JP2015135398A - 現像剤カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

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法幸 横山
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Abstract

【課題】トナー容器と現像剤容器を一体化し、最初の現像剤供給時にはトナーを供給しないようにした現像剤カートリッジを提供する。
【解決手段】現像器に現像剤とトナーを供給する現像剤カートリッジであって、第1の部屋と第2の部屋を有し両部屋の境界を閉鎖部材で閉鎖し、第1、第2の部屋にそれぞれトナーと現像剤を充填するカートリッジ本体と、第2の部屋にある充填物を撹拌しながら現像器に供給する供給部と、第2の部屋に充填された現像剤を現像器に供給したあと、閉鎖部材を開放して、トナーを第2の部屋に移動可能にする開放部と、を備える。
【選択図】図4

Description

本発明の実施形態は、現像器に現像剤を供給する現像剤カートリッジと、現像器を使用して記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。
一般に、電子写真記録方式の画像形成装置では、感光体ドラムにレーザビームを照射して静電潜像を形成するようにしている。感光体ドラムは、現像器から供給されたトナーによりトナー像を形成し、トナー像を用紙に転写して画像を形成するようにしている。現像器では、現像器内のトナーが不足したときは、トナーを現像器のトナー補給口から補給する。また出荷時・設置時およびメンテナンス時などは、サービスマンが空の現像剤収容部にトナーとキャリアからなる2成分現像剤を現像剤充填口から充填するようにしている。
また2成分現像剤は、繰り返して使用すると次第にキャリア成分が劣化し、現像能力が低下してくるため、劣化したキャリアを含む現像剤の交換がサービスマンにより行われている。従来、現像剤を現像器に投入する際は、プロセスユニットを本体から取り出し、現像器の蓋をあけ、現像剤を投入し、プロセスユニットを本体に再度投入するという作業が必要であった。また、この作業を簡略化するために現像剤をカートリッジに封入し、カートリッジを画像形成装置本体に設置することで、カートリッジから現像器に自動的に現像剤を投入する仕組みがある。
しかしながら、上述した仕組みはトナーカートリッジ以外に現像剤カートリッジを本体に同梱する必要があり、余計なスペースが必要となる等の問題点があった。また特許文献1の例では、現像剤容器とトナー容器を1つにした例が開示されている。
特許文献1の例は、トナー容器全体が回転する仕組みの装置でしか使用できない。また出荷時・設置時およびメンテナンス時において、現像剤を補給する際はトナー混合比が所定の比率になるように調整されるが、トナー容器が密封されている訳ではないので、若干のトナーが補給される可能もある。したがって、2成分現像ではトナー混合比(TC:Toner Concentration)にずれが生じ、階調再現性に影響を与える等、画像の不具合が発生する可能性がある。
特開平8−185033号公報
発明が解決しようとする課題は、トナー容器と現像剤容器を一体化し、最初の現像剤供給時にはトナーを供給しないようにした現像剤カートリッジ、及び画像形成装置を提供することにある。
実施形態は、現像器に現像剤とトナーを供給する現像剤カートリッジであって、第1の部屋と第2の部屋を有し両部屋の境界を閉鎖部材で閉鎖し、前記第1、第2の部屋にそれぞれトナーと現像剤を充填するカートリッジ本体と、前記第2の部屋にある充填物を撹拌しながら前記現像器に供給する供給部と、前記第2の部屋に充填された前記現像剤を前記現像器に供給したあと、前記閉鎖部材を開放して、前記トナーを第2の部屋に移動可能にする開放部と、を備える。
一実施形態に係る画像形成装置の構成図。 一実施形態における画像形成部を拡大して示す構成図。 一実施形態に係る現像剤カートリッジを示す斜視図。 一実施形態に係る現像剤カートリッジの内部構成を示す断面図。 一実施形態に係る現像剤カートリッジ内のミキサを示す斜視図。 一実施形態に係る現像剤カートリッジの開放部の構成を背面から見た断面図。
