(57)【要約】【課題】本発明の目的は、トナー回収容器を大型化することなくそのトナー貯蔵量を増やし、またトナー回収容器に回収されたトナーの廃棄処理の際に該トナーが飛散しないようにすることである。【解決手段】トナーを略円筒状の風路１ａ内のエアーにて渦巻状に旋回させることでトナーを凝集させるトナー凝集手段１と、前記トナー凝集手段１にて凝集されたトナーを回収するトナー回収容器６と、を有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを風路内のエアーにて渦巻状に旋回させることでトナーを凝集させるトナー凝集手段と、前記トナー凝集手段にて凝集されたトナーを回収するトナー回収容器と、を有することを特徴とするトナー回収装置。
【請求項２】
前記トナー凝集手段は、前記風路の一方側に、トナーを搬入するトナー搬入口と、略円筒形状の風路内へ接線方向にエアーを送り込むエアー供給口を有し、前記風路の他方側に、前記エアーから分離された凝集トナーを排出するトナー排出口と、前記凝集トナーが分離されたエアーを排出するエアー排出口を有することを特徴とする請求項１に記載のトナー回収装置。
【請求項３】
前記トナー凝集手段は風路内のトナーを加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー回収装置。
【請求項４】
前記トナー凝集手段に送り込むエアーは加熱手段により加熱されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー回収装置。
【請求項５】
前記トナー凝集手段に搬入されるトナーの平均粒径は３μｍ〜１０．５μｍであり、前記トナー凝集手段から排出される凝集トナーの平均粒径は５０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトナー回収装置。
【請求項６】
像担持体上に形成したトナー像を記録材に定着する定着手段を有する画像形成装置において、前記像担持体上から除去されたトナーを略円筒形状の風路内のエアーにて渦巻状に旋回させることでトナーを凝集させるトナー凝集手段と、前記凝集したトナーを回収するトナー回収容器と、を有し、前記風路内のトナーは前記定着手段からの熱により加熱されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上から除去したトナーを回収するトナー回収装置及び像担持体上に形成したトナー像を記録材に定着する画像形成装置に関し、特に像担持体から除去したトナーを回収するトナー回収容器を有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラム上に形成したトナー像を記録材に転写し、更に前記転写トナー像を記録材に定着することで、記録材に画像を形成している。このような画像形成装置において、転写後に感光体ドラム上に残ったトナーはクリーニング装置によって取り除かれる。このクリーニング装置によって感光体ドラム上から取り除いたトナー（以下、廃トナーという）は、廃トナー容器へと搬送され該廃トナー容器に溜められる。この廃トナーを、空気流を利用して廃トナー容器へ搬送する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭６１−５９４７０号公報（以下、特許文献１という）に記載の技術では、クリーナにより感光体ドラムの表面より除去された廃トナーを空気と共にサイクロン内に吸引して、サイクロン内で空気と廃トナーとを分離し、分離した廃トナーをサイクロン下部の回収ボトルに回収するようにしている。この回収ボトルは、粉状の廃トナーが飛散しないように、サイクロン下部に気密に接続した密閉箱内に出し入れ自在に収容されている。そして、この回収ボトルに一定量の廃トナーが収容されると、その旨を表示するようになっている。
【０００４】
更に、特開２００４−２７１６８８号公報（以下、特許文献２という）に記載の技術では、トナー容器から補給されたトナーと、クリーニング装置によって回収された廃トナーとを、気体と共にトナー中間室を通過させて紙粉などの不純物を除去してからトナーを再使用するようにしている。このトナー中間室では、垂直に配置された円錐型の部位で気体の旋回流を発生させ、該旋回流を利用して前記気体と共に送られてきたトナー中より紙粉などの不純物を分離している。なお、分離した紙粉などの不純物は、トナー中間室下部に対して取り外しが可能な紙粉ドレインに貯蔵している。
【０００５】
上述の如くして廃トナー容器（回収ボトル，紙粉ドレイン）に分離回収された廃トナーや紙粉は、廃トナー容器内に溜められ、定期的に又は所定量溜まると廃棄処理される。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−５９４７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、粉状の廃トナー等を空気流から分離しそのまま廃トナー容器に回収し溜めている。このため、廃トナー容器に回収された粉状の廃トナー等は、廃トナー容器内での密度が低く、貯蔵量を多くするには廃トナー容器を大型にする必要があり、画像形成装置の小型化において大きな障害となる。
