JP3936675B2 - イメージング装置および取替え型カートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式イメージング技術に関する。本発明は、画像形成システムと、摩耗標識を含む光導電体に特に適用される。本発明は、画像を形成するために感光装置を備えるプリンタ、コピー機、ファクシミリ機、または他のイメージング装置に適用されるものと理解されよう。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式のイメージング装置（ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）では、静電潜像が有機光導電体ドラムなどの感光装置上に形成されている。このドラムは、少なくとも感光体の表面層を含む１つまたは複数の層の材料を含むこともある。この表面層は、この表面層上に静電潜像を形成するために、選択的に帯電および放電させる。そして、トナーが磁気的に静電潜像に引き寄せられて、印刷媒体に転写される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
比較的に薄い感光材料は、その様々な部位が時間の経過とともに擦り減ることになる。擦り減った部位が感光材料を失うと、このドラムの帯電特性が変化し、それにより、その画質が変質することがある。従来技術のドラムでは、このドラムの擦り減った部位を容易に識別することができず、そのことから、感光層における不充分な画質または潜在的な欠陥の原因を確かめることが困難となっている。
【０００４】
本発明は、上記の問題などを処理する新規の有用な光導電体およびイメージング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態により、下地と、その下地上に設けられ、第１の色を有する第１の光導電層とを備える電子写真光導電体が提供される。第２の光導電層は、第１の光導電層の上に設けられ、第２の光導電層は、第１の色とは区別できる第２の色を有している。
【０００６】
本発明の他の実施形態により、画像形成装置用の取替え形カートリッジが提供される。このカートリッジは、トナーを入れるトナー・タンクと、静電潜像を形成する感光装置とを備え、感光装置は、感光材料の表面層と、この表面層の下の感光材料の中間層を備えている。この中間層は、表面層とは視覚的に区別でき、中間層が見えるときには、その中間層は表面層の擦り減った部分を示すことになる。現像ローラは、トナー・タンクからトナーを感光装置に付けている。
【０００７】
本発明の一利点は、感光装置の一部が擦り減るときに、ユーザに警報を出すことのできる初期警告機構を備えていることである。
【０００８】
本発明のさらに他の利点は、通常の当業者であれば、例示された実施形態の以下の詳細な説明を読んで理解すると、明らかになる。
【０００９】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面には、上記の本発明の一般的な説明、および下記の詳細な説明とともに、本発明の原理を例示するのに役立つ本発明の実施形態が図示される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下のものは、この開示の全体にわたって用いられる典型的な用語の定義を含んでいる。すべての用語の単数形も複数形も、それぞれの意味の範囲内にある。
【００１１】
本明細書に用いられる「Ｉｍａｇｅ（画像）」は、印刷プロセス中に生成され、かつ／または、印刷媒体に転写されることになっている画像を表わす任意のデータ形式を含むが、それに限定されることはない。画像は、文字、文章、グラフィックス、またはこれらを任意に組み合わせたものなどの任意のタイプの印刷可能な、または印刷されたマーキング（ｍａｒｋｉｎｇ）を含んでいる。
【００１２】
本明細書に用いられる「Ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ（イメージング装置）」には、データを、目に見えるマーキングに変換する電子写真式のプリンタ、レーザ・プリンタ、ファクシミリ機、コピー機、および他のタイプのイメージング装置があるが、それらに限定されることはない。
【００１３】
本システムは、有機光導電体ドラムなどの感光要素上の摩耗を示す初期警告機構を備えている。この構成を一般的に述べると、光導電体ドラム、または他のタイプの感光装置は、異なる色が付けられた感光材料の少なくとも２つの層を備えている。表面層の一部が擦り減ると、第２の層の色が目に見えてくる。これは、表面層の擦り減った部位を識別し、かつトラブルシューティングに役立つかもしれない摩耗パターンを識別している。この感光要素は、以下で述べられるように、イメージング装置内に設けられ、あるいは取替え形カートリッジ内に設けられることもある。
