プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】 小型低コスト化が可能で、かつ、画像品質を損なうことなく画像の出力を行う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。
【解決手段】 ベルト感光体を用いてＥＨ現像手段を重畳的に配置することにより、ベルト感光体サイズの小型化、現像、露光、帯電手段の略共通形状化、そして装置全体の小型低コスト化が、画像品質などを損なうことなく実現できる。また、現像カートリッジの各ユニットを夫々着脱可能にすることにより、カートリッジの小型化・メンテナンスの容易化を実現している。さらに、各現像カートリッジに対応可能なケーシングを用いることによって、カートリッジの大きさ・個数に関わらずユーザの所望するカートリッジを適用することができる。
【解決手段】 ベルト感光体を用いてＥＨ現像手段を重畳的に配置することにより、ベルト感光体サイズの小型化、現像、露光、帯電手段の略共通形状化、そして装置全体の小型低コスト化が、画像品質などを損なうことなく実現できる。また、現像カートリッジの各ユニットを夫々着脱可能にすることにより、カートリッジの小型化・メンテナンスの容易化を実現している。さらに、各現像カートリッジに対応可能なケーシングを用いることによって、カートリッジの大きさ・個数に関わらずユーザの所望するカートリッジを適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式のプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に設置される現像装置に移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材を使用したプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、像担持体上に静電潜像を形成し、この潜像に粉体である現像剤（以下、「トナー粒子」という）を付着させることでトナー像として現像する電子写真方式が知られている。
【０００３】
ここで、潜像を現像する現像装置として、特許文献１に開示された発明が知られている。特許文献１は、移相電界のエネルギーを粉体であるトナー粒子に与えることによって、静電搬送部材の表面でトナー粒子を水平方向および垂直方向に移動させる現像装置に関するものである。かかる現像装置においては、トナー粒子は移相電界によって像担持体と現像装置との対向部である現像領域に移送され、現像領域において像担持体上の潜像の画像部に付着する。
【０００４】
また、画像形成装置の小型化も進んでおり、特許文献２、３に開示された発明が知られている。特許文献２は、帯電器や現像器のメンテ、交換や現像剤の補給が容易で、各機材間の位置精度が保たれ良好な画像の得られる画像形成装置、特に、トナー像の重ね合わせによる良好なカラー画像の得られるカラー画像形成装置に関するものである。
【０００５】
また、特許文献３は、現像材を確実に搬送し、かつ、小型化が可能で、配置位置も特に限定されず自由度の高い現像装置と、これを備える画像形成装置に関するものである。
【特許文献１】特開２００３−２８０３８８号公報
【特許文献２】特開平８−３３９１１０号公報
【特許文献３】特許第３５３０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イメージオンイメージによる方式のカラー画像形成装置は、感光体が１つにも関わらずタンデム方式と同等の高速画像形成が可能であり、カラーレジストレーションが容易、転写工程が１回で済み高安定、高画質であるなど多くの優れた特徴をもつ。しかし、現像装置は感光体上のトナー像を乱さずに２色目以降の現像を行う必要があり、従来の乾式１成分あるいは乾式２成分現像方式では満足に実用化できていない。
【０００７】
これに関し、富士ゼロックス（株）は、商品名「ｉＧｅｎ（登録商標）３」にてパウダークラウド現像方式を用いることで、このイメージオンイメージによる方式のカラー画像形成装置を実用化した。しかし、現像装置の構成が複雑で極めて大型化しており、小型低コストとはなっていない。
【０００８】
本発明者らは、トナー静電搬送手段を用いた現像装置は現像領域で感光体に対して非磁性、非接触であり、しかも現像電界は一方向で反転することが無いことから感光体上にトナー像や紙粉に代表される汚染物質があっても現像装置に流入することがないので、これまで実用化できていなかった、小型低コストのイメージオンイメージ方式のカラー画像形成装置に最適であると考え、特に、小型化をどのように実現するかを課題とした。
【０００９】
イメージオンイメージによる方式の画像形成装置は、１つの感光体に対し帯電、露光、現像工程を複数色分、順次配置するので、感光体ドラムを用いた場合、順次配置するスペースを確保すると直径が極めて大きくなり、従来のタンデム方式などに比べ大型化してしまう。特に、露光ユニットが感光体ドラムを中心に放射状に配置されることになり、極めてスペース効率が低下する。
【００１０】
これを避ける為に、小型ＬＥＤＡ光源を透明感光体内部に配置する提案もあるが、現在主流のレーザー露光手段に比べ光量や画素ピッチの均一性に劣り、コストも高く好ましくない。また透明感光体は基材の選択肢が狭く大幅なコストアップ要因となる。
【００１１】
上記の問題点に鑑み、本発明は、小型低コスト化が可能で、かつ、画像品質を損なうことなく画像の出力を行う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目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段を有し、画像形成装置本体から着脱可能なプロセスカートリッジであって、移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、トナー格納部から静電搬送面へトナー粒子を供給するための供給手段と、像担持体を帯電させるための帯電手段とを有し、像担持体は、プロセスカートリッジ本体から着脱が可能であり、帯電手段と現像手段とが一体化されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、一体化された帯電手段と現像手段とは、分離可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、同一姿勢に配置された少なくとも２以上のプロセスカートリッジをさらに有し、２以上のプロセスカートリッジが、画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、同一姿勢に配置されたブラックと、マゼンタと、シアンと、イエローとの４色の各プロセスカートリッジと、同一姿勢に４色の各カートリッジ以外の補完色を備えたプロセスカートリッジとをさらに有し、プロセスカートリッジのうち、少なくとも２以上のプロセスカートリッジが、画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、像担持体上に静電潜像を露光するための露光手段をさらに有し、露光手段と、帯電手段と、現像手段と、が一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプロセスカートリッジにおいて、複数のプロセスカートリッジを同一姿勢に配置するための指示部材と、プロセスカートリッジの有する色を認識するためのセンサとをさらに有し、画像形成装置に対して、ユーザの所望する任意の色・個数のプロセスカートリッジを設置することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のプロセスカートリッジにおいて、支持部材は、画像形成装置内に設置されたプロセスカートリッジと大きさの異なるプロセスカートリッジを支持することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、スコトロンチャージャ方式であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、非接触帯電ローラ方式であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、固体放電方式であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、像担持体は、ベルト状であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項２から１１のいすれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、画像形成装置の初期状態では、各色共通で使用することができる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを装填可能な画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上、本発明のプロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、小型低コスト化が可能で、かつ、画像品質を損なうことなく画像の出力を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、発明者らが鋭意開発しているＥＨ現像手段が、現像領域で感光体に対して非磁性、非接触であり、しかも、現像電界は一方向で反転することが無いことから、感光体上にトナー像や紙粉に代表される汚染物質があっても現像装置に流入することがなく、しかも現像感度が高く、必要帯電電位を従来の現像方式（およそ４５０Ｖ）に比べて２／３以下である３００Ｖ以下で現像できる点に着目し、ベルト感光体を用いて現像手段を重畳的に配置したので、ベルト感光体サイズの小型化、現像、露光、帯電手段の略共通形状化、そして装置全体の小型低コスト化が画像品質などを損なうことなく実現することが可能である。
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１は、本実施形態におけるプロセスカートリッジを、画像形成装置に適用した場合の一例を示すブロック図である。
【００２８】
本実施の形態における画像形成装置は、像担持体１１と、転写ローラ２と、定着装置３と、各書込装置４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙと、給紙装置５と、各現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙとを備えている。なお、書込装置４と現像カートリッジ６とにおけるＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙは、それぞれ、ブラック，マゼンタ，シアン，イエローの各色のトナーを示している。
【００２９】
像担持体１１は、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したものであり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向に回転されるようにして備えられている。像担持体１１には、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ、および、後述する帯電装置が、各色ごとに対向しており、像担持体１１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体１１上に重ねていくように構成されている（シングルパスカラー方式）。
【００３０】
給紙装置５は、記録用紙等の転写材を格納し、また、画像形成時に転写材を搬送開始させるものである。定着装置３は、転写材上に形成された未定着のトナー像を固定するためのものである。
【００３１】
画像形成時には、給紙装置５から送られた転写材が像担持体１１と転写ローラ２との接触部へと搬送される。そして、像担持体１１と転写ローラ２との接触部において像担持体１１上に形成されたフルカラー画像が、転写ローラ２に印加された電圧によって転写材上に転写される。その後、転写材が定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂにおいて、挟まれつつ加熱されることによって転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成されることになる。
【００３２】
６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれ、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジである。この現像カートリッジは、図３に示すように、像担持体１１が退避する事によって開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。
【００３３】
書込装置４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙは、画像情報に従って帯電後の像担持体１１にそれぞれ、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込むための装置である。ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用する事ができる。
【００３４】
