JP3681642B2 - トナー補給装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置へトナー収納容器に収納したトナーを補給するトナー補給装置および電子写真方式のプリンター、ファクシミリ、複写機等の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を収納する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。この種のトナー収納容器は、カートリッジ、ボトルといったハードボトルが一般的であり、内部にトナー攪拌手段兼排出手段としてのアジテータを設けたものや、容器壁面に螺旋溝を設けて容器を回転させることにより内部のトナーを移動させ排出するもの、または排出機構を持たずに手で補給するもの等がある。しかし、近年環境問題が重視され、トナー収納容器の回収、リサイクル性が求められている。そこで、フレキシブルな材料で作られた、回収が容易な減容可能なソフト容器の提案がされているが、電子写真用乾式トナーは一般に流動性が悪く、凝集しやすい性質があるために、ソフト容器からのトナーの排出が非常に困難とされている。なぜならば、容器がソフトであるためにアジテータや排出機構を付加しにくく、あるいは排出機構を設けると減容が妨げられる、または手で補給するにもハンドリング性が悪い等のためである。
【０００３】
そこで、吸引型の粉体ポンプによりフレキシブル容器からトナーを吸引排出するトナー補給装置の技術が本願出願人より提案されている。かかるトナー補給装置では、トナーに無用なストレスを与えず、しかもトナー収納容器の設置位置が現像装置に規制されることがないので、設計自由度が大幅に向上する等の種々の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記トナー補給装置において、下部にトナー排出孔が設けられているトナー収納容器では容器内にトナー架橋が発生すると大量の残トナーが生じ、さらに、容器内の壁面にトナーが付着してトナー排出孔に落ちない場合も残トナーとなる問題がある。このような問題は、トナーがきわめて流動性が悪いことが最大の原因である。
【０００５】
そこで、トナー流動性を良好な状態に保つため、トナー収納容器内にエアーを供給することが本願出願人より提案しているが、このエアーを供給する条件次第でトナーを最後まで安定して現像装置に補給することができ、残トナーの少ない良好なトナー補給を行えることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記した事情にかんがみ、フレキブルなトナー収納容器からトナー常時安定して補給でき、該容器に残留するトナーを大幅に減少することができるトナー補給装置および画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、容器下部にトナー排出孔が設けられ、フレキシブルな材質で作られたトナー収納容器と、該トナー収納容器の上部側に設けられ、エアーを通すがトナーを通さない通気性フィルタと、前記トナー収納容器に収納されたトナーを吸引する吸引手段と、前記トナー収納容器内に下方よりエアーを供給するエアー供給手段とを有し、前記吸引手段の吸引圧力により前記トナー収納容器のトナーが前記トナー排出部を通って現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記エアー供給手段が単位時間あたりに供給するエアーの量は、単位時間当たりのトナー補給量に比例しており、かつ、単位時間当たりの前記通気性フィルタを通り抜けうるエアーの量よりも多くなるように設定されており、前記エアー供給手段によるエアー供給は、先に供給したエアーが前記通気性フィルタを介して前記トナー収納容器からほぼ抜けたとき、次のエアーの供給を行うような間欠供給であることを特徴としている。
【０００８】
なお、本発明のトナー補給装置において、単位時間当たりのトナー補給量が高設定の量以上のとき、前記エアー供給手段が供給するエアーの量が前記トナー補給量と比例させず減少するように制御されると、効果的である。
【０００９】
さらに、本発明のトナー補給装置において、単位時間当たりのトナー補給量が低設定の量以下のとき、エアー供給量を増加するように制御すると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、前記吸引手段の駆動時間から検知すると、効果的である。
【００１０】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、画像形成時の画像面積率と連続通紙枚数から検知すると、効果的である。
【００１１】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記エアー供給手段の1回のエアー供給量がほぼ一定であり、エアー供給量の増減をエアー供給回数の増減によって制御すると、効果的である。
【００１２】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記トナー収納容器内のトナーが補給されてその残量が所定量以下になったとき、前記エアー供給手段によるエアー供給の間隔を狭くすると、効果的である。
【００１３】
さらに、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、画像形成時の画像面積率と連続通紙枚数から検知すると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記画像面積率が所定値より高く、かつ、前記連続通紙枚数が所定枚数以上のとき、エアー供給間隔を広くすると、効果的である。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明は、請求項１ないし７の何れか一項に記載のトナー補給装置を用いて、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置へトナーを補給することを特徴としている。
【００１５】
なお、本発明の画像形成装置において、前記現像装置が二成分現像装置であり、要求された量のトナーが前記吸引手段の駆動により当該現像装置へ補給されると、効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置に用いられるトナー補給機構を示す構成図、図２はそのトナーが補給される側である現像装置の一部を示す断面図である。
【００１９】
図１において、電子写真法による画像形成装置は、現像装置１０により像担持体１に形成された静電潜像がトナー像として現像される。この現像装置１０には、後に詳述するトナーを収納したトナー収納容器２０から吸引手段としての粉体ポンプ４０および移送チューブ１５を介してトナーが補給される。
【００２０】
現像装置１０には、像担持体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１攪拌スクリュー１２、第２攪拌スクリュー１３とが備えられている。現像装置１０内でのトナーは、第１攪拌スクリュー１２によって搬送されるようにして循環される。この循環の間に搬送路の途中で現像スリーブ１１に移送されたトナーにより像担持体１上に形成された静電潜像を現像する。なお、符号１８はトナー濃度センサである。
【００２１】
粉体ポンプ４０は、トナー収納容器２０から現像装置１０までのトナー導通経路に設けられ、本例では図２および図３に示すように、現像装置１０に隣接配置されている。この粉体ポンプ４０は、吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプであって、その構成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４２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４３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４４とを有している。なお、本例のロータ４２はアルミ、ステータ４３はＥＰＤＭゴムからそれぞれ作られている。
【００２２】
また、本実施形態では、第１攪拌スクリュー１２と一体連結され、図示していない駆動装置に駆動連結された歯車１６と、上記ロータ４２とピン継ぎ手により連結された駆動軸４３ａに一体連結された歯車４５とが噛み合っているとともに、歯車４５には歯車１６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４６を介在させている。この電磁クラッチ４６により粉体ポンプ４０のオン・オフが切り換えられ、現像装置１０内のトナー濃度を一定に保つように制御する方式の現像装置に適用させることができる。
【００２３】
