JP6962051B2 - プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジおよび当該プロセスカートリッジを備えた画像形成装置に関する。

感光体ドラムと現像ローラを備えるプロセスカートリッジが知られている。一般に、プロセスカートリッジは、感光ドラムと現像ローラとを備える。感光体ドラムは、装置本体に設けられたギヤから駆動力が入力されて回転し、現像ローラは、カップリングから駆動力が入力されて回転する（特許文献１）。

特開２０１０−２７１３５２号公報

一般的に、感光体ドラムの回転は、用紙が突入する、または、現像ローラ等が接触することが外乱となって、回転速度のムラが生じうる。感光体ドラムの回転ムラがあると、形成された画像に、バンディングと言われる帯状のムラが発生するという問題がある。

このため、従来、外乱による感光体ドラムの回転ムラが発生しにくいように、プロセスカートリッジのフレームと感光体ドラムとの間で摩擦抵抗を発生する部品を設けていた。この摩擦抵抗は、感光体ドラムの表面と現像ローラの表面との摩擦により感光体ドラムにかかる回転トルクよりも大きく設定されていた。

しかしながら、従来では、フレームと感光体ドラムとの間で摩擦抵抗を発生する部材による感光体ドラムの回転の抵抗が大きいため、感光体ドラムに大きな駆動力を入力する必要があった。また、現像ローラにも、感光ドラムに入力される駆動力とは別の駆動力が入力されなければならないため、感光体ドラムと現像ローラを駆動させるのに必要な駆動力が大きい。

そこで、本発明は、感光体ドラムと現像ローラを小さな駆動力で回転させることが可能なプロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明のプロセスカートリッジは、所定方向に延びる第１軸について回転可能な感光体ドラムと、感光体ドラムを回転可能に支持するフレームと、駆動力に従って、所定方向に延びる第２軸について回転可能な現像ローラであって、現像ローラの表面が感光体ドラムの表面にトナーを介して接触する現像ローラと、感光体ドラムがフレームに対して回転する場合の抵抗となる抵抗トルクを発生する抵抗発生部材とを備える。プロセスカートリッジは、現像ローラの表面が感光体ドラムの表面にトナーを介して接触した状態で駆動力に従って現像ローラが回転した場合、抵抗トルクＴＱ１は、現像ローラの表面と感光体ドラムの表面との摩擦により感光体ドラムを回転させるトルクＴＱ２よりも小さい。

このような構成によれば、抵抗トルクＴＱ１が、現像ローラの表面と感光体ドラムの表面との摩擦により感光体ドラムを回転させるトルクＴＱ２よりも小さいので、感光体ドラムを回転させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。このため、現像ローラと感光体ドラムを回転させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。

前記したフレームは、第１フレームと、所定の方向において第１フレームと離れて位置する第２フレームと、を備えることができる。
この場合、感光体ドラムは、第１フレームと第２フレームとの間に位置する。
そして、抵抗発生部材は、感光体ドラムを第１フレームに向けて付勢する付勢部材を含むことができる。

付勢部材は、例えば、バネであってもよい。

抵抗発生部材は、感光体ドラムの端部と第２フレームとの間に位置するフェルトであって、感光体ドラムの端部と第２フレームとに接触するフェルトを含むことができる。

感光体ドラムは、第１ギヤを有していてもよい。
そして、プロセスカートリッジは、さらに、駆動力を受けるためのカップリングを備えることができる。

感光体ドラムを回転させるための駆動力をギアで受ける場合は、ギヤの製造誤差などにより、感光体ドラムの回転にムラが発生し、バンディングに繋がるおそれがあった。しかし、現像ローラがカップリングを介して駆動力を受け、感光ドラムが現像ローラに従動することで感光体ドラムの回転ムラを抑制し、バンディングを低減することができる。

第１ギヤは、複数のギヤ歯を含むことができる。複数のギヤ歯の各ギヤ歯の歯面は、インボリュート曲線からなり、理想のインボリュート曲線に対し、歯厚が小さい側にずれていることが望ましい。

複数のギヤ歯の歯厚を小さめに設定することで、感光体ドラムの回転ムラを抑制することができる。

また、歯面の理想のインボリュート曲線からのずれ量は、歯元から歯先に行くに従い、大きくなっていることが望ましい。

このような構成によれば、感光体ドラムの回転ムラをより抑制することができる。

前記したプロセスカートリッジは、感光体ドラムを帯電させる帯電器であって、感光体ドラムの表面から離れて位置する帯電器をさらに備えることができる。この場合、帯電器は、スコロトロン帯電器であってもよい。

プロセスカートリッジは、さらに、所定方向に延びる第３軸について回転可能な転写ローラであって、感光体ドラムの表面に転写ローラの表面が接触する転写ローラを備えることができる。そして、プロセスカートリッジは、感光体ドラムの表面には、現像ローラの表面と転写ローラの表面のみが接触する構成であってもよい。また、プロセスカートリッジは、クリーナレスタイプであってもよい。

前記したプロセスカートリッジは、現像ローラを備える現像カートリッジと、現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、感光体ドラムと抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジとを備える構成とすることができる。

前記したプロセスカートリッジは、現像ローラを備える現像カートリッジと、現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、感光体ドラムと第１フレームと第２フレームと抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジとを備える構成とすることができる。

