JP2010217346A - トナー補給装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の小型化及び画像形成の高速化及び高画質化に対応し、トナー補給分解能を高めることが可能なトナー補給装置及びこれを用いた現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーを収容したトナー容器101をその軸方向に回転させることによりトナー容器101内に収容されたトナーを1回転毎にトナー容器101より所定量排出させて搬送するトナー補給装置10において、トナー容器101を回転させる駆動手段105と、駆動手段105からの駆動力をトナー容器101に伝達する駆動伝達手段115とを有し、駆動伝達手段115からトナー容器101への駆動力の伝達経路が複数あり、トナー容器101の回転速度が伝達経路毎にそれぞれ異なるように構成した。
【選択図】図3
【解決手段】トナーを収容したトナー容器101をその軸方向に回転させることによりトナー容器101内に収容されたトナーを1回転毎にトナー容器101より所定量排出させて搬送するトナー補給装置10において、トナー容器101を回転させる駆動手段105と、駆動手段105からの駆動力をトナー容器101に伝達する駆動伝達手段115とを有し、駆動伝達手段115からトナー容器101への駆動力の伝達経路が複数あり、トナー容器101の回転速度が伝達経路毎にそれぞれ異なるように構成した。
【選択図】図3
Description
本発明は複写装置、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ及びこれらの複合機等の画像形成装置に用いられるトナー補給装置及びこれを搭載したプロセスカートリッジに関する。
近年、画像形成装置の小型化に伴いこれに搭載された現像装置も小型化が余儀なくされており、現像装置内に収容される現像剤量も少なくなる傾向にある。特に2成分現像の場合には、トナーとキャリアとの濃度比率が作像される画像の濃度や画像内の濃度偏差に大きく影響するため、必然的にトナー補給の精度が非常に高いレベルで要求される。また画像形成の高速化によるトナー補給の高スピード化、高画質化に伴う高トナー補給分解能化も求められる。トナー補給方式としては、トナーボトルとしてスクリュボトルを用いるものや内部にコイルを有するトナー容器に画像形成装置本体から回転駆動を伝えて現像装置に直接排出するもの、画像形成装置本体内にサブホッパを設けてそこから現像装置に排出するもの、1軸偏心ねじポンプ等の負圧発生装置を画像形成装置本体に配置し袋状のトナー容器からトナーを排出するもの等が挙げられるが、何れも駆動の回転数とトナー補給速度とはある程度線形関係にある。トナー補給速度は、ベタ画像出力を前提とした場合に画像1枚の作像時間内にベタ画像分のトナーを補給すべく駆動回転数の上限を設定するが、画像形成出力が高速化すればするほど補給時間が短くなり補給速度が速くなる。
一方、トナー補給分解能は駆動源の最小駆動時間で決定される。例えばブラシモータを直接トナー補給駆動に使用する場合にはモータに対して200msec程度の信号を入れないと動作が不安定となり、画像形成装置本体に設けられたステッピングモータ等から電磁クラッチを介してトナー補給駆動に使用する場合には電磁クラッチの仕様にもよるが一般的には200msec程度の信号を入れないと動作が不安定となる。このような駆動源の最小駆動時間はトルク、回転数、電力、コスト等により変化するが、高精度化は低電力、低コストといった製品としてのトレンドから妥当とはいえない現状にある。
トナー補給装置として上述したような一般的なモータ及び電磁クラッチを使用し、例えば60枚/minにてA4ベタ画像(トナー量0.5g)を出力可能なものを考えると、トナー補給速度(単位時間当たりのトナー補給量)は0.5g/sec、1回当たりの最小補給量は最小駆動時間が200msecであることから0.5gの20%である0.1g/secとなり、平均的な画像面積率5%すなわちトナー量0.025gの画像を出力する場合には形成される画像4枚毎に1回しか補給することができない。補給されたトナーは現像剤が現像剤循環系を1周する間にほどよく分散されることから、できる限りトナー補給分解能を高めて現像剤へのトナーの分散を促進させたいが、画像形成の高速化を進めれば進めるほどトナー補給分解能が悪化してしまうという問題点がある。
本発明は上述した問題点を解決し、装置の小型化及び画像形成の高速化及び高画質化に対応し、トナー補給分解能を高めることが可能なトナー補給装置及びこれを用いた現像装置及び画像形成装置の提供を目的とする。
