(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に対して着脱自在な画像形成カートリッジであって、
回動可能に配設される像担持体と、
前記像担持体の軸方向に沿って当該像担持体に回動可能に接触配置され、当該像担持体を所定の電位に帯電する帯電部材と、
前記帯電部材の軸方向に沿って当該帯電部材に回動可能に接触配置され、当該帯電部材を清掃するクリーニング部材と、
前記クリーニング部材を介して前記帯電部材と対向する部位に設けられ、当該クリーニング部材の少なくとも一部を覆うカバー部材とを含み、
前記クリーニング部材は、前記画像形成カートリッジの内側に向かう方向の径を収縮および回復可能な柔軟性を有し、
前記カバー部材は、前記画像形成装置に対する装着を行う際に当該画像形成装置から受ける外力によって、前記クリーニング部材を収縮させる方向に移動し、当該画像形成装置に対する装着を完了した際に当該クリーニング部材の収縮が回復することによって、当該クリーニング部材を収縮させる方向とは逆方向に移動することを特徴とする画像形成カートリッジ。
【請求項２】
前記クリーニング部材は、シャフトを有しない円柱状または円筒状の発泡体にて構成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成カートリッジ。
【請求項３】
前記カバー部材のうち前記クリーニング部材と接する部位には、低摩擦層が設けられることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成カートリッジ。
【請求項４】
前記カバー部材は、前記画像形成装置に対する装着の完了に伴って前記クリーニング部材を収縮させる方向とは逆方向に移動した状態で、当該クリーニング部材を前記帯電部材に向けて付勢することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成カートリッジ。
【請求項５】
前記クリーニング部材は、シャフトを有しない円柱状または円筒状の弾性体からなり、前記帯電部材の回動に従動するとともに、当該帯電部材に付着した異物を転移付着させることにより当該帯電部材を清掃することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成カートリッジ。
【請求項６】
前記クリーニング部材は、前記帯電部材に付着した異物を転移付着させた後に当該異物を凝集させて凝集体を形成し、形成した凝集体を当該帯電部材に転移させることを特徴とする請求項５記載の画像形成カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に対して着脱自在に設けられる画像形成カートリッジ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置では、感光体ドラム等の像担持体を帯電および露光することで静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像する。このため、像担持体を所定の電位に帯電する帯電装置が用いられている。この種の帯電装置として、近年、帯電ロール等の接触帯電部材を用いた接触型帯電装置が種々提案され、また、実用化されてきている。この種の接触型帯電装置としては、像担持体の表面に例えば弾性層を有する帯電ロールを接触配置するとともに、この帯電ロールにバイアス電圧を印加し、両者の接触部近傍において像担持体を帯電するものが一般的である。このような接触型帯電装置では、帯電ロールが像担持体に接触配置されることから、像担持体に付着した残トナー等の異物が帯電ロールに転移して付着しやすい。このようにして帯電ロールに異物が付着すると、異物の付着部位における帯電性能が変動し、これに伴って異常放電や不安定な放電が発生することから、カブリなどの画質欠陥が発生しやすくなるという問題があった。
このような問題を解決するため、帯電ロールの表面に回転可能なクリーニングロールを接触配置し、帯電ロールに付着した異物をクリーニングロールに転移・付着させることで、帯電ロールの表面をクリーニングする技術が存在する(特許文献１参照。)。
【０００３】
また、従来の画像形成装置では、例えば上述した感光体ドラムや接触型帯電装置など、画像形成プロセスに必要な装置が組み込まれた画像形成カートリッジを、画像形成装置本体に対し着脱自在とする構成が広く用いられている(特許文献２参照。)。このような構成を採用することで、画像形成装置のメンテナンスを容易なものとしている。そして、画像形成装置本体側に固定レールを配設するとともに、画像形成カートリッジ側には、この固定レールがはめ込まれるスライドレールを取り付けるようにした技術が提案されている(特許文献３参照。)。このような構成を採用することで、画像形成装置本体に対する画像形成カートリッジの着脱を容易なものとし、また、画像形成カートリッジの位置決めを正確に行うことが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６２９４８号公報(第３−４頁、図１)
【特許文献２】特開平１０−２２２０２５号公報(第３−４頁、図１)
【特許文献３】特開平７−３０６５５９号公報(第４−５頁、図５)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような画像形成カートリッジ方式を採用した画像形成装置には、画像形成カートリッジを着脱するための開口が設けられ、この開口の内部に上述した固定レールが取り付けられる。この開口の形状は、通常、画像形成カートリッジの着脱方向の断面形状に合致するよう、実際には、この断面形状よりもわずかに大きくなるように設計が行われる。
