JP4856976B2 - トナー容器内トナー稠密化方法及びシステム - Google Patents

トナー容器内トナー稠密化方法及びシステム Download PDF

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Description

本発明は、概略、トナー収蔵容器(トナー容器、トナーカートリッジとも称する)の充填に関する。本発明は、より詳細には、トナー収蔵容器に空気排出用の空気透過性開口を設け、トナー容器へのトナー充填時にこの開口を介し空気を排出する手法に関する。
一般にトナーといえば、テキストや画像を複製する電子写真複製システムによって用紙に被着及び融着せらる粒状物のことである。通常、トナーはトナー容器内部空間内に収蔵され、電子写真複製システム内に組み込まれるものであるから、トナー容器には電子写真複製システムへの実装前にトナー粒子乃至粉体を充填しておく必要がある。
トナー容器へのトナー充填プロセスでは、現在のところ、トナー供給ホッパからトナー容器内へとトナーを移送する手段として、回転オーガが必須とされている。この種のオーガは、充填管内へとトナー粒子を押し込む螺旋状の機械部品であり、従ってトナー粒子と直接的に機械接触する。このように本質的に機械接触を伴うことから、既存のトナー充填プロセスにおけるトナー容器充填工程の精度、効率、速度等は、かなり制限される。例えば、オーガとトナーの間の摩擦による発熱ひいてはトナー(特に低温溶融トナー)の溶融を抑えるにはオーガの回転速度を抑えねばならないが、充填管内におけるトナー移動速度はオーガの回転速度に比例しているので摩擦発熱を抑えようとするとトナー移送速度も低くなる。
トナー容器にトナーを効果的に且つ無駄なく充填するには、大きめの回転オーガを用いてホッパからトナーを移送すればよい。オーガを大きめにするとトナーの体積流量が大きくなり充填ラインの生産性が向上する。しかしながら、大きめのオーガを用いる充填ラインでは、小型低価格コピア/プリンタ向けのトナー容器への充填が難しい。これは、小型コピア/プリンタに装着するトナー容器の充填口が小さいことや、またしばしば不規則形状であることによる。更に、充填口が容器の中心線から外れた場所にあることもある。そのため、小型コピア/プリンタ用トナー容器に対しては、細め/小さめの充填管及びオーガを小さな容器充填口にぴったりと嵌め合わせる必要がある。特に、小型コピア/プリンタに対しては、できるだけ大量に複写/印刷できるようそのトナー容器内に可能な限り多くの量のトナーを充填することが求められるから、小型コピア/プリンタ用トナー容器にトナーを無駄なく充填することは、重要なことである。
トナー充填効率上の問題は、低価格及び中価格帯の多色ハイライト/フルカラープリンタ/コピア用のトナー容器でも生じている。それは、カラートナー用のトナー容器が黒色トナー用のものより小さいことが多く、且つ殊更に不規則な形状を有しているからである。また、良好なカラー画像を得るには小径のカラートナー粒子、例えばその粒径が7μm以下のカラートナー粒子を用いなければならない。トナーホッパ内における小粒カラートナーの流動性は大粒トナーより悪く、そのため小粒トナーをオーガでホッパから押し出すのは難しい。
トナー容器へのトナーの充填についていえば、主としてトナー特性による充填制御/管理上の問題がある。まず、現像システムとして知られている二種類のシステムのうち一成分現像システムにおける現像剤は、鉄等の磁性素材からなる粒子を黒色プラスチック樹脂内に埋め込んだトナーであり、鉄が埋め込まれているためこのトナーは磁気を帯び得る。また、もう一つの現像システムである二成分現像システムにおける現像剤は、ポリマ又は樹脂の小粒子からなるトナー、着色剤、並びに鋼から形成されることが多い略球形の粒子乃至ビーズたるキャリアを含んでおり、現像プロセスにてトナー粒子とキャリアビーズとの間に静電力が作用して前者が後者にぴったり貼り付くように作成されている。従って、何れの現像システムにて使用するトナー粒子も、小粒で研磨性が高く磁気/電気を帯びやすい粒子であり、その取扱が非常に難しいといえよう。