請求項1記載の発明は、トナーを収容したトナー容器をその軸方向に回転させることにより前記トナー容器内に収容されたトナーを1回転毎に前記トナー容器より所定量排出させて搬送するトナー補給装置において、前記トナー容器を回転させる駆動手段と、前記駆動手段からの駆動力を前記トナー容器に伝達する駆動伝達手段とを有し、前記駆動伝達手段から前記トナー容器への前記駆動力の伝達経路が複数あり、前記トナー容器の回転速度が前記伝達経路毎にそれぞれ異なるように構成されていることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のトナー補給装置において、さらに前記駆動手段が正逆転可能であり、前記駆動手段の回転駆動方向に応じて前記駆動力の伝達経路が切り替えられることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載のトナー補給装置において、さらに前記駆動伝達手段が一方向クラッチを有することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項2記載のトナー補給装置において、さらに前記駆動伝達手段が変位可能なアイドルギヤを有することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載のトナー補給装置において、さらに前記アイドルギヤを変位させる変位手段を有することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1ないし5の何れか1つに記載のトナー補給装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1ないし5の何れか1つに記載のトナー補給装置を有するプロセスカートリッジであることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項7記載のプロセスカートリッジを少なくとも1つ有する画像形成装置であることを特徴とする。
本発明によれば、コストアップすることなく、高面積の画像を出力する際にトナーボトルを高速で回転させてトナー補給を追従させることができ、低面積の画像を出力する際にトナーボトルを低速で精度よく回転させて高補給分解能でトナー補給を行うことにより現像剤へのトナーの分散を促進することができる。
図1は、本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の作像部を示している。この画像形成装置は、並設した複数の感光体ドラム毎に現像装置を有し、各感光体ドラム上にそれぞれ異なる色の単色トナー像を形成して各トナー像を中間転写ベルト上に重畳転写させ、中間転写ベルト上のカラー画像をシート上に一括転写させるいわゆるタンデム型のカラー複写装置である。
帯電ローラ2a〜2dによって均一に帯電された感光体ドラム1a〜1dに対し書き込み手段3からのレーザ光によって書き込み位置3a〜3dにそれぞれ静電潜像が光学的に形成され、現像装置4a〜4dによって静電潜像が可視化されてトナー像が形成される。感光体1a〜1dに形成された各トナー像は1次転写ローラ12a〜12dによって中間転写ベルト5上に重畳転写され、レジストローラ対6によって搬送された転写紙に対して2次転写手段である転写ベルト7の作用により中間転写ベルト5上のトナー像が転写される。トナー像が転写された転写紙は定着手段8に搬送されて熱と圧力とによりトナー像を定着された後に機外に排出される。
中間転写ベルト5に転写されなかった感光体ドラム1a〜1d上の未転写トナーは感光体クリーニングブレード9a〜9dによって感光体ドラム1a〜1d上より掻き落とされ、感光体ドラム1a〜1d上の残留電位は図示しない除電手段により除電されて感光体ドラム1a〜1dは次の作像動作に備えられる。感光体クリーニングブレード9a〜9dによって掻き落とされた未転写トナーは回収トナー搬送経路14a〜14dを通り、中間転写ベルト5上の未転写トナーやプロセスコントロール用のパターン像は中間転写クリーニングブレード13によって中間転写ベルト5上より掻き落とされて回収トナー搬送経路14eを通り、それぞれ廃トナー収容容器15内に収容される。
次に、現像装置4a〜4dに対するニュートナーの補給について説明する。トナーボトルに充填されたニュートナーは、トナー補給装置10a〜10dによって装置本体後側に設けられたトナーホッパ部11a〜11dへと補給される。トナーホッパ部11a〜11dに貯容されたトナーは、現像装置4a〜4d内に設けられたトナー濃度検知手段21(図6参照)によって現像装置4a〜4d内のトナー濃度が低いと判断された場合に、トナーホッパ内の図示しないトナー補給スクリュが回転することにより適量が現像装置4a〜4dへと供給される。トナーボトル内のトナー残量検知は、トナーホッパ内にトナー有無検知センサを設けこれがトナーなしを検知した場合にトナー補給装置にトナーの供給を要求し、所定時間内にトナーありを検知しなかった場合にトナーなしと判断する。
ここで、本発明のトナー補給装置を説明する。トナー補給装置10は、トナー容器としてのトナーボトル101、補給駆動装置102、サブホッパ103、及びそれに設けられた現像供給口104等を有している。トナーボトル101は図示しない補給装置本体に対して着脱自在であり、図2は装着された状態を示している。補給装置本体に装着後、補給装置本体左側に設けられたレバーを回転することによりトナーボトル101の内部とサブホッパ103とが連通してトナー排出が可能な状態となる。補給装置本体からトナーボトル101を取り外す場合には、装着時と反対方向にレバーを回転することによりトナーボトル101に設けられたシャッタが閉まり、トナーボトル101とサブホッパ103との連通が遮断される。