【０００６】
一方、最近の画像形成装置に対しては、さらなる小型化の要請があり、画像形成装置内における各構成部品の配置は非常に密なものとなってきている。その結果、画像形成装置の内部には画像形成カートリッジを収容するのに十分なスペースを確保できるものの、開口については、他の部品の配置スペースを確保しなければならない関係で、画像形成カートリッジの断面形状よりも小さくせざるを得ない場合が出てきた。
このため、従来の画像形成カートリッジの設計手法では、このような狭い開口を有する画像形成装置に対する画像形成カートリッジの着脱が、実質的に不可能になってしまうという新たな課題が生じた。
【０００７】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、画像形成カートリッジの断面形状よりも小さい開口を有する画像形成装置に対し、画像形成カートリッジを着脱可能とすることにある。
また、他の目的は、回動する部材を清掃する部材の構成を簡易なものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明は、画像形成装置に対して着脱自在な画像形成カートリッジであって、回動可能に配設される像担持体と、像担持体の軸方向に沿って像担持体に回動可能に接触配置され、像担持体を所定の電位に帯電する帯電部材と、帯電部材の軸方向に沿って帯電部材に回動可能に接触配置され、帯電部材を清掃するクリーニング部材と、クリーニング部材を介して帯電部材と対向する部位に設けられ、クリーニング部材の少なくとも一部を覆うカバー部材とを含み、クリーニング部材は、画像形成カートリッジの内側に向かう方向の径を収縮および回復可能な柔軟性を有し、カバー部材は、画像形成装置に対する着脱を行う際に画像形成装置から受ける外力によって、クリーニング部材を収縮させる方向に移動することを特徴としている。
【０００９】
このような画像形成カートリッジにおいて、カバー部材は、画像形成装置に対する着脱を完了した際にクリーニング部材の収縮が回復することによって、クリーニング部材を収縮させる方向とは逆方向に移動することができる。また、クリーニング部材は、シャフトを有しない円柱状または円筒状の発泡体にて構成されることができる。さらに、カバー部材のうちクリーニング部材と接する部位には、低摩擦層を設けることができる。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される画像形成装置は、回動可能に配設される像担持体と、像担持体に対し回動可能に接触配置される回動部材と、シャフトを有しない円柱状または円筒状の弾性体からなり、回動部材に接触配置されて回動部材の回動に従動するとともに、回動部材に付着した異物を転移付着させることにより回動部材を清掃する清掃部材と、回動部材に向けて清掃部材を付勢する付勢部材とを含んでいる。
【００１１】
このような画像形成装置において、回動部材は、像担持体を所定の電位に帯電することを特徴とすることができる。また、付勢部材は、清掃部材を収容するハウジング部材を兼ねることができる。さらに、清掃部材は、回動部材に付着した異物を転移付着させた後に異物を凝集させて凝集体を形成し、形成した凝集体を回動部材に転移させることができる。そして、像担持体上にトナー像を現像する現像器をさらに含み、清掃部材によって清掃される異物は、像担持体上のトナー像を構成するトナーに添加される外添剤であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画像形成カートリッジに設けられたクリーニング部材およびクリーニング部材のカバー部材を変形可能に構成したので、画像形成カートリッジの断面形状よりも小さい開口を有する画像形成装置に対しても、画像形成カートリッジを着脱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図であり、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタを示している。図１に示す画像形成装置は、本体１に、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、用紙Ｐを搬送するシート搬送系４０、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるＩＰＳ(Image Processing System)５０とを備えている。
【００１４】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ、この画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に対してレーザ光を照射するＲＯＳ(Raster Output Scanner)３０を備えている。また本体１は、転写ユニット２０によって二次転写された用紙Ｐ上の画像を、熱および圧力を用いて用紙Ｐに定着させる定着器２９を有している。更に、本体１の上部側には、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対して各色のトナーを供給するトナーカートリッジ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが設けられている。
【００１５】