例えば、一成分システムや二成分システムで使用されるトナー粒子には、流動性があまりよくなくトナー供給ホッパ内で塊化や目詰まりを起こす傾向がある。小型コピア/プリンタ用トナー容器に設けられている小さな容器充填口を介しその容器内にトナーを供給するには細い充填管が必要であるが、塊化や目詰まりを起こしやすいトナーは細い充填管内を流れにくい。また、この塊化傾向/目詰まり傾向が原因でトナー粒子間に空隙が生じるとそのトナー容器内に空隙部分が発生することとなり、従ってそのトナー容器の充填が不完全になる。トナーの流動性を高めるため振動発生装置を外付けしてホッパ内にあるトナーをほぐすという試みもされてはいるが、こうした装置(バイブレータ)はエネルギ集約的で費用を食うだけでなく、それを用いたとしてもトナー容器を常に効率的に充填できるとは限らない。更に、バイブレータを使用すると、それによって霧散したトナーが充填作業場の周辺に埃として溜まりやすい。
更なる問題点としては、ホッパからのトナー流を迅速に断/続させるのが難しいため高速生産が難しい、という問題もある。特に、上に一成分現像システムについて説明した如き磁化し得るトナー粒子を用いる場合は、電磁弁を用いてトナー流を断/続させる方法すら執ることができない。
また、小充填口トナー容器を充填できるようにするため、オーガのサイズに見合ったサイズを有する入口とトナー容器の充填口のサイズに見合ったサイズを有する出口とを有するアダプタを、トナー充填用のオーガの一端に設ける試みがなされているが、オーガにこうしたアダプタを嵌めると問題がややこしくなる。それは、特にトナー流速を高めにする場合や、粒径7μm以下のカラートナー等の小径トナーを使用する場合に、こうしたアダプタにおいてトナー流速が許容できないほど低くなり、トナー詰まりが発生するからである。更に、こうしたアダプタを使用すると、充填作業場の空気を清浄に保つこと即ちトナーが漂わないようにすることが難しくなる。
そして、トナー流に関する課題のうち幾つかについては既に対策が試みられているが、トナー容器内部空間の利用効率を高めるという課題は、今なお検討余地ある事項として残されている。まず、充填管と充填口の嵌め合わせ部分は、通常、トナー充填中にトナー容器内空気がトナー容器外に逃げ出せるように、そしてトナー容器に入ってくるトナー粒子の流れを邪魔しないように、構成されている。このとき、それまでトナー内にあった空気が新たに入ってくるトナー粒子と完全に置き換わるわけではなく、空気のうち幾分かはトナー粒子とトナー粒子の隙間に捉えられてトナー容器内に残留し、捉えられた空気の分はトナー容器内収蔵トナー量が少なくなる。仮に、トナー容器内残留空気を除去できれば、その容器内により多くのトナーを収蔵できることとなろう。
米国特許第5434654号明細書 米国特許第5576816号明細書 米国特許第5740506号明細書 米国特許第5758231号明細書 米国特許第5809744号明細書 米国特許第5988234号明細書 米国特許第6024141号明細書 米国特許第6347648号明細書 米国特許第6315011号明細書 米国特許第6722406号明細書
本発明は、トナー充填動作実行時にトナー容器内にトナーをより稠密に充填できるシステムを提供することにより、トナー容器内におけるトナー収蔵効率を高めること等を目的としている。こうした目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るトナー収蔵容器内トナー稠密化システムは、充填口を有する電子写真複製機用トナー収蔵容器であって壁を貫く多孔質プラグを有する容器と、充填口に番わされ容器内にトナーを供給する充填システムと、容器内にトナーが入っているときに多孔質プラグに連結され容器内部空間から空気を除去して容器内トナーを稠密化する負圧源と、を備える。このように、多孔性プラグに対し負圧源からの負圧例えば真空を印加することとしたため、空気をトナーに入れ替えるのに要する時間が短くなり、またトナー粒子同士の間の隙間も狭くなる。
