JP5831574B2 - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、さらに詳しく言えば、プロセスカートリッジ再生時における機能部品の再利用を可能とする技術に関する。

近年、電子写真方式を用いて作像を行うレーザープリンタは小型化、省スペース化が進み、プロセスカートリッジをユーザー自身で交換する形態をとることが多くなっている。交換後回収された使用済みのプロセスカートリッジは、新しいトナーを充填することで再び作像動作が可能となるが、プロセスカートリッジを構成する様々な部品の劣化によって新品時の画質を再現することは困難である。特に機能部材、例えば感光体、帯電ローラ、現像ローラ、供給ローラなどは直接画質に影響を与えるため、プロセスカートリッジの再生時に新品時点の機能が得られない場合、機能部材のみを新品と交換しなければならない。

特許文献１には、使用済みのプロセスカートリッジを回収し、一部部品は新品の部品（再使用でない部品）或いは別のプロセスカートリッジから取り出した部品を用いて、プロセスカートリッジを再生産する方法が提案されている。

しかしながら、部品を交換してカートリッジを再生産する場合、再生時のコスト上昇や資源が有効に再利用出来ないという問題があった。
本発明は、従来のプロセスカートリッジ及び画像形成装置における上述の問題を解決し、機能部材を新品と交換することなく良好な画像を得ることができるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、少なくとも像担持体と、芯金を有し前記芯金が給電部材と接触して給電される帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジにおいて、前記帯電ローラは長手方向に対称形状であって長手方向に反転させて前記プロセスカートリッジに組み付け可能に構成され、前記帯電ローラは両側に設けられた軸受によって前記像担持体に押圧され、前記給電部材によって前記芯金の一方側から給電され、前記給電される芯金の一方側に設けられた軸受と、前記芯金の他方側に設けられた軸受とは互いに異なる形状であって、前記芯金の他方側に設けられた軸受は、少なくとも一部が前記芯金の端部の面と接触しないように構成されていることにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置により解決される。

請求項１のプロセスカートリッジによれば、ローラ状部材は長手方向に対称形状に設けられ、長手方向に反転させて当該プロセスカートリッジに組み付け可能に構成されるので、プロセスカートリッジを再生する際にローラ状部材を反転させて再利用することができる。その場合、当初給電部材が接触されていた個所とは異なる個所に給電部材を接触させてローラ状部材を再び使用することが可能であり、ローラ状部材を再利用する場合の給電不良を防止することができる。これにより、機能部材を新品と交換することなく良好な画像を得ることができるとともに、再生時のコスト上昇を防ぎ、また、資源を有効に再利用することができる。

請求項２の画像形成装置によれば、プロセスカートリッジを再生した場合に帯電ローラを反転させて再利用することができ、プロセスカートリッジ再生時のコスト上昇を防ぐとともに資源を有効に再利用することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例であるカラープリンタの概略を示す断面構成図である。 プロセスカートリッジの構成を示す断面図である。 帯電ローラを再利用可能な機能部材として設けた第１実施例を示す模式図である。 帯電ローラを再利用可能な機能部材として設けた第２実施例を示す模式図である。 現像装置の供給ローラを再利用可能な機能部材として設けた第１実施例を示す模式図である。 現像装置の供給ローラを再利用可能な機能部材として設けた第２実施例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラープリンタの概略を示す断面構成図である。この図に示すカラープリンタ１はタンデム方式を採用してフルカラー画像を形成可能なカラープリンタであり、装置本体のほぼ中央部に４つのプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋを並べており、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの上方には、プロセスカートリッジの感光体ドラムに潜像を形成するための露光装置５が配置されている。プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの下方には、駆動ローラ２３，従動ローラ２４及び複数の一次転写ローラ４に巻き掛けられた中間転写手段としての中間転写ベルト３が配置されている。この中間転写ベルト３の図で見て右側に、二次転写装置１１と中間転写体クリーニング装置１４が配されている。中間転写ベルト３の下方には、転写ベルトに対する廃トナー回収容器１５、記録媒体７を積載・収容する給紙カセット８が配置されている。給紙ローラ９にて給紙された記録媒体７は中間転写ベルト３と二次転写装置１１との間を通り、定着装置１２へ導かれて、記録媒体７にトナー像を熱定着させるようになっている。

プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、扱うトナーの色がイエロー，マゼンタ，シアン，黒と相違するが、構成や作用は全て同じであるので、図２でトナー色を示すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを付さずに、プロセスカートリッジ６について説明する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ６の下部には、中間転写ベルト３に対向するように像担持体である感光体ドラム６０が配置され、時計方向に回転駆動される。感光体ドラム６０の周りには、現像手段としての現像装置５０、一次転写後の残トナーを掻き取るクリーニング手段としてのクリーニングブレード６２、感光体ドラム６０に当接する帯電手段としての帯電ローラ６１が設けられている。

クリーニングブレード６２の近傍には、掻き取られたトナーを水平に搬送するトナー搬送コイル６４が設けられ、トナー搬送コイル６４からのトナーを図１に示すトナー搬送ベルト６５によって搬送し、現像装置５０の廃トナー回収室５６に回収するようになっている。フィルム等の可撓性を有する材料から作られた仕切部材５７によって廃トナー回収室５６から仕切られる現像装置５０の中央領域は未使用トナー室５５であり、ここに微小着色粉体として所定色のトナーが充填されている。

さらに、現像装置５０は現像ローラ５１、アジテータ５２、トナー供給ローラ５３、現像ブレード５４を備えている。現像ローラ５１は感光体ドラム６０に対し、微小ギャップを伴ってあるいは接触して配置されている。現像ローラ５１の芯金には図示しないバイアス電源から交流と直流の重畳したマイナス電位のバイアス電圧が印加される。また帯電ローラ６１には他のバイアス電源から直流のマイナス電位のバイアス電圧が印加される。

本例のプロセスカートリッジ６は、感光体ドラム６０，現像装置５０，帯電ローラ６１，クリーニングブレード６２を一体化し、プリンタ本体に着脱可能に構成されている。そして、このプロセスカートリッジ６は、現像装置５０の未使用トナー室５５のトナーがトナーエンドとなったときに交換される。

次に電子写真画像形成までのプロセスを説明する。図２において、感光体ドラム６０は駆動装置（図示せず）により時計方向に回転し、その表面感光層が帯電ローラ６１により一様な高電位に帯電されて初期化される。一様帯電された感光層は、露光装置５からの走査光Ｌによって露光され、この露光により電位の減衰した低電位部と初期化による高電位部とから成る静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム６０に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。次いで、当該静電潜像の低電位部（又は高電位部）が感光体ドラム・現像ローラ間の当接位置にくると、表面にトナー薄層を形成した現像ローラ５１からトナーが転移されてトナー像を形成（現像）する。後に言及する一次転写の後、感光体ドラム６０に当接するクリーニングブレード６２によって感光体ドラム６０の表面に残留するトナーがクリーニングされ、不図示の除電装置によってドラム表面の残留電荷が除去され、次のトナー像の形成に備えられる。

図１に戻って、一次転写のための一次転写ローラ４が、プロセスカートリッジ６と転写ベルト３とが接する位置に設置されており、一次転写ローラ４に高電位を印加することによって感光体ドラム６０と転写ベルト３に電位差を設けて、感光体ドラム６０表面に形成されたトナー像が転写される。各プロセスカートリッジ６において、色毎のトナー像が順次転写ベルト３に転写され、転写ベルト３上に単色トナー像を重ね合わせた複数色のカラートナー像が形成される。一方、記録媒体７はタイミングをとって給紙ローラ９と用紙搬送装置１０から二次転写装置１１へ供給される。転写ベルト３の表面に形成されたトナー像（場合によっては単色トナー像）は、二次転写装置１１に高電位を印加することによって転写ベルト３と二次転写装置１１に電位差を設けて、記録媒体７上に転写される。

トナー像が転写された記録媒体７は、転写ベルト３から剥離され、定着装置１２によってトナー像が記録媒体７に溶融定着され、排紙コロ対１３を介してプリンタ筐体上面の排紙トレイ２へ排紙される。記録媒体７へトナー像を転写した後の転写ベルト３の表面に残っている余剰トナーは、中間転写体クリーニング装置１４によってクリーニングされ、廃トナー回収容器１５に回収される。クリーニングされた転写ベルト３は、次のトナー像の転写に備えられる。

