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Description
本発明は、トナーを搬送するトナー搬送装置に関し、特に、垂直方向にトナーを落下させる垂直搬送部と、垂直搬送部に連結され、トナーを水平方向に搬送する水平搬送部とを備えるトナー搬送装置、並びに、当該トナー搬送装置を備える現像装置及び画像形成装置に関する技術である。
コピー機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の電子写真方式を用いる画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体ドラム等の像担持体と、像担持体にトナーを供給して静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、現像装置にトナーを補給するトナーコンテナと、を含む。
トナーコンテナから補給されるトナーは、現像装置に設けられたトナー補給路を通過して現像装置の攪拌部まで移動する。このとき、トナー補給路内を自由落下するトナーがトナー補給路の内壁面に付着して凝集し、トナー詰まりが発生する。
そのため、トナー補給路内のトナー詰まりを解消する方法が提案されている。例えば、特許文献1は、第1の搬送路の内部に、回転することによってトナーを搬送する搬送部材を配設するとともに、搬送部材に設けられたクランク状の軸を介して搬送部材の回転運動を往復運動に変換し、第2の搬送路の内部に配設された搬送部材を上下方向に移動させるトナー補給装置を開示している。
特許文献2は、上下方向に延設されるトナー補給管と、トナー補給管の内部で上下方向に往復可能に設けられるトナー解し部材と、トナー補給管の上部と補給用のトナーを収容するトナーコンテナとを連通させるトナー搬送管と、トナー搬送管の内部で回転可能に設けられる搬送スクリューと、搬送スクリューの回転運動をトナー解し部材の往復運動に変換するクランク部と、を備えたトナー搬送装置を開示している。
トナーを攪拌及び搬送する搬送スクリューは、トナーの搬送量及び搬送速度を確保するために高速で回転させる必要がある。一方、凝集トナーを解すためのトナー解し部材は高速で往復移動させる必要はなく、トナー搬送路の内壁面に沿って低速で摺動させれば充分である。
特許文献1及び特許文献2に開示の構成では、トナーを搬送する搬送スクリューにクランク機構を設けているため、搬送スクリューとクランク機構との回転が同期している。そのため、搬送スクリューを高速回転させるとトナー解し部材も高速で往復移動し、トナー解し部材によるトナー搬送路の摩耗及び擦れ音が発生するという問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑み、搬送部材の高速回転とトナー解し部材の低速での往復移動とを簡易な構成で両立可能なトナー搬送装置、並びに、当該トナー搬送装置を備える現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面に係るトナー搬送装置は、垂直搬送部と、水平搬送部と、搬送部材と、駆動入力ギアと、トナー解し部材と、クランク軸と、を備える。垂直搬送部は、トナーを垂直に落下させて搬送する。水平搬送部は、垂直搬送部に連結され、トナーを水平方向に搬送する。搬送部材は、水平搬送部内にトナーの搬送方向に沿って配置される回転軸と、回転軸の外周面に突設された補給羽根と、を備え、回転軸を回転させることで補給羽根により水平搬送部内のトナーを回転軸方向に搬送する。駆動入力ギアは、回転軸に回転駆動力を入力する。トナー解し部材は、垂直搬送部内に垂直方向に移動可能に配置される。クランク軸は、駆動入力ギアに連結され、回転軸よりも低速で回転する中心軸と、中心軸から径方向外側に離れた位置から中心軸と平行に延びる偏芯軸と、を有する。トナー解し部材の一端は偏芯軸に連結されており、クランク軸の回転に伴う中心軸を中心とする偏芯軸の周回動作によりトナー解し部材が垂直方向に往復移動する。
本発明の他の一局面に係る現像装置は、現像容器と、現像剤担持体と、上記したトナー搬送装置と、を備える。現像容器は、トナーを含む現像剤を貯留する。現像剤担持体は、現像容器に回転可能に支持され、現像容器内の前記現像剤を担持する。水平搬送部は、現像容器に連結されている。
本発明の他の一局面に係る画像形成装置は、上記したトナー搬送装置と、トナーを用いて画像を形成する画像形成部と、を備える。
