従来から、画像形成装置について、現像装置、帯電装置、クリーニング装置等の少なくとも1つと、感光体ドラムとを一体に形成し、画像形成装置から着脱自在とした、いわゆるプロセスカートリッジが知られている(例えば、特許文献1参照)。かかるプロセスカートリッジでは、専門家であるサービスマンに頼らなくてもユーザが使用済みカートリッジを簡単に交換でき、メンテナンス可能であるという長所を有する。つまり、プロセスカートリッジは、感光体ドラムと該感光体ドラムを回転自在に支持するクリーニング装置の容器とが一体的に構成されている。
さらに、クリーニング容器には、感光体ドラムに作用して画像形成するプロセス手段が取り付けられている。このプロセス手段は、感光体ドラムを一様に帯電させる帯電ローラ、トナー像をシート状媒体(以下、用紙という)に転写した後もなお感光体ドラム上に残留するトナーを掻き落とすクリーニングブレード及びクリーニングローラ等であり、これらが感光体ドラムの周囲に位置するように取り付けられている。
また、プロセスカートリッジは画像形成装置に対して着脱自在であり、感光体寿命や廃トナー満杯時にユーザ自身によって交換できるようになっている。プロセスカートリッジの交換時期は、基本的に感光体ドラムの寿命を基準に考えられているので、プロセスカートリッジを構成する感光体ドラム以外の作像手段の寿命は感光体ドラムよりも長く(最低限同時期に)設定している。これは、作像手段だけでなく廃トナーを収容する廃トナー収容器についても同様で、感光体ドラムとクリーニング容器とを一体構成としたプロセスカートリッジでは、感光体ドラムの寿命が尽きる前に廃トナーでクリーニング容器が満杯とならないようにしている。
しかし、近年における部品や材料/材質の技術革新、画像形成装置の小型化に伴う作像手段の小型化(例えば、感光体ドラムの小径化やクリーニング容器の小型化等)、出力画像の変化(例えば、モノクロテキスト画像よりもカラー写真/グラフィック画像を多く出力する等)等を要因として、感光体ドラム、他の作像手段、クリーニング容器等に寿命/交換時期のズレが生じ、当初想定していたバランス関係が崩れてきている。すなわち、感光体ドラムの寿命が尽きる前に他の作像手段やクリーニング容器の交換が必要となっていることや、感光体ドラムの寿命が尽きた時点でも他の作像手段やクリーニング容器はまだ十分に使える状態であること、等の不具合が発生している。したがって、感光体ドラムと、他の作像手段やクリーニング容器とを一体に形成するプロセスカートリッジ構成において、何か一つのみの交換が必要な状態になった場合に、プロセスカートリッジ全体を交換しなければならなくなる事態が生じ、このことがユーザへのコスト負担、環境への悪影響等の原因となっている。
そこで、特許文献2では、本出願人により、上述したプロセスカートリッジの不具合を解決した画像ステーションが提案されている。そこでは実施例として、2ステーション記録方式の画像形成装置を用いて説明されているが、その画像ステーションでは、中間部材(サブ側板)に感光体(又は感光体ユニット)、現像装置及びクリーニング装置が組み込まれ、それら互いの位置を高精度に保つ構成となっている。かかる構成によって、中間部材(サブ側板)が装置本体に対して位置決めされるので、この中間部材(サブ側板)が作像プロセス要素全体における位置基準(組付け基準)となっている。
以下、詳細に説明する。現像装置は、中間部材(以下、本説明においてサブ側板という)に一体的に支持されていて、サブ側板を介して装置本体に支持されている。当該サブ側板は、装置本体に対して位置決めされるが着脱自在でもある。廃トナー容器を含むクリーニング装置(クリーニングカセット)も、サブ側板に対して組み込まれている。ただし、サブ側板に対して単体で着脱自在である。クリーニング装置(クリーニングカセット)は、サブ側板に対してのみ位置決めされ、現像装置との位置を高精度に保つようになっている。また、感光体(又は感光体ユニット)もクリーニング装置(クリーニングカセット)と同様に装置本体ではなく、サブ側板に対して組み込まれ、サブ側板に対しては着脱自在である。感光体(又は感光体ユニット)は、サブ側板に対してのみ位置決めされ、現像装置及びクリーニング装置(クリーニングカセット)との位置を高精度に保つようになっている。以上のようにサブ側板により、少なくとも感光体(又は感光体ユニット)、現像装置及びクリーニング装置(クリーニングカセット)を画像ステーションとして互いの位置関係が高精度に成立するように、かつ何か交換が必要となった時に、その対象物のみを交換できるように配置して、寿命/交換時期の違いに対応できるように構成されている。
ここで、先に簡単に記したが、寿命/交換時期にズレが生じるようになってきた原因を詳しく述べる。特に最近は、感光体の短寿命化が問題となっているので、感光体について言及する。近年、プリンタや複写機といった画像形成装置に対する市場の要求は高度化しており、それに伴い、画像形成における作像装置の負荷は上昇している。市場の要求は、作像手段のうちでも特に感光体に対する負荷を増加させる方向性を有している。このことを3つの要因から以下に説明する。
<1.画像形成装置の小型化に伴う感光体の小径化>
