JP4088629B2 - 剤収納容器および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーあるいはトナーとキャリアからなる現像剤の剤を収納する剤収納容器および電子写真方式のプリンター、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

従来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画像形成装置本体にセットし、その容器から現像部へトナーを補給するものが良く知られている。この種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リサイクルに大きな課題を生じていた。すなわち、使用済みのトナー収納容器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、トナー収納容器は容量がかさみ、ユーザー先からメーカーへ回収・運搬物流コストが高額を要していた。なお、従来においても、トナーカートリッジの容積が減容可能となるものの提案がある。

しかしながら、減容可能な容器からのトナー排出は非常に不安定で、かつ、排出されたトナー移送にも制約が多く、トナー補給装置としてトナー補給性能の安定・維持やトナーカートリッジの交換時にトナー汚染を生じる等の問題があった。このため、トナー補給装置の設置位置の制約等に問題が生じ実用化に至っていないのが現状である。

さらに、従来のトナー移送技術では、機械的オーガ手段に基づいているので、トナー補給装置及びトナー収納容器は現像装置と一体的、又は非常に近接した位置に設置せざるを得なかった。

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、着脱時に発生し易い剤の飛散や汚染を低減し、それを収納した位置から離れた位置に確実に移送することができる剤収納容器および画像形成装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、トナーあるいはトナーとキャリアからなる現像剤を収納し、画像形成装置の現像装置に前記現像剤を移送する剤移送装置に脱着可能にセットされる剤収納容器において、前記現像剤を収納する現像剤収納部と、該現像剤収納部の下部に固定されてある口金部と、該口金部に装着され、画像形成装置本体の現像剤補給信号に合わせて前記現像剤を排出する粉体ポンプとを有し、該粉体ポンプは、弾性体で作られた雌ねじ型のステータと、該ステータに嵌挿された剛性を有する材料から成る雄ねじ型のロータとを有する一軸偏芯スクリューポンプであり、前記ロータは、画像形成装置本体が有する駆動源によって駆動され、停止時には前記ステータの開口を密閉し、現像剤収納部と粉体ポンプが一体で交換されることを特徴とする剤収納容器を提案する。

さらに、本発明は、前記画像形成装置本体にセットされた前記現像剤収納容器は前記画像形成装置前記ローラが本体の駆動軸のジョイントと係合して駆動が伝達されると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記粉体ポンプは前記ロータ及び前記ステータが前記口金部から脱着可能であると、効果的である。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、請求項１乃至３に記載の剤収納容器が画像形成装置本体にセット可能であることを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明は、前記駆動軸及び前記ジョイントが剤移送経路中に設けられていると、効果的である。
さらに、本発明は、前記粉体ポンプの出口近傍にエア供給手段を備えてあると、効果的である。

本発明によれば、差し込みタイプの容器であっても、その着脱時に発生し易い剤の飛散や汚染を大幅に低減することができる。さらに、剤の確実に移送し、高信頼性の剤移送が実現できる。さらに、剤収納容器の収縮・減容ができ、使用後の容器の取り扱いや、輸送が容易になる。

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に用いられるトナー補給機構を示す構成図である。

図１において、電子写真法による画像形成装置は、現像装置１０により像担持体１に形成された静電潜像がトナー像として現像される。この現像装置１０には、剤収納容器としてトナー収納容器２０のトナーが粉体ポンプ４０のポンプ力によって移送チューブ１５を介してトナーが補給される。移送チューブ１５としては、内径が４〜１０ｍｍのチューブ状で、フレキシブルでかつ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、ＥＰＤＭ、シリコン等を用いることが非常に有効である。

現像装置１０は、像担持体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１攪拌スクリュー１２、第２攪拌スクリュー１３とが備えられている。現像装置１０内での現像剤は、第１攪拌スクリュー１２によって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により像担持体１上に形成された静電潜像を現像する。また、現像装置１０の上部には空気フィルター１７が設けられ、移送されたトナーと空気から空気のみを装置外へ逃がし、トナー補給時の接続部材及び現像装置１０からのトナー飛散を防止する。なお、符号１８はトナー濃度センサである。