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
(第1の実施形態)
図1は、一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図1において、画像形成装置100は、例えば複写機、プリンタや、複合機であるMFP等である。以下の説明では複写機を例に説明するが、プリンタやMFP等にも適用できる。
複写機100は、中央部に画像形成部10を設けている。画像形成部10は、回転自在な感光体ドラム11を備える。感光体ドラム11は像担持体であり、外周面に感光体を有している。感光体ドラム11に所定の電位が与えられた状態で光が照射されると、光が照射されている領域の電位が変化し、電位の変化を静電潜像として所定の時間保持する。
感光体ドラム11の周囲には、感光体ドラム11の回転方向Tに沿って、帯電チャージャ12、露光ユニット13、現像器14、転写ローラ15、ドラムクリーナ16、除電ランプ17を設けている。
帯電チャージャ12は、感光体ドラム11の表面を所定の電位に帯電する。露光ユニット13は、感光体ドラム11にレーザビームLBを照射して露光し、感光体ドラム11の表面に静電潜像を形成する。レーザビームLBは、画像の濃度等に応じて発光強度が変化する。
現像器14は、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤を収納し、感光体ドラム11の表面に現像剤を供給し、感光体ドラム11の静電潜像を現像する。感光体ドラム11の表面の静電潜像は可視化されトナー像が形成される。転写ローラ15は、用紙Sに所定の電位を付与し、感光体ドラム11上のトナー像を用紙Sに転写させる。ドラムクリーナ16は、感光体ドラム11の表面に付着する残留トナー等を除去して回収する。除電ランプ17は、感光体ドラム11の残留電荷を除去する。
現像器14の上方には、トナー及び現像剤を収容する現像剤カートリッジ18を配置しており、現像器14内のトナー及び現像剤が消費されると、カートリッジ18から現像器14にトナー及び現像剤が補給される。現像剤カートリッジ18は、交換可能である。現像剤カートリッジ18は、以下、単にカートリッジと呼ぶ。
一方、複写機100の上部にはスキャナ20を設けている。スキャナ20は原稿載置台21に置かれた原稿を読取る。スキャナ20は、原稿載置台21に置かれた原稿に光を照射する光源22と、原稿から反射された光を反射させる反射ミラー23と、反射ミラー23から反射された光を受光する受光素子24を備えている。また原稿載置台21の上部には、カバー25と、操作パネル26を設けている。操作パネル26は、タッチパネル形式の表示部27と操作部28を有している。
複写機100の下部には、給紙カセット31を配置している。給紙カセットは、用紙サイズに応じて複数、設けてもよい。給紙カセット31内の用紙S(記録媒体)は、ピックアップローラ32、アライニングローラ33、搬送ローラ34によって上方に搬送され、定着ローラ35及び排紙ローラ36によって排紙トレイ37に排出される。
ピックアップローラ32は、給紙カセット31内の用紙Sを一枚ずつ取り出し、アライニングローラ33まで搬送する。アライニングローラ33は、感光体ドラム11に形成されているトナー像と用紙Sの位置を整合するために、所定のタイミングで回転し、用紙Sを転写位置に搬送する。
定着ローラ35は、転写ローラ15によってトナー像が転写された用紙Sを加熱及び加圧し、用紙Sにトナー像を定着させる。排紙ローラ36は定着ローラ35から排出された用紙Sを、排紙トレイ37に搬送する。
画像形成時には、原稿載置台21上の原稿に光源22から光が照射され、原稿から反射された光が、反射ミラー23を介して受光素子24に入射され原稿像を読み取る。受光素子24で読取った情報、またはPC(Personal Computer)等の外部から供給される画像情報に基づいて、露光ユニット13からはレーザビームLBが出力され、レーザビームLBによって感光体ドラム11の表面を照射する。感光体ドラム11の表面は帯電チャージャ12により負極に帯電されており、露光ユニット13からレーザビームLBを照射することにより感光体ドラム11を露光し、感光体ドラム11の表面に静電潜像が形成される。