本発明によれば、クランク軸の偏芯軸に連結されたトナー解し部材の一端部が円軌道上を周回するため、トナー解し部材が垂直搬送部の内壁面に沿って上下に往復移動する。その結果、垂直搬送部の内部ではトナー解し部材の往復移動による掻き落とし動作が実行されるため、垂直搬送部内におけるトナーの塊状化を抑制できる。また、搬送部材の回転動作でトナー解し部材が上下に往復移動するため、トナー解し部材を移動させるための駆動源を別途必要とせず、低コスト且つ簡易な構成で垂直搬送部内におけるトナーの塊状化を抑制できる。また、クランク軸は搬送部材よりも低速で回転するため、搬送部材を高速で回転させた場合でもクランク軸を低速で回転できる。従って、トナー解し部材を低速で往復移動させることができ、トナー解し部材による垂直搬送部の摩耗及び擦れ音の発生を効果的に抑制できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明のトナー補給部を備える現像装置3a~3dが搭載された画像形成装置100の内部構造を示す断面図である。画像形成装置100(ここではカラープリンター)内には4つの画像形成部Pa、Pb、PcおよびPdが、搬送方向上流側(図1では左側)から順に配設されている。画像形成部Pa~Pdは、異なる4色(シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック)の画像に対応して設けられている。画像形成部Pa、Pb、PcおよびPdは、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。
画像形成部Pa~Pdのそれぞれには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム(像担持体)1a、1b、1cおよび1dが配設されている。さらに、駆動手段により図1において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト8が画像形成部Pa~Pdに隣接して設けられている。感光体ドラム1a~1d上に形成されたトナー像は、感光体ドラム1a~1dに当接しながら移動する中間転写ベルト8上に順次一次転写されて重畳される。中間転写ベルト8上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー9によって記録媒体の一例としての転写紙P上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Pは、定着部13においてトナー像が定着された後、画像形成装置100本体より排出される。画像形成部Pa~Pdのそれぞれは、感光体ドラム1a~1dを図1において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム1a~1dに対する画像形成プロセスを実行する。
トナー像が二次転写される転写紙Pは、画像形成装置100の本体下部に配置されている用紙カセット16内に収容されている。転写紙Pは、給紙ローラー12aおよびレジストローラー対12bを介して二次転写ローラー9と中間転写ベルト8の駆動ローラー11との間のニップ部へと搬送される。中間転写ベルト8には、誘電体樹脂製のシートであって、継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが主に用いられる。二次転写ローラー9の下流側には中間転写ベルト8表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー19が配置されている。
次に、画像形成部Pa~Pdについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム1a~1dの周囲および下方には、感光体ドラム1a~1dのそれぞれを帯電させる帯電装置2a、2b、2cおよび2dと、感光体ドラム1a~1dのそれぞれに画像情報を露光する露光装置5と、感光体ドラム1a~1dのそれぞれの上にトナー像を形成する現像装置3a、3b、3cおよび3dと、感光体ドラム1a~1dのそれぞれの上に残留した現像剤(トナー)等を除去するクリーニング装置7a、7b、7cおよび7dが設けられている。
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置2a~2dが感光体ドラム1a~1dの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置5が画像データに応じて光照射し、感光体ドラム1a~1dのそれぞれの上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置3a~3dには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって現像装置3a~3dのそれぞれに充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ4a~4dから現像装置3a~3dのそれぞれにトナーが補給される。二成分現像剤中のトナーは、現像装置3a~3dにより感光体ドラム1a~1d上に供給され、露光装置5からの露光により形成された静電潜像に静電的に付着することにより、当該静電潜像に応じたトナー像が形成される。
