JP2001060042A

JP2001060042A - プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置

Info

Publication number: JP2001060042A
Application number: JP11236387A
Authority: JP
Inventors: Toru Koizumi; 徹小泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】現像ユニット内のトナー量とは無関係に感光
体ドラムに対する現像ローラの加圧力を常に一定に保
ち、更に高品質な画像を安定して得ることができる安価
なプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供するこ
とが目的である。【解決手段】ばね１２をばね押え１５を介して装置本
体のカム１９で加圧可能とした。現像ユニット内のトナ
ー残量をアンテナ１７ａ，１７ｂで逐次検知し、そのデ
ータを基にカム１９の回転角を変え、ばね１２の加圧力
を制御し、現像ローラ４の感光体ドラム３に対する加圧
力を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプロセスカートリッ
ジ及び電子写真画像形成装置に関するものである。

【０００２】ここで、電子写真画像形成装置とは、電子
写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するも
のである。そして、電子写真画像形成装置の例として
は、例えば電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えば
レーザービームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）ファクシ
ミリ装置及びワードプロセッサ等が含まれる。

【０００３】また、プロセスカートリッジとは、帯電手
段、またはクリーニング手段と現像手段及び電子写真感
光体ドラムとを一体的にカートリッジ化し、このカート
リッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とする物で
ある。及び帯電手段、クリーニング手段の少なくとも１
つと現像手段及び電子写真感光体ドラムとを一体的にカ
ートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするも
のである。更に、少くとも現像手段と電子写真感光体ド
ラムとを一体的にカートリッジ化して装置本体に着脱可
能とするものをいう。

【０００４】

【従来の技術】プリンタ等の画像形成装置は一様に帯電
された像担持体である感光体ドラムに選択的な露光を行
なって、該感光体ドラム上に潜像を形成する。この潜像
をトナー像として顕像化する。そして、該トナー像を記
録媒体に転写して画像記録を行う。斯かる電子写真画像
形成装置（以下画像形成装置という）にあっては、トナ
ーが無くなるとその都度トナーを補給しなければならな
いが、このトナーの補給作業は煩わしいばかりか、汚れ
を伴う事もある。また、各部材のメンテナンスは専門の
サービスマンでなければ行う事が出来ず、ユーザーには
不便を伴う事が多かった。

【０００５】そこで、電子写真画像形成プロセスを用い
た画像形成装置においては、電子写真感光体及び前記電
子写真感光体に作用するプロセス手段を一体的にカート
リッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に
着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されて
いる。このプロセスカートリッジ方式によれば、装置の
メンテナンスをサービスマンによらずにユーザー自身で
行なうことができるので、格段に操作性を向上させるこ
とができた。そこでこのプロセスカートリッジ方式は画
像形成装置において広く用いられている。

【０００６】ところで、図２１乃至図２３に示すように
前記プロセスカートリッジは大きくわけて２つの枠体
（クリーニング枠体１０／現像枠体８）で構成されてお
り、それらを結合する事によって、一体化されている。
前記クリーニング枠体１０には感光体ドラム３が、また
前記現像枠体８には現像ローラ４がそれぞれ回転自在に
保持されている。プロセスカートリッジはクリーニング
枠体１０が画像形成装置本体３０に支持されるようにな
っている。

【０００７】そして、図２３に示すように現像枠体８、
クリーニング枠体１０のそれぞれの両端に孔８ｄ、孔１
０ａが形成されている。その形成されている孔８ｄ及び
孔１０ａを貫通するようにピン８ａを用いて現像枠体８
とクリーニング枠体１０を結合している。この時、ピン
８ａの外径とクリーニング枠体１０の孔１０ａの寸法関
係は『圧入』となっており、ピン８ａが抜ける事はな
い。また、ピン８ａの外径と現像枠体８の孔８ｄの寸法
関係は『すきまばめ』となっている。よって、現像枠体
８は、クリーニング枠体１０に対して、ピン８ａを回転
中心として、ある程度の回転角の範囲で回動自在であ
る。且つ、現像枠体８のアーム部８ｆがクリーニング枠
体１０の対向する側板の内壁１０ｂ間に丁度入るため、
現像枠体８とクリーニング枠体１０のスラスト方向の規
制を図る事が可能である。

【０００８】さらには、図２１乃至図２３に示すように
前記現像枠体８と前記クリーニング枠体１０にはそれぞ
れ対向する位置に突起８ｅ（クリーニング枠体側の突起
は不図示）が設けてあり、それぞれの突起に圧縮コイル
ばね１２が差し込まれ、圧縮されながら取り付けられて
いる。従って、前記クリーニング枠体１０に配設されて
いる感光体ドラム３と前記現像枠体８に配設された現像
ローラ４とが所定の圧力で押圧されているが、その押圧
力（以下、Ｄ加圧力と称す）は、前記圧縮コイルばね１
２のばね力と現像装置１の重量によって発生するモーメ
ントによって与えられている。

【０００９】また、現像装置１において、現像ローラ４
と感光体ドラム３とは所定の間隔（好ましくは０．２ｍ
ｍから０．５ｍｍ）でそれぞれ現像枠体８とクリーニン
グ枠体１０に保持されているが、現像ローラ４と感光体
ドラム３とを所定の間隔で安定的に保持する手段として
は、ポリアセタールで形成し、図２４記載のように、
０．２ｍｍから０．５ｍｍの肉厚の略筒形状の空間保持
部材２３を現像ローラ４の両端に回転自在に被嵌させた
ものが考案・実用化されている。

