(57)【要約】【課題】検知面を清掃することなく経時に渡ってトナー付着を抑制でき、長期に渡って良好なトナーの有る無しを検知することができるトナー検出装置及びトナー補給装置並びに画像形成装置を提供する。【解決手段】ガラス管６４０で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出する。【選択図】　図８
2004109922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー貯蔵部又は移送部の内部トナーの有り無しを検出するトナー検出装置において、
ガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出することを特徴とするトナー検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトナー検出装置において、前記センサ検知部が略垂直方向に延びるトナー通路に設けたことを特徴とするトナー検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトナー検出装置において、前記センサ検知部が略垂直方向に延びるトナー通路にてガラス管で構成した箇所であることを特徴とするトナー検出装置。
【請求項４】
トナー収納容器に収納されたトナーを、ノズルを備えたトナー補給路を介して粉体ポンプの搬送力により現像装置へ補給するトナー補給装置において、
前記トナー補給路にガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出するトナー検出装置によってトナーエンド検知を行うことを特徴とするトナー補給装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトナー補給装置において、前記ノズルが前記トナー収納容器の下部より上方に向けて該トナー収納容器内に差し込まれるように構成され、前記センサ検知部が前記ノズルに配置されていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項６】
請求項５に記載のトナー補給装置において、前記ノズルの少なくとも一部がガラス管で作られ、該ガラス管に前記センサ検知部が配置されていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のトナー補給装置において、前記ノズルにトナー補給路とトナー収納容器内にエアを供給するエア供給路との独立した２つの通路を備えた二重管ノズルを用いることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項８】
請求項７に記載のトナー補給装置において、前記二重管ノズルが、上部ノズル、Ｏリング、ガラス管、下部ノズルで構成されていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項９】
請求項８に記載のトナー補給装置において、前記二重管ノズルのトナー補給路内径とガラス管内径を同径とすることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項１０】
請求項４ないし８の何れか一項に記載のトナー補給装置において、二重管ノズル内径と現像装置までのトナー補給路の内径が同径であることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項１１】
請求項４ないし１０の何れか一項に記載のトナー補給装置を用い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、像担持体に形成された静電潜像を可視像処理する現像装置に、トナー収納手段に収納されたトナーを補給するトナー補給装置及び画像形成装置に関するものある。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において、トナーボトルやトナーカートリッジ等のトナーを収納するトナー収納容器を装置本体にセットし、その容器から現像装置へトナーを補給するものが良く知られている。また、近年の電子写真画像形成装置の小型化またはフルカラー化が進み、それに伴って各ユニットでも小型化も余儀なしとなっている。このため、現像装置も小型化され、二成分現像装置ではトナー補給を頻繁に行わなければならない。
【０００３】
ところで、トナーは消費されるため、トナー収納容器は何れに空になる。このとき、トナーエンドを検知できないと、画像品質が劣化してトナーエンドを知ることになってしまう。このような問題を回避するためには、トナー収納容器内のトナーの有り無しを検知する機構を設けることが必要である。
