JP4780163B2 - イメージングユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーやモノクロの複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式のイメージングユニット及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、像担持体を一様に帯電する帯電装置、像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置、静電潜像を現像剤によって可視像化する現像装置、可視像を記録媒体に転写する転写装置、転写後に像担持体上に残留した現像剤を除去する清掃装置、記録媒体上の可視像を定着する定着装置からなっている。

定着装置を除く像担持体、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置及び清掃装置は、プロセスユニットと称される。プロセスユニットは全て一体である必要はないが、像担持体、帯電装置、現像装置、及び清掃装置を一体とすることが一般的である。

これらのプロセスユニットは、特にフルカラー機の増加に伴い、装置の小型化、高速化とともに、長寿命、高信頼性、高画質、低価格が求められている。

現像装置については、一般的にトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式が主流である。二成分現像方式では、トナーを補給し続けることで、長時間現像を行うことができるが、キャリアが時間とともに劣化するという問題がある。そこで、近年、トナーだけでなくキャリアも適時補給して余剰なキャリアを排出することでキャリアの劣化を抑えるトリクル方式が採用され、長寿命と高信頼性が得られている。

一方、現像装置以外の装置では、像担持体の摩耗、帯電装置の汚れ、清掃装置のクリーニングブレードの摩耗等は、技術的に高寿命化が期待できない。また、像担持体、帯電装置及び清掃装置と現像装置とは寿命が異なるため、これらを一緒に交換するのは資源の無駄である。そこで、像担持体、帯電装置及び清掃装置を一体にしてドラムカートリッジとし、現像装置と別体にすることが行われている。

しかし、像担持体と現像装置の現像ローラの間の隙間は、均一な画像濃度を形成する上で極めて重要である。特に、二成分現像剤を使用する現像装置では、像担持体と現像ローラの長手方向（軸方向）の前後の隙間の差があると、像担持体及び現像ローラの振れに起因する画像むらが発生するので、像担持体と現像ローラの間に適正な隙間を確保する必要がある。前述のようなドラムカートリッジと現像装置を別体にした構造では、像担持体と現像ローラの隙間を確保することが難しい。

そこで、特許文献１では、ドラムカートリッジのハウジングの長手方向の両側に設けられた穴と、現像装置のハウジングの長手方向両側に設けられた穴とを一致させて、外側から係合ピンを嵌合させるイメージングユニットが提案されている。また、この特許文献１では、現像ローラ軸の長手方向両側にコロを配設し、現像ローラの長手方向両側に設けられた弾性部材でコロを像担持体の長手方向両端部の表面に当接して、像担持体と現像ローラの間の隙間を設定している。

しかし、このような特許文献１の構成では以下の問題がある。ドラムカートリッジや現像装置のハウジングは、樹脂材料を射出成型することで形成されているので、温度変化による寸法変化が大きく、量産化による寸法のバラツキがある。このため、ドラムカートリッジのハウジングの穴と像担持体の位置が長手方向前後でずれたり、同様に現像装置のハウジングの穴と現像ローラの位置が長手方向前後でずれる虞がある。また、穴とこれに係合する係合ピンの嵌合部でもガタ付きが発生し、ドラムカートリッジと現像装置が結合された状態で、ドラムカートリッジに対する現像装置の回動支点位置が長手方向前後でばらつくので、ユニットに歪みが生じて、現像ニップ部の角度が長手方向前後でずれる。また、ユニットの歪みにより、像担持体表面に当接するコロの片当たりにより、像担持体と現像ローラの隙間を高精度に維持することができない。さらに、像担持体の長手方向両端部の表面にコロを当接しているため、現像装置から飛散したトナーが像担持体に付着したり、コロを汚して、ピッチムラが発生する。

