JP3958516B2 - トナー補給装置および画像形成装置 - Google Patents

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では吸引手段である粉体ポンプの吸引作用によりトナー収納容器内が徐々に減圧し、やがては容器内のトナー残量がまだ多いにもかかわらず、粉体ポンプで吸引できないほどの負圧になってしまう問題がある。また、粉体ポンプはゴム材の摺動部品を用いるために、長期使用時におけるゴムの磨耗や劣化により、吸引力が低下し、やがてはトナー排出が停止してしまう等の問題を抱えていた。
【０００５】
本発明は、上記した問題を解消し、吸引手段によってトナーを安定して移送することができ、かつ、トナー収納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。
【０００６】
【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、トナー収納容器に収納されたトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記トナー収納容器から前記現像装置に通ずる導通経路と、該導通経路の任意の位置に設けられたトナー吸引手段とを有し、前記トナー吸引手段は前記トナー収納容器と当該トナー吸引手段までの前記導通経路内を負圧にすることで前記トナー収納容器内のトナーを吸引し、前記トナー収納容器に収納されたトナーは前記トナー吸引手段によって吸引され、前記導通経路内を通って前記現像装置へと補給されるとともに、前記トナー収納容器内の圧力をＰｄ、前記導通経路内であって、前記トナー吸引手段のトナー移送方向上流側近傍の圧力をＰｔとしたとき、前記トナー吸引手段が吸引動作を行っているときにＰｄ＞Ｐｔを保つように、トナー収納容器内の圧力と、前記トナー吸引手段とによる吸引圧力の少なくとも一方を制御することを特徴とするトナー補給装置を提案する。
【０００７】
なお、本発明は、使用するトナーの凝集度および移送時の垂直方向に持ち上げた距離の大きさに応じて最大圧力の異なる前記トナー吸引手段を用いると、効果的である。
【００１０】
さらに、本発明は、前記トナー収納容器内にエアを供給してトナーの流動化を促すエア供給手段と、前記トナー収納容器内の圧力を減少する通気性フィルタとの少なくとも一方が設けられていると、効果的である。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、特トナー収納容器に収納されたトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記トナー収納容器から前記現像装置に通ずる導通経路と、該導通経路の任意の位置に設けられたトナー吸引手段と、前記トナー収納容器内にエアを供給してトナーの流動化を促すエア供給手段とを有し、前記トナー収納容器は容器下部にトナー排出孔が設けられ、該トナー排出孔に向かって先細り形状に形成されているとともに、前記トナー収納容器はフレキシブル容器であって、吸引手段が作動したときには前記収納容器が体積を減じ、エアが供給された際にはその体積を増すように前記トナー収納容器内の圧力が制御されていることを特徴とするトナー補給装置を提案する。
【００１３】
なお、本発明は、前記トナー収納容器内の圧力を減少する通気性フィルタが設けられていると、効果的である。
さらに、本発明は、前記トナー収納容器内の圧力が３０００Ｐａ以下かつ１００Ｐａ以上になるように、前記エア供給手段のエア供給を制御すると、効果的である。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、請求項１ないし６の何れか１つ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】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。そして、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。
【００１９】
