(57)【要約】【課題】トナー容器のトナー残量を、限りなくゼロに近い状態で新しいトナー容器と交換するために、小型化、軽量化したトナー補給方法およびトナー補給装置を用いる画像形成装置を提供することを課題とする。【解決手段】トナー容器９の中央部と出口部を結ぶ鉛直水平面内の、略水平方向に往復運動するトナー容器９と、前記方向と同方向の往復運動を行うストッパー１６とを衝突させ、順次容器内部のトナーを移動させてトナー排出を行い、ストッパーの重量を現像剤の入ったトナー容器９の重量よりも軽い構成とし、両者が衝突する時に、ストッパーの持つ運動エネルギーとトナー容器９の持つ運動エネルギーがほぼ等しくなるように両者の運動を制御することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真装置に用いられるトナー、キャリア等の現像剤を内部に収納し、
容器の中央部と出口部を結ぶ鉛直水平面内の、略水平方向に往復運動する容器と、
前記方向と同方向の往復運動を行う衝撃部材とを衝突させ、
順次容器内部の現像剤を移動させて現像剤排出を行う現像剤補給方法において、
衝撃部材の重量を現像剤の入った現像剤収納容器の重量よりも軽い構成とし、両者が衝突する時に、衝撃部材の持つ運動エネルギーと現像剤収納容器の持つ運動エネルギーがほぼ等しくなるように両者の運動を制御することを特徴とする現像剤補給方法。
【請求項２】
前記衝撃部材の開放タイミングと前記現像剤収納容器の開放タイミングとに時間差を設け、
現像剤収納容器の開放時間を衝撃部材の開放時間よりも早めのタイミングとすることにより、
衝突時の両者の運動エネルギーをほぼ等しく設定することを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給方法。
【請求項３】
前記衝撃部材および前記現像剤収納容器の付勢部材としてバネ材を用いたときに、
バネ材の初期張力は同等とし、
バネ定数は衝撃部材の方が小さく、且つ衝撃部材の運動のストロークを現像剤収納容器のストロークよりも大とすることで、
衝突時の運動エネルギーをほぼ同等とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給方法。
【請求項４】
電子写真装置に用いられるトナー、キャリア等の現像剤を内部に収納し、
容器の中央部と出口部を結ぶ鉛直水平面内の、略水平方向に往復運動する容器と、
前記方向と同方向の往復運動を行う衝撃部材とを衝突させ、
順次容器内部の現像剤を移動させて現像剤排出を行う現像剤補給装置において、
衝撃部材の重量を現像剤の入った現像剤収納容器の重量よりも軽い構成とし、両者が衝突する時に、衝撃部材の持つ運動エネルギーと現像剤収納容器の持つ運動エネルギーがほぼ等しくなるように両者の運動を制御することを特徴とする現像剤補給装置。
【請求項５】
前記衝撃部材の開放タイミングと前記現像剤収納容器の開放タイミングとに時間差を設け、
現像剤収納容器の開放時間を衝撃部材の開放時間よりも早めのタイミングとすることにより、
衝突時の両者の運動エネルギーをほぼ等しく設定することを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給装置。
【請求項６】
前記衝撃部材および前記現像剤収納容器の付勢部材としてバネ材を用いたときに、
バネ材の初期張力は同等とし、
バネ定数は衝撃部材の方が小さく、且つ衝撃部材の運動のストロークを現像剤収納容器のストロークよりも大とすることで、
衝突時の運動エネルギーをほぼ同等とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給装置。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載の現像剤補給装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置に用いられるトナーやキャリア等の現像剤を収納する、交換可能に設けられた現像剤収納容器を有し、この現像剤を現像装置内に補給する現像剤補給装置を備えた現像装置を採用する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置では、一般的にトナーやキャリアと呼ばれる現像剤を用いて、現像器によりトナー像を形成して画像を作成している。
