JP4257386B2 - トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
さらに、本発明は、前記トナー排出口部が筒状体と、その内部に前記弾性部材を備えると有利である。
図1は、画像形成装置本体内に装着された現像部1と、この現像部1に補給されるトナーを収容したトナー収納容器2とこの両者を接続するトナー送流手段3を示す部分断面図である。
該トナー供給方式は、前述のように、トナー収納容器と現像部との間にトナー送流通路を設け、その中を空気流によってトナーを現像部に供給するものである。
さらにこの方式を採用する場合、トナー送流通路は、少なくともトナーを現像部へ供給している間は、可能な限り高い密閉状態であることが重要である。
前記トナー送流通路は、トナー収納容器と現像部とを長尺のトナー送流手段で接続することによって形成されるものであり、前記実質密閉状態はこのトナー送流手段の一端部とトナー収納容器の排出口との接続部からトナー送流手段の他の端部と現像部との接続部までの間で形成されるものである。
2) 容器内のトナーを空気と共に吸い出す方式(吸引方式)
3) 1)2)の併用方式
図2は、吹き込み方式の一例を示す概略図である。
この例におけるトナー送流手段3は、空気吹き込み手段としての吹き込み用エアポンプ10の他に、ノズル11、トナー送流管12およびエア供給管14からなり、これらのトナー送流管12およびエア供給管14がそれぞれトナー収納容器、吹き込み用エアポンプ、ノズルおよび現像部を接続している。
このノズルは、プラスチックあるいは金属のような材料で作成された柱状体で、該柱状体の長さ方向に内蔵されたトナー排出管部16と吹き込み空気流路管部18が、柱状体の両端面または側面から突出するように形成されている。
吹き込み方式の他の例として、図示しないが、トナー収納容器自体にトナー排出口と空気吹き込み口の2つの口を設けて、トナー排出口の筒状構造体とトナー送流管12を直接嵌合させ、この吹き込み口がエア供給管を介してエアポンプと接続され、この吹き込み口からエアポンプによって空気を吹き込んでトナーをトナー排出口からトナー送流管を通して現像部に送流することもできる。
図7は、空気吸引手段として吸引ポンプを用いた場合の概念図である。
この例の吸引方式の特徴は、トナー収納容器2と現像部1との間に吸引手段としての吸引ポンプ30を配置して、それぞれをトナー送流管によって接続し、該吸引ポンプによってトナーを容器から吸い出して、空気流と共にトナーを現像部に供給することにあり、空気吹き込みを行わない以外の点については、吹き込み方式と略同じである。
この吸引ポンプ30は、いわゆるモーノポンプといわれる吸引型一軸偏心スクリューポンプからなり、内壁に浅い螺旋溝を有するケーシング31内にねじり棒からなる回転軸32が設けられたポンプ本体30と、ポンプ本体30の排出側に設けられ、空気導入管33と送給管34を有する送出部35とを有する。ポンプ本体30の吸入側はトナー吸引口を有するトナー吸引管36をトナー送流管12−1(トナー送流管A)を介してトナー収納容器2の排出口13に接続され、送出部35の空気排出口を有する送給管34は、トナー送流管12−2(トナー送流管B)を介して現像部1に接続されている。
特に吸引ポンプを用いる方式の場合、トナー収納容器とかなり離れた位置に設置しても、十分に機能を発揮することが出来る。
なお、本発明のトナー収納容器の1つに、後述するように、フレキシブルな材料から形成される袋部とトナー排出口からなり、空気の圧力によって変形し容量が変化するものがある。
この方式は、吹き込み方式と吸引方式を併用するものであり、先に説明した吹き込み方式において、トナー送流管12と現像部1との間に、例えば図8に示されるような吸引ポンプ30を配置したものであり、図9はその概念図である。
このように配置して接続して吸引ポンプ30を作動させると、ノズル11を構成するトナー排出管部16のトナー排出用の開口15からトナーが吸引される。この際、同時にエアポンプ10を作動させて、エア出口19からトナー収納容器2内に空気を送り込む。
この例の併用式においては、トナー送流手段は吹き込み用エアポンプ10、吸引ポンプ30、ノズル11、トナー送流管12およびエア供給管14からなり、ノズルの壁部17がトナー収納容器2のトナー排出口13と嵌合されて、ノズル部17のトナー送流管16と吸引ポンプ30と現像部1の接続部材24とがトナー供給チューブ12を介在させて接続され、トナー送流通路が形成されている。
併用式は、エアポンプによって常に流動化されたトナーを吸引するので、トナーの排出と供給が安定でかつ精度を高く維持できる点に優れた方式である。
ここで説明するトナー収納容器は、先述の新規なトナー供給方式に適用可能なものとして考え出されたものであるが、このトナー供給方式にのみ使用できるものとして限定されるものではない。
