JP2011022289A - トナー補給装置、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー飛散を抑制することができ、高精度なトナー補給を行うことができるトナー補給装置を提供する。
【解決手段】トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤容器と、潜像担持体に対向配置された現像剤担持体と、を備える現像装置にトナーを補給するトナー補給装置において、微粒子状トナーを固めてなる固形トナーを前記現像装置に補給するトナー補給装置である。このトナー補給装置では、要求された個数の固形トナーだけを現像装置へ補給するので、画像形成装置の使用環境やトナー製造によるばらつきによるトナー密度変化の影響で生じる補給量誤差が無く高精度のトナー補給が可能であり、また、トナーカートリッジ交換時にトナーが飛散し画像形成装置内やユーザーの手を汚してしまうことがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置における現像装置にトナーを補給するトナー補給装置、トナー補給装置からトナーを補給される現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

トナー補給装置では、トナーカートリッジから現像装置へトナーを搬送し、トナー補給制御で要求されたトナー量を現像装置へ補給しているが、ユーザーによるトナーカートリッジ交換時にトナーが飛散し、画像形成装置内やユーザーの手を汚してしまう。また、画像形成装置の使用環境やトナー製造によるばらつきによるトナー密度変化の影響でトナー補給量にばらつきが生じる。
このような問題を解決するために、固形トナーを粉砕して現像装置にトナーを補給するトナー補給装置が提案されている。例えば、特許文献１では、「固形状に加工したトナーを粉体状に復元加工する粉砕器をトナーホッパ内に設けたトナー補給装置」が提案されている。
特許文献１に記載のトナー補給装置においては、ユーザーによりトナーホッパ内に投入された固形状トナーは、トナーホッパ内に設けたトナー粉砕器によって粉々に粉砕されて原形状である粉体に復帰した上で、現像装置のトナータンク内に供給される。このようなトナー補給装置においては、トナーカートリッジ交換時にトナーが飛散し、画像形成装置内やユーザーの手を汚してしまうことはない。しかし、他の従来のトナー補給装置と同様に、画像形成装置の使用環境やトナー製造によるばらつきによるトナー密度変化の影響で、トナー補給量がばらつくという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナー飛散を抑制することができ、高精度なトナー補給を行うことができるトナー補給装置、現像装置、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にある。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
１．本発明のトナー補給装置は、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤容器と、潜像担持体に対向配置された現像剤担持体と、を備える現像装置にトナーを補給するトナー補給装置において、微粒子状トナーを固めてなる固形トナーを前記現像装置に補給することを特徴とする。
２．本発明のトナー補給装置は、さらに、前記トナー補給装置において、前記現像装置への前記固形トナーの補給個数を検知する固形トナー個数検知部を備えることを特徴とする。
３．本発明のトナー補給装置は、さらに、前記トナー補給装置において、前記固形トナー個数検知部により検知した固形トナーの補給個数に基づいて、前記固形トナーの搬送を規制する固形トナー搬送規制部材を備えることを特徴とする。
４．本発明の現像装置は、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤容器と、潜像担持体に対向配置された現像剤担持体と、を備える現像装置において、前記いずれかのトナー補給装置から補給された固形トナーを粉砕する固形トナー粉砕部を備えることを特徴とする。
５．本発明の現像装置は、さらに、画像形成装置本体に着脱可能であることを特徴とする。
６．本発明の現像装置は、さらに、カラー画像形成装置に着脱可能であることを特徴とする。
７．本発明のプロセスカートリッジは、現像装置及び潜像担持体と、帯電手段、クリーニング手段の少なくとも一つの手段を一体に結合し、画像形成装置本体に着脱可能であるプロセスカートリッジにおいて、現像装置が前記現像装置であることを特徴とする。
８．本発明の画像形成装置は、潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、現像装置が前記現像装置であることを特徴とする。
９．本発明のカラー画像形成装置は、潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置を備えたカラー画像形成装置において、現像装置が前記現像装置であることを特徴とする。
１０．本発明のカラー画像形成装置は、前記現像装置を少なくとも二つ又は前記プロセスカートリッジを少なくとも二つ有することを特徴とする。

