JP2008003434A - 像担持体トナーユニット及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は近年の市場の要求に起因する弊害を防止すべく、ユーザ、メーカ、環境への負担が少なく、かつユーザの交換利便性を考慮した像担持体トナーユニット及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明の像担持体トナーユニットは、像担持体と、この像担持体と一体に構成され像担持体を支持する支持部材と、支持部材と一体に構成され像担持体上の潜像を可視像化するトナーを格納するトナー格納部とを一体化したユニットが、そのユニットを搭載する装置に対し着脱可能である。よって、ユーザの交換作業の利便性の向上と交換によるランニングコストを抑えることが可能であり、また各作像手段の交換を無駄なく行うことができるために環境への負荷が少なくなる。
【選択図】 図2

Description

本発明は像担持体トナーユニット及び画像形成装置に関し、詳細には交換可能な像担持体トナーユニット、及び当該像担持体トナーユニットを搭載する、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
従来より、作像手段である現像装置、帯電装置、クリーニング装置等の少なくとも1つと感光体とを一体に形成し、画像形成装置から着脱自在とした所謂プロセスカートリッジが特許文献1に提案されている。
このようなプロセスカートリッジは、専門家であるサービスマンに頼らなくてもユーザが簡単に交換/メンテナンス可能であるという長所を有している。すなわち、プロセスカートリッジは作像手段が感光体の周囲に位置するように、感光体と該感光体を回転自在に支持するクリーニング装置の容器と現像装置が一体的に構成され、そのクリーニング容器に感光体を一様に帯電させる帯電ローラ、トナー像を用紙や中間転写体に転写後もなお感光体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等が取り付けられている。このような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。
しかし、感光体と作像装置とを一体に形成する構成では、感光体あるいは作像装置の一部のみの交換が必要となった場合でもプロセスカートリッジ全体を交換しなければならないという不具合が従来より指摘されていた。
一方、特許文献2には2ステーション記録システムが提案されている。この2ステーション記録システムでは、現像装置と書込み装置と駆動手段が共通組付け部材を介して装置本体に支持され、それら互いの位置を高精度に保つようにしている。かかる構成により現像装置が装置本体に対して位置決めされるので、この現像装置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。感光体(又は感光体ユニット)は装置本体ではなく、現像装置に対して組み込まれている。つまり、感光体(又は感光体ユニット)は現像装置に対して、現像装置が主、感光体(又は感光体ユニット)が従という関係で位置決めされる。そして、感光体(又は感光体ユニット)は現像装置に対して着脱自在としているので、感光体(又は感光体ユニット)は単体で交換可能となっている。また現像装置も画像形成装置に対して着脱自在としている。なお、実施例では感光体ドラムと帯電手段とクリーニング手段とが一体化された構成となっている。
ところで、近年、プリンタや複写機などの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。このような市場の要求は、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することが分かってきた。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、OA機器の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、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が上昇する。例えば感光体径を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は感光体は3倍回転する必要が生じ、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んでいたが、感光体については上記のような消耗を避けるために、小径化は他の作像装置ほど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は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事で感光体上に潜像が形成されるが、この時CTLが厚いとキャリアが移動する距離が長くなり、この結果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。
このような事態が生じれば、書き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ることになる。このような課題は、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。
このような事態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することが必要となる。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。
一方、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などの画像形成装置が従来より知られている。このような画像形成装置は、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が、1枚のカラー画像を形成する際に感光体は複数の現像器によって潜像を現像されるため、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、このような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。
特開2000−075733号公報 特開平11−295952号公報 特開2002−108171号公報
このように、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短くなっていくことを簡単に予測することができる。もちろん感光体についての耐久性向上、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、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ある。
この傾向は、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す。すなわち、従来より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併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併せて他の作像手段を交換する弊害が生じることになる。
そのような事態が生じれば、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、メーカの回収労力の浪費、環境への悪影響が生じることになる。特に環境に対する配慮は全世界統一の認識であり、現代社会におけるメーカの責務であり、最優先で達成しなければならない課題である。これまで利便性を優先させてきたプロセスカートリッジも、早急に環境最優先とする必要がある。
そこで、このような最近の市場/社会の要求に起因する弊害を防止すべく、画像形成手段を構成する構成要素のうち短寿命の構成要素を単体で、かつ優先的に交換することのできる画像形成装置が特許文献3に提案されている。この特許文献3における実施例としては、感光体のみを感光体カセットとして現像装置やクリーニング装置とは別体とし、感光体カセット単体でユーザが個別交換できるようにしている。また、タンデムカラー画像形成装置のように感光体が複数ある場合でも、感光体毎に交換時期が異なっても対応できる、というものである。以上のように、感光体の個別交換をユーザが行えるようにした特許文献3は環境最優先ではあるが、ユーザ、メーカへの負担も低減することができるので、プロセスカートリッジの不具合を解消することができる。後は、換作業が増えることよるユーザの不満を、利便性を向上させることで解消すれば、理想的となる。また、感光体交換以上に頻繁にユーザがしなければならない作業は、感光体以上に消耗が激しいトナーの交換および補充であり、従来からユーザの負担となっていた。しかし、トナーの場合は、ユーザは『使えば無くなる』というボールペンのインク交換やホッチキスの針補充といったものと同様に考えているので、面倒と思っても当たり前のこととして許容してきた。しかし、今まではあまり苦にしていなかったトナーの交換/補充作業に加えて、交換/補充時期が異なるトナーの交換頻度に次いで多い感光体の交換作業が加われば、ユーザの不便さ/面倒さに対する不満が一気に高まることは容易に推測できる。
本発明はこのような近年の市場の要求に起因する弊害を防止すべく、ユーザ、メーカ、環境への負担が少なく、かつユーザの交換利便性を考慮した像担持体トナーユニット及び画像形成装置を提供することを目的とする。
