JP5066624B2 - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、プロセスカートリッジ及び該プロセスカートリッジを用いる画像形成装置に関するものである。
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの少なくとも2つの機能を有する複合機等の画像形成装置において、カラー化が広く普及しており、特に複数の像担持体を有するタンデムタイプのものが高速性に優れ主流になりつつある。かかる装置において4つのプロセスカートリッジを並列配置して用いる装置も知られており、このときマシンサイズの小型化が顧客の利便性に直結した要素であることからプロセスカートリッジはできるだけ近接した配置としたり、他のユニットとの空隙を狭めることが一般的である。
一方、省エネルギーの要求にこたえるためにトナーの溶解温度を低くし加熱定着部に必要となる温度を下げ、消費電力を少なくすることも一般的に行われている手法である。
それらの影響として、空隙が少ないためプロセスカートリッジの自己昇温が排熱されにくいこと、また自己昇温により溶けやすいトナーがダメージを受けやすくなることがあげられる。
プロセスカートリッジの自己昇温の原因としては現像ローラ部での規制ブレードとの摺擦による摩擦熱と駆動伝達部での摺動摩擦熱が大きい。一般的に駆動伝達部はカートリッジの一方の側部に集中するため、駆動伝達部での発熱は温度偏差の原因である。
このような問題を軽減するため、特許文献1にはギヤが保持される空間内を換気するための冷却装置を設けてプロセスカートリッジ内の温度上昇を抑えている。また、特許文献2には現像剤規制部材と現像枠体で形成された中空部に通風するための通風口を設けている。
しかしながら、特許文献1のように冷却装置を設けることが装置の大型化に繋がり、また特許文献2ではほぼ直方体のプロセスカートリッジにおいてその長手方向に通風して冷却する構成であるから下流側の温度が高くなり温度偏差が発生する。
本発明は、上記した従来の不具合に鑑みを解消し、駆動伝達部等における発熱に起因する画像品質の低下を抑えられるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、複数のカートリッジが装着可能であって、該カートリッジの一側面に備えられる電気接点と接触する接触端子が設けられている画像形成装置本体に対して着脱可能に装着されるカートリッジにおいて、前記カートリッジには、当該カートリッジの外部に通ずる空気排出口が形成され、前記画像形成装置本体に装着されたカートリッジには、該画像形成装置本体との間の空隙に通ずる空気排出口が形成され、該空気排出口は前記電気接点を設けた側面で、且つ当該電気接点よりも上方に形成されていることを特徴としたカートリッジを提案する。
本発明によれば、画像形成装置本体に装着されたカートリッジには、該画像形成装置本体との間の空隙に通ずる空気排出口が形成され、該空気排出口は前記電気接点を設けた側面で、且つ当該電気接点よりも上方に形成されているので、電気接点の発熱を空気排出口から容易に逃がすことができる。
本発明に係る画像形成装置を示す概略説明図である。 その画像形成装置の主要部の説明図である。 本発明の一実施形態を示すプロセスカートリッジの説明斜視図である。 そのプロセスカートリッジの外観斜視図である。 本発明の他の実施形態を示すプロセスカートリッジの斜視図である。 空気排出口、空気吸入口の一形態を示す斜視図である。 空気排出口、空気吸入口の他の形態を示す斜視図である。 空気排出口、空気吸入口のさらに他の形態を示す斜視図である。 駆動伝達部内部の一部を示す断面説明図である。 空気排出口、空気吸入口の別の実施形態を示す断面図である。 図10の空気排出口、空気吸入口の外観斜視図である。 画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の配置を示す斜視図である。 図12の平面説明図である。 画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の他の配置を示す斜視図である。 