(57)【要約】【課題】粉体収容器内の粉体を慣性力で排出口側に移動させる確実性を高めることである。【解決手段】カム３６を回転させると、バネ３５の付勢力に抗して矢印Ｂ方向に収容器保持部材３２端部が押圧され、その後、この押圧状態がカムの段差部３６ｂで解除されると、バネの付勢力によって収容器保持部材とともにトナー収容器３１が矢印Ｃ方向に急速に移動し、ダンパ３７に衝突する。この衝突時には、トナー収容器に対して矢印Ｂ方向に向かう大きな加速度が発生する。この加速度の発生により、トナー収容器内部のトナーＴは、矢印Ｃ方向への慣性力を受け、トナー収容器内部を排出口３１ｅに向かって移動する。このときの加速度の最大値を４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下とし、かつ、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する期間が３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下となるように構成した。【選択図】  図１
2004198703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に粉体を収容し、かつ、内部底面の一端寄りに該粉体を鉛直方向下方側に向かって排出する粉体排出口を備えた粉体収容器を有し、
該粉体収容器内の粉体を、該粉体排出口を通じて粉体補給先に補給する粉体補給装置において、
上記粉体収容器を上記一端側に向けて移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度を該粉体収容器に対して発生させることで、該粉体収容器の内部に収容された粉体を上記粉体排出口に向かって移動させる収容器移動手段を設け、
上記加速度の最大値が、４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下となり、かつ、該収容器移動手段によって該粉体収容器に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の上記加速度が発生する期間が、３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下となるように構成したことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項２】
請求項１の粉体補給装置において、
上記収容器移動手段によって移動する上記粉体収容器を含む部材の総重量が０．３［ｋｇｆ］以上２［ｋｇｆ］以下の範囲内であり、
該収容器移動手段によって上記粉体収容器に上記加速度が発生している期間中に、該粉体収容器に０．１［ｍ／ｓｅｃ］以上０．６［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度変化が生じるように構成したことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項３】
請求項１又は２の粉体補給装置において、
上記収容器移動手段は、上記粉体収容器を上記一端側に移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度を該粉体収容器に対して発生させる動作が繰り返されるように、該粉体収容器を往復運動させる往復運動手段であることを特徴とする粉体補給装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の粉体補給装置において、
上記収容器移動手段は、
上記一端側に移動してきた粉体収容器と当接して該粉体収容器を急停止させる急停止手段を有しており、
該急停止手段として、バネ定数が０．２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるダンパを用いたことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３の粉体補給装置において、
上記収容器移動手段は、
上記一端側に移動してきた粉体収容器の移動の向きとは逆向きに移動しながら、該粉体収容器と当接して該粉体収容器を急停止させる急停止手段を有しており、該急停止手段として、バネ定数が０．０５［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上１［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるダンパを用いたことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項６】
請求項４又は５の粉体補給装置において、
上記ダンパとして、ＪＩＳ−Ａでの硬度が０以上２０以下であるゴム材又はゲル材で形成されたものを用いたことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６の粉体補給装置において、
上記粉体収容器として、少なくとも底面部分は上記加速度が発生しても変形しない剛性を有し、残りの部分は内圧減少により減容し得る柔軟性を有するものを用いたことを特徴とする粉体補給装置。
【請求項８】
潜像担持体上に形成された潜像に可視粉体を付着させて現像する現像装置と、該現像装置に該可視粉体を補給するための可視粉体補給装置とを備えた画像形成装置において、
上記可視粉体補給装置として、請求項１、２、３、４、５、６又は７の粉体補給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８の画像形成装置において、
上記可視粉体として、単軸崩壊応力測定法で測定した単軸崩壊応力が１５［ｇ／ｃｍ2］以下であるものを用いた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、粉体収容器内の粉体を粉体補給先に補給する粉体補給装置及びこれを用いる複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉状の画像形成用剤である粉体トナー（以下、単に「トナー」という。）を用いて画像を形成する画像形成装置が知られている。例えば、潜像担持体上に形成した静電潜像を現像器によってトナー像に現像する電子写真方式の画像形成装置がある。また、例えば、トナー飛翔装置からドット状に飛翔させたトナーを記録紙等に付着させて画像を形成するいわゆる直接記録方式の画像形成装置もある。これらのような画像形成装置には、トナーを消費した現像器又はトナー飛翔装置にトナー補給装置から新規トナーを補給するものがある。
【０００３】
従来のトナー補給装置としては、例えば図１６に示すように、トナー収容器１１１内にスクリュー又はコイルスプリング等の可動部材１１２を設けるものが知られている。このトナー補給装置では、可動部材１１２の回転軸１１２ａを回転駆動することによってトナー収容器１１１内のトナーを排出口１１１ａに向かう方向に移送し、排出口１１１ａから排出させて現像剤補給部に補給する。しかし、可動部材１１２を用いる場合には、トナー収容器１１１内に可動部材１１２を設ける必要があるため、トナー収容器１１１の交換コストが高くなる。また、可動部材１１２は、トナー収容器１１１外部の駆動源から駆動を与えられるため、トナー収容器１１１には開口部が形成される。このため、この開口部をシールするためのシール部材を設ける必要があり、トナー収容器１１１の構造が複雑化する。
【０００４】
また、従来のトナー補給装置としては、図１７示すように、スクリューボトル２１１と呼ばれる、その内周面に円周方向に沿った螺旋状の突起２１２が形成された円筒状のトナー収容器を用いるものも知られている。このトナー補給装置では、スクリューボトル２１１を回転駆動することによって、スクリューボトル内のトナーを排出口２１１ａの方向に移送し、排出口２１１ａから排出させて現像剤補給部に補給する。しかし、スクリューボトル２１１を用いる場合には、その内周面に螺旋状突起を設ける必要があるため、トナー収容器の構造の複雑化は免れない。また、円筒状のトナー収容器を用いる必要があるため、保持できるトナー量が少ないという欠点もある。さらに、交換時に手が滑りやすく、持ちにくい等の取り扱い性での欠点もある。
【０００５】