【０００４】
従来のトナー有り無し検知技術の代表的なものが、
【特許文献１】特開２０００−２５０２９８号公報
に記載されている。この検知技術は、残量検知手段と残量検知手段に付着したトナーを除去する除去部材を備えることで検知精度を維持している。
このように、トナー有無の検知する場合、検知面に付着するトナーが誤検知を招くおそれがあるため、検知面のトナー汚れに対する対策が必要であった。なお、検知面はコストや加工性の面から一般的に樹脂材料が用いられている。
上記したトナー汚れ対策の１つとして、上記公報に記載されているように、検知面にトナーが付着することによる誤検知を清掃手段で適宜清掃することにより防ぐ方法がある。また、他の方法として交換サイクルが短いトナーカートリッジ等に検知面または検知手段を設けて、トナーが付着するもののカートリッジ交換サイクルで検知面も交換されるものがある。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した前者の方法では、清掃部材のみならず、それを駆動する手段も必要であり、コストが大幅に嵩む。さらにその設置場所も限定されてしまうという問題があった。また、後者の方法は予想以上にトナーが付着して誤検知を招くおそれがあり、また交換サイクルの短いトナー収納容器以外に適用できないという問題もあった。
本発明は、上記した従来の問題を鑑み、検知面を清掃することなく経時に渡ってトナー付着を抑制でき、長期に渡って良好なトナーの有る無しを検知することができるトナー検出装置及びトナー補給装置並びに画像形成装置を提供することを目的としている。
【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、トナー貯蔵部又は移送部の内部トナーの有り無しを検出するトナー検出装置において、ガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出することを特徴としている。
なお、本発明のトナー検出装置において、前記センサ検知部が略垂直方向に延びるトナー通路に設けると、効果的である。
さらに、本発明のトナー検出装置は前記センサ検知部が略垂直方向に延びるトナー通路にてガラス管で構成した箇所であると、効果的である。
【０００５】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、トナー収納容器に収納されたトナーを、ノズルを備えたトナー補給路を介して粉体ポンプの搬送力により現像装置へ補給するトナー補給装置において、前記トナー補給路にガラス材料で形成されたセンサ検知部を設け、該センサ検知部内のトナーの有無を光学センサによって検出するトナー検出装置によってトナーエンド検知を行うことを特徴としている。
【０００６】
なお、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルが前記トナー収納容器の下部より上方に向けて該トナー収納容器内に差し込まれるように構成され、前記センサ検知部が前記ノズルに配置されていると、効果的である。
【０００７】
さらに、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルの少なくとも一部がガラス管で作られ、該ガラス管に前記センサ検知部が配置されていると、効果的である。
【０００８】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記ノズルにトナー補給路とトナー収納容器内にエアを供給するエア供給路との独立した２つの通路を備えた二重管ノズルを用いると、効果的である。
【０００９】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記二重管ノズルが、上部ノズル、Ｏリング、ガラス管、下部ノズルで構成されていると、効果的である。
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、前記二重管ノズルのトナー補給路内径とガラス管内径を同径とすると、効果的である。
【００１０】
さらにまた、本発明のトナー補給装置において、二重管ノズル内径と現像装置までのトナー補給路の内径が同径であると、効果的である。
また、上記の目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、請求項３ないし９の何れか一項に記載のトナー補給装置を用いることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るトナー検出装置を付設されるトナー補給装置の構成を示す。
【００１２】
