JP5936031B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

画像形成装置では、使用によりトナーが消費されるため、その消費分を現像ユニット(現像装置)に逐次補給しなければならない。一般に、トナーはトナーカートリッジやトナーボトル等のトナー容器に収納したものを現像装置に補給するものが多く、そしてトナー容器は補給するトナーがなくなれば新しいトナー容器と交換するようにしている。トナーの補給方式としては、従来には、トナーボトルとしてスクリュウボトルを用いるものがある（特許文献１及び特許文献２）。

特許文献１に記載のものは、トナー容器としてのトナーボトルと、補給駆動装置等を有するトナー補給装置を備えたものである。トナーボトルの内周に螺旋状の溝が形成され、補給駆動装置によって、トナーボトルを回転させることによって、トナー容器内のトナーを搬送するようにしている。

この場合の補給駆動装置は、駆動手段としてのモータと、このモータの駆動力をトナー容器（トナーボトル）に伝達する伝達部材等からなる。伝達部材として、複数個のギヤ等の組合体である。また、トナーボトル毎にこの補給駆動装置が配設される。

このため、特許文献１に記載のものでは、トナーボトル毎に、モータを有する補給駆動装置を配設されるものであるので、装置として大型化及びコスト高となっていた。そこで、特許文献２に示すように、複数のトナー補給手段で１つの駆動源で共有するものが提案されている。

しかしながら、特許文献２に記載のものでは、１つの駆動源で複数のトナー補給手段を駆動させることができ、これによって、確かに、複数の駆動源を用いる場合と比べて、低コスト化や省スペース化を実現できるものである。しかしながら、この場合、複数個のギヤ、複数のプーリ、複数個のタイミングベルト等を有する動力伝達手段を必要とする。

このため、機構として極めて複雑化し、十分なスペースの最小化及びコスト低減を達成できていない。

本発明は、斯かる事情に鑑み、画像形成装置本体内のスペースを有効に使うことができ、しかも精度良くトナー（現像剤）を補給でき、低コスト化を図ることができる画像形成装置を提供する。

本発明の画像形成装置は、現像剤容器のボトル本体をその軸心廻りに回転させてこの現像剤容器内の現像剤を現像ユニットに補給する画像形成装置であって、複数の現像剤容器にそれぞれに対応するように配設される動作切換電磁クラッチと、前記動作切換電磁クラッチ間に配設される複数のギヤとを備え、前記動作切換電磁クラッチは、駆動力伝達用のギヤを備え、このギヤとクラッチ軸とが一体に構成され、一つの駆動用モータの駆動にて、前記動作切換電磁クラッチがＯＮ状態でボトル本体をその軸心廻りに回転させ、前記動作切換電磁クラッチがＯＦＦ状態でボトル本体をその軸心廻りに回転させないギヤ列を、前記複数の動作切換電磁クラッチの駆動力伝達用のギヤと、動作切換電磁クラッチ間に配設される複数のギヤとで構成したものである。

本発明の画像形成装置では、迂回する駆動列を作成しないレイアウトが可能となり、画像形成装置本体のスペースを有効に使うことができ、かつ、低コストであり、精度良くトナー（現像剤）の補給動作を行うことが可能である。

画像形成装置の実施形態を示す簡略図である。 現像剤容器（トナーボトル）の斜視図である。 前記現像剤容器の要部拡大断面図である。 前記画像形成装置に用いられるトナー補給装置の背面図である。 前記トナー補給装置の正面図である。 前記トナー補給装置と黒感光体との関係を示す正面図である。 現像剤容器が収容された状態の収納ケースの平面図である。 前記トナー補給装置と収納ケースとの関係を示す背面図である。 図８のＡ部拡大図である。 収納ケース側のギヤとクラッチ側のギヤとの関係を示す簡略図である。 電磁クラッチの断面図である。 ギヤ列の保持構造を示す図である。