近年、インクジェットプリンタの普及から、電子写真方式のプリンタについても小型化が市場から要求され、それに伴い作像装置の小型化が要求されている。しかし、像担持体としてのドラム状をした感光体を小型化、すなわち小径化すると、同一条件で画像を形成する場合に1枚あたりの感光体の消耗度合いが上昇する。例えば、感光体の径を120mmから40mmに小径化した場合、同じサイズの画像を形成するために感光体を3倍回転させる必要が生じ、画像形成の際に感光体が受ける種々の消耗、例えば帯電部での放電等による電気的消耗や、クリーニング部でのブレードによる機械的消耗が3倍になる。従来から、現像装置等についてはある程度の小型化が進められているが、感光体については上記のような消耗を避けるために、他の作像装置ほど小径化は進められてはいなかった。しかし、小型化の要求の高まりにつれて感光体の小型化は避けられないものとなっている。このように、小型化の要求は感光体の負荷を増加させ、その寿命を短縮させている。
<2.高画質化に伴う感光体の薄膜化>
近年、ユーザが出力する文書において写真画像やグラフィック文書が増加し、それに伴い銀塩写真を目標に掲げる高画質化が進められている。その代表的な手法が高解像度化である。しかし、電子写真方式で高解像度化を実現する際には感光体の薄膜化が要求されることになる。例えば、負帯電感光体の場合、露光によってCGL(Charge Carrier Generation Layer:電荷発生層)で形成されたキャリアがCTL(Charge Carrier Transport Layer:電荷輸送層)を通り感光体表面に到達することで感光体上に潜像が形成されるが、このときCTLが厚いとキャリアが移動する距離が長くなり、結果として、移動の際にキャリア同士に働く電気的反発力によりキャリアは互いに離れていくことになる。かかる事態が生じれば、書込み信号通りの潜像は形成されず、その結果、ドット位置が微妙にずれた画像が形成され画質を損なう。このような問題は、電子写真を600dpiから1200dpiへと高解像度化させていく場合に限らず、近年の高画質化の要求に応えるべく解像度を例えば600dpiに保ったままで画質を高めようとする場合にも同様に生じる。このような画質の劣化を防止するためには、感光体を薄膜化し、キャリアの移動距離を短くしなければならない。このため、近年の感光体は薄膜化の方向に進んでいるが、感光体は画像形成のたびにクリーニングブレードによる削り等の消耗を受けているため、薄膜化が進むとより少ない画像形成回数で感光体の寿命は尽きることになり、感光体寿命の短縮につながる。
<3.カラー化に伴う感光体の負担の増加>
近年、情報の理解のしやすさ等の理由で市場におけるカラー画像の出力が増加している。ところで、カラー画像は、文字画像の多い白黒画像とは異なり、画像を記録する用紙上の広い領域を占有する写真画像やグラフィック画像が出力の対象となることが多く、また背景部分にベタ部が存在することも多い。このため、1回の画像形成における作像面積は増加し、それに伴い感光体を含む作像装置の消耗は増加していく。他方、1つの感光体に対して複数の現像器が対応するリボルバータイプ等の画像形成装置が知られている。かかる画像形成装置は、部品点数が少なく比較的安価にカラー画像を形成できるために市場において広く用いられているが、1枚のカラー画像を形成する際に複数の現像器によって感光体上の潜像が現像されるため、感光体の消耗は現像器の消耗に比べて数倍になる。このため、かかる画像形成装置においては、カラー化に伴う感光体の消耗は特に激しくなる。このように、カラー化も感光体の寿命を短くする要因の一つである。
以上に示した小型化、高画質化、カラー化の3つの要因により、感光体の消耗は他の作像装置に比較して相対的に大きく、耐用期間が短くなっていく事態がさらに予測される。当然のことながら、感光体についての耐久性向上及び長寿命化の研究は進められているが、他の作像装置についても同様に耐久性向上及び長寿命化の研究は進められており、感光体の寿命は相対的に短くなっていく傾向に変わりはないといえる。この傾向が、プロセスカートリッジ内における感光体と他の作像手段との寿命の不均衡をもたらしている。すなわち、従来のプロセスカートリッジにおいては、最も寿命の短い作像手段に合わせてプロセスカートリッジを交換しなければならないという問題が指摘されていたが、感光体の短命化によってこの問題がより顕著になり、最も短寿命の感光体に合わせて他の作像手段を交換する弊害が生じることになる。そのような事態が起これば、寿命に至らない作像装置を廃棄あるいはリサイクルすることによるユーザの経済的負担、メーカーの回収労力の浪費、環境への悪影響が生じることになる。
一方で、特に近年においては現像剤の高寿命化の研究が進んでおり、トナーによるフィルミングやキャリアの疲弊が抑制されてきている。この現像装置の寿命の長寿命化も、現像装置と感光体との寿命の不均衡を発生させる要因となっている。
また、トナーのムダをなくすために、トナー像の中間転写体あるいは用紙への転写技術の開発も進められており、転写効率が一段と向上している。これにより、クリーニングブレードにより掻き落とされる感光体ドラム上の残留トナーが極僅かとなる。転写効率だけで考えれば廃トナー量は減っていく傾向にあるが、それ以上に増える要因が存在する。最近の画像形成装置は、高画質化に対応するため高精度なプロセスコントロールや駆動系制御を必要とし、その手段として感光体ドラム上に出力画像とは別にトナーパッチやトナーマークを作像し、センサで検知して、制御するという方法を採用している。高精度なプロセスコントロールや駆動系制御を行うには、トナーパッチやトナーマークを頻繁に作像する必要があり、センサで検知/制御した後、必要がなくなればすぐにクリーニングされるが、トナーパッチやトナーマークはベタ画像なので、そのクリーニング量は転写残量よりも多い。
