JP5397389B2 - トナー補給装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー補給装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

ファクシミリやプリンター、複写機などの電子写真方式の画像形成装置では、現像装置で消費されたトナー量分をトナー貯留部から補給し、現像装置内のトナー濃度を一定に維持している。トナー貯留部から現像装置へのトナー補給は、搬送スクリューの回転により行う場合がある。

搬送スクリューによるトナー搬送量を安定させることは、現像装置内のトナー濃度を一定に維持するのに重要であるのみならず、トナー貯留部のトナー残量を搬送スクリューの駆動時間から推測するのにも重要である。

そこで、例えば特許文献１には、搬送スクリューを内包する円筒形状部分を略水平方向に設け、その長さを搬送スクリューのピッチの１倍〜３倍とする技術が提案されている。また、特許文献２には、トナー搬送路をトナー搬送方向下流側を上流側よりも高くなるように傾斜させて、搬送スクリューの停止中にトナーが自重で現像装置に落下しないようする技術が開示されている。さらに特許文献３には、搬送手段によるトナーの圧縮力をトナー搬送方向下流側に行くにしたがって高くする技術が開示され、トナーの圧縮力を上げる１つの方法として、搬送スクリューの羽根ピッチをトナー搬送方向上流側から下流側に行くにしたがって狭くする構成が開示されている。

特開2006-126433号公報 特開2008-287214号公報 特開2009-210721号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示技術では、搬送スクリューによるトナー搬送量は未だ充分には安定しない。また、特許文献３に開示技術では、トナー貯留部のトナー量が少なくなくなってきた場合には、トナー搬送量の安定化に効果が奏されると考えられるが、トナー貯留部にトナーが多く貯留されている場合には、搬送スクリューの入口部で取り込んだ過剰分のトナーを、トナー貯留部に戻すことができず、トナー搬送量が変動するおそれがある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、搬送スクリューによってトナー貯留部から現像装置にトナーを補給するトナー補給装置及び画像形成装置において、搬送スクリューによるトナー搬送量を安定させることにある。

前記目的を達成する本発明に係るトナー補給装置は、トナーを内部に貯留するトナー貯留部と、前記トナー貯留部に貯留されたトナーを現像装置に搬送する搬送手段とを有するトナー補給装置であって、前記搬送手段は、一端が前記トナー貯留部内の底部に設けられた搬送パイプであって、前記一端において前記トナー貯留部からトナーを取り込むための第１開口部と、トナーを現像装置に排出するための第２開口部とを有する搬送パイプと、前記搬送パイプ内に設けられた、螺旋状の羽根が回転軸に形成された搬送スクリューとを備え、第１開口部の、回転軸方向の幅は、前記羽根の第１開口部におけるピッチよりも広く第１開口部は上方と側方が前記トナー貯留部に面して開口しており、前記羽根のピッチは、第１開口部の搬送方向の下流端で、上流側よりも下流側が狭くなるように切り替えられており、前記下流端よりも下流側の前記羽根により搬送できない余分のトナーが前記トナー貯留部に戻されることを特徴とする。

ここで、第１開口部の下端の位置は、前記トナー貯留部内の底部の最深部よりも高い位置にあるのが好ましい。

また、トナー搬送量をより安定化させる観点からは、前記羽根のピッチを、第１開口部の搬送方向下流端から第２開口部の搬送方向上流端まで連続的又は段階的に狭くするのが好ましい。

そしてまた、第２開口部における前記羽根のピッチを、第２開口部の搬送方向上流端の直前のピッチよりも広くるするのが好ましい。

前記搬送スクリューの外径及び前記搬送パイプの内径は一定であり、前記搬送パイプ内において、前記第１開口部の前記下流端で前記ピッチが切り替わることによりトナーを圧縮させて搬送するのが好ましい。

さらに、第２開口部の回転軸方向の幅を、第１開口部の回転軸方向の幅よりも広くするのが好ましい。

そしてまた、本発明に係る画像形成装置は、現像装置と、現像装置にトナーを補給するトナー補給装置とを備え、前記トナー補給装置として、前記のいずれかに記載のトナー補給装置を用いたことを特徴とする。