前記したプロセスカートリッジは、現像ローラとカップリングとを備える現像カートリッジと、現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、感光体ドラムと第１ギアと抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジとを備える構成とすることができる。

前記したプロセスカートリッジは、現像ローラを備える現像カートリッジと、現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、感光体ドラムと帯電器とを備えるドラムカートリッジとを備える構成とすることができる。

前記したプロセスカートリッジは、現像ローラを備える現像カートリッジと、現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、感光体ドラムと転写ローラとを備えるドラムカートリッジとを備える構成とすることができる。

前記したプロセスカートリッジに用いられるトナーは、粉砕トナーであってもよい。

粉砕トナーを用いる場合、感光体ドラムの表面と現像ローラの表面の摩擦係数が大きくなりやすい。このため、上述の構成により感光体ドラムと現像ローラを駆動するための駆動力を効果的に小さくすることができる。

ＴＱ１−ＴＱ２は、−２[Ｎｃｍ]以下であることが望ましい。さらに、ＴＱ１−ＴＱ２は、−３〜−７[Ｎｃｍ]であることがより望ましい。

前記した課題を解決する画像形成装置は、前記したプロセスカートリッジと、プロセスカートリッジを装着可能な装置本体とを備えて構成することができる。
この場合、装置本体は、モータと、第１ギヤと噛み合う第２ギヤであって、モータの回転速度に従った回転速度で回転する第２ギヤと、現像ローラに駆動力を入力する駆動入力部材とを備えることができる。

このような構成によれば、第２ギヤがモータの回転速度に従った回転速度で回転するので、第２ギヤは、感光体ドラムの速度規制ギヤとして機能することができる。

前記した画像形成装置において、現像ローラの周速は、感光体ドラムの周速より大きいことが望ましい。さらに、現像ローラの周速は、感光体ドラムの周速の１．３〜１．７倍であることが望ましい。

このような構成とすることで、感光体ドラムを現像ローラに良好に従動させることができるとともに、現像ローラの摩耗を抑制することができる。

前記した画像形成装置は、現像ローラおよび感光体ドラムとは異なる被駆動部材と、モータが被駆動部材を駆動するようにモータと被駆動部材を連結するギヤ列とをさらに備えることができる。

このような構成によれば、被駆動部材を動かすためのトルクが第２ギヤの速度変動の抵抗となる。そのため、感光体ドラムの回転ムラをより抑制することができる。

前記した画像形成装置は、駆動力に従って現像ローラが回転している状態において、第１ギヤの複数のギヤ歯のうち少なくとも１つのギヤ歯の回転方向下流側の歯面が、第２ギヤの複数のギヤ歯のうち少なくとも１つのギヤ歯の回転方向上流側の歯面と接触してもよい。

本発明によれば、感光体ドラムと現像ローラを小さな駆動力で回転させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を示す断面図である。 感光体ドラムと転写ローラを外した状態のドラムカートリッジと、現像カートリッジと、装置本体の一部を示す斜視図である。 プロセスカートリッジの側面図（ａ）と、部分拡大断面図（ｂ）である。 抵抗発生部材の構成を説明する断面図である。 ギヤ系列を説明する図である。 感光体ドラムを回転させる動作を説明するための感光体ドラム周辺の図（ａ）と、ギヤの噛み合いを説明する拡大図（ｂ）である。 ＴＱ１−ＴＱ２と回転ムラの関係を示すグラフである。 歯形誤差と回転ムラの関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。最初に、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１の概略構成について図１を参照して説明する。

図１に示すように、レーザプリンタ１は、装置本体の一例としての本体筐体２と、フィーダ部３と、画像形成部４とを備える。

本体筐体２は、フロントカバー２Ａと、開口２Ｂと、モータ２１と、排紙トレイ２２と、搬送ローラ２３とを備える。フロントカバー２Ａは、開口２Ｂを開閉する。モータ２１は、後述するカップリング９２（図２参照）へ駆動力を入力する。

フィーダ部３は、給紙トレイ３１と、用紙押圧板３２と、搬送ローラ３３とを備える。用紙押圧板３２は、給紙トレイ３１内の用紙Ｓを搬送ローラ３３に向けて押し上げる。搬送ローラ３３は、画像形成部４に用紙Ｓを搬送する。

画像形成部４は、露光装置５と、プロセスカートリッジ１０と、定着器８とを備える。

露光装置５は、図示しないレーザ発光部、ポリゴンミラー、レンズ、反射鏡などを備えている。露光装置５は、レーザビームを、後述する感光体ドラム６０の表面上に出射する。

プロセスカートリッジ１０は、開口２Ｂを通って本体筐体２に装着可能である。プロセスカートリッジ１０は、ドラムカートリッジ６と、現像カートリッジ７とを備える。

ドラムカートリッジ６は、現像カートリッジ７を装着可能である。ドラムカートリッジ６は、感光体ドラム６０と、帯電器１２と、転写ローラ１３とを備える。感光体ドラム６０は、所定方向に延びる第１軸Ｘ１について回転可能である。帯電器１２は、感光体ドラム６０と向かい合う。転写ローラ１３は、感光体ドラム６０と向かい合う。