トナーは画像形成とともに消費されるため、通常は、容器にトナーを入れたトナーカートリッジとして本体に供給し、容器内のトナーが無くなったら新しいトナー容器と交換して新しいトナーを補充する方式が一般的である。
【０００３】
トナーが粉体であるがゆえに、容器から確実に残りが少なくなるようにトナーを排出する事は重要な課題であり、トナーを容器内から容器出口部に向けて搬送する方式として通常用いられる方法には、
・図７に示すように、スクリューボトルと呼ばれ、筒状の容器の円筒部内面に螺旋状の突起を設け、この容器を回転させる事によってトナーを少しずつ出口部に搬送する方法
・図８に示すように、通称オーガと呼ばれるスクリューを容器内部に設けて、これを回転する事でトナーを一方に送る方法
等がある。
【０００４】
上述のオーガによる搬送方式では、容器内部に部材を設け且つ回転させる必要があり、構造が複雑となる欠点がある。また、交換する容器内部に部材を設ける事は消耗品のコストを高める欠点がある。
スクリューボトルによる搬送方式は、容器内部に部材を設ける必要が無くシンプルであるが、回転させて使用する為に容器の形状は円筒状の容器本体の一側面に出口を設けた形状（通常のビンを横にした形状）となるため、直方体の容器と比較して保持できるトナー量が少なく、また、交換時の取り扱いでも手が滑りやすく持ちにくい、等の欠点があった。
【０００５】
これに対して、特許文献１に記載のように、容器に往復運動を与え、トナーの慣性力によってトナーが移動／排出される方式がある。しかしながら、容器に往復運動を与えトナーを排出する方式においては、容器をストッパーに当接、または、外部から衝撃力を容器に与え、慣性力を利用してトナーを移動させる方式があるが、当接の際に生じる振動が、書き込み系に影響を与え、画像を乱す恐れがある。
また、容器とほぼ同等の重さを持つ衝撃部材を容器と同様に往復運動させ、両者を衝突させてトナーを移動させる方式も考えられるが、この方式では、衝撃部材が重量の大きな部材となってしまい、装置本体が大型化、重量化してしまう難点がある。また、部品の省資源化の観点からも衝撃部材の重量低減が好ましい。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４６８４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、現像剤収納容器重量に対して重量の小さな衝撃部材を用いた構成において、現像剤が安定して排出されるための制御手段を有する現像剤補給方法を用いる画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、電子写真装置に用いられるトナー、キャリア等の現像剤を内部に収納し、容器の中央部と出口部を結ぶ鉛直水平面内の、略水平方向に往復運動する容器と、前記方向と同方向の往復運動を行う衝撃部材とを衝突させ、順次容器内部の現像剤を移動させて現像剤排出を行う現像剤補給方法において、衝撃部材の重量を現像剤の入った現像剤収納容器の重量よりも軽い構成とし、両者が衝突する時に、衝撃部材の持つ運動エネルギーと現像剤収納容器の持つ運動エネルギーがほぼ等しくなるように両者の運動を制御することを特徴とする現像剤補給方法である。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、前記衝撃部材の開放タイミングと前記現像剤収納容器の開放タイミングとに時間差を設け、現像剤収納容器の開放時間を衝撃部材の開放時間よりも早めのタイミングとすることにより、衝突時の両者の運動エネルギーをほぼ等しく設定することを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給方法である。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、前記衝撃部材および前記現像剤収納容器の付勢部材としてバネ材を用いたときに、バネ材の初期張力は同等とし、バネ定数は衝撃部材の方が小さく、且つ衝撃部材の運動のストロークを現像剤収納容器のストロークよりも大とすることで、衝突時の運動エネルギーをほぼ同等とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給方法である。
【００１１】