特許文献２では、現像装置とドラムカートリッジの係合を、長手方向前後で４箇所の軸及び溝で行っている。しかし、４箇所の軸及び溝が必ずしも一致せず、これらの軸及び溝を係合するとユニットが歪み、現像ローラと像担持体の隙間を高精度に維持することが困難である。
特開平１０−１４２９４５号公報 特開２００３−２８０４９０号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、現像装置とドラムカートリッジを簡単、確実に、しかも高精度に結合し、簡単な操作により分離することができるイメージングユニット及び画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、第１の手段は、
像担持体を有するドラムカートリッジと、
前記ドラムカートリッジとの結合および分離が可能であって、前記像担持体と対向する現像ローラを有し、前記像担持体上に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と
を備えたイメージングユニットであって、
前記ドラムカートリッジは、突当部材と、当該ドラムカートリッジと前記現像装置とが結合した状態において前記現像ローラのＤカット軸を前記突当部材に突き当てる固定解除部材とを有し、
前記固定解除部材は、支点部と、支点部から一方に伸び、前記Ｄカット軸の外周の平坦部を押圧する押圧部が形成された固定部と、支点部から他方に伸びる解除部とを有し、支点部周りに回動可能であって、前記固定部が前記軸を前記突当部材に突き当てる回動方向に弾性的に付勢されるとともに、前記解除部が押圧されることにより前記固定部による前記軸への押圧を解除する方向に回動可能であるように設けられており、
前記固定解除部材が前記軸を前記突当部材に突き当てることにより前記ドラムカートリッジと前記現像装置とが結合した状態において、前記現像ローラの軸を中心として、前記ドラムカートリッジと前記現像装置が相対的に回動可能であるようにした。

第２の手段は、前記手段において、
前記ドラムカートリッジと前記現像装置を結合した状態で、画像形成装置本体に設けたレールに沿って、画像形成装置本体に軸方向に装着し、また画像形成装置本体から引き出すことができるようにした。

第３の手段は、前記手段において、
前記ドラムカートリッジと前記現像装置を結合した状態で前記画像形成装置本体に装着したときに、前記ドラムカートリッジを前記画像形成装置本体に位置決めするための複数の位置決め部材と、前記現像装置を前記ドラムカートリッジに対して回り止めをするための回止め部材とを設けた。

第４の手段は、前記手段において、
前記ドラムカートリッジが前記位置決め部材により位置決めされた後に、前記現像装置が前記回止め部材により回り止めされる。
第５の手段は、前記手段において、
前記突当部材は、前記ドラムカートリッジと前記現像装置とを結合したときの前記現像ローラの軸方向から見て前記像担持体と前記現像ローラの軸との間に位置し、前記現像ローラのＤカット軸と突き当たる突当て部を有する。

第６の手段は、画像形成装置であって、
前記イメージングユニットと、
前記イメージングユニットを装着し引き出すためのレールと、
前記イメージングユニットを位置決めするための受け部材を備えた。

第１，５の手段による発明によれば、現像装置の現像ローラの軸を中心としてドラムカートリッジと現像装置が相対的に回動するため、ユニットの歪みが抑制でき、像担持体と現像ローラの隙間が高精度に維持される。

また、押圧部材により現像ローラのコロをドラムカートリッジの突当部材に押圧するとともに、突当部材への押圧を解除することができるので、現像装置とドラムカートリッジを簡単、確実に、しかも高精度に結合し、簡単な操作により分離することができる。

第２の手段による発明によれば、イメージングユニットの画像形成装置本体への装着と、画像形成装置本体からの引き出しが簡単になる。

第３の手段による発明によれば、ドラムカートリッジを画像形成装置本体にまず位置決めし、続いて現像装置をドラムカートリッジに回止めにより位置決めすることができる。

第４の手段による発明によれば、ドラムカートリッジが位置決めされた後に、現像装置が回り止めされるので、高精度に位置決めを行うことができる。

第６の手段による発明によれば、
ドラムカートリッジの像担持体と現像装置の現像ローラとの隙間を高精度に維持し、ドラムカートリッジと現像装置を高精度に位置決めすることができる画像形成装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のそれぞれの色のトナー像を形成する画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが中間転写ベルト２に沿って配置されている。