現像カートリッジ７は、現像ローラ１８と、供給ローラ１９と、層厚規制ブレード１４と、トナー収容部１５と、アジテータ１６と、筐体１７とを備える。現像ローラ１８は、カップリング９２を介して入力される駆動力に従って、所定方向に延びる第２軸Ｘ２について回転可能である。現像ローラ１８の表面は、感光体ドラム６０の表面にトナーを介して接触する。本実施形態において、トナーは、粉砕トナーである。一般的に、粉砕トナーを用いる場合、重合トナーを用いる場合よりも現像ローラ１８の表面と感光ドラム６０の表面の摩擦力が大きい。筐体１７は、樹脂から形成される。筐体１７は、トナーを収容可能である。

帯電器１２は、感光体ドラム６０の表面を帯電させる。帯電器１２は、感光体ドラムの表面から離れて位置する。帯電器１２は、例えば、スコロトロン帯電器である。帯電器１２は、帯電ワイヤ１２Ａと、グリッド電極１２Ｂとを有する。帯電ワイヤ１２Ａとグリッド電極１２Ｂとの間には、帯電バイアスが印加される。

転写ローラ１３は、所定方向に延びる第３軸について回転可能である。転写ローラ１３の表面は、感光体ドラム６０の表面に接触する。

露光装置５は、感光体ドラム６０上に静電潜像を形成する。現像ローラ１８は、感光体ドラム６０上の静電潜像にトナーを供給する。これにより、トナーは、感光体ドラム６０の表面においてトナー像となる。転写ローラ１３は、感光体ドラム６０上のトナー像を用紙Ｓに転写する。

定着器８は、加熱ローラ８Ａと、加圧ローラ８Ｂとを備える。加圧ローラ８Ｂは、用紙Ｓを加熱ローラ８Ａに押圧する。加熱ローラ８Ａは、トナー像を用紙Ｓに熱定着させる。搬送ローラ２３は、用紙Ｓを排紙トレイ２２に排出する。

図２に示すように、ドラムカートリッジ６は、フレーム１１と、感光体ドラム６０と、抵抗発生部材７０と、転写ローラ１３とを備える。

フレーム１１は、第１フレーム１１Ａと、第２フレーム１１Ｂとを備える。第２フレーム１１Ｂは、所定方向において第１フレーム１１Ａと離れて位置する。感光体ドラム６０は、フレーム１１に組み付けられた状態において、二点鎖線で示すように、第１フレーム１１Ａと第２フレーム１１Ｂとの間に位置する。

感光体ドラム６０は、ドラム本体６１と、シャフト６２と、第１ギヤ６３と、転写ローラ駆動ギヤ６４を有する。

ドラム本体６１は、金属管からなる。金属管の外周面には、図示しない感光層が設けられている。

シャフト６２は、第１ギヤ６３、転写ローラ駆動ギヤ６４および抵抗発生部材７０を介してドラム本体６１を支持する。すなわち、抵抗発生部材７０の一部は、感光体ドラム６０の一部を構成している。シャフト６２は、ドラム本体６１を所定方向に貫通している。第１ギヤ６３および転写ローラ駆動ギヤ６４は、ドラム本体６１に固定され、ドラム本体６１とともに回転可能である。

第１ギヤ６３は、複数のギヤ歯６３Ａを含む。複数のギヤ歯６３Ａの歯面は、インボリュート曲線からなる。そして、複数のギヤ歯６３Ａは、理想のインボリュート曲線に対し、歯厚が小さい側にずれている。さらに、歯面の理想のインボリュート曲線からのずれ量は、歯元から歯先に行くに従い、大きくなっている。つまり、歯先に行くほど、理想のインボリュート歯車のギヤ歯に比較して細くなっている。

本体筐体２のサイドフレーム２Ｃには、第２ギヤ８８が設けられている。第２ギヤ８８は、複数のギヤ歯８８Ａを含む。第２ギヤ８８は、第１ギヤ６３と同じモジュールのインボリュート歯車からなる。プロセスカートリッジ１０が本体筐体２に装着されると、第１ギヤ６３の複数のギヤ歯６３Ａのうち少なくとも１つのギヤ歯６３Ａは、第２ギヤ８８の複数のギヤ歯８８Ａのうち少なくとも１つのギヤ歯８８Ａと係合する。

第１フレーム１１Ａおよび第２フレーム１１Ｂは、それぞれ、貫通孔１１Ｈを有する。
感光体ドラム６０は、所定の位置に配置された状態で、シャフト６２を２つの貫通孔１１Ｈとドラム本体６１に通すことで、フレーム１１に回転可能に支持されている。シャフト６２は、止め輪６９によりフレーム１１から外れないように止められている。

転写ローラ１３は、所定方向に延びる第３軸Ｘ３（図１参照）について回転可能である。転写ローラ１３は、図示しない軸受部材を介してフレーム１１に回転可能に支持されている。転写ローラ１３は、端部に転写ローラギヤ１３Ａを有する。転写ローラギヤ１３Ａは、転写ローラ駆動ギヤ６４と噛み合う。これにより、感光体ドラム６０が回転すると、転写ローラ駆動ギヤ６４から転写ローラギヤ１３Ａに回転力が伝わって、転写ローラ１３が回転する。

