
    前記装置本体に着脱可能な請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカートリッジと、
    を有することを特徴とする画像形成装置。

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