本発明に係るトナー補給装置及び画像形成装置では、搬送パイプに形成された第１開口部の、回転軸方向の幅を、搬送スクリューの羽根の、第１開口部におけるピッチよりも広くしたので、より多くのトナーが搬送パイプ内に円滑に取り込まれる。そして、第１開口部の搬送方向下流端で搬送スクリューの羽根のピッチを狭くなるように切り換えるので、搬送パイプ内に取り込まれたトナーのうち過剰分は、第１開口部の搬送方向下流端において搬送パイプからトナー貯留部に戻される。これにより、搬送パイプ内を搬送スクリューによって搬送されるトナー量は安定したものとなる。

ここで、前記羽根のピッチを、第１開口部の搬送方向下流端から第２開口部の搬送方向上流端まで連続的又は段階的に狭くすると、トナー搬送量をより安定化させることができ

また、第２開口部における前記羽根のピッチを、第２開口部の搬送方向上流端の直前のピッチよりも広くるすると、搬送パイプからのトナー排出性が向上する。

さらに、第２開口部の回転軸方向の幅を、第１開口部の回転軸方向の幅よりも広くすることによっても、搬送パイプからのトナー排出性が向上する。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す構成図。 本発明のトナー補給装置の一実施形態を示す断面斜視図。 図２のトナー補給装置の断面図。 本発明のトナー補給装置の第１の実施形態を示す概説図。 本発明のトナー補給装置の第２の実施形態を示す概説図。 本発明のトナー補給装置の第３の実施形態を示す概説図。

以下、本発明に係る画像形成装置及びトナー補給装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す構成図を示す。図１に示す画像形成装置１は、タンデム型カラーデジタル複写機で、主に原稿画像を読み取るイメージリーダー部２００と、読み取った画像を記録シートなどの転写材に印刷するプリンタ部１００と、使用者が印刷条件を入力したり、装置の稼働状況や使用者の入力結果を表示する操作表示部３００とから構成される。

イメージリーダー部２００は、不図示の原稿ガラス板の上に載置された原稿を、スキャナを移動して読み取る公知のものである。原稿画像は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三色に色分解されて、不図示のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサにより電気信号に変換され、Ｒ・Ｇ・Ｂの画像データが得られる。

このイメージリーダー部２００で得られた色別の画像データは、制御部６０において各種処理が行われた上、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の画像データに変換され、制御部６０内のメモリに格納される。制御部６０内に格納された各再現色ごとの画像データは、位置ズレ補正のための補正を受けた後、記録シートの供給と同期して１走査ラインごとに読み出され、発光ダイオードの駆動信号となる。

プリンタ部１００は電子写真方式により画像を形成する。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２とテンションローラ１３と従動ローラ１４との間に張架されている。テンションローラ１３が図１において上方に不図示のバネで付勢されることによって中間転写ベルト１１に張力が与えられている。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２によって図１において反時計回りに回転する。駆動ローラ１２には、中間転写ベルト１１を挟んで２次転写ローラ１５が圧接している。また、従動ローラ１４と対向する位置には、中間転写ベルト１１に残留したトナーを掻き取るクリーニングブレード１６が中間転写ベルト１１に圧接している。

中間転写ベルト１１の下方には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の作像部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋ（以下、「作像部１７」と総称することがある）が所定間隔で配置されている。作像部１７の構成はすべて同じであって、時計回りに回転する感光体ドラム１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ（以下、「感光体ドラム１８」と総称することがある）を中心に、その周囲に帯電器、露光部、現像装置１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ（以下、「現像装置１９」と総称することがある）、転写ローラ、クリーニング部がそれぞれ配置されている。

転写材は、給紙カセット５１から給紙ローラ５２によって最上のものから順に搬送路Ａに引き出され、レジストローラ５３に搬送される。そして、中間転写ベルト１１の回転とタイミングを合わせて、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ１５とのニップ部に送られる。

