JP2005284219A - プロセスカートリッジ及びこれを用いる画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
プロセスカートリッジに装着してクリーニングするブレードの精度を向上させ、かつ、装着時におけるねじれ、たわみの発生を抑制したプロセスカートリッジ及びこれを用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】
画像形成装置100に対して着脱可能で、感光体10と、感光体10上の転写残トナーを除去するクリーニングブレード22と、クリーニングブレード22を保持し、クリーニングブレード22を感光体10へ当接する保持板21と、感光体の両端を支持する側板220、250とを備え、この側板220、250は、保持板21の両端をそれぞれ保持する当接部としての当接面221、251が設けられるプロセスカートリッジ200とする。
【選択図】図2
Description
この画像形成装置で、高品位の画像を形成するためには、プロセスカートリッジを構成するいずれのプロセス手段も精度良く組み立てなければならない。とくに、クリーニング手段である軽いゴム状のブレードを感光体に精度良く当接しないと、例えば、長手方向に当接圧、当接角度等の当接条件の変動によりクリーニング不良になり、画像上に黒ベタ部又はハーフトーン部に白い斑点やぼそついた粒状性の粗い異常画像が発生することがある。
特許文献4では、現像枠体の現像ローラの軸線方向一端部近傍に、現像ローラを回転可能に支持する軸受部材を設け、軸受部材にマグネットローラの現像ローラとの相対位置を規定する位置決め部を形成するとともに、現像ローラと同心である略円筒状の突部を突設し、突部には、現像ローラと感光体ドラムの相対位置を規定するための位置決め部と、現像ローラを感光ドラムに対して加圧するための受け面を設けるプロセスカートリッジが開示されている。
また、特許文献6では、樹脂接合を行うことにより、サイドカバーと現像装置ユニットは、接合前の長手方向の隙間を保持した状態で固定され、感光体ユニットと現像装置ユニットとをねじれやサイドカバーの変形によるトルクアップや回転ムラをなくすことができるプロセスカートリッジが開示されている。
特許文献7では、クリーニング装置をプロセスカートリッジの側板によって支持し、従来より位置精度を高くすることができるプロセスカートリッジが開示されている。
また、特許文献3では、画像形成装置に対するプロセスカートリッジの感光体の位置決め精度向上させたものであって、クリーニング手段の取り付け精度の向上を考慮したものではない。
また、特許文献4では、画像形成装置に対するプロセスカートリッジの現像ローラ等の現像手段の位置決め精度向上させたものであって、クリーニング手段の取り付け精度の向上を考慮したものではない。
また、特許文献5では、クリーニング枠体の側壁の剛性を高めることで、プロセスカートリッジの画像形成装置本体における位置決め精度を向上させたもので、クリーニング手段の取り付け精度の向上を考慮したものではない。
また、特許文献6では、複数の樹脂製枠体を設け、枠体間の固定によって生ずるねじれをなくす結合方法であって、クリーニング手段の取り付け精度の向上を考慮したものではない。
また、特許文献7では、クリーニング装置を側板によって支持することにより精度を上げるようにしたが、各クリーニング手段(クリーニングブレード、マグネットローラ)の保持位置には着目しておらず、より精度の高い構成が望まれる。
1.本発明のプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、像担持体と、前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段を保持し、前記クリーニング手段を前記像担持体へ当接する保持板と、前記像担持体の両端を支持する側板とを備え、前記側板は、前記保持板の両端をそれぞれ保持する当接部が設けられることを特徴とする。
2.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記クリーニング手段は、クリーニングブレードであることを特徴とする。
3.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記側板は、前記像担持体の両端を支持する軸受を備えることを特徴とする。
4.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記保持板は、クリーニング手段と、クリーニング手段を備えるハウジングとを固定することを特徴とする。
5.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記クリーニング手段は、像担持体と保持板との間に設けられ、かつ 前記保持板は、前記当接部と同一面側に設けられることを特徴とする。
6.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記当接部は、前記軸受の幅内近傍に設けられることを特徴とする。