本発明では、要求された個数の固形トナーだけを現像装置へ補給するので、画像形成装置の使用環境やトナー製造によるばらつきによるトナー密度変化の影響で生じる補給量誤差が無く高精度のトナー補給が可能であり、また、トナーカートリッジ交換時にトナーが飛散し画像形成装置内やユーザーの手を汚してしまうことがない。
また、固形トナーの補給個数を検知することで、トナー残量を正確に把握することができる。
また、検知した固形トナー補給個数に基づいて、上記固形トナーの搬送を規制する固形トナー搬送規制部材を設けることで、補給量を固形トナーの個数で管理できることから、画像形成装置の使用環境やトナー製造のばらつきによるトナー密度変化の影響で生じる補給量誤差がなく、高精度なトナー補給を行うことができ、画像濃度を安定化することができる。
また、現像装置に固形トナーを粉砕する機構を設けることで、固形トナーの粉砕不足による異常画像発生を抑制できる。また、固形トナーを原形の微粒子状トナーに戻した後に、補給トナーと現像装置内の現像剤とを攪拌することができるので、現像剤と補給トナーとが混合しやすく、攪拌不足による異常画像発生も抑制することができる。

本発明に係る画像形成装置の内部構成を示す概略構成図である。 トナー補給装置と現像装置の概略構成を示す正面図である。 現像装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る固形トナーの形状を示す斜視図である。 固形トナーを真空パックした状態を示す斜視図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
以下、本発明を画像形成装置であるタンデム型カラー複写機（以下、プリンタ１００と呼ぶ）に適用した場合の実施形態について説明する。
図１は、このプリンタ１００の内部構成を示す概略構成図である。このプリンタ１００は、図１に示すように、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成するための複数の感光体ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋを備えている。各感光体ユニット３は、潜像担持体であるドラム状の感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、感光体１０を帯電する帯電装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ、感光体１０に形成された潜像を現像する現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋを備える。また、各感光体ユニット３は、感光体１０上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋを備える。この感光体ユニット３は、それぞれ感光体１０、帯電装置１１、現像装置１２、クリーニング装置１３を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジとして構成されている。

各感光体ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの下方には、感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに露光により静電潜像を形成する発光素子４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを備えた光学ユニット４０を設けている。また、感光体ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの上方には、感光体ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにより形成されたトナー画像が二次転写される中間転写ベルト２０を備えている。中間転写ベルト２０は、複数のローラにより張架され、感光体１０に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０に転写する一次転写ローラ２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを備えている。また、中間転写ベルト２０の周囲には、転写紙Ｐ上に転写されなかった中間転写ベルト２０上の転写残トナーをクリーニングするベルトクリーニング装置２６を備えている。また、中間転写ベルト２０に転写されたトナー画像を転写紙Ｐに転写する二次転写ローラ２５、紙転写ベルト２７、転写紙上のトナー像を定着する定着ユニット６を備えている。また、感光体ユニット３の上方には、各色のトナーを現像装置に補給するトナーカートリッジ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋを備えている。

次に、プリンタ１００において、カラー画像を得る工程について説明する。まず、感光体ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにおいて、感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが帯電装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋによって一様に帯電される。その後、発光素子４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより、画像情報に基づき走査露光されて感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ表面に静電潜像が形成される。感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上の潜像は、現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋの現像ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋに担持された各色のトナーによって現像されてトナー像として可視像化される。
感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上のトナー像は、各一次転写ローラ２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋの作用によって反時計回りに回転駆動される中間転写ベルト２０上に順次重ねて転写される。このときの各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト２０上の同じ位置に重ねて転写されるように、中間転写ベルト２０の移動方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。一次転写終了後の感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、クリーニング装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋによってその表面がクリーニングされ、次の画像形成に備えられる。

一方、転写紙Ｐは、レジストローラ対２８によって所定のタイミングで中間転写ベルト２０と二次転写ローラ２５との間の二次転写部に搬送される。そして、二次転写部において、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー画像が転写紙Ｐに転写される。トナー画像が転写された転写紙Ｐは、定着ユニット６を通過することで画像定着が行われ、装置外に排出される。感光体１０と同様に、中間転写ベルト２０上に残った転写残のトナーは、中間転写ベルト２０に接触するベルトクリーニング装置２６によってクリーニングされる。
トナーカートリッジ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋに充填された固形トナーは、現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ内にあるトナー濃度センサ５７（図３）により現像装置内のトナー濃度が低いと判断された場合に、制御から要求された個数の固形トナーだけをトナー補給装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋを通して現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋに投入し、現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ内の固形トナー粉砕部にて、固形トナーを原形（微粒子状トナー）まで粉砕した後、現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ内の現像剤に補給する。