図２は、現像カートリッジ６の構成を示すブロック図である。なお、各色の現像カートリッジ６は同一構造であるので、１つのみを説明する。
【００３５】
本実施形態の現像カートリッジ６は、帯電装置１２と、現像装置１３と、クリーニング装置１４とを備える。
【００３６】
帯電装置１２は、像担持体１１の表面を一様帯電させるためのものである。本実施形態では、コロナ帯電を採用するものとする。コロナ帯電の如く、非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ６によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【００３７】
帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシング１によって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング１から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【００３８】
現像装置１３は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有するローラ状の静電搬送部材１３ａを備えている。静電搬送部材１３ａは、画像形成時には、像担持体１１に対して５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触に対向している。
【００３９】
この静電搬送部材１３ａの構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。
図４は、静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。
【００４０】
静電搬送部材１３ａは、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２・・・を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、かつ、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００４１】
本実施形態における支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板や、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ2等の絶縁膜を成膜したものや、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００４２】
電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは、移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００４３】
表面保護層１０３としては、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ4、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ2Ｏ5などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。
【００４４】
図４において、各電極１０２から伸びる線は、各電極１０２に電圧を印加するための導電線を表している。各線の重なる部分のうち、黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の電源からｎ相の異なる駆動電圧が印加される。本実施形態では、３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいてｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
【００４５】
本実施形態では、各電極１０２はプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されている。各接点は、プロセスカートリッジが画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３を与える本体側電源と接続される。ここで、プロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３は、図９に示すように、プロセスカートリッジの外側（現像カートリッジ６の外壁面）に露出しており、プロセスカートリッジが装着されると、本体側の接点と接続して本体側電源から電力が供給される。
【００４６】
静電搬送部材１３ａは、トナー粒子を像担持体１１近傍まで移送し、また現像領域を通過した後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域と、像担持体１１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。現像領域は、像担持体１１に近接した領域のみに存在する。一方、搬送領域は、静電搬送部材１３ａの周上、現像領域以外の全域に存在する。以下、トナー粒子が位相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」と呼ぶ。
【００４７】
本実施形態の場合では、静電搬送部材１３aの表面全体が静電搬送面になる。搬送領域では、各電極１０２に対して駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３が印加され、現像領域では、各電極１０２に駆動波形Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３が印加される。
【００４８】
次に、静電搬送部材１３ａにおけるトナーの静電搬送の原理について説明する。静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送部材１３ａ上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００４９】
例えば、静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対して、図５の（Ａ）に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、静電搬送部材１３ａ上に負帯電トナーＴがあり、静電搬送部材１３ａの連続した複数の電極１０２に、それぞれ「Ｇ」，「Ｇ」，「＋」，「Ｇ」，「Ｇ」が印加された（１）とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。
【００５０】
次のタイミングで、複数の電極１０２には、それぞれ「＋」，「Ｇ」，「Ｇ」，「＋」，「Ｇ」が印加される（２）。負帯電トナーＴには、左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が作用し、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力が作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。
【００５１】
さらに、次のタイミングで複数の電極１０２にはに示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００５２】
このように、複数の電極１０２に対して、電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、静電搬送部材１３ａ上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には、駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動することになる。
【００５３】
ここで、本実施形態において、静電搬送部材１３aの搬送領域では、各電極１０２に対して図６に示すように、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を印加する。この３相の駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３は、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを、繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という）ものである。また、この駆動波形は、搬送領域においてトナー粒子を高速搬送させるのに適した波形である事が、本出願人の研究から分かっている。
【００５４】
一方、現像領域では、各電極１０２に対して図７に示すように、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３を印加する。この３相の駆動波形Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３は、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「現像電圧パターン」という）ものである。また、現像領域では、トナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図７の駆動波形は、トナー粒子を打ち上げるのに適していることが本出願人の研究から分かっている。
【００５５】
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合であっても、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は横方向への力も受ける。したがって、すべてのトナーが一斉に高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもある。逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合であっても、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものもある。
【００５６】
したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは、前述した図６に示す搬送電圧パターンに限定されるものではなく、また、現像領域の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも、前述した図７に示す現像電圧パターンに限定されるものではない。
【００５７】
ここまでは、駆動波形は３層の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。
【００５８】
各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が、｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、上述したように、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、また、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００５９】
他方、電圧印加デューティは、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００６０】
すなわち、注目電極に印加する電圧と、進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引、という時間を設定することによって効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合には、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で、かつ、｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００６１】
なお、上記の静電搬送部材の説明は、ベストモードと考えられるものを説明したが、所望の搬送／現像性能が得られるのであれば、現像領域と搬送領域とで電極１０２間の間隔を異ならせて電界の方向を調整しても良いし、あるいは現像領域と搬送領域で電極の間隔および駆動波形を同一としても良い。
【００６２】
また、現像装置１３には、静電搬送部材１３ａへトナー粒子を供給するための供給ローラ１３ｂが配置されており、供給ローラ１３ｂと静電搬送部材１３ａとの対向部分では磁気ブラシが形成されている。供給ローラ１３ｂの表面では、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形にした非磁性スリーブが形成されている。この非磁性スリーブが、不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
【００６３】
現像剤の搬送方向における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、すなわち、スリーブ上の現像剤量を規制するためのドクタブレード１３ｃが設置されている。このドクタブレード１３ｃと非磁性スリーブとの間隔であるドクタギャップは０．４ｍｍに設定されている。更に、供給ローラ１３ｂから見て像担持体１１とは反対側領域に、現像装置１３内の現像剤を攪拌しながら供給ローラ１３ｂへ汲み上げるための２つのスクリュー１３ｄが設置されている。
