JP5061488B2 - トナー充填方法、及び、トナー充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置にトナーを供給するトナーカートリッジへのトナー充填方法、及び、トナー充填装置に関する。

プリンタや複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、一般に現像剤として粉末状のトナーが使用され、トナーの収納されたトナーカートリッジを装置に装填させることで、安定した画像形成とメンテナンス性の向上を実現させている。

カートリッジへのトナー充填を効率化させる技術としては、例えば、脱気用部材により吸引脱気を行いながらトナー充填を行うもの（例えば、特許文献１参照）や、振動や空気の作用でトナーに流動性を付与して充填を行うもの（例えば、特許文献２、３参照）等が挙げられる。また、内部が複数の室に仕切られた構造を有するカートリッジに対し、トナー充填口側の隔壁に切欠部を設ける等により、１回の充填作業で複数の室にトナーを充填できるようにした技術もある（例えば、特許文献４参照）。

また、近年では、トナー充填部に加えて現像ローラ等の部材が組み込まれた現像器や、現像ローラ、感光体ドラム等の部材が一体に組み込まれたプロセスカートリッジと呼ばれるユニット方式の部材が用いられている。これらの部材は、画像形成装置に着脱することで、トナーの補充と部品の更新が行えるので、メンテナンス性能を大幅に向上させている。さらに、画像形成装置の小型化に伴ってカートリッジのコンパクト化も進行している。

この様に、トナー供給のために画像形成装置に装填されるトナーカートリッジは、コンパクト化すると同時に構造が複雑化する傾向にあり、この様なトナーカートリッジへのトナー充填を効率よく行う様にする技術が求められてきた。
特開平８−３０５１４４号公報 特開平９−３９９０３号公報 特開２００３−３３７８０１号公報 特開平５−６０９１号公報

ところで、現像ローラやプロセスカートリッジは、内部が複数の部屋に仕切られていたり、現像ローラやトナー搬送部材等の部材が装填されているため、従来のトナーカートリッジに比べてトナー充填が困難な面があった。しかしながら、上記特許文献には、現像ローラやトナー搬送部材等の部材が装填された状態のカートリッジへのトナー充填や、容積の異なる複数の部屋に同時にトナー充填を行うことについては記載も示唆もなかった。

本発明は、容積の異なる複数の部屋に内部が仕切られていたり、現像ローラや感光体ドラム等の部材が収納されている等により、トナーを均一に充填することが困難なカートリッジにも、トナーをムラなく均一に充填することが可能なトナー充填方法を提供することを目的とする。特に、小型の画像形成装置向けのプロセスカートリッジや現像装置の様に、コンパクトで複雑な構造となる傾向にあるカートリッジへのトナー充填を効率よく行うことが可能なトナー充填方法を提供することを目的とする。

本発明者は、下記に記載の構成により、上記課題が解消されることを見出した。
１．搬送状態にあるトナーを、供給部に通過させてトナーカートリッジに充填するトナー充填方法であって、
前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
前記供給部は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割されたもので、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給部内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、
前記複数の室の少なくとも１つにはトナーに接触させる部材が設けられ、
前記部材は、円錐形状または板状形状を有するものであり、
前記円錐形状の部材は、円錐形状の先端をトナーの搬送方向に向けて配置するものであり、前記板状形状の部材は、前記供給部を構成する供給管や仕切り板より分枝させた状態で配置するものであり、
前記供給部の内部における前記部材の占有率が２５％以上６０％以下であることを特徴とするトナー充填方法。
２．搬送状態にあるトナーを、供給部に通過させてトナーカートリッジに充填するトナー充填方法であって、
前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
前記供給部は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割されたもので、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給部内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、
前記複数の室の少なくとも１つではエアを供給している状態でトナーを通過させ、
前記供給部の内部における前記エアの風速が０．４ｍ／ｓ以上３．２ｍ／ｓ以下であることを特徴とするトナー充填方法。
３．少なくとも、トナーを搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されたトナーをトナーカートリッジに供給する供給手段とを有するトナー充填装置であって、
前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
前記供給手段は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割され、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給手段内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、かつ、前記複数の室の少なくとも１つにはトナーに接触させる部材が設けられ、
前記部材は、円錐形状または板状形状を有するものであり、
前記円錐形状の部材は、円錐形状の先端をトナーの搬送方向に向けて配置するものであり、前記板状形状の部材は、前記供給手段を構成する供給管や仕切り板より分枝させた状態で配置するものであり、
前記供給手段の内部における前記部材の占有率が２５％以上６０％以下であることを特徴とするトナー充填装置。
４．少なくとも、トナーを搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されたトナーをトナーカートリッジに供給する供給手段とを有するトナー充填装置であって、
前記供給手段は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割され、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給手段内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、かつ、前記複数の室の少なくとも１つには室内にエアを送る送風手段を有するものであり、
前記供給手段の内部における前記エアの風速が０．４ｍ／ｓ以上３．２ｍ／ｓ以下であることを特徴とするトナー充填装置。