前記問題点を解決するために、本発明の像担持体トナーユニットは、像担持体と、この像担持体と一体に構成され像担持体を支持する支持部材と、支持部材と一体に構成され像担持体上の潜像を可視像化するトナーを格納するトナー格納部とを一体化したユニットが、そのユニットを搭載する装置に対し着脱可能であることに特徴がある。よって、ユーザの交換作業の利便性の向上と交換によるランニングコストを抑えることが可能であり、また各作像手段の交換を無駄なく行うことができるために環境への負荷が少なくなる。
また、支持部材の表面によって形成される第1の部位のうち少なくとも一つが像担持体よりも外側にあることにより、像担持体トナーユニットを取外したときに像担持体の表面を保護することができるので、ユーザは注意を払うことなく像担持体トナーユニットの交換作業を行うことができる。
更に、トナー格納部の表面によって形成される第2の部位のうち少なくとも一つが像担持体よりも外側にあることにより、像担持体トナーユニットを取外したときに像担持体の表面を保護することができるので、ユーザは注意を払うことなく像担持体トナーユニットの交換作業を行うことができる。
また、支持部材の表面によって形成される第1の部位とトナー格納部の表面によって形成される第2の部位とを結ぶラインが像担持体よりも外側にあることにより、像担持体トナーユニットを取外したときに像担持体の表面を保護することができるので、ユーザは注意を払うことなく像担持体トナーユニットの交換作業を行うことができる。
更に、トナー格納部は像担持体の回転軸とほぼ平行に延在する形状であることにより、トナーの大容量格納が可能となり、像担持体トナーユニットを単体で床面等に置いたときの安定性も良くなる。
また、トナー格納部内のトナーが画像形成により消耗し空となる時期と、像担持体の寿命時期とを比べほぼ同時期、または像担持体の寿命の方が長いことにより、ユーザの交換作業回数が減り、像担持体トナーユニットのランニングコストを抑えることが可能である。
更に、本発明の像担持体トナーユニットは、像担持体と、この像担持体を回動自在に支持する支持部材と、像担持体上の潜像を可視像化する現像装置にトナーを供給するトナー格納部とを一体化したユニットが、当該ユニットを搭載する装置に対して位置決め固定かつ着脱可能であることに特徴がある。よって、像担持体トナーユニットの交換を簡単に行える構成とすると共に、画像品質に大きく影響する画像形成時における感光体と現像装置の位置精度を高精度に保つことができる。
また、ユニットを搭載する装置に対して3ヶ所以上の位置決め固定部を有することにより、現像装置に対して高精度で安定した像担持体トナーユニットの位置決めが可能となる。
更に、位置決め固定部は像担持体側に2ヶ所有し、トナー格納部側に1ヶ所以上有することにより、現像装置に対する像担持体の高精度な位置決めとトナー格納部のガタのない安定した位置決めが可能となる。
また、本発明の像担持体トナーユニットは、像担持体と、この像担持体を回動自在に支持する支持部材と、像担持体上の潜像を可視像化する現像装置にトナーを供給するトナー格納部とを一体化したユニットであって、このユニットを搭載する装置に対して位置決め固定かつ着脱可能であると共に、像担持体をユニットに対して位置決め固定かつ着脱可能であることに特徴がある。よって、像担持体を有した状態の像担持体トナーユニットの交換を簡単に行うことができ、または像担持体トナーユニットから像担持体のみの交換を簡単に行うこともできる。
更に、ユニットを搭載する装置に対して着脱するユニットの着脱方向と、ユニットに対して着脱する像担持体の着脱方向を略同一方向とすることにより、作業性が向上し、ユーザにとって分かりやすく、効率の良い作業とすることができる。
また、像担持体は、ユニットが装置に位置決め固定された状態で着脱可能であることにより、像担持体トナーユニットを取外さずに像担持体のみの交換ができ、像担持体の交換作業をより一層簡単に行うことができる。
更に、像担持体が取外された状態のユニットは、装置に対して着脱可能であることにより、不測の事態などで像担持体が取外された像担持体トナーユニットを交換しなければならないときなど臨機応変に対応することができる。
また、ユニットは、像担持体に対する取付け基準部と、装置に対する取付け基準部とが同一箇所に設けられた部位を有することにより、像担持体と装置の相対的な高精度位置決めが可能となると共に、像担持体の交換時の像担持体トナーユニットのガタツキを抑えることができる。
更に、装置に対する取付け基準部は、像担持体側とトナー格納部側に設けられていることにより、像担持体の交換時の像担持体トナーユニットのガタツキを抑えることができる。
また、別の発明としての画像形成装置は、上記の像担持体トナーユニットを搭載したことに特徴がある。よって、消耗品に関する交換利便性、ランニングコスト、そして環境負荷を考慮した画像形成装置を提供することができる。
また、別の発明としての画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成する現像装置を有する画像形成装置であって、上記の像担持体トナーユニットのトナー格納部が現像装置の上方に位置することに特徴がある。よって、トナーの自重落下を利用するので、余計な手段や部品を必要とせずにスムースなトナー供給が可能となる。
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記の像担持体トナーユニットを上方に取外せることに特徴がある。よって、画像形成装置に搭載されたままの状態/姿勢で取外すことができ、交換利便性が良くなる。
また、別の発明としての画像形成装置は、上記の像担持体トナーユニットの交換時期を、像担持体トナーユニットのトナー格納部のトナーが空になる時期で決定することに特徴がある。よって、像担持体トナーユニットのランニングコストを抑えることができ、像担持体トナーユニットの像担持体は短寿命でよいので安価な従来の像担持体を用いることができる。
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記の像担持体トナーユニットを、画像形成装置を構成する作像手段の構成要素の中で、最も先に取り外せることに特徴がある。よって、交換頻度の多い像担持体トナーユニットの交換作業性及び利便性を向上させることができる。
また、別の発明としての画像形成装置は、上記像担持体トナーユニットの像担持体を、画像形成装置を構成する作像手段の構成要素の中で、最も先に取り外せることに特徴がある。よって、像担持体のみの交換作業性及び利便性を向上させることができる。
更に、別の発明としての画像形成装置は、異なる色のトナーを各トナー格納部に格納した複数の上記の像担持体トナーユニットを搭載したことに特徴がある。よって、消耗品に関する交換利便性、ランニングコスト、そして環境負荷を考慮したカラー画像形成装置を提供することができる。
本発明の像担持体トナーユニットによれば、消耗の激しい像担持体とトナーを一体化し像担持体トナーユニットとして交換可能とし、像担持体トナーユニットの交換時には、その他の作像手段は一緒に交換しないで済み、ユーザの交換作業の利便性の向上と交換によるランニングコストを抑えることが可能であり、また各作像手段の交換を無駄なく行うことができるために環境への負荷を少なくすることができる。
本発明は、感光体と、現像装置へトナーを補給するためにトナーを格納しておくトナー格納部とを一体化し、感光体トナーユニットとして交換できるようにした。他の作像手段の消耗品に比べて交換頻度の多い消耗品である感光体とトナーを一体化し同時に交換できるようにすれば、ユーザの経済的負担やメーカの回収労力の浪費などを低減し、環境への悪影響も生じさせることなく、さらにはユーザの交換利便性に対する不便さ/面倒さを解消することもできる。但し両方とも交換頻度が多いと言っても、感光体の寿命とトナーの消耗度には違いがあるため、何の対応もせずに交換時期を合わせることは難しい。よりユニットの完成度を上げるには、感光体の寿命時期と、トナー格納部のトナーが空になる時期とをできるだけ同時期とする対策を打つことが必要である。その方法として2通りの方法が考えられる。それはトナー格納部の容量を感光体寿命に合わせて対応するような容量とする方法と、感光体をトナー格納部の容量に合わせて対応するような寿命の材料を用いる方法である。長寿命化が進んでいる感光体にトナー格納部の容量を合わせるには、少なくとも今の数十倍程度に容量を増やす必要がある。しかし画像形成装置の大きさに制約があり、トナー格納部を大きくするにも限界がある。従って、トナー格納部の容量を感光体寿命に合わせることは現実的でない。廃トナーの再利用や転写率100%としたとしてもそれは難しい。反面、トナー格納部の容量に合うような寿命の感光体を用いることは、短寿命の感光体を用いればよく、何ら新しい感光体材料の開発をする必要がないので、現実的である。感光体寿命を短くする要因(感光体の小型化、薄膜化、カラー化に伴う負担)にも適応でき、近年の市場/社会動向に合致する。ただし、より実際的にするには、不測のトラブルで寿命や消耗度に変化が出た場合にも対応できるよう、安全性を考慮してトナー格納部のトナーが空になる時期よりも感光体寿命を多少長くしておく方がよい。