そこで、本出願人は、粉体収容器の往復運動によって収容器内の粉体に慣性力を働かせ、粉体収容器内の粉体を排出する粉体補給装置を提案した（特許文献１）。この粉体補給装置は、粉体収容器として一側壁の端部寄りに粉体排出口が形成されているものを用いている。そして、その粉体収容器を、粉体排出口が鉛直方向下方を向くように配置した状態で、その排出口に向かって粉体が移動するように、粉体収容器を往復運動させる往復運動手段を備えている。この粉体補給装置においては、粉体収容器の往復運動によって収容器内の粉体に生じる慣性力で、粉体収容器内の粉体を上記端部寄りに形成された排出口に向かって徐々に移動させる。そして、この移動により排出口に達した粉体は、重力によって落下し、粉体補給先に補給される。この粉体補給装置によれば、粉体収容器の往復運動により収容器内の粉体に慣性力を働かせて粉体収容器内の粉体を排出するので、粉体収容器内に螺旋状突起や溝等の特殊構造及びスクリュー等の可動部材を設ける必要がない。よって、シンプルな構造で低コストな粉体収容器を用いて、粉体収容器内の粉体を確実に排出することができる。
【０００６】
更に、特許文献１で提案した粉体補給装置は、粉体が上記排出口に向かう方向に対して、前進する粉体収容器の、停止時に生じる加速度の大きさを、後退する粉体収容器の、停止時に生じる加速度の大きさよりも大きく、かつ、上記粉体収容器内の粉体が上記排出口に向かって一体状で移動するような大きさになるよう構成されている。この粉体補給装置においては、上記設定により、前進する粉体収容器の停止時に生じる、収容器内の粉体の上記前進方向への慣性力が、後退する粉体収容器の停止時に生じる、収容器内の粉体の上記後退方向への慣性力よりも大きくなるので、粉体収容器の往復運動を繰り返すことで、粉体収容器内の粉体を排出口に向けて移動させることができる。しかも、前進する粉体収容器の停止時に生じる加速度の大きさを、上記粉体収容器内の粉体が上記排出口に向かって一体状で移動するような大きさ、具体的には４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上に設定することで、粉体が粉体収容器内の排出口と反対側に残留することなく、粉体を排出口に移動させることが可能となる。
また、特許文献１には、前進する粉体収容器の停止時に生じる加速度の大きさに上限を２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下に設定することで、粉体を排出口近傍に凝集させることなく、安定した量の補給が行われる旨が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−９６８８２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らの研究の結果、前進する粉体収容器の停止時に生じる加速度の大きさを４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上に設定するだけでは、粉体排出口から排出される粉体排出量が不十分となる場合があることが判明した。なお、前進する粉体収容器を停止させる粉体補給装置に限らず、例えば前進する粉体収容器を急に反対方向に移動させる運動を行う粉体補給装置など、粉体を慣性力によって移動させるものにおいても同様である。
【０００９】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、粉体収容器内の排出口と反対側に残留することなく粉体が排出口に移動する確実性を高めることが可能な粉体補給装置及び画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、内部に粉体を収容し、かつ、内部底面の一端寄りに該粉体を鉛直方向下方側に向かって排出する粉体排出口を備えた粉体収容器を有し、該粉体収容器内の粉体を、該粉体排出口を通じて粉体補給先に補給する粉体補給装置において、上記粉体収容器を上記一端側に向けて移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度を該粉体収容器に対して発生させることで、該粉体収容器の内部に収容された粉体を上記粉体排出口に向かって移動させる収容器移動手段を設け、上記加速度の最大値が、４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下となり、かつ、該収容器移動手段によって該粉体収容器に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の上記加速度が発生する期間が、３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の粉体補給装置において、上記収容器移動手段によって移動する上記粉体収容器を含む部材の総重量が０．３［ｋｇｆ］以上２［ｋｇｆ］以下の範囲内であり、該収容器移動手段によって上記粉体収容器に上記加速度が発生している期間中に、該粉体収容器に０．１［ｍ／ｓｅｃ］以上０．６［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度変化が生じるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の粉体補給装置において、上記収容器移動手段は、上記粉体収容器を上記一端側に移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度を該粉体収容器に対して発生させる動作が繰り返されるように、該粉体収容器を往復運動させる往復運動手段であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の粉体補給装置において、上記収容器移動手段は、上記一端側に移動してきた粉体収容器と当接して該粉体収容器を急停止させる急停止手段を有しており、該急停止手段として、バネ定数が０．２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるダンパを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２又は３の粉体補給装置において、上記収容器移動手段は、上記一端側に移動してきた粉体収容器の移動の向きとは逆向きに移動しながら、該粉体収容器と当接して該粉体収容器を急停止させる急停止手段を有しており、該急停止手段として、バネ定数が０．０５［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上１［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるダンパを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項４又は５の粉体補給装置において、上記ダンパとして、ＪＩＳ−Ａでの硬度が０以上２０以下であるゴム材又はゲル材で形成されたものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の粉体補給装置において、上記粉体収容器として、少なくとも底面部分は上記加速度が発生しても変形しない剛性を有し、残りの部分は内圧減少により減容し得る柔軟性を有するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、潜像担持体上に形成された潜像に可視粉体を付着させて現像する現像装置と、該現像装置に該可視粉体を補給するための可視粉体補給装置とを備えた画像形成装置において、上記可視粉体補給装置として、請求項１、２、３、４、５、６又は７の粉体補給装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記可視粉体として、単軸崩壊応力測定法で測定した単軸崩壊応力が１５［ｇ／ｃｍ2］以下であるものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１乃至７の粉体補給装置、並びに、請求項８及び９の画像形成装置においては、収容器移動手段により、粉体収容器を粉体排出口が設けられた一端側に向けて移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度を粉体収容器に対して発生させる。このような粉体収容器の運動により、粉体収容器内の粉体に慣性力を働かせ、粉体を粉体収容器内で移動させる。これにより、粉体収容器内の粉体は、粉体排出口に移動し、その粉体排出口から排出される。なお、上記収容器移動手段は、粉体収容器の運動中に粉体が粉体排出口側とは反対側に移動することがあっても、全体として粉体が粉体排出口側に移動するような運動を行う。
