JP4537824B2

JP4537824B2 - トナー供給装置およびそれを備えてなる画像形成装置

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Publication number: JP4537824B2
Application number: JP2004302089A
Authority: JP
Inventors: 重貴林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP2006113403A

Description

この発明は、トナー供給装置およびそれを備えてなる画像形成装置に関し、より詳細には、回転軸へのトナー固着を防止する構造を有したトナー供給装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、感光体表面に形成した静電潜像にトナーを付着させる現像装置や、現像装置へトナーを供給するトナー供給装置内に設けられたローラ等の回転軸の軸受部にトナーの粒子が進入し、進入したトナーが回転軸と軸受けの摩擦熱で溶融したのち回転軸に固着し、回転軸をロックさせることがある。このようなロック状態に陥ると、トナーの供給や現像に支障をきたし、結果的に画像不良が発生する。

図６は、従来のローラ回転軸の位置を規制する規制部材の構造を示す断面図である。図６（ａ）で、トナー９０が収容されたトナー収容部の内部に配置されたローラ９８は、その回転軸が側壁の軸受部９９に嵌合し、さらに回転軸の軸方向の位置を規制するために規制部材９６が側壁の外側からはめ込まれている。図６（ｂ）に示すように、ローラ９８が軸方向の力を受けて矢印Sの方向へずれたとき、回転軸端部と規制部材９６とに挟まれた軸受部９９の体積が増大し、軸受部９９の気圧は、軸がずれる前の状態と比べて負圧になる。側壁に外側からはめ込まれた規制部材９６は、側壁に隙間なくはめ込まれているので、トナー収容部の外部から軸受部９９へ空気が流入することはない。一方、軸受部９９を形成する側壁とローラ９８の回転軸との間には、ローラ９８が回転したときに過剰な摩擦力を生じないためにわずかな空隙が存在する。この空隙から、トナー収容部との圧力差を平衡に保つために空気とトナーとが進入する。これによって、前述したような回転軸のロックが発生する。

ロック状態に陥るのを回避するため、軸受け部へのトナーの進入を防止するためのシール部材を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。回転軸の回動を妨げないように軸受け部の端にシール部材を配置し、トナーが軸受け部に進入する経路を遮断する方法である。

また、前述の方法とは異なる観点から、シール部材から軸受部材に侵入したトナーを軸受ハウジングに設けたトナー排出口から排出するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、進入したトナーを積極的に外部へ排出する方法である。
実公昭６２−３５３６２号公報特開２０００−１４７９０４号公報

しかし、従来の技術であっても、微小粒子であるトナーが軸受け部へ進入するのを完全に防止することはむずかしく、また多数のシール部材を用いるために組み立てが複雑になったり、軸受け部の形状が複雑になったりする傾向にあった。また、特許文献２のように軸受け部に進入したトナーを排出させた場合、排出されたトナーが装置内に飛散しないように工夫しなければならず、そのための機構が必要となる。構造が単純でトナーの侵入を効果的に防止できる機構が望まれている。

この発明は、従来の技術とは異なる観点から、構造が単純で軸受部へのトナーの侵入を効果的に防止できる構造を有したトナー供給装置を提供する。

この発明は、現像部へトナーを供給するトナー収容部と、トナー収容部の側壁に設けられた貫通口である軸受部と、トナー収容部の内側に配置された回転部材と共に回動し、その端部が側壁の軸受部に嵌合された回転軸と、回転軸の端部と対向するように側壁の軸受部内あるいは側壁の外側に配置されて回転軸の回動を妨げない程度に回転軸の軸方向の位置を規制する規制部材であって、外側から前記軸受部へ空気が通過する孔を有する規制部材とを備えることを特徴とするトナー供給装置を提供する。

この発明のトナー供給装置は、外側から軸受部へ空気が通過する孔を有する規制部材を備えるので、軸方向の力を受けて回転軸端部と規制部材とで挟まれた軸受部の空間の体積が増大する方向に回転軸がずれた場合に、孔を通って外部から流入する空気によって回転軸端部と規制部材とで挟まれた空間がトナー収容部の外部とほぼ同じ気圧に保たれ、トナー収容部の内側からトナーが軸受部へ進入するのを防止することができる。従って、単純な構造で、軸受部へ進入したトナーの固着による回転軸のロックを効果的に抑制することができる。