図1は本発明の一実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。なお、同図に示す画像形成装置はモノクロの電子写真式画像形成装置である。同図において、本実施の形態例の画像形成装置100は下筺体101と上筺体102を有し、下筺体101には主にトナー画像を形成/担持する像担持体である感光体103とトナーを格納するトナー格納部104を一体化した感光体トナーユニット105、感光体103上に静電潜像を形成する書込ユニット106、この書込ユニット106により形成された感光体103上の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する現像ユニット107の現像装置108、転写用紙S上に転写されたトナー画像を定着する定着装置109、転写後の感光体103上の残トナーをクリーニングするクリーニングユニット110等の作像手段が配置されている。また、上筺体102には、現像装置108で顕像化されたトナー画像を転写位置で転写用紙Sに転写する転写ローラ111などが配置されている。ここで本実施の形態例では、現像ユニット107に感光体トナーユニット105とクリーニングユニット110が取り付けられており、現像ユニット107に対してそれぞれが別々に着脱可能である。現像ユニット107は下筺体101に対して着脱可能としている。現像ユニット107を中心とした感光体トナーユニット105、クリーニングユニット110の3つのユニットの集合体を画像ステーション200としている。
このように、本発明の画像形成装置は、装置本体の下方から順に、転写用紙Sを収納する給紙カセット112、給紙コロ113、書込ユニット106、現像ユニット107と感光体トナーユニット105、そしてクリーニングユニット110を含んで構成されている画像ステーション200、転写ローラ111、定着装置109などが積み重なるように構成されている。また、画像形成装置100の上部には左側に手差し用の送りローラ対114、転写位置の直前にあるレジストローラ対115などにより構成される略垂直と水平な用紙搬送路が形成されている。転写用紙Sは給紙カセット112から給紙コロ113でピックアップされて上方向に向かい、ターンローラ116で横方向にターンしてレジストローラ対115、転写ローラ111、定着装置109を経て最後に排紙部117に排出される。書込ユニット106は、LEDなどの光学系でも構成できるが、本実施の形態例ではLDを光源とする書込ユニットであり、感光体トナーユニット105の感光体103に対して出力画像情報に応じた露光で静電潜像の形成を行う。
図2は図1の画像ステーションの構成を示す概略断面図である。同図において、感光体トナーユニット105は、説明を分かりやすくするために感光体103とトナー格納部104との一体化ユニットとしているが、実際の感光体トナーユニット105は、感光体103と、感光体103を保護し回転自在に支持するホルダー部118とトナー格納部104とを含んで構成されている一体成型の支持部材であるハウジング119で構成されている。つまりトナー格納部104とホルダー部118を有するハウジング119に感光体103が支持されたユニットである。従来のプロセスカートリッジのように感光体と現像装置や帯電手段など他の作像手段を一体化させた構成とはなっていない。感光体トナーユニット105のトナー格納部104には、内部に現像装置108へ供給するための未使用のトナーが格納されており、トナーを撹拌/搬送する撹拌スクリュー120と、現像装置108へトナーを供給/搬送する排出スクリュー121を有している。撹拌スクリュー120により塊となっているトナーが撹拌され微粉体状態として排出スクリュー121側に送り出される。排出スクリュー121による搬送を、撹拌スクリュー120とは逆方向としているため、トナーはトナー格納部104の内部を巡回する。その過程で排出口122より現像装置108へトナーが供給される。トナー供給のタイミングは、プロセスコントロールからのトナー供給指示によるもので、撹拌スクリュー120と排出スクリュー121に連結された図示しない駆動源のON/OFFでトナー供給が行われる。従って、トナー供給が行われていない時は、トナー格納部104のトナーは巡回していない。また、排出スクリュー121が回転していない時は、排出スクリュー121が排出口122の蓋の役目をするので現像装置108へトナーが落ちることがない。また、実施例のように現像装置108の上方にトナー格納部104を設置することで、トナー格納部104から現像装置108へのトナー供給は、トナーの自重落下を利用するので余計な手段や部品を必要とせずにスムースな供給が行われる。なお、感光体103は、感光体103と同軸上のギヤなど駆動伝達系(図示せず)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103と撹拌スクリュー120の駆動モータを分けた理由は、感光体103は高精度で駆動する必要があり、かつ負荷変動の影響を避けるためトナー撹拌など負荷変動要因と切り離す必要があるからである。それに対し、撹拌スクリュー120及び排出スクリュー121を駆動するモータは高精度である必要がなく、ある程度のトルクを有するモータで良い。ただし、撹拌スクリュー120は専用のモータで駆動しなくとも、現像ローラを駆動するモータと連結し、そのモータからの駆動伝達を電磁クラッチなどでON/OFFをするようにしても構わない。
また、現像ユニット107は、現像装置108、クリーニングユニット110を着脱可能に取り付けるユニットケース123、及び現像装置108を保護支持しかつユニットケース123を回転自在に支持する現像装置108の側板でもある側板124で構成されている。なお、ユニットケース123には帯電ローラ125が回転自在に支持されている。
次に、現像ユニット107の現像装置108について説明すると、感光体トナーユニット105と現像装置108は側板124により高精度に位置決めされている。現像装置108と側板124は一体である。その状態において、現像装置108の上方に感光体トナーユニット105のハウジング119の一部であるトナー格納部104が位置しており、トナー格納部104においては、上述したように、そのトナー格納部104の下部に設けた排出口122が、現像ユニット107の現像装置108の上部に設けた補給口126に入り込み、飛散や漏れることなくトナー供給が行われる。なお、図2ではシール材など飛散や漏れの防止手段は省略している。現像装置108は、現像ローラ127と、トナーを撹拌/搬送する搬送スクリュー128と、現像ローラ127へトナーを供給/搬送するパドルローラ129を有しており、補給口126よりトナーが搬送スクリュー128の一端部に供給される。搬送スクリュー128により現像装置108の内部に送り出されたトナーは、パドルローラ129により搬送スクリュー128による搬送方向とは逆向きに送られ巡回される。その過程で現像ローラ127に供給される。なお、現像ローラ127、パドルローラ129、搬送スクリュー128はそれぞれ同軸上のギヤやアイドラギヤなど駆動伝達系(図示せず)を介して連結されており、現像ローラ127が画像形成装置100に設けた駆動用のモータと連結されて、パドルローラ129、搬送スクリュー128に駆動が伝達されるようになっている。
このように、画像ステーション200において、現像ユニット107の現像装置108と感光体トナーユニット105の感光体103、そしてクリーニングユニット110のクリーニング手段130も含め、それぞれの相対位置関係が高精度となるように側板124により位置決めされている。感光体103と現像ローラ127との相対位置を高精度化するため、感光体トナーユニット105は現像ローラ127を具備する現像装置108と一体的な側板124に対して位置決めされる構成となっている。感光体103と後述するクリーニング手段130及び帯電ローラ125との相対位置を高精度化するため、側板124に高精度に位置決めされる感光体トナーユニット105に対して、帯電ローラ125を軸支したユニットケース123にクリーニング手段130を支持しているクリーニングユニット110が位置決めされる構成となっている。感光体トナーユニット105に対して側板124によってクリーニングユニット110側が動作する接離の関係にもなっており、支点133を中心に回動する。
また、感光体トナーユニット105の構成、並びに感光体トナーユニット105に対する現像装置108、帯電ローラ125、クリーニングユニット110の関係を、側板124を介して以上のような構成にすることで、感光体トナーユニット105の交換、つまり感光体103とトナーの同時交換が可能となる。つまり、感光体103の寿命と、トナー格納部104のトナーが空となる時期とをできるだけ同時期、または多少感光体103の方の寿命を長くすることで、トナー格納部104のトナーが空となる時期で感光体トナーユニット105の交換時期を決定し、交換時期になったときに感光体トナーユニット105単体での交換をすることができる。この点は、従来のプロセスカートリッジとの大きな違いであり、従来のようなムダ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た。
更に、側板124が下筺体101に対して着脱可能である。すなわち現像ユニット107が交換できるようになっているので、現像装置108の不測の故障交換などにも対応することができ、しかもそのとき側板124から感光体トナーユニット105やクリーニングユニット110を取り外すことができるので、現像装置108の単独交換となりムダを無くすことができる。クリーニングユニット110に故障が発生した場合もユニットケース123からクリーニングユニット110を取外し交換すればよいので、感光体トナーユニット105や現像装置108をムダにすることがない。
