JP5168053B2 - トナー供給装置、トナー供給方法、及び現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー供給装置、トナー供給方法、及び現像装置に係り、特に、大量のトナーを収容可能であるとともに、現像装置に容易に供給可能なトナー供給装置に関する。

通常、電子写真方式のプリンタにおいて、トナーが使用されている。トナーには磁性トナーと非磁性トナーとがあり、またキャリアの有無により一成分トナーと二成分トナーとに分けることが出来る。

トナーは、現像装置内部に収容され、印刷によって消費され、トナーがすべて消費された場合には現像機ごと交換して、トナーが充填された新品の現像装置に代えて使用するプリンタと、トナーが充填されている部位のみがカートリッジ化されていて、トナーがすべて消費された場合にはカートリッジのみを新しいものに交換するタイプのプリンタとがある。

トナーが充填されている部位のみがカートリッジ化されたトナー容器として、柔軟性を有する容器内にトナーを充填した後、容器内を脱気してトナーを圧縮し、容器を変形させ、プリンターに装着する際には気体を供給してトナーの圧縮を解除し、容器の変形を回復する機構を有するものが知られている（例えば、特開２００３−２８５８８７号公報参照）。

しかし、このトナー容器は、気体を供給してトナーの圧縮を解除する機構を有するため、装置が大掛かりとなり、また容器の形状の回復は、容器内の圧力を高めるために密閉した状態で行う必要があるので、容器内におおきな気体の流れは生じることがなく、トナーの凝集状態を解除することは困難である。そのため、トナーの凝集度によってはトナーの排出が困難となる。
特許公開２００３−２８５８８７号公報

本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、簡単な装置構成で、大量のトナーを収容可能であるとともに、トナーを容易に排出することの可能なトナー供給容器、トナー供給方法、及び上記トナー供給容器を備える現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、電子写真用トナーを収容し、現像器にトナーを供給するためのトナー供給装置であって、トナー圧縮手段を備え、前記トナー圧縮手段により、トナーは０．６を越えない嵩密度に圧縮された状態で収容されており、トナー排出部近傍にブリッジ防止振動板を備え、かつこのブリッジ防止振動板に対応する容器壁の部分に、フィルターを有する空気流通孔が設けられていることを特徴とするトナー供給装置を提供する。

本発明の第２の態様は、トナー供給装置内に収容された電子写真用トナーを０．６を越えない嵩密度に圧縮する工程、前記トナー供給装置を現像器に装着する工程、及び前記圧縮されたトナーを流動化し、前記現像器に供給する工程を具備し、トナー排出部近傍にブリッジ防止振動板を備え、かつこのブリッジ防止振動板に対応する容器壁の部分に、フィルターを有する空気流通孔が設けられ、前記ブリッジ防止振動板を振動させつつ、前記現像器にトナーを供給することを特徴とするトナー供給方法を提供する。

以上のトナー供給装置及びトナー供給方法において、トナーの攪拌により圧縮されたトナーを流動化し、現像器に供給することが出来る。トナーの圧縮は、トナー供給装置内を脱気すること及び／又は収容されたトナーを振動させることにより行うことが出来る。また、トナー供給装置内の脱気は、空気を通すがトナー粒子を通さないフィルター又は弁を通して行うことが出来る。

本発明の第３の態様は、現像器と、上述した、現像器に供給されるトナーを収容するトナー供給装置とを具備することを特徴とする現像装置を提供する。

本発明によると、簡単な装置構成で、大量のトナーを収容可能であるとともに、トナーを容易に排出することの可能なトナー供給容器、トナー供給方法,及び現像装置が提供される。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係るトナー供給装置は、トナー圧縮手段を備え、前記トナー圧縮手段により、トナーは０．６を越えない嵩密度に圧縮された状態で収容されていることを特徴とする。この場合、トナー供給装置はトナー攪拌手段を備えることが出来、このトナー攪拌手段により、前記圧縮されたトナーは流動化され、現像器に供給され得る。

