JP3958742B2 - 現像剤補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー或いはトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置及び画像形成装置に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ、これらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置では、２成分現像剤または１成分現像剤を用いて現像し、トナー像を形成している。このトナーは画像形成とともに消費されるため、画像形成装置には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している。この種の画像形成装置において、容器内のトナーの補給方法として、トナー容器内にオーガと呼ばれる手段を設けて搬送する方式や、円筒状トナー収納容器の内面に螺旋状の突起を設け、このスクリューボトルと呼ばれる容器を回転することによってトナーを少しずつ出口へ搬送して排出する方式等が知られている。さらに、近年では特許文献１や２に記載されているように、通称モーノポンプと称される粉体ポンプを用いてトナー補給するものが提案され、すでに実施されている。

特開２００１−３２４８６３号公報 特開２００２−７２６４９号公報

上記したトナー収納容器を用いてトナーを現像装置ヘ補給する装置では、トナーエンドを検知する検知手段が設けられ、該検知手段がトナーエンドを検知すると、新しいトナー収納容器に交換されるまで機械の作動を停止する。したがって、トナー収納容器が交換されてトナーエンドが解消されるまで、機械はプリント不能状態（ダウンタイム）となる。

このようなダウンタイムの発生をユーザが予測することは不可能であり、このため、トナーエンドが間近に迫っていることをトナーニアエンドとして検知し、ユーザに知らせることもすでに実施されている。しかし、この場合でもその後どのくらいプリントできるかは把握できない。

ユーザによっては、トナーエンドによるダウンタイムをなくし、トナー残量を記にせずに使用したいという要望がある。

本発明は、上記した要望に答えるべくトナーエンドによるダウンタイムをなくすことが可能な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している。

上記の目的を達成するため、本発明は、電子写真プロセスに用いる現像剤が収納された現像剤収納容器と、該現像剤収納容器に空気を流入させるための空気供給手段と、前記現像剤収納容器の現像剤を吸引力により像担持体と対向配置された現像部に補給する吸引手段とを有する現像剤補給装置において、１つの前記吸引手段によってそれぞれ収納された現像剤が現像部に補給される複数個の現像剤収納容器と、該複数個の現像剤収納容器の中から現像部に現像剤を移送する現像剤収納容器を選択する選択手段とが設けられ、前記吸引手段の吸引力は前記複数の現像剤収納容器の現像剤に対して作用するように構成されており、前記選択手段は現像剤を移送する現像剤収納容器に対してのみ空気を流入させると共に、前記複数個の現像剤収納容器の中から最初に選択した１つの現像剤収納容器内の現像剤が減少し交換時期となったことを検知した後、他の現像剤収納容器を選択するものであって、前記吸引手段の吸引力が前記空気の流入で流動化された現像剤を吸引できるが、空気を流入せずにしまった状態の現像剤を吸引できない範囲に設定されていることを特徴とする現像剤補給装置を提案する。

なお、本発明の現像剤補給装置において、前記現像剤収納容器が装着される装着部に、該現像剤収納容器内に挿入されるノズルが設けられ、複数個の現像剤収納容器に挿入されるノズルが一体に形成されていることを特徴とすると、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または２に記載の現像剤補給装置を用いることを特徴としている。

請求項１の構成によれば、１つの前記吸引手段によってそれぞれ収納された現像剤が現像部に補給される複数個の現像剤収納容器と、該複数個の現像剤収納容器の中から現像部に補給する現像剤収納容器を選択する選択手段とを設けたので、リミットレスでプリントを可能にし、トナーエンドによるとダウンタイムの発生を防止することができる。しかも、選択手段が前記吸引手段の吸引力を、空気を流入で流動化された現像剤を吸引できるが、空気を流入せずに締まった状態の現像剤を吸引できない範囲に設定するので、少ない部品点数で確実に補給する現像剤収納容器を選択することができる。

請求項２の構成によれば、現像剤収納容器が装着される装着部に、該現像剤収納容器内に挿入されるノズルが設けられ、複数個の現像剤収納容器に挿入されるノズルが一体に形成されているので、チューブの取り付け箇所が減るので、機械を効率よく組み立てることができる。

請求項３の構成によれば、請求項１または２に記載の現像剤補給装置を用いるので、上記した効果が授受できる画像形成装置を提供することができる。

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、本発明に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの概略を示す説明図であって、該プリンタはドラム状の感光体１を有し、感光体１は図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ２によって表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込み装置３から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって感光体１上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置４によってトナー像として可視像化される。

