JP4463087B2 - 現像装置、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、現像剤担持体で担持した現像剤のトナーで潜像担持体上の潜像を現像して顕像化する現像装置、その現像装置と潜像担持体を一体に備えたプロセスカートリッジ、及び、前記プロセスカートリッジを備えた画像形成装置に関する。

従来、感光体等の潜像担持体上の潜像を現像装置の現像剤で現像して顕像化し、該顕像をシート状の記録材に直接または中間転写体を介して転写し、記録材上に画像を形成する電子写真方式の画像形成装置が種々提案されており、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリや、これらの複合機として広く普及している。
また、この種の画像形成装置の現像装置として、現像剤が収容される現像剤収容部及び現像領域に対向する開口部が形成された現像剤を収容する現像剤容器としてのケーシングと、該ケーシングの現像剤収容部に収容された現像剤を撹拌するスクリューやパドル等の撹拌部材と、現像剤収容部に収容された現像剤を現像領域に向けて担持搬送する現像ローラあるいは現像スリーブ等の現像剤担持体と、該現像剤担持体により現像領域に搬送される現像剤量を規制する現像剤規制部材としてのドクタブレードとを有するものが知られている。

この現像装置においては、そのケーシングの現像剤収容部に収容された現像剤が現像剤担持体により所定の現像領域に向けて担持搬送される過程で、ドクタブレードにより余剰の現像剤が堰き止められることによって、現像領域に搬送される現像剤量が規制される。これにより、この現像装置から感光体に向けて常時一定量の現像剤が安定供給されるようになり、現像領域において可視像化された感光体上のトナー像が濃度ムラのないほぼ均一な濃度の画像となる。

ところで、ドクターブレードは、現像剤担持体表面との間に一定の隙間(ドクタギャップ)を形成し、現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を一定にしている。このため、現像剤担持体上の現像剤層厚を規制する際に、現像剤とドクタブレードとの抵抗により剤圧が発生してドクタブレードの変形を招き、結果、層厚を決定する特性であるドクタギャップが変化してしまう。このようなドクタギャップの変化は現像剤担持体の長手方向への剤ムラとなり、感光体へ供給する現像剤のばらつきとなって、画像の濃度ムラとして顕在化してしまうことにつながる。

そこで、このような問題を解決するものとして、ドクターブレードを取り付ける装置内の取り付け部を、上記ドクターブレードの長手方向の複数箇所に対応させて設けた複数の座面部としたものが提案されており（特許文献１）、この従来技術では、現像装置の複数の座面部でドクタブレードを支持しているので、取付時の変形を座面部の調整により低減することが可能となる。また、現像装置の現像剤規制部材の振動が発生する部位に、該振動を抑制する防振部材を圧接配置したものが提案されており（特許文献２）、この従来技術では、振動を抑制する防振部材が、ドクターブレードの振動が発生する部位に圧接配設されることによって、現像装置の動作時に発生したドクタブレードのビビリ振動が、該防振部材により減衰され、これにより、現像剤容器（ケーシング）に対するドクタブレードのビビリ振動の伝播が抑えられて、該ケーシングの振動による異音の発生が防止される。

特開平９−１９００７５号公報 特開２００１−５１５０１号公報

特許文献１や特許文献２に記載の従来技術では、ドクタギャップの変位を抑制して潜像担持体へ供給する現像剤のばらつきを少なくして現像品質を維持することは可能であるが、現像領域における潜像担持体と現像剤坦持体との間の隙間（現像ギャップ）を一定に保つことについては考慮されていない。