【００１４】
図１に示されるものは、本発明の一実施形態による模範的な電子写真式のイメージング装置、例えば電子写真式プリンタ１０の簡略化した断面図である。図１を参照して、プリンタの模範的な構成要素と、プリンタの一般的な動作を論じることとする。このプリンタは、例えば、有機光導電体ドラム２０などの光導電体の表面を、所定の電圧で帯電させる帯電ローラ１５を備えている。ドラム２０の表面は、選択的に帯電および放電できる一層の感光材料を備えている。レーザ・スキャナ２５は、レーザ・ビーム３０を光導電体ドラム２０上に放射して、選択的にその表面の電荷を放電させるレーザ・ダイオード（図示されてない）を備えている。このレーザ・ビームは、光導電体ドラム２０の表面の全域でレーザ・ビームを反射させる、すなわち、その全域で「スキャン」する多面体回転ミラー（図示されてない）に反射して、印刷されるデータに対応する静電潜像を形成している。光導電体ドラム２０は、矢印３５で示されるように、時計回りの方向に回転しており、レーザ・ビームの前回スキャンの後で、毎回、次のスキャンをドラム２０上に記録するようになっている。
【００１５】
この目的のために、電子写真式イメージング装置１０は、フォーマッタ６０およびコントローラ６５などのソフトウェア構成処理装置を備えていることがある。別法として、電子写真式プリンタ１０は、マイクロプロセッサ、ディスクリート・ロジック（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌｏｇｉｃ）、または他のデジタル・ステートマシンなどの他の処理装置を使用することもある。静電潜像を形成するために、フォーマッタ６０は、コンピュータ７０上で実行するアプリケーション・プログラムから、印刷データ（表示リスト、ベクター・グラフィックス、またはラスタ印刷データなど）を含むデータを受け取っている。フォーマッタ６０は、この印刷データを、二値印刷データ・ストリーム、すなわち印刷される各ページを電子的に表現したものに変換して、それをコントローラ６５に送っている。コントローラ６５は、この二値印刷データ・ストリームをレーザ・スキャナ２５に供給し、このデータに基づいて、レーザ・ダイオードにパルスを出させ、それから光導電体ドラム２０上に静電潜像を生成している。さらに、フォーマッタ６０とコントローラ６５は、特定のイメージング装置に関して当該技術分野において知られているように、電子写真式印刷プロセスを制御するのに必要なデータを交換している。
【００１６】
さらに図１を参照すると、ドラム２０の表面電荷を選択的に放電した後で、現像ローラ４０などの現像装置が、トナーをドラム２０の表面に転写している。例えば、トナー４５は、トナー印刷カートリッジ５５のトナー・タンク５０に貯蔵されている。カートリッジ５５は、消耗したトナー、擦り減った部分、またはその両方を取り替えるために、着脱自在であることもある。所望の構成に基づいて、カートリッジ５５は、例えば帯電ローラ（ｃｈａｒｇｅｒ ｒｏｌｌｅｒ）１５、ドラム２０、現像ローラ４０、および他の関連部分を含め、トナーから画像形成システムまでにわたる１つまたは複数の取替え形構成要素を備えていることもある。取替え形カートリッジの他の実施形態は、図２に示されている。
【００１７】
引き続き図１を参照すると、現像ローラ４０は、トナー４５を現像ローラの表面に磁気的に引き寄せるように、例えば磁石（図示されてない）によって磁化される。現像ローラ４０が回転すると、トナーは、現像ローラから光導電体ドラム２０上の放電表面部位に静電転写され、従って、この静電潜像がトナー微粒子で覆われることになる。
【００１８】
紙、封筒、透明シートなどの印刷媒体７５は、印刷媒体トレイ８０から、給紙ローラ（ｐｉｃｋｕｐ ｒｏｌｌｅｒ）８５によって入れられて、電子写真式プリンタ１０内の印刷経路をたどることになる。光導電体ドラム２０の下の転写地点への印刷媒体７５の前縁の到達を、ドラム２０上の静電潜像の回転と同期させるように、印刷媒体７５が駆動ローラ９０を通過することになる。そこで、転写ローラ９５などの画像転写装置は、光導電体ドラム２０の表面からトナー微粒子を引き寄せるように、印刷媒体を帯電させている。ドラム２０が回転すると、放電部位に付着しているトナーは、帯電印刷媒体７５と接触して、その印刷媒体に転写されることになる。
【００１９】
ドラム２０から印刷媒体７５の表面へのトナー微粒子の転写は、必ずしも完全であるとは限らず、一部のトナー微粒子がドラム２０上に残っていることもある。ドラム２０をクリーニングするために、ドラムが回転を続けているとき、転写されなかったトナー微粒子を除去するクリーニング・ブレード１００が含められることもあり、また、このようなトナー微粒子は、トナー廃棄ホッパ１０５に入れられている。そして、このドラムは、放電ランプ（図示されてない）により、完全に放電された後で、次回の画像生成およびトナー転写に備えて、ローラ１５を帯電させることによって、一様な帯電がドラム２０に復帰されることもある。
