JP4606893B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置において、攪拌部材、現像装置、プロセスカートリッジおよびこれらを備える画像形成装置に関するものである。

近年、フルカラーの画像形成装置の普及が広がり、高画質化、小型化、利便性の向上などが求められている。なかでも、感光体表面の静電潜像にトナーを付着させて目に見える像にする現像装置の性能は、画質に大きく影響する。このため、トナーをキャリアからなる二成分現像方式が広く利用されており、現像剤を確実に混合するため、現像剤の攪拌部材を回転させて、攪拌力を高めるなどの開発が多くなされている。
しかしながら、攪拌部材の回転速度を上げると、とくに、現像装置を連続稼動させたときに、攪拌部材の回転軸方向の両端部が温度上昇するため、現像装置内の二成分現像剤が劣化し、現像剤の帯電不良による画質の低下を引き起こしていた。また、現像装置内のトナーが過加熱されるとトナーが溶け、その後トナーが凝集して固化し、固化したトナーが現像装置内に固着することになる。とくに、攪拌部材の軸受部に固化したトナーが固着すると回転軸のトルクを大きくしないと回転しなくなり、ついには回転軸がロックされて動作しなくなるなどの問題が生じていた。

上記攪拌部材の温度上昇を防ぐための改良を施した従来技術としては、攪拌部材に厚肉部と薄肉部を設け、前記攪拌部材に占める前記薄肉部の半径方向の長さの割合が回転軸方向で中央部より端部の方が大きくなるよう設定し、前記端部の剛性を中央部よりも低くした攪拌部材がある（例えば、特許文献１参照）。また、現像剤搬送部材の軸線方向の両端部での熱を現像装置外部に放熱するよう前記軸線方向における軸受部材とシール部材との間の空間を現像装置外部に連通させる通気口を形成した現像装置がある（例えば、特許文献２参照）。さらに、プロセスカートリッジを挟んで吸気ファンと排気ファンとを設けて、前記プロセスカートリッジと前記定着装置との間に空気流を生じるように空気通路を構成した画像形成装置がある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−００５４９８号公報 特開２００３−０５７９２７号公報 特開２００４−２０５６５１号公報

上記従来技術は、攪拌部材とプロセスカートリッジそのものを小さくして空間を設けたものではないため、攪拌部材の温度上昇を十分に抑えられていない。また、ユニット間との隙間を考慮して画像形成装置内に空気通路を設けたものではないため、ユニット間との隙間がプロセスカートリッジの周りに多いと、風路として形成した空間の効果が十分に発揮できなくなる。これは他の隙間からの空気の出入りがあるため、プロセスカートリッジ端部の空間が冷却のための風路としての効果が発揮できなくなり、プロセスカートリッジ端部の温度上昇を抑制する働きが小さくなるからである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、攪拌部材の温度上昇を抑え、攪拌部材の回転軸に過剰な負荷をかけないようにし、現像剤の劣化を防いで、高画質の画像を安定して提供することを目的とする。また、小型化や利便性の向上も考慮して、攪拌部材、現像装置、プロセスカートリッジおよ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、以下の特徴を有している。
本発明の画像形成装置は、少なくとも像担持体と現像装置を一体に支持したプロセスカートリッジと、光学部ユニットと、を有する画像形成装置において、前記現像装置は、現像剤を撹拌する撹拌部と回転中心となる軸で構成され、前記攪拌部は前記回転軸に直角な方向に現像剤を搬送し、回転軸方向に形成された前記攪拌部の両端部の半径を、前記攪拌部の中央部の半径より小さくした攪拌部材を備え、前記攪拌部材を収納するケーシングの下部の内面半径を、前記攪拌部の両端部と中央部のそれぞれの半径とほぼ等しくして、前記ケーシングの両端部を小さくし、前記ケーシングの両端部を小さくしたことにより、前記プロセスカートリッジと、前記プロセスカートリッジを着脱ガイドする画像形成装置本体の側板と、光学部ユニットとの間に空間を形成し、前記空間と連通する通気口を画像形成装置に設けて、前記プロセスカートリッジと画像形成装置の間に空気流が生じるように風路を形成し、前記プロセスカートリッジと画像形成装置内を冷却することを特徴とする。
前記攪拌部材の両端部を小さくしたことに合わせてプロセスカートリッジのケーシング両端部を小さくし、プロセスカートリッジの両端部と画像形成装置本体との間に十分な空間を設けて風路を形成することにより、攪拌部およびプロセスカートリッジの温度上昇を抑えて、効果的に放熱が行えるようになる。そして、現像剤の劣化を防いで、トナーの固化や、トナーの固着による攪拌部の回転軸と画像への影響を防いで、高画質の画像を安定して提供することができる。また、攪拌部材の両端部を小さくすることにより、複雑な冷却手段を要しなくても、攪拌部の温度上昇の抑制効果が発揮でき、画像形成装置を大型化させることなく、利便性を向上させることができる。
また、光学部ユニットをプロセスカートリッジに近接配置して不要な隙間を減少させ、プロセスカートリッジ端部の空間が、冷却のための風路としての効果を発揮できるようにした。
従来機においては、画像形成装置本体内の側板近くはプロセスカートリッジ及び光学部ユニットで塞がれ、下から上への空気流はでき難い状態であったが、本発明のように画像形成装置本体内の側板に空間があるため、温度変化によって流体密度が変化することに起因して空気の流れが生じ（以下、「自然対流」という。）、プロセスカートリッジの端部、とくに現像部の攪拌部端部を冷却することができる。