従来、現像剤坦持体と潜像坦持体との間の隙間（現像ギャップ）は潜像を可視化するに当り重要な特性値と成っている。
現像剤担持体は、通常、装置本体からのギヤ駆動により回転されるが、現像剤担持体にギヤを介して駆動力が伝達される際に、その駆動力が入力される方向によっては、ギヤにより現像剤担持体が潜像担持体側に押され、現像ギャップが狭くなってしまうことがある。そして、この現像ギャップが狭くなってしまい、現像剤坦持体で汲み上げられてきた現像剤の層厚に対して狭くなりすぎると、画像の後端かすれや、剤だまりの悪影響が出ることが確認されている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、潜像坦持体と現像剤坦持体の位置関係と、現像剤坦持体を回転させる入力ギヤの位置関係を定め、該現像剤坦持体のギヤの駆動入力形状を設定し、現像ギャップの狭まりの防止と、駆動による振動や変動を少なくすることができる構成の現像装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の現像装置と潜像担持体を一体に備えることにより、ユーザーの操作性を考慮し簡単かつトナー飛散等の心配が無く、安心して交換できるシステムを達成することができるプロセスカートリッジと、それを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、潜像担持体と所定の現像ギャップを隔てて配置され、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を備え、該現像剤担持体は画像形成装置に備えられた駆動装置からの駆動により回転されて前記潜像担持体と対向する現像領域に該現像剤を搬送し、該現像剤のトナーで前記潜像担持体上の潜像を現像して顕像化する現像装置において、前記現像剤担持体の軸に固定され、前記駆動装置により駆動される現像駆動ギヤと噛合う現像ギヤと、前記現像剤担持体の軸に挿入され、該現像ギヤを固定する平行ピンとを備え、前記現像ギヤは、前記平行ピンの形状と合わさる形状の嵌合部を有し、該嵌合部の両側に突起部を有することを特徴とする（請求項１）。
また、本発明の現像装置においては、前記現像剤担持体を回転させる前記駆動装置からの駆動力は、前記現像駆動ギヤを介して前記現像ギヤに伝達され、前記現像駆動ギヤと前記現像ギヤの位置関係は、前記現像駆動ギヤから前記現像ギヤに駆動力が入力される際に、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の現像ギャップの接線を境界として前記現像剤担持体側へと力が働く位置関係であることを特徴とする（請求項２）。

さらに本発明の現像装置においては、前記現像ギヤの圧力角が、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の接線と、前記現像駆動ギヤと前記現像ギヤとの間の接線とがなす角度よりも小さいことを特徴とする（請求項３）。
また、本発明の現像装置においては、前記嵌合部の両側に設けた微小な突起部は互いに位置をずらして配置され、該配置された突起部と前記平行ピンとの接点を結ぶ線が、前記ギヤの回転圧力角と一致することを特徴とする（請求項４）。
本発明に係る画像形成装置においては、上記のいずれかの構成の現像装置を備えている（請求項１３）。

本発明のプロセスカートリッジは、潜像担持体と、前記のいずれかの構成の現像装置とを備え、前記潜像担持体と現像装置とを同一のカートリッジ内に一体化したことを特徴とする（請求項５）。
また、本発明のプロセスカートリッジにおいては、前記カートリッジ内に、前記潜像担持体上のトナーを回収するトナー回収手段を備え、前記潜像担持体と前記現像装置及び前記トナー回収手段とが一体交換可能な構成とすることもできる（請求項６）。
さらに本発明のプロセスカートリッジにおいては、前記カートリッジ内に、前記潜像担持体を帯電する帯電手段を一体化した構成とすることもできる（請求項７）。

本発明では、潜像担持体上の潜像を現像装置の現像剤で現像して顕像化し、該顕像を記録材に直接または中間転写体を介して転写し、前記記録材上に画像を形成する画像形成装置において、前記のいずれかの構成のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする（請求項８）。
また、本発明の画像形成装置においては、前記プロセスカートリッジの現像装置にトナーを補給するトナーボトルを備え、該トナーボトルは前記プロセスカートリッジとは別形態で装置本体に設置され、前記トナーボトルから前記プロセスカートリッジ側の現像装置にトナー搬送手段でトナーを搬送するように構成され、前記トナーボトル単体で交換可能としたことを特徴とする（請求項９）。
さらに、本発明の画像形成装置においては、前記プロセスカートリッジを複数備え、複数のプロセスカートリッジはそれぞれ潜像担持体上に色の異なる画像を形成し、各色の画像を記録材に直接または中間転写体を介して転写し、前記記録材上に多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする（請求項１０）。
さらにまた、本発明の画像形成装置においては、前記トナーとして、円形度が０．９３以上のトナーを用いることを特徴とする（請求項１１）。
さらにまた、本発明の画像形成装置においては、前記潜像担持体上のトナーを回収するトナー回収手段として、ブレード状のクリーニング部材とブラシ状のクリーニング部材を併用したことを特徴とする（請求項１２）。

本発明によれば、潜像坦持体と現像剤坦持体と該現像担持体を回転させるギヤの位置関係を明確にし、駆動時の現像ギャップが狭まらない方向となるようにしたので、現像ギャップが狭くなることによって発生する画像の後端かすれや、剤だまりの悪影響が出ることを防止でき、現像品質を維持することができる。