転写ユニット２０は、中間転写体である中間転写ベルト２１を駆動するドライブロール２２、中間転写ベルト２１に一定のテンションを付与するテンションロール２３、重畳された各色のトナー像を用紙Ｐに二次転写するためのバックアップロール２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するベルトクリーナ２５を備えている。中間転写ベルト２１は、このドライブロール２２とテンションロール２３およびバックアップロール２４との間に一定のテンションで掛け回されており、定速性に優れた専用の駆動モータ(図示せず)によって回転駆動されるドライブロール２２により、矢印方向に所定の速度で循環駆動される。この中間転写ベルト２１は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されている。
【００１６】
ＲＯＳ３０は、図示しないレーザダイオード(ＬＤ)、変調器の他、レーザダイオード(ＬＤ)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を偏向走査するポリゴンミラー３１を備えている。図１に示す例では、ＲＯＳ３０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの下方に備えられることから、トナー等の落下による汚損の危険性を有している。そこで、ＲＯＳ３０は、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム３２内に収容され、また、レーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)が通過するガラス製のウィンドウ３３をこのフレーム３２の上方に設けて、走査露光と共にシールド効果を高めるように構成されている。
【００１７】
シート搬送系４０は、画像が記録される用紙Ｐを積載して供給する給紙装置４１、給紙装置４１から用紙Ｐを取り上げて供給するナジャーロール４２、ナジャーロール４２から供給された用紙Ｐを１枚ずつ分離して搬送するフィードロール４３、フィードロール４３により１枚ずつに分離された用紙Ｐを画像転写部に向けて搬送する搬送路４４を備えている。また、搬送路４４を介して搬送された用紙Ｐに対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストロール４５、二次転写位置に設けられバックアップロール２４に圧接して用紙Ｐ上に画像を二次転写する二次転写ロール４６を備えている。更に、定着器２９によってトナー画像が定着された用紙Ｐを本体１の機外に排出する排出ロール４７、排出ロール４７によって排出された用紙Ｐ紙を積載する排出トレイ４８を有する。また、定着器２９によって定着された用紙Ｐを反転させて両面記録を可能とする両面用搬送ユニット４９を備えている。
【００１８】
次に、画像プロセス系１０における画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋについて詳述する。
図２は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの構成を説明するための図であり、ここでは、イエロー(Ｙ)の画像形成ユニット１１Ｙとマゼンタ(Ｍ)の画像形成ユニット１１Ｍとを示している。なお、他の画像形成ユニット１１Ｃ,１１Ｋも同様の構成を有している。
【００１９】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、トナー像を担持させる感光層(図示せず)を備えた像担持体としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２を帯電させる帯電器１３、帯電器１３によって帯電され、ＲＯＳ３０からのレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)によって感光体ドラム１２上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像器１４を備えている。本実施の形態では、現像器１４においてキャリアおよびトナーを有する所謂二成分現像剤を用いた二成分現像方式を採用している。また、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、中間転写ベルト２１を挟んで感光体ドラム１２に対向して設けられ、感光体ドラム１２上に現像されたトナー像を中間転写ベルト２１上に転写する一次転写ロール１５、転写後に感光体ドラム１２上に残った残留トナーを除去するドラムクリーナ１６を備えている。なお、ドラムクリーナ１６は、感光体ドラム１２に圧接配置されるクリーニングブレード１６ａを有している。また、ドラムクリーナ１６の背面側には、本体１に設けられ、後述するプロセスカートリッジ６０(図３参照)を本体１に着脱する際に使用されるガイドレール２が配置されている。本体１に設けられるガイドレール２は、後述するプロセスカートリッジ６０に設けられるドラムクリーナ１６のハウジングに形成されたガイドレールとしての溝(符号なし)を挟んでいる。
【００２０】
ここで、本実施の形態では、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２、帯電器１３、およびドラムクリーナ１６を一体化し、図３に示すプロセスカートリッジ(画像形成カートリッジ)６０として構成している。なお、図３において、「イン側」とは、図１に示す本体１の図中奥側(リア側)に配置される部位をいい、「アウト側」とは、図中手前側(フロント側)に配置される部位をいう。このような構成を採用することで、画像形成装置の本体１から所定のプロセスカートリッジ６０だけを取り外し、また、プロセスカートリッジ６０だけを本体１に対して取り付けできるようにし、ユーザによる交換を可能としている。