図14の平面説明図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の配置を示す平面説明図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の他の配置を示す平面説明図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの配置を示す斜視図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの他の配置を示す斜視図である。 本発明に係る他の画像形成装置を示す概略説明図である。 プロセスカートリッジの画像形成装置への装着する一例を示す概略斜視図である。 プロセスカートリッジの画像形成装置への装着する他の例を示す概略斜視図である。 本発明のプロセスカートリッジの空気排出口、空気吸入口を示す斜視図である。 本発明のプロセスカートリッジの空気排出口、空気吸入口を示す斜視図である。 ギヤボックス内の空気の流れを示す断面説明図である。 プロセスカートリッジの画像形成装置装着時の斜視図である。 プロセスカートリッジの外観斜視図である。 プロセスカートリッジ間の空隙を示す断面説明図である。 図28のプロセスカートリッジを上から見た断面説明図である。 プロセスカートリッジ間の空隙を示す断面説明図である。 プロセスカートリッジ間の空隙を示す断面説明図である。 プロセスカートリッジの電気接点を示す外観斜視図である。 プロセスカートリッジ装着時の電気接点と接続端子の関係を示す断面説明図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の配置を示す平面説明図である。 カラー画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジの空気吸入口、空気排出口の他の配置を示す平面説明図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
図1は画像形成装置の一例であるカラープリンタを示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、その装置本体1内に配置された4つの感光体3を有し、その各感光体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。ここでは、各感光体3がドラム状に構成されているが、無端ベルトより成る感光体を用いることもできる。またこれらの感光体を識別する必要のあるときは、これらに符号3Y,3M,3C,3BKを付し、これらを特に識別する必要がないときは、その感光体に符号3を付して示すことにする。 感光体3Y〜3BKに対向して転写材の一例である中間転写体4が配置され、ここに示した中間転写体4は、複数の支持ローラ5,6に巻き掛けられて矢印A方向に走行駆動される無端ベルトにより構成されている。なお、感光体3は図中に示す中間転写体4上に配置する色順でなくてもよい。
各感光体3Y〜3BK上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、感光体3Yにトナー像を形成する構成だけを説明する。
図2は、この感光体3Yと、そのまわりに配置されたプロセス機器の拡大図であり、該感光体3Yは図1及び図2における時計方向に回転駆動される。このとき帯電装置ローラ7によって感光体表面が所定の極性に均一に帯電され、帯電された感光体3Yの帯電面には、図1に示した露光装置8から出射する書き込み光(この例ではレーザビーム)Lが照射される。これによって感光体3Yに静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置9によってイエロートナー像として可視像化される。ここに示した現像装置9は現像ローラ90、アジテータ92、攪拌ローラ93、94及びトナー供給ローラ95を備えている。
無端ベルトより成る中間転写体4を挟んで、感光体3Yにほぼ対向した位置には図示していない転写装置が配置され、その転写装置の作用によって、感光体3Y上のイエロートナー像が中間転写体4上に転写される。中間転写体4に転写されず、感光体3Y上に残された転写残トナーは、クリーニングブレードを有するクリーニング装置10によって除去され、除去されたトナーはクリーニングコイル11によって図示していない廃トナータンクに搬送される。そして、感光体3Yは図示していない除電装置によって残留電荷が除去され、次の画像形成に備えられる。
全く同様にして、図1に示した感光体3M,3C,3BK上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された中間転写体4上に順次重ねて転写される。このようにして4色の重ねトナー像が中間転写体4上に形成される。