また、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）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。 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、エアのみを現像装置１０から脱気し、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。
【００２０】
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、上部に設けられた尖端部５２に続いて軸芯部にトナー排出路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、トナー排出路３３はノズル５１の下端においてトナー移送チューブ１５が接続されている。
【００２１】
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して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。
【００２２】
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。なお、口金部材２３もトナー袋２２と同様に先細り形状にすることが好ましい。
【００２３】
図４は、シール２５の一例を示す斜視図であって、本例では２層のシール２５、２６に構成されている。シール２５，２６はともに円盤状で軸芯に十字状のスリット２５ａ，２６ａが形成され、これらスリットは互いに重ならないように位相をずらして取り付けられている。スリットの長さは、ノズル５１の外径と同径がまたは最大で３ｍｍ程度大径の長さとし、両面接着テープなどの接着手段により接着位置をスリット形成円の外側部として接着されて組み立てられている。このシール２５、２６としては耐トナー性とエアの透過が非常に少ない、クリープに優れた強度を有した発泡スポンジ等を使用する。具体的には、ブリジストン社製ポリエステル系ポリウレタンフォームＳＴ、イノアック社製モルトプレンＳＭ６５、ＳＭ５５が適している。これらにより、トナー収納容器２０の口金部材２３は密閉され、トナーは外部に飛散しない。
【００２４】
このように構成されたトナー補給装置は、粉体ポンプ４０が作動すると、トナー袋２２内のトナーはそのポンプによる吸引圧とトナーの重力により、図３の矢印の方向に移動し、ノズル５１のトナー排出路３３、さらに移送チューブ１５を経て粉体ポンプ４０に移送される。このトナー補給する経路において、粉体ポンプ４０による吸引圧が発生するためには、補給経路内の密閉性が保たれていることが重要である。そして、正常にトナーが移送されているときには、トナー収納容器２０内の圧力Ｐｄとし、粉体ポンプ４０のトナー移送方向上流側近傍の圧力をＰｔとしたとき、
Ｐｄ＞Ｐｔ・・・式（１）
が成り立つ。
【００２５】
トナー袋２２はトナー漏れを防止するために密閉である場合が多いが、密閉容器であると粉体ポンプ４０で容器内トナーの吸引を続けると、容器が次第に減圧されていく。トナー収納容器２０がハード容器であれば、減圧は一定速度で進み、やがてはＰｄ ≒Ｐｔｍａｘ（粉体ポンプ４０の負圧側最大圧力）となると、容器内にトナーがあっても移送できなくなってしまう。しかし、フレキシブル容器である場合は、この減圧作用により容器が減容していきトナーが排出された空間（本例ではトナー袋２２の上部）がつぶれて行き、減圧の進行を遅らせることができる。ここで、粉体ポンプ４０により吸引するトナーとエアの比率が初期の容器内トナーの状態と同じか、トナーのほうが高い比率で吸引されれば問題ないが、エアの方が初期よりも高い比率で吸引された場合は、途中、すなわち容器内に十分トナーが残っている状態であっても、負圧が大きくなり過ぎて前述同様トナー残量が十分あるにもかかわらずトナーの排出ができない。このときに前述の式（１）が成立していないはずなので、式（１）が成り立つように粉体ポンプ４０の回転数を制御して吸引圧力を制御し、またはトナー袋２２容器内のトナーとエアの比率をほぼ一定に保つように、容器内圧力の調整する通気性フィルタを設けるようにすれば安定したトナー移送を維持することができる。
【００２６】
図５は、本発明の他の実施形態を示すトナー補給装置の断面図であって、本例ではエア供給手段としてのエアポンプ３０を設けて、エアポンプ３０からエアパイプ３１およびノズル５１を介してトナー収納容器２０内へエアを供給している。エアポンプ３０はそれ自体公知のものであって、毎分１〜３Ｌ程度のエア流量を発生する。なお、図５において、図３で示した部材と同一部材には同一符号を付すとともに、説明の重複を避けるためその詳しい説明を省略する。
