JP4050056B2 - トナー搬送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電現像方式を用いる画像形成装置に適用されるトナー搬送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
静電現像方式を用いる画像形成装置において、一般的にトナー補給のためのトナー搬送手段や、トナーリサイクルのためのトナー搬送手段として、パイプ内に設けた搬送コイルを回転させる方式を採用する場合は、下流に進むにつれて下側に搬送されるようにすることが望ましい。
【0003】
しかしながら、像担持体の現像残トナーを回収するクリーニング手段と、このクリーニング手段に回収されたトナーを現像手段に搬送する手段としてトナー搬送装置を用いる場合、ユニットレイアウトによる位置的な制約により、下流に進むにつれて下側に搬送されるようにすることができない。
【0004】
例えば、トナーボトル連装型であるトナーバンクユニットを使用する場合にはレイアウト上、トナー搬送装置は、内部に搬送コイルを具備して水平方向に対して傾けて配置されたパイプ下側から上側に向けてトナーを搬送するような配置構成を取らざるを得ない。
【0005】
具体例で示すと、図9において像担持体としてのドラム状をした感光体6のまわりには、画像形成プロセス手段の一つとして現像手段である現像装置2及び、クリーニング手段であるクリーニング装置3が設けられている。
【0006】
現像装置2は感光体1上に形成された静電潜像をトナーにより静電力で付着させることで可視像化する装置である。クリーニング装置3はクリーニングブレード3a、クリーニングブラシ3b等を具備していて、現像装置2の機能により可視像化されたトナー像が記録紙に転写された後、感光体3上に残留しているトナーを掻き取る。
【0007】
クリーニング装置3で感光体1から回収された残トナーを次の現像に再利用するようにしたトナーリサイクル機能を有する画像形成装置では、トナー搬送装置を用いて、クリーニング装置3で回収したトナーをトナーバンクユニット4のケース4a内に落下収納する。
【0008】
図10において、ケース4aの上部には開口4a1があり、この開口4a1を介して矢印aに沿ってクリーニング装置3で回収したトナーが落下して収納されるのである。また、ケース4aには側部にトナーボトル5a、5bが備えられていて、必要に応じて新規トナーが補給されるようになっている。
【0009】
図9、図10において、現像装置2の上部には容器状のシリンダ6が設けられていて、このシリンダ6とケース4aの下部とは十数ミリ径のパイプ7で連通されている。このパイプ7の内部全長にわたり、さらに、ケース4aの下部までに至るようにして搬送コイル8が回転可能に収められている。この搬送コイル8はオーガとも称され、図11(a)、(b)、(c)に示すように帯状の板を螺旋状に巻いたような概形をしている。
【0010】
搬送コイル8は正面から見ると図11(a)に示すようにで連続した折曲形状をし、横から見ると図11(b)に示すようにリング状をしていて内側に円形の穴8aがあいているように見える。外観的には図11(c)に示すとおりである。
【0011】
このように、螺旋状に巻いているのでその回転によりトナーをクリーニング装置3側から現像装置2側へと搬送することができる。このように、トナーを搬送するトナーの搬送経路はトナーリサイクル搬送経路と称されている。
【0012】
前記したように、画像形成装置におけるユニットレイアウトによる位置的な制約によりトナーバンクユニット4は現像装置2、より詳しくはシリンダ2aに対して下方に配置されることが多い。
【0013】
この場合、トナー搬送装置は、内部に搬送コイルを具備して水平方向に対して傾けて配置されたパイプを有し、トナーをこのパイプの下側から上側に向けて搬送する形態をとる。
【0014】
かかるトナー搬送装置では、トナー搬送量は揚程差、上昇角度、搬送コイル8の外径、同断面形状、同スクリューピッチ、同回転速度、トナーの流動性等、多くの因子から決定されるが、一般的には1mほどの揚程差、上昇角度20°〜45°(搬送コイルの径φ10mm、回転速度100〜200rpm)であっても30〜50g/分程度のトナー搬送量が得られ、実使用に耐えうる機能を持つことは実験的にわかっている。