上記ホルダ４４の先端は、後述するノズル５１に設けられたトナー用接続口３５とトナー移送チューブ１５によって接続されている。このトナー移送チューブ１５としては、例えば直径４〜１０ｍｍのフレキシブルなチューブで、耐トナー性に優れたゴム材料（例えば、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料から作られているものを用いることがきわめて有効であり、フレキシブルなチューブは上下左右の任意方向へ配管が容易に行い得る。
【００２４】
この粉体ポンプ４０は、ロータ４２の回転により強い自吸力が生じ、トナー収納容器２０からトナーを吸い込むことができる。吸い込まれたトナーは、粉体ポンプ４０と第１攪拌スクリュー１２との間に形成された供給孔１７により現像装置１０内に移送され、そして２成分現像方式を用いている場合にはこの移送工程中に補給されたトナーが現像装置１０内のトナーと攪拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量になる。なお、現像装置には脱気孔１４ａとその脱気孔１４ａを覆うフィルタ１４が設けられ、トナーとともに吸引されたエアーを現像装置１０から脱気して装置内の昇圧を抑え、トナー補給の安定化と現像装置１０からのトナー飛散を防止するように構成している。
【００２５】
図３において、符号５０は画像形成装置本体に設けられたトナー収納容器２０がセットされるセット部である。このセット部５０には、ほぼ真上方向に延在するトナー収納容器２０内に入り込み可能な挿入部材としてのノズル５１が一体または脱着可能であるが位置固定に設けられている。ノズル５１は、直線状で、円筒状に形成されているとともに、上部に設けられたこの尖端部材５２に続いてエアー供給路とトナー補給路とを兼ねる通路３３が設けられている。ノズル５１の内部は、単管構造になっており、通路３３はノズル５１の下端において図の左方へ曲げられてその先端にトナー移送チューブ１５が接続されたトナー用接続口３４が設けられている。また、通路３３にはトナー用接続口３４よりも上方で図の右方へ曲げられ、エアー接続口３２が設けられている。
【００２６】
エアー接続口３２は、本実施形態の場合、エアー供給手段としてのエアーポンプ３０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および通路３３を介してトナー収納容器２０内にエアーが噴出される。そして、トナー収納容器２０のトナー袋２２内に噴出されたエアーは、該袋内に収納されたトナーの層を通過することによりトナーを拡散しながら流動化させる。
【００２７】
トナー収納容器２０は、保護ケースとしての外箱２１と、その外箱２１内に着脱可能に収容されたフレキシブルで変形可能な袋状体としてのトナー袋２２とを有するバックインボックスタイプに構成されている。この外箱２１は、剛性を有する紙、段ボール、樹脂等の材料から作られ、トナー袋２２が殆ど隙間なく収まる程度の内部空間を有している。トナー収納容器２０は、トナーを収納したトナー袋２２がフレキブルであっても、外箱２１内に収めることで、保護されるだけでなく、ハンドリング性が向上するため容器の取り扱いが行い易く、保管時の整理も行い易いという利点が得られる。
【００２８】
また、トナー袋２２の袋部分はポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム等のフレキシブルなシート材（８０〜１２５μｍ程度の厚み）を単層または複層構成にして袋状容器形状のものである。そして、トナー袋２２はその下部中央にトナー排出孔２４が設けられ、ポリエチレンやナイロン等に樹脂から作られた口金部材２３が固定されて構成されている。口金部材２３のトナー排出孔２４には、自閉弁の役割を持つ単層または複層のシール２５が設けられ、シール２５は非通気性の発泡スポンジ等からなる弾性体によって構成されている。また、トナー袋２２はトナーが残留しにくいように、トナー排出孔２４に向かって先細りとなる形状に形成されている。
【００２９】
図４は、トナー袋２２の一例を示す正面図であって、製造直後のトナーを収納していない状態をものであり、このトナー袋２２に所定量のトナーを収納すると図５に示すように箱状になる。本実施形態におけるトナー袋２２は、図４における高さ方向の長さをａ、横幅方向の長さをｂとすると、a＝約18５ｍｍ、b＝約１１３ｍｍであり、さらに図５に示す奥行き方向の長さをｃとすると、ｃ＝約６３ｍｍとなり、該トナー袋２２には略３００ｇのトナーが収納される。
【００３０】
また、トナー袋２２は図６に示すように、高さ方向の長さａがa＝約３０５ｍｍ、横幅方向の長さｂがb＝約１１３ｍｍ、奥行き方向の長さｃがｃ＝約５５ｍｍで、略６００ｇのトナーが収納されるものでもよい。
【００３１】
このように構成されたトナー袋２２には、上部に通気性フィルタ２６が設けられており、通気性フィルタ２６は直径１．７５ｃｍで、面積は約２．４ｃｍ２となり、通気度が２〜７ｍｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ×２．４ｃｍ２＝４，８〜１６．８ｍｌ／ｓｅｃとなる。
【００３２】
上記したエアーポンプ３０はそれ自体公知のものであって、毎分１〜３Ｌ程度のエアー流量を発生する。このエアーポンプ３０の作動によりトナー収納容器２０におけるトナー袋２２の下部から供給されたエアーは、トナー袋２２のトナー排出孔２４から上方に向けて噴出され、トナー層を攪拌する。これによりトナー袋２２内のトナーが流動化されるので、トナーが安定してトナー排出孔２４に運ばれるようになり、結果的にトナーが排出され易くなる。すなわち、トナー袋２２内のトナーは、粉体ポンプ４０が発生する吸引圧力とトナーの重力、および供給されたエアーによるトナー攪拌により図３の矢印の方向に移動し、ノズル５１の先端からトナー排出路３３を通り、トナー移送チューブ１５を介して粉体ポンプ４０に移送され、その後、現像装置１０内に落下して補給される。
【００３３】
上記したトナー補給装置では、トナー収納容器２０をセットしてからトナーがなくなるまでトナーを安定して排出し、補給終了後に容器内に溜まるトナー残量を低減させる課題がある。そのためには基本的に、エアー供給を多くして攪拌を十分に行わせるのが良い。しかし、通気性フィルタ２６の通気度に対し過度のエアー供給になると、トナー袋２２内の圧力が上昇しすぎる不具合が起こり、トナー補給が行われなくなる。この問題は、フィルタ２６の面積を大きくして通気度を上げれば解決はできるのだが、通気性フィルタ２６はトナーのシール性、フィルタの生産コストなどの問題があり大きくするのには制約がある。
本発明では、通気性フィルタ２６の大きさを固定して、エアー供給量を制御することで上記課題を達成している。
【００３４】
フレキシブル容器では、内部圧力が高まると膨らみ、内部圧力が弱まるとしぼむ。しかし、本トナー収納容器２０ではそのトナー袋２２に通気性フィルタ２６を設けているので、通常、内部圧力が大気圧より下がることはない。したがって、エアーポンプ３０によりエアーを供給して内部圧力が高まれば、トナー袋２２が膨らみ、そのエアーが通気性フィルタ２６から抜けると、元の状態に戻る。
【００３５】
そこで、本実施形態では通気性フィルタ２６の通気度より多いエアー量を一時的にトナー袋２２に供給し、そして、そのエアーが通気性フィルタ２６から完全に抜けるか、もしくは抜けた状態に近づくと再び通気性フィルタ２６の通気度より多いエアー量を供給する。このような間欠的なエアー供給を行うことにより、トナー袋２２は膨らんだ後に元の状態に戻る運動を繰り返し、この運動によりトナー袋２２の壁面が振動するが如く動くので、トナー袋２２の壁面に付着しているトナーを速やかにトナー排出孔２４へ搬送することができる。なお、図７は、エアーポンプ３０とトナー袋２２の内部圧力との関係を示すグラフであり、この場合、供給するエアー量を通気性フィルタ２６から抜ける量の２倍以上に設定している。なお、振動発生時のトナー袋２２は多少膨らめばよく、したがって膨らましすぎてトナー袋２２が元に戻らないことがない程度に設定されている。
【００３６】
かくして、トナー袋２２の壁面が振動すれば、トナーがトナー排出孔２４、すなわち挿入されたノズル５１に搬送されやすくなり、トナーが壁面に付着したまま補給されないという不具合を解消することができる。さらに、トナー袋２２の壁面が動けば、トナー架橋の発生も防止することができるので、トナー架橋により大量にトナーが残留してしまうことが防止できる。
【００３７】
上記したトナー袋２２の振動は、トナー補給度に行う必要がないが、定期的に行うと効果的である。したがって、画像形成装置にタイマー機能を有しているものでは、一定時間経過するごとを行うようにすればよい。さらに、画像形成装置のメインスイッチをオンするごとを行うこともきわめて有効であり、このとき定着装置の立ち上がり中にトナー袋を振動することができる。さらにまた、所定量のトナーを補給するごとに行うようにしてもよい。