トナー収納容器２０は、フレキシブルで変形可能な袋部２１を有し、その袋部２１の下部中央が開口されており、その開口にポリエチレンやナイロン等に樹脂から作られた口金部材２２が固定されている。なお、袋部２１はポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム等のフレキシブルなシート材（８０〜１２５μｍ程度の厚み）を単層または複層構成にして袋状容器形状のものである。

口金部材２２は、スリーブ状に形成され、その中空部に粉体ポンプ４０が脱着可能に装着されている。粉体ポンプ４０は、吐出型の一軸偏芯スクリューポンプであって、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４１と、ゴム等の弾性体で内側に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４２とを有している。この場合、ステータ４２は上記口金部材２２に下方より嵌め込まれており、受け部材２３によってその嵌め込まれた位置に保持されている。なお、受け部材２３は口金部材２２に対し、螺合、係合等によって取り外し可能に固定されるので、この受け部材２３を外すことで、図２に示すように、ステータ４２およびロータ４１をトナー収納容器２０から脱着できる。

また、口金部材２２には腕等を介してストッパ２４が設けられ、このストッパ２４は回転によってロータ４１が容器内へ入り込むように動くことを防止することができる。なお、ストッパ２４にはロータ４１を回転自在に支持する軸受を設けても良い。

画像形成装置本体に設けられたトナー収納容器２０がセットされるセット部５０には、図示していない駆動源によって回転駆動され、上下方向に延びる駆動軸５１が設けられ、駆動軸５１はセット部５０の下部部材５０ａに軸受５３を介して回転自在に支持されているとともに、その先端、すなわち上端にはロータ４１と係合可能なジョイント５２が固定されている。また、駆動軸５１は上下動可能に装着され、かつスプリング５４によって上方へ付勢されている。したがって、駆動軸５１は固定板５４ａが軸受５３に当接する位置で待機し、トナー収納容器２０がセットされると、スプリング５４の作用に抗して待機した位置より下がった位置で、ジョイント５２がロータ４１に係合するので、その係合はバネ力によって確実なものとなっている。

セット部５０には、粉体ポンプ４０によりトナーが吐出される部分が図の左右方向に延びるパイプ状に形成されており、その一端は移送チューブ１５を介して現像装置１０に接続されている。また、他端にはエア供給手段としてのエアポンプ３０とエアパイプ３１を介して接続されている。したがって、ふんたいぽんぷ４０によって容器から排出されたトナーはエアポンプ３０によるエア流によって現像装置１０へ移送される。

粉体ポンプ４０である１軸偏芯スクリューポンプは、高い固気比で粉体の連続定量移送が可能で、ロータ４１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、トナー補給量であるトナーの移送量の制御は粉体ポンプ４０の回転数と駆動時間を制御すれば良い。粉体ポンプ４０は、ロータ４１が回転すると、下方向に吐出圧力を発生し、上方向には吸引圧力を発生する。この吐出圧力または吸引圧力の大きさは粉体ポンプ４０のロータ４１、ステータ４２の形状やロータ４１の回転数に依存する。また移送チューブ１５の移送経路は自在で高位置や、上下左右の任意方向へ自由に移送できる。さらに、エアの供給量は最大流量（無負荷時）１〜２リットル／分と非常に少ないものでよく、現像装置１０などでの空気抜きも簡単に行えトナー飛散などの発生が容易に防止できる。

トナー収納容器２０に設けた粉体ポンプは、停止時には完全密閉する自閉弁の役割をはたし、トナー収納容器２０の開口部は密閉され、トナーは外部に飛散しない。よって、交換時のトナー飛散、汚染などを確実に防止することができる。