【0015】
オーガを用いた鉛直上向き搬送で問題となるのは、▲1▼当該画像形成装置の長期の放置、▲2▼納入時におけるユーザーまでの搬送時における振動、▲3▼画像形成装置運転時の振動などによりトナーが搬送方向上流側(下側)に逆流してきた場合である。
【0016】
ケース4aの下部構造の概略を示した図12(a)において、ケース4aの下部には当該ケース4aを貫通しこの貫通部を軸支された軸11のケース外部に突き出た部位には回転動力駆動伝達用のギヤG1が固定されている。また、ケース4aの内部に位置する軸11には搬送コイル8の一端部が固定されている。搬送コイル8の自由端側は、パイプ7と共にシリンダ2aに達している。ケース4a内において、搬送コイル7の上方には撹拌用のアジテータ12が設けられていて、駆動源13により回転動力が与えられて、クリーニング装置3、トナーボトル5a或いは5b等からケース4a下部に矢印bで示す向きに落下し集積されたトナーを撹拌するようにしている。
【0017】
搬送コイル8が回転することにより、トナーをケース4aの下部からシリンダ2aへ搬送する作用をするときの、その回転方向を正転とすれば、搬送コイル8の正転により、トナーは矢印bの向きに搬送される。
【0018】
トナー搬送装置の運転が行われて搬送コイル7が正常に回転し、トナーが搬送されている状態下におけるパイプ7内部のトナーの密度状態を模視的に示したのが図12(b)であり、この状態を一つの基準として仮に通常の密度状態とすると、パイプ7の全長にわたる全域で通常密度にある。
【0019】
この通常密度にあるパイプ7の内部のトナーの密度が、前記▲1▼〜▲3▼など画像形成装置の長期の放置や振動などの要因により図12(c)に矢印dで示すように重力によってトナーが搬送方向上流側(下側)に逆流して堆積し、パイプ7の長さ方向にわたり密度の高い領域と密度が低い領域ができるなど,異なる密度分布を示すようになる。 図12(b)、(c)では、説明を分り易くするためにパイプ7内における搬送コイル8の図示は省略してある。
【0020】
図12(c)に示すように、パイプ7の上部は前記通常密度に比べて低密度、パイプ7の下部は前記通常密度に比べて高密度、上部と下部の間の中間部は前記通常密度と比べて少し高密度の状態となる。
【0021】
このような状態のもとで搬送コイル8を正転駆動しても特に高密度領域でのトナーの移動は殆ど無く、図12(c)に符号▲1▼'で示すように上流側から例えば、1g/秒で搬送されるトナーがパイプ下部の高密度の部位では符号▲2▼'で示すように例えば0.5g/秒で送られ、搬送量の差から当該高密度部位はさらに凝集度を増していき、搬送コイルにかかる回転負荷が高くなり、逆流堆積したトナーを崩すことができず、最悪の場合には搬送コイル8の破損に至ることもある。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、トナー搬送経路中でのトナー詰まりに起因する搬送コイルの破損を防止することを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
(1).内部に搬送コイルを具備して水平方向に対して傾けて配置されたパイプを有し、トナーをこのパイプの下側から上側に向けて搬送するトナー搬送装置において、前記搬送コイルを回転させる駆動系を正逆転可能な構成とし、前記搬送コイルが正転時にトナーを下側から上側へ押し出し、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出して搬送するように螺旋の巻き方向と回転方向が定められているとき、前記搬送コイルの断面形状が、正転時にトナーを下側から上側へ押し出す面を平面状、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出す面を凸曲面状に形成した(請求項1)。
(2).(1)記載のトナー搬送装置において、前記搬送コイルの回転異常を検知する回転検知手段を具備することとした(請求項2)。
(3).(1)又は(2)記載のトナー搬送装置において、前記駆動系として、任意のトルク値で、回転力を前記搬送コイルに伝えることなく空転する構成のものを使用していることとした(請求項3)。
