JP2005024603A - 現像剤補給方法、現像剤補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

現像剤補給方法、現像剤補給装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】トナー収納容器を使用後に、ユーザーに煩わしい動作を追加することなく、また安価なコストで、機械内で自動的にトナー容器を減容する現像剤補給方法、現像剤補給装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】剛性のある底板と、柔軟な袋容器から構成されるトナー収納容器を用い、トナー収納容器をトナー補給装置から取り外すときは、トナー収納容器を略水平方向に引き抜き、トナー収納容器の袋容器部の端部が付勢され、袋容器部の端部には剛性の部材が取り付けられ、両端部に折り曲げ自在のヒンジ部84を持つ樹脂製の底板85と、柔軟なガゼット袋86とにより構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図14

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、ファクシミリ、プリンタ、ダイレクトデジタル製版機等の画像形成装置の2成分現像剤または1成分現像剤を用いた現像装置の現像剤補給方法及び現像剤補給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真装置では、一般的にトナーやキャリアと呼ばれる現像剤を用いて、現像器によりトナー像を形成して画像を作成している。
トナーは画像形成とともに消費されるため、通常は、容器にトナーを入れたトナーカートリッジとして本体に供給し、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換して新しいトナーを補充する方式が一般的である。
【0003】
トナーが粉体であるがゆえに、容器から確実に残りが少なくなるようにトナーを排出する事は重要な課題であり、トナーを容器内から容器出口部に向けて搬送する方式として通常用いられる方法には、
・図6に示すように、通称オーガと呼ばれるスクリューを容器内部に設けて、これを回転する事でトナーを一方に送る方法。
・図7に示すように、スクリューボトルと呼ばれ、筒状の容器の円筒部内面に螺旋状の突起を設け、この容器を回転させる事によってトナーを少しずつ出口部に搬送する方法。
・トナー収納容器からのトナー排出方法として、トナー収納容器に非対称往復運動により加速を与え、慣性によって容器内トナーを一方向に移動させ容器下方向に設けられた排出口から、トナーの排出を行うトナー移送方法。
さらには、特許文献1、2に記載されているように、内部のトナーを吸引排出することにより、トナー排出後の容器を減容にすることが出来ることも示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−324863号公報
【特許文献2】
特開2002−72649号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記オーガによる搬送方式では、容器内部に部材を設け且つ回転させる必要があり、構造が複雑となる欠点がある。また、交換する容器内部に部材を設ける事は消耗品のコストを高める欠点がある。
スクリューボトルによる搬送方式は、容器内部に部材を設ける必要が無くシンプルであるが、回転させて使用する為に容器の形状は円筒状の容器本体の一側面に出口を設けた形状(通常のビンを横にした形状)となるため、直方体の容器と比較して保持できるトナー量が少なく、また、交換時の取り扱いでも手が滑りやすく持ちにくい、等の欠点があった。
【0006】
容器に往復運動(横方向)を与え容器内トナーを移動させ、容器下側に設けられた排出口からトナーを排出する方式(以下揺動方式)は、直方体等のシンプル且つ収容量の高い(デッドスペースが少ない)容器形状が採用でき、さらに容器内部に搬送用部材を必要としないため、低コストでコンパクトな補給機構が実現でき、さらには柔軟なシートで構成された袋状の容器を用いることも可能である。