本実施形態において、感光体ドラム６０の表面には、印刷媒体である用紙ＳやトナーＴを除くと、現像ローラ１８の表面と転写ローラ１３の表面のみが接触する。また、プロセスカートリッジ１０は、感光体ドラム６０の表面に接触するクリーナーを備えず、感光体ドラム６０の表面の残トナーや異物を現像ローラ１８で除去するクリーナレスタイプである。

現像カートリッジ７の筐体１７は、サイドフレーム１７Ａと、サイドフレーム１７Ｂと、突出部１７Ｃとを備える。サイドフレーム１７Ｂは、所定方向においてサイドフレーム１７Ａと離れて位置する。突出部１７Ｃは、現像ローラ１８から離れる方向に突出している。突出部１７Ｃは、所定方向に離れて、筐体１７の両端にそれぞれ設けられている。現像ローラ１８は、筐体１７に組み付けられた状態において、サイドフレーム１７Ａとサイドフレーム１７Ｂの間に位置する。現像ローラ１８は、ローラ本体１８Ａと、シャフト１８Ｂとを有する。

シャフト１８Ｂは、軸受部材１８Ｃによって両端が支持され、各軸受部材１８Ｃがサイドフレーム１７Ａ，１７Ｂに支持されている。ローラ本体１８Ａは導電性のゴムからなり、シャフト１８Ｂに固定されている。

現像カートリッジ７は、サイドフレーム１７Ａに、回転可能なカップリング９２を備える。カップリング９２は、サイドフレーム１７Ａの内側にカップリングギヤ９２Ａ（図５参照）を有している。本体筐体２のサイドフレーム２Ｃには、カップリング９２に係合して現像ローラ１８に駆動力を入力する駆動入力部材８６が設けられている。現像カートリッジ７が本体筐体２に装着されると、カップリング９２が駆動入力部材８６と係合するようになっている。カップリング９２は、駆動入力部材８６から現像ローラ１８を回転させるための駆動力を受ける。

現像ローラ１８は、一端部に現像ローラギヤ１８Ｄ（図５参照）を有している。現像ローラギヤ１８Ｄは、カップリングギヤ９２Ａと噛み合っている。

図３（ｂ）示すように、ドラムカートリッジ６は、押圧機構６７を備える。押圧機構６７は、現像カートリッジ７をドラムカートリッジ６にロックするとともに現像ローラ１８を感光体ドラム６０へ向けて押圧する。
具体的に、押圧機構６７は、押圧部材６５とバネ６６とを有する。バネ６６は、圧縮コイルバネである。バネ６６の一端は、フレーム１１に当接している。バネ６６の他端は、押圧部材６５に係合している。押圧機構６７は、図２に示すように、筐体１７の両端の突出部１７Ｃにそれぞれ対応して設けられる。詳細には、押圧機構６７は、所定方向に離れてフレーム１１の両端にそれぞれ設けられている。

図３（ａ）に示すように、現像カートリッジ７がドラムカートリッジ６に装着されると、図３（ｂ）に示すように、各押圧部材６５は、バネ６６の付勢力によって現像カートリッジ７の各突出部１７Ｃを押圧する。これにより、現像ローラ１８の表面は、感光体ドラム６０の表面に押し付けられる。

図４に示すように、抵抗発生部材７０は、バネ受け部材７１と、ピストン７２と、付勢部材の一例としてのバネ７３と、パッド７４とを備える。抵抗発生部材７０の構成部材のうち、バネ受け部材７１、ピストン７２およびバネ７３は、感光体ドラム６０を構成している。

バネ受け部材７１は、有底円筒形状の部材である。バネ受け部材７１は、円筒部７１Ａと、底部７１Ｂとを有する。バネ受け部材７１の円筒部７１Ａは、その外周がドラム本体６１の内側に嵌合している。円筒部７１Ａの開口部７１Ｃは、ドラム本体６１の一端側に向いている。

ピストン７２は、有底円筒形状の部材である。ピストン７２は、円筒部７２Ａと、底部７２Ｂとを有する。ピストン７２の円筒部７２Ａは、その外周がバネ受け部材７１の円筒部７１Ａの内側に嵌合している。ピストン７２は、底部７２Ｂがドラム本体６１の一端側に位置する。ピストン７２は、バネ受け部材７１に対し、円筒部７１Ａの軸方向にスライド移動可能である。

バネ７３は、圧縮コイルバネである。バネ７３は、圧縮された状態で、バネ受け部材７１の底部７１Ｂと、ピストン７２の底部７２Ｂの間に位置している。バネ７３は、常時、ピストン７２を、バネ受け部材７１の底部７１Ｂから離れる方向に付勢している。バネ７３の強さを調整することで、感光体ドラム６０がフレーム１１に対して回転するときの抵抗を調整することが可能である。

パッド７４は、第２フレーム１１Ｂの、ドラム本体６１側の面に貼り付けられている。すなわち、パッド７４は、感光体ドラム６０の端部であるピストン７２の底部７２Ｂと第２フレーム１１Ｂとの間に位置する。パッド７４は、感光体ドラム６０がフレーム１１に対して適度な摩擦力を持って回転するように、適度な摩擦係数を発生させる部材である。パッド７４は、例えば、フェルトからなる。パッド７４は、ピストン７２の底部７２Ｂと向かい合う。すなわち、パッド７４は、感光体ドラム６０の端部と、第２フレーム１１Ｂとに接触する。