(4).(1)乃至(3)の何れか一つに記載のトナー搬送装置において、前記搬送コイルの正転時に回転の異常を検知したら、正逆転をさせて異常の有無を判定し、異常有りと判定すれば警告を発し、異常無しと判定すれば正転によるトナー搬送を行う制御手段を具備した(請求項4)。
(5).像担持体の現像残トナーを回収するクリーニング手段と、このクリーニング手段で回収したトナーを現像手段に搬送する手段としてトナー搬送装置を用いている画像形成装置において、前記トナー搬送装置を(1)乃至(4)記載のトナー搬送装置とした(請求項5)。
【0024】
【発明の実施の形態】
[1]請求項1に対応する例(全体)
図1において、既に前記図9乃至図12により説明した構成と共通の構成部分については、同じ符号を付してある。搬送コイル7の駆動系について説明すると、ギヤG1にギヤG2が、ギヤG2と同軸のギヤG3にモータMの軸と一体に形成されたギヤG4が噛み合わされている。ここで、モータMとして正逆転可能なモータ、例えば、DCモータを使用した。ステッピングモータを使用することもできる。図1に示した例では、これらのギヤとモータMの組み合わせにより駆動系を構成し、またギヤ系列は減速歯車機構を構成しているが、軸11をモータと直結する構成ではモータだけで駆動系を構成する。
【0025】
或いは、正逆転可能でなく、一方向しか回転駆動できないモータであっても、アイドルギヤの個数を変えたギヤ列を切り替える構成で正逆転を切り替えることもできる。図2によりその一例を説明すると、一方向しか回転できないモータの軸に連結されたギヤをギヤG5とする。
(a).このギヤG5からギヤG6を介してギヤG1に至るギヤ列
(b).ギヤG5からギヤG7、G8を介してギヤG1に至るギヤ列
上記(a)、(b)のギヤ列による伝達経路を切り替えることにより正逆転を切り替えることができる。
【0026】
そのため、支点軸14を中心に揺動するアーム15の自由端側を2つに分け、この分れた一方のアームにアイドルギヤG6を設け、もう一方のアームにアイドルギヤG7、G8を設けておく。アーム15を揺動させることにより、前記(a)、(b)の何れかのギヤ列による動力伝達経路を自在に切り替えることができる。
【0027】
このように、モータそのものを正逆転可能なモータにするか、或いは、モータ自体は一方向しか回転できなくても、ギヤ列を切り替えることにより正逆転可能にすることができる。このように、搬送コイル8の駆動系を正逆転可能にすることにより、前記図12に示したようにパイプ7の下部で高密度のトナー詰まりが生じていた場合に、トナー搬送コイル8を逆転させることができる。
【0028】
パイプ8内でトナーが高密度に堆積した状態のもとでトナー搬送コイル8を逆転させると、初期の段階では十分な搬送量は得られなくても、除々に高密度の領域のトナーが図1に符号▲2▼で示す向きに上流側に搬送されてケース4aの下部に向けて戻される。
【0029】
上流側のケース4a下部が比較的広い空間を有し、また、搬送コイル8の駆動系とは独立の駆動源で駆動されるアジテータ12により撹拌されているので、高密度部で例えば符号▲2▼で示す向きに0.5g/秒で逆流搬送されるトナーに見合う0.5g/秒の搬送量でケース4a内に戻され、該ケース4aの下部ではトナーが高密度になることはなく、円滑にケース4a下部に戻される。こうして、パイプ内で堆積状態の高密度のトナーは次第に疎になっていく。
【0030】
トナー搬送コイル8の逆転を暫く行うことにより、パイプ7内でトナーが高密度の部分がなくなったら、トナー搬送コイル8の回転方向を逆転から正転に変えることで、図1に破線で示すようにケース4a内のトナーをシリンダ2aに正常に送り出すことができる。パイプ7内でのトナーを全て逆流させてケース4aに戻す必要はない。どの程度の量の逆流が必要か、逆転の継続時間などは、装置構成により異なり、個別に実験で求めることができる。
【0031】
なお、正転時における搬送先であるシリンダ2a内においては、前記図10で説明したように、エアポンプ10を用いて、チューブ9aにより排出しているので、シリンダ2a内でトナーの密度が増して負荷が増大するということはない。
