JP2015004874A - プロセスユニット、画像形成装置 - Google Patents

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信一 荒澤
Shinichi Arasawa
信一 荒澤
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Abstract

【課題】廃トナー詰まりの発生しないプロセスユニットを提供する。
【解決手段】現像剤一時収納部104に回転部材110を配設し、回転部材110の回転によってトナーを攪拌および搬送している。回転部材110は、フレキシブルスクリュ102、そしてクリーニング部材35などの周辺の構造物に非接触になるように配設されている。
【選択図】図5

Description

本発明は、プロセスユニットおよびプロセスユニットを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置においては、現像剤としてトナーなどを用いて、像担持回転体としての感光体ドラムの表面に形成したトナー像を、紙などの記録媒体に転写する。
転写後の感光体ドラムに残されたトナーは、クリーニング部材によって感光体ドラム表面から取り除かれ、搬送部材を用いて現像剤収納容器としての廃トナーボックスに回収される。
このような画像形成装置においては、プロセスユニットと廃トナーボックスが離れた場所にある場合が多く、プロセスユニット内の感光体ドラムと搬送部材の間に一時的な収納スペース(以下、現像剤一時収納部とする。)を設けて、ここに廃トナーを収納し、現像剤一時収納部と廃トナーボックスをU字状の搬送経路でつないで廃トナーを廃トナーボックスへ搬送する画像形成装置が発明されている。
図4に示すように、感光体ドラム32から図示しないクリーニング部材によって削り取られた廃トナーは、搬送部材としてのフレキシブルスクリュ102によって、搬送経路Yを通って廃トナーボックス入口102bまで搬送される。この時、フレキシブルスクリュ102は曲げ部Rを有し、感光体ドラム32と距離Xをとっている。
フレキシブルスクリュ102は、曲げ部Rのように曲率を大きくとるほうが、曲げ部R‘のように曲率を小さく取る場合に比べて、曲げ部の強度を保つことができるため好ましい。しかし、曲げ部Rの曲率を大きく取ると、距離Xは(距離X’と比較してわかるように)大きくなる。距離Xが大きくなると、現像剤一時収納部104に廃トナーが溜まりやすくなり、廃トナーが正しくフレキシブルスクリュ102まで送られなくなることや、この区間でトナーの固着が起きるという問題があった。
これに対して、感光体ドラムから削り取った廃トナーを搬送部材まで導く機構を感光体ドラムと搬送部材の間に設けた発明が既になされている。(特許文献1 特開平11−265135号公報、特許文献2 特開2011−107488号公報)
特許文献1では、図10に示すように、像担持体300の回転方向において、クリーニング部材310よりも上流にブラシローラ320が設けられ、可撓性シート330がブラシローラ320に当接して設けられている。ブラシローラ320が像担持体300から削り取った廃トナーを、可撓性シート330が掻き出してスクリュー340まで導いている。
特許文献2では、図11に示すように、クリーニング部材400によって感光体ドラム410から削り取られた廃トナーを、トナー案内部材420によって搬送部材430に導いている。トナー案内部材420は、搬送部材430の搬送羽根430aに接触し、回転する搬送羽根430aに沿って移動することにより、上下方向に回転している。また、弾性部材440をプロセスユニットの壁450とトナー案内部材420の間に設けることによって、案内部材420の回転による騒音が伝播するのが防止すると共に、クリーニング部材400などが振動されて、画質に悪影響を及ぼすことを防止している。
しかし、特許文献1では、ブラシローラや可撓性シートを配設することによって、現像剤一時収納部の収納スペースが小さくなり、廃トナーが短時間で大量に発生した場合に廃トナー詰まりが発生するという問題があった。
また特許文献2では、案内部材の移動による異音や振動が発生するといった問題がある。
上記の課題を解決するため、本発明は、現像剤を表面に担持する像担持回転体に当接し、前記像担持回転体の表面に担持された前記現像剤を除去するクリーニング部材と、前記クリーニング部材によって除去された前記現像剤を一時的に収納する現像剤一時収納部と、前記現像剤一時収納部に収納されている前記現像剤を現像剤収納容器に搬送する搬送部材とを備えたプロセスユニットにおいて、前記クリーニング部材と前記搬送部材の間に配設され、線状で回転可能に構成され、前記像担持回転体および前記搬送部材に非接触である回転部材、を備えたプロセスユニットを特徴とするものである。
本発明では、現像剤一時収納部に回転可能な線状の回転部材を配設して、回転部材の回転によって前述の廃トナー詰まりを防止すると同時に、回転部材に線状の部材を用いることで、回転部材の現像剤一時収納部における占有スペースをできる限り小さくし、特許文献1のような短時間で廃トナーが大量に発生した場合の廃トナー詰まりを防止している。また、回転部材を像担持回転体にも搬送部材にも非接触にすることにより、回転部材が像担持回転体や搬送部材に接触することによる異音の発生やトルクの低減を防止できる。
