(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引式粉体ポンプにより現像剤を画像形成装置の現像装置に補給する現像剤補給装置であって、画像形成装置の現像剤収納容器に接続されて容器内の新現像剤を補給するための新現像剤搬送管と画像形成装置の像担持体から現像剤を回収する現像剤回収装置に接続されて回収現像剤を補給するための回収現像剤搬送管とが合流されて前記吸引式粉体ポンプに連絡される現像剤補給装置において、
前記新現像剤搬送管と前記回収現像剤搬送管の合流部に、前記新現像剤搬送管を閉鎖したときに前記回収現像剤搬送管を開放し、前記回収現像剤搬送管を閉鎖したときに前記新現像剤搬送管を開放する現像剤搬送管切替手段を設けるとともに、
新現像剤の補給時以外は、前記切替手段を、前記新現像剤搬送管を閉鎖し前記回収現像剤搬送管を開放する状態に切り替えておくことを特徴とする現像剤補給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像剤補給装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
複数の現像装置を備え、該複数の現像装置に対応して前記現像剤補給装置を複数備えることを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記複数の現像装置が異なる高さに配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体ポンプを利用した現像剤補給装置および画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置において、トナーボトルやトナーカートリッジ等のトナー収納容器を画像形成装置本体にセットし、その容器から現像部へトナーを補給するものが良く知られている。従来のトナー移送技術では、機械的オーガ手段に基づいているので、トナー補給装置及びトナー収納容器は現像装置と一体的、又は非常に近接した位置に設置せざるを得なかった。
【０００３】
一方、本願出願人は、機械的オーガ手段によらず、トナー収納容器から吸引型粉体ポンプによりトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置を先に提案している。
【０００４】
その粉体ポンプを利用したトナー補給装置において、像担持体（感光体）からクリーニング装置により回収したトナーを再使用するようにしたものがある。図３は、粉体ポンプを利用した従来のトナー補給装置におけるトナーリサイクル機構を説明するための断面構成図である。
【０００５】
図３において、トナーカートリッジ２０には新品の（未使用の）トナーが収納されている。現像装置１０には粉体ポンプ４０が付設されている。その現像装置からトナーが付与されて潜像が現像される像担持体（図示せず）にはクリーニング装置９が付設されている。トナーカートリッジ２０からのトナー搬送チューブ５６と、クリーニング装置９からのトナー搬送チューブ５７は、それぞれ合流管５９に接続され、さらにトナー搬送チューブ５８により粉体ポンプ４０に連結される。
【０００６】
トナーカートリッジ２０内の新トナーはエアーポンプ３０Ａから供給されたエアーにより攪拌及び流動化される。その新トナーは、粉体ポンプ４０により吸引され、現像装置１０へ供給される。新トナーの供給タイミング及び供給時間は、画像形成装置本体の制御部により粉体ポンプ４０及びエアーポンプ３０Ａが制御されてコントロールされる。
【０００７】
一方、クリーニング装置９によって像担持体から回収されたリサイクルトナーは、クリーニング装置のトナー排出部９ａにエアーポンプ３０Ｂより適時エアーが供給されることにより吸引されやすい状態となり、粉体ポンプ４０により吸引され、現像装置１０へ供給される。リサイクルトナーの供給タイミング及び供給時間は、画像形成装置本体の制御部により粉体ポンプ４０及びエアーポンプ３０Ｂが制御されてコントロールされる。
【０００８】
そして、現像装置１０内で消費されたトナーに対して供給が必要な新トナーの量と、クリーニング装置９で回収したリサイクルトナーがクリーニング装置内で詰まらないようにするためにクリーニング装置から排出すべきリサイクルトナーとに応じて、画像形成装置本体の制御部により粉体ポンプ４０及びエアーポンプ３０Ａ，Ｂを作動させるようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、合流管５９より上流側の、新トナー搬送チューブ５６とリサイクルトナー搬送チューブ５７の長さの差による粉体ポンプ４０動作時の圧力差、ノズル５１とトナー排出部９ａの高低差によるトナーの吸引され易さの差、ノズル５１及びトナー排出部９ａに存在するトナーの状態差（流動化状態などの吸引され易さの差）やトナー量の差、等により、新トナーを吸引すべく粉体ポンプ４０を作動させてもリサイクルトナーばかりが吸引されてしまったり、逆に、リサイクルトナーを吸引するために粉体ポンプ４０を作動させても新トナーばかりが吸引されてしまったりすることが起きるという問題があった。