【００６４】
上述した供給ローラ１３ｂ内には、非磁性スリーブの周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体（磁石ローラ）が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体から発せられる法線方向の磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが非磁性スリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こす。そして、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。この磁気ブラシは、非磁性スリーブの回転によって非磁性スリーブと同方向に移送されることとなる。
【００６５】
また、磁石ローラ体は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、図８に示すように、現像領域部分に現像剤の穂立ちを生じる現像主磁極Ｐ１と、非磁性スリーブ上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ４および磁極Ｐ５と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁極Ｐ６と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極Ｐ２と、剤離れ磁極Ｐ３とを備えている。
【００６６】
なお、本実施形態では、磁石ローラ体をＰ１〜Ｐ６の６極の磁石によって構成しているが、８極や１２極で構成してもよい。図８において、供給ローラ１３ｂの表面に描かれた曲線は、法線磁力パターンの概略を示すものであり、「Ｎ」、「Ｓ」の記号は各磁極の供給ローラ１３ｂにおける表面側の極性が、それぞれＮ極、Ｓ極であることを示している。
【００６７】
現像手段１３内には、図示しないトナー粒子および磁性キャリアが格納されている。本発明を実施する上では、特にキャリア粒子およびトナー粒子を限定する必要はないが、以下に、本実施形態における態様を説明する。
【００６８】
本実施形態のトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいは、ポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものなどを用いる。そして、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することによって、重量平均粒径約５μｍの非磁性トナー粒子を得る。
【００６９】
また、本実施形態の磁性キャリアは、１キロエルステッドの磁界中における磁化量が、３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下の範囲にあるキャリアであることが望ましい。磁化量が、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下、好ましくは１４０ｅｍｕ／ｃｍ3以下の低磁化であれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が小さくなり、形成される磁気ブラシの穂が緻密に、かつ、短くなる。
【００７０】
この結果、静電搬送部材１３ａに対して均一なトナー粒子の供給が達成できる。一方、磁性キャリアの磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ3未満の場合には、現像剤の搬送性能が劣ってしまう。このため、磁性キャリアの磁化量は３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、好ましくは、８０ｅｍｕ／ｃｍ3以上であることが好ましい。本実施形態では、磁性キャリアとして、少なくともバインダー樹脂と、磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と、からなる重合法により生成された磁性体が分散されている樹脂磁性キャリアを用いる。
【００７１】
具体的には、磁性金属酸化物としては、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を用いる。また、金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂としては、スチレン、アクリル酸エチルなどのビニル系モノマーを重合して得られる樹脂を用いる。磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いてもよいが、これをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いるとよい。
【００７２】
磁化量は、キャリアの磁気特性を、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて、１キロエルステッドの外部磁場中に、円筒状の容器内にパッキングした磁性キャリアを置き、その際に測定して得た磁化の強さにキャリアの真比重を掛けることで算出することができる。
【００７３】
次に、本実施形態におけるプロセスカートリッジの動作を説明する。
【００７４】
本実施形態の画像形成装置は、複写機およびプリンタとして機能することができる画像形成装置である。複写機として機能する際には、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書き込みデータに変換される。プリンタとして機能する際には、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書き込みデータに変換される。
【００７５】
画像形成に先駆けて、像担持体１１は、表面の移動速度が所定の測度となるように図２の矢印方向、すなわち、反時計回り方向に回転を始める。また、帯電装置１２は、像担持体１１の回転に連動して回転させられる。このとき、帯電装置１２の芯金には、帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧、および、振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加される。これにより、像担持体１１の表面が約−１００Ｖに帯電されることになる。
【００７６】
帯電された像担持体１１に対して、書込装置４（４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ）は、書き込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることにより、光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させて、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【００７７】
書込装置４によって像担持体１１上に形成された静電潜像は、現像装置１３によって現像される。そして、画像部にトナー粒子が付着することにより、トナー像として像担持体１１上に可視化される。移相電界による現像では、トナー粒子が静電搬送部材１３ａの表面を跳びはねながら移動し、像担持体１１に近接した際に、画像部に吸着するように付着して現像が行なわれる。本実施形態では、静電搬送基板１３ａに対して−５０Ｖ、供給ローラ１３ｂに対して−２５０Ｖの電圧がそれぞれ印加される。これによって、供給ローラ１３ｂから静電搬送基板１３ａへと、さらに、静電搬送基板１３ａから像担持体１１上の画像部へと、トナー粒子を導く電界が形成される。
【００７８】
像担持体１１上に形成されたトナー像が転写ローラ２と像担持体１１との対向部に当たる転写部に到達するタイミングと同時に、給紙装置５から転写材が搬送される。そして、像担持体１１上のトナー像は、転写ローラ２に印加された電圧により転写材へと転写される。転写されたトナー像は、定着装置３によって転写材に定着されて画像が出力される。
【００７９】
一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置１４によって清掃され、清掃後の像担持体１１の表面は、次回の画像形成のために使用される。
【００８０】
次に、像担持体上にトナー像を形成させる動作について説明する。
【００８１】
まず、帯電装置１２によって像担持体１１の表面が一様に帯電される。すでに像担持体１１上にトナー像が形成されている場合であっても、トナー像を含め像担持体１１の表面が一様に帯電されることになる。次いで、書込装置４から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは、帯電装置１２と現像カートリッジ６との間を通過するため、すでに一様帯電された像担持体１１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体１１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【００８２】
現像カートリッジ６は、上述したように、像担持体１１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させて、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が上述のように各現像カートリッジ６との対向部において繰り返され、像担持体１１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成されることになる。
【００８３】
なお、本実施形態の画像形成装置では、像担持体１１の表面上の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング部材は設けていない。転写残トナー粒子は像担持体１１表面に残留したままとなるが、４つの各現像カートリッジ６内に設けられた帯電装置１２によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体１１上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されない。
【００８４】
また、本実施形態の画像形成装置では、複数のカートリッジを同時に着脱することも可能である。図１０は、複数のカートリッジを同時に着脱する場合を示す図である。上述したように、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。
【００８５】
この現像カートリッジは、図１０に示すように、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。また、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのうち、少なくとも２つ以上のカートリッジ（図１０では、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ）がケーシング２によりパッケージングされて同時に着脱が可能となる。
【００８６】
さらに、上述した４色のカートリッジの他のカートリッジを増設することも可能である。図１１は、４色のカートリッジの他に、さらにカートリッジを増設して、同時に着脱する場合を示す図である。
【００８７】
現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。さらに、プロセス色のブラック、マゼンタ、シアン、イエローのほかに、色の再現性を良くするために、光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）のトナー像を現像するための現像カートリッジや、グレーのトナー像を現像するための現像カートリッジなどを加えることができるスペースを設けている。
【００８８】
一方、消色トナーの現像カートリッジなどを増設することも考えられる。また、増加された現像カートリッジの数に応じた書込装置が増設されることになる。この現像カートリッジは、図１１に示すように、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。また、上述したプロセス色の現像カートリッジ、増加された現像カートリッジの少なくとも２つ以上のカートリッジ（図１１では、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ）がケーシング３によりパッケージングされ同時に着脱が可能となる。
【００８９】
また、本実施形態のプロセスカートリッジによれば、カートリッジ内の複数のユニットが一体になっているので、メンテナンス等の際に同時に着脱することができる。図１２にその一例を示す。
【００９０】
帯電装置１２は、像担持体１１の表面を一様帯電させるためのものである。本実施形態では、コロナ帯電を採用するものとする。コロナ帯電の如く、非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【００９１】
帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシング４によって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング４から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【００９２】