また、本実施の形態例の画像ステーション200では、感光体トナーユニット105を、現像装置108やクリーニングユニット110よりも先に画像形成装置100から取り外すことができるようにしたので、交換頻度の多い感光体トナーユニット105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消耗品は感光体103とトナー、すなわち感光体トナーユニット105であり、その頻繁に行われる感光体トナーユニット105の交換時に、交換する必要のない現像装置108やクリーニングユニット110を側板124と共に画像形成装置100から同時に取り外すというは、面倒であり利便性が低く、手や周囲を汚すなど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、本発明によれば、交換すべき物だけを取り外し、必要のない物は外さない、更に交換頻度の多い物が優先的に取り外せるようにした。
なお、本実施の形態例では、画像形成装置100の装置本体及び画像ステーション200を構成する他のカセットや装置/部品に対しても上記の考え方に基づいて構成している。なお、本実施の形態例では感光体103をドラム状として説明しているが、ベルト状に構成することも可能である。
ここで、感光体トナーユニット105の交換時期を決定する感光体103の寿命とトナー格納部104の容量について少し述べると、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が、上述したようにトナー格納部104の容量に感光体103の寿命を合わせるのならば、使用する感光体103はそこまで長寿命の材料を使う必要がない。数10K〜100K枚程度の従来の材料でよい。そのためコスト的にも大変有利となる。例えば20K枚程度の従来の材料を使うとして、装置の小型化/軽量化などによる感光体の小径化により感光体103の直径が1/2になったとすると、寿命も1/2となり10K枚程度になるので、それに合わせてトナー格納部104に格納するトナー容量を8K枚程度(安全性を見込んで10K枚としない)とする。感光体トナーユニット105は8K枚で交換となる。以上のような考え方で感光体トナーユニット105を構成する。
感光体の寿命だけに言及すると、感光体は、酷使され疲労劣化を早めさせる使い方をする一方であり、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、他の作像手段も長寿命化が進んでいるため、他の作像手段に比べて最も多いことに変わりはない。
図3は画像ステーションから取外した感光体トナーユニットの外観を示す概略斜視図である。分かりやすくするために感光体やトナー格納部の駆動伝達系、その他付帯部品は省略している。同図に示すように、感光体103の必要最低限の範囲だけ露出するように、その他の範囲はトナー格納部104やホルダー部118の形成面/形状によって覆い、感光体103を保護している。また、感光体トナーユニット105の形状を図のようにした理由が他にもある。それは上述したように、トナー格納部104の容量が感光体トナーユニット105の交換時期を決めてしまうため、できるだけトナーが多量に入るよう大容量化する必要がある。そこで、トナー格納部104の形状を、奥行き方向は図3のように感光体103の回転軸とほぼ平行に延在し、少なくとも感光体103の長手方向の長さを有する形状とし、高さ方向は図1に示すように用紙搬送路や現像装置108などの作像手段で挟まれているので、それらの形状/配置位置などから許容空間スペースを割り出して最大限に広く/大きくとれるようにした。幅方向は少なくとも現像装置108の幅を有し、それ以上は画像形成装置の空きスペース次第である。トナー格納部104の形状をそのようにすることで、感光体トナーユニット105を単体で床面等に置いたときの安定性も良くなる。なお、図3のトナー格納部104の長手方向中央付近の一部凹んだ部分は、感光体トナーユニット105を取外すときにユーザが感光体トナーユニット105を掴む掴み部138である。
また、感光体トナーユニット105を含めて画像ステーション200を図2のような形状にした理由がある。それは、現像装置108やクリーニングユニット110との形状/大きさなどのバランスを考慮して感光体トナーユニット105を図2のような形状とし、画像ステーション200の全体形状を凹凸の少ない略直方体形状とするためである。画像ステーション200を略直方体形状とすれば、画像ステーション200を入れ込んだ時の画像形成装置100内の空間のムダをなくすことができたり、画像ステーション200の取り扱いがし易くなり持ち運び性や工場などでの積載性を良くすることができる。
次に、クリーニングユニットについて説明すると、図2に示すように、クリーニングユニット110は、感光体103の表面上の残トナーやゴミなど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131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132から成るクリーニング手段130と、除去した残トナーやゴミなどを廃トナーカセット(図示せず)に搬送するスクリュー134をクリーニング容器135で一体化している。シールローラ132とスクリュー134はクリーニング容器135に回転自在に支持され、ギヤ列によって感光体103と連結されている(図示せず)。そして、クリーニングユニット110は、側板124と一体的で回転可能なユニットケース123に収容固定されることで、感光体トナーユニット105及び感光体103に対する相対位置が高精度になるように位置決めされる。単独交換ができるようにクリーニングユニット110はユニットケース123から着脱自在でもある。つまり、クリーニングユニット110は、感光体トナーユニット105と同様に側板124上で位置決め固定され、かつ単独に着脱自在であり、また感光体トナーユニット105とは接離可能である。
また、帯電ローラ125は、感光体103の表面を一様に帯電する帯電手段であり、ユニットケース123に軸支され、ギヤ列によって感光体103と連結されている。そして、クリーニングユニット110と同様に、感光体トナーユニット105及び感光体103に対する相対位置が高精度になるように位置決めされ、単独に交換ができるように帯電ローラ125はユニットケース123から着脱自在でもある。つまり、帯電ローラ125も、感光体トナーユニット105やクリーニングユニット110と同様に側板124上で位置決めされ、かつ寿命/交換時期の問題も考慮して単独に着脱できるようにし、感光体トナーユニット105とも接離可能である。
ここで、本実施の形態例の画像形成装置の画像形成動作について図1及び図2を用いて説明する。画像形成時に右回転する感光体103に対して、帯電ローラ125がその表面を一様に帯電する。帯電された感光体103の表面は書込ユニット106により走査され静電潜像を形成する。形成された静電潜像は感光体103の回転により現像装置108に至り、現像ローラ127で可視像化されトナー像が感光体103上に形成される。ここで2成分現像の場合、現像装置108内では、搬送スクリュー128とパドルローラ129によりキャリアは正(+)に、トナーは負(−)に帯電させられ、現像ローラ127の磁石により現像ローラ127上に汲み上げられたキャリアとトナーは感光体103との対向部において磁気ブラシを形成し、磁気ブラシ上のトナーが現像バイアスによって感光体103上に形成されている静電潜像部にのみ付着しトナー像を形成する。そして、感光体103上のトナー像が転写位置に到達するのにタイミングを合わせて、給紙カセット112又は手差し用の送りローラ対114から転写用紙Sが搬送され、転写ローラ111により感光体103上のトナー像が転写される。トナー像が転写された転写用紙Sは定着装置109に送られ加圧と熱により定着した後、排紙部117に排出される。他方、転写後の感光体103は除電装置であるクエンチングランプ136により除電され、感光体103上に残った残留トナーはクリーニングユニット110のクリーニング手段130のクリーニングブレード131により掻き落され、スクリュー134により廃トナーカセット(図示せず)に搬送される。クリーニングブレード131により感光体103をクリーニングしている時、感光体103との当接部で発生しているトナー飛散をシールローラ132で防止している。
図4〜図8は本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。図1の画像形成可能な状態から、図4に示すように、用紙搬送路の一部や転写ローラなどを含む上筺体102が支点(図示せず)を中心に回動され、ワニ口状に上方に開口し、画像ステーション200の上側を開放した状態となる。この時の上筺体102の開口角度は、各ユニットの取外し作業に支障がないようなところまで開く角度とする。次いで、図5に示すように、画像ステーション200の感光体トナーユニット105とクリーニングユニット110のユニットケース123を固定していた図示しないロック手段のロックを解除し、支点133を中心にユニットケース123が右回動して感光体トナーユニット105及び感光体103からクリーニング手段130と帯電ローラ125が離間した状態となる。そして、図6に示すように、感光体トナーユニット105を上方に持ち上げ現像ユニット107(側板124)から感光体103とトナー供給部104の排出口122を引き抜き、画像形成装置100から取外した状態となる。次に、図7に示すように、クリーニングユニット110を固定するロック手段の一部であるクエンチングランプ136のホルダー137を左回動し、クリーニングユニット110の固定を解除して、開放された上方の空間に向けてクリーニングユニット110を現像ユニット107(側板124)、即ち画像形成装置100から取外した状態となる。最後に、図8に示すように、現像装置108は一般に寿命が長いので、故障等の不測の事態が発生しない限り交換はあまりされないが、そのような際には、現像ユニット107を下筺体101に固定していた図示しないロック手段のロックを解除し、併せて駆動手段や廃トナー搬送手段などの機構も離脱して、現像ユニット107を画像形成装置100から取外す。
