JP3756139B2 - トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体に形成された静電潜像を可視像処理する現像装置に、トナー収納手段に収納されたトナーを補給するトナー補給装置及び画像形成装置に関するものある。
【0002】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において、トナーボトルやトナーカートリッジ等のトナーを収納するトナー収納容器を装置本体にセットし、その容器から現像装置へトナーを補給するものが良く知られている。また、近年の電子写真画像形成装置の小型化またはフルカラー化が進み、それに伴って各ユニットでも小型化も余儀なしとなっている。このため、現像装置も小型化され、二成分現像装置ではトナー補給を頻繁に行わなければならない。
【0003】
ところで、トナーは消費されるため、トナー収納容器は何れに空になる。このとき、トナーエンドを検知できないと、画像品質が劣化してトナーエンドを知ることになってしまう。このような問題を回避するためには、トナー収納容器内のトナーの有り無しを検知する機構を設けることが必要である。
【0004】
従来のトナー有り無し検知技術の代表的なものが、
【特許文献1】
特開2000−250298号公報
に記載されている。この検知技術は、残量検知手段と残量検知手段に付着したトナーを除去する除去部材を備えることで検知精度を維持している。
【0005】
このように、トナー有無の検知する場合、検知面に付着するトナーが誤検知を招くおそれがあるため、検知面のトナー汚れに対する対策が必要であった。なお、検知面はコストや加工性の面から一般的に樹脂材料が用いられている。
【0006】
上記したトナー汚れ対策の1つとして、上記公報に記載されているように、検知面にトナーが付着することによる誤検知を清掃手段で適宜清掃することにより防ぐ方法がある。また、他の方法として交換サイクルが短いトナーカートリッジ等に検知面または検知手段を設けて、トナーが付着するもののカートリッジ交換サイクルで検知面も交換されるものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した前者の方法では、清掃部材のみならず、それを駆動する手段も必要であり、コストが大幅に嵩む。さらにその設置場所も限定されてしまうという問題があった。また、後者の方法は予想以上にトナーが付着して誤検知を招くおそれがあり、また交換サイクルの短いトナー収納容器以外に適用できないという問題もあった。
【0008】
本発明は、上記した従来の問題を鑑み、検知面を清掃することなく経時に渡ってトナー付着を抑制でき、長期に渡って良好なトナーの有る無しを検知することができるトナー補給装置及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、トナー収納容器に収納されたトナーを、ノズルを備えたトナー補給路を介して粉体ポンプの搬送力により現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記ノズルが前記トナー収納容器の下部より上方に向けて該トナー収納容器内に差し込まれるように構成されており、該ノズルにガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出するトナー検出装置によってトナーエンド検知を行うことを特徴としている。
【0012】
なお、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルが前記トナー収納容器の下部より上方に向けて該トナー収納容器内に差し込まれるように構成され、前記センサ検知部が前記ノズルに配置されていると、効果的である。
【0013】
さらに、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルの少なくとも一部がガラス管で作られ、該ガラス管に前記センサ検知部が配置されていると、効果的である。
【0014】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルにトナー補給路とトナー収納容器内にエアを供給するエア供給路との独立した2つの通路を備えた二重管ノズルを用いると、効果的である。
【0015】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記二重管ノズルが、上部ノズル、Oリング、ガラス管、下部ノズルで構成されていると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記二重管ノズルのトナー補給路内径とガラス管内径を同径とすると、効果的である。