【００２１】
そして、プロセスカートリッジ６０は、感光体ドラム１２の軸方向両端部に設けられたベアリング(図示せず)を収容するとともに、帯電器１３およびドラムクリーナ１６を支持するイン側ハウジング６１およびアウト側ハウジング６２を備えている。なお、これらイン側ハウジング６１およびアウト側ハウジング６２は、ＰＯＭ樹脂で構成されている。そして、イン側ハウジング６１よりもさらにイン側であって感光体ドラム１２のイン側端部には、感光体ドラム１２を回転駆動するためのギア１２ａが装着されている。このギア１２ａは、プロセスカートリッジ６０が本体１(図１参照)に装着された際には、本体１に設けられた図示しない駆動ギアと噛合し、本体１側からの駆動力を感光体ドラム１２に伝達する。
【００２２】
さらに、アウト側ハウジング６２よりもアウト側には、本体１に対するプロセスカートリッジ６０の着脱操作で用いられるツマミ６３ａを備えたハンドル部６３が設けられている。なお、ハンドル部６３は、ＰＳ樹脂にて構成されている。このハンドル部６３の下部には、図示しない不揮発性メモリユニットが搭載されている。この不揮発性メモリユニットには、例えば、感光体ドラム１２の回転数、高圧電圧印加時間、プリント枚数など、所定の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、そのプロセスカートリッジ６０が装着された際の、各々のカートリッジ使用履歴情報が格納されている。これらのプロセスカートリッジ６０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの間で差し替えて用いることもできる。各々のプロセスカートリッジ６０に夫々不揮発性メモリユニットが搭載されていることにより、プロセスカートリッジ６０が異なる画像形成ユニットで用いられた場合であっても、トータルとしての自らの使用履歴情報を、プロセスカートリッジ６０自らが保存することができる。その結果、プロセスカートリッジ６０毎に、例えば、正しい寿命を判断することができる。
【００２３】
では、図３に示すプロセスカートリッジ６０に設けられる帯電器１３の構成について詳細に説明する。図４(ａ)は、プロセスカートリッジ６０に対する帯電器１３の取り付けを説明するための図であり、ここでは、アウト側ハウジング６２側の端部を示している。また、図４(ｂ)は、図４(ａ)のIVｂ−IVｂ断面図であり、帯電器１３の構成を示したものである。なお、図４(ａ)においては、図４(ｂ)に示すサイドカバー７３(７３ａ,７３ｂ：詳細は後述)の記載を省略している。
【００２４】
帯電器１３は、感光体ドラム１２に接触配置される帯電部材あるいは回動部材としての帯電ロール７０と、この帯電ロール７０に接触配置されるクリーニング部材あるいは清掃部材としてのクリーニングロール８０とを有している。これらのうち、帯電ロール７０は、ステンレス等の金属からなる回転軸７１、この回転軸７１の周面に形成されるエピクロルヒドリンゴム層７２を備えている。なお、エピクロルヒドリンゴム層７２の周面には、さらに保護層として機能するナイロン樹脂層(図示せず)が設けられている。一方、クリーニングロール８０は、特に回転軸(シャフト)などは持っておらず、円筒状の発泡ポリウレタンで構成されている。そして、帯電ロール７０は特に駆動源を持たず、当接する感光体ドラム１２の回転に伴って従動回転する。また、クリーニングロール８０も特に駆動源を持たず、当接する帯電ロール７０の回転に伴って従動回転する。そして、クリーニングロール８０の直径は帯電ロール７０の直径よりも小さいものが選定される。このように帯電ロール７０およびクリーニングロール８０の直径を定めることで、帯電ロール７０の回転に伴って従動回転するクリーニングロール８０の駆動に必要なトルクを低減している。
【００２５】
また、帯電ロール７０には、図示しない帯電電源が接続されており、この帯電電源により、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスが印加されている。一方、クリーニングロール８０には特にバイアスは印加されていない。そして、帯電ロール７０の回転軸７１の軸方向両端部は、軸受け７４に挿入されている(図４(ａ)にはアウト側ハウジング６２近傍に設けられた軸受け７４のみを示す)。この軸受け７４はアウト側ハウジング６２の下部から突出形成されるＬ字状のアーム６４に固定されている。
【００２６】
さらに、帯電ロール７０の両側部には、サイドカバー７３(具体的には７３ａ,７３ｂ)が取り付けられる。これらサイドカバー７３ａ,７３ｂの軸方向両端部は、それぞれ、図３に示すイン側ハウジング６１あるいはアウト側ハウジング６２に装着される。これらサイドカバー７３ａ,７３ｂは、例えばＡＢＳ樹脂で構成することができる。そして、サイドカバー７３ａ,７３ｂは、下部側(感光体ドラム１２から離れる側)ほど両者の間隔が狭くなっており、その最下方側が開口している。この開口を介して、クリーニングロール８０が帯電ロール７０に圧接される。なお、サイドカバー７３ａ,７３ｂの下端部表面にはフッ素コートが施されており、その摩擦係数の低減が図られている。
【００２７】