加工しないで筒状体そのものを用いる場合には、特に両者間で面接触する部分ができるような形状あるいは、そのための材質とサイズを選択して、筒状部とノズル等とが嵌合してもその状態がぐらつかないで継続的に保持し、さらに可能な限り高い密着状態を確保する。
また、筒状体が樹脂製のハードタイプの場合は、この筒状体が通常トナー収納部と一体成型によって製造されるものが用いられる。しかしながら、トナー収納部とトナー排出口とを別途に製造し及び/またはトナー収納部を少なくとも2つに別途に製造し、それらを接続し分離できる構造も本発明のハードタイプのトナー収納容器に包含される。この場合、接続すると密閉状態を確保できるような構造、例えばネジ構造あるいは嵌合構造を形成することが好ましい。
排出口の筒状体部とノズル等との嵌合は、筒状体内部にノズル等を嵌め込むA方式と、トナー送流管にあるいは筒構造を持つノズルに筒状体を嵌め込むB方式がある。
該密着性向上機構を設ける場所は、前記A方式においては筒状体の内部あるいはノズル等の外表面であり、B方式においては筒状体の外表面およびノズル等がトナー送流管の場合は内部であり、さらにノズルを筒構造にしてその内部に密着性向上機構を設けることもできる。
先に図4を用いて弾性部材を密着性向上機構として筒状体の内部に設けることついて説明したが、この弾性部材としては弾性と伸縮性があって、通気性があるものを用いるとトナーが漏れる場合があるので、通気性のないものが好ましい。例えば発泡ポリウレタンのようなスポンジ、ゴム、フエルト等のような材料を用いることができる。スポンジの場合は、ノズル等との接触面積をなるべく大きくするために、通気性がないもので密度の高いものが好適である。
この2本のスリット間の角度(θ)を90度になるように設けると、ノズル11の全周に渡ってより均等な力で弾性部材26により押圧されて、密閉性を確実に確保できるので好ましい。スリットの数に制限はないが、出来る限りスリット間の角度を同一にすることが肝要である。
ここで示される筒状体は、後述する図16aに示されるような、内部に突起部Cを持つものであり、図11aの13−1は、この突起部によって形成され筒状体内部にあるトナー送出口である。弾性部材26とトナー送出口13−1の間に中空弾性部材31を設け、この中空弾性部材31は、ノズル11の抜き差し方向に貫通された中空部としての孔31−1が設けられ、この孔31−1はその径D1がノズル11の径D2よりも若干小さくなるように設定されている。
図11bは、本発明のさらにまた他の実施形態を示す説明図であり、本例のトナー収納容器2はそのトナー送出口13−1の口径D3を弾性部材26のスリット26−aの長さLよりも小さくしている。この場合の弾性部材26には、4本のスリットが設けられている。
ノズルを装着する前の容器は、収納されたトナーが漏れ出ないように、通常トナー排出口は何らかの手段で封止されている。
さらに筒状体とノズルの内表面または外表面上にネジ機構を設けて接続するようにして、密着性向上機構とすることも可能である。このネジがトナー漏れ防止用に筒状体の口を封止するために用いるキャップを固定するネジ溝ともなる。キャップにもネジ機構を設けておくことは言うまでもない。
本発明のトナー収納容器は、空気流による新規なトナー供給方式によると、画像形成装置内では縦でも横でもどのような設置状態でも可能であるが、排出口部を下に向けた状態で用いるのが重力の観点から自然であり、最も有効である。
次に、ソフトタイプの容器について説明する。
トナーを容器に充填する工程において、トナー充填を行う前に予め容器の袋部を減容しほとんど空気を抜いた状態にでき、従がってホッパーから落下したトナー粉体間に空気が入らないので、トナーの沈降が早く、全体として充填作業時間を短縮でき、かつトナー汚染も発生しにくい。
前述したように、ソフトタイプの場合は、袋部と排出口とを別々に作り、その後相互に固着する方が製造上有利である。
フレキシブルな材料の厚さは特に限定的ではないが、厚すぎると柔軟性であるがための上述の利点が得られにくく、また薄すぎるとトナーが充填された部分がたるんでトナーの排出が十分に行われなくなることがあるため、好ましくは約20μm〜200μm,さらに約80μm〜150μmが適当である。
さらに、筒状体の嵌合部と固着部とを分離できる構造にすることもできる。このような構造にすると、特に嵌合部を形成する筒状体内部に弾性部材のような密閉性向上機構を設ける場合に作業が容易にでき、また再利用にあたって破損した部分を取り替えることができる等の利点がある。
前記の固着は、密閉状態を確保し空気が漏れないようにするために、例えば加熱あるいは超音波等によって溶着させて行うことが適当である。