請求項４に記載の本発明は、電子写真装置に用いられるトナー、キャリア等の現像剤を内部に収納し、容器の中央部と出口部を結ぶ鉛直水平面内の、略水平方向に往復運動する容器と、前記方向と同方向の往復運動を行う衝撃部材とを衝突させ、順次容器内部の現像剤を移動させて現像剤排出を行う現像剤補給装置において、衝撃部材の重量を現像剤の入った現像剤収納容器の重量よりも軽い構成とし、両者が衝突する時に、衝撃部材の持つ運動エネルギーと現像剤収納容器の持つ運動エネルギーがほぼ等しくなるように両者の運動を制御することを特徴とする現像剤補給装置である。
【００１２】
請求項５に記載の本発明は、前記衝撃部材の開放タイミングと前記現像剤収納容器の開放タイミングとに時間差を設け、現像剤収納容器の開放時間を衝撃部材の開放時間よりも早めのタイミングとすることにより、衝突時の両者の運動エネルギーをほぼ等しく設定することを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給装置である。
【００１３】
請求項６に記載の本発明は、前記衝撃部材および前記現像剤収納容器の付勢部材としてバネ材を用いたときに、バネ材の初期張力は同等とし、バネ定数は衝撃部材の方が小さく、且つ衝撃部材の運動のストロークを現像剤収納容器のストロークよりも大とすることで、衝突時の運動エネルギーをほぼ同等とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給装置である。
【００１４】
請求項７に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の現像剤補給装置を用いることを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を現像剤補給装置であるトナー補給装置に用いた電子写真画像形成装置の一例である。
図２は、本発明の実施例である図１に示すトナー補給装置の斜視図である。
一般的な電子写真プロセスと同様に、感光体１は、図示しない帯電装置により一様の電荷を与えられた後に、図示しない露光装置によって形成する画像に応じた露光を受けて静電潜像が形成される。
【００１６】
現像器２は、静電潜像をトナーで現像して、トナー像を形成するためのユニットである。感光体上に形成されたトナー像は、転写紙上に転写され、定着装置により転写紙上に定着固定され、画像が出力される。
現像器２は、１成分現像器又は２成分現像器のどちらでも対応が可能である。現像ローラー３は、摩擦帯電により帯電したトナー又は現像剤をローラー表面に保持しながら潜像を現像してトナー像を作るためのローラーである。
現像器２では、画像の形成に伴ってトナーを消費して行くため、トナーを補給する部分が現像器の上部に示すトナー補給口４である。
トナー補給口４と、トナー出口１５との間は通常のシール手段により、トナーが外部に漏れないようにシールされる。
【００１７】
トナー容器９は、内部に新しいトナーが収納されており、消費した時には、容器ごと新しいものと交換して用いられる。又、容器の図中右下方にはトナー出口１５が設けられ、内部のトナーはここから排出されて現像器に供給される。トナー容器受け１１は、トナー容器９をセットする受け部となる。トナー容器受け１１にはトナー容器の出口１５が通過できる開口部２２が設けられている。トナー補給部全体を支持するための支持台１３は、装置本体に固定装着される。この支持台にも容器の出口１５が通過できる開口部２３が設けられる。
【００１８】
ストッパー１６は、コロ１８ａ、１８ｂによって支持台に対して移動可能に支持され、ストッパー加圧バネ１７によって図中右方向に付勢される。トナー容器受けとストッパーとの当接部分に配置されたダンパー１９は、トナー容器に適度な衝撃を与えて、トナーを効率良く排出するために適当な硬度を有するゴム材等で構成される。カム２０は、トナー容器受け及びストッパーを移動、開放するためのカムであり、モーター３０及び減速器３１によって回転中心２１を回転軸として回転駆動される。
【００１９】
また、トナー容器９及びストッパー１６が、往復運動をする事によって、トナーを出口方向に順次移動させる動作を以下に説明する。
トナー容器９はトナー容器受け１１に嵌合するように支持され、容器は着脱自在に支持されている。
トナー容器受け１１と支持台１３との間にはコロ１４ａ、１４ｂが配置されて、支持台に対してトナー容器受け１１が図中矢印Ａの方向に往復運動可能に支持される。これ以外の方向には移動したり外れたりしないように、一般的な手段により保持されているものとする。
【００２０】
同様に、ストッパー１６も図中矢印Ａの方向に往復運動可能に支持される。
