JP4276994B2

JP4276994B2 - トナー補給装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4276994B2
Application number: JP2004331047A
Authority: JP
Inventors: 伸夫笠原; 智村松
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: JP2005043926A

Description

本発明は、トナー収納部材に収納されたトナーを画像形成装置の現像装置に補給するトナー補給装置及び画像形成装置に関するものである。

上記形式の画像形成装置においては、トナー濃度等を検知して現像装置内におけるトナーとキャリアとの混合比を一定に保つようにトナーを補給し、画像濃度を制御している。このため、現像装置を有するユニット内もしくはその近傍にトナーボトルやカートリッジ等のトナー収納容器を配置し、そのトナー収納容器から直接またはトナーホッパを介して使用により消費されたトナー量を現像装置内へ補給するように構成している。この場合、トナー収納部から現像装置へのトナーの移送・補給はスクリューやバドル等の機械的オーガ手段により行っていた。

しかしながら、上記した機械的オーガ手段によってトナー補給する場合、スクリューがほぼ直線状にしか配置等により、トナー収納部やトナー補給装置は現像装置と一体または非常に近接した位置に設置せざるを得なかった。このたため、トナー補給装置の構成が複雑となり、コスト高、低生産性、機械メンテナンス性を阻害し、トナー品質特性の保護、維持の確保も大変で、なおかつユーザーのトナー収納容器交換作業の操作性にも難があった。

また、従来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廃棄に大きな課題を生じていた。すなわち、使用済みトナー収納容器はユーザー先からメーカーが引き取り、再生、再利用、焼却処理が行われるが、該容器は容量が嵩み、回収するまでの物流コストに高額を要していた。

さらに回収されたトナー収納容器の再使用を図る場合、その容器の洗浄作業も困難で、かつトナー充填効率も難があり、トナー収納容器の再使用化に要するコストも高額となっていた。

なお、従来においてもトナー収納容器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、容積が減容可能なトナー収納容器は該容器からトナー補給装置を用いて補給する際、補給性能を安定して維持することができず、また運搬時にのみ減容可能な容器を使用する場合でもトナー移し替えるときに、トナー汚染を招く等の問題が生じ、実用化に至っていない。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、現像装置に対して別体で独立して設けたトナー収納容器から直接現像装置に制御された量のトナーを補給可能であり、しかもコンパクトなトナー補給装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体と対向配置された現像剤担持体と、該現像剤担持体の軸線と平行な軸線を有するトナーまたは現像剤を搬送する搬送部材とを有する現像装置にトナーを補給するトナー補給装置において、前記現像装置に補給するトナーが収納され、前記現像装置とは別体で独立して設けられたトナー収納部材と、前記現像装置側に設けられ、該トナー収納部材に収納されたトナーを吸引する吸引型の一軸偏芯スクリューポンプと、前記トナー収納部材と一軸偏芯スクリューポンプとを接続するチューブと、前記一軸偏芯スクリューポンプの直下流と前記搬送部材との間に形成されたトナーが滞留しない自由落下空間を有する供給孔と、を有し、前記一軸偏芯スクリューポンプは前記現像装置の直上に設けられ、前記現像装置に設けられた現像剤濃度検知手段によりトナーが少ないと検知されたとき、当該一軸偏芯スクリューポンプにより前記トナー収納部材から前記チューブを介して送られたトナーが供給孔を介して直接前記搬送部材に供給されることを特徴とするトナー補給装置を提案する。

なお、本発明は、前記一軸偏芯スクリューポンプのロータの駆動軸に連結された歯車と、前記搬送手段に連結された歯車とがかみ合っていると共に、歯車同士の回転駆動を断続する断続手段が備えられていると、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または２に記載のトナー補給装置及び前記現像装置を搭載してあることを特徴とする画像形成装置を提案する。

請求項１、２の構成によれば、トナー、現像剤を収納した容器から剤を飛散することなく確実に移送でき、しかもトナー収納容器の形態に規制を受けず、その交換が簡単に行うことができる。