ここで、粉体収容器内部で粉体を適切に移動させるには、粉体全体と粉体収容器の内部底面との間の静止摩擦力を越える慣性力を粉体に働かせた上で、必要とする移動距離を粉体全体が移動できるように設定する必要がある。ここで、後述する実験例により、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生すれば、粉体全体に粉体収容器の内部底面との間の静止摩擦力を越える慣性力を働かせることが可能である。しかし、粉体収容器内部を粉体が移動する距離は、上記加速度の発生によって生じる粉体と粉体収容器との間の相対速度を、その相対速度が生じている時間で積分することによって求まる。したがって、その相対速度が生じている時間が短い場合、粉体が粉体収容器内部を移動する距離が短くなる。その結果、粉体排出口に到達する粉体の量が少なくなり、十分な排出量を得ることができなくなるので、粉体補給先に十分な量の粉体を補給できなくなる。
そのため、本装置では、粉体収容器に発生する上記加速度の最大値が４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下となり、かつ、粉体収容器に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の上記加速度が発生する期間が、３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下となるように構成している。粉体収容器に発生する上記加速度の最大値が４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下であれば、上記特許文献１にも記載されているように、粉体が粉体収容器内の排出口と反対側に残留することなく粉体を排出口に移動させることが可能となり、かつ、粉体を排出口近傍に凝集させることなく安定した量の補給を行うことが可能となる。ここで、本発明者らによる研究の結果、粉体収容器に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の上記加速度が発生する期間が、粉体排出口から排出される粉体の排出量と最も相関関係があることが判明した。そして、本発明者らによる実験により、その期間を３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下とすれば、粉体収容器内の粉体を十分な排出量で安定して確保することができることが判明した。詳しくは、後述する実験例にて説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像形成装置であるタンデム方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レーザプリンタ」という。）の一実施形態について説明する。
まず、本レーザプリンタの基本的な構成について説明する。
図２は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えている。各符号の数字の後に付されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、言うまでもなく、イエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示している（以下同様）。プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの他には、光書込ユニット２、中間転写ユニット３、２次転写バイアスローラ４、レジストローラ対５、給紙カセット６、ベルト定着方式の定着ユニット７などが配設されている。
上記光書込ユニット１０は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて後述のドラム状感光体の表面にレーザ光を照射する。
【００１３】
図３は、上記プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋのうち、イエロー用のプロセスユニット１Ｙの概略構成を示す拡大図である。なお、他のプロセスユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋについてもそれぞれ同じ構成となっているので、これらの説明については省略する。
【００１４】
図３において、プロセスユニット１Ｙは、ドラム状感光体１０Ｙ、帯電器１１Ｙ、現像器２０Ｙ、ドラムクリーニング装置１２Ｙ、図示しない除電器などを有している。
上記帯電器１１Ｙは、交流電圧が印加される帯電ローラ１３Ｙをドラム状感光体１０Ｙに接触させることで、ドラム表面を一様帯電せしめる。帯電処理が施されたドラム状感光体１０Ｙの表面には、上記光書込ユニット２によって変調及び偏向されたレーザ光が走査されながら照射される。すると、ドラム表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器２０Ｙによって現像されてＹトナー像となる。
上記現像器２０Ｙは、現像ケース２１Ｙの開口から一部露出させるように配設された現像ロール２２Ｙを有している。また、第１搬送スクリュウ２３Ｙ、第２搬送スクリュウ２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）２６Ｙなども有している。また、第１搬送スクリュウ２３Ｙと第２搬送スクリュウ２４Ｙとの間には仕切壁２７Ｙが設けられている。この仕切壁２７Ｙにより、現像ロール２２Ｙや第１搬送スクリュウ２３Ｙ等を収容する第１供給部と、第２搬送スクリュウ２４Ｙを収容する第２供給部とが現像ケース２１Ｙ内で分かれている。
【００１５】
上記現像ケース２１Ｙには、磁性キャリアと、マイナス帯電性のＹトナーとを含む二成分現像剤が収容されている。この二成分現像剤は、第１搬送スクリュウ２３Ｙ、第２搬送スクリュウ２４Ｙによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、現像ロール２２Ｙの表面に担持される。そして、現像ドクタ２５Ｙによってその層厚が規制されてからドラム状感光体１０Ｙに対向する現像領域に搬送され、ここでドラム状感光体１０Ｙ上の静電潜像にＹトナーを付着させる。この付着により、ドラム状感光体１０Ｙ上にＹトナー像が形成される。現像によってＹトナーを消費した二成分現像剤は、現像ロール２２Ｙの回転に伴って現像ケース２１Ｙ内に戻される。
透磁率センサからなるＴセンサ２６Ｙは、上記第２供給部の中央付近の底壁に設けられ、その上を通過する二成分現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。二成分現像剤の透磁率は、トナー濃度とある程度の相関を示すため、Ｔセンサ２６ＹはＹトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、ＲＡＭを備えており、この中にＴセンサ２６Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆを格納している。なお、このＲＡＭには、他の現像器に搭載された図示しないＴセンサからの出力電圧の目標値であるＭ用Ｖｔｒｅｆ、Ｃ用Ｖｔｒｅｆ、Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータも格納される。Ｙ用Ｖｔｒｅｆは、図示しないＹトナー補給装置の駆動制御に用いられる。図２において、定着ユニット７の図中側方には、補充用のＹトナー、Ｍトナー、Ｃトナー、Ｋトナーを収容する４つのトナー収容器３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋが配設されている。Ｙトナー補給装置には、これらのトナー収容器３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１ＫのうちのＹトナー収容器３１Ｙが取り付けられており、そのＹトナー収容器３１Ｙ内に収容されているＹトナーを現像器２０Ｙに補給する。上記制御部は、Ｔセンサ２６Ｙからの出力電圧の値をＹ用Ｖｔｒｅｆに近づけるように、図示しないＹトナー補給装置を駆動制御して、Ｙトナー収容器３１Ｙ内に収容されているＹトナーを第２供給部内に補給させる。この補給により、現像器２０Ｙ内の二成分現像剤のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他のプロセスユニットの現像器についても、同様のトナー補給制御が実施される。