【００２７】
トナー収納容器２０内のトナーは、前述のように重力及び粉体ポンプ４０の吸引力を利用して容器外へ移送されるが、電子写真のトナーは流動性が悪いため、粉体ポンプ４０でノズル５１付近のトナーを吸引した後、容器内で架橋現象が生じることがある。このため、トナー補給量が不安定になったりトナー収納容器２０内のトナー残量が極端に多くなったりすることがあるが、トナー収納容器２０内へエアを供給することにより、トナーを攪拌・流動化し、トナーの架橋現象を防止する、または架橋したトナーを供給したエアにより崩すことができるため、トナー補給量の安定化、容器内トナー残量の低減化が実現できる。
【００２８】
また、同時に上記式（１）を終始達成するために、粉体ポンプ４０によるトナー収納容器２０内が負圧になるのを防止し、安定してトナー収納容器２０内のトナー排出を維持することができる。さらに、トナー収納容器２０のトナー袋２２には、図６においても示す通り、トナー袋２２の上部にエアを通すがトナーを通さない通気性フィルタ２７が設けられている。通気性フィルタ２７を設けることによって、エアポンプ３０から供給されたエアにより逆に容器内が正圧に上昇してしまうため、これを減圧する役目を備えている。
【００２９】
図７は、粉体ポンプ４０の吸引圧力と、トナー補給量との関係を、実際の実験により得た結果である。実験装置としては、図５に示すトナー補給装置を用いた。図７におけるＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれトナー収納容器２０に収納内のトナーの種類と、トナー移送の揚程（垂直方向に持ち上げた距離）の条件が異なったときの結果である。
【００３０】
Ａ条件は、トナーが電子写真に用いる中では比較的流動性の良いトナーであり、凝集度が５〜２０％程度のもの、移送部材の揚程が２００ｍｍまでというものである。ここで、凝集度とは、１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍ、の篩いに２０秒間振動を加えながらトナーを通過させて、各篩いに残ったトナー重量より以下の式で算出したものである。
ａ： １５０μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
ｂ： ７５μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
ｃ： ４５μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
【式１】

【００３１】
Ａ条件は、トナー収納容器２０からのトナー吸引排出及び移送チューブでのトナー移送を行なう点で比較的楽な条件といえる。結果は粉体ポンプ４０の吸引圧力が−３ｋＰａにて初めてトナー移送が可能であり、さらに
Ｐｔｍａｘ≦−４ｋＰａ以上・・・式（２）
ならば補給量は変わらないという結果になった。−４ｋＰａ＜Ｐｔmax≦−３ｋＰａとなる粉体ポンプ４０でもトナー吸引可能であるが、不安定領域であり、補給量のばらつきが大きいため、Ａ条件では式（２）の範囲の粉体ポンプ４０を使用することが望ましい。
【００３２】
Ｂ条件は、トナーの凝集度がＡと同じの５〜２０％程度でものであり、移送チューブによる揚程が５００ｍｍまでという条件である。これはＡよりも揚程が大きい分、トナー移送時の負荷が大きくなり、粉体ポンプ４０の吸引圧力がトナー収納容器２０内のトナーに伝わるまでの圧力損失が大きいために、−１０ｋＰａ＜Ｐｔｍａｘ≦−４ｋＰａにては吸引可能であるが不安定領域であり、補給量のばらつきが大きかった。しかし、図７のグラフから明らかなように、
Ｐｔｍａｘ≦−１０ｋＰａ・・・式（３）
では補給量は最大値に収束している。よって、Ｂ条件では式（３）の範囲の粉体ポンプ４０を使用することが望ましい。
【００３３】
画像形成装置のトナー収納容器２０は、操作性を良くするため下の方に置かれる場合が少なく、このＢ条件である揚程５０ｃｍであれば、十分な場合がほとんどである。その意味で、画像形成装置内でトナー収納容器２０を自由にレイアウトする場合でも、ほぼ（３）の範囲の粉体ポンプ４０を使用することで良好なトナー補給性能が得られる。
【００３４】
