JP4015103B2 - 電子写真式画像形成装置およびそれに用いるプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

この発明は、レーザを用いる複写機・プリンタ・ファクシミリまたはそれらの複合機など、帯電・光書込み・現像・転写・クリーニングなどを繰り返して順次像担持体上にトナー画像を形成し、そのトナー画像を逐次転写して用紙・カード等の転写材に記録を行う電子写真式画像形成装置に関する。また、そのような電子写真式画像形成装置で用いるプロセスカートリッジに関する。

従来、この種の画像形成装置の中には、たとえば図１０に示すように、画像形成装置本体内にプロセスカートリッジ１を着脱自在に設け、そのプロセスカートリッジ１のカートリッジケース２内に像担持体３や現像装置４を備えるものがある。

現像装置４は、現像ローラ５を設け、現像剤貯蔵部６内に一成分現像剤を収納してなり、現像ローラ５で一成分現像剤である磁性トナーを付着して像担持体３上の静電潜像を現像していた。そして、像担持体３上に形成したトナー画像は、転写ローラ７により、レジストローラ８でタイミングを取って送り出した転写材ｐに転写していた。

ところで、このような画像形成装置では、たとえば図１１に示すように、現像ローラ５の周面とカートリッジケース２の底部２ａ上面間の距離ｈを、１．５〜２ｍｍ程度とし、それらの間を通過する磁性トナーを現像ローラ５の磁力によって保持する。よって、一般に、現像剤貯蔵部６内のトナーがそれらの間を通過して、現像後画像転写前の像担持体３表面に近接するケース部分２ｂに付着することは少なかった。

しかし、像担持体３表面や現像ローラ５表面から飛散したトナーｔが、図１２に示すようにケース部分２ｂに付着し、それがやがて塊となって何らかの拍子でカートリッジケース２から飛び出して転写材ｐを汚したり、プロセスカートリッジ１を取り出すときに触れて手を汚したりする問題があった。

このため、従来の画像形成装置の中には、たとえば図１３に示すように、ケース部分２ｂの内面に全面を貼り付けるかたちで導電性部材９を設け、その導電性部材９に磁性トナーの帯電極性と同極性の電圧を印加するものがある。

導電性部材９は、たとえば図１４に示すように、現像ローラ５と平行に設け、両端９ａをカートリッジケース２の外側に引き出してカートリッジケース２の外側面に重ね合わせ、板ばね状の導電性端子部材ｍを介して現像ローラ５のローラ軸５ａと電気的に接続していた。

ところが、このようなものでも、導電性部材９にトナーが付着することを完全に防止することは難しく、また図１５に示すように導電性部材９をまわり込んでケース部分２ｂにトナーが付着し、やはり転写材ｐを汚したり、手を汚したりする不具合を生ずることがあった。

そこで、この発明の課題は、そのような不具合を解決し、飛散トナーにより転写材を汚したり、手を汚したりするおそれをなくすことにある。

そのため、請求項１に記載の発明は、現像剤として磁性トナーを用いる電子写真式画像形成装置において、
現像後画像転写前の像担持体表面に近接するケース部分の外面に、重力方向下方から上方へと搬送される転写材をガイドするガイド部を有するケースと、
そのケース内に設けて前記像担持体上の静電潜像を重力方向下方から現像する現像ローラと、
その現像ローラと前記ケースのガイド部との間である前記ケース部分の内側に設ける磁石と、
その磁石の重力方向下方に、前記ケースに被われて存在する空間と、
を設けてなる、ことを特徴とする。

ここで、磁石を設けるケース部分は、プロセスカートリッジのカートリッジケースであってもよいし、現像装置の現像ケースであってもよく、またその他の筐体の一部であってもよい。

