JP3881003B2 - 剤収納容器および剤補給装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置において使用するトナー、現像剤を収納する剤収納容器および剤補給装置並びに画像形成装置に関するものである。

複写機等の画像形成装置においては、トナー濃度等を検知して現像手段内におけるトナーとキャリアとの混合比を一定に保つように制御している。このため、現像手段を有するユニット内もしくはその近傍にトナーボトルやカートリッジ等のトナー収納部を設け、そのトナー収納部から使用により消費された量に応じてトナーを現像手段へ補給するように構成している。この場合、トナー収納部から現像手段へのトナーの移送・補給はスクリューやバドル等の機械的オーガ手段により行っていた。

しかしながら、上記した機械的オーガ手段によってトナー補給する場合、スクリューがほぼ直線状にしか配置等により、トナー収納部やトナー補給装置は現像手段と一体または非常に近接した位置に設置せざるを得なかった。

また、従来のトナー収納容器はカートリッジ、ボトルといったハードボトルで作られているために、トナー収納容器の交換に伴う使用済み容器の廃棄に大きな課題を生じていた。すなわち、使用済みトナー収納容器はユーザー先からメーカーが引き取り、再生、再利用、焼却処理が行われるが、該容器は容量が嵩み、回収するまでの物流コストに高額を要していた。

なお、従来においても、トナー収納容器の容積が減容可能なものも提案されているが、該容器からトナー補給装置を用いて補給する際、補給性能を安定して維持することができず、また運搬時にのみ減容可能な容器を使用する場合でもトナー移し替えるときに、トナー汚染を招く等の問題が生じ、実用化に至っていない。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、トナーや現像剤をフレキシブルな容器に収納し、しかも該容器から直接現像手段に剤の補給が可能な剤収納容器および剤補給装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、トナーまたはトナーとキャリアを混合してなる現像剤を収納し、吸引型ポンプを用いた剤移送手段の移送部材が連結されている剤収納容器において、トナーまたは現像剤を収納する容器本体と、 該容器本体に固定されているとともに、一端を容器本体内に入り込ませ、かつ他端を容器本体外に飛び出させてトナーまたは現像剤の吸引を行うパイプ状の吸い込み部材と、容器本体内にエアーを噴出させてトナーまたは現像剤を流動化させるエアー導通部と、容器本体の上部に配置され、前記噴出されたエアーを前記容器本体外に逃がすフィルター部とを有し、 前記エアー導通部はその先端を容器の底部位置に配されて容器本体の底部近傍からエアーを容器内に噴出させ、 前記吸い込み部材はその先端を容器の底部近傍位置に配されて容器本体の底部近傍からトナーまたは現像剤の吸引を行うことを特徴とする剤収納容器を提案する。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、トナーまたはトナーとキャリアを混合してなる現像剤を収納する剤収納容器において、密閉された袋状の容器本体と、該容器本体に固定されているとともに、一端が容器本体内に入り込み、他端が容器本体外に飛び出たトナーまたは現像剤の出し入れを行うための剤ガイド部材と、前記容器本体内に送り込まれるエアー用の連通路と、該剤ガイド部材の前記容器本体外側に設けられた係合部とを有することを特徴とする剤収納容器を提案する。

なお、本発明は、前記吸い込み部材の係合部には、前記剤移送手段の移送部材が連結可能な口金部材と前記吸い込み部材を閉じるキャップとが選択的に係合されると、効果的である。

さらに、本発明は、前記吸い込み部材の一端は容器本体内の底部近くまで延在し、該容器本体の底部が逆円錐形状に形成されていると、効果的である。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の剤収納容器と、前記吸い込み部材に連通する吸引型ポンプを有する剤移送手段と、前記エアー導通部に連通するエアーポンプとを備えたことを特徴とする剤補給装置を提案する。

さらにまた、上記の目的を達成するため、本発明は、請求項４に記載の剤補給装置の剤移送手段と現像装置を連通させて構成したことを特徴とする画像形成装置を提案する。

本発明の構成によれば、トナー移送性が飛躍的に向上し、流動性の悪いトナーでも確実に移送することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係る剤補給装置の構成図、図２は現像手段の一部を示す断面図である。

