JPH03185464A - プロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は感光ドラム、感光ドラムに像形成するのに使用
する帯電器、現像器、転写器、クリーニング器等のプロ
セス手段を少なくとも１つ備え、感光ドラムとプロセス
手段を一体的に構成し、装置本体に対して着脱自在とし
た電子写真画像形成装置用のプロセスカートリッジに関
する。

【従来技術】

電子写真法は、一般に感光体に光導電物質を用い、コロ
ナ放電等により感光体表面を帯電させ、画像露光により
感光体表面の電荷を中和させ、感光体上に静電潜像を形
成し、ついで該潜像を感光体表面の電荷と逆帯電したト
ナーと呼ばれる着色微粉末を用いて現像し、必要に応じ
て紙等の転写材にトナー画像を転写した後、加熱あるい
は圧力により定着し複写物を得るものである。 従来より、使用量により劣化が進行してその使用耐久に
限界がある感光体等を含むプロセス手段をカートリッジ
化して、本体装置に対して着脱自在に構成し、消耗品の
交換を容易にすることが考えられている。このカートリ
ッジ化による消耗品の交換例としては、感光体の交換と
同時にトナーの消費により使用限界がくる現像器や、使
用済みのトナーが蓄積されるクリーニング器、更にはト
ナー付着により放電障害を生じやすいコロナ帯電器等を
、上記感光体と同時に交換することも有効である。 以上のごとく、使用により交換が要求される消耗品を本
体装置に対して着脱自在とした構造体をここではプロセ
スカートリッジと称す、このようなプロセスカートリッ
ジのプロセス手段としては感光体、現像器、クリーニン
グ器、コロナ帯電器等の組合せがある。 このようなプロセスカートリッジを用いた画像形成方法
は、代表的には以下のような装置および工程により行な
われる。 第３図はプロセスカートリッジを用いた画像形成装置の
構成を示す断面図である。 第３図において、３旧は透明の部材よりなる原稿台で、
矢印方向に往復運動する。３０２は結像素子アレイで、
原稿台上にある原稿像の光像を感光ドラム３０３上にス
リット３２７．４２７（第４図）を通して露光する。な
お、感光ドラムは矢印方向に回転する。３０４はコロナ
帯電器であり感光ドラムに一様に帯電を施す、また３０
５は現像器であり、−様に帯電された感光ドラムに結像
素子アレイ３０２により光像露光して形成した静電画像
をトナーで現像する。 一方転写シートＰは給紙ローラー３０６およびレジスタ
ローラ３０７により感光ドラム３０３面に送り込まれ、
転写用帯電器３０８により感光ドラム上のトナー画像の
転写を受ける。その後、転写シートＰは分離手段３１３
により感光ドラムから分離され、ガイド３０９上を通っ
て搬送路端部に位置するローラ３２１により定着器３１
０に送られる。定着器３１０で転写シート上のトナー像
は定着され、シートは排出ローラ３１１によりトレイ３
１２上に排出される。一方、感光ドラム上に転写されず
に残ったトナーは、クリーニングブレードでかきおとさ
れクリーニング器３１４により回収される。更に、３１
５は原稿を露光する照明系、３１６は熱線吸収フィルタ
ー等のフィルターである。 また第３図および第４図においては、感光ドラムの周囲