【００１０】
所要のトナーを目的どおりに吸引できるように、上記の条件（トナー搬送チューブの長さ、ノズル５１とトナー排出部９ａの高低差、トナーの状態差など）を設定あるいはコントロールすることは非常に困難である。
【００１１】
本発明は、粉体ポンプを利用したトナー補給装置における上述の問題を解決し、新トナーとリサイクルトナーを確実に選択して吸引補給することのできるトナー補給装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、吸引式粉体ポンプにより現像剤を画像形成装置の現像装置に補給する現像剤補給装置であって、画像形成装置の現像剤収納容器に接続されて容器内の新現像剤を補給するための新現像剤搬送管と画像形成装置の像担持体から現像剤を回収する現像剤回収装置に接続されて回収現像剤を補給するための回収現像剤搬送管とが合流されて前記吸引式粉体ポンプに連絡される現像剤補給装置において、前記新現像剤搬送管と前記回収現像剤搬送管の合流部に、前記新現像剤搬送管を閉鎖したときに前記回収現像剤搬送管を開放し、前記回収現像剤搬送管を閉鎖したときに前記新現像剤搬送管を開放する現像剤搬送管切替手段を設けるとともに、新現像剤の補給時以外は、前記切替手段を、前記新現像剤搬送管を閉鎖し前記回収現像剤搬送管を開放する状態に切り替えておくことにより解決される。
【００１４】
また、前記の課題は、本発明により、請求項１に記載の現像剤補給装置を備えることを特徴とする画像形成装置により解決される。
【００１５】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、複数の現像装置を備え、該複数の現像装置に対応して前記現像剤補給装置を複数備えることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記複数の現像装置が異なる高さに配置されていることを提案する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。このカラープリンタは、装置本体１の下部に給紙部２が配置され、その上方に作像部３を配置した構成となっている。作像部３には、給紙された用紙を受け取る側を下で、画像形成を終えた用紙の排紙側を上となるように傾斜して配置された転写ベルト装置が設けられている。転写ベルト装置は、複数のローラ、本例では４つのローラ１１に巻き掛けられたエンドレスの転写ベルト１２を有し、該転写ベルト１２の上部走行辺に沿って、下から順にマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｂｋ）用の４つの作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋが並列配置されている。
【００１７】
各作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋは、像担持体としての感光体ドラム５を有しており、該感光体ドラム５は図示しない駆動手段によって図中時計方向へ回転駆動される。感光体ドラム５の回りには、帯電手段としての帯電ロール６、クリーニング装置９、現像装置１０等が設けられている。現像装置１０は、トナーとキャリアからなる現像剤を使用する２成分現像装置であって、消費されたトナー量に応じて後述するトナー補給装置によりトナーが補給される。帯電ロール６と現像装置１０の間は、作像ユニットの上方に配置される光書込み装置８からのレーザ光が感光体ドラム５に照射される光書込み位置となっている。
【００１８】
図１に示すカラープリンタの作像動作についてマゼンタ用の作像ユニット４Ｍにより説明する。
帯電ロール６によって帯電された感光体ドラム５には、図示していないＬＤ（レーザダイオード）を駆動してレーザ光をポリゴンミラー８ａに照射し、シリンダーレンズ等を介して反射光を感光体ドラム５上に導く光書込み装置８により、マゼンタトナーで現像する光像の光書込みが行われる。この書込みにより感光体ドラム５上にはパソコン等のホストマシーンより送られた画像データに基づいた静電潜像が形成され、該潜像は現像装置１０によってマゼンタトナーの可視像となる。
【００１９】