本発明によれば、トナーカートリッジ内部が容積の異なる複数の部屋に仕切られていたり、あるいは、現像ローラや感光体ドラム等の部材が内部に収納されている等、複雑な構造を有するトナーカートリッジへのトナー充填が効率よく行える様になった。特に、小型プリンタ向けのプロセスカートリッジや現像装置の様に、コンパクトで内部に部材が複雑に配置され、しかも、トナー充填口の小さいカートリッジにもトナー充填を効率よく行うことができる様になった。

電子写真方式の画像形成に使用されるトナー（以下、現像剤ともいう）のカートリッジへの充填技術は、ボトル形状のカートリッジへの他に、容積の異なる複数槽から構成され現像ローラやトナー搬送部材等が内蔵されたカートリッジへの対応も求められている。この様な複数槽を有し複雑な構造のカートリッジに安定したトナー充填を行うためには、各槽にあわせた対応が必要になった。例えば、充填口や収納スペースの狭い槽に充填する時は時間をかけたり、槽と同数の充填機を用意し槽毎に充填機を変えて充填する等の対応が行われたが、充填機の多数確保や作業効率の面で好ましいものとはいえなかった。

本発明者は、トナーを各槽に適した流動状態にすることにより、充填口や収納スペースが狭い槽等のトナー充填の困難な場所にトナーを効率よく充填できるものと考えた。そして、検討を重ねた結果、本発明者は、カートリッジに充填する直前にトナーの流動状態を個々の槽に充填し易い状態に変える手段を設けることにより、上記課題が解消されることを見出したのである。

すなわち、内部に部材が収納されている等により複数の部位に分割されているトナーカートリッジの各部位に合わせて、トナーを供給する排出ノズル内を仕切り板で分割するとともに、分割した排出ノズル内にトナーのかさ密度を変える手段を設けた。その結果、トナーカートリッジに充填されるトナーは、カートリッジを構成する各室の状況に対応した流動状態で充填される様になり、複雑な形状を有するトナーカートリッジに均一にトナー充填が行える様になったのである。

この様に、トナーの流動状態を複数種類のものに同時変更できる様にすることで、例えば、充填口や収納スペースが狭く、現像ローラや画像形成部材等の構造物が内蔵された複雑な構造のトナーカートリッジにも、円滑かつ均一な充填が行える様になった。

ここで、トナーカートリッジへの充填直前のトナーの流動状態を変えるとは、具体的には、搬送されてきたトナーのかさ密度を変えることをいう。例えば、トナーのかさ密度を下げれば、トナー粒子間の空隙が多くなるので、その分、トナー粒子は動き易くなり、流動性が促進されることになる。その結果、充填口が狭いものでもトナーは入り込み易くなると本発明者は考えたのである。なお、「トナーのかさ密度」とは、既知体積の容器にトナーを充填した時、充填されたトナーの質量をその容器の体積で除して得られる値のことで、単位体積あたりのトナー質量のことをいうものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

最初に、本発明でいう「トナーカートリッジ」とは、内部にトナーを充填するためのトナー充填部を有するとともに、カートリッジごとそのまま画像形成装置に装填されてトナー補給を行うものをいう。また、本発明でいうトナーカートリッジには、トナーが充填されたのみのボトル形状のものの他に、トナー充填部に加えて現像剤搬送部材や現像剤担持体（現像ローラ）等の部材が配置された現像装置と呼ばれるものや、これらに感光体ドラムやクリーニング手段等の部材を追加した一体型のイメージングカートリッジ、あるいは、プロセスカートリッジと呼ばれる装置も含まれるものである。

本発明では、トナーカートリッジに充填する直前のトナーの流動状態を変更することにより、本発明の課題を解消したものである。トナーの流動状態、すなわち、トナーのかさ密度を変える具体的な方法としては、例えば、次の２つの方法が挙げられる。