【０００８】
また、廃トナー容器に回収された廃トナー等は、前述したように粉状であり飛散し易い。このため、前記廃トナー等が回収された廃トナー容器を画像形成装置から取り外して廃棄する際に、廃トナー等が飛散して装置やその周囲が汚れる等の不具合が発生するおそれがある。また、廃トナー容器を再利用する構成の場合は、前記廃トナー容器内から廃トナー等を取り出して空の廃トナー容器を画像形成装置に取り付ける際に、同様に廃トナー等が飛散して装置周囲が汚れる等の不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、トナー回収容器を大型化することなくそのトナー貯蔵量を増やし、またトナー回収容器に回収されたトナーの廃棄処理の際に該トナーが飛散しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、トナーを風路内のエアーにて渦巻状に旋回させることでトナーを凝集させるトナー凝集手段と、前記トナー凝集手段にて凝集されたトナーを回収するトナー回収容器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明によれば、トナーを渦巻き状に旋回させることで凝集し、その凝集したトナーをトナー回収容器内に回収するため、トナー回収容器を大型化することなくそのトナー貯蔵量を増やすことができる。あるいは、トナー回収容器のトナー貯蔵量を減らすことなくトナー回収容器の小型化が可能である。また、トナー回収容器に回収されたトナーは、前述の如く凝集されているため、廃棄処理の際にトナーが飛散することがない。更に、回収した凝集トナーを廃棄処理してトナー回収容器を再使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
〔第１実施形態〕
図１、図２、図３を用いて、本発明の第１実施形態に係るトナー回収装置及びトナー回収装置を具備した画像形成装置について説明する。図１は第１実施形態に係る画像形成装置の模式断面図である。図２は画像形成装置におけるトナー回収装置（トナー凝集手段と廃トナー回収容器）の断面図である。図３はサイクロンの原理図である。
【００１４】
まず、図１を用いて、画像形成装置の概略構成について説明する。なお、本実施形態では、電子写真方式の画像形成装置として、レーザービームプリンタを例示している。図１に示すレーザービームプリンタにおいて、１０１は像担持体としての感光体ドラム、１０２は露光装置、１０３は現像装置、１０４は転写部材、１０５はクリーニング装置、１０６は帯電部材、１０７は定着装置、Ｃは給送カセット、１０８は給送装置、Ｐは記録材の搬送路、Ｌは露光装置１０２からのレーザー光である。
【００１５】
感光体ドラム１０１は帯電部材１０６により所望の電位に帯電される。この感光体ドラム１０１の表面に対して、露光装置１０２は画像情報に応じたレーザー光Ｌを照射する。この画像情報に応じたレーザー光Ｌの照射により感光体ドラム１０１上に静電潜像を形成する。この静電潜像に応じて現像装置１０３からトナーが供給され、感光体ドラム１０１上にはトナー像が形成される。この感光体ドラム１０１上のトナー像は、給送装置１０８よって給送カセットＣから給送された記録材に対して、転写部材１０４にて転写される。この記録材上の未定着トナー像は定着装置１０７により加熱、加圧されることで記録材に永久定着され、画像形成装置から排出される。
【００１６】
一方、転写後に感光体ドラム１０１上に残ったトナーは、クリーニング装置１０５により取り除かれる。クリーニング装置１０５により感光体ドラム１０１から除去されたトナーは、トナー回収装置に送り込まれる。このトナー回収装置は、トナー凝集手段１とトナー回収容器６とを有している。すなわち、前記除去されたトナーは、略円筒形状の風路１ａを有するトナー凝集手段１に送り込まれる。トナー凝集手段１では、送り込まれたトナーを略円筒形状の風路内を渦巻き状に旋回するエアーで搬送することによって凝集する。更に凝集したトナーを遠心力によって前記エアーから分離する。そして、トナー凝集手段１により凝集され分離されたトナーはトナー回収容器６に回収される。
【００１７】
次に前記トナー凝集手段１について図２を用いて詳しく説明する。トナー凝集手段１は、図２に示すように、略円筒形状の風路１ａを有している。本実施形態では、直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの略円筒形状の風路１ａを有している。
【００１８】