多孔質プラグの貫通実装箇所はトナー容器の端面としてもよいし側面としてもよい。多孔質プラグは例えば焼結ポリプロピレン(sintered polypropylene)、焼結ポリエチレン(sintered polyethylene)等から形成する。多孔質プラグの実装先は例えばトナー容器の壁に設けた開口内とすることができ、多孔質プラグはこの開口から取り外せるような構成とすることもできる。例えば、そのトナー容器を電子写真複製機内に実装したとき、そのトナー容器から現像ステーションへとトナーを送給するために使用するオーガが、この多孔質プラグを外してしまうよう、構成することができる。多孔質プラグは、トナー容器を貫通するよう、且つトナー容器壁からトナー容器内部空間内に延びるよう、トナー容器壁に設けるのが望ましい。多孔質プラグのうちトナー容器内部空間内に入り込んでいる部分が長ければ、トナー容器内部空間内の広い空間に亘り負圧が好影響を及ぼし、トナー容器壁から離れた場所でもトナー粒子が稠密化される(密に詰め込まれる)こととなるが、多孔質プラグのうち容器内部空間内の部分は限りなく長くできるわけではなく、最長でもトナー容器の長手方向寸法までである。トナー容器内の概ね全ての部分にてトナー粒子がより稠密に詰め込めまれるようにするには、多孔質プラグ長をトナー容器内部空間寸法(長さ又は幅)に対して20〜50%とすればよいことが、発明者により発見されている。
また、本発明のある実施形態においては、負圧源によってトナー容器内を約30インチH2Oまで減圧(真空吸引)する(1インチ=2.54cm、1mH2O=9.8kPa)。但し、負圧源から印加する負圧の高さは、トナー容器の寸法、トナー容器の形状、トナー容器内に収蔵するトナーの性質、トナー容器内部空間からの空気除去速度の期待値等に応じて変えるのがよい。吸引に際し1〜50インチH2Oの範囲に属する負圧を印加できる負圧源を用いれば、トナー容器内にトナー粒子をより稠密に詰め込むことができる。
また、本発明の他の実施形態に係る電子写真複製システム組込用トナー容器内トナー稠密化方法は、トナー収蔵容器内にその充填口からトナーを供給するステップと、その容器の多孔性プラグに負圧を印加して容器内部空間から空気を除去し容器内トナーを稠密化するステップと、を有する。
本発明の更に他の実施形態に係る電子写真複製システム用トナー収蔵容器は、トナー収蔵用の容器内部空間を有する容器本体と、容器本体に設けられ容器内部空間にトナーを供給する際使用される充填口と、負圧源と多孔質プラグとの連結によって容器内部空間から空気を除去し容器内トナーを稠密化できるよう容器本体に実装された多孔質プラグと、を備える。
以下、添付図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。本件技術分野における習熟者(いわゆる当業者)であれば、以下の説明及び図面を参照することにより、上述したものもそれ以外のものも含めて本発明の特徴及び利点をよりはっきりと理解できるであろう。
図1はトナー容器にトナーを充填するシステム10を示す図である。図中、充填用のトナー16はホッパ12内にあり、このホッパ12には充填管105が連結されている。ホッパ12を形成する素材は、耐久性がありトナーと化学反応しない好適な素材であえばどのような素材でもよいが、中でもステンレススチールが望ましい。ホッパ12内にはオーガ104が縦向きに配置されており、このオーガ104はトナー16を充填管105の吐出端に向けて移動させる。充填管105の外側には電機式、電磁式等のバルブ108が連結されている。このバルブ108は充填管105の吐出端から出ていくトナー流を断/続させるためのものであり、コントローラ109により起動/停止される。
ホッパ12及び充填管105の下方に設けられている高速生産ラインはコンベア170を有している。コンベア170上にはそれぞれその中にトナー容器116が載った複数個のキャリア即ちパック(puck)172が実装されており、コンベア170はパック172もろともこれらのトナー容器116を矢印171方向に移送する。パック172はトナー容器116の種類毎に設計作成されているため、トナー容器116の種類に応じパック172を入れ替えることで、その縦横寸法が異なる各種のトナー容器116に対応することができる。但し、トナー容器116をパック172無しでコンベア170上に置けるような充填ラインとすることもできる。例えば、その充填ラインがある種のトナー容器116専用のラインである場合である。この場合、そのトナー容器116が自立形状を有していれば、そのトナー容器116はコンベア170での移動中も安定していて動かないであろうから、パック172は不要である。トナー容器116(及び使用する場合はトナー容器116が載ったパック172)が充填管105の直下に来たら昇降機構174が動作する。昇降機構174は、伸びきるまで即ちトナー容器116の充填口117が充填管105の吐出端のすぐ近くに達するまで、パック172及びトナー容器116を押し上げる。
