(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置用のカートリッジであって、回転光伝導体と、トナーと、トナー塗布器と、前記光伝導体を帯電させる第１の帯電位置にある第１の接触帯電部材と、下方へ回動して前記カートリッジに入り込んで、当該カートリッジに開口部を残すシャッタとを備えた、画像形成装置用のカートリッジであって、前記カートリッジは、光伝導体の回転方向における前記第１の帯電位置の下流域であり、前記開口部と前記光伝導体との間で、少なくとも約１０ｍｍ径の第２のローラ帯電部材を受け入れ且つ該第２のローラ帯電部材によって帯電された前記光伝導体に対しての、前記光開口部を通過する経路による光学的除電を可能とするための、何等障害物がない場所を有している画像形成装置用のカートリッジ。
【請求項２】
前記第２のローラ帯電部材の前記直径は、約１２乃至約１５ｍｍである請求項１に記載の画像形成装置用のカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交換式トナー・カートリッジと接触帯電を用いた電子写真画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交換式トナー・カートリッジは電子写真プリンタ及び複写機で広く使用されている。このようなカートリッジの多くは帯電装置を含んでおり、この帯電装置はイオンを発生するコロナ・ワイヤであっても、あるいは帯電ローラやその他の接触帯電部材であってもかまわない。本出願人がＯｐｔｒａ（商標）および４０３９ファミリのプリンタ用に販売しているカートリッジは、カートリッジ内に帯電ローラを有している。したがって、帯電ローラは必然的に、カートリッジを交換するときに交換されることになる。
【０００３】
本出願人に譲渡されたベイカー他(Baker et al)の米国特許第5,365,315号は帯電ローラをカートリッジ外に、具体的には蓋に配置しており、これによって機械寿命の間同一の帯電ローラを使用することを可能としている。しかしながら、帯電動作のたびに、帯電ローラは必然的に若干劣化することになる。プリンタの使用度が高い場合、特に印刷速度を上げた場合、単一のローラが機械寿命の間に機能しなくなる。
【０００４】
下述する本発明では、トナー・カートリッジ内に帯電装置を配置するものであるが、該帯電装置は印刷に必要な最終電荷の近辺レベルまで光伝導体を帯電させるのに適した低価格な装置である。プリンタまたは複写機内の帯電ローラはプリチャージ又は予備帯電された光伝導体を最終電荷まで帯電させる。帯電ローラの劣化は大幅に少なくなり、帯電ローラはきわめてヘビー・デューティなプリンタ（または、その他の画像形成装置）の寿命の間持続できるようになる。
【０００５】
ウエノ他(Ueno et al)の米国特許第4,387,980号は、より一様な帯電を得るという目的のための複数の離隔した接触帯電部材を開示している。これには、３ローラ形態の実施例と、３ブラシ形態の実施例とが開示されている。これらは全て画像形成装置に取り付けるのが一般的であり、交換式トナー・カートリッジに取り付けられるものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、帯電器の劣化を大幅に低減し得るトナー・カートリッジ及び該トナー・カートリッジを用いた電子写真画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、予備帯電レベル又はプリチャージレベルよりも僅かに上まで帯電させる帯電ローラの劣化が大幅に少なくなることが認識され、用いられる。本発明によるゼログラフィ画像形成装置は、交換式トナー・カートリッジと、可動部材に取り付けられた帯電ローラを有している。カートリッジはゼログラフィ・プロセス用の光伝導体と、低価格の接触帯電器、具体的には、その光伝導体を予備帯電又はプリチャージさせる帯電ブラシ或いはクロスも含んでいる。
【０００８】
画像形成動作時に、カートリッジが画像形成装置に装着され、帯電ローラがカートリッジに作成された開口部又は頂部開口部から光伝導体と接触するように、頂部シャッタのピボット運動によって移動させられる。予備帯電部材に印加される電圧は、帯電ローラのものよりも若干低いか、公称で同一であるかなので、光伝導体の予備帯電面が帯電ローラに到達したとき、帯電ローラが光伝導体の最終電荷を画定することとなる。