トナーボトル101は内周に螺旋状の溝を有しており、補給駆動装置102によってトナーボトル101が回転することにより内部に収容されているトナーがサブホッパ103側に移動する。サブホッパ103は補給駆動装置102からの駆動を受けて内部に設けられたスクリュが回転し、現像供給口104を介して現像装置4にトナーが補給される。サブホッパ103には内部のトナーの有無を検知する図示しないトナーエンドセンサが設けられており、トナーエンド後の現像装置4内におけるトナー濃度低下を防止する構成となっている。補給駆動装置102は画像形成装置本体からの信号により駆動制御され、高面積の画像を出力する際にトナーボトル101を高速で回転させ、低面積の画像を出力する際にトナーボトル101を低速で精度よく回転させる。この構成を達成するためには速度可変型の駆動源(モータ)を用いてもよいが、本発明ではこれを低コストで達成すべく以下の構成を採用している。
補給駆動装置102は、駆動手段としてのモータ105、ウォーム106、第1ギヤ107、低速アイドルギヤ108、高速アイドルギヤ109、高速アイドルギヤ110、カップリング111、カップリングギヤ112、第3ギヤ113、第2ギヤ114等を有している。モータ105は画像形成装置本体からの作動信号に基づいて正逆転が可能であり、その出力軸にはウォーム106が取り付けられている。
第1ギヤ107はウォーム106に噛合する態様で補給装置本体に回転自在に支持されており、その同軸上には低速アイドルギヤ108及びこれよりも大径の高速アイドルギヤ109がそれぞれ回転自在に支持されている。低速アイドルギヤ108及び高速アイドルギヤ109にはそれぞれ一方向クラッチが内蔵されており、低速アイドルギヤ108は時計回り方向への回転のみを、高速アイドルギヤ109は反時計回り方向への回転のみをそれぞれ許容されるように構成されている。
第2ギヤ114は、図3(a)に示す大径ギヤ114Aと図3(b)に示す小径ギヤ114Bとを有する2段ギヤであり、補給装置本体に回転自在に支持されている。大径ギヤ114Aには低速アイドルギヤ108が噛合しており、小径ギヤ114Bには高速アイドルギヤ109に噛合した高速アイドルギヤ110が噛合している。また小径ギヤ114Bには、トナーボトル101を保持するカップリング111を回転させるカップリングギヤ112及びサブホッパ103を駆動する第3ギヤ113がそれぞれ噛合している。これらウォーム106、第1ギヤ107、低速アイドルギヤ108、高速アイドルギヤ109,110、カップリング111、カップリングギヤ112、第3ギヤ113、第2ギヤ114により駆動伝達手段115が構成されている。
上述の構成より、モータ105の回転駆動力はウォーム106と第1ギヤ107とで大きく減速された後、低速アイドルギヤ108及び高速アイドルギヤ109に伝達される。ここで、モータ105が時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は低速アイドルギヤ108にのみ伝達されて低速アイドルギヤ108が図3(a)に示すように回転し、この回転駆動力が大径ギヤ114Aに伝達されてカップリングギヤ107及び第3ギヤ113が回転し、トナーボトル101が回転されてその内部よりトナーが吐出されると共にサブホッパ103が作動する。また、モータ105が反時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は高速アイドルギヤ109にのみ伝達されて高速アイドルギヤ109が図3(b)に示すように回転し、この回転駆動力が高速アイドルギヤ110を介して小径ギヤ114Bに伝達されてカップリングギヤ107及び第3ギヤ113が回転し、トナーボトル101が回転されてその内部よりトナーが吐出されると共にサブホッパ103が作動する。この構成において、各ギヤの減速比を任意の補給速度に合致させることにより、モータ105の回転速度を一定としても2種類の補給速度が得られる構成となる。
この構成により、コストアップすることなく、高面積の画像を出力する際にトナーボトル101を高速で回転させてトナー補給を追従させることができ、低面積の画像を出力する際にトナーボトル101を低速で精度よく回転させて高補給分解能でトナー補給を行うことにより現像剤へのトナーの分散を促進することができる。この実施形態により、画像1枚分のトナー補給分解能を従来の20%から0.5%にまで高めることができた。
図4は、本発明の一実施形態の変形例を示している。この変形例では、高速アイドルギヤ109,110に代えて高速アイドルギヤ116,117,118を用い、低速アイドルギヤ108に代えて低速アイドルギヤ119,120を用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