１つは、トナーの供給路に部材を配置し、搬送されてきたトナーを部材に接触させることによりかさ密度を変える方法である。この場合、供給路に配置させる部材の大きさを変えることによりかさ密度の変更が行える。また、トナーの供給路にエアを吹き出す部位を設け、エアによりかさ密度を変える方法がある。この場合、エアの吹き出し速度を変えることによりかさ密度の変更が行える。

この様な方法により、トナーカートリッジに充填する直前のトナーの流動状態を変更することが可能である。

最初に、本発明に係るトナー充填方法の具体的な例を図を用いて説明する。図１は、本発明に係るトナー充填方法によるトナー充填を示す全体構成図である。トナー充填装置Ａは、内部に複数の室を有し担持体や搬送部材等の部品が配置された現像装置やプロセスカートリッジと呼ばれるカートリッジにもトナーをムラなく、しかも効率よく充填する様に設計されたものである。

トナー充填装置Ａは、固定台上に立設したコラムスタンド上部に駆動手段を内蔵する駆動部Ａ１が固定されている。駆動部Ａ１は、駆動モータＭ１、電磁ブレーキＥＢ、電磁クラッチＥＣ、及びプーリＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、ベルトＢ１、Ｂ２などの駆動伝達手段から構成される。

駆動モータＭ１は電源投入とともに連続回転を開始し、プーリＰ１，Ｐ２、ベルトＢ１を介して電磁ブレーキＥＢを駆動させる。電磁ブレーキＥＢは駆動モータＭ１の回転を停止させたときの回転慣性を急速に低減させて駆動を急停止させる。

プーリＰ２と同軸上のプーリＰ３は、ベルトＢ２を介してプーリＰ４に駆動を伝達する。プーリＰ４の同軸上に設けた電磁クラッチＥＣは、オーガ手段Ａ２の回転軸Ａ２１を適時回転させる。

オーガ手段Ａ２の回転軸Ａ２１の下部の先端部付近には、スクリューＡ２２が固定され、回転軸Ａ２１と一体に回転可能である。

オーガ手段Ａ２の下部は、ホッパＡ３内に収容されている。ホッパＡ３は円錐状をなし、その下部は小開口の現像剤供給路Ａ４と接続している。ホッパＡ３の上部は広口の開口部を形成し、天蓋Ａ３１により密閉されている。天蓋Ａ３１の一部は、現像剤補給口Ａ３２、センサＡ３３が設けられている。センサＡ３３はホッパＡ３内に収容された現像剤Ｔの上面を検知する。

ホッパＡ３内のトナーＴは、駆動モータＭ１の駆動によりオーガ手段Ａ２のスクリューＡ２２の回転により流動化され、後続の現像剤供給路Ａ４に搬送される。この様に、トナー充填装置Ａの駆動部Ａ１とオーガ手段Ａ２は、本発明におけるトナーを搬送状態にする搬送手段に該当するものである。

現像剤供給路Ａ４は、トナーＴをカートリッジ５０に供給する排出ノズルとして作用するもので、本発明における供給手段に該当するものである。図１に示す様に、現像剤供給路Ａ４は、コラムスタンドに保持されたアーム部材の先端部に保持され、その上部はホッパＡ３と接続している。ホッパＡ３内に収容された現像剤Ｔは、現像剤供給路Ａ４内のスクリューＡ２２により搬送され、現像剤供給路Ａ４の供給管Ａ４１を経由して排出開口部Ａ４４より排出され、トナーカートリッジ５０内に収納される。

供給管Ａ４１内部には仕切り板Ａ４２が設けられ、供給管Ａ４１内が複数の室に分割されている。この様に、供給管Ａ４１内部を仕切り板Ａ４２で分割することにより、カートリッジ内の複数の室に同時にトナーの充填が行える等、トナーカートリッジの形状や大きさ、あるいは状況に応じてトナーを円滑に充填することができる。すなわち、トナーカートリッジには、充填口やスペースが極端に狭いものや、現像ローラ等の構造体が収納されている領域を有するもの等、トナーの充填が比較的困難なものがある。本発明では、供給管Ａ４１内を仕切り板Ａ４２で複数の室に分割することにより、供給管Ａ４１内の各室を通過し排出したトナーをトナーカートリッジの各室に効率よく充填させる様にした。この様に、複数の室に分割された供給管Ａ４１により、カートリッジの形状や大きさ、構造に対応させてトナーを効率よく充填することが可能である。