なお、現像剤坦持体に固定される現像ギヤと、その現像ギヤを現像剤担持体に固定するための平行ピンとの間には部品精度にも依存するが、隙間が発生してしまうことがあり、この隙間により駆動時にガタが発生することがある。そこで本発明の現像装置においては、現像剤担持体の軸に固定される現像ギヤは、現像剤担持体の軸に挿入される平行ピンによって固定され、かつ前記現像ギヤは、前記平行ピンの形状と合わさる形状の嵌合部を有し、その嵌合部の両側には微小な突起部を有する構成としたので、この微小な突起部を潰すような形でギヤの嵌合部を平行ピンに嵌合することにより、ガタ取りを行うことができる。
また、前記嵌合部の両側に設けた微小な突起部は互いに位置をずらして配置され、該配置された突起部と前記平行ピンとの接点を結ぶ線が、前記ギヤの回転圧力角と一致することにより、平行ピンから受ける力の方向とギヤの圧力角との方向を同方向とでき、駆動時の振動の低減を図ることができる。

従来の画像形成装置では感光体や現像装置等の交換が複雑でユーザーが実施しにくかった。そのためにユーザーはサービス形態で契約したり、別にサービスマンを呼んで交換するなどの手間が必要であった。これらの結果、ユーザーには金額的な負担がかかり、カラーレーザプリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置の普及率を下げる原因ともなっていた。そこで本発明では、少なくとも潜像担持体と現像装置とを備え、潜像担持体と現像装置とを同一のカートリッジ内に一体化したプロセスカートリッジとしたので、カートリッジ単位で容易に交換できるようになり、ユーザーでも簡単に交換できるシステムを提供することができる。

本発明の画像形成装置では、上記のようにユーザーの取り扱い性を良くするために、少なくとも潜像担持体と現像装置を一体化したプロセスカートリッジを用いるが、一般的に感光体の寿命は長く、トナーが無くなっても感光体は交換不要の場合が多い。しかしながら、トナーが無くなることでユーザーはプロセスカートリッジごと交換する必要があり、負担が大きいものになっていた。また、メーカとしても利用可能なパーツが交換されるために、資源の無駄遣いとなり環境負荷にもマイナスとなっていた。そこで本発明の画像形成装置では、プロセスカートリッジの現像装置にトナーを補給するトナーボトルを備え、該トナーボトルは前記プロセスカートリッジとは別形態で装置本体に設置され、前記トナーボトルから前記プロセスカートリッジ側の現像装置にトナー搬送手段（搬送スクリュ、搬送コイル、あるいは気流を利用した粉体搬送装置等）でトナーを搬送するように構成され、前記トナーボトル単体で交換可能としたことにより、交換パーツを最小限なものとでき、ユーザーの負担軽減と、環境への配慮を行うことができる。

近年カラー画像形成装置への要求として高画質化が大きなウェイトを占めつつある。特に高画質化に関して有効なパラメータはトナーの小粒径化であるが、小粒径化を行う場合、従来の粉砕型のトナーでは粒径分布がブロードになってしまい扱いにくいという特性があった。そのため重合法等によってトナーの円形度を上げ、粒径分布もシャープなものとして高画質化を実現する方法が一般的になっている。そこで本発明では、トナーとして、円形度が０．９３以上のトナーを用いる。
しかし、トナーの円形度を上げると球形に近づくためにクリーニングが非常に難しくなる。そこで本発明では、トナー回収手段として、ブレード状のクリーニング部材とブラシ状のクリーニング部材を併用したことにより、簡単な構成で重合法等による球形トナーを使用してもクリーニング性を維持することができ、高画質を経時的に維持することができる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の構成、動作及び作用を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明を、画像形成装置としての電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタと言う）に適用した一実施例について説明する。このプリンタは、イエロー（以下、Ｙと記す）、シアン（以下、Ｃと記す）、マゼンタ（以下、Ｍと記す）、ブラック（以下、ＢＫと記す）の４色に対応する画像形成部を備え、各色の画像形成部で形成した各色のトナー画像を中間転写体１１に重ね合わせて転写した後、記録材２に一括して転写してカラー画像を形成するものである。なお、この実施例では、各色の画像形成部をプロセスカートリッジで構成して、４つのプロセスカートリッジをタンデムに配置し、４つのプロセスカートリッジの上部に中間転写装置１０を配置して、給紙は縦搬送とすることにより、ファーストプリント時間の短縮を図ることができるようにしたものである。

まず、プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本実施例に係るプリンタの概略構成図である。このプリンタは、潜像担持体として４つの感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫを備えている。なお、ここでは、ドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫは、それぞれ一次転写装置１０の無端ベルト状の中間転写体（以下、中間転写ベルトと記す）１１に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動される。