従来、廃トナー容器の容量を決めるファクターは、感光体寿命(画像形成回数、ドラム径)と転写効率であったが、高画質化と最近のカラー化傾向を考え合わせると単純計算では、感光体寿命と廃トナー容量を合わせるのは困難となってきている。したがって、各メーカーとも廃トナー容器の容量を最悪の場合を考えて大容量化しており、このため、廃トナー容器は大きめとなり、廃トナー容器の満杯時期と感光体の寿命とは不均衡になってきている。
そこで、何度も述べるが、プロセスカートリッジのように作像手段や廃トナー容器を一体に構成するのではなく、各作像手段や廃トナー容器をそれぞれの寿命に合わせて個別に交換することでユーザ、メーカー、環境への負担が少ない方式が求められることになり、その一つの考え方として、特許文献2では、本出願人より画像ステーションが提案されている。当該画像ステーションでは、上述したように、感光体(又は感光体ユニット)、クリーニングカセット、現像装置を単独で着脱できるようにし、特に短寿命の感光体(又は感光体ユニット)を優先的に交換するように構成されている。さらに、実施例の画像形成装置ではワニ口に開閉する筐体構成とし、下筐体に2つの画像ステーションを横に並列配置することで感光体(又は感光体ユニット)やクリーニングカセット等の交換作業性を向上させている。この構成では、必然的に上筐体に中間転写ベルトユニットを配置することになるので、中間転写ベルトユニットの個別交換もでき、その交換作業性も容易にする結果となっている。
しかしながら、ここにきて上記画像ステーションにも多少の問題が生じてきている。例えば、画像ステーションを個別の作像手段の小さなユニットの集合体とし、その各ユニットを個別交換できるようにしたものの、各ユニットの交換時期が異なり交換作業の回数が増えてしまった結果、ユーザが以前よりも交換作業に面倒さを感じることがある。また、上記画像ステーションでは、クリーニングカセットを感光体(又は感光体ユニット)と分離したが、クリーニングカセットの構成を細かく見れば、クリーニング部(クリーニングブレード等)と廃トナー容器とが一体となっており、厳密には、それらの寿命/交換時期も異なるので改善の余地がある、といった問題点が挙げられている。
まず、交換作業回数に対するユーザの不満に関しては、コストや環境問題とトレードオフの関係にある事柄であり、今後、市場はコストや環境問題を優先する方向に進んでいく傾向にあるので、回数の不満自体は徐々に減少していくと考えられる。したがって、今後は、交換作業回数が以前と比べて頻繁になっていくなかで、如何にその作業性を向上するか、如何に作業時間を短縮するか、如何に手や周囲を汚さないで交換できるか、といったことがメーカーの課題となる。
次に、クリーニングカセットの問題に関しては、コストや環境を考慮すれば、感光体(又は感光体ユニット)とクリーニングカセットを個別ユニットとしたもののようにクリーニング部(クリーニングブレード等)と廃トナー容器も一体化することはせずに、分割して個別交換できるようにすべきであり、そのこと自体は技術的に難しいことではない。廃トナー容器を分割し、廃トナー容器を交換可能とする考え方は以前からあり、例えば、特許文献3では、画像形成部下部のカセットバンク部の開閉可能な側板に廃トナータンクを配置し、クリーニング手段からの廃トナーが廃トナー搬送路を通して回収する構成が開示されている。また、特許文献4では、開閉可能な上部本体にクリーニング手段、下部本体に廃トナー回収容器を設け、回収パイプを通して廃トナーを搬送する構成が提案されている。両従来例とも寿命/交換時期の異なるクリーニング部と廃トナー容器とを分割し、少なくとも廃トナー容器を交換できるようにしている。
特許文献2における画像ステーションに、特許文献3あるいは特許文献4で開示された廃トナー容器を適用すれば、クリーニングカセットの問題は解消される。しかし、今後のメーカーの課題としても記したように、各ユニットを個別交換できるようにした場合、その作業性や作業時間と同時に、交換時に手や周囲を汚さないことも重要となってくるが、その点において従来例の構成では問題が残る。
以下、具体的に説明する。両従来例ともクリーニング部と廃トナー容器とを分割しており、両者間はクリーニング部から延びた廃トナー搬送用パイプ(ノズル)によって繋がれ、クリーニング部からの廃トナーが廃トナー容器へと搬送される。クリーニング部と廃トナー容器は、それぞれ開閉自在な別々の筺体/側板に設置しているので、筺体/側板が閉まっている状態では廃トナー搬送用パイプ(ノズル)と廃トナー容器は接合しているが、筺体/側板開放時には廃トナー搬送用パイプ(ノズル)から廃トナー容器が離脱する構成となっている。つまり、筺体/側板開放時にパイプ(ノズル)の先端部(廃トナー排出口)と廃トナー容器の開口部(廃トナー入口)が離間するので、両者からのトナー漏れやトナー飛散が発生する危険性が非常に高い。この不具合は、実際に市場で問題となっている。特に、特許文献2における画像ステーションのような交換作業回数の多い装置の場合は、その作業回数が問題をさらに大きくする。つまり、交換作業回数が多いということは、筺体/側板の開閉頻度が多くなるということなので、トナー漏れやトナー飛散の危険度がさらに増大する。特許文献5では、上部半体の開閉に伴ってノズルの廃出口が開閉するキャップを設けるようにする構成が提案されている。
特開2000−75733号公報
