JP3994976B2

JP3994976B2 - トナー補給装置

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Publication number: JP3994976B2
Application number: JP2004065261A
Authority: JP
Inventors: 律雄藤井; 誠二山口; 宏磯川
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: US7082279B2; US20050201780A1; JP2005257729A

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置のトナー補給装置に関する。

高速画像形成装置やカラー画像形成装置においては、トナーを貯留するトナー貯留部の容積が大きくなるために、トナー貯留部を現像装置の近傍に配置することが困難な場合が生ずるという問題がある。

このような問題を解決する手段として、トナーを遠くまで搬送することができるエア搬送と呼ばれるトナー搬送方法によりトナー貯留部から現像装置にトナーを搬送する公知のトナー補給技術が知られている。

エア搬送を用いたトナー補給装置の基本的な構成は、トナーの混合室を含むトナー貯留部、該トナー貯留部からトナーと空気の混合流体を搬送する流体搬送手段、搬送された混合流体からトナーを分離するトナー分離部等からなっている。

そして、トナーと分離された空気（エア）の一部を外部に放出することなく前記流体搬送手段を介して前記混合室に環流する構成のものが多い。

また、前記混合流体を搬送、環流するするのに、ダイヤフラムポンプを、往きと戻りの搬送路に各１個ずつ設置した循環式トナー搬送方式の技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ダイヤフラムポンプはその機構の特性上、脈動と呼ばれる圧力変動が発生し、ダイヤフラムポンプ２台使用となれば、各ダイヤフラムポンプによって生じる圧力変動が干渉し、その圧力変動は打ち消されることもある反面、重なった場合は倍加することになり、当該圧力変動を抑えないと、現像器等とのユニット接続部等からのトナー飛散へとつながる。

メンテナンス時に、現像器等をトナー補給ユニットとの接続部から取り外す必要がある。前記トナー飛散を抑えるために、ユニットの接続部にゴムパッキン等でシールを行う方法もあるが、メンテナンス時の作業性が著しく悪く、そのため、発泡ウレタン等でシールを行うことが多い。しかし、この方法では圧力変動が大きいとシール材を押しのけてトナーが飛散してしまう。

また、前記トナー分離部にフィルタを設け、一部の空気を外部に逃がし気圧を調整する方法もあるが、フィルタの交換作業が発生する他、フィルタが早期に目詰まり、これもトナー飛散につながる。また、２台のポンプを駆動するそれぞれのモータの回転数を制御する方法や、２台のポンプの混合流体の搬送流量を制御する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ポンプモータの回転数は約２０００〜５０００ｒｐｍであるため、２つのモータの回転数を一致させるなどの回転数を制御することは極めて難しく、対策としては不十分である。したがって、この圧力変動を抑えることは容易なことではない。
特開２０００−１３７３７６号公報

本発明は、簡単な機構によって、トナーと空気の混合流体の圧力変動を極力吸収し、搬送路等からのトナー飛散を防止し、スムーズに混合流体が搬送路を流れるようなトナー補給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。
第１の駆動源により駆動される供給用流体搬送手段によって、トナーと空気との混合流体をトナー貯留部から搬送路を介してトナー分離部に搬送し、当該トナー分離部においてトナーと空気とを分離するとともに現像装置にトナーを供給し、かつ、第２の駆動源により駆動される環流用流体搬送手段によって、少なくともトナーが分離された空気を前記トナー分離部から搬送路を介して前記トナー貯留部に環流させる構成を有するトナー補給装置において、前記トナー貯留部または前記トナー分離部の少なくとも何れかの筺体の一部に開口部を設け、当該開口部を弾性部材または可撓性部材からなるカバーシートで空気が漏れないように被覆し、前記匡体内を含む搬送路での圧力変動を前記カバーシートの変形により吸収するように構成したことを特徴とするトナー補給装置。
また、第１の駆動源により駆動される供給用流体搬送手段によって、トナーと空気との混合流体をトナー貯留部から搬送路を介してトナー分離部に搬送し、当該トナー分離部においてトナーと空気とを分離するとともに現像装置にトナーを供給し、かつ、第２の駆動源により駆動される環流用流体搬送手段によって、少なくともトナーが分離された空気を前記トナー分離部から搬送路を介して前記トナー貯留部に環流させる構成を有するトナー補給装置において、前記混合流体または前記空気の搬送路の途中であって、前記トナー貯留部よりも前記供給用流体搬送手段に近い位置、または、前記トナー分離部よりも前記環流用流体搬送手段に近い位置に、通気口を下にしてバッファー容器を立設し、前記混合流体または空気の圧力変動を前記バッファー容器の容量可変により吸収するように構成したことを特徴とするトナー補給装置。