図２は、各色の画像形成部を構成する各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ周りの構成例を示す図である。なお、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ周りの構成は全て同じであるため、図２では１つの感光体ドラム周りの構成についてのみ図示し、色分け用の符号Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋについては省略する。
感光体ドラム２０の周りには、その表面移動方向に沿って、帯電手段としての帯電装置３０、現像手段としての現像装置５０、トナー回収手段としてのドラムクリーニング装置４０の順に配置されている。帯電装置３０と現像装置５０との間には、潜像形成手段としての露光装置８から発せられる光束Ｌが感光体ドラム２０まで通過できるようにスペースが確保されている。

帯電装置３０は、帯電部材としての帯電ローラからなり、この帯電ローラ３０を感光体ドラム２０の表面に接触させ、その帯電ローラ３０に負極性バイアスを印加することで、感光体ドラム２０の表面を一様帯電する。本実施例では、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた帯電バイアスを帯電ローラ３０に印加しているが、直流バイアスのみの帯電バイアスを利用することもできる。また、本実施例の帯電装置には、帯電ローラ３０の表面をクリーニングするクリーニングブラシ３１が設けられている。このクリーニングブラシ３１によって帯電ローラ３０の表面に付着したトナーを除去することにより、帯電ローラ３０に付着したトナーによって発生する帯電不良を防止している。
このようにして一様帯電した感光体ドラム２０の表面は、露光装置８によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置８は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体ドラム２０に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施例の露光装置８は、レーザ光源と、光偏向器（回転多面鏡等）と、レンズやミラー等の光学系などで構成されるレーザ走査方式の露光装置であるが、この他、ＬＥＤアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。

現像装置５０は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ５１が部分的に露出している。本実施例で使用する現像装置５０では、トナーと磁性キャリア（以下、キャリアと記す）とからなる二成分現像剤を使用しているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。現像装置５０は、図１に示すトナー収容器としてのトナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９ＢＫから、トナー補給部５５に対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。このトナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９ＢＫは、それぞれが単体で交換できるように、プリンタ本体に対して着脱可能に構成されている。このような構成とすることで、トナーエンド時にはトナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９ＢＫだけを交換すればよい。したがって、トナーエンド時にまだ寿命になっていない他の構成部材はそのまま利用でき、ユーザーの出費を抑えることができる。

トナーボトル９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９ＢＫから現像装置５０のトナー補給部５５に補給されたトナーは、現像装置内の攪拌搬送スクリュー５２，５３によってキャリアと撹拌されながら搬送され、現像ローラ５１上に担持される。この現像ローラ５１は、汲み上げ用磁極、搬送用磁極、現像用磁極、搬送用磁極、剤切り用磁極などの５つの磁極（図示せず）を備えた磁界発生手段としてのマグネットローラと、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。トナーとキャリアが混合された現像剤は、マグネットローラが発生させる磁力により汲み上げられて現像ローラ５１の現像スリーブ上に担持された後、現像スリーブの回転により搬送され、層厚規制部材としてのドクタブレード５４と現像ローラ５１の表面との間の隙間（ドクタギャップ）を通過することで層厚が規制される。そして、層厚が規制された現像剤は、感光体ドラム２０と対向する現像領域に搬送されると、マグネットローラの現像用磁極が発生させる磁力により現像ローラ５１上に穂立ちした状態となる。ここで、現像ローラ５１の現像スリーブは、現像領域において感光体ドラム２０の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ５１上に穂立ちしたキャリアは、感光体ドラム２０の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体ドラム２０の表面に供給する。このとき、現像ローラ５１には、図示しない電源から現像バイアスが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。そして、感光体ドラム２０上の静電潜像と現像ローラ５１との間では、現像ローラ５１上のトナーに静電潜像側に向かう静電力が働くことになる。これにより、現像ローラ５１上のトナーは、感光体ドラム２０上の静電潜像に付着することになる。この付着によって感光体ドラム２０上の静電潜像は、それぞれ対応する色のトナー像で現像される。なお、本実施例では、現像ローラ５１は、後述するようにギヤを介して装置本体の駆動装置に接続されている。

１次転写装置１０の中間転写ベルト１１は、図１に示すように、３つの支持ローラ２１，２２，２３に張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト１１上には、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、本実施例では転写チリの発生が少ない転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２ＢＫを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫと接触する中間転写ベルト１１の部分の裏面に、それぞれ転写手段としての１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２ＢＫを配置している。本実施例では、各１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２ＢＫにより押圧された中間転写ベルト１１の部分と各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫとによって、１次転写ニップ部が形成される。そして、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ上のトナー像を中間転写ベルト１１上に転写する際には、各１次転写ローラ１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２ＢＫに転写バイアスが印加される。これにより、各１次転写ニップ部には転写電界が形成され、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ上のトナー像は、中間転写ベルト１１上に静電的に付着し、転写される。