請求項３の構成によれば、上記効果が得られ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、本発明に係る剤補給装置の構成図である。
図１において、本実施形態の剤補給装置は現像装置１０にトナーを補給するものであって、トナーを収納した収納手段としてのトナー収納容器２０、該トナー収納手段に収納されたトナーを現像装置１０に移送するための吸引手段としての粉体ポンプ手段４０とを有している。

現像装置１０には、図１ないし図４に示すように、像担持体としての感光体１に対向配置された現像剤担持体としての現像スリーブ１１と、この現像スリーブ１１と軸線が平行な搬送部材としての第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によって図２の左から右へ搬送され、第２攪拌スクリュー１３によって右から左へ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のトナーにより感光体１上に形成された静電潜像を現像する。

この現像装置１０には、図２に明示するように、装置の手前側端部において粉体ポンプ手段４０が設けられ、該手段は吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプ４１を具備する。このスクリューポンプ４１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４２と、ゴム等の弾性体で作られた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４３と、これらを包み、かつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダ４４とを有している。そして、本実施形態では第１攪拌スクリュー１２と一体連結した歯車１６と、上記ロータ４２の駆動軸４３ａに一体連結された歯車４５とが噛み合っているとともに、歯車４５には歯車１６による回転駆動を断続する断続手段としての電磁クラッチ４６を介在させている。

ところで、１軸偏芯スクリューポンプ４１と攪拌スクリュー１２とを一体連結して駆動すると、攪拌スクリュー１２、１３はほぼ常時回転駆動されており、このためトナーが随時補給されてしまい、現像剤の濃度制御に基づいてトナー補給を行う現像装置に適用できなくなる。

そこで、スクリューポンプ４１の駆動を電磁クラッチ４６で制御することで、現像装置１０内の現像剤濃度を一定に保つように制御する方式の現像装置に適用させることができる。すなわち、上記現像装置１０に公知の現像剤濃度検知・制御方式を採用することができる。この場合、現像装置１０には透磁率検出器１８が設けられており、該検出器１８により現像装置１０内のトナーとキャリアの混合比の変化を検知する。そして、この透磁率検出器１８によりトナーが少ないと検知されると、電磁クラッチ４６がオンし、１軸偏芯スクリューポンプ４１を作動してトナーを補給する。そして、現像装置１０内の現像剤の濃度が所定濃度に達すると、電磁クラッチ４６がオフし攪拌スクリュー１２が回転されていてもスクリューポンプ４１は作動せず、トナー補給はされない。なお、現像装置１０は感光体上に形成したトナー像の反射濃度を検知してトナー補給量を制御する方法等を採用することもできる。

このスクリューポンプ４１は、ロータ４２の回転により強い自吸力が生じ、トナー収納容器２０からトナーを吸い込むことができる。吸い込まれたトナーは、スクリューポンプ４１と第１攪拌スクリュー１２との間に形成された供給孔１７により現像装置１０内に移送され、そして２成分現像方式を用いている場合にはこの移送工程中に補給されたトナーが現像装置１０内の現像剤と攪拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量になる。なお、現像装置には脱気孔１４ａとその脱気孔１４ａを覆うフィルター１４が設けられ、トナーとともに移送される空気を現像装置１０から脱気し、現像装置１０からのトナー飛散を防止するように構成している。１軸偏芯スクリューポンプ４１の吸い込み部に接続したチューブ１５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る。