画像形成装置の概略構成図である。 従来のプロセスユニットの概略構成図である。 従来の現像剤一時収納部周辺の構成を示した概略図である。 図3を方向Rから見て、反時計周りに90度回転させた図である。 本発明の第一実施形態に係るプロセスユニットの概略断面図である。 (a)図は第一実施形態の回転部材の駆動方法を示した図で、(b)図は駆動手段を拡大した図である。 第一実施形態の回転部材の形状を示した図である。 本発明の第二実施形態に係るプロセスユニットの概略断面図である。 本発明の第三実施形態に係るプロセスユニットの概略断面図である。 従来のプロセスユニットの概略構成図である。 従来のプロセスユニットの概略構成図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図1に示すように、画像形成装置1は、露光部2、画像形成部3、画像転写部4、給紙部5、搬送路6、定着部7、及び排出部8等により構成されている。
露光部2は、画像形成装置1の上部に位置しており、レーザ光を発光する光源や各種光学系により構成されている。具体的には、図示しない画像取得手段から得られた画像データに基づいて作成される画像の色分解成分毎のレーザ光を、後述する画像形成部3の感光体に向けて照射することで、感光体の表面を露光するものである。
画像形成部3は、露光部2の下方に位置しており、画像形成装置1に対して着脱可能に構成された複数のプロセスユニット31を備えている。各プロセスユニット31は、表面上に現像剤であるトナーを担持可能な像担持回転体としての感光体ドラム32と、感光体ドラム32の表面を一様に帯電させる帯電ローラ33と、感光体ドラム32の表面にトナーを供給する現像装置34と、感光体ドラム32の表面をクリーニングするためのクリーニング部材としてのクリーニングブレード35等で構成されている。(プロセスユニットについては図2以降で詳述する。)
なお、各プロセスユニット31は、カラー画像の色分解成分であるイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色に対応した4つのプロセスユニット31(31Y,31C,31M,31Bk)からなっており、これらは異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっているため、符号は省略している。
画像転写部4は、画像形成部3の直下に位置する。この画像転写部4は、駆動ローラ41及び従動ローラ42に周回走行可能に張架されている中間転写ベルト43、中間転写ベルト43の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置44、各プロセスユニット31の感光体ドラム32に対して中間転写ベルト43を挟んだ対向位置に配置されている一次転写ローラ45等で構成されている。各一次転写ローラ45はそれぞれの位置で中間転写ベルト43の内周面を押圧しており、中間転写ベルト43の押圧された部分と各感光体ドラム32とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。
また、中間転写ベルト43の駆動ローラ41と、中間転写ベルト43を挟んで駆動ローラ41に対向した位置には二次転写ローラ46が配設されている。二次転写ローラ46は中間転写ベルト43の外周面を押圧しており、二次転写ローラ46と中間転写ベルト43とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。更に、ベルトクリーニング装置44によってクリーニングされた廃トナーを収容する現像剤収納容器としての廃トナーボックス47が、中間転写ベルト43の下方に図示しない廃トナー移送ホースを介して配設されている。
給紙部5は、画像形成装置1の下部に位置しており、記録用紙Pを収容した給紙カセット51や、給紙カセット51から記録用紙Pを搬出する給紙ローラ52等からなっている。
搬送路6は、給紙部5から搬出された記録用紙Pを搬送する搬送経路であり、一対のレジストローラ61の他、後述する排出部8に至るまで、図示しない搬送ローラ対が搬送路6の途中に適宜配置されている。
定着部7は、加熱源71によって加熱される定着ローラ72、その定着ローラ72を加圧可能な加圧ローラ73等を有している。
排出部8は、画像形成装置1の搬送路6の最下流に設けられ、記録用紙Pを外部へ排出するための一対の排紙ローラ81と、排出された記録媒体をストックするための排紙トレイ82とが配設されている。
以下、図1を参照して上記画像形成装置1の基本的動作について説明する。
画像形成装置1において、画像形成動作が開始されると、各プロセスユニット31Y,31C,31M,31Bkの感光体ドラム32の表面に静電潜像が形成される。各感光体ドラム32に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。各感光体ドラム32上に形成された静電潜像に、各現像装置34によってトナーが供給されることにより、静電潜像は顕像であるトナー画像(現像剤像)として可視像化される。