に配置した現像器３０５、クリーニング器３１４、帯電
器３０４等の像形成手段を一体にして遮光壁３３０、４
３０で包んでプロセスカートリッジを構成し、感光ドラ
ム交換時にはカートリッジ内の各ユニットを同時に交換
することにより保守作業の軽減を図っている。 更に、プロセスカートリッジが容易に交換できるように
すれば、黒色のトナーのほかカラートナーを用いたモノ
カラーコピーに対しても、黒色トナー用のプロセスカー
トリッジの他に複数のモノカラー用のプロセスカートリ
ッジを用意しておき、各色のプロセスカートリッジを必
要に応じて取り替えて使用することにより対応すること
ができる。 このように、プロセスカートリッジの使用形態およびそ
の管理はプロセスカートリッジを購入したユーザーに委
ねられることになる。そこで、そのプロセスカートリッ
ジを好ましくない条件の下で使用してしまったり、保管
の状態が十分でないという事態を招＜、シたがってどの
ような状況においても十分使用に耐えるよう感光ドラム
、トナーその他の材料およびカートリッジの構造を選択
する必要がある。 例えば感光ドラムに直射日光や蛍光灯の光を長時間照射
すると感光ドラムが劣化して光メモリーが発生する。こ
のような感光ドラムを使用して画像を形成すると光メモ
リーを起した部分とその他の部分とでは画像濃度の不均
一を生じる。したがって、従来のプロセスカートリッジ
においては感光ドラムおよびプロセス手段を遮光壁で包
み、更に画像露光用のスリットおよび感光ドラムの転写
シートと接する部分には可動シャッタを設けて、プロセ
スカートリッジを画像形成装置から取外した時には外部
光の漏洩を防止するようにしている。しかしながらこの
ような可動部分は極力少ないほうが組立て性等の観点か
ら望ましい。 現像剤は、おもに着色剤とバインダー樹脂からなるトナ
ーとキャリアとから構成されている。バインダー樹脂は
熱あるいは圧力が加わることにより溶融し、紙に着色剤
を定着させる働きを持っている。−シたがって、プロセ
スカートリッジが直射日光等により高温にさらされると
、バインダー樹脂が溶融してブロッキングと呼ばれる固
着現象が発生しやすくなる。ブロッキングが発生すると
、次にこの現像器を使用するときに初期画像が不鮮明に
なったり、画像が得られないということがおきてしまう
。 またブロッキングの程度がひどいと、現像スリーブが回
転しなくなり、ついには現像器が破損してしまう。 このため、画像濃度の不均一や現像剤のブロッキングを
防止するために、感光体、現像材、その他の材料選択の
ラチチュードが狭くなり、画質の大幅な向上や更なるコ
ストダウンが図れないという問題がある。 また、ユーザにおいてもプロセスカートリッジの保管場
所や保管状況に注意を払わなければならない。 このような問題点を解決する方法の１つとして画像形成
装置とは別に外部に動力源及び駆動機構を設けて、取り
外した現像器をそれに接続し、トナーを攪拌することが
挙げられる。しかしながら、この方法ではカートリッジ
をはずす度に外部の駆動機構と接続しなおさなければな
らず、保管の場所も限られるなど使いにくさが依然残っ
てしまっていた。またコストの上昇を招くという問題も
あった。