なお、図8の状態から画像形成可能な状態にするには、図4〜図8の手順を逆にたどればよい。また、画像形成装置100からの取外しは、上述のような各ユニットを個別に順番に取外すことができるが、各ユニットを組み込んだ状態の画像ステーション200全体として取外すこともできるようになっている。
本実施の形態例の感光体トナーユニット105(感光体103)は、上述したように画像形成時に現像ローラ127やクリーニング手段130、帯電ローラ125等の作像手段と近接および接触する必要があるために、それらと対面する表面がむき出しになっている。それ以外はハウジング119により覆われているが、取外した感光体トナーユニット105を画像形成装置100の外部に置く時に、このむき出しの部分が何かに接触すると感光体103に悪影響を与える恐れがある。このため本実施の形態例の感光体トナーユニット105は感光体103の付帯部材でもあるハウジング119のホルダー部118に、図3及び図9に示すような感光体103の表面よりも外側に突出た形状の部位を成形している。これにより、例えば交換作業中に感光体トナーユニット1を何かに当ててしまっても突出た部位で感光体103を保護することができる。また、成形した数箇所の突出た部位(図9の図中破線で囲む部分)の各先端部を結ぶラインk−kやラインn−nなどが感光体103の表面よりも外側に位置するようにすると、例えばラインk−kやラインn−nを下にして感光体トナーユニット105を床面等に置いても、むき出しの部分が床面に接触することがなく、感光体103を保護することができる。ユーザは何の注意を払うことなく感光体トナーユニット105の交換作業を行うことができ、作業性が向上する。
また、本実施の形態例の感光体トナーユニット105は、上述のホルダー部118と同様にトナー格納部104でも、その表面形状で感光体103を保護するようにしている。図3及び図10に示すように、感光体トナーユニット105のハウジング119のトナー格納部104形状を、感光体103の表面よりも外側となる部位を有するように成形し、それにより感光体103を保護するようにした。また、その外側となる部位を数箇所成形し、各先端部を結ぶラインp−p、紙面奥側のラインであるラインp’−p’やラインm−mなども感光体1−3の表面よりも外側に位置するようにすれば、上述のホルダー部118と同様の効果を得られる。
更に、本実施の形態例の感光体トナーユニット105は、上述したホルダー部118とトナー格納部104の両方の表面形状を用いて感光体103を保護するようにしている。図3及び図11に示すように、感光体トナーユニット105のホルダー部118とトナー格納部104のそれぞれに、感光体103の表面よりも外側となる形状/部位を成形し、各先端部を結ぶラインy−yやラインx−x、紙面奥側のラインであるラインx’−x’を下にして感光体トナーユニット105を床面等に置いても、むき出しの部分が床面に接触することがないようにした。
また、本実施の形態例の感光体トナーユニット105は、図1に示すように画像形成時に感光体103と転写用紙Sを接触させる必要があるために転写ローラ111との対向部分はむき出しになっており、ホルダー部118の面はむき出し部分よりも内側にある。つまり、この部位においては少なくとも感光体103の長手方向の長さ分は感光体103の方がホルダー部118よりも出ていることになる。取出したとき床面等との接触を防ぐため、ラインn−nやラインy−yを形成するための感光体103を軸支しているホルダー部118の両側面上部を感光体103よりも外側としたが、画像形成装置100から感光体トナーユニット105の取外し最中にこの感光体103のむき出しの部分が不測の接触を起こす恐れがある。そのような事態を防止すべく、本実施の形態例の感光体トナーユニット105は、取外す時に感光体トナーユニット105を、図3及び図12に示すように、トナー格納部104の上部に形成した凹みの掴み部138と、ホルダー部118の端部を片手で掴み、持ち上げるようにし、ユーザの手の平で丁度、むき出し部分を覆い隠すような構成とした。これにより、ユーザの手が保護手段となり、むき出し部分が不測の接触を起こすことを防止することができる。
更に、画像形成装置100から感光体トナーユニット105を取外すとき、画像形成装置100の中にある感光体トナーユニット105を図12のように掴み、画像形成装置100に搭載された状態/姿勢のまま、図6のように感光体トナーユニット105を上方に持ち上げて取外し、その状態/姿勢を維持して、感光体トナーユニット105の下側にある図11に示すようなラインx−xおよびラインx’−x’を床面として置けばむき出し部分が床面に接触することはない。このように、本実施の形態例の感光体トナーユニット105では、感光体103の上方に転写部がある構成の画像形成装置において、感光体トナーユニット105の取外しを行うためのユーザが掴む部分(図3の掴み部138)を感光体トナーユニット105の上部に設けたことにより、画像形成装置100に搭載されたままの状態/姿勢で上方に取出すこと及び床面に置くことができるので、感光体トナーユニット105の交換利便性が良く、かつ感光体103の保護を行うことができる。
以上説明したように、本実施の形態例の像担持体ユニットによって感光体のみを単体で着脱交換でき、ユーザ、メーカや環境への負担を低減すると共に、更に利便性を向上させるために、感光体と、現像装置へ補給するためのトナーを格納しておくトナー格納部とを一体化し、感光体トナーユニットとしてユーザが簡単に交換できるようにしたものである。
次に、別の実施の形態例の像担持体ユニットは、感光体トナーユニット、及び感光体トナーユニットに関連する現像装置など感光体周辺の作像手段を組付けたときのそれぞれの相対位置関係が高精度で、かつ交換時のときなどに簡単にそれぞれが着脱できるようにしたものである。
図13〜図15は本発明の別の実施の形態例に係る像担持体ユニットの構成を示す概略断面図である。なお、説明や図を理解し易くするため図は主要部分を強調し、駆動系や説明に必要のない部分は省略している。同図において、上述したように、感光体ユニット105におけるトナー格納部104のハウジング119の長手方向中央付近の一部凹んだ掴み部138が設けられ、この掴み部138は感光体トナーユニット105を取外すときにユーザが感光体トナーユニット105を掴む掴み部であり、また後述する感光体トナーユニット105のロック機構の受け部でもある。ロック機構を解除し、外さないとロック機構が邪魔をして掴み部138をユーザが掴めないようにもなっており、ユーザの操作手順ミスを防止している。また、現像ユニット104の側板124の上部右側には、上側が切り欠かれたU字溝部139が設けられ、感光体トナーユニット105の位置決め固定部を形成している。そのU字溝部139の左側に軸140が図中の手前方向に突出、固設されており、感光体トナーユニット105とクリーニングユニット110を位置決め固定する2段モーションのレバー141が回転自在に軸支されている。このレバー141は、レバー部141−1と、レバー部141−2と、レバー部141−1、141−2の互いを回転自在に連結する軸141−3から成っている。そして、レバー141は軸140に回転自在に軸支され、2段モーションのリンク機構を構成している。また、U字溝部139を挟んでレバー141と対向する位置に支点133を中心とする曲率半径の切り欠き溝142が形成されている。更に、側板124の左側には、軸143が図中手前方向に突出、固設されており、感光体トナーユニット105を位置決め固定するレバー144が回転自在に軸支されている。なお、レバー141,144にはバネなどの付勢部材(図示せず)が取り付けられている。
また、ユニットケース123は、クリーニングユニット110上方から着脱できるように上面が開口したケースであり、現像装置108と対向するように支点133を中心に回転自在としている。更に、ユニットケース123の側面上部(側面の図は省略)には軸145が図中手前方向に突出、固設されており、この軸145は切り欠き溝142と曲率半径方向が嵌合関係にあり、支点133を中心とするユニットケース123の左回動ストッパーの働きをしている。なお、左回動のストップ位置、即ち軸145が切り欠き溝142の左先端部に突当った位置が、画像形成動作時におけるカセットケース、つまりはクリーニングユニット110と帯電ローラ125、及びクエンチングランプ136の設定位置である。
更に、本実施の形態例において、感光体トナーユニット105の軸受け146の外径は、現像ユニット108の側板124に形成したU字溝部139と嵌合関係になるように設定されており、U字溝部139の両側面をガイドとしてU字溝部139の突当りまで軸受け146が嵌入することで、現像ユニット107における感光体トナーユニット105の基準位置が決まる。なお、感光体トナーユニット105のホルダー部147の側面には、現像ユニット107の側板124に形成した切り欠き溝142と同形状で同曲率を有する切り欠き溝148が形成されており、感光体トナーユニット105を現像ユニット107に取付けたとき、切り欠き溝142と切り欠き溝148が重なり合い、ユニットケース123の回動に伴い軸145が両切り欠き溝を出入りする。現像ユニット107に対する感光体トナーユニット105やクリーニングユニット110などの位置決めの構成は紙面手前側だけでなく奥側にも設けられている。また、感光体トナーユニット105のトナー格納部104の位置を決めるために感光体トナーユニット105を現像ユニット107に取付けた時、トナー格納部104の底面149と現像装置108の上面150が当接するようにもなっている。