一方、給紙部２からは転写材として指定された用紙が給紙され、給紙された用紙は転写ベルト１２の搬送方向上流側に設けられたレジストローラ１３に一旦突き当てられる。そして、用紙は上記可視像に同期するようにして転写ベルト１２上に給送され、該ベルトの走行により感光体ドラム５に対向する転写位置に到る。この転写位置では、転写ベルト１２の裏面側に配置された転写ロール１４の作用によりマゼンタトナーの可視像が用紙に転写される。
【００２０】
上記作像動作と同様にして、他の作像ユニット４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋにおいてもそれぞれの感光体ドラム５の表面に各トナーによる可視像が形成され、これら可視像は転写ベルト１２によって搬送される用紙が各転写位置に到来するごとに重ね転写される。したがって、本カラープリンタはフルカラーの画像がモノクロとほぼ同様な短時間で用紙に重ね転写される。転写後の用紙は、転写ベルト２０から分離されて、定着装置１５により定着される。定着を終えた用紙は、通常、そのまま機外に排紙されるが、このとき用紙は反転されて装置本体１の上面に設けられた排紙トレイ１６に裏面排紙される。プリンタにとって裏面排紙は、プリントをページ順に並べるためのほぼ必須の条件となっている。
【００２１】
本例のカラープリンタは上記の如く、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｂｋ）用の４つの作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋを備えている。各作像ユニットには各色トナーで現像を行う現像装置１０が設けられている。その各色現像装置１０に供給される各色トナーはそれぞれ個別に４つのカートリッジに収納されており、黒トナーを収納するカートリッジが他の３つのカートリッジよりも大型になっている。その４つのトナーカートリッジは、本例のカラープリンタでは装置の側面方向に並設されており、図１において右上方の角部にカートリッジ２０として図示されている。図１では黒トナー用以外の３つのカートリッジは重なって見えるため１つのみを実線で図示しており、黒トナー用カートリッジを２点鎖線で示している。
【００２２】
図２は、本例のカラープリンタにおけるトナー補給装置の概略を示す断面構成図である。トナー補給装置は各色作像ユニット毎に備えられている。黒用の作像ユニット４Ｂｋにおいては他よりも大きいトナーカートリッジを備えており、また、各色作像ユニットの位置が異なるため新トナー搬送チューブ５６の長さが異なっているが、基本構成はいずれも同じため、ここでは、１つを代表して説明する。
【００２３】
図２に示すように、現像装置１０には、その上部にトナー吸引手段としての粉体ポンプ４０が付設されており、粉体ポンプ４０の吸引圧によってトナーカートリッジ２０からトナーが搬送チューブを通って補給される。紛体ポンプ４０としては吸い込み型の一軸偏芯紛体ポンプが用いられている。この紛体ポンプ４０は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ４１と、ゴム等の弾性体で内側に２条スクリュー形状に作られ固定されて設置されるステータ４２と、これらを包みかつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料等から作られたホルダ４３とを有している。上記ロータ４１は、ピン継ぎ手により連結された駆動軸４１ａに固定された歯車４４が現像装置１０の駆動歯車（図示せず）と噛み合っている。歯車４４には駆動歯車による回転駆動を断続する断続手段としての電磁クラッチ（図示せず）を介在させている。
【００２４】
このように構成されたトナー補給装置においては、粉体ポンプ４０である１軸偏芯スクリューポンプが、高い固気比で連続定量移送が可能であって、ロータ４１の回転数に比例した正確なトナーの移送量が得られることが知られている。そこで、画像濃度検知等によりトナー補給指令が発せられると、粉体ポンプ４０が作動し、要求された量のトナーが現像装置１０に補給される。
【００２５】
一方、トナーカートリッジ２０は、プリンタ本体に設けられた図示しないカートリッジセット部にセットされる。そのカートリッジセット部に取り付けられて支持されたノズル５１は、単管構造になっており、上部に断面が錐状または球状に形成された尖端部材５２が一体成形または固着等により設けられ、この尖端部材５２に続いてエアー供給路とトナー補給路とを兼ねる管路５３が設けられている。管路５３は、ノズル５１の最下端において図の左方へ曲げられてその先端に新トナー搬送チューブ５６が接続されたトナー用接続口５４が設けられている。また、管路５３にはトナー用接続口５４よりも上方で図の右方へ曲げられたエアー接続口５５が設けられている。
【００２６】
