JP5625526B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に、カラー印字のみならずモノクロ（黒色）印字も頻繁に行うタンデム型かつ電子写真式の画像形成装置に好ましく適用される技術に関するものである。

タンデム方式と呼ばれるカラー画像形成装置は、カラー画像形成装置といっても、実際上カラー印字を行うだけでなく、モノクロ（黒色）での印字も頻繁に行われる。そして、モノクロ印字の方がカラー印字と比べ、使用頻度が多い場合もあり、ブラックの感光体は、他の色の感光体に比較して相対的に摩耗が速いという欠点があった。このため、ブラックの感光体の寿命を他の色の感光体より長くするために様々な検討がなされてきた。

また、タンデムの画像形成装置に関わらず、最近では環境問題から省エネの機械のニーズがある。ここで、画像形成装置に使われる消費電力を考えてみると、その大半は定着プロセスで使われる。よって、定着器の開発あるいはトナーの開発により消費電力を抑える努力がなされてきた。

例えば特許文献１には、複数の静電潜像保持体（感光体）の交換サイクルを近づけて、一部（ブラック）の極端な短命化を抑制できる画像形成装置が開示されている。当該画像形成装置では、複数の静電潜像保持体、接触帯電手段、非接触帯電手段を備え、静電潜像保持手段は、複数の機能層が形成され、接触帯電手段に対する各機能層の構成比率と非接触帯電手段に対する各機能層の構成比率とが異なっている。

特許文献１で開示された画像形成装置では、ブラックのユニットを他のユニットと違う構成にすることで、ブラックの寿命を長くしている。カラー印字モードでもモノクロ印字モードでも同じユニットを用いるので、ユーザが極端にモノクロ印字を行う場合には、やはりブラックのユニットは交換時期が他ユニットとずれてしまう。

他方で、上述したように、環境問題への対応として必要な省エネ機能に対するニーズに応えるべく、画像形成装置で使用される消費電力を可能な限り抑制できるようにすることが望ましい。

そこで、本発明は、上記の事情に鑑みて、ブラックのユニットの寿命を他の色のユニットと同程度にすることができ、装置全体の消費電力を抑制することが可能な画像形成装置を実現することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、タンデム型かつ電子写真式の画像形成装置において、２つのブラックの作像ユニットを含む５つの作像ユニットを有し、ブラック以外の３つの作像ユニットと第１のブラックの作像ユニットは乾式トナーを用い、第２のブラックの作像ユニットは湿式トナーを用いる画像形成装置であって、前記湿式トナーを用いる作像ユニットで作像する第２のモードは、前記乾式トナーを用いる作像ユニットで作像する第１のモードより低い温度で定着動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ブラックのユニットの寿命を他の色のユニットと同程度にすることができ、装置全体の消費電力を抑制することが可能な画像形成装置が実現される。

本発明の実施形態に係る複写機の構成を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る乾式用の作像ユニットの構成を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る湿式用の作像ユニットの構成を示した断面図である。

本発明では、ブラックの現像方式を２種類の現像方式で行う。１つは乾式現像方式であり、もう１つは湿式現像方式である。カラーモード印字の場合はカラー、ブラックともに乾式現像方式で作像を行う。また、モノクロ印字モードの場合は湿式現像方式で印字を行う。このようにすれば、ブラックも長寿命化になり、またモノクロモードでは省エネで印字を行うことができるので、画像形成装置全体としても通常の４ステーションのタンデム画像形成装置よりも消費電力を抑えることが期待できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は複写機の全体構成を示す断面図、図２は乾式用のカラー、ブラックの作像ユニットの構成を示す断面図、図３は湿式のブラックの作像ユニットの構成を示す断面図を示している。

図１の複写機は、装置本体１００の下部に記録材としての用紙を収納する給紙カセット２０を配した給紙部を設け、その上方に作像部３０を配置した構成となっている。作像部３０は、像担持体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ＿１、１Ｋ＿２（以下、特に色を特定する必要がなければ像担持体１という）を備えた複数の作像手段として５個の作像ユニットと、ローラ１１、１２に巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトにより構成した中間転写体としての中間転写ベルト１０と、各像担持体に潜像を形成する潜像形成装置である光書込みユニット４と、用紙にトナー像を定着させる定着装置２３等が設けてある。給紙カセット２０から定着装置２３までの間には、用紙を搬送する搬送経路が形成してある。図中２１は呼び出しローラ、２２はレジストローラである。