【００１０】このようなプロセスカートリッジＢは図２
１においてクリーニング枠体１０が画像形成装置本体に
位置決めして支持されている。現像枠体８はピン８ａで
クリーニング枠体１０に結合されると共に現像ローラ４
の空間保持部材２３が感光体ドラム３に加圧することで
支持されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ｄ
加圧力は前述したように現像枠体内のトナーの重量の影
響を受ける。そのため、プロセスカートリッジの寿命の
初期に適正なＤ加圧力の設定をした場合、プロセスカー
トリッジの寿命の後半で、Ｄ加圧力が軽くなりすぎる
為、現像ローラ／感光体ドラム間が離れ易く、画像濃度
ムラとなって現れるおそれがあった。そこで、プロセス
カートリッジの寿命の後半で適正なＤ加圧力が得られる
ように設定している。寿命の後半でＤ加圧力が適正とす
ると、プロセスカートリッジの寿命の初期にＤ加圧力が
重くなる。そこで、寿命の初期に前記空間保持部材が多
大の圧力を受け、前記空間保持部材の寿命が短くなる。
その結果プロセスカートリッジの寿命まで空間保持部材
の機能を保つ為には、より耐久性のある高価な材料を使
う必要がある事もあった。

【００１２】現在の市場ではコスト競争が激しくなって
おり、より安価な製品が求められており、それを達成す
る為には、プロセスカートリッジの寿命にわたり、トナ
ーの重量（残量）の影響を受けず、Ｄ加圧力を一定に保
ち、空間保持部材の材料を安価にする必要がある。特に
最近プロセス手段の長寿命化に伴ってトナー量を増加す
る傾向がある点を考慮すると上記の点は切に解決が望ま
れる。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする所は、前記Ｄ加圧力をトナーの残量
の影響を受けずに低い値で安定的に保持する事の可能
な、すなわち、より安価なプロセスカートリッジ及び電
子写真画像形成装置を提供せんとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】主要な本発明は請求項と
対応する番号を付して示せば以下のとおりである。

【００１５】本出願に係る第１の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、電子写
真感光体ドラムと、画像形成装置本体に支持され前記電
子写真感光体ドラムを支持する第一枠体と、前記電子写
真感光体ドラムに現像剤を供給する現像ローラを支持す
ると共に現像剤を収納し電子写真感光体ドラムと現像ロ
ーラとを離接可能となるように第一枠体に対して回転可
能に結合された第二枠体と、前記現像剤残量を検知する
検知手段であってこの検知手段の信号を処理するための
画像形成装置本体の制御手段に接続される検知手段と、
前記制御手段により現像剤残量に従って逐次制御され、
画像形成装置本体の付勢力調整手段により付勢力を調整
される、現像ローラを電子写真感光体ドラムに対して付
勢するために、第一枠体と第二枠体間に設けられた付勢
手段と、を有することを特徴とするプロセスカートリッ
ジである。

【００１６】本出願に係る第１０の発明はプロセスカー
トリッジを着脱可能で記録媒体に画像を形成する電子写
真画像形成装置において、ａ．電子写真感光体ドラムと、画像形成装置本体に支持
され前記電子写真感光体ドラムを支持する第一枠体と、
前記電子写真感光体ドラムに現像剤を供給する現像ロー
ラを支持すると共に現像剤を収納し電子写真感光体ドラ
ムと現像ローラとを離接可能となるように第一枠体に対
して回転可能に結合された第二枠体と、前記現像剤残量
を検知する検知手段であってこの検知手段の信号を処理
する為の画像形成装置本体の制御手段に接続される検知
手段と、前記制御手段により現像剤残量に従って逐次制
御され、画像形成装置本体の付勢力調整手段により付勢
力を調整される、現像ローラを電子写真感光体ドラムに
対して付勢するために、第一枠体と第二枠体に設けられ
た付勢手段と、を有するプロセスカートリッジを取り外
し可能に装着する装着手段であって、前記第一枠体を支
持する装着手段と、ｂ．プロセスカートリッジの現像剤検知手段の信号を処
理して、現像剤残量に従って前記付勢手段の付勢力を調
整する付勢力調整手段を制御する制御手段と、ｃ．前記付勢力調整手段と、ｄ．前記記録媒体を搬送するための搬送手段と、を有す
ることを特徴とする電子写真画像形成装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１に係るプロセスカートリッジ及びプロセスカート
リッジを用いる画像形成装置について、図１乃至図２０
を参照して説明する。ここでは、説明の順序として、ま
ず画像形成装置及びプロセスカートリッジの全体構成に
ついて説明し、次にプロセスカートリッジの現像ローラ
を感光体ドラムに向けて付勢する構成について説明す
る。

【００１８】＜プロセスカートリッジ及び画像形成装置
の全体構成＞図１乃至図３を参照して電子写真画像形成
装置及びプロセスカートリッジの全体構成を説明する。
尚、図１はプロセスカートリッジを装着した画像形成装
置の全体構成を示す模式説明図、図２はプロセスカート
リッジの構成模式説明図であり、図３は図２の外観説明
図である。