高速アイドルギヤ116は第1ギヤ107と同軸上に配設されており、高速アイドルギヤ109とは異なり一方向クラッチを有していない。高速アイドルギヤ116の左下方近傍には高速アイドルギヤ117が配設されており、この高速アイドルギヤ117はその支軸をばね等の付勢手段によって左上方に向けて付勢されており変位可能に構成されている。高速アイドルギヤ117の右下方近傍には小径ギヤ114Bに噛合する高速アイドルギヤ118が配設されている。高速アイドルギヤ117と高速アイドルギヤ118とは通常においては噛合しておらず、高速アイドルギヤ117が外力を受けて変位した際に噛合する。
この構成により、モータ105が反時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は高速アイドルギヤ116を介して高速アイドルギヤ117に伝達され、高速アイドルギヤ117が付勢手段の付勢力に抗して右下方へと変位することにより高速アイドルギヤ117と高速アイドルギヤ118とが噛合し、回転駆動力が高速アイドルギヤ118を介して小径ギヤ114Bに伝達されてカップリングギヤ107及び第3ギヤ113が回転し、トナーボトル101が回転されてその内部よりトナーが吐出されると共にサブホッパ103が作動する。モータ105が時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は高速アイドルギヤ116を介して高速アイドルギヤ117に伝達されるが、高速アイドルギヤ117が付勢手段の付勢力と同じ左上方へと付勢されることにより高速アイドルギヤ117と高速アイドルギヤ118とは噛合せず、小径ギヤ114Bに対して回転駆動力は伝達されない。
一方、低速アイドルギヤ119は第1ギヤ107と同軸上に配設されており、低速アイドルギヤ108とは異なり一方向クラッチを有していない。低速アイドルギヤ119の右下方近傍には低速アイドルギヤ120が配設されており、この低速アイドルギヤ120はその支軸をばね等の付勢手段によって右上方に向けて付勢されており変位可能に構成されている。低速アイドルギヤ120の左下方近傍には大径ギヤ114Aが配設され、低速アイドルギヤ120と大径ギヤ114Aとは通常においては噛合しておらず、低速アイドルギヤ120が外力を受けて変位した際に噛合する。
この構成により、モータ105が時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は低速アイドルギヤ119を介して低速アイドルギヤ120に伝達され、低速アイドルギヤ120が付勢手段の付勢力に抗して左下方へと変位することにより低速アイドルギヤ120と大径ギヤ114Aとが噛合し、カップリングギヤ107及び第3ギヤ113が回転してトナーボトル101が回転されてその内部よりトナーが吐出されると共にサブホッパ103が作動する。モータ105が反時計回り方向にその駆動軸を回転させた場合には、この回転駆動力は低速アイドルギヤ119を介して低速アイドルギヤ120に伝達されるが、低速アイドルギヤ120が付勢手段の付勢力と同じ右上方へと付勢されることにより低速アイドルギヤ120と大径ギヤ114Aとは噛合せず、大径ギヤ114Aに対して回転駆動力は伝達されない。上述の構成により、この変形例においては一方向クラッチを用いることなく上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
上述した実施形態ではアイドルギヤに一方向クラッチを用いる例を、また変形例ではアイドルギヤを変位可能とした例をそれぞれ示したが、図5に示すように、高速時にはワンウェイクラッチを用い低速時には変位可能と構成するようにこれらを組み合わせた構成を採用してもよい。また、図4及び図5に示した構成において各アイドルギヤ117,120をソレノイド等の変位手段によって変位させて駆動力の伝達及び遮断を行う構成を採用してもよい。
次に、本発明のトナー補給装置を適用可能なプロセスカートリッジについて説明する。このプロセスカートリッジは上述したトナー補給装置10が搭載可能であり、図1に示した画像形成装置の作像部に適用することが可能である。
図6において、プロセスカートリッジ30は、感光体ドラム1、現像装置4、帯電ローラ2、感光体クリーニングブレード9を一体的に有している。現像装置4は、感光体ドラム1上に書き込み手段からのレーザ光Lによって光学的に形成された静電潜像に対してトナー像を形成する現像ローラ16を有しており、現像ローラ16の現像領域の回転方向上流側には現像ローラ16上の現像剤量を所定量に規制する規制部材17が設けられている。現像装置4内に設けられた現像剤収容部にはトナーとキャリアとを混合した2成分現像剤が収容されており、この現像剤は第1搬送スクリュ18及び第2搬送スクリュ19の回転によって循環されている。第2搬送スクリュ19の下方にはトナー濃度検知手段21が設けられており、これにより現像剤収容部内のトナー濃度が随時計測されて適正値となるように制御されている。