中間転写ベルト１０を張架している２つのローラの間は、このベルトの下部側ベルト走行辺に相当している。中間転写ベルト１０には、ローラ１２と対向する部位に２次転写装置となる２次転写ローラ１６を搬送経路に臨ませて配設し、ローラ１１と対向する部位にベルト表面を清掃するベルトクリーニング装置１５が配設してある。

作像部３０は、この下側走行辺に対向するように配置することで、中間転写ベルト１０の下方に配設してある。各作像ユニットは、中間転写ベルト１０に接する像担持体１をそれぞれ備えている。図２に示すように、各像担持体１の周りには、帯電ローラ７、現像ユニット９、クリーニング装置１７がそれぞれ配置してある。各像担持体１が中間転写ベルト１０に接する位置における中間転写ベルト１０の内側には、１次転写を行う転写装置としての転写ローラ１４がそれぞれ設けてある。 一次転写ローラは印字モードによって、上下に移動される。

光書込みユニット４は、光変調したレーザ光Ｌを各像担持体１の表面に照射して、像担持体表面に色毎の静電潜像を形成するものであり、本実施形態では、作像部３０の下方に配置してある。

また、図１に示すように、装置本体１００の上部には、トナーボトル３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ＿１、３１Ｋ＿２（以下、特に色を特定する必要がなければトナーボトル３１という）を配置している。通常は、トナーボトル３１のみの交換でトナーを補給し、像担持体１や帯電ローラ７等のプロセスカートリッジの交換時期にのみプロセスカートリッジ全体を交換する。３１Ｋ＿１は乾式のブラックトナーを、３１Ｋ＿２は湿式のブラックトナーを示している。

なお、図１では、トナーボトル３１が各色とも機械上側に配置され、下側にある各色のプロセスカートリッジまでトナーを搬送してトナーを補給する構成となっている。このような構成にすることで、通常はトナーボトルの交換のみで済むため、ユーザのコストを低減できるようになる。また、装置の他の部分を開け閉めや出し入れの回数が減るため、シャッタ部等でのトナー飛散が防止できるようになり、メンテナンス性の向上を図り得る。

画像形成動作が開始すると、各作像ユニットの像担持体１を図示しない駆動装置によって時計方向に回転駆動し、各像担持体１の表面を帯電ローラ７によって所定の極性に一様に帯電させる。帯電した各像担持体１の表面には、光書込みユニット４からレーザ光Ｌをそれぞれ照射し、それぞれの表面に静電潜像を形成する。このとき、例えばスキャナ４０で読み取った画像を演算装置にて、各像担持体１に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成した静電潜像は、各像担持体１と現像ユニット９の間を通るとき、各現像ユニット９に収納したトナーによってトナー像として可視像化する。

中間転写ベルト１０を巻き掛けた複数のローラ１１、１２のうち１つのローラを、図示していない駆動装置によって反時計方向に回転駆動し、これにより中間転写ベルト１０を走行駆動し、他のローラを従動回転させる。このように走行する中間転写ベルト１０には、各作像ユニットで形成した各色のトナー像が転写ローラ１４によって順次重ねて転写され、中問転写ベルト１０の表面にはフルカラーのトナー像が担持される。

トナー像を転写した後の各像担持体１の表面に付着する残留トナーは、クリーニング装置１７によって各像担持体１表面から除去し、像担持体１の表面を図示しない除電装置によって除電し、表面電位を初期化して次の画像形成に備えさせる。

一方、給紙トレイ２０から給紙した用紙を搬送経路へ送り込み、２次転写ローラ１６よりも給紙側に配設したレジストローラ対２２によって給紙タイミングをとってローラ１２と２次転写ローラ１６との対向部に給送する。このとき２次転写ローラ１６には、中問転写ベルト１０表面のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧を印加し、これによって中間転写ベルト１０の表面のトナー像を用紙上に一括して転写する。トナー像の転写を受けた用紙を定着装置２３へと搬送し、定着装置２３を通過させる際に熱と圧を加え、トナー像を溶融させて定着させる。

そして、トナー像が定着した用紙、すなわちプリント済みの用紙は、装置本体１００の上部寄りに設けた搬送経路の終端に位置する排出ローラ２４へと搬送し、装置本体１００の上部に構成した積載部へと排出する。トナー像を用紙に転写した後の中間転写ベルト１０上に残留したトナーはクリーニング装置１５より除去する。

また、クリーニング装置１５及び各作像ユニット内のクリーニングブレード１７ｃで除去されたトナーは搬送コイル１７ｆによって搬送され、廃トナー回収容器５０に回収される。