帯電器と露光部によって感光体ドラム１８表面に静電潜像が形成され、現像装置１９によって感光体ドラム１８表面の静電潜像が可視像化される。そして感光体ドラム１８表面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１が感光体ドラム１８と転写ローラとの間を通過する時に中間転写ベルト１１上に１次転写される。そして、給紙カセット５１から引き出された転写材が、破線Ａを通って、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５２とのニップ部を通過する際に、中間転写ベルト１１のトナー像が転写材上に２次転写される。その後、転写材は定着部５５へ搬送され、ここで加熱・加圧されてトナー像が転写材に定着される。そして、トナー像が定着された転写材は装置外部へ排出される。一方、中間転写ベルト１１上の残留トナーはクリーニングブレード１６で回収され廃トナーボックスに蓄えられる。

作像部１７の各現像装置１９は、各色トナーを貯留しているトナーホッパー（トナー貯留部）３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ（以下、「トナーホッパー３０」と総称することがある）と筒状のジョイント３９を介して接続している。現像装置１９内のトナー濃度が低下すると、後述のトナー補給装置によって、トナーホッパー３０から現像装置１９にトナーが補給される。トナーホッパー３０の上方には、トナーボトル２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（以下、「トナーボトル２０」と総称することがある）が着脱自在に設けられている。トナーホッパー３０内のトナー残量が少なくなると、トナーボトル２０からトナーホッパー３０にトナーが供給される。トナーボトル２０内のトナーがなくなると、新しいトナーボトル２０と交換される。トナーボトル２０としては、例えば、円筒状のボトルの内周面に螺旋状の突条が形成されたものが挙げられる。かかるトナーボトル２０では、トナーボトル２０を回転させることによって、ボトル内のトナーが、ボトルに形成された排出口に搬送される。

図２及び図３に、トナー補給装置３の垂直断面図及び斜視図を示す。トナーホッパー３０の略中央には、撹拌羽根４２が回転軸４１を中心として回転自在に設けられており、トナーホッパー３０内に貯留されたトナーを撹拌する。また、平面視略「コ」字状の検知板４４の両端部が、トナーホッパー３０の対向する内側面に形成されたピン４３によって揺動自在に支持されている。検知板４４には、回転軸４１に設けられた偏心カム４５が当接しており、回転軸４１の回転に従って検知板４４はピン４３を中心として上下動を繰り返す。この検知板４４は、トナーホッパー内のトナー残量によって上下し、検知板４４の位置は、トナーホッパー３０の外側面に設けられた検知センサ４６によって検知される。例えば、検知板４４の揺動先端部に磁石を設け、検知センサ４６としてリードスイッチを用いる。

トナーホッパー３０内のトナー残量が所定量以下になったことが検知されると、例えばトナーボトル２０（図１に図示）を回転させて、トナーボトル２０からトナーホッパー３０にトナーを供給する。トナーボトル２０を回転させても、トナーホッパー３０の検知センサ４６の信号が変わらなければトナーボトル２０は空状態であると判断し、新しいトナーボトル２０と交換するよう操作表示部３００（図１に図示）に表示し使用者に報知する。

トナーホッパー３０底部の一角に、搬送パイプ３３がトナーホッパー３０と一体に成形されている。搬送パイプ３３の、トナーホッパー３０内に面した部分には第１開口部３４が形成されている。また、搬送パイプ３３のもう一方端側の、ジョイント３９（図１に図示）との接続部分に第２開口部３５（図３に図示）が形成されている。搬送パイプ３３内には、回転軸３６１の外周に螺旋状の羽根３６２が形成された搬送スクリュー３６が回転可能に設けられている。

現像装置１９のトナー濃度センサ（不図示）によって、現像装置１９内のトナー濃度が所定値以下になったことが検知されると、搬送スクリュー３６が回転して、トナーホッパー３０内のトナーは、第１開口部３４、搬送パイプ３３、第２開口部３５、ジョイント３９を通って現像装置１９に補給される。