以下、図に示す実施例による本発明を実施するための形態を説明する。

図１は実施形態に係る画像形成装置（カラーの画像形成装置）の概略を示す。この画像形成装置は、機枠体（画像形成装置本体）１００に、現像剤として各々色の異なるトナーを収容した４つの現像剤容器（トナーカートリッジ）４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）と、現像ユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）と、感光体ユニット２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）等が搭載されるものある。

感光体ユニット２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）は、感光体２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）を備え、この感光体２２の周りには１次転写後の残トナーを掻きとるクリーニングブレード２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）と、感光体２２に当接する帯電ローラ２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）とが設けられ、これらが一体化されてなる。

また、感光体２２と当接・離間する中間転写ベルト２８が、駆動ローラ２６、従動ローラ２７と１次転写ローラ２９（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ）の周りに掛け渡されて循環移動するように構成された中間転写ユニットがある。

現像ユニット３１は、現像ローラ３２と供給ローラ３３とケーシング３４等を備える。なお、現像ローラ３２の芯金にはここでは図示しないバイアス電源からマイナス電位のバイアス電圧が印加される。また、感光体ユニット２０の帯電ローラ２１には他のバイアス電源から直流のマイナス電位のバイアス電圧が印加される。

このため、現像ユニット３１と組み合う感光体２２、この感光体２２に当接するクリーニングブレード２３及び帯電ローラ２１によって画像形成部（感光体ユニット）を形成することになる。すなわち、２０aは第一画像形成部、２０ｂは第二画像形成部、２０ｃは第三画像形成部、２０ｄは第四画像形成部と呼ぶことができ、この画像形成装置は、４個の画像形成部を持つことになる。

前記第一画像形成部２０ａにおいて、クリーニングブレード２３ａは感光体２２ａの周面に残留するトナー汚れを清掃する。帯電ローラ２１ａは前記清掃された感光体２２ａの周面を一様な高電位に帯電させて初期化する。そして、感光体２２ａに図示省略の露光手段としてのＬＥＤによって画像データに基づき選択的に露光する。これにより、前記一様な高電位に帯電している感光体２２ａの周面に、この露光により電位の減衰した低電位部と前記初期化による高電位部とからなる静電潜像が形成される。

現像ユニット３１ａは前記静電潜像の低電位部（又は高電位部）にトナーを転移させてトナー像を形成（現像）する。感光体２２ａはトナー像を回転搬送して中間転写ベルト２８に転写する。この中間転写ベルト２８上の前記トナー像が感光体２２ｂとの当接部に来るタイミングに合わせて、前記同様に第２の画像形成部が動作して、現像ユニット３１ｂが感光体２２ｂ上の静電潜像をトナー像化（現像）し、感光体２２ｂがそのトナー像を回転搬送して中間転写ベルト２８上のトナー像に重ねて転写する。同様の動作を第四形成部まで行う。すなわち、中間転写ベルト２８上に単色のトナー像を重ね合わせた複数色のカラートナー像が形成される。

用紙やＯＨＰシート等の記録媒体（図示省略）はタイミングをとって、給紙トレイ６０から搬送ローラ対６１等を介して第二転写装置（二次転写ローラ）３９に供給される。転写ベルト２８の表面に形成されている単色あるいはカラートナー像は、第二転写装置３９に高電位を印加することによって転写ベルト２８と第二転写装置３９に電位差を設ける。これによって転写ベルト２８表面に形成されたトナー像を記録媒体上に転写される。

トナー像が転写された記録媒体は、転写ベルト２８から剥離され、定着器６５によってトナー像を記録媒体に溶融定着し、排紙装置６６により装置本体１００の上面の排紙トレイに排紙される。

記録媒体へトナー像を転写した後の転写ベルト２８の表面に残っている余剰トナーは中間転写体清掃装置により清掃され、トナー回収装置６７に回収される。清掃された転写ベルト２８は、次のトナー像の転写に備える。

ところで、現像剤容器(トナーボトル)４１は、図２及び図３に示すように、容器本体としての一端側に開口部１１ａが形成された円筒状のボトル本体１１と、その開口部１１ａにボトル本体１１と相対的に回転可能なキャップ１２とを有している。ボトル本体１１は、その周面に回転することによって収納したトナーを開口部１１ａ側へ搬送するトナー搬送部としての容器内部側に突出する螺旋１４が形成されている。