さらに、帯電装置１２と現像装置１３との間に書込装置４’が設置されている。この書込装置４’も、ケーシング４により帯電装置１２と現像装置１３と一体化されていて、現像カートリッジを交換する時に同時に着脱できる。この書込装置には、小型のＬＥＤアレイやポリゴンを用いた光走査装置等、種々のものを使用する事ができる。
【００９３】
また、本実施形態のプロセスカートリッジによれば、任意の色、個数のカートリッジを設置することができる。図１３にその一例を示す。
【００９４】
現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。さらに、プロセス色のブラック、マゼンタ、シアン、イエローのほかに、色の再現性を良くするために、Ｒ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）のトナー像を現像するための現像カートリッジや、グレーのトナー像を現像するための現像カートリッジなどを加えることができるスペースを設けている。
【００９５】
一方、消色トナーの現像カートリッジなどを増設することも考えられる。図１３では、カラープロセスカートリッジを用いた場合を示しているが、この他にも、ブラック、レッドの２色の現像カートリッジでの構成なども考えられる。もちろん、ブラック単色のみの構成でも可能であり、この場合に使用しないスペースに複数の同色のカートリッジを入れることも可能である。
【００９６】
この構成の利点としては、現像を分散することができるので、カートリッジの耐久性の向上、トナーの格納量の増大などが考えられる。この現像カートリッジは、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。
【００９７】
また、頻繁に使用するカートリッジの大きさを大きくすることにより、カートリッジの耐久性を向上することも可能である。図１４に示すように、ブラック単色での使用はカラーでの使用よりも多いと予想される場合のため、６Ｋのブラックの現像カートリッジは、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのマゼンタ、シアン、イエローの現像カートリッジと比較しても、カートリッジの容積が大きくなり、トナー収納容量が増加されている。
【００９８】
また、帯電装置１２、書込装置４、現像装置１３が大きくできるため、プロセス設計に余裕ができる。したがって、ブラック単色でのプロセス線速を速くすることができる。さらには、筐体の剛性が向上して耐久性が向上する。また、頻繁にブラック単色を使用しない場合には、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのマゼンタ、シアン、イエローの現像カートリッジと容積が同じ大きさのブラック現像カートリッジを、ケーシング６内の６Ｋブラック現像カートリッジの位置に挿入するれば良い。
【００９９】
また、本実施形態では、非接触の帯電手段を用いることにより、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体を帯電させる事ができる。図１５は、非接触の帯電手段として非接触帯電ローラを、図１６は、固体放電素子を、それぞれ設けることによって実現している。なお各色の現像カートリッジは同一構造であるので１つのみを説明する。
【０１００】
図１５は、本実施形態のプロセスカートリッジにおいて、非接触帯電ローラを用いた場合を示す図である。図１５において、非接触帯電ローラ１２Ａは、像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置である。この非接触帯電ローラ１２Ａは、像担持体１１の表面との間に、５０μｍ〜１００μｍ程度の間隙を形成して設置された導電性ローラに電圧を印加しておき、間隙中で起きるコロナ放電によって帯電させる方式である。また、帯電を安定させるため、ＡＣバイアスを印加させても良い。コロナ帯電方式と同様に非接触の帯電手段であるので、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【０１０１】
また、図１６は、本実施形態のプロセスカートリッジにおいて、固体放電素子を用いた場合を示す図である。図１６において、固体放電素子１２Ｂは、像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置である。固体放電素子を用いた帯電方式は、セラミックのような薄い絶縁体板を挟んで帯状の電極が構成されている。これに高周波のＡＣバイアスを印加させると、沿面コロナ放電によりイオンを生じさせて帯電させる方式である。コロナ帯電方式と同様に非接触の帯電手段であるので、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【０１０２】
図１５、図１６において、帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシングによって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング４から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【０１０３】
また、帯電装置１２と現像装置１３との間に書込装置４’が設置されている。この書込装置４’も、ケーシング４により帯電装置１２と現像装置１３と一体化されていて、現像カートリッジを交換する時に同時に着脱できる。この書込装置には、小型のＬＥＤアレイやポリゴンを用いた光走査装置等、種々のものを使用する事ができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態のプロセスカートリッジは、各色共通化を視野に入れており、画像形成装置が初期状態のときに、カートリッジ内の現像装置にキャリアのみが入っている状態にトナーを補給することも可能である。また、何も入っていない状態にトナーとキャリアを補給するということも考えられる。カートリッジ各色共通化の利点としては、色によるプロセスカートリッジの区別がないので、各オフィスでのカートリッジ在庫数を削減することができ、また、サービスマンが携帯するカートリッジ数を削減することも可能である。
【０１０５】
なお、本実施の形態は、上述したものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々変更が可能である。例えば、本実施形態を適用できるシステムとしては、静電搬送部材を使用した現像方式のフルカラー機として描かれているが、これは画像形成装置の代表例として描いているだけであり、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラ−画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である事はいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施形態におけるプロセスカートリッジを、画像形成装置に適用した場合を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における現像カートリッジ６の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態におけるプロセスカートリッジを、像担持体１１が退避する事によって開放された空間から着脱した場合を示す図である。
【図４】静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。
【図５】（Ａ）は、電極１０２に対して、３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加した場合を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）によって印加された負帯電トナーＴの位置を模式的に示す図である。
【図６】搬送電圧パターンを約３３％に設定した場合における、３相の駆動波形の印加例である。
【図７】現像電圧パターンを約６７％に設定した場合における、３相の駆動波形の印加例である。
【図８】本実施形態のプロセスカートリッジ内の、磁石ローラ体を示す図である。
【図９】本実施形態における現像カートリッジ６の側壁側から見た場合の構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態において、複数のカートリッジを同時に着脱する場合を示す図である。
【図１１】本実施形態において、予め設置されているカートリッジに、さらに別のカートリッジを増設して、同時に着脱する場合を示す図である。
【図１２】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の複数のユニットが、一体になっている場合を示すブロック図である。
【図１３】本実施形態において、任意の色、個数のカートリッジを設置した場合を示す図である。
【図１４】本実施形態において、カートリッジの大きさを変更した場合を示す図である。
【図１５】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の帯電手段として、非接触帯電ローラを用いた場合を示す図である。
【図１６】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の帯電手段として、固体放電素子を用いた場合を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
２ 転写ローラ
３ 定着装置
３ａ 加熱ローラ
３ｂ 加圧ローラ
４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ、４’ 書込装置
５ 給紙装置
６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ 現像カートリッジ
１１ 像担持体
１１ａｋ，１１ａｍ，１１ａｃ，１１ａｙ 搬送ローラ
１２ 帯電装置
１３ 現像装置
１３ａ 静電搬送部材１３ａ
１３ｂ 供給ローラ
１３ｃ ドクタブレード
１３ｄ スクリュー
１４ クリーニング装置
１０１ 支持基板
１０２ 電極
１０３ 表面保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式のプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に設置される現像装置に移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材を使用したプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、像担持体上に静電潜像を形成し、この潜像に粉体である現像剤（以下、「トナー粒子」という）を付着させることでトナー像として現像する電子写真方式が知られている。
【０００３】
ここで、潜像を現像する現像装置として、特許文献１に開示された発明が知られている。特許文献１は、移相電界のエネルギーを粉体であるトナー粒子に与えることによって、静電搬送部材の表面でトナー粒子を水平方向および垂直方向に移動させる現像装置に関するものである。かかる現像装置においては、トナー粒子は移相電界によって像担持体と現像装置との対向部である現像領域に移送され、現像領域において像担持体上の潜像の画像部に付着する。
【０００４】
また、画像形成装置の小型化も進んでおり、特許文献２、３に開示された発明が知られている。特許文献２は、帯電器や現像器のメンテ、交換や現像剤の補給が容易で、各機材間の位置精度が保たれ良好な画像の得られる画像形成装置、特に、トナー像の重ね合わせによる良好なカラー画像の得られるカラー画像形成装置に関するものである。
【０００５】
また、特許文献３は、現像材を確実に搬送し、かつ、小型化が可能で、配置位置も特に限定されず自由度の高い現像装置と、これを備える画像形成装置に関するものである。
【特許文献１】特開２００３−２８０３８８号公報
【特許文献２】特開平８−３３９１１０号公報
【特許文献３】特許第３５３０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イメージオンイメージによる方式のカラー画像形成装置は、感光体が１つにも関わらずタンデム方式と同等の高速画像形成が可能であり、カラーレジストレーションが容易、転写工程が１回で済み高安定、高画質であるなど多くの優れた特徴をもつ。しかし、現像装置は感光体上のトナー像を乱さずに２色目以降の現像を行う必要があり、従来の乾式１成分あるいは乾式２成分現像方式では満足に実用化できていない。
【０００７】
これに関し、富士ゼロックス（株）は、商品名「ｉＧｅｎ（登録商標）３」にてパウダークラウド現像方式を用いることで、このイメージオンイメージによる方式のカラー画像形成装置を実用化した。しかし、現像装置の構成が複雑で極めて大型化しており、小型低コストとはなっていない。
【０００８】
本発明者らは、トナー静電搬送手段を用いた現像装置は現像領域で感光体に対して非磁性、非接触であり、しかも現像電界は一方向で反転することが無いことから感光体上にトナー像や紙粉に代表される汚染物質があっても現像装置に流入することがないので、これまで実用化できていなかった、小型低コストのイメージオンイメージ方式のカラー画像形成装置に最適であると考え、特に、小型化をどのように実現するかを課題とした。