加圧バネ１２は、トナー容器受け１１を図中右方向に付勢するバネであり、装置の図中右側にはストッパー１６が設けられている。ストッパー１６は支持台１３に対して、ストッパー加圧バネ１７によって図中右方向に付勢される。
容器受け１１に往復運動を与える駆動装置として、カム２０が支点２１を回転中心として回転するように設けられ、本図では、トナー容器受け１１の一部である容器受け駆動部３２がカムに当接するように組み立てられる。ストッパー１６もその一部であるストッパー駆動部３３がカムに当接するように組み立てられる。
【００２１】
カム２０を矢印Ｂの方向に回転する事により、第一ステップとしてトナー容器９及び容器受け１１は矢印Ａの左方向に押圧され、又ストッパー１６は矢印Ａの右方向に押圧される。第二ステップとしてカムの天頂が通過した時点でトナー容器受け及びストッパーは開放され、トナー容器受けは加圧バネ１２の力で矢印Ａの右方向に、又ストッパーは加圧バネ１７の力で矢印Ａの左方向にそれぞれ加速しながら運動する。第三ステップとして容器受け１１は、あるスピードでダンパー１９を介してストッパー１６に衝突して残留振動の後、止まる動作をする。この時ストッパー１６も弾性体も残留振動の後に停止する。
ここで、ダンパーに当接して止まる時に容器に生じる加速度＝トナーに働く慣性力、によりトナー容器内部のトナーが僅かづつ出口側（図中右側）に移動して順次現像器に補給される構成である。
【００２２】
図３は、トナー容器９（内部のトナー及びトナー容器受けを含む）、ストッパー、ダンパー及びバネで構成したモデル図である。
トナー容器の重量をＭ１、加圧バネのバネ定数をＫ１、ストッパーの重量をＭ２、加圧バネのバネ定数をＫ２とする。
ここで、トナー容器側の重量は、約１０００ｇｒ、ストッパー側の重量は約２００ｇｒであり、トナー容器側の重量と比較してストッパー側の重量は１／５程度の重量とした場合の例で以下の説明を行う。
又、両者の位置の中立点（スタート位置）は、両者を加圧するバネの張力がつりあう位置となるため、両側のバネの制約として、中立点での張力が等しいバネを用いる必要がある。
【００２３】
図４は、本発明を実施しない状態の動作を示す図であり、トナー容器とストッパーの衝突時の運動エネルギーがアンバランスで、トナーの排出が効率良く行われない状態を示す図である。
図４（ａ）は、カムの回転によりトナー容器とストッパーをそれぞれ中立点からＬ１の距離引き離し、この状態から開放した時の両者の運動を表した図である。横軸は時間Ｔであり、縦軸は位置Ｘである。また、加圧バネはトナー容器側、ストッパー側とも同じバネ定数のバネを用いている。
また、実線はストッパーの動きを示し、破線はトナー容器の動きを示している。
この状態では、開放した後、トナー容器側は重量が大きい為に運動が緩やかで、ストッパーは重量が小さい為に運動が早い。この結果、両者が衝突する位置（図中Ｃの位置）となり、トナー容器側はまだ速度が低い段階、すなわち充分な運動エネルギーを持たない状態で衝突することになる。この結果、トナー容器は、衝突による衝撃加速度が不充分で、トナーの移動量が少なく、充分な排出量を得られない結果となる。
【００２４】
図４（ｂ）は、衝突時の両者の運動エネルギーの大きさを示す図である。横軸はバネの張力Ｆを示し、縦軸はトナー容器又はストッパーの位置を示すＸである。トナー容器及びストッパーの支持台に対する摩擦抵抗が少ないものと仮定すると、両者が衝突時に保持する運動エネルギーそれぞれの加圧バネが成した仕事量とほぼ等しくなる。ここでトナー容器及びストッパーがカムによって最大移動位置まで移動されたときのバネの張力はそれぞれＦ１、Ｆ２であり、これらが開放されて互いに衝突した時に持つ運動エネルギーは、それぞれハッチングの台形形状の面積に等しくなる。衝突時にトナー容器が持つ運動エネルギーは、図中下側に示される台形（ハンチング部）の面積であり、同じくストッパーの持つ運動エネルギーは図中上側に示される台形（ハッチング部）の面積となる。これにより、トナー容器側の持つ運動エネルギーがストッパーの運動エネルギーに対して非常に少ないことが分かる。
【００２５】
図５は、本発明を実施した例を示す図である。図の表現は、図４と同様である。
図５においては、トナー容器及びストッパーをカムで移動する量は両者とも同じＬ１（図４と同様）であり、加圧バネも同じバネ定数のものを用いている（図４と同様）。図４と異なるのは、ストッパー（実線）の開放タイミングをトナー容器に対してΔＴの分遅らせている点である。