本発明の画像形成装置は、さらに、前記通気口を、前記空間に生じる空気流の上流側と下流側に位置するように、画像形成装置に設けることを特徴とする。
自然対流による空気の流れが生じやすくなるため、画像形成装置内の空気が外気と循環しやすくなり、プロセスカートリッジの端部の冷却効果が促進される。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記プロセスカートリッジを複数有し、前記空間が直列に連結するようにプロセスカートリッジを配置することを特徴とする。
縦にプロセスカートリッジを配列することにより、自然対流が生じやすくなり、冷却効率がよくなる。複雑な冷却手段を要しなくても、攪拌部の温度上昇の抑制効果が発揮できるため、画像形成装置の小型化を図ることができる。また、プロセスカートリッジの配置が垂直だけでなく、ある程度の斜めに配置した場合でもその効果は得られる。
本発明の画像形成装置は、さらに、外部の空気の取り入れ口と排気口のどちらか一方又は両方を、前記空間に生じる空気流の上流側と下流側に位置するよう、画像形成装置に設けることを特徴とする。
自然対流による空気の流れが生じやすくなるため、画像形成装置内の空気が外気と循環しやすくなり、プロセスカートリッジの端部の冷却効果が促進される。また、画像形成装置の使用頻度が少ない場合には、取り入れ口と排気口のどちらか一方を設けることとしても冷却効果はある

本発明の画像形成装置は、さらに、外部からの空気を取り入れる吸気ファンと外部へ排気する排気ファンのどちらか一方又は両方を、前記取り入れ口と前記排気口との間に設けることを特徴とする。
ファンによって強制的に空気流を生じさせると（以下、「強制対流」という。）、画像形成装置内の空気が外気とより循環しやすくなり、プロセスカートリッジの端部の冷却がより早くなされる効果がある。また、画像形成装置の使用頻度が少ない場合には、吸気ファンと排気ファンのどちらか一方を設けることとしても冷却効果はある
本発明の画像形成装置は、さらに、前記プロセスカートリッジは、前記光学部ユニットから光を照射する空間（以下、光路という）と、前記空間とが連結するようにケーシング形状を形成したプロセスカートリッジであることを特徴とする。
光路と前記空間を連結することにより、光路内にある感光体周りに空気流ができ、感光体周りの冷却に効果がある。感光体周りの冷却により、感光体のフィルミングなどの不具合を解消することができる。また、プロセスカートリッジ内の光路では、感光体上からの現像剤の微粉が微量に滞留することがあるが、前記空間と連結することにより、微粉の滞留を防止することができる。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記光学部ユニットが外気から光学部ユニット内に吸気する冷却ファンを有し、光路上の窓から排気する構成にし、光路と連結した前記空間を風路にして前記排気ファンから外部に排気する構成にしたことを特徴とする。
通常、光学部ユニットの光路の出口にはプロセスカートリッジや周りのからの塵埃が光学部ユニット内に侵入するのを防ぐために防塵ガラスを使っている。本発明では防塵ガラスを不要とし、吸気ファンを光学部に取り付けた冷却ファンと兼用することにより大幅なコストダウンが図れる。また、ファンによって強制対流を生じさせることにより、複雑な冷却手段を要しなくても、プロセスカートリッジの冷却を効率的に行うことができ、画像形成装置の小型化を図ることができる。