【０００９】
最終電荷がローラによって印加されるのであるから、これはブラシその他の周知の低コストの帯電部材によって印加されるものよりもはるかに正確で、一様なものとなる。帯電ローラの劣化の低下が認められるが、ヘビーデューティ・プリンタの全機械寿命にわたって使用できる。各カートリッジのトナーが空になり、低コストの接触帯電器の交換が必然的なものとなったときに、カートリッジは定期的に交換される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面を用いて詳細に説明する。図１を参照すると、トナー・カートリッジ１はトナー５（図２）を保持しているトナー室３と、装着時に回転してカートリッジ１内に入り込む頂部シャッタ７を有している。シャッタ７は該シャッタ７と一体的な制御アーム７ａを有しており、これがカートリッジ１の挿入時に衝合部材７ｂ（図３）と接触する。カートリッジ１は、装着時に該カートリッジの位置決めを行うために、その対向側部に位置決めスタッド８ａ及び８ｂを有している。リンク９（図２）が底部シャッタ１１に接続しており、装着時に底部シャッタ１１をトナー室３から遠ざける方向へ移動させる。従来と同様に、トナー・カートリッジ１はカートリッジ内のトナー５がなくなったときに、同一のカートリッジ１と交換される。
【００１１】
図２は装着時のカートリッジ１を示しており、またシャッタ７および１１の未装着位置も破線に輪郭で示されている。従来とほぼ同様に、トナー５はトナー付加ローラと呼ばれるローラ２０によって撹拌され、現像ローラ２２によって光伝導体ドラム２４（通常、中空であるため、ドラムと呼ばれる）に投与又は塗布される。トナー５は、現像ローラ２２の回転によってドラム２４に向かって移動する際に、電動ドクタ・ブレード２７によって計量される。（ローラ２２及びドラム２４の図示の矢印は、動作時の回転方向を示す。）
【００１２】
シャッタ７は光伝導体２４の上方に開口部２８が残るように、カートリッジ１内の表面２６へ向かって下方へ回転する。帯電ローラ３０は以下で説明するようにピボット運動によって、開口部２８外の位置（破線で示す）からカートリッジ１内へ移動し、光伝導体２４の頂部と接触する（実線で示す）。ローラ３０の接触位置（画像形成動作時の光伝導体２４の回転に関して）に先行して、帯電ワイパ或いはブラシ３２がカートリッジ１に恒久的に取り付けられ、光伝導体２４と帯電接触をしている。矢印３４はローラ３０による光伝導体２４の帯電操作域を過ぎた場所への経路であって、光伝導体２４が放電されて、本質的に従来のものと同様な潜像を形成する場所への経路を示し、そして潜像は現像ローラ２２によって塗布されたトナー５を利用して現像されるが、これも本質的に従来のものと同様である。
【００１３】
帯電ローラ３０は直径が少なくとも１２ｍｍであることが好ましく、開口部２８の下のブラシ３２を越えた領域に何等障害がなく、ローラ３０が開口部２８に入り込み、ドラム２４に接触することを可能とし、且つローラ３０による帯電後の画像形成のための妨害のない光路３４の確保を可能とするものでなければならない。
【００１４】
画像形成を完了するために、紙その他の基体３５を、カートリッジ１の下方に収められている給送ローラ３６が移動させて、シャッタ１１の移動によって開放された光伝導体の領域に紙３５を接触させる。トナー画像は従来と同様に紙３５に転写されて、熱による画像の定着、紙３５の搬出という以降のステップも従来と同様である。
【００１５】
図３はカートリッジ１が装着されたプリンタ４０を示す。下方位置にある可動部品を実線で、上方位置にあるものを破線で示す。矢印３４の経路にあてられる光は、本発明に関して本質的に従来のものと同じものでよいレーザ・プリントヘッド４２によって発生する。帯電ローラ３０は、ヒンジ４８でピボット運動又は回動する回動アーム４４に取り付けられている。前部ドア５４はヒンジ５６回りに上方に回動し（図３において、時計方向）、カートリッジ１のためのスペースを提供し、該スペースに対してカートリッジ１の挿入及び取り出しが行われている。ドア５４は、カートリッジ１の挿入の際、ヒンジ５６回りに上方へ回動する。それから、ドア５４は下方へ回動して、閉鎖位置になる。カートリッジ１を挿入すると、制御アーム７ａが衝合部材７ｂにあたり、シャッタ７を下方へ回動させて、開口部２８を作り出す。同時に、帯電ローラ３０が開口部２８内を通るように回動し、光伝導体２４と接触する。帯電ローラ３０はピボット点又は回動点４８の回りにスプリングを用いて取り付けられており（図示せず）、帯電ローラ３０と光伝導体２４との間に一定の力を提供している。ローラ６０は最終画像の載った紙３５を受け取り、出力トレイ６２上に排出する。