また、クリーニングロール８０の下部側すなわちクリーニングロール８０を挟んで帯電ロール７０と対向する部位には、弾性を有するカバー部材あるいはハウジング部材としてのアンダーカバー８１が設けられている。このアンダーカバー８１は、クリーニングロール８０を上方すなわち帯電ロール７０に向けて付勢し、クリーニングロール８０を帯電ロール７０に圧接させる機能を有している。なお、アンダーカバー８１は、上記サイドカバー７３ａ,７３ｂと同様に、例えばＡＢＳ樹脂にて構成することができる。そして、アンダーカバー８１の上面すなわちクリーニングロール８０と接触する部位には、低摩擦層としてのフッ素コート層(図示せず)が形成されており、その摩擦係数の低減が図られている。
【００２８】
このアンダーカバー８１は、クリーニングロール８０が載置されることによってクリーニングロール８０を支持する支持部８１ａ、支持部８１ａの軸方向両端側で支持部８１ａと所定の角度(１５°〜３０°程度)をなすように設けられたガイド部８１ｂ、ガイド部８１ｂの軸方向両端側でガイド部８１ｂと所定の角度をなすとともに支持部８１ａに対して直角をなすように設けられた自由端部８１ｃとを有している。そして、自由端部８１ｃは、アウト側ハウジング６２の下部から軸方向外側に向かって延設される突出部６５に設けられた貫通孔６６に挿入されている。そして、自由端部８１ｃが貫通孔６６に挿入された状態では、自由端部８１ｃの側面が貫通孔６６の側面に当接することで係止され、アンダーカバー８１がプロセスカートリッジ６０から外れることのないように構成されている。そして、プロセスカートリッジ６０にアンダーカバー８１が装着された状態では、アンダーカバー８１によって、クリーニングロール８０が帯電ロール７０によって所定の圧力で付勢される。ただし、この状態でクリーニングロール８０にかかる圧力は、帯電ロール７０の回転に伴ってクリーニングロール８０が従動回転できる程度の大きさである。
【００２９】
ここで、現像器１４で用いられる二成分現像剤について説明しておく。本実施の形態で用いられる二成分現像剤は、磁性を有するキャリア、および、イエロー、マゼンタ、シアン、あるいは黒に着色されたトナーを含んでいる。また、二成分現像剤は、これらキャリアおよびトナーの他に外添剤を含んでいる。外添剤は、例えば感光体ドラム１２や中間転写ベルト２１に付着するトナーの転写性能を向上させたりすることを目的として添加されている。
【００３０】
このような二成分現像剤において、キャリアとしては、平均粒径が約３５μｍのフェライトビーズを用いた。
また、外添剤としては、平均粒径５〜２００ｎｍのシリカ(ＳｉＯ2)、チタニア(ＴｉＯ2)、およびセリア(ＣｅＯ2)等の無機微粒子を用いた。
さらに、トナーは、負極性に帯電する極性を有するものであって、懸濁重合法、乳化凝集合一法、溶解懸濁法等により、ポリエステルやスチレンアクリルなどのバインダ樹脂に着色剤、ワックスを内添して調整した微粒子である。トナーの粒径は、コールターカウンター(コールター社製)による測定結果から、体積平均粒径で約６.４μｍであった。トナー形状(球形の度合)は形状係数で表し、光学顕微鏡(ミクロフォトＦＸＡ:ニコン社製)で得たトナーの拡大写真を、イメージアナライザＬｕｚｅｘ３(ニレコ社製)により画像解析を行い、次の式で算出した。
【００３１】
【数１】
0004730049.tif 000002
【００３２】
この式は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積との比で表しており、真球の場合に１００となり、形状が球形から離れるにつれて数字が大きくなっていく。形状係数が小さければ、転写の際に転写されずに残る残留トナーの量が減少していくため、トナーの形状係数は１００〜１４０程度であることが望ましい。本実施の形態では、トナーの形状係数は１３４であった。なお、トナーの体積平均粒径は、良好な画像を形成するという観点からすれば、３〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３３】
さらに、外添剤については、トナーに対し、シリカを１.４８重量％だけ添加している。また、シリカの他に、チタニアを０.８重量％、そしてセリアを０.７重量％、それぞれ添加している。
ここで、外添剤として使用されるシリカの平均粒径は１００ｎｍ、その形状係数は１４０以下であり、略球形となっている。
【００３４】
次に、図１〜図４を参照しながら、この画像形成装置における画像形成プロセスについて説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各８ビットの反射率データとしてＩＰＳ５０に入力される。ＩＰＳ５０では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４色の色材階調データに変換され、ＲＯＳ３０に出力される。
【００３５】
一方、回転駆動される感光体ドラム１２は、帯電器１３の帯電ロール７０によって所定の電位に帯電される。そして、ＲＯＳ３０では、入力された色材階調データに応じて、レーザダイオード(ＬＤ)(図示せず)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を、ｆ−θレンズ(図示せず)を介してポリゴンミラー３１に出射している。ポリゴンミラー３１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に照射している。画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電器１３によって帯電された表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの現像器１４によって、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色のトナー像として現像される。