【００１６】
Ｙ用のドラム状感光体１０Ｙ上に形成されたＹトナー像は、後述の中間転写ベルトに中間転写される。中間転写後のドラム状感光体１０Ｙの表面は、ドラムクリーニング装置１２Ｙによって転写残トナーがクリーニングされた後、除電ランプによって除電される。そして、帯電器１１Ｙによって一様帯電せしめられて次の画像形成に備えられる。他のプロセスユニットについても同様である。
【００１７】
先に示した図２において、中間転写ユニット３は、中間転写ベルト８、駆動ローラ８ａ、張架ローラ８ｂ，８ｃ、ベルトクリーニング装置９、４つの中間転写バイアスローラ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋなどを有している。中間転写ベルト８は、駆動ローラ８ａ、張架ローラ８ｂ，８ｃに張架されながら、図示しない駆動系によって回転せしめられる駆動ローラ８ａによって図中反時計回りに無端移動せしめられる。４つの中間転写バイアスローラ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは、それぞれ図示しない電源から中間転写バイアスが印加される。そして、中間転写ベルト８をその裏面からドラム状感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに向けて押圧してそれぞれ中間転写ニップを形成する。各中間転写ニップには、中間転写バイアスの影響により、ドラム状感光体と中間転写バイアスローラとの間に中間転写電界が形成される。Ｙ用のドラム状感光体１０Ｙ上に形成された上述のＹトナー像は、この中間転写電界やニップ圧の影響によって中間転写ベルト８上に中間転写される。このＹトナー像の上には、ドラム状感光体１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ上にそれぞれ形成されたＭトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が順次重ね合わせて中間転写される。かかる重ね合わせの中間転写により、中間転写ベルト８上には４色重ね合わせトナー像が形成される。この４色重ね合わせトナー像は、後述の２次転写ニップで転写紙Ｐに２次転写される。２次転写ニップ通過後の中間転写ベルト８の表面に残留する転写残トナーは、上記張架ローラ８ｃにバックアップされる中間転写ベルト部分に当接するベルトクリーニング装置９によってクリーニングされる。
【００１８】
中間転写ユニット３の駆動ローラ８ａには、中間転写ベルト８を介して２次転写バイアスローラ４が当接して２次転写ニップを形成している。この２次転写バイアスローラ４には、図示しない電源によって２次転写バイアスが印加される。上記光書込ユニット２の下方には、複数枚の転写紙Ｐを重ねて収容する給紙カセット６が配設されており、一番上の転写紙Ｐに給紙ローラ６ａを押し当てている。給紙ローラ６ａが所定のタイミングで回転駆動すると、一番上の転写紙Ｐが紙搬送路に給紙される。給紙カセット６から紙搬送路に給紙された転写紙Ｐは、レジストローラ対５のローラ間に挟まれる。一方、上記中間転写ベルト８上に形成された４色重ね合わせトナー像は、ベルトの無端移動に伴って２次転写ニップに進入する。レジストローラ対５は、ローラ間に挟み込んだ転写紙Ｐを２次転写ニップにて４色重ね合わせトナー像に密着させ得るタイミングで送り出す。これにより、２次転写ニップでは、４色重ね合わせトナー像が転写紙Ｐに密着する。そして、２次転写バイアスやニップ圧の影響を受けて転写紙Ｐ上に２次転写され、白色の転写紙Ｐ上でフルカラー画像となる。このようにしてフルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、定着ユニット７に送られる。
【００１９】
定着ユニット７は、定着ベルト７ａを３本のローラによって張架しながら無端移動せしめるベルトユニット７ｂと、内部に熱源を有する加熱ローラ７ｃとを備えている。そして、このベルトユニット７ｂと加熱ローラ７ｃとの間に転写紙Ｐを挟み込みながら、その表面にフルカラー画像を定着させる。定着ユニット７を通過した転写紙Ｐは、排紙ローラ対を経て機外へと排出される。
【００２０】
次に、本発明の特徴部分であるトナー補給装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態におけるトナー補給装置３０を示す概略構成図である。以下の説明では、各現像器２０ごとに設けられる４つトナー補給装置のうち、イエロー用のトナー補給装置についてのみ説明し、他のトナー補給装置については同じ構成であるため説明を省略する。また、以下の説明では、各符号の数字の後に付していたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの添え字については省略する。
【００２１】
トナー補給装置３０は、トナー収容器３１と、収容器保持部材３２と、支持台３３とを有している。
支持台３３は、図示しない現像装置側板に、略水平に固定支持されており、収容器保持部材３２は、この支持台３３に対して着脱可能に構成されている。また、トナー収容器３１は、収容器保持部材３２及び支持台３３に対して着脱可能に構成されている。
【００２２】
本実施形態で使用するトナー収容器３１は、８０〜２００［μｍ］程度の厚みを持ったポリエチレンやナイロン等の樹脂又は紙を袋状に形成したフレキシブルなトナー収容器である。このトナー収容器３１は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂又は紙を単層構造又は複層構造にして形成される。本実施形態では、少なくともトナー収容器の内壁部分はポリエチレンで形成されている。このトナー収容器３１は、フレキシブルな袋部分と、袋部分よりも堅い樹脂等のハード部材で構成される口金部３３ｂと、袋部分よりも堅い樹脂等のハード部材で構成される剛性体３１ｃとから構成されている。剛性体３１ｃは、トナー収容器３１がトナー補給装置３０にセットされたときに鉛直方向下方に向く袋部分の面にわたって粘着または接着されている。また、口金部３３ｂは、剛性体３１ｃと一体的に形成され、その口金部３３ｂの中空部分が袋部分の内部に連通しているので、トナー収容器３１の排出口３３ａを構成している。なお、フレキシブルな材料からなる袋部分とハード部材からなる剛性体３１ｃ及び口金部３３ｂとを同一材料で形成すれば、使用後のトナー収容器３１をリサイクルする際に分別作業が不要となるという効果が得られる。
【００２３】
図４は、空になって使用済みとなったトナー収容器３１の回収状態を説明するための説明図である。
空になって使用済みとなったトナー収容器３１は、ユーザーからメーカー等に引き取り、再生・再利用するために回収する作業が必要となる場合がある。本実施形態では、トナー収容器３１がフレキシブルなものであるため、減容（折り畳み）させることが可能である。よって、回収作業時の運搬においては取扱性が良く、また保管においては収納スペースが低減できるという利点がある。その結果、回収作業にかかる物流コストの低減を図ることが可能である。特に、本実施形態では、剛性体３１ｃの長手方向中央に折り目が形成されているため、図示のように、その折り目に沿ってトナー収容器３１を２つ折りにして畳むことができ、高い取扱性が得られ、かつ、大幅なスペース低減を実現することができる。
【００２４】
なお、トナー収容器３１にエアフィルターを設けて、トナーの消費に応じて袋部分が減容するように構成してもよい。
また、本実施形態では、フレキシブルな部分を有するトナー収容器３１を用いているが、トナー収容器３１全体が剛性のある部材で構成されたトナー収容器を用いることもできる。例えば、図５（ａ）に示すように、厚さ０．５〜２［ｍ］程度の樹脂等で形成された剛性の高い箱状部材１３１ａで構成されたトナー収容器１３１を用いることができる。このトナー収容器１３１は、使用済みとなっても減容しないのでスペースをとってしまうが、トナー収容器をトナー補給装置３０に装着する際の操作性が良いという利点がある。