次いで、画像転写部4の駆動ローラ41が図の反時計回りに回転駆動されることにより、中間転写ベルト43が図の矢印Aで示す方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ45には、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ45と各感光体ドラム32との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各プロセスユニット31Y,31C,31M,31Bkの感光体ドラム32上に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト43上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト43の表面には、フルカラーのトナー画像が形成される。
一方、画像形成動作が開始されると、画像形成装置1の下部では、給紙部5の給紙ローラ52が回転駆動することによって、給紙カセット51に収容された記録用紙Pが搬送路6に送り出される。搬送路6に送り出された記録用紙Pは、レジストローラ61によってタイミングを計られて、二次転写ローラ46とそれに対向する駆動ローラ41との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ46には、中間転写ベルト43上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト43上のトナー画像が記録用紙P上に一括して転写される。
トナー画像が転写された記録用紙Pは、定着部7へと搬送され、加熱源71によって加熱されている定着ローラ72と加圧ローラ73とによって記録用紙Pが加熱及び加圧されてトナー画像が記録用紙Pに定着される。そして、トナー画像が定着された記録用紙Pは、定着ローラ72から分離され、図示しない搬送ローラ対によって搬送され、排出部8において排紙ローラ81によって排紙トレイ82へと排出される。また、転写後の中間転写ベルト43上に付着している残留トナーは、ベルトクリーニング装置44によって除去され、除去されたトナーは、図示しないスクリューや廃トナー移送ホース等により廃トナーボックス47へ搬送され回収される。
以上の説明は、記録用紙P上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つのプロセスユニット31Y,31C,31M,31Bkのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つのプロセスユニット31を使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
図2は従来のプロセスユニットの概略断面図である。
感光体ドラム32は画像形成装置本体に設置された図示しない駆動装置により矢印Mの方向に回転し、その表面層が帯電ローラ33によって一様に高電位に帯電される。帯電された感光層は、露光部2より矢印Nの方向から画像データに基づいて選択的に露光され、この露光により電位の減衰した低電位部と減衰していない初期の高電位部からなる静電潜像が形成される。
ついで、前記静電潜像が感光体ドラム32と現像ローラ101の対向位置に来ると、表面にトナー薄膜を形成した現像ローラ101からトナーが転移されてトナー像を形成する。転写を終えて感光体ドラム32の表面に残されたトナーは、クリーニングブレード35によって取り除かれる。トナーが取り除かれた感光体ドラム32は、図示しない除電装置によって表面の電荷が除去され、次のトナー像の形成に備えられる。
クリーニングブレード35によって取り除かれた廃トナーは、搬送部材としてのフレキシブルスクリュ102によって廃トナーボックス47に搬送される。フレキシブルスクリュ102は、感光体ドラム32側にあり、感光体ドラム32と対向する搬送入口102aから廃トナーボックス47側の端部である廃トナーボックス入口102bまで、点線で示すように図の紙面上側を通ってU字状に配設されており、廃トナーボックス47にトナーを搬送する。
フレキシブルスクリュ102はコイルやエラストマーゴム等の曲折自在な部材で構成されており、前述のようなU字の形状でも一つの搬送部材で経路を構成することができ、搬送部材の自由度が向上する。
クリーニングブレード35やフレキシブルスクリュ102等は、ケーシング部材105に収納されている。ケーシング部材105の感光体ドラム32と対向する箇所には、フレキシブルスクリュ102によって廃トナーが搬送されるまでの間、廃トナーが蓄えられる現像剤一時収納部104がある。
図3は従来の現像剤一時収納部周辺の構成を示した概略図である。(便宜上、図2と左右を反転している。)
クリーニングブレード35によって取り除かれた廃トナーQは、感光体ドラム32とフレキシブルスクリュ102の間の空間である現像剤一時収納部104に一時的に蓄えられ、フレキシブルスクリュ102によって廃トナーボックス47に搬送される。
この時、図4に示すように、フレキシブルスクリュ102と感光体ドラム32の距離Xが小さいほど、フレキシブルスクリュ102の曲げ部Rの曲率が小さくなる。