【００３８】
ところで、エアーポンプ３０からのエアー供給はトナーを攪拌してトナー収納容器２０からのトナー補給を安定化させ、残トナーの低減を図るためである。かかる目的の達成には、エアー供給条件が密接に関係する。エアー供給条件にはエアー流速、エアー供給時間、（トナー補給に対する）エアー供給間隔が含まれ、これらの制御によって、トナー収納容器内からのトナー移送が安定化される。これらの制御が適正でないと、トナー排出孔２４に挿入されたノズル５１の付近上部のトナーが流動化されなくなり、または流動化されるトナーの量が少なくなる等の現象が生じるため、トナーが安定して供給できなくなり、容器内にトナーが多量に残るという問題が発生する。
【００３９】
このような問題が発生する理由には、主に以下の２つが考えられる。まず、一つには、必要以上のエアー供給によって容器内がエアーで過剰に充満し、容器内の圧力が過剰に上昇し、それによりフレキシブル容器であるトナー袋２２の形状が崩れ、図８（ａ）のトナー袋２２が図８（ｂ）に示すように、膨れたままとなることである。トナー袋２２が膨れたままであると、容器下方部分の必要最低限の傾斜が確保できなくなり、結果として、トナーが容器下方の内壁面に溜まって搬送されないことになり、トナー補給が途中で行われなくためである。
【００４０】
もう一つは、トナー補給が進みノズル５１の付近上部のトナー量が少なくなった場合に、トナー攪拌効果が不充分になることである。ノズル５１付近上部のトナー量が少ないと、トナー量が多い場合よりも、トナーがエアーによる攪拌領域に入りずらくなり、トナーが排出されにくくなることによるものである。
【００４１】
したがって、トナーが容器内に残量として溜まらず確実に補給されるためには、容器内の過剰な圧力上昇が起こらないことをねらいとして、トナー攪拌効果を補給初期からトナーエンドまで保持できるようなエアー供給にしてやらねばならない。そのためには、容器内の圧力、トナー残量などの状況に応じて、エアー供給量を制御することが重要である。
【００４２】
そのためには、経時における容器内の圧力状態、トナー残量の状況に応じて、供給すべきエアー量を調整することが重要であることが実験により明確とされた。
エアーを供給すると、エアーがノズル５１の上部付近のトナーを攪拌して流動化させる。このノズル５１の上部付近がエアーによる攪拌領域であり、そして、流動化された攪拌領域のトナーが紛体ポンプ４０に吸引されて排出されるのだが、排出されたトナーの部分には、容器内のまわりのトナーがくずれて再び攪拌領域にトナーが溜まることになる。そのトナーが再びエアー供給により攪拌され排出されるという具合に、トナー補給とエアー供給を繰り返すことになる。つまり、ある程度のトナーが消費されたらその都度エアーを供給しなくてはならない。よって、単位時間あたりのトナー補給量に比例した量のエアー供給を行う必要がある。
【００４３】
ところが、単位時間あたりのトナー補給量はバラツキがあり、ベタ画像の連続コピーを行ったときには、単位時間あたりのトナー補給量が非常に多くなる。この場合、トナー補給量に比例してエアーを供給すると、容器内の圧力が上昇して、通気性フィルタ２６からの脱気が間に合わず、トナー袋２２が膨らんだ状態になり、トナー袋２２の形状がくずれて膨らんだ状態のままとなってしまう。かかる状態では、トナーが攪拌領域に搬送されにくく残トナーになりやすい。
【００４４】
そこで、本実施形態では通常、単位時間あたりのトナー補給量に比例して通常制御に基づく量（以下、通常制御量という。）のエアー供給を行う。しかし、単位時間あたりのトナー補給量がある高めに設定した量（以下、高設定量という。）以上になった場合には、供給するエアーの間隔を広げることで実質上のエアー供給量を通常制御量よりも減らすように制御する。逆に、単位時間あたりのトナー補給量が低めに設定した量（以下、低設定量という。）以下になった場合には、エアー供給間隔を狭めてやることで、通常制御量よりもエアー供給量を増加するように制御する。
【００４５】
図９は、上記制御のフローチャートであり、単位時間あたりのトナー補給量検知し（ステップ1）、検知したトナー補給量が高設定量よりも多いかを判断し（ステップ２）、トナー補給量が高設定量よりも多い場合には、エアー供給量を通常制御量よりも減らす（ステップ３）。また、検知したトナー補給量が高設定量よりも少ない場合には、トナー補給量が低設定量よりも少ないかが判断され（ステップ４）、低設定量よりも少ない場合には通常制御量よりも増やす（ステップ５）。そして、ステップ４において低設定量よりも多い場合には通常制御量のエアーを供給する（ステップ６）。
【００４６】
このように制御することで、容器内に溜まるトナー残量の低減、およびトナー移送の安定化が実現される。
また、上記ステップ１において、単位時間あたりのトナー補給量を検知するが、所定時間あたりの紛体ポンプ４０の駆動時間によっても精度良く検知される。したがって、所定の時間あたりの吸引手段の駆動時間さえ検知すれば、適正なエアー供給量を制御できるということになる。
【００４７】
次に、上記の制御におけるトナー補給とエアー供給のタイミングを、図５を用いて説明する。
吸引型の粉体ポンプ４１を用いるトナー補給システムでは、トナーの補給量は吸引型ポンプの駆動（オン）した時間によって制御される。従って、単位時間あたりのトナー補給量は、ある所定の時間内の、累積の吸引型ポンプの駆動時間によって決定される。この値が高設定量より大きければエアー供給量を少なくする必要があるし、この累積が低設定量より小さければエアー供給量を多くしてよいということになる。
【００４８】
上記制御では、1回のエアー供給におけるエアー体積量（エアー流速×供給時間）を一定としているため、ある所定の時間内での紛体ポンプ４０の駆動時間に対してエアー供給を何回行うかを調整することでエアー供給量を制御している。したがって、所定の時間あたりの吸引手段の駆動時間さえ検知すれば、そのトナー補給に対して適正なエアー供給間隔を調整できるため、エアー供給量が制御されるということになる。
【００４９】
例えば、図１０であると、通常の状態ではある所定の時間内にトナー補給４回に対してエアー供給を２回行うという設定を示しているが、トナー補給が多くエアー体積が過剰になるようであれば、エアー供給間隔を広げてエアー供給回数を減らせば良い。逆に、トナー補給が少なくエアーによる攪拌が足りないようであれば、エアー供給間隔を狭めてエアー供給回数を増やせば良いということになる。
【００５０】
さらに、単位時間あたりのトナー補給量の検知は、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数によって、精度良く検知することができる。従って、上記と同様に、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数さえ検知すれば、適正なエアー供給量を制御できるということになる。
【００５１】
以下、実験結果に基づいてこれを説明する。
図１１は実験の設置条件（画像面積率とその連続通紙枚数）とエアー供給量、容器内トナー残量の実測値の関係を示している。なお、本実験で使用した実験機の通紙速度は、３０（枚／ｍｉｎ）である。
▲１▼、▲２▼はエアー供給量２．５（ｌ／ｍｉｎ）とした場合に、画像面積率が大きく連続通紙枚数も多い場合と、画像面積率が小さく連続通紙枚数も少ない場合の例を表している。また▲３▼は、▲１▼と同じ画像面積率、連続通紙枚数であるが、エアー供給間隔を広くして、エアー供給量を１．５（ｌ／ｍｉｎ）としたものの例を表している。また、単位時間あたりのトナー補給量は、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数に応じて設定される。
【００５２】
補給終了後の空となった容器内のトナー残量は、１０ｇ以下となることを目標としている。図１１より、▲２▼は残量目標を達成しているが、これは、▲２▼の単位時間あたりのトナー補給量が１５（ｇ／ｍｉｎ）の時に、エアー供給量２．５（ｌ／ｍｉｎ）が適正の値であることを意味している。しかし、▲１▼では、▲２▼よりも画像面積率が大きく連続通紙枚数も多いために単位時間あたりのトナー補給量も３０（ｇ／ｍｉｎ）と多いので、エアーを▲２▼と同じ２．５（ｌ／ｍｉｎ）で容器内に供給し続けると、必要以上のエアーを供給していることになる。従って、▲１▼では過剰のエアー供給により次第に容器圧力が上昇し、上記に記載の不具合により、途中で補給しなくなっている。その結果、補給終了後の容器内のトナー残量が８５ｇと目標を達成していない。つまり、▲１▼のように単位時間あたりのトナー補給量が多い場合は、エアー供給量を２．５（ｌ／ｍｉｎ）よりも少なく制御せねばならない。そこで，▲３▼では、エアー供給間隔を広くしてエアー供給量を１．５（ｌ／ｍｉｎ）としたが、このようにエアー供給量を減らす制御をすることで、補給終了後の容器内のトナー残量も低減でき、残量目標を達成することが可能となるのである。