また、袋状のトナー収納容器２０として、上記したようにフレキシブル材料を用いた密閉容器にすることにより、また粉体ポンプの密閉性とトナー排出により、補給動作を重ねるたびにトナー収納容器２０が徐々に減容する。よって、トナー収納容器２０は、最終的に使い終わったとき、図３に示すように、少なくとも排出されたトナーの容積分が減容した状態で回収・処分することができる。すなわち、初期トナーの容器容積に対する充填容積が９０％であったとすると、トナーが全て排出し終わったトナーエンド時には最初の１０％の容積に潰れた状態で自動的に容器が減容される。しかも、フレキシブルなトナー収納容器２０は、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、使用済み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、収納スペースをとらないという利点を持つ。さらにまた、使用済みトナー収納容器２０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２０は容器を任意に丸めたり、折り畳むことができ、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更に増長し、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。

さらに、粉体ポンプ４０はトナー収納容器２０から脱着可能であるため、ポンプ部分は再生・再利用することができる。なお、粉体ポンプ４０はゴムからなるステータ４２が摩耗すると寿命になるが、この場合もステータ４２だけを交換すれば、ロータ４１は何度でも使用することができる。

トナー収納容器２０の下部は、トナー排出孔に向かって漏斗状の形状をなしているので、容器内のトナーは重力と粉体ポンプの上流側の吸引力により容器内に残留することなく排出される。

本トナー補給装置の駆動、制御は、未図示の電源と未図示制御回路により、粉体ポンプの駆動・制御とエアポンプの動作・制御を行う。これらは、従来周知の技術を用いればよい。トナー補給の制御は、図１では従来公知の、現像装置３０の一部に設けられた透磁率検出器１８に基づくトナーとキャリアの混合比の変化を検知しトナー補給量を制御する方法（現像剤濃度検知・制御）を用いているが、他の方法として感光体上のトナー像の反射濃度を検知しトナー補給量を制御する方法等の従来周知の技術を転用してもよい。本例では、図示しないＭＰＵを具備した制御装置によってトナー補給装置は制御される。すなわち、透磁率検出器１８の検知結果がＭＰＵに取り込まれ、同検知結果に応じてＭＰＵから粉体ポンプ駆動源または駆動伝達手段（クラッチ等）、エアポンプ４１に動作信号が送信されることにより、現像装置へのトナー補給動作は行われる。ＭＰＵは、タイマー機能を有しており、任意のタイミングで駆動モータ、エアポンプ等を駆動制御することができる。

トナー補給信号が送信されると、同時に粉体ポンプ４０のロータ４１およびエアポンプ３０が所定時間作動し、流動化されたトナーが粉体ポンプ４０により移送チューブ１５を経て現像装置１０に送られる。エアポンプ３０は粉体ポンプ４０のロータ４１が停止した後、さらに所定時間の作動後に停止するようになっている。このようにすることで、移送チューブ１５の残存トナーを空気のみによって排出することができるので、トナー移送チューブ１５内のトナー詰まりを防止することができる。

なお、上記実施形態において、トナー収納容器は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トナー収納容器を用いることも可能である。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図４は、本発明に係る剤移送装置を備えたトナー補給機構を示す概略構成図、図５はそのトナー補給機構の詳細図である。なお、本実施形態はにおいて図１と同一部材には同一符号を付している。

図４および図５において、電子写真法による画像形成装置は、現像装置１０により像担持体１に形成された静電潜像がトナー像として現像される。このトナー補給機構は、現像装置１０、粉体ポンプ４０、エアポンプ３０および流路開閉部材を備えている。

現像装置１０は、現像剤収納容器としてのトナーを収納したトナー収納容器２０から吸引手段としての粉体ポンプ４０および移送チューブ１５を介してトナーが補給される。現像装置１０には、像担持体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１攪拌スクリュー１２、第２攪拌スクリュー１３とが備えられている。なお、符号１４は現像剤の層厚を均一にするドクターブレードである。

粉体ポンプ４０は、図５および図６に示すように、現像装置１０の近傍に設けられた吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプを用いている。この粉体ポンプ４０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４１と、ゴム等の弾性体で作られ、２条スクリュー形状に形成されたステータ４２とを有している。上記ロータ４１は、ピン継ぎ手により連結された駆動軸４３が駆動モータ４４と駆動連結されている。