Ｃ条件は、凝集度は２０〜６０％程度と流動性の悪いトナーの場合である。さらに、揚程もＢ条件と同様の５００ｍｍというもので、これは画像形成装置内のトナー補給装置としては、最も条件が悪いものである。よって、圧力損失が大きく、−２０ｋＰａ＜Ｐｔｍａｘ≦−１０ｋＰａにては吸引可能であるが、不安定領域であり、補給量のばらつきが大きかった。しかし、図７のグラフから明らかなように、
Ｐｔｍａｘ≦−２０ｋＰａ・・・式（４）
では補給量は最大値に収束している。よって、Ｃ条件では式（４）の範囲の粉体ポンプ４０を用いることで、最悪条件での使用にも耐え得るトナー補給性能が得られる。
【００３５】
ここで、式（２）から（４）までの条件の粉体ポンプを設定するためには、図８に示すような、粉体ポンプ４０のロータ４２とステータ４３の食い込み量を調整することによって行うことが有効な手段である。図８には断面食い込み量と称するＤ１、及び外径食い込み量と称するＤ２を食い込み量の一例として示す。一般的には食い込み量を増やすほど吸引圧力は上昇するため、トナー補給装置の搬送力を上げるためには上記式（４）、（３）、（２）の順で望ましい。しかし、食い込み量を増やすとトルクは上昇し、温度上昇も大きくなり、粉体ポンプを通過したトナーが凝集しやすい。一方食い込み量を減らせば吸引・搬送力は低下するが、トルク、温度上昇、トナー凝集度という点で良い方向へ行く。したがって、使用するトナーや揚程やその他の条件を考慮して、上記式（２）、（３）、（４）を適宜選択していくことが望ましい。
【００３６】
ところで、図５に示すトナー補給装置において、トナー収納容器２０内の圧力、すなわち本例の場合トナー袋２２の内圧の大きさが安定したトナー補給のための重要な要件の１つであることが実験により判明した。
【００３７】
かかる実験では、次のように、トナー物性とトナー袋２２内のトナー重量が異なるもので行っている。
物性が比較的良く（凝集度１０％）、トナー重量が３００ｇであるもの、
物性が比較的悪く（凝集度３０％）、トナー重量が６００ｇであるものである。
【００３８】
なお、この度の凝集度は、７５，４５，２２μｍの3個の篩いにトナーを通過させ、２０〜３０秒振動させたときに、それぞれに残ったトナー重量より、上記式１で算出したものである
ａ： ７５μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
ｂ： ４５μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
ｃ： ２２μｍに残ったトナー重量 （ｇ）
【００３９】
トナー袋２２は、袋状のフレキシブル容器であり、粉体ポンプ４０のロータ４２の回転数は２００ｒｐｍであり、これにより発生する吸引圧力は−１０〜−２０Ｋｐａの範囲内になるようにする。
【００４０】
この実験の結果を図９に示す。図９はトナーを補給した場合の、トナー収納容器２０のトナー袋２２圧力とトナー残量の関係を示す。ここで、横軸はトナー袋２２内の圧力であり、縦軸はトナー袋２２内のトナー残量である。
【００４１】
図９から明らかなように、▲１▼、▲２▼ともに、トナー袋２２内の圧力が低い領域と高い領域において、トナーの残量が増加しており、その間の領域が、トナー残量が少なく安定してトナー補給が行われる容器内圧力の範囲であることが分かる。▲１▼と▲２▼では、トナーの物性とトナー重量が異なるために、その範囲は若干異なるものの、トナー袋２２内の圧力とトナー残量の関係は、トナー物性や重量によらず、ともに同様の傾向を示していると判断できる。また、この傾向は、これら2つに違いがなかったことにより、他の条件のものでも、同様となることが推察される。即ち物性が比較的良く（凝集度１０％）、トナー重量が３００ｇである、いずれの条件においても、安定したトナー補給が達成される所望のトナー袋２２内圧力の範囲があると考えることができる。
【００４２】
したがって、いずれの条件においても容器内の圧力を、トナー補給を行うことができるような所望の範囲内に制御することで、安定したトナー補給が実現され、トナー残量の低減をはかることができる。
【００４３】
図１０は、図９の条件でトナーを補給した場合において、トナー袋２２内の圧力が３０００Ｐａ付近を拡大して示したものである。よって、図９と同様に横軸はトナー収納容器内の圧力であり、縦軸はトナー残量である。
【００４４】