本発明では、図１に示す様に、供給管Ａ４１内にトナー接触部材Ａ４３を設けることにより、搬送中のトナーの流動状態を変更させることが可能である。これは、供給管Ａ４１内にトナー接触部材Ａ４３を設け、該部材にトナーを接触させることにより、供給管Ａ４１内における単位時間あたりのトナー粒子通過量が制御される。そして、通過が制御されたトナー粒子分のエアが供給されることにより、粒子間の空隙が拡がってかさ密度が下がる。その結果、トナーの流動状態が促進されて、複雑な形状を有するトナーカートリッジ５０にトナーを安定して充填させることができるものと推測される。この様に、供給管Ａ４１内を通過するトナー量を制御してトナーのかさ密度を下げ、トナーの流動状態を促進させるトナー接触部材Ａ４３の具体例を図２の（ａ）〜（ｄ）に示す。

図２（ａ）と（ｂ）に示すトナー接触部材Ａ４３１は、供給管Ａ４１内の各室のほぼ中央部に配置され、円錐形状を有しており、図に示す様に、円錐形状の先端をトナーの搬送方向に向けて配置するものである。また、図２（ｃ）と（ｄ）に示すトナー接触部材Ａ４３２は板形状を有し、供給管Ａ４１や仕切り板Ａ４２より分枝した状態で配置されている。また、図中の矢印は板形状の接触部材Ａ４３２間に形成される断面部を表している。なお、供給管Ａ４１内に配置させる接触部材の形状は、図２（ａ）、（ｂ）に示すものに限らず、搬送されてきたトナーの通過量を制御できるものであれば、特に限定されるものではない。

本発明では、トナー接触部材Ａ４３１やＡ４３２を設けることにより、トナーのかさ密度は従来（オーガ手段Ａ２よりそのままの状態で搬送させたトナーのかさ密度）の１０〜２５％に低減され、カートリッジへのトナー充填が促進されることが確認されている。このことについては、後述の実施例でさらに説明する。

また、図２の（ｅ）、（ｆ）に示す様に、供給管Ａ４１の側面に孔Ａ４３３を設け、孔Ａ４３３よりエアを供給管Ａ４１内に供給してトナーのかさ密度を下げることにより、トナーの流動状態を促進させることも可能である。この場合、エアの吹き出し速度、孔Ａ４３３の径を変更することにより、トナーの流動状態を制御することが可能である。

図２（ｅ）、（ｆ）に示すエアを供給管Ａ４１内に供給する方法では、トナーのかさ密度を大幅に低減させることが期待される。したがって、コンパクトサイズの画像形成装置用の現像装置やプロセスカートリッジの様に、トナー充填口やトナー収納スペースが特に小さなカートリッジへのトナー充填への適用が期待される。なお、使用可能なエアは、具体的には、圧搾空気や窒素ガス等が挙げられる。また、エア供給用の孔Ａ４３３は供給管Ａ４１内に予め決めておいた風速でエアを供給して、かさ密度を制御するのであれば、孔の径を特に限定するものではない。たとえば、孔の大きさを直径１ｍｍ程度としてエア供給を行うことにより、本発明の効果が発現されることを確認している。

供給管Ａ４１内におけるエアの風速は、たとえば、風速計で測定することが可能である。図７はホットワイヤ方式のデジタル風速計を用いて供給管Ａ４１内の風速測定を行う様子を示した模式図である。このデジタル風速計７０は、伸縮自在のプローブハンドル７２の先端に設けられたセンサ７２１（ガラスビーズタイプサーミスタ等）を供給管Ａ４１内の孔Ａ４３３近傍（１０ｍｍ）に配置し、センサ７２１により孔Ａ４３３より供給されるエアの風速を検知する。センサ７２１により検知された風速はプローブハンドル７２末端のプローブ入力プラグ７２３より測定装置本体７１の表示部７１１に表示される。測定装置本体７１の表示部７１１の下方に設けられたボタンは、測定条件等の入力や表示部７１１に表示された風速の記録等の操作を行う際に使用されるものである。デジタル風速計の具体例としては、たとえば、「デジタル風速計 Ｍｏｄｅｌ ＣＷ−６０（カスタム株式会社製）」があり、この風速計によれば、温度０〜５０℃、風速０．２〜２０．０ｍ／ｓのエアを測定することが可能である。