【発明が解決しようとする課題】

、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、環境依存性の少ない優れた画質をもつ画像形成
装置を実現するためのプロセスカートリッジを提供する
ことを目的としている。 さらに本発明の目的は、取り扱いが容易な電子写真法に
よる画像形成装置を実現するためのプロセスカートリッ
ジを提供することである。

【課題を解決するための手段】

本発明は、電子写真画像形成装置に用いられ、感光ドラ
ムおよびプロセス手段が一体化されたプロセスカートリ
ッジにおいて、太陽電池と、該太陽電池により駆動し得
る感光ドラム回転手段および／または現像剤攪拌手段と
を有することを特徴とするプロセスカートリッジである
。 前記プロセスカートリッジにおいて、攪拌手段は現像剤
を攪拌できるものであれば如何なるものでも適用可能で
あるが、現像スリーブおよび／または攪拌搬送スクリュ
ーであることが好ましい。 本発明者らは、感光ドラムを回転させる機構をすべてプ
ロセスカートリッジに内蔵し、カートリッジを画像形成
装置から取り外しても、感光ドラムを回転させることに
より、遮光シャッターがなくても光メモリーの発生を防
止し、現像スリーブおよび／または攪拌搬送スクリュー
を回転させ、トナーを循環させることによってブロッキ
ングの発生を防止し、トリボ帯電を安定化できないかと
いう点に着目して検討を行なった。 まず、遮光シャッタ等の可動部分を省いたプロセスカー
トリッジを用い、画像形成装置とは別に設けた駆動機構
により感光ドラムおよび現像スリーブおよび攪拌搬送ス
クリューを回転させ、その回転数を種々変えて長期間放
置し、その後画像形成装置にセットして画像を出したと
ころ、ゆっくりでも回転してさえいれば常に鮮明な画像
が得られることが判明した。 しかし、全く休止せずに昼夜の区別なく感光ドラムを回
転させていると、感光ドラムの表面が次第に削れてゆき
、耐久性が損なわれてプロセスカートリッジ本来の交換
時期に達するまえに感光ドラムの寿命に達してしまうこ
とが判明した。 また、現像スリーブおよび攪拌搬送スクリューを回転し
ているとトリボ帯電は安定するものの、全く休止せずに
回転したり、あまりに回転が速いとかえってトリボ帯電
が過剰になりトナーが劣化することがわかった。 そこで、光メモリ−トナーのブロッキングの原因となる
光が当っている間だけ感光ドラムおよび現像スリーブお
よび攪拌搬送スクリューを回転させたところ、光メモリ
−、ブロッキングの発生もなく、トリボ帯電を安定化で
きて、鮮明な画像が得られることが判明した。 次に取り出したプロセスカートリッジの取扱いを容易に
するため小型モータおよび電池をプロセスカートリッジ
に内蔵させたところ、光が当っている間だけ感光ドラム
および現像スリーブおよび攪拌搬送スクリューを回転す
るためのセンサーおよび制御回路が必要なこと、カート
リッジの保管が長期にわたる場合、電池が消耗しても気
付かないことがあるという問題があることが判明した。 そこで、駆動用電源として太陽電池を利用し、プロセス
カートリッジに光があたったているときだけ感光ドラム
および現像スリーブおよび攪拌搬送スクリューが回転す
るようにできるかどうか、太陽電池の大きさ、種類、モ
ータおよびギアについて検討したところ、カートリッジ
に内蔵できる大きさの太陽電池を用いて感光ドラムおよ
び現像スリーブおよび攪拌搬送スクリューを充分に駆動
できることがわかった。更に、カートリッジに当る光量
にしたがって、感光ドラムおよび現像スリーブおよび攪
拌搬送スクリューの回転数が自動的に変わるので、ユー
ザにおいてのプロセスカートリッジの管理が簡便になる
ことがわかった。 第１図は、本発明による太陽電池を設けたプロセスカー
トリッジの外観、第２図は、感光ドラムおよび／または
現像スリーブおよび／または攪拌搬送スクリューを駆動
するためのモータ及びギアを内部に組み込んだプロセス
カートリッジの一例の断面図である。 第１図において、１０１は太陽電池、　１３０は遮光壁
に覆われたプロセスカートリッジ本体である。 第２図において、２０１は太陽電池、２０５は現像器、
２１４はクリーニング器、　２２７は画像露光用のスリ
ット、２３０は遮光壁に覆われたカートリッジ本体、２
８１は太陽電池により駆動され得る小型モーター（不図
示）により駆動されるギア、２８２は感光ドラムを回転
させるためのギア、２８３は現像器の現像スリーブおよ
び／またはトナーの攪拌搬送スクリューを回転させるた
めのギアである。 プロセスカートリッジが画像形成装置にセットされてい
るときは本体側の突起（不図示）によってギア２８！が
押込まれているのでギア２８１と２８２はかみ合ってい
ないため従来のプロセスカートリッジと同様に使用でき
る。プロセスカートリッジを画像形成装置からとりはず
すと、不図示のバネによりギア２８１とギア２８２がか
み合い、感光ドラムおよび現像スリーブおよび／または
攪拌搬送スクリューを駆動する準備ができる。太陽電池
