JP4089864B2 - 粉体攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置に用いられるトナーを攪拌する粉体攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、原稿の画像を光学的に読みとって感光体表面に静電画像を形成し、粉体状のトナーを静電画像上に付着させて紙面に転写することにより画像の現像を行っている。この一連の現像処理は、画像形成装置が備えるいわゆる現像ユニットで行われる。
【０００３】
ここで、トナーは、いわゆるトナーカートリッジに大量に充填されており、自重により押し固められた状態となっている。このため、トナーをトナーカートリッジからトナー補給用のリザーブタンクに一旦移し、このリザーブタンク内で、粉体攪拌装置により攪拌した後、粉体状となったトナーを現像ユニットに供給している。このような構成の画像形成装置は、例えば特開平３−２１７８７９号公報などに開示されている。尚、トナーカートリッジとリザーブタンクは一体型のものもあれば、別体型のものもある。
【０００４】
図８は、プリンタなどの画像形成装置の断面構造図である。同図において、トナーカートリッジ３１に充填されているトナーは、リザーブタンク３２に補給されて攪拌されながら粉体状となり、リザーブタンク３２の補給ローラ３３より現像ユニット３４へ供給される。これによって、現像ユニット３４のドラムに形成された静電画像に微粒子となったトナーが付着され、最終的に用紙などに画像として転写される。
【０００５】
したがって、現像ユニット３４のドラムに形成された静電画像に均一にトナーを付着させるためには、リザーブタンク３２内のトナーを空気と攪拌させて粉体状（微粒子）にすると共に、リザーブタンク３２内のトナーを補給ローラ３３の長手方向に均一に行き渡らせてトナー量を一定値に制御する必要がある。このため、リザーブタンク３２内には、トナーを攪拌したり長手方向に搬送したりするための粉体攪拌装置が内蔵されている。
【０００６】
図９は、従来より用いられているリザーブタンクの構造図である。図９において、トナーカートリッジ４１の下面側に形成されたトナー排出口４２より、リザーブタンク４３の上面側に形成されたトナー補給口４４へ粒子状のトナーが補給されると、２本の攪拌スクリュー４５、４６によってトナーが空気と攪拌されてさらさらした粉体となる。
【０００７】
さらに、２本の攪拌スクリュー４５、４６によって、粉体状のトナーは、図の矢印で示すように、リザーブタンク４３の長手方向を往復するように循環し、リザーブタンク４３に均一に行き渡る。そして、現像するときには、補給ローラ４７より図示しない現像ユニットへ粉体状のトナーが送り込まれる。また、リザーブタンク４３内のトナー量は、圧電振動子などからなるトナーセンサ４８によって計量され、現像に必要とされるトナー量が常にリザーブタンク４３に確保されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の粉体攪拌装置のような構造においては、攪拌スクリューの表面にトナーが付着し、トナーを効率的に攪拌することができないという問題がある。特に、プリンタなどの小型の画像形成装置の場合、リザーブタンクの容量が極めて小さく、タンク内の空気量も少ないため、トナーが攪拌スクリューの表面に付着する頻度が高まり、有効にトナーを攪拌することが困難となる。また、攪拌スクリューは、その構造が複雑でコストが高くなる上、小型化が困難であるという問題もある。
【０００９】
また、プリンタなどのように、リザーブタンクの容量が小さい場合、トナーの減少が速いため、短いサイクルでトナー量を把握しておく必要がある。しかしながら、従来からトナーセンサとして用いられている圧電センサは、その表面に付着するトナーの量に応じて変化する振動周波数からトナー量を検出する原理となっているため、リアルタイムにトナー量を検出することができない。このため、プリンタなどのような小型の画像形成装置の場合、印刷速度が速いわりにはリザーブタンクが小さいので、トナー量の検出速度が遅いと、リザーブタンク内のトナー量を適切に維持することができなくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、簡単な構造でトナーを効果的に攪拌することができる粉体攪拌装置を提供することにある。また、第２の目的は、リザーブタンク内のトナー量をリアルタイムに検出して制御することができる粉体攪拌装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の粉体攪拌装置は、画像形成装置の現像ユニット側に供給される粉末状のトナーを攪拌する粉体攪拌装置であって、前記トナーを一時的に貯蔵するリザーブタンク内に回転自在に支持され、回転軸または該回転軸の近傍を除けて配置された攪拌用の部材（例えば後述する攪拌フィン３のフィン部３ａ，３ｂ、攪拌フィン１１、１２，１３、攪拌フィン１５のフィン部１５ａ，１５ｂに相当する構成要素）を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記粉体攪拌装置において、前記攪拌用の部材は、例えば、棒状に形成され、前記回転軸と並行をなすようにして回転自在に支持されたことを特徴とする（例えば後述する攪拌フィン３のフィン部３ａ，３ｂに相当する構成要素）。