コントローラ109は、攪拌機56を動作させることによってトナー16をオーガ104方向に動かし、オーガ104はこのトナー16を充填管105内に移送する。コントローラ109はバルブ108も動作させ(開き)、トナー16が充填管105からトナー容器116の充填口117内に押し出されるようにする。トナー容器116の充填を終えたら、コントローラ109はバルブ108を停止させ(閉じ)てホッパ12内から充填管105へと向かうトナー16の流れを止め、昇降機構174はトナー容器116(及びパック172)をコンベア170上に降ろす。そうしたらコンベア170は充填済のトナー容器116を充填場所から動かし、次のトナー容器116即ち空の容器を充填場所に動かしてくる。なお、トナー容器116内に装填されるトナー16の量は、そのトナー容器116のサイズに応じて予め定めておく。トナー16の流れを発生させてから停止させるまでの時間は、トナー容器116内に当該所定量のトナー16が充填されることとなるよう設定又は制御する。また、以上の説明で採り上げたのはトナー容器116を昇降させて充填するシステムであるが、充填管105を下降させてトナー容器116を充填するシステム構成とすることや、トナー容器116及び充填管105の縦方向距離乃至位置関係を一定に保ちつつトナー容器116の充填口117を充填場所で充填管105に十分近づけることができ充填場所でトナー16が充填管105からトナー容器116の充填口117内へと吐出落入されるようなシステム構成とすることも、可能である。
トナー容器116の充填を好適に行えるようにするため、トナー容器116には後掲の通り多孔質プラグを設け、またこれに負圧例えば真空を印加する手段として後掲の負圧源を使用する。多孔質プラグは例えばトナー容器116の底面に実装されており、パック172内の開口に負圧を印加することによって対応するトナー容器116の多孔質プラグに負圧を印加することができる。この負圧は負圧源により印加されるものであり、負圧源は、トナー16がトナー容器116内に入っていくのに並行して、負圧印加によりトナー容器116の内部空間から空気を吸い込む。多孔質プラグに対する負圧の印加は、負圧源自体の制御によってもまた負圧源の連結制御によっても制御できる。即ち、多孔質プラグに連結させっぱなしの負圧源をコントローラ108により制御しそれによって印加負圧を制御する構成とすることもできるし、動作させっぱなしの負圧源をコントローラ108による制御の下パック172内の開口に随時連結させることによって印加負圧を制御する構成とすることもできる。何れにせよ、トナー容器116内には負圧乃至真空が発生し、これを助力としてトナー16がトナー容器116内に吸い込まれることとなり、吸い込まれたトナー16が容器116内に稠密に詰め込まれることとなる。
図2に負圧源を連結可能なトナー容器200を示す。このトナー容器200の本体は壁として側壁202や端壁204を有しており、トナー収蔵用の内部空間208はこれらを含む壁によって外部と仕切られている。多孔質プラグ210は、圧し嵌め等の手法によって端壁204に貫入されており、この貫入用にトナー容器200の壁に開けられた開口には、例えば封止手段たる二次発泡シール212が設けられている。なお、発泡シールを有するトナー容器自体は周知のものである。多孔質プラグ210は、端壁204の表面から出っ張らないように設けることも可能であるが、この図に示すようにトナー容器200の内側に出っ張らせることもできる。多孔質プラグ210の配置先は別に端壁204に限られるものではなく、側壁202に貫設することもできる。多孔質プラグ210は、例えばその粒径が7μm以下のトナー粒子でも通過できず従って目詰まりを引き起こさない素材である限り、どのような素材によっても形成できる。そうした条件を満たす素材は数多くあるが、中でも焼結ポリプロピレン、焼結ポリエチレン、燒結金属等が好ましいといえよう。但し、燒結金属を用いるとコストが嵩むことがある。