【００５３】
このように、画像面積率とその連続通紙枚数さえ検知すれば、必然的に単位時間あたりのトナー補給量を検知することになるので、それに応じて適正に調整したエアー供給量が決定するように制御することができる。適正なエアー供給量でエアーを供給することで、継続的なトナー攪拌効果を得ることができ、また、フレキシブル容器の形状もエアー体積の増大によって容器が膨らみ形状がくずれることがないので、トナー移送が安定化されることになる。
【００５４】
ところで、上記したトナー補給量に応じたエアー供給量の制御はトナー袋２２のトナー残量に応じても、それに適したエアー供給量は変動させるとより好ましい。
図１２は、容器内トナー残量が（ａ）多い場合、図１３は少ない場合の容器内の様子を示す。
【００５５】
図１２の場合は容器内のトナー量が多いので、容器内上部にエアーが入りこめるスペースが少ない。従って、エアー供給量が比較的大きい場合、容器内圧力が上昇して容器が膨れ、上記記載の理由により、容器内のトナーが残量として溜まりやすい（図８（ｂ）参照）。ただし、ノズル５１上部にあるトナー量が多いので、エアーによる攪拌効果が得られやすく、トナー攪拌にはそれ程のエアーを必要としない。従って、容器内の圧力が上がらぬような比較的少ないエアー供給量が良いことになる。
【００５６】
図１３の場合は容器内のトナー量が少ないので、容器内上部にエアーが入りこめるスペースが十分にある。従って、エアー供給量が比較的大きい場合でも、容器内圧力の上昇による容器形状変化の不具合が起こりにくく、容器内のトナーが図１２の場合よりも残量として溜まりにくい。ただし、ノズル５１上部にあるトナー量が少ないので、エアーによる攪拌効果が得られにくくになっている。従って、エアーの供給頻度を増やしてエアー供給時の容器の振動効果を有効に利用するのが良いということになる。
【００５７】
このように、図１２の容器内のトナーが多い場合では比較的少ないエアー供給量が適し、図１３の容器内のトナーが少ない場合では比較的多いエアー供給量が適しており、このことは、容器内のトナー残量の状況に応じて供給すべき適正なエアー供給量が異なることを意味している。
【００５８】
容器内のトナー残量の検知方法であるが、補給初期から累積のトナー補給量は、吸引型ポンプの駆動時間によって決まるので、その逆である（排出されたトナー量の逆となる）容器内に溜まるトナー残量も、新たなトナー収納容器を設置した時点からの紛体ポンプ４０駆動時間で検知されることになる。したがって、紛体ポンプ４０の駆動時間さえ検知すれば、それに応じた適正なトナー供給量を制御することができ、補給後のトナー残量の低減、およびトナー移送の安定化が実現できる。
【００５９】
図１４は、紛体ポンプ４０の駆動時間に対してのトナー収納容器２０内のトナー残量を示している。▲１▼はエアー供給を一定条件の制御で行った場合で、▲２▼はトナー残量が少なくなった時点からエアー供給間隔を狭める制御を行った場合を示している。
【００６０】
容器内のトナー残量が少なくなると、ノズル５１付近にはトナー量が少ない状態となり、一定条件の制御でエアー供給を行っても図８の▲１▼のようにトナーは容器内に残りやすい。この場合、トナー量が少なくなると、ノズル５１の上部付近にトナーが集まりにくくなっているので、エアーによる攪拌効果を享受できるトナーが少ない。よって、壁面近くにあるトナーをできるだけノズル５１の上部付近に集める必要がある。
【００６１】
そこで、エアーの供給回数を増やして上記したエアーによる振動を頻繁に行うことで、壁面近くにあるトナーをノズル５１の上部付近に集め、さらにこれらをエアーが攪拌してトナー移送しやすくする。よって、トナー残量がある量より少なくなったときにはエアー供給条件を供給間隔が狭くなるように変更すれば、よりトナー残量の低減が図れる。なお、エアー供給量を増やすと、圧量上昇による容器の変形の問題があるが、トナー残量が少ない場合には容器内に入ることができるエアースペースが大きく、さらにトナー自身の重みも軽量になっているから、実質上問題がない。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、間欠的なエアー供給によってフレキシブルなトナー容器が呼吸時の肺のように膨らんだり萎んだりすることができ、収納しているトナーを下部のトナー排出部に確実に搬送するとともに、容器の壁面が動くのでトナー架橋の発生を防止することができる。
【００６３】
請求項２の構成によれば、トナー補給量が多量でエアー供給を減らすことで、トナー収納容器の圧力を適正圧に維持して容器の変形を抑え、多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【００６６】
請求項３の構成によれば、トナー補給量が少量でエアー供給を増やすことで、トナー収納容器のトナーを十分に攪拌して流動性を保ち、多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【００６７】
請求項４および５の構成によれば、トナー補給量を制度良く検知することができる。
請求項６の構成によれば、エアー供給量の増減を回数で制御するので、アナログ制御でなくデジタル制御であるため、エアー供給手段の制御が容易である。
【００６８】
請求項７の構成によれば、トナー収納容器のトナー残量を精度良く検知することができる。
【００６９】
請求項８の構成によれば、トナー収納容器内の残留トナーを大幅、かつ、確実に低減することができる。
【００７０】
請求項９および１０の構成によれば、現像装置へのトナー補給を確実に行い、トナー収納容器内に多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトナー補給装置の構成図である。
【図２】図１に示す現像装置の端部の部分断面図である。
【図３】本発明のトナー補給装置の一実施形態を示す断面説明図である。
【図４】トナー収納容器のトナー袋の一例を示す正面図である。
【図５】図４のトナー袋の示す斜視図である。
【図６】トナー収納容器のトナー袋の他の例を示す正面図である。
【図７】エアー供給とトナー収納容器内の圧力の関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は通常のトナー収納容器内の状態を示す説明図、（ｂ）は容器が変形した状態を示す説明図である。
【図９】エアー供給の制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】トナー補給、エアー供給のタイミングチャート図である。
【図１１】画像面積率、連続通紙枚数とエアー供給量、容器内トナー残量の関係を示す図である。
【図１２】トナー量が多い場合のトナー収納容器内の状態を示す説明図である。
【図１３】トナー量が少ない場合のトナー収納容器内の状態を示す説明図である。
【図１４】トナー収納容器内のトナー残量の紛体ポンプ駆動時間の関係を示すグラフで「ある。
【符号の説明】
１０ 現像装置
２０ トナー収納容器
２２ トナー袋
２６ 通気性フィルタ
３０ エアーポンプ
４０ 粉体ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置へトナー収納容器に収納したトナーを補給するトナー補給装置および電子写真方式のプリンター、ファクシミリ、複写機等の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を収納する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。この種のトナー収納容器は、カートリッジ、ボトルといったハードボトルが一般的であり、内部にトナー攪拌手段兼排出手段としてのアジテータを設けたものや、容器壁面に螺旋溝を設けて容器を回転させることにより内部のトナーを移動させ排出するもの、または排出機構を持たずに手で補給するもの等がある。しかし、近年環境問題が重視され、トナー収納容器の回収、リサイクル性が求められている。そこで、フレキシブルな材料で作られた、回収が容易な減容可能なソフト容器の提案がされているが、電子写真用乾式トナーは一般に流動性が悪く、凝集しやすい性質があるために、ソフト容器からのトナーの排出が非常に困難とされている。なぜならば、容器がソフトであるためにアジテータや排出機構を付加しにくく、あるいは排出機構を設けると減容が妨げられる、または手で補給するにもハンドリング性が悪い等のためである。
【０００３】