前記粉体攪拌装置において、前記攪拌用の部材は、クランク状に形成されたことを特徴とする（例えば後述する攪拌フィン１１，１２に相当する構成要素）。
前記粉体攪拌装置において、前記攪拌用の部材は、スパイラル状に形成されたことを特徴とする（例えば後述する攪拌フィン１３に相当する構成要素）。
【００１３】
前記粉体攪拌装置において、前記攪拌用の部材は、前記回転軸と並行をなすようにして該回転軸に関して対象に配置された１対の棒状部分（例えば後述するフィン部１５ａ，１５ｂに相当する構成要素）と、前記１対の棒状部分の回転外周面に沿って形成され、前記回転軸に対して斜交するように前記１対の棒状部分の間を接続するリブ部（例えば後述するスパイラルリブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに相当する構成要素）と、からなることを特徴とする。
【００１４】
前記粉体攪拌装置において、前記リザーブタンク内のトナーの残量を検出する検出手段を備え、前記検出手段は、前記攪拌用の部材による攪拌領域を透過する光量を検出する光学式センサ（例えば後述する発光素子２２および受光素子２３に相当する構成要素）であることを特徴とする。
前記粉体攪拌装置において、前記攪拌手段の近傍には、前記現像ユニットへトナーを供給するための補給ローラ（例えば後述する補給ローラ２７に相当する構成要素）が設けられ、前記攪拌用の部材（例えば後述する攪拌フィン２４に相当する構成要素）は、その回転外周面が前記補給ローラに接触するように配置されたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る粉体攪拌装置について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る粉体攪拌装置が内蔵されたリザーブタンクの構造図である。このリザーブタンク１は、前述の図８に示すリザーブタンク３２に対応するもので、現像ユニット３４に装着され、図８に示すトナーカートリッジ３１から補給されたトナーを攪拌しながら一時的に貯蔵するためのものである。
【００１６】
図１において、リザーブタンク１は、略長方形の容器であり、その長手方向の両端側には、それぞれ、回転自在にシャフト２ａ、２ｂが取り付けられている。これらのシャフト２ａ、２ｂを回転軸としてリザーブタンク１内には攪拌フィン３が回転自在に支持されて取り付けられている。攪拌フィン３は、棒状に形成されたフィン部３ａ，３ｂを有し、これらフィン部３ａ，３ｂは、回転軸（即ちシャフト２ａ，２ｂ）と並行をなし、かつその回転軸をよけるようにして取り付けられる。従って、攪拌フィン３は、その回転軸を含む中心部分が中空に形成されている。フィン部３ａとフィン部３ｂの間には適当な間隔で補給用のリブ４ａ、４ｂが取り付けられている。モータなどによってシャフト２ａ，２ｂを回転駆動すると、攪拌フィン３がリザーブタンク１内で回転し、フィン部３ａ，３ｂによってリザーブタンク内のトナーを攪拌するようになっている。
【００１７】
また、リザーブタンク１の長手方向に亘って攪拌フィン３の近傍には、図示しない現像ユニットにトナーを供給するための補給ローラ５が設けられている。補給ローラ５はスポンジなどの弾力性のある材質を用いて構成されていて、この補給ローラ５が回転することにより、リザーブタンク１内で攪拌されたトナーが図示しない現像ユニットに補給されるようになっている。
さらに、リザーブタンク１の底面側には、リザーブタンク１内のトナー量を検出するためのトナーセンサ７が設けられている。この例では、トナーセンサ７として圧電振動子などの圧電センサが用いられ、トナーの残量に応じて変化する圧電振動子の振動周波数から残量を検出するようになっている。
尚、光学式のトナーセンサを用いた場合の実施の形態は後述する。
【００１８】
このように構成された攪拌フィンを含む粉体攪拌装置を内蔵するリザーブタンク１において、攪拌フィン３は、図示しないモータの回転駆動によってシャフト２ａ、２ｂと共に回転し、攪拌フィン３の外周部に設けられたフィン部３ａ、３ｂがリザーブタンク１内のトナーを攪拌する。このとき、攪拌されたトナー粒子は、フィン部３ａとフィン部３ｂとの間の中空部分で散乱する結果、トナー粒子の間に空気の層が有効に入り込み、トナーがさらさらの粉体状となる。
【００１９】
ここで、仮に、フィン部３ａとフィン部３ｂとの間の中空部分が面で構成され、即ち攪拌フィン３が板状に形成されているとした場合、攪拌によってフィンに付着したトナー粒子が板状のフィンの表面を滑り落ちるだけであるので、空気と充分に攪拌しない。しかし、図１のように中空部分のある攪拌フィン３によれば、攪拌によってトナー粒子が攪拌フィン３の中空部分を自在にくぐり抜けるので、トナーが空気と攪拌される確率が高まる。このため、リザーブタンク１内のトナーは、タンク内の空気と充分に混合され、さらさらした粉体状となる。