物性が比較的良く（凝集度１０％）、トナー重量が３００ｇである▲１▼はもとより、トナー物性が悪く、トナー重量も多い▲２▼においても、３０００Ｐａより低い圧力の領域では、それ以上と比べて、トナー袋２２内のトナー残量が低減していることが確認できる。したがって、トナー袋２２内のトナー残量の低減、およびトナー補給の安定性確保のためには、トナー収納容器内の圧力を３０００Ｐａ以下にする必要があると判断できる。
【００４５】
▲２▼の条件のトナー物性は、一般にトナー補給装置として用いるものとしてはかなり悪いものであり、また補給すべきトナー量の多い６００ｇのトナー量でも、３００ｇの場合の▲１▼と比べてあまり傾向が変わらなかったので、３０００Ｐａという上限値は、トナー物性やトナー重量によらず、他の条件に関しても当てはまるものと推定することができる。
【００４６】
トナー袋２２が上限値、３０００Ｐａ以上に上昇すると、トナー袋２２内のトナー残量が多くなる傾向がある理由には、以下の2つの原因が考えられる。
まず一つに、トナー袋２２内圧力が上昇すると、トナー袋２２内はエアで充満されているためにトナー袋２２内に供給されるエア流量が低下し、エアによるトナー袋２２内のトナー攪拌が不充分になることである。その結果、トナーが流動化されずに架橋しやすくなって、トナー排出孔２４まで運ばれにくくなり、トナーが補給されなくなることによるものである。
【００４７】
もう一つは、トナー袋２２内圧力が上昇することで、フレキシブル容器のトナー袋２２の形状がくずれ、トナー袋２２下方部分の必要最低限の傾斜が確保できなくなることである。その結果、トナーがトナー袋２２下方部分の内壁面から落ちることができなくなり、トナーが補給されなくなることによるものである。
【００４８】
以上のことから、トナー袋２２内の圧力を制御すれば、いずれの条件においても、エアによるトナーの流動化が確実に行われるため、安定したトナー補給、およびトナー残量の低減を実現することができる。
【００４９】
図１１は、図９の条件でトナーを補給した場合において、トナー袋２２内の圧力が１００Ｐａ付近を拡大して示したものである。よって、図９と同様に横軸はトナー収納容器内の圧力であり、縦軸はトナー残量である。
【００５０】
物性が比較的良く（凝集度１０％）、トナー重量が３００ｇである▲１▼はもとより、トナー物性が悪く、トナー重量も多い▲２▼においても、１００Ｐａより高い圧力の領域では、それ以下と比べて、トナー袋２２内のトナー残量が急激に低減していることが確認できる。したがって、トナー袋２２内のトナー残量の低減、およびトナー補給の安定性確保のためには、トナー収納容器内の圧力を１００Ｐａ以上にする必要があると判断できる。
【００５１】
フレキシブルなトナー袋２２は、粉体ポンプ４０が作動した際に、トナー袋２２内に充満したエアを吸引してその体積を減じる。すなわち、トナー袋２２が減容するが、逆にエアが供給された際にはその体積を増し、トナー袋２２を膨らませる運動を行う。この肺のような運動により、特にトナー袋２２の内壁に溜まっていたトナーは、振動が与えられることで流動化する。この結果、トナー排出孔２４部分へと落ちやすくなるので、トナーの架橋現象が生じにくくなり、安定したトナー補給が可能になる。
【００５２】
したがって、トナー収納容器２０のトナー袋２２内圧力を１００Ｐａ以上にする必要があるというのは、エア供給によって上記の運動を行う最低限のトナー袋２２内圧力が１００Ｐａであるということを意味している。
【００５３】
これは、トナー袋２２の開放度が極めて大きい状態の１００Ｐａ以下では、供給されたエアがトナー袋２２内に蓄積することなく外部にすぐ抜けてしまうので、上記の運動を行わないのに対して、トナー袋２２内がエアの充満により１００Ｐａ以上になった状態では、エアが供給される度に、上記の膨らむ運動を行うことによるものである。
【００５４】
以上のように、安定したトナー補給を得るため、トナー収納容器内の圧力を制御するが、このように制御するトナー収納容器はフレキシブルな容器であれば、確実に容器内のトナー残量を低減することができる。
【００５５】
次に、トナー収納容器内の圧力を制御するのに有効な方法について説明する。
まずは、図６に示したように、通気性フィルタ２７をトナー袋２２の上部に設けることである。この通気性フィルタ２７は、直径２０ｍｍ程度で通気抵抗が１．５〜５．５ｍｌ／ｓｅｃであり、トナーの粒径よりも小さい網目で構成されているので、エアを通すがトナーを通すことはない。
【００５６】