【００１９】図１に示すように、この電子写真画像形成
装置（レーザービームプリンタ）Ａは、光学手段１１１
から画像情報に応じたレーザー光Ｌをプロセスカートリ
ッジＢの有するドラム形状の電子写真感光体３（以下
『感光体ドラム』という）に照射して潜像を形成し、こ
れを現像してトナー像を形成する電子写真形成プロセス
によって画像を形成するものである。

【００２０】そして前記トナー像の形成と同期して、記
録媒体Ｐを給送トレイ１０１からピックアップローラ１
０２、等からなる搬送手段で搬送する。次いで前記感光
体ドラム３に形成したトナー像を転写手段としての転写
ローラ１０４に電圧印加することによって記録媒体Ｐに
転写する。

【００２１】次いで前記感光体ドラム３からトナー像の
転写を受けた記録媒体Ｐを、定着手段１０６へ搬送す
る。

【００２２】この定着手段１０６は、ヒーターを内蔵す
る定着回転体１０５、及び前記回転体１０５に記録媒体
Ｐを押圧して搬送する加圧ローラ１０７からなり、記録
媒体Ｐに熱及び圧力を印加して転写トナー像を記録媒体
Ｐに定着する。この記録媒体Ｐを排出ローラ１０９で搬
送して排出部１１２及び排出トレイ１１０へ排出する。

【００２３】一方、前記プロセスカートリッジＢは、電
子写真感光体を少なくとも１つのプロセス手段を備え、
且つ少なくとも２つの枠体から構成されているものであ
る。ここでプロセス手段としては、例えば電子写真感光
体を帯電させる帯電手段、電子写真感光体に形成された
潜像を現像する現像手段、電子写真感光体表面に残留す
るトナーをクリーニングする為のクリーニング手段等が
ある。本実施の形態のプロセスカートリッジＢは、図１
及び図２に示すように、前記帯電手段、現像手段及びク
リーニング手段を感光体ドラム３と一体的に有するもの
である。

【００２４】そして、感光層を有する感光体ドラム３を
回転し、その表面を帯電手段である帯電ローラ６への電
圧印加によって一様に帯電し、光学手段１１１からの画
像情報に応じたレーザー光を感光体ドラム３に露光して
潜像を形成し、前記潜像を現像手段によって現像する。

【００２５】現像手段は、トナー室２内のトナーを現像
ローラ４に向けて送り出し、現像枠体８内に設けた固定
磁石を内蔵した現像ローラ４を回転させると共に、現像
ブレード１８によって摩擦帯電電荷を付与したトナー層
を現像ローラ４の表面に形成する。そして、そのトナー
を前記感光体ドラム３の現像領域に供給して、前記潜像
を現像してトナー像を形成する。

【００２６】また、転写ローラ１０４に前記トナー像と
逆極性の電圧を印加してトナー像を記録媒体Ｐに転写し
た後は、クリーニング手段７の弾性クリーニングブレー
ド１１によって感光体ドラム３に残留したトナーを掻き
落とす。この掻き落としたトナーは、クリーニング枠体
１０内へ集めることによって感光体ドラム３上の残留ト
ナーを除去する。

【００２７】前記感光体ドラム３等の各部材は、カート
リッジ枠体９内に支持されてカートリッジ化されてい
る。このカートリッジ枠体９は、感光体ドラム３や帯電
ローラ６及びクリーニング手段７等を支持する第１枠体
であるクリーニング枠体１０と、現像手段等を支持する
と共にトナー室２にトナーを収納した第２枠体である現
像枠体８とをピン８ａを中心にして相対的に回動可能に
結合している。

【００２８】＜プロセスカートリッジの画像形成装置本
体への着脱構成＞画像形成装置本体３０にはピン３１を
中心にして開閉カバー３２が該ピン３１により画像形成
装置本体３０に枢着されている。開閉カバー３２は排出
部１１２、排紙トレイ１１０を伴って開閉するようにな
っている。開閉カバー３２を開けると画像形成装置本体
３０の開口から内部が見える。この内部の左右の内壁に
は前下がりの不図示のガイドレールが設けられている。

【００２９】一方、プロセスカートリッジＢの第一枠体
であるクリーニング枠体１０長手方向（感光体ドラム３
と平行な方向）の両端には感光体ドラム３と同軸心の位
置決めボス３４が長手方向の外方へ向って突出してい
る。このボス３４を、前記画像形成装置本体３０の不図
示のガイドレールに挿入すると、このボス３４の後方に
続けて設けた姿勢制御リブ３５が前記位置決めボス３４
に続いて画像形成装置本体３０の不図示のガイドレール
に挿入される。プロセスカートリッジＢが画像形成装置
本体３０内に押し込まれると画像形成装置本体３０の不
図示のガイドレールの終端に設けた不図示の位置決め溝
に位置決めボス３４が嵌合しプロセスカートリッジＢの
位置が定まる。そして姿勢制御リブ３５が画像形成装置
本体３０の不図示のガイドレールに嵌合しているためプ
ロセスカートリッジＢの姿勢が定まる。この状態で第二
枠体である現像枠体８は第一枠体であるクリーニング枠
体１０に支持される。