このように構成した複写機は、カラー印字モード時は、４個の作像ユニットを中間転写ベルト１０に対向させて設け、中間転写ベルト１０に順次各色のトナー像を重ねて転写するため、作像手段が１つで４色の現像装置を持ち、中間転写ベルト上にトナー像を重ねて転写し、その後用紙に転写する形式のものと比べて、作像時間を大幅に短縮する。また、装置本体１００の上部に積載部が構成してあるので、装置本体１００から積載部が周囲に飛び出ることがなく、設置面積や占有面積が小さくなる。

なお、以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、作像部３０の作像ユニットのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色または３色の画像を形成したりすることもある。また、本実施形態の複写機を用いてモノクロ印刷をする場合には、湿式ブラックの作像ユニットの感光体ドラム１Ｋ＿２上にのみ静電潜像を形成して同ユニットによって現像して用紙に転写し、定着装置２３で定着すればよい。

作像ユニットは、いわゆるプロセスカートリッジとし、像担持体１、現像ユニット９、クリーニング装置１７、帯電ローラ７が一体としてある。

次に、各作像ユニットについて説明する。

図２に示しているのはカラーおよび乾式ブラックの作像ユニットである。感光体ドラム１に対抗して現像器９があり、クリーニング装置１７内に潤滑剤塗布機構（１７ａ、１７ｂ、１７ｅ）とクリーニングブレード１７ｃがあり、その下流に帯電ローラ７が設けられている。図では帯電ローラは微小ギャップを持つが、感光体ドラムに接触していても構わない。

潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの線速、ここで説明する線速とは、潤滑材塗布ブラシローラ１７ａが像担持体１の表面に接触している位置での線速をいい、これを像担持体１の線速に対して若干異なる早さに設定してある。

具体的な例として、潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの径はφ１２ｍｍ、φ３０ｍｍの像担持体１に対して１ｍｍ食込ませて使用しているので、像担持体１に接触している部分での潤滑材塗布ブラシローラ１７ａの実質の径はφ１０ｍｍとなり、本願明細書で述べる線速は、像担持体１の径φ３０ｍｍ、潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの径φ１０ｍｍで計算されるものである。当然、潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａ単体の外径が同じでも、食込み量の設定（像担持体１と潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの中心間距離）の設定が変化すれば、ここで述べている潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの線速も変化するので、適宜好ましい設定を採択するようにすればよい。

潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａをアクリル繊維、ナイロン繊維、ＰＥＴ繊維を用いて構成し、潤滑剤として固形のステアリン酸亜鉛を用い、加圧バネ１７ｅで適正な加圧力で潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａに押し当てた場合、像担持体１の線速に対して潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａの線速を０．８≦Ｘ＜１または１＜Ｘ≦１．３倍程度の範囲に設定するが望ましい。特には若干速い１＜Ｘ≦１．３倍程度の範囲に設定するがより望ましい。

また、図２に示すように、潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａがクリーニングブレード１７ｃの上流（感光体ドラム１の回転方向で）に位置し、感光体ドラム１上の転写残トナーのクリーニング補助手段としての役目も発揮できるように構成してある。そのため、長寿命化で懸念されるクリーニングブレードの摩耗によるクリーニング不良も、ブラシの効果で解決できる構成になっている。

なお、図示の潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａが潤滑剤１７ｂに接触する前にフリッカーを配置することにより、転写残トナーを像担持体より回収したブラシローラがそのトナーを抱え込むのを防止し、トナー付着の少ない状態で効率良く潤滑剤１７ｂを塗布することが可能となる。加圧バネ１７ｅは、潤滑剤を潤滑剤塗布ブラシローラ１７ａへ押しつけている付勢部材である。

本実施形態では、潤滑材の消費量を決める手段としてコイルバネ等の付勢部材を用いているが、重力を使って錘などを用いてもよく、これに限定するものではない。

図３は、湿式ブラックの作像ユニットを示している。乾式のユニットとの構成上の違いはそれほどないが、現像ユニットは撹拌ローラ、供給ローラ、現像ローラと３本のローラで構成され、現像ローラは感光体に接触して現像される。また、帯電方式として乾式ユニットと同じく、非接触の帯電ローラを示しているが、コロナ帯電でも問題なく、これに限るものではない。

