JP4241172B2 - 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、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】
上記形式の画像形成装置においては、画像形成動作により消費されたトナーの減少分を補うべく、トナーボトルやカートリッジ等のトナー収納容器から直接的またはトナーホッパを介して現像装置内へトナー補給されるようになっている。
【０００３】
従来より、電子写真に用いられる乾式トナーを収納するための容器として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などで成る形状安定なハードボトルが一般的であって、その内部にトナー撹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で内部のトナーを移動排出するもの、あるいは排出機構を有さず単純に手作業で補給するようになったもの等の形態が知られている。
【０００４】
しかしながら、近年にいたり環境問題が重視され、トナー容器の回収やその再利用といったリサイクル性が求められるになっている。そのため、フレキシブルな材料で作られ、その容積を減少させることができる（減容性）ソフト容器の提案がされた。ところが、電子写真用乾式トナーは一般に流動性が悪く、凝集し易い性質であるため、ソフト容器からの排出が非常に困難であった。なぜならば、容器自体がソフトであるがゆえにアジテータや排出機構を付加し難く、あるいは排出機構を設けると減容性が損なわれる、さらに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。
【０００５】
そこで、フレキシブルなソフト容器に収納されたトナーにエアを供給することで当該トナーを撹拌、流動化し、さらに吸引型の紛体ポンプ（１軸偏心スクリューポンプ）を用いてトナーを吸引排出する技術が提案された。
【０００６】
ここで、使用するトナー収納容器は下部に設けたトナー排出口を下に向けてノズルに装着するため、容器にはトナー排出口へ向かって先細りなる傾斜を形成し、トナーが自重でトナー排出口に集まるように構成している。また、トナー収納容器を抜き出したときにトナーがこぼれないように自閉弁を設ける必要もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に提案したトナー補給装置では、トナーの補給がスムーズに行うことができるものの、トナーエンドと検知されても容器内の多くのトナーが残ってしまうことがあった。
【０００８】
本発明は、上記した問題に鑑み、トナー排出性を高め残留するトナーを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。
【０００９】
【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、本体に略垂直に立てられたノズルに対し、トナー収納容器を上方から装着することで該ノズルがトナー収納容器の排出用口金部材に嵌合されるトナー補給装置において、前記排出用口金部材が前記トナー収納容器の下部略中央に設けられ、前記トナー収納容器には前記排出用口金部材へ向かう程、断面積が小さくなるテーパーが形成されており、前記トナー収納容器には、前記排出用口金部材に、トナー収納容器からトナーを排出する排出部と、スプリングによって内栓を閉じ位置に保持するシャッターと、内栓の移動をガイドするケースと、閉じ位置の内栓と接合してトナー収納容器の排出部を閉鎖するシールとが設けられ、シャッターは、ノズルが前記排出用口金部材を介して、前記排出部よりも前記トナー収納容器内部へ挿入されると、スプリングの弾性力に抗して内栓が上方へ押し上げられ、ノズルが前記排出用口金部材から抜かれると、スプリングの弾性力により元の閉じ位置に戻されるとともに、シールには断面円形のノズルが嵌合される穴が形成され、前記ノズル外径の断面積が前記シールの穴における断面積とほぼ同一とすることを特徴とするトナー補給装置を提案する。
【００１１】
さらに、本発明のトナー補給装置において、前記トナー収納容器がフレキシブルな容器内にトナーを収納していると、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、前記トナー収納容器に収納されたトナーが粉体ポンプの搬送力によりトナー収納容器から前記ノズル、トナー移送管を介して被補給部に搬送されると、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へ外部に設けたエア供給手段によりエアを供給すると、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、前記補給するトナーの平均円形度が０．９６〜１．００であると、効果的である。
【００１３】
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により、前記トナー収納容器のトナーを現像装置に補給することを特徴としている。
【００１４】
【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従って説明する。
図１は、本発明に係るトナー補給装置を具備した画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタを示す概略図である。