ここで、現像装置１９のトナー濃度を一定に維持し、またトナーホッパー３０及びトナーボトル２０のトナー残量を搬送スクリュー３６の駆動時間で精度よく推測できるようにするには、トナーホッパー３０から現像装置１９へのトナー搬送量を安定させることが重要である。そこで、本発明のトナー補給装置では、搬送パイプ３３の第１開口部３４の、回転軸方向の幅を、搬送スクリュー３６の羽根３６２の、第１開口部３４におけるピッチよりも広くすることにより、より多くのトナーが搬送パイプ３３内に取り込まれるようにすると共に、第１開口部３４の搬送方向下流端Ｓ１（図４に図示）で搬送スクリュー３６の羽根３６２のピッチを狭くなるように切り替えることにより、搬送パイプ３３内に取り込まれたトナーのうち過剰分は、第１開口部３４の搬送方向下流端においてトナーホッパー３０へ戻すようにして、トナーホッパー３０から現像装置１９へのトナー搬送量を安定させた。以下、本発明に係るトナー補給装置について詳述する。

図４に、本発明に係るトナー補給装置の第１の実施形態を示す概説図を示す。なお、この図では本発明の理解を容易にするため、トナーホッパー３０の中に設けられいる撹拌羽根４２や検知板４４などは省いている。この図のトナー補給装置３ａでは、トナーホッパー３０の底部に形成された搬送パイプ３３に、トナーホッパー３０内に向かって開口した第１開口部３４と、ジョイント３９（図１に図示）内に向かって開口した第２開口部３５とが形成されている。そして、搬送パイプ３３内に設けられた搬送スクリュー３６のピッチは、第１開口部３４に臨む部分ではピッチＬ０で、第１開口部３４の、搬送方向下流端Ｓ１点において、ピッチＬ０より狭いＬ１に切り替えられている。また、第１開口部３４の回転軸方向の幅Ｗ１は、搬送スクリュー３６のピッチＬ０よりも広く、第２開口部３５の軸方向の幅Ｗ２は、第１開口部３４の幅Ｗ１よりも広く設定されている。なお、第２開口部３５の幅Ｗ２は、ジョイント３９の内径や、ジョイント３９を用いず現像装置１９に直接接続する場合には、当該接続部の形状・大きさ等などから適宜定められるものであり、第１開口部３４の幅Ｗ１より狭くても構わないが、トナーの円滑な供給の観点からは第１開口部３４の幅Ｗ１より広いのが好ましい。

このような構成のトナー補給装置において、トナーホッパー３０から現像装置１９へトナーを補給する場合は、不図示の駆動源により搬送スクリュー３６が回転される。第１開口部３４から搬送パイプ３３内に取り込まれたトナーは、搬送スクリュー３６によって第２開口部３５の方向に搬送される。そして、第１開口部３４の搬送方向下流端Ｓ１点において、搬送スクリュー３６の羽根３６２のピッチがＬ０から、Ｌ０より狭いＬ１に切り替わり、トナーに対して圧縮力がかかる。すると、トナーの密度が高くなると共に、搬送スクリュー３６の羽根間に保有できない余分なトナーが、位置Ｓ１点において第１開口部３４からトナーホッパー３０内に戻される。これにより、搬送スクリュー３６で搬送されるトナー量が安定化する。そして、トナーは、搬送パイプ３３内を通って第２開口部３５からジョイント３９を介して現像装置１９に補給される。

図５に、本発明に係るトナー補給装置の第２の実施形態を示す。この図に示すトナー補給装置３ｂが、第１の実施形態と異なる点は、第１開口部３４の搬送方向下流端Ｓ１点から、第２開口部３５の搬送方向上流端Ｓ２点までの間で、搬送スクリュー３６の羽根３６２のピッチが、Ｌ１から、Ｌ１よりも狭いピッチＬ２に切り替わる点にある。これにより、トナーに対してさらなる圧縮力がかかり、トナー粒子間に微少な不均一な隙間がある場合でも均一なトナー密度に整えられる。なお、Ｓ１点からＳ２点までの間の、搬送スクリュー３６の羽根３６２のピッチは、複数段階に分けて狭くしてもよいし、あるいは連続的に狭くしてもよい。