この発明のトナー供給装置は、現像部へトナーを供給するトナー収容部と、トナー収容部の側壁に設けられた貫通口である軸受部と、トナー収容部の内側に配置された回転部材と共に回動し、その端部が側壁の軸受部に嵌合された回転軸と、回転軸の端部と対向するように側壁の軸受部内あるいは側壁の外側に配置されて回転軸の回動を妨げない程度に回転軸の軸方向の位置を規制する規制部材であって、外側から前記軸受部へ空気が通過する孔を有する規制部材とを備えることを特徴とする。

ここで、トナーは、その粒径が１０マイクロメートル程度の微小な粒子であり、トナー収容部外への飛散を防止するために収容部は密閉性の高い状態に設計される。トナー収容部は、現像部へトナーを供給するので、供給されたトナーの分だけ堆積が減少してトナー収容部の外部に対して負圧が発生する。トナー収容部から現像部へのトナー供給口があるので完全な密封状態ではないが、トナー供給によって負圧を生じることがあっても、トナー収容部が外部の圧よりも高くなる要因は存在せず、従ってトナー収容部は外部に比べて負圧か、あるいは少なくとも外部と等しい気圧の状態にあると想定される。回転軸端部と規制部材とで挟まれた軸受部の気圧が連通孔によってトナー収容部の外部に等しく保たれるならば、トナー収容部の内部との圧力差を平衡に保つために空気とトナーとが軸受部へ進入することはない。
規制部材は、その材質として、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ、ポリオキシメチレン）を用いることができるが、材質はこれに限定されず、ナイロンなどを用いてもよい。また、軸受部を有するトナー収容部の側壁は、その材質として、例えば、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ、ＡＢＳ樹脂）を用いることができるが、材質はこれに限定されず、ＰＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ポリスチレン）などを用いてもよい。

前記規制部材が、軸受部に外側から嵌められて固定される部材であってもよい。このようにすれば、孔に規制部材を嵌めて固定するだけの単純な組立工程で回転軸の軸方向の位置を規制することができる。

また、前記規制部材が、軸受部と回転軸とが嵌合する部分の空隙よりも大きな面積の孔を有していてもよい。このようにすれば、回転軸が軸方向に移動して回転軸の端部と規制部材とで挟まれた軸受部の空間の体積が変化し、前記空間と外部の空間との間に気圧差を生じた場合、前記空間の気圧を外部と等しく保とうとして孔を通過して排出あるいは流入する空気は、軸受け部と回転軸との嵌合部分の空隙を通過する空気とトナーよりも多く、従って、軸受け部と回転軸との空隙から侵入するトナーを低減することができる。実施の一例では、規制部材の孔は、前記空隙の3.3倍以上の面積を有する。これによって、孔がない場合に比べて空隙からのトナー進入が４分の１以下に低減され、十分な効果が得られる。
前記規制部材が、孔の外側に配置された通気性のあるフィルタ部材を有するものであってもよい。孔の外側にフィルタ部材を配置することにより、少量のトナーが孔から出た場合でも、そのトナーがフィルタ部材にとどまり、装置内部に飛散することがない。規制部材に孔を設けて空気を流入させることにより、従来のような多量のトナーが外部へ噴出すことのない構造をとっているからである。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。
（実施の形態１）
この実施の形態では、この発明のトナー供給装置を備える画像形成装置の一実施態様である電子写真方式のプリンタの全体構成について説明する。
図４は、この発明の画像形成装置の一態様である電子写真方式プリンタの機構的な構造を示す説明図である。図４において、画像形成装置７１は、画像読取装置にて読み込まれた画像や、画像形成装置７１に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。

画像形成装置７１には、感光体ドラム２０２を中心に、画像形成プロセスの各機能を担う各プロセスユニットが配置されこれらにより画像形成部が形成されている。感光体ドラム２０２の周囲には、帯電手段２０３、現像部としての現像ユニット２００、転写ローラ２０７、クリーニングユニット２０８および光走査ユニット２０４等がこの順に配置されている。

帯電手段２０３は、感光体ドラム２０２の表面を均一に帯電させるものである。光走査ユニット２０４は、均一に帯電された感光体ドラム２０２上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。現像ユニット２００は、光走査ユニット２０４により書き込まれた静電潜像を現像ユニット２００から供給される現像剤により顕像化するものである。また、現像ユニット２００は、当該ユニットへトナーを供給するトナー収容部７２が取り付けられている。転写ローラ２０７は、感光体ドラム２０２上に顕像化された画像を記録材であるシート上に転写してシート上に可視画像を形成する転写部として機能する。クリーニングユニット２０８は、感光体ドラム２０２上に残留した現像剤を除去して感光体ドラム２０２上に新たな画像を記録することを可能にするものである。