前記キャップ１２は、ボトル本体１１に装着される。この場合、キャップ１２とボトル本体１１とが相対的に回転可能に構成されている。

キャップ１２には、その周面の下部に、漏斗状の開口１５ａを有するトナー補給口１５が形成され、このトナー補給口１５にはノズル孔１６が連設されている。そして、このノズル孔１６に、ノズル部材１７のノズル本体１８が嵌入される。ノズル部材１７には、現像ユニット３１にトナー（現像剤）を補給するために補給路１９が設けられている。ノズル部材１７には、位置決めピン５１が設けられ、この位置決めピン５１はキャップ１２に設けられた位置決め孔５２に挿入される。

このように構成されるトナーボトル４１は、後述するように、収納ケース５０に収納される。このため、トナーボトル４１を収納ケース５０に対してセットすると、上記位置決めピン５１が位置決め孔５２に挿入されるとともに、ノズル部材１７のノズル本体１８がノズル孔１６に挿入される。すなわち、トナーボトル４１をその軸線方向へキャップ２を先端として移動させることにより、ノズル本体１８がノズル孔１６に挿入される。そして、ノズル本体１８がノズル孔１６に挿入されると、シャッタ５３がノズル孔１６から奥側へ押し出され、ノズル本体１８の受け口１８ａと開口１５ａとが連通することによりトナー補給が可能となる。

ところで、トナーボトル４１のボトル本体１１がその軸心廻りに回ることによって、現像ユニット３１へのトナー補給が行われる。このため、この画像形成装置には、図４と図５に示すような回転駆動機構７０が設けられる。この場合、ボトル本体１１の回転をトナーボトル（現像剤容器）４１の回転と呼ぶ。

この回転駆動機構７０は、駆動源としての駆動用モータ７１と、このモータ７１の駆動力をボトル本体１１に伝達するための伝達機構７２とを備える。駆動用モータ７１は、この場合、黒感光体駆動用のモータ７１ｄを用いる。また、駆動用モータ７１は、ブラシレスモータを用いている。ここで、ブラシレスモータとは、ブラシモータのブラシと整流子の働きを半導体とその制御回路で置き換えたものであるモータである。

伝達機構７２としては、駆動用モータ７１側のギヤ群７３と、トナーボトル４１側のギヤ列７４と、ギヤ群７３とギヤ列７４とを連結するタイミングベルト７５とからなる。ギヤ群７３は、ギヤ７３ａ、７３ｂ、７３ｃを有し、さらには、タイミングベルト７５の歯部に噛合するプーリ７６を有する。また、ギヤ群７３は、黒感光体２２ａのギヤ７８ａ、７８ｂを有するギヤ群７８に噛合している。そして、ギヤ列７４にはタイミングベルト７５の歯部に噛合するプーリ７７を有するものである。このため、駆動用モータ７１が駆動することによって、黒感光体２２ａおよびトナーボトル４１のボトル本体１１がその軸心廻りに回転する。

また、各トナーボトル４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）には、動作切換電磁クラッチ８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ）が付設されている。電磁クラッチ８０は、動力の断続を、電磁石への電力の断続をもって行う機構であり、小型化できるメリットがある。また、電磁クラッチは動力の伝達率を、電流の強さでほぼ無段階に調整できる利点がある。この場合、電磁クラッチ８０は、ＯＮ状態で現像剤容器の軸心廻りの回転を許容しかつＯＦＦ状態で現像剤容器４１の軸心廻りの回転を規制する。ギヤ列７４は、この４個の電磁クラッチ８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄを、複数のギヤ８１を介して、直列に配置されてなる。

このため、駆動用モータ７１が駆動することによって、ギヤ群７３を介してタイミングベルト７５が回転駆動する。これによって、ギヤ列７４に駆動用モータ７１の駆動力が伝達され、電磁クラッチ８０がＯＮ状態のトナーボトル４１のボトル本体１１が回転して、このトナーボトル４１に対応する現像ユニット３１に現像剤（トナー）が補給される。この際、電磁クラッチ８０がＯＦＦ状態のトナーボトル４１のボトル本体１１は回転せず、このトナーボトル４１に対応する現像ユニット３１に現像剤（トナー）が補給されない。