曲げ部Rの曲率を小さくするほど疲労破壊しやすくなるため、材質や形状によって最低必要な曲率は変化するが、できるだけ曲率を大きくとることが望ましい。
しかし一方で、曲げ部Rの曲率を大きくするために距離Xをある程度の大きさで設定すると、現像剤一時収納部104にトナーが溜まりやすくなり、高温高湿環境下でのトナーの流動性の悪化や長期保管によるトナーの凝縮によってフレキシブルスクリュ102に到達する前にトナーが固着していた。廃トナーQが固着などによって堆積すると、クリーニングブレード35への圧の変化によるクリーニング不良や感光体ドラム32へのトナーの固着、ケーシング部材105の感光体ドラム32との対向位置に設けられた入口シール部材106への圧力の増加によるトナー漏れが発生する。
また距離Xを小さくすると、廃トナーの一時的に収納する現像剤一時収納部104の面積が小さくなり、廃トナーが短時間で大量に発生し、フレキシブルスクリュ102の搬送能力以上である場合には、廃トナー詰まりが発生してしまう。このため、いずれにしても距離Xは一定以上の大きさをとる必要がある。廃トナー詰まりが発生しないような距離Xは、フレキシブルスクリュ102の搬送能力と最大廃トナー入力量(感光体ドラム32から削り取られる量)から計算される必要スペースにより計算される。
図5は本発明の実施形態に係るプロセスユニットの概略断面図である。
そこで本発明のプロセスユニットでは、現像剤一時収納部104に回転部材110を配設し、回転部材110の回転によってトナーを回転している。回転部材110は、フレキシブルスクリュ102、そしてクリーニングブレード35などの周辺の構造物に非接触になるように配設されている。これによって、回転部材110の回転による異音や振動が周辺の構造物に伝播することを防止している。
回転部材110は、SUS等の金属線材でできており、線材の曲げ部110aが回転軸110bよりも外側で回転することで回転を行っている。回転部材110に線材を用いることで、現像剤一時収納部104に占める回転部材110の割合を最小限にすることができ、廃トナー詰まりを起きにくくすることや現像剤一時収納部104の必要スペースを最小限に抑えることができるという効果がある。
矢印Sは回転部材110の回転方向を示しており、回転部材110は、廃トナーが蓄えられた重力方向下側(図5の下側)で、感光体ドラム32からフレキシブルスクリュ102へ向かう方向(図5の左から右)へ回転している。これによって、廃トナーの攪拌を行うと同時に、廃トナーを現像剤一時収納部104からフレキシブルスクリュ102まで運搬する効果も得ることができる。
図6(a)は回転部材110の駆動方法を示した図で、(b)図は駆動手段としてのスクリュ駆動部を拡大した図である。
フレキシブルスクリュ102は、駆動手段としてのスクリュ駆動部111によって駆動される。回転部材110は駆動ディスク112を有し、スクリュ駆動部111に駆動ディスク112が当接することによって、駆動ディスク112はスクリュ駆動部111から駆動力を伝達され、回転部材110に設けられたギア等の駆動伝達部材は駆動ディスク112と一体になって回転する。
駆動ディスク112はスクリュ駆動部111から駆動力を受けている。駆動ディスク112の駆動力を感光体ドラム32から受ける構成も考えられるが、その場合、駆動ディスク112と感光体ドラム32を当接させて駆動力を伝達する必要があり、感光体ドラム32の駆動伝達部材または駆動ディスク112が必要以上に大きくなってしまうという問題がある。
このため、スクリュ駆動部111から駆動ディスク112の駆動力を受けることによって、装置の小型化を行うことができる。
回転部材110がスクリュ駆動部111から駆動力を受けることによって、回転数が過多になってしまう場合があり、何らかの減速機構を介して回転部材110を回転させることが望ましい。回転部材110の回転数が過多になると、トルクの上昇や回転時のたわみによって周辺構造へ接触し、異音の発生や振動の伝播が発生する。
図6では、一例として、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112に、回転する歯111a、112aをそれぞれ設け、スクリュ駆動部111の歯数を少なくすることによって、スクリュ駆動部111の歯111aが駆動ディスク112の歯112aに当接する機会を減らして駆動ディスク112に伝達される駆動力を減らしている。このように、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112の歯数を変更することにより、回転部材110の回転数を調整することが可能である。
前述のように、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112の歯数を変更して回転部材110の回転数を調整する場合、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112の歯が常に噛み合っているわけではないため、噛み合わない状態で駆動が停止すると、その状態から駆動ディスク112が自重によって回転する恐れがある。この時、再びスクリュ駆動部111が駆動を再開した際に、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112の歯が噛み合わなくなる可能性がある。