柔軟な袋状容器は、使用後に押しつぶすことで減容することが可能であるが、このときに内部の空気が排出口から漏れ、内部に僅かに残ったトナーが飛散する等の不具合が生じたり、押しつぶす動作が面倒であるため、実際には実現が困難であった。しかし、容器を減容することで、容器の回収リサイクルの容易性向上、回収輸送費用削減、使用後現像剤容器の保管スペース低減等の効果があるため、その実現が望まれていた。
上記問題点に鑑み、本発明は、使用後にユーザーに煩わしい動作を追加することなく、また安価なコストで、機械内で自動的にトナー容器を減容する現像剤補給方法、現像剤補給装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の本発明は、剛性のある底板と、柔軟な袋容器から構成される現像剤収納容器を用いる現像剤補給方法において、 前記現像剤収納容器を、使用後に現像剤補給装置本体から取り外す際に、現像剤収納容器を下に付勢する付勢部材を現像剤補給装置本体に設けることを特徴とする現像剤補給方法である。
請求項2に記載の本発明は、前記現像剤収納容器を現像剤補給装置から取り外すときは、現像剤収納容器を略水平方向に引き抜き、現像剤収納容器の袋容器部の端部が付勢されることを特徴とする請求項1に記載の現像剤補給方法である。
【0008】
請求項3に記載の本発明は、前記現像剤収納容器の袋容器部の端部には剛性の部材が取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の現像剤補給方法である。
請求項4に記載の本発明は、前記現像剤収納容器が、両端部に折り曲げ自在のヒンジ部を持つ樹脂製の底板と、柔軟なガゼット袋とにより構成されていることを特徴とする請求項2に記載の現像剤補給方法である。
請求項5に記載の本発明は、前記付勢部材が、少なくとも現像剤収納容器の現像剤補給装置への装着方向に弾性変形する、弾性部材が一部を構成していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の現像剤補給方法である。
【0009】
請求項6に記載の本発明は、剛性のある底板と、柔軟な袋容器から構成される現像剤収納容器を用いる現像剤補給装置において、前記現像剤収納容器を、使用後に現像剤補給装置本体から取り外す際に、現像剤収納容器を下に付勢する付勢部材を現像剤補給装置本体に設けることを特徴とする現像剤補給装置である。
請求項7に記載の本発明は、前記現像剤収納容器を現像剤補給装置から取り外すときは、現像剤収納容器を略水平方向に引き抜き、現像剤収納容器の袋容器部の端部が付勢されることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置である。
【0010】
請求項8に記載の本発明は、前記現像剤収納容器の袋容器部の端部には剛性の部材が取り付けられていることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置である。
請求項9に記載の本発明は、前記現像剤収納容器は、両端部に折り曲げ自在のヒンジ部を持つ樹脂製の底板と、柔軟なガゼット袋とにより構成されていることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置である。
請求項10に記載の本発明は、前記付勢部材が、少なくとも現像剤収納容器の現像剤補給装置への装着方向に弾性変形する、弾性部材を一部とすることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の現像剤補給装置である。
請求項11に記載の本発明は、請求項6ないし10のいずれかに記載の現像剤補給装置を用いることを特徴とする画像形成装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明をトナー補給部に用いたカラー用電子写真画像形成装置の一例である。1a〜1dは感光体であり、マゼンダ、シアン、イエロー、ブラックの各色用が設けられている。一般的な電子写真プロセスと同様に、帯電装置3により一様の電荷を与えられた後に、露光装置2によって形成する画像に応じた露光を受けて静電潜像が形成される。
現像器20は、静電潜像をトナーで現像して、トナー像を形成するためのユニットである。
感光体上に形成されたトナー像は、中間転写ローラ4により、中間転写ベルトに5に転写された後、給紙装置7によって給紙される転写紙上に、転写部8にて転写され、定着装置9により転写紙上に定着固定され、排紙部10より画像が出力される。