このようにすることにより、両者の衝突位置は、図５（ａ）に示すように原点位置付近となり、両者はほぼ同じ距離を移動して衝突させることができる。この結果、図５（ｂ）を参照して、両者の衝突時の運動エネルギーはほぼ等しい値となり、トナー容器に充分な加速度が得られ、トナーの排出が安定して行われる。
【００２６】
図６は、本発明の別の実施例を示す図である。
ここでは、図６（ｂ）に示すようにストッパー側の加圧バネのバネ定数がトナー容器側と比較して小さく設定されている。（中立点での両者の張力は等しく設定されている）又、ストッパー側のカムによる移動距離は、トナー容器側の移動距離と比較して長く設定されている。移動距離の制御はカムの形状を変えることによって行われる。
この様な構成においても衝突位置は中立点となり、図６（ｂ）において、ストッパーの持つ運動エネルギー（上側の台形の面積）とトナー容器の持つ運動エネルギー（下側の台形の面積）をほぼ等しくすることが可能である。これによって安定したトナー排出を維持することが出来る。
【００２７】
図７、図８は従来型のトナー容器の構成を示す図である。
図７は円筒状の容器６１の外周に螺旋状の溝６２を設け（容器内部から見ると螺旋状突起となる）、この容器にトナーを収納して容器全体を矢印Ｆのように回転させる事により、トナーが右方向に搬送され右端の出口から矢印Ｈのように排出される構成である。
図８は円筒状の容器７１の内部に軸７２と螺旋状のコイル７３を設け、軸７２に矢印Ｇのように回転駆動を与える事でコイルを回転し、コイルによって内部のトナーを出口Ｉの方向に送る構成である。この場合には容器７１は回転しない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、軽量化した衝撃部材及びトナー収納容器の付勢部材としてバネ材を用いる場合は、衝撃部材の開放タイミングとトナー収納容器の開放タイミングとに時間差を設け、収納容器の開放時間を衝撃部材の開放時間よりも早めのタイミングとすることにより、衝突時の両者の運動エネルギーをほぼ等しく設定することが可能となり、小型化、軽量化した現像剤補給装置を提供することが可能となる。また、バネ材の初期張力は同等とし、バネ定数は衝撃部材の方が小さく且つ衝撃部材の運動のストロークを収納容器のストロークよりも大とすることで衝突時の運動エネルギーをほぼ同等とすることが可能となり、小型化、軽量化した現像剤補給装置を提供することが可能となる。さらに、これらの現像剤補給装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる電子写真画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係わるトナー補給装置の斜視図である。
【図３】トナー容器、ストッパー、ダンパー及びバネで構成したモデル図である。
【図４】本発明の実施例でない場合のトナー容器とストッパーの位置と時間と関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例である場合のトナー容器とストッパーの位置と時間と関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例で、ストッパー側のバネ定数をトナー容器側のバネ定数より小さく設定した場合を示す図である。
【図７】従来のトナー容器内を示す図である。
【図８】従来のトナー容器内を示す図である。
【符号の説明】
１    感光体
２    現像器
３    現像ローラ
４    トナー補給口
９    トナー容器
１０    トナー
１１    トナー容器受け
１２    加圧バネ
１３    支持台
１４ａ、１４ｂ    コロ
１５    トナー出口
１６    ストッパー
１７    ストッパー加圧バネ
１８ａ、１８ｂ    コロ
１９    ダンパー
２０    カム
２１    カムの回転軸
２２    開口部
２３    開口部
３０    モーター
３１    減速器
３２    容器受け駆動部
３３    ストッパー駆動部
６１    従来のトナー容器
６１    螺旋溝
７１    従来のトナー容器
７２    駆動軸
７３    トナー排出部材
【図１】
2005024604.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005024604.tif 000009
【図８】
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