上記課題を解決するための手段により、本発明は、攪拌部材、現像装置およびプロセスカートリッジの端部の温度上昇を抑えて、効果的に放熱が行えるようにした。また、光学部ユニットをプロセスカートリッジに近接配置して不要な隙間を減少させ、さらに、自然対流や強制対流を効果的に生じさせ、プロセスカートリッジ端部の空間が、冷却のための風路としての効果を発揮できるようにした。そして、現像剤の劣化を防いで、トナーの固化や、トナーの固着による攪拌部材の回転軸と画像への影響を防いで、高画質の画像を安定して提供することができた。また、攪拌部の両端部を小さくすることにより、複雑な冷却手段を要しなくても、攪拌部材の温度上昇の抑制効果が発揮でき、現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置の小型化と利便性の向上を図ることができた。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図１から図１６に基づいて説明する。ただし、これらは一実施形態にすぎず本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、画像形成装置１の構成を示した概略図である。
画像形成装置１は、光学部１ａ、給紙ローラ１ｂ、記録紙３を収納する給紙カセット１ｃ、転写ベルト１ｄ、定着ローラ１ｅで構成される。プロセスカートリッジ２は、画像形成装置１に着脱可能な形式で装着されている。給紙カセット１ｃに収納された記録紙３は給紙ローラ１ｂにより感光体２ｄへ搬送される。感光体２ｄに付着したトナーによる可視像は、転写ベルト１ｄにより記録紙３に転写される。記録紙３は、定着ニップ部で定着され、画像形成装置１の外部に排出される。なお、光学部１ａは、図示しないポリゴンモータ、ポリゴンミラー、Ｆθレンズ、レーザダイオード、ミラー等からなる。

図２は、プロセスカートリッジ２の構成を示した断面図である。
プロセスカートリッジ２は、感光体２ｄと少なくとも１つのプロセス手段を備えたものである。本実施形態のプロセス手段には、感光体２ｄを帯電させる帯電ローラ２ａと、現像するためのトナー収納部２ｂと、感光体２ｄの表面に残留するトナーを除去するためのクリーニング部２ｃが用いられている。感光体２ｄは、時計方向に回転駆動し、その際、帯電ローラ２ａにより帯電され光学部１ａからレーザー光が照射されて、感光体２ｄ上に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置によって現像される。
現像装置は、現像手段として、像担持体である円筒状の感光体２ｄの側方に配設されている。感光体２ｄに向けて開口部が形成されたケーシング１０としての現像装置、その開口部から一部が露出した現像剤担持体としての固定磁石を内蔵した現像ローラ５、現像ローラ５上に担持されて搬送されている現像剤の量を調整する現像ブレード６、現像剤を収納する空間としてのトナー収納部２ｂ等を備えている。現像手段とは、トナー容器８内の現像剤を攪拌部材９によって現像ローラ５側にトナー補給口８ａを介して送り出し、現像ローラ５を回転させるとともに、現像ブレード６によって摩擦帯電した規定量の現像剤層を現像ローラ５の表面に形成し、その現像剤を感光体２ｄの現像領域に供給して前記潜像を現像してトナー像を形成することをいう。
トナー収納部２ｂは、ケーシング上部１０ａとケーシング下部１０ｂとで構成されるトナー補給口８ａと現像ローラ５との空間を指す。トナー収納部２ｂは、適量の現像剤を収納し、現像ローラ５より感光体２ｄへ送られた現像剤を適宜、補充できるように現像剤を収納するための空間である。
現像剤は、トナー補給口８ａからトナー収納部２ｂに搬送されるが、現像剤が少なくなった時でも、ケーシング上部１０ａの左側の傾斜と現像剤の自重により現像ローラ５の方へ搬送される。現像ローラ５上に常に所定量の現像剤が取り込まれ、現像剤のトナー濃度が常に一定濃度以上に保たれる。このようにトナー濃度をほぼ一定範囲内にコントロールできるので、トナー濃度センサ、現像剤の現像能力を知るために感光体２ｄ上に形成した基準トナー像の画像濃度を検知する光学的画像濃度センサ、トナー補給部材などを用いた複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。