中間転写ベルト１１の周りには、その表面に残留したトナーを除去し回収するためのトナー回収手段であるベルトクリーニング装置１３が設けられている。このベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１の表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレードで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置１３内から図示しない搬送手段（搬送スクリュ、搬送コイル、あるいは気流を利用した粉体搬送装置等）により図示しない廃トナータンクまで搬送される。
また、各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫの周りにも、図２に示すように、その表面に残留したトナーを除去し回収するためのトナー回収手段であるドラムクリーニング装置４０が設けられている。このドラムクリーニング装置４０も、感光体ドラム表面に付着した不要なトナーをファーブラシ４１及びクリーニングブレード４２で回収する構成となっている。なお、ファーブラシ４１は押圧手段４４により感光体ドラム２０に押圧されており、所定の圧で感光体ドラム２０の表面に摺擦し、トナーを除去する。また、回収した不要トナーは、搬送手段（搬送スクリュ、搬送コイル、あるいは気流を利用した粉体搬送装置等）４３によってドラムクリーニング装置４０内から図示しない廃トナータンクまで搬送される。

上記支持ローラ２１に張架された中間転写ベルト１１の部分には、２次転写ローラ５が接触して配置されている。この中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間には２次転写ニップ部２４が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録材としての転写紙２が送り込まれるようになっている。この転写紙２は、露光装置８の図中下側にある給紙カセット１内に収容されており、給紙ローラ３、レジストローラ対４等によって、２次転写ニップ部２４まで搬送される。そして、中間転写ベルト１１上に重ね合わされたトナー像は、２次転写ニップ部２４において、転写紙上に一括して転写される。この２次転写時には、２次転写ローラ５に転写バイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト１１上のトナー像が転写紙上に転写される。

２次転写ニップ部２４の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての定着装置６が配置されている。この定着装置６は、ヒータを内蔵した加熱ローラと、圧力を加えるための加圧ローラとを備えている。２次転写ニップ部２４を通過した転写紙２は、定着装置６のローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙２に定着される。そして、定着後の転写紙２は、排紙ローラ７によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。

本実施形態では、各感光体ドラム２０と、その周囲に配置された現像装置５０、帯電装置３０、ドラムクリーニング装置４０を、一つのカートリッジ内に一体化したプロセスカートリッジ１６として構成している。このプロセスカートリッジ１６は、プリンタ本体に対して着脱自在となっている。よって、プロセスカートリッジ１６内に収容された部品に寿命が到来したり、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ１６を交換すればよく、利便性が向上する。なお、本実施形態では、各色のトナーボトル９は、プロセスカートリッジ１６とは別形態でプリンタ本体に着脱自在に設置され、トナーボトル９からプロセスカートリッジ１６側の現像装置５０に図示しないトナー搬送手段（搬送スクリュ、搬送コイル、あるいは気流を利用した粉体搬送装置等）でトナーを搬送するように構成されている。そして、トナーが無くなったときなどは、トナーボトル単体で交換可能となっているので、交換パーツを最小限なものとでき、ユーザーの負担軽減と、環境への配慮を行うことができる。

次に、本発明の特徴部分である現像装置５０の駆動系の構成について詳しく説明する。
図３は、図２に示す現像装置５０の部分を背面側から見た図であり、現像装置の駆動用ギヤ輪列を示している。図中の符号５６は図示しないプリンタ本体の駆動装置（モータ、クラッチ等）により駆動される現像駆動ギヤであり、この現像駆動ギヤ５６は、現像剤担持体である現像ローラ５１の軸に固定された現像ギヤ５７と係合している。また、現像ギヤ５７は、アイドルギヤ５８を介して撹拌搬送スクリュのギヤ６０と係合し、さらに撹拌搬送スクリュのギヤ６０はアイドルギヤ５９を介して別の撹拌搬送スクリュのギヤ６１と係合している。従って、装置本体の駆動装置により駆動される現像駆動ギヤ５６の駆動力は、現像ギヤ５７に入力され、アイドルギヤ５８、撹拌搬送スクリュギヤ６０、アイドルギヤ５９、撹拌搬送スクリュギヤ６１の順に伝達され、各ギヤが図中の矢印で示す方向に回転され、図２に示した現像ローラ５１と、撹拌搬送スクリュ５２，５３が回転される。