カラー用の4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンダ)の各トナー容器40a、40b、40c、40dは、正面断面が正方形または長方形形状で、本体の前面から奥側に向かって長手に延びた形状になっている。本実施例では、トナー容器40を本体正面から奥側に向かって装着するか、または上から下に向かって装着する。取り出しはその逆である。
現像器20には、画像の形成に伴い消費したトナーを補給する装置が現像器の上部に設けられている。
【0012】
図2は、本実施例に係わるトナー補給装置である。
本図で示す現像器20は、いわゆる2成分現像器であり、その内部にはトナーとキャリアを混合した現像剤が貯蔵され、13a、13bは現像剤41を攪拌するための2本の搬送スクリューである。現像ローラー12は、攪拌された現像剤を磁力によってローラー表面に保持しながら潜像を現像してトナー像を作るためのものである。ドクターブレード14は、現像ローラー上の現像剤を一定の高さに規制するためのものである。
【0013】
現像器20では、画像の形成に伴ってトナーを消費して行く。トナーを補給する部分が現像器20の上部に示すトナー補給部である。トナー受け部15は、現像器20にトナーをガイドするためのものである。フレキシブルトナー容器40は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製、または紙製の80〜200μm程度の厚みを持ったフレキシブルなシートを、単層または複層構成にして作られている。樹脂等のハード部材43は、トナー排出口が備えられた口金部46がありフレキシブル部材と粘着または接着されている。またフレキシブル材と剛性部材とを同一の材質を用いれば使用後の容器を、1つの材料として再利用する際分別をする必要がないためリサイクル性の向上が図れる。
使用済みトナー容器は、ユーザー先からメーカーに引き取り、再生・再利用が行われる場合があるが、このようなとき、容器がフレキシブルであれば減容(折り畳み)が可能であり、運搬や保管時での取扱性が良く、また収納スペースが低減でき、回収物流コストの低減も可能である。
容器40中には新しいトナーが収納されており、消費した時には、容器ごと新しい物と交換して用いられる。トナー容器受け30は、トナー容器をセットする受け部となる。支持台31は、トナー補給部を支持するためのものであり、装置本体に固定装着される。この支持台にもトナーが通過できる開口部が設けられる。
【0014】
本発明のトナー排出の原理は、トナー容器に往復運動を与え、トナーを出口方向(図中右方向)に順次移動させトナーを排出する事であり、以下の説明のように動作する。
トナー容器40は、トナー容器受け30に、口金部46によって固定支持される。トナー容器受け30と支持台31との間には、コロ34a、34bが配置されて、支持台に対してトナー容器受けが図中矢印B−Cの方向に移動可能に支持される。これ以外の方向には移動したり外れたりしないように、一般的な手段により保持されているものとする。
加圧バネ33は、トナー容器受け30と支持台31とに固定され、容器受けを図中右方向に付勢している。加圧バネ33は図のようにコイルバネを用いるだけでなく、弾性体を用いることもでき、弾性体は省スペースで適度な弾性が得られ、適度な粘性抵抗があり、低騒音化の効果がある。
【0015】
カム32は図示しない本体または、支持台31に一般的手段により支持されている。カム32は矢印Aの方向に回転する事により、第一ステップとしてカムによって受け台30が左方向(図中矢印B方向)に移動し加圧バネ33が押圧され、第二ステップとしてカムの天頂が通過した時点で開放され、受け台30は加圧バネ33の力で矢印Cの右方向に加速しながら運動する。第三ステップとして、受け台30は、あるスピードで支持台31に備えられたストッパー35に衝突して変形し止まる。ストッパーにより容器は急減速し、トナー容器のC方向とB方向の加速度の差が大幅に異なることになるため、トナーの慣性力によりトナーが移動(C方向に)する。ストッパー35はゴム、スポンジなどの弾性部材を使用すると、ダンパー効果(粘性力により)適度な加速度(減速)が得られると同時に装置の振動、騒音を防止できる。右側に移動した内部のトナーは出口46から排出され、現像器に補給される。このようにして、カムの回転回数(時間)に応じてトナー排出量が得られる。そしてトナー容器内のトナー残量が少なくなると、排出量は徐々に減少しながらトナー排出が完了する。