図7は、回転部材110の形状を示した図で、左の図が回転する軸方向の形状を示しており、右に示す図が軸の正面からの形状を示している。
図7の上側の回転部材110‘のように、軸方向の形状を軸に対して一方に偏った形状にし、一方の回転方向の自重しか加えない形状にすると、回転部材110’は自重によって回転する。
これに対して、本発明では、図7の下側の回転部材110のように、曲げ部110aの軸方向の形状を軸に対して互い違いにして正回転方向の自重を加える第一重心部110a1と逆回転方向の自重を加える第二重心部110a2を設ける。二つの重心部110a1、110a2は中心部110bを基準にして対称となるように同じ長さで構成されており、自重をキャンセルして回転部材110の自重による回転を防止している。これにより、外力を受けない状態、つまりスクリュ駆動部111の駆動停止時に、回転部材110が自重により回転せず、スクリュ駆動部111と駆動ディスク112の歯が噛み合わなくなることを防止する効果がある。曲げ部110aの数は、正逆の回転方向の自重が釣り合うように構成されていれば、図のように二つでもよいし、三つ以上設けてもよく、長さの違う曲げ部110aを用いることも可能である。
図8は本発明の第二実施形態に係るプロセスユニットの概略断面図である。回転部材110は省略している。
第二実施形態のフレキシブルスクリュ102では、直線部Dの外径が曲げ部Rの外径に比べて太くなっている。これにより、フレキシブルスクリュ102自身の回転やトナーの搬送により受ける力で、フレキシブルスクリュ102が揺動しにくいという効果がある。
図9は本発明の第三実施形態に係るプロセスユニットで、フレキシブルスクリュ102とケーシング部材105を抜き出した図である。
第三実施形態のケーシング部材105には、突起部105aがフレキシブルスクリュ102の直線部D近傍に配設されている。フレキシブルスクリュ102が、前述のような自身の回転やトナーの搬送により受ける力を受けたときに、フレキシブルスクリュ102は突起部105aに当接する。これにより、フレキシブルスクリュ102の揺動可能な範囲を規制し、フレキシブルスクリュ102が、図で示すところの上下方向に揺動しにくいという効果がある。突起部105aは一つでもいいし、複数備えられていてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
本発明に係る画像形成装置は、図1に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。
31 プロセスユニット
32 感光体ドラム(像担持回転体)
35 クリーニングブレード(クリーニング部材)
47 廃トナーボックス(現像剤収納容器)
102 フレキシブルスクリュ(搬送部材)
104 現像剤一時収納部
105 ケーシング部材
110 回転部材
特開平11−265135号公報 特開2011−107488号公報

Claims (9)

  1. 現像剤を表面に担持する像担持回転体に当接し、前記像担持回転体の表面に担持された前記現像剤を除去するクリーニング部材と、前記クリーニング部材によって除去された前記現像剤を一時的に収納する現像剤一時収納部と、前記現像剤一時収納部に収納されている前記現像剤を現像剤収納容器に搬送する搬送部材とを備えたプロセスユニットにおいて、
    前記クリーニング部材と前記搬送部材の間に配設され、線状で回転可能に構成され、前記像担持回転体および前記搬送部材に非接触である回転部材、を備えたことを特徴とするプロセスユニット。
  2. 前記搬送部材が曲折自在な部材で構成された請求項1記載のプロセスユニット。
  3. 前記回転部材の重力方向下側の回転方向が、前記搬送部材の配設された方向へ向いている請求項1または2記載のプロセスユニット。
  4. 前記搬送部材を駆動するための駆動手段を有し、前記駆動手段の駆動によって前記回転部材を回転する請求項1から3いずれか記載のプロセスユニット。
  5. 前記回転部材と前記駆動手段の間もしくは前記回転部材に、前記回転部材の回転数を小さくするための減速機構を備えた請求項4記載のプロセスユニット。
  6. 前記回転部材は、前記回転部材の回転軸に対して正回転方向の自重を加える第一重心部と逆回転方向の自重を加える第二重心部を少なくとも有し、外力を受けない状態で前記回転部材の回転方向に加わる力がほぼ釣り合うように構成された請求項5記載のプロセスユニット。
  7. 前記搬送部材は直線部の外径が、曲げ部の外径よりも大きい請求項1から6いずれか記載のプロセスユニット。
  8. 前記現像剤一時収納部や前記搬送部材を内部に備えたケーシング部材を備え、前記ケーシング部材は前記現像剤を前記現像剤一時収納部から前記現像剤収納容器に搬送する搬送経路の役割をし、前記搬送部材の直線部近傍に配設されて前記搬送部材の揺動可能範囲を規制する突起部を有した請求項1から7いずれか記載のプロセスユニット。
  9. 請求項1から8いずれか記載のプロセスユニットを備えた画像形成装置。
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