ピストン７２の底部７２Ｂの、パッド７４と向かい合う面には、複数の突条７２Ｃが形成されている。複数の突条７２Ｃは、シャフト６２を中心とする同心円状に延びている。突条７２Ｃは、底部７２Ｂがパッド７４との間で適度な摩擦係数を有するように設けられている。

ピストン７２の底部７２Ｂが、バネ７３の付勢力により第２フレーム１１Ｂへ向けて付勢され、パッド７４に押し付けられることで、抵抗発生部材７０は、感光体ドラム６０がフレーム１１に対して回転する場合の抵抗となる抵抗トルクＴＱ１を発生する。また、ピストン７２が第２フレーム１１Ｂへ向けて付勢される反力により、感光体ドラム６０は、第１フレーム１１Ａに向けて付勢されている。すなわち、バネ７３は、感光体ドラム６０を第１フレーム１１Ａに向けて付勢している。そして、これにより、感光体ドラム６０の第１軸Ｘ１方向のがたつきが抑制されている。

図５に示すように、モータ２１は、ギヤ列８０を介して第２ギヤ８８および駆動入力部材８６と連結されている。また、モータ２１は、第２ギヤ８８および駆動入力部材８６とは別の、搬送ローラ２３，３３などの用紙搬送系や定着器８などにギヤ列８０を介して連結されている。すなわち、レーザプリンタ１は、現像ローラ１８および感光体ドラム６０とは異なる被駆動部材の一例として搬送ローラ２３，３３や定着器８を有し、モータ２１がこれらの被駆動部材を駆動するように、ギヤ列８０は、モータ２１と被駆動部材を連結している。

一例として、ギヤ列８０は、駆動ギヤ８１と、第１アイドルギヤ８２と、第２アイドルギヤ８３と、変速ギヤ８４と、第３アイドルギヤ８５と、第４アイドルギヤ８７と、第５アイドルギヤ８９とを備える。

駆動ギヤ８１は、モータ２１の出力軸に直結している。
第１アイドルギヤ８２は、駆動ギヤ８１と噛み合っている。
第２アイドルギヤ８３は、第１アイドルギヤ８２と噛み合って第１アイドルギヤ８２から駆動力を受ける。第２アイドルギヤ８３は、複数のアイドルギヤを介して搬送ローラ２３，３３と連結されている。

変速ギヤ８４は、一体に回転する小径ギヤ８４Ａと大径ギヤ８４Ｂを有している。小径ギヤ８４Ａは、大径ギヤ８４Ｂよりも直径が小さい。小径ギヤ８４Ａは、第１アイドルギヤ８２と噛み合っている。大径ギヤ８４Ｂは、第３アイドルギヤ８５と噛み合っている。

第３アイドルギヤ８５は、駆動入力部材８６が有するギヤと噛み合っている。駆動入力部材８６は、モータ２１から、駆動ギヤ８１、第１アイドルギヤ８２、変速ギヤ８４および第３アイドルギヤ８５を介して駆動力を受ける。

第４アイドルギヤ８７は、第１アイドルギヤ８２と噛み合っている。また、第４アイドルギヤ８７は、第２ギヤ８８と噛み合っている。これにより、第２ギヤ８８は、モータ２１の回転速度に従った回転速度で回転する。

駆動ギヤ８１から現像ローラギヤ１８Ｄに連結する系列には、変速ギヤ８４が設けられ、駆動ギヤ８１から第１ギヤ６３に連結する系列には、変速ギヤが設けられていないことで、現像ローラ１８の周速は、感光体ドラム６０の周速より大きい。現像ローラ１８の周速は、感光体ドラム６０の周速の１．３〜１．７倍であることが望ましい。より好ましくは、現像ローラ１８の周速は、感光体ドラム６０の周速の１．５５倍であることが望ましい。一例として、現像ローラ１８の周速は、感光体ドラム６０の周速の約１．５倍である。すなわち、本実施形態におけるプロセスカートリッジ１０は、感光体ドラム６０の周速よりも現像ローラ１８の周速の方が大きい。

第５アイドルギヤ８９は、駆動ギヤ８１と噛み合っている。第５アイドルギヤ８９は、複数のアイドルギヤを介して定着器８と連結されている。例えば、第５アイドルギヤ８９は、複数のアイドルギヤを介して定着器８の加熱ローラ８Ａまたは加圧ローラ８Ｂのギヤと連結している。

図６（ａ）に示すように、現像ローラ１８の表面は、トナーＴを介して感光体ドラム６０の表面に接触する。現像ローラ１８を回転させた場合、現像ローラ１８の表面と、感光体ドラム６０の表面のトナーＴを介した接触による摩擦力Ｆ１（動摩擦力）が発生する。この摩擦力Ｆ１と感光体ドラム６０の半径Ｒ１の積Ｒ１・Ｆ１が、現像ローラ１８の表面と感光体ドラム６０の表面との摩擦により感光体ドラム６０を回転させるトルクＴＱ２である。