図１において、現像装置１０は粉体ポンプ３０４を付設しており、この粉体ポンプ３０４の作動によって現像装置１０内にトナーが供給されるものである。
粉体ポンプ３０４として、吸引型１軸偏心スクリューポンプ（通称：モーノポンプ）等が用いられる。このポンプは、図２に示すように、金属などの剛性を有する材料でもって偏心したうねりスクリュー形状に形成されたロータ３０２、ゴムのような弾性材料でもって内側が２条のスクリュー形状に形成され固定設置されるステータ３０３、これらを包み且つ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで作られたホルダー３０５より構成されている。ロータ３０２の回転によってポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、フレキシブルチューブ３０１を介して接続されたトナー収納容器４００からトナーを吸引できるようになっている。
【００１３】
このようにトナー収納容器４００に収納されたトナーは粉体ポンプの吸引力を用い、更には図から理解できるように自重によっても容器外へ移送されるようになっているが、電子写真用のトナーは流動性が悪く、そのために粉体ポンプ３０４のみを用いてトナー補給の作業を行うと、トナー収納容器４００の下部に取り付けられたノズル５１０付近のトナーを吸引した後、容器内で架橋現象（なくなったトナーの部分で空洞ができる現象）が生じることがある。このため予定通りに現像装置へトナーを移送できず、トナー補給量が不安定化したり、収納容器内のトナーが極端に多く残ったりすることとなる。そこで粉体ポンプ３０４の他にエア供給手段６００がトナー収納容器４００に付設され、このエア供給手段６００から電磁弁（バルブ）６０１、ノズル５１０を介してトナー収納容器４００内へエアが供給される。多色画像形成装置の場合には、図３で示すように、エア供給手段６００から各色への電磁弁（バルブ）６０１〜６０４へ分岐させるようにする。実際のトナー収納容器へのエア供給時間は、エア過多による詰まり等の問題もあるので、長くても５秒以下が望ましく、このような多色（４色）装置においてもエア供給手段６００は１つでもまかなうことができる。また、エア供給手段は従来公知のエアポンプであり、毎分１〜３リットル程度の流量を発生する。
【００１４】
粉体ポンプ３０４とトナー収納容器４００とをつなぐチューブ３０１は、フレキシブルで且つ耐トナー性に優れたゴム材料（ｅｘ．：ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコーン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）からなっていて、内径φ４〜１０ｍｍのチューブ状であるのが非常に有効である。またトナー収納容器本体の容器ホルダ５００は樹脂等で作られ、トナー収納容器４００の保護ケース４０１を保持している。保護ケース４０１は、剛性を有した紙、段ボール、プラスチック等の材料で作られ、一部が排出用口金部材４２０と係合した構造を有し、フレキシブルなトナー収納袋４１０を囲むように包んでいる。保護ケース４０１が剛性を有することで、トナー収納容器の装填・離脱時（容器交換時）の操作性を高めることができる。また容器内のトナー品質特性の保護・維持にも有効である。
【００１５】
トナー収納袋４１０は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製又は紙製のシート状（８０〜２００μｍ程度の厚み）のフレキシブルな材質を単層又は複層構成として折り紙製作のように作られ、空気の流入出が無い密閉された袋状容器形状となっている。排出用口金部材４２０は、ケース４２１とシール材４２２からなり、ケース４２１はポリエチレンやナイロン等の樹脂製からなり、収納袋４１０と同一材料を使用することがリサイクルの観点で望ましく、袋容器への溶着も容易にすることができる。従来より使用されている、ブロー成形法などにより形成された口金部とトナー収納部が一体構造をなすフレキシブルなトナー容器を用いることも当然可能であり、且つ本発明の意図に反しないこともいうまでもない。
【００１６】