8.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記側板はプロセスカートリッジ枠体を備え、前記プロセスカートリッジは、プロセスカートリッジ枠体内に粉体潤滑剤を収納する収納部を備えることを特徴とする。
9.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、前記塗布手段は、像担持体に当接しているエラストマー製のブレードを備えることを特徴とする。
10.また、本発明のプロセスカートリッジは、さらに、像担持体上を帯電する帯電手段を備えることを特徴とする。
12.また、本発明の画像形成装置は、さらに、上述の2ないし10のいずれか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。
13.また、本発明の画像形成装置は、さらに、現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
14.また、本発明の画像形成装置は、さらに、現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、このプロセスカートリッジを用いることで他のプロセスモジュールの装着精度を高めることができ、高品位の画像を長期にわたって得ることができるという効果を奏するものである。
図1は、フルカラー画像を形成する画像形成装置一例を示す断面図である。ここに示した画像形成装置100は、本体内に並列された4個のプロセスカートリッジ200(Y、C、M、K)、無端状の中間転写ベルト62、2次転写ローラ65、プロセスカートリッジにトナーを供給する各色のトナーボトル59などを備えている。なお、プロセスカートリッジ200は、像担持体10、クリーニング手段であるクリーニングモジュール20、帯電手段である帯電モジュール30、現像手段である現像モジュール50などを備える。
中間転写ベルト62は、各像担持体である感光体10の上方に位置し、中間転写ベルト62の下側の走行辺が各感光体10の周面に当接している。中間転写ベルト62は、各感光体10の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写される転写材の一例を構成するものである。
各感光体10上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト62に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一である。
感光体10は図2における時計方向に回転駆動され、このとき帯電電圧を印加された帯電手段である帯電モジュール30によって感光体10が所定の極性に帯電される。帯電後の感光体10には、図1に示した光書き込み装置40から出射する光変調されたレーザビームLが照射され、これによって感光体10に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段である現像モジュール50によって各色のトナー像として可視像化される。
中間転写ベルト62を挟んで、感光体10と反対側に一次転写ローラ61が配置され、この一次転写ローラ61に転写電圧が印加されることにより、感光体10上のトナー像が、回転する中間転写ベルト62上に一次転写される。トナー像転写後の感光体10上に付着する転写残トナーはクリーニング手段であるクリーニングモジュール20によって除去される。クリーニング手段の下流側には感光体10上に潤滑剤を塗布し、感光体10表面の磨耗を低減し、クリーニング性を上げる潤滑剤の塗布手段70を備える。
図1に示すように、画像形成装置本100体内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体を収容した給紙カセットを有する給紙装置130が配置され、所定のタイミングで中間転写ベルト62の部分と、これに対置された二次転写ローラ65との間に給送される。このとき、二次転写ローラ65には図示しない電源から所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト62上の合成トナー像が記録媒体に二次転写される。
合成トナー像を二次転写された記録媒体はさらに上方に搬送されて定着装置90を通り、このとき記録媒体上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置90を通過した記録媒体は、排紙ローラ対によって、画像形成装置本体100の上部の排紙部に排出される。
このプロセスカートリッジ枠体210は、図示手前側の側板220(第1側板)から感光体10の長手方向に一体的に設けられ、帯電モジュール30が取り付けられる位置決め板211、および塗布手段70と粉体潤滑剤を収納する潤滑剤収納部270とで構成される。第1側板220は、感光体10のフランジ13から突出した感光体の回転軸14を軸支するための軸受244、現像モジュール50を装着するガイド溝223、現像モジュール50を固定する固定穴225、226が設けられている。また、奥側には、感光体10の回転軸14が側板250に組みつけられるときに、感光体10を仮置きするための仮置き部232が設けられる。また、この第1側板220は、後述するクリーニング手段の保持板21を当接する当接部としての第1当接面221が設けられる。