前記した抵抗発生部材７０による抵抗トルクＴＱ１は、このトルクＴＱ２（＝Ｒ１・Ｆ１）よりも小さい。すなわち、プロセスカートリッジ１０は、現像ローラ１８の表面が感光体ドラム６０の表面にトナーＴを介して接触した状態で駆動力に従って現像ローラ１８が回転した場合においても、ＴＱ１＜ＴＱ２である。これにより、感光体ドラムを回転させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。

また、転写ローラ１３は、転写ローラ駆動ギヤ６４と転写ローラギヤ１３Ａとの噛み合いにより、感光体ドラム６０により回転させられるので、感光体ドラム６０にとっては、転写ローラ１３を回転させるためのトルクＴＱ３は、抵抗となる。そして、感光体ドラム６０が回転する際の抵抗となる、抵抗トルクＴＱ１とトルクＴＱ３の和の大きさは、トルクＴＱ２の大きさよりも小さい。すなわち、ＴＱ１＋ＴＱ３＜ＴＱ２である。これにより、現像ローラ１８の回転に、感光体ドラム６０を連れ回り（従動）させることができる。

ＴＱ１−ＴＱ２は、−２[Ｎｃｍ]以下であることが望ましい。さらに、ＴＱ１−ＴＱ２は、−３〜−７[Ｎｃｍ]であることがより望ましい。
これにより、感光体ドラム６０を現像ローラ１８に連れ回りさせたときに、感光体ドラム６０の回転ムラを小さくすることができる。

以上のように構成されたプロセスカートリッジ１０およびレーザプリンタ１の作用効果について説明する。
モータ２１を駆動して、カップリング９２を介して現像ローラ１８を回転させると、現像ローラ１８は、感光体ドラム６０の約１．５倍の周速で回転する。このとき、現像ローラ１８の表面と感光体ドラム６０の表面の摩擦力Ｆ１により、感光体ドラム６０の表面は、現像ローラ１８の表面の進行方向に引っ張られる。図６（ａ）においては、現像ローラ１８は、反時計回りに回転するので、感光体ドラム６０の表面は、現像ローラ１８の表面により、時計回り方向に引っ張られる。
なお、現像ローラ１８にとっては、現像ローラ１８の表面と感光体ドラム６０の表面の摩擦力は、現像ローラ１８の回転の抵抗、いわば、ブレーキとして働く。

そして、前記したようにプロセスカートリッジ１０は、ＴＱ１＋ＴＱ３＜ＴＱ２を満たしており、摩擦によるトルクＴＱ２は、感光体ドラム６０が回転するときのすべての抵抗よりも大きいので、周速の速い現像ローラ１８に、感光体ドラム６０をに連れ回りさせることができる。

ここで、第１ギヤ６３は、第２ギヤ８８に噛み合っているため、第２ギヤ８８によって速度が制限される。すなわち、第２ギヤ８８は、モータ２１の回転速度に従った回転速度により回転しているのであるが、第１ギヤ６３を駆動するのではなく、第１ギヤ６３が速く回りすぎないように、第１ギヤ６３の速度を制限するように働く。いわば、第２ギヤ８８は、第１ギヤ６３の速度規制ギヤとして機能する。

このため、図６（ｂ）に拡大して示すように、駆動力に従って現像ローラ１８が回転している状態において、第１ギヤ６３の複数のギヤ歯６３Ａのうち少なくとも１つのギヤ歯６３Ａの回転方向下流側の歯面６３Ｄは、第２ギヤ８８の複数のギヤ歯８８Ａのうち少なくとも１つのギヤ歯８８Ａの回転方向上流側の歯面８８Ｕと接触する。

なお、従来技術の場合、バネ７３の力が強く、ＴＱ１＞ＴＱ２であった。このため、現像ローラは、感光体ドラムを連れ回りさせることはできなかった。そして、主として装置本体のギヤの駆動力が感光体ドラムを回転させ、現像ローラの表面と感光体ドラムの表面の摩擦力は、感光体ドラムの回転を補助するように機能していた。
また、従来技術では、抵抗トルクＴＱ１が大きいため、これに打ち勝つだけの駆動力を第２ギヤ８８および現像ローラ１８から感光体ドラム６０に入力する必要があった。

しかし、本実施形態のプロセスカートリッジ１０においては、抵抗トルクＴＱ１が、トルクＴＱ２よりも小さいので、感光体ドラム６０を回転させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。このため、現像ローラ１８と感光体ドラム６０を回転させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。

また、感光体ドラム６０を現像ローラ１８に連れ回りさせることができることで、感光体ドラム６０を積極的に回転させる駆動力を第２ギヤ８８から感光体ドラム６０に入力する必要が無い。

そして、感光体ドラム６０を回転させるための駆動をギアで受ける場合は、ギヤの製造誤差などにより、感光体ドラム６０の回転にムラが発生し、バンディングに繋がるおそれがあった。しかし、本実施形態では、現像ローラ１８がカップリング９２を介して駆動力を受け、感光体ドラム６０が現像ローラ１８に従動することで回転するので、感光体ドラム６０の回転ムラを抑制し、バンディングを低減することができる。

そして、特に、ＴＱ１−ＴＱ２が−２[Ｎｃｍ]以下であり、望ましくは、ＴＱ１−ＴＱ２が、−３〜−７[Ｎｃｍ]であることで、感光体ドラム６０の回転ムラを効果的に抑制することができる。図７は、このことを出願人が実験で確認した結果である。この実験においては、第１ギヤ６３および第２ギヤ８８として下記のものを用いた。