また、画像形成装置本体1の下部には給紙装置2が配置され、この給紙装置2から、例えば転写紙又は樹脂フィルムなどから成る記録材が矢印Bで示す方向に給送され、その記録材が第2の転写装置12と中間転写体4との間の転写領域に搬送され、その第2の転写装置12の作用によって中間転写体4上に形成されたトナー像が記録材上に転写される。このようにして転写されたトナー像を担持した記録材は、定着装置13に送り込まれ、該定着装置13を通過する。このときそのトナー像が熱と圧力の作用によって記録材上に定着され、記録材上にフルカラー画像が形成される。定着装置13を通過した記録材は、矢印C方向で示すように排紙部14上に排出される。
図2に示した感光体3、帯電装置7、現像装置9、クリーニング装置10及び除電装置の各プロセス機器は、装置本体1に対し例えばスライドさせて着脱可能に装着される一体的なプロセスカートリッジ20として構成され、かかるプロセスカートリッジ20が複数、図の例では4つ設けられている。いずれのプロセスカートリッジ20も、現像装置に収容された現像剤の色が異なるだけで、全て実質的に同じく構成されている。なお、本発明の画像形成装置は種種の形式の装置に適用でき、図20に示すような各感光体3Y,3M,3C,3BKに形成されたトナー像を転写ベルト4´上に搬送される記録材に順次トナー像を重ね転写する形式の装置であっても良い。
図3は、プロセスカートリッジ20の駆動伝達部を示す斜視図であり、プロセスカートリッジ20には回転体である感光体3や現像装置9の現像ローラ90、アジテータ92、攪拌ローラ93、94及びトナー供給ローラ95が駆動伝達部に設けられたギヤ列30を介して本体駆動源と駆動連結される。このとき、プロセスカートリッジ20はトナー攪拌等の負荷が重いために駆動伝達部のギヤにかかるトルクが大きく発熱量自体も大きい。
そこで、本発明ではプロセスカートリッジの自己昇温に対して影響が大きい駆動伝達部の冷却を副作用無く実施しているものでその説明をする。
駆動伝達部のギヤ列30は、図3に示すように、プロセスカートリッジ20の一側部、すなわちプロセスカートリッジ20を装置本体1に装着する際の、奥側の一側部に設けられている。そして、プロセスカートリッジ20が正しく装着されると、図21に示すように、ギヤ列30の1つのギヤが本体駆動ギヤGと噛み合う。本実施形態のプロセスカートリッジ20は、ギヤ列30がプロセスカートリッジ20の側壁21の外側に設けられ、ギヤ列30は側板部22によって覆われていることにより、ギヤ列30がギヤボックス内に設けられた構成になっている。そして、この側板部22には図3及び図4に示すように、空気吸入口23と空気排出口24が設けられてあり、空気が空気吸入口23からギヤボックス内に入り、ギヤ列30に沿って流れ、空気排出口24へと流れることが可能な構成となっている。なお、図21にはプロセスカートリッジ20をほぼ水平方向にスライドさせて装置本体1に装着するタイプであるが、図22に示すようにプロセスカートリッジ20を上方から装置本体1に装着するタイプであっても、ギヤ列30の1つのギヤが奥側の本体駆動ギヤGと噛み合うように構成されている。
また、図3及び図4では空気吸入口23と空気排出口24がプロセスカートリッジ20の長手方向と直交する面に位置をずらして設けているが、空気吸入口23と空気排出口24は図5に示すように、側板部22の対向する側面に設けても良い。
このように構成されたプロセスカートリッジ20は、ギヤのかみ合い及び軸受け摺動部で発生する熱の排除が可能となり、熱の影響によるトナー劣化、固着等の問題の発生を抑えられる。
また、空気吸入口23や空気排出口24は図6及び図7に示すように穴形状の集合23a,24aやスリット形状23b,24bに形成すると、カートリッジ取扱者がプロセスカートリッジ20を操作する際、誤ってギヤに触れることがなく空気が流れる構成とすることができる。
このように構成すると、空気吸入口23または空気排出口24が複数の穴形状の集合で形成されているので、個々の開口サイズを適切に設定することで開口面積は減らすことなくプロセスカートリッジ取扱者に対する安全性を高められる。