トナー貯留部またはトナー分離部を含む搬送路で圧力変動が発生して空気が外部に漏出しようとすると、トナー貯留部またはトナー分離部の開口部を被覆したカバーシートが変形して、トナー貯留部またはトナー分離部の体積が増大するため、圧力変動を吸収してトナー飛散等の問題を回避できる。
また、搬送路に設けられたバッファー容器が、混合流体または空気の圧力変動に応じて容量を可変とするので、簡単な機構によって混合流体または空気の圧力変動を吸収することができ、かつ、バッファー容器が通気口を下にして立設されているため、バッファー容器内にトナーが残留することも回避できる。

本発明の実施の形態の一例を図面に従って説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術範囲や用語の意義を限定するものではない。

図１は本発明のトナー補給装置を有する画像形成装置の全体構成を示す模式図である。

図１において、自動原稿搬送装置２０ではその原稿給紙台上に載置された原稿を１枚ずつ読取位置に搬送して読取後の原稿を原稿排紙皿に集積する。

原稿読取部２１は原稿の画像を読み取ってデジタル画像データを生成する。

画像形成部２２は電子写真方式により記録紙に画像を形成する。

画像形成部２２において、ドラム状の感光体１の周囲に帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、分離装置６及びクリーニング装置７が配置される。画像形成部２２の下方には、複数の記録紙収納部を備えた給紙部２３が設けられ記録紙を画像形成部２２に給紙する。１０は手差し給紙部である。給紙部２３又は手差し給紙部１０から給紙された記録紙はレジストローラ１１により感光体１と転写装置５の間に供給され、定着装置８で定着処理されて排紙皿１２に排紙される。

感光体１の時計方向の回転に対応して、帯電装置２による帯電、露光装置３による像露光及び現像装置４による現像で感光体１上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は転写装置５により記録紙に転写される。トナー像が転写された記録紙は定着装置８において定着処理された後に排紙皿１２に排紙される。

現像装置４はトナーとキャリアを含む二成分現像剤又はキャリアを含まずトナー或いはトナー及び添加剤を含む一成分現像剤で感光体１上の静電潜像を現像する。現像装置４には所定量の現像剤が収納されており、二成分現像剤を用いる場合には、現像により消費されたトナーは次に説明するトナー貯留部２４から補給されて、現像装置中の現像剤のトナー濃度が常に所定値に維持される。また、一成分現像剤を用いた現像装置では、同様のトナー補給により現像装置中の現像剤量が常に所定量に維持される。

トナー貯留部２４にはトナー容器３１が装着される。トナー貯留部２４はトナーホッパ３０及び漏斗状の、トナーの搬送元である、トナーと空気の混合室３５を有し、現像装置４の近傍に配置された、搬送先であるトナー分離部６０と、現像装置４から離れた位置に設けられたトナー貯留部２４とは輸送管であるパイプ４０〜４３により連結される。当該パイプ４０〜４３の材質は、少なくともその一部がシリコーン系ゴムまたはフッ素系樹脂の可撓性の部材であって、当該パイプは少なくとも一部が金属製のパイプよりなっている。

次に、図２、３によりトナー補給装置について説明する。

図２は図１に示す画像形成装置のトナー補給装置を示し、図３はトナー貯留部を示す。

トナー補給装置はトナー貯留部２４、混合流体の供給用・環流用流体搬送手段としてのポンプ５０１、５０２、トナー分離部６０及びトナーの搬送路となるパイプ４０〜４３等からなる。

図３において、トナー貯留部２４には円筒状のトナー容器３１が装着され、トナー容器３１をモータ３８で回転駆動することにより、トナーがトナー容器３１から開口部３０ａを通してトナーホッパ３０に落下する。トナーホッパ３０には複数のコ字状部が形成された棒状の撹拌部材３２及び下部に搬送スクリュー３４が設けられる。