また、粉体ポンプ４０は後述するノズル５５に設けられたトナー排出路５６とトナー移送チューブ１５によって接続されている。このトナー移送チューブ１５としては、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、ニトリル、ＥＰＤＭ、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は上下左右の任意方向へ配管が容易に行い得る。 粉体ポンプ４０である１軸偏芯スクリューポンプは、高い固気比で連続定量移送が可能であって、ロータ４１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。そこで、画像濃度検知等によりトナー補給指令が発せられると、粉体ポンプ４０が作動し、要求された量のトナーを現像装置１０に補給することができる。

トナー収納容器２０は、図５および図７に示すように、画像形成装置本体に設けられたセット部にセットされ、現像装置１０と別体のユニットとして構成されている。セット部には、トナー袋２２内に挿入される断面が円形のノズル５５が立設され、トナー収納容器２０はそのトナー排出部にノズル５５が挿入されるように上方から画像形成装置本体のセット部へセットされる。セット部に設けられたノズル５５は、トナー供給路５６とエア供給路５７とが設けられ、その内部が２重管構造になっている。トナー供給路５６はその下端においてトナー移送チューブ１５が接続され、また、エア供給路５７はトナー供給路５６よりも上方で図の右方へ曲げられ、エアチューブ３１を介してエアポンプ３０に接続されている。

エアポンプ３０は、図５および図８に示すように、ダイアフラム型のエアポンプであって、ダイアフラム３２はゴムまたは柔軟なプラスチック等で形成された器状の部材で図中の下部は空気を遮断した状態で仕切り板３３に密着し、上部をモータ３９の回転軸に取り付けた偏芯軸３８によって上下方向に駆動される。この動作によってダイアフラム内部には空気が吸い込まれたり吐き出したりする。仕切り板３３には、吸入穴３３ｂ、排出穴３３ａの二ヶ所の穴部があり、吸入穴３３ｂには吸入弁３５、排出穴３３ａには排出弁３４のそれぞれ可撓性の弁部材が設けられている

このように構成することによって、モーター３９に通電して回転することにより吸入口３７より空気を吸入し、排出口３６から空気を吐き出すように作用する。
そして、トナー収納容器２０のトナーはエアポンプ３０が作動すると、該ポンプからエアパイプ３１およびエア供給路５７を介してトナー収納容器２０内にエアが噴出される。トナー袋２２内に噴出されたエアは、トナー層を通過することによりトナーを拡散しながら流動化させる。

このように構成されたトナー補給機構は、ノズル５５のトナー供給路５６とエア供給路５７の端部が隣接しているので、粉体ポンプ４０を作動したときに、トナーの代わりにエアを吸引してしまい、トナーが搬送されなくなる現象が発生することがある。この現象は、ノズルが単管でそれをトナー供給路とエア供給路として交互に使用するものにも起こり得る。

そこで、本実施形態ではかかるこの不具合を防止するため、エアの供給流路中に、例えば市販の電磁バルブ等からなるエア流路、すなわち、エアポンプ３０の吸入口３７からエア供給路５７までの流路における任意の位置で、その流路を開閉する開閉機構を設けることが有効である。

また、電磁切り替え弁の代りに、図５、図８および図９に示すように、エアポンプ３０の吸入口３７を開閉するように構成しても良い。この例では、一般的にフラッパー型ソレノイドと呼ばれる電磁マグネットを駆動源としてエア流路を開閉しており、鉄心に巻いたコイル６０に通電することにより、アーマチュア６１が吸引されて図９の矢印の方向に移動する。なお、符号６４はアーマチュア６１を戻すためのスプリング、６３は磁路を形成するヨーク、６２はエアポンプの吸入口３７を塞ぐために設けたゴムなどで構成された弾性体である。

このように構成されたトナー補給機構は、現像装置１０のトナー濃度が不足したという信号により、次のステップでトナーの補給を行う。まず、エア流路開閉ソレノイド６０をＯＮして流路を開とする。次に、エアポンプ３０ＯＮし、トナー収納容器２０にエアを注入して容器内のトナーを攪拌して流動性を高める。エアポンプ３０への通電ＯＦＦ後に、エア流路開閉ソレノイド６０をＯＦＦとしてエア流路を閉じる。粉体ポンプ４０をＯＮしてトナー収納容器２０内のトナーを吸引し、現像装置１０にトナーを供給する。不足分のトナーが補給されると、粉体ポンプ４０をＯＦＦとする。