特開2003−208073号公報
特開平5−289586号公報
特開平8−6344号公報
特許第2553050号公報
<実施形態1>
図を参照しながら、本発明の実施形態における画像形成ユニットについて説明する。なお、該画像形成ユニットの説明にあたり、図7の本発明の実施形態の画像形成装置も用いる。
図1は、本実施形態の画像形成ユニットの構成の概略図で、重力方向上側から見たものを示している。本実施形態の画像形成ユニットは、潜像形成手段及び現像手段として、主に、感光体カセット1400、クリーニングカセット220及び現像装置60の3つからなる。クリーニングカセット220は、帯電器170とともにカセットケース60fに収容されている。また、本体側板3000及び4000の内側に位置するサブ側板A及びBは、不図示のステーや軸等により、決められた寸法間隔と平行度が高精度に保たれるように連結構成されている。
サブ側板A及びBの内側に現像装置60を取り付けるが、現像装置60の位置決めには以下のとおり2通りの方法があり、現像方式により異なる。
1つ目の位置決め方法は、感光体160(図7)に現像ローラ320(図7)及び330(図7)上のトナーを接触させて現像する接触現像方式で用いられるものである。当該現像方式では現像装置60の色切替えをメカ的に行う必要があるので、位置決め方法としては、例えば図1のように、サブ側板A及びBの内側に回転軸60P等によって両側を支持し、揺動させることで現像装置60の切替えができるように回転可能に位置決めするというものになる。
2つ目の位置決め方法は、感光体160(図7)に現像ローラ320(図7)及び330(図7)上のトナーを飛翔させて現像する非接触現像方式で用いられるものである。当該現像方式ではエレキ的に色切替えを行うので、位置決め方法としては、現像装置60の位置を動かす必要がなく、不図示のステーや軸等により位置決め固定するというものになる。本実施形態の現像装置60の構成は接触現像方式の場合であるが、現像方式が如何であろうとサブ側板A及びBと現像装置60とは一体化している。
なお、サブ側板A及びBの大きさや形状は、サブ側板A及びBによって現像装置60の両側60C、60Dに具備されるギヤや軸等の現像駆動部品及びトナー補給口等の現像構成部が覆い隠され保護されるような大きさと形状を有している。また、サブ側板A及びBは、感光体カセット1400とクリーニングカセット220とがそれぞれ個別に着脱できるように支持している。そして、そのようなサブ側板A及びBにより現像装置60、感光体カセット1400及びクリーニングカセット220を一体とすることで第1画像ステーション140を形成している。
形成された第1画像ステーション140は、サブ側板A及びBによって本体側板3000及び4000の位置決め部に設置、固定されている。サブ側板A、B(少なくとも現像装置60とともに)は、本体側板3000及び4000(下筐体1050)に対して着脱できるようになっている。また、本体側板3000の外側には、クリーニングカセット220からの廃トナーを収容する廃トナーカセット1が設けられており、廃トナー満杯時に交換するよう画像形成装置本体から着脱できるようにしている。
その廃トナーカセット1とクリーニングカセット220は、サブ側板Aを貫通する中空のパイプ2で連結しており、パイプ2の両端が両者に接合している。なお、パイプ2は、サブ側板A及び廃トナーカセット1に対してガタツキなく回動できる状態であり、パイプ2内には、クリーニングカセット220からの廃トナーを廃トナーカセット1へ搬送するコイルバネ2aが設けられている。
後述するが、クリーニングカセット220を装着したカセットケース60fは、その長手方向両側に設けた回動支点3により感光体カセット1400に対して接離する方向に回動可能となっている。サブ側板B側の回動支点3は軸であるが、サブ側板A側は、回動支点3の位置をパイプ2が通るようにし、回動支点3の軸の役割をパイプ2が代替するようにしている。そのパイプ2は、カセットケース60fに高精度に位置固定されており、カセットケース60fとともにクリーニングカセット220が回動すると回動支点3を中心にパイプ2も連動して動く。
以上のような構成にすれば、クリーニングカセット220が回動してもクリーニングカセット220とパイプ2が離間することがなくなるので、トナー漏れやトナー飛散することがなくなる。ただし、クリーニングカセット220や廃トナーカセット1を取り外して交換するときは、それぞれパイプ2から個別に離脱できるようになっている。
図2は、本実施形態の画像形成ユニットの構成の概略を示す断面図であり、図3は、図2においてクリーニングカセット220を感光体160から離れさせる方向(図2の矢印c方向)に回動させたときの状態を表した図である。パイプ2が回動支点3となってクリーニングカセット220とともに回動していることが分かる。図3の状態にしてから感光体カセット1400やクリーニングカセット220の着脱が行われる。
感光体カセット1400は、感光体160及び感光体160を保護し回動自在に支持するホルダー1410で構成されている。つまり、従来のプロセスカートリッジのように感光体ドラムと他のプロセス手段を一体化させた構成とはなっていない。そして感光体160は、感光体160と同軸上のギヤ等の駆動伝達系(図1の160g)を介して画像形成装置本体に設けた駆動用のモータと連結されていて時計回りに回転するようになっている。また、感光体160と現像ローラ320及び330との相対位置を高精度化するため、感光体カセット1400は現像ローラ320及び330を具備する現像装置60を高精度に位置決め支持しているサブ側板A及びBに対して位置決めされる構成となっている。