一次転写ローラー6a~6dにより一次転写ローラー6a~6dと感光体ドラム1a~1dとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム1a~1d上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。これらの4色のトナー像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行なわれる新たな静電潜像の形成に備えて、クリーニング装置7a~7dは、一次転写後に感光体ドラム1a~1dの表面に残留したトナー等を除去する。
中間転写ベルト8は、上流側の従動ローラー10と、下流側の駆動ローラー11とに掛け渡されている。駆動モーターによる駆動ローラー11の回転に伴い中間転写ベルト8が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Pがレジストローラー対12bから所定のタイミングで駆動ローラー11と、当該駆動ローラー11に隣接して設けられた二次転写ローラー9とのニップ部(二次転写ニップ部)へ搬送され、中間転写ベルト8上の4色のトナー像が転写紙P上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Pは定着部13へと搬送される。
定着部13に搬送された転写紙Pは、定着ローラー対13aにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Pの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Pは、複数方向に分岐した分岐部14によって搬送方向が振り分けられ、そのまま(或いは、両面搬送路18に送られて両面に画像が形成された後に)、排出ローラー対15によって排出トレイ17に排出される。
図2は、画像形成装置100に搭載される現像装置3aの側面断面図である。なお、以下の説明では図1の画像形成部Paに配置される現像装置3aを例示するが、画像形成部Pb~Pdに配置される現像装置3b~3dの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
図2に示すように、現像装置3aは、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤(以下、単に現像剤という)が収納される現像容器20を備えている。現像容器20は、仕切壁20aによって攪拌搬送室21と供給搬送室22とに区画されている。攪拌搬送室21および供給搬送室22には、トナーコンテナ4a(図1参照)から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー25および供給搬送スクリュー26がそれぞれ回転可能に配設されている。
攪拌搬送室21内に配設される攪拌搬送スクリュー25は、回転軸25aと、回転軸25aに一体に設けられ、回転軸25aの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される搬送羽根25bとを有する。回転軸25aは現像容器20に回転可能に軸支されている。攪拌搬送スクリュー25が回転することによって、攪拌搬送室21内の現像剤を、攪拌しながら所定方向(現像ローラー31の軸方向の一方側)に搬送する。
供給搬送室22内に配設される供給搬送スクリュー26は、回転軸26aと、回転軸26aに一体に設けられ、搬送羽根25bと同方向を向く(巻き方向が同一の)羽根で螺旋状に形成される搬送羽根26bとを有する。回転軸26aは、攪拌搬送スクリュー25の回転軸25aと平行に配置され、現像容器20に回転可能に軸支されている。供給搬送スクリュー26が回転することによって、供給搬送室22内の現像剤を、攪拌しながら攪拌搬送スクリュー25と反対方向に搬送し、現像ローラー31(現像剤担持体)に供給する。
攪拌搬送スクリュー25および供給搬送スクリュー26によって現像剤が攪拌されつつ軸方向(図2の紙面と垂直な方向)に搬送される。現像剤は、仕切壁20aの両端部に形成された現像剤通過路を介して攪拌搬送室21と供給搬送室22との間を循環する。即ち、攪拌搬送室21、供給搬送室22、及び現像剤通過路によって現像容器20内に現像剤の循環経路が形成されている。
現像容器20は図2の右斜め上方に延在している。現像容器20内において供給搬送スクリュー26の右斜め上方には、現像ローラー31が配置されている。現像ローラー31の外周面の一部が現像容器20の開口部20bから露出し、感光体ドラム1aに対向している。現像ローラー31は、図2において反時計回り方向に回転する。現像ローラー31には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像電圧が印加される。