また、トナーボトル４１は前記したように、画像形成装置本体１００内に配置される収納ケース５０に収納されることになるが、この場合、この収納ケース５０は、図８に示すように、一側辺側の枢支軸８５を中心の矢印Ａ，Ｂ方向に揺動する。すなわち、図８に示す状態で、矢印Ａ方向に揺動させることによって、この収納ケース５０がオープン状態になって、トナーボトル４１の交換を可能とし、このオープン状態から矢印Ｂ方向に揺動させることによって、トナーボトル４１をセット状態となる。

収納ケース５０には、図９に示すように、電磁クラッチ８０のクラッチ軸８２のギヤ８３が噛合する連結ギヤ８４が設けられている。また、この連結ギヤ８４がトナーボトル４１を回転駆動させるためのギヤ８５と噛合する。

この場合、図１０に示すように、連結ギヤ８４のギア幅を大きくとり、ギヤ８３とギヤ８５とを連結ギヤ８４に関して反対側に配設するとともに、ギヤ８３とギヤ８５とを連結ギヤ８４の反対側に配置する。これによって、側面側からみた断面で重なる位置にいても問題が無いように設定した。

電磁クラッチ８０は図１１と図１２に示すような保持部材９０と、保持板９１とで保持されている。電磁クラッチ８０は、保持部材９０の収納部９０ａに収納状となる本体部８８と、クラッチ軸８２とを備え、クラッチ軸８２に前記ギヤ８３が一体に連設されている。また、ギヤ８３を有するクラッチ軸８２は、サイレンサ９２で抜け止めされている。

この画像形成装置の動作（電磁クラッチ８０のＯＮ・ＯＦＦ動作も含む）は、図示省略の制御手段と記憶手段等で制御することができる。制御手段は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターである。記憶手段としての記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）ドライブ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等からなる。なお、ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムやデータが格納されている。

この画像形成装置は、現像剤容器４１をその軸心廻りに回転させてこの現像剤容器４１内の現像剤を現像ユニットに補給する画像形成装置であって、ＯＮ状態で現像剤容器４１の軸心廻りの回転を許容しかつＯＦＦ状態で現像剤容器４１の軸心廻りの回転を規制する動作切換電磁クラッチ８０を、複数の現像剤容器４１にそれぞれ付設するとともに、各動作切換電磁クラッチ８０は直列に配設されてなるギヤ列７４を構成し、現像剤容器４１の回転時の最低トルクを動作切換電磁クラッチ８０の現像剤容器４１との共廻りトルクよりも大きく設定して、現像剤を補給すべき現像剤容器４１の動作切換電磁クラッチのＯＮ状態で、１つの駆動源からの駆動力の伝達によりＯＮ状態の現像剤容器４１を軸心廻りに回転させるものである。

すなわち、この画像形成装置によれば、駆動力の伝達によりＯＮ状態の現像剤容器４１を軸心廻りに回転させるものであるので、このように回転している現像剤容器４１から、この現像剤容器４１に対応する現像ユニット３１に現像剤を補給することができる。しかも、用いる駆動源は１つであり、動作切換電磁クラッチ８０は直列状のギヤ列７４を構成するものであって、小スペースでの駆動源とギヤ列とのレイアウトが可能となる。すなわち、迂回する駆動列を作成しないレイアウトが可能となる。このため、画像形成装置本体１００のスペースを有効に使うことができ、かつ、低コスト化が可能である。

電磁クラッチ８０は、動力の断続を、電磁石への電力の断続をもって行う機構であり、小型化できるメリットがあり、装置全体の小型化に寄与する。また、電磁クラッチは動力の伝達率を、電流の強さでほぼ無段階に調整できる利点がある。このため、直列に配置される電磁クラッチ８０を用いることによって、現像剤補給(トナー補給)のＯＮ・ＯＦＦの切換えの制御の精度を向上することができ、トナー（現像剤）のトナー補給を細かく精度良く行うことができ、新旧トナーの混在率を小さくできる。

