(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剤収納容器に収納されたトナーまたはトナーとキャリアを混合してなる剤を現像装置へ移送する剤移送装置を具備する画像形成装置において、
前記剤収納容器が密閉構造の容器であって、該剤収納容器には重力方向における下部に空気流入手段と接続された空気流入部と前記現像装置に通じた剤排出部とが設けられ、前記空気流入手段により前記空気流入部から剤収納容器内に流入された空気の圧力と剤自身の重力により剤が前記剤排出部より排出されて前記現像装置に移送されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記空気流入手段がエアーポンプであり、エアーポンプの作動を制御することにより、前記現像装置に移送する剤の量が制御されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記剤収納容器が袋状でフレキシブルな材料から作られていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記空気流入部と前記剤排出部とが形成された接続部材が前記剤収納容器に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記剤排出部が移送部材を介して前記現像装置と連通されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、前記移送部材がフレキシブルなチューブであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体のトナーやトナーとキャリアからなる現像剤を移送する剤移送装置を具備する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置においては、現像装置を有するユニット内もしくはその近傍にトナーボトルやカートリッジ等のトナー収納容器を配置し、そのトナー収納容器から直接またはトナーホッパを介して現像装置内へ補給するように構成している。この場合、トナー収納部から現像装置へのトナーの移送はスクリューやバドル等の機械的オーガ手段により行っていた。
【０００３】
しかしながら、上記した機械的オーガ手段によってトナー移送する場合、スクリューがほぼ直線状にしか配置できない等の理由により、トナー収納部やトナー補給装置は現像装置と一体または非常に近接した位置に設置せざるを得なかった。このため、トナー補給装置の構成が複雑となり、コスト高、低生産性、機械メンテナンス性を阻害し、トナー品質特性の保護、維持の確保も大変で、なおかつユーザーによるトナー収納容器交換作業の操作性にも難があった。
【０００４】
また、回転することにより現像剤のトナーを軸方向に移動させるロータと、このロータを包み込む通路を内部に有しかつロータと通路内部で接触係合する固定されたステータとを有するスクリューポンプと、このスクリューポンプにより移動する現像剤を流動化させるための空気を供給する空気供給手段を使用して、トナーと空気からなる混合気をフレキシブルなパイプ内を介して移送することが知られている（特開平７−２１９３２９号公報）。
【０００５】
このスクリューポンプによる移送方式では、貯蔵したトナーを、フレキシブルパイプ等を介して移送することができるため、トナー貯蔵部やトナー回収部の設置位置に何ら制約を受けず、簡単な構成でトナーの移送を確実に行い得るという利点がある。また、このトナー移送方式では空気供給手段によって空気との混合気状態の流動化させて状態で移送することで、トナーの安定した移送が得られるとともに、移送するトナーに無用なストレスをより与えずに、移送トナーの凝集、熱融着等が生じにくいものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トナー移送に最適なスクリューポンプによる移送方式においてもスクリューポンプが必要であり、その分コストが嵩むことは避けられなかった。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、スクリューポンプを用いずとも無用なストレスをより与えずに剤を移送することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、剤収納容器に収納されたトナーまたはトナーとキャリアを混合してなる剤を現像装置へ移送する剤移送装置を具備する画像形成装置において、前記剤収納容器が密閉構造の容器であって、該剤収納容器には重力方向における下部に空気流入手段と接続された空気流入部と前記現像装置に通じた剤排出部とが設けられ、前記空気流入手段により前記空気流入部から剤収納容器内に流入された空気の圧力と剤自身の重力により剤が前記剤排出部より排出されて前記現像装置に移送されることを特徴としている。