モータ３９の回転により撹拌部材３２及びスクリュー３４が回転して、トナーホッパ３０から混合室３５に開口部３０ｂを通してトナーが落下する。

混合室３５には、後に説明するようにパイプ４３を介して空気が送り込まれるので、トナーと空気との混合流体が形成される。

図４はダイヤフラムポンプの構造の断面図である。

前記供給用・環流用流体搬送手段には、図４に示すダイヤフラムポンプからなるポンプ５０１、５０２が用いられるが、特開平７−２１９３２９号公報に開示されているスクリューポンプ等の公知の任意のポンプ、ファン等を用いることもできる。ポンプ５０１はトナーと空気との混合流体を、混合室３５（図２参照）からトナー分離部６０（図２参照）に搬送する供給用流体搬送手段を構成し、ポンプ５０２は分離しきれなかったトナーと空気とを、トナーを貯留する容器である、トナー分離部６０から混合室３５に環流させる環流用流体搬送手段を構成する。また、図示の例では、同一構造のポンプ５０１、５０２が用いられるが、供給用流体搬送手段と環流用流体搬送手段とに異なる構造のものを用いてもよい。

次にポンプ５０１、５０２を図２および図４により説明する。ポンプ５０１と５０２は図４に示す同一の構造を有する。

ポンプ５０１の吸気口はパイプ４０に接続され、排気口はパイプ４１に接続される。ポンプ５０２の吸気口はパイプ４２に接続され、排気口がパイプ４３に接続される。外壁５０により形成されたポンプ室は内壁５１により吸気室５０ａと排気室５０ｂとに仕切られ、吸気室５０ａの吸気口には弁５３が、排気室５０ｂの通気口（内壁５１に設けた通気口）には弁５４が設けられる。

ポンプ５０１、５０２の外形の一部はゴムからなる弾性体で形成されたダイヤフラム５２で形成され、ダイヤフラム５２はモータ５５で駆動される偏心回転部材５６により駆動されて実線で示す状態と点線で示す状態に変形する。

２つの動力源であるポンプモータ５５ａ（５５ｂ）により偏心回転部材５６が回転し、この回転によりダイヤフラム５２が実線で示す状態と点線で示す状態間で変形し、吸気室５０ａの容積を変化させ吸気室５０ａ内の圧力を増減させる。この圧力の増減により、弁５３、５４がそれぞれ実線で示す状態と点線で示す状態に変形し、流体を矢印で示すように一方向に搬送する。

次にトナー分離部６０について説明する。

図５はトナー分離部の構造を示す断面図である。

トナー分離部６０は、トナー分離部６０の外径を形成する外壁６１、トナー分離部６０内を導入室６ＯＡと排気室６０Ｂとに分離する内壁６５及び補助内壁６６を有する。

導入室６０Ａには空気導入口６２が設けられ、排気室６０Ｂには空気排出口６３が設けられる。補助内壁６６はトナーの落下を案内するとともに、導入室６０Ａ内のトナーの上昇を抑制する。トナー分離部６０の下部には、羽を有する撹拌部材６７及びトナーを軸方向に搬送するスクリュー６８が設けられる。トナーと空気の混合流体は矢印Ｗ１のように空気導入口６２から導入室６０Ａに導入され、Ｗ２で示すように落下する。導入室６０Ａ内には混合流体が充満するが、ポンプ５０２（図２参照）による流体搬送力による圧力を受けて、矢印Ｗ３で示すように一部上昇して排気室６０Ｂに搬送される。トナーの比重と補助内壁６６の作用で、矢印Ｗ３で示す方向に上昇する混合流体中のトナー濃度は低くなり、ほとんど空気のみからなる混合流体になる。排気室６０Ｂ内の混合流体は矢印Ｗ４で示すように空気排出口６３から排出される。

図５からわかるように、内壁６５の垂直部６５Ａと垂直部６４Ａとにより混合流体を蛇行させる連通路が形成されることになる。このような蛇行する連通路により、排出される空気中のトナー含有量が低い値となる。垂直部６５Ａ及び６４Ａは円筒状であり、垂直部６５Ａの円筒内に垂直部６４Ａの円筒が配置された構成になっている。