図５は、本発明に係る剤収納容器の一実施形態を示す部分断面図である。
図５において、トナー収納容器２０は袋状に形成された容器本体としての袋体２１を有し、その上部にはトナー排出部２２と空気供給部３０とが設けられている。このトナー収納容器２１のトナー排出部２２にはトナーガイド口金部材２３が、そして空気供給部３０には空気供給用口金部材３１がそれぞれ超音波等により溶着されて一体的に結合されている。さらに、袋体２１はポリエチレンやナイロン等の樹脂製で、８０〜１２０μｍ程度の厚味を持ったフレキシブルなシートを単層または複層の構成にして作られており、この袋体２１も超音波等によってその周辺部が溶着されて密閉構造となっている。なお、袋体２１を構成するシートの表面にアルミ蒸着処理することは静電気対策に有効である。また、トナーガイド口金部材２３や空気供給用口金部材３１もポリエチレンやナイロン等の樹脂製にすることができ、袋体２１と同一材に設定すれば、リサイクルするのに好都合である。そして、袋体２１にはその上部においてトナー排出部２２と空気供給部３０の間に仕切部材２４が設けられ、仕切部材２４は上部から下方へ向かって延び、袋体２１の低部近くまで達して２つの室を形成している。この仕切部材２４の下端と袋体２１の底部までの開放部分が２つの室をつなげる連通部２６である。

上記トナーガイド口金部材２３には、パイプ状に形成されたトナー排出口２５が設けられ、このトナー排出口２５の上部には蓋部材５０が取り付けられ、トナー排出口が閉じられている。さらに、トナーガイド口金部材２３にはネジ部２７が形成され、このネジ部２７にはキャップ２８が螺合されている。このキャップ２８はトナー排出口２５をシールするためのもので、工場出荷時に取り付けられ、トナー飛散や変質を防止する用をなしている。このキャップ２８は、上記蓋部材５０を完全に覆うようにった状態で取り付けられており、これによって、ユーザーがキャップ２８を外し後に、誤って袋体２１を倒したりしても蓋部材５０によってトナーが飛散する恐れはない。なお、トナーガイド口金部材２３にはトナー排出口２５の近傍に空気排出口２９が設けられ、この空気排出口２９は空気を通すがトナーは通さないフィルター３９によって覆われている。

また、上記蓋部材５０は、図６に示すように、中間に僅かな段差を付したキャップ状に形成され、その頭部には突起５１が形成され、その僅かに大径となっている部分の周面には後述するトナー吸い込み口６８とほぼ同径の開口部５２が形成されている。

上記空気供給用口金部材３１には、空気流入口３２が形成され、この空気流入口３２は空気供給用口金部材３１の下部、すなわち袋体２１の内部側に設けられた弁３３によって閉じられている。この弁３３は、空気供給用口金部材３１とこれに一体に取り付けられており、常時空気流入口３２を閉じる方向に付勢されているバネ性を有している。よって、空気流入口３２は通常、弁３３によって密閉されており、空気流入口３２からトナーが飛散する恐れはない。

次に、このように構成されたトナー収納容器２０におけるトナー補給時の作動態様について説明する。
上記したように、トナー補給を開始するに際し、キャップ２８を外してもトナー排出口２５は蓋部材５０で閉じられている。そこで、本実施形態では外部操作で蓋部材５０を移動させてトナー排出口２５をトナー吸い込み口６８に通じさせる外部操作部材６０を設けている。この外部操作部材６０は、キャップ２８が外されたネジ部２７に螺合させて取り付けられる。

外部操作部材６０は、トナーガイド口金部材２３に取り付けられるホルダー６１、該ホルダー６１内にスライド可能に嵌合されたスライダー６２およびチヤック６４、スライダー６２に対して下方への弾性力を付勢する圧縮バネ６３およびチャック６４と一体に設けられた把持部６５を有している。そして、ホルダー６１の側部にはトナー吸い込み口６８が設けられている。

トナー収納容器２０は、当初、図７に示すように、蓋部材５０がトナー排出口２５を閉じており、ここで、把手６５を上方へ引張ると、把手６５と一体的に固定されているチャック６４と、さらにチャック６４に係合されているスライダー６２も移動する。同時に、圧縮バネ６３によりスライダー６２は下方へ押し付けられることによりチャック６４が閉じ、蓋部材５０の突起５１を掴み、蓋部材５０を持ち上げる。さらに。把手６５を引張り上げ、９０度捻ると、把手６５と一体的に付設した係止ピン６６がホルダー６１の上端部６７に係止され、これによって蓋部材５０が上方へ持ち上げられた図８に示す位置に保持される。この蓋部材５０が持ち上げられると、その側壁の一部に設けられた開口部５２がトナー吸い込み口６８と一致し、該トナー吸い込み口６８とトナー排出口２５が連通する。