【０００９】
イメージオンイメージによる方式の画像形成装置は、１つの感光体に対し帯電、露光、現像工程を複数色分、順次配置するので、感光体ドラムを用いた場合、順次配置するスペースを確保すると直径が極めて大きくなり、従来のタンデム方式などに比べ大型化してしまう。特に、露光ユニットが感光体ドラムを中心に放射状に配置されることになり、極めてスペース効率が低下する。
【００１０】
これを避ける為に、小型ＬＥＤＡ光源を透明感光体内部に配置する提案もあるが、現在主流のレーザー露光手段に比べ光量や画素ピッチの均一性に劣り、コストも高く好ましくない。また透明感光体は基材の選択肢が狭く大幅なコストアップ要因となる。
【００１１】
上記の問題点に鑑み、本発明は、小型低コスト化が可能で、かつ、画像品質を損なうことなく画像の出力を行う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目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段を有し、画像形成装置本体から着脱可能なプロセスカートリッジであって、移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、トナー格納部から静電搬送面へトナー粒子を供給するための供給手段と、像担持体を帯電させるための帯電手段とを有し、像担持体は、プロセスカートリッジ本体から着脱が可能であり、帯電手段と現像手段とが一体化されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、一体化された帯電手段と現像手段とは、分離可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、同一姿勢に配置された少なくとも２以上のプロセスカートリッジをさらに有し、２以上のプロセスカートリッジが、画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジにおいて、同一姿勢に配置されたブラックと、マゼンタと、シアンと、イエローとの４色の各プロセスカートリッジと、同一姿勢に４色の各カートリッジ以外の補完色を備えたプロセスカートリッジとをさらに有し、プロセスカートリッジのうち、少なくとも２以上のプロセスカートリッジが、画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、像担持体上に静電潜像を露光するための露光手段をさらに有し、露光手段と、帯電手段と、現像手段と、が一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプロセスカートリッジにおいて、複数のプロセスカートリッジを同一姿勢に配置するための指示部材と、プロセスカートリッジの有する色を認識するためのセンサとをさらに有し、画像形成装置に対して、ユーザの所望する任意の色・個数のプロセスカートリッジを設置することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のプロセスカートリッジにおいて、支持部材は、画像形成装置内に設置されたプロセスカートリッジと大きさの異なるプロセスカートリッジを支持することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、スコトロンチャージャ方式であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、非接触帯電ローラ方式であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、帯電手段は、固体放電方式であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、像担持体は、ベルト状であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項２から１１のいすれか１項に記載のプロセスカートリッジにおいて、画像形成装置の初期状態では、各色共通で使用することができる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを装填可能な画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上、本発明のプロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、小型低コスト化が可能で、かつ、画像品質を損なうことなく画像の出力を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、発明者らが鋭意開発しているＥＨ現像手段が、現像領域で感光体に対して非磁性、非接触であり、しかも、現像電界は一方向で反転することが無いことから、感光体上にトナー像や紙粉に代表される汚染物質があっても現像装置に流入することがなく、しかも現像感度が高く、必要帯電電位を従来の現像方式（およそ４５０Ｖ）に比べて２／３以下である３００Ｖ以下で現像できる点に着目し、ベルト感光体を用いて現像手段を重畳的に配置したので、ベルト感光体サイズの小型化、現像、露光、帯電手段の略共通形状化、そして装置全体の小型低コスト化が画像品質などを損なうことなく実現することが可能である。
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１は、本実施形態におけるプロセスカートリッジを、画像形成装置に適用した場合の一例を示すブロック図である。
【００２８】
本実施の形態における画像形成装置は、像担持体１１と、転写ローラ２と、定着装置３と、各書込装置４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙと、給紙装置５と、各現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙとを備えている。なお、書込装置４と現像カートリッジ６とにおけるＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙは、それぞれ、ブラック，マゼンタ，シアン，イエローの各色のトナーを示している。
【００２９】
像担持体１１は、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したものであり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向に回転されるようにして備えられている。像担持体１１には、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ、および、後述する帯電装置が、各色ごとに対向しており、像担持体１１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体１１上に重ねていくように構成されている（シングルパスカラー方式）。
【００３０】
給紙装置５は、記録用紙等の転写材を格納し、また、画像形成時に転写材を搬送開始させるものである。定着装置３は、転写材上に形成された未定着のトナー像を固定するためのものである。
【００３１】
画像形成時には、給紙装置５から送られた転写材が像担持体１１と転写ローラ２との接触部へと搬送される。そして、像担持体１１と転写ローラ２との接触部において像担持体１１上に形成されたフルカラー画像が、転写ローラ２に印加された電圧によって転写材上に転写される。その後、転写材が定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂにおいて、挟まれつつ加熱されることによって転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成されることになる。
【００３２】
６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれ、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジである。この現像カートリッジは、図３に示すように、像担持体１１が退避する事によって開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。
【００３３】
書込装置４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙは、画像情報に従って帯電後の像担持体１１にそれぞれ、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込むための装置である。ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用する事ができる。
【００３４】
図２は、現像カートリッジ６の構成を示すブロック図である。なお、各色の現像カートリッジ６は同一構造であるので、１つのみを説明する。
【００３５】
本実施形態の現像カートリッジ６は、帯電装置１２と、現像装置１３と、クリーニング装置１４とを備える。
【００３６】
帯電装置１２は、像担持体１１の表面を一様帯電させるためのものである。本実施形態では、コロナ帯電を採用するものとする。コロナ帯電の如く、非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ６によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【００３７】
帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシング１によって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング１から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【００３８】
現像装置１３は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有するローラ状の静電搬送部材１３ａを備えている。静電搬送部材１３ａは、画像形成時には、像担持体１１に対して５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触に対向している。
【００３９】
この静電搬送部材１３ａの構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。
図４は、静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。
【００４０】
静電搬送部材１３ａは、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２・・・を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、かつ、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００４１】
本実施形態における支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板や、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ2等の絶縁膜を成膜したものや、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００４２】
電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは、移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００４３】
表面保護層１０３としては、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ4、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ2Ｏ5などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。
【００４４】
図４において、各電極１０２から伸びる線は、各電極１０２に電圧を印加するための導電線を表している。各線の重なる部分のうち、黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の電源からｎ相の異なる駆動電圧が印加される。本実施形態では、３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいてｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
【００４５】
本実施形態では、各電極１０２はプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されている。各接点は、プロセスカートリッジが画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３を与える本体側電源と接続される。ここで、プロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３は、図９に示すように、プロセスカートリッジの外側（現像カートリッジ６の外壁面）に露出しており、プロセスカートリッジが装着されると、本体側の接点と接続して本体側電源から電力が供給される。