請求項２に記載の発明は、そのような請求項１に記載の電子写真式画像形成装置において、ケース部分を、現像ローラよりも像担持体に近接してなる、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、そのような請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置において、ケース部分に磁石を導電性部材を介して設け、その導電性部材に現像剤と同極性の電圧を印加してなる、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、そのような請求項３に記載の電子写真式画像形成装置において、磁石が現像剤を保持可能な範囲が、導電性部材の像担持体側先端から０.５〜３ｍｍの範囲となるように、磁石を設けてなる、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置において、磁石が現像剤を保持可能な範囲と像担持体との最短距離をＸとし、該像担持体の移動線速をＹとするとき、
Ｘ≧Ｙ／１００
の関係としてなる、ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、同じくそのような請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置において、磁石が現像剤を保持可能な範囲と像担持体との最短距離を１.０mm以上としてなる、ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、像担持体と、現像剤として磁性トナーを用いてその像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備える電子写真式画像形成装置のプロセスカートリッジにおいて、
現像後画像転写前の像担持体表面に近接するケース部分の外面に、重力方向下方から上方へと搬送される転写材をガイドするガイド部を有するケースと、
そのケース内に設けて前記像担持体上の静電潜像を重力方向下方から現像する現像ローラと、
その現像ローラと前記ケースのガイド部との間である前記ケース部分の内側に設ける磁石と、
その磁石の重力方向下方に、前記ケースに被われて存在する空間と、
を設けてなる、ことを特徴とする。

請求項１および２に係る発明によれば、たとえばカートリッジケースや現像ケースの、現像後画像転写前の像担持体表面に近接するケース部分に、磁石を設けるから、像担持体や現像ローラから飛散した浮遊トナーを磁石の磁力により磁気的に保持し、像担持体へと再飛散して画像品質が低下することを防止し、またケース部分に付着したトナーが塊となって外部へと飛び出すことを防止し、飛散トナーにより転写材を汚したり、手を汚したりするおそれをなくすことができる。

請求項３に係る発明によれば、ケース部分に磁石を導電性部材を介して設け、その導電性部材に現像剤と同極性の電圧を印加するから、導電性部材により多くのトナーが飛んでくることを防いで、飛散トナーを磁石で十分に保持できるようにし、飛散トナーにより転写材を汚したり、手を汚したりするおそれをより確実になくすことができる。

請求項４に係る発明によれば、磁石が現像剤を保持可能な範囲が、導電性部材の像担持体側先端から０.５〜３ｍｍの範囲となるように、磁石を設けるから、磁石による保持トナーが導電性部材を乗り越えてケース部分の表側にまでまわり込むことを阻止し、飛散トナーにより転写材を汚したり、手を汚したりするおそれをより確実になくすことができる。

請求項５に係る発明によれば、磁石が現像剤を保持可能な範囲と像担持体との最短距離をＸとし、該像担持体の移動線速をＹとするとき、Ｘ≧Ｙ／１００の関係とするから、磁石で磁気的に保持するトナーが、像担持体の回転にともなう気流等により、像担持体へと再飛散することを阻止し、画像品質の低下を一層防止することができる。

請求項６に係る発明によれば、磁石が現像剤を保持可能な範囲と像担持体との最短距離を１.０mm以上とするから、同様に、磁石で磁気的に保持するトナーが、像担持体の回転にともなう気流等により、像担持体へと再飛散することを阻止し、画像品質の低下を一層防止することができる。

請求項７に係る発明によれば、像担持体と、現像剤として磁性トナーを用いてその像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備える電子写真式画像形成装置のプロセスカートリッジにおいて、現像後画像転写前の像担持体表面に近接するケース部分に、磁石を設けるから、像担持体や現像ローラから飛散した浮遊トナーを磁石の磁力により磁気的に保持し、像担持体へと再飛散して画像品質が低下することを防止し、またケース部分に付着したトナーが塊となって外部へと飛び出すことを防止し、飛散トナーにより転写材を汚したり、手を汚したりするおそれをなくすことができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、この発明の一例であるレーザプリンタの要部概略構成を示す。図中符号１０は、プリンタ装置本体の内部に設けるドラム状の像担持体である。図中右側が、プリンタ装置本体の正面側である。