【００２０】
クリーニング・ブレード１００が光導電体ドラム２０の表面と接触してクリーニングすると、その接触により摩損が発生し、そのような摩損が時間の経過とともにドラム２０の感光面の一部を除去することになる。その感光面の厚さが薄くなると、ドラム２０は、その帯電特性の一部を失って、印刷された画像の品質に影響を及ぼすことがある。警告機構として、ドラム２０は、表面層とは視覚的に区別できる第２の感光層を表面層の下に備えている。表面層の一部が擦り減ると、第２の層が目に見えるようになり、この層が、光導電体ドラム２０を取り替えるべきという視覚的標識として役立っている。第２の層も感光層であるから、印刷品質に重大な欠陥を起こすこともなく、事実上、ドラム２０の帯電特性を維持することができ、これにより、ユーザは、ドラム２０を個々に取り替えるか、あるいは、このドラムが取替え形カートリッジの一部である場合には、そのカートリッジ５５を取り替えることで、ドラム２０を取り替えることができることになる。図３を参照して、二重感光層をさらに論じることとする。
【００２１】
この印刷の例をさらに続け、印刷媒体７５が印刷経路をたどって、光導電体ドラム２０および転写ローラ９５を通り過ぎると、転写後エリア（ｐｏｓｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｒｅａ）に入る。そこで、コンベヤー１１０は、加熱定着ローラ１１５や加熱加圧ローラ１２０（一般に、本明細書では、定着機構（ｆｕｓｅｒ）と呼ばれる）などの定着装置に印刷媒体７５を受け渡す。これらのローラは、互いに加圧係合しており、この接触地点でニップを形成する。印刷媒体がこれらのローラ間のニップを通過すると、トナーは、加熱および加圧のプロセスを通じて、印刷媒体に定着する。一方または両方のローラをモータで駆動して、これらのローラ間に印刷媒体７５を進める。一実施形態では、この定着機構はオンデマンド定着機構であって、定着ローラ１１５は、例えば、セラミック加熱装置１１７を保持する担持体（ｃａｒｒｉｅｒ）を取り巻いているたわみ回転スリーブを備えている。この担持体は、加圧ローラ１２０に対して圧力を加えることが可能な構造を定着ローラに施している。このたわみスリーブは、通常、ポリイミドで形成されている。別法として、この定着機構は、中空金属コアと、しばしばＴｅｆｌｏｎ（登録商標）被膜などの硬質「剥離」材料から作られている外部層で構成された硬質ローラであることもある。
【００２２】
セラミック加熱ストリップなどの加熱装置１１７は、定着ローラ１１５の内部で、かつ、その長手方向に位置づけられている。加熱ストリップは、定着ローラ被膜１１５との摩擦を減らすために、ガラス・カバーとともに、銀をベースとすることもある。他の加熱装置は、当該技術分野において知られているように、石英水銀灯、電熱線、または他の適切な発熱体を備えることもある。加圧ローラ１２０は、例えば、金属コアと、たわみやすい外部層で構成されている。この加圧ローラも、薄いＴｅｆｌｏｎ（登録商標）剥離層（図示されてない）を含むこともある。トナーを印刷媒体に定着させた後で、出力ローラ１２５は、印刷媒体を出力トレイ１３０内に押し出して、印刷が完了する。
【００２３】
引き続き図１を参照すると、コントローラ６５はまた、電子写真プロセスに用いられる構成要素、例えば帯電ローラ１５、現像ローラ４０、転写ローラ９５および定着機構に、電圧および電流を供給する高圧電源（図示されてない）も制御している。さらに、コントローラ６５は、歯車列（図示されてない）に動力を与える駆動モータ（図示されてない）を制御し、電子写真式プリンタ１０内の印刷経路を通って印刷媒体を移動させる様々なクラッチおよび給紙ローラを制御している。異なるイメージング装置は、図１の模範的なシステムに示されるものとは異なる構成要素および制御機構を有することがあると理解されよう。通常の当業者であれば、本発明は、特定の構成およびその構成の明らかな変形により、他の装置に適用されることが理解されよう。
【００２４】