このように、本実施例の現像装置では、現像ローラ５１や撹拌搬送スクリュ５２，５３はギヤ駆動で回転されているが、図２に示すように画像形成部を正面側から見た場合に、感光体ドラム２０に対して現像ローラ５１が第２象限（または第３象限）に位置する場合、現像ローラ５１と該現像ローラを回転させる駆動力を入力する現像駆動ギヤ５６の位置関係は、現像ローラ５１の回転時に、現像ローラ５１が感光体ドラム２０に対して近付かない方向へと現像駆動ギヤ５６の駆動力がかかる位置関係としている。
より具体的には、本実施例の現像装置２０においては、現像ローラ５１を回転させる装置本体からの駆動力は、図３に示すように、現像駆動ギヤ５６を介して現像ローラ５１の軸に固定された現像ギヤ５７に伝達されるが、現像駆動ギヤ５６と現像ギヤ５７の位置関係は、現像駆動ギヤ５６から現像ギヤ５７に駆動力が入力される際に、感光体ドラム２０と現像ローラ５１との間の現像ギャップの接線６２の方向に対して外側（図中の矢印Ｆで示す方向）へと力が働き、現像ギャップが狭まることが無い位置関係となっている。すなわち、回転時に現像ギヤ５７が現像駆動ギヤ５６から受ける圧力の方向が図中の矢印Ｆで示す方向（現像ギャップが狭まることが無い方向）となるように各ギヤの位置関係を設定しており、そのときの現像ギヤ５７が受ける圧力角は約２０°である。

このように、本実施例では、現像ローラ５１の駆動時に、現像ギャップが狭まらない方向となるように現像ギヤ５７に対する現像駆動ギヤ５６の位置関係を明確にしたので、現像ギャップが狭くなることによって発生する画像の後端かすれや、剤だまりの悪影響が出ることを防止でき、現像品質を維持することができる。

次に図４は、図３に示す現像装置の現像ローラ５１の軸５１ａに固定される現像ギヤ５７の部分の詳細を示す図であり、この現像ギヤ５７は、現像ローラ５１の軸５１ａに直交するように挿入される平行ピン５７ａによって固定されている。
このように平行ピン５７ａによって現像ギヤ５７を固定する場合、現像ローラ５１の軸５１ａに固定される現像ギヤ５７と、その現像ギヤ５７を現像ローラ５１に固定するための平行ピン５７ａとの間には部品精度にも依存するが、隙間が発生してしまうことがあり、この隙間により駆動時にガタが発生することがある。

そこで本実施例の現像装置では、図４に示すように、平行ピン５７ａによって現像ギヤ５７を固定する場合に、現像ギヤ５７は、平行ピン５７ａの形状と合わさる凹形状の嵌合部５７ｃを有し、その嵌合部５７ｃの両側には微小な突起部５７ｂが設けられている。
また、この現像装置においては、嵌合部５７ｃの両側に設けた微小な突起部５７ｂは互いに位置をずらして配置され、該配置された突起部５７ｂと平行ピン５７ａとの接点を結ぶ線が、現像ギヤ５７の回転圧力角と一致するように、同方向に設置されている。このような構成とすることにより、微小な突起部５７ｂを潰すような形態で現像ギヤ５７の嵌合部５７ｃを平行ピン５７ａに嵌合することにより、ガタの発生を防止することができる。
また、前記嵌合部５７ｃの両側に設けた微小な突起部５７ｂは互いに位置をずらして配置され、該配置された突起部５７ｂと平行ピン５７ａとの接点を結ぶ線が、現像ギヤ５７の回転時の圧力角と一致することにより、平行ピン５７ａから受ける力の方向とギヤの圧力角との方向を同方向とでき、駆動時の振動の低減を図ることができる。

以上のように、本実施例の現像装置５０（５０Ｙ，５０Ｃ，５０Ｍ，５０ＢＫ）では、現像ローラ５１の駆動時に、現像ギャップが狭まらない方向となるように現像ギヤ５７に対する現像駆動ギヤ５６の位置関係を明確にしたので、現像ギャップが狭くなることによって発生する画像の後端かすれや、剤だまりの悪影響が出ることを防止でき、現像品質を維持することができる。また、現像ギヤ５７と、その現像ギヤ５７を現像ローラ５１に固定するための平行ピン５７ａとの間でガタが発生しないようにしているので、現像ローラ５１の回転ムラ等の変動も抑えることができ、さらには、現像ローラ５１の駆動時の振動の低減も図ることができる。

本実施例では、上記現像装置５０を感光体ドラム２０と同一のカートリッジ内に一体化し、さらには上記カートリッジ内に帯電装置３０やドラムクリーニング装置４０を一体化してプロセスカートリッジ１６としたので、各色の画像形成部を構成するプロセスカートリッジ１６をユーザーでも簡単に交換することが可能となっている。このような形態にすることでユーザーによる交換作業が容易になり、メンテナンス性が向上する。また、プロセスカートリッジの交換だけで常に良好な画像が得られるプリンタを実現することができる。