感光体160と、後述するクリーニング手段210及びローラ状をした帯電器170との相対位置を高精度化するため、サブ側板A及びBに高精度に位置決めされる感光体カセット1400に対して、帯電器170を軸支したカセットケース60fにクリーニング手段210を支持しているクリーニングカセット220が位置決めされる構成となっている。
具体的には、サブ側板A及びBに感光体カセット1400とカセットケース60fが高精度に位置決めされており、そのカセットケース60fに帯電器170とクリーニングカセット220が高精度に位置決めされているので、結果的に感光体カセット1400に対する帯電器170とクリーニングカセット220の相対位置が高精度化される。なお、サブ側板A及びBに対するカセットケース60fの位置決めは、カセットケース60fを回動可能に軸支する回動支点3によってなされる。カセットケース60fを回動可能にした理由は、前述したようにクリーニングカセット220が感光体カセット1400に対して接離する方向に移動できるようにするためである。
感光体カセット1400の構成、並びに感光体カセット1400に対する現像装置60、クリーニングカセット220の関係を、サブ側板A及びBを介して以上のような構成にすることで、各カセット及び装置の個別交換ができ、少なくとも短寿命の感光体160の交換が可能となる。つまり、感光体160の寿命だけで感光体カセット1400の交換時期を決定することができる。この考え方が従来のプロセスカートリッジとの大きな違いである。従来のような無駄を出さないようにするため、交換すべき物だけを交換し、使える物は交換しないとしている。
現像装置60は、画像形成装置本体の寿命と同等とされるので寿命交換は行わないが、サブ側板A及びBが着脱可能である。すなわち、現像装置60も交換できるようにしているので、現像装置60が故障したとき等に対応できるようになっている。そのとき、サブ側板A及びBから感光体カセット1400とクリーニングカセット220をそれぞれ取り外すことができるので、現像装置60のみの交換を行えば、交換後、取り外した感光体カセット1400とクリーニングカセット220を再度取り付けることで無駄を無くすことができる。
なお、ユーザが現像装置60を取り出す時、現像装置60に具備されるギヤや軸等の現像駆動部品及びトナー補給口等の現像構成部に触れ、手や衣服、周囲を汚したりユーザに怪我を負わせたりする危険があり、また、取り外した現像装置60を画像形成装置外部に置くときに、むき出しの部品や部分が床面等とぶつかり、損傷、破損するおそれがあった。そこで、ユーザと現像装置の両方を保護するため、サブ側板A及びBによってむき出し部品や部分を覆い隠すようにしている。
感光体カセット1400だけを、現像装置60やクリーニングカセット220よりも優先して画像形成装置本体から取り外すことができれば、交換頻度の多い感光体カセット1400の交換作業性を向上させることができる。交換頻度の最も多いプロセス要素は、短寿命の感光体160、すなわち感光体カセット1400であり、その頻繁に行われる感光体カセット1400の交換時に、交換する必要のない現像装置60やクリーニングカセット220をサブ側板A及びBとともに同時に取り外すというは、面倒でありアプライアンス性が低く、手や周囲を汚す等の余計な問題も発生する。そこで、そのような不具合を解決するため、交換すべき物だけを取り外し、必要のない物は外さない、さらに交換頻度の多い物を優先的に取り外せるようにした。この考え方も従来のプロセスカートリッジとの大きな違いである。
本実施形態では、画像形成装置本体及び画像形成ユニットを構成する他のカセットや装置に対しても上記の考え方に基づいて構成している。なお、本実施形態では、感光体160及び260(図7)をドラム状のものとして説明しているが、ベルト状にすることも可能である。
ここで、感光体カセット1400の交換時期を決定する感光体160の寿命について述べると、近年の感光体材料の技術進歩は著しく、感光体寿命が400〜500K枚程度にまで延びてきている(これは従来の4〜5倍)。反面、装置の小型化/軽量化等による感光体の小径化、例えば図7のように1つの感光体に対して複数の現像器がある場合等、画像形成装置に対する要求仕様や構成条件は厳しくなる方向に進んでいる。
そのため、感光体は酷使され疲労劣化を早めさせる使用をされる一方であり、この傾向は益々強くなっている。つまり、感光体材料の寿命や耐久性を幾ら向上させても、酷使されれば交換頻度は低減されないのは当然であり、将来的にも低減は余り期待できないと推測できる。従来と同じように感光体の交換頻度は、他のプロセス要素に比べて最も多いことに変わりはないと考えられる(当然のことながら、他のプロセス要素も長寿命化が進んでいる)。
クリーニングカセット220について説明する。クリーニングカセット220は、感光体160の表面上の残トナーやゴミ等を除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレード210a及びクリーニング時のトナー飛散を防止するシールローラ210bからなるクリーニング手段210と、除去した残トナーやゴミ等をパイプ2に搬送するスクリュー210cとをクリーニング容器270で一体化している。