【0016】
ところが受け台30がストッパーに当接したとき、フレキシブル容器40が口金部46のみによって受け台30と固定されているため、容器がフレキシブル部材のみで構成されている場合、当接時にC方向にわずかながら変形し動く。すなわち当接によって得られる加速度がトナーにすべて伝わらない。こうなると、トナーの移動効率が低下し、確実に排出するためには必要以上の加速度が必要となる。過大な加速度は、衝撃音の増大、振動による画像の影響が懸念されるため好ましくない。
したがって、本発明のように、容器の水平下面が、剛性の底板で構成されていれば、当接時に変形することがなく、トナーに加速度を効率よく伝達することが可能である
以上のような動作を繰り返し、容器内トナーは確実に排出される。本容器にエアフィルターを設けることにより、使用後に容器の容積を減容することも可能である。
【0017】
図3は可動ストッパ方式と称される、トナー容器往復運動時の衝撃を抑制するための方式である。カム37が回転駆動されると、トナー容器を載せた支持台30をB方向に移動させると同時に、ストッパの一部である36によりストッパ39bをC方向に移動させる。このときに支持台に取り付けられたバネ33及びストッパに取り付けられたバネ38が圧縮されて弾性エネルギーが蓄えられる。さらにカムが回転して段差を越えると、支持台及びストッパは前記蓄えられたエネルギーによりそれぞれC及びB方向に勢いよく移動し、お互いがストッパに取り付けられたダンパ39bにて衝突し、支持台は停止する。これにより、図2と同様にトナー容器内部のトナーは慣性力によりC方向に移動する。そして衝突時の衝撃は相殺され、ほとんど画像形成装置本体には伝わらず、異常画像等が防止できる。
【0018】
図4は、トナー収納容器を示す図である。トナー容器40は密閉されたフレキシブル容器42と、そのフレキシブル容器の水平下面を底板43に粘着及び接着等で密着固定されている。さらに底板43に、容器長手方向と垂直方向に切込み(溝)45を設けておくと、溝に沿って容易に折りたたむことが可能であり、大幅なスペース低減になる。また、容器使用後の回収後の分解作業で、底板とフレキシブル容器を分離し、底板を再使用し、フレキシブル容器を交換することにより、洗浄を必要とせず簡単にトナー容器のリサイクルを行うことが出来る。
以上のような動作を繰り返し、容器内トナーは確実に排出される。本容器にエアフィルターを設けることにより、使用後に容器の容積を減容することも可能である。
【0019】
図5a、図5bは別のトナー容器の実施例で、図5aは容器全体が、厚さ0.5〜2mm程度の樹脂等の剛性の高い部材146によって構成されている。本容器は使用後に減容はできないが容器を装着する際の操作性が非常に高い。
図5bは、図5aのような剛性部材147の内部に、図4の42と同様のフィルム材質から成る袋容器148が内包された2重構造のトナー容器である。本容器は使用後に再使用を行うときに、内部の袋容器のみを交換することにより、図4の容器同様に省資源化、減容による回収コスト、管理コストの低減が可能であり、さらには図5aの容器の操作性の利点を併せ持つため有効である。
【0020】
図6、図7は従来のトナー容器の図であり、図6は容器70の内部にトナー排出部材71が設けられており、外部(画像形成装置本体)より駆動軸72を回転駆動することによりトナー排出部材が回転し、容器内部のトナーを右方向に移動し、排出孔からトナーを落下させる。
図7は、トナー容器60の外周に螺旋溝61が設けられており、容器60を回転駆動させることにより、螺旋溝61が内部のトナーを左方向に移動し、排出孔からトナーを排出する。
【0021】
図8に、図2または図3の実施例における時間とトナー容器の加速度との関係の一例を示す。図8の▲1▼以前の時間での加速度が0であり、これより上方向の加速度が図2のB方向、下方向が図2のC方向の加速度の向きとする。カム32または37が回転しその天頂が通過して受け台が開放された時間が▲1▼であり、トナー容器が加圧バネ33の力で矢印C方向に加速し始めるため、図8にて下方向の加速度が発生する。加速したトナー容器は時間▲2▼でストッパーに衝突し、B方向の加速度を受けるため、図8にて上方向の加速度が発生する。ストッパのバネ性により、トナー容器の加速度は振動しながら減衰し、時間▲3▼にて完全に停止し0となる。