そこで、吸引型の粉体ポンプによりフレキシブル容器からトナーを吸引排出するトナー補給装置の技術が本願出願人より提案されている。かかるトナー補給装置では、トナーに無用なストレスを与えず、しかもトナー収納容器の設置位置が現像装置に規制されることがないので、設計自由度が大幅に向上する等の種々の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記トナー補給装置において、下部にトナー排出孔が設けられているトナー収納容器では容器内にトナー架橋が発生すると大量の残トナーが生じ、さらに、容器内の壁面にトナーが付着してトナー排出孔に落ちない場合も残トナーとなる問題がある。このような問題は、トナーがきわめて流動性が悪いことが最大の原因である。
【０００５】
そこで、トナー流動性を良好な状態に保つため、トナー収納容器内にエアーを供給することが本願出願人より提案しているが、このエアーを供給する条件次第でトナーを最後まで安定して現像装置に補給することができ、残トナーの少ない良好なトナー補給を行えることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記した事情にかんがみ、フレキブルなトナー収納容器からトナー常時安定して補給でき、該容器に残留するトナーを大幅に減少することができるトナー補給装置および画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、容器下部にトナー排出孔が設けられ、フレキシブルな材質で作られたトナー収納容器と、該トナー収納容器の上部側に設けられ、エアーを通すがトナーを通さない通気性フィルタと、前記トナー収納容器に収納されたトナーを吸引する吸引手段と、前記トナー収納容器内に下方よりエアーを供給するエアー供給手段とを有し、前記吸引手段の吸引圧力により前記トナー収納容器のトナーが前記トナー排出部を通って現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記エアー供給手段が単位時間あたりに供給するエアーの量は、単位時間当たりのトナー補給量に比例しており、かつ、単位時間当たりの前記通気性フィルタを通り抜けうるエアーの量よりも多くなるように設定されており、前記エアー供給手段によるエアー供給は、先に供給したエアーが前記通気性フィルタを介して前記トナー収納容器からほぼ抜けたとき、次のエアーの供給を行うような間欠供給であることを特徴としている。
【０００８】
なお、本発明のトナー補給装置において、単位時間当たりのトナー補給量が高設定の量以上のとき、前記エアー供給手段が供給するエアーの量が前記トナー補給量と比例させず減少するように制御されると、効果的である。
【０００９】
さらに、本発明のトナー補給装置において、単位時間当たりのトナー補給量が低設定の量以下のとき、エアー供給量を増加するように制御すると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、前記吸引手段の駆動時間から検知すると、効果的である。
【００１０】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、画像形成時の画像面積率と連続通紙枚数から検知すると、効果的である。
【００１１】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記エアー供給手段の1回のエアー供給量がほぼ一定であり、エアー供給量の増減をエアー供給回数の増減によって制御すると、効果的である。
【００１２】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記トナー収納容器内のトナーが補給されてその残量が所定量以下になったとき、前記エアー供給手段によるエアー供給の間隔を狭くすると、効果的である。
【００１３】
さらに、本発明のトナー補給装置において、前記単位時間当たりのトナー補給量を、画像形成時の画像面積率と連続通紙枚数から検知すると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記画像面積率が所定値より高く、かつ、前記連続通紙枚数が所定枚数以上のとき、エアー供給間隔を広くすると、効果的である。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明は、請求項１ないし７の何れか一項に記載のトナー補給装置を用いて、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置へトナーを補給することを特徴としている。
【００１５】
なお、本発明の画像形成装置において、前記現像装置が二成分現像装置であり、要求された量のトナーが前記吸引手段の駆動により当該現像装置へ補給されると、効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置に用いられるトナー補給機構を示す構成図、図２はそのトナーが補給される側である現像装置の一部を示す断面図である。
【００１９】
図１において、電子写真法による画像形成装置は、現像装置１０により像担持体１に形成された静電潜像がトナー像として現像される。この現像装置１０には、後に詳述するトナーを収納したトナー収納容器２０から吸引手段としての粉体ポンプ４０および移送チューブ１５を介してトナーが補給される。
【００２０】
現像装置１０には、像担持体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１攪拌スクリュー１２、第２攪拌スクリュー１３とが備えられている。現像装置１０内でのトナーは、第１攪拌スクリュー１２によって搬送されるようにして循環される。この循環の間に搬送路の途中で現像スリーブ１１に移送されたトナーにより像担持体１上に形成された静電潜像を現像する。なお、符号１８はトナー濃度センサである。
【００２１】
粉体ポンプ４０は、トナー収納容器２０から現像装置１０までのトナー導通経路に設けられ、本例では図２および図３に示すように、現像装置１０に隣接配置されている。この粉体ポンプ４０は、吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプであって、その構成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４２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４３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４４とを有している。なお、本例のロータ４２はアルミ、ステータ４３はＥＰＤＭゴムからそれぞれ作られている。
【００２２】
また、本実施形態では、第１攪拌スクリュー１２と一体連結され、図示していない駆動装置に駆動連結された歯車１６と、上記ロータ４２とピン継ぎ手により連結された駆動軸４３ａに一体連結された歯車４５とが噛み合っているとともに、歯車４５には歯車１６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４６を介在させている。この電磁クラッチ４６により粉体ポンプ４０のオン・オフが切り換えられ、現像装置１０内のトナー濃度を一定に保つように制御する方式の現像装置に適用させることができる。
【００２３】
上記ホルダ４４の先端は、後述するノズル５１に設けられたトナー用接続口３５とトナー移送チューブ１５によって接続されている。このトナー移送チューブ１５としては、例えば直径４〜１０ｍｍのフレキシブルなチューブで、耐トナー性に優れたゴム材料（例えば、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料から作られているものを用いることがきわめて有効であり、フレキシブルなチューブは上下左右の任意方向へ配管が容易に行い得る。
【００２４】
この粉体ポンプ４０は、ロータ４２の回転により強い自吸力が生じ、トナー収納容器２０からトナーを吸い込むことができる。吸い込まれたトナーは、粉体ポンプ４０と第１攪拌スクリュー１２との間に形成された供給孔１７により現像装置１０内に移送され、そして２成分現像方式を用いている場合にはこの移送工程中に補給されたトナーが現像装置１０内のトナーと攪拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量になる。なお、現像装置には脱気孔１４ａとその脱気孔１４ａを覆うフィルタ１４が設けられ、トナーとともに吸引されたエアーを現像装置１０から脱気して装置内の昇圧を抑え、トナー補給の安定化と現像装置１０からのトナー飛散を防止するように構成している。
【００２５】
図３において、符号５０は画像形成装置本体に設けられたトナー収納容器２０がセットされるセット部である。このセット部５０には、ほぼ真上方向に延在するトナー収納容器２０内に入り込み可能な挿入部材としてのノズル５１が一体または脱着可能であるが位置固定に設けられている。ノズル５１は、直線状で、円筒状に形成されているとともに、上部に設けられたこの尖端部材５２に続いてエアー供給路とトナー補給路とを兼ねる通路３３が設けられている。ノズル５１の内部は、単管構造になっており、通路３３はノズル５１の下端において図の左方へ曲げられてその先端にトナー移送チューブ１５が接続されたトナー用接続口３４が設けられている。また、通路３３にはトナー用接続口３４よりも上方で図の右方へ曲げられ、エアー接続口３２が設けられている。
