JP4910775B2 - トナー補給装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー補給装置、特に、電子写真法による複写機などの画像形成装置に搭載されるトナー補給装置に関する。

複写機やプリンタなどの電子写真法による画像形成装置にあっては、補給用トナーを収容したトナーカートリッジの排出部から現像ユニットの補給口に至るトナー搬送部を備えたトナー補給装置が搭載されている。トナーカートリッジの排出部の直下に現像ユニットの補給口が位置していれば、トナーを排出部から落下させるだけでトナー補給が可能である。しかし、画像形成装置内において、感光体ドラムや現像ユニットなどを含むイメージングユニットやカラー画像の形成に用いられる中間転写ユニットなどの配置の関係上、トナーカートリッジの排出部を現像ユニットの補給口の直上に設定することが困難な場合が多い。

このような場合、トナー補給装置には、トナーカートリッジの排出部から落下したトナーを水平方向に搬送する水平搬送部を設けることが必要になる。水平搬送部にはトナーを搬送するためのスクリューが回転駆動可能に設けられている。

しかしながら、水平搬送部の始端部においては、トナーカートリッジの排出部から排出されたトナーがスクリューの直上で架橋現象を生じ、トナー補給が不安定あるいは不可能になる問題点を有していた。従来では、特許文献１，２に記載されているように、クランク状の撹拌部材を設けてトナーを撹拌することが提案されている。しかし、かえって撹拌部材による抵抗力でトナーのスムーズな搬送が阻害され、トナーの凝集などの不具合が発生する問題が生じる。
特開平１０−２９３４５９号公報 特開２００６−１２６４３２号公報

そこで、本発明の目的は、架橋現象を防止し、補給用トナーの流れを阻害することなく搬送できるトナー補給装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る第１のトナー補給装置は、
補給用トナーを収容したトナーカートリッジの排出部から現像ユニットの補給口に至るトナー搬送部を備えたトナー補給装置において、
補給用トナーをほぼ垂直方向に搬送する垂直搬送部と、
前記垂直搬送部から補給用トナーを受けてほぼ水平方向に搬送する水平搬送部と、
前記水平搬送部に配置され、トナーをほぼ水平方向に搬送するために回転駆動されるスクリューと、
前記水平搬送部が前記垂直搬送部に臨む箇所に配置され、前記スクリューに取り付けられて該スクリューの回転に伴って振動するねじりコイルばねと、
を備え、
前記ねじりコイルばねの前記スクリューに取り付けられている支点部が該スクリューの１ピッチに対応して配置されていること、
を特徴とする。
本発明に係る第２のトナー補給装置は、
補給用トナーを収容したトナーカートリッジの排出部から現像ユニットの補給口に至るトナー搬送部を備えたトナー補給装置において、
補給用トナーをほぼ垂直方向に搬送する垂直搬送部と、
前記垂直搬送部から補給用トナーを受けてほぼ水平方向に搬送する水平搬送部と、
前記水平搬送部に配置され、トナーをほぼ水平方向に搬送するために回転駆動されるスクリューと、
前記水平搬送部が前記垂直搬送部に臨む箇所に配置され、前記スクリューに取り付けられて該スクリューの回転に伴って振動するねじりコイルばねと、
を備え、
前記ねじりコイルばねのスイング長さは以下の式を満足すること、
Ｌ２＜Ｌ＜Ｌ１
Ｌ：スイング長さ
Ｌ１：ねじりコイルばねのスクリューに取り付けられている支点中心から水平搬送部の断面円弧形状内壁までの最大距離
Ｌ２：スクリューの回転中心からねじりコイルばねの前記支点中心までの距離
を特徴とする。

本発明に係るトナー補給装置においては、水平搬送部が垂直搬送部に臨む箇所に、スクリューの回転に伴って振動するねじりコイルばねを設けたため、ねじりコイルばねの振動によってトナーに架橋現象が生じるのを未然に防止することができる。また、ねじりコイルばねがトナーに与える抵抗力は小さく、トナーのスムーズな搬送を阻害することはない。