現像ローラー31は、図2において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された複数の磁極を有するマグネットとで構成されている。なお、ここでは表面がローレット加工された現像スリーブを用いているが、表面に多数の凹形状(ディンプル)を形成した現像スリーブ、又は、表面がブラスト加工された現像スリーブを用いることもできる。
現像容器20には規制ブレード27が現像ローラー31の長手方向(図2の紙面と垂直方向)に沿って取り付けられている。規制ブレード27の先端部と現像ローラー31表面との間には僅かな隙間(ギャップ)が形成されている。
図3は、現像装置3aを感光体ドラム1aに対して反対側(図2の左側)から見た外観斜視図である。現像装置3aの一端(図3の左端)にはトナーコンテナ4a(図1参照)から現像容器20内にトナーを補給するトナー補給部40が設けられている。トナー補給部40の上端部にはトナーコンテナ4aからトナーを受け取るトナー補給口40aが形成されている。現像容器20のトナー補給部40側の側面には、駆動入力ギア50が配置されている。
図4は、現像装置3aをトナー補給部40側から見た側面図である。図5は、現像装置3aのトナー補給部40を含む部分断面図(図4のAA′矢視断面図)である。図6および図7は、それぞれ、トナー補給部40の本体部43からカバー部材44を取り外した状態を示す分解斜視図および側面図である。図5に示すように、トナー補給部40は、トナーを垂直方向に搬送する(落下させる)垂直搬送部41と、垂直搬送部41から受け渡されたトナーを水平方向に搬送する水平搬送部42とを有する。
垂直搬送部41は、本体部43とカバー部材44との2部材で構成される。本体部43は現像容器20の側面と一体形成されている。本体部43の側面には係止爪46a(図6参照)が形成されている。カバー部材44の側面には係合部46b(図6参照)が形成されている。係止爪46aおよび係合部46bはスナップフィット46(図3参照)を構成する。カバー部材44は本体部43に対して着脱可能に接合される。図6および図7に示すように、本体部43からカバー部材44を取り外すことで垂直搬送部41が縦方向に二分割される。
攪拌搬送スクリュー25の回転軸25aは水平搬送部42内まで延在している。攪拌搬送スクリュー25の回転軸25aの水平搬送部42内に配置された部分には補給羽根25cが一体形成されている。補給羽根25cは、搬送羽根25bと同方向を向く(巻き方向が同一の)螺旋状の羽根によって形成されているとともに、搬送羽根25bと比べて小さいピッチおよび小さい直径に形成されている。
トナーコンテナ4a(図1参照)からトナー補給口40aを介してトナー補給部40に補給されたトナーは、垂直搬送部41を通過して、垂直搬送部41に連結された水平搬送部42に落下する。水平搬送部42に落下した補給トナーは、攪拌搬送スクリュー25の補給羽根25cにより水平方向(図5の右方向)に搬送され、回転軸25aに沿って、水平搬送部42に連結された現像容器20の攪拌搬送室21内に進入する。攪拌搬送室21内に進入した補給トナーは、攪拌搬送室21内の現像剤(供給搬送室22から受け渡された現像剤)と攪拌、混合されることで所定の帯電量に帯電される。即ち、攪拌搬送スクリュー25は水平搬送部42内のトナーを攪拌搬送室21に向けて搬送する搬送部材を兼ねている。
垂直搬送部41にはトナー解し部材45が配置されている。トナー解し部材45は、金属線材(ばね材)をコイル状に湾曲させて形成されたコイル部45aと、コイル部45aの下端部から直線状に延びる連結部45bと、を有する。連結部45bは、本体部43からトナー補給部40内に突出して形成されたクランク軸47(偏芯軸47c)に連結されている。コイル部45aの外径は垂直搬送部41の内径よりも小さく形成されている。トナー解し部材45は、垂直搬送部41内において上下方向に移動可能に配置されている。
駆動入力ギア50は、現像駆動モーターの回転駆動力を、後述する駆動伝達機構60(図8参照)を介して攪拌搬送スクリュー25、供給搬送スクリュー26、現像ローラー31、およびクランク軸47に伝達する。
図8は、現像装置3aの駆動伝達機構60を示す斜視図である。駆動伝達機構60は、現像容器20の側面から突出する駆動入力ギア50と、現像容器20の側面内側に配置される第1ギア51~第6ギア56とを有する。
第1ギア51は、駆動入力ギア50に噛み合う二段ギアである。第2ギア52は、供給搬送スクリュー26の回転軸26aに固定されている。第2ギア52は、第1ギア51の小径部に噛み合うことで、供給搬送スクリュー26に回転駆動力を伝達する。なお、回転軸26aおよび回転軸25aの反対側の端部には互いに噛み合う駆動伝達ギアが固定されており、攪拌搬送スクリュー25にも回転駆動力が伝達される。第1ギア51および第2ギア52は、攪拌搬送スクリュー25および供給搬送スクリュー26に回転駆動力を伝達する第1駆動伝達ギア列61を構成する。