【０００９】
なお、本発明は、前記空気流入手段がエアーポンプであり、エアーポンプの作動を制御することにより、前記現像装置に移送する剤の量が制御されると、効果的である。
【００１０】
さらに、本発明は、前記剤収納容器が袋状でフレキシブルな材料から作られていると、効果的である。
【００１５】
さらにまた、本発明は、前記空気流入部と前記剤排出部とが形成された接続部材が前記剤収納容器に設けられていると、効果的である。
【００１６】
さらにまた、本発明は、前記剤排出部が移送部材を介して前記現像装置と連通されていると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記移送部材がフレキシブルなチューブであると、効果的である。
【００１７】
【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、本発明に係る画像形成装置のトナー補給機構を示す構成図、図２はそのトナーが補給される側である現像装置の一部を示す断面図である。
【００１８】
図１において、本実施形態のトナー補給機構は所定部である現像装置１０にトナーを補給するものであって、トナーを収納した剤収納容器としてのトナー収納容器２０、該トナー収納手段に収納されたトナーを現像装置１０に移送するためのトナー移送力を付与する空気流入手段３０とを有している。
【００１９】
現像装置１０には、図１および図２に示すように、像担持体としての感光体１に対向配置された現像スリーブ１１と、第１攪拌スクリュー１２、第２攪拌スクリュー１３とが備えられている。現像装置１０内での現像剤は、第１攪拌スクリュー１２によって図２の左から右へ搬送され、第２攪拌スクリュー１３によって右から左へ搬送されるようにして循環される。この循環の間に搬送路の途中で現像スリーブ１１に移送された現像剤により感光体１上に形成された静電潜像を現像する。
【００２０】
この現像装置１０には、図２に明示するように、装置の手前側端部において第１攪拌スクリュー１２と対応する位置にトナー受け入れ口１４が設けられ、トナー受け入れ口１４には接続部材１５が取り付けられ、この接続部材１５に移送部材としてのチューブ１６が脱着可能に連結されている。接続部材１５の一部には空気フィルター１７が設けられ、トナーとエアー流の混合気中のエアーのみを現像装置から脱気し、トナー補給時の接続部材１５および現像装置１０からのトナー飛散を防止している。なお、トナーの補給位置は現像装置１０の片側端部に限らず任意であり、特に制約を受けることはない。また、現像装置１０も図示する例に限定されず、トナー補給を必要とする種々の形式のものあってもよい。
【００２１】
上記トナー収納容器２０は、現像装置１０と別体のユニットとして構成されていて、画像形成装置本体の適宜な位置に所定の姿勢を保つように配設されている。このトナー収納容器２０から現像装置１０までの間には、上記チューブ１６を介して接続されている。このチューブ１６としては例えば直径４〜１０ｍｍのフレキシブルなチューブで、耐トナー性に優れたゴム材料（例えば、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）から作られているものを用いることがきわめて有効であり、フレキシブルなチューブは上下左右の任意方向へ配管させることができる。
【００２２】
図３は、剤収納容器としてのトナー収納容器を示す部分断面図である。
図３において、トナー収納容器２０は袋状に形成され、その一端に接続部材２１が配設されており、この接続部材２１に形成された孔にトナー排出部としてのトナー排出管２２が挿入されている。この場合、接続部材２１の孔はトナー排出管２２の外径よりも大径に形成され、トナー排出管２２との間に隙間が設けられている。この隙間が空気流入部としての空気用隙間３１であり、図示していない空気流入手段３０としてのエアーポンプが接続されている。この袋状のトナー収納容器２０は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製で、８０〜１２０μｍ程度の厚みを持ったフレキシブルなシートを単層または複層の構成にして作られており、超音波等によってその周辺部が溶着されて密閉構造となっている。また、トナー収納容器２０を構成するシートの表面にアルミ蒸着処理することは静電気対策に有効である。さらに、接続部材２１もポリエチレンやナイロン等の樹脂製から作ることができ、袋部分と同一材に設定すれば、リサイクルするのに好都合である。