一方、装置本体下部側に設けられた給紙装置５から、例えば転写紙より成る記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐがレジストローラ６を介して感光体１と転写ローラ７の間に送り込まれる。この転写ローラ７に対し、感光体１上のトナーと逆極性の電圧が印加され、これによって感光体１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。記録材Ｐに転写されず、感光体１上に残された転写残トナーは、クリーニング装置８によって除去され、さらに除電装置９によって感光体１上に残された残留電荷が除去される。

このようにしてトナー像が形成された記録材Ｐは、搬送ベルト１０を介して定着装置１１を送られ、このときそのトナー像が記録材Ｐ上に定着され、定着を終えた記録材Ｐは排紙トレイ１２上に排出される。

かかるレーザプリンタは、現像によって現像装置４内のトナーが消費されると、その分のトナーを現像剤収納容器としてのトナー収納容器から補給するように構成している。したがって、トナー収納容器内のトナーがなくなると、新しいトナー収納容器と交換しなければならない。このトナー収納容器交換時、プリント不能となるダウンタイムが発生してしまう。本発明は、このようなダウンタイムの発生をなくし、リミットレスでトナー補給を可能にするものであり、図２に用いて詳しく説明する。

図２において、現像装置４にはその一部に粉体ポンプ４０を有し、該粉体ポンプ４０の作動により現像装置４内にトナー収納容器２０，３０に収納されたトナーが補給される。粉体ポンプ４０には、吸引型の１軸偏芯スクリューポンプを用いている。この通称モーノポンプと称される１軸偏芯スクリューポンプは、金属などの剛性を有する材料で偏芯したスクリュー状に形成されたロータ４１と、ゴム材料で内壁面側に２条のスクリュー形状の溝が作られ、固定設置されるステータ４２と、これらを包みかつ粉体の移送路が形成された樹脂材料からなるホルダ４３とより構成されている。そして、図示していない駆動手段により駆動軸４４を介してロータ４１を回転することによりポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナー収納容器２０，３０からトナーを吸引してトナー導入孔４５より現像装置４へ補給することができる。

次に、トナー収納容器２０,３０について説明する。本実施形態では、トナー収納容器２０，３０がともに同じ大きさで同じ構成ものを用いている。もちろん、トナー収納容器２０，３０は大きさや構成が異なるものを使用することも可能である。

トナー収納容器２０，３０はトナーが収納されるトナー収納袋２１，３１と、このトナー収納袋２１，３１の周囲を包む保護ケース２２，３２と、トナー収納袋２１，３１の底部に固定される口金部材２３,３３とを有している。トナー収納袋２１，３１は、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂製または紙製の厚みが８０〜２００μｍ程度の単層または複層構成のフレキシブルなシートを、空気流入出のない密閉された袋状に形成したものであり、袋上部には容器の内圧が過度に上昇することを防止するためのフィルタ２４，３４が設けられている。上記保護ケース２２,３２は、剛性を有する紙、段ボールやプラスチック等の材料からからなり、一部が口金部材２３，３３と係合する構造を持っている。

口金部材２３，３３には、トナー排出口２５，３５が形成され、このトナー排出口２５，３５の下部部分には後述するノズルが抜き差しされる切り込み（図示せず）が形成されたシール部材２６,３６が取り付けられている。この構成により、口金部材２３，３３に形成されたトナー排出口２５，３５は通常シール部材２６,３６によって閉じられている。この口金部材２３，３３は、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂から作られ、このときトナー収納袋２１，３１と口金部材２３，３３を同一材料で作ると、リサイクルの観点で望ましく、トナー収納袋２１，３１の口金部材２３，３３への溶着も容易になる。

このように構成したトナー収納容器２０，３０は、トナー収納袋２１，３１が底部の口金部材２３，３３に向かって絞り込まれた形状にすることにより、収納したトナーが口金部材２３，３３へ移動し易くなり、残トナーの減少に効果的である。なお、トナー収納袋２１，３１の絞り込みを開始する位置は口金部材２３,３３に向かってある程度の傾斜角を付けられる位置であればどこでも良い。