また、図３の現像ローラ接触位置より下流で一次転写前に、湿式現像特有のスクイーズローラ１７ｇが取り付けられている。このローラの役目は、現像後のトナー膜からキャリア液を回収することを目的としている。この機能が必要な理由は、現像、転写プロセスで必要となるキャリアが、定着プロセスにおいてトナー樹脂を凝固することを阻害するためである。したがって、定着前までに、トナー膜のキャリア量を調整するのが望ましく、転写ローラにもスクイーズローラを設置する場合もある。ただし、湿式ブラックでは色重ねを行わないため、スクイーズによるキャリア回収量も少なく済み、スクイーズの装置も過剰に必要ではない。

本実施形態において、カラーモードによる印刷の場合とモノクロモードによる印刷の場合とで定着温度を変えるように構成してもよい。この場合、トナーのＴｇ、Ｔｍを下げることができ、定着の設定温度を下げることが可能となることから、装置の省エネ化につながる。

また、本実施形態において、湿式トナーが不揮発性の高濃度液体トナーであってもよい。湿 式トナーにも揮発性トナー、不揮発性トナーと種類はあるが、環境規制の観点から不揮発性トナーが望ましい。

また、本実施形態において、乾式のユニットにはＯＰＣのドラム、湿式のユニットにはアモリファスシリコンのドラムを用いて構成してもよい。湿式においては、液体のキャリアによってＯＰＣ層が汚染され、作像できなくなってしまうため、ＯＰＣは適さない。このため、湿式のユニットには耐摩耗性に優れているアモリファスシリコンを用いる。

また、本実施形態において、カラー印刷モードとモノクロ印刷モードとで感光体ユニットの当離接を行うように構成してもよい。このように構成することで、転写ベルト上で、特に乾式トナーが湿式ユニットに、あるいは湿式トナーが乾式ユニットに混じるのを防ぐことができ、各ユニットの寿命を長くできる。

上述した本実施形態では、ブラックの作像ユニットをカラー印字モード用とモノクロ印字モード用に分けて構成しているため、ブラックの作像ユニットの寿命を少なくともカラーユニット以上まで延ばすことが可能となる。

また、上述した本実施形態では、ブラックの作像ユニットについて湿式現像を用いることで定着の温度を下げることができる。湿式現像の特徴のひとつに、トナー粒子をキャリアと呼ばれる液体で包みこむため、トナー粒子自体のＴｇ、Ｔｍを下げることができるということがある。つまり、トナー粒子を溶かすのに必要な温度を下げることができるので、定着の設定温度を下げることができ、低温定着を実現する。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。すなわち、上記作像ユニットについて、作像を行うための各構成要素を一体化し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成してプロセスカートリッジとしてもよい。

１ 像担持体
４ 光書込みユニット
７ 帯電ローラ
９ 現像ユニット
１０ 中間転写ベルト
１１，１２ ローラ
１４ 転写ローラ
１５，１７ クリーニング装置
１６ ２次転写ローラ
１７ａ 潤滑剤塗布ブラシローラ
１７ｂ 潤滑剤
１７ｃ クリーニングブレード
１７ｅ 加圧バネ
１７ｆ 搬送コイル
１７ｇ スクイーズローラ
２０ 給紙カセット
２１ 呼び出しローラ
２２ レジストローラ
２３ 定着装置
２４ 排出ローラ
３０ 作像部
３１ トナーボトル
４０ スキャナ
５０ 廃トナー回収容器
１００ 装置本体

特開２００８−１３４３０４号公報

Claims (6)

1. タンデム型かつ電子写真式の画像形成装置において、
   ２つのブラックの作像ユニットを含む５つの作像ユニットを有し、
   ブラック以外の３つの作像ユニットと第１のブラックの作像ユニットは乾式トナーを用い、第２のブラックの作像ユニットは湿式トナーを用いる画像形成装置であって、
   前記湿式トナーを用いる作像ユニットで作像する第２のモードは、前記乾式トナーを用いる作像ユニットで作像する第１のモードより低い温度で定着動作を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記乾式トナーを用いる作像ユニットで作像する第１のモード、前記湿式トナーを用いる作像ユニットで作像する第２のモードを有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記湿式トナーは不揮発性の高濃度液体トナーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記乾式トナーを用いる作像ユニットはＯＰＣで構成された像担持体を有し、
   前記湿式トナーを用いる作像ユニットはアモリファスシリコンで構成された像担持体を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記乾式トナーを用いる作像ユニットで作像する第１のモードと前記湿式トナーを用いる作像ユニットで作像する第２のモードとの切り替えで、各ユニットの感光体ドラムと転写ベルトとを接触及び離反させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の作像ユニットについて、作像を行うための各構成要素を一体化し、かつ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。

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