なお、風速からのかさ密度は、予め設定しておいたプログラムを搭載したコンピュータを用いることにより算出される。具体的には、風速の他にトナーの粒径や密度、孔Ａ４３３の大きさ、充填時の温度や湿度等のデータを入力して、演算処理により算出される。その結果、風速が０．２〜０．６ｍ／ｓの時に０．３５前後のかさ密度が得られ、０．７〜１．６ｍ／ｓで０．３０前後、１．７〜２．５ｍ／ｓで０．２７前後、風速が２．６ｍ／ｓ〜３．２ｍ／ｓの時に０．２５前後のかさ密度が得られる傾向がある。

また、図１に示す充填装置Ａの様に、ホッパＡ３とトナー供給路Ａ４との間がくびれた構造を有するトナー充填装置は、ホッパＡ３から供給管Ａ４１の各室にトナーが搬送される場所では、仕切り板Ａ４２により各室入口が狭められている。したがって、ホッパＡ３から供給路Ａ４の各室へのトナー搬送が抑制されることにより、供給管Ａ４１内のトナーのかさ密度が低減され、トナーの流動性が促進される。すなわち、図２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の様に、内部に接触部材やエア供給手段を有していなくても、かさ密度が低減されて流動性を向上させることが可能である。

参考までに、図３に従来技術におけるトナー充填装置の例を示す。このタイプのトナー充填装置は、トナー供給路Ａ４の大きさがホッパ部Ａ３の最後部と同じで、ホッパ部Ａ３でスクリューＡ２２の回転により搬送されたトナーＴは、スクリューＡ２２で付与された流動状態のまま供給路Ａ４を通過する。したがって、トナーのかさ密度を低減させてトナーの流動性を向上させることができず、充填口や収納スペースが狭く複雑な形状のカートリッジへのトナー充填がきわめて困難である。

また、スクリューを回転させてトナーを切り出してトナー搬送させるタイプの充填装置では、トナーの流れ出しの発生を防ぐため、一般にかさ密度をある程度高い状態にしてトナー搬送する様にスクリューの回転を制御している。この様なトナー充填装置では、かさ密度の高いトナーが搬送され、トナーカートリッジには流動性の抑えられたトナーが充填されることになる。したがって、充填口や収納スペースが狭く、現像ローラなどの部材を内蔵した複雑なトナーカートリッジでは、トナー充填がきわめて困難なものであった。

次に、本発明に係るトナー充填方法によりトナーに付与される流動状態の定量方法について説明する。本発明では、図２（ａ）〜（ｄ）に示したトナー接触部材によりトナーのかさ密度が当初の１０〜２５％に低減し、また、図２（ｅ）、（ｆ）に示したエア供給手段では当初の３５％まで低減させることが可能であることが確認された。この様にして、本発明によれば、トナーカートリッジに充填する直前のトナーの流動状態が向上し、効率のよいトナー充填が実現されることが確認された。ここで、流動状態にあるトナーのかさ密度の測定方法について説明する。図４は、本発明で使用可能なトナーのかさ密度測定を示す模式図である。

流動状態のトナーのかさ密度測定は以下のように行う。
（１）図４に示す様に開口部Ａ４４の下端部に内部が複数の室に分けられたステンレス管を配置し、その直下に、各室より排出されるトナーを充填する透明の５００ｍｌメスシリンダーを室の数分用意する。
（２）５００ｍｌメスシリンダー内に、ステンレス製の充填管をセットする。この充填管は、開口部下端部Ａ４４に設けられたステンレス管に直結、あるいは、可撓性のチューブを介して接続される。
（３）充填管先端の高さは、メスシリンダーの底部を０とし０．１ｍｍから２５５ｍｍの範囲で任意の高さを保つように支持する。
（４）充填管より、メスシリンダー内に現像剤を充填する。
（５）充填量は５００ｍｌ（メスシリンダー上限）とする。具体的には、流動化されて雲状になったトナーがメスシリンダーの５００ｍｌの目盛りに到達したとき、メスシリンダーより充填管を抜いて、これを５００ｍｌの充填量とする。
（６）充填管を抜いた後、充填されたトナーの質量を測定し、かさ密度を算出する。

本発明上記手順に基づいて図１〜３に示したトナー充填装置におけるかさ密度を測定したところ、図３の充填装置を用いたときに０．４０ｇ／ｃｍ³であったものが、図２（ａ）〜（ｄ）に示す接触部材Ａ４３を用いることにより０．３０〜０．３７ｇ／ｃｍ³となることが確認された。また、図２（ｅ）、（ｆ）に示すエア供給によりかさ密度が０．２５〜０．３５ｇ／ｃｍ³となることが確認された。なお、測定条件についての詳細な内容は後述する実施例にて説明する。

