プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】滑剤および滑剤塗布部と帯電部をカートリッジから着脱自在にし、塗布、帯電各部を別個にカートリッジから自在に分離できるプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】像担持体と、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング部と、クリーニング部を保持しこれを像担持体へ当接する保持板と、像担持体の両端を支持する側板に、保持板の両端に保持される当接部を設け、像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布部を備えたプロセスカートリッジにおいて、帯電部と滑剤塗布部とをモジュール化し、プロセスカートリッジから帯電部または滑剤塗布部の少なくとも1つの部を着脱自在としたことを特徴とするプロセスカートリッジを主たる構成とする。
【解決手段】像担持体と、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング部と、クリーニング部を保持しこれを像担持体へ当接する保持板と、像担持体の両端を支持する側板に、保持板の両端に保持される当接部を設け、像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布部を備えたプロセスカートリッジにおいて、帯電部と滑剤塗布部とをモジュール化し、プロセスカートリッジから帯電部または滑剤塗布部の少なくとも1つの部を着脱自在としたことを特徴とするプロセスカートリッジを主たる構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特に、滑剤および滑剤塗布手段を備える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、潤滑剤とそれを塗布するファーブラシ、およびその潤滑剤塗布量抑制部材としてのブレードの構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、潤滑剤（滑剤）塗布装置を有するプロセスカートリッジが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、感光体への滑剤塗布の機構を設け、感光体摩擦係数を低減しクリーニングブレードエッジ挙動の安定化やクリーニング性能向上を図ること、また感光体のフィルミング（融着）を防止することも行われてきた。この場合、クリーニングユニットの中、つまりクリーニングブレードの上流に滑剤塗布部材が入っている方式に比べ、上記技術のようにクリーニング装置の外部つまりブレードエッジの下流側に塗布手段を設け、塗布滑剤と廃トナーが混合して一緒に廃棄されるようにし、トナー入力量に滑剤の消費量が左右されることなく効率的に感光体に塗布することができ、滑剤の消費量が抑えられる。これによって、プロセスカートリッジの長寿命化が可能になり、また、滑剤のスペースが小さくなるため、ユニットを小型化できるというメリットがあった。
【特許文献１】特開２００２−３４１６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−９２０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プロセスカートリッジから滑剤塗布機構を着脱、交換する場合、カートリッジ自体の剛性が低下し、ねじれ応力に対して弱くなり、感光体に当接するブレードエッジの位置精度を維持することが困難になった。また、画質向上のため使用されている小粒径球形トナーのように、ブレードを高精度で像担持体に対して位置決めして、さらに当接圧を高く保持するため高剛性のフレームでブレードを固定しないとクリーニング性能が維持できないようなトナーを作像プロセスに使用する場合、滑剤塗布部を簡単に交換可能にするということは、カートリッジ枠体の剛性、その塗布部の設置位置精度の面から、非常に困難であった。また、滑剤を使いきって寿命がきてしまったカートリッジは、廃棄してしまうか、一旦、回収して再組立するしか手段はなかった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、滑剤および滑剤塗布手段をカートリッジから着脱自在にし、滑剤の大きさ、消費速度のバリエーションをもたせ（消費速度を調整可能にする）、廃棄時、簡単に滑剤塗布部をカートリッジから分離できることを目的としている。また、使用済みのプロセスカートリッジは、エンドユーザが消耗品である滑剤、滑剤塗布部を交換可能であり、プロセスカートリッジ廃棄時においても、滑剤塗布、滑剤汚染部を分別して廃棄可能であることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段を保持しこれを前記像担持体へ当接する保持板と、前記像担持体の両端を支持する側板に、前記保持板の両端に保持される当接部を設け、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を備えたプロセスカートリッジであって、前記帯電手段と前記滑剤塗布手段とをモジュール化し、前記プロセスカートリッジから前記帯電手段または前記滑剤塗布手段の少なくとも1つの手段を着脱自在とすることを特徴とするプロセスカートリッジである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロセスカートリッジにおいて、前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシとを具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