【００２０】
また、プリンタなどの小型の画像形成装置の場合、リザーブタンクのサイズが比較的小さいので、前述の図９に示すような攪拌スクリューを用いなくても、図１に示すような中空形状の攪拌フィン３によって攪拌することにより、トナーをリザーブタンク１の長手方向へ充分に行き渡らせることができる。即ち、中空部分を有する攪拌フィン３によれば、トナー粒子が攪拌されることにより、トナーがあらゆる方向に飛散するので、攪拌されたトナーがリザーブタンク１の長手方向に均等に行きわたる。
このようにしてリザーブタンク１内で攪拌されたトナーは、補給ローラ５により図示しない現像ユニットに供給され、画像の現像が行われる。
【００２１】
尚、本実施の形態では、回転軸部分を中空とし、回転軸を除けてトナーを攪拌するように攪拌フィン３を形成したが、回転軸上にシャフト２ａ，２ｂを延在させ、そのシャフト（回転軸）の近傍を除けてフィン２ａ，２ｂを配置してもよい。要するに、フィン部２ａ，２ｂの回転軌道の内側に、トナーが自由に散乱し得る空間が有効に形成されていれば、回転軸上にシャフトが存在していてもよい。また、シャフト２ａ，２ｂを回転駆動する図示しないモータの回転速度を可変し、攪拌フィン３の回転速度を制御するようにすれば、フィン部３ａ、３ｂによる攪拌力や、トナー粒子の飛散力を調節することができる。また、リザーブタンク内のトナーの残量に応じてモータの回転速度を２段階あるいは３段階に制御し、攪拌の度合いを可変するようにしてもよい。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は、本発明の第２の実施の形態における攪拌フィン１１の形状を示す図である。本実施の形態に係る粉体攪拌装置を内蔵するリザーブタンクは、図１に示す構成において、攪拌フィン３に代えて攪拌フィン１１を備えて構成される。尚、リザーブタンク内のその他の構成は、図１と同じである。
【００２３】
図２に示すように、攪拌フィン１１はクランク状に形成されており、その両端部分がシャフト２ａ，２ｂに固定される。そして、攪拌フィン１１の両端部分を回転軸として回転させることにより、リザーブタンク１内のトナー粒子は、クランク部分によって効果的に攪拌されて粉体状のトナーとなる。
第２の実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態に比較して攪拌力は劣るものの、構成が簡単となり、より小型のリザーブタンクに収納することが可能となる。
【００２４】
＜第３の実施の形態＞
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る攪拌フィン１２の形状を示す図である。図３に示すように、この攪拌フィン１２は、図２に示す攪拌フィン１１の変形であり、複数段に亘ってクランクが形成されている。したがって、この第３の実施の形態によれば、図２に示す第２の実施の形態の攪拌フィン１１に比較して攪拌力や搬送力に優れた粉体攪拌装置を小型に実現できる。
【００２５】
＜第４の実施の形態＞
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る攪拌フィン１３の形状を示す図である。図４に示すように、この攪拌フィン１４はスパイラル状（螺旋状）に形成されていて、両端を回転軸として回転させると、上述の第１ないし第３の実施の形態のような攪拌力が発生すると共に、搬送力も同時に発生する。
従って、この実施の形態によれば、大きなリザーブタンクであっても、トナーを有効に攪拌しながら均一に行き渡らせることができる。尚、螺旋のピッチは必要とする攪拌力や搬送力に応じて適切に設定すればよい。
【００２６】
＜第５の実施の形態＞
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る攪拌フィン１５の形状を示す２面図（正面図および側面図）である。図５に示すように、この攪拌フィン１５は、図１に示す補強用リブ４ａ、４ｂを半円状かつスパイラル状に変形したものであり、スパイラルリブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を備える。
【００２７】
即ち、攪拌フィン１５は、回転軸を含むその近傍が中空になっており、外周部分の長手方向に亘って棒状のフィン部１５ａ、１５ｂが形成されている。また、フィン部１５ａとフィン部１５ｂの間には所定のピッチ間隔でスパイラルリブ１５ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている。
この実施の形態によれば、前述の第１の実施の形態と同様に、フィン部１５ａ，１５ｂによって攪拌力が発生し、上述の第４の実施の形態と同様に、スパイラルリブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…により搬送力も発生する。従って、攪拌と搬送を一層有効に行うことができる。
【００２８】
＜第６の実施の形態＞