以上のようなユニットケース123に対するクリーニングユニット110、及びクエンチングランプ136の位置決め固定作業が完了してから、感光体トナーユニット105の取付けに入る。現像ユニット107への感光体トナーユニット105の取付けは、図13のように現像ユニット107の上方から行うが、取付け直前までの現像ユニット107に対するアプローチ方向や方法は画像形成装置の形態毎に違うので、横方向や斜め方向、紙面手前方向など限定されるものではない。
次に、現像ユニットへの感光体トナーユニットの取付け手順について説明する。なお、感光体トナーユニットの取外しは取付け手順の逆の作業を行うものとする。図13に示すように、クリーニングユニット110をユニットケース123に入れ込んだ後、クエンチングランプ136を取付けたホルダー151を支点133を中心に回動し、クリーニングユニット110をユニットケース123に位置決めし固定し、感光体トナーユニット105を上方から取付ける。つまり、ホルダー151がユニットケース123に対するクリーニングユニット110の位置決め・固定、かつ着脱可能とするロック手段であり、クリーニングユニット110を固定したときの位置がユニットケース123におけるクエンチングランプ136の設定位置となる。なお、クエンチングランプ136は不測の故障や清掃のためホルダー151に対して着脱できるようになっている。そして、上方から感光体トナーユニット105を現像ユニット107に取付けて位置決めし、その後ユニットケース123を支点133を中心に左回動してクリーニングユニット11と帯電ローラ125及びクエンチングランプ136を感光体103に対向させる。そして、前述したように感光体トナーユニット105における軸受け146の外径と、現像ユニット107におけるU字溝部139の半円部径とは一致し嵌合関係にあるので、現像ユニット107に対する感光体トナーユニット105の横方向(図の左右方向)および高さ方向(図の上下方向)の位置が決まる。即ち、感光体103の中心点が画像ステーション200の位置基準(組付け基準)である現像ユニット107のU字溝部139の中心点が一致し、現像ユニット107に対する感光体103の位置が決められる。感光体103の長手方向(図の奥行方向)の位置は、感光体トナーユニット105が現像ユニット107の内側に入り込み、感光体トナーユニット105のホルダー部147の外側面と現像ユニット107の側板124の内側面とが密接して摺動するような寸法関係とすることにより位置を決めている。以上の位置決め構成は図中手前側だけでなく奥側にも設けられているので、現像ユニット107に対する感光体トナーユニット105の位置決めは、上記の構成においては感光体103の長手方向端部の2ヶ所となる。しかし、感光体トナーユニット105は感光体103だけを位置を決めし固定しても、トナー格納部104側がその自重により感光体103を中心に下方に回転したり、駆動系の振動でガタついたりする恐れがある。感光体トナーユニット105として位置決め精度に悪影響を及ぼし、安定さにも欠ける。そのため回転止めやガタつき防止の意味でトナー格納部104の位置を決める必要があり、トナー格納部104の底面149と現像装置108の上面150が当接するようにして固定するようにした。よって、感光体トナーユニット105の位置決めは合計3ヶ所となり、ガタのない安定した位置を決めることができる。特に、本実施の形態例のような感光体103側に2ヶ所、トナー格納部104側に1ヶ所以上の位置決め固定部を設ければ、高精度で安定した感光体トナーユニット105の位置決め、つまり感光体103の高精度決めとトナー格納部104のガタのない安定した位置決めをすることができる。なお、感光体トナーユニットや現像装置の形態ごとに位置決め固定部の箇所及び箇所数は異なるが、3ヶ所以上であれば同程度の効果は見込める。
また、感光体トナーユニット105を位置決めする時の現像ユニット107への取付け作業の仕方は、先ず感光体トナーユニット105の軸受け146をU字溝部139に少し入れて横方向(図の左右方向)の位置を決め、次にU字溝部139をガイドにゆっくりと感光体トナーユニット105を図13に示すような姿勢を保ったまま現像装置108のU字溝部139及び上面150に突き当たるまで下方に動かす。ただし、U字溝部139の突き当たりまで軸受け146を先に入れ込み、感光体トナーユニット105を現像ユニット107に対して傾斜させた状態、つまり感光体トナーユニット105のトナー格納部104側が持ち上がっている状態としてから、U字溝部139の中心点を中心に感光体トナーユニット105のトナー格納部104側を突き当てるまで下方に回転させる、というやり方でも良い。このとき、クリーニングユニット110、帯電ローラ125、クエンチングランプ136は感光体トナーユニット105に対して必ず離間状態にある。そのため作業中に感光体103を傷つけることはない。
そして、感光体トナーユニット105の現像ユニット107への位置決めが完了したら、クリーニングユニット110と帯電ローラ125及びクエンチングランプ136を感光体103に対向させるために、ユニットケース123を支点133を中心に、ユニットケース123の軸145が現像ユニット107の切り欠き溝141と感光体トナーユニット105の切り欠き溝148の両先端部に突当るまで右回動し位置を決める。以上で、画像形成が行われる時の現像ユニット107に対する感光体トナーユニット105、クリーニングユニット110、帯電ローラ125及びクエンチングランプ136の設定位置が決まる。
次に、図14に示すように、レバー部141−2の一端部である摘み部141−4を摘み、レバー141を軸140を中心に右回動すると、レバー部141−1の面141−5が感光体トナーユニット105の軸受け146の外径部に当接したところでレバー部141−1の右回動がストップする。そして、摘み部141−4を更に右回動すると、軸141−3を中心にレバー部141−2のみが回動する。すると、図15に示すように、レバー部141−2の他端部である係合部141−6がユニットケース123の軸145と係合する。この係合により、感光体トナーユニット105はレバー部141−1により現像ユニット107に押付け固定され、またユニットケース123はレバー部141−2により現像ユニット107に保持固定される。
次に、感光体トナーユニット105のトナー格納部104側の固定を行う。前述したように、レバー144が現像ユニット107の側板124に固設した軸143に回転自在に軸支されている。図14に示す状態からレバー144の一端部である摘み部144−1を摘み、軸143を中心に右回動すると、図15に示すようにレバー144の他端部である押圧凸部144−2が感光体トナーユニット105のトナー格納部104の凹んだ部分である掴み部138の底面に当接し、図示しないバネなどの付勢部材により付勢される。この付勢により、感光体トナーユニット105のトナー格納部104側はレバー144により現像ユニット107に押付け固定される。
以上で、現像ユニット107に対する感光体トナーユニット105、クリーニングユニット110、帯電ローラ125及びクエンチングランプ136の組付け固定が完了し、画像ステーション200として完成する。取外し作業は上記作業手順を逆に行う。なお、本実施の形態例では感光体103をドラム状として説明しているが、ベルト状に構成することも可能である。
上述した本発明の画像形成装置は、上記特許文献3の感光体のみを単体で着脱交換できるようにした感光体カセットを更に発展させ、感光体と、現像装置へトナーを補給するためにトナーを格納しておくトナー格納部とをユニット化し、感光体トナーユニットとして交換できるようにしたものである。他の作像手段に比べて交換頻度の多い消耗品である感光体とトナーを一体ユニット化して、同時に交換できるようにすれば、ユーザの経済的負担やメーカの回収労力の浪費などを低減し、環境への悪影響も生じさせることなく、ユーザの交換利便性に対する不便さ/面倒さを解消することもできる。
次に、以下に説明する別の実施の形態例ではその考え方を更に前進させ、感光体とトナー格納部とをユニット化した感光体トナーユニットから感光体が単体で交換、つまり感光体トナーユニットに対して感光体が着脱可能できるようにしたものである。これにより従来技術で説明した感光体寿命とトナー容量を合わせることの難しい、言い換えれば感光体とトナーの交換時期を略同時期とすることが難しい小型の画像形成装置などにおいて感光体トナーユニットを採用しても、ムダを生じさせないようにすることができ、よって寿命まで感光体を使い切ると共に、トナーを使い切ることができる。ところで、従来のプロセスカートリッジは感光体に現像装置や帯電装置、クリーニング手段などをユニット化し、それら消耗品の交換を一度に行うものであるが、プロセスカートリッジを採用している機種も、装置内のスペース的な問題とユーザの交換作業容易性(サービスマンフリー)から小型画像形成装置の場合が多い。従って、プロセスカートリッジにおいても以下の実施の形態例を採用すれば、つまりプロセスカートリッジから感光体を着脱可能とすれば、プロセスカートリッジも従来の問題点や不具合を改善することができる。
図16は本発明の別の実施の形態例に係る画像形成装置における画像ステーションの構成を示す概略断面図である。図17は画像ステーションから取外した感光体トナーユニットの外観を示す概略斜視図である。両図において、図2及び図3と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。感光体トナーユニット105は、感光体103と、その感光体103のホルダー部118及びトナー格納部104とからなる一体成型のハウジング119とで構成されている。そして、ホルダー部118は感光体103を保護し回転自在に支持している。つまり、感光体トナーユニット105はトナー格納部104とホルダー部118を一体構成したハウジング119に感光体105を軸受け160を介して回転自在に支持したユニットである。従来のプロセスカートリッジのように感光体に現像装置や帯電手段など他の作像手段をユニット化させた構成とはなっていない。なお、本実施の形態例ではハウジング119を一体成型の単一部品としているが、それに限定されることなく複数部品の組合せから成る構成でハウジング119を形成しても構わない。ただし、感光体以外の作像手段は含めない。