のプロセスカートリッジにおいて、前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシと滑剤塗布量制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載のプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段は、帯電部材と前記帯電部材の表面を清掃する帯電クリーナ部材から成り、前記滑剤塗布手段と前記帯電クリーナ手段を一体化したモジュールとし、前記モジュールをプロセスカートリッジ枠体から着脱自在とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、現像に使用されるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比Ｄｖ／Ｄｎが１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項1から５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、現像に使用されるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項1から６のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、滑剤および滑剤塗布手段をカートリッジから着脱自在にし、滑剤の大きさ、消費速度のバリエーションをもたせ（消費速度を調整可能にする）、廃棄時、簡単に滑剤塗布部をカートリッジから分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジ及び画像形成装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１５】
図１は、フルカラー画像の画像形成装置の概略構成の一例を示す断面図である。ここに示した画像形成装置１００は、本体内に並列された４個のプロセスカートリッジ２００（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）、無端状の中間転写ベルト６２、２次転写ローラ６５、プロセスカートリッジにトナーを供給する各色のトナーボトル５９などを備えている。なお、プロセスカートリッジ２００は、像担持体１０、クリーニング手段であるクリーニングモジュール２０、帯電手段である帯電モジュール３０、現像手段である現像モジュール５０などを備える。
【００１６】
中間転写ベルト６２は、各像担持体である感光体１０の上方に位置し、中間転写ベルト６２の下側の走行辺が各感光体１０の周面に当接している。中間転写ベルト６２は、各感光体１０の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写される転写材の一例を構成する。各感光体１０上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト６２に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一である。
【００１７】
感光体１０は図２における時計方向に回転駆動され、このとき帯電電圧を印加された帯電手段である帯電モジュール３０によって感光体１０が所定の極性に帯電される。帯電後の感光体１０には、図１に示した光書き込み装置４０から出射する光変調されたレーザビームＬが照射され、これによって感光体１０に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段である現像モジュール５０によって各色のトナー像として可視像化される。
【００１８】
中間転写ベルト６２を挟んで、感光体１０と反対側に一次転写ローラ６１が配置され、この一次転写ローラ６１に転写電圧が印加されることにより、感光体１０上のトナー像が、回転する中間転写ベルト６２上に一次転写される。トナー像転写後の感光体１０上に付着する転写残トナーはクリーニング手段であるクリーニングモジュール２０によって除去される。クリーニング手段の下流側には感光体１０上に潤滑剤を塗布し、感光体１０表面の磨耗を低減し、クリーニング性を上げる潤滑剤の塗布手段７０を備える。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置本１００体内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体を収容した給紙カセットを有する給紙装置１３０が配置され、所定のタイミングで中間転写ベルト６２の部分と、これに対置された二次転写ローラ６５との間に給送される。このとき、二次転写ローラ６５には図示しない電源から所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト６２上の合成トナー像が記録媒体に二次転写される。合成トナー像を二次転写された記録媒体はさらに上方に搬送されて定着装置９０を通り、このとき記録媒体上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置９０を通過した記録媒体は、排紙ローラ対によって、画像形成装置本体１００の上部の排紙部に排出される。
【００２０】
本実施形態のように、クリーニング手段、帯電手段、現像手段などの各プロセス手段をそれぞれ（サブ）モジュール化し、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り外した状態において各プロセスモジュールを（サブ）モジュール単位で交換できるようにしたので、まだ使えるプロセスモジュール（プロセスサブモジュール）を寿命の達したプロセスカートリッジと共に廃棄する資源の無駄を有効に防止できる。本実施形態によると、ユーザ又はサービスマンはプロセスカートリッジ単位で交換することも、プロセスモジュール（プロセスサブモジュール）単位で交換することもでき、非常に使い勝手がよい。