このようなトナー供給容器は、トナーは、嵩密度を大きくした状態で、即ち、０．６を越えない嵩密度に圧縮された状態で収容されているため、大量のトナーを収容することが出来る。ただし、トナーを圧縮して嵩密度を大きくすると、トナーの流動性が低下する傾向となるため、トナー供給容器に取り付けられているトナー攪拌手段によっては排出することが困難となる場合がある。

本発明者らは、トナーの嵩密度がある程度増加しても、トナー攪拌手段を作動することによって流動性が回復し、トナーを排出することが可能であることを見出し、かつその嵩密度の上限が０．６であることを見出した。即ち、トナーを０．６を越えない嵩密度に圧縮しても、トナー攪拌手段を作動することによって容易にトナーを排出することが可能である。

トナー攪拌手段としては、コイル状攪拌器やスクリュー攪拌器がある。例えば、市販のタンデムカラープリンタＮ３５００（カシオ計算機（株）製）のトナーカートリッジに使用されている攪拌手段は、ギアに連動して回転するコイル状攪拌器である。

トナーの圧縮は、トナー供給装置内を脱気すること又は収容されたトナーを振動させることにより行うことが出来る。或いは、これらを併用することも可能である。

このように、トナーを圧縮することにより、トナー供給装置には多量のトナーが収納可能となる。また、トナー供給装置の小型化をはかることが出来る。

例えば、トナー供給容器内においてトナーを０．６の嵩密度に圧縮した場合、トナーは流動性を殆ど失っている。しかし、トナー供給容器に備えられているトナー攪拌手段を作動すると、トナーは流動性を回復し、容器内から排出することが出来る。

これに対し、トナー供給容器内においてトナーを０．６を越える嵩密度に圧縮した場合、トナーは流動性を殆ど失うばかりか、トナー供給容器に備えられているトナー攪拌手段を作動したとしても、トナーは流動性を回復せず、容器内から排出することが困難となる。

なお、例えば、上記Ｎ３５００（カシオ計算機（株）製）用トナーの場合、一般的な使用状態でのトナーの嵩密度は、０．３程度である。

トナーの流動性を測る一つの方法として凝集度がある。凝集度は、以下のようにして求めることが出来る。

３段にふるいを積み上げる。一番上のふるい（７５メッシュふるい）にトナーを２．０ｇ計量して乗せる。そして、振動装置にてふるいを１５秒間振動させる。すると振動によってトナーが下のふるい（１５０メッシュふるい及び２５０メッシュふるい）に順次移動していく。それぞれのふるいに残ったトナー量を計測し、下記の式により凝集度を算出する。

凝集度（％）＝Ｗ_１×100／2＋Ｗ₂×100／2×0.6＋Ｗ₃×100／2×0.2
式中、Ｗ_１：２５０メッシュふるいに残ったトナー量（ｇ）
Ｗ₂：１５０メッシュふるいに残ったトナー量（ｇ）
Ｗ₃：７５メッシュふるいに残ったトナー量（ｇ）
例えば、Ｎ３５００（カシオ計算機（株）製）用トナーの場合、嵩密度が０．３程度の上記式による凝集度は、７０〜１００である。また、嵩密度が０．６の上記式による凝集度は、２０〜４０である。従って、この程度の凝集度では、攪拌手段の作動によりトナーの排出が可能となる。

以下、本発明の第１及び第２の実施形態を示し、本発明についてより具体的に説明する。

第１の実施形態
図１〜３は、本発明の第１の実施形態に係る種々のトナー供給装置を示す。図１に示すトナー供給装置は、例えば、材質がポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂からなる柔軟性を有する袋状の容器１からなり、上部にトナー充填口２、底部に空気抜き口３を有している。空気抜き口３には、トナーを通さないが空気は通すフィルター４が取り付けられていて、トナー充填口２からトナーを充填してキャップ（図示せず）をした後、空気抜き口３から脱気することにより、トナー粒子間の空気が抜けるとともに、容器１自体が変形してトナーを、０．６を越えない嵩密度に圧縮し、嵩密度を増加させる。

図２に示すトナー供給装置は、変形しない、例えばＡＢＳ等の硬質の材質からなる容器１１からなり、その上部に、空気抜き口１２が設けられ、この空気抜き口１２に、トナーを通さないが空気は通すフィルター１３が取り付けられている。容器１１の下部には攪拌器１４が収容され、容器１１の底部には、トナー排出口１５が設けられている。