ところで、ユーザ、メーカ、環境への負担軽減をさらに進めるには、感光体寿命とトナー容量を合わせることの難しい、つまり感光体とトナーの交換時期を略同時期とすることが難しい小型の画像形成装置などにおいて感光体トナーユニットを採用しても、ムダが生じることがない、つまり寿命まで感光体を使い切り、かつトナーを使い切るようにする必要がある。そこで、本実施の形態例では、感光体トナーユニットの基本的な考え方を踏襲しつつ、さらにムダを無くすために、図16及び図17に示すように、感光体103のみが感光体トナーユニット105から単独交換できるようにした。感光体トナーユニット105からの感光体103の単独交換を可能にするということは、言い換えれば、つまり着眼点を換えれば、トナー格納部104を含むハウジング119の交換も可能ということになり、感光体とトナーのそれぞれの交換時期ごとに交換すべきものを交換し、まだ使えるものは使い続けることができるということになる。
上述したように、感光体103の寿命とトナー格納部104の容量の関係から感光体トナーユニット105の交換時期を決定されるが、最近の小型画像形成装置においては、小型化を極限まで追求しており、トナーの容量を増やすためのスペース的な余裕が無いのが現状である。現状の商品でもせいぜい1.5〜2K枚程度のトナーしか収納できていない。そこで、感光体トナーユニットにおける感光体のムダをなくす方法として以下3つが考えられる。先ず、第1の方法として、トナーが交換時期だが感光体が交換時期でない場合、トナーが空となった感光体トナーユニットからまだ使用可能な感光体を一旦取外し、トナーが満杯に入った新しいハウジングに取外した感光体を装着する。そうすることで、感光体を寿命まで使い続けるようにする。次に、第2の方法として、感光体が交換時期だがトナーが交換時期でない場合、トナーがまだ残っている感光体トナーユニットから使用不可な感光体を取外し、トナーが残ったハウジングに新しい感光体を装着する。そうすることで、トナーが空になるまで使い続けるようにする。最後に、第3の方法として、感光体とトナーをそれぞれの交換時期で個別に交換していると偶然に交換時期が重なるときがあるので、その場合は感光体トナーユニットごと新しいものと交換する。
次に、感光体の交換の様子について説明すると、図16に示すように、感光体トナーユニット105は現像装置108と一体的な側板124に高精度に位置決め固定されており、かつ着脱可能となっている。図16の状態から感光体トナーユニット105の図示しないロック手段を解除し、図18に示すようにトナー格納部104の長手方向中央の上部に形成した掴み部138と、ホルダー部118の右端部を掴み、図16に示す側板124上部のU字溝部161に沿って上方に持ち上げるようにして画像ステーション200の現像装置108から感光体トナーユニット105を取外す。感光体トナーユニット105を手で掴んでいるとき、ユーザの手の平が感光体105の上部のむき出し部分を覆う役割をしている。感光体トナーユニット105を画像ステーション200の現像装置108から取外したら、図19に示すように平面な作業机に置き、図20に示すような感光体トナーユニット105から感光体103を外す作業を行う。
このように、交換作業性を良くし、トナー飛散やこぼれをできるだけ抑えるようにするため、画像ステーション200の現像装置108に取付けられた状態と略同じ姿勢で感光体トナーユニット105を外すことができ、そして略同じ姿勢で作業机に置くことができ、さらに略同じ姿勢で感光体103の交換作業が行えるような構成にしている。
次に、感光体トナーユニットに対する感光体の着脱を可能とする感光体着脱手段の概略構成を図21に示す。同図において、外側からバネで軸受け162をホルダー部118に押圧することで感光体103をホルダー部118に回転自在に位置決めしている状態である。感光体103を取外すときは、軸受け162を矢印Aの方向に引っ張ってホルダー部118から軸受け162を外し、図20に示すようにホルダー部118の切り欠き溝163に回転軸164を沿わせながら感光体103を上方に抜くようにする。このとき感光体103と共にバネ165や軸受け162も一緒に外される。感光体103の感光体トナーユニット105への取り付け、及び感光体トナーユニット105の画像ステーション200の現像装置108への取り付けは、上記取り外しの逆の手順で行う。上記のように本実施の形態例では、画像ステーション200の現像装置108に対する感光体トナーユニット105の着脱方向と、感光体トナーユニット105に対する感光体103の着脱方向を共に上方としている。着脱方向は装置形態ごとに変わるので特に限定しないが、それぞれの着脱を同方向とすることで、作業方向が同方向となり、ユーザにとって分かりやすい作業動作、例えば着脱に必要な主な手の動きが例えば上下動作に限定でき、効率の良い着脱作業方法を提供することができる。また、図20に示すように、感光体103を着脱するときに着脱作業の邪魔およびキズを付けないように、ハウジング119の構成や形状を、感光体103を着脱するときに感光体103が動く空間領域内には何も設けないようにしている。特に、トナー格納部104はできる限り大容量化したいので、上述したように感光体トナーユニット105のように、感光体103の着脱領域内まで大きくしたいところだが、それでは感光体103を上方に抜くことができなくなり、着脱不可となってしまう。そこで、図20のハウジング119のように上部側を着脱の邪魔とならない形状とした。大容量化の必要がある場合は感光体103が着脱するのに必要な空間領域外の部分を大きくするようにする。また本実施例ではホルダー部118の右側上部も感光体103の着脱領域を避けた構成や形状としている。
図22は図13の画像ステーションに図17〜図20の感光体トナーユニットを搭載したままで感光体を取外す作業の様子を示す概略断面図である。図17〜図20の感光体トナーユニット105における感光体103の交換作業は、一旦、感光体トナーユニット105を画像ステーション200の現像装置108から外してから行うものであったが、その作業工程を省き、図22に示す画像ステーション200の現像装置108では感光体トナーユニット105を取り付けたままの状態で直接、感光体103の交換ができれば交換作業をさらに向上させることができる。図22において、感光体トナーユニット105のロック手段であるレバー141とレバー144のうち、レバー141のロックだけを解除し、レバー144はロック状態のままとする。レバー144がロック状態であれば、感光体トナーユニット105はある程度しっかりと画像ステーション200の側板124に固定され、姿勢を維持していることができる。この状態であれば感光体103の着脱を行うことができるので、画像ステーション200の側板124に感光体トナーユニット105を取り付けた状態での感光体103の交換が可能となる。また、このような構成であれば、例えば上記の感光体103単体の取外しを行った後に、何らかの理由で画像ステーション200の現像装置108から感光体103のない感光体トナーユニット105、つまりハウジング119を外す必要になった場合でも、レバー144のロックを解除するだけで容易に取外すことができる。
また、図23及び図24に示すように、画像ステーションに感光体トナーユニット105を取付けた状態での感光体103の交換時において、画像ステーション200の側板124に対する感光体トナーユニット105の取付け状態を強固なものとするように、感光体トナーユニット105のホルダー部118の外側側面に突起状の半円つば170を形成した。半円つば170の中心は感光体103の回転軸146と同心であり、かつ側板124のU字溝部161の半円部と同心である。また、半円つば170の内径は軸受け162の外径と同径であり、外径はU字溝部161の半円部と同径である。つまり、半円つば170により感光体103と画像ステーション200の側板124の位置決めが行われ、それぞれの相対位置関係を成立させている。図22では感光体103の交換のとき、感光体トナーユニット105はレバー144のロックによる片持ち状態となっており、ホルダー部118側において多少ガタツク恐れがあった。この半円つば170によれば、感光体トナーユニット105から感光体103(軸受け162も含む)を外しても半円つば170がU字溝部161に位置決めされ、しっかりとホルダー部118側を支持することができる。つまり、感光体トナーユニット105は、感光体103が取外された状態であっても、画像ステーション200の側板124にホルダー部118側は半円つば170で支持され、トナー格納部104側はレバー144で固定されているのでガタツキの心配はなくなる。なお、トナー格納部104側はレバー144で現像装置108に押圧するので、図22の上下方向の位置を決める必要があり、トナー格納部104の底面149と現像装置108の上面150が当接するようになっている。