【0016】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、二重管ノズル内径と現像装置までのトナー補給路の内径が同径であると、効果的である。
また、上記の目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、請求項1ないし7の何れか一項に記載のトナー補給装置を用いることを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るトナー検出装置を付設されるトナー補給装置の構成を示す。
【0018】
図1において、現像装置10は粉体ポンプ304を付設しており、この粉体ポンプ304の作動によって現像装置10内にトナーが供給されるものである。
粉体ポンプ304として、吸引型1軸偏心スクリューポンプ(通称:モーノポンプ)等が用いられる。このポンプは、図2に示すように、金属などの剛性を有する材料でもって偏心したうねりスクリュー形状に形成されたロータ302、ゴムのような弾性材料でもって内側が2条のスクリュー形状に形成され固定設置されるステータ303、これらを包み且つ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダ305より構成されている。ロータ302の回転によってポンプに強い自吸力(吸引圧)が生じ、フレキシブルチューブ301を介して接続されたトナー収納容器400からトナーを吸引できるようになっている。
【0019】
このようにトナー収納容器400に収納されたトナーは粉体ポンプの吸引力を用い、更には図から理解できるように自重によっても容器外へ移送されるようになっているが、電子写真用のトナーは流動性が悪く、そのために粉体ポンプ304のみを用いてトナー補給の作業を行うと、トナー収納容器400の下部に取り付けられたノズル510付近のトナーを吸引した後、容器内で架橋現象(なくなったトナーの部分で空洞ができる現象)が生じることがある。このため予定通りに現像装置へトナーを移送できず、トナー補給量が不安定化したり、収納容器内のトナーが極端に多く残ったりすることとなる。そこで粉体ポンプ304の他にエア供給手段600がトナー収納容器400に付設され、このエア供給手段600から電磁弁(バルブ)601、ノズル510を介してトナー収納容器400内へエアが供給される。多色画像形成装置の場合には、図3で示すように、エア供給手段600から各色への電磁弁(バルブ)601〜604へ分岐させるようにする。実際のトナー収納容器へのエア供給時間は、エア過多による詰まり等の問題もあるので、長くても5秒以下が望ましく、このような多色(4色)装置においてもエア供給手段600は1つでもまかなうことができる。また、エア供給手段は従来公知のエアポンプであり、毎分1〜3リットル程度の流量を発生する。
【0020】
粉体ポンプ304とトナー収納容器400とをつなぐチューブ301は、フレキシブルで且つ耐トナー性に優れたゴム材料(ex.:ポリウレタン、ニトリル、EPDM、シリコーン等)やプラスチック材料(ポリエチレン、ナイロン等)からなっていて、内径φ4〜10mmのチューブ状であるのが非常に有効である。またトナー収納容器本体の容器ホルダ500は樹脂等で作られ、トナー収納容器400の保護ケース401を保持している。保護ケース401は、剛性を有した紙、段ボール、プラスチック等の材料で作られ、一部が排出用口金部材420と係合した構造を有し、フレキシブルなトナー収納袋410を囲むように包んでいる。保護ケース401が剛性を有することで、トナー収納容器の装填・離脱時(容器交換時)の操作性を高めることができる。また容器内のトナー品質特性の保護・維持にも有効である。
【0021】
トナー収納袋410は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製又は紙製のシート状(80〜200μm程度の厚み)のフレキシブルな材質を単層又は複層構成として折り紙製作のように作られ、空気の流入出が無い密閉された袋状容器形状となっている。排出用口金部材420は、ケース421とシール材422からなり、ケース421はポリエチレンやナイロン等の樹脂製からなり、収納袋410と同一材料を使用することがリサイクルの観点で望ましく、袋容器への溶着も容易にすることができる。従来より使用されている、ブロー成形法などにより形成された口金部とトナー収納部が一体構造をなすフレキシブルなトナー容器を用いることも当然可能であり、且つ本発明の意図に反しないこともいうまでもない。
【0022】