画像形成装置７１の下部には、画像形成装置７１本体内に内装された供給トレイ２０１が配置されている。供給トレイ２０１は、記録材（シート）を収容する記録材収容トレイである。供給トレイ２０１に収容されたシートは、ピックアップローラ２０９等により１枚ずつ分離され、レジストローラ２１０まで搬送され、レジストローラ２１０により感光体ドラム２０２に形成された画像とのタイミング同期がはかられ、転写ローラ２０７と感光体ドラム２０２との間に順次供給される。そして感光体ドラム２０２上に記録再現された画像は転写ローラ２０７に印加された転写電圧によって帯電したトナーに作用する静電気力の作用によってシート上に転写される。なお、供給トレイ２０１へのシートの補給は、画像形成装置７１の正面側（操作側）に、供給トレイ２０１を引き出して行なう。

画像形成装置７１内上部には、定着装置２０５が配置されている。定着装置２０５は、画像が転写されたシートを順次受け入れて、定着ローラ２１１と加圧ローラ２１２等により、熱と圧力によりシート上に転写された現像画像を定着するものである。
画像が記録されたシートは、さらに上方搬送される。そして、画像形成装置７１の外装に備えられた積載トレイ７０に排出される。両面画像形成や後処理が指定されている場合には、積載トレイ７０に向けてシートを排出するが、シート後端部を反転ローラ２１３狭持させた状態で反転ローラ２１３を逆転させる。そして、上記シートを逆方向、つまり両面画像形成や後処理の為に設けられた搬送路の方向に、反転搬送する。

（実施の形態２）
この実施の形態では、実施の形態１の装置が備える現像部とトナー収容部の詳細な構造について説明する。図５は、図４に示す電子写真方式プリンタの現像部およびトナー収容部の構造を示す断面図である。図５において、感光体ドラム２０２に対向して現像ローラ６０が配置され、感光体ドラム２０２表面の静電潜像にトナーを付着して顕像化するように構成されている。現像ローラ６０は現像ユニット２００内に収容されており、現像ユニット２００内では現像ローラの周囲に絶えず所定濃度のトナーが供給される。前記トナーは、トナー収容部７２から供給される。トナー収容部７２には、その内部に補給用のトナーが収容されてユーザが着脱して交換可能な円筒状のトナーボトルが装着される。
円筒状のトナーボトルは、５４，７９，５３で構成され７９、５３はトナーボトル収納部７７の位置決めとして構成される。トナーボトル収納部７７は囲い部材７３ａ、７３、７３ｂによって構成される。トナーボトルから供給されたトナーはトナー供給経路３０を通ってトナー供給口８１に供給される。

トナー供給口８１から供給されたトナーはトナーホッパ７８内に導かれる。トナーホッパ７８内には、図示しないトナー供給モータで駆動されて矢印Ｊ１方向に回動する攪拌ローラ７５が設けられている。攪拌ローラ７５は、トナーを攪拌して流動性を均一にするすると共にトナー供給ローラ７６付近のトナー溜り部８２へトナーを搬送する。また、トナー収容部７２には、トナーホッパ７８内のトナーが所定量に満たなくなったことを検知してトナーボトルからトナーを補給するための信号を発生するトナーセンサ９５が設けられている。トナーセンサ９５は光反射感知センサであり、検知対象に光を照射し、光の反射の具合で対象の状態を判断する原理を用いてトナーホッパ７８内のトナーの有無を検知するセンサである。これによって、トナーホッパ７８内のトナーは所定の範囲の量に保たれる。