また、図５（ｂ）に示すように、剛性の高い箱状部材２３１ｂの内部に、本実施形態で使用するようなフレキシブルな袋状部材２３１ａを配置したトナー収容器２３１を用いることもできる。このトナー収容器２３１は、使用済みとなったときに内部の袋状部材２３１ａのみを交換することができる。このときに回収されるのはフレキシブルな袋状部材２３１ａだけであるので、本実施形態と同様に、回収作業時における取扱性、スペース低減の効果が得られるとともに、図５（ａ）に示したトナー収容器１３１と同様に高い操作性が得られる。
【００２５】
トナーが充填されているトナー収容器３１をトナー補給装置３０にセットする場合、まず、予めトナー補給装置３０から取り出しておいた収容器保持部材３２とトナー収容器３１とを一体化する。具体的には、トナー収容器３１の口金部３１ｂを、収容器保持部材３２に形成された開口３２ａに貫通させて両者を一体化する。そして、収容器保持部材３２と一体化したトナー収容器３１の口金部３１ｂを、支持台３３に形成された開口３３ａに貫通させるようにして、収容器保持部材３２と一体化したトナー収容器３１を、コロ３４ａ，３４ｂを介して支持台３３上にセットする。このようにトナー収容器３１をトナー補給装置３０にセットすることにより、トナー収容器３１は、図示のように、その排出口３１ｅが鉛直方向下方を向くように配置される。また、収容器保持部材３２の開口３２ａは、開口３２ａ内でのトナー収容器３１の排出口３１ｅの移動を規制するような形状に形成され、一方、支持台３３の開口３３ａは、その開口３３ａ内での排出口３１ｅの図中矢印ＢＣ方向の移動を許容するような形状に形成されている。これにより、トナー収容器３１は、収容器保持部材３２と一体的に、支持台３３上を図中矢印ＢＣ方向に移動することができる構成となっている。
【００２６】
次に、本実施形態で使用するトナーについて説明する。
図６は、トナーの最大せん断応力や単軸崩壊応力の測定に用いられるせん断試験機を示す模式図である。このせん断試験機は、粉体の流動性の指標となる最大せん断応力や単軸崩壊応力を測定するための装置として従来から知られているものである。図６において、せん断試験機１００は、上面に鋸刃状の一様な凹凸を有する固定板１０１、下面に鋸刃状の一様な凹凸を有する可動板１０２、分銅１０３、４つの車輪によって移動可能なロードセル１０４などを有している。また、ロードセル１０４を駆動するための駆動モータ１０５、これの駆動軸に固定されたリール１０６、これに巻き付けられた導線１０７、ロードセル１０４と可動板１０２とを接続する接続線１０８なども有している。鋸刃状の面を上にして固定された固定板１０１の上には被検体であるトナー１０９が載置され、トナー１０９の上には可動板１０２がその鋸刃状の面を下にして載せられる。トナー１０９が、固定板１０１の鋸刃状の上面と、可動板１０２の鋸刃状の下面との間に挟まれるのである。可動板１０１の上には、更に分銅１０３が載せられる。分銅１０３と可動板１０１との重みにより、トナー１０９には所定の垂直応力が付与される。可動板１０２には接続線１０８の一端が接続され、もう一端はロードセル１０４の後部に接続されている。このロードセル１０４は、４つの車輪によって移動可能に構成されており、その前部にはリール１０６に巻き付けられた導線１０７の端部が接続されている。駆動モータ１０５が回転駆動すると、これに伴って導線１０７がリール１０６に巻き取られるとともに、ロードセル１０４が引っ張られて前方に移動する。更に、ロードセル１０４の移動に伴って可動板１０２も前方に移動することで、トナー１０９にせん断応力が付与される。
【００２７】
せん断試験器１００を用いて、トナーについて単軸崩壊応力を単軸崩壊応力測定法によって測定した。この単軸崩壊応力測定法の詳細は次に説明するとおりである。すなわち、固定板１０１上に５０［ｍｍ］×７０［ｍｍ］×６［ｍｍ］程度のトナー層を載置し、これに対して可動板１０２と分銅１０３との重みによって約７０［ｇ／ｃｍ2］の予圧を５分程度付与する。そして、分銅１０３をより軽いものに代えてトナー層に２０［ｇ／ｃｍ2］以下の垂直応力σを付与する。次に、垂直応力σを付与しながら、ロードセル１０４を水平方向に少ずつ移動させてトナー層にせん断応力を付与していく。すると、ロードセル１０４の変位量δと、トナー層に付与されるせん断応力τとには、図７に示す特性が現れる。具体的には、トナーに付与されるせん断応力τは、ロードセル１０４の変位量δが大きくなるにつれて増加し、変位量δ１にてトナー層が崩壊して最大せん断応力τｍａｘ１（垂直応力σ１付与時の値）となる。そして、トナー層崩壊後のせん断応力τは一定の値τｓを示すのである。単軸崩壊応力測定法では、２以上の異なる垂直応力σについてそれぞれ最大せん断応力τｍａｘを測定し、測定結果に基づいて垂直応力σと最大せん断応力τｍａｘとの関係式である近似直線式を求める。そして、この近似直線のσ−τ軸座標における原点（０点）と、この近似直線とに接する円の直径を単軸崩壊応力ｆｃとして求める。
【００２８】
図８は、垂直応力σと最大せん断応力τｍａｘとの関係を示すグラフである。この図では、互いに異なる３つの垂直応力σ１、σ２、σ３について、それぞれ最大せん断応力τｍａｘ１、τｍａｘ２、τｍａｘ３を求めて近似直線Ｌ１を得た例を示している。厳密には、より多くの垂直応力σで多数点測定すると、垂直応力σと最大せん断応力τｍａｘとの関係は破壊包絡曲線Ｌ２となるが、単軸崩壊応力測定法では破壊包絡曲線Ｌ２の代わりに近似直線Ｌ１を用いる。そして、近似直線Ｌ１のσ−τ軸座標における原点Ｐ１、及び、近似直線Ｌ１との接点Ｐ２の２点に接する接円Ｃの直径（σ軸切片）を単軸崩壊応力ｆｃとして求める。図８より、接円Ｃと近似直線Ｌ１との接点Ｐ２付近における垂直応力σでは、近似直線Ｌ１、破壊包絡曲線Ｌ２ともにほぼ同じ値の単軸崩壊応力ｆｃが得られることがわかる。
【００２９】
このようにして得られる単軸崩壊応力ｆｃは、トナーの流動性を示す特性値として従来から用いられてきたが、本発明者による研究の結果、本トナー補給装置のトナー排出量に大きく影響することが判明した。
図９は、単軸崩壊応力ｆｃが互いに異なる３種類のトナーＴＡ，ＴＢ，ＴＣについて、本トナー補給装置の作動時間と累積トナー排出量との関係を示すグラフである。なお、各トナーの単軸崩壊応力ｆｃは、トナーＴＡが６［ｇ／ｃｍ2］、トナーＴＢが１５［ｇ／ｃｍ2］、トナーＴＣが２４［ｇ／ｃｍ2］である。本発明者による研究の結果、単軸崩壊応力ｆｃが小さいほどトナー排出量が多くなる傾向にあることが判明している。そして、グラフに示すとおり、単軸崩壊応力ｆｃが１５［ｇ／ｃｍ2］以下であればトナー排出量が良好であるが、単軸崩壊応力ｆｃがこれより大きいと、満足なトナー排出量が得られなくなることが判明した。よって、本実施形態では、単軸崩壊応力ｆｃが１５［ｇ／ｃｍ2］のトナーを用いることとした。
【００３０】
次に、上記トナー補給装置３０において、トナー収容器３１内のトナーＴを排出口３１ｅに向かって移動させるように、トナー収容器３１を移動させる収容器移動手段としての往復運動手段について説明する。
図１に示すように、トナー補給装置３０には、上記支持台３３に固定され、上記収容器保持部材３２とトナー収容器３１とを図中矢印Ｃ方向に付勢する付勢手段としてのバネ３５が設けられている。また、このバネ３５が当接する収容器保持部材３２の端部とは反対側の端部に周面が当接するように回動可能に配設されたカム３６も設けられている。また、このバネ３５が固定された支持台３３の端部とは反対側の端部に固定された弾性ゴムからなるダンパ３７も設けられている。本実施形態では、これらのバネ３５、カム３６及びダンパ３７によって、上記往復運動手段が構成されている。
【００３１】
カム３６は、図１０に示すように、支持台３３に固定されたモータ４０及び減速機１７の軸に取り付けられており、モータ４０及び減速機４１によって適宜設定された回転数で回転駆動される。また、カム３６は、図示のように、偏心カム面３６ａと段差部３６ｂとからなる。そして、偏心カム面３６ａが収容器保持部材３２と当接しながらカム３６が図１中矢印Ａ方向に回転すると、バネ３５の付勢力に抗して収容器保持部材３２の端部が押圧される。これにより、収容器保持部材３２とトナー収容器３１とが図中矢印Ｂ方向に移動する。また、カム３６の回転によって収容器保持部材３２との当接部分に段差部３６ｂがくると、収容器保持部材３２に対するカム３６による押圧が解除される。この解除によって、バネ３５の付勢力によって収容器保持部材３２とトナー収容器３１は図中矢印Ｃ方向に移動するが、収容器保持部材３２は急停止手段として機能するダンパ３７及び支持台３３によって、その移動が停止する。
【００３２】