残トナーやゴミ等は、最終的にはパイプ2から廃トナーカセット1へ送られる。シールローラ210bとスクリュー210cは、クリーニング容器270に回動自在に支持され、ギヤ列によって感光体160と連結されている(不図示)。そして、クリーニングカセット220は、サブ側板A及びBと一体的で回動支点3を中心に回動可能なカセットケース60fに装着されることで、感光体カセット1400及び感光体160に対して高精度に位置決めされる。また、クリーニングカセット220は、単独交換ができるようにカセットケース60fから着脱自在でもある。つまり、クリーニングカセット220は、感光体カセット1400と同様に、サブ側板A及びB上で位置決め固定され、かつ単独に着脱自在であり、また感光体カセット1400とは接離可能である。
感光体カセット1400とクリーニングカセット220の取り外しは、前述のとおり、図3のように、クリーニングカセット220を感光体160から離れる方向に回動させてから、まず感光体カセット1400を少し斜め上方のY方向に抜き出し、その後にクリーニングカセット220をほぼ垂直上方のZ方向に抜き出すようにする。図3の状態のときにのみ、感光体カセット1400及びクリーニングカセット220の着脱ができるが、感光体カセット1400を優先的に交換できるようにしている。したがって、クリーニングカセット220は、感光体カセット1400を取り外してからでないと取り外せないようになっている。また、感光体カセット1400の装着は、クリーニングカセット220を装着してからでないと装着できないようにもなっている。クリーニングカセット220を取り外すときには、パイプ2からクリーニング容器270の廃トナー排出口220aが離脱するようになっている。
クリーニングカセット220と廃トナーカセット1との関係について、図1及び図2に基づいて詳しく説明する。本体側板3000の外側の位置に設置されている着脱可能な廃トナーカセット1とクリーニング容器270とは、L字型をした中空のパイプ2で連結しており、両者の接合部においてトナー漏れやトナー飛散を防いでいる。パイプ2は、回動支点3の位置に設けたサブ側板Aの穴3aを通り、廃トナーを搬送するコイルバネ2aを内蔵している。
具体的には、スクリュー210cの延長線上(図2紙面手前側)のクリーニング容器270の廃トナー排出口220aと、廃トナーカセット1の廃トナー入口1aとをパイプ2で連結し、コイルバネ2aによりクリーニング容器270から廃トナーカセット1へ廃トナーが搬送される。パイプ2は、カセットケース60fに位置固定されていて、カセットケース60fの回動とともに回動する。パイプ2は、サブ側板Aの穴3a部と廃トナー入口1aとの接合部においてガタなく回動できるようになっている。図8にクリーニングカセット220と廃トナーカセット1の位置、及び廃トナー入口1aの位置関係を示す。平面的には廃トナー入口1aと回動支点3が同一位置にあることが分かる。その回動支点3に上記のパイプ2が通るようにし、パイプ2が回動支点3の役割も担うようにしている。廃トナーカセット1上部にある2箇所横並びの長穴形状の1c部は着脱用の握り部である。
なお、クリーニングカセット220や感光体カセット1400、画像ステーション140の交換作業を行うときは、図9のように画像形成装置の中間転写ベルトユニット1000を収納した上筐体1060を開放してから行う。
このように、感光体カセット1400等の交換の度にクリーニングカセット220が回動するため、上記のように回動支点3に通るようにパイプ2を位置させれば、クリーニングカセット220を回動させてもパイプ2は連動して動くので、両者間の位置関係は固定されたままである。したがって、廃トナーカセット1が画像ステーション140の外側にあり、その回動による不具合(回動時における廃トナー排出口220aや廃トナー入口1aからのトナー漏れやトナー飛散)が心配される場合であっても、クリーニングカセット220回動時にパイプ2が廃トナー排出口220a及び廃トナー入口1aから離脱しないので、トナー漏れやトナー飛散の発生の問題は解消される。
<実施形態2>
次に、本発明の別の実施形態における画像形成ユニットについて説明する。本実施形態では、図1の回動支点3周辺が実施形態1と異なっており、その他は実施形態1と同一の構成となっている。
図4は、本実施形態の画像形成ユニットの回動支点周辺を表す構成図である。サブ側板Aの回動支点3位置に中空のスリーブ軸3fを固設し、スリーブ軸3fの外周が余裕で通る大き目の穴3hを本体側板3000に設けている。スリーブ軸3fは、廃トナーカセット1の廃トナー入口1aとパイプ2を連結し、パイプ2は、スリーブ軸3fとクリーニングカセット220を連結している。なお、廃トナーカセット1は、スリーブ軸3fから着脱できるようになっているが、パイプ2は、スリーブ軸3fから外れないようになっている。ただし、パイプ2は、カセットケース60f側に取り付けられていて、クリーニングカセット220の回動と共に回動するので、スリーブ軸3fの内側で回転可能となっている。クリーニングカセット220からの廃トナーは、コイルバネ2aによりパイプ2を通り、スリーブ軸3f内を通り、廃トナーカセット1へ搬送される。
このように、回動支点3にスリーブ軸3fを用いることにより、クリーニングカセット220の回動動作の信頼性、耐久性が向上するとともに、トナー漏れやトナー飛散の発生の問題が解消される。また、本実施形態では、スリーブ軸3fをサブ側板Aに設けたが、カセットケース60f側に設けても良く、その場合にはクリーニングカセット220の回動動作の信頼性、耐久性がさらに向上する。