【００２１】
図９に、従来例のプロセスカートリッジの構成を示す概略断面図を示す。図９に示すように、プロセスカートリッジ２００は、プロセスカートリッジ枠体（以下、単に「枠体」と記すことがある。）２１０に、少なくとも像担持体である感光体１０とクリーニング手段であるクリーニングブレード２２とを備えている。なお、図２に示すように、クリーニングブレード２２は、後述する保持板２１、入り口シール２３、ハウジング２６などと一緒に一体化されてクリーニングモジュール２０として構成されている。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。滑剤４３はステアリン酸亜鉛の粉末を溶融して固化したバー状の部材である。圧縮スプリング４２によってファーブラシ４１に所定の圧で押し付けている。このブラシは、例えば、帝人製、導電PET、２５０T／４０F、直毛の密度50,000〜100,000本/inch2、外径φ12〜14（ｍｍ）、芯金径φ6〜8（ｍｍ）とした。ブラシの回転方向は感光体に対して順方向であり、感光体への食い込み量は１ｍｍとし、感光体とブラシの線速比は１：１とした。
【実施例１】
【００２３】
図５に、本実施形態の具体的な例（実施例１）を示す。実施例１では、滑剤としてステアリン酸亜鉛（ZnSt）粉末を溶融固化した滑剤４３と、その加圧スプリング４２と、滑剤を塗布するファーブラシ４１からなるユニットをサブユニットとして有する構成としている。ブラシの駆動は感光体１０のフランジ１３に一体的に設けたギアからファーブラシ４１の回転軸に固定したギアを介して伝達する。感光体ギアとブラシギア間の軸間距離位置決めは、それぞれのユニットの枠体側面に位置決めのための凹凸を設けたり、ブラシ軸の両端に突き当てコロを設け、それを感光体に直接突き当ててブラシを加圧し軸間を出す構成とする。
【実施例２】
【００２４】
図６に本発明の実施形態に係る他の具体例（実施例２）を示す。実施例２では滑剤４３と塗布部４１を感光体上に均一に薄層化して塗布量を抑制するためのブレード部材７１が一体に構成されている。この構成を採用することによって、滑剤塗布ブラシ４１のヘタリ（塗布ブラシとしてブラシの毛が大きく外側へ開いたり毛が大きく折れ曲がったりする状態）あるいは摩耗によって、ブレード部材７１の欠けが発生した場合も一体で交換できるため、初期から経時した後に亘って、安定した塗布性能を得ることができる。
【実施例３】
【００２５】
図７に本発明の実施形態に係る他の具体的な例（実施例３）を示す。本実施例では、帯電とそのクリーナローラをそれぞれのサブモジュールとし、滑剤とその塗布ブラシ、および均一化のブレードをそれぞれのサブモジュールとして、各モジュールそれぞれが着脱自在になり交換可能となる。この構成によって、帯電ローラが経時によって汚染した場合でも単独で交換可能であり、さらに滑剤の塗布機構（滑剤塗布部）も単独で交換可能になる。それぞれの（サブ）モジュールの寿命によって交換することが可能となる。
【００２６】
なお、滑剤の消費量については、色ごとのステーションの差によって４２の加圧力や、ブラシ４１の密度を変更することが可能である。これは、タンデムの上流より下流にかけて、ステアリン酸亜鉛が中間転写ベルトに付着し下流の感光体のステーションに入ってきた場合、下流側ほど滑剤は供給量過剰となり、クリーニングブレードの摩耗を加速させたり、帯電ローラの汚染が悪化する可能性が生じる（滑剤の供給量が過多の場合の不具合については、感光体ロール表面の像流れの発生などがある）。その場合には、それぞれのステーションでばねの加圧力を変更することによって対応することができる。また、本実施例の場合には、下流ほど加圧力を低くするか、下流側ほどブラシの密度を低くする少なくともいずれか１つを実施して、バリエーションをつけて調整することが容易となる。
【実施例４】
【００２７】
図８に示す実施例４では、滑剤塗布部を帯電クリーナ部材と一緒に交換する構成にすることによって、クリーナ３３に吸収された汚染物質と一緒に交換可能となる。基本的に帯電クリーナに付着している物質の殆どは、塗布した滑剤４３や、滑剤の放電劣化物、トナーの外添剤なので、滑剤全体の量とクリーナ部材に回収する汚染物質の量は収支が合う。このため、同じ時期に一方が消耗して無くなり一方が満杯になるため寿命は同一になる可能性が高い。滑剤と一緒にこのクリーナを交換することで効率的にメンテナンスできるというメリットがある。
【００２８】
上記実施例２乃至４では、帯電ローラとクリーナーユニットと滑剤塗布ユニットを別体として外すことができる。これによって、帯電ローラの寿命と、滑剤塗布ユニットの寿命は異なるためそれぞれ別々に寿命（交換時期）を設定可能である。従来のカートリッジ構成では、これらのステー部材が取り外し可能に構成すると、カートリッジ筐体自体の剛性が極端に低下し、感光体とブレードの位置精度が低下してしまった。本発明によると枠体より剛性の高い保持板２１により、高精度に位置精度を高めることができる。
【００２９】
上記実施形態に係るプロセスカートリッジ（ＰＣＵ:Process Cartridge Unit）により、寿命設定（耐久枚数）によって滑剤の大きさを変更できる。これは、ＰＣＵの耐久枚数の設定を変更するような、例えばカートリッジ内に必要量のトナーを収容するタイプのプロセスカートリッジや、あるいは仕向地によってサプライの寿命設定を変更したりすることが容易にできる。
【００３０】