上述の第１ないし第５の実施の形態では、トナーセンサとして圧電センサが用いられているので、トナー量を検出するのにタイムラグを生じる場合がある。従って、トナー量の制御を精度よく行うことができない場合がある。この実施の形態では、以下に説明するように、リザーブタンク内のトナーの残量を検出する検出手段として、攪拌フィンによる攪拌領域を透過する光量を検出する光学式センサを用いる。これにより、リアルタイムにトナーの残量を検出する。
【００２９】
図６は、トナーーセンサとして光学式センサを用いる場合の概念図である。光学式センサとしては、発光素子と受光素子より構成される照射型フォトセンサ、または発光素子と受光素子が一体となり対向面に光の反射板を備えた反射型フォトセンサを用いる。図６の例を照射型フォトセンサについて説明すると、リザーブタンク２１内の内壁面であって対向する位置に発光素子２２と受光素子２３とが配置される。発光素子２２の光軸は略水平状に設定される。また、リザーブタンク２１内の中心付近に回転軸を有した攪拌フィン２４は、上述の第１ないし第５の実施の形態に係る攪拌フィンのように、回転軸を含むその近傍が中空に形成されている。このため、発光素子２２から放出された光は、攪拌フィン２４で遮られることなく受光素子２３に受光される。
【００３０】
ここで、受光素子２３の受光量からリザーブタンク２１内のトナーの残量が把握される。即ち、リザーブタンク２１内のトナー２５の量が適量である場合は、攪拌フィン２４によってトナー２５が攪拌されると、発光素子２２から照射される光２６がトナーによって散乱されて、受光素子２３のが受光量が減少する。また、リザーブタンク２１のトナー２５の量が少ない場合は、攪拌フィン２４によってトナー２５が攪拌されても、発光素子２２から放出された光２６の散乱が少なくなるので、受光素子２３の受光量が増加する。この受光量からリザーブタンク２１内のトナーの残量が把握される。
【００３１】
このように、本実施の形態は、トナーを攪拌する攪拌フィンに中空部分を設けたことに着目し、この中空部分を透過する光量から、リザーブタンク内のトナーの残量をリアルタイムに検出するものである。
一般に、小型のリザーブタンクの場合、トナーの貯蔵量が比較的少ないために、トナーの残量が急激に減少する傾向がある。しかし、この実施の形態によれば、トナーの残量をリアルタイムに検出することができるので、トナーカートリッジからリザーブタンクへの補給を適切なタイミングで行うことができ、トナーの急激な減少に対応することが可能となる。しかも、トナーの残量に応じて攪拌フィンの回転数を最適に制御することが可能となり、トナーの攪拌や搬送を精度よく制御することが可能となる。
尚、図６において、反射型フォトセンサを用いても、トナー量の検出動作は、上述の照射型フォトセンサの場合と同じである。
【００３２】
＜第７の実施の形態＞
本実施の形態では、攪拌フィンと補給ローラとの位置関係を調整可能な構成とする。図７は、攪拌フィン２４と補給ローラ２７との位置関係を示す概念図である。これら攪拌フィン２４と補給ローラ２７は、上述の各実施の形態における攪拌フィンおよび補給ローラに相当する。
【００３３】
図７に示すように、攪拌フィン２４の近傍には、現像ユニットにトナーを供給するための補給ローラ２７が設けられる。攪拌フィン２４は、その回転外周面が補給ローラ２７の外周面に接触するように配置される。この構成によれば、攪拌フィン２４の回転によって、攪拌フィン２４の先端部分がトナーの補給ローラ２７に接する。従って、攪拌フィン２４により補給ローラ２５の表面に付着したトナーが払拭され、常に新たなトナーが補給ローラ２５により現像ユニット側に補給され続け、トナーの補給が滞ることがなくなる。
【００３４】
以上説明したように、上述の実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（ａ）プリンタなどの小型の画像形成装置においてトナーの攪拌と搬送を効率的に行うことができる。したがって、リザーブタンクなどの粉体攪拌装置の構造が簡素化されて、プリンタなどの更なる小型化とコストダウンを図ることができる。特に、カラープリンタなどにおいては、リザーブタンクを多数使用するので、小型化及びコストダウンに一層の効果がある。さらには、複写機やプリンタの小型化が必須となってきている現状においては、リザーブタンクの構造の簡素化によって、電子写真式現像装置の小型化、低コスト化に大いに貢献することができる。
【００３５】
（ｂ）また、従来より、プリンタなどにおいては、リザーブタンクの機構部をトナーカートリッジに組み込んでいたため、カートリッジ機構が複雑で高価なものとなっており、カートリッジの交換リサイクルにかなりの手間がかかっていた。しかし、リザーブタンクを本発明のような簡単な構造にすることにより、カートリッジ機構が簡素化できるため、カートリッジを安価に実現することが可能となる。
【００３６】
（ｃ）さらに、従来、トナーセンサとして圧電センサを用いていたので、トナー量の検出にタイムラグがあり、小型のプリンタなどには適していなかった。しかし、本発明のように、トナーを攪拌および搬送するための攪拌フィンを中空形状にすることにより、トナーセンサとして光学式トナーセンサを用いることが可能となり、トナー量の検出速度を高速化することが可能となる。従って、プリンタなどの小型の画像形成装置において、トナー量を精度良くリアルタイムに検出することができ、リザーブタンク内のトナーの残量を最適に制御することが可能となり、しかも、トナーの残量に応じて攪拌力や搬送力を適切に調節することが可能となる。