次に、本発明の特徴的な部分について説明する。
まず、帯電ローラを再利用可能な機能部材として設けた実施形態から説明する。
図３は、帯電ローラ６１付近を示す模式図である。この図に示すように、帯電ローラ６１は、金属製の芯金６１ｂとゴム製のローラ部６１ａから構成されており、長手方向左右に配置された軸受６６，６７により芯金６１ｂを回転自在に保持している。バイアスの印加は、給電部材６８と接触している箇所から給電される。給電部材６８は、例えば金属製の板バネ形状で、所定の押圧力で芯金６１ｂの端面と接している。帯電ローラ６１は軸受６６，６７によってバネ６３，６３を介して感光体ドラム６０に押圧されており、感光体の回転に連れまわって回転する（ギアなどから駆動力を得ていない）。感光体ドラム６０にはギアフランジ７０が係止されており、該ギアフランジ７０に画像形成装置本体の駆動ギア（図示せず）が噛み合わされて駆動力を得ている。

本例の帯電ローラ６１は左右（軸方向に）対称形に設けられている。すなわち、芯金６１ｂの端面からゴムローラ部６１ａ端部までの距離Ｌ１，Ｌ２が長手方向で左右同一（Ｌ１＝Ｌ２）に形成しているので、使用済みのプロセスカートリッジを再生する際に、新品時では給電部材６８側に付いていた端面を給電部材６８と逆側に反転させて（図３において左右逆にして）組みつけることができる。芯金端面と金属製の給電部材はプロセスカートリッジ駆動時は摺動しており、長期の使用により芯金端面が削れ、端面の表面粗さが不均一になると最悪の場合導通不良を引き起こす可能性がある。しかし、本発明によれば、再生時に帯電ローラ６１を反転して組付けるため、それまで給電部材６８と摺動していなかった側の芯金端面がカートリッジ再生時には給電部材６８と接触するため、再生後のプロセスカートリッジ使用時も長期に渡り帯電ローラ６１への良好な導通を確保することができる。

ところで、上記のような構成においては、帯電ローラ６１は給電部材６８によってスラスト方向に芯金が押されるため、帯電ローラ６１のスラスト方向を位置決めする構成が必要となる。従来、帯電ローラは給電部材と接触しない側の軸受に芯金端部が突き当たり、スラスト方向の位置が決まる構成が一般的であった。しかしながら、従来構成によると給電部材と接触しない側の芯金端面は、カートリッジ駆動時に軸受と接触、摺動しているため、長期の使用で芯金端面の表面性状に影響を与える可能性がある。特に軸受内にトナーが進入した場合、トナーが融着してしまう可能性がある（軸受と芯金端面が接触し、帯電ローラ回転時に摺動しているため、進入したトナーが摩擦により融解、圧着する可能性がある）。

そのような場合、再生時に帯電ローラを左右反転して組みつけても、導通が不安定になるため、本発明では、帯電ローラ６１の芯金６１ｂを、ゴムローラ部６１ａが装着される部分（軸方向中央部）とゴムローラ部６１ａ端面から僅かに外側に出ている部分までを同一の径（第一の径：Ｄ１）とし、さらにその外側に第一の径Ｄ１より小さい第二の径：Ｄ２を有する段ローラ（本例では二段ローラ）形状とし、給電部材６８が配置されない側の軸受６７に芯金６１ｂの第一の径と第二の径の段差部を突き当てて位置決めさせる構成とした。

このように構成することで、給電部材６８が配置されない側の芯金端面（小径部の外側端面）は駆動時に軸受６７と接触しないため、芯金端面にトナーが融着することがなく、再生時に帯電ローラ６１を反転させて組付けた時に、新品の帯電ローラ６１と同等の安定した導通を確保することができる。なお、芯金６１ｂの第一の径と第二の径の段差部を、軸受６７とは別に設けた位置決め部材に突き当てて位置決めさせるように構成しても良い。

図４は、帯電ローラの構成が異なる第２実施例を示すものである。
図４に示す帯電ローラ１６１は、金属製の芯金１６１ｂとゴム製のローラ部１６１ａから構成されており、長手方向左右に配置された軸受６６，１６７により芯金１６１ｂを回転自在に保持している。バイアスの印加は、給電部材６８と接触している箇所から給電される。帯電ローラ１６１は軸受６６，１６７によってバネ６３，６３を介して感光体ドラム６０に押圧されており、感光体の回転に連れまわって回転する（ギアなどから駆動力を得ていない）。本例の帯電ローラ１６１も、使用済みのプロセスカートリッジを再生する際に、新品時では給電部材６８側に付いていた端面を給電部材６８と逆側に反転させて（図４において左右逆にして）組みつけることが可能である。