【００４６】
静電搬送部材１３ａは、トナー粒子を像担持体１１近傍まで移送し、また現像領域を通過した後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域と、像担持体１１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。現像領域は、像担持体１１に近接した領域のみに存在する。一方、搬送領域は、静電搬送部材１３ａの周上、現像領域以外の全域に存在する。以下、トナー粒子が位相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」と呼ぶ。
【００４７】
本実施形態の場合では、静電搬送部材１３aの表面全体が静電搬送面になる。搬送領域では、各電極１０２に対して駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３が印加され、現像領域では、各電極１０２に駆動波形Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３が印加される。
【００４８】
次に、静電搬送部材１３ａにおけるトナーの静電搬送の原理について説明する。静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送部材１３ａ上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００４９】
例えば、静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対して、図５の（Ａ）に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、静電搬送部材１３ａ上に負帯電トナーＴがあり、静電搬送部材１３ａの連続した複数の電極１０２に、それぞれ「Ｇ」，「Ｇ」，「＋」，「Ｇ」，「Ｇ」が印加された（１）とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。
【００５０】
次のタイミングで、複数の電極１０２には、それぞれ「＋」，「Ｇ」，「Ｇ」，「＋」，「Ｇ」が印加される（２）。負帯電トナーＴには、左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が作用し、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力が作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。
【００５１】
さらに、次のタイミングで複数の電極１０２にはに示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００５２】
このように、複数の電極１０２に対して、電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、静電搬送部材１３ａ上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には、駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動することになる。
【００５３】
ここで、本実施形態において、静電搬送部材１３aの搬送領域では、各電極１０２に対して図６に示すように、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を印加する。この３相の駆動波形Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３は、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを、繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という）ものである。また、この駆動波形は、搬送領域においてトナー粒子を高速搬送させるのに適した波形である事が、本出願人の研究から分かっている。
【００５４】
一方、現像領域では、各電極１０２に対して図７に示すように、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３を印加する。この３相の駆動波形Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３は、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「現像電圧パターン」という）ものである。また、現像領域では、トナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図７の駆動波形は、トナー粒子を打ち上げるのに適していることが本出願人の研究から分かっている。
【００５５】
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合であっても、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は横方向への力も受ける。したがって、すべてのトナーが一斉に高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもある。逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合であっても、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものもある。
【００５６】
したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは、前述した図６に示す搬送電圧パターンに限定されるものではなく、また、現像領域の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも、前述した図７に示す現像電圧パターンに限定されるものではない。
【００５７】
ここまでは、駆動波形は３層の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。
【００５８】
各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が、｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、上述したように、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、また、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００５９】
他方、電圧印加デューティは、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００６０】
すなわち、注目電極に印加する電圧と、進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引、という時間を設定することによって効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合には、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で、かつ、｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００６１】
なお、上記の静電搬送部材の説明は、ベストモードと考えられるものを説明したが、所望の搬送／現像性能が得られるのであれば、現像領域と搬送領域とで電極１０２間の間隔を異ならせて電界の方向を調整しても良いし、あるいは現像領域と搬送領域で電極の間隔および駆動波形を同一としても良い。
【００６２】
また、現像装置１３には、静電搬送部材１３ａへトナー粒子を供給するための供給ローラ１３ｂが配置されており、供給ローラ１３ｂと静電搬送部材１３ａとの対向部分では磁気ブラシが形成されている。供給ローラ１３ｂの表面では、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形にした非磁性スリーブが形成されている。この非磁性スリーブが、不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
【００６３】
現像剤の搬送方向における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、すなわち、スリーブ上の現像剤量を規制するためのドクタブレード１３ｃが設置されている。このドクタブレード１３ｃと非磁性スリーブとの間隔であるドクタギャップは０．４ｍｍに設定されている。更に、供給ローラ１３ｂから見て像担持体１１とは反対側領域に、現像装置１３内の現像剤を攪拌しながら供給ローラ１３ｂへ汲み上げるための２つのスクリュー１３ｄが設置されている。
【００６４】
上述した供給ローラ１３ｂ内には、非磁性スリーブの周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体（磁石ローラ）が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体から発せられる法線方向の磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが非磁性スリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こす。そして、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。この磁気ブラシは、非磁性スリーブの回転によって非磁性スリーブと同方向に移送されることとなる。
【００６５】
また、磁石ローラ体は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、図８に示すように、現像領域部分に現像剤の穂立ちを生じる現像主磁極Ｐ１と、非磁性スリーブ上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ４および磁極Ｐ５と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁極Ｐ６と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極Ｐ２と、剤離れ磁極Ｐ３とを備えている。
【００６６】
なお、本実施形態では、磁石ローラ体をＰ１〜Ｐ６の６極の磁石によって構成しているが、８極や１２極で構成してもよい。図８において、供給ローラ１３ｂの表面に描かれた曲線は、法線磁力パターンの概略を示すものであり、「Ｎ」、「Ｓ」の記号は各磁極の供給ローラ１３ｂにおける表面側の極性が、それぞれＮ極、Ｓ極であることを示している。
【００６７】
現像手段１３内には、図示しないトナー粒子および磁性キャリアが格納されている。本発明を実施する上では、特にキャリア粒子およびトナー粒子を限定する必要はないが、以下に、本実施形態における態様を説明する。
【００６８】
本実施形態のトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいは、ポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものなどを用いる。そして、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することによって、重量平均粒径約５μｍの非磁性トナー粒子を得る。
【００６９】
また、本実施形態の磁性キャリアは、１キロエルステッドの磁界中における磁化量が、３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下の範囲にあるキャリアであることが望ましい。磁化量が、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下、好ましくは１４０ｅｍｕ／ｃｍ3以下の低磁化であれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が小さくなり、形成される磁気ブラシの穂が緻密に、かつ、短くなる。
【００７０】
この結果、静電搬送部材１３ａに対して均一なトナー粒子の供給が達成できる。一方、磁性キャリアの磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ3未満の場合には、現像剤の搬送性能が劣ってしまう。このため、磁性キャリアの磁化量は３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、好ましくは、８０ｅｍｕ／ｃｍ3以上であることが好ましい。本実施形態では、磁性キャリアとして、少なくともバインダー樹脂と、磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と、からなる重合法により生成された磁性体が分散されている樹脂磁性キャリアを用いる。
【００７１】