前記第１のトナー補給装置において、ねじりコイルばねの支点部はスクリューの１ピッチに対応して配置されているため、ねじりコイルばねの支点部をスクリューの羽根部材に設けることができ、トナーの流れを阻害することを極力防止できる。

前記第２のトナー補給装置においては、前記式を満足することで、ねじりコイルばねの自由端が水平搬送部の断面円弧形状内壁の拘束から解放された際のスイング量が大きくなり、トナーの架橋現象を効果的に防止することができる。また、過大なストレスが作用してねじりコイルばねが破損するおそれを回避できる。

さらに、スクリューの逆転を防止する手段を備えていてもよい。ねじりコイルばねの逆転が防止され、ばねの変形が防止される。

以下、本発明に係るトナー補給装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

（複写機の全体構成）
図１に本発明に係るトナー補給装置を搭載した複写機の概略構成を示す。この複写機は、電子写真方式によってタンデム式でカラー画像を形成するもので、概略、複写機本体１と、画像読取りユニット２とで構成されている。

画像読取りユニット２は、周知のもので、図示しない原稿台ガラス上に載置された原稿の画像、あるいは、図示しない原稿搬送機構で搬送される原稿の画像を光学的に読み取り、ＲＧＢの三原色に分解して電気信号に変換する。この電気信号は制御部３に転送されて各種のデータ処理を受けるとともに、ＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の各再現色に変換される。また、制御部３にはパソコンなどから画像データが転送される。

複写機本体１は、感光体ドラム３１、レーザ走査光学ユニット３２、現像ユニット３３、図示しない帯電器、残留トナーや残留電荷のクリーニング器などを含むイメージングユニット３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）が中間転写ベルト１０の直下に並置されている。各イメージングユニット３０においては、レーザ走査光学ユニット３２が制御部３から画像データの転送を受け、感光体ドラム３１上に潜像を形成し、現像ユニット３３によって各色のトナー画像を形成する。このような画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

中間転写ベルト１０は、各種ローラに無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動される。また、複写機本体１の下段には、複数枚の用紙を積層して収容する給紙カセット４０が設置されている。用紙はこの給紙カセット４０から給紙ローラ４２と捌きローラ４３によって１枚ずつ上方に給紙され、タイミングローラ４４にて２次転写部１８に搬送される。

各感光体ドラム３１上に形成されたトナー画像は中間転写ベルト１０上に順次１次転写されて合成され、この合成画像は２次転写部１８にて転写ローラ１９から付与される電界にて用紙上に２次転写される。その後、用紙は定着ユニット４５に搬送されてトナーの加熱・定着を施され、排出ローラ４６から複写機本体１の上面である排紙部４に排出される。

以上の構成からなる複写機本体１において、補給用トナーを充填したトナーカートリッジ２０は各イメージングユニット３０に対応して本体１の上段部に着脱自在に並置されている。各トナーカートリッジ２０に充填されている補給用トナーは、トナー補給信号に基づいて、各排出部２０ａから下方に排出され、図２に示すように、第１の垂直搬送部２１から水平搬送部２２の始端部に落とし込まれ、該水平搬送部２２内を矢印Ｂ方向に搬送され、終端部から第２の垂直搬送部２９に落ち込んで各現像ユニット３３の補給口（図示せず）に搬送される。

トナーカートリッジ２０の排出部２０ａは、イメージングユニット３０などの配置の関係上、現像ユニット３３の補給口（図示せず）の直上に設定することが困難であり、どうしても水平搬送部２２が必要となる。水平搬送部２２及び第２の垂直搬送部２９の外観は図３に示すとおりであり、水平搬送部２２には、図４に示すように、トナーを水平方向（矢印Ｂ参照）に搬送するためのスクリュー２４が配置されている。

即ち、水平搬送部２２は、断面円弧形状の搬送底部を有する筒状体２３を有し、始端部の上部にはトナーカートリッジ２０の排出部２０ａに対向する受け口２３ａが形成され、終端部の搬送底部には第２の垂直搬送部２９の上部に開口する落下口２３ｂ（図４参照）が形成されている。受け口２３ａはトナーカートリッジ２０の排出部２０ａに連結され、第１の垂直搬送部２１として機能する。筒状体２３内には、シャフト２４ａと所定のピッチＰを有する螺旋状の羽根部材２４ｂとからなるスクリュー２４が配置されている。