本第２実施例では、帯電ローラの芯金１６１ｂは全体が同一の径で構成されている。給電部材６８が配置されない側の軸受１６７は、右上に拡大して示すように、大径部１６７ａと小径部１６７ｂからなる２段穴もしくは溝形状が設けられており、その穴もしくは溝形状の大径部１６７ａ内に芯金１６１ｂの端部が挿入される。そして、芯金１６１ｂの端面が大径部１６７ａと小径部１６７ｂの境である端面１６７ｃに突き当たることで、芯金１６１ｂのすなわち帯電ローラ１６１のスラスト方向の位置決めが行われる。

軸受１６７に大径部１６７ａと小径部１６７ｂからなる２段穴もしくは溝形状を設けたことにより、穴もしくは溝形状の小径部１６７ｂは芯金１６１ｂと介在せず、したがって、芯金１６１ｂの端面の中心部所定領域は軸受１６７と接触しないようになっている。これにより、給電部材６８が配置されない側の芯金端面（中心部）は駆動時に軸受１６７と接触せず、芯金端面にトナーが融着することがなく、再生時に帯電ローラ１６１を反転させて組付けた時に、新品の帯電ローラ１６１と同等の安定した導通を確保することができる。

上記した、帯電ローラを再利用可能な機能部材として設けた実施形態は、下記２つの特徴を有するものである。特徴１：帯電ローラ（６１，１６１）を長手方向左右に反転しても組み付けられるように構成することで、プロセスカートリッジ再生時に帯電ローラを反転して組み付け、それまで給電部材（６８）とは接触していなかった側の芯金端面が再生カートリッジでは給電部材と接触すること。特徴２：帯電ローラ（６１，１６１）を反転させて組付けた際に給電を安定させるために、再生前のカートリッジ使用時に給電部材と接していない芯金端面が軸受等と接触していないこと(接触していると、トナーが入り込んだ場合に芯金にトナーが融着し、再生時に帯電ローラを反転させても、導通が不安定になってしまう可能性がある)。

次に、現像装置の供給ローラ（トナー供給ローラ）を再利用可能な機能部材として設けた実施形態について説明する。
図５は、現像装置５０の供給ローラ５３付近を示す模式図である。この図に示すように、供給ローラ５３はローラ部５３ａと芯金５３ｂから構成されており、プロセスカートリッジの筐体壁面７０，７０に軸受７１，７１を介して回転自在に組み付けられている。また、芯金５３ｂの一方側の端面には給電部材７８が接触されており、給電部材７８が配置されない側では駆動力を得るために芯金端部にギア７２が係止されている。ギア７２を芯金５３ｂに装着する構成として、本例では、芯金端部の周面を一部カットして端面方向から見た断面形状が「Ｄ」の字状となるように設けている。この「Ｄ」の字状のカット部５３ｃは、芯金５３ｂの長手方向の両側に設けてあり、その両側のカット部５３ｃ，５３ｃは端面からの距離及び芯金周面に対する角度も含めて左右対称に設けられている。さらに、供給ローラ５３は、ローラ部５３ａの端部から芯金５３ｂの端面までの距離Ｌ１，Ｌ２が長手方向で左右同一（Ｌ１＝Ｌ２）に形成されているので、使用済みのプロセスカートリッジを再生する際に、新品時では給電部材７８側に付いていた端面を給電部材７８と逆側に反転させて（図５において左右逆にして）組み付けることが可能になっている。

このような構成により、プロセスカートリッジ再生時に供給ローラ５３を反転して組み付けることができるため、それまで給電部材７８と摺動していなかった側の端面が再生カートリッジ使用時は給電部材７８と接触するため、長期に渡り良好な導通を確保することができる。なお、芯金５３ｂはその両側にカット部５３ｃを設けてあるため、供給ローラ５３を反転させてもギア７２を組付けることができる。

図６は、供給ローラ（トナー供給ローラ）の構成が異なる第２実施例を示すものである。
図６に示す供給ローラ１５３はローラ部１５３ａと芯金１５３ｂから構成されており、プロセスカートリッジの筐体壁面７０，７０に軸受７１，７１を介して回転自在に組み付けられている。また、芯金１５３ｂの一方側の端面には給電部材７８が接触されており、給電部材７８が配置されない側では駆動力を得るために芯金端部にギア１７２が係止されている。ギア１７２を芯金１５３ｂに装着する構成として、本例では、第１実施例のような「Ｄ」の字状のカット部を設けるのではなく、芯金１５３ｂの両側端部付近にピン穴１５３ｃを設け（図では左側のピン穴１５３ｃを示してあるが、ギア１７２側にもピン穴１５３ｃが設けられている）、該ピン穴１５３ｃにピン１７３を挿入してギア１７２と嵌め合わせることで、ギア１７２の廻り止めを行うよう構成している。ギア１７２は、内側端面に円周状の凸部１７２ａが形成されており、該凸部１７２ａに、芯金１５３ｂのピン穴１５３ｃに対応してピン１７３が差し込まれる穴が設けられている。