トナー収納袋４１０下部で、シール部材４２２を貫通するように配されたノズル５１０は、容器ホルダ５００と一体的又は脱着可能に係合している。このノズル５１０では図４のようにエア供給路がトナー搬送路に合流するようになっているが、図５に示すように２重管構造になって、外側がエアの供給路、内側がトナー搬送路となったタイプのものでもよい。図１に示された構成では、低コストの図４のタイプを用いている。トナー収納容器４００がチューブ３０１、粉体ポンプ３０４を介して本画像形成装置にセットされる際、ノズル５１０は容器４００の排出口である口金部材４２０のシール部材４２２に挿入される。シール部材４２２はスポンジやゴムなど弾性材質の部材に十字スリットが切られて構成されたものであり、ノズルを挿入した状態でノズルと密着してトナー収納容器からのトナー漏れを防ぐことができ、且つトナー収納容器を取り出す際にもシール部材のスリットがその弾性により閉じてトナー漏れを防止できる。そのスリット長さは、ノズル５１０の外径と同じ〜３ｍｍ大きい程度であって、シール部材４２２とケース４２１は両面接着テープなどにより接合されている。シール部材４２２は発泡スポンジ、ゴム等の弾性体で作られ、耐トナー性があり、空気透過が非常に少なく、クリープに対し優れた強度を有したものが用いられる。
【００１７】
また図６に示すようにトナー収納袋４１０の上面に通気性フィルター４４０を設けることも可能であり、これによって前述のエア供給手段から供給される空気によって収納容器（袋）内が正圧に必要以上に上昇するのを減圧することができる。
【００１８】
使用後のトナー収納容器４００は保護ケース４０１とトナー収納袋４１０が容易に分解でき、保護ケース４０１は折り畳むことができ、トナー収納袋４１０はフレキシブルであるので、従来のカートリッジやボトルといったハードボトルに比較し嵩張らず、運搬や保管時での取扱性に優れ、収納スペースをとらないため、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。
【００１９】
本トナー補給装置は画像形成装置の現像装置に対して、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、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、ユーザーにとってトナー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事が可能となる。このため補給装置を４つもつカラー複写機・プリンタに特に効果がある。
【００２０】
上記したトナー補給装置において、図７に示すように、二重管ノズル６１０はエアー供給路からのエアー供給口６１１とトナー排出口６１２の間で上下に分割されて上部ノズル６２０と、下部ノズル６３０とが形成されている。そして、上部ノズル６２０の下端近くには、窓形状の開口６５０が形成されている。この開口６５０を設けた位置の内側には、ガラス管６４０が嵌合され、開口６５０はこのガラス管６４０によって閉じられている。なお、上部ノズル６２０とガラス管６４０の接合部に隙間が生ずると、トナーが漏れる不具合が発生しやすいため、Ｏリング６５５をガラス管６４０の両端部に配置している。また、ガラス管６４０は図８に示すように、上部ノズル６２０の下部に取り付けられる下部ノズル６３０に挟み込まれて支持される。そして、開口６５０に光学センサ（不図示）を対向配置し、該光学センサによってトナーエンド検知を行う。
【００２１】
なお、トナー補給を滞りなく行う為には粉体ポンプからノズル先端までのスムーズな圧力伝播が必要となる。搬送路径の急変による圧力損失を防ぐため二重管の上部ノズル、Ｏリング、ガラス管、Ｌ型の下部ノズルのいずれの内径も同径になるよう構成する。さらにはトナー搬送チューブ３０１の径も同径とすることで、良好なトナー補給を行うことが可能となる。
【００２２】
このように構成されたトナー検出装置は、ガラス管６４０の面にトナーが付着しにくく、清掃等をせずとも長期に渡って良好な検知面を維持することができる。
ところで、トナー付着のメカニズムは確立されていないが、付着面の表面粗さや材料の電気抵抗性、あるいは一般的な表面性が要因として挙げられる。『表面粗さが小さい』『電気抵抗が低い』といった材料がトナー付着しにくい傾向となっている。その他に材料の硬度や摩擦力、あるいは同じ材料の方が互いの吸引力が高いといったことからトナーの原料である樹脂以外の材料がトナー付着しにくいともいわれている。これら多くの条件に見合う材料に『ガラス』が挙げられる。ガラスは上記条件を満たしている。且つ透明度が高いといったアドバンテージもある。
【００２３】
かかる理由から、検知面に極めてトナー汚染に強い材料であるガラスを用い、光学センサによってトナー有り無し検知を行う本実施形態はトナーエンド検知に最適なものと言える。
【００２４】