各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、中間転写ベルト２に近接して配置された感光体ドラムからなる像担持体３と、像担持体３の表面を一様に帯電し電位を形成する帯電装置４と、画像信号に基づいて像担持体３の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置５と、像担持体上３の静電潜像にトナーを付着させて顕像化して各色のトナー像を形成する現像装置６と、像担持体３上の残留したトナーを除去するクリーニング装置７及び除電装置８とからなっている。

中間転写ベルト２は、駆動ローラ９と従動ローラ１０に架設されて矢印方向に走行可能である。中間転写ベルト２の内側には、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの像担持体３と中間転写ベルト２を介して対向し、像担持体３上のトナー像を中間転写ベルト２に転写させてカラートナー像を形成する１次転写ローラ１１が配設されている。中間転写ベルト２上のカラートナー像を給紙部１２からタイミングローラ１３を経て給紙される用紙に転写する２次転写ローラ１４が、中間転写ベルト２の駆動ローラ９と中間転写ベルト２を介して対向するように配設されている。２次転写ローラ１４よりも用紙搬送方向の下流側には、２次転写ローラ１４により転写されたカラートナー像を定着する定着装置１５が配設されている。また、中間転写ベルト２上に残留したトナーを除去するベルトクリーニング装置１６が、中間転写ベルト２の従動ローラ１０と中間転写ベルト２を介して対向するように配設されている。

中間転写ベルト２の上方には、各色の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの現像装置６に図示しない補給路を介して現像剤を補給するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのそれぞれの色の現像剤カートリッジ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋが配設されている。現像剤は、トナーとキャリアからなる所定の混合比の二成分現像剤が収容されている。

以上の画像形成装置の構成はカラーのタンデム型画像形成装置の一例であり、その他の形式のカラー画像形成装置や、イメージングユニットを１つだけ備えたモノクロの画像形成装置にも適用可能である。

図２、図３は、本発明に係るイメージングユニット２０、具体的にはトリクル方式を採用したブラックのイメージングユニット２０の分離状態、結合状態をそれぞれ示す。なお、本発明は、トリクル方式のブラックのイメージングユニット２０のみならず、トリクル方式でない方式、あるいは、他のイエロー、マゼンタ、シアンのイメージングユニットにも適用することができることは言うまでもない。また、本発明は一成分現像方式にも適用可能である。

イメージングユニット２０は、互いに別体に構成されたドラムカートリッジ２１と現像装置６とからなっている。

ドラムカートリッジ２１は、樹脂製の奥側フレーム２２及び前側フレーム２３と、これらのフレーム２２，２３を連結する金属製の連結フレーム２４とを有する。奥側フレーム２２と前側フレーム２３の間には、感光体ドラムからなる像担持体３が回転可能に支持されるとともに、帯電装置４、清掃装置７及び図示しない除電装置が像担持体３と対向するように固定されている。なお、除電装置は画像形成装置側に設けられていてもよい。

ドラムカートリッジ２１の奥側フレーム２２の内面には、図４に示すように、突当て部材２５と固定解除部材２６と圧縮ばね２７が取り付けられている。突当て部材２５は、切り欠かれた縁に、後述する現像ローラ５２のコロ５７が突き当たる２つの突当て部２８ａ，２８ｂを有する。突当て部材２５は、固定式でもよいが、精度確保ができないことを想定して、ねじ２９により位置調整可能に取り付けられている。固定解除部材２６は、金属製であり、突当て部材２５と同じねじ２９により取り付けられた支点部３０と、支点部３０から一方に延びる固定部３１と、他方に延びる解除部３２とからなっている。固定部３１には、切り欠かれた縁に前述の２つの突当て部２８ａ，２８ｂと対向し、後述する現像ローラ５２のコロ５７を押圧する押圧部３３と、奥側フレーム２２の一部に係止するストッパ３４とが形成されている。解除部３２は、矢印Ｐ方向に指で押圧可能に形成され、矢印Ｐと反対方向に圧縮コイルばね２７により押圧され、固定解除部材２６がねじ２９を中心に矢印Ｒ方向に回動してストッパ３４が奥側フレーム２２の一部に係止するように付勢されている。