本第２実施例においては、供給ローラ１５３の芯金１５３ｂの両側に設けたピン穴１５３ｃ，１５３ｃは、芯金端面からの距離及び芯金周面に対する角度を含めて左右対称に設けられており、ギア１７２を芯金１５３ｂのどちら側にも装着可能に設けている。さらに、供給ローラ１５３は、ローラ部１５３ａの端部から芯金１５３ｂの端面までの距離Ｌ１，Ｌ２が長手方向で左右同一（Ｌ１＝Ｌ２）に形成されているので、使用済みのプロセスカートリッジを再生する際に、新品時では給電部材７８側に付いていた端面を給電部材７８と逆側に反転させて（図６において左右逆にして）組み付けることが可能になっている。

このような構成により、プロセスカートリッジ再生時に供給ローラ１５３を反転して組み付けることができるため、それまで給電部材７８と摺動していなかった側の端面が再生カートリッジ使用時は給電部材７８と接触するため、長期に渡り良好な導通を確保することができる。

上記した、供給ローラを再利用可能な機能部材として設けた実施形態は、下記２つの特徴を有するものである。特徴１：供給ローラ（５３，１５３）を長手方向左右に反転しても組み付けられるように構成することで、プロセスカートリッジ再生時に供給ローラを反転して組付け、それまで給電部材（７８）とは接触していなかった側の芯金端面が再生カートリッジでは給電部材と接触すること。特徴２：供給ローラは、ギアから駆動力を得るためにギア（７２，１７２）を固定する形状が必要となるが、上記の構成例による「Ｄ」の字状のカット部５３ｃや、ピン穴１５３ｃを予め左右対称に設けておくことで、反転して組付けた場合にギアを組付けることが可能。

なお、ここでは、現像装置の供給ローラ（トナー供給ローラ）を再利用可能な機能部材として設けた例について説明したが、現像ローラ等のローラ部材を同様に構成して、再利用可能な機能部材として設けることも可能である。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、帯電部材としては帯電ローラに限らず、芯金に帯電ブラシを装着したブラシ状帯電部材にも本発明を適用可能である。

現像装置は一成分現像剤を用いるものに限らず、二成分現像剤を用いる現像装置にも本発明を適用可能である。さらに、現像装置の構成も本発明の範囲内で適宜変更可能である。ローラ状部材の芯金にギヤを装着する場合の廻り止めは、「Ｄ」の字状に限らず、任意な形状で廻り止めを図ることが可能である。

そして、プロセスカートリッジに搭載する機器等も任意である。また、像担持体（感光体）としてはドラム状に限らず、ベルト状の像担持体も使用可能である。
また、画像形成装置の作像部の構成も任意であり、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものなども可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ カラープリンタ
６ プロセスカートリッジ
５０ 現像装置
５１ 現像ローラ
５３，１５３ 供給ローラ
５３ａ，１５３ａ ローラ部
５３ｂ，１５３ｂ 芯金
５３ｃ 「Ｄ」の字状カット部
６０ 感光体ドラム
６１，１６１ 帯電ローラ
６１ａ，１６１ａ ゴムローラ部
６１ｂ，１６１ｂ 芯金
６６，６７ 軸受
６８，７８ 給電部材
７１，１６７ 軸受
７２，１７２ ギア
１５３ｃ ピン穴

特許第３２８３５００号公報

Claims (2)

1. 少なくとも像担持体と、芯金を有し前記芯金が給電部材と接触して給電される帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジにおいて、
   前記帯電ローラは長手方向に対称形状であって長手方向に反転させて前記プロセスカートリッジに組み付け可能に構成され、
   前記帯電ローラは両側に設けられた軸受によって前記像担持体に押圧され、
   前記給電部材によって前記芯金の一方側から給電され、
   前記給電される芯金の一方側に設けられた軸受と、前記芯金の他方側に設けられた軸受とは互いに異なる形状であって、
   前記芯金の他方側に設けられた軸受は、少なくとも一部が前記芯金の端部の面と接触しないように構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 請求項１に記載の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。

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