２０１によって供給される電力によりモータ（不図示）
が回転し、ギア等による減速手段（不図示）およびギア
２８１　、２８２を介して感光ドラムが回転し、それに
伴なって現像スリーブおよび／または攪拌搬送スクリュ
ーが回転する。 ここでモータとギア２８１の間にある減速手段（不図示
）は、直射日光が照射されたときにモーターが高速回転
しても、感光ドラムおよび／または現像スリーブおよび
／または攪拌搬送スクリューの回転数を抑えてトナー等
の劣化を防止するとともに感光ドラムおよび／または現
像スリーブおよび／または攪拌搬送スクリューを回転さ
せるのに必要なトルクを得るためのものである。したが
って、公知のいずれの減速手段も使用でき、例えば大小
のギアを組み合わせたギアボックス、ベルトとギアを併
用したもの、チェーンとギアを組み合わせたもの等を用
いることができる。 またそれらの組合せは、太陽電池の出力、モーターの出
力等により感光ドラム、現像スリーブ、攪拌搬送スクリ
ューの回転速度が好適な範囲になるように適宜選定すれ
ば良い。 このように感光ドラムを回転させているので、遮光シャ
ッタ等の可動部分を省いても外部からの漏洩光による光
メモリの発生が防止できる。 また、回転する攪拌搬送スクリューおよび現像スリーブ
により現像剤は現像器３０５内を搬送・循璋される。こ
のようにして攪拌搬送スクリューおよび現像スリーブを
回転させているので、バインダー樹脂が溶融することな
がなくブロッキングが防止できる。また、トナーを循環
させているので、プロセスカートリッジを再使用すると
きにも初期からトリボ帯電が安定し、鮮明な画像が得ら
れる。 更に、太陽電池は照射される光の強度によって出力が変
化するので、強い光、例えば直射日光の当るような場合
には自動的にモータの回転速度が速くなり、現像剤は良
く攪拌され、光強度の弱いときや夜間は不必要な攪拌を
行なわない、不必要な攪拌を行なわないことにより、攪
拌のし過ぎによってトナーが劣化することがなく、攪拌
のし過ぎを防止するための、例えばスイッチ、タイマー
等が不要であるため、構造を簡素にすることができ、全
ての機構を現像器に内蔵させることができる。 ただし必要に応じてスイッチ、タイマー等を設けてもよ
い。 感光ドラムおよび／または現像剤を攪拌する攪拌搬送ス
クリューおよび／または現像スリーブの回転速度は、好
ましくは１　ｒｐｍ以上５００ｒｐｍ以下、より好まし
くは５　ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下、最適には１０ｒ
ｐｍ以上１００ｒｐｎ＋以下が望ましい。 ここでは感光ドラムと現像スリーブおよび／または攪拌
搬送スクリューの両方を回転させたが、回転させる部分
は感光ドラムあるいは現像スリーブおよび／または攪拌
搬送スクリューの片方だけでも本発明は効果的である。 本発明において使用できる太陽電池としては、単結晶シ
リコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファ
スシリコン太陽電池、ガリウム砒素太陽電池、インジウ
ムリン太陽電池、その他の化合物半導体太陽電池、有機
半導体太陽電池等のいずれの太陽電池も使用できる。な
かでもアモルファスシリコン太陽電池は、コストの低い
点、小型軽量化が可能な点、環境汚染がない点、さらに
オフィスの照明である蛍光灯に合う分光感度を有する点
などから好適である。 又、太陽電池の設置部分としてはプロセスカートリッジ
の上面、前面、側面のいずれでも本発明は有効である。 更に、太陽電池を着脱可能にしておき、画像形成装置に
セットしたカートリッジから太陽電池を外し、取外した
カートリッジにその太陽電池を設置することもできる。 ここで、プロセスカートリッジに設置する太陽電池の面
積としては好ましくは１０ｃ−以上５００ｃｍ”以下、
より好ましくは５０ｃ−以上３００ｃｍ”以下が望まし
い。 本発明において使用できるモータとしては、低消費電力
で高トルクのＤＣモータであればギャードモータ、コア
レスモータ、ブラシレスモータ等いずれも使用できるが
、特に低消費電流型のモータが好適である。 本発明のプロセスカートリッジにおいて使用する感光体
としては、アモルファスシリコン感光体、ＯＰＣ感光体
、Ｓｅ感光体等いずれもでよい。 本発明のプロセスカートリッジにおいてトナー等の現像
剤に使用できるバインダー樹脂としては、公知の熱可塑
性樹脂、例えばポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポ
キシ樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、フェノ
ール樹脂、スチレン−ブタジェン樹脂、キシレン樹脂、
ブチラール樹脂等が使用できる。 本発明のプロセスカートリッジにおいてトナー等の現像
剤に使用できる着色剤としては公知のものすべてが使用
でき、例えば、カーボンブラック、鉄黒、ニグロシン、
ベンジジンイエロー、キナクリドン、ローダミンＢ、フ
タロシアニンブルーなどがある。