【００２３】
トナー収納容器２０は、画像形成装置にセットされる際、図３に示す状態になるように支持される。したがって、トナー収納容器２０に収納されたトナーは重力によってその下部側に溜り、よってトナー収納容器２０の下部側部分がトナー溜り部分となっている。上記トナー排出管２２は、トナー収納容器２０の下部に設けられておりトナー溜り部分に通じている。すなわち、トナー排出管２２はトナー収納容器内の空気層を介することなくトナー溜り部分に通じている。また、エアーポンプからの空気は空気用隙間３１からナー収納容器２０のトナー溜り部分へ流し込まれる。このエアーポンプと空気用隙間３１とで本例の空気流し込み手段を構成している。なお、空気用隙間３１の代りに空気供給管をトナー排出管２２と二重管となるように設けても良いし、また空気供給管をトナー排出管２２と並べて接続部材２１に配置しても良い。
【００２４】
このように構成されたトナー補給装置は、トナー補給信号が発せられると、エアーポンプが作動し、空気用隙間３１から空気が容器内に噴出される。このとき、空気はトナー収納容器２０の底部より噴出されるので、収納されているトナー層を拡散させて流動化させつつ上方へ抜ける。そして、空気供給が続行されることにより、容器内の空気圧が高まり、トナーはこの空気圧と自身の重力とによってトナーが容器外へ排出される。その後、排出されたトナーは空気とともに現像装置１０へ移送される。
【００２５】
このようにトナー収納容器２０に収納されたトナーは、空気圧によって現像装置１０へ移送することができる。このとき、容器内に噴出される空気は、トナーを流動化させることによって空気圧によるトナー移送を円滑かつ確実に行うことができる。さらに、トナー収納容器２０はトナー排出管２２に向かって漏斗状の形状をなしているので、容器内のトナーはほぼすべてが残留することなく排出される。
【００２６】
トナー収納容器２０内は、常に空気が充満された状態であり、トナー収納容器２０は折れやしわが発生していないので、容器内壁面の摩擦抵抗も少なくなる。また、空気圧によるトナーの移送はトナーに対して機械的ストレスが加わらず、かつ空気により流動化されるのでトナー凝集、架橋現象等の発生が防止される。さらに、空気圧によるトナーの移送は容器内のトナー収納量の多少にかかわりなくトナー物性が常に安定した状態で、収納されているトナーは袋内に残ることなく排出される。
【００２７】
図４は、図３の装置を用いて実験を行った結果を示すグラフであり、該グラフは縦軸がトナー収納容器から排出される累積トナー量、横軸がトナー容器に供給する空気の累積供給時間である。
【００２８】
この実験で使用したエアーポンプは最大静圧１８Ｋｐａ、最大流量１．９Ｌ／Ｍｉｎの単体性能を持つ。トナー収納容器２０は、ポリエチレン製で厚さ１００μｍのシートを袋状に製作した。トナー排出管２２の直径は６ｍｍで、テストは２５℃、湿度６０％の環境下で行った。また、使用したトナーは（Ａ）がリコーカラートナータイプＦ、（Ｂ）がリコーＰＰＣトナータイプ８２００を用いた。
【００２９】
この結果、図４のグラフから明らかなように、（Ａ），（Ｂ）両トナーとも空気供給時間に比例したトナー排出量が得られ、安定したトナー排出が行えることも確認された。さらに、この実験においてエアーポンプの作動時間を制御することによりトナー排出量を制御できることも確認された。
【００３０】
この実験結果から本発明に従うトナー補給装置は、エアーポンプをオンオフ制御するだけでトナー補給を行うことが可能となるので、装置構成が非常に簡易化ができ、コンパクトで低コストなトナー補給装置の提供が可能となる。さらに、トナー移送経路中に開閉弁なども必要としないので、安定したトナー移送性能が確保でき、かつ高耐久性も得られる。
【００３１】
なお、本トナー補給装置の駆動、制御は、未図示の電源コンセント、電源と未図示のスイッチ、制御回路により駆動モータやエアーポンプの駆動・制御を行う。これらは、従来周知の技術を用いればよい。
【００３２】
また、トナー補給時におけるトナー移送の信頼性確保のために、ポンプの駆動とポンプによるエアーの供給のタイミングが重要で、エアーの供給はポンプの駆動より以前から駆動中（駆動停止以降のエアー供給すればさらによい）にかけて行うことが肝要である。これにより、移送部材（チューブなど）内でのトナーの残留が防止され、トナーの安定補給がはかれる。
【００３３】