さらに、空気吸入口23や空気排出口24は図8に示すようにフィルター25で覆うことで、取扱者が誤ってギヤに触れることがなく、しかも埃がギヤボックス内に入らないようにしたり、埃やトナーがプロセスカートリッジ20外に排出されることを防止することができる。さらにまた、図9に示すように、プロセスカートリッジ20の側板21を貫通する軸にシール26を設けることで、プロセスカートリッジ20内のトナーがギヤボックス内に侵入することを抑えられる。
このように構成すると、プロセスカートリッジ20から埃、トナーなど空気を汚染する物質が出てこない構成とすることができる。
図10は、本発明の他の実施形態を示す断面説明図で、空気排出口24に開閉自在の遮蔽部材27が設けられている。空気排出口24は遮蔽部材27が閉じられている状態では取扱者がギヤに触れることを回避できており、遮蔽部材27が開いている状態では開口面積を大きくとることができるので、安全により多くの空気を流すことができる構成である。
このとき、遮蔽部材27は図11に示すようにプロセスカートリッジ20を画像形成装置に装着する際に遮蔽部材27の一部が装置本体1に設けられた作動部15に当接することで開口する構成とし、遮蔽部材27には常に閉じる方向の図示しないねじりバネ等を配置することにより取扱者が意識することなく取り出し状態では開口がふさがり装置へセット状態では空気排出口24が開く構成とすることができる。この遮蔽部材27は空気排出口24だけでなく、空気吸入口23側にも設けても良い。
空気吸入口23と空気排出口24は、プロセスカートリッジ20のセット状態における重力方向のおいて、空気排出口24を空気吸入口23より上方に配置されることが好ましく、このような配置にすると、自然対流も利用して排熱を行うことが可能である。
図12及び図13は、プロセスカートリッジ20が画像形成装置の装置本体1に装着される場合の構成を示す斜視図及び説明図である。
図12及び図13において、画像形成装置の装置本体1側には給気側経路16と排気側経路17が設けられており、プロセスカートリッジ20が装置本体1に装着された際、給気側経路16がプロセスカートリッジ20の空気吸入口23と、排気側経路17が空気排出口24とそれぞれ対向する構成となっている。
このように構成された排気側経路17にファンモータ18を設け、同ファン14が動作することでカートリッジ駆動伝達部内を空気が流れることを可能としている。このファンモータ18は、図14及び図15に示すように、排気側経路17でプロセスカートリッジ20の近傍に配置することで、カートリッジ駆動伝達部を流れる気流の量、速度を向上することができ、より好ましい。
また、プロセスカートリッジ20の駆動伝達部を流れる気流の温度は、冷却対象物の温度上限が一般的に50℃以下であることから、それより低くなるように設定するのが自然であり、モータや加熱定着部の温度上限(80℃〜100℃)と比べると低い温度である。たとえば、この気流経路を図14に示すように構成することで、モータ19の冷却に利用でき、カートリッジ近傍にファンモータ18を配置することで指向性の強い気流(流速が高い)を該モータ19に流すことができ、より効率的に冷却を行うことができる。なお、この気流はモータ19の代わりに加熱定着部13の冷却に利用することもできる。
加熱定着部13を冷却する場合、カラー画像形成装置では図16に示すように、4個のプロセスカートリッジ20Y,20M,20C,20BKと加熱定着部13からの排気側経路17を1つにまとめた後、ファンモータ18を配置しても良いし、図17に示すように、4個のプロセスカートリッジ20Y,20M,20C,20BKからの気流を、加熱定着部13を通してから排気するようにしても良い。
また、カラー画像形成装置の場合、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像をそれぞれ形成する4個のプロセスカートリッジ20Y,20M,20C,20BKが、図18及び図19に示すように、接近して並列配置されるので、それぞれのプロセスカートリッジ20に備えた空気吸入口23と空気排出口24が対向するような構成とすることで、4個のプロセスカートリッジ20Y,20M,20C,20BKで略一体の経路を構成することが可能となる。
これにより、個々の給排出口に独立した経路を準備する必要がなくなるので省スペース、低コストの構成を実現できる。
このように構成すると、4個のプロセスカートリッジ20Y,20M,20C,20BKの連なる方向で加熱定着部側の端部に排出口が備わる構成とすることで、少ないスペースでプロセスカートリッジから加熱定着部の順に冷却する構成を実現できるとともに、気流経路の下流側に加熱定着部が配置されることでプロセスカートリッジ駆動部に加熱定着部の影響を受けにくい構成にすることができる。