具体的には、磁性金属酸化物としては、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を用いる。また、金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂としては、スチレン、アクリル酸エチルなどのビニル系モノマーを重合して得られる樹脂を用いる。磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いてもよいが、これをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いるとよい。
【００７２】
磁化量は、キャリアの磁気特性を、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて、１キロエルステッドの外部磁場中に、円筒状の容器内にパッキングした磁性キャリアを置き、その際に測定して得た磁化の強さにキャリアの真比重を掛けることで算出することができる。
【００７３】
次に、本実施形態におけるプロセスカートリッジの動作を説明する。
【００７４】
本実施形態の画像形成装置は、複写機およびプリンタとして機能することができる画像形成装置である。複写機として機能する際には、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書き込みデータに変換される。プリンタとして機能する際には、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書き込みデータに変換される。
【００７５】
画像形成に先駆けて、像担持体１１は、表面の移動速度が所定の測度となるように図２の矢印方向、すなわち、反時計回り方向に回転を始める。また、帯電装置１２は、像担持体１１の回転に連動して回転させられる。このとき、帯電装置１２の芯金には、帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧、および、振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加される。これにより、像担持体１１の表面が約−１００Ｖに帯電されることになる。
【００７６】
帯電された像担持体１１に対して、書込装置４（４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ）は、書き込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることにより、光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させて、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【００７７】
書込装置４によって像担持体１１上に形成された静電潜像は、現像装置１３によって現像される。そして、画像部にトナー粒子が付着することにより、トナー像として像担持体１１上に可視化される。移相電界による現像では、トナー粒子が静電搬送部材１３ａの表面を跳びはねながら移動し、像担持体１１に近接した際に、画像部に吸着するように付着して現像が行なわれる。本実施形態では、静電搬送基板１３ａに対して−５０Ｖ、供給ローラ１３ｂに対して−２５０Ｖの電圧がそれぞれ印加される。これによって、供給ローラ１３ｂから静電搬送基板１３ａへと、さらに、静電搬送基板１３ａから像担持体１１上の画像部へと、トナー粒子を導く電界が形成される。
【００７８】
像担持体１１上に形成されたトナー像が転写ローラ２と像担持体１１との対向部に当たる転写部に到達するタイミングと同時に、給紙装置５から転写材が搬送される。そして、像担持体１１上のトナー像は、転写ローラ２に印加された電圧により転写材へと転写される。転写されたトナー像は、定着装置３によって転写材に定着されて画像が出力される。
【００７９】
一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置１４によって清掃され、清掃後の像担持体１１の表面は、次回の画像形成のために使用される。
【００８０】
次に、像担持体上にトナー像を形成させる動作について説明する。
【００８１】
まず、帯電装置１２によって像担持体１１の表面が一様に帯電される。すでに像担持体１１上にトナー像が形成されている場合であっても、トナー像を含め像担持体１１の表面が一様に帯電されることになる。次いで、書込装置４から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは、帯電装置１２と現像カートリッジ６との間を通過するため、すでに一様帯電された像担持体１１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体１１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【００８２】
現像カートリッジ６は、上述したように、像担持体１１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させて、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が上述のように各現像カートリッジ６との対向部において繰り返され、像担持体１１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成されることになる。
【００８３】
なお、本実施形態の画像形成装置では、像担持体１１の表面上の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング部材は設けていない。転写残トナー粒子は像担持体１１表面に残留したままとなるが、４つの各現像カートリッジ６内に設けられた帯電装置１２によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体１１上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されない。
【００８４】
また、本実施形態の画像形成装置では、複数のカートリッジを同時に着脱することも可能である。図１０は、複数のカートリッジを同時に着脱する場合を示す図である。上述したように、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。
【００８５】
この現像カートリッジは、図１０に示すように、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。また、現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのうち、少なくとも２つ以上のカートリッジ（図１０では、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ）がケーシング２によりパッケージングされて同時に着脱が可能となる。
【００８６】
さらに、上述した４色のカートリッジの他のカートリッジを増設することも可能である。図１１は、４色のカートリッジの他に、さらにカートリッジを増設して、同時に着脱する場合を示す図である。
【００８７】
現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。さらに、プロセス色のブラック、マゼンタ、シアン、イエローのほかに、色の再現性を良くするために、光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）のトナー像を現像するための現像カートリッジや、グレーのトナー像を現像するための現像カートリッジなどを加えることができるスペースを設けている。
【００８８】
一方、消色トナーの現像カートリッジなどを増設することも考えられる。また、増加された現像カートリッジの数に応じた書込装置が増設されることになる。この現像カートリッジは、図１１に示すように、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。また、上述したプロセス色の現像カートリッジ、増加された現像カートリッジの少なくとも２つ以上のカートリッジ（図１１では、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ）がケーシング３によりパッケージングされ同時に着脱が可能となる。
【００８９】
また、本実施形態のプロセスカートリッジによれば、カートリッジ内の複数のユニットが一体になっているので、メンテナンス等の際に同時に着脱することができる。図１２にその一例を示す。
【００９０】
帯電装置１２は、像担持体１１の表面を一様帯電させるためのものである。本実施形態では、コロナ帯電を採用するものとする。コロナ帯電の如く、非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【００９１】
帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシング４によって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング４から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【００９２】
さらに、帯電装置１２と現像装置１３との間に書込装置４’が設置されている。この書込装置４’も、ケーシング４により帯電装置１２と現像装置１３と一体化されていて、現像カートリッジを交換する時に同時に着脱できる。この書込装置には、小型のＬＥＤアレイやポリゴンを用いた光走査装置等、種々のものを使用する事ができる。
【００９３】
また、本実施形態のプロセスカートリッジによれば、任意の色、個数のカートリッジを設置することができる。図１３にその一例を示す。
【００９４】
現像カートリッジ６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙは、それぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジと帯電装置が一体化されたカートリッジである。さらに、プロセス色のブラック、マゼンタ、シアン、イエローのほかに、色の再現性を良くするために、Ｒ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）のトナー像を現像するための現像カートリッジや、グレーのトナー像を現像するための現像カートリッジなどを加えることができるスペースを設けている。
【００９５】
一方、消色トナーの現像カートリッジなどを増設することも考えられる。図１３では、カラープロセスカートリッジを用いた場合を示しているが、この他にも、ブラック、レッドの２色の現像カートリッジでの構成なども考えられる。もちろん、ブラック単色のみの構成でも可能であり、この場合に使用しないスペースに複数の同色のカートリッジを入れることも可能である。
【００９６】
この構成の利点としては、現像を分散することができるので、カートリッジの耐久性の向上、トナーの格納量の増大などが考えられる。この現像カートリッジは、像担持体１１が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、作業者による交換が可能となっている。
【００９７】
また、頻繁に使用するカートリッジの大きさを大きくすることにより、カートリッジの耐久性を向上することも可能である。図１４に示すように、ブラック単色での使用はカラーでの使用よりも多いと予想される場合のため、６Ｋのブラックの現像カートリッジは、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのマゼンタ、シアン、イエローの現像カートリッジと比較しても、カートリッジの容積が大きくなり、トナー収納容量が増加されている。
【００９８】
また、帯電装置１２、書込装置４、現像装置１３が大きくできるため、プロセス設計に余裕ができる。したがって、ブラック単色でのプロセス線速を速くすることができる。さらには、筐体の剛性が向上して耐久性が向上する。また、頻繁にブラック単色を使用しない場合には、６Ｍ，６Ｃ，６Ｙのマゼンタ、シアン、イエローの現像カートリッジと容積が同じ大きさのブラック現像カートリッジを、ケーシング６内の６Ｋブラック現像カートリッジの位置に挿入するれば良い。
【００９９】
また、本実施形態では、非接触の帯電手段を用いることにより、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体を帯電させる事ができる。図１５は、非接触の帯電手段として非接触帯電ローラを、図１６は、固体放電素子を、それぞれ設けることによって実現している。なお各色の現像カートリッジは同一構造であるので１つのみを説明する。
【０１００】
図１５は、本実施形態のプロセスカートリッジにおいて、非接触帯電ローラを用いた場合を示す図である。図１５において、非接触帯電ローラ１２Ａは、像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置である。この非接触帯電ローラ１２Ａは、像担持体１１の表面との間に、５０μｍ〜１００μｍ程度の間隙を形成して設置された導電性ローラに電圧を印加しておき、間隙中で起きるコロナ放電によって帯電させる方式である。また、帯電を安定させるため、ＡＣバイアスを印加させても良い。コロナ帯電方式と同様に非接触の帯電手段であるので、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【０１０１】