トナー収納容器内へのエアー供給は、ポンプへの供給タイミングと同じでも良いが、トナー補給信号と同期させたり、これらの間欠的な供給でも良い。
ところで、通常、電子写真方式の画像形成装置が用いているトナーは流動性が非常に悪く、その移送が困難であることが知られている。
【００３４】
本来、トナーを移送させるときは、トナーに大きな繊械的ストレスを与えることは望ましいことではない。異常なストレスがトナーに加わるとトナーのブロッキング（熱融着などによる凝集）、破砕等が生じ、トナー特性の変質や移送不能となるばかりでなく、移送部材（コイル、スクリユー、パイプ等）、駆動部材の破損等を生じさせる。従って、トナー移送を行う場合は、極力、異常な機械的ストレスがトナーに加わらない工夫が重要となる。
従来のトナー補給装置では、前述のようにオーガとパイプにより移送しているために、オーガによる機械的ストレス、オーガとパイプとの間で発生する摩擦による機械的ストレスが非常に大きくならざるを得なかった。これば移送距離が長くなるほど、移送方向を変位させるほど、より悪化する。また、オーガを駆動するための必要トルクも非常に大きくなり駆動部材のコストアップ、消費電力の増大も無視できない。
【００３５】
これらの理由により、移送距離を長くしたいときや移送方向を変位させたいときには、複数のオーガとパイプを用いて連桔させる多段移送をおこなわざるをえなかった。これは更なるトナー特性の変質、部品点数の増大、コストの増大、信頼性の低下、装置メンテナンス性および生産性の低下、トナー補給装置の設置容積の増大化、操作性の低下をもたらしていた。
【００３６】
本トナー補給装置は、画像形成装置の現像装置１０に対して、フレキシブルなトナー移送パイプのみを接続するだけでよく、トナーの飛散がないので粉塵問題の発生も無く安全である。かつ現像装置に対するトナー補給装置の設置位置・場所の制約を持たないので、ユーザーのトナー収納（補給）容器の交換時の操作性が最もやり易い場所にトナー補給装置を設けることが可能となる。
【００３７】
トナー収納容器２０は、フレキシブルであるので、従来のカートリッジ、ボトルといったハードボトルに比較し、容器が嵩張らず、運搬や保管時での取扱性が良く、収納スペースをとらない。さらには、使用済みトナー収納手段はユーザー先からメーカーに引き取り、再生・再利用や焼却処理が行われるが、本トナー収納容器はフレキシブルな袋状のものであるため折り畳みが可能であり、運搬や保管時での取扱性が良く、運搬や保管時の収納スペースをとらないという利点がさらに増長し、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。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各種改変できるものである。
例えば、剤収納容器はトナーに限らず、現像剤を収納するものであってもよく、この現像剤を現像装置に補給するようにしてもよい。また、トナーが補給される現像装置の構成等は任意のものでよく、上記実施形態の如き２成分現像剤ではない１成分現像剤を使用する装置にも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、剤収納容器に収納された剤を流動化させるので現像装置へ移送し易く、しかも剤収納容器に収納された剤の移送後に残留する量をきわめて少量にすることができる。
【００４０】
請求項２の構成によれば、剤の移送量を容易に制御すことができる。
請求項３の構成によれば、収納容器の減容を簡単に行うことができ、リサイクル等のコストを軽減することができる。
【００４１】
請求項４の構成によれば、１個の接続部材で収納容器空気流入と剤排出を行い得るとともに、接続部材が最小個数なのでリサイクルもし易くなる。
請求項５及び６の構成によれば、剤収納容器を任意の位置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明するための説明図である。
【図２】現像装置のトナー受け入れ部を示す断面図である。
【図３】本発明のトナー収納容器の一例を示す断面図である。
【図４】図３のトナー収納容器を用いた実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  現像装置
１６  チューブ
２０  トナー収納容器
２２  トナー排出管
３１  空気用隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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