【実施例】

次に実施例により本発明を具体的に説明するが１１本発
明はこれによりなんら限定されるものではない。 実施例１ 第１図乃至第２図の本発明のプロセスカートリッジを用
いて第３図の画像形成装置によりＡ４版のベタ黒、ハー
フトーン、文字の各種の画像すンブルをとったのち、こ
のプロセスカートリッジを画像形成装置から取り外して
１力月間放置した。その後、再びこのプロセスカートリ
ッジを画像形成装置に装填して同様の画像サンプルをと
ったところ、初期画像から鮮明な画像が得られ、放置前
の画像と比較して全く変化がみられなかった。 比較例１−１ 第４図の従来のプロセスカートリッジから遮光シャッタ
を省いたものを用いた以外は実施例１と同様にしたとこ
ろ、光メモリーが発生し、特に再使用後の初期画像にお
いて部分的に鮮明な画像が得られなかった。 比較例１−２ プロセスカートリッジのほかに太陽電池以外の商用電源
により駆動される感光ドラムの回転手段および現像剤の
攪拌手段を設け、取り外したプロセスカートリッジをそ
れに接続し、実施例１と同様に放置したが、プロセスカ
ートリッジの交換、接続といった取扱いが面倒であった
。 また、現像剤を常時攪拌したためにトナーが劣化してし
まい、いずれの画像も濃度が濃く、鮮明な画像が得られ
なかった。 比較例１−３ プロセスカートリッジに太陽電池の代りに蓄電池を内蔵
させ、実施例１と同様にしたが、途中で電池が消耗して
しまい、いずれの画像も鮮明な画像が得られなかった。 実施例２ 第１図乃至第２図の本発明のプロセスカートリッジを用
いて第３図の画像形成装置により画像サンプルをとった
のち、このプロセスカートリッジを画像形成装置から取
り外して直射日光の当る場所に放置した。その後、再び
このプロセスカートリッジを画像形成装置に装填して画
像サンプルをとったところ、初期画像から鮮明な画像が
得られ、放置前の画像と比較してまったく変化がみられ
なかった。 比較例２ 第４図の従来のプロセスカートリッジを用いた以外は実
施例２と同様にしてサンプルを取ったところ、特に再使
用後の初期画像において鮮明な画像が得られなかった。 プロセスカートリッジを分解して調べたところ、現像剤
がブロッキングを起こしていた。 実施例３ 感光ドラムの材料および現像剤のバインダー樹脂と着色
剤の材料の組合せを種々変えて、第１図乃至第２図のプ
ロセスカートリッジを用いて実施例１と同様に放置前後
の画像を比較したところ、何れの組合せにおいても実施
例１と同様に良好な結果が得られ、画質が大幅に向上し
た。

【発明の効果】

本発明により、光メモリーが抑制され、プロセスカート
リッジを放置した後再び使用したときに画像濃度が不均
一にならず、感光体の材料選択の自由度が広くなり画質
が大幅に向上する。 さらに遮光シャッター等の可動部分を省くことができ、
プロセスカートリッジの組立てが用意になる。 またトナーのブロッキングが抑制されているためにトナ
ーの成分である着色剤とバインダー樹脂及びキャリアの
組合せの自由度が広がり、画質を飛躍的に向上させるこ
とができ、かつトナーのコストを低くすることが出来る
という効果が得られる。 又、トナーのトリボ帯電が安定するために、プロセスカ
ートリッジを再使用するときに、１枚目から鮮明な画像
が得られるという効果がある。 更に、太陽電池、モータおよびギアをプロセスカートリ
ッジに組み込んでいるので、感光ドラムを駆動するため
の動力源及び駆動機構を別に設ける必要もなく、プロセ
スカートリッジの取扱いが容易になるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプロセスカートリッジの外観図、第２
図はプロセスカートリッジの部分斜視図、第３図はプロ
セスカートリッジを有する画像形成装置の断面図、第４
図は従来のプロセスカートリッジの外観図である。 １０１．２０１ １３０，２３０，３３０．４３０ ２０５．３０５ ２１４．３１４ ２２７．３２７，４２７ ２８１、２８２．２８３ ３（ＩＩ ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９ １０ １１ １２ １３ １５ 太陽電池 プロセスカートリッジ 現像器 クリーニング器 画像露光用スリット ギア 原稿台 結像素子アレイ 感光ドラム コロナ帯電器 現像器 給送ローラ レジスターローラ 転写帯電器 搬送ガイド 定着器 排出ローラ トレイ 分離手段 照明光学系 熱線吸収フィルタ 画像形成装置 感光ドラム保護カバー 搬送ローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子写真画像形成装置に用いられ、感光ドラムおよ
   びプロセス手段が一体化されたプロセスカートリッジに
   おいて、太陽電池と、該太陽電池により駆動しうる、感
   光ドラム回転手段および／または現像剤攪拌手段とを有
   することを特徴とするプロセスカートリッジ。 ２、前記現像剤攪拌手段が現像スリーブであることを特
   徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。 ３、前記現像剤攪拌手段が攪拌搬送スクリューであるこ
   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
   。 ４、電子写真画像形成装置に用いられ、感光ドラムおよ
   びプロセス手段が一体化されたプロセスカートリッジに
   おいて、該カートリッジが太陽電池および該太陽電池に
   より駆動されるモータを有し、該カートリッジが画像形
   成装置から取り外されたときに該モータが該太陽電池を
   電源として駆動され、かつ該感光ドラムが該モータによ
   り回転させられることを特徴とするプロセスカートリッ
   ジ。