【００３０】＜プロセスカートリッジの現像ローラを感
光体ドラムに向けて付勢する構成＞本実施の形態に於け
るプロセスカートリッジの現像ローラ４が感光体ドラム
３に近接するように付勢する構成は次のようである。

【００３１】図２４に示すようにこの現像ローラ４は画
像形成領域外の両端部に従来例と同様に空間保持部材２
３が設けられている。この空間保持部材２３が感光体ド
ラム３に当接して画像形成装置領域に現像隙間が生ずる
ようになっている。

【００３２】図２、図３に示すように第２枠体である現
像枠体８は従来例で述べた構成と同様な構成でクリーニ
ング枠体１０と結合されている。即ち、図３に示すよう
に現像枠体８、クリーニング枠体１０のそれぞれの両端
に孔８ｄ、孔１０ａが形成されており、その形成されて
いる孔８ｄ及び１０ａを貫通するようにピン８ａを用い
て結合している。この時、ピン８ａの外径とクリーニン
グ枠体１０の孔１０ａの寸法関係は『圧入』となってお
り、ピン８ａが抜ける事はない。また、ピン８ａの外径
と現像枠体８の孔８ｄの寸法関係は『すきまばめ』とな
っている。よって、現像枠体８は、電子写真画像形成装
置Ａ内では、プロセスカートリッジＢは、第１枠体であ
るクリーニング枠体１０の位置決め部ボス３４、姿勢制
御リブ３５によって、電子写真画像形成装置Ａに位置決
めされているので、クリーニング枠体１０に対して、ピ
ン８ａの軸を回転中心として、ある程度の回転角の範囲
で回動自在である。且つ、現像枠体８のアーム部８ｆが
クリーニング枠体１０の対向する側板の内壁１０ｂ間に
入るため、現像枠体８とクリーニング枠体１０のスラス
ト方向への抜け止めを図る事が可能である。

【００３３】この時、確実に感光体ドラム３と現像ロー
ラ４との間隔を所定の値に保つ為には、確実に現像ロー
ラ４の両端の不図示の空間保持部材２３を感光体ドラム
３に当接するようにしなければならず、そのために枠体
のねじれなどの影響を打ち消す目的で現像枠体８の両端
の孔８ｄの内、片方は長孔である事が好ましい。

【００３４】また、駆動の為のギア３ａ，４ａ（不図示
インボリュートギア図３参照）は感光体ドラム３及び現
像ローラ４の片方の端部に夫々同軸心で配設されてい
る。それらギア３ａ，４ａが噛み合って噛み合いピッチ
点ＰＰ（図２参照）をとおる作用線ＴＬの方向に駆動力
２４を伝達しているが、非駆動側の端部と駆動側の端部
で空間保持部材２３の受けるＤ加圧力に大きな差が生じ
ないように、また、駆動によって空間保持部材２３の受
けるＤ加圧力が弱められないように、上記孔８ｄの位置
は、図２に示すようにピッチ点において作用線ＴＬから
第一枠体であるクリーニング枠体１０の方向に約０〜
６。（図中の符号β）傾いた線ＢＬ上に配設する事が好
ましい。なお、上記作用線ＴＬは感光体ドラム３のドラ
ムギア３ａと現像ローラ４のギア４ａとの噛み合いのピ
ッチ点ＰＰにおける夫々のギアのピッチ円に対する共通
接線ＣＬと噛み合い圧力角θでもって交叉している。

【００３５】ここで、図４に示すように、前記現像枠体
８の両端のアーム部８ｆ上には所定の凹部８ｇが設けら
れている。内部に現像ローラ４の両端の空間保持部材２
３を感光体ドラム３に加圧するための付勢手段である圧
縮コイルばね１２とばね押さえ１５をあらかじめ組み込
んでおいた筒部材１３を凹部８ｇに圧入、接着、溶着等
の手段で強固に取り付ける。ばね押さえ１５は、鍔部１
５ａによって段付きになっており、筒部材１３の段穴の
内壁１３ａが鍔部１５ａ外周と滑合するような形状とな
っている。鍔部１５ａを軸端に有する軸部１５ｂは筒部
材１３の段穴の小径部１５ｂに滑合している。そこで鍔
部１５ａが筒部材１３の小径部１５ｂと内壁１３ａ間の
段部１３ｃに当ることによってばね押さえ１５の筒部材
１３からの抜け止めを図っている。また圧縮コイルばね
１２とばね押さえ１５を組み込まれた筒部材１３を凹部
８ｇに固定した状態では、圧縮コイルばね１２は、ばね
押さえ１５により圧縮されている。

【００３６】＜現像ローラの感光体ドラムへの付勢力の
調整手段＞さらに、図１、及び図７乃至図８に示すよう
に電子写真画像形成装置Ａ内に、例えば偏心カムとした
カム１９が前記ばね押さえ１５に当り得るように設けら
れており、カム１９の回転に応じて前記ばね押さえ１５
を押す量が調節可能である。また前記カム１９は、その
回転軸１９ａの長手延長上に回転止め機構２７が設けて
ある。この回転止め機構２７は本実施の形態ではギア２
７ａとそれに噛み合う歯列方向には不動のラック２７ｂ
からなる。即ち、ギア２７ａは回転軸５ａに固定されて
いる。また、ラック２７ｂは不図示のアクチュエータで
もってギア２７ａと噛み合う位置と噛み合わない位置と
をとるようになっている。前記カム１９とギア２７ａ
は、その回転軸１９ａの長手延長に配設されている不図
示の駆動手段により駆動され、その駆動により、図に示
すようにカム１９を回転させ、前記ばね押さえ１５を押
し、圧縮コイルばね１２の圧縮量（たわみ）を調整し、
Ｄ加圧力を調整できる。