このように、外部からの操作で蓋部材５０を開放位置に移動できるのでトナー補給時、トナー収納容器２０の交換時にトナーが飛散することを防止できる。なお、符号５３は、Ｏリング等のシール部材である。

また、空気供給用口金部材３１の空気流入口３２には接続子７０が装着される。この接続子７０は、内部に中空の空気導入路７１、端部の外周部にＯリング等のシール部材７２および空気流入口３２に挿入されるノズル部７３を具備し、ノズル部７３の反対端にはチューブ３４が連結され、該チューブ３４を介して図示していないエアーポンプから空気が導入される。この接続子７０は、そのノズル部７３を空気流入口３２に挿入すると、そのノズル部７３が弁３３を押し下げて弁を開放する。

このように構成されたトナー収納容器２０を用いる補給装置は、現像装置１０の一部に設けられた従来周知の透磁率検出器(図示せず)に基づくトナーとキャリアの混合比の変化を検知し、この検知値がある定められた値以下であると、トナーの補給が開始される。トナー補給に際し、トナー収納容器２０はまず未図示の工アーポンプよりチユーブ３４を介して空気の供給を受ける。空気は、空気導入路７１をへてノズル部７３よりトナー収納容器２０内に噴出される。また、トナー移送手段４０のスクリューポンプ４１はエアーポンプと同時または若干のタイムラグをもってオンされ、これによってトナー収納容器２０内のトナーが現像装置１０へ移送される。すなわち、トナー収納容器２０内のトナーはトナー排出口２５、蓋部材５０の開口部５２、トナー吸い込み口６８およびチューブ１５を介してスクリューポンプ４１に達して現像装置１０に補給される。なお、トナー収納容器２０内に噴出された空気はトナーとともにスクリューポンプ４１に移送され、かつ余剰の空気は空気排出口２９からフィルター３９を通過して外部に放出される。

このように、空気供給用口金部材３１側から空気を噴出させることにより、トナー収納容器２０内のトナー層を拡散され、トナーの流動化が促進される。したがって、流動性が非常に悪い電子写真用トナーも、空気により流動化されることにより、架橋現象の発生が防止され、トナーの移動がより確実なものとなる。さらには、トナー凝集などの発生がないのでトナー物性が常に安定し、高品位な現像品質が得られる。

しかも、本実施形態では袋体２１に仕切部材２４を設け、袋体２１肉部の空間が空気吐出側と空気排出側とに分割されているので、図９に明示しているように、空気及びトナーは空気の吐出圧とスクリューポンプ４１の吸引圧により矢印の方向にスムーズに移動させることができる。

さらに、袋体２１はフレキシブルであるので、トナーの吸引が進むにつれ、その袋体２１の容積が減容されるが、流入される空気により袋体２１の減容時の局部的変形によるトナー詰まりなどの発生が抑えられ、また空気排出口２９がトナー排出口２５の近傍に設けていることにより、袋体２１内のトナーはよりトナー排出口２５の近くまで移送されるので、スクリューポンプ４１の吸引効率が高まり、収納されているトナーは袋内に残留することなく排出することができる。さらにまた、袋体２１内のトナーに対しては、機械的なストレスが加わらず、かつ空気により流動化されるので、トナープロッキングなどの発生もなく、トナー物性の安定・維持が図れる。

このようにして、袋状トナー収納部材２０のトナー収納量の多少にかかわりなく安定したトナー移送が可能となる。さらに、袋状のトナー収納部材２０の取り付け方向（縦置き、積置き、斜め置き等）の制約も少なくなり、画像形成装置におけるトナー補給装置の設置場所の制約を与えずユーザーのトナー補給操作が簡便になるなどの効果が期侍できる。