本発明者の実験結果により、トナーの移動量(排出量)は、図8に示すトナー容器の加速度のピーク値a、及び加速度の発生している時間Tによってほぼ決定することがわかっている。つまり加速度のピーク波形が作る面積=トナー容器の加速度の時間積分=トナー容器の(ストッパに当たる直前と直後の)速度変化ΔVがトナーの排出量を決定するということである。
【0022】
図9は、トナー容器の速度変化とトナー排出量と関係を示し、これをある一つのトナーについて検証した実験結果である。この傾向はトナーの種類が変わっても同様であるが、トナーの種類によって搬送しやすさが異なるために、図9のグラフの傾きが変化する。
【0023】
図10に本発明のトナー容器の減容手段である、付勢部材80を示す。図10aは、図2または3の支持台を紙面右側から見た側面図、図10aの上面図が図10bである。付勢部材80は弾性部80bを持ち、支持台30に図のように配置される。
【0024】
図11は、図2または図3の支持台の一部(右側)、図12はその上面図である。支持台にトナー容器を図の左側から右側へ挿入すると、図11aから図11c(図12aから図12c)のようにトナー容器が移動し装填される。このときにトナー容器の前方に設けられた剛性板82が、付勢部材80aにあたり、弾性部80bにより付勢部材を変形させながら(図12b)、乗り越え、トナー容器は支持台の内側先頭部まで挿入され、装填が完了する(図12c)。
トナーが最後まで補給され、内部のトナーが空になると、機械本体にトナーエンドが表示され、ユーザーはトナーを交換するために空のトナーを引き抜くが、このときの動作を図11cから図11d(図12cから図12d)に示す。図12cからトナー容器を図の左端部を持って左方向引き抜くと、今度は付勢部材80が剛性板82を下方向に付勢し(図11d)、トナー容器はほぼ減容される(図11e)。
【0025】
図13は使用前または使用時のトナー容器の斜視図である。剛性のある底板83の上に柔軟なシートからなるガゼット袋容器86を勘合、溶着または接着等で固定される。さらに、樹脂、紙、金属等の剛性板82をガゼット袋容器86の前方側面に溶着、接着、また勘合等により貼付けている。
図13bは図13aのトナー容器が使用後に前述のように機械本体から引き出されて減容されたあとの状態の斜視図である。
【0026】
図14は別のトナー容器の例である。底板85は平らな長方形状の板にV溝形状のヒンジ部84が2箇所構成され、この板が前記ガゼット袋の下面シートの代わりに溶着されているものである。ガゼット袋の一部を底板で溶着製袋した後、底板の両端部をヒンジ部84の部分で垂直に折り曲げ、さらに容器内にトナーを充填すると、図14aの様な形状になる。図13のガゼット袋86の下面シートが底板85に置き換わったものとなっている。85bが前記剛性板82の代わりとなるので、図13に比べて簡単に低コストで製造できる。
図14bは、図14aのトナー容器が使用後に、前述のように機械本体から引き出されて減容されたあとの状態の斜視図である。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、トナー収納容器を使用後に、ユーザーに煩わしい動作を追加することなく、また安価なコストで、機械内で自動的にトナー容器を減容する現像剤補給方法を提供することが可能となる。また、トナー収納容器を使用後に、ユーザーに煩わしい動作を追加することなく、安価なコストで、機械内で自動的にトナー容器を減容する現像剤補給装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるカラー用電子写真画像形成装置の概略構成図である。
【図2】本発明の実施例に係わる現像器およびトナー補給装置を示す図である。
【図3】可動ストッパ方式を用いたトナー補給装置である。
【図4】本発明の実施例に係わるトナー収納容器を示す図である。
【図5】トナー収納容器が剛性の高い部材で構成されている図である。
【図6】従来のトナー容器内を示す図である。
【図7】従来のトナー容器内を示す図である。
【図8】本発明の実施例に係わるトナー容器の加速度と時間との関係を示す図である。