図１１は、一往復運動中に、トナー収容器３１に加わる加速度の時間変化を示すグラフである。なお、このグラフにおいて、加速度の向きが図１中Ｂ方向に向かう場合を正の値とし、加速度の向きが図１中Ｃ方向に向かう場合を負の値としている。
図１において、カム３６をモータ４０の駆動により図中矢印Ａ方向に回転すると、図１１に示したグラフ中の時間Ｔ0において、カム３６の偏心カム面３６ａが収容器保持部材３２端部に当接し、バネ３５の付勢力に抗して収容器保持部材３２端部を押圧し始める。この押圧により、収容器保持部材３２とトナー収容器３１とが小さいな加速度をもって図中矢印Ｂ方向に移動する（往時）。カム３６が更に回転すると、図１１に示したグラフ中の時間Ｔ1において、収容器保持部材３２端部が段差部３６ｂに至る。このとき、収容器保持部材３２に対する偏心カム面１６ａによる押圧移動が解除され、バネ３５の付勢力によって、収容器保持部材３２とトナー収容器３１とが、図中矢印Ｃ方向に加速しながら移動する（復時）。
【００３３】
そして、図中矢印Ｃ方向に加速しながら移動する収容器保持部材３２及びトナー収容器３１は、図１１に示したグラフ中の時間Ｔ2において、支持台３３に固設されたダンパ３７に衝突する。この衝突時には、グラフに示すとおり、衝突直前まで図中矢印Ｃ方向に移動していた収容器保持部材３２及びトナー収容器３１に対して、図中矢印Ｂ方向に向かう大きな加速度が発生する。この加速度の発生により、衝突直前まではトナー収容器３１と一緒に図中矢印Ｃ方向に向かって移動していたトナー収容器内部のトナーＴは、上記図中矢印Ｃ方向への慣性力を受けることになる。その結果、トナーＴは、トナー収容器内部を図中矢印Ｃ方向すなわち排出口３１ｅに向かう方向に移動する。その後、収容器保持部材３２及びトナー収容器３１は、残留振動した後、図１１に示したグラフ中の時間Ｔ3において停止する。
【００３４】
このような往復運動を繰り返すことにより、略水平に配置されたトナー収容器３１内のトナーＴを、排出口３１ｅに向かって徐々に移動させることができる。この移動により、排出口３１ｅに達したトナーＴは、トナー自身の重力によって落下し、トナー補給先である現像装置２の内部に補給される。
上記構成においては、上記往復運動の方向が、排出口３１ｅが形成されたトナー収容器３１の一側壁（以下、底面という）における長手方向両端部を結ぶ線に沿った方向であるので、上記復時のトナー収容器３１の移動方向と、トナー収容器３１内のトナーＴが排出口に移動する方向とが一致する。よって、停止時にトナー収容器３１で生じる図中矢印Ｃ方向の大きな加速度によってトナーＴの受ける慣性力が、他の方向に分散されることない。したがって、その慣性力を、トナーＴを排出させる力として効率良く利用でき、最小限のエネルギーで粉体を排出させることが可能となるので、装置の消費電力を抑制することができる。
【００３５】
次に、上記ダンパ３７について説明する。
図１２は、本トナー補給装置において、バネ定数が互いに異なる３種類のダンパ３７を用いときにトナー収容器に発生する加速度のピーク値と平均トナー排出量の関係を示すグラフである。なお、各ダンパのバネ定数は、ダンパＤＡが０．２［ｋｇｆ／ｍｍ］であり、ダンパＤＢが２［ｋｇｆ／ｍｍ］であり、ダンパＤＣが３［ｋｇｆ／ｍｍ］である。ダンパＤＡは、低硬度の近ゲル材エラストマーであり、その硬度はＪＩＳ−Ａでほぼ０に近い値である。また、ダンパＤＢは、ＪＩＳ−Ａでの硬度が２０であるゴム材であり、ダンパＤＣは、ＪＩＳ−Ａでの硬度が３０であるゴム材である。
図示のグラフに示すとおり、トナー収容器に発生する加速度のピーク値が同じであっても、ダンパ３７のバネ定数が小さいほど平均トナー排出量が多くなることがわかる。そして、ダンパ３７のバネ定数が０．２［ｋｇｆ／ｍｍ］以上２［ｋｇｆ／ｍｍ］以下であれば、良好なトナー排出量を得ることができる。これは、ダンパ３７が柔らかくなると、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する期間が長くなった結果、後述する実験例で説明するとおり、粉体収容器内の粉体を十分な排出量で安定して確保できたものと考えられる。
【００３６】
〔変形例〕
次に、上記実施形態のトナー補給装置における変形例について説明する。
図１３は、本変形例におけるトナー補給装置１３０を示す概略構成図である。このトナー補給装置１３０の基本的な構成及び動作は、上記実施形態のものと同様であるが、カム及びダンパの部分の構成が本実施形態とは異なっている。すなわち、上記実施形態のトナー補給装置３０ではダンパ３７を支持台３３に固定しているが、本変形例のトナー補給装置１３０ではダンパ１３７が移動してくるトナー収容器３１及び収容器保持部材３２の移動の向きとは逆向きに移動しながらこれに当接するように構成している。
【００３７】
カム１３６は、図１３に示すように、２つの偏心カム面と２つの段差部とからなり、一方の偏心カム面が収容器保持部材３２と当接している間、他方の偏心カム面が、ダンパ１３７を支持するダンパ支持部材１３７ａに固定されたアーム１３７ｃと当接する。この当接により、収容器保持部材３２及びトナー収容器３１とダンパ１３７とが互いに離れることとなる。そして、カム１３６の回転によって収容器保持部材３２及びアーム１３７ｃとの当接部分にそれぞれ段差部がくると、収容器保持部材３２及びトナー収容器３１とダンパ１３７とがバネ３５及びバネ１３７ｂの付勢力によって互いに近づく方向にそれぞれ移動することとなる。そして、収容器保持部材３２はダンパ１３７と当接することで、その移動が停止する。
【００３８】
このような構成の場合においても、本発明者らの研究により、ダンバ１３７のバネ定数を変化させることで平均トナー排出量が変化することが確認されている。そして、上記実施形態で説明した場合と同様に、バネ定数が互いに異なるダンパ１３７を用いときにトナー収容器に発生する加速度のピーク値と平均トナー排出量の関係を確認したところ、０．０５［ｋｇｆ／ｍｍ］以上１［ｋｇｆ／ｍｍ］以下であれば、良好なトナー排出量が得られることを確認した。なお、各ダンパの材質は、上記実施形態で説明したものと同様のものを用いた。
【００３９】
なお、本実施形態では、トナー収容器全体がフレキシブルなものである場合、そのトナー収容器を例えば口金部だけで収容器保持部材３２に固定していると、ダンパ３７への衝突時に発生する大きな加速度によってトナー収容器が変形するおそれがある。この変形は、トナー収容器を図１中Ｃ方向に移動させるものであるので、衝突時に発生する大きな加速度によってトナーＴが移動する移動距離を短くしてしまう。これに対し、本実施形態のトナー収容器３１は、上述したように、フレキシブルな袋部分３１ａに剛性体３１ｃを固定した構成を採用しているため、衝突時に発生する大きな加速度によって、トナーＴの移動距離を縮めるような変形が生じることはない。
【００４０】
〔実験例〕
次に、安定した量のトナーＴを排出口１１ｅより排出するための条件を得るために、本発明者らが行った実験について説明する。
トナー収容器３１内のトナーＴを排出口３１ｅに向けて移動させ、安定した量のトナーＴを排出口１１ｅより排出するためには、トナーＴの集合体全体が排出口１１ｅ側に向かって移動することが必要である。しかし、トナー収容器３１及び収容器保持部材３２がダンパー３８に衝突する際に生じる加速度が十分な大きさとならず、上記慣性力が小さすぎると、トナーＴは移動し易い部分と移動し難い部分に分離する。その結果、移動し易い部分のみが排出口３１ｅに向けて移動し、移動し易い部分はトナー収容器３１内の排出口３１ｅとは反対側に停留してしまう。このため、安定した量のトナーＴを排出口３１ｅより排出できず、さらには、トナー収容器３１内にトナーが残留してしまうこととなる。
一方で、排出口３１ｅの入口を圧縮凝集したトナーＴが塞いでしまうことも、安定した量のトナーＴを排出口１１ｅより排出することを妨げる原因となる。このようなトナーの圧縮凝集は、トナー収容器３１及び収容器保持部材３２がダンパー３８に衝突する際に生じる加速度が大きすぎると発生する。すなわち、この加速度が大きすぎると、トナー収容器３１内のトナーＴに働く慣性力が大きくなりすぎて、上記往復運動に伴ってトナー収容器３１内のトナーＴが大量に排出口３１ｅへ向かって移動してしまい、排出口３１ｅからの排出が追いつかなくなる。その結果、トナー収容器３１内の排出口３１ｅ側部分にトナーＴが集まってしまい、上記加速度によって徐々に圧縮凝集されてしまう。このような状態では、トナーＴが排出されにくくなり、排出口３１ｅの上部に位置する粉体の一部が崩れ落ちるのみで、その上部には部分的あるいは全体的なブリッジが形成され、後続の粉体の排出を阻止するいわゆるブロッキングという現象を起こてしまいう。このため、排出口からの粉体の排出量が低下してしまう。