【００１５】
このカラーレーザプリンタは、装置本体１の下部に給紙部２を配置し、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、給紙側を下に、排紙側を上とす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１１、本例では４個のローラ１１に巻き掛けられたエンドレスの転写ベルト１２を有し、その１つのローラ１１が不図示の駆動源に駆動されることによって、上記転写ベルト１２が回転する。この転写ベルト１２の上部走行辺には、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。
【００１６】
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が設けられ、感光体ドラム５は図示していない駆動手段によって図１の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、光書込み装置８によってレーザ光書込みが行われる光書込み部、現像装置１０、クリーニング装置９が設けられている。現像装置１０は２成分現像装置であって、消費されたトナー量と同量のトナーを後述するトナー補給装置により補給される。
【００１７】
次に、上記構成のカラープリンタのフルカラープリントを行う作像動作について説明する。各作像ユニットは、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、各色の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、潜像が現像装置１０によって現像されトナーの可視像となる。
【００１８】
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た後、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、当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へ到る。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の作用により最初にマゼンタトナーの可視像が用紙に転写される。
【００１９】
上記と同様にして、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タンデムタイプの利点であるフルカラーの画像が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１２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。
【００２０】
上記現像装置１０は、装置内のトナーとキャリアの混合比を監視し、トナーが不足するとその不足分を補給する。かかるトナー補給は、現像装置１０から離れた位置、本例では図１の右上に位置したトナー収納容器４００に収納されたトナーを、トナー補給装置により現像装置１０へ補給するよう構成している。このトナー収納容器４００は１個のみ図示されているが、現像装置の数に合わせて４つ設けられている。
【００２１】
図２に本発明に係るトナー補給装置の構成を示す。現像装置１０は粉体ポンプ３０４を付設しており、この粉体ポンプ３０４の作動によって現像装置１０内にトナーが供給されるものである。
【００２２】
粉体ポンプ３０４として、吸引型１軸偏心スクリューポンプ（通称：モーノポンプ）等が用いられる。このポンプは、図２および図３に示すように、金属などの剛性を有する材料でもって偏心したスクリュー形状に形成されたロータ３０２、ゴムのような弾性材料でもって内側が２条のスクリュー形状に形成され固定設置されるステータ３０３、これらを包み且つ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダ３０５より構成されている。ロータ３０２の回転によってポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナー移送管としてのフレキシブルチューブ３０１を介して接続されたトナー収納容器４００からトナーを吸引できるようになっている。
【００２３】
このようにトナー収納容器４００に収納されたトナーは、粉体ポンプの吸引力を用い、さらには図から理解できるように自重によっても容器外へ移送されるようになっているが、電子写真用のトナーは流動性が悪く、そのために粉体ポンプ３０４のみを用いてトナー補給の作業を行うと、トナー収納容器４００の下部に取り付けられたノズル５１０付近のトナーを吸引した後、容器内で架橋現象（なくなったトナーの部分で空洞ができる現象）が生じることがある。このため予定通りに現像装置へトナーを移送できず、トナー補給量が不安定化したり、収納容器内のトナーが極端に多く残ったりすることとなる。そこで、粉体ポンプ３０４の他にエア供給手段６００がトナー収納容器４００に付設され、このエア供給手段６００から電磁弁（バルブ）６０１、ノズル５１０を介してトナー収納容器４００内へエアが供給される。多色画像形成装置の場合には、図４で示すように、エア供給手段６００から各色への電磁弁（バルブ）６０１〜６０４へ分岐させるようにする。実際のトナー収納容器へのエア供給時間は、エア過多による詰まり等の問題もあるので、長くても５秒以下が望ましく、このような多色（４色）装置においてもエア供給手段６００は１つでもまかなうことができる。また、エア供給手段は従来公知のエアポンプであり、毎分１〜３リットル程度の流量を発生する。