第１ギヤ（インボリュートはすば歯車）
モジュール ０．８
歯数 ３３
圧力角 ２０°
ねじれ角 １８°

第２ギヤ（インボリュートはすば歯車）
モジュール ０．８
歯数 ３０
圧力角 ２０°
ねじれ角 １８°

図７においてＦは、バネ７３の付勢力である。バネ７３として、付勢力Ｆが０．１［Ｎ］〜７．０［Ｎ］の５種類のものを用意し、ＴＱ１−ＴＱ２ごとに感光体ドラム６０の回転ムラを測定した。

その結果、ＴＱ１−ＴＱ２が０付近では、回転ムラが発生するが、ＴＱ１−ＴＱ２が−２[Ｎｃｍ]以下の領域では、回転ムラは比較的小さい値に安定した。特に、ＴＱ１−ＴＱ２が、−３〜−７[Ｎｃｍ]の領域で、感光体ドラム６０の回転ムラが小さくなった。

また、第１ギヤ６３の複数のギヤ歯６３Ａの歯厚を小さめに設定することで、感光体ドラム６０の回転ムラを抑制することができる。
図８は、このことを出願人が実験で確認した結果である。この実験においては、第１ギヤ６３および第２ギヤ８８として上記のものと同じものを使用し、第１ギヤ６３の歯形の製造誤差ごとに回転ムラを測定した。なお、第２ギヤ８８は、第１ギヤ６３と同等の歯形誤差のものを組み合わせて用いた。図８においては、歯形誤差がプラスであることは、理想のインボリュート曲線に対し、歯厚が大きくなる側に歯形に誤差があることを示し、歯形誤差がマイナスであることは、理想のインボリュート曲線に対し、歯厚が小さくなる側に歯形の誤差があることを示す。

図８に示すように、歯形誤差がマイナスの領域では、プラスの領域よりも、マイナスの領域の方が回転ムラが小さく、歯形誤差が変化しても回転ムラの変化が少なかった。

また、複数のギヤ歯６３Ａは、歯面の理想のインボリュート曲線からのずれ量が、歯元から歯先に行くに従い、大きくなっているので、感光体ドラム６０の回転ムラをより抑制することができる。

また、本実施形態のプロセスカートリッジ１０は、トナーＴとして、粉砕トナーを用いている。そのため、感光体ドラム６０の表面と現像ローラ１８の表面の摩擦係数を大きくさせやすく、ＴＱ１＜ＴＱ２を実現しやすい。また、粉砕トナーを用いる場合に、ＴＱ１＜ＴＱ２とするような発想の転換をすることで、感光体ドラム６０と現像ローラ１８を駆動するのに必要な駆動力を特に小さくすることができる。

また、本実施形態のレーザプリンタ１は、モータ２１が現像ローラ１８を駆動するだけでなく、搬送ローラ２３，３３などの他の被駆動部材をも駆動するように構成されている。そのため、被駆動部材を動かすためのトルク（慣性）が第２ギヤ８８の速度変動の抵抗となる。従って、感光体ドラム６０の回転ムラをより抑制することができる。

以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。

前記実施形態においては、感光体ドラムに接触する部材は、現像ローラと転写ローラだであったが、感光体ドラムの回転の抵抗となりにくい部材であれば、他の部材が接触していてもよい。例えば、帯電ローラやクリーニングローラが感光体ドラムに接触していてもよい。

前記実施形態においては、プロセスカートリッジが、現像カートリッジとドラムカートリッジに分離するタイプであったが、プロセスカートリッジは、現像カートリッジとドラムカートリッジが一体であって、分離できないタイプであってもよい。また、トナーを収容するトナーカートリッジが、現像ローラを有する現像カートリッジから分離するタイプのプロセスカートリッジに本発明を適用することもできる。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。

また、前記した実施形態および変形例で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。

１ レーザプリンタ
２ 本体筐体
６ ドラムカートリッジ
７ 現像カートリッジ
１０ プロセスカートリッジ
１１ フレーム
１２ 帯電器
１３ 転写ローラ
１８ 現像ローラ
２１ モータ
２３ 搬送ローラ
３３ 搬送ローラ
６０ 感光体ドラム
６３ 第１ギヤ
６３Ａ ギヤ歯
６３Ｄ 歯面
７０ 抵抗発生部材
７１ バネ受け部材
７２ ピストン
７３ バネ
７４ パッド
７６ 駆動入力部材
８０ ギヤ列
８８ 第２ギヤ
８８Ａ ギヤ歯
８８Ｕ 歯面
９２ カップリング
９２Ａ カップリングギヤ
Ｔ トナー
Ｘ１ 第１軸
Ｘ２ 第２軸

Claims (24)