次に、本発明に係るトナー充填装置に使用可能なトナーカートリッジの代表的な形態である現像装置とプロセスカートリッジについて説明する。

図５は、本発明に係るトナー充填方法が適用可能なトナーカートリッジの１つである現像装置の一例である。図５の現像装置２０は、非磁性１成分系トナー（非磁性１成分現像剤）を用いて現像を行うことが可能である。現像装置２０は、図示しないモータにより図中反時計回り方向に回転駆動され、画像形成装置に組み込んだ状態で図示しない像担持体に接触または近接する現像ローラ２１と、現像ローラ２１の左側に設けられたバッファ室２２と、バッファ室２２に隣接するホッパ２３とを有する。

現像ローラ２１は、導電性の円柱基体と、基体の外周にシリコーンゴム等の硬度の高い物質を用いて形成した弾性層を有する。

バッファ室２２にはトナー規制部材であるブレード２４が現像ローラ２１に圧接させた状態で配置されている。ブレード２４は、現像ローラ２１上のトナーの帯電量及び付着量を規制するものである。また、現像ローラ２１の回転方向に対してブレード２４の下流側に、現像ローラ２１上のトナー帯電量・付着量の規制を補助するための補助ブレード２５をさらに設けることも可能である。

現像ローラ２１には供給ローラ２６が押圧されている。供給ローラ２６は、図示しないモータにより現像ローラ２１と同一方向（図中反時計回り方向）に回転駆動する。供給ローラ２６は、導電性の円柱基体と基体の外周にウレタンフォームなどで形成された発泡層を有する。

ホッパ２３には一成分現像剤であるトナーＴが収容されている。また、ホッパ２３にはトナーＴを攪拌する回転体２７が設けられている。回転体２７には、フィルム状の搬送羽根が取付けられており、回転体２７の矢印方向への回転によりトナーＴを搬送する。搬送羽根により搬送されたトナーＴは、ホッパ２３とバッファ室２２を隔てる隔壁に設けられた通路２８を介してバッファ室２２に供給される。なお、搬送羽根の形状は、回転体２７の回転に伴い羽根の回転方向前方でトナーＴを搬送しながら撓むとともに、通路２８の左側端部に到達すると真っ直ぐの状態に戻るようになっている。このように羽根はその形状を湾曲状態を経て真っ直ぐに戻るようにすることでトナーＴを通路２８に供給している。

また、通路２８には通路２８を閉鎖する弁２８１が設けられている。この弁はフィルム状の部材で、一端が隔壁の通路２８右側面上側に固定され、トナーＴがホッパ２３から通路２８に供給されると、トナーＴからの押圧力により右側に押されて通路２８を開けるようになっている。その結果、バッファ室２２内にトナーＴが供給される。

また、弁２８１の他端には規制部材２８２が取り付けられている。規制部材２８２と供給ローラ２６は、弁２８１が通路２８を閉鎖した状態でも僅かな隙間を形成する様に配置される。規制部材２８２は、バッファ室２２の底部に溜まるトナー量が過度にならないように調整するもので、現像ローラ２１から供給ローラ２６に回収されたトナーＴがバッファ室２２の底部に多量に落下しないように調整される。

現像装置２０では、画像形成時に現像ローラ２１が矢印方向に回転駆動するとともに供給ローラ２６の回転によりバッファ室２２のトナーが現像ローラ２１上に供給される。現像ローラ２１上に供給されたトナーＴは、ブレード２４、補助ブレード２５により帯電、薄層化された後、像担持体との対向領域に搬送され、像担持体上の静電潜像の現像に供される。現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ２１の回転に伴ってバッファ室２２に戻り、供給ローラ２６により現像ローラ２１から掻き取られ回収される。

次に、感光体や現像器等の画像形成に使用される構成要素を一体化してなるプロセスカートリッジについて説明する。図６は、プロセスカートリッジ３０が画像形成装置１に着脱自在に装填することが可能なことを示す模式図である。

図６（ａ）に示す様に、プロセスカートリッジ３０は、像担持体であるドラム状の感光体３１、感光体３１の表面を一様に帯電する帯電装置３２、感光体３１の外周面に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置２０、トナー像を記録媒体Ｓに転写した後に感光体３１の外周面に残量したトナーを回収するクリーニング装置３３等により構成される。