トナー供給ローラ７６は、現像槽２００へ所定量のトナーを供給するためのローラである。トナー供給ローラ７６は、炭素鋼にニッケルメッキを施した中実軸あるいはステンレス製の中実軸にエステル系ポリウレタンフォーム、いわゆるスポンジ等の多孔質弾性体を巻き付けてなるものである。トナー供給ローラ７６の下方には、現像槽２００に通じるスリット状のトナー落下開口部８３が設けられており、トナー落下開口部８３の全面がトナー供給ローラ７６の表面の弾性多孔質部材で覆われるようにトナー補給ローラ７６が配置されている。トナー供給ローラは、前述の図示しないトナー供給モータによって駆動されて矢印Ｊ２方向に回転する。トナー供給ローラ７６が回転すると、トナー溜り部８１のトナーがトナー供給ローラ７６の表面の孔部に入って移動し、前記開口部に達したトナーは、開口部のエッジにトナー供給ローラ７６の表面が接触して変形することによって孔部と分離して自重によって現像槽２００内に落下する。トナー供給ローラ７６が停止した状態では、トナー落下開口部８３の全面がトナー供給ローラ７６の弾性多孔質部材で覆われているので、トナーホッパ７８内のトナーが現像ユニット２００へ移動することはない。

トナー供給ローラ７６が回転することによって、トナー落下開口部８３から現像槽２００内に落下したトナーは、現像槽内の搬送スクリュー８４で搬送され、攪拌スクリュー８５でキャリアと攪拌されて現像ローラ６０の表面に供給される。また、現像槽内には、図示しない現像剤濃度センサが設けられている。現像剤濃度センサは、現像ローラ６０が感光体ドラム２０２上の静電潜像を現像することによって現像槽内のトナー濃度が低下した場合にそのことを検知してトナーの補給をするように信号を出力する。この信号に応じて前述の図示しないトナー供給モータが駆動され、トナー供給ローラ７６が回転してトナーが現像ユニット２００内に供給され、現像ユニット２００内の現像剤の濃度が所定の範囲に保たれる。

（実施の形態３）
この実施の形態では、この発明のトナー供給装置に係るローラ回転軸の規制部材の構造について説明する。
図１は、この発明のローラ回転軸の軸方向の位置を規制する規制部材とその取り付けの構造を示す断面図である。図１で、トナー９０が内部に収容されたトナー収容部であるトナーホッパ７８の中に配置されたトナー供給ローラ７６は、その回転軸が側壁の軸受部９１に嵌合し、さらに回転軸の軸方向の位置を規制するために孔９３を有する規制部材９２が側壁の外側からはめ込まれている。ローラ７６の回転軸とトナー落下開口部８３のエッジが平行でなかったり、ローラ７６の直径が軸方向に異なる複数位置で一定していなかったりした場合、トナー供給ローラ７６が回転することによってトナー供給ローラ７６に対する軸方向の力が発生する。この力は、ローラが停止すると発生しなくなり、ローラが回転すると再び発生する。

トナー供給ローラ７６が回転して軸方向の力を受け、矢印Sの方向へずれたとき、回転軸端部と規制部材９６とに挟まれた軸受部９１の空間の体積が増大し、前記空間の気圧は、軸がずれる前の状態と比べて負圧になろうとする。しかし、側壁に外側からはめ込まれた規制部材９６には外部と連通する孔９３が設けられているので、孔９３を通ってトナー収容部の外部から軸受部９１の空間へ空気が流入し、トナー収容部の外部と前記空間の気圧とが平衡に保たれる。側壁の軸受部９１とローラ９８の回転軸との間には、ローラ９８が回転したときに過剰な摩擦力を生じないためにわずかな空隙が存在する。軸受部９１が負圧になると、トナー収容部との圧力差を平衡に保つためにこの空隙からも空気とトナーとが進入しようとする。しかし、孔９３の面積が前記空隙の面積よりも十分大きければ、孔９３からの空気の流入によって気圧が平衡に保たれ、前記空隙から流入するトナーは少ない。少なくとも、孔の面積が、軸受部を形成する側壁と回転軸とが嵌合する部分の空隙よりも大きければ、前記空隙からのトナーの流入を抑制する効果が得られる。従って、トナーの固着による回転軸のロックが抑制される。実施の一例では、孔の面積が３．１４ｍｍ²であり、これに対して軸受部と回転軸とが嵌合する部分の空隙の面積が０．９４２ｍｍ²である。
この場合において、規制部材９２に孔９３を設けることによって、軸受部９１へのトナー進入を抑制する効果が得られることを目視にて確認した。