使用時は、この像担持体１０を図中矢示方向（反時計方向）に回転する。そして、はじめに表面を帯電ローラ１１で一様に帯電し、次いで不図示の光書込み装置からレーザ光Ｌを照射して書込みを行い、像担持体１０の表面に静電潜像を形成する。

ところで、像担持体１０のまわりに設ける現像装置１２には、現像ローラ１３を備え、現像剤貯蔵部１８内に一成分現像剤を収納してなる。現像ローラ１３には、像担持体１０の表面に形成した静電潜像の静電吸引力と相俟って一成分現像剤である磁性トナーを像担持体１０へと付着すべく、不図示の電源より交流成分と直流成分を重畳した現像バイアス電圧を印加する。

そして、像担持体１０の回転とともに、現像装置１２の現像ローラ１３で磁性トナーを付着して像担持体１０上の静電潜像を現像する。現像装置１２には、現像ローラ１３との間で摺擦してトナーを摩擦帯電する現像ブレード１４、トナーを攪拌搬送する攪拌軸１５およびアジテータ１６、現像装置１２内のトナー残量を検知するトナーエンドセンサ１７などを設けてなる。

他方、像担持体１０の回転とともに、不図示の給紙カセット内に設けるシート状の転写材を順に繰り出し、レジストローラ対１９間に突き当てて止める。そして、前述した像担持体１０上の画像にタイミングを合わせてレジストローラ対１９を回転し、カートリッジケース３０の外面のガイド部３０ａで案内して像担持体１０と転写ローラ２０間の転写ニップへと搬送し、転写ローラ２０で像担持体１０上のトナー画像を該転写材に転写する。

画像転写後の図示転写材Ｐは、除電針２１で除電後、搬送経路を通してそのまま上方へと搬送し、図示省略した定着装置の定着ローラと加圧ローラ間の定着ニップへと導き、そこで熱と圧力とを加えて転写材Ｐ上の転写画像を定着して後、画像面を下にして排紙部へと排出する。

一方、画像転写後の像担持体１０は、その回転とともにクリーニング装置２７のクリーニングブレード２８で残留トナーを除去し、帯電ローラ１１による再度の帯電に備える。

なお、この図示レーザプリンタにおける作像条件は、像担持体１０上の帯電電位（白部電位）が−７５０（Ｖ）、露光部電位（黒部電位）が−１００（Ｖ）、現像バイアス電圧（交流成分）が−１.８（ｋＶ）と現像バイアス電圧（直流成分）が−６００（Ｖ）の重畳バイアス電圧、転写電流が＋１２（μＡ）、像担持体線速が１００mm／secである。

ところで、図示レーザプリンタでは、上述した像担持体１０と帯電ローラ１１と現像装置１２とクリーニング装置２７などを１つの筐体であるカートリッジケース３０内に収納し、プロセスカートリッジ３２を構成する。そして、各部品間の相対位置精度を向上して画像形成装置本体の小型化を図り、また部品交換も別々の時期に行うことなく一括して行うことを可能として取り扱いを容易とするとともに、寿命管理を簡単とし、メンテナンス作業を簡易とすることができる。

プロセスカートリッジ３２には、またカートリッジケース３０で支持し、支軸３４を中心として開閉自在に像担持体シャッタ３５を設ける。そして、不図示のスプリングで閉方向へと付勢してなる。

これにより、プリンタ装置本体の正面カバーを開いたときには、その正面カバーで支持する転写ローラ２０を移動する一方、像担持体シャッタ３５を、付勢力に基づき閉じて不図示の部材に当接し、像担持体１０を被う保護位置とする。

他方、装置本体の正面カバーを閉じたときには、その正面カバーに備えるレバー部で突当部３６の突当面３６ａを押して、付勢力に抗して像担持体シャッタ３５を支軸３４を中心として開き、画像転写後の転写材Ｐが定着装置へと向かう搬送経路を開通して、図示するように像担持体１０の被いを解除する退避位置へと移動する。