しかも、電磁クラッチを用いることによって、現像剤容器４１の回転時の最低トルクを動作切換電磁クラッチ８０の現像剤容器４１との共廻りトルクよりも大きく設定することが可能となる。このように設定することによって、現像剤容器４１を安定してその軸心廻りに回転できる。

黒感光体２２ｄを有する感光体ユニット２０ｄと、非黒感光体２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有する感光体ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを有し、黒モードとカラーモードの画像形成が可能であり、駆動源７１に黒感光体駆動源７１ｄを用いることができる。これによって、カラーモードや黒モードに関係なくトナー補給が可能となる。

駆動源７１にブラシレスモータを用いたことによって、ブラシモータに比べ、高寿命、小型で形状を多様化が可能、高効率(低電力消費)、静粛、ノイズレス、制御が容易といった等の利点を享受できる。

駆動源７１と現像剤容器４１との駆動力伝達にタイミングベルト７５を用いることができる。タイミングベルト７５を用いれば、部品として安価、潤滑が不要、ピッチ設定の自由度が高い、軽量である、静粛である等の利点がある。

動作切換電磁クラッチ８０は、駆動力伝達用のギヤ８３を備え、このギヤ８３とクラッチ軸８２とが一体に構成されているものであってもよい。これによって、より安定した駆動力伝達が可能となるとともに、低コスト化を図ることが可能となる。

複数の現像剤容器４１が収納される収納ケース５０を備え、この収納ケース５０に、現像剤容器４１と駆動源側との駆動力伝達を可能とするギヤ８４を付設したものであってもよい。これによって、収納ケース５０に現像剤容器４１を収納して、この収納ケース５０を画像形成装置本体１００にセットすれば、現像剤容器４１と駆動源側とは駆動力伝達可能となる。

この実施例では、転写方式が中間転写システムを用いている。中間転写システムは、１つの感光体上に４色のトナーを描いた後一旦ベルトに転写した上で紙に付着させるものである。このため、中間転写システムは「薄い紙から厚い紙まで、さまざまな厚さの用紙で高画質を実現できる」というメリットがある。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。本発明に係る画像形成装置は、電子写真複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ装置等がある。

２０ 感光体ユニット
３１ 現像ユニット
４１ 現像剤容器（トナーボトル）
５０ 収納ケース
７５ タイミングベルト
８０ 電磁クラッチ
８２ クラッチ軸
８３ ギヤ
８４ ギヤ

特開２０１０−２１７３４６号公報 特開２００６−２５９３０６号公報

Claims (6)

1. 現像剤容器のボトル本体をその軸心廻りに回転させてこの現像剤容器内の現像剤を現像ユニットに補給する画像形成装置であって、
   複数の現像剤容器にそれぞれに対応するように配設される動作切換電磁クラッチと、
   前記動作切換電磁クラッチ間に配設される複数のギヤとを備え、
   前記動作切換電磁クラッチは、駆動力伝達用のギヤを備え、このギヤとクラッチ軸とが一体に構成され、
   一つの駆動用モータの駆動にて、前記動作切換電磁クラッチがＯＮ状態でボトル本体をその軸心廻りに回転させ、前記動作切換電磁クラッチがＯＦＦ状態でボトル本体をその軸心廻りに回転させないギヤ列を、前記複数の動作切換電磁クラッチの駆動力伝達用のギヤと、動作切換電磁クラッチ間に配設される複数のギヤとで構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 黒感光体を有する感光体ユニットと、非黒感光体を有する感光体ユニットとを有し、黒モードとカラーモードの画像形成が可能であり、前記駆動源に黒感光体駆動源を用いたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記駆動源にブラシレスモータを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記駆動源と現像剤容器との駆動力伝達にタイミングベルトを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 複数の現像剤容器が収納される収納ケースを備え、この収納ケースに、現像剤容器と駆動源側との駆動力伝達を可能とするギヤを付設したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 転写方式が中間転写システムであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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