本実施例のプリンタでは、上記のようにユーザーの取り扱い性を良くするために、プロセスカートリッジ１６を用いているが、一般的に感光体ドラム２０の寿命は長く、トナーが無くなっても感光体ドラム２０は交換不要の場合が多い。しかしながら、トナーが無くなることでユーザーはプロセスカートリッジ１６ごと交換する必要があり、負担が大きいものになっていた。また、メーカとしても利用可能なパーツが交換されるために、資源の無駄遣いとなり環境負荷にもマイナスとなっていた。これに対して本実施例のプリンタでは、プロセスカートリッジ１６の現像装置５０にトナーを補給するトナーボトル９を備え、該トナーボトル９はプロセスカートリッジ１６とは別形態で装置本体に設置され、トナーボトル９からプロセスカートリッジ１６側の現像装置５０のトナー補給部５５に図示しないトナー搬送手段（搬送スクリュ、搬送コイル、あるいは気流を利用した粉体搬送装置等）でトナーを搬送するように構成され、トナーボトル単体で交換可能としたことにより、通常はトナーボトル９のみの交換でトナーの補給を行い、感光体ドラム２０や現像装置５０、帯電装置３０、ドラムクリーニング装置４０等の交換時期にのみプロセスカートリッジ１６を交換するように構成したので、通常はトナーボトル９の交換のみですむため交換パーツを最小限なものとでき、ユーザーの出費を低減できるようになる。また、装置の他の部分も開け閉めや出し入れの回数が減るために、シャッタ部等でのトナー飛散が防止できるようになり、メンテナンス性の向上が図られるようになる。

ところで、近年、カラープリンタ等の画像形成装置への要求として高画質化が大きなウェイトを占めつつある。特に高画質化に関して有効なパラメータはトナーの小粒径化であるが、小粒径化を行う場合、従来の粉砕型のトナーでは粒径分布がブロードになってしまい扱いにくいという特性があった。そのため重合法等によってトナーの円形度を上げ、粒径分布もシャープなものとして高画質化を実現する方法が一般的になっている。そこで本実施例では、トナーとして、円形度が０．９３以上のトナーを用いる。
すなわち、本実施例で使用するトナーは、いわゆる重合法によって形成されたトナーであり、その形状は真球に近く、その平均円形度は０．９３以上である。通常、平均円形度が０．９３以上のトナーを用いると、ブレード等によるクリーニングがしにくくなることが知られているが、本実施例のプリンタでは、ドラムクリーニング装置４０やベルトクリーニング装置１３に、クリーニングブレードとファーブラシを併用したトナー回収手段を用いているので、円形度が０．９３以上の球形トナーを使用してもクリーニング性を維持することができ、全く問題なく使用することができる。そして、このような球形トナーを用いることで、画像品質が良好となり、転写効率も向上し、経時的に異常画像のない安定した画像形成が可能になる。

なお、トナーの平均円形度は、各トナーの円形度の平均値であり、次の方法により測定したものである。各トナーの円形度の測定は、株式会社ＳＹＳＭＥＸ製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用いて行った。この測定では、まず、１級塩化ナトリウムを用いて、１［％］のＮａＣｌ水溶液を調整する。その後、このＮａＣｌ水溶液を０．４５のフィルターを通して５０〜１００［ｍｌ］の液を得て、これに分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５［ｍｌ］加え、更に試料を１〜１０［ｍｇ］加える。これを、超音波分散機で分散処理を１分間行い、粒子濃度を５０００〜１５０００［個／μｌ］に調整し、分散液を得る。この分散液をＣＣＤカメラで撮像し、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の円周長を、そのトナーの２次元投影画像の周囲長で割った値を、各トナーの円形度として用いた。なお、ＣＣＤの画素の精度から、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の直径（円相当径）が０．６［μｍ］以上であるトナーを有効なものとした。トナーの平均円形度は、各トナーの円形度を得た後、測定範囲内にある全トナーの円形度をすべて足し合わせ、それをトナー個数で割った値を用いたものである。

以上、実施例に基づいて説明したように、本発明によれば、現像品質が良く、良好な画像品質を維持することができ、ユーザーによるプロセスカートリッジの交換も容易で、メンテナンス性にも優れた構成の画像形成装置を提供することができる。そして、本発明による画像形成装置は、実施例で説明したプリンタの他、複写機、プロッタ、ファクシミリ、印刷装置等や、これらの複合機などに好適に利用することができる。