次に、トナーの搬送の経路について説明する。

図２に戻って、混合室３５と、ポンプ５０１、５０２と、トナー分離部６０とは、パイプ４０、４１、４２及び４３により連結される。

ポンプ５０１により、矢印Ｘ１で示すように混合室３５からポンプ５０１へ、矢印Ｘ２で示すようにポンプ５０１からトナー分離部６０へ混合流体が搬送されてトナー供給が行われ、ポンプ５０２により、矢印Ｘ３で示すようにトナー分離部６０からポンプ５０２へ、矢印Ｘ４で示すようにポンプ５０２から混合室３５へと空気が環流する。そして、トナー分離部６０においてトナーが分離され、スクリュー６８によりトナーが現像装置４（図１参照）に供給される。

図２〜５に示すトナー補給装置は上記の経路に従って、次のように作動する。

トナーホッパ３０内のトナー量は、ピエゾ素子を用いたトナーセンサ３３により検知され、トナーセンサ３３により検知されるレベルよりもトナーのレベルが下がると、図示しない制御手段からの指令でモータ３８が作動してトナー容器３１からトナーホッパ３０にトナーを補給する。

また、現像装置４内のトナー濃度が規定以下になると、図示しない制御手段から現像装置４へトナーを補給する補給信号を発して、図３に示すモータ３９が作動して撹拌部材３２を駆動してトナーホッパ３０内のトナーを撹拌するとともに、スクリュー３４を駆動してトナーを混合室３５に落下させる。前記補給信号により、ポンプモータ５５ａ、５５ｂが作動してポンプ５０１、５０２が作動する。ポンプ５０１、５０２の作動により、混合室３５内に気流が発生してトナーと空気とが混合され、混合流体はポンプ５０１の搬送力でパイプ４０、４１を経てトナー分離部６０に搬送される。

トナー分離部６０で分離されたトナーはスクリュー６８により現像装置４に供給される。また、分離しきれなかったトナーと空気との混合流体はポンプ５０２の搬送力により輸送管４２、４３を経て混合室３５に環流する。

以上が、本実施の形態のトナー補給装置の構成および動作である。

次に、本発明についての詳細について説明する。

前述したとおり、ポンプモータ５５ａ（５５ｂ）の回転数のバラツキ等によりパイプ４１側とパイプ４２側の圧力バランスがくずれ、この圧力変化を軽減するためにトナー分離部６０にフィルタを用い、一部の空気を外部に逃がし気圧の調整をしていたが、フィルタが早期に目詰まり、トナー飛散が発生し、フィルタの定期交換という面倒な作業が必要であった。また、現像装置４とトナー補給装置の接続部におけるシールからトナーが飛散する不具合があった。

本発明は、このようなフィルタ交換等の面倒な作業を必要とせず、現像器等との接続部からのトナー飛散を極力抑える装置構造にした点を特徴としている。

すなわち、図２または図５における実施の形態として、混合流体の搬送路に接続された搬送元ないし搬送先のトナーを貯留する可変手段としての容器に相当するトナー分離部６０の筐体の一部に開口部６０１を設け、当該開口部６０１を、ゴムのような弾性部材またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような可撓性部材からなるカバーシート６０２で、容器内の空気が外部に漏れないように覆う。いま、容器内を含む搬送路で圧力変動が発生し、混合流体が外部へ漏出しようとすると、前記カバーシート６０２は図５に示すような点線の状態に変形し、分離部６０の体積は増大することによって圧力変動が吸収されることになる。なお、混合室３５に、上記のような開口部とカバーシートを設け圧力変動を吸収可変手段とすることも可能である。

また、上記の実施の形態の他に、前記トナー分離部６０の筐体全体または混合室３５の匡体全体を弾性部材または可撓性部材で構成し、圧力変動に応じてその体積が変動するような構造にすることによって圧力変動を緩和することができる。

上記のような容器の体積を可変する方法の他に、混合流体の搬送路の途中に、圧力変動によって体積が変動する、例えば、小型のダイヤフラムを可変手段として並列に連結させて、同様な効果を得ることもできる。