【００２６】
エアー接続口３２は、本実施形態の場合、エアー供給手段としてのエアーポンプ３０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および通路３３を介してトナー収納容器２０内にエアーが噴出される。そして、トナー収納容器２０のトナー袋２２内に噴出されたエアーは、該袋内に収納されたトナーの層を通過することによりトナーを拡散しながら流動化させる。
【００２７】
トナー収納容器２０は、保護ケースとしての外箱２１と、その外箱２１内に着脱可能に収容されたフレキシブルで変形可能な袋状体としてのトナー袋２２とを有するバックインボックスタイプに構成されている。この外箱２１は、剛性を有する紙、段ボール、樹脂等の材料から作られ、トナー袋２２が殆ど隙間なく収まる程度の内部空間を有している。トナー収納容器２０は、トナーを収納したトナー袋２２がフレキブルであっても、外箱２１内に収めることで、保護されるだけでなく、ハンドリング性が向上するため容器の取り扱いが行い易く、保管時の整理も行い易いという利点が得られる。
【００２８】
また、トナー袋２２の袋部分はポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム等のフレキシブルなシート材（８０〜１２５μｍ程度の厚み）を単層または複層構成にして袋状容器形状のものである。そして、トナー袋２２はその下部中央にトナー排出孔２４が設けられ、ポリエチレンやナイロン等に樹脂から作られた口金部材２３が固定されて構成されている。口金部材２３のトナー排出孔２４には、自閉弁の役割を持つ単層または複層のシール２５が設けられ、シール２５は非通気性の発泡スポンジ等からなる弾性体によって構成されている。また、トナー袋２２はトナーが残留しにくいように、トナー排出孔２４に向かって先細りとなる形状に形成されている。
【００２９】
図４は、トナー袋２２の一例を示す正面図であって、製造直後のトナーを収納していない状態をものであり、このトナー袋２２に所定量のトナーを収納すると図５に示すように箱状になる。本実施形態におけるトナー袋２２は、図４における高さ方向の長さをａ、横幅方向の長さをｂとすると、a＝約18５ｍｍ、b＝約１１３ｍｍであり、さらに図５に示す奥行き方向の長さをｃとすると、ｃ＝約６３ｍｍとなり、該トナー袋２２には略３００ｇのトナーが収納される。
【００３０】
また、トナー袋２２は図６に示すように、高さ方向の長さａがa＝約３０５ｍｍ、横幅方向の長さｂがb＝約１１３ｍｍ、奥行き方向の長さｃがｃ＝約５５ｍｍで、略６００ｇのトナーが収納されるものでもよい。
【００３１】
このように構成されたトナー袋２２には、上部に通気性フィルタ２６が設けられており、通気性フィルタ２６は直径１．７５ｃｍで、面積は約２．４ｃｍ２となり、通気度が２〜７ｍｌ／ｃｍ２・ｓｅｃ×２．４ｃｍ２＝４，８〜１６．８ｍｌ／ｓｅｃとなる。
【００３２】
上記したエアーポンプ３０はそれ自体公知のものであって、毎分１〜３Ｌ程度のエアー流量を発生する。このエアーポンプ３０の作動によりトナー収納容器２０におけるトナー袋２２の下部から供給されたエアーは、トナー袋２２のトナー排出孔２４から上方に向けて噴出され、トナー層を攪拌する。これによりトナー袋２２内のトナーが流動化されるので、トナーが安定してトナー排出孔２４に運ばれるようになり、結果的にトナーが排出され易くなる。すなわち、トナー袋２２内のトナーは、粉体ポンプ４０が発生する吸引圧力とトナーの重力、および供給されたエアーによるトナー攪拌により図３の矢印の方向に移動し、ノズル５１の先端からトナー排出路３３を通り、トナー移送チューブ１５を介して粉体ポンプ４０に移送され、その後、現像装置１０内に落下して補給される。
【００３３】
上記したトナー補給装置では、トナー収納容器２０をセットしてからトナーがなくなるまでトナーを安定して排出し、補給終了後に容器内に溜まるトナー残量を低減させる課題がある。そのためには基本的に、エアー供給を多くして攪拌を十分に行わせるのが良い。しかし、通気性フィルタ２６の通気度に対し過度のエアー供給になると、トナー袋２２内の圧力が上昇しすぎる不具合が起こり、トナー補給が行われなくなる。この問題は、フィルタ２６の面積を大きくして通気度を上げれば解決はできるのだが、通気性フィルタ２６はトナーのシール性、フィルタの生産コストなどの問題があり大きくするのには制約がある。
本発明では、通気性フィルタ２６の大きさを固定して、エアー供給量を制御することで上記課題を達成している。
【００３４】
フレキシブル容器では、内部圧力が高まると膨らみ、内部圧力が弱まるとしぼむ。しかし、本トナー収納容器２０ではそのトナー袋２２に通気性フィルタ２６を設けているので、通常、内部圧力が大気圧より下がることはない。したがって、エアーポンプ３０によりエアーを供給して内部圧力が高まれば、トナー袋２２が膨らみ、そのエアーが通気性フィルタ２６から抜けると、元の状態に戻る。
【００３５】
そこで、本実施形態では通気性フィルタ２６の通気度より多いエアー量を一時的にトナー袋２２に供給し、そして、そのエアーが通気性フィルタ２６から完全に抜けるか、もしくは抜けた状態に近づくと再び通気性フィルタ２６の通気度より多いエアー量を供給する。このような間欠的なエアー供給を行うことにより、トナー袋２２は膨らんだ後に元の状態に戻る運動を繰り返し、この運動によりトナー袋２２の壁面が振動するが如く動くので、トナー袋２２の壁面に付着しているトナーを速やかにトナー排出孔２４へ搬送することができる。なお、図７は、エアーポンプ３０とトナー袋２２の内部圧力との関係を示すグラフであり、この場合、供給するエアー量を通気性フィルタ２６から抜ける量の２倍以上に設定している。なお、振動発生時のトナー袋２２は多少膨らめばよく、したがって膨らましすぎてトナー袋２２が元に戻らないことがない程度に設定されている。
【００３６】
かくして、トナー袋２２の壁面が振動すれば、トナーがトナー排出孔２４、すなわち挿入されたノズル５１に搬送されやすくなり、トナーが壁面に付着したまま補給されないという不具合を解消することができる。さらに、トナー袋２２の壁面が動けば、トナー架橋の発生も防止することができるので、トナー架橋により大量にトナーが残留してしまうことが防止できる。
【００３７】
上記したトナー袋２２の振動は、トナー補給度に行う必要がないが、定期的に行うと効果的である。したがって、画像形成装置にタイマー機能を有しているものでは、一定時間経過するごとを行うようにすればよい。さらに、画像形成装置のメインスイッチをオンするごとを行うこともきわめて有効であり、このとき定着装置の立ち上がり中にトナー袋を振動することができる。さらにまた、所定量のトナーを補給するごとに行うようにしてもよい。
【００３８】
ところで、エアーポンプ３０からのエアー供給はトナーを攪拌してトナー収納容器２０からのトナー補給を安定化させ、残トナーの低減を図るためである。かかる目的の達成には、エアー供給条件が密接に関係する。エアー供給条件にはエアー流速、エアー供給時間、（トナー補給に対する）エアー供給間隔が含まれ、これらの制御によって、トナー収納容器内からのトナー移送が安定化される。これらの制御が適正でないと、トナー排出孔２４に挿入されたノズル５１の付近上部のトナーが流動化されなくなり、または流動化されるトナーの量が少なくなる等の現象が生じるため、トナーが安定して供給できなくなり、容器内にトナーが多量に残るという問題が発生する。
【００３９】
このような問題が発生する理由には、主に以下の２つが考えられる。まず、一つには、必要以上のエアー供給によって容器内がエアーで過剰に充満し、容器内の圧力が過剰に上昇し、それによりフレキシブル容器であるトナー袋２２の形状が崩れ、図８（ａ）のトナー袋２２が図８（ｂ）に示すように、膨れたままとなることである。トナー袋２２が膨れたままであると、容器下方部分の必要最低限の傾斜が確保できなくなり、結果として、トナーが容器下方の内壁面に溜まって搬送されないことになり、トナー補給が途中で行われなくためである。
【００４０】
もう一つは、トナー補給が進みノズル５１の付近上部のトナー量が少なくなった場合に、トナー攪拌効果が不充分になることである。ノズル５１付近上部のトナー量が少ないと、トナー量が多い場合よりも、トナーがエアーによる攪拌領域に入りずらくなり、トナーが排出されにくくなることによるものである。
【００４１】
したがって、トナーが容器内に残量として溜まらず確実に補給されるためには、容器内の過剰な圧力上昇が起こらないことをねらいとして、トナー攪拌効果を補給初期からトナーエンドまで保持できるようなエアー供給にしてやらねばならない。そのためには、容器内の圧力、トナー残量などの状況に応じて、エアー供給量を制御することが重要である。