【００３７】上記機構を詳細に説明する。

【００３８】図５乃至図１０に、カム１９によって前記
ばね押さえ１５を押す様子を示す。図５、図６は電子写
真画像形成装置Ａのプロセスカートリッジ装着時のカム
１９の位置を示す。図５、図６に示すように、プロセス
カートリッジ装着時にカム１９は、前記ばね押さえ１５
には接触していない。

【００３９】次に図７、図８は電子写真画像形成装置Ａ
の電源を投入した直後及び、スタンバイ時のカム１９の
位置を示す。図７、図８に示すように、カム１９はカム
１９の一部が前記ばね押さえ１５に触れた後、所定量だ
け回転して止まる。この回転を止めるには、例えば後述
するようにカム１９とばね押さえ１５を導体とし、カム
１９がばね押さえ１５に触れた時の電気的接続を検知
し、その信号を以てカム１９の動作を中止するようにし
てある。このとき、圧縮コイルばね１２はカム１９によ
って所定量圧縮されているので、この時のＤ加圧力とし
ては、現像装置１の重量によって与えられている力と、
前述したカム１９の所定の回転による圧縮コイルばね１
２の圧縮によって与えられる力を加えたものである。

【００４０】次に図９、図１０は、電子写真画像形成装
置Ａの動作中のカム１９の位置を示す。図９、図１０に
示す様に、カム１９は、カム１９の一部が前記ばね押さ
え１５を押し込み、それによって押された圧縮コイルば
ね１２により所望のＤ加圧力か発生するまで回転する。
このとき、所定の角度で前記回転止め機構２７のラック
２７ｂがギア２７ａと噛み合って、駆動手段によって駆
動されないときでも、その回転角を保つことができる。

【００４１】カム１９の一部が前記ばね押さえ１５に触
れた時にカムの回転を止める為に検知する接触検知の構
成は次の様である。図３及び図５乃至図１０に示すカム
１９とばね押さえ１５を導体にする。導体としての材質
は、例えばアルミニウム等の金属、あるいはカーボン繊
維を含有した樹脂等である。また、図３に示すように圧
縮コイルばね１２と現像枠体８との間から接点２８を、
現像枠体８の側面８ｈまで延長して設ける。その現像枠
体８の側面８ｈ側の接点に電子写真画像形成装置Ａから
不図示の接点が接触し、電子写真画像形成装置Ａ内の不
図示の検知回路に電気的に導通している。また、カム１
９側は回転軸１９ａを介して電子写真画像形成装置Ａ内
の不図示の検知回路に電気的に導通している。そして、
カム１９の一部がばね押さえ１５に触れた時、不図示の
検知回路に電気が流れるようになっており、それを以て
カム１９とばね押さえ１５の接触を検知する構成となっ
ている。

【００４２】上記機構により、Ｄ加圧力即ち現像枠体８
及び現像ローラ４を図２の矢印１４方向に付勢する力を
調整可能に発生できる。

【００４３】また、現像枠体８は、それ自身の重量によ
っても前記矢印１４方向に付勢されるが、その際、現像
枠体８内に残っている残トナーの量によって、そのＤ加
圧力は変化する。そこで、残トナー量によるＤ加圧力の
変化と、カムの回転角の変化との関係を図２５と図２６
を参照しながらさらに詳細に説明する。

【００４４】図２５は、偏心カムであるカム１９の回転
角とカム１９の回転によって発生する圧縮コイルばね１
２のばね力によるＤ加圧力の関係を示した図である。ま
た図２６は、現像枠体８内の残トナーの量と残トナーの
重量によって発生するＤ加圧力の関係を示した図であ
る。図２５には、回転角Ｃ・Ｄ・Ｅ・Ｆのそれぞれの時
のＤ加圧力ｃ・ｄ・ｅ・ｆを示しており、本実施の形態
で使用する範囲は略比例関係にあるＣからＦである。

【００４５】回転角ＣからＦまでを説明すると、回転角
Ｃは、図７に示されるようにカム１９とばね押さえ１５
が接してからカム１９が所定量回転した時のカム１９の
角度である。回転角Ｄは、図９に示されているようにカ
ム１９がばね押さえ１５を図７の状態から更に押してい
る時のカム１９の角度である。回転角Ｅは、回転角Ｄよ
り更にカム１９がばね押さえ１５を押している時のカム
１９の角度である。回転角Ｆは、回転角Ｅより更にカム
１９がばね押さえ１５を押し、カム１９の動作の最終時
のカム１９の角度である。よって、回転角Ｄの時は回転
角Ｃ（初期）よりｄ−ｃだけＤ加圧力は増し、回転角Ｅ
の時は回転角Ｃ（初期）よりｅ−ｃだけＤ加圧力は増
し、回転角Ｆの時は回転角ｃ（初期）よりｆ−ｃだけＤ
加圧力は増す。