また、滑剤塗布の圧力、ブラシ密度を、ステーションごとに変更することができるため、トナー特性によって最適条件が変化したときそれに対応することができるメリットがある。さらにプロセスカートリッジの回収リサイクルの時に、消耗品である滑剤およびその塗布機構が簡単に交換可能になる。また、プロセスカートリッジ廃棄時、ケースと、廃トナー、廃棄マルスとを、別々に捨てることができるため、廃棄時のプロセスカートリッジ分解、分別回収が容易となり、マテリアルリサイクルがし易くなる。
【００３１】
また、固形滑剤と滑剤塗布手段としてのブラシと潤滑剤塗布量抑制手段としてのウレタンゴムブレードをサブモジュールとしたので、ブレードの摩耗量、ヘタリ量を初期から経時にかけてサブモジュールとして管理でき、帯電に入力するステアリン酸亜鉛（ZnSt：Zinc Stearate）の摩耗微粉の量が規制されるため、経時によりZnStの劣化による帯電ローラのフィルミングが抑えられる。
【００３２】
また、滑剤および滑剤塗布手段と該帯電クリーナ手段を一体化し、サブモジュールとしたので、摩耗消費する滑剤と、その粉体を吸着回収するクリーナの交換時期を一緒に行えるため効率的にメンテナンスすることができる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００に好適に使用されるトナーについて説明する。６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径を３〜８μｍが好ましい範囲としている。体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
【００３４】
トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図３は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【００３５】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【００３６】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジを使用するフルカラーの画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るクリ−ニングモジュールの構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る本発明に使用するトナーの形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２の説明用模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの断面構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布サブユニットの断面構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布と塗布量制御サブユニットの断面構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの帯電とそのクリーナと滑剤塗布サブユニットの断面構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布部と帯電クリーナ部材とを一緒に交換するサブユニットの断面構成図である。
【図９】従来例のプロセスカートリッジの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 像担持体（感光体）
１３ フランジ
２０ クリーニングモジュール
２１ 保持板
２２ クリーニングブレード
２３ 入り口シール
２６ ハウジング
３０ 帯電モジュール
４０ 光書き込み装置
４１ ファーブラシ
４２ 圧縮スプリング
４３ 滑剤４３
５０ 現像モジュール
５９ トナーボトル
６２ 中間転写ベルト
６５ ２次転写ローラ
７１ ブレード部材
９０ 定着装置
１００ 画像形成装置
１３０ 給紙装置
２００ プロセスカートリッジ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）
２１０ プロセスカートリッジ枠体
【技術分野】
【０００１】
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、特に、滑剤および滑剤塗布手段を備える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、潤滑剤とそれを塗布するファーブラシ、およびその潤滑剤塗布量抑制部材としてのブレードの構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、潤滑剤（滑剤）塗布装置を有するプロセスカートリッジが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、感光体への滑剤塗布の機構を設け、感光体摩擦係数を低減しクリーニングブレードエッジ挙動の安定化やクリーニング性能向上を図ること、また感光体のフィルミング（融着）を防止することも行われてきた。この場合、クリーニングユニットの中、つまりクリーニングブレードの上流に滑剤塗布部材が入っている方式に比べ、上記技術のようにクリーニング装置の外部つまりブレードエッジの下流側に塗布手段を設け、塗布滑剤と廃トナーが混合して一緒に廃棄されるようにし、トナー入力量に滑剤の消費量が左右されることなく効率的に感光体に塗布することができ、滑剤の消費量が抑えられる。これによって、プロセスカートリッジの長寿命化が可能になり、また、滑剤のスペースが小さくなるため、ユニットを小型化できるというメリットがあった。