第3ギア53は、現像ローラー31の回転軸に固定されている。第3ギア53は、第1ギア51の大径部に噛み合うことで現像ローラー31に回転駆動力を伝達する。第3ギア53には、第4ギア54及び第5ギア55を介して第6ギア56が連結されている。第6ギア56は、クランク軸47に固定されている。第6ギア56は、クランク軸47に回転駆動力を伝達する。第1ギア51および第3ギア53~第6ギア56は、クランク軸47に回転駆動力を伝達する第2駆動伝達ギア列62を構成する。
図9は、図8におけるクランク軸47の部分拡大図である。クランク軸47は、第6ギア56が固定される中心軸47aと、中心軸の先端から径方向に突出するアーム部47bと、アーム部47bから中心軸47aに対して反対側に突出する偏芯軸47cとを有する。トナー解し部材45の連結部45b(図7参照)は、偏芯軸47cに連結される。
第6ギア56が回転すると、第6ギア56と共に中心軸47aも回転する。図9に示すように、クランク軸47の偏芯軸47cは、中心軸47aから径方向にずれた位置から中心軸47aと平行に延びている。これにより、中心軸47aの回転に伴い偏芯軸47cが中心軸47aを中心とする円軌道S(図9の破線で表示)上を周回する。
従って、クランク軸47の偏芯軸47cに連結されたトナー解し部材45の連結部45bも円軌道S上を周回するため、トナー解し部材45のコイル部45aが垂直搬送部41の内壁面に沿って上下に往復移動する。その結果、垂直搬送部41の内部はトナー解し部材45の往復移動による掻き落とし動作が実行される状態となり、垂直搬送部41内においてトナーが塊状化することを効果的に抑制できる。従って、トナーコンテナ4a~4dから現像装置3a~3dへのトナー補給を円滑に実行できる。
また、攪拌搬送スクリュー25の回転動作によってトナー解し部材45が上下に往復移動するため、トナー解し部材45を往復移動させる専用の駆動源を必要とせず、簡易且つ低コストの構成で垂直搬送部41内におけるトナーの塊状化を抑制できる。
また、クランク軸47に回転駆動力を伝達する第2駆動伝達ギア列62は、攪拌搬送スクリュー25および供給搬送スクリュー26に回転駆動力を伝達する第1駆動伝達ギア列61に比べて減速比が大きい。
これにより、攪拌搬送スクリュー25および供給搬送スクリュー26を高速で回転させた場合でも、クランク軸47を低速で回転させることができる。従って、トナー解し部材45を低速で往復移動させることができ、トナー解し部材45による垂直搬送部41の摩耗及び擦れ音の発生を効果的に抑制できる。
さらに、図7に示すように、垂直搬送部41のクランク軸47よりも下方の開口幅d1は、クランク軸47よりも上方の開口幅d2よりも大きい。即ち、垂直搬送部41のクランク軸47の下方(トナー解し部材45に対して反対側)の断面積が、クランク軸47の上方(トナー解し部材45側)の断面積に比べて広く形成されている。これにより、トナー解し部材45による掻き落とし効果のないクランク軸47の下方におけるトナーの凝集を回避することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、トナー解し部材45として、コイルばねの形状を有するトナー解し部材45を例示したが、これは一例である。例えば、垂直方向に延びる芯材から放射状に突片又は突条が延出されたトナー解し部材を用いてもよい。
また上記実施形態では、回転軸25aの周囲に螺旋状の補給羽根25cが連続的に設けられた攪拌搬送スクリュー25を用いているが、補給羽根25cは螺旋羽根に限定されない。例えば、複数の半月状板体(円形の板を2分割したもの)を、回転軸25aの周囲に所定の傾斜角度で交互に配設して補給羽根25cとしたものを用いても良い。
また上記実施形態では、トナーコンテナ4a~4dから現像装置3a~3dにトナーを補給するトナー補給部40について説明したが、本発明に係るトナー搬送装置の適用はトナー補給部40に限らない。例えば、本発明は、クリーニング装置7a~7d(図1参照)から廃トナー回収容器に廃トナーを搬送する廃トナー搬送装置等の、垂直搬送部と水平搬送部とが連結されたトナー搬送装置に適用可能である。
また、本発明は、図1に示したタンデム式のカラープリンター100に限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、カラー複写機、又は、ファクシミリ等の、垂直搬送部の下流側に水平搬送部が配置されるトナー搬送装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。
本発明は、垂直搬送部と、垂直搬送部の下端部に連結される水平搬送部とを有するトナー搬送装置に利用可能である。本発明の利用により、垂直搬送部におけるトナーの凝集を抑制し、トナーの円滑な搬送が可能となる。また、本発明の利用により、搬送部材の高速回転とトナー解し部材の低速での往復移動とを簡易な構成で両立可能とすることにより、トナー解し部材の摩耗及び擦れ音の発生を抑制可能なトナー搬送装置を提供できる。
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