また、図１６は、本実施形態のプロセスカートリッジにおいて、固体放電素子を用いた場合を示す図である。図１６において、固体放電素子１２Ｂは、像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置である。固体放電素子を用いた帯電方式は、セラミックのような薄い絶縁体板を挟んで帯状の電極が構成されている。これに高周波のＡＣバイアスを印加させると、沿面コロナ放電によりイオンを生じさせて帯電させる方式である。コロナ帯電方式と同様に非接触の帯電手段であるので、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させる事ができる。
【０１０２】
図１５、図１６において、帯電装置１２と現像装置１３とは、ケーシングによって一体化されており、現像カートリッジ６を交換する時に同時に着脱できる。また、ケーシング４から、帯電装置１２と現像装置１３とを別々に取り外すことも可能である。
【０１０３】
また、帯電装置１２と現像装置１３との間に書込装置４’が設置されている。この書込装置４’も、ケーシング４により帯電装置１２と現像装置１３と一体化されていて、現像カートリッジを交換する時に同時に着脱できる。この書込装置には、小型のＬＥＤアレイやポリゴンを用いた光走査装置等、種々のものを使用する事ができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態のプロセスカートリッジは、各色共通化を視野に入れており、画像形成装置が初期状態のときに、カートリッジ内の現像装置にキャリアのみが入っている状態にトナーを補給することも可能である。また、何も入っていない状態にトナーとキャリアを補給するということも考えられる。カートリッジ各色共通化の利点としては、色によるプロセスカートリッジの区別がないので、各オフィスでのカートリッジ在庫数を削減することができ、また、サービスマンが携帯するカートリッジ数を削減することも可能である。
【０１０５】
なお、本実施の形態は、上述したものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々変更が可能である。例えば、本実施形態を適用できるシステムとしては、静電搬送部材を使用した現像方式のフルカラー機として描かれているが、これは画像形成装置の代表例として描いているだけであり、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラ−画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である事はいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施形態におけるプロセスカートリッジを、画像形成装置に適用した場合を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における現像カートリッジ６の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態におけるプロセスカートリッジを、像担持体１１が退避する事によって開放された空間から着脱した場合を示す図である。
【図４】静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。
【図５】（Ａ）は、電極１０２に対して、３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加した場合を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）によって印加された負帯電トナーＴの位置を模式的に示す図である。
【図６】搬送電圧パターンを約３３％に設定した場合における、３相の駆動波形の印加例である。
【図７】現像電圧パターンを約６７％に設定した場合における、３相の駆動波形の印加例である。
【図８】本実施形態のプロセスカートリッジ内の、磁石ローラ体を示す図である。
【図９】本実施形態における現像カートリッジ６の側壁側から見た場合の構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態において、複数のカートリッジを同時に着脱する場合を示す図である。
【図１１】本実施形態において、予め設置されているカートリッジに、さらに別のカートリッジを増設して、同時に着脱する場合を示す図である。
【図１２】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の複数のユニットが、一体になっている場合を示すブロック図である。
【図１３】本実施形態において、任意の色、個数のカートリッジを設置した場合を示す図である。
【図１４】本実施形態において、カートリッジの大きさを変更した場合を示す図である。
【図１５】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の帯電手段として、非接触帯電ローラを用いた場合を示す図である。
【図１６】本実施形態におけるプロセスカートリッジ内の帯電手段として、固体放電素子を用いた場合を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
２ 転写ローラ
３ 定着装置
３ａ 加熱ローラ
３ｂ 加圧ローラ
４Ｋ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ、４’ 書込装置
５ 給紙装置
６Ｋ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ 現像カートリッジ
１１ 像担持体
１１ａｋ，１１ａｍ，１１ａｃ，１１ａｙ 搬送ローラ
１２ 帯電装置
１３ 現像装置
１３ａ 静電搬送部材１３ａ
１３ｂ 供給ローラ
１３ｃ ドクタブレード
１３ｄ スクリュー
１４ クリーニング装置
１０１ 支持基板
１０２ 電極
１０３ 表面保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段を有し、画像形成装置本体から着脱可能なプロセスカートリッジであって、
移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、
現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、
前記トナー格納部から前記静電搬送面へ前記トナー粒子を供給するための供給手段と、
前記像担持体を帯電させるための帯電手段とを有し、
前記像担持体は、
前記プロセスカートリッジ本体から着脱が可能であり、
前記帯電手段と前記現像手段とが一体化されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
一体化された前記帯電手段と前記現像手段とは、分離可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】
同一姿勢に配置された少なくとも２以上のプロセスカートリッジをさらに有し、
２以上の前記プロセスカートリッジが、前記画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項４】
同一姿勢に配置されたブラックと、マゼンタと、シアンと、イエローとの４色の各プロセスカートリッジと、
同一姿勢に前記４色の各カートリッジ以外の補完色を備えたプロセスカートリッジとをさらに有し、
前記プロセスカートリッジのうち、少なくとも２以上の前記プロセスカートリッジが、前記画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】
像担持体上に静電潜像を露光するための露光手段をさらに有し、
前記露光手段と、前記帯電手段と、前記現像手段と、が一体化されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項６】
複数の前記プロセスカートリッジを同一姿勢に配置するための指示部材と、
前記プロセスカートリッジの有する色を認識するためのセンサとをさらに有し、
前記画像形成装置に対して、ユーザの所望する任意の色・個数の前記プロセスカートリッジを設置することを特徴とする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
前記支持部材は、
前記画像形成装置内に設置された前記プロセスカートリッジと大きさの異なる前記プロセスカートリッジを支持することを特徴とする請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項８】
前記帯電手段は、スコトロンチャージャ方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項９】
前記帯電手段は、非接触帯電ローラ方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
前記帯電手段は、固体放電方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
前記像担持体は、ベルト状であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
前記画像形成装置の初期状態では、各色共通で使用することができる請求項２から１１のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを装填可能な画像形成装置。
【請求項１】
像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段を有し、画像形成装置本体から着脱可能なプロセスカートリッジであって、
移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、
現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、
前記トナー格納部から前記静電搬送面へ前記トナー粒子を供給するための供給手段と、
前記像担持体を帯電させるための帯電手段とを有し、
前記像担持体は、
前記プロセスカートリッジ本体から着脱が可能であり、
前記帯電手段と前記現像手段とが一体化されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
一体化された前記帯電手段と前記現像手段とは、分離可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】
同一姿勢に配置された少なくとも２以上のプロセスカートリッジをさらに有し、
２以上の前記プロセスカートリッジが、前記画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項４】
同一姿勢に配置されたブラックと、マゼンタと、シアンと、イエローとの４色の各プロセスカートリッジと、
同一姿勢に前記４色の各カートリッジ以外の補完色を備えたプロセスカートリッジとをさらに有し、
前記プロセスカートリッジのうち、少なくとも２以上の前記プロセスカートリッジが、前記画像形成装置から同時に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】
像担持体上に静電潜像を露光するための露光手段をさらに有し、
前記露光手段と、前記帯電手段と、前記現像手段と、が一体化されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項６】
複数の前記プロセスカートリッジを同一姿勢に配置するための指示部材と、
前記プロセスカートリッジの有する色を認識するためのセンサとをさらに有し、
前記画像形成装置に対して、ユーザの所望する任意の色・個数の前記プロセスカートリッジを設置することを特徴とする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
前記支持部材は、
前記画像形成装置内に設置された前記プロセスカートリッジと大きさの異なる前記プロセスカートリッジを支持することを特徴とする請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項８】
前記帯電手段は、スコトロンチャージャ方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項９】
前記帯電手段は、非接触帯電ローラ方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
前記帯電手段は、固体放電方式であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
前記像担持体は、ベルト状であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
前記画像形成装置の初期状態では、各色共通で使用することができる請求項２から１１のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを装填可能な画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２５１７３６（Ｐ２００６−２５１７３６Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７２０６５（Ｐ２００５−７２０６５）
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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