さらに、本実施形態は吸引型粉体ポンプを使用したトナー搬送システムに非常に適している。というのも従来のトナーカートリッジは機械奥行き方向に長いタイプのものが多いのに対し、本トナー搬送システムはカートリッジが垂直方向に長く、カートリッジ下面から垂直方向に配置されるノズルにトナーが常に密な状態で充満しやすい構成となっている。そのため、カートリッジにトナーがあるにもかかわらず、検知面近傍で巣があき検知不良をおこすといった問題が発生しない。良好な有り無し検知、つまりトナーエンド検知が可能となる。また清掃部材をもたない構成から検知面が略垂直方向で構成するほうトナー付着しにくい点からも好ましく、検知面をノズルに配置することにより、清掃部材を持たず良好な検知が行える。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、トナーカートリッジ近傍のみならずどの場所でもトナー有り無しを検知することができる。たとえば、排トナータンク満杯検知、排トナー搬送経路やトナーリサイクル経路でのトナー詰まりに対する異常検出手段への応用が挙げられる。例えば排トナータンク満杯検知は排トナータンクの重量変化により伸び縮みするスプリング、スプリングの変位を検知する光センサ、スプリングの位置によりセンサ光路を遮蔽する遮蔽板が必要となる。これに対し本請求項の構成はシンプルで、小スペース、コストにおいてアドバンテージを得ることができる。　請求項２の構成によれば、検知面に清掃手段を持たなくてもよいので、検知面は略垂直方向でトナーが自然落下できる構成であるほうが良好な検知精度が得られる。
【００２６】
請求項３の構成によれば、トナーは『部品の合わせ面の微妙な段差』に付着しやすく、いったん付着すると付着量が経時で成長するという粉体独特の特性をもっている。このためトナー周りにはさまざまなトラブルが発生しやすく、本発明においても検知面をトナー搬送経路と別のガラス部品で構成するとトナー付着による検知不良が発生しやすい。本請求項では、検知面および検知面近傍のトナー流路を円筒状のいわゆるガラス管にて構成することにより、検知面近傍でのトナー付着等のトラブルを防ぎ良好な検知を行うことを目的としている。
【００２７】
請求項４の構成によれば、トナー検出装置は吸引型粉体ポンプを使用したトナー搬送システムのトナーエンド検知に非常に適している。
請求項５、６の構成によれば、検知面は略垂直方向配置が望ましい。本トナー搬送システムではノズルに検知面を配置することにより良好なトナーエンド検知を行うことが可能となる。またノズル内にガラス管を配置しそこを検知面とする事により請求項３で示したトラブルを防ぐ事ができる。
【００２８】
請求項７の構成によれば、本トナー搬送システムではエア供給路とトナー補給路がノズル内で共有している、いわゆる単管ノズルと反対にエア供給路とトナー補給路がノズル内で別離しているいわゆる二重管ノズルが提案されている。本システムはエア供給が検知面近傍トナーになるべく影響しないような構成が検知性能から必要である。請求項５、６と二重管ノズルの構成により良好なトナーエンド検知が可能となる。
【００２９】
請求項８、９、１０の構成によれば、本トナー搬送システムにおいて良好なトナー搬送を行う為には搬送路に圧力損失が少ない方が好ましい。この圧力損失であるが、粉体ポンプからトナー収納容器までの各断面形状が同じである方が少ない、つまり圧力伝播しやすいという事が実験で明らかになった。本請求項ではノズル内の各断面形状を略同一にするノズルの部品構成をしめす。またトナー収納容器から粉体ポンプまでの搬送路を略同一形状にすることにより良好なトナー搬送を得る事ができる。
【００３０】
請求項１１の構成によれば、上記した効果が得られる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトナー補給搬送装置の概略構成図である。
【図２】図１に示された粉体ポンプの部分断面図であり、左側に示すものが長手方向断面図で、中央と右側に示すものが横断面図で互いにロータ位置の異なる図である。
【図３】エア供給装置と各色のためのバルフとの連結を示す図である。
【図４】ノズルの実施例で、左側が外形を表し、右側が断面を表す。
【図５】ノズルの別の実施例で断面図で示すものである。
【図６】トナー容器のトナー収納袋を示す斜視図である。
【図７】検知面を設けたノズルの分解断面図である。
【図８】図８のノズルの組み立て状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　現像装置
３０１　チューブ
３０４　粉体ポンプ
４００　トナー収納容器
５１０　ノズル
６１０　二重管ノズル
６４０　ガラス管
６５０　開口
【図１】
2004109922.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004109922.tif 000007
【図６】
2004109922.tif 000008
【図７】
2004109922.tif 000009
【図８】
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