円筒状の像担持体である感光体10は、図5に示すように、円筒内部の両端にフランジ13、15が設けられ、両フランジを貫通する回転軸14が設けられている。
図7に示すように、クリーニングモジュール20は、クリーニング手段であるクリーニングブレード22、これを保持する保持板21、感光体から回収したトナーが飛散しないようハウジング26内をシールする入り口シール23、回収されたトナーを収納するハウジング26、ハウジング26内に回収されたトナーを画像形成装置100本体内まで搬送する搬送オーガ25が設けられている。なお、保持板21は、長手方向の略中間位置において、ネジ27によりハウジング26を固定している。
また、保持板21の両側には位置決めガイド28として、当接面221、251に設けられる位置決め用の棒状の突起に対応する穴部281と固定ネジ用の穴282が設けられている。なお、位置決めには、これに限定するものではなく、例えば、弾性を有する部材を穴又は窪み状にした部分に押し当てるものでもよい。また、固定には、ネジに限定するものではなく、棒状の突起にEリング等を用いてもよい。
ここでは、クリーニング手段であるクリーニングブレード22を感光体10に当接する保持板21の両端を保持する当接部を面として形成された当接面221、251とした。しかしながら、本発明はこの構成に限られず、クリーニング手段を感光体10へ当接状態を決定できるものであれば当接部の形状には限定されないことは明白である。
また、その材質は、厚み2.0mmのSUS鋼板によりなり、強度を持たせている。なお、保持板21は、鉄板、アルミニウム板、リン青銅等の銅板を用いてもよい。
また、クリーニングブレード22の保持板21への固着は、保持部21に接着剤を塗布し貼り合わせ加熱又は加圧して接着している。しかしながら、両面テープや接着剤による固定なども便宜採用できる。
また、クリーニングブレード22は、硬度(JIS―A)が、60〜85°の範囲が好ましい。硬度が60°未満ではクリーニングブレード22の変形が大きくトナー等のクリーニングが困難になり、硬度が85°を越えると感光体10の摩耗が大きくなり、画像形成装置の寿命を短くする。さらに、クリーニングブレード22の当接条件のうち当接圧は、10〜60gf/cmの範囲にあることが好ましい。当接圧が10gf/cm未満では粒径が2μm未満のトナーのクリーニングが困難であり、60gf/cmを越えるとクリーニングブレード22先端がめくれたりやバウンディングが生じやすくなり、ビビリ等のクリーニング不良が生じやすくなって、クリーニング性が低下する。クリーニングブレードの弾性率は4.5〜10MPa、クリーニングブレード22の自由長は5〜12mm、クリーニングブレード22の厚さは1〜2mm、当接角度は5〜25度、食い込み量は0.1〜2.0mmが好ましい。クリーニングブレード22の当接角度は、当接位置の接線から5〜25°以下の範囲になることが好ましい。当接角度が5°未満ではトナーのすり抜けによるクリーニング不良が発生しやすく、25°を越えるとクリーニング時にブレードまくれが生じることがある。クリーニングブレード22の感光体10への食い込み量は、0.1〜2.0mmの範囲にあることが好ましい。0.1mm未満では、クリーニングブレード22と感光体10の接触する面積が小さく、トナーがすり抜けるクリーニング不良が生じ、2.0mmを越えると感光体10との摩擦力が大きくなりブレードめくれやバウンディングが生じやすくなる。また、ブレードの振動による鳴き、ビビリ等のクリーニング不良が生ずる。
なお、現像剤は、磁性キャリアとトナーによる二成分現像剤の他、磁性一成分現像剤、非磁性一成分現像剤を適宜選択して使用することができ、この場合、現像スリーブの仕様は変えることで対応することができる。
面板240は、感光体10の回転軸14を支持する軸受244の外周に嵌合し、感光体の軸に対して位置決めされる穴部241、現像モジュール50の現像スリーブ51のシャフト511が挿入される挿入部242、面板240をプロセスカートリッジ枠体210の側板220に固定するネジ用の穴243が設けられている。
図12は、プロセスカートリッジ枠体前側の側板に対し、面板により現像モジュールを位置決めしたときの状態を示す図である。感光体10の回転軸14は、図12に示すように、プロセスカートリッジ枠体210の側板220に設けられた軸受244を貫通することで感光体10の回転軸14が位置決めされている。面板240は、当該軸受244の外周に位置決めの穴部241が嵌合し、かつ現像スリーブ51のシャフト511に挿入部242が挿入されることにより、感光体10の回転軸14と現像スリーブ51の位置が決定される。このように位置決めがなされた後、固定穴225、226からそれぞれ現像モジュール50のガイド521、522が固定され、現像モジュール50の枠体への固定が行われる。