次に、トナー補給装置８及び現像装置１２について説明する。トナー補給装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ及び現像装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋは、用いるトナーの色が異なる以外構造が同一であるので、以下、一つのトナー補給装置８及び現像装置１２について説明する。図２はトナー補給装置８と現像装置１２の概略構成を示す正面図、図３は現像装置１２の概略構成を示す平面図である。トナー補給装置８は、固形トナーを充填したトナーカートリッジ７の出口にトナー補給経路５０を接続しており、トナー補給経路５０の途中には固形トナーの搬送を規制するためのシャッタ５１、そのトナー搬送方向下流側には固形トナー個数検知部５２を設けている。
固形トナーの形状は図２では球状としているが任意の形状とすることができ、円柱形状、四角柱形状（立法形状、直方形状）、シ−ト状（板状）、円錐形状等が挙げられる。固形トナーについては後述する。補給経路５０のトナー搬送方向下流側の端部は現像装置１２の固形トナー粉砕部５３に接続されており、固形トナー粉砕部５３は、固形トナーを粉砕し搬送する部材としての攪拌スクリュ５４を備えている。攪拌スクリュ５４は固形トナー粉砕部５３からの補給トナーと現像装置１２内の現像剤を搬送しながら攪拌する現像剤攪拌部材でもある。

攪拌スクリュ５４の他にこの現像装置１２内には、現像剤担持体としての現像ローラ１５、現像剤を搬送しながら汲み上げて現像ローラ１５に供給する現像剤供給部材としての供給スクリュ５５などが設けられている。供給スクリュ５５と攪拌スクリュ５４は仕切り部材としての仕切り壁５６を挟んで平行に設けられており、現像剤搬送方向は互いに逆である。供給スクリュ５５と攪拌スクリュ５４の回転軸方向の両端部は現像剤が通過可能な開口部が形成させるように仕切り壁５６は設けられている。トナー補給個数はトナー濃度センサ５７の検出結果に基づいて決定される。

以上の構成においては、トナーカートリッジ７内の固形トナーは落下により補給経路５０から現像装置１２へ移動する。現像装置内の現像剤のトナー濃度に基づき、制御部から要求された個数の固形トナーがシャッタ５１を通過するように、固形トナー個数検知部５２でシャッタ５１を通過した固形トナーの個数を検知しながらシャッタ５１を開閉する。シャッタ５１を通過した固形トナーは現像装置１２内に投入され、固形トナー粉砕部５３の攪拌スクリュ５４にて原形のトナー粒子になり、現像装置１２内の現像剤に補給される。そして、現像装置内の現像剤は攪拌スクリュ５４により補給トナーと攪拌されながら搬送され、攪拌スクリュ５４長手方向端部で供給スクリュ５５側へ流れる。そして供給スクリュ５５の回転により搬送されながら現像ローラ１５表面に担持される。現像ローラ１５表面に担持された現像剤は現像領域に搬送され、現像領域を通過した現像剤は現像ローラ１５から離れ、供給スクリュ５５上に落下し、供給スクリュ５５により搬送される。

このようなトナー補給装置８及び現像装置１２では、トナーカートリッジ７交換時にトナーが飛散し画像形成装置内やユーザーの手を汚してしまうことがない。さらに、トナー補給量を固形トナーの個数で管理できることから、画像形成装置の使用環境やトナー製造のばらつきによるトナー密度変化の影響で生じる補給量誤差がなく、高精度なトナー補給を行うことができるので、画像濃度を安定化することができる。また、補給量を固形トナー個数で管理することでトナー残量を正確に把握することができる。さらに、現像装置１２に固形トナー粉砕部５３を設けることで、固形トナーの粉砕不足による異常画像発生を抑制することができる。また、固形トナーを原形のトナー粒子に戻した後に補給トナーと現像装置１２内の現像剤とを攪拌することができるので、現像剤と補給トナーが混ざりやすく、攪拌不足による異常画像発生も抑制することができる。なお本実施例では、攪拌スクリュ５４の羽根形状は長手方向全域にわたって同一としているが、固形トナー粉砕部５３内のみ羽根の先端形状を鋭利にする等さらなる粉砕機能を加味してもよい。

以下、固形トナーについて説明する。図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明に係る固形化されたトナーの形状例、図５は密封されたトナーのパッケージ例を示す。本発明では、例えば図４（ａ）に示すように、従来から使用されている微粒子状トナーを各辺１０ｍｍの立方形状にプレス加工し、固形トナー（トナーブロック）６１を作製した。プレス方法としては、金型に微粒子状トナーを入れ、手で押さえつける程度の比較的弱い力で加圧することにより固形化した。固形トナーの形状は、（ａ）のような立方形状に限らず、（ｂ）の円柱状、（ｃ）のシ−ト状（板状）、直方形状等上述した様々な形状とすることができる。実験によれば、このようにして成形された固形トナーは手で持ち上げても壊れることがなく、例えば１０個まとめて真空パック（例えば、プラスチック袋、ビニール袋等）６２に密封収納して、袋内を真空にして保管した。なお、図に示すように固形トナー１を直接パック６２内に封止せずに、保形用の箱体６３内に各固形トナーを保持した後で、これらを袋内にパックするようにしてもよい。上記のごとく弱い力で成形したとしても、袋内を真空包装することによって、大気との間の内外気圧差によって、外から常時加圧されているため、固形状の形は崩れにくく、通常の条件下での持ち運びにおいても崩れることがなかった。