【００２４】
粉体ポンプ３０４とトナー収納容器４００とをつなぐチューブ３０１は、フレキシブルで且つ耐トナー性に優れたゴム材料（ex.：ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコーン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）からなっていて、内径φ４〜１０ｍｍのチューブ状であるのが非常に有効である。
【００２５】
また、図２に示すように、トナー収納容器４００がセットされる装置本体１のセット部には、容器ホルダ５００に設けられ、容器ホルダ５００内にはトナー収納容器４００内に挿入される断面が円形のノズル５１０が略垂直に立設されており、トナー収納容器４００は上方から容器ホルダ５００へセットすることによりノズル５１０が容器内に差し込まれる。このノズル５１０は、図５に示すように、エア供給路がトナー搬送路に合流するようになっているが、図６に示すように２重管構造になって、外側がエアの供給路、内側がトナー搬送路となったタイプのものでもよい。図２に示された構成では、低コストの図５のタイプを用いている。
【００２６】
本実施形態におけるトナー収納容器４００は、保護ケース４０１とトナー収納袋４１０のバックインボックスタイプに構成され、保護ケース４０１は剛性を有した紙、段ボール、プラスチック等の材料で作られ、一部が排出用口金部材４２０と係合した構造を有し、フレキシブルなトナー収納袋４１０を囲むように包んでいる。保護ケース４０１が剛性を有することで、トナー収納容器の装填・離脱時（容器交換時）の操作性を高めることができる。また容器内のトナー品質特性の保護・維持にも有効である。
【００２７】
トナー収納袋４１０は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製又は紙製のシート状（８０〜２００μｍ程度の厚み）のフレキシブルな材質を単層又は複層構成として折り紙製作のように作られ、空気の流入出が無い密閉された袋状容器形状となっている。トナー収納袋４１０には、排出用口金部材４２０が設けられ、該排出用口金部材４２０はケース４２１とシール材４２２からなり、ケース４２１はポリエチレンやナイロン等の樹脂製からなり、収納袋４１０と同一材料を使用することがリサイクルの観点で望ましく、袋容器への溶着も容易にすることができる。シール部材４２２は、スポンジやゴムなど弾性材質の部材に十字スリットが切られて構成されたものであり、ノズル５１０を挿入した状態でノズルと密着してトナー収納容器からのトナー漏れを防ぐことができ、且つトナー収納容器を取り出す際にもシール部材のスリットがその弾性により閉じてトナー漏れを防止できる。そのスリット長さは、ノズル５１０の外径と同じ〜３ｍｍ大きい程度であって、シール部材４２２とケース４２１は両面接着テープなどにより接合されている。シール部材４２２は発泡スポンジ、ゴム等の弾性体で作られ、耐トナー性があり、空気透過が非常に少なく、クリープに対し優れた強度を有したものが用いられる。
【００２８】
また、図７に示すようにトナー収納袋４１０の上面に通気性フィルター４４０を設けることも可能であり、これによって前述のエア供給手段から供給される空気によって収納容器（袋）内が正圧に必要以上に上昇するのを減圧することができる。
【００２９】
また、図８に示すトナー収納容器４００には、シール部材４２２の代わりに、スプリング４６５によって内栓４６０を閉じ位置に保持するシャッターを設けている。このシャッターは、ノズル５１０が挿入されると、スプリング４６５の弾性力に抗して内栓４６０が上方へ押し上げられ、ノズル５１０が抜かれると、スプリング４６５により元の閉じ位置に戻される。排出用口金部材４２０には、内栓４６０の移動をガイドするケース４２１と、閉じ位置の内栓４６０と接合してトナー収納容器４００の排出部を閉鎖するシール４６６とが設けられ、シール４６６には断面円形のノズル５１０が嵌合される穴が形成されている。このトナー収納容器４００は、内栓４６０の横断面の面積が容器の嵌合部の断面積である。
【００３０】
本発明者は、ノズル５１０の断面積とトナー収納容器４００の嵌合部である内栓４６０の断面積の割合とトナー残量の関係について実験を行った。すなわち、ノズル５１０外径の断面積と内栓４６０外径の断面積の割合がトナー補給されなくなったときに容器内に残るトナーの量にどのような影響を及ぼしているかについての実験を行った。なお、実験は口金部材の嵌合部断面積が７００ｍｍ^２とトナー収納量が非常に多い大サイズ容器、３００ｍｍ^２とトナー収納量が普通の普通サイズ容器、１５０ｍｍ^２とトナー収納量が小量の小サイズ容器を用いた。
【００３１】
実験の結果、図９のグラフに示すように、各サイズともノズル５１０の断面積と口金部材４２０の嵌合部の断面積との割合が１００％とすることが最も好ましいが、６０％以上であれば、トナー残量が少ない状態に収束することが判った。その理由としては、両者の断面積比が６０％未満であると、口金部材とノズルの間に堆積するトナーの重みにより、フレキシブルのトナー袋４２０の変形（傾斜角度が小さくなる）等によってノズル５１０の吸い込み口に達しないトナーが多くなるものと考えられる。
【００３２】
