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

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

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。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置要部の概略図である。 本発明の一実施形態を採用したトナー補給装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられるトナー補給装置の駆動伝達を説明する概略図である。 本発明の一実施形態の変形例に用いられるトナー補給装置の駆動伝達を説明する概略図である。 本発明の一実施形態の他の変形例に用いられるトナー補給装置の駆動伝達を説明する概略図である。 本発明の一実施形態を採用したプロセスカートリッジの概略図である。

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。

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。

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

特開２００７−３３７８０号公報 特開平１０−２０７２１４号公報

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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