次に、本発明に係るプロセスカートリッジの別の実施形態について説明する。
本実施形態のプロセスカートリッジ100は、図23及び図24に示すように、感光体、現像ローラ等を駆動するギヤ列110はその側壁101の外側に設けられ側板部102によって覆われている。この側板部102には、ほぼ直方体に形成されているプロセスカートリッジ本体の長手方向の側面に沿った面に空気吸入口103に設けられ、空気排出口104は短方向の面に設けられている。そして、空気排出口104は図12ないし図17に示すファンモータ18を設けた経路17と連通し、該ファンモータが駆動することにより、図25に示すように、空気が空気吸入口103からギヤボックス内を入り、ギヤ列110に沿って流れ空気排出口104へと流れる際、ギヤ背面に隠れた軸受ないしプロセスカートリッジ100の側壁101とギヤの摺動部を冷却する流路を形成することが可能な構成となっている。
カラー画像形成装置の場合、上記したプロセスカートリッジ100は、図26に示すように、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像をそれぞれ形成する4個のプロセスカートリッジ100Y,100M,100C,100BKが接近して並列配置される。このように配置状態で使用されるプロセスカートリッジ100は空気吸入口103に対向する隣接するプロセスカートリッジ100の壁面に接近し過ぎているので、空気吸入口103から空気を吸入しにくくなることが懸念される。
ここで、プロセスカートリッジ100の形態を図27の全体斜視図を用いて説明する。
図27に示したプロセスカートリッジ100はほぼ直方体に形成され、その長手方向において両側板部102,102Aを除いたほぼ全長に渡る断面くの字状のくぼみ120が形成されている。そして、このくぼみ120は図28及び図29に示すように、その一部が隣接するプロセスカートリッジ100の空気吸入口103と向い合う。このことにより、隣接するプロセスカートリッジ100や画像形成装置の構成要素である壁間にできる空隙121が生じ、上記した空気吸入口103から空気を吸入しにくくなるという問題が解消することができる。
かくして、プロセスカートリッジ100にくぼみ120を設け、そのくぼみ120の一部が隣接するプロセスカートリッジ100の空気吸入口103に対向するので、くぼみ120によって形成される空隙121に沿って空気が流れる。このとき、図28に示すように、くぼみ120はプロセスカートリッジ100の長手方向ほぼ全長に渡る長さを有しいるので、プロセスカートリッジ100の全体が冷やされる。したがって、くぼみ120によりトナー収容部等のトナーが介在する箇所周辺を冷却することが可能となる。
また、図30に示すように、くぼみ120によって形成される空隙121は露光路用の空間として利用することができる。
さらに、くぼみ120は図29に示すように、帯電装置7の上方に位置するので、帯電装置7の上方の仕切りを図26に示すような複数の穴の集合体を形成したシール部材122で構成すると、帯電装置7の製造時、金属部材と弾性部材固定するため接着剤から発生する物質をプロセスカートリッジから機外へ排出することができる。こうした物質は充満した雰囲気中に感光体3を暴露させると雰囲気中で生成された化合物が感光体3上の付着し、白抜けなどの異常画像が発生させる恐れがあるが、本実施形態では空隙121が空気の流路であるので容易に排出できる。
さらに、図29から判るように、空隙121はクリーニングブレード10の上方空間にもなるので、上記したシール部材122を設けることで、クリーニングブレードの製造時、金属部材と弾性部材固定するため接着剤から発生する物質をプロセスカートリッジから機外へ排出することができる。
また、プロセスカートリッジ100には構成要素として図30に示すような電気接点200が設けられている。この電気接点200は帯電装置7や現像ローラ90に200〜1000Vの高電圧を給電するものや、プロセスカートリッジ100の使用量等を記録するための不揮発メモリへの通電手段等である。このプロセスカートリッジ100は図31に示すように装置本体に装着した際、電気接点200が画像形成装置本体の枠体となる構造体フレーム201に取り付けられた接触端子202と接触する。そして、この接触端子202は装置本体に具備する高圧印加手段又は不揮発メモリに情報を読み書きする制御手段203と接続されている。