ドラムカートリッジ２１の前側フレーム２３の内面にも、図５に示すように、突当て部材３５と固定解除部材３６と圧縮コイルばね３７が取り付けられている。突当て部材３５は、図４の奥側フレーム２２の突当て部材２５と同様に、切り欠かれた縁に、後述する現像ローラ５２のＤカット軸５８の外周の円弧部が突き当たる２つの突当て部３８ａ，３８ｂを有する。突当て部材３５は固定式でもよいが、精度確保ができないことを想定して、ねじ３９により位置調整可能に取り付けられている。固定解除部材３６は、図４の奥側フレーム２２の固定解除部材２６と異なって、合成樹脂製である。固定解除部材３６は、図４の奥側フレーム２２と若干形状は異なるが基本的には同様であり、突当て部材３５と同じねじ３９により取り付けられた支点部４０と、支点部４０から一方に延びる固定部４１と、他方に延びる解除部４２とからなっている。固定部４１には、切り欠かれた縁に前述の２つの突当て部３８ａ，３８ｂと対向し、後述する現像ローラ５２のＤカット軸５８の外周の平坦部を押圧する押圧部４３と、前側フレーム２３の一部に係止するストッパ４４とが形成されている。解除部４２は、矢印Ｐ方向に指で押圧可能に形成され、矢印Ｐと反対方向に圧縮コイルばね３７により押圧され、固定解除部材３６がねじ３９を中心に矢印Ｒ方向に回動してストッパ４４が前側フレーム２３の一部に係止するように付勢されている。

ドラムカートリッジ２１の奥側フレーム２２の外面と前側フレーム２３の内面には、図６に示すように、画像形成装置本体７０との長手方向の位置を位置決めするピン４５，４６がそれぞれドラムカートリッジ２１の装着方向に向かって突出するように設けられている。ピン４５は像担持体３と同軸であり、ピン４６は像担持体３の軸から偏心した位置にある。ドラムカートリッジ２１の奥側フレーム２２の外面には、さらにドラムカートリッジ２１の回転方向の位置を位置決めするピン４７が、ドラムカートリッジ２１の装着方向に向かって突出するように設けられている。基本的にはこれらのピン４５，４６，４７の三箇所で位置決めを行うが、これだけでは、ドラムカートリッジ２１の剛性が確保できない場合は、前側フレーム２３の内面にさらにピン４８を設ける。なお、画像形成装置本体７０には、図９に示すように、これらのピン４５〜４８を受け入れる穴７１，７２（奥側のみ図示）又は長穴が形成されている。ドラムカートリッジ側が穴で画像形成装置本体７０側がピンでも構わない。

現像装置６は、図２に示すように、樹脂製の現像槽５１の上部開口部に現像ローラ５２が前記像担持体３と対向するように回転可能に配設されるとともに、現像槽５１内の下部に２つの現像剤搬送スクリュ５３，５４が配設されている。現像槽５１の前側には現像剤の供給口５５が上向きに形成され、該供給口５５の上に図３に示す現像剤供給装置５６が取り付けられている。

現像装置６の現像ローラ５２の奥側の軸の端部には、コロ５７が軸に対して回転可能に取り付けられている。また、現像ローラ５２の前側の軸の端部は、断面がＤ形のＤカット軸５８となっている。このＤカット軸５８に係合して現像ローラ５２内の磁気配置を決定する極決め部材５９が現像槽５１に固定されている。なお、奥側フレーム２２と同様にＤカット軸５８にコロ５７を取り付けて、このコロ５７をドラムカートリッジ２１の突当て部材３５と固定解除部材３６で保持するようにしてもよい。