【００４２】
そのためには、経時における容器内の圧力状態、トナー残量の状況に応じて、供給すべきエアー量を調整することが重要であることが実験により明確とされた。
エアーを供給すると、エアーがノズル５１の上部付近のトナーを攪拌して流動化させる。このノズル５１の上部付近がエアーによる攪拌領域であり、そして、流動化された攪拌領域のトナーが紛体ポンプ４０に吸引されて排出されるのだが、排出されたトナーの部分には、容器内のまわりのトナーがくずれて再び攪拌領域にトナーが溜まることになる。そのトナーが再びエアー供給により攪拌され排出されるという具合に、トナー補給とエアー供給を繰り返すことになる。つまり、ある程度のトナーが消費されたらその都度エアーを供給しなくてはならない。よって、単位時間あたりのトナー補給量に比例した量のエアー供給を行う必要がある。
【００４３】
ところが、単位時間あたりのトナー補給量はバラツキがあり、ベタ画像の連続コピーを行ったときには、単位時間あたりのトナー補給量が非常に多くなる。この場合、トナー補給量に比例してエアーを供給すると、容器内の圧力が上昇して、通気性フィルタ２６からの脱気が間に合わず、トナー袋２２が膨らんだ状態になり、トナー袋２２の形状がくずれて膨らんだ状態のままとなってしまう。かかる状態では、トナーが攪拌領域に搬送されにくく残トナーになりやすい。
【００４４】
そこで、本実施形態では通常、単位時間あたりのトナー補給量に比例して通常制御に基づく量（以下、通常制御量という。）のエアー供給を行う。しかし、単位時間あたりのトナー補給量がある高めに設定した量（以下、高設定量という。）以上になった場合には、供給するエアーの間隔を広げることで実質上のエアー供給量を通常制御量よりも減らすように制御する。逆に、単位時間あたりのトナー補給量が低めに設定した量（以下、低設定量という。）以下になった場合には、エアー供給間隔を狭めてやることで、通常制御量よりもエアー供給量を増加するように制御する。
【００４５】
図９は、上記制御のフローチャートであり、単位時間あたりのトナー補給量検知し（ステップ1）、検知したトナー補給量が高設定量よりも多いかを判断し（ステップ２）、トナー補給量が高設定量よりも多い場合には、エアー供給量を通常制御量よりも減らす（ステップ３）。また、検知したトナー補給量が高設定量よりも少ない場合には、トナー補給量が低設定量よりも少ないかが判断され（ステップ４）、低設定量よりも少ない場合には通常制御量よりも増やす（ステップ５）。そして、ステップ４において低設定量よりも多い場合には通常制御量のエアーを供給する（ステップ６）。
【００４６】
このように制御することで、容器内に溜まるトナー残量の低減、およびトナー移送の安定化が実現される。
また、上記ステップ１において、単位時間あたりのトナー補給量を検知するが、所定時間あたりの紛体ポンプ４０の駆動時間によっても精度良く検知される。したがって、所定の時間あたりの吸引手段の駆動時間さえ検知すれば、適正なエアー供給量を制御できるということになる。
【００４７】
次に、上記の制御におけるトナー補給とエアー供給のタイミングを、図５を用いて説明する。
吸引型の粉体ポンプ４１を用いるトナー補給システムでは、トナーの補給量は吸引型ポンプの駆動（オン）した時間によって制御される。従って、単位時間あたりのトナー補給量は、ある所定の時間内の、累積の吸引型ポンプの駆動時間によって決定される。この値が高設定量より大きければエアー供給量を少なくする必要があるし、この累積が低設定量より小さければエアー供給量を多くしてよいということになる。
【００４８】
上記制御では、1回のエアー供給におけるエアー体積量（エアー流速×供給時間）を一定としているため、ある所定の時間内での紛体ポンプ４０の駆動時間に対してエアー供給を何回行うかを調整することでエアー供給量を制御している。したがって、所定の時間あたりの吸引手段の駆動時間さえ検知すれば、そのトナー補給に対して適正なエアー供給間隔を調整できるため、エアー供給量が制御されるということになる。
【００４９】
例えば、図１０であると、通常の状態ではある所定の時間内にトナー補給４回に対してエアー供給を２回行うという設定を示しているが、トナー補給が多くエアー体積が過剰になるようであれば、エアー供給間隔を広げてエアー供給回数を減らせば良い。逆に、トナー補給が少なくエアーによる攪拌が足りないようであれば、エアー供給間隔を狭めてエアー供給回数を増やせば良いということになる。
【００５０】
さらに、単位時間あたりのトナー補給量の検知は、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数によって、精度良く検知することができる。従って、上記と同様に、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数さえ検知すれば、適正なエアー供給量を制御できるということになる。
【００５１】
以下、実験結果に基づいてこれを説明する。
図１１は実験の設置条件（画像面積率とその連続通紙枚数）とエアー供給量、容器内トナー残量の実測値の関係を示している。なお、本実験で使用した実験機の通紙速度は、３０（枚／ｍｉｎ）である。
▲１▼、▲２▼はエアー供給量２．５（ｌ／ｍｉｎ）とした場合に、画像面積率が大きく連続通紙枚数も多い場合と、画像面積率が小さく連続通紙枚数も少ない場合の例を表している。また▲３▼は、▲１▼と同じ画像面積率、連続通紙枚数であるが、エアー供給間隔を広くして、エアー供給量を１．５（ｌ／ｍｉｎ）としたものの例を表している。また、単位時間あたりのトナー補給量は、潜像する画像の画像面積率とその連続通紙枚数に応じて設定される。
【００５２】
補給終了後の空となった容器内のトナー残量は、１０ｇ以下となることを目標としている。図１１より、▲２▼は残量目標を達成しているが、これは、▲２▼の単位時間あたりのトナー補給量が１５（ｇ／ｍｉｎ）の時に、エアー供給量２．５（ｌ／ｍｉｎ）が適正の値であることを意味している。しかし、▲１▼では、▲２▼よりも画像面積率が大きく連続通紙枚数も多いために単位時間あたりのトナー補給量も３０（ｇ／ｍｉｎ）と多いので、エアーを▲２▼と同じ２．５（ｌ／ｍｉｎ）で容器内に供給し続けると、必要以上のエアーを供給していることになる。従って、▲１▼では過剰のエアー供給により次第に容器圧力が上昇し、上記に記載の不具合により、途中で補給しなくなっている。その結果、補給終了後の容器内のトナー残量が８５ｇと目標を達成していない。つまり、▲１▼のように単位時間あたりのトナー補給量が多い場合は、エアー供給量を２．５（ｌ／ｍｉｎ）よりも少なく制御せねばならない。そこで，▲３▼では、エアー供給間隔を広くしてエアー供給量を１．５（ｌ／ｍｉｎ）としたが、このようにエアー供給量を減らす制御をすることで、補給終了後の容器内のトナー残量も低減でき、残量目標を達成することが可能となるのである。
【００５３】
このように、画像面積率とその連続通紙枚数さえ検知すれば、必然的に単位時間あたりのトナー補給量を検知することになるので、それに応じて適正に調整したエアー供給量が決定するように制御することができる。適正なエアー供給量でエアーを供給することで、継続的なトナー攪拌効果を得ることができ、また、フレキシブル容器の形状もエアー体積の増大によって容器が膨らみ形状がくずれることがないので、トナー移送が安定化されることになる。
【００５４】
ところで、上記したトナー補給量に応じたエアー供給量の制御はトナー袋２２のトナー残量に応じても、それに適したエアー供給量は変動させるとより好ましい。
図１２は、容器内トナー残量が（ａ）多い場合、図１３は少ない場合の容器内の様子を示す。
【００５５】
図１２の場合は容器内のトナー量が多いので、容器内上部にエアーが入りこめるスペースが少ない。従って、エアー供給量が比較的大きい場合、容器内圧力が上昇して容器が膨れ、上記記載の理由により、容器内のトナーが残量として溜まりやすい（図８（ｂ）参照）。ただし、ノズル５１上部にあるトナー量が多いので、エアーによる攪拌効果が得られやすく、トナー攪拌にはそれ程のエアーを必要としない。従って、容器内の圧力が上がらぬような比較的少ないエアー供給量が良いことになる。
【００５６】
図１３の場合は容器内のトナー量が少ないので、容器内上部にエアーが入りこめるスペースが十分にある。従って、エアー供給量が比較的大きい場合でも、容器内圧力の上昇による容器形状変化の不具合が起こりにくく、容器内のトナーが図１２の場合よりも残量として溜まりにくい。ただし、ノズル５１上部にあるトナー量が少ないので、エアーによる攪拌効果が得られにくくになっている。従って、エアーの供給頻度を増やしてエアー供給時の容器の振動効果を有効に利用するのが良いということになる。
【００５７】