そして、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、一次転写ロール１５によって中間転写ベルト２１上に多重転写される。
【００３６】
一方、シート搬送系４０では、画像形成のタイミングに合わせてナジャーロール４２が回転し、給紙装置４１から所定サイズの用紙Ｐが供給される。フィードロール４３により１枚ずつ分離された用紙Ｐは、搬送路４４を経てレジストロール４５に搬送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト２１の移動タイミングに合わせてレジストロール４５が回転し、用紙Ｐは、バックアップロール２４および二次転写ロール４６によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される用紙Ｐには、圧接力および所定の電界を用いて、４色が多重されているトナー像が副走査方向に順次、転写される。そして、各色のトナー像が転写された用紙Ｐは、定着器２９によって熱および圧力で定着処理を受けた後、排出ロール４７によって本体１の上部に設けられた排出トレイ４８に排出される。尚、排出トレイ４８にそのまま排出せずに、図示しない切り替えゲートによって搬送方向を切り替え、定着器２９によって定着された用紙Ｐを両面用搬送ユニット４９によって反転させることもできる。この反転された用紙Ｐをレジストロール４５に搬送した後、前述と同様な流れによって、印刷されていない他の面について画像を形成することで、用紙Ｐの両面に画像を形成することが可能となる。
【００３７】
次に、上述した画像形成プロセスにおける現像剤(キャリア、トナー、および外添剤)の挙動について説明する。
図２に示す現像器１４内において、各色の現像剤はオーガによって攪拌搬送され、キャリアとトナーとが摩擦されることによってトナーが負極性に帯電する。このようにして攪拌搬送された現像剤は、現像ロールに転移して搬送され、感光体ドラム１２との対向部で磁気ブラシを形成し、感光体ドラム１２上の静電潜像を現像する。このとき、一部のトナーおよびこのトナーに付着した外添剤は感光体ドラム１２上に転移するが、残りのトナー、キャリアおよび外添剤は現像ロール上に残る。
【００３８】
感光体ドラム１２に転移・付着したトナーおよび外添剤は、感光体ドラム１２の回転に伴って中間転写ベルト２１と接する一次転写領域まで搬送され、感光体ドラム１２上のトナーのほとんどは中間転写ベルト２１に一次転写される。このとき、トナーに付着した外添剤の一部も中間転写ベルト２１に転移する。一方、一次転写後の感光体ドラム１２表面には、一次転写されなかったトナーと外添剤とが残存する。ここで、本実施の形態では、外添剤がトナーの離型性を高めるための転写補助剤として機能しており、外添剤が一次転写後の感光体ドラム１２上に残りやすくなっている。
【００３９】
そして、一次転写後に中間転写ベルト２１上に残ったトナーおよび外添剤は、感光体ドラム１２の回転に伴ってドラムクリーナ(クリーニングブレード１６ａ)との対向部まで到達する。このとき、感光体ドラム１２に付着したトナーおよびこのトナーに付着した外添剤は、クリーニングブレード１６ａによって掻き取られる。一方、例えば感光体ドラム１２に直接付着した外添剤は、その粒径が小さいためにクリーニングブレード１６ａをすり抜け、さらなる感光体ドラム１２の回転に伴って帯電ロール７０との対向部(帯電ニップ部)まで搬送される。このとき、外添剤に含まれるチタニアやセリアは、たいがいがトナーに付着した状態を維持しており、そのほとんどがトナーとともにクリーニングブレード１６ａによって掻き取られる。一方、外添剤に含まれるシリカは、トナーに付着していないものが多く、その多くがクリーニングブレード１６ａをすり抜ける。本発明者の調査によれば、クリーニングブレード１６ａをすり抜け、帯電ロール７０に転移・付着する外添剤の９０％以上がシリカである。
【００４０】
帯電ニップ部に搬送された異物としての外添剤は、感光体ドラム１２から帯電ロール７０に転移・付着する。帯電ロール７０に付着した外添剤は、帯電ロール７０の回転に伴ってクリーニングロール８０との対向部(クリーニングニップ部)まで搬送される。そして、クリーニングニップ部に搬送された外添剤は、帯電ロール７０からクリーニングロール８０へとさらに転移・付着する。
【００４１】
ここで、本実施の形態では、クリーニングロール８０として発泡ポリウレタンを用いている。このようなクリーニングロール８０を用いた場合、クリーニングロール８０に転移・付着した外添剤は、クリーニングロール８０上で相互にくっつき、ある程度(数μｍ)の大きさまで凝集し凝集体を構成する。そして、クリーニングロール８０上で凝集した外添剤(凝集外添剤)は、今度は帯電ロール７０側に逆転移する。そして、帯電ロール７０に付着した凝集外添剤は、さらに感光体ドラム１２へと再転移する。つまり、本実施の形態では、クリーニングロール８０上に外添剤が長期間滞留せず、ある程度の大きさに凝集した後は帯電ロール７０を介して感光体ドラム１２上に戻されるのである。したがって、このようなクリーニングロール８０を用いることにより、帯電ロール７０への外添剤の付着およびこれに伴う帯電不良の発生を抑制することができる。また、この構成では、クリーニングロール８０に外添剤が蓄積されにくいので、長期にわたって帯電ロール７０による帯電性能を維持することが可能になる。
【００４２】
では次に、図１、図２および図５を参照しながら、画像形成装置の本体１に対するプロセスカートリッジ６０の着脱動作について説明する。