【００４１】
以上より、安定した量のトナーＴを排出口１１ｅより排出するために、トナー収容器３１及び収容器保持部材３２がダンパー３８に衝突する際に生じる加速度の上限値及び下限値を適切に設定することが重要となる。そこで、本発明者らは、まず、この適切な上限値及び下限値を求める実験を行った。なお、ここでいう衝突する際に生じる加速度とは、衝突する際に生じる加速度のピーク値すなわち図１１に示したグラフ中符号Ｄで示す値を意味する。
【００４２】
図１４（ａ）乃至（ｃ）は、トナー収容器３１及び収容器保持部材３２がダンパー３８に衝突する際に生じる加速度Ｄと、トナーの排出特性との関係について実験を行った結果を示すグラフである。なお、同一のバネ３５及びカム３６を用いてトナー収容器３１に加速度を生じさせる場合、トナー収容器３１の重量によって衝突時に発生する加速度Ｄの大きさは異なってくる。すなわち、トナー収容器３１からトナーＴが排出されるにつれて、トナー収容器３１全体の重量が軽くなる結果、衝突時に加速度Ｄは徐々に大きくなる。そこで、本実験では、トナー収容器の重量に関わらず、加速度Ｄが一定になるように、バネ３５及びカム３６を調整した。
【００４３】
図１４（ａ）は、衝突時に発生する加速度Ｄと、トナーの排出が終了したときにトナー収容器３１内に排出されないで残ってしまうトナー残量との関係を示すグラフである。このグラフより、衝突時に発生する加速度Ｄが４０［ｍ／ｓｅｃ2］よりも小さいと、トナー収容器３１内に多くのトナーが残留してしまうことがわかる。このとき、衝突時に発生する加速度Ｄが４０［ｍ／ｓｅｃ2］よりも小さいため、トナーＴに働く慣性力が小さく、トナー収容器３１内でトナーＴが排出口３１ｅに向かって一体状に移動できていなかった。
図１４（ｂ）は、衝突時に発生する加速度Ｄと、排出口３１ｅ付近でトナーＴに加わる圧力との関係を示す図である。このグラフより、衝突時に発生する加速度Ｄが２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下であれば、トナーＴに加わる圧力が十分に小さい。そして、このときにはトナーＴが圧縮凝集していない状態であった。これに対し、衝突時に発生する加速度Ｄが２００［ｍ／ｓｅｃ2］を越えると、トナー圧力が急激に高まり、トナーＴが圧縮凝集していない状態となった。
図１４（ｃ）は、衝突時に発生する加速度Ｄと、１回の衝突毎に排出されるトナーの量との関係を示す図である。このグラフより、衝突時に発生する加速度Ｄが２０［ｍ／ｓｅｃ2］付近から排出が可能となり、その加速度Ｄが増すにつれてトナー排出量が増加することがわかる。しかし、衝突時に発生する加速度Ｄが２００［ｍ／ｓｅｃ2］を越えるとトナー排出量が減少する結果となった。
以上の実験結果から、安定した量のトナーＴを排出口１１ｅより排出するためには、衝突時に発生する加速度Ｄが４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下の範囲内であることが適切であることが判明した。
【００４４】
ところが、本発明者らの研究の結果、トナー収容器３０に発生する加速度の最大値が４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上であっても、排出口３１ｅから排出されるトナー排出量が不十分となる場合があることが判明した。一方で、本発明者らの更なる研究の結果、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔが最もトナー排出量との相関関係があることが判明した。
【００４５】
図１５は、トナー収容器３０に発生する加速度のピーク値を４０［ｍ／ｓｅｃ2］に固定し、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔを変化させたときの平均トナー排出量を示すグラフである。なお、この時間ｔは、バネ３５及びダンパ３７のバネ定数を適宜調節して変化させた。図示のグラフに示すとおり、上記時間ｔが３［ｍｓｅｃ］よりも短い場合、トナーの排出が安定して行われなかった。そして、上記時間ｔが３［ｍｓｅｃ］以上になると、トナーの安定した排出が行われるようになり、この時間ｔが長くなるにつれてトナー排出量が増加することが確認された。なお、この時間ｔを長くするには、ダンパ３７のバネ定数を小さくする、つまりダンパ３７を柔らかくする必要があるが、現実的には柔らかくするのにも限度があるため、時間ｔの上限値は３０［ｍｓｅｃ］程度となる。
つまり、トナー収容器３０に発生する加速度の最大値を４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下とし、かつ、トナー収容器３０に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する期間を３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下とすれば、安定したトナーの排出を実現することができる。
【００４６】
以上、上記実験例で説明したように、トナー収容器３０に発生する加速度を適切に調節することで安定したトナー排出を実現できる。そして、その加速度の最大値を大きくすれば、トナー排出量を多くすることができる。しかし、トナー排出量を多くするために加速度の最大値を大きくすると、収容器保持部材３２及びトナー収容器３１がダンパ３７に衝突したときの振動が大きくなる。その結果、本レーザプリンタ本体に伝わる振動も大きくなり、本レーザプリンタによる画像形成に悪影響が出てしまう。したがって、加速度の最大値はなるべく小さく抑えることが望ましい。ここで、上記実験例でも説明したが、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔを大きくすることによっても、トナー排出量を多くすることができる。よって、トナー収容器３０に発生する加速度の最大値と、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔを、適切に設定することで、振動を抑制しつつ、所望のトナー排出量を得ることが可能となる。
【００４７】
そして、本発明者らの研究の結果、トナー収容器３０に上記加速度が発生している間に０．１［ｍ／ｓｅｃ］以上０．６［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度変化が生じれば、振動を抑制しつつ、所望のトナー排出量を得ることが可能であることが判明した。この速度変化の値は、図１１に示した加速度の時間変化を示すグラフにおける時間積分値に相当する。したがって、この時間積分値が０．１［ｍ／ｓｅｃ］以上０．６［ｍ／ｓｅｃ］以下の範囲内となるように、トナー収容器３０に発生する加速度の最大値と、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔを、適切に設定することで、振動を抑制しつつ、所望のトナー排出量を得ることが可能となる。なお、レーザプリンタ本体に伝わる振動の大きさは、ダンパに衝突する質量の大きさによっても変化する。本実施形態のレーザプリンタにおいては、バネ３５によって移動するトナー収容器３１及びその内部に収容されたトナーＴ並びに収容器保持部材３２の総重量が０．３［ｋｇｆ］以上２［ｋｇｆ］以下の範囲内であれば、画質に影響を及ぼすような大きな振動は十分に抑制することができた。
【００４８】
以上、本実施形態に係るレーザプリンタのトナー補給装置３０，１３０は、内部に粉体であるトナーＴを収容し、かつ、内部底面の一端寄りにトナーＴを鉛直方向下方側に向かって排出する排出口３１ｅを備えた粉体収容器としてのトナー収容器３１を有している。このトナー補給装置３０，１３０は、トナー収容器３１内のトナーＴを排出口３１ｅを通じて粉体補給先である現像器２０に補給するものである。このトナー補給装置３０，１３０は、トナー収容器３１を排出口３１ｅが設けられた上記一端側に向けて移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度をトナー収容器３１に対して発生させることで、そのトナー収容器３１の内部に収容されたトナーを排出口３１ｅに向かって移動させる収容器移動手段としてのバネ３５、カム３６，１３６及びダンパ３７，１３７を備えている。そして、本装置では、トナー収容器３１に発生する加速度の最大値Ｄが４０［ｍ／ｓｅｃ2］以上２００［ｍ／ｓｅｃ2］以下となり、かつ、そのトナー収容器３１に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する時間ｔが３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下となるように構成されている。これにより、上記実験例で説明したように、安定したトナー排出を実現することが可能となる。