図6において、プロセスカートリッジ30は、感光体ドラム1、現像装置4、帯電ローラ2、感光体クリーニングブレード9を一体的に有している。現像装置4は、感光体ドラム1上に書き込み手段からのレーザ光Lによって光学的に形成された静電潜像に対してトナー像を形成する現像ローラ16を有しており、現像ローラ16の現像領域の回転方向上流側には現像ローラ16上の現像剤量を所定量に規制する規制部材17が設けられている。現像装置4内に設けられた現像剤収容部にはトナーとキャリアとを混合した2成分現像剤が収容されており、この現像剤は第1搬送スクリュ18及び第2搬送スクリュ19の回転によって循環されている。第2搬送スクリュ19の下方にはトナー濃度検知手段21が設けられており、これにより現像剤収容部内のトナー濃度が随時計測されて適正値となるように制御されている。
トナー補給装置からの補給トナーは一旦図示しないサブホッパ部に蓄えられ、現像剤収容部内のトナー濃度がトナー濃度検知手段21によって低いと検知されたとき、所定の換算式により換算された補給時間だけトナー補給スクリュ22が回転駆動され、所定量のトナーがトナー供給口23に補給される。規制部材17の右方には、現像ニップ部からのトナー飛散を防止するための入口シール20が設けられている。
このプロセスカートリッジ30を1つまたは複数用いることにより、上記実施形態と同様の作用効果を奏する画像形成装置を提供することができる。
このプロセスカートリッジ30を1つまたは複数用いることにより、上記実施形態と同様の作用効果を奏する画像形成装置を提供することができる。
上述した構成では、画像形成装置としてカラー複写機を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。
10 トナー補給装置
30 プロセスカートリッジ
101 トナー容器(トナーボトル)
105 駆動手段(モータ)
115 駆動伝達手段
117,120 変位可能なアイドルギヤ
30 プロセスカートリッジ
101 トナー容器(トナーボトル)
105 駆動手段(モータ)
115 駆動伝達手段
117,120 変位可能なアイドルギヤ
Claims (8)
- トナーを収容したトナー容器をその軸方向に回転させることにより前記トナー容器内に収容されたトナーを1回転毎に前記トナー容器より所定量排出させて搬送するトナー補給装置において、
前記トナー容器を回転させる駆動手段と、前記駆動手段からの駆動力を前記トナー容器に伝達する駆動伝達手段とを有し、前記駆動伝達手段から前記トナー容器への前記駆動力の伝達経路が複数あり、前記トナー容器の回転速度が前記伝達経路毎にそれぞれ異なるように構成されていることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項1記載のトナー補給装置において、
前記駆動手段が正逆転可能であり、前記駆動手段の回転駆動方向に応じて前記駆動力の伝達経路が切り替えられることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項2記載のトナー補給装置において、
前記駆動伝達手段が一方向クラッチを有することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項2記載のトナー補給装置において、
前記駆動伝達手段が変位可能なアイドルギヤを有することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項4記載のトナー補給装置において、
前記アイドルギヤを変位させる変位手段を有することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項1ないし5の何れか1つに記載のトナー補給装置を有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし5の何れか1つに記載のトナー補給装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項7記載のプロセスカートリッジを少なくとも1つ有することを特徴とする画像形成装置。
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JP2009062001A JP2010217346A (ja) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | トナー補給装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
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Cited By (1)
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JP2016184119A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 容器及びこれを用いた処理装置、画像形成装置 |
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2009
- 2009-03-13 JP JP2009062001A patent/JP2010217346A/ja active Pending
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