【特許文献１】特開２００２−３４１６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−９２０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プロセスカートリッジから滑剤塗布機構を着脱、交換する場合、カートリッジ自体の剛性が低下し、ねじれ応力に対して弱くなり、感光体に当接するブレードエッジの位置精度を維持することが困難になった。また、画質向上のため使用されている小粒径球形トナーのように、ブレードを高精度で像担持体に対して位置決めして、さらに当接圧を高く保持するため高剛性のフレームでブレードを固定しないとクリーニング性能が維持できないようなトナーを作像プロセスに使用する場合、滑剤塗布部を簡単に交換可能にするということは、カートリッジ枠体の剛性、その塗布部の設置位置精度の面から、非常に困難であった。また、滑剤を使いきって寿命がきてしまったカートリッジは、廃棄してしまうか、一旦、回収して再組立するしか手段はなかった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、滑剤および滑剤塗布手段をカートリッジから着脱自在にし、滑剤の大きさ、消費速度のバリエーションをもたせ（消費速度を調整可能にする）、廃棄時、簡単に滑剤塗布部をカートリッジから分離できることを目的としている。また、使用済みのプロセスカートリッジは、エンドユーザが消耗品である滑剤、滑剤塗布部を交換可能であり、プロセスカートリッジ廃棄時においても、滑剤塗布、滑剤汚染部を分別して廃棄可能であることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段を保持しこれを前記像担持体へ当接する保持板と、前記像担持体の両端を支持する側板に、前記保持板の両端に保持される当接部を設け、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を備えたプロセスカートリッジであって、前記帯電手段と前記滑剤塗布手段とをモジュール化し、前記プロセスカートリッジから前記帯電手段または前記滑剤塗布手段の少なくとも1つの手段を着脱自在とすることを特徴とするプロセスカートリッジである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロセスカートリッジにおいて、前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシとを具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のプロセスカートリッジにおいて、前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシと滑剤塗布量制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載のプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段は、帯電部材と前記帯電部材の表面を清掃する帯電クリーナ部材から成り、前記滑剤塗布手段と前記帯電クリーナ手段を一体化したモジュールとし、前記モジュールをプロセスカートリッジ枠体から着脱自在とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、現像に使用されるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比Ｄｖ／Ｄｎが１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項1から５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、現像に使用されるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項1から６のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、滑剤および滑剤塗布手段をカートリッジから着脱自在にし、滑剤の大きさ、消費速度のバリエーションをもたせ（消費速度を調整可能にする）、廃棄時、簡単に滑剤塗布部をカートリッジから分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジ及び画像形成装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１５】
図１は、フルカラー画像の画像形成装置の概略構成の一例を示す断面図である。ここに示した画像形成装置１００は、本体内に並列された４個のプロセスカートリッジ２００（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）、無端状の中間転写ベルト６２、２次転写ローラ６５、プロセスカートリッジにトナーを供給する各色のトナーボトル５９などを備えている。なお、プロセスカートリッジ２００は、像担持体１０、クリーニング手段であるクリーニングモジュール２０、帯電手段である帯電モジュール３０、現像手段である現像モジュール５０などを備える。
【００１６】
中間転写ベルト６２は、各像担持体である感光体１０の上方に位置し、中間転写ベルト６２の下側の走行辺が各感光体１０の周面に当接している。中間転写ベルト６２は、各感光体１０の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写される転写材の一例を構成する。各感光体１０上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト６２に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一である。
【００１７】