以上、本発明の感光体トナーユニット105及び画像ステーション200をモノクロの画像形成装置に搭載した場合を例に挙げて説明したが、カラー画像形成装置の一例である図25に示すように、同じ構成の感光体トナーユニット105及び画像ステーション200を複数設置し、異なる色のトナーをトナー格納部に格納すればカラー画像形成装置300が成立することは言うまでもない。この場合、経時的にみれば各色で感光体やトナーの消耗度に違いが出てくることや、クリーニング手段の寿命にも違いが出てくること、また現像装置に不測の故障のなどの発生があるため、ランニングコスト低減の観点からすれば、各色それぞれ独立にそれらが取外し交換できることが好ましい。
なお、図25に示すカラー画像形成装置300の場合、中間転写ベルトユニットと並列配置されている感光体トナーユニット105を境界として、中間転写ベルトユニットを含む上側を上筺体、複数の感光体トナーユニット105を含む下側を下筺体とし、画像形成装置本体の左端の支点301を中心に上筺体が回動しワニ口状に開放するように構成すれば、上述したモノクロの画像形成装置の実施例の場合と同様に、利便性、作業性の良いカラー画像形成装置となる。
また、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
本発明の一実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。 図1の画像ステーションの構成を示す概略断面図である。 画像ステーションから取外した感光体トナーユニットの外観を示す概略斜視図である。 本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置の画像ステーションにおける各ユニットの取外し作業手順を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットの付帯部分の構造を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットの付帯部分の構造を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットの付帯部分の構造を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットを掴んだ様子を示す概略断面図である。 本発明の別の実施の形態例に係る像担持体ユニットの構成を示す概略断面図である。 本発明の別の実施の形態例に係る像担持体ユニットの構成を示す概略断面図である。 本発明の別の実施の形態例に係る像担持体ユニットの構成を示す概略断面図である。 本発明の別の実施の形態例に係る画像形成装置における画像ステーションの構成を示す概略断面図である。 画像ステーションから取外した感光体トナーユニットの外観を示す概略斜視図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットを掴んだ様子を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットを作業机上に置いた様子を示す概略断面図である。 本実施の形態例の感光体トナーユニットから感光体を取外す作業の様子を示す概略断面図である。 感光体トナーユニットに対する感光体の着脱を可能とする感光体着脱手段の概略構成を示す部分断面図である。 画像ステーションに感光体トナーユニットを搭載したままで感光体を取外す作業の様子を示す概略断面図である。 画像ステーションの側板に対する感光体トナーユニットの取付け状態を強固なものとした構成を示す概略斜視図である。 画像ステーションの側板に対する感光体トナーユニットの取付け状態を強固なものとした構成を示す概略断面図である。 カラー画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
符号の説明
100;画像形成装置、101;下筺体、102;上筺体、
103;感光体、104;トナー格納部、
105;感光体トナーユニット、106;書込ユニット、
107;現像ユニット、108;現像装置、109;定着装置、
110;クリーニングユニット、111;転写ローラ、
112;給紙カセット、113;給紙コロ、114;送りローラ対、
115;レジストローラ対、116;ターンローラ、
117;排紙部、118,147;ホルダー部、119;ハウジング、
120;撹拌スクリュー、121;排出スクリュー、
122;排出口、123;ユニットケース、124;側板、
125;帯電ローラ、126;補給口、127;現像ローラ、
128;搬送スクリュー、129;パドルローラ、
130;クリーニング手段、131;クリーニングブレード、
132;シールローラ、133,301;支点、
134;スクリュー、135;クリーニング容器、
136;クエンチングランプ、137,151;ホルダー、
138;掴み部、139,161;U字溝部、
140,143,145;軸、141,144;レバー、
142,148;切り欠き溝、146,160,162;軸受け、
149;底面、150;上面、163;切り欠き溝、164;回転軸、
165;バネ、170;半円つば、200;画像ステーション、
300;カラー画像形成装置。

Claims (22)

  1. 像担持体と、該像担持体と一体に構成され前記像担持体を支持する支持部材と、該支持部材と一体に構成され前記像担持体上の潜像を可視像化するトナーを格納するトナー格納部とを一体化したユニットが、当該ユニットを搭載する装置に対し着脱可能であることを特徴とする像担持体トナーユニット。
  2. 前記支持部材の表面によって形成される第1の部位のうち少なくとも一つが前記像担持体よりも外側にある請求項1記載の像担持体トナーユニット。
  3. 前記トナー格納部の表面によって形成される第2の部位のうち少なくとも一つが前記像担持体よりも外側にある請求項1記載の像担持体トナーユニット。
  4. 前記支持部材の表面によって形成される第1の部位と前記トナー格納部の表面によって形成される第2の部位とを結ぶラインが前記像担持体よりも外側にある請求項1記載の像担持体トナーユニット。
  5. 前記トナー格納部は前記像担持体の回転軸とほぼ平行に延在する形状である請求項1〜4のいずれかに記載の像担持体トナーユニット。
  6. 前記トナー格納部内のトナーが画像形成により消耗し空となる時期と、前記像担持体の寿命時期とを比べほぼ同時期、または前記像担持体の寿命の方が長い請求項1〜5のいずれかに記載の像担持体トナーユニット。
  7. 像担持体と、該像担持体を回動自在に支持する支持部材と、前記像担持体上の潜像を可視像化する現像装置にトナーを供給するトナー格納部とを一体化したユニットが、当該ユニットを搭載する装置に対して位置決め固定かつ着脱可能であることを特徴とする像担持体トナーユニット。
  8. 前記ユニットを搭載する装置に対して3ヶ所以上の位置決め固定部を有する請求項7記載の像担持体トナーユニット。
  9. 前記位置決め固定部は前記像担持体側に2ヶ所有し、トナー格納部側に1ヶ所以上有する請求項7又は8に記載の像担持体トナーユニット。
  10. 像担持体と、該像担持体を回動自在に支持する支持部材と、前記像担持体上の潜像を可視像化する現像装置にトナーを供給するトナー格納部とを一体化したユニットであって、
    当該ユニットを搭載する装置に対して位置決め固定かつ着脱可能であると共に、前記像担持体を前記ユニットに対して位置決め固定かつ着脱可能であることを特徴とする像担持体トナーユニット。
  11. 前記ユニットを搭載する装置に対して着脱する前記ユニットの着脱方向と、前記ユニットに対して着脱する前記像担持体の着脱方向を略同一方向とする請求項10記載の像担持体トナーユニット。
  12. 前記像担持体は、前記ユニットが前記装置に位置決め固定された状態で着脱可能である請求項10又は11に記載の像担持体トナーユニット。
  13. 前記像担持体が取外された状態の前記ユニットは、前記装置に対して着脱可能である請求項10又は11に記載の像担持体トナーユニット。
  14. 前記ユニットは、前記像担持体に対する取付け基準部と、前記装置に対する取付け基準部とが同一箇所に設けられた部位を有する請求項10〜13のいずれかに記載の像担持体トナーユニット。
  15. 前記装置に対する取付け基準部は、前記像担持体側と前記トナー格納部側に設けられている請求項10又は14に記載の像担持体トナーユニット。
  16. 請求項1〜15のいずれかに記載の像担持体トナーユニットを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
  17. 像担持体上にトナー像を形成する現像装置を有する画像形成装置であって、請求項1〜15のいずれかに記載の像担持体トナーユニットのトナー格納部が前記現像装置の上方に位置することを特徴とする画像形成装置。
  18. 請求項1〜15のいずれかに記載の像担持体トナーユニットを上方に取外せることを特徴とする画像形成装置。
  19. 請求項1〜15のいずかに記載の像担持体トナーユニットの交換時期を、像担持体トナーユニットのトナー格納部のトナーが空になる時期で決定することを特徴とする画像形成装置。
  20. 請求項1〜15のいずかに記載の像担持体トナーユニットを、画像形成装置を構成する作像手段の構成要素の中で、最も先に取り外せることを特徴とする画像形成装置。
  21. 請求項10〜15のいずれかに記載の像担持体トナーユニットの像担持体を、画像形成装置を構成する作像手段の構成要素の中で、最も先に取り外せることを特徴とする画像形成装置。
  22. 異なる色のトナーを各トナー格納部に格納した複数の請求項1〜15のいずれかに記載の像担持体トナーユニットを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
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