さて、上述したようなレーザプリンタでは、トナー付着量の多い黒ベタ画像をプリントするときや、プリント枚数の多いときなど、多くのトナーが飛散し、カートリッジケース３０の、現像後画像転写前の像担持体１０表面に近接するケース部分３０ｂに付着する。このケース部分３０ｂは、図示例では像担持体１０から２ｍｍ、現像ローラ１３からは１４ｍｍの距離にあり、現像ローラ１３よりも像担持体１０に近接して位置する。

そこで、この発明では、そのケース部分３０ｂの内面に、表面磁束密度が５０±５ｍTの磁石４２を貼り付けて設けるようにする。そして、像担持体１０や現像ローラ１３から飛散した浮遊トナーＴを、図２に示すごとく磁石４２の磁力により磁気的に保持し、像担持体１０へと再飛散して画像品質が低下することを防止し、またケース部分３０ｂに付着したトナーが塊となってカートリッジケース３０から飛び出すことを防止する。

ところが、磁石４２まわりに多くの量のトナーが付着すると、やはり磁石４２の磁力のみでは保持しきれなくなる可能性がある。そこで、たとえば図３に示すように、ケース部分３０ｂに磁石４２を、シート状の導電性部材４０を介して設け、その導電性部材４０に磁性トナーと同極性の電圧を印加し、磁石４２方向に多くのトナーが飛んで来ないようにするとよい。

導電性部材４０は、図示例では体積抵抗１０^６（Ωcm）とする。１０^６（Ωcm）に限らず、１０^１〜１０^９（Ωcm）の範囲であれば、目的を達成することができる。

そして、従来と同様に、たとえば図４に示すとおり、現像ローラ１３と平行に設け、両端４０ａをカートリッジケース３０の外側に引き出してカートリッジケース３０の外側面に重ね合わせ、板ばね状の導電性端子部材４１を介して現像ローラ１３のローラ軸１３ａと電気的に接続する。

これにより、導電性部材４０には、現像ローラ１３に印加する交流成分と直流成分とを重畳した現像バイアス電圧と同極性のバイアス電圧、つまり現像剤と同極性の電圧を印加する。

しかしながら、図３および図４に示すように、磁石４２を導電性部材４０の先端近くに設けると、磁石４２に付着したトナーＴがやはり徐々に増えて、図５に示すようにケース部分３０ｂの表側にまでまわり込み、やがて転写材Ｐを汚したり、プロセスカートリッジ３２を取り出すときに触れて手を汚したりするおそれがある。

そこで、磁石４２は、接着の公差も含めて、磁性トナーを保持可能な範囲ａ（図６参照）が、導電性部材４０の像担持体１０側先端から０.５〜３mmとなるように取り付けるようにするとよい。このようにすると、磁石４２による保持トナーが、図５に示すようにケース部分３０ｂの表側にまでまわり込むことを阻止することができる。

実験によると、磁性トナーを保持可能な範囲ａを導電性部材４０の先端から０.５mm以下とすると、数千枚のプリントを行ったりするとき、導電性部材４０にトナーが付着し、プリント時にそのトナーが転写材Ｐに付着して画像品質が低下することとなる。０.５〜３mmとすると、良好であったが、３mm以上とすると、数百枚のプリントで画像汚れが発生した。

さて、図示レーザプリンタでは、図６に示すように磁性トナーを保持可能な範囲ａと像担持体１０との最短距離をＸとすると、そのＸを１.５〜３mmとするとよい。このＸが１mm以下となると、磁石４２で磁気的に保持するトナーが、像担持体１０の回転にともなう気流等により、像担持体１０へと再飛散して画像品質が低下するおそれがある。

また、この最短距離Ｘと像担持体１０の移動線速Ｙとの関係を、
Ｘ≧Ｙ／１００
とするとよい。このような関係とすると、磁石４２で磁気的に保持するトナーが、像担持体１０の回転にともなう気流等により、像担持体１０へと再飛散して画像品質を低下するおそれがないことが実験的に求められた。