図13に示すように、プロセスカートリッジ枠体210に、側板220に設ける軸受244に感光体10のシャフト14を挿入し、さらに、第2側板250の軸受254に感光体10のシャフト14を挿入してからプロセスカートリッジ枠体210の側板230に固定する。さらに、クリーニングブレード22を保持する保持板21に設けるガイド部28をプロセスカートリッジ枠体210の側板220と第2側板250に設けられる第1当接面221、第2当接面251にそれぞれ位置決めして取り付ける。これによって、少ない部品で精度の高い位置決め、ねじれ、たわみの発生の少ない取付が可能になる。
以下、各モジュール、部分の取付について詳述する。
この塗布装置70は、潤滑剤収納部270にある潤滑剤を供給部材72のフィルム721に乗せて、感光体10に潤滑剤を供給し、感光体10に当接された塗布ブレード711で潤滑剤を薄層化して塗布する。これによって、感光体10の摩擦係数を低くすることができ、トナーの転写率を向上させて廃棄するトナー量を減少させることができる。
さらに、感光体10の表面の摩擦係数を小さくすることによって、クリーニングしにくい球形形状のトナーであってもクリーニングすることができる。また、潤滑剤の薄層形成を塗布ブレード711で行うことで、不必要な潤滑剤は塗布ブレード711でせき止められ、感光体10に薄膜を形成する量をできるだけ少なくすることで最小厚さの膜を形成することができる。また、このときに、薄層にならなかった潤滑剤は、塗布ブレード711上からこぼれて潤滑剤収納部270に戻るので、潤滑剤を長く使用することができる。
また、潤滑剤は、粉体状であって、体積平均粒径が、0.1〜3.0mmの範囲にあるものを用いる。成型した潤滑剤では、ブラシで強く摺擦して粉体状に掻き取り感光体10に供給しなければならず、ブラシの寿命が短くなり、また、駆動させるための軸、ギアの強度を高くしなければならず、製造上のコスト低減が困難である。粉体状の潤滑剤を用い、また、粉体状潤滑剤の体積平均粒径を小さくすることで、塗布ブレード711による薄層化を容易にすることができる。0.1mm未満では、薄層化されることなく塗布ブレード711をすり抜けてしまう。3.0mmを越えると、塗布ブレード711でクリーニングされてしまい、薄層化することができない。
帯電モジュール30は、図16に示すように、感光体10に対向して配設される帯電部材31、帯電部材31の端部に固定される図示しないギア、帯電部材31が振動するのを防止するバネ材32、帯電部材31の汚れを除去する帯電クリーニングローラ33、クリーニングローラ33の軸受37、帯電クリーニングローラ33を帯電部材31に当接するよう押圧するバネ材38、感光体10との間隙を設けるためのスペーサ部材34、帯電部材31の端部に付けられ、帯電部材31を帯電モジュール30のハウジングに支持する支持部材35、これらを収納するハウジング39からなっている。帯電部材31のギアは後述の駆動機構により回転駆動され、帯電クリーニングローラ33は帯電部材31に連れ回るよう、回転自在に軸支されている。支持部材35は、バネ材32により、ハウジング39から離間する方向(感光体のドラム軸に向かう方向)へ押圧され、ハウジング39に形成された規制部材により移動を規制される。この構成により、帯電モジュール30のプロセスカートリッジ200への装着時、帯電部材31は、スペーサ部材34によって感光体10と適切な距離を保ち、かつ帯電部材31を感光体10に押圧する。また、帯電モジュール30の取り外し時には、帯電モジュール30自体での取り扱いを可能とする。
また、帯電部材31は、駆動機構により駆動させるようにしたが、感光体10の駆動によって従動するよう構成してもよい。
また、帯電クリーニングローラ33は、メラミンフォームなどの樹脂発泡体を採用したが、ブラシやローラなどによりクリーニングしてもよい。
なお、本実施形態では、潤滑剤を供給する供給部材72の回転速度は、感光体10の回転速度よりも早く設定している。したがって、感光体10表面への潤滑剤塗布量が不足することはない。しかしながら、ギア比を調整することにより、感光体の回転速度と供給部材の回転速度を調整し、潤滑剤塗布量を適当になるよう設定することができる。
また、本発明の画像形成装置100では、このようなプロセスカートリッジ200を用いることで、高品位の画像を長期にわたって安定して供給することができる。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
11 アルミニウム基板
12 感光層
121 電荷発生層
122 電荷輸送層
123 保護層
13 前側フランジ
14 奥側フランジ
141 カップリング
15 シャフト
16 カップリング
17 ギア
20 クリーニングモジュール
21 保持板
22 クリーニングブレード
23 フィルム
24 残トナー収納部
25 搬送オーガ
26 筐体
27 ネジ
28 位置決めガイド
281 ガイド
282 固定穴
30 帯電モジュール
31 帯電部材(帯電ローラ)
32 バネ材
33 帯電クリーニングローラ
34 スペーサ部材
35 バネ支持部材
37 軸受
39 ハウジング
40 露光装置
50 現像モジュール
51 現像スリーブ
511 回転軸
521、522 ガイド
53 混合ローラ
54 供給ローラ
55 規制部材
56 現像剤収納部
561 仕切板
60 転写装置
61 第1転写ローラ