図１において、本実施形態の剤補給装置は現像手段１０にトナーを補給するものであって、トナーを収納した剤収納容器としてのトナー収納手段２０、該トナー収納手段に収納されたトナーを現像手段１０に移送するための剤移送手段としてのトナー移送手段４０とを有している。

現像手段１０には、図１および図２に示すように、感光体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１撹拌スクリュー１２、第２撹拌スクリュー１３とが備えられている。現像手段１０内での現像剤は、第１撹拌スクリュー１２によって図２の左から右へ搬送され、第２撹拌スクリュー１３によって右から左へ搬送されるようにして循環される。この循環の間に搬送路の途中で現像スリーブ１１に移送された現像剤のトナーにより感光体１上に形成された静電潜像を現像する。

この現像手段１０には、図２に明示するように、装置の手前側端部において第１撹拌スクリュー１２と対応する位置にトナー受け入れ口１４が設けられ、トナー受け入れ口１４には接続部材１５が取り付けられ、この接続部材１５に移送部材としてのチューブ１６が脱着可能に連結されている。接続部材１５の一部には空気フィルター１７が設けられ、トナーとエアー流の混合気中のエアーのみを現像手段から脱気し、トナー補給時の接続部材１５および現像手段１０からのトナー飛散を防止している。

上記トナー収納手段２０は、現像手段１０と別体のユニットとして構成されていて、装置本体内の適宜な位置に配設されている。このトナー収納手段２０から現像手段１０までの間には、上記トナー移送手段４０が設けられており、トナー移送手段４０と現像手段１０の間は上記チューブ１６によって連結され、トナー収納手段２０とトナー移送手段４０の間は移送部材としてのチューブ２６によって連結されている。

図３は、トナー移送手段４０の断面図であり、このトナー移送手段４０は従来公知の通称モーノポンプと呼ばれる、吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプ４１を用いている。スクリューポンプ４１の構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ４２と、ゴム等の弾性体で作られた２条スクリュー形状に作られ、固定されて設置されるステータ４３と、これらを包み、かつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダ４４とを有している。上記ロータ４２は、図示していない駆動源と駆動連結された歯車４５及び軸継ぎ手４６を介して回転駆動される。ロータ４２の回転により、ポンプに強い自吸力が生じ，ホルダ４４先端の吸い込み部からトナーを吸い込み、吸い込んだトナーを軸継ぎ手４６の近傍の排出部から送り出すことが可能となる。また、トナー移送手段４０には図示していないエアーポンプから管４８を介してエアーが供給され、そのエアーにより送り出すトナーの流動化が促進され、スクリューポンプ４１によるトナー移送が確実なものとなる。なお、吸引型スクリューポンプ４１は専用モータもしくは画像形成装置内のメインモータとクラッチ(図示せず)を介してその駆動が上記歯車４５に伝達して作動され、そしてその駆動が制御される。

このように構成される１軸偏芯スクリューポンプ４１は、高い固気比で連続定量移送が可能であって、ロータ４２の回転数に比例した正確なトナーの移送量が得られることが知られている。したがって、トナーの移送量の制御はスクリューポンプの駆動時間を制御すればよい。また、１軸偏芯スクリューポンプ４１の排出部に接続したチューブ１６および吸い込み部に接続したチューブ２６は例えば直径４〜１０ｍｍのフレキシブルなチューブで、耐トナー性に優れたゴム材料（例えば、ポリウレタン、シリコン等）から作られているものを用いることがきわめて有効であり、フレキシブルなチューブを用いれば、トナーを高位置や上下左右の任意方向へ自由に移送することができる。しかも、スクリューポンプ４１は移送するトナーに無用なストレスを与えることがなく、これから使用するトナーの移送にきわめて有利なものである。

なお、トナー移送手段４０はユニット化することが有利であり、ユニット化されたトナー移送手段４０は生産、機械メンテナンスが容易になる。
トナー収納手段２０は、図４に示すように、袋状に形成された収納容器本体２１を有し、該収納容器本体２１の上部中央にはパイプ状の剤ガイド部材としての吸い込みガイド部材２２が超音波等により溶着され、一体的に結合されている。この吸い込みガイド部材２２の下端は、収納容器本体２１の底部近くまで達し、また上端は収納容器本体２１から飛び出し、その現出された部分に係合部としてのネジ部２３が形成されている。このネジ部２３には、口金部材２４が螺合され、口金部材２４の上部にチューブ２６の一端が着脱可能に連結されている。このチューブ２６の他端は上記スクリューポンプ４１の吸い込み部に連結されている。