図３は、攪拌部の両端部を小さくしたことに合わせて、攪拌部材９を収納するケーシング１０の両端部を小さくしたプロセスカートリッジ２の一実施形態図である。プロセスカートリッジ２のケーシング下部１０ｂの内面半径を、攪拌部の両端部と中央部のそれぞれの半径とほぼ等しくして、空間を形成している。

図４は、プロセスカートリッジ２の端部形状を示した図である。ハッチング部分は図５のＢ−Ｂの断面図であって、端部を小さくした部分である。

図５は、図４のプロセスカートリッジを矢印Ａから見た側面図である。プロセスカートリッジ２の最長部の面より一段下がった面が形成される。

図６は、プロセスカートリッジ２と画像形成装置１本体側板との間に空間を形成したときの上面図である。現像部、とくに攪拌部材端部周りに空間が形成されることにより攪拌部材９の回転による軸受部の発熱に対して放熱が可能となるとともに、画像形成装置１本体への熱伝導を少なくすることができる。

図７は、プロセスカートリッジ２と画像形成装置１本体側板と、光学部１ａとの間に空間を形成したときの上面図である。図６では、光学部１ａを考慮せず、単にプロセスカートリッジ２と画像形成装置１本体側板との間に空間を形成した。しかしながら、ユニット間との隙間がプロセスカートリッジ２の周りに多いと、風路として形成した空間の効果が十分に発揮できなくなる。これは他の隙間からの空気の出入りがあるため、プロセスカートリッジ端部の空間が冷却のための風路としての効果が発揮できなくなり、プロセスカートリッジ端部の温度上昇を抑制する働きが小さくなるからである。このような不具合を解消するために、光学部１ａをプロセスカートリッジに近接配置し、不要な隙間を作らないようにした。

図８は、取り入れ口２１と排気口２２を、画像形成装置１本体の同じ側板上に設置したモノクロ機の例である。遮蔽板２０は、定着熱を遮蔽するとともに、取り入れ口２１から排気口２２まで空気を矢印のようにスムーズに流れるようにして循環させる。空気の流れを促進し、プロセスカートリッジ２及び画像形成装置１本体内の冷却が促進される。

図９は、取り入れ口２１と排気口２２を、画像形成装置１本体の相対する側板上に設置したモノクロ機の例である。従来機においては、画像形成装置本体内の側板近くはプロセスカートリッジ及び光学部ユニットで塞がれ、下から上への空気流はでき難い状態であったが、本発明のように画像形成装置本体内の側板に空間があるため、自然対流が生じ、プロセスカートリッジ２の端部、とくに現像部の攪拌部材端部を冷却することができる。