図２（ａ）に示すように、トナー排出口１５が閉塞された状態で空気抜き口１２から脱気することにより、容器１１内に充填されたトナーは、０．６を越えない嵩密度に圧縮され、この状態でトナーは保存される。なお、フィルター１３の存在のため、脱気の際にトナーが空気抜き口１２から空気とともに排出されることが防止される。また、容器１１の搬送時等において、微粉末トナーが漏れないように、図２（ｂ）に示すように、空気抜き口１２を封止部材１６により封止してもよい。封止部材１６としては、樹脂やゴム製のカバー、キャップ、シール等を用いることが出来る。

トナーの使用に際しては、トナーを圧縮した状態で収容する容器１１を現像器に取り付けた後、攪拌器１４を作動させると、圧縮されたトナーはほぐされて流動性を回復し、すみやかにトナー排出口１５から排出される。

第２の実施形態
図３は、本発明の第２の実施形態に係るトナー供給装置を示す。図３に示すトナー供給装置は、容器３１からなり、その下部には攪拌器３２が収容され、底部には、トナー排出口３３が設けられている。容器３１の下部の内壁近傍には、トナーの排出に際し、振動して圧縮されたトナーのブリッジを防止するブリッジ防止板３４がその上端において取り付けられている。このブリッジ防止板３４は、容器３１の下部中央部に配置された、例えば搬送コイルからなる振動寄与部材３５により振動させられる。

容器３１の下部近傍には空気流通孔３６が設けられ、この空気流通孔３６にはトナーは通さないが、空気は通すフィルター３７が取り付けられている。空気流通孔３６は、保存輸送の際には、トナーが漏れないように封止されている。

この空気流通孔３６を所定の間隔を隔ててふさぐようにブリッジ防止板３４が位置している。ブリッジ防止板３４が振動すると、その振動運動に対応してフィルターから空気が出入りし、その結果、容器３１内部の空気圧が一定になり、容器３１内のトナーの流動性を安定して確保することが可能となる。

なお、図３に示す例では、容器内部を脱気するための空気抜き口は省略されている。

図４は、以上説明したトナー供給装置が取り付けられる現像装置４１を示す断面図である。この現像装置４１の現像器４２は、上部のトナーホッパー４３と下部のトナーホッパー４４からなるトナーカートリッジ４５と、外装フレーム４６を有する現像部４７とから構成される。トナーカートリッジ４５は、以上説明したトナー供給装置を構成する。

現像部４７の内部には、現像ローラ４８、この現像ローラ４８にトナーを供給する供給ローラ４９、及び現像ローラ４８上に供給されたトナーの層を一定の厚さに規制するドクターブレード５０、現像部４７内のトナーを攪拌する攪拌部材５１等が設けられている。

また、感光体ドラム６１、クリーナ６２、帯電ローラ６３は、ドラムユニット部６４として外装フレーム６の内部に現像器４２と一体に組み込まれている。ドラムユニット部４４は、現像器４２の現像部４７と共に現像ドラムユニットを構成している。なお、感光体ドラム６１は、通常、導電性の金属ローラの表面に有機光導電体を一様に被着して成り、金属ローラ部は接地されている。

帯電ローラ６３は、高圧電源（図示せず）により白印字状態の帯電電位（一様に印加する初期化電位、プラス極性で印加する方式とマイナス極性で印加する方式があり、この例ではマイナスの高電圧）を感光体ドラム６１に付与する。この帯電電位の付与により、感光体ドラム６１の周表面の感光層は、例えば−６５０Ｖ（ボルト）のマイナス高電位に一様に帯電する。このように帯電された感光層は、次いで、レーザー光源又はＬＥＤ光源を備える光書込ヘッド（図示せず）により、画像情報に応じて選択的に露光される。この露光により、感光体ドラム２１の表面には電位が略−７０Ｖに減衰したマイナス低電位部が形成され、この−７０Ｖの低電位部と予め帯電した上記−６５０Ｖの高電位部とによる静電潜像が形成される。