感光体ドラム11に形成された静電潜像は、現像器14によってトナーを吸着して可視像(トナー像)となる。そして給紙カセット31から取り出された用紙Sが搬送されると、転写ローラ15によって感光体ドラム11上の可視像が用紙Sに転写される。画像が転写された用紙Sは、定着ローラ35へ搬送され、定着ローラ35で加熱、加圧されて画像が用紙Sに定着される。画像が定着した用紙Sは、排紙ローラ36を介して排紙トレイ37に排出される。
さらに、定着ローラ35の下流には、反転搬送路38を設けている。反転搬送路38は、用紙Sを反転させて転写ローラ15の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。
図2は、画像形成部10の詳細な構成図であり、現像器14を手前側(フロント側)から見た正面図である。図2の点線39は、用紙Sの搬送路を示している。図2に示すように、現像器14の上方には現像器14にトナー及び現像剤を補給するためのカートリッジ18を設けており、カートリッジ18から現像剤及びトナーが供給される。カートリッジ18は、駆動装置によって回転する供給部19を有し、供給部19によって現像器14に現像剤及びトナーを供給する。カートリッジ18は、サービスマンやユーザにより交換されるものである。カートリッジ18については、後で詳しく説明する。
現像器14は、キャリアとトナーからなる2成分現像剤(以下、現像剤と称す)を収容する容器40を備え、容器40は、室41、42を有する。容器40を、2つの室41、42に区分するため、間仕切り43を設けている。容器40の室41には、感光体ドラム11に対向して配置した現像ローラ44と、第1のミキサ45を有する。感光体ドラム11の周囲には、現像ローラ44の上流側に帯電チャージャ12を配置し、下流側に転写ローラ15、ドラムクリーナ16、除電ランプ17を順に配置している。
容器40の室42には第2のミキサ46を配置し、かつ室42には、容器40に収容されるトナーの濃度を検出する磁気センサ47を配置している。磁気センサ47は、容器40の下方部に配置するのが好ましい。また現像ローラ44に対して層規制ブレード48を設け、層規制ブレード48によって現像ローラ44の表面の現像剤の層が厚くなり過ぎないように規制している。
図3は、実施形態に係るカートリッジ18を複写機100の内部側から見た斜視図であり、図4はカートリッジ18の内部構成を示す断面図である。
図3、図4に示すように、カートリッジ18は、樹脂等の材料で成形され、上下に分割可能な上ケース18aと下ケース18bから構成されるカートリッジ本体を有している。カートリッジ本体の内部は、第1の部屋181と第2の部屋182で成り、第1の部屋181と第2の部屋182との境界は閉鎖部材74(図4で後述)で閉鎖され、第1の部屋181と第2の部屋182は互いに区分されている。便宜上、部屋181はトナーの部屋と呼び、部屋182は現像剤の部屋と呼ぶこともある。図では、トナーの部屋181の下部に現像剤の部屋182がある。
上ケース18aと下ケース18bの縁部には、上ケース18aと下ケース18bを接合するためのリブ49が設けられている。リブ49は、カートリッジ18の全周に亘っており、カートリッジ18を複写機100本体にスライド挿入して取り付けるときの滑動部49aを成す。
下ケース18bの底部には、カートリッジ18内のトナーと現像剤を現像器14に排出するための排出口51(図4)を形成している。排出口51は、下ケース18bから下方に突出しており、突出した端部には排出口51を開閉するためのシャッター52を移動可能に設けている。また下ケース18b内の底部の排出口13と対向する位置には、カートリッジ18内のトナーと現像剤を排出口51に搬送するための棒状のスクリュー50を長手方向に沿って設けている。スクリュー50は、図2の供給部19の一部を構成する。スクリュー50の長手方向両端部は下ケース18bに回転可能に支持されている。