図６は、搬送路と並列に設けられたダイヤフラムの断面図である。

図６において、７０はバッファー容器であるダイヤフラムを示し、トナーを貯留する容器とポンプをつなぐ搬送路に設けられている。混合室３５やトナー分離部６０のような、トナーを貯留する容器とポンプは、通常、ゴム性や金属製のパイプで連結されており、当該ダイヤフラムは、圧力変動を受け易い、ポンプに近い位置に設けられることが好ましい。

いま、搬送路内で圧力変動が発生したとすると、一部の混合流体は前記ダイヤフラム７０へ流入し、ダイヤフラム７０内の圧力は増大するが、その圧力に相当した体積が増大し、バッファーの効果をもつため、圧力変動によるトナー搬送への影響は極力抑えられることになる。ただし、ダイヤフラム７０は、内部にトナーが残留するのを回避するため、通気口７０１が下になるように立設するのが好ましい。

さらに他の方法として、ダイヤフラム７０を設ける代わりに「可変手段として」パイプの一部を圧力変動に応じて変形しやすい弾性部材で構成し、その変形によって圧力変動を吸収するように構成することも可能である。また、圧力変動によって変形する各手段を併用することも勿論可能である。

次に、トナー分離部内の気圧の変動について実験を行った。

図７は、ポンプ稼働中のトナー分離部における、蓋が剛体と弾性体の場合の気圧変動の比較を示す図である。

図７において、変化線Ａは図５におけるカバーシート６０２である蓋が剛体の場合、変化線Ｂは弾性体部材の場合のトナー分離部６０内の気圧変動を示している。

グラフから分かるように、カバーシートが剛体の場合には、測定後５．１秒と１７．５秒、１９．１秒辺で大きな気圧変動が生じているのに対し、弾性体の場合は、ほとんど気圧変動がない測定結果となっている。したがって、カバーシートを弾性体部材にすることによって気圧変動を大きく吸収することができる。

以上の発明によって、圧力変動が吸収され、トナー飛散を回避すると共に、安定した混合流体の搬送が可能になる。

本発明のトナー補給装置を有する画像形成装置の全体構成を示す模式図である。図１に示す画像形成装置のトナー補給装置を示す。トナー貯留部を示す。ダイヤフラムポンプの構造の断面図である。トナー分離部の構造を示す断面図である。搬送路と並列に設けられたダイヤフラムの断面図である。ポンプ稼働中のトナー分離部における、蓋が剛体と弾性体の場合の圧力変動の比較を示す図である。

符号の説明

２４トナー貯留部
３０トナーホッパ
３５混合室
４０、４１、４２、４３パイプ
５５ａ、５５ｂポンプモータ
５０１、５０２ポンプ
６０トナー分離部
６０２カバーシート

Claims

第１の駆動源により駆動される供給用流体搬送手段によって、トナーと空気との混合流体をトナー貯留部から搬送路を介してトナー分離部に搬送し、当該トナー分離部においてトナーと空気とを分離するとともに現像装置にトナーを供給し、かつ、第２の駆動源により駆動される環流用流体搬送手段によって、少なくともトナーが分離された空気を前記トナー分離部から搬送路を介して前記トナー貯留部に環流させる構成を有するトナー補給装置において、
前記トナー貯留部または前記トナー分離部の少なくとも何れかの筺体の一部に開口部を設け、当該開口部を弾性部材または可撓性部材からなるカバーシートで空気が漏れないように被覆し、前記匡体内を含む搬送路での圧力変動を前記カバーシートの変形により吸収するように構成したことを特徴とするトナー補給装置。
第１の駆動源により駆動される供給用流体搬送手段によって、トナーと空気との混合流体をトナー貯留部から搬送路を介してトナー分離部に搬送し、当該トナー分離部においてトナーと空気とを分離するとともに現像装置にトナーを供給し、かつ、第２の駆動源により駆動される環流用流体搬送手段によって、少なくともトナーが分離された空気を前記トナー分離部から搬送路を介して前記トナー貯留部に環流させる構成を有するトナー補給装置において、
前記混合流体または前記空気の搬送路の途中であって、前記トナー貯留部よりも前記供給用流体搬送手段に近い位置、または、前記トナー分離部よりも前記環流用流体搬送手段に近い位置に、通気口を下にしてバッファー容器を立設し、前記混合流体または空気の圧力変動を前記バッファー容器の容量可変により吸収するように構成したことを特徴とするトナー補給装置。