感光体１０は図２における時計方向に回転駆動され、このとき帯電電圧を印加された帯電手段である帯電モジュール３０によって感光体１０が所定の極性に帯電される。帯電後の感光体１０には、図１に示した光書き込み装置４０から出射する光変調されたレーザビームＬが照射され、これによって感光体１０に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段である現像モジュール５０によって各色のトナー像として可視像化される。
【００１８】
中間転写ベルト６２を挟んで、感光体１０と反対側に一次転写ローラ６１が配置され、この一次転写ローラ６１に転写電圧が印加されることにより、感光体１０上のトナー像が、回転する中間転写ベルト６２上に一次転写される。トナー像転写後の感光体１０上に付着する転写残トナーはクリーニング手段であるクリーニングモジュール２０によって除去される。クリーニング手段の下流側には感光体１０上に潤滑剤を塗布し、感光体１０表面の磨耗を低減し、クリーニング性を上げる潤滑剤の塗布手段７０を備える。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置本１００体内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体を収容した給紙カセットを有する給紙装置１３０が配置され、所定のタイミングで中間転写ベルト６２の部分と、これに対置された二次転写ローラ６５との間に給送される。このとき、二次転写ローラ６５には図示しない電源から所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト６２上の合成トナー像が記録媒体に二次転写される。合成トナー像を二次転写された記録媒体はさらに上方に搬送されて定着装置９０を通り、このとき記録媒体上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置９０を通過した記録媒体は、排紙ローラ対によって、画像形成装置本体１００の上部の排紙部に排出される。
【００２０】
本実施形態のように、クリーニング手段、帯電手段、現像手段などの各プロセス手段をそれぞれ（サブ）モジュール化し、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り外した状態において各プロセスモジュールを（サブ）モジュール単位で交換できるようにしたので、まだ使えるプロセスモジュール（プロセスサブモジュール）を寿命の達したプロセスカートリッジと共に廃棄する資源の無駄を有効に防止できる。本実施形態によると、ユーザ又はサービスマンはプロセスカートリッジ単位で交換することも、プロセスモジュール（プロセスサブモジュール）単位で交換することもでき、非常に使い勝手がよい。
【００２１】
図９に、従来例のプロセスカートリッジの構成を示す概略断面図を示す。図９に示すように、プロセスカートリッジ２００は、プロセスカートリッジ枠体（以下、単に「枠体」と記すことがある。）２１０に、少なくとも像担持体である感光体１０とクリーニング手段であるクリーニングブレード２２とを備えている。なお、図２に示すように、クリーニングブレード２２は、後述する保持板２１、入り口シール２３、ハウジング２６などと一緒に一体化されてクリーニングモジュール２０として構成されている。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの構成図である。滑剤４３はステアリン酸亜鉛の粉末を溶融して固化したバー状の部材である。圧縮スプリング４２によってファーブラシ４１に所定の圧で押し付けている。このブラシは、例えば、帝人製、導電PET、２５０T／４０F、直毛の密度50,000〜100,000本/inch2、外径φ12〜14（ｍｍ）、芯金径φ6〜8（ｍｍ）とした。ブラシの回転方向は感光体に対して順方向であり、感光体への食い込み量は１ｍｍとし、感光体とブラシの線速比は１：１とした。
【実施例１】
【００２３】
図５に、本実施形態の具体的な例（実施例１）を示す。実施例１では、滑剤としてステアリン酸亜鉛（ZnSt）粉末を溶融固化した滑剤４３と、その加圧スプリング４２と、滑剤を塗布するファーブラシ４１からなるユニットをサブユニットとして有する構成としている。ブラシの駆動は感光体１０のフランジ１３に一体的に設けたギアからファーブラシ４１の回転軸に固定したギアを介して伝達する。感光体ギアとブラシギア間の軸間距離位置決めは、それぞれのユニットの枠体側面に位置決めのための凹凸を設けたり、ブラシ軸の両端に突き当てコロを設け、それを感光体に直接突き当ててブラシを加圧し軸間を出す構成とする。
【実施例２】
【００２４】
図６に本発明の実施形態に係る他の具体例（実施例２）を示す。実施例２では滑剤４３と塗布部４１を感光体上に均一に薄層化して塗布量を抑制するためのブレード部材７１が一体に構成されている。この構成を採用することによって、滑剤塗布ブラシ４１のヘタリ（塗布ブラシとしてブラシの毛が大きく外側へ開いたり毛が大きく折れ曲がったりする状態）あるいは摩耗によって、ブレード部材７１の欠けが発生した場合も一体で交換できるため、初期から経時した後に亘って、安定した塗布性能を得ることができる。
【実施例３】
【００２５】
図７に本発明の実施形態に係る他の具体的な例（実施例３）を示す。本実施例では、帯電とそのクリーナローラをそれぞれのサブモジュールとし、滑剤とその塗布ブラシ、および均一化のブレードをそれぞれのサブモジュールとして、各モジュールそれぞれが着脱自在になり交換可能となる。この構成によって、帯電ローラが経時によって汚染した場合でも単独で交換可能であり、さらに滑剤の塗布機構（滑剤塗布部）も単独で交換可能になる。それぞれの（サブ）モジュールの寿命によって交換することが可能となる。
【００２６】