【００３７】
以上述べた実施の形態は、本発明を説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。例えば、トナーを攪拌したり搬送したりする攪拌フィンの形状は、前述の各実施の形態で述べた形状に限定されるものではなく、１個の攪拌フィンであって、トナーが自在に飛散できるような中空部分が形成されているような攪拌フィンであれば、どのような形状の攪拌フィンであってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リザーブタンク内に回転自在に支持され、回転軸を除けてトナーを攪拌するように形成された攪拌用の部材を備えたので、簡単な構造でトナーを効果的に攪拌することが可能となる。また、上記の攪拌用の部材と組み合わせて、光学式のトナーセンサを用いたので、リザーブタンク内のトナー量をリアルタイムに検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るリザーブタンクの構造を示す図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係る攪拌フィンの形状を示す図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態に係る攪拌フィンの形状を示す図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態に係る攪拌フィンの形状を示す図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態に係る攪拌フィンの形状を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】 本発明の第６の実施の形態に係るトナーセンサの概念図である。
【図７】 本発明の第６の実施の形態に係る攪拌フィンと補給ローラとの位置関係を示す図である。
【図８】 プリンタなどの画像形成装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】 従来技術に係るリザーブタンクの構造図である。
【符号の説明】
１，２１，３２，４３ リザーブタンク
２ａ，２ｂ シャフト
３，１１，１２，１３，１５，２４ 攪拌フィン
３ａ，３ｂ，１５ａ，１５ｂ フィン部
４ａ，４ｂ 補強用リブ
５，２７，３３，４７ 補給ローラ
７，４８ トナーセンサ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ スパイラルリブ
２２ 発光素子
２３ 受光素子
２６ 光
３１，４１ トナーカートリッジ
３４ 現像ユニット
４２ トナー排出口
４４ トナー供給口
４５，４６ 攪拌スクリュー

Claims (4)

1. 画像形成装置の現像ユニット側に供給される粉末状のトナーを攪拌する粉体攪拌装置であって、
   一の方向に延びた回転軸を有し、かつ、前記一の方向に長く形成され、前記トナーが一時的に貯蔵されるリザーブタンクと、
   前記回転軸を中心として回転自在となるように前記リザーブタンクに支持され、前記一の方向に沿って並行に配置され、かつ、前記回転軸に関して対称に形成された一対の棒状部分を有する攪拌用の部材と、
   を備え、
   前記攪拌用の部材は、前記回転軸または前記回転軸の近傍が中空になるように形成された前記一対の棒状部分に加え、両端が各々前記一対の棒状部分に接続されて前記一対の棒状部分を架橋し、前記攪拌用の部材が回転した際に前記棒状部分の軌跡が形成する回転外周面に沿って半円の曲線部分を成すように形成され、さらに、前記半円により形成される面が前記回転軸に対して斜交するように形成されたリブ部をさらに有することを特徴とする、粉体攪拌装置。
2. 前記攪拌用の部材は、所定のピッチ間隔で前記リブ部が形成されてスパイラル状に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の粉体攪拌装置。
3. 前記リザーブタンク内のトナーの残量を検出する検出手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記攪拌用の部材による攪拌領域を透過する光量を検出する光学式センサであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉体攪拌装置。
4. 前記現像ユニットへトナーを供給するための補給ローラをさらに備え、
   前記攪拌用の部材は、その回転外周面が前記補給ローラに接触するように配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉体攪拌装置。

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