スクリュー50の長手方向一端部は、下ケース18bの背面から外側に突出し、その先端部には複写機100の本体内の駆動装置80に連結される第1のカップリング部材53を設けている。さらに、カートリッジ18の内部には、カートリッジ18内のトナー及び現像剤を攪拌するためのミキサ60を長手方向に沿って設けている。ミキサ60はスクリュー50とともに、図2の供給部19を構成し、第2の部屋182にある充填物(現像剤、トナー)を撹拌しながら現像器14に供給する。
図5は、ミキサ60の斜視図である。以下、図5をも参照して説明する。ミキサ60の軸部材61は、下ケース18bの長手方向の両端面に設けられた軸受部62(図4)に回転可能に支持されている。ミキサ60の軸部材61の長手方向一端部にはミキサギア63が設けられている。このミキサギア63は、スクリュー50の長手方向一端部に設けられたスクリューギア54と噛み合い、スクリュー50が回転すると、ミキサ60も連動して回転する。したがって、第1のカップリング部材53、スクリューギア54、ミキサギア63は、スクリュー50とミキサ60に駆動装置80からの回転力を伝える伝達機構を構成する。
ミキサ60は丸棒状の軸部材61を備え、軸部材61の外周部に複数の細い棒状部材65を組み合わせて構成された板状のトラス構造部66を設けている。また、ミキサ60の長手方向一端部には、ミキサギア63とスクリューギア54の噛合部付近からトナーを迅速に除去するための螺旋状の搬送羽67を設けている。さらに、ミキサ60の軸部材61の周囲には、カートリッジ18内のトナーが軸部材61と軸受部62の間に入り込むのを防止するための壁部68を設けている。
また、図3、図4に示すように、カートリッジ18の下ケース18bの前面には、ミキサ60の軸心線からずれた位置に、部屋182に現像剤を充填するための充填口18cを形成している。充填口18cは、キャップ(図示しない)により密閉される。尚、カートリッジ18に現像剤やトナーを充填する作業は、カートリッジ18の製造メーカ側で行われる。
また複写機100の本体内にカートリッジ18を挿入して装着したときに、複写機100の本体内の第1のカップリング部材53と対向する位置には、スクリュー50を回転させるためのモータを含む駆動装置80を設けている。駆動装置80は、第1のカップリング部材53と対向する位置に、第2のカップリング部材81を備えており、第2のカップリング部材81を第1のカップリング部材53と結合して駆動装置80を駆動することで、第1のカップリング部材53を所定の速度で回転させることができる。
図3、図4に示すように、トナーの部屋181と現像剤の部屋182は上下に分かれており、上ケース18aにはトナーを充填する充填口18dを設けている。充填口18dはキャップで閉じることができる。
また上ケース18aのミキサギア63が位置する端部には、図6で示すように開放部70を設けている。開放部70は、ミキサギア63と噛み合って回転可能なギア71と、ウォームギア72を有している。ギア71は、ミキサギア63の回転方向に所定の距離だけ移動可能である。またギア71の近傍にウォームギア72を取り付けている。ウォームギア72の軸73はミキサ60の軸部材61と直交している。
ミキサギア63が時計回り(T)に回転すると、ギア71はウォームギア72から離れる。またミキサギア63が反時計回り(S)に回転すると、ギア71はウォームギア72と噛み合い、ミキサギア63の回転をギア71を介してウォームギア72に伝え、軸73が回転する。軸73は上ケース18aに設けた支持部18eに支持される。
また図4に示すように、トナーの部屋181の底部には、シール部材74が取り付けられている。シール部材74は、トナーの部屋181の底部、即ち第1の部屋181と第2の部屋182の境界を塞ぐ閉鎖部材である。シール部材74は、図4に示すようにU字状に曲げられ、シール部材74の一端は、ウォームギア72の軸73に固定され、他端は支持部18eに固定されている。またシール部材74の上面は、トナーの部屋181の支持部18fの端部に接着剤75などで固定されている。接着剤75は、シール部材74を所定の力で引っ張ると剥がすことができる。
したがって、ウォームギア72が回転したとき、シール部材74は、軸73に巻き取られ、巻取りが進むと接着剤75は剥がれて、最終的に軸73に全て巻き取られる。以下、軸73を巻き取り軸と呼ぶ。ウォームギア72はシール部材74を巻き取って第1の部屋181と第2の部屋182の境界を開放する巻取り機構を構成する。