また、トナー排出口２５は袋体２１に収納されたトナーを吸引する吸引口の役割を持つが、工場におけるトナー充填の充填口の役割も果たすことも可能である。同様に、空気供給用口金部材３１からのトナーの充填も可能である。さらには、トナー充填効率を高めるためにトナー充填時の空気抜き用としてどちらかの口を用いることも可能である。

さらにまた、ユーザー先より回収されたトナー収納容器２０を再使用する場合、トナーの再充填工程の前に、トナー収納容器２０内を洗浄する必要があるが、本容器では上記トナー排出口２５および空気供給用口金部材３１の空気流入口３２の何れか一方から洗浄用空気を供給し、他方の口からこの空気を抜くことにより洗浄が容易に行い得る。よって、トナー収納容器２０の再使用が低コストで可能となるという利点を持つものである。

なお、トナー収納容器２０から外部操作部材を取り外す場合は、上述の作業工程を逆に行う。すなわち、把手６５を９０度捻ると、圧縮バネ６３により、スライダー６１、把手６５およびチャック６４が移動し、図６の状態に戻る。

また、上記したトナーの補給制御において、透磁率検出器の代わりに従来周知の感光体ドラム上に形成したトナー像の濃度を検出して行うことも可能である。
図９は、図８の変形例を示すもので、本例では外部操作部材６０を用いず、上記トナーガイド口金部材２３にはホルダー６１の代りにトナー排出用接続子８０が取り付けられる。この接続子８０は上記接続子７０とほぼ同様に構成され、内部に中空のトナー通路８１、端部の外周部にＯリング等のシール部材８２およびトナー排出口２５に挿入されるノズル部８３を具備している。また、上記トナーガイド口金部材２３には袋体２１の内部側にトナー排出口２５を閉じる弁８４が設けられている。

トナー排出用接続子８０には、チューブ１５が連結され、そのノズル部８３をトナー排出口２５に挿入することで弁８４が開き、トナーの補給を行うことができる。
この方式によれば、構成が簡易であり、より低コスト化が可能となるメリットを持つものである。

図１０は、トナー収納容器の変形例を示すもので、本例のトナー収納容器２０が細長矩形に形成され、その長手方向の一端側にトナー排出部２２が設けられ、他端側に空気供給部３０が設けられている。そして、トナー排出部２２および空気供給部３０は図９の例と同様に構成された口金部材および接続子等を用いており、これらを各部材に対しては同一部材に同一符号を付す。

この方式において、トナー収納容器２０の設置場所が非常に狭く、細長い場所に取り付けざるを得ないケースなどに非常に有効といえる。
本発明によれば、トナー収納容器２０には該容器を密閉できるための繰り返して使用可能な弁３３，８３や蓋部材５０が設けられているので、トナー収納容器２０の交換時のみならず、トナーを使い終わるまえにトナー収納容器２０を脱着しても、トナー飛散の発生もない。また、使用途中のトナー収納容器２０をそのまま再度使用可能である。さらに、使い終ったトナー収納容器２０は、固い口金部が非常に小さいので、容器を任意に丸めたり、折り畳むことがてき、回収・運搬面で非常に効率が良く、低物流コストで可能となる。

なお、本トナー補給装置の駆動、制御は、未図示の電源コンセント、電源と未図示のスイッチ、制御回路により駆動モータやエアーポンプの駆動・制御を行う。これらは、従来周知の技術を用いればよい。

ところで、通常、電子写真方式の画像形成装置が用いているトナーは流動性が非常に悪く、その移送が困難であることが知られている。
本来、トナーを移送させるときは、トナーに大きな繊械的ストレスを与えることは望ましいことではない。異常なストレスがトナーに加わるとトナーのブロッキング（熱融着などによる凝集）、破砕等が生じ、トナー特性の変質や移送不能となるばかりでなく、移送部材（コイル、スクリユー、パイプ等）、駆動部材の破損等を生じさせる。従って、トナー移送を行う場合は、極力、異常な機械的ストレスがトナーに加わらない工夫が重要となる。