<実施形態3>
次に、本発明のさらに別の実施形態における画像形成ユニットについて説明する。本実施形態では、実施形態2と同様に、回動支点3周辺のみ実施形態1と異なり、その他は同一の構成となっている。
図5は、本実施形態の画像形成ユニットの回動支点周辺を表す構成図である。サブ側板Aの回動支点3の位置に中空のスリーブ軸3cを固設し、スリーブ軸3cの外周が余裕で通る大き目の穴3eを本体側板3000に設けている。パイプ2は、回動支点3であるスリーブ軸3cの内側を通り、トナーカセット1の廃トナー入口1aとクリーニングカセット220を連結している。廃トナーカセット1は、パイプ2から着脱できるようになっている。ただし、パイプ2は、カセットケース60f側に取り付けられていて、クリーニングカセット220の回動とともに回動するので、スリーブ軸3cの内側と廃トナー入口1a内部で回転可能となっている。クリーニングカセット220からの廃トナーは、コイルバネ2aによりパイプ2を通り、廃トナーカセット1へ搬送される。
このように、回動支点3にスリーブ軸3cを用いることにより、実施形態2よりも低コストで、クリーニングカセット220の回動動作の信頼性、耐久性が向上するとともに、トナー漏れやトナー飛散の発生の問題が解消する。また、本実施形態では、スリーブ軸3cをサブ側板Aに設けたが、カセットケース60f側に設けても良く、その場合にはクリーニングカセット220の回動動作の信頼性、耐久性がさらに向上する。
<実施形態4>
次に、本発明の実施形態における画像形成装置について説明する。本実施形態の画像形成装置は、例えば実施形態1の画像形成ユニットを搭載したもので、2ステーション記録方式の中間転写型カラー画像形成装置である。
まずは、本実施形態の画像形成装置の概要を説明する。図6は、本実施形態の画像形成装置の概念図である。図6において、中間転写ベルトユニット1000は、対向離間して設けられた2つのローラ120及び130間に中間転写媒体としてのベルト100を展張し、該ベルト100がこれらのローラ120、130により回転するように構成するとともに、該ベルト100の周辺に画像形成用の作像手段であるプロセス手段(以後、プロセス手段という)を配置している。
ベルト100の回転方向を矢印aとするとき、ローラ120とローラ130との間であってベルト100の下側には、該ベルトの回転方向の上流側から順にプロセス手段として、画像形成ユニットである第1画像ステーション140、第2画像ステーション240(以後、画像形成ユニットを画像ステーションという)、さらに、ローラ130に対して接離可能に設けられた転写手段としての転写ローラ98、そしてローラ120に対して接離可能に設けられたクリーニングブレード61a等が配置されていている。
画像の形成プロセスは一般の静電記録方式に準じており、第1画像ステーション140に着目して説明すると以下のようになる。暗中にて帯電手段により一様に帯電された感光体160上に、光書込みユニット180により静電潜像を書き込んで、この静電潜像を現像装置60により可視像化してトナー像をベルト100に転写する。転写後の感光体160は、クリーニングブレード210aによりクリーニングされる。
第1画像ステーション140における現像装置60、第2画像ステーション240における現像装置80について、それぞれ2つの異なる色のトナーによる可視像化機能を有している。また、3原色にブラックを加えて4色となるので、これら4つの色について、マゼンタ現像器190、シアン現像器200、イエロー現像器290、ブラック現像器300の各現像器に分担すれば、フルカラー画像を形成することができる。
具体的には以下のとおりとなる。ベルト100の同一画像形成領域が2つの画像ステーション140及び240を順次通過する間に、ドラム状をした各感光体160、260に対向して設けられた中間の転写手段である転写ブラシ410、420及び転写コロ390等により与えられる転写バイアスにより、それぞれ1色ずつトナー像をベルト100上に重ね転写される。そして、このベルト100上に2色重ねで転写された画像領域がもう一度上記2つの画像ステーション140、240を順次通過する間に、各画像ステーションによりそれぞれ前回とは異なる色のトナー像を重ね転写されるようにする。このようにすることで、上記同一画像形成領域が各画像ステーション140、240を2回通過した時点で、この同一画像領域に、重ね転写によってフルカラートナー画像を得ることができる。
ベルト100上にトナー像を現像化した後に用紙Pにそのトナー画像を転写する。この転写は、転写時においてローラ130上でベルトを介して該ローラ130に圧接つれ回りされる状態となる最終転写用の転写ローラ98に転写バイアスを印加し、該転写ローラ98とベルト100とのニップ部に用紙Pを通過させることにより行われる。最終転写後、転写紙P上に担持されたフルカラートナー像を定着手段90で定着することにより、用紙P上にフルカラーの最終画像を得る。