トナー袋２２内に供給されたエアは、この通気性フィルタ２７を通じて、上記通気速度で外部に通気されるので、通気性フィルタ２７トナー収納容器２０の容器内圧力を減圧する効果を持つ。したがって、通気性フィルタ２７の面積、材質によりエアの供給条件に応じた通気性を持つフィルタを選択することで、トナー袋２２内のトナーを通過してきたエアを外部に通気し、容器内の圧力を所望の範囲に制御することができる。
【００５７】
また、トナー袋２２内の圧力を所望の範囲に制御するためには、エアの供給制御が有効である。具体的には、トナー袋２２内に供給するエアの流量、供給時間、供給する間隔を制御することで、トナー袋２２内の圧力を所望の範囲に制御する範囲内にすることができる。
【００５８】
このように、トナー収納容器２０のトナー袋２２内圧力を所望の範囲に制御する手段として、上記通気性フィルタ２７およびエア供給の制御を用いることが有効であると考えられる。その結果、安定したトナー補給、およびトナー残量の低減を実現することができる。
【００５９】
本トナー補給装置の駆動、制御は、未図示の電源コンセント、電源と未図示のスイッチ、制御回路により駆動モータの駆動・制御を行う。これらは、従来周知の技術を用いればよい。
【００６０】
トナー補給の制御は、従来公知のトナー濃度検知・制御方式を用いている。これは現像装置の一部に設けられた磁率検出器１８に基づき現像装置１０内のトナーとキャリアの混合比の変化を検知し、トナー量が少ないと検知されると、粉体ポンプ手段４０を作動する。粉体ポンプ手段４０により現像装置１０内に移送されてきたトナー量がある一定量以上となると、透磁率検出器１８の信号により電磁クラッチ４６により駆動を遮断し粉体ポンプ手段４０の作動を停止する。トナー補給量を制御するこれ以外の方法としては、感光体上のトナー像の反射濃度を検知し同様のトナー補給量を制御する方法等、従来周知の技術を転用することも可能である。
【００６１】
本発明の構成によれば、トナー収納容器２０をノズル５１に押し込むまたは引き抜くことで、トナー収納容器２０の交換が行えるので、これら交換時の操作性が良い。同時にこれら交換時にて、シール効果によりトナー飛散や汚染の防止が図れる。また、トナー収納容器２０のシール性が良いので、トナー収納容器内のトナーは外気、特に湿度の影響を受けずトナー品質特性の保護・維持が図れる。さらに、本シール方法は構成が簡易なので、トナー収納容器の簡易化、低コスト化ばかりでなくトナー補給装置の簡易化、低コスト化、機械メンテナンス性の向上にも寄与する。
【００６２】
さらに、トナー収納容器２０の外箱２１は剛性を有するので、トナー収納容器２０のトナー補給装置への装填・離脱時の操作性を容易にしている。また、トナー収納容器２０内のトナーにおける品質特性の保護・維持にも有効である。また、トナー収納容器は外箱のない、ブロー成形法などにより形成された口金部材２３とトナー袋２２が一体構造をなすフレキシブルな容器を用いることも可能である。
【００６３】
また、使用後のトナー収納容器２０は外箱２１とトナー袋２２が容易に分解でき、外箱２１は折り畳め、トナー袋２２はフレキシブルであるので、従来のカートリッジ、ボトルといったハードボトルに比較し、容器がかさばらないので運搬や保管時での取扱性が良く、収納スペースをとらないため、、ユーザー先からメーカーへ回収物流コストの大幅な低減が可能となる。
【００６４】
本トナー補給装置は画像形成装置の現像装置に対して、フレキシブルなトナー移送パイプのみを接続するだけでよく、現像装置に対するトナー補給装置の設置位置・場所の制約を持たないので、ユーザーのトナー補給容器の交換時の操作性が最もやり易い場所にトナー補給装置を設けることが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、吸引手段の吸引力によるトナー補給のためのトナー移送が確実に行われ、容器内の残留トナーを大幅に低減することができる。
【００６６】
請求項２ないし５の構成によれば、使用するトナーの凝集度および移送時の揚程の大きさに応じて最大圧力の異なるトナー吸引手段を用いので、トナー補給の信頼性が向上し、吸引手段のコストダウンが得られる。
【００６７】
請求項６の構成によれば、トナー収納容器の圧力制御を確実に行うことができる。
請求項７ないし９の構成によれば、トナー収納容器から安定したトナー補給へを行うことができ、残留トナーも大幅に低減することができる。