図３に示すように、筒状体２３の外側にシャフト２４ａと平行に駆動シャフト２６が設置され、両者の一端はギヤ２７ａ，２７ｂで結合され、駆動シャフト２６の他端には駆動ギヤ２８が固定されている。駆動ギヤ２８には図示しない駆動源から矢印Ｃ方向に回転力が伝達され、ギヤ２７ａ，２７ｂを介してスクリュー２４が矢印Ｄ方向に回転駆動される。トナーカートリッジ２０の排出部２０ａから補給されたトナーは受け口２３ａ（第１の垂直搬送部２１）を介して筒状体２３の始端部に搬送され、スクリュー２４の回転に基づいて筒状体２３の底部を矢印Ｂ方向に搬送され、落下口２３ｂから第２の垂直搬送部２９に落とし込まれる。第２の垂直搬送部２９の下部は現像ユニット３３の補給口に直結されており、トナーは第２の垂直搬送部２９から直ちに現像ユニット３３の現像槽に収容される。

ところで、図４に示すように、水平搬送部２２の受け口２３ａに臨んでスクリュー２４にはねじりコイルばね２５が取り付けられている。ねじりコイルばね２５は、細いワイヤからなり、密着して巻き回した支点部２５ａとクランク状に折り曲げたばね部２５ｂとで構成されている。スクリュー２４の羽根部材２４ｂには切欠き２４ｃが形成されるとともに、切欠き２４ｃに隣接して突部２４ｄが水平方向に形成され、該突部２４ｄにねじりコイルばね２５の支点部２５ａが装着されている。

スクリュー２４が矢印Ｄ方向に回転すると、ねじりコイルばね２５も同方向に回転し、この回転方向はねじりコイルばね２５の巻回方向と一致している。図５（Ａ）に示すように、ばね部２５ｂはその先端部が筒状体２３の底部の円弧形状内壁を摺擦しつつ撓められた状態で矢印Ｄ方向に回転し、図５（Ｂ）に示す位置Ｅで円弧形状内壁からの規制を解除され、撓みが解放された反力で他方の内壁までスイング（振動）する。ねじりコイルばね２５はこのような振動をスクリュー２４の１回転ごとに行い、受け口２３ａ（第１の垂直搬送部２１）でトナーが架橋することを防止する。また、ねじりコイルばね２５は細いワイヤからなり、瞬間的にスイングするため、トナーに与える抵抗力は小さく、トナーのスムーズな搬送を阻害することはない。

また、ねじりコイルばね２５の支点部２５ａはスクリュー２４のピッチＰに対応して配置されているため、支点部２５ａを羽根部材２４ｂに設けることができ、支点部２５ａがトナーの流れを阻害することはない。さらに、ばね部２５ｂが羽根部材２４ｂに形成した切欠き２４ｃに入り込むことで、ばね部２５ｂが十分に撓むことができ、ばね部２５ｂの変形が防止されるとともに適度なスイング感が得られる。

また、図３に示した駆動ギヤ２８には逆転を防止する手段（例えば、ワンウェイクラッチ）が内蔵されている。駆動ギヤ２８に逆転防止手段を設けることで、ねじりコイルばね２５の逆転が防止され、ばね部２５ｂに無理な力が作用して変形するおそれがなくなる。逆転防止手段は、ギヤ２７ａ，２７ｂに設けてもよい。

ここで、ねじりコイルばね２５の好ましいスイング長さＬ（図５参照）について説明する。ねじりコイルばね２５の支点部２５ａの中心から筒状体２３の断面円弧形状内壁までの最大距離をＬ１とし、スクリュー２４の回転中心からねじりコイルばね２５の支点部２５ａの中心までの距離をＬ２とすると、ねじりコイルばね２５のスイング長さＬは、Ｌ２よりも大きく、Ｌ１よりも小さいことが好ましい。即ち、Ｌ２＜Ｌ＜Ｌ１の式を満足することが好ましい。この式を満足することで、ねじりコイルばね２５の自由端（ばね部２５ｂ）が位置Ｅで筒状体２３の断面円弧形状内壁の拘束から解放された際のスイング角度（図５（Ｂ）の角度θ参照）が大きくなり、トナーの架橋現象を効果的に防止することができる。