図２に示されるものは、本発明による取替え形カートリッジ２００の他の実施形態である。カートリッジ２００は、図１を参照して上述の通りに動作する光導電体ドラム２０５、帯電ローラ２１０、磁気現像ローラ２１５、ローラ２１５をクリーニングするトナー・ドクター・ブレード２１７、ドラム２０５をクリーニングするクリーニング・ブレード２２０、および、トナー廃棄ホッパ２２５が入っているハウジングを備えている。以下でさらに詳しく述べられるように、繰り返しの使用と、クリーニング・ブレード２２０との係合によって、ドラム２０５の感光層が擦り減ると、ドラム２０５のうち、擦り減った部分の色が変化する。この色の変化は、当該ドラム、あるいは、この実施形態ではカートリッジ２００を取り替えるべきであることを視覚的にユーザに示すことになる。このような色の変化を作り出すために、ドラム２０５は、少なくとも２つの感光層を含み、一方が上面であり、他方がその下にあって、かつ上面とは異なる色を有している。
【００２５】
さらに、図２を参照すると、カートリッジ２００をイメージング装置内に取り付けたときに、印刷媒体７５が、光導電体ドラム２０５と転写ローラ９５間を通って、ドラム２０５上のトナーが印刷媒体に転写されるように、光導電体ドラム２０５が転写ローラ９５に隣接することになる。さらに、このハウジングに設けられたレーザ窓２３０から、レーザ３０をドラム２０５に照射して、ドラム２０５の電荷を放電させることができるように、カートリッジ２００が揃えられることになる。
【００２６】
光導電体ドラム２０５はまた、イメージング装置の歯車駆動装置と係合して、ドラム２０５の回転を制御するスプライン歯車駆動インターフェース（図示されてない）も備えている。この実施形態では、カートリッジ２００は、トナーが入っている１つまたは複数のトナー・タンク２３５と、トナーを現像ローラ２１５に受け渡すために回転し、トナー・タンクからトナーを押し出すトナー攪拌ブレード２４０も備えている。他の構成要素には、カートリッジからの漏出による廃棄トナーを減らすトナー回収ブレード２４５と、これもトナー漏れを減らす現像剤封止ブレード２５０が設けられていてもよい。
【００２７】
図３を参照すると、図１および／または図２のシステムに使用可能で、摩耗標識機構を備えた光導電体ドラム３００の一実施形態が示されている。ドラム３００は、通常、感光材料の上面層３０５を含む円筒形のアルミニウム製ドラムである。感光材料の中間標識層３１０は、上面層３０５の下に設けられており、上面層３０５の一部が時間の経過とともに劣化すると、視覚的に識別できるような摩耗標識の役目をすることになる。一実施形態では、上面層３０５と標識層３１０は、異なる色を有し、したがって、この２つの層は、ユーザでも識別できることになる。ドラム３００に追加層を加えれば、所望の性質を得ることができると理解されよう。
【００２８】
一実施形態では、上面層３０５と標識層３１０が同一の材料から形成され、この２つの層が、色を除いて、同一の性質および帯電特性を持つようにしている。このようにして、いったん上面層３０５の一部が擦り減っても、さしあたって、画質への影響が最小限に抑えられることになる。なぜなら、標識層３１０は、ドラム３００の擦り減った部分の帯電特性を持続させるからである。標識層３１０が目に見えると、これは、カートリッジおよび／またはドラムを取り替えるべきであるという、ユーザへの初期警告である。
【００２９】
光導電体ドラム３００を見ることで、過剰な摩耗により発生した色変化は、どの部位に影響を与えているのかを示すであろう。これは、専門技術者が、イメージング装置の問題を究明するときに役立つ場合がある。例えば、封筒か、または、それ以外の小さい印刷媒体を印刷するため、イメージング装置を頻繁に使用する場合には、ドラム上の色の変化により判定できる。小さい印刷媒体を印刷しているときには、ドラムの表面全体にトナーが付けられず、また、トナーを受け付けない部位は、トナーを受け付ける部位よりもさらに早めの摩耗を示すことになる。これは、トナーがドラム上で潤滑剤の役目をするからである。したがって、クリーニング・ブレードでドラムをクリーニングするとき、トナーのない部位は、感光層のさらに強い摩擦係合を受けて、感光層の早まった劣化を起こすことになる。このような事態は、標識層３１０の露出部位を視覚的に示すことから、容易に判定できる。
【００３０】
他の実施形態では、上面層３０５と標識層３１０は、異なる感光材料で形成されることもある。例えば、いくつかの用途では、この２つの層の一方は、他方の層よりも堅く、しかも、摩耗に耐えることが求められる場合がある。
【００３１】
セレン、硫化カドミウム、酸化亜鉛、フタロシアン、アモルファス・シリコン（以後、ａ−Ｓｉと略される）などのような様々な材料が、感光層として利用可能である。これらの材料の中で、ａ−Ｓｉで表わされるように、主成分としてシリコン原子を含む非単結晶被着薄膜、例えば、水素および／またはハロゲン（例えば、フッ素または塩素）で補償されたＳｉなどのアモルファス被着薄膜を使用して、高性能および高耐久性を持つ感光部材を形成することがあるが、環境保護の問題はほとんどないか、あるいは、まったくない。例えば、参照によって本明細書に組み入れられる米国特許第４，２６５，９９１号と米国特許第６，３６５，３０８ Ｂ２号は、電子写真の感光部材、およびそれらの組成の例を開示している。