また、本実施形態では、バネ３５によって付勢されるトナー収容器３１及びその内部に収容されたトナーＴ並びに収容器保持部材３２の総重量が０．３［ｋｇｆ］以上２［ｋｇｆ］以下の範囲内となっている。そして、トナー収容器３１に加速度が発生している期間中に、そのトナー収容器３１に０．１［ｍ／ｓｅｃ］以上０．６［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度変化が生じるように構成されている。これにより、上述したように、画質に影響を及ぼすような大きな振動が画像形成装置本体に伝わるのを十分に抑制することができる。
また、本実施形態では、収容器移動手段が、トナー収容器３１を排出口３１ｅが設けられた上記一端側に移動させた後、その移動の向きとは逆向きの加速度をトナー収容器３１に対して発生させる動作が繰り返されるように、トナー収容器３１を往復運動させる往復運動手段で構成されている。よって、トナー収容器３１内部のトナーＴを連続して排出口３１ｅ側に移動させることができ、粉体補給先への連続的な粉体補給が可能となる。
また、本実施形態では、排出口３１ｅが設けられた上記一端側に移動してきたトナー収容器３１と当接してこれを急停止させる急停止手段としてのダンパ３７及び支持台３３を有しており、そのダンパ３７として、バネ定数が０．２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上２［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるものを用いている。これにより、簡単な構成により、トナー収容器３１に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する時間ｔを３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下とすることが可能となる。
また、本実施形態の変形例で説明したように、排出口３１ｅが設けられた上記一端側に移動してきたトナー収容器３１の移動の向きとは逆向きに移動しながら、そのトナー収容器３１と当接してこれを急停止させる急停止手段としてのダンパ１３７及び支持台３３を有しており、そのダンパ１３７として、バネ定数が０．０５［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以上１［ｋｇ・ｆ／ｍｍ］以下であるものを用いている。これにより、簡単な構成により、トナー収容器３１に２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生する時間ｔを３［ｍｓｅｃ］以上３０［ｍｓｅｃ］以下とすることが可能となる。
また、本実施形態では、上記ダンパとして、ＪＩＳ−Ａでの硬度が０以上２０以下であるゴム材又はゲル材で形成されたものを用いているので、本プリンタ本体への振動伝達を十分に抑えることが可能となる。
また、本実施形態におけるトナー収容器３１は、少なくとも底面部分は上記加速度が発生しても変形しない剛性を有し、残りの部分は内圧減少により減容し得る柔軟性を有するように、フレキシブルな袋部分の底面部分に剛性体３１ｃが設けられたものを用いている。これにより、上述したように、収納スペースや取扱性に優れたフレキシブルな袋部分を備えたトナー収容器であっても、トナー排出効率を維持できる。さらに、フレキシブルな袋部分を備えることで、全体が剛性体で形成されたトナー収容器に比べて軽量化を図りやすく、本プリンタ本体への振動伝達の抑制効果も高まる。
また、本実施形態では、可視トナーとして、単軸崩壊応力測定法で測定した単軸崩壊応力が１５［ｇ／ｃｍ2］以下であるものを用いているので、上述したように、トナーの流動性が増し、トナー収容器内のトナーを排出口３１ｅから排出しやすくなり、所望の排出量を得やすくなることが可能となる。その結果、更に加速度の最大値を小さく抑えることが可能となり、本プリンタ本体への振動伝達の抑制効果も高まる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、画像形成装置の現像装置にトナーを補給するためのトナー補給装置を用いて本発明を説明したが、その他の粉体を粉体補給先に補給するための粉体補給装置においても適用可能であり、同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、上記収容器保持部材３２とトナー収容器３１とを図中矢印Ｃ方向に付勢する付勢手段としてバネ３５を用いたが、バネ３５に代えて、例えば発砲弾性体を用いてもよい。比較的安価で入手しやすい発砲弾性体を用いれば、装置の簡素化、低コスト化を図ることが可能となる。また、発砲弾性体が適度な粘性抵抗を有することから、その発砲弾性を介してトナー収容器３１が支持台３３と当接する際の騒音や、レーザプリンタ本体に与える振動を緩和することができる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１乃至９の発明によれば、粉体収容器内の排出口と反対側に残留することなく粉体が排出口に移動する確実性を高めることが可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るレーザプリンタのトナー補給装置を示す概略構成図。
【図２】同レーザプリンタの概略構成図。
【図３】同レーザプリンタのプロセスユニットのうち、イエロー用のプロセスユニットの概略構成を示す拡大図。
【図４】同トナー補給装置で使用済みとなったトナー収容器の回収状態を説明するための説明図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、同トナー補給装置に適用可能な他のトナー収容器の例を示す概略構成図。
【図６】トナーの最大せん断応力や単軸崩壊応力の測定に用いられるせん断試験機を示す模式図。
【図７】同せん断試験機のロードセルの変位量δと、粉体層に付与されるせん断応力τとの関係を示すグラフ。
【図８】同せん断試験機にセットされたトナーに対する垂直応力σと最大せん断応力τｍａｘとの関係を示すグラフ。
【図９】単軸崩壊応力ｆｃが互いに異なる３種類のトナーについて、同トナー補給装置の作動時間と累積トナー排出量との関係を示すグラフ。
【図１０】同トナー補給装置に設けられるカムを示す斜視図。
【図１１】同トナー収容器が一往復運動する間に、そのトナー収容器に加わる加速度の時間変化を示すグラフ。
【図１２】同トナー補給装置において、バネ定数が互いに異なる３種類のダンパを用いときにトナー収容器に発生する加速度のピーク値と平均トナー排出量の関係を示すグラフ。
【図１３】変形例におけるトナー補給装置を示す概略構成図。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は、トナー収容器及び収容器保持部材がダンパーに衝突する際に生じる加速度と、トナーの排出特性との関係について実験を行った結果を示すグラフ。
【図１５】トナー収容器に発生する加速度のピーク値を４０［ｍ／ｓｅｃ2］に固定し、２０［ｍ／ｓｅｃ2］以上の加速度が発生している時間ｔを変化させたときの平均トナー排出量を示すグラフ。
【図１６】従来のトナー収容器の例を示す図。
【図１７】従来のトナー収容器の他の例を示す図。
【符号の説明】
１  感光体
２  現像装置
３０，１３０  トナー補給装置
３１  トナー収容器
３１ａ  排出口
３２  収容器支持部材
３３  支持台
３５，１３５  バネ
３６，１３６  カム
３７，１３７  ダンパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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