トナーカートリッジ４５内には、０．６を越えない嵩密度に圧縮されている非磁性一成分のトナーが収容されている。

下部のトナーホッパー４４には、中央部に内部のトナーを攪拌するための攪拌器６９が配設されており、下部開口には現像部４７の開口部との間にシール部材７０が介装されている。圧縮されている内部のトナーは、攪拌器６９によりほぐされて下部隔壁の開口を通って現像部４７に補給される。

現像ローラ４８には、高圧電源７１から例えば−３５０Ｖの現像バイアスが印加される。また、供給ローラ４には、他の高圧電源７２から、現像ローラ４８に印加される現像バイアスよりも−２００Ｖ以上大きい供給バイアスが印加される。そして、ドクターブレード５０には、更に他の高圧電源７３から上記と同様に−３００Ｖ〜−６００Ｖのドクターバイアスが印加される。

トナーは、現像ローラ４８と供給ローラ４９との電位差により現像ローラ４８の表面に付着した後、ドクターブレード５０により一定の厚さに規制されると共に、ドクターブレード５０を介して高圧電源３２から加わるマイナス高圧電位により弱いマイナス電位に帯電して、現像ローラ４８の表面に一定の厚さで付着する。

現像ローラ４８は、回転しながら上記のトナーを感光体ドラム６１との対向部に搬送する。現像ローラ４８と感光体ドラム６１との対向部では、上記−７０Ｖの静電潜像の低電位部と現像ローラ４８との間に−２８０Ｖの電位差が形成される。即ち、静電潜像の低電位部は現像ローラ４８に対して相対的にプラス極性の電位を形成する。

この電位差による電界により、マイナス極性に帯電している非磁性のトナーが感光体ドラム６１のプラス極性の静電潜像低電位部に転移してトナー像を形成する。このトナー像は、感光体ドラム６１の回転によって、感光体ドラム６１と転写ローラ（図示せず）との対向部に搬送され、転写に供される。

クリーナ６２は、感光体ドラム６１の周表面に当接するクリーニングブレード６６と搬送スクリュー６５とを備えている。クリーニングブレード６６は感光体ドラム４７の周表面に残留する廃トナーを取り除き、搬送スクリュー６５は、その取り除かれた廃トナーを、外装フレーム４６の左上外装フレーム４６ａに配置されている搬送スクリュー６５ｂを経由して、上部のトナーホッパー３３に配設されている廃トナー収容パイプ６８内の搬送スクリュー６５ｃを介し、廃トナー回収袋６７に送出する。

以下、本発明の実施例に使用するトナーの作成例を示す。

まず、下記に示す配合の原材料をヘンシェルミキサー（三井鉱山（株）製）にて混合し、二軸押出混練機により溶融混練した。

架橋ポリエステル樹脂（軟化点１４１℃、ガラス転移点６２℃） ９３質量％
着色剤 （Ｃ．Ｉピグメントレッド ５７：１） ３質量％
離型剤 （三洋化成（株）製 ビスコール６６０Ｐ） ３質量％
帯電制御剤 （オリエント化学（株）製 Ｅ−８４） １質量％
得られた混練物を空気中で冷却した後、ロートプレックス（三井鉱山（株）製）にて粗粉砕し、目開き２ｍｍの篩いに通し、最大径２ｍｍ以下の粗粉砕品を得た。

得られた粗粉砕物を粉砕圧０．５ＭＰａに調整した衝突板式粉砕機（日本ニューマチック工業社製「ＩＤＳ−１０」）にて質量平均粒径５．８μｍに微粉砕し、さらに分級機（日本ニューマチック工業社製「ＤＳＸ−１０」で分級して、６．０μｍの着色微粒子を得た。

次に、この着色微粒子１００質量部、疎水性シリカ（日本アエロジル社製「Ｒ９７２」）１質量部および疎水性シリカ（日本アエロジル社製「ＲＸ５０」）０．５％を、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

実施例１
上記トナーを図２に示すトナー供給装置内に充填した後、図２（ａ）に示すように、トナー排出口１５が閉塞された状態で空気抜き口１２から脱気することにより、容器１１内に充填されたトナーを、０．３の嵩密度に圧縮した。