続いて、本実施形態の画像形成装置をさらに詳細に説明する。図7は、本実施形態の画像形成装置の構成を示した図である。本実施形態の画像形成装置は、重力方向下部から順に転写用紙収納部70A、給紙コロ70B、書込みユニット180、現像装置60及び80、中間転写ベルトユニット1000、定着手段90、電装系95が積み重なるように構成される。また、右端には手差し用の送りローラ97、レジストローラ96a及び96b、転写ローラ98等からなる略垂直な用紙搬送路を備える。転写用紙は、転写紙収納部70Aから給紙コロ70Bによりピックアップされ上方向に送られ、転写ローラ98とローラ130との接触部である紙転写部、そして定着装置90による定着部を経て廃紙部99に至る。
書込みユニット180は、LEDを光源とする光学系で構成することもできるが、半導体レーザを光源とするレーザ光学系で構成することもでき、像担持体としてのドラム状をした感光体160及び260に対して画像情報に応じた露光をそれぞれ行う。具体的には、不図示の2つの半導体レーザによって画像情報に応じたレーザ光が上下に重ねられたポリゴンミラー180aに向けて照射される。そして、ポリゴンミラー180aで反射された光は、走査レンズ180b及び180c、反射ミラー180dを介し、上カバー180fに設けられた走査方向と平行な不図示の開口窓を通り、回転する感光体160及び260の露光位置に到達し結像する。
各光学部品は、装置本体筐体(下筐体1050)ベースを兼ねるハウジング180eに位置決め固定されている。本実施形態では2ビームのレーザ走査系を用いているが、書込みの方法や構成等はこれに限定されるものではない。また、本実施形態では書込みユニット180が感光体160及び260の下方にあるために、書込みユニット180を下方から支持するハウジング180eには、書込み光を通過させるための開口を設ける必要がなく、ハウジング180eの強度を向上させることが可能である。
潜像形成手段及び現像手段は、主に、感光体カセット1400、クリーニングカセット220、現像装置60の3つの装置からなり、これらは、現像装置60を支持している中間部材としてのサブ側板によりユニット化され、画像ステーションを構成している。そして、同じ部材により同一に構成した2つの画像ステーションを左右に並列配置している。なお、これらの画像形成ステーションの詳細は先に説明したとおりであり、例えば実施形態1の画像形成ユニットが用いられる。
<実施形態5>
次に、本発明の別の実施形態における画像形成装置について述べる。実施形態4は、2ステーション記録方式の中間転写型カラー画像形成装置であったが、本実施形態の画像形成装置は、図10に示すように、1つの画像形成ユニットを搭載したモノクロの画像形成装置である。また、実施形態4の画像形成装置において搭載されていた画像形成ユニットは、トナー2色の現像器を具備する構成であったが、本実施形態の画像形成装置では1つの現像器を備える画像形成ユニットが搭載される。当該画像形成ユニットは、現像器の数以外の構成について、実施形態1、実施形態2あるいは実施形態3と同様である。
<実施形態6>
次に、本発明のさらに別の実施形態における画像形成装置について述べる。実施形態4は、2ステーション記録方式の中間転写型カラー画像形成装置であったが、本実施形態の画像形成装置は、図11に示すように、4つの感光体を一列に並べたタンデム型のカラー画像形成装置である。本実施形態の画像形成装置では、実施形態5の画像形成装置で用いられた画像形成ユニット(1つの現像器を具備)が、4色のトナーに応じて4つ搭載される。
また、本実施形態の画像形成装置では、各画像形成ユニットのクリーニングカセット220から廃出される廃トナー量を比較して、一番多い画像形成ユニットの回動支点の位置を他の画像形成ユニットの回動支点3よりも重力方向上側にするとよい。こうすることで、廃トナー量の一番多い画像形成ユニットの廃トナーカセット1における廃トナー入口1aの位置が、一番高い位置となり、廃トナー量の一番多い画像形成ユニットの廃トナーをより多く廃トナーカセット1に収容することができる。
上記のことは本実施形態に限らず、例えば、実施形態4のような2ステーション記録方式の中間転写型カラー画像形成装置においても該当する。つまり、複数の画像形成ユニットを搭載する場合であれば、廃トナー排出量の多い画像形成ユニットの回動支点を最も上の位置に配置することは有効である。
上記の実施形態によれば、クリーニング手段の回動による廃トナーの漏れや飛散の問題を解消することができ、廃トナー搬送経路の簡素化及び画像形成ユニットのコンパクト化が図れる。
また、上記の実施形態によれば、トナー漏れやトナー飛散の問題を解消するとともに円滑な廃トナー搬送を行うことができる。
また、上記の実施形態によれば、多くの廃トナーを廃トナー収納部に収容することができるので、廃トナーが満杯となる時期を遅らせ、廃トナー収納部の交換頻度を低減することができる。
また、上記の実施形態によれば、クリーニング手段回動動作の信頼性、耐久性が向上するとともに、トナー漏れやトナー飛散の発生の問題が解消する。
また、上記の実施形態によれば、さらなる低コスト化を実現でき、またクリーニング手段回動動作の信頼性、耐久性が向上するとともに、トナー漏れやトナー飛散の発生の問題が解消する。
また、上記の実施形態によれば、画像形成ユニットからの廃トナーの漏れや飛散が発生しない画像形成装置が実現される。
また、上記の実施形態によれば、各色の画像形成ユニットからの廃トナーの漏れや飛散を防ぐカラー画像形成装置が実現される。
また、上記の実施形態によれば、各色の画像形成ユニット及び中間転写体からの廃トナーの漏れや飛散を防止するカラー画像形成装置が実現される。
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。