シール部材74が巻取り軸73に全て巻きとられると、トナーの部屋181の底部は開放され、トナーが部屋182に落ち、ミキサ60によって撹拌される。つまり、開放部70は、第2の部屋182に充填された現像剤を現像器14に供給したあと、閉鎖部材であるシール部材74を開放して、トナーを第1の部屋181から第2の部屋181に移動可能にする。
本実施形態では、カートリッジ18の部屋182に充填口18cから現像剤(キャリアとトナーからなる2成分現像剤)を充填し、部屋181に充填口18dからトナーを充填する。充填の際は、シール部材74によって部屋181と部屋182の間は閉鎖されており、トナーと現像剤が混ざらないようにしている。部屋181と部屋182が区切られた状態で、カートリッジ18を複写機100の本体に挿入すると、駆動装置80によって先ずスクリュー50が第1の方向に回転する(この回転を正転と呼ぶ)。
図6を参照するに、スクリュー50が正転すると、スクリューギア54の回転により、ミキサギア63がT方向に回転しミキサ60も連動して回転する。またギア71は、ミキサギア63が正転することで矢印A方向に移動し、ウォームギア72との係合が外れ、ウォームギア72は回転しない。したがって、シール部材74によってトナーの部屋181は密封された状態にあり、現像剤のみがミキサ60によって撹拌され、さらにスクリュー50の回転により、現像剤は排出口51へと搬送される。このときシャッター52は開いており、現像剤は排出口51から現像器14へと供給される。
現像器14に2成分現像剤現像剤が供給されると、例えばTC(Toner Concentration)センサを用いてトナー混合比が所定の比率になるように調整される。この調整は、一般にATC(Auto Toner Concentration)と呼ばれ、トナーと、トナーを感光体ドラムに運ぶキャリアとの割合が適切になるように調整するものである。この調整時に、トナーの部屋181からトナーが供給されるとTCがずれるため、シール部材74によってトナーの部屋181を密封している。
現像剤が現像器14に供給されたあと、駆動装置80は、スクリュー50を逆方向(第2の方向)に回転する。スクリュー50が逆回転すると、スクリューギア54も逆回転し、ミキサギア63はS方向に回転する。ギア71は、ミキサギア63が逆回転することで矢印B方向に移動し、ウォームギア72と噛み合い、ミキサギア63の回転をギア71を介してウォームギア72に伝え、ウォームギア72が回転する。したがって、ウォームギア72の巻取り軸73にシール部材74が巻き取られていき、トナーの部屋181は開放されトナーは部屋182に落下する。
トナーが部屋182に落下すると、駆動装置80は再び正転状態になるようにカップリング部材53を駆動し、スクリュー50及びスクリューギアを正転させ、ミキサギア63をT方向に回転させる。したがって、ミキサ60も連動して正転し、ギア71は、ミキサギア63が正転することで矢印A方向に移動し、ウォームギア72との係合が外れ、ウォームギア72の回転は停止する。この時点でシール部材74は巻取り軸73に全て巻き取られている。部屋181に落下したトナーはミキサ60によって撹拌され、さらにスクリュー50の回転により排出口51へと搬送され、トナーは排出口51から現像器14へと供給される。
尚、カートリッジ18が複写機100の本体に挿入されたあと、駆動装置80は最初に正転し、そのあとで逆転するが、正転から逆回転するまでの時間は、現像剤を現像器14に供給し終わるまでの時間に設定する。即ち、現像剤の量やスクリュー50の回転速度などをもとに現像剤を現像器14に供給し終わるまでの時間を予め設定することができる。また駆動装置80の駆動開始は、カートリッジ18が複写機100の本体に挿入されたことを検出して自動的に行われるようにしても良いし、ユーザが操作部26を操作して開始するようにしても良い。
また駆動装置80は、現像剤を現像器14に供給し終わると逆回転し、その後再び正転するが、逆回転から正転までの時間は、シール部材74を巻き取り終えるまでの時間に設定する。即ち、シール部材74の長さや巻取り軸73の回転速度などから巻取りに要する時間をもとに予め設定することができる。