本発明の一実施例を示す画像形成装置（プリンタ）の概略構成図である。 図１に示す画像形成装置（プリンタ）の一つの画像形成部（プロセスカートリッジ）の構成例を示す図である。 図２に示す画像形成部（プロセスカートリッジ）の現像装置の部分を背面側から見た図であり、現像装置の駆動用ギヤ輪列の構成例を示す図である。 図３に示す現像装置の現像ギヤ部分の詳細を示す図である。

符号の説明

１：給紙カセット
２：転写紙（記録材）
４：レジストローラ対
５：２次転写ローラ
６：定着装置
９（９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９ＢＫ）：トナーボトル
１０：１次転写装置
１１：中間転写ベルト（中間転写体）
１６：プロセスカートリッジ
２０（２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫ）：感光体ドラム（潜像担持体）
３０（３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｍ，３０ＢＫ）：帯電装置（帯電ローラ）
４０（４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０ＢＫ）：ドラムクリーニング装置（トナー回収手段）
４１：ファーブラシ
４２：クリーニングブレード
５０（５０Ｙ，５０Ｃ，５０Ｍ，５０ＢＫ）：現像装置
５１：現像ローラ（現像剤担持体）
５１ａ：軸
５２，５３：撹拌搬送スクリュ
５４：ドクタブレード
５５：トナー補給部
５６：現像駆動ギヤ
５７：現像ギヤ
５７ａ：平行ピン
５７ｂ：突起部
５７ｃ：嵌合部
５８，５９：アイドルギヤ
６０，６１：撹拌搬送スクリュギヤ

Claims (13)

1. 潜像担持体と所定の現像ギャップを隔てて配置され、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を備え、該現像剤担持体は画像形成装置に備えられた駆動装置からの駆動により回転されて前記潜像担持体と対向する現像領域に該現像剤を搬送し、該現像剤のトナーで前記潜像担持体上の潜像を現像して顕像化する現像装置において、
   前記現像剤担持体の軸に固定され、前記駆動装置により駆動される現像駆動ギヤと噛合う現像ギヤと、
   前記現像剤担持体の軸に挿入され、該現像ギヤを固定する平行ピンとを備え、
   前記現像ギヤは、前記平行ピンの形状と合わさる形状の嵌合部を有し、該嵌合部の両側に突起部を有することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤担持体を回転させる前記駆動装置からの駆動力は、前記現像駆動ギヤを介して前記現像ギヤに伝達され、前記現像駆動ギヤと前記現像ギヤの位置関係は、前記現像駆動ギヤから前記現像ギヤに駆動力が入力される際に、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の現像ギャップの接線を境界として前記現像剤担持体側へと力が働く位置関係であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２記載の現像装置において、
   前記現像ギヤの圧力角が、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の接線と、前記現像駆動ギヤと前記現像ギヤとの間の接線とがなす角度よりも小さいことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置において、
   前記嵌合部の両側に設けた微小な突起部は互いに位置をずらして配置され、該配置された突起部と前記平行ピンとの接点を結ぶ線が、前記ギヤの回転圧力角と一致することを特徴とする現像装置。
5. 潜像担持体と、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置とを備え、前記潜像担持体と現像装置とを同一のカートリッジ内に一体化したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
6. 請求項５記載のプロセスカートリッジにおいて、
   前記カートリッジ内に、前記潜像担持体上のトナーを回収するトナー回収手段を備え、前記潜像担持体と前記現像装置及び前記トナー回収手段とが一体交換可能な構成であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項５または６記載のプロセスカートリッジにおいて、
   前記カートリッジ内に、前記潜像担持体を帯電する帯電手段を一体化したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 潜像担持体上の潜像を現像装置の現像剤で現像して顕像化し、該顕像を記録材に直接または中間転写体を介して転写し、前記記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
   請求項５乃至７のいずれか一つに記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８記載の画像形成装置において、
   前記プロセスカートリッジの現像装置にトナーを補給するトナーボトルを備え、該トナーボトルは前記プロセスカートリッジとは別形態で装置本体に設置され、前記トナーボトルから前記プロセスカートリッジ側の現像装置にトナー搬送手段でトナーを搬送するように構成され、前記トナーボトル単体で交換可能としたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８または９記載の画像形成装置において、
    前記プロセスカートリッジを複数備え、複数のプロセスカートリッジはそれぞれ潜像担持体上に色の異なる画像を形成し、各色の画像を記録材に直接または中間転写体を介して転写し、前記記録材上に多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    前記トナーとして、円形度が０．９３以上のトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    前記潜像担持体上のトナーを回収するトナー回収手段として、ブレード状のクリーニング部材とブラシ状のクリーニング部材を併用したことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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