図４および図５において、収納容器本体２１はポリエチレンやナイロン等の樹脂製で、８０〜１２０μｍ程度の厚味を持ったフレキシブルなシートを単層または複層の構成にして作られている。なお、これらシートの表面にアルミ蒸着処理することは静電気対策に有効である。また、吸い込みガイド部材２２もポリエチレンやナイロン等の樹脂製にすることができ、収納容器本体２１と同一材に設定すれば、リサイクルするのに好都合である。上記吸い込みガイド部材２２は、トナーの吸引口にあたるものであるが、工場でのトナー充填口の役割も果たすものである。そして、工場でトナーが充填された収納容器本体２１はその吸い込みガイド部材２２のネジ部２３に口金部材２４の代りにキャップ２５が螺合によって取り付けられる。このため、工場出荷時にはキャップ２５によって収納容器本体２１は完全に密封され、使用時にはこのキャップ２５を外し、そのネジ部に２３に上記口金部材２４を装填するだけで済み、操作がきわめて簡便である。

このように構成されたトナー補給装置は、現像手段１０の一部に設けられた従来周知の透磁率検出器（図示せず）に基づくトナーとキャリアの混合比の変化を検知し、この検知値がある定められた値以下であると、スクリューポンプ４１およびエアーポンプを駆動して収納容器本体２１のトナー現像手段１０にトナーを移送する。そして、この移送によるトナー補給は現像剤の濃度がある定められた値以上になると停止される。

これらの制御により、現像手段１０には常に一定の現像剤濃度の現像剤が収納され、安定した現像行程が保証される。また、透磁率検出器にて現像剤濃度がある定められた値以下であると検知し、これが予め定められた回数・時間等を越えると、トナー収納手段２０にトナーが無いと判断し、複写機やプリンタ等の本体（図示せず）に設けられた操作部または表示部へオペレータにわかるような警告を発する。これにより、トナー収納手段２０へのトナー補給を適正な時期に行うことができる。

また透磁率検出器の代わりに、従来周知のように、感光体ドラム上に形成したトナー像の濃度を検出し、同様のトナーの補給制御を行うことも可能である。
ところで、電子写真方式の画像形成装置が用いているトナーは流動性が非常に悪い。このため、収納容器本体２１は縦置きとし、パイプ状の吸い込みガイド部材２２の下端をその底部近傍位置に達するように配置している。スクリューポンプ４１によりトナーは、吸い込みガイド部材２２の先端部より吸引される。収納容器本体２１は、フレキシブルであるので、トナーの吸引が進むにつれ、その袋内の容積が減容されるが、吸い込みガイド部材２２により収納容器本体２１の減容時の局部的変形によるトナー詰まりなどの発生が抑えられ、収納されているトナーは袋内に残すことなく排出することができる。また、袋状の収納容器本体２１の底部を逆円錐形状２７とし、収納するトナーが少量となっても、トナーの重量により自然落下し吸い込みガイド部材２２の吸引口に移送させている。これらにより、トナー収納量の多少にかかわりなく安定したトナー移送が可能となる。

次に、図６及び図７を用いてトナー収容手段の他の実施形態について説明する。
トナー収納手段５０は、袋状に形成された収納容器本体５１を有し、該収納容器本体５１の上部中央にはパイプ状の吸い込みガイド部材５２が超音波等により溶着され、一体的に結合されている。この吸い込みガイド部材５２の下端は、収納容器本体５１の底部近くまで達し、また上端は収納容器本体５１から飛び出し、ネジ部５３が形成されている。このネジ部５３には、エアー取り入れ部５７を有する口金部材５４が螺合され、口金部材５４の上部にチューブ５６の一端が連結されている。このチューブ５６の他端は図示していないトナー移送手段４０の吸い込み口に連結されている。