この画像形成装置では、本体１のイン側(フロント側)からプロセスカートリッジ６０を差し込むことでプロセスカートリッジ６０の取り付けが行われる。また、この画像形成装置では、本体１のイン側からプロセスカートリッジ６０を抜き出すことでプロセスカートリッジ６０の取り外しが行われる。
ここで、本体１にプロセスカートリッジ６０を取り付けて画像形成を行う場合には、図２に示したように、プロセスカートリッジ６０側の感光体ドラム１２と本体１側の中間転写ベルト２１とを接触させておく必要がある。一方、本体１からプロセスカーリッジ６０を取り外す場合には、感光体ドラム１２に中間転写ベルト２１が接触しているとプロセスカートリッジ６０の取り外しが困難になってしまう。
【００４３】
そこで、この画像形成装置では、転写ユニット２０が上下動可能に設けられている。これにより、本体１にプロセスカートリッジ６０を取り付けた後に、転写ユニット２０を下方向に移動させることで、本体１に取り付けられたプロセスカートリッジ６０を下方向に向けて付勢するとともに感光体ドラム１２に対して中間転写ベルト２１を接触させることができる(図２参照)。一方、本体１からプロセスカートリッジ６０を取り外す場合には、転写ユニット２０を上方向に移動させることで、本体１に取り付けられたプロセスカートリッジ６０に対する下方向の付勢を解除するとともに感光体ドラム１２から中間転写ベルト２１を離間させることができる(図５参照)。これにより、本体１からプロセスカートリッジ６０をフロント側に引き出すことが可能になるのである。
【００４４】
また、図５に示すように、本体１のイン側(フロント側)には、フレーム板９１(後述する図６、図７を参照)が配置されており、このフレーム板９１には、本体１に対してプロセスカートリッジ６０を抜き差しするための着脱用開口９０が設けられている。ここで、着脱用開口９０は、プロセスカートリッジ６０の断面形状に近い形状を有しているが、帯電器１３に対応する部位だけは、プロセスカートリッジ６０の断面形状よりも小さくなっている。
【００４５】
図６は、本体１内にプロセスカートリッジ６０が収容された状態を、画像形成装置の側面側から見た図である。この状態では、アンダーカバー８１が重力およびクリーニングロール８０の弾性力等によって付勢され、下側に移動している。これにより、クリーニングロール８０がアンダーカバー８１から受ける力の大きさを減少させることができ、クリーニングロール８０は、感光体ドラム１２の回転に伴って従動回転する帯電ロール７０にさらに従動して回転することが可能になる。したがって、本体１にプロセスカートリッジ６０が取り付けられた状態では、クリーニングロール８０によって帯電ロール７０のクリーニングを行うことができる。
【００４６】
一方、図７は、本体１内に収容されていたプロセスカートリッジ６０を取り出す際の状態を、画像形成装置の側面側から見た図である。本体１からプロセスカートリッジ６０を引き抜く際、アウト側ハウジング６２はフレーム板９１の上部側に接触しないが、アンダーカバー８１はフレーム板９１の下部側に接する。本体１からプロセスカートリッジ６０を引き抜く際、アンダーカバー８１およびクリーニングロール８０は、次のような挙動を示す。
【００４７】
プロセスカートリッジ６０の引き抜きが開始されると、プロセスカートリッジ６０の引き出しに伴ってアンダーカバー８１のガイド部８１ｂがフレーム板９１に当接する。ここで、ガイド部８１ｂはプロセスカートリッジ６０の引き抜き方向に対して所定の角度を有しているため、アンダーカバー８１は上部側に向けて移動しようとする。このとき、アンダーカバー８１の自由端部８１ｃは突出部６５に設けられた貫通孔６６に挿入されており、上下方向への移動が許容されている。また、クリーニングロール８０は、シャフトを持たずしかも弾性を有する発泡ポリウレタンで構成されている。さらに、アンダーカバー８１自身も弾性を有している。このため、アンダーカバー８１はフレーム板９１から受ける力によって変形し、また、クリーニングロール８０は、アンダーカバー８１を介してフレーム板９１から受ける力(外力)によって押しつぶされた状態で、フレーム板９１を乗り越えていく。つまり、クリーニングロール８０がプロセスカートリッジ６０の内側に向かう方向の径を収縮できる構成を有しているために、このような挙動を行うことができるのである。アンダーカバー８１およびクリーニングロール８０が上述したような挙動を示すことで、プロセスカートリッジ６０は、狭い着脱用開口９０を介して抜き取られていく。なお、本体１からプロセスカートリッジ６０を抜き取った後、クリーニングロール８０はその弾性復元力によって元の円柱状の状態に復帰し、また、アンダーカバー８１も元の状態に戻る。
【００４８】
他方、本体１に対してプロセスカートリッジ６０を取り付ける場合は、上述した取り外し動作とは逆のプロセスで、本体１にプロセスカートリッジ６０が挿入されていく。すなわち、プロセスカートリッジ６０のアンダーカバー８１のイン側に設けられたガイド部８１ｃがフレーム板９０に当接することにより、上述したプロセスと同様にしてアンダーカバー８１およびクリーニングロール８０が変形し、その状態でプロセスカートリッジ６０が着脱用開口９０を介して本体１内に挿入される。そして、プロセスカートリッジ６０の取り付け動作が完了し、本体１内にプロセスカートリッジ６０が収容された後、クリーニングロール８０はその弾性復元力によって元の円柱状の状態に復帰し、また、アンダーカバー８１も元の状態に戻る。すなわち、図６に示す状態となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態では、プロセスカートリッジ６０に配設されたクリーニングロール８０の径が収縮および回復できるように、柔軟性を有する弾性体で構成した。そして、クリーニングロール８０のアンダーカバー８１が外力を受けて変形できるようにすることで、本体１に対するプロセスカートリッジ６０の着脱動作において、アンダーカバー８１およびクリーニングロール８０がひしゃげるようにした。これにより、プロセスカートリッジ６０の断面形状よりも小さい着脱用開口９０を有する画像形成装置の本体１に対しても、プロセスカートリッジ６０を着脱することができる。