【００１６】
作動時に、帯電ブラシ３２は、帯電ローラ２４による最終帯電に先行して、必要とされるマイナスの荷電電流のかなりの部分を光伝導体２４に据える。ブラシ３２は複数のストランド（複数の線状素材）によって電荷を印加するため、光伝導体２４上に若干不均一な帯電パターンを作り出し、単独で使用した場合には、印刷品質にパターンの不均一をもたらすこととなる。しかしながら、本発明によれば、ブラシ３２によって予備帯電された光伝導体２４の表面は、続いて、帯電ローラ３０に到達し、該帯電ローラ３０は最終的で一様な電荷を光伝導体２４上に据える。
【００１７】
ブラシ３２に供給される電位は−１４００ボルトであり、帯電ローラ３０に供給される電位は−１６００ボルトである。光伝導体ドラム２４のアルミニウム・コアは直流−２００ボルトになっている。第２の電圧が最初のものよりも高く、かつ同じ極性であるから、これが最終電荷を決定し、また帯電ローラ３０が最終電荷の一様性及びレベルを制御する。ローラ３０を離れた直後の光伝導体２４の最終表面電荷はきわめて均一で、約−１０４０ボルトである。
【００１８】
２５０，０００ページの寿命を達成するために、帯電ローラ３０は無コーティング又は粉末コーティングのエピクロロヒドリン樹脂の本体を有している。直径は比較的大きく設計されており（すなわち、１２ｍｍ或いは１５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ程度）、これも寿命を延ばす。代替的には、帯電ローラ３０をカーボン添加ナイロン（登録商標）６−６などの選択された半導体材料でコーティングして、従来と同様、最終的な電気特性を制御することもできる。
【００１９】
帯電ブラシ３２は１平方インチ当たり繊維６０，０００乃至２５０，０００本のクロス又は布に織られた４ｍｍのカーボン添加導電性ナイロン・ファイバである。これは接触帯電部材として、比較的低価格で市販されている。光伝導体２４に印加される電荷が、この予備帯電位置では正確であったり、一様であったりする必要がないので、低価格帯電器が代替品となる。
【００２０】
上述のプリンタ４０は少なくとも５．４インチ／秒間での給紙速度で作動することになり、これは２４頁／分に相当し得る。プリンタ４０は帯電ローラ３０を交換せずに、２５０，０００ページまで正常に機能する。
【００２１】
変形は自明であろう。帯電システムの中には、ＡＣ及びＤＣを帯電ローラ３０に印加するものもある。このようなシステムにおいては、ＤＣだけを帯電ブラシ３２に印加するか、ＡＣ及びＤＣを組み合わせたものをブラシ３２と帯電ローラ３０との双方に印加するという２つの代替策が採用され得る。帯電ローラ３０に対する典型的な組合せ電位は−１０４０ボルトのＤＣに、ピークピーク電圧が１５００ボルトで６００ＨｚのＡＣ正弦波を組み合わせたものであり、これは−１０４０ボルトという最終電荷を達成する。ブラシ３２と帯電ローラ３０の両方にＡＣとＤＣの組合せ電圧をかけた場合、これらは同一のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  好ましい実施の形態の交換式トナー・カートリッジの説明のための斜視図である。
【図２】  好ましい実施の形態のプリンタに装着した場合の、本発明に関連する部品を説明し、且つカートリッジに入れられた帯電ローラと光伝導体への光路を説明する断面図である。
【図３】  機械に取り付けられた帯電ローラの詳細とともに、プリンタ全体を示す図である。
【図１】
0003911568.tif 000002
【図２】
0003911568.tif 000003
【図３】
0003911568.tif 000004