トナー収納袋410下部で、シール部材422を貫通するように配されたノズル510は、容器ホルダ500と一体的又は脱着可能に係合している。このノズル510では図4のようにエア供給路がトナー搬送路に合流するようになっているが、図5に示すように2重管構造になって、外側がエアの供給路、内側がトナー搬送路となったタイプのものでもよい。図1に示された構成では、低コストの図4のタイプを用いている。トナー収納容器400がチューブ301、粉体ポンプ304を介して本画像形成装置にセットされる際、ノズル510は容器400の排出口である口金部材420のシール部材422に挿入される。シール部材422はスポンジやゴムなど弾性材質の部材に十字スリットが切られて構成されたものであり、ノズルを挿入した状態でノズルと密着してトナー収納容器からのトナー漏れを防ぐことができ、且つトナー収納容器を取り出す際にもシール部材のスリットがその弾性により閉じてトナー漏れを防止できる。そのスリット長さは、ノズル510の外径と同じ〜3mm大きい程度であって、シール部材422とケース421は両面接着テープなどにより接合されている。シール部材422は発泡スポンジ、ゴム等の弾性体で作られ、耐トナー性があり、空気透過が非常に少なく、クリープに対し優れた強度を有したものが用いられる。
【0023】
また図6に示すようにトナー収納袋410の上面に通気性フィルター440を設けることも可能であり、これによって前述のエア供給手段から供給される空気によって収納容器(袋)内が正圧に必要以上に上昇するのを減圧することができる。
【0024】
使用後のトナー収納容器400は保護ケース401とトナー収納袋410が容易に分解でき、保護ケース401は折り畳むことができ、トナー収納袋410はフレキシブルであるので、従来のカートリッジやボトルといったハードボトルに比較し嵩張らず、運搬や保管時での取扱性に優れ、収納スペースをとらないため、ユーザー先からメーカーへ回収物流コストの大幅な低減が可能となる。
【0025】
本トナー補給装置は画像形成装置の現像装置に対して、フレキシブルなトナー移送パイプのみを接続するだけでよく、現像装置に対するトナー補給装置の設置位置・場所の制約を持たないので、ユーザーにとってトナー補給容器の交換時の操作性が最もやり易い場所にトナー補給装置を設ける事が可能となる。このため補給装置を4つもつカラー複写機・プリンタに特に効果がある。
【0026】
上記したトナー補給装置において、図7に示すように、二重管ノズル610はエア供給路からのエア供給口611とトナー排出口612の間で上下に分割されて上部ノズル620と、下部ノズル630とが形成されている。そして、上部ノズル620の下端近くには、窓形状の開口650が形成されている。この開口650を設けた位置の内側には、ガラス管640が嵌合され、開口650はこのガラス管640によって閉じられている。なお、上部ノズル620とガラス管640の接合部に隙間が生ずると、トナーが漏れる不具合が発生しやすいため、Oリング655をガラス管640の両端部に配置している。また、ガラス管640は図8に示すように、上部ノズル620の下部に取り付けられる下部ノズル630に挟み込まれて支持される。そして、開口650に光学センサ(不図示)を対向配置し、該光学センサによってトナーエンド検知を行う。
【0027】
なお、トナー補給を滞りなく行う為には粉体ポンプからノズル先端までのスムーズな圧力伝播が必要となる。搬送路径の急変による圧力損失を防ぐため二重管の上部ノズル、Oリング、ガラス管、L型の下部ノズルのいずれの内径も同径になるよう構成する。さらにはトナー搬送チューブ301の径も同径とすることで、良好なトナー補給を行うことが可能となる。
【0028】
このように構成されたトナー検出装置は、ガラス管640の面にトナーが付着しにくく、清掃等をせずとも長期に渡って良好な検知面を維持することができる。
ところで、トナー付着のメカニズムは確立されていないが、付着面の表面粗さや材料の電気抵抗性、あるいは一般的な表面性が要因として挙げられる。『表面粗さが小さい』『電気抵抗が低い』といった材料がトナー付着しにくい傾向となっている。その他に材料の硬度や摩擦力、あるいは同じ材料の方が互いの吸引力が高いといったことからトナーの原料である樹脂以外の材料がトナー付着しにくいともいわれている。これら多くの条件に見合う材料に『ガラス』が挙げられる。ガラスは上記条件を満たしている。且つ透明度が高いといったアドバンテージもある。
【0029】
かかる理由から、検知面に極めてトナー汚染に強い材料であるガラスを用い、光学センサによってトナー有り無し検知を行う本実施形態はトナーエンド検知に最適なものと言える。
【0030】