【００４６】次に、図２６に示すように残トナー量が減
るに従って、残トナーの重量によって発生するＤ加圧力
は減る（図中の実線）。そこで残トナーの重量が図中の
Ｘであった場合に、残トナーの重量によって発生してい
るＤ加圧力の初期値（図中の点線）に対する不足分をカ
ム１９の回転角Ｄの時に発生するＤ加圧力ｄ−ｃによっ
て補う。また、残トナーの重量が図中のＹであった場合
に、残トナーの重量によって発生しているＤ加圧力の初
期値（図中の点線）に対する不足分をカム１９の回転角
Ｅの時に発生するＤ加圧力ｅ−ｃによって補う。このよ
うに、残トナーの重量によって発生しているＤ加圧力の
初期値に対する不足分を、カム１９の回転により発生す
るＤ加圧力で補い、全体としてのＤ加圧力を一定に保
つ。

【００４７】本実施の形態においては、以上述べたよう
にカム１９の回転角を変化させるが、現像枠体８内に残
っているトナー残量を逐次検知するための逐次検知機構
を備えており、その信号により前記カムの回転角を変化
させ、前記現像枠体８、及び現像ローラ４を感光体ドラ
ム３に付勢するＤ加圧力を一定に保つ。

【００４８】＜プロセスカートリッジのトナー残量の検
知構成＞本実施の形態においてトナー搬送手段５は、プ
ロセスカートリッジＢ内のトナー残量を逐次検知する機
構を兼ねており、その構成について図１１から図２０を
参照して簡単に説明する。

【００４９】図１１は、本実施の形態の現像枠体８内に
内封されているトナーの残量を逐次検知するためのトナ
ー残量検知手段２１（図１２参照）の一部である搬送手
段５を示している。

【００５０】前記検知手段２１の一部である搬送手段５
は、不図示の駆動ギアを持ち現像枠体８に回転自在に支
持される軸１６と、軸１６に平行で軸１６から異なる半
径の位置に配置されたアンテナ棒１７ａ、アンテナ棒１
７ｂ、アンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７ｂを保持する
ホルダ１７ｃと、不図示の接点とで構成されている。図
４に示すように、アンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７ｂ
を一定の距離を隔てて、ホルダ１７ｃによって軸１６に
一体的に固定されている。軸１６と同軸の軸１６ａは現
像枠体８に回転自在に支持され折曲した他端がホルダ１
７ｃに固定されている。また、軸１６は不図示の駆動源
によって回転駆動され、現像枠体８内のアンテナ棒１７
ａとアンテナ棒１７ｂと一体となり回転する。アンテナ
棒１７ａ，１７ｂは軸１６に設けた電極であって装置本
体３０の図１２に示す電極Ｃ１，Ｃ２と夫々導通してい
る。

【００５１】残トナー量を検知する機構は、現像バイア
スが印加されているアンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７
ｂとの間の静電容量と検知し、この検知された静電容量
の値から現像枠体８内のトナーの残量を推測するもので
あり、図１２に示す負荷抵抗２１ａと電圧計２１ｂを主
要部材として構成されている。

【００５２】ここで、トナー残量検知手段２１を含んで
構成される等価回路を図１２に基づいて説明する。

【００５３】アンテナ棒１７ａには交流電源２１ｃと直
流電源２１ｄが接続されており、これによりアンテナ棒
１７ａには交流と直流とによる重畳電流が流れる。この
アンテナ棒１７ａが一方の電極Ｃ１となり、またこれに
対向するアンテナ棒１７ｂが他方の電極Ｃ２となってコ
ンデンサＣを構成している。

【００５４】このような等価回路に於いて、コンデンサ
Ｃの静電容量は、アンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７ｂ
の間のトナーの量により変化する電極Ｃ１，Ｃ２の間の
誘電率に伴って変化する。従って、トナー残量検知手段
２１の負荷抵抗２１ａの両端に現れる現像バイアスの交
流成分の微分波形の大きさはアンテナ棒１７ａとアンテ
ナ棒１７ｂの間のトナーの変動に応じて変化し、この信
号を電圧計２１ｂで測定することにより現像枠体８内の
トナーの残量を検出することができる。

【００５５】次に、以上の構成によって検出される前記
アンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７ｂとの間の静電容量
の変化を詳細に説明する。

【００５６】図１３から図１６に本実施の形態に係るプ
ロセスカートリッジＢ内のトナーが減っていく過程を示
し、そのそれぞれの過程に於て検出される前記アンテナ
棒１７ａとアンテナ棒１７ｂとの間の静電容量を図１７
から図２０にそれぞれ示す。

【００５７】図１３に示すように、トナー面２０がアン
テナ棒１７ａの回転領域より上方にある時は、前記アン
テナ棒１７ａとアンテナ棒１７ｂとの間には常にトナー
が存在し、図１７に示すように検出される静電容量ＣＴ
に変化はない。