【0032】
本例では、逆転操作は装置の運転開始時に一定時間逆転を行うなどのことが可能である。搬送コイルの駆動系は正逆転可能であることから、他の被駆動系への駆動源にも使用するようにすると影響が及ぶ。よって、搬送コイルの駆動系は他の被駆動系を駆動するものではない、独立の駆動系とする。なお、以下で説明するように、回転検知手段を付帯して設けることもできる。
【0033】
[2]請求項2に対応する例
本例は、前記[1]の駆動系を正逆転可能にした構成に加えて、搬送コイルの回転異常を検知する回転検知手段を設けたものである。図3はその一例を示したものである。図3において、軸11の先端部に棒状のフィラー16を固定すると共に、このフィラー16aの自由端部が軸11と共に回転する回転領域にフォトインタラプタ16bを設けた。これにより、搬送コイル8を正転させるときにフィラー16aがフォトインタラプタ16bを通過する時間間隔を検知することで、搬送コイル8の回転異常を知ることができる。
【0034】
予め、搬送コイル7の回転速度が正常であるときと、パイプ8内のトナー密度が異常に高いときの各、フォトインタラプタによるフィラーの検知時間間隔を把握しておき、異常を検知したら、逆転させて、堆積トナーを崩し、トナー密度が正常に復帰したら、正転させる。
【0035】
本例では、トナー搬送コイル8の回転異常を検知できるので、事前に異常を検知してトナー搬送コイルの破損を防止することで、一層安全な運転が可能となる。
【0036】
[3]請求項3に対応する例
本例は、前記[1]の駆動系を正逆転可能にした構成に加えて、当該駆動系として、任意のトルク値で回転力を搬送コイルに伝えることなく空転する構成のものを使用する。
【0037】
第1の例
第1の例では、図1或いは図2に示した構成において、モータMとしてステッピングモータを使用する。スッテッピングモータのようなある負荷で駆動源が滑り出すものを用いれば、滑り出しトルクを管理し、搬送コイル8を正転駆動時にパイプ7内に既に逆流堆積しているトナーを崩せず駆動源が空転するときには、この空転のため搬送コイル8の回転が止まるため、回転検知手段を設けているタイプでは確実な検知を可能であるし、設けていない場合でも、空転により搬送コイルの破損は免れる。
【0038】
空転を始めるときの規定のトルク値により搬送コイル8の破損を防止して、逆転によりトナー堆積を容易に崩すことができる。次いで、搬送コイル8を正転させて確実正常搬送を行うことができる。
【0039】
第2の例
本例は、図4に示すように、軸11とギヤG3間に、任意のトルク値で回転力を搬送コイルに伝えることなく空転する構成のトルクリミッタ17を設けた。この場合のモータはステッピングモータを使用する必要はなく、例えば、CDモータを使用する。
【0040】
軸11とギヤG3との間にトルクリミッタ17を備えたことで、第1の例と同様に、トルクリミッタ17における滑り出しトルクを管理し、搬送コイル8を正転駆動時にパイプ7内に既に逆流堆積しているトナーを崩せず駆動源が空転するときには、この空転のため搬送コイル8の回転が止まるため、回転検知手段を設けているタイプでは確実な検知を可能であるし、設けていない場合でも、空転により搬送コイルの破損は免れる。
【0041】
空転を始めるときの規定のトルク値により搬送コイル8の破損を防止して、逆転によりトナー堆積を容易に崩すことができる。次いで、搬送コイル8を正転させて確実正常搬送を行うことができる。
【0042】
本例が前記第1の例と比較して優れているのは、駆動源に負荷をかけることなく、より精度の高い滑りだしトルク値を管理できる点である。
【0043】
[4]請求項1に対応する例(詳細)
本例は搬送コイル8の断面形状に関し、これまでの[1]〜[3]で述べた全ての例にあてはまる。搬送コイル7は、正転時にトナーを下側から上側へ押し出し、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出して搬送するように螺旋の巻き方向と回転方向が定められている。
【0044】
搬送コイル7の一般的な断面図を図5に示し、本例による断面図を図6に示す。これらの図は図11(c)におけるa―a断面に相当する。
【0045】