さらに、像担持体１０の線速が１００mm／sec以下のときは、線速に関係なく、Ｘが１mm以下となると粒状トナー汚れが発生することが実験的に確かめられた。そこで、磁性トナーを保持可能な範囲ａと像担持体１０との最短距離Ｘを１.０mm以上とするとよい。

ところで、図６に示す例では、たまたま導電性部材４０をケース部分３０ｂよりも像担持体１０側に突出して設ける。このように、導電性部材４０をケース部分３０ｂよりも突出して設けると、突出する導電性部材４０で遮って、磁石４２による保持トナーが、その導電性部材４０を乗り越えてケース部分３０ｂの表側にまでまわり込むことを防ぎ、トナーをケース部分３０ｂの正面側に付着しにくくすることができる。

なお、以上説明したレーザプリンタでは、飛散トナーで転写材を汚したり、手を汚したりするおそれを確実になくすべく、現像後画像転写前の像担持体１０表面に近接するケース部分３０ｂに磁石４２を設けた。しかし、たとえば図７に示すように、磁石４２を設けることなく、現像後画像転写前の像担持体１０表面に近接するケース部分３０ｂの現像ローラ１３側に、そのケース部分３０ｂよりも像担持体１０側に突出して導電性部材４０を設け、その導電性部材４０に現像剤と同極性の電圧を印加するだけでも、この発明の課題を十分に達成することができる。

しかし、このように導電性部材４０をケース部分３０ｂから突出して設けると、カートリッジケース３０の外面のガイド部３０ａで案内して転写ニップへと搬送する転写材Ｐがこの導電性部材４０に接触または近接し、現像バイアス電圧と同極性に帯電したりして不均一な電荷を持ち、画像転写時に転写むらを生じてトナーの飛び散りなどを発生し、画像品質が低下する問題があった。

特に、図示レーザプリンタのように、現像バイアス電圧が直流成分に交流成分成分を重畳したものであるとき、交流成分のピーク電圧は５００〜３０００（Ｖ）程度に設定されることが多く、この電圧により異常画像の発生が顕著となった。

そこで、図８に示すように、シート状の導電性部材４０のケース部分３０ｂ側に同じくシート状の非導電性部材４４を接着して２層とし、この非導電性部材４４で遮って転写材Ｐが導電性部材４０に直接接触しまたは近接しないようにし、転写材Ｐに不必要な電荷が付与されないようにして、特に帯電が生じやすくなる表面加工を施した転写材Ｐに対して転写むらの発生を防止することができる。

非導電性部材４４としては、たとえば厚さが０.２mmのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いる。

なお、この図８に示すレーザプリンタでは、非導電性部材４４に転写材Ｐを接触するとき、２層となったシート部材４０・４４を１mmたわませる力を２０gf／cm以上とするとよい。

図７に示すように導電性部材４０のみの場合には、それを１mmたわませる力は１０gf／cmであり、この場合には、転写材Ｐにより導電性部材４０がたわんで復元するとき、その反動でトナーが浮遊して飛散する問題があった。

２０gf／cm以上とすると、反動で飛散することによるトナー汚れを比較的少なくすることができる。たわませる力を大きくするほど、トナー汚れを少なくすることができ、好ましくは５０gf／cm以上とすることが望ましい。

ここで、導電性部材４０のケース部分３０ｂ側に非導電性部材４４を備えるとき、図９に示すように、導電性部材４０の先端より非導電性部材４４の先端を像担持体１０側に近付けるようにすると、転写材Ｐが導電性部材４０にまったく接触しなくなるばかりか、非導電性部材４４をまわり込む電荷も防いで転写材Ｐの帯電を完全に防止し、画像品質の低下を阻止することができる。