図１０は、複数のプロセスカートリッジ２を縦に配列したときの風路を示したタンデムカラー機の例である。それぞれのプロセスカートリッジ２の間に光学部１ａからの光路となる隙間Ｓを設けて、光路とプロセスカートリッジ２の端部に形成した空間とが連結するようにし、空気がスムーズに流れるようにしている。

図１１は、取り入れ口２１と排気口２２を、画像形成装置１本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例である。プロセスカートリッジ２を縦型に配置することにより、空気の流れが下から上へと自然対流により発生し、空気流を容易に作ることができる。また、プロセスカートリッジ２の配置が垂直だけでなく、ある程度の斜めに配置してもその効果は得られる。さらに、プロセスカートリッジ２の連結空間の出口近傍には定着装置があるため、定着装置からの熱を遮るために遮蔽板２０を配置している。

図１２は、図１１のタンデムカラー機の例における空気の流れを表した図である。このようにプロセスカートリッジ２端部の空間を直線状にすることにより、空気の流れがスムーズになり、プロセスカートリッジ２の現像部の攪拌部材端部を冷却するばかりでなく、周りのユニットおよび画像形成装置１本体の内部の温度上昇を抑えることができる。

図１３は、吸気ファン２３と排気ファン２４を、画像形成装置１本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例である。ファンによって強制対流を生じさせると、画像形成装置１内の空気が外気とより循環しやすくなり、プロセスカートリッジ２の端部の冷却がより早くなされる効果がある。また、画像形成装置１の使用頻度が少ない場合には、吸気ファン２３と排気ファン２４のどちらか一方を設けることとしても冷却効果はあるため、画像形成装置１の仕様に応じて、適宜選択できる。

図１４は、取り入れ口２１と排気ファン２４を、画像形成装置１本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例における空気の流れを表した図である。排気ファン２４のみを設けることとしても、強制対流が生じることにより、画像形成装置１内の空気は外気と循環しやすくなるため、冷却効果はある。

図１５は、図１４の光学部１ａの下部に冷却ファン２５を取り付けたときの空気の流れを表した図である。冷却ファン２５から光学部１ａ内に空気を送り込み、光学部１ａ内の冷却を行っている。送り込まれた空気は光路上の窓から排気する構成にし、光路と連結した前記プロセスカートリッジ２の端部との空間を風路にして、排気ファン２４から外部に排気する構成にしている。その結果、光学部１ａ、プロセスカートリッジ２の現像部、周りのユニットおよび画像形成装置１本体の内部の温度上昇を抑えることができる。

図１６は、光学部１ａの下部に冷却ファン２５を取り付けたときの空気の流れを詳細に表した図である。光学部１ａの下部に図示しないフィルターを介して外気を吸い込む冷却ファン２５を取り付けている。冷却ファン２５によって生じる光路上の窓から排出される風圧をＰ１、排気ファン２４によって生じる負圧をＰ２、プロセスカートリッジ側の風路から光学部１ａの光路上の窓に向かって掛かる風圧をＰ３としたとき、必ずＰ１＞Ｐ３となるように設定することにより、光学部１ａの光路用窓からの塵埃を遮断することができる。これは、空気流が逆流することによって、プロセスカートリッジ２や周囲からの塵埃が光学部１ａの光路上の窓から光学部１ａ内に侵入するのを防止することができるためである。
通常、光学部１ａの光路の出口にはプロセスカートリッジ２や周りからの塵埃が光学部１ａ内に侵入するのを防ぐために防塵ガラスを使っている。本発明では防塵ガラスを不要とし、吸気ファン２３を光学部１ａに取り付けた冷却ファン２５と兼用することにより大幅なコストダウンが図れる。また、ファンによって強制対流を生じさせることにより、複雑な冷却手段を要しなくても、プロセスカートリッジ２の冷却を効率的に行うことができ、画像形成装置１の小型化を図ることができる。