また最初に現像剤を現像器14に供給したあと、スクリュー74に多少の現像剤が残ることが想定されるが、微々たる量が残ってもトナー混合比の調整には支障はない。またシール部材74は、軟質のものよりも、やや硬質の材料が望ましい。即ち、あまりにも薄く軟質であるとミキサ60に垂れて絡みつく可能性があるため、巻取り時に垂れない程度の硬質のものが良い。
以上述べた実施形態によれば、カートリッジ18をトナー容器と現像剤容器として利用し、さらに最初の現像剤供給時にはトナーを供給することがないため、TCにずれを生じることがない。したがって、階調再現性に影響を与えることがないため画像形成上の性能劣化を防ぐことができる。
尚、以上述べた実施形態では、開放部70として、部屋181をシール部材74で閉鎖して後でシール部材74を巻き取る構造を例に説明したが、部屋181と182の間の境界を閉鎖/開放できる構成であればよい。また駆動装置80による駆動力を巻取り軸73に伝達する手段として、互いに軸が直交するギア71とウォームギア72を用いた例を説明したが、平歯車と冠歯車(フェースギア)や、傘歯車等を用いて伝達するようにしてもよく、伝達手段の構成は図示の例に限られるものではない。
尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100…複写機(画像形成装置)
10…画像形成部
11…感光体ドラム
14…現像器
18…カートリッジ
181…第1の部屋
182…第2の部屋
20…スキャナ部(画像読取部)
50…スクリュー
60…ミキサ
70…開放部
71…ギア
72…ウォームギア
73…巻取り軸
74…シール部材(閉鎖部材)

Claims (5)

  1. 現像器に現像剤とトナーを供給する現像剤カートリッジであって、
    第1の部屋と第2の部屋を有し両部屋の境界を閉鎖部材で閉鎖し、前記第1、第2の部屋にそれぞれトナーと現像剤を充填するカートリッジ本体と、
    前記第2の部屋にある充填物を撹拌しながら前記現像器に供給する供給部と、
    前記第2の部屋に充填された前記現像剤を前記現像器に供給したあと、前記閉鎖部材を開放して、前記トナーを第2の部屋に移動可能にする開放部と、
    を備える現像剤カートリッジ。
  2. 前記閉鎖部材は、前記第1の部屋と前記第2の部屋の境界を塞ぐシール部材で成り、前記開放部は、前記シール部材を巻き取って前記境界を開放する巻取り機構を含む請求項1記載の現像剤カートリッジ。
  3. 前記供給部は、前記第2の部屋にある充填物を撹拌する回転可能なミキサと、 前記撹拌された充填物を前記現像器へと搬送するスクリューと、前記スクリューと前記ミキサに駆動装置からの回転力を伝える伝達機構とを備え、
    前記開放部は、前記ミキサが前記第1の方向に回転するときは動作せず、前記ミキサが前記第1の方向と逆方向に回転するときに連動して回転する巻取り軸を備え、
    前記トナーを第2の部屋に移動する際に、前記駆動装置によってミキサを前記逆方向に回転させて前記巻取り軸に前記閉鎖部材を巻き取る請求項1記載の現像剤カートリッジ。
  4. 前記カートリッジ本体は、前記閉鎖部材によって区分された前記第1、第2の部屋に前記トナーと前記現像剤をそれぞれ充填するトナー充填口と現像剤充填口を有する請求項1記載の現像剤カートリッジ。
  5. 静電潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体に現像剤を供給する現像器と、
    第1の部屋と第2の部屋を有し両部屋の境界を閉鎖部材で閉鎖し、前記第1、第2の部屋にそれぞれトナーと現像剤を充填するカートリッジ本体と、前記第2の部屋にある充填物を撹拌しながら前記現像器に供給する供給部と、前記第2の部屋に充填された前記現像剤を前記現像器に供給したあと、前記閉鎖部材を開放して、前記トナーを第2の部屋に移動可能にする開放部とを含み、前記現像器に現像剤とトナーを供給する現像剤カートリッジと、
    前記現像器によって前記像担持体に形成したトナー像を用紙に転写する転写器と、を備える画像形成装置。
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