トナー収納容器２０，３０は、画像形成装置本体内に設けられたトナー収納部に着脱可能に装着されるが、このトナー収納部にはトナー収納容器２０，３０を受けて保持する樹脂製のホルダ５０，５０Ａが設けられている。各ホルダ５０,５０Ａの底部には、トナー収納容器２０,３０内に抜き差しされるノズル５１，５１Ａが立設されている。ノズル５１，５１Ａはトナー通路５３，５３Ａを有し、その先端にはシール部材２６，３６への挿入をスムーズに行えるように尖頭部５２，５２Ａが形成されている。ノズルの下端には、チューブ５４，５４Ａの一端が接続され、チューブ５４，５４Ａの他端はＴの字状に形成されたジョイント５５にそれぞれ接続されている。ジョイント５５のあと一つの接続口と上記した粉体ポンプ４０の接続口は移送チューブ５７によって連結されている。チューブ５４，５４Ａと移送チューブ５７は内径が２ｍｍ〜１０ｍｍのフレキシブルで、耐トナー性に優れたゴム材料、例えばポリウレタン、ニトリル、ＥＤＰＭ,シリコン等やプラスチック材料、例えばポリエチレン、ナイロンからなるものを用いることが非常に有効である。

ノズル５１，５１Ａには、トナー通路５３，５３Ａの途中で分岐するエア通路５８，５８Ａが設けられており、エア通路５８，５８Ａの端部にはエアチューブ５９，５９Ａを介してエア供給手段としてのエアポンプ６０と連結されている。エアポンプ６０は毎分１〜３リットル程度の流量を発生するもので、エア供給口６１，６１Ａが２箇所設けられ、エアチューブ５９，５９Ａはエア供給口６１，６１Ａにそれぞれ連結されている。エアポンプ６０と各ノズル５１，５１Ａの間、本例ではエアチューブ５９，５９Ａの途中に電気信号によって開閉する弁６２、６２Ａが設けられ、この弁６２、６２Ａを設けることによってエアを供給するトナー収納容器２０，３０を選択することができる。

このように構成されたトナー補給装置は、トナー収納容器２０，３０内のトナーは重力によってノズル５１，５１Ａ付近に随時落下し、トナーは粉体ポンプ４０の吸引力を利用して容器外へ移送されるが、電子写真のトナーは流動性が悪いため、粉体ポンプ４０でノズル５１，５１Ａ付近のトナーを吸引した後、容器内に架橋現象が生ずることがある。このため、トナー補給量が不安定になったりトナー収納容器２０，３０内のトナー残量が極端に多くなったりすることがあるが、本例ではエアポンプ６０からノズル５１，５１Ａを介してトナー収納容器２０，３０内へエアを供給することにより、トナーを攪拌・流動化し、上記したトナーの架橋現象を防止する。また、架橋が発生してもエアによりそのトナーを崩すことができるため、トナー補給量の安定化、容器内トナーの残量低減化が実現できる。

ところで、本実施形態ではトナー収納容器２０，３０を２個設けている。もちろん、トナー収納容器を２個以上設けることもできるが、省スペースや構成の簡素化等の観点からトナー収納容器は２個設ければ、本発明の機能を十分に発揮することができる。本発明では、一方のトナー収納容器、例えばトナー収納容器２０を先に消費させ、そのトナー収納容器２０が空になると、他方のトナー収納容器３０のトナーを供給することより、実質上リミットレスでプリントを可能とするものである。このとき、トナー収納容器２０，３０毎に粉体ポンプ４０及びエアポンプ６０を備えたトナー補給装置を設ければその制御が容易になるが、かかる構成であると、省スペース及びコストが嵩み実現しにくい。そこで、本発明では粉体ポンプ４０及びエアポンプ６０を両トナー収納容器２０，３０が共通に用いるので、トナーを供給するトナー収納容器２０，３０を選択する選択手段を設けている。

本実施形態における選択手段は、トナー補給するトナー収納容器をトナー収納容器２０としたときに、この容器に対してのみエアを供給する。すなわち、エアを供給するトナー収納容器２０とエアポンプ６０との間に設けた弁６２を開とし、エアを供給しないトナー収納容器３０とエアポンプ６０との間に設けた弁６２Ａを閉とする。そして、エアが供給されたトナー収納容器２０は、収納されているトナーが流動化されて動きやすく、粉体ポンプ４０によって吸引されやすい状態になる。これは、エアを供給されたトナーが多くの空気を含んだ状態となり、このような空間率の高いトナーは流動性が高く動きやすい状態となる。一方、エアが供給されないトナー収納容器３０は空間率が低く、強い吸引力を作用させないと移送することができない。すなわち、トナーは単に放置しておくだけで脱気して空間率が低くなるため、エアが供給されないトナー収納容器３０のトナーは機械にセットされた当初、ある程度の空間率であったとしてもやがて低下する。