さらに、図17に示されるように、筒状体の嵌合部と固着部との間に鍔部Eを筒方向とほぼ直角に設け、この部分で紙製あるいはプラスチック製等の箱体等の所定部に引っかけて容器を保持すると、トナーを充填した容器を保管し輸送し、あるいは画像形成装置内での設置に有効である。
鍔部を設けることについては、ハードタイプの容器にも適用可能である。
次に、本発明のトナー収納容器の変形例を列挙する。
図19aに示すように、袋部2の口部13との接続部近傍に絞り部53を設けたり、図19bに示すように、袋部2の側面に複数の絞り部53を設けた容器は、絞り部53より上側のトナーの自重を受けて口部13に伝えずに口部13近傍のトナーの固まりや締まりを防止するとともに大きいサイズのトナーの塊を通過させずに、トナー供給チューブ12やトナー送流口が塞がれることを防ぐことができる。
またほぼ同形の2枚のフレキシブル材料を準備して、開口部以外の端部をヒートシールし、前述のようにさらに口部を開口部に固着して形成された、封筒型の容器も本発明に用いることが出来る。
さらに、本発明のトナー収納容器の変形例について説明する。
図23に示すトナー収納容器は、袋部を牛乳パックのようなある程度の強度と固さのある紙で形成したものである。
図25aはその一例を示すものであり、内側が容器の排出口を下向きにしたソフトタイプの容器49で、48がその外側に容器の周囲を囲むように設けた姿勢保持手段である。
また、姿勢保持手段としてはその機能を有するものであれば、形状及び構造は任意である。
姿勢保持手段の構造によっては、それで支持されたソフトタイプの容器はそのまま搬送あるいは保存するにも有効である。
本発明者等は、新規なトナー供給方式と新規なトナー収納容器とを組み合わせた場合に、実効性のあるトナー充填量について、好ましい条件を検討した。
使用した容器は、直径63.5mm、高さ135mmの円柱形状で容積250ccのトナー充填口となる口部を有するガラス瓶と、100μmの厚さのポリエチレンとナイロンの複合材料のフレキシブルなシートで作られたソフトタイプのものである。
合計4つの容器それぞれに100gのトナーを常温環境下で充填後、蓋により密閉状態にした。
(実験2)
実験1に用いた同じ種類の容器を用い、同じトナーを同じ方法によって100g充填し、充填後容器に気密性を保つために蓋がされた、充填密度がいずれも0.4のガラス瓶とソフトタイプの容器のそれぞれ3つ、合計6つの試料を準備した。
これらの実験結果から、トナーが充填され封がされたガラス瓶を高温で保存すると、時間の経過と共にトナーの凝集が発生することが明らかとなった。その要因は、ガラス瓶の場合には、温度上昇に伴って内部の空気が膨張しても、内壁がフレキシブル性のない硬い材質でその膨張を吸収できないために、内圧が上昇してしまい、それがトナー凝集を起すものと考えられる。
『ソフトタイプの容器を用いる場合において、該容器の最大容積をCmax、容器にトナーを充填し封止後のトナーが占める容積をCtoner、容器にトナーを充填し封止後に占める容器内の空気の容積をCairとしたとき、
[式1]
(Cmax)−{(Ctoner)+(Cair)}≧0.1×(Cair) 式1
を満足するようにトナーを充填すること。』
容積の測定は容器を水中に沈め、水量の変化により、容易に測定できる。
容器中の空気の容積は、トナーを充填し封止した後の容器の容積からトナーの占める容積を引けば算出でき、トナーの占める容積は、トナーの重量をトナーの真比重で除すれば算出できるものである。
トナー収納容器内の温度変化による気圧、体積の変化量は、PV/T=一定の法則から導き出せる(Pは気圧、Vは体積、Tは絶対温度)。
ガラス瓶内の気密が保たれていることから、体積が一定と仮定すると、例えばトナー充填時を(20℃、P1)、保管時の最高を(50℃、P2)とすると、P2/P1=1.102の関係になる。
トナー収納容器中のトナーは50℃のとき最も容器内圧の影響が受けることが、前記の実験から判っているので、充填時の温度を20℃、保存最高温度を50℃と設定すると、温度差30℃で容器内圧を一定にすれば、トナー粉を凝集、固着を防ぐ事ができる。
また、本発明はトナーの有する特性の内熱的特性である、低温定着性(低温で定着できる特性)と大きく関連があることが図示しないが実験で明らかになった。すなわち、トナーの流出開始温度(低温定着性と関連する特性。低温で溶融または軟化する特性。)が、カラートナーに存在する例えば85℃前後のいわゆる低温定着性トナーにおいて、容器の違いによる凝集度の差がさらに顕著であり、凝集が起こりやすいことが判明した。
以上の低温定着用トナーで効果が顕著となる理由は、低温定着用トナーはより凝集・固着し易いことと関連があると推測される。
本発明のトナー収納容器において、トナーをこのような真比重を持つトナーを用いると、容器に充填する際にトナーの沈み込みがはやく、トナー内の空気量も少ない為、容器容積を結果的に少なくすることができ、容器の小型化につながる。