多孔質プラグ210を内部空間内に出っ張らせる場合、実装壁から出っ張っている部分の長さは、最長でもトナー容器200の長手方向寸法に対して100%程までである。多孔質プラグ210の実装先が端壁204である場合、大抵の用途では、多孔質プラグ210のうちトナー容器200の内部空間208内に出っ張っている部分の長さをトナー容器200の長さに対して約20〜50%とするのが適切であろう。また、多孔質プラグ210の実装先が側壁202である場合、その多孔質プラグ210は側壁202の表面から出っ張らないように設けることもできるし、トナー容器200の内部空間208の幅に対して最大約100%までの範囲内で側壁202からトナー容器200の内部空間208内に出っ張るよう設けることもできる。多孔質プラグ210を側壁202に設ける場合、側壁202上における多孔質プラグ210の位置は、端壁204にほど近いところ等、側壁202の長手方向に沿いどの場所とすることもできるが、好ましいのは側壁202の中央部と端壁204とに挟まれた位置であろう。多孔質プラグ210を内部空間208内に出っ張らせることは、トナー容器200内にあるトナーの多くを稠密化する上で効果的である。
トナー容器200の壁における多孔質プラグ210の実装形態は、永久的に(即ち簡単には取り外せないような)実装形態とすることも、また随時取り外せるような実装形態とすることも可能であり、後者の例としては、トナー容器200のトナー吐出ポートに多孔質プラグ210を配設する例を挙げることができる。そうした例では、トナー容器200を電子写真複製機に装填する際に、トナー容器200から電子写真複製機内現像ステーションへとトナーを送給するためのオーガが、トナー容器200のトナー吐出ポートに押しつけられ、トナー吐出ポートに設けられている多孔質プラグ210がそれによって外れることとなる。こうして外された多孔質プラグ210はトナー容器200の内部空間208内に残るため、他所を汚すことがない。
図3に負圧源220を多孔質プラグ210に連結した状態を示す。この負圧源220は、トナー容器200にトナーが充填される際にそれと並行して内部空間208から空気を除去する。このとき、多孔質プラグ210から遠くにあるものと比べると、多孔質プラグ210のすぐ近くにあるトナーの方がより稠密に詰め込まれることとなる。それは、多孔質プラグ210の近くで稠密化されたトナーにより、トナー容器200内における吸引空気流が減衰する(弱まる)からである。図中の充填ライン222がどれだけ低い位置になるかはそれによって決まるものであり、図2及び図3において多孔質プラグ210をその実装面から内側に出っ張らせているのは、トナー容器200の内部空間208における空気除去対象容積を広くして稠密化の効果を高めるためである。また、トナー容器200の充填を好適に行うには、負圧源220をトナー容器200充填中ずっと、多孔質プラグ210に連結しておくとよい。もし、充填工程に費やす時間が長くてもさほど問題にならないのであれば、まずトナー容器200を充填しそれを終えたら多孔質プラグ210に負圧を印加してトナー容器200内のトナーを稠密化する、という段取りでもよかろう。また、上掲の如き多孔質プラグ210と併用したとき好適に動作する負圧源は、約1〜50インチH2Oの圧力で吸引するものである。約30インチH2Oの負圧を印加する負圧源であれば、大抵の種類のトナー容器200について好適に使用できるであろう。
図4に、電子写真複製システム内に組み込まれるトナー容器内にトナーを稠密に詰め込む方法を示す。この図に示す方法は、トナー収蔵容器に設けてある充填口を介しその容器内にトナーを供給するステップ400と、その容器の多孔質プラグに負圧源からの負圧を印加して容器内部空間から空気を除去し容器内トナーを稠密化するステップ404と、を有している。本方法における多孔質プラグは空気透過性カバーを構成する多孔質層によって覆われているため、トナー容器から流れ出ようとするトナー流は阻止されるが容器内部空間からの空気排出は許容される。多孔質プラグを実装する開口には、これを覆うように発泡シールを設けるとよい。