このようにエアの供給の有無によってトナーの流動性に違いが生ずるため、粉体ポンプ４０の吸引力が両トナー収納容器２０，３０のトナーに作用しても流動性の高いトナーが吸引され、流動性の低いトナーは殆ど吸引されることがない。よって、エア供給の有無によってトナー補給するトナー収納容器を選択することができる。このとき、粉体ポンプ４０の吸引力は流動性の低いトナーでも吸引できるような強さに設定すると、移送される量に違いが生ずるとしても両トナー収納容器２０，３０のトナーが補給されるため、粉体ポンプ４０は流動性の高いトナーを吸引できるが、流動性の低いトナーは吸引できない範囲の吸引力に設定する。なお、このような粉体ポンプ４０の吸引力に設定は、使用するトナー自体の流動性や、トナー補給経路の長さや高低差等によって決まるため、具体的な数値で表すことができないが、それぞれの機種毎ならば吸引力を容易に決定することができる。

このようにして、トナーを補給するトナー収納容器２０を選択することができる。そして、その選択されたトナー収納容器２０のトナーが補給されて少なくなると、粉体ポンプ４０が作動しても現像装置４のトナー濃度が上がらず、これを例えば、現像装置４内に設けたトナー濃度センサによって検知し、トナーエンドを検出する。このようにしてトナーエンドを検出すると、弁６２を閉じて弁６２Ａを開きトナー収納容器３０にエアを供給する。そして、ユーザに一つのトナー収納容器２０のトナーが無くなったことを警告し、ユーザはもう一方のトナー収納容器３０を使用している期間中の好ましい時期にトナーエンドとなった容器を新たなものと交換すればよく、これを繰り返すことでトナーエンドによるマシンのダウンタイムをなくすことができる。

図３に示すトナー補給装置は、構成自体は図２のものと同じであるが、トナー収納容器２０，３０に抜き差しされるノズル５１，５１ＡがＴの字状のジョイント５５とともに一体に形成されている。このような一体型のノズル５１，５１Ａを用いれば、チューブ５４，５４Ａがなくなってチューブの取り付け箇所が減るので、機械を効率よく組み立てることができる。

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、上記実施形態ではトナーを移送するが、トナーとキャリアからなる現像剤を移送することもできる。また、現像装置は二成分現像のものに限らず、一成分現像であってもよい。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態を示すトナー補給装置の全体構成図である。 図２の変形例を示すトナー補給装置の全体構成図である。

符号の説明

４ 現像装置
２０，３０ トナー収納容器
４０ 粉体ポンプ
５１，５１Ａ ノズル
５６，５６Ａ バルブ
６０ ポンプ
６２，６２Ａ 弁

Claims (3)

1. 電子写真プロセスに用いる現像剤が収納された現像剤収納容器と、該現像剤収納容器に空気を流入させるための空気供給手段と、前記現像剤収納容器の現像剤を吸引力により像担持体と対向配置された現像部に補給する吸引手段とを有する現像剤補給装置において、
   １つの前記吸引手段によってそれぞれ収納された現像剤が現像部に補給される複数個の現像剤収納容器と、該複数個の現像剤収納容器の中から現像部に現像剤を移送する現像剤収納容器を選択する選択手段とが設けられ、
   前記吸引手段の吸引力は前記複数の現像剤収納容器の現像剤に対して作用するように構成されており、
   前記選択手段は現像剤を移送する現像剤収納容器に対してのみ空気を流入させると共に、
   前記複数個の現像剤収納容器の中から最初に選択した１つの現像剤収納容器内の現像剤が減少し交換時期となったことを検知した後、他の現像剤収納容器を選択するものであって、
   前記吸引手段の吸引力が前記空気の流入で流動化された現像剤を吸引できるが、空気を流入せずにしまった状態の現像剤を吸引できない範囲に設定されていることを特徴とする現像剤補給装置。
2. 請求項１に記載の現像剤補給装置において、前記現像剤収納容器が装着される装着部に、該現像剤収納容器内に挿入されるノズルが設けられ、複数個の現像剤収納容器に挿入されるノズルが一体に形成されていることを特徴とする現像剤補給装置。
3. 請求項１または２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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