図６は本発明に係るトナー補給装置の第３の実施形態を示す。この図に示すトナー補給装置３ｃが、第１の実施形態と異なる点は、第２開口部３５に臨む搬送スクリュー３６の羽根３６２のピッチＬ３を、第２開口部３５の搬送方向上流端Ｓ２点より搬送方向上流側の直前のピッチＬ１よりも広くした点にある。これにより、第２開口部３５の領域においてトナーに対する圧縮力が緩和され、搬送スクリュー３６の羽根３６２からトナーが離れやすくなり、現像装置１９へトナーが円滑且つ安定して供給される。加えて、以上説明した実施形態では、第２開口部３５の幅Ｗ２を、第１開口部３４の幅Ｗ１よりも広くしているので、ジョイント３９を介して現像装置１９へ安定して円滑にトナーが供給される。

以上説明したトナー搬送装置において、搬送スクリュー３６の羽根３６２の外径は、羽根３６２のピッチの変更にかかわらず一定あるのが好ましい。また、搬送スクリュー３６の羽根３６２の外径と、搬送パイプ３３の内径との間の隙間も、羽根３６２のピッチの変更にかかわらず一定あるのが好ましい。

本発明に係るトナー補給装置及び画像形成装置では、搬送スクリューによるトナー搬送量を安定させることができ、現像装置内のトナー濃度を一定に維持しやすくなる共に、トナー貯留部のトナー残量を搬送スクリューの駆動時間から推測することも可能となり有用である。

３，３ａ，３ｂ，３ｃ トナー補給装置
１９ 現像装置
３０ トナーホッパー（トナー貯留部）
３３ 搬送パイプ
３４ 第１開口部
３５ 第２開口部
３６ 搬送スクリュー
Ｓ１ 第１開口部の搬送方向下流端
Ｓ２ 第２開口部の搬送方向上流端
３６１ 回転軸
３６２ 羽根

Claims (7)

1. トナーを内部に貯留するトナー貯留部と、前記トナー貯留部に貯留されたトナーを現像装置に搬送する搬送手段とを有するトナー補給装置であって、
   前記搬送手段は、一端が前記トナー貯留部内の底部に設けられた搬送パイプであって、前記一端において前記トナー貯留部からトナーを取り込むための第１開口部と、トナーを現像装置に排出するための第２開口部とを有する搬送パイプと、
   前記搬送パイプ内に設けられた、螺旋状の羽根が回転軸に形成された搬送スクリューとを備え、
   第１開口部の、回転軸方向の幅は、前記羽根の第１開口部におけるピッチよりも広く、
   第１開口部は上方と側方が前記トナー貯留部に面して開口しており、
   前記羽根のピッチは、第１開口部の搬送方向の下流端で、上流側よりも下流側が狭くなるように切り替えられており、前記下流端よりも下流側の前記羽根により搬送できない余分のトナーが前記トナー貯留部に戻されることを特徴とするトナー補給装置。
2. 第１開口部の下端の位置は、前記トナー貯留部内の底部の最深部よりも高い位置にある請求項１記載のトナー補給装置。
3. 前記羽根のピッチを、第１開口部の搬送方向下流端から第２開口部の搬送方向上流端まで連続的又は段階的に狭くする請求項１又は２記載のトナー補給装置。
4. 前記搬送スクリューの外径及び前記搬送パイプの内径は一定であり、前記搬送パイプ内において、前記第１開口部の前記下流端で前記ピッチが切り替わることによりトナーを圧縮させて搬送する請求項１〜３のいずれかに記載のトナー補給装置。
5. 第２開口部における前記羽根のピッチを、第２開口部の搬送方向上流端の直前のピッチよりも広くした請求項１〜４のいずれかに記載のトナー補給装置。
6. 第２開口部の回転軸方向の幅を、第１開口部の回転軸方向の幅よりも広くする請求項１〜５のいずれかに記載のトナー補給装置。
7. 現像装置と、現像装置にトナーを補給するトナー補給装置とを備えた画像形成装置であって、
   前記トナー補給装置として、請求項１〜６のいずれかに記載のトナー補給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。