なお、図32及び図33に示した電気接点200はプロセスカートリッジ100の装着方向Xに対して空気排出口104の下方に配置する構成をとることで、本体側に設けられた接触端子202が空気排出口104に引っかかることがなく、操作性に優れたプロセスカートリッジを提供することができる。特に、電気接点200が不揮発メモリとの通電手段の場合接触領域が狭く、接触端子202もそれにあわせて小さくなってしまうため、微小の段差であっても引っかかり易くまた破損しやすいことから、前記配置とすることが望ましいといえる。
図34及び図35は、プロセスカートリッジ100が画像形成装置の装置本体1に装着される場合の構成を示す斜視図及び説明図である。図34及び図35は、図16及び図17とほぼ同様に構成されているが、プロセスカートリッジ100と加熱定着部13が本体フレーム130で区切られている。そして、この本体フレーム130には吸気口131が設けられ、隣接するプロセスカートリッジ、ないしは画像形成装置構成要素間の空隙121が吸気口131と連通している。さらに本体フレーム130にはファンモータ18を備えた排気側経路17に連通する排気口132がプロセスカートリッジ100の空気排出口104と対向する位置に設けられている。
ここで、ファンモータ18が動作することで、吸気口131から取り入れられた外気はプロセスカートリッジ100長手方向と駆動部内を流れる。こうした流路を構成することにより、隣接するプロセスカートリッジ100、ないしは画像形成装置構成要素間の空隙121を流路としたので、専用の空気経路を形成することなくプロセスカートリッジ長手方向全体を冷却することが可能となる。
ところで、一般的な画像形成装置において省スペースを実現するためプロセスカートリッジ駆動部が配置される側には、発熱源となるモータ等の駆動装置や電源装置が配置されることから、上記のように空気排出口104に対向する面に排気口132を設けたので、発熱量の少ない側から外気を確保でき、発熱量が多い側への流路が形成できる。加えて、本体フレーム130に設けた排気口132は図34及び図35に示すように、プロセスカートリッジ100の空気排出口104と一致する位置に配置するのが望ましい。同様に、図示していないが、吸気口131も隣接するプロセスカートリッジ100、ないしは画像形成装置構成要素間の空隙と一致する箇所に配置するのが望ましく、このように構成することで、スムーズが流路を構成でき、経路上での空気の流量、速度の損失を抑えることができる。
1 装置本体
3 感光体
4 中間転写体
20 100 プロセスカートリッジ
21 101 プロセスカートリッジの側壁
22 102 側板部
23 103 空気吸入口
24 104 空気排出口
25 フィルター部材
27 遮蔽部材
30 ギヤ列
120 くぼみ
121 空隙
200 電気接点
特開2005−258316号公報 特開2005−173226号公報

Claims (6)

  1. 複数のカートリッジが装着可能であって、該カートリッジの一側面に備えられる電気接点と接触する接触端子が設けられている画像形成装置本体に対して着脱可能に装着されるカートリッジにおいて、
    前記カートリッジには、当該カートリッジの外部に通ずる空気排出口が形成され、
    該空気排出口は前記電気接点を設けた側面で、且つ当該電気接点よりも上方に形成されていることを特徴としたカートリッジ。
  2. 請求項1に記載のカートリッジにおいて、前記カートリッジは画像形成装置本体の上方から着脱可能に装着されることを特徴とするカートリッジ。
  3. 請求項1に記載のカートリッジにおいて、当該カートリッジの外部と通ずる空気吸入口を備え、該空気吸入口は前記空気排出口よりも下方に配置されていることを特徴とするカートリッジ。
  4. 請求項1に記載のカートリッジにおいて、前記電気接点が給電装置であることを特徴とするカートリッジ。
  5. 請求項1に記載のカートリッジにおいて、上記電気接点が記録媒体であることを特徴としたプロセスカートリッジ。
  6. 画像形成装置本体に着脱可能に装着されるカートリッジに前記排気経路と対向する空気排出口を形成し、該空気排出口の下方に前記画像形成装置本体の接触端子と接触する電気接点が設けられるカートリッジが着脱可能に装着されることを特徴とする画像形成装置。
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