なお、以上述べた例では、「現像後画像転写前の像担持体１０表面に近接するケース部分」が、プロセスカートリッジ３２のカートリッジケース３０の一部である場合について説明した。しかし、ケース部分は、それに限らず、現像装置の現像ケースであってもよいし、その他の筐体の一部であってもよい。

この発明の一例であるレーザプリンタの要部概略構成図である。 その浮遊トナーをケース部分の磁石で保持する状態説明図である。 他例であるレーザプリンタにおけるその浮遊トナーを磁石で保持する状態説明図である。 そのプロセスカートリッジの部分斜視図である。 その磁石で保持したトナーがケース部分の表側にまでまわり込んだ状態説明図である。 さらに他例であるレーザプリンタにおけるプロセスカートリッジの部分拡大図である。 またさらに他例であるレーザプリンタにおけるプロセスカートリッジの部分拡大図である。 さらにまた他例であるレーザプリンタにおけるプロセスカートリッジの部分拡大図である。 その変形例であるプロセスカートリッジの部分拡大図である。 従来のレーザプリンタの概略構成図である。 そのプロセスカートリッジの部分拡大図である。 カートリッジケースのケース部分にトナーが付着した状態説明図である。 従来の他のレーザプリンタにおけるプロセスカートリッジの部分拡大図である。 そのプロセスカートリッジの部分斜視図である。 そのケース部分にトナーが付着した状態説明図である。

符号の説明

１０ 像担持体
１２ 現像装置
１３ 現像ローラ
３０ カートリッジケース
３０ａ ガイド部
３０ｂ カートリッジケースのケース部分
３２ プロセスカートリッジ
４０ 導電性部材
４２ 磁石
４４ 非導電性部材
ａ 磁石が現像剤を保持可能な範囲
Ｐ 転写材
Ｔ 磁性トナー

Claims (7)

1. 現像剤として磁性トナーを用いる電子写真式画像形成装置において、
   現像後画像転写前の像担持体表面に近接するケース部分の外面に、重力方向下方から上方へと搬送される転写材をガイドするガイド部を有するケースと、
   そのケース内に設けて前記像担持体上の静電潜像を重力方向下方から現像する現像ローラと、
   その現像ローラと前記ケースのガイド部との間である前記ケース部分の内側に設ける磁石と、
   その磁石の重力方向下方に、前記ケースに被われて存在する空間と、
   を設けてなる、電子写真式画像形成装置。
2. 前記ケース部分を、現像ローラよりも前記像担持体に近接してなる、請求項１に記載の電子写真式画像形成装置。
3. 前記ケース部分に前記磁石を導電性部材を介して設け、その導電性部材に現像剤と同極性の電圧を印加してなる、請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置。
4. 前記磁石が現像剤を保持可能な範囲が、前記導電性部材の前記像担持体側先端から０.５〜３ｍｍの範囲となるように、前記磁石を設けてなる、請求項３に記載の電子写真式画像形成装置。
5. 前記磁石が現像剤を保持可能な範囲と前記像担持体との最短距離をＸとし、該像担持体の移動線速をＹとするとき、
   Ｘ≧Ｙ／１００
   の関係としてなる、請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置。
6. 前記磁石が現像剤を保持可能な範囲と前記像担持体との最短距離を１.０mm以上としてなる、請求項１、または２に記載の電子写真式画像形成装置。
7. 像担持体と、現像剤として磁性トナーを用いてその像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備える電子写真式画像形成装置のプロセスカートリッジにおいて、
   現像後画像転写前の前記像担持体表面に近接するケース部分の外面に、重力方向下方から上方へと搬送される転写材をガイドするガイド部を有するケースと、
   そのケース内に設けて前記像担持体上の静電潜像を重力方向下方から現像する現像ローラと、
   その現像ローラと前記ケースのガイド部との間である前記ケース部分の内側に設ける磁石と、
   その磁石の重力方向下方に、前記ケースに被われて存在する空間と、
   を設けてなる、電子写真式画像形成装置のプロセスカートリッジ。

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