現像装置２０内には図示していないが、本発明に係るトナー充填方法によりトナーが充填されている。また、現像装置２０内には、時計回りに回転して感光体３１と接触または近接する現像ローラ２１、現像ローラ２１にトナーを供給する供給ローラ２６、現像ローラ２１上にコートされたトナー層の厚みを規制しつつ摩擦によりトナーを帯電させるブレード２４、現像装置２０内のトナー粒子を撹拌しつつ供給ローラ２６に向けて搬送する回転部材２７を有する。

図６（ａ）に示すプロセスカートリッジは、図６（ｂ）に示す様に、画像形成装置であるカラープリンタ１の装置本体２内に装填される。図中、装置本体２内にはプロセスカートリッジ３０が４個装填されているが、これは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色トナーが充填されたプロセスカートリッジを装填するものである。

図６（ｂ）のカラープリンタ１は、光書込装置７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）より各色の画像情報に応じて感光体３１が露光され、感光体３１の外周面に静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像装置１１からトナーが供給され、静電潜像がトナー像として可視化される。トナー画像の形成とタイミングを図って搬送ベルト４に吸着された記録媒体Ｓが収納部６より搬送され、転写ローラ５の作用により感光体３１上のトナー像が記録媒体Ｓ上に次々と転写される。トナー像が転写された記録媒体Ｓは定着装置８に搬送されてトナー画像が定着され、定着の終了した記録媒体Ｓは装置本体２の上面部に形成されている排紙トレイ１４上に排紙される。

また、図６（ｃ）に示す様に、プロセスカートリッジ３０は、搬送ベルト４を開放位置へ回動させた後に、装置本体２外へ取り出し可能に装填されている。図５（ｃ）では、黒色トナーを充填したプロセスカートリッジ３０Ｋとイエロートナーを充填したプロセスカートリッジ３０Ｙを装置本体２の外へ取り外した状態を示している。

以下、実施例を挙げて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
１．評価用供給路の作製
図１のトナー充填装置Ａに図２に示す各供給路Ａ４を取り付け、図５の現像装置２０のバッファ室２２及びホッパ２３へのトナー充填を行うことにより評価を行った。

先ず、供給管内が仕切り板により２つの室に仕切られている供給管を用意した。用意した供給管は、供給管内に設けられた２つの室の体積比が現像装置２０のバッファ室２２とホッパ２３の体積比と同じとなる様に仕切られている。

図２（ａ）、（ｂ）の円錐形状の接触部材を用いる評価は、各種底面面積を有する接触部材を各供給路内に配置して行った。供給路内に配置した接触部材の底面面積と供給路の断面積から供給路内における接触部材の占有率を算出し、各占有率におけるトナー充填性能を評価したものである。なお、供給路内における接触部材の占有率は以下の式より算出する。

接触部材占有率（％）＝（接触部材底面面積／供給路断面積）×１００
図２（ｃ）、（ｄ）の板状接触部材を用いる評価は、供給路壁や仕切り板に同じ面積を有する板片を取り付け、板片間に形成される断面積と供給路の断面積から接触部材の単位面積あたりの占有率を算出した。なお、供給路内における接触部材の占有率は以下の式より算出する。

接触部材占有率（％）＝（板片間に形成される断面積／供給路断面積）×１００
図２（ｅ）、（ｆ）のエアを用いる評価では、供給管に設けられたエア吹出口に直径１ｍｍの孔を設けた。風速は前述の「デジタル風速計 Ｍｏｄｅｌ ＣＷ−６０（カスタム株式会社製）」を用い、孔Ａ４３３の１ｃｍ先にセンサを設けて風速を測定した。図示しないポンプを調整して表１に示す風速に設定し、トナーの充填性能を評価した。

なお、図３に示すトナー充填装置を用いてトナー充填性能を評価したものを比較例とした。なお、充填に使用したトナーは、市販の体積基準メディアン径（Ｄ５０ｖ）が６．５μｍの黒色トナーである。
２．評価項目
〈トナー充填性能〉
図５に示す現像装置２０外装を透明樹脂で成形し、内部に現像ローラ等の構成部材を所定位置に配置させたモデル現像装置を用意した。バッファ室２２とホッパ２３にトナー充填する様に充填孔を設け、Ａ４プリントで１０００枚分に相当するトナーを充填した。なお、バッファ室２２とホッパ２３へのトナー充填量は両者の体積比から決め、現像装置を長方向に立てた時に所定の充填量に相当する外装の位置にマジックペンで印をつけておいた。トナー充填後、バッファ室側とホッパ側におけるトナー充填状況を目視で評価するとともに、現像装置を画像形成装置に装填後、連続１０００枚のプリントを行い、画質評価を行った。