収納容器本体５１は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製で、８０〜１２０μｍ程度の厚味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。なお、これらシートの表面にアルミ蒸着処理することは静電気対策に有効である。また、吸い込みガイド部材５２もポリエチレンやナイロン等の樹脂製にすることができ、収納容器本体５１と同一材に設定すれば、リサイクルするのに好都合である。上記吸い込みガイド部材５２は、トナーの吸引口にあたるものであるが、工場でのトナー充填口の役割も果たすものである。そして、工場でトナーが充填された収納容器本体５１はその吸い込みガイド部材５２のネジ部５４に口金部材５５の代りにキャップ６０が取り付けられる。よって、工場出荷時にはキャップ６０によって収納容器本体５１は完全に密封され、使用時にはこのキャップ６０を外し、上記口金部材５４を装填するだけで済み、操作がきわめて簡便である。

電子写真用トナーは、流動性が非常に悪い。このため、収納容器本体５１は縦置きとし、パイプ状の吸い込みガイド部材５２の下端をその底部近傍位置に達するように配置している。スクリューポンプによりトナーは、吸い込みガイド部材５２の先端部より吸引される。さらに、本実施形態では吸い込みガイド部材５２は２重菅に構成され、中央の管部がトナーを吸い込み部５２ａでその回りを囲むようにエアー導通部５７が形成されている。このエアー導通部５７には、口金部材５４に形成されたエアー入口５６と通じており、そしてこのエアー入口５６には図示していないエアーポンプからエアーが送り込まれるように構成されている。

このように構成されたトナー収納手段５０は、トナーを吸引するとき、エアー入口５６、エアー導通部５７を経て吸い込みガイド部材５２の下端部よりエアーが噴出され、この噴出されたエアーはトナー層を拡散しながら通過することにより、トナーの流動化がはかられる。収納容器本体５１内のトナーが流動化されることにより、架橋現象等の発生が防止され、トナーの移動（移送）がより確実なものとなる。なお、符号５８は収納容器本体５１に送り込まれたエアーを逃がすためのフィルター部である。

収納容器本体５１は、フレキシブルであるので、トナーの吸引が進むにつれ、その袋内の容積が減容されるが、底部近傍位置に達している吸い込みガイド部材５２により収納容器本体５１の減容時の局部的変形によるトナー詰まりなどの発生がおさえられ、収納されているトナーは袋内に残すことなく排出される。また、袋状の収納容器本体５１の底部を逆円錐形状５９とし、収納するトナーが少量となっても、トナーの重量により自然落下し吸い込みガイド部材５２ａの吸引口に移送させている。これらにより、トナー収納量の多少にかかわりなく安定したトナー移送が可能となる。

なお、本トナー補給装置の駆動、制御は、未図示の電源コンセント、電源と未図示のスイッチ、制御回路により駆動モータやエアーポンプの駆動・制御を行う。これらは、従来周知の技術を用いればよい。

また、トナー補給時のトナー移送の信頼性確保のために、ポンプの駆動とポンプのエアーの供給のタイミングが重要で、エアーの供給はポンプの駆動より以前から駆動中にかけて行う（駆動停止以降にエアー供給すればさらによい）ことが肝要である。これにより、移送部材（チューブなど）内でのトナーの残留が防止され、トナーの安定補給がはかれる。

トナー収納容器内へのエアー供給は、ポンプへの供給タイミングと同じでも良いが、トナー補給信号と同期させたり、これらの間欠的な供給でも良い。
トナーは、トナー移送部材（パイプ、チューブ）中をエアーとの混合気状態で移送されるので、トナーへの機械的ストレスはほとんどかからない。さらに、移送部材での駆動負荷も無い。これらから、トナー特性の維持、トナー移送の確実化がはかれ、トナー補給装置の信頼性、耐久性の確保も充分はかれる。さらには、トナー補給装置の構成の簡易化がはかれ低駆動負荷化による低消費電力化、低コスト化も可能としている。

本トナー補給装置は、画像形成装置の現像手段１０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、トナーの飛散がないので粉塵問題の発生も無く安全である。かつ現像手段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、ユーザーのトナー収納（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ことが可能となる。