画像形成装置の構成を示した図である。 プロセスカートリッジの構成を示した断面図である。 攪拌部の両端部を小さくしたことに合わせて、攪拌部材を収納するケーシングの両端部を小さくしたプロセスカートリッジの一実施形態図である。 プロセスカートリッジの端部形状を示した図である。 図４のプロセスカートリッジを矢印Ａから見た側面図である。 プロセスカートリッジと画像形成装置本体側板との間に空間を形成したときの上面図である。 プロセスカートリッジと画像形成装置本体側板と、光学部との間に空間を形成したときの上面図である。 取り入れ口と排気口を、画像形成装置本体の同じ側板上に設置したモノクロ機の例である。 取り入れ口と排気口を、画像形成装置本体の相対する側板上に設置したモノクロ機の例である。 複数のプロセスカートリッジを縦に配列したときの風路を示したタンデムカラー機の例である。 取り入れ口と排気口を、画像形成装置本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例である。 図１１のタンデムカラー機の例における空気の流れを表した図である。 吸気ファンと排気ファンを、画像形成装置本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例である。 取り入れ口と排気ファンを、画像形成装置本体の同じ側板上に設置したタンデムカラー機の例における空気の流れを表した図である。 図１４の光学部の下部に冷却ファンを取り付けたときの空気の流れを表した図である。 光学部の下部に冷却ファンを取り付けたときの空気の流れを詳細に表した図である。

１ 画像形成装置
１ａ 光学部
１ｂ 給紙ローラ
１ｃ 給紙カセット
１ｄ 転写ベルト
１ｅ 定着ローラ
２ プロセスカートリッジ
２ａ 帯電ローラ
２ｂ トナー収納部
２ｃ クリーニング部
２ｄ 感光体
３ 記録紙
５ 現像ローラ
６ 現像ブレード
８ トナー容器
８ａ トナー補給口
９ 攪拌部材
１０ ケーシング
１０ａ ケーシング上部
１０ｂ ケーシング下部
２０ 遮断板
２１ 取り入れ口
２２ 排気口
２３ 吸気ファン
２４ 排気ファン
２５ 冷却ファン

Claims (7)

1. 少なくとも像担持体と現像装置を一体に支持したプロセスカートリッジと、
   光学部ユニットと、を有する画像形成装置において、
   前記現像装置は、現像剤を撹拌する撹拌部と回転中心となる軸で構成され、前記攪拌部は前記回転軸に直角な方向に現像剤を搬送し、回転軸方向に形成された前記攪拌部の両端部の半径を、前記攪拌部の中央部の半径より小さくした攪拌部材を備え、
   前記攪拌部材を収納するケーシングの下部の内面半径を、前記攪拌部の両端部と中央部のそれぞれの半径とほぼ等しくして、前記ケーシングの両端部を小さくし、
   前記ケーシングの両端部を小さくしたことにより、前記プロセスカートリッジと、前記プロセスカートリッジを着脱ガイドする画像形成装置本体の側板と、光学部ユニットとの間に空間を形成し、
   前記空間と連通する通気口を画像形成装置に設けて、前記プロセスカートリッジと画像形成装置の間に空気流が生じるように風路を形成し、前記プロセスカートリッジと画像形成装置内を冷却する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記通気口を、前記空間に生じる空気流の上流側と下流側に位置するように、画像形成装置に設ける
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記プロセスカートリッジを複数有し、前記空間が直列に連結するように前記プロセスカートリッジを配置する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 外部の空気の取り入れ口と排気口のどちらか一方又は両方を、前記空間に生じる空気流の上流側と下流側に位置するように、画像形成装置に設ける
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 外部からの空気を取り入れる吸気ファンと外部へ排気する排気ファンのどちらか一方又は両方を、前記取り入れ口と前記排気口との間に設ける
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記プロセスカートリッジは、前記光学部ユニットから光を照射する空間と、前記空間とが連結するようにケーシング形状を形成したプロセスカートリッジである
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記光学部ユニットが外気から光学部ユニット内に吸気する冷却ファンを有し、光路上の窓から排気する構成にし、光路と連結した前記空間を風路にして前記排気ファンから外部に排気する構成にした
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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