【００５０】
また、本体１に対するプロセスカートリッジ６０の着脱動作を完了した際には、アンダーカバー８１およびクリーニングロール８０の変形が元に戻るようになっている。このため、本体１に対してプロセスカートリッジ６０を取り付けた後は、帯電ロール７０の回転に伴ってクリーニングロール８０を従動回転させることが可能となる。これにより、クリーニングロール８０による帯電ロール７０のクリーニングを問題なく行うことができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、クリーニングロール８０として円筒状の発泡ポリウレタンを用い、しかも、特にシャフトを設けないようにした。このため、シャフトおよびシャフトを回動可能に支持するベアリング等が不要になり、装置構成を簡易なものとすることができる。そして、クリーニングロール８０をアンダーカバー８１によって帯電ロール７０側に付勢するようにしたので、帯電ロール７０の回転に伴ってクリーニングロール８０を従動回転させることができ、帯電ロール７０のクリーニング性能を良好なものとすることができる。
【００５２】
さらにまた、本実施の形態では、発泡ポリウレタン製のクリーニングロール８０を用いたことにより、帯電ロール７０に付着した外添剤等の異物を転移、付着させることができる。しかも、発泡ポリウレタン製のクリーニングロール８０を用いることにより、クリーニングロール８０に転移、付着した外添剤を凝集させ、その後帯電ロール７０へと戻すことができる。これにより、クリーニングロール８０に外添剤等の異物が堆積しにくくなり、クリーニングロール８０ひいてはプロセスカートリッジ６０を長寿命化することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、感光体ドラム１２、帯電器１３およびドラムクリーナ１６によってプロセスカートリッジ６０を構成していたが、これに限られるものではなく、例えば現像器１４等を含むようにしてもよい。また、本実施の形態では、感光体ドラム１２を帯電する帯電ロール７０をクリーニングするクリーニングロール８０を例に説明を行ったが、他の部材に対しても同様に適用できる。例えば、感光体ドラム１２に接触して感光体ドラム１２上の残留電荷を除去する除電ロール(回転部材)をプロセスカートリッジ６０内に配設するような場合には、この除電ロールをクリーニングするクリーニングロールが装着されることもあり得る。また、例えば感光体ドラム１２上に形成されたトナー像を直接用紙Ｐに転写するタイプの画像形成装置において、一次転写ロール(回転部材)をプロセスカートリッジ６０内に配設するような場合には、この一次転写ロールをクリーニングするクリーニングロールが装着されることもあり得る。このような場合には、これらのクリーニングロールに対して上述した構成を適用することができる。さらに、本実施の形態では、円筒状のクリーニングロール８０を用いていたが、これに限られるものではなく、円柱状のものを用いることもできる。さらにまた、本実施の形態では、プロセスカートリッジ６０をその軸方向に沿って抜き差しできる構成を例に説明を行ったが、アンダーカバー８１の形状を工夫することにより、軸方向以外の方向(横方向、斜め方向)に抜き差しできる構成に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】画像形成ユニットの構成を説明するための図である。
【図３】プロセスカートリッジの構成を示す斜視図である。
【図４】(ａ)はプロセスカートリッジに対する帯電器の取り付けを説明するための図であり、(ｂ)は(ａ)のIVｂ−IVｂ断面図である。
【図５】プロセスカートリッジの着脱動作の前動作を説明するための図である。
【図６】画像形成装置の本体に対してプロセスカートリッジが取り付けられた状態を説明するための図である。
【図７】画像形成装置の本体に対するプロセスカートリッジの着脱動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…本体、１０…画像プロセス系、１１(１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ)…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１３…帯電器、１４…現像器、１５…一次転写ロール、１６…ドラムクリーナ、１６ａ…クリーニングブレード、２０…転写ユニット、２１…中間転写ベルト、３０…ＲＯＳ(Raster Output Scanner) 、６０…プロセスカートリッジ、６１…イン側ハウジング、６２…アウト側ハウジング、６３…ハンドル部、７０…帯電ロール、７１…回転軸、７２…エピクロルヒドリンゴム層、７３(７３ａ,７３ｂ)…サイドカバー、７４…軸受け、８０…クリーニングロール、８１…アンダーカバー、８１ａ…支持部、８１ｂ…ガイド部、８１ｃ…自由端部、９０…着脱用開口、９１…フレーム板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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