なお、滑剤の消費量については、色ごとのステーションの差によって４２の加圧力や、ブラシ４１の密度を変更することが可能である。これは、タンデムの上流より下流にかけて、ステアリン酸亜鉛が中間転写ベルトに付着し下流の感光体のステーションに入ってきた場合、下流側ほど滑剤は供給量過剰となり、クリーニングブレードの摩耗を加速させたり、帯電ローラの汚染が悪化する可能性が生じる（滑剤の供給量が過多の場合の不具合については、感光体ロール表面の像流れの発生などがある）。その場合には、それぞれのステーションでばねの加圧力を変更することによって対応することができる。また、本実施例の場合には、下流ほど加圧力を低くするか、下流側ほどブラシの密度を低くする少なくともいずれか１つを実施して、バリエーションをつけて調整することが容易となる。
【実施例４】
【００２７】
図８に示す実施例４では、滑剤塗布部を帯電クリーナ部材と一緒に交換する構成にすることによって、クリーナ３３に吸収された汚染物質と一緒に交換可能となる。基本的に帯電クリーナに付着している物質の殆どは、塗布した滑剤４３や、滑剤の放電劣化物、トナーの外添剤なので、滑剤全体の量とクリーナ部材に回収する汚染物質の量は収支が合う。このため、同じ時期に一方が消耗して無くなり一方が満杯になるため寿命は同一になる可能性が高い。滑剤と一緒にこのクリーナを交換することで効率的にメンテナンスできるというメリットがある。
【００２８】
上記実施例２乃至４では、帯電ローラとクリーナーユニットと滑剤塗布ユニットを別体として外すことができる。これによって、帯電ローラの寿命と、滑剤塗布ユニットの寿命は異なるためそれぞれ別々に寿命（交換時期）を設定可能である。従来のカートリッジ構成では、これらのステー部材が取り外し可能に構成すると、カートリッジ筐体自体の剛性が極端に低下し、感光体とブレードの位置精度が低下してしまった。本発明によると枠体より剛性の高い保持板２１により、高精度に位置精度を高めることができる。
【００２９】
上記実施形態に係るプロセスカートリッジ（ＰＣＵ:Process Cartridge Unit）により、寿命設定（耐久枚数）によって滑剤の大きさを変更できる。これは、ＰＣＵの耐久枚数の設定を変更するような、例えばカートリッジ内に必要量のトナーを収容するタイプのプロセスカートリッジや、あるいは仕向地によってサプライの寿命設定を変更したりすることが容易にできる。
【００３０】
また、滑剤塗布の圧力、ブラシ密度を、ステーションごとに変更することができるため、トナー特性によって最適条件が変化したときそれに対応することができるメリットがある。さらにプロセスカートリッジの回収リサイクルの時に、消耗品である滑剤およびその塗布機構が簡単に交換可能になる。また、プロセスカートリッジ廃棄時、ケースと、廃トナー、廃棄マルスとを、別々に捨てることができるため、廃棄時のプロセスカートリッジ分解、分別回収が容易となり、マテリアルリサイクルがし易くなる。
【００３１】
また、固形滑剤と滑剤塗布手段としてのブラシと潤滑剤塗布量抑制手段としてのウレタンゴムブレードをサブモジュールとしたので、ブレードの摩耗量、ヘタリ量を初期から経時にかけてサブモジュールとして管理でき、帯電に入力するステアリン酸亜鉛（ZnSt：Zinc Stearate）の摩耗微粉の量が規制されるため、経時によりZnStの劣化による帯電ローラのフィルミングが抑えられる。
【００３２】
また、滑剤および滑剤塗布手段と該帯電クリーナ手段を一体化し、サブモジュールとしたので、摩耗消費する滑剤と、その粉体を吸着回収するクリーナの交換時期を一緒に行えるため効率的にメンテナンスすることができる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００に好適に使用されるトナーについて説明する。６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径を３〜８μｍが好ましい範囲としている。体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
【００３４】
トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図３は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【００３５】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【００３６】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジを使用するフルカラーの画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るクリ−ニングモジュールの構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る本発明に使用するトナーの形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２の説明用模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの断面構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布サブユニットの断面構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布と塗布量制御サブユニットの断面構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの帯電とそのクリーナと滑剤塗布サブユニットの断面構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの滑剤塗布部と帯電クリーナ部材とを一緒に交換するサブユニットの断面構成図である。
【図９】従来例のプロセスカートリッジの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 像担持体（感光体）