エアー接続口５５は、本例の場合、エアー供給源としてのエアーポンプ３０Ａにエアー移送パイプ３１を介して接続されている。このエアーポンプ３０が作動すると、該ポンプからエアー移送パイプ３１および管路５３を介してトナーカートリッジ２０内に対し下部側よりエアーが噴出される。そして、トナーカートリッジ２０内に噴出されたエアーは、収納されたトナーの層を通過することによりトナーを攪拌しながら流動化させ、粉体ポンプ４０の吸引圧によってトナーが新トナー搬送チューブ５６，合流管６０，トナー搬送チューブ５８を通って補給される。
【００２７】
一方、本例のカラープリンタにおいては、各作像ユニットの感光体５における転写残トナーを回収して再使用するリサイクル機構が設けられている。すなわち、図１において、感光体ドラム５に付設してクリーニング装置９が設けられているが、このクリーニング装置９には、図２に示すように、トナー排出部９ａが設けられており、そのトナー排出部９ａにリサイクルトナー搬送チューブ５７が接続され、さらに、そのリサイクルトナー搬送チューブ５７が合流管６０に接続されることによって、クリーニング装置９で回収したトナーを再度現像装置１０に供給可能となっている。なお、トナー排出部９ａにはエアーポンプ３０Ｂからのエアー移送パイプ３２が接続され、エアーポンプ３０Ｂから供給されるエアーによって、トナー排出部９ａにおいてリサイクルトナーを、粉体ポンプ４０により吸引されやすい状態としている。
【００２８】
さて、合流管６０は、トナーカートリッジ２０からの新トナー搬送チューブ５６とクリーニング装置９からのリサイクルトナー搬送チューブ５７とを合流させてトナー搬送チューブ５８に接続し、粉体ポンプ４０と連絡させるものであるが、本例の合流管６０には、その合流部に切替弁６１が設けられている。
【００２９】
切替弁６１は、モータ６２によって回動（揺動）される軸部に弁突起６１ａが突接されたもので、矢印Ｋ１またはＫ２方向に回動可能となっている。モータ６２を例えばステッピングモータとすることにより、その回転方向と回動量、すなわち弁突起６１ａの回動方向と回動量を容易に制御できる。モータ６２の制御はプリンタ本体の制御部によりコントロール可能である。なお、ステッピングモータ以外の駆動手段、例えばソレノイドなどによっても同様に動作させることが可能である。
【００３０】
さて、弁突起６１ａが矢印Ｋ１方向に所定量だけ回動すると、クリーニング装置９からのリサイクルトナー搬送路が閉鎖され、トナーカートリッジ２０からの新トナー搬送路が開放される。逆に、弁突起６１ａが矢印Ｋ２方向に所定量だけ回動すると、トナーカートリッジ２０からの新トナー搬送路が閉鎖され、クリーニング装置９からのリサイクルトナー搬送路が開放される。
【００３１】
必要な新トナーを現像装置に供給する場合は、切替弁６１（弁突起６１ａ）を矢印Ｋ１方向に回動させ、リサイクルトナー搬送路を閉鎖する。引き続き、エアーポンプ３０Ａを作動させトナーカートリッジ２０内のトナーを流動化させるとともに、粉体ポンプ４０を作動させ、現像装置１０に新トナーを供給する。
【００３２】
一方、リサイクルトナーを現像装置に供給する場合は、切替弁６１（弁突起６１ａ）を矢印Ｋ２方向に回動させ、新トナー搬送路を閉鎖する。そして、エアーポンプ３０Ｂを適時作動させトナー排出部９ａにおいてリサイクルトナーを吸引されやすい状態とするとともに、粉体ポンプ４０を作動させ、現像装置１０にリサイクルトナーを供給する。
【００３３】
本例のプリンタにおいては、画像形成動作中には、上記の新トナーの供給とリサイクルトナーの供給とをほぼ交互に繰り返す。ただし、新トナーとリサイクルトナーそれぞれの供給時間（すなわち供給の割合）は、適宜の割合で設定あるいは変更（制御）可能である。なお、現像装置へ供給する新トナーの量は、リサイクルトナーが現像装置に供給された後に現像装置内のトナー濃度を検出して、新トナーの供給量を算出することが望ましい。
【００３４】
ここで、本例のプリンタにおいては、新トナーの供給時以外は切替弁６１（弁突起６１ａ）を矢印Ｋ２方向に回動させ、新トナー搬送路を閉鎖しておくようにしている。これにより、画像形成中に連続的に排出されてくるクリーニング装置９からのリサイクルトナーを優先的に吸引できるような状態にしておき、クリーニング装置９内部での回収トナーによる詰まり現象を未然に防ぐようにしている。
【００３５】
上記のように、本例のプリンタにおいては、トナー補給装置の新トナー搬送路とリサイクルトナー搬送路の合流部（合流管６０）に切替弁６１を設けたことにより、新トナーあるいはリサイクルトナーを確実に選択して現像装置に供給することができる。
【００３６】