一般的な断面図である図5では、正転時にトナーを下側から上側へ押し出す面7uと、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出す面7dが共に平面状に形成されている。
【0046】
これに対して、本発明にかかる図6では、搬送コイル7の断面形状が、正転時にトナーを下側から上側へ押し出す面7Uが平面状、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出す面7Dが凸曲面状に形成されている。
【0047】
このように、トナーを上側から下側へ押し出す面7Dを凸曲面状に形成することで、搬送コイル回転時の抵抗が低減するので逆転が容易となりトナー詰まり状態をより確実に自動復帰させることができる。また正転時には平面状の面7Uで確実にトナーを捉えて下流側に搬送する。
【0048】
[5]請求項5に対応する例
本例は、前記した搬送コイルの回転異常を検知する回転検知手段を設けたトナー搬送装置に適用可能であり、搬送コイル7の正転時に回転の異常を検知したら、正逆転を繰り返して異常の有無を判定し、異常有りと判定すれば警告を発し、異常無しと判定すれば正転によるトナー搬送を行うように制御する制御手段を設ける。
【0049】
かかる制御手段はフォトインタラプタ16bからの信号、現像ホッパ2bからのトナー不足信号など入力して、搬送コイルの駆動モータや、サービスマンコールランプの制御信号を出力する、CPUを利用した制御手段により実行することができる。制御手段における制御手順の一例を図4により説明する。
現像ホッパ2bにトナーが不足していると判定されると、ステップP1からステップP2に進み、搬送コイル8を正転させるため搬送コイルの駆動モータ、例えば前記モータMを5秒間正転させる。
【0050】
ステップP3で搬送コイル8が正常に回転しているかどうかを回転検知手段、例えば、フォトインタラプタ16bからの検知信号により判断する。正常回転と判断すれば、ステップP1に戻る。正常回転でない(異常回転)と判断すれば、ステップP4に進み、搬送コイル7を逆転させるため駆動モータを2秒間逆転させ、次いで、ステップP5で搬送コイル7を正転させるため駆動モータを2秒間正転させる。
【0051】
ステップP6に進み、搬送コイル8が正常に回転しているか否かを判定する。正常でない(異常)と判定されたら、ステップP8に進んでカウンタにより1をカウントし、ステップP9でカウンタのカウント値を判定し、カウント値が5を超えたら、サービスマンコール用のランプを点灯して警告する。カウント値が5未満ならステップP4に進む。
【0052】
ステップP6で搬送コイルが正常に回転していると判断されたら、ステップP7へ進んで5秒間正転させてからカウンタの計数をクリアしステップP1へ進む。
つまり、回転異常を検知したら、正逆転を繰り返し、一定の繰り返しを行っても回転異常が改善されないときには、サービスマンを呼ぶため警告を発するし、回転異常が改善されれば、カウンタをクリアして最初のステップに戻るのである。
本例の制御手段により、トナーの補給、異常時の対応を自動的に行うことができる。
【0053】
[6]請求項5に対応する例
これまで説明した本発明を適用することができる、画像形成装置の例を図8により説明する。この画像形成装置は、像担持体としての感光体1の現像残トナーを回収するクリーニング装置3と、このクリーニング装置3で回収したトナーを現像装置2に搬送する手段としてトナー搬送装置を用いている。感光体1まわりの構成は前記図9に示したものと機能的に共通である。
【0054】
ポリゴンスキャナー20からの走査ビームにより感光体4の表面は光ビームで露光走査される前にチャージャ27により予め均一に帯電されている。
【0055】
レーザー光源部21より出射された走査用の光ビームLbはポリゴンミラー20で反射されたのち、fθレンズ22、23、折り返しミラー24、25、トロイダルレンズ26、折り返しミラー27を経て感光体1上の照射位置A'を基点として主走査方向(図8における紙面を貫く方向)の奥側に向けて走査し静電潜像を形成する。
【0056】
この静電潜像は現像装置2によりトナー粒子で可視像化され、このトナー像が転写チャージャ(図示せず)の働きにより転写紙(図示せず)上に転写される。