現像装置６の奥側の端部のフレーム６０の外面には、図３に示すように、ドラムカートリッジ２１に対して現像装置６を回り止めするピン６１が取り付けられている。現像装置６の位置決めは、基本的には、コロ５７、Ｄカット軸５８、及びピン６１の３箇所で行うが、現像装置６の剛性が確保できない場合や、現像装置６の重量が重く、ドラムカートリッジ２１からの垂れ下がりが想定される場合には、前側の端部のフレーム６２に穴６３を設けてもよい。なお、画像形成装置本体７０には、ピン６１と穴６３をそれぞれ受け入れる穴７３（奥側のみ図示）又は長穴、ピンが形成されている。現像装置６側が穴で画像形成装置本体７０側がピンでも構わない。

以上の構成からなるイメージングユニット２０の画像形成装置本体７０への取り付け、取り外し動作について説明する。

まず、イメージングユニット２０の画像形成装置本体７０へ取り付けるには、図７に示すように、現像装置６を画像形成装置本体７０から外部に引き出されたレール７４に載置する。

次に、ドラムカートリッジ２１の両端の固定解除部材２６，３６の解除部３２，４２を指で押した状態で、ドラムカートリッジ２１を現像装置６の上に載置する。このとき、奥側ではドラムカートリッジ２１の突当て部材２５の突当て部２８ａ，２８ｂに現像ローラ４２のコロが突き当たり、前側ではドラムカートリッジ２１の突当て部材３５の突当て部３８ａ，３８ｂに現像ローラ５２のＤカット軸５８が突き当たる。そして、固定解除部材２６，３６の解除部３２，４２から指を離すと、奥側では固定解除部材２６の固定部３１の押圧部３３が現像ローラ５２のコロ５７を押圧し、前側では固定解除部材３６の固定部４１の押圧部４３が現像ローラ５２のＤカット軸５８を押圧する。

これにより、ドラムカートリッジ２１は現像装置６と結合して一体となる。この状態では、図８に示すように、現像装置６は、現像ローラ５２の軸を中心にしてドラムカートリッジ２１に対して相対的に回動可能となる。

そして、現像装置６とドラムカートリッジ２１が結合した状態のイメージングユニット２０をレール７４に沿って画像形成装置本体７０に押し込むと、ドラムカートリッジ２１のピン４５，４６，４７，４８が先に画像形成装置本体７０に設けた穴７１，７２（奥側のみ図示）と係合し位置決めされる。続いて、現像装置６のピン６１と穴６３が画像形成装置本体７０に設けた穴７３とピン（不図示）に係合して位置決めされ、現像装置６がドラムカートリッジ２１に対して回り止めされる。このように、ドラムカートリッジ２１を先に画像形成装置本体７０に位置決めし、次に現像装置６を画像形成装置本体７０に対して位置決めする。このため、現像装置６に比べて剛性の低いドラムカートリッジ２１が先に画像形成装置本体７０に位置決めされるので、ドラムカートリッジ２１の捩れが防止され、現像装置６の現像ローラ５２とドラムカートリッジ２１の像担持体３との間の隙間を高精度に維持することができる。

まず、イメージングユニット２０を画像形成装置本体７０から取り外すには、装着時と逆の動作を行う。すなわち、まず、イメージングユニット２０をレール７４に沿って引き出す。このとき、現像装置６の画像形成装置本体７０に対する位置決めが先に解除され、現像装置６がドラムカートリッジ２１に対して回動可能な状態となる。続いて、ドラムカートリッジ２１の画像形成装置本体７０に対する位置決めが解除される。イメージングユニット２０が画像形成装置本体７０の外部に引き出されると、ドラムカートリッジ２１の両端の固定解除部材２６，３６の解除部３２，４２を指で押して固定部３１，４１の押圧部３３，４３を現像ローラ６のコロ５７とＤカット軸５８から退避させてから、ドラムカートリッジ２１を現像装置６から取り外す。そして最後に、現像装置６をレールから取り外す。