このように圧縮された状態のトナーを収容するトナー供給装置を、図４に示す現像装置に取り付けた。そして、攪拌器１４（６９）を作動させた。その結果、圧縮されたトナーはほぐされて流動性を回復し、トナー排出口１５からすみやかに排出された。

実施例２
上記トナーを図３に示すトナー供給装置の容器３１内に充填した後、トナー排出口３３が閉塞された状態で空気抜き口（図示せず）から脱気することにより、容器３１内に充填されたトナーを、０．３の嵩密度に圧縮した。

このように圧縮された状態のトナーを収容するトナー供給装置を、図４に示す現像装置に取り付けた。そして、攪拌器３２（６９）及び振動寄与部材３５を作動させた。その結果、圧縮されたトナーは、攪拌器３２（６９）の回転及びブリッジ防止板３４の振動によりほぐされて流動性を回復し、トナー排出口１５から非常にすみやかに排出された。

本発明の第１の実施形態に係るトナー供給装置の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るトナー供給装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るトナー供給装置の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る現像装置を示す断面図である。

符号の説明

１，１１，３１…容器、２…トナー充填口、３，１２…空気抜き抜き口、４，１３，３７…フィルター、１４，３２…攪拌器、１５，３３…トナー排出口、１６…封止部材、３４…ブリッジ防止板、３５…振動寄与部材、３６…空気流通孔、４１…現像装置、４２…現像器、４３…上部トナーホッパー、４４…下部トナーホッパー、４５…トナーカートリッジ、４６…外装フレーム、４７…現像部、４８…現像ローラ、４９…供給ローラ、５０…ドクターブレード、５１…攪拌部材、６１…感光体ドラム、６２…クリーナ、６３…帯電ローラ、６４…ドラムユニット部、６５，６５ｂ，６５ｃ…搬送スクリュー、６６…クリーニングブレード、６７…廃トナー回収袋、６８…廃トナー収容パイプ、６９…攪拌器、７０…シール部材、７１，７２，７３…高圧電源。

Claims (9)

1. 電子写真用トナーを収容し、現像器にトナーを供給するためのトナー供給装置であって、
   トナー圧縮手段を備え、前記トナー圧縮手段により、トナーは０．６を越えない嵩密度に圧縮された状態で収容されており、
   トナー排出部近傍にブリッジ防止振動板を備え、かつこのブリッジ防止振動板に対応する容器壁の部分に、フィルターを有する空気流通孔が設けられている
   ことを特徴とするトナー供給装置。
2. トナー攪拌手段を更に備え、このトナー攪拌手段により、前記圧縮されたトナーは流動化され、前記現像器に供給されることを特徴とする請求項１に記載のトナー供給装置。
3. 前記トナー圧縮手段は、トナー供給装置内を脱気する手段及び／又は収容されたトナーを振動させる手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー供給装置。
4. 前記トナー供給装置内を脱気する手段は、空気を通すがトナー粒子を通さないフィルター又は弁を通して脱気することを特徴とする請求項３に記載のトナー供給装置。
5. トナー供給装置内に収容された電子写真用トナーを０．６を越えない嵩密度に圧縮する工程、
   前記トナー供給装置を現像器に装着する工程、及び
   前記圧縮されたトナーを流動化し、前記現像器に供給する工程
   を具備し、
   トナー排出部近傍にブリッジ防止振動板を備え、かつこのブリッジ防止振動板に対応する容器壁の部分に、フィルターを有する空気流通孔が設けられ、前記ブリッジ防止振動板を振動させつつ、前記現像器にトナーを供給
   することを特徴とするトナー供給方法。
6. 前記トナーの流動化は、圧縮されたトナーを攪拌することにより行うことを特徴とする請求項５に記載のトナー供給方法。
7. 前記圧縮工程は、トナー供給装置内を脱気すること及び／又は収容されたトナーを振動させることにより行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のトナー供給方法。
8. 前記トナー供給装置内の脱気は、空気を通すがトナー粒子を通さないフィルター又は弁を通して行うことを特徴とする請求項７に記載のトナー供給方法。
9. 現像器と、この現像器に供給されるトナーを収容する請求項１〜４のいずれかに記載のトナー供給装置とを具備することを特徴とする現像装置。

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