従来のトナー補給装置では、前述のようにオーガとパイプにより移送しているために、オーガによる機械的ストレス、オーガとパイプとの間で発生する摩擦による機械的ストレスが非常に大きくならざるを得なかった。これば移送距離が長くなるほど、移送方向を変位させるほど、より悪化する。また、オーガを駆動するための必要トルクも非常に大きくなり駆動部材のコストアップ、消費電力の増大も無視できない。

これらの理由により、移送距離を長くしたいときや移送方向を変位させたいときには、複数のオーガとパイプを用いて連桔させる多段移送をおこなわざるをえなかった。これは更なるトナー特性の変質、部品点数の増大、コストの増大、信頼性の低下、装置メンテナンス性および生産性の低下、トナー補給装置の設置容積の増大化、操作性の低下をもたらしていた。

本トナー補給装置は、画像形成装置の現像装置１０に対して、フレキシブルなトナー移送パイプのみを接続するだけでよく、トナーの飛散がないので粉塵問題の発生も無く安全である。かつ現像装置に対するトナー補給装置の設置位置・場所の制約を持たないので、ユーザーのトナー収納（補給）容器の交換時の操作性が最もやり易い場所にトナー収納部を設けることが可能となる。

図１１は、本発明のさらに別の実施形態を示す説明図で、本例ではスクリュ―ポンプ４１が専用のモータ４７で駆動されるように構成されている。すなわち、現像装置１０の攪拌スクリュー１２，１３とは別の駆動源によって駆動されるようになっている。この場合にはおいても、現像剤の濃度制御に基づいた量のトナーを現像装置１０に補給することができる。

本発明の構成を説明するための説明図である。現像装置のトナー受け入れ部を示す断面説明図である。その現像装置のトナー受け入れ部分を示す平面説明図である。その現像装置のトナー受け入れ部分を示す側面説明図である。本発明のトナー収納容器の断面図である。キャップおよび蓋部材の斜視図である。（ａ）は本発明のトナー収納容器の蓋部材を閉じた状態を示す拡大断面図、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は本発明のトナー収納容器の蓋部材を開いた状態を示す拡大断面図、（ｂ）はその平面図である。本発明の変形例を示す断面説明図である。本発明の他の変形例を示す断面説明図である。本発明の他の実施形態を示す現像装置の断面説明図である。

符号の説明

１感光体ドラム１０現像装置
１１現像スリーブ１２，１３攪拌スクリュー
２０トナー収納容器２１袋体
２２トナー排出部２５トナー排出口
３０空気供給部３３，８３弁
４０トナー移送手段４６電磁クラッチ
４７駆動モータ

Claims

像担持体と対向配置された現像剤担持体と、該現像剤担持体の軸線と平行な軸線を有するトナーまたは現像剤を搬送する搬送部材とを有する現像装置にトナーを補給するトナー補給装置において、
前記現像装置に補給するトナーが収納され、前記現像装置とは別体で独立して設けられたトナー収納部材と、
前記現像装置側に設けられ、該トナー収納部材に収納されたトナーを吸引する吸引型の一軸偏芯スクリューポンプと、
前記トナー収納部材と一軸偏芯スクリューポンプとを接続するチューブと、
前記一軸偏芯スクリューポンプの直下流と前記搬送部材との間に形成されたトナーが滞留しない自由落下空間を有する供給孔と、
を有し、
前記一軸偏芯スクリューポンプは前記現像装置の直上に設けられ、前記現像装置に設けられた現像剤濃度検知手段によりトナーが少ないと検知されたとき、当該一軸偏芯スクリューポンプにより前記トナー収納部材から前記チューブを介して送られたトナーが供給孔を介して直接前記搬送部材に供給されることを特徴とするトナー補給装置。
請求項１に記載のトナー補給装置において、
前記一軸偏芯スクリューポンプのロータの駆動軸に連結された歯車と、前記搬送手段に連結された歯車とがかみ合っていると共に、歯車同士の回転駆動を断続する断続手段が備えられていることを特徴とするトナー補給装置。
請求項１または２に記載のトナー補給装置及び前記現像装置を搭載してあることを特徴とする画像形成装置。