このように、画像形成装置本体の外側で、現像装置６とドラムカートリッジ２１の結合と分離ができるので、作業操作性に優れている。

なお、画像形成装置本体７０の外側に案内するレール７４を設けずに、画像形成装置本体７０に固定されたレールに沿って、ドラムカートリッジ２１と現像装置６が結合された状態で画像形成装置本体７０への取り付け、取り外しを行ってもよい。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図。 ドラムカートリッジと現像装置を分離した状態のイメージングユニットの前側から見た斜視図。 ドラムカートリッジと現像装置を結合した状態のイメージングユニットの奥側から見た斜視図。 ドラムカートリッジの奥側フレームの拡大斜視図。 ドラムカートリッジの前側フレームの拡大斜視図。 ドラムカートリッジの奥側から見た斜視図。 イメージングユニットの画像形成装置への取り付け、取り外し状況を示す前側から見た斜視図。 現像装置とドラムカートリッジの取り付け状態を示す図。 イメージングユニットの画像形成装置への取り付け、取り外し状況を示す奥側の平面図。

符号の説明

３ 現像装置
２０ イメージングユニット
２１ ドラムカートリッジ
２５ 突当て部材
２６ 固定解除部材
４５ ピン（位置決め部材）
４６ ピン（位置決め部材）
４７ ピン（位置決め部材）
４８ ピン（位置決め部材）
５１ 現像槽
５２ 現像ローラ
５７ コロ
５８ Ｄカット軸
６１ ピン（回止め部材）
６３ 穴（回止め部材）
７０ 画像形成装置本体
７１ 穴（受け部材）
７２ 穴（受け部材）
７３ 穴（受け部材）
７４ レール

Claims (6)

1. 像担持体を有するドラムカートリッジと、
   前記ドラムカートリッジとの結合および分離が可能であって、前記像担持体と対向する現像ローラを有し、前記像担持体上に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と
   を備えたイメージングユニットであって、
   前記ドラムカートリッジは、突当部材と、当該ドラムカートリッジと前記現像装置とが結合した状態において前記現像ローラのＤカット軸を前記突当部材に突き当てる固定解除部材とを有し、
   前記固定解除部材は、支点部と、支点部から一方に伸び、前記Ｄカット軸の外周の平坦部を押圧する押圧部が形成された固定部と、支点部から他方に伸びる解除部とを有し、支点部周りに回動可能であって、前記固定部が前記軸を前記突当部材に突き当てる回動方向に弾性的に付勢されるとともに、前記解除部が押圧されることにより前記固定部による前記軸への押圧を解除する方向に回動可能であるように設けられており、
   前記固定解除部材が前記軸を前記突当部材に突き当てることにより前記ドラムカートリッジと前記現像装置とが結合した状態において、前記現像ローラの軸を中心として、前記ドラムカートリッジと前記現像装置が相対的に回動可能であることを特徴とするイメージングユニット。
2. 前記ドラムカートリッジと前記現像装置を結合した状態で、画像形成装置本体に設けたレールに沿って、画像形成装置本体に軸方向に装着し、また画像形成装置本体から引き出すことができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイメージングユニット。
3. 前記ドラムカートリッジと前記現像装置を結合した状態で前記画像形成装置本体に装着したときに、前記ドラムカートリッジを前記画像形成装置本体に位置決めするための複数の位置決め部材と、前記現像装置を前記ドラムカートリッジに対して回り止めをするための回止め部材とを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のイメージングユニット。
4. 前記ドラムカートリッジが前記位置決め部材により位置決めされた後に、前記現像装置が前記回止め部材により回り止めされることを特徴とする請求項３に記載のイメージングユニット。
5. 前記突当部材は、前記ドラムカートリッジと前記現像装置とを結合したときの前記現像ローラの軸方向から見て前記像担持体と前記現像ローラの軸との間に位置し、前記現像ローラのＤカット軸と突き当たる突当て部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイメージングユニット。
6. 前記請求項１から５のいずれかに記載のイメージングユニットと、
   前記イメージングユニットを装着し引き出すためのレールと、
   前記イメージングユニットを位置決めするための受け部材を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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