【００６８】
請求項１０、１１の構成によれば、トナー収納容器の圧力を適正圧に調整することができる。
請求項１２の構成によれば、安定したトナー補給と残留トナーの少ないトナー収納容器から現像装置へトナー補給するタイプの画像形成装置を提供することができる。
【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】トナー収納容器のシール部分の分解斜視である。
【図５】本発明のトナー補給装置の他の実施形態を示す断面説明図である。
【図６】トナー袋の外観斜視図である。
【図７】粉体ポンプの吸引圧力とトナー補給量の関係を示すグラフである。
【図８】（ａ），（ｂ）は粉体ポンプの食い込み量を説明する粉体ポンプの断面及び側面図である。
【図９】トナー収納容器内圧力とトナー残量の関係を示すグラフである。
【図１０】図９のグラフの３０００Ｐａ部分を拡大した図である。
【図１１】図９のグラフの１００Ｐａ部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１０ 現像装置
２０ トナー収納容器
２２ トナー袋
２７ 通気性フィルタ
３０ エアポンプ
４０ 粉体ポンプ

Claims (7)

1. トナー収納容器に収納されたトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置において、
   前記トナー収納容器から前記現像装置に通ずる導通経路と、該導通経路の任意の位置に設けられたトナー吸引手段とを有し、
   前記トナー吸引手段は前記トナー収納容器と当該トナー吸引手段までの前記導通経路内を負圧にすることで前記トナー収納容器内のトナーを吸引し、前記トナー収納容器に収納されたトナーは前記トナー吸引手段によって吸引され、前記導通経路内を通って前記現像装置へと補給されるとともに、
   前記トナー収納容器内の圧力をＰｄ、前記導通経路内であって、前記トナー吸引手段のトナー移送方向上流側近傍の圧力をＰｔとしたとき、前記トナー吸引手段が吸引動作を行っているときにＰｄ＞Ｐｔを保つように、トナー収納容器内の圧力と、前記トナー吸引手段とによる吸引圧力の少なくとも一方を制御することを特徴とするトナー補給装置。
2. 請求項１に記載のトナー補給装置において、使用するトナーの凝集度および移送時の垂直方向に持ち上げた距離の大きさに応じて最大圧力の異なる前記トナー吸引手段を用いることを特徴とするトナー補給装置。
3. 請求項１または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にエアを供給してトナーの流動化を促すエア供給手段と、前記トナー収納容器内の圧力を減少する通気性フィルタとの少なくとも一方が設けられていることを特徴とするトナー補給装置。
4. トナー収納容器に収納されたトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置において、
   前記トナー収納容器から前記現像装置に通ずる導通経路と、
   該導通経路の任意の位置に設けられたトナー吸引手段と、
   前記トナー収納容器内にエアを供給してトナーの流動化を促すエア供給手段とを有し、
   前記トナー収納容器は容器下部にトナー排出孔が設けられ、該トナー排出孔に向かって先細り形状に形成されているとともに、前記トナー収納容器はフレキシブル容器であって、吸引手段が作動したときには前記収納容器が体積を減じ、エアが供給された際にはその体積を増すように前記トナー収納容器内の圧力が制御されていることを特徴とするトナー補給装置。
5. 請求項４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圧力を減少する通気性フィルタが設けられていることを特徴とするトナー補給装置。
6. 請求項４または５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圧力が３０００Ｐａ以下かつ１００Ｐａ以上になるように、前記エア供給手段のエア供給を制御することを特徴とするトナー補給装置。
7. 請求項１ないし６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。

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