62 中間転写ベルト
62、63、64 回転ローラ
65 テンションローラ
70 塗布装置
71 膜形成部材
711 薄層化ブレード
712 支持部材
72 供給部材
721 フィルム
90 定着装置
100 画像形成装置
110 読取部
120 画像形成部
130 給紙部
200 プロセスカートリッジ
210 プロセスカートリッジ枠体
211 補強板
220 第1側板
221 第1当接面
225、226 固定穴
230 側板
240 面板
241 穴部
242 挿入部
244 軸受
250 第2側板
251 第2当接面
254 軸受
253 シャフト支持部
255 ガイド溝
257 固定手段
270 潤滑剤収納部
Claims (14)
- 画像形成装置に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
像担持体と、
前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、
前記クリーニング手段を保持し、前記クリーニング手段を前記像担持体へ当接する保持板と、
前記像担持体の両端を支持する側板とを備え、
前記側板は、前記保持板の両端をそれぞれ保持する当接部が設けられる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記クリーニング手段は、クリーニングブレードである
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1又は2に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記側板は、前記像担持体の両端を支持する軸受を備える
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記保持板は、クリーニング手段と、クリーニング手段を備えるハウジングとを固定する
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記クリーニング手段は、像担持体と保持板との間に設けられ、かつ 前記保持板は、前記当接部と同一面側に設けられる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項3に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記当接部は、前記軸受の幅内近傍に設けられる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、粉体潤滑剤を塗布する塗布手段を備える
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項7に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記側板はプロセスカートリッジ枠体を備え、
前記プロセスカートリッジは、プロセスカートリッジ枠体内に粉体潤滑剤を収納する収納部を備える
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項7又は8に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記塗布手段は、像担持体に当接しているエラストマー製のブレードを備える
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、前記像担持体上を帯電する帯電手段を備える
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 像担持体上に形成された静電潜像をトナーで可視化する画像形成装置であって、画像形成装置に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、
前記画像形成装置は、像担持体とクリーニング手段とを備え、かつ、クリーニング手段を保持する保持板を備え、像担持体の一方の軸を支持する軸受と保持板を当接する第1当接部とがを設けられた第1側板と、像担持体の他方の軸を支持する軸受と保持板を当接する第2当接部とが設けられた第2側板とを備えるプロセスカートリッジを備える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項11に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、請求項2ないし10のいずれか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。 - 請求項11ないし12に記載の画像形成装置において、現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項11ないし13に記載の画像形成装置において、現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。
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