【0057】
こうして転写された転写後の転写紙は搬送ベルト28により矢印で示すように排紙部側へ向けて送り出しつつ、定着装置29により熱及び圧力を付与して、トナー像を転写紙面上に定着させることにより、転写紙上に画像を定着する。
【0058】
転写後に感光体4の表面に残った残留トナーはクリーニング装置3で回収され、前記[1]〜[5]で説明したトナー搬送装置によりリサイクル使用される。かかる所謂トナーリサイクル方式の画像形成装置について、トナーの搬送異常を解消して、現像装置2にトナーを補充することができる。
【0059】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、トナー搬送コイルを逆転させることができるので、逆転によりトナー搬送経路中でのトナー詰まりに起因する搬送コイルの破損を防止することができると共に、トナーを上側から下側へ押し出す面が凸曲面状であるので、搬送コイル回転時の抵抗が低減するので逆転が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるトナー搬送装置の構成を説明した部分断面図である。
【図2】ギヤ列を説明した図である。
【図3】本発明にかかるトナー搬送装置の構成を説明した部分断面図である。
【図4】本発明にかかるトナー搬送装置の構成を説明した部分断面図である。
【図5】トナー搬送コイルの断面図である。
【図6】トナー搬送コイルの断面図である。
【図7】制御装置による制御手順を示したフローチャートである。
【図8】画像形成装置の要部構成を説明した構成図である。
【図9】トナー搬送装置を感光体と共に示した図である。
【図10】トナー搬送経路の概要を説明した斜視図である。
【図11】図11(a)はトナー搬送コイルの部分正面図、図11(b)はトナー搬送コイルの部分側面図、図11(c)はトナー搬送コイルの部分斜視図である。
【図12】図12(a)はトナー搬送装置の要部を模式的に示した部分断面図、図12(b)はパイプ内が通常密度であるときのパイプ内の状態を示した模式的な部分断面図、図12(c)はパイプ内が異常な密度であるときのパイプ内の状態を示した模式的な部分断面図である。
【符号の説明】
7 パイプ
7U 正転時にトナーを下側から上側へ押し出す面
7D 逆転時にトナーを上側から下側へ押し出す面
8 搬送コイル
M 駆動系の主要部を構成するモータ
Claims (5)
- 内部に搬送コイルを具備して水平方向に対して傾けて配置されたパイプを有し、トナーをこのパイプの下側から上側に向けて搬送するトナー搬送装置において、前記搬送コイルを回転させる駆動系を正逆転可能な構成とし、前記搬送コイルが正転時にトナーを下側から上側へ押し出し、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出して搬送するように螺旋の巻き方向と回転方向が定められているとき、前記搬送コイルの断面形状が、正転時にトナーを下側から上側へ押し出す面が平面状、逆転時にトナーを上側から下側へ押し出す面が凸曲面状に形成されていることを特徴とするトナー搬送装置。
- 請求項1記載のトナー搬送装置において、前記搬送コイルの回転異常を検知する回転検知手段を具備したことを特徴とするトナー搬送装置。
- 請求項1又は2記載のトナー搬送装置において、前記駆動系として、任意のトルク値で、回転力を前記搬送コイルに伝えることなく空転する構成のものを使用していることを特徴とするトナー搬送装置。
- 請求項1乃至3の何れか一つに記載のトナー搬送装置において、
前記搬送コイルの正転時に回転の異常を検知したら、正逆転をさせて異常の有無を判定し、異常有りと判定すれば警告を発し、異常無しと判定すれば正転によるトナー搬送を行う制御手段を具備したことを特徴とするトナー搬送装置。 - 像担持体の現像残トナーを回収するクリーニング手段と、このクリーニング手段で回収したトナーを現像手段に搬送する手段としてトナー搬送装置を用いている画像形成装置において、前記トナー搬送装置が請求項1乃至5記載のトナー搬送装置であることを特徴とする画像形成装置。
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