ちなみに、図６（Ａ）に示すように、スイング長さＬがＬ１よりも大きくなると（長すぎると）、ばね部２５ｂが筒状体２３の底部に挟み込まれた状態となり、ばね部２５ｂが破損するおそれがある。また、図６（Ｂ）に示すように、スイング長さＬがＬ２以下であると（短すぎると）、スイング角度θが小さくなり、トナーの架橋現象を防止する効果が発揮されない。

（他の実施例）
なお、本発明に係るトナー補給装置は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、水平搬送部２２や垂直搬送部２１，２９の構成の細部は任意である。また、ねじりコイルばね２５の支点部２５ａやばね部２５ｂの形状、スクリュー２４への取付け構造は任意である。さらに、水平搬送部２２は必ずしもトナーカートリッジ２０の排出部２０ａの直下に配置されることは必要なく、他の垂直搬送部からトナーを受ける位置に配置されていてもよい。

本発明に係るトナー補給装置を搭載した複写機を示す概略構成図である。 トナー補給経路の概略を示す斜視図である。 トナーの水平搬送部を示す斜視図である。 トナーの水平搬送部を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに、ねじりコイルばねの動作を示す断面図である。 （Ａ）はねじりコイルばねのスイング長さが長すぎる場合を示す断面図、（Ｂ）は短すぎる場合を示す断面図である。

符号の説明

２０…トナーカートリッジ
２０ａ…排出部
２１…第１の垂直搬送部
２２…水平搬送部
２３…筒状体
２４…スクリュー
２５…ねじりコイルばね
２５ａ…支点部
３３…現像ユニット

Claims (4)

1. 補給用トナーを収容したトナーカートリッジの排出部から現像ユニットの補給口に至るトナー搬送部を備えたトナー補給装置において、
   補給用トナーをほぼ垂直方向に搬送する垂直搬送部と、
   前記垂直搬送部から補給用トナーを受けてほぼ水平方向に搬送する水平搬送部と、
   前記水平搬送部に配置され、トナーをほぼ水平方向に搬送するために回転駆動されるスクリューと、
   前記水平搬送部が前記垂直搬送部に臨む箇所に配置され、前記スクリューに取り付けられて該スクリューの回転に伴って振動するねじりコイルばねと、
   を備え、
   前記ねじりコイルばねの前記スクリューに取り付けられている支点部が該スクリューの１ピッチに対応して配置されていること、
   を特徴とするトナー補給装置。
2. 補給用トナーを収容したトナーカートリッジの排出部から現像ユニットの補給口に至るトナー搬送部を備えたトナー補給装置において、
   補給用トナーをほぼ垂直方向に搬送する垂直搬送部と、
   前記垂直搬送部から補給用トナーを受けてほぼ水平方向に搬送する水平搬送部と、
   前記水平搬送部に配置され、トナーをほぼ水平方向に搬送するために回転駆動されるスクリューと、
   前記水平搬送部が前記垂直搬送部に臨む箇所に配置され、前記スクリューに取り付けられて該スクリューの回転に伴って振動するねじりコイルばねと、
   を備え、
   前記ねじりコイルばねのスイング長さは以下の式を満足すること、
   Ｌ２＜Ｌ＜Ｌ１
   Ｌ：スイング長さ
   Ｌ１：ねじりコイルばねのスクリューに取り付けられている支点中心から水平搬送部の断面円弧形状内壁までの最大距離
   Ｌ２：スクリューの回転中心からねじりコイルばねの前記支点中心までの距離
   を特徴とするトナー補給装置。
3. 前記垂直搬送部は前記トナーカートリッジの排出部に連結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー補給装置。
4. 前記スクリューの逆転を防止する手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトナー補給装置。

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