(1)体積平均粒径7.5μmのトナー
4.0μm以下の微分の個数が全体の18%
(2)体積平均粒径9.0μmのトナー
4.0μm以下の微分の個数が全体の15%
7.0μm以上の粗粉の重量が全体の2.0%
従来のようなハードタイプの容器を用いる場合には、容器内に空気が入っている状態の中にホッパーからトナーを落下させることになるので、その空気がトナー粉体間に入りトナーが沈降しにくくして充填に時間がかかりやすくなり、さらにトナー汚染がおこりがちである。
以下に、本発明の実施例を示すが、これによって本発明が限定されるものではない。
容器は、高密度ポリエチレン製のハードタイプのもので、厚さ1mm、外形φ65mmの円柱形状で、中央にトナー排出口を有し、容積が210ccのものである。
なお、使用した、トナー及び、トナー充填方法、トナー充填密度は実施例1と同じ物、方法を用いた。ノズルと容器の接続、及び、測定前の容器を振る条件等もすべて同じである。
さらに、図32のグラフから判るように、トナー充填密度が0.7g/cm3以下になると、トナー収納容器2残るトナーの量、すなわちトナー残量が急激に減少することが判る。
ソフトタイプの容器は、袋部がポリエチレンとナイロンの複合材料の厚さ0.1mmのシート材で形成され、該袋部に設けた開口部を、トナー排出口部として形成されたポリエチレン製の筒状体の固着部外面と熱溶着されて作られたものである。
トナー排出口部として形成されたポリエチレン製の筒状体を構成する前記固着部には、直径φ14mmのトナー通路が設けられている。
この実験から、本発明のソフトタイプの容器を用いても、トナーを遠隔にある所定位置に送ることができ、本発明が実効性のあるものであることを実証している。
使用する容器とトナーは、実施例3で使用したものと同じである。
(Cmax)−{(Ctoner)+(Cair)}≧0.1×(Cair) 式1
Cmax=700cc、
トナーの真比重が1.2であるから、Ctoner=(300÷1.2)=250cc、
Cairについては、先述のように、トナーを充填後密閉した容器を水中に沈めて、変化する水面の高さから算出した。Cair=409cc
これらの値を式1に当て嵌めると、
700−(250+409)=41≧0.1×409=40.9
になり、この密閉した容器は、式1を満足することが確認できた。
まず密着性向上機構を形成する2つのサンプルを準備した。
実験に用いるトナー収納容器は、実施例3で用いたものと同じで、図32に示すものであるが、底部に空気圧調整手段であるフィルタ(目開き3μm、直径φ12mm)が貼られている点が相異する。上記のスポンジは、両面テープ(日東電工製5000N)で固定した。
実験はトナー収納容器内に空気を吹き込んで、吸引する方法で、すなわち併用式によって、トナーの排出性と、トナー残量を比較した。
実施例1で説明したように、この装置のノズル11を、このスポンジのスリットを貫通させて、吹き込む空気流路管部18の開口部15が、容器内に位置するように、容器内部に挿入する。
その結果をプロットしたのが、図35(サンプル1)と図36(サンプル2)のグラフで、横軸にトナー収納容器内のトナー残量、縦軸にポンプ駆動単位時間当たりのトナー排出量を示している。
3 トナー送流手段 10 エアポンプ
30 吸引ポンプ
Claims (4)
- トナー収納容器を備えたトナー補給装置において、
トナーを搬送するための吸引手段と、
前記吸引手段に接続され、一端にトナー排出用開口が設けられたノズル部と、を備え、
前記トナー収納容器は
変形可能な柔軟性を有する部材から形成されている袋部と、
前記袋部の下方に設けられたトナー排出口部と、
前記トナー排出口部に設けられ、前記ノズル部が前記トナー排出用開口側から挿入されるトナー排出口と、
前記トナー排出口の内面に、前記挿入されたノズル部の外周と密着する弾性部材とを備え、
前記トナー排出口部は前記袋部よりも剛性の高い部材からなると共に、前記袋部は前記トナー排出口部に向けて少なくとも途中から内壁面が傾斜する構造を有し、
前記吸引手段によって前記袋部内のトナーが前記ノズルに設けられたトナー排出用の開口から吸引されることで、前記袋部が減容することを特徴とするトナー補給装置。 - 前記袋部は樹脂製のシートで形成されていることを特徴とする請求項1に記載のトナー補給装置。
- 前記トナー排出口部が筒状体と、その内部に前記弾性部材を備えたことを特徴とする請求項1に記載のトナー補給装置。
- 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のトナー補給装置を備えた画像形成装置。
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