さらに、本実施形態は吸引型粉体ポンプを使用したトナー搬送システムに非常に適している。というのも従来のトナーカートリッジは機械奥行き方向に長いタイプのものが多いのに対し、本トナー搬送システムはカートリッジが垂直方向に長く、カートリッジ下面から垂直方向に配置されるノズルにトナーが常に密な状態で充満しやすい構成となっている。そのため、カートリッジにトナーがあるにもかかわらず、検知面近傍で巣があき検知不良をおこすといった問題が発生しない。良好な有り無し検知、つまりトナーエンド検知が可能となる。また清掃部材をもたない構成から検知面が略垂直方向で構成するほうトナー付着しにくい点からも好ましく、検知面をノズルに配置することにより、清掃部材を持たず良好な検知が行える。
【0031】
【発明の効果】
請求項1、2の構成によれば、検知面は略鉛直方向配置が望ましい。本トナー搬送システムではノズルに検知面を配置することにより良好なトナーエンド検知を行うことが可能となる
【0036】
請求項3の構成によれば、本トナー搬送システムではエア供給路とトナー補給路がノズル内で共有している、いわゆる単管ノズルと反対にエア供給路とトナー補給路がノズル内で別離しているいわゆる二重管ノズルが提案されている。本システムはエア供給が検知面近傍トナーになるべく影響しないような構成が検知性能から必要である。
【0037】
請求項4、5、6の構成によれば、本トナー搬送システムにおいて良好なトナー搬送を行う為には搬送路に圧力損失が少ない方が好ましい。この圧力損失であるが、粉体ポンプからトナー収納容器までの各断面形状が同じである方が少ない、つまり圧力伝播しやすいという事が実験で明らかになった。本請求項ではノズル内の各断面形状を略同一にするノズルの部品構成をしめす。またトナー収納容器から粉体ポンプまでの搬送路を略同一形状にすることにより良好なトナー搬送を得る事ができる。
【0038】
請求項7の構成によれば、上記した効果が得られる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るトナー補給搬送装置の概略構成図である。
【図2】 図1に示された粉体ポンプの部分断面図であり、左側に示すものが長手方向断面図で、中央と右側に示すものが横断面図で互いにロータ位置の異なる図である。
【図3】 エア供給装置と各色のためのバルフとの連結を示す図である。
【図4】 ノズルの実施例で、左側が外形を表し、右側が断面を表す。
【図5】 ノズルの別の実施例で断面図で示すものである。
【図6】 トナー容器のトナー収納袋を示す斜視図である。
【図7】 検知面を設けたノズルの分解断面図である。
【図8】 図8のノズルの組み立て状態を示す断面図である。
【符号の説明】
10 現像装置
301 チューブ
304 粉体ポンプ
400 トナー収納容器
510 ノズル
610 二重管ノズル
640 ガラス管
650 開口
Claims (7)
- トナー収納容器に収納されたトナーを、ノズルを備えたトナー補給路を介して粉体ポンプの搬送力により現像装置へ補給するトナー補給装置において、
前記ノズルが前記トナー収納容器の下部より上方に向けて該トナー収納容器内に差し込まれるように構成されており、該ノズルにガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出するトナー検出装置によってトナーエンド検知を行うことを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項1に記載のトナー補給装置において、前記ノズルの少なくとも一部がガラス管で作られ、該ガラス管に前記センサ検知部が配置されていることを特徴とするトナー補給装置。
- 請求項2に記載のトナー補給装置において、前記ノズルにトナー補給路とトナー収納容器内にエアを供給するエア供給路との独立した2つの通路を備えた二重管ノズルを用いることを特徴とするトナー補給装置。
- 請求項3に記載のトナー補給装置において、前記二重管ノズルが、上部ノズル、Oリング、ガラス管、下部ノズルで構成されていることを特徴とするトナー補給装置。
- 請求項4に記載のトナー補給装置において、前記二重管ノズルのトナー補給路内径とガラス管内径を同径とすることを特徴とするトナー補給装置。
- 請求項3ないし5の何れかに記載のトナー補給装置において、二重管ノズル内径と現像装置までのトナー補給路の内径が同径であることを特徴とするトナー補給装置。
- 請求項1ないし6の何れか一項に記載のトナー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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