1. 所定方向に延びる第１軸について回転可能な感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムを回転可能に支持するフレームと、
   駆動力に従って、前記所定方向に延びる第２軸について回転可能な現像ローラであって、前記現像ローラの表面が前記感光体ドラムの表面にトナーを介して接触する現像ローラと、
   前記感光体ドラムが前記フレームに対して回転する場合の前記フレームと感光体ドラムの間の抵抗となる抵抗トルクを発生する抵抗発生部材とを備えるプロセスカートリッジであって、
   前記現像ローラの表面が前記感光体ドラムの表面にトナーを介して接触した状態で前記駆動力に従って前記現像ローラが回転した場合、前記抵抗トルクＴＱ１は、前記現像ローラの表面と前記感光体ドラムの表面との摩擦により前記感光体ドラムを回転させるトルクＴＱ２よりも小さいことを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 前記フレームは、
   第１フレームと、
   前記所定方向において前記第１フレームと離れて位置する第２フレームと、
   を備え、
   前記感光体ドラムは、前記第１フレームと前記第２フレームとの間に位置し、
   前記抵抗発生部材は、前記感光体ドラムを前記第１フレームに向けて付勢する付勢部材を含む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、バネであることを特徴とする請求項２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 前記抵抗発生部材は、前記感光体ドラムの端部と前記第２フレームとの間に位置するフェルトであって、前記感光体ドラムの端部と前記第２フレームとに接触するフェルトを含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプロセスカートリッジ。
5. 前記感光体ドラムは、第１ギヤを有し、
   前記プロセスカートリッジは、さらに、
   前記駆動力を受けるためのカップリングを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
6. 前記第１ギヤは、複数のギヤ歯を含み、
   前記複数のギヤ歯の各ギヤ歯の歯面は、インボリュート曲線からなり、理想のインボリュート曲線に対し、歯厚が小さい側にずれていることを特徴とする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
7. 前記歯面の理想のインボリュート曲線からのずれ量は、歯元から歯先に行くに従い、大きくなっていることを特徴とする請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
8. 前記感光体ドラムを帯電させる帯電器であって、前記感光体ドラムの表面から離れて位置する帯電器をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
9. 前記帯電器はスコロトロン帯電器であることを特徴とする請求項８に記載のプロセスカートリッジ。
10. 前記プロセスカートリッジは、さらに、
    前記所定方向に延びる第３軸について回転可能な転写ローラであって、前記感光体ドラムの表面に前記転写ローラの表面が接触する転写ローラを備え、
    前記感光体ドラムの表面には、前記現像ローラの表面と前記転写ローラの表面のみが接触することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
11. 前記プロセスカートリッジは、さらに、
    前記所定方向に延びる第３軸について回転可能な転写ローラであって、前記感光体ドラムの表面に前記転写ローラの表面が接触する転写ローラを備え、
    前記プロセスカートリッジは、クリーナレスタイプであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
12. 前記プロセスカートリッジは、
    前記現像ローラを備える現像カートリッジと、
    前記現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、前記感光体ドラムと前記抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジと、
    を備えることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
13. 前記プロセスカートリッジは、
    前記現像ローラを備える現像カートリッジと、
    前記現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、前記感光体ドラムと前記第１フレームと前記第２フレームと前記抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジと、
    を備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
14. 前記プロセスカートリッジは、
    前記現像ローラと前記カップリングとを備える現像カートリッジと、
    前記現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、前記感光体ドラムと前記第１ギヤと前記抵抗発生部材とを備えるドラムカートリッジと、
    を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
15. 前記プロセスカートリッジは、
    前記現像ローラを備える現像カートリッジと、
    前記現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、前記感光体ドラムと前記帯電器とを備えるドラムカートリッジと、
    を備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプロセスカートリッジ。
16. 前記プロセスカートリッジは、
    前記現像ローラを備える現像カートリッジと、
    前記現像カートリッジが装着可能なドラムカートリッジであって、前記感光体ドラムと前記転写ローラとを備えるドラムカートリッジと、
    を備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のプロセスカートリッジ。
17. 前記トナーは、粉砕トナーであることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
18. ＴＱ１−ＴＱ２は、−２[Ｎｃｍ]以下であることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
19. ＴＱ１−ＴＱ２は、−３〜−７[Ｎｃｍ]であることを特徴とする請求項１８に記載のプロセスカートリッジ。
20. 請求項５または請求項６に記載のプロセスカートリッジと、前記プロセスカートリッジを装着可能な装置本体とを備える画像形成装置であって、
    前記装置本体は、
    モータと、
    前記第１ギヤと噛み合う第２ギヤであって、前記モータの回転速度に従った回転速度で回転する第２ギヤと、
    前記現像ローラに前記駆動力を入力する駆動入力部材と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
21. 前記現像ローラの周速は、前記感光体ドラムの周速より大きいことを特徴とする請求項２０に記載の画像形成装置。
22. 前記現像ローラの周速は、前記感光体ドラムの周速の１．３〜１．７倍であることを特徴とする請求項２０に記載の画像形成装置。
23. 前記現像ローラおよび前記感光体ドラムとは異なる被駆動部材と、
    前記モータが前記被駆動部材を駆動するように前記モータと前記被駆動部材を連結するギヤ列とをさらに備えることを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の画像形成装置。
24. 前記駆動力に従って現像ローラが回転している状態において、前記第１ギヤの複数のギヤ歯のうち少なくとも１つのギヤ歯の回転方向下流側の歯面が、前記第２ギヤの複数のギヤ歯のうち少なくとも１つのギヤ歯の回転方向上流側の歯面と接触することを特徴とする請求項２０から請求項２３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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