ところで、図２の構成においては、新トナー（トナーカートリッジ２０）のためのエアーポンプ３０Ａとリサイクルトナー（クリーニング装置９）のためのエアーポンプ３０Ｂとを別個に設けていたが、新トナーとリサイクルトナーの選択的供給動作においては２つのエアーポンプ３０Ａ・Ｂの動作が重ならないため、１つのエアーポンプを共用する（トナーカートリッジ２０用とクリーニング装置９用に）ことも可能である。エアーポンプを１つにすることで、コスト低下、装置小型化に寄与することができる。
【００３７】
本発明により、新トナーとリサイクルトナーを確実に選択して供給できることは、本例のカラープリンタのように、複数の作像ユニットを傾斜させて配置する構成の場合に特に効果的である。
【００３８】
すなわち、複数の作像ユニットを傾斜させて配置する構成においては、各作像ユニットの現像装置（に付設された粉体ポンプ）の位置が異なるため、各色トナーカートリッジから各現像装置までの新トナー搬送チューブ５６の長さに違いがあることになる。また、各作像ユニット毎にトナーカートリッジの下部にあるノズル５１とクリーニング装置のトナー排出部９ａの高低差にも違いがある。そのため、各作像ユニットにおける新トナー搬送チューブ５６とリサイクルトナー搬送チューブ５７の長さの差による粉体ポンプ４０動作時の圧力差、あるいは、各作像ユニットにおけるノズル５１とトナー排出部９ａの高低差によるトナーの吸引され易さの差、によって、全ての作像ユニットで所要のトナーを目的どおりに吸引できるように、トナー搬送チューブの長さ、ノズル５１とトナー排出部９ａの高低差などを設定することはできない。しかし、本発明により、各作像ユニットにおいて上記のような条件の違いがある場合でも、各作像ユニットにおいて新トナーとリサイクルトナーを確実に選択して供給することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明を図示例によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、粉体ポンプの構成は図２で例示したものに限らず、任意の構成とすることができる。また、トナーカートリッジの形状や構成も任意である。もちろん、現像装置も適宜な構成を使用することができる。また、色数、すなわち、作像ユニットの数も任意である。さらには、使用する現像剤もトナーとキャリアからなる２成分に限らず、１成分のものでも良い。
【００４０】
また、作像ユニットを複数個備える場合には、それらの高さが異なっていても同じ高さにあっても構わない。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリでも良い。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の現像剤補給装置または請求項２の画像形成装置によれば、新現像剤と回収現像剤とを確実に選択して現像装置に補給することができる。
【００４２】
また、新現像剤の補給時以外は、切替手段を、新現像剤搬送管を閉鎖し回収現像剤搬送管を開放する状態に切り替えておくので、画像形成中に連続的に排出されてくる回収現像剤を優先的に補給できる状態としておくことができる。これにより、現像剤回収手段での詰まり現象を未然に防止することが可能となる。
【００４３】
請求項４の構成により、複数の現像装置及び現像剤補給装置を備える画像形成装置においては、複数の現像装置を有することによって、各現像装置ごとに現像剤搬送路の長さに差が出ることになるが、搬送路の長さに関わらず、新現像剤と回収現像剤とを確実に選択して各現像装置に補給することができる。
【００４４】
請求項５の構成により、複数の現像装置が異なる高さに配置されている場合でも、高低差に関わらず、新現像剤と回収現像剤とを確実に選択して各現像装置に補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。
【図２】そのフルカラープリンタにおけるトナー補給装置の概略を示す断面構成図である。
【図３】粉体ポンプを利用した従来のトナー補給装置におけるトナーリサイクル機構を説明するための断面構成図である。
【符号の説明】
１            カラープリンタ装置本体
４            作像ユニット
９            クリーニング装置（現像剤回収装置）
１０          現像装置
２０          トナーカートリッジ
３０Ａ，Ｂ    エアーポンプ
４０          粉体ポンプ
５６          新トナー搬送チューブ
５７          リサイクルトナー搬送チューブ
５８          トナー搬送チューブ
６０          合流管
６１          切替弁
６１ａ        弁突起
【図１】
0003967179.tif 000002
【図２】
0003967179.tif 000003
【図３】
0003967179.tif 000004