トナー収納手段２０の袋状収納容器本体２１，５１は、フレキシブルであるので、従来のカートリッジ、ボトルといったハードボトルに比較し、容器がかさばらないので運搬や保管時での取扱性が良く、運搬や保管時の収納スペースをとらず、さらにはパイプ状の吸い込みガイド部材２２，５２により袋状の収納容器本体２１，５１の変形によるトナー凝集や破損を防止できるという利点を持つ。またさらに、使用済みトナー収納手段はユーザー先からメーカーに引き取り、再生・再利用や焼却処理が行われるが、本トナー収納容器はフレキシブルな袋状のものであるため折り畳みが可能であり、運搬や保管時での取扱性が良く、運搬や保管時の収納スペースをとらないという利点がさらに増長し、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。

また、現像手段１０によれば、トナー補給装置が付設していないため現像手段の構成が非常に簡易となるばかりでなく、現像手段の駆動も現像スリーブ及びトナー供給用のスクリューを駆動するだけでよいので、現像手段として小型化・簡易化・低コスト化、高信頼性化、省電力化、メンテナンス容易化が図れる。更に画像形成装置全体として前述の効果が得られることも言うまでもない。

トナー収納手段は、機械本体に対して、チューブと駆動・制御用の電線束のみを接続するだけでよく、機械本体とは独立した別体ユニットとすることが可能であることは自明である。この場合は、機械本体に対しての大きさの制約がより少なくなり、大容量のトナーの収納も可能となるので、さらなるトナー収納手段の交換間隔を長期化することが可能となる利点を持つ。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各種改変できるものである。
例えば、剤収納容器はトナーに限らず、現像剤を収納するものであってもよく、この現像剤を現像手段に補給するようにしてもよい。また、トナーが補給される現像手段の構成等は任意のものでよく、上記実施形態の如き２成分現像剤ではない１成分現像剤を使用する装置にも適用することができる。

本発明の構成を説明するための説明図である。 現像手段のトナー受け入れ部を示す断面図である。 本発明のトナー移送手段の中央断面図である。 本発明のトナー収納手段の断面説明図である。 そのトナー収納手段の斜視図である。 本発明の他のトナー収納手段を示す断面説明図である。 そのトナー収納手段の斜視図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
１０ 現像手段
１１ 現像スリーブ
２０，５０ トナー収納手段
２１，５１ 収納容器本体
２２，５２ 吸い込みガイド部材
２３，５３ ネジ部
２４，５４ 口金部材
２５，６０ キャップ
４０ トナー移送手段
５７ エアー連通部

Claims (5)

1. トナーまたはトナーとキャリアを混合してなる現像剤を収納し、
   吸引型ポンプを用いた剤移送手段の移送部材が連結されている剤収納容器において、
   トナーまたは現像剤を収納する容器本体と、
   該容器本体に固定されているとともに、一端を容器本体内に入り込ませ、かつ他端を容器本体外に飛び出させてトナーまたは現像剤の吸引を行うパイプ状の吸い込み部材と、
   容器本体内にエアーを噴出させてトナーまたは現像剤を流動化させるエアー導通部と、
   容器本体の上部に配置され、前記噴出されたエアーを前記容器本体外に逃がすフィルター部とを有し、
   前記エアー導通部はその先端を容器の底部位置に配されて容器本体の底部近傍からエアーを容器内に噴出させ、
   前記吸い込み部材はその先端を容器の底部近傍位置に配されて容器本体の底部近傍からトナーまたは現像剤の吸引を行う
   ことを特徴とする剤収納容器。
2. 請求項１に記載の剤収納容器において、前記吸い込み部材の係合部には、前記剤移送手段の移送部材が連結可能な口金部材と前記吸い込み部材を閉じるキャップとが選択的に係合されることを特徴とする剤収納容器。
3. 請求項１または２に記載の剤収納容器において、前記吸い込み部材の一端は容器本体内の底部近くまで延在し、該容器本体の底部が逆円錐形状に形成されていることを特徴とする剤収納容器。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の剤収納容器と、
   前記吸い込み部材に連通する吸引型ポンプを有する剤移送手段と、
   前記エアー導通部に連通するエアーポンプとを備えた
   ことを特徴とする剤補給装置。
5. 請求項４に記載の剤補給装置の剤移送手段と現像装置を連通させて構成したことを特徴とする画像形成装置。

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