評価は下記のとおりである。

○；所定量の充填が行われたことが確認され、１０００枚の連続プリントが行えた
△；充填量は所定量よりも若干至らないことが確認されたが、１０００枚の連続プリントは行えた
×；所定量の充填を行えなかったことが確認され、１０００枚の連続プリント後半にムラや画像のかすれなどの画像不良が発生した。

上述した評価用供給路の条件、及び、評価結果を表１に示す。

表１に示す様に、本発明に該当するトナー充填方法によれば、図５に示す現像装置のバッファ室及びホッパに所定量のトナーが確実に充填されることが確認されるとともに、良好な画像形成が行えることが確認された。一方、比較例では、所定量のトナー充填が行えず、連続プリント後半に画像不良が発生した。この様に、本発明により良好なトナー充填が行えることが確認された。

本発明に係るトナー充填方法によるトナー充填を示す全体構成図である。 トナーのかさ密度を下げて流動状態を促進させる手段の具体例を示す模式図である。 従来技術によるトナー充填の一例を示す構成図である。 トナーのかさ密度測定装置の概略図である。 本発明でいうトナーカートリッジの１つである現像装置の一例である。 本発明でいうトナーカートリッジの１つであるプロセスカートリッジと、該プロセスカートリッジの画像形成装置への着脱を示す模式図である。 デジタル風速計を用いた風速測定の様子を示す模式図である。

符号の説明

Ａ トナー充填装置
Ａ１ 駆動部
Ａ２ オーガ部
Ａ３ ホッパ
Ａ４ トナー供給路
Ａ４１ 供給管
Ａ４２ 仕切板
Ａ４３、Ａ４３１、Ａ４３２ トナー接触部材
Ａ４３３ 孔
２０ 現像装置
３０ プロセスカートリッジ
５０ トナーカートリッジ

Claims (4)

1. 搬送状態にあるトナーを、供給部に通過させてトナーカートリッジに充填するトナー充填方法であって、
   前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
   前記供給部は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割されたもので、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給部内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、
   前記複数の室の少なくとも１つにはトナーに接触させる部材が設けられ、
   前記部材は、円錐形状または板状形状を有するものであり、
   前記円錐形状の部材は、円錐形状の先端をトナーの搬送方向に向けて配置するものであり、前記板状形状の部材は、前記供給部を構成する供給管や仕切り板より分枝させた状態で配置するものであり、
   前記供給部の内部における前記部材の占有率が２５％以上６０％以下であることを特徴とするトナー充填方法。
2. 搬送状態にあるトナーを、供給部に通過させてトナーカートリッジに充填するトナー充填方法であって、
   前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
   前記供給部は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割されたもので、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給部内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、
   前記複数の室の少なくとも１つではエアを供給している状態でトナーを通過させ、
   前記供給部の内部における前記エアの風速が０．４ｍ／ｓ以上３．２ｍ／ｓ以下であることを特徴とするトナー充填方法。
3. 少なくとも、トナーを搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されたトナーをトナーカートリッジに供給する供給手段とを有するトナー充填装置であって、
   前記トナーカートリッジは、内部が複数の槽に分割されたものであり、
   前記供給手段は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割され、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給手段内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、かつ、前記複数の室の少なくとも１つにはトナーに接触させる部材が設けられ、
   前記部材は、円錐形状または板状形状を有するものであり、
   前記円錐形状の部材は、円錐形状の先端をトナーの搬送方向に向けて配置するものであり、前記板状形状の部材は、前記供給手段を構成する供給管や仕切り板より分枝させた状態で配置するものであり、
   前記供給手段の内部における前記部材の占有率が２５％以上６０％以下であることを特徴とするトナー充填装置。
4. 少なくとも、トナーを搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されたトナーをトナーカートリッジに供給する供給手段とを有するトナー充填装置であって、
   前記供給手段は、トナーの搬送方向に沿って配置された仕切り板を用いて内部が複数の室に分割され、前記トナーカートリッジの内部に設けられた複数の槽に合わせて前記複数の室に分割され、前記供給手段内に設けられた各室を通過し排出したトナーが前記トナーカートリッジの内部に設けられた各々の槽に対応して充填されるようにしたものであり、かつ、前記複数の室の少なくとも１つには室内にエアを送る送風手段を有するものであり、
   前記供給手段の内部における前記エアの風速が０．４ｍ／ｓ以上３．２ｍ／ｓ以下であることを特徴とするトナー充填装置。

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