このように、図１２の容器内のトナーが多い場合では比較的少ないエアー供給量が適し、図１３の容器内のトナーが少ない場合では比較的多いエアー供給量が適しており、このことは、容器内のトナー残量の状況に応じて供給すべき適正なエアー供給量が異なることを意味している。
【００５８】
容器内のトナー残量の検知方法であるが、補給初期から累積のトナー補給量は、吸引型ポンプの駆動時間によって決まるので、その逆である（排出されたトナー量の逆となる）容器内に溜まるトナー残量も、新たなトナー収納容器を設置した時点からの紛体ポンプ４０駆動時間で検知されることになる。したがって、紛体ポンプ４０の駆動時間さえ検知すれば、それに応じた適正なトナー供給量を制御することができ、補給後のトナー残量の低減、およびトナー移送の安定化が実現できる。
【００５９】
図１４は、紛体ポンプ４０の駆動時間に対してのトナー収納容器２０内のトナー残量を示している。▲１▼はエアー供給を一定条件の制御で行った場合で、▲２▼はトナー残量が少なくなった時点からエアー供給間隔を狭める制御を行った場合を示している。
【００６０】
容器内のトナー残量が少なくなると、ノズル５１付近にはトナー量が少ない状態となり、一定条件の制御でエアー供給を行っても図８の▲１▼のようにトナーは容器内に残りやすい。この場合、トナー量が少なくなると、ノズル５１の上部付近にトナーが集まりにくくなっているので、エアーによる攪拌効果を享受できるトナーが少ない。よって、壁面近くにあるトナーをできるだけノズル５１の上部付近に集める必要がある。
【００６１】
そこで、エアーの供給回数を増やして上記したエアーによる振動を頻繁に行うことで、壁面近くにあるトナーをノズル５１の上部付近に集め、さらにこれらをエアーが攪拌してトナー移送しやすくする。よって、トナー残量がある量より少なくなったときにはエアー供給条件を供給間隔が狭くなるように変更すれば、よりトナー残量の低減が図れる。なお、エアー供給量を増やすと、圧量上昇による容器の変形の問題があるが、トナー残量が少ない場合には容器内に入ることができるエアースペースが大きく、さらにトナー自身の重みも軽量になっているから、実質上問題がない。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、間欠的なエアー供給によってフレキシブルなトナー容器が呼吸時の肺のように膨らんだり萎んだりすることができ、収納しているトナーを下部のトナー排出部に確実に搬送するとともに、容器の壁面が動くのでトナー架橋の発生を防止することができる。
【００６３】
請求項２の構成によれば、トナー補給量が多量でエアー供給を減らすことで、トナー収納容器の圧力を適正圧に維持して容器の変形を抑え、多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【００６６】
請求項３の構成によれば、トナー補給量が少量でエアー供給を増やすことで、トナー収納容器のトナーを十分に攪拌して流動性を保ち、多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【００６７】
請求項４および５の構成によれば、トナー補給量を制度良く検知することができる。
請求項６の構成によれば、エアー供給量の増減を回数で制御するので、アナログ制御でなくデジタル制御であるため、エアー供給手段の制御が容易である。
【００６８】
請求項７の構成によれば、トナー収納容器のトナー残量を精度良く検知することができる。
【００６９】
請求項８の構成によれば、トナー収納容器内の残留トナーを大幅、かつ、確実に低減することができる。
【００７０】
請求項９および１０の構成によれば、現像装置へのトナー補給を確実に行い、トナー収納容器内に多量の残トナーが生ずることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトナー補給装置の構成図である。
【図２】図１に示す現像装置の端部の部分断面図である。
【図３】本発明のトナー補給装置の一実施形態を示す断面説明図である。
【図４】トナー収納容器のトナー袋の一例を示す正面図である。
【図５】図４のトナー袋の示す斜視図である。
【図６】トナー収納容器のトナー袋の他の例を示す正面図である。
【図７】エアー供給とトナー収納容器内の圧力の関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は通常のトナー収納容器内の状態を示す説明図、（ｂ）は容器が変形した状態を示す説明図である。
【図９】エアー供給の制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】トナー補給、エアー供給のタイミングチャート図である。
【図１１】画像面積率、連続通紙枚数とエアー供給量、容器内トナー残量の関係を示す図である。
【図１２】トナー量が多い場合のトナー収納容器内の状態を示す説明図である。
【図１３】トナー量が少ない場合のトナー収納容器内の状態を示す説明図である。
【図１４】トナー収納容器内のトナー残量の紛体ポンプ駆動時間の関係を示すグラフで「ある。
【符号の説明】
１０ 現像装置
２０ トナー収納容器
２２ トナー袋
２６ 通気性フィルタ
３０ エアーポンプ
４０ 粉体ポンプ
Claims (10)
- 容器下部にトナー排出孔が設けられ、フレキシブルな材質で作られたトナー収納容器と、
該トナー収納容器の上部側に設けられ、エアーを通すがトナーを通さない通気性フィルタと、
前記トナー収納容器に収納されたトナーを吸引する吸引手段と、
前記トナー収納容器内に下方よりエアーを供給するエアー供給手段とを有し、
前記吸引手段の吸引圧力により前記トナー収納容器のトナーが前記トナー排出部を通って現像装置へ補給するトナー補給装置において、
前記エアー供給手段が単位時間あたりに供給するエアーの量は、
単位時間当たりのトナー補給量に比例しており、
かつ、単位時間当たりの前記通気性フィルタを通り抜けうるエアーの量よりも多くなるように設定されており、
前記エアー供給手段によるエアー供給は、
先に供給したエアーが前記通気性フィルタを介して前記トナー収納容器からほぼ抜けたとき、次のエアーの供給を行うような間欠供給であることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項１に記載のトナー補給装置において、
単位時間当たりのトナー補給量が高設定の量以上のとき、前記エアー供給手段が供給するエアーの量が前記トナー補給量と比例させず減少するように制御されることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項１または２に記載のトナー補給装置において、
単位時間当たりのトナー補給量が低設定の量以下のとき、前記エアー供給手段が供給するエアーの量が増加するように制御されることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項１ないし３の何れかに記載のトナー補給装置において、
前記単位時間当たりのトナー補給量を、前記吸引手段の駆動時間から検知することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項１ないし３の何れかに記載のトナー補給装置において、
前記単位時間当たりのトナー補給量を、画像形成時の画像面積率と連続通紙枚数から検知することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項２または３に記載のトナー補給装置において、
前記エアー供給手段の1回のエアー供給量がほぼ一定であり、エアー供給量の増減をエアー供給回数の増減によって制御することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項２に記載のトナー補給装置において、
前記トナー収納容器内のトナー残量を、新たなトナー収納容器を設置した時点からの、前記吸引手段の累積の駆動時間から検知することを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項２に記載のトナー補給装置において、
前記トナー収納容器内のトナーが補給されてその残量が所定量以下になったとき、
前記エアー供給手段によるエアー供給の間隔を狭くすることを特徴とするトナー補給装置。 - 請求項１ないし８の何れか一項に記載のトナー補給装置を用いて、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置へトナーを補給することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項９に記載の画像形成装置において、
前記現像装置が二成分現像装置であり、要求された量のトナーが前記吸引手段の駆動により当該現像装置へ補給されることを特徴とする画像形成装置。
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