また、トナーエンド検出時に多量の残トナーの発生を抑えるため、平均円形度が０．９６〜１．００のトナーを用いると効果的である。このような条件のトナーは、粉砕トナーでなく重合トナーを用いれば容易に得られる。
【００３３】
使用後のトナー収納容器４００は保護ケース４０１とトナー収納袋４１０が容易に分解でき、保護ケース４０１は折り畳むことができ、トナー収納袋４１０はフレキシブルであるので、従来のカートリッジやボトルといったハードボトルに比較し嵩張らず、運搬や保管時での取扱性に優れ、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。
【００３４】
本トナー補給搬送装置の駆動、制御については、従来公知の現像剤濃度検知・制御方式を用いることができる。現像装置の一部に設けられた不図示の透磁率検出器に基づき現像装置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」と認識されると、粉体ポンプロータ３０２から現像装置側に延びた駆動軸３１０が回転駆動し粉体ポンプ３０４が作動する。粉体ポンプの吸引力により現像装置内に移送されたトナー量が或る一定量以上となると透磁率検出器の信号にて駆動を遮断し、粉体ポンプ３０４の作動を停止する。これ以外のやり方として、感光体上のトナー像の反射濃度を検知して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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、内栓が確実性をもって排出口を閉鎖でき、内栓によってトナーの漏れを極力少なくすることができるとともに、空になったときのトナーの残量を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るトナー補給搬送装置の概略構成図である。
【図３】図２に示された粉体ポンプの部分断面図であり、左側に示すものが長手方向断面図で、中央と右側に示すものが横断面図で互いにロータ位置の異なる図である。
【図４】エア供給装置と各色のためのバルフとの連結を示す図である。
【図５】ノズルの実施例で、左側が外形を表し、右側が断面を表す。
【図６】ノズルの別の実施例を示すで断面図である。
【図７】トナー収納容器のトナー収納袋を示す斜視図である。
【図８】（ａ）トナー収納容器のノズルが嵌合された状態の嵌合部を示す説明図、（ｂ）はノズル嵌合前の状態を示す説明図である。
【図９】縦軸にトナー残量、横軸に断面比としたグラフである。
【符号の説明】
１０ 現像装置
３０１ チューブ
３０４ 粉体ポンプ
４００ トナー収納容器
４０１ 保護ケース
４１０ トナー収納袋
４２０ 排出用口金部材
４６０ 内栓
５１０ ノズル
６００ エア供給手段

Claims (6)

1. 本体に略垂直に立てられたノズルに対し、トナー収納容器を上方から装着することで該ノズルがトナー収納容器の排出用口金部材に嵌合されるトナー補給装置において、
   前記排出用口金部材が前記トナー収納容器の下部略中央に設けられ、前記トナー収納容器には前記排出用口金部材へ向かう程、断面積が小さくなるテーパーが形成されており、
   前記トナー収納容器には、
   前記排出用口金部材に通じており、トナー収納容器からトナーを排出する排出部と、
   スプリングによって内栓を閉じ位置に保持するシャッターと、
   内栓の移動をガイドするケースと、
   閉じ位置の内栓と接合してトナー収納容器の排出部を閉鎖するシールとが設けられ、
   シャッターは、
   ノズルが前記排出用口金部材を介して、前記排出部よりも前記トナー収納容器内部へ挿入されると、スプリングの弾性力に抗して内栓が上方へ押し上げられ、ノズルが前記排出用口金部材から抜かれると、スプリングの弾性力により元の閉じ位置に戻されるとともに、シールには断面円形のノズルが嵌合される穴が形成され、前記ノズル外径の断面積が前記トナー収納容器の排出用口金部材における断面積とほぼ同一と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、前記トナー収納容器がフレキシブルな容器内にトナーを収納して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に収納されたトナーが粉体ポンプの搬送力によりトナー収納容器から前記ノズル、トナー移送管を介して被補給部に搬送されることを特徴とするトナー補給装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項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へ外部に設けたエア供給手段によりエアを供給することを特徴とするトナー補給装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載のトナー補給装置において、前記補給するトナーの平均円形度が０．９６〜１．００であることを特徴とするトナー補給装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１つに記載のトナー補給装置により、前記トナー収納容器のトナーを現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置。

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