【００５８】次に、前記アンテナ棒１７ａとアンテナ棒
１７ｂは同時に回転するので、図１４、図１５に示すよ
うに、トナー面２０が前記アンテナ棒１７ａの回転領域
内にある場合、前記アンテナ棒１７ａとアンテナ棒１７
ｂが、トナー面２０より下方にある時は、それらの間に
トナーは存在し、それらがトナー面２０より上方にある
時は、それらの間にトナーは存在しない、という状態が
周期的に繰り返される。このように、前記アンテナ棒１
７ａとアンテナ棒１７ｂとの間のトナーの有無により、
検出される静電容量ＣＴは、周期的に変化する。トナー
が減るに従って、１周期の中で、トナー無しを示す静電
容量（図１８、図１９の点線より下方の値）の時間は長
くなっていく。

【００５９】そして、図１６に示すように、トナー面２
０が前記アンテナ棒１７ａの回転領域より下方になるま
でトナーが消費された時は、前記アンテナ棒１７ａとア
ンテナ棒１７ｂとの間には常にトナーが存在しなくな
り、図２０に示すように検出される静電容量ＣＴは常に
トナー無しを示す値となり、変化しない。

【００６０】即ち、前記アンテナ棒１７ａの回転領域に
おけるトナーの残量は、前記アンテナ棒１７ａとアンテ
ナ棒１７ｂとの間の静電容量を常にモニターし、その静
電容量値を前記アンテナ棒１７ａの回転周期で区切り、
その周期内におけるトナー無し（トナー有り）を示す静
電容量値が検知される時間の割合から逐次検知すること
が出来る。

【００６１】前述したように、トナーの残量を逐次検知
し、そのトナー残量を示す信号により、前記カム１９の
回転角を変化させ、前記現像枠体８、及び現像ローラ４
を感光体ドラム３に付勢するＤ加圧力を低い側の一定に
保つ。つまり前述したように、トナーが減るに従って現
像装置１の重量が減り、現像装置１の重量によって与え
られているＤ加圧力も減る。そこで減ったトナーの重量
に応じてカム１９が回転し、圧縮コイルばね１２の圧縮
力を強くして、減ったＤ加圧力を補い、一定に保つ。

【００６２】尚、本実施の形態に於ては、以上のような
構成としたが、トナー残量逐次検知が可能であれば、上
記の構成に限る事は無く、そのトナー残量データをフィ
ードバックして、現像枠体８内のトナーの残量によら
ず、現像枠体８、及び現像ローラ４を感光体ドラム３に
付勢するＤ加圧力を一定化にできる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、現
像剤の残量変化に伴う第二枠体の重量に基づく現像ロー
ラの電子写真感光体ドラムに対する付勢力と、電子写真
感光体ドラムに対して現像ローラを付勢するために設け
た付勢手段の付勢力の和を低い側の一定に出来る。その
ため、現像ローラに設けた空間保持部材に耐久性のある
高価な材料を作用しなくてもすむようになる。また、付
勢力の和が従来例のプロセスカートリッジ使用開始時に
おける上記付勢力の和よりも小さいために第一枠体、第
二枠体が使用開始時に変形するのをカバーするために樹
脂材料を多く用いて肉厚等を厚くする事が解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るプロセスカートリ
ッジを装着した画像形成装置の概略縦断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係るプロセスカートリ
ッジの概略縦断面図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係るプロセスカートリ
ッジの概略外観斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の組み立
て分解側面図である。

【図５】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作を
示す縦断面図である（プロセスカートリッジ装着時）。

【図６】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作を
示す斜視図である（プロセスカートリッジ装着時）。

【図７】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作を
示す縦断面図である。（スタンバイ時）。

【図８】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作を
示す斜視図である（スタンバイ時）。

【図９】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作を
示す縦断面図である（画像形成装置動作中）。

【図１０】本発明の実施の形態１に係る押圧機構の動作
を示す斜視図である（画像形成装置動作中）。

【図１１】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジのトナー残量検知手段を示した斜視図である。

【図１２】等価回路を示す模式図である。

【図１３】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態を示した縦断面図である。

【図１４】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態を示した縦断面図である。

【図１５】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態を示した縦断面図である。

【図１６】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態を示した縦断面図である。

【図１７】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態に対応するアンテナ部１７ａと
アンテナ棒１７ｂ間の静電容量を示した線図である。

【図１８】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態に対応するアンテナ部１７ａと
アンテナ棒１７ｂ間の静電容量を示した線図である。

【図１９】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態に対応するアンテナ部１７ａと
アンテナ棒１７ｂ間の静電容量を示した線図である。