１３ フランジ
２０ クリーニングモジュール
２１ 保持板
２２ クリーニングブレード
２３ 入り口シール
２６ ハウジング
３０ 帯電モジュール
４０ 光書き込み装置
４１ ファーブラシ
４２ 圧縮スプリング
４３ 滑剤４３
５０ 現像モジュール
５９ トナーボトル
６２ 中間転写ベルト
６５ ２次転写ローラ
７１ ブレード部材
９０ 定着装置
１００ 画像形成装置
１３０ 給紙装置
２００ プロセスカートリッジ（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）
２１０ プロセスカートリッジ枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段を保持しこれを前記像担持体へ当接する保持板と、前記像担持体の両端を支持する側板に、前記保持板の両端に保持される当接部を設け、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を備えたプロセスカートリッジであって、
前記帯電手段と前記滑剤塗布手段とをモジュール化し、前記プロセスカートリッジから前記帯電手段または前記滑剤塗布手段の少なくとも1つの手段を着脱自在とすることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシとを具備することを特徴とする請求項１記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】
前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシと滑剤塗布量制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のプロセスカートリッジ。
【請求項４】
前記帯電手段は、帯電部材と前記帯電部材の表面を清掃する帯電クリーナ部材から成り、前記滑剤塗布手段と前記帯電クリーナ手段を一体化したモジュールとし、前記モジュールをプロセスカートリッジ枠体から着脱自在とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】
現像に使用されるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比Ｄｖ／Ｄｎが１．００〜１．４０の範囲にあ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】
現像に使用されるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする請求項1から５のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
請求項1から６のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上の転写残トナーを除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段を保持しこれを前記像担持体へ当接する保持板と、前記像担持体の両端を支持する側板に、前記保持板の両端に保持される当接部を設け、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を備えたプロセスカートリッジであって、
前記帯電手段と前記滑剤塗布手段とをモジュール化し、前記プロセスカートリッジから前記帯電手段または前記滑剤塗布手段の少なくとも1つの手段を着脱自在とすることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシとを具備することを特徴とする請求項１記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】
前記滑剤塗布手段は、少なくとも固形滑剤と滑剤塗布用ブラシと滑剤塗布量制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のプロセスカートリッジ。
【請求項４】
前記帯電手段は、帯電部材と前記帯電部材の表面を清掃する帯電クリーナ部材から成り、前記滑剤塗布手段と前記帯電クリーナ手段を一体化したモジュールとし、前記モジュールをプロセスカートリッジ枠体から着脱自在とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】
現像に使用されるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比Ｄｖ／Ｄｎが１．００〜１．４０の範囲にあ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】
現像に使用されるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする請求項1から５のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
請求項1から６のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジを備える画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９９５２０（Ｐ２００７−１９９５２０Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９５１５（Ｐ２００６−１９５１５）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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