ここで、孔９３を規制部材に設けずに、軸受部９１を形成する側壁の一部に設けることも可能である。しかし、孔９３を回転軸端部の外側に配置される規制部材に設ければ、回転軸が規制部材に当接する位置にあって矢印Ｓの方向にずれた場合において、孔９３が回転軸に塞がれて空気の流入が妨げられることがない。これに対して、孔を軸受部９１を形成する側壁の一部に設けると、回転軸によって孔の全部あるいは一部が回転軸によって塞がれ、孔によるトナー流入抑制の効果が低くなる。また、軸受部９１の一部に設ける孔の端部にバリ等が生じてトナー供給ローラ７６の回転が妨げられないように加工方法を工夫しなければならない。この観点から、孔を規制部材９２に設けることほうがより好ましい。

図２は、図１の規制部材９２の詳細な形状を示す説明図である。図２（ａ）は、規制部材９２を側壁に挿入されたときの外側の状態を挿入方向からみた図である。図２（ｂ）は、図１と同じ方向から見たときの断面図である。

また、規制部材９２の孔９３の外側にフィルタ部材を配置して、万一少量のトナーが軸受部９１から孔９３を通って流出しても、フィルタ部材によって保持され、装置内へのトナーの飛散が防止できるようにしてもよい。

図３は、図２に示す規制部材９２の孔９３の外側にフィルタ部材を配置した規制部材の詳細な形状を示す説明図である。図３で、規制部材９２の孔９３の外側に、フィルタ部材１０１を配置している。フィルタ部材１０１は、孔９３の外側に配置されるように規制部材９２の円筒部の内壁に挿入するだけであってもよいが、前記内壁に両面粘着テープなどを用いて接着するようにしてもよい。フィルタ部材１０１は、その材質として、ポリエステル系ポリウレタン樹脂を用いることができるが、これに限らず、通気性を有する部材であれば、スポンジや不織布、フェルトなどを使用してもよい。

この発明のローラ回転軸の規制部材とその取り付けの構造を示す断面図である。図１に示す規制部材の詳細な形状を示す説明図である。図２に示す規制部材の孔の外側にフィルタ部材を配置した規制部材の詳細な形状を示す説明図である。この発明の画像形成装置の一態様である電子写真方式プリンタの機構的な構造を示す説明図である。図４に示す電子写真方式プリンタの現像部およびトナー収容部の構造を示す断面図である。従来のローラ回転軸の位置を規制する規制部材の構造を示す断面図である。

符号の説明

７０積載トレイ
７１画像形成装置
７２トナー収容部
７５トナー攪拌ローラ
７６トナー供給ローラ
７８トナーホッパ
８１トナー供給口
８２トナー溜り部
８３トナー落下開口部
８４搬送スクリュー
８５攪拌スクリュー
９０トナー
９１，９９軸受部
９２，９６規制部材
９３孔
９５トナーセンサ
９８ローラ
１０１フィルタ部材
２００現像ユニット
２０１供給トレイ
２０２感光体ドラム
２０３帯電手段
２０４光走査ユニット
２０５定着装置
２０６通紙センサ
２０７転写ローラ
２０８クリーニングユニット
２０９ピックアップローラ
２１０レジストローラ
２１１定着ローラ
２１２加圧ローラ

Claims

現像部へトナーを供給するトナー収容部と、
前記トナー収容部の側壁に設けられた貫通口である軸受部と、
前記トナー収容部の内側に配置された回転部材と共に回動し端部が前記軸受部に嵌合された回転軸と、
前記回転軸の端部と対向するように前記軸受部内に少なくとも一部が配置されて前記回転軸の回動を妨げない程度に前記回転軸の軸方向の位置を規制する規制部材であって、外側から前記軸受部へ空気を流入させる孔を有する規制部材とを備え、
前記規制部材は、前記軸受部に嵌められた部分に前記孔を有することを特徴とするトナー供給装置。
前記規制部材が、前記軸受部と前記回転軸とが嵌合する部分の空隙よりも大きな面積の前記孔を有する請求項１記載のトナー供給装置。
前記規制部材が、前記孔の外側に配置された通気性のあるフィルタ部材を有する請求項１に記載のトナー供給装置。
前記回転軸が、トナー収容部からのトナーを通過させて現像部へ供給するためのトナー供給口に接して配置され、現像部へ所定量のトナーを供給するために回動するトナー供給ローラである請求項１記載のトナー供給装置。
前記トナー供給ローラは、その表面が弾性多孔質部材からなる請求項４に記載のトナー供給装置。
請求項１〜５に記載のトナー供給装置を備えてなる画像形成装置。