図１０は、上記したトナー補給時の各部のＯＮ，ＯＦＦのタイミングを示すタイムチャートである。上述のように、トナー補給信号に基づいて、まず開閉ソレノイドＭがＯＮし、次にエアポンプＬがＯＮ，エアの注入が完了してエアポンプをＯＦＦ、開閉ソレノイドをＯＦＦ，続いてスクリュウーポンプをＯＮ，一定量のトナーを補給してからＯＦＦ，でトナー補給の一連の動作が完了する。

図１１は、フレキシブル材料を用いたトナー収納容器２０を示す図である。その構成は、図１と同様の口金部材２２と柔軟なシート状の材料で出来た袋部２１であり、（ａ）は内部にトナーが入っている初期状態を示し、容器部は十分に広がった形となっている。（ｂ）は内部のトナーを補給し終わった状態を示す図であり、袋部は吸引による減圧で収縮し、初期状態の１／５〜１／１０程度の容積に減容している。ここで、トナー攪拌のためにエアを供給しながら減容を行うためには、エアの供給量に対して、トナー排出時にそれ以上の空気を排出することが必要であり、またこれによって十分な減容が可能であることは実験によって確認できた。

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、現像剤収納容器はトナーに限らず、トナーとキャリアからなる現像剤でもよく、さらにトナーにおいても２成分現像用のものでも、１成分用のものでもよいことは当然である。

本発明の一実施形態を示すトナー補給機構の構成図である。 図１のトナー収納容器の斜視図である。 そのトナー収納容器の減容形態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態を示すトナー補給機構の概略図である。 図４に示すトナー補給機構の詳細構成図である。 図４に示すトナー補給機構の粉体ポンプの構成図である。 図４に示すトナー補給機構のトナー収納容器の構成図である。 図４に示すトナー補給機構の粉体ポンプの構成図である。 図４に示すトナー補給機構の開閉部材の構成図である。 トナー補給時の各部のＯＮ，ＯＦＦのタイミングを示すタイムチャートである。 そのトナー収納容器の減容形態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 現像装置
１５ トナー移送チューブ
２０ トナー収納容器
３０ エアポンプ
４０ 粉体ポンプ
５５ ノズル
６０ ソレノイド

Claims (6)

1. トナーあるいはトナーとキャリアからなる現像剤を収納し、画像形成装置の現像装置に前記現像剤を移送する剤移送装置に脱着可能にセットされる剤収納容器において、
   前記現像剤を収納する現像剤収納部と、
   該現像剤収納部の下部に固定されてある口金部と、
   該口金部に装着され、画像形成装置本体の現像剤補給信号に合わせて前記現像剤を排出する粉体ポンプとを有し、
   該粉体ポンプは、
   弾性体で作られた雌ねじ型のステータと、該ステータに嵌挿された剛性を有する材料から成る雄ねじ型のロータとを有する一軸偏芯スクリューポンプであり、
   前記ロータは、
   画像形成装置本体が有する駆動源によって駆動され、停止時には前記ステータの開口を密閉し、
   現像剤収納部と粉体ポンプが一体で交換される
   ことを特徴とする剤収納容器。
2. 前記画像形成装置本体にセットされた前記現像剤収納容器は前記画像形成装置前記ロータが本体の駆動軸のジョイントと係合して駆動が伝達されることを特徴とする請求項１に記載の剤収納容器。
3. 前記粉体ポンプは前記ロータ及び前記ステータが前記口金部から脱着可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の剤収納容器。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の剤収納容器が画像形成装置本体にセット可能であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記駆動軸及び前記ジョイントが剤移送経路中に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４又は５に記載の画像形成装置において、前記粉体ポンプの出口近傍にエア供給手段を備えてあることを特徴とする画像形成装置。
   

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