図５に示した例では、各固形トナー６１の間に所定の間隔を隔てて配置しているが、密着させた状態でパッケージしてもよい。この真空パック６２を開封する場合には、図示のように袋の一端縁に切込みを入れて内部に外気を導入すればよく、外気導入後もトナーの固形状態が崩れることはなかった。従って、トナーを直接手で把持することなく、真空パック６２を構成していた袋を持ちながら、上記切り込みによって形成された開口６２１からブロック状のトナーをトナーホッパ内に落下させればよい。この際、トナーはブロックであるため、トナー粉が周囲に飛散するおそれがない。真空パック６２に入った固形トナー６１は、外部より大気で押されているため、持ち運び時に型崩れが起きることがなく、成形状態を維持し得る。一方、真空パックでない、普通包装では動かす度にトナーが崩れてしまうため、一部が粉体化し補給時には従来のように飛散やこぼれが発生した。なお、トナーホッパ内に投入されたトナーブロック６１は、トナーホッパ内に設けたトナー粉砕器によって粉々に粉砕されて原形状である粉体に復帰した上で、現像装置のトナータンク内に供給される。

３ 感光体ユニット
４ 発光素子
６ 定着ユニット
７ トナーカートリッジ
８ トナー補給装置
１０ 感光体
１１ 帯電装置
１２ 現像装置
１３ クリーニング装置
１５ 現像ローラ
２０ 中間転写ベルト
２４ 一次転写ローラ
２５ 二次転写ローラ
２６ ベルトクリーニング装置
２７ 紙転写ベルト
２８ レジストローラ対
４０ 光学ユニット
５０ トナー補給経路
５１ シャッタ
５２ 固形トナー個数検知部
５３ 固形トナー粉砕部
５４ 攪拌スクリュ
５５ 供給スクリュ
５６ 仕切り壁
５７ トナー濃度センサ
６１ 固形トナー（トナーブロック）
６２ 真空パック
６２１ 開口
６３ 箱体
Ｐ 転写紙

特開平０９−１２７７７８号公報

Claims (10)

1. トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤容器と、潜像担持体に対向配置された現像剤担持体と、を備える現像装置にトナーを補給するトナー補給装置において、
   微粒子状トナーを固めてなる固形トナーを前記現像装置に補給する
   ことを特徴とするトナー補給装置。
2. 請求項１に記載のトナー補給装置において、
   前記現像装置への前記固形トナーの補給個数を検知する固形トナー個数検知部を備える
   ことを特徴とするトナー補給装置。
3. 請求項２に記載のトナー補給装置において、
   前記固形トナー個数検知部により検知した固形トナーの補給個数に基づいて、前記固形トナーの搬送を規制する固形トナー搬送規制部材を備える
   ことを特徴とするトナー補給装置。
4. トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤容器と、潜像担持体に対向配置された現像剤担持体と、を備える現像装置において、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のトナー補給装置から補給された固形トナーを粉砕する固形トナー粉砕部を備える
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項４に記載の現像装置において、
   該現像装置は画像形成装置本体に着脱可能である
   ことを特徴とする現像装置。
6. 請求項４に記載の現像装置において、
   該現像装置はカラー画像形成装置に着脱可能である
   ことを特徴とする現像装置。
7. 現像装置及び潜像担持体と、帯電手段、クリーニング手段の少なくとも一つの手段を一体に結合し、画像形成装置本体に着脱可能であるプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像装置が請求項４に記載の現像装置である
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、
   該現像装置が請求項４に記載の現像装置である
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置を備えたカラー画像形成装置において、
   該現像装置が請求項４に記載の現像装置である
   ことを特徴とするカラー画像形成装置。
10. 請求項９に記載のカラー画像形成装置において、
    請求項４に記載の現像装置を少なくとも二つ又は請求項７に記載のプロセスカートリッジを少なくとも二つ有する
    ことを特徴とするカラー画像形成装置。

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