【００３２】
厚さが同じか、あるいは厚さが異なる層３０５，３１０を作ることができると理解されよう。さらに、上面層３０５と標識層３１０が、必ずしも第１の表面層と第２の表面層であるとは限らないように、ドラム３００には、追加層を加えることがあると考えられる。例えば、所望の性質、ただし、感光材料の帯電特性には大して影響を及ぼさない性質を追加するために、中間層は、いずれかの層の表面に、あるいは、層と層の間に追加されることもある。
【００３３】
もっとも単純な実施形態において、光導電体ドラムを製造する方法は、金属製ドラムを提供することと、感光材料の標識層を付けることと、標識層および表面層が区別できる異なる色を有する感光材料の表面層を付けることを含んでいる。
【００３４】
他の実施形態において、円筒形の光導電体ドラムは、たわみバンドとして実施されることがある。一般に、ドラムまたはバンドは、１つまたは複数の感光層を支持するのに用いられる下地である。他の実施形態において、摩耗標識層は、感光表面層とは異なる色を有する感光しない材料から形成されることがある。このような構成では、感光層が小さくなると、さらに早く、印刷品質に影響を及ぼすことがある。
【００３５】
本発明では、光導電体ドラムの過剰な摩耗を示すために、初期警告機構が設けられている。標識層も感光層であるから、ユーザは、表面層が擦り減り始めた時でも、限られた時間の間、印刷動作を継続することができる。
【００３６】
本発明は、本発明の実施形態の説明により例解され、またその実施形態がかなり詳細に述べられてきたが、併記の特許請求の範囲を、このような細部に制限したり、あるいは、いかなる形であれ、このような細部に限定することは、出願人が意図するものではない。当業者であれば、追加の利点および変更は、容易に明らかになろう。それゆえ、本発明は、そのさらに広い面において、特定の細部、代表的な装置、および、図示され、かつ記述された図解例に限定されることはない。よって、出願人の一般的な発明思想の精神または範囲から逸脱しなければ、上記の細部から逸脱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるイメージング装置の模範的な簡略化したシステム図である。
【図２】本発明の一実施形態による模範的な取替え形カートリッジである。
【図３】本発明の一実施形態による光導電体ドラムの模範的な断面図である。
【符号の説明】
２０，２０５ 光導電体
４０，２１５ 現像ローラ
５０，２３５ トナー・タンク
５５，２００ 取替え形カートリッジ
７５ 印刷媒体
９５ 転写ローラ
１１５，１２０ 定着機構
３０５ 感光表面層
３１０ 摩耗標識

Claims (8)

1. 感光表面層と摩耗標識層を有し、静電潜像を生成する光導電体ドラムと、
   トナーを前記静電潜像に付ける現像ローラと、
   前記トナーを前記光導電体ドラムから印刷媒体に転写する転写ローラと、
   画像を前記印刷媒体に定着させる定着機構とを備え、
   前記摩耗標識層は、前記光導電体ドラムの全周にわたり設けられ、前記感光表面層の下に一層として感光材料で形成されるであって、前記感光表面層の部位の厚さが薄くなると、前記薄くなった部位を示すために目で見てわかるように、視覚的に前記感光表面層とは区別できるようになっているイメージング装置。
2. 前記光導電体ドラムは、着脱自在で、かつ取替え可能である請求項１に記載のイメージング装置。
3. 前記光導電体ドラムおよび前記現像ローラは、取替え型カートリッジ内に設けられている請求項１に記載のイメージング装置。
4. 前記摩耗標識層は、前記感光表面層とほぼ同等な帯電特性を有している請求項１に記載のイメージング装置。
5. トナーを入れるトナー・タンクと、
   感光材料の表面層および該表面層の下で全周にわたり設けられる感光材料の中間層を含む、静電潜像を形成する有機光導電体ドラムと、
   前記トナー・タンクからトナーを前記有機光導電体ドラムに付ける現像ローラと、
   を備え、
   前記中間層は、前記表面層と視覚的に区別でき、前記中間層が目に見えるときには、前記表面層の擦り減った部分を示すようになっている、画像形成装置用の取替え型カートリッジ。
6. 前記表面層は第１の色を備え、前記中間層は前記第１の色とは異なる第２の色を備えている請求項５に記載の取替え型カートリッジ。
7. 前記表面層および前記中間層は、ほぼ同一の感光材料から形成されている請求項５に記載の取替え型カートリッジ。
8. 前記表面層および前記中間層は、シリコンまたはシリコン化合物を含んでいる請求項５に記載の取替え型カートリッジ。

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