充填動作実行中は、トナー容器の壁を貫通するよう実装されている多孔質プラグは、トナー容器の一部分として扱われる。多孔質プラグは、トナー容器内部空間内に出っ張るよう設けると共に、多孔質層例えば発泡シールと併用するのが望ましい。この多孔質層は、その多孔質プラグを通り抜けた空気流がその多孔質層を通過していくように、空気流経路上に設ける。トナー容器がトナー充填場所に到着したら、そのトナー容器の充填口を介しそのトナー容器内にトナーを充填しつつ、負圧源を多孔質プラグに連結して負圧を印加し、そのトナー容器の内部空間から空気を除去する。このようなやり方で内部空間から空気を除去することにより、トナー容器内へのトナー装荷速度が高まり且つトナー容器内におけるトナー詰込密度が高まる。トナー容器を満量まで充填したら、負圧源をトナー容器から取り外し、そのトナー容器を充填場所から別の場所に移し、そこで次の処理乃至工程を実施する。このように、上述したシステム及び方法によれば、トナー容器内へのトナーの充填をより迅速に且つより稠密に行うことができる。
以上説明したものもそうでないものも含め、本発明の様々な特徴的構成若しくは機能又はそれに代わる構成は、多様な他種システム乃至用途と好適に組み合わせることができる。また、本発明に対する代替、変形、変更乃至改良の中には未だ発見されておらず予測もできないものがあり、そうしたものの中にはいわゆる当業者によって発見乃至予測されることとなるものもあろうが、別紙特許請求の範囲にはそうしたものも包含される。
トナー容器にトナーを充填するシステムを示す図である。 内部空間に出っ張るよう多孔質プラグが設けられたトナー容器を示す図である。 トナー容器に実装された多孔質プラグに負圧源からの負圧を印加してトナー容器内トナーを稠密化する手法を示す図である。 トナー容器にトナーを充填する際の負圧源使用方法を示す図である。
符号の説明
10 システム、16 トナー、116,200 トナー容器、117 充填口、202 側壁、204 端壁、208 内部空間、210 多孔質プラグ、220 負圧源。

Claims (2)

  1. 内部空間を有する容器本体と、この容器本体に設けられる充填口とを備える電子写真複製機用トナー収蔵容器であって容器本体の壁を貫きトナー吐出ポートとして機能する開口に取り付けられた多孔質プラグを有する容器と、
    充填口に番わされ、この充填口を通って容器内部空間にトナーを供給する充填システムと、
    容器内にトナーが入っているときに多孔質プラグに連結され容器内部空間から空気を除去して容器内トナーを稠密化する負圧源と、
    を備え、
    多孔質プラグは、前記開口に取り外し可能に配設される一端と、容器内部空間に位置する他端とを有し、一端から他端へ出っ張っている部分の長さを、前記開口が形成された壁と、この壁に対向する壁との間の長さに対して少なくとも20%とするように形成され、電子写真複製システムに容器が組み込まれトナー吐出ポートが開いた場合、多孔質プラグがトナー吐出ポートから外れて容器内部空間の中に残る、トナー収蔵容器内トナー稠密化システム。
  2. トナー収蔵用の容器内部空間を有する容器本体と、
    容器本体に設けられ容器内部空間にトナーを供給する際使用される充填口と、
    容器本体に形成されトナー吐出ポートとして機能する開口に取り付けられた多孔質プラグと、
    を備え、
    多孔質プラグは、前記開口に取り外し可能に配設される一端と、容器内部空間に位置する他端とを有し、一端から他端へ出っ張っている部分の長さが容器内部空間寸法に対して少なくとも20%となるように形成され、
    さらに、多孔質プラグは、負圧源と多孔質プラグとの連結によって容器内部空間から空気が除去され容器内トナーが稠密化されている間、容器の前記開口に配設された状態で残り、そして負圧源が多孔質プラグから取り除かれて電子写真複製システムに容器が組み込まれトナー吐出ポートが開いた場合、多孔質プラグの一端がトナー吐出ポートから外れて容器内部空間の中に残るように構成される、電子写真複製システム用トナー収蔵容器。
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