【図２０】本発明の実施の形態１に係るプロセスカート
リッジ内のトナーの状態に対応するアンテナ部１７ａと
アンテナ棒１７ｂ間の静電容量を示した線図である。

【図２１】従来例に係るプロセスカートリッジを装着し
た画像形成装置の概略縦断面図である。

【図２２】従来例に係るプロセスカートリッジの概略縦
断面図である。

【図２３】従来例に係るプロセスカートリッジの概略外
観斜視図である。

【図２４】空間保持部部材の概略外観斜視図である。

【図２５】本発明の実施の形態１に係るカムの回転角と
Ｄ加圧力の関係を示す線図である。

【図２６】本発明の実施の形態１に係るトナー残量とＤ
加圧力の関係を示す線図である。

【符号の説明】

Ａ…画像形成装置Ｂ…プロセスカートリッジＬ…レーザー光Ｐ…記録媒体 θ…噛み合い圧力角 β…角度１…現像装置２…トナー室３…感光体ドラム３ａ…ギア４…現像ローラ４ａ…ギア５…トナー搬送手段６…帯電装置（帯電ローラ）７…クリーニング手段８…現像枠体８ａ…ピン８ｄ…孔８ｅ…突起８
ｆ…アーム部８ｇ…凹部８ｈ…側面９…カートリッジ枠体１０…クリーニング枠体１０ａ…孔１０ｂ…内壁１１…弾性クリーニングブレード１２…圧縮コイルばね１３…筒部材１３ａ…内壁１３ｂ…小径部１３ｃ
…段部１４…付勢方向１５…ばね押さえ１５ａ…鍔部１５ｂ…軸部１６…軸１７ａ…アンテナ棒１７ｂ…アンテナ棒１７ｃ…ホ
ルダ１８…現像ブレード１９…カム１９ａ…回転軸２０…トナー面２１…トナー残量検知手段２１ａ…負荷抵抗、２１ｂ
…電圧計２１ｃ…交流電源２１ｄ…直流電源２３…空間保持部材２４…駆動力２７…回転止め機構２７ａ…ギア２７ｂ…ラック２８…接点３０…装置本体３１…ピン３２…開閉カバー３４…位置決めボス３５…姿勢制御リブ１０１…給送トレイ１０２…ピックアップローラ１０４…転写ローラ１０５…定着回転体１０６…定着手段１０７…加圧ローラ１０９…排出ローラ１１０…排紙トレイ１１１…光学手段１１２…排出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、電子写真感光体ドラムと、画像形成装置本体に支持され前記電子写真感光体ドラム
を支持する第一枠体と、前記電子写真感光体ドラムに現像剤を供給する現像ロー
ラを支持すると共に現像剤を収納し電子写真感光体ドラ
ムと現像ローラとを離接可能となるように第一枠体に対
して回転可能に結合された第二枠体と、前記現像剤残量を検知する検知手段であってこの検知手
段の信号を処理するための画像形成装置本体の制御手段
に接続される検知手段と、前記制御手段により現像剤残量に従って逐次制御され、
画像形成装置本体の付勢力調整手段により付勢力を調整
される、現像ローラを電子写真感光体ドラムに対して付
勢するために、第一枠体と第二枠体間に設けられた付勢
手段と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】前記検知手段は第二枠体内の現像剤の搬
送手段が兼ね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。
【請求項３】前記検知手段は前記現像ローラと平行な
軸心を中心として該軸心からの半径が異なる位置にある
前記軸心に平行な２本の電極を有する回転部材であるこ
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。
【請求項４】前記付勢手段はばね部材であって、変位
量が可変であることを特徴とする請求項１から３の何れ
か１つに記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】画像形成装置本体の付勢力調整手段がカ
ムを有し、該カムの従動子であって、ばね部材を変位す
るように設けられた従動子を有することを特徴とする請
求項４に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項６】前記第二枠体は前記第一枠体に支持さ
れ、前記電子写真感光体ドラムに対する現像ローラの付
勢力には前記付勢手段の付勢力に加えて第二枠体の重量
に基づく付勢力が加わることを特徴とする請求項１から
５の何れか１つに記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】前記プロセスカートリッジとは、帯電手
段、またはクリーニング手段と現像手段及び電子写真感
光体ドラムとを一体的にカートリッジ化しこのカートリ
ッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とする請求項
１から６の何れか１つに記載のプロセスカートリッジ。
【請求項８】前記プロセスカートリッジとは帯電手
段、クリーニング手段の少なくとも一つと現像手段及び
電子写真感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化して
画像形成装置本体に対して着脱可能とする請求項１から
６の何れか１つに記載のプロセスカートリッジ。
【請求項９】前記プロセスカートリッジとは現像手段
と電子写真感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化し
て画像形成装置本体に着脱可能とする請求項１から６の
何れか１つに記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１０】プロセスカートリッジを着脱可能で記
録媒体に画像を形成する電子写真画像形成装置におい
て、ａ．電子写真感光体ドラムと、画像形成装置本体に支持され前記電子写真感光体ドラム
を支持する第一枠体と、前記電子写真感光体ドラムに現
像剤を供給する現像ローラを支持すると共に現像剤を収
納し電子写真感光体ドラムと現像ローラとを離接可能と
なるように第一枠体に対して回転可能に結合された第二
枠体と、前記現像剤残量を検知する検知手段であってこ
の検知手段の信号を処理する為の画像形成装置本体の制
御手段に接続される検知手段と、前記制御手段により現
像剤残量に従って逐次制御され、画像形成装置本体の付
勢力調整手段により付勢力を調整される、現像ローラを
電子写真感光体ドラムに対して付勢するために、第一枠
体と第二枠体に設けられた付勢手段と、を有するプロセ
スカートリッジを取り外し可能に装着する装着手段であ
って、前記第一枠体を支持する装着手段と、ｂ．プロセスカートリッジの現像剤検知手段の信号を処
理して、現像剤残量に従って前記付勢手段の付勢力を調
整する付勢力調整手段を制御する制御手段と、ｃ．前記付勢力調整手段と、ｄ．前記記録媒体を搬送するための搬送手段と、を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。