【図9】本発明の実施例に係わるトナー容器の速度変化と排出量との関係を示す図である。
【図10】本発明の実施例に係わるトナー容器に付勢部材を付した図である。
【図11】図2または図3に示す支持台の右側面図である。
【図12】図2または図3に示す支持台の上面図である。
【図13】使用前または使用時のトナー容器の斜視図である。
【図14】図13とは別のトナー容器の使用前または使用時の斜視図である。
【符号の説明】
1 感光体
2 露光装置
3 帯電装置
4 中間転写ローラ
5 中間転写ベルト
6 クリーニング装置
7 給紙装置
8 転写部
9 定着装置
10 排紙部
12 現像ローラ
13a 搬送スクリュー
13b 搬送スクリュー
14 ドクターブレード
15 トナー受け部
17 現像剤
30 トナー容器受け
31 支持台
32 カム
33 加圧バネ
34a、34b コロ
35 ストッパー
36 ストッパー
37 カム
38 バネ
39a、39b ストッパ
40 トナー収納容器
42 フレキシブル容器
43 底板
45 切込み(溝)
46 口金部
60 従来のトナー容器
61 螺旋溝
70 従来のトナー容器
71 トナー排出部材
72 駆動軸
80 付勢部材
80a 付勢部材
80b 弾性部材
82 剛性板
83 底板
84 ヒンジ部
85 底板
86 ガゼット袋容器
146 剛性部材
147 剛性部材
148 袋容器

Claims (11)

  1. 剛性のある底板と、
    柔軟な袋容器から構成される現像剤収納容器を用いる現像剤補給方法において、
    前記現像剤収納容器を、使用後に現像剤補給装置本体から取り外す際に、現像剤収納容器を下に付勢する付勢部材を現像剤補給装置本体に設けることを特徴とする現像剤補給方法。
  2. 前記現像剤収納容器を現像剤補給装置から取り外すときは、現像剤収納容器を略水平方向に引き抜き、現像剤収納容器の袋容器部の端部が付勢されることを特徴とする請求項1に記載の現像剤補給方法。
  3. 前記現像剤収納容器の袋容器部の端部には剛性の部材が取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の現像剤補給方法。
  4. 前記現像剤収納容器は、両端部に折り曲げ自在のヒンジ部を持つ樹脂製の底板と、柔軟なガゼット袋とにより構成されていることを特徴とする請求項2に記載の現像剤補給方法。
  5. 前記付勢部材は、少なくとも現像剤収納容器の現像剤補給装置への装着方向に弾性変形する、弾性部材が一部を構成していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の現像剤補給方法。
  6. 剛性のある底板と、
    柔軟な袋容器から構成される現像剤収納容器を用いる現像剤補給装置において、
    前記現像剤収納容器を、使用後に現像剤補給装置本体から取り外す際に、現像剤収納容器を下に付勢する付勢部材を現像剤補給装置本体に設けることを特徴とする現像剤補給装置。
  7. 前記現像剤収納容器を現像剤補給装置から取り外すときは、現像剤収納容器を略水平方向に引き抜き、現像剤収納容器の袋容器部の端部が付勢されることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置。
  8. 前記現像剤収納容器の袋容器部の端部には剛性の部材が取り付けられていることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置。
  9. 前記現像剤収納容器は、両端部に折り曲げ自在のヒンジ部を持つ樹脂製の底板と、柔軟なガゼット袋とにより構成されていることを特徴とする請求項6に記載の現像剤補給装置。
  10. 前記付勢部材は、少なくとも現像剤収納容器の現像剤補給装置への装着方向に弾性変形する、弾性部材を一部とすることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の現像剤補給装置。
  11. 請求項6ないし10のいずれかに記載の現像剤補給装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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