またトナー凝集手段１は、前記風路１ａの一方側にエアー供給口２とトナー搬入口３を有している。本実施形態では、直径２０ｍｍのエアー供給口２と直径２０ｍｍのトナー搬入口３を有している。エアー供給口２には、ファン１１が設けられている。このファン１１の回転によりエアー供給口２は前記略円筒形状の風路１ａ内へ接線方向にエアーを供給する。このエアー供給口２から接線方向に供給されたエアーは、前記略円筒形状の風路１ａ内を渦巻き状に旋回しつつ風路１ａの他方側へ向かう（図２（ｂ）に示すエアーＡ参照）。トナー搬入口３内には、クリーニング装置１０５によって感光体ドラム１０１から除去されたトナーを搬送するトナー搬送スクリュー１０が設けられている。このトナー搬送スクリューによって搬送されてきたトナーはトナー搬入口３からトナー凝集手段１内へ搬入される。
【００１９】
更にトナー凝集手段１は、前記風路１ａの他方側にエアー排出口４とトナー排出口５を有している。本実施形態では、直径２０ｍｍのエアー排出口４と直径２０ｍｍのトナー排出口５を有している。トナー排出口５は、渦巻き状に旋回するエアーから遠心力によって分離されたトナー（凝集トナー）を接線方向に案内し、トナー凝集手段１外へ排出する。トナー排出口５には、トナー回収容器６が着脱自在に取り付けられている。トナー排出口５から排出された凝集トナーは、トナー回収容器６に回収される。エアー排出口４は、前記凝集トナーが分離されたエアーを軸方向に排出させる。
【００２０】
上述の如く構成されたトナー凝集手段１では、以下のようにしてトナーを凝集している。クリーニング装置１０５により感光体ドラム１０１から除去されたトナーは、トナー搬送スクリュー１０により搬送され、トナー搬入口３よりトナー凝集手段１内に送り込まれる。送り込まれたトナーは、ファン１１によりエアー供給口２より供給されたエアーとともにトナー凝集手段１内を渦巻き状に旋回しながら風路１ａ一方側から他方側に向けて搬送される。このトナー凝集手段１内を渦巻き状に旋回するエアーＡによって搬送することにより、前記トナーは凝集される。この凝集塊となったトナーは、トナー排出口５において遠心力によってエアーから分離され、トナー回収容器６へ向けて排出される。前記凝集トナーと分離されたエアーはエアー排出口４から外部へ排出される。
【００２１】
ここで、サイクロンの原理について図３を用いて説明する。図３はサイクロンの原理図である。このサイクロンの原理を利用して、トナー凝集手段１において、トナーの搬送、凝集、分離を行っている。なお、ここで言うサイクロンとは、円筒の内側へ接線方向に流体を送りこみ、うずまき状に旋回させ、流体中に浮遊する比重の異なる物質を遠心力で分離することを表す。
【００２２】
サイクロンの原理によると、図３に示すように、トナー粒子に作用する遠心力Ｚは、以下に示す式（１）、式（２）で導くことができる。なお、式（１），（２）において、Ｚは遠心力、ｍは粒子の質量、Ｕθは周分速度、ｒは粒子の円軌道上の半径である。
【００２３】
ｉ）粒子に作用する遠心力
Ｚ＝ｍＵθ２／ｒ    ・・・（１）
ｉｉ）粒子の遠心効果（沈降速度）
ｖ：Ｚ／ｍｇ        ・・・（２）
【００２４】
直径８０ｍｍの円筒であるトナー凝集手段１の中で働く遠心力Ｚは、通常の状態でトナーが重力で分離される力と比べて約３０００倍の力で分離される計算になる。
【００２５】
このサイクロンの原理を利用したトナー凝集手段１において、前述したようにトナーが搬送、凝集、分離される。すなわち、画像形成装置装本体が作動すると、ファン１１が動作して吸入力を発生させるので、エアーがエアー供給口２を介して前記トナー凝集手段１に吸入される。それと同時にクリーニング装置１０５によって感光体ドラムから除去されたトナーがトナー搬送スクリュー１０により搬送され、トナー搬入口３よりトナー凝集手段１内に搬入される。このため、搬入されたトナーはエアーと混合され、混合エアーとなる。この際、混合エアーは接線方向に回転力が加えられ、トナー凝集手段１内で回転を行う。したがって、比較的軽いエアーは遠心力を少なく受け、トナー凝集手段１の中心部分に集まりつつサイクロンを起こす。このときエアーの風速は毎秒３５〜４０ｍになる。そして、ある瞬間にエアー排出口４方向の流動（排出気流）が形成され、エアー排出口４を介して排出される。一方、エアーより重いトナーは遠心力を多く受けて、トナー凝集手段１の内壁面に沿って流動する。このとき、前記トナーは、トナー凝集手段１内の略円筒形状の風路１ａにおいて渦巻き状に旋回するエアーで搬送され、このエアー搬送によって凝集される。そして、凝集されたトナーは遠心力を更に多く受けて、トナー排出口５においてエアーから分離され、トナー回収容器６に回収される。なお、前記トナー凝集手段１に搬入されるトナーの平均粒径が３μｍ〜１０．５μｍであるのに対して、前記トナー凝集手段１から排出される凝集トナーの平均粒径は５０μｍ〜１００μｍとなる。そして、トナー回収容器６に所定以上のトナーを回収すると、前記トナー回収容器６をトナー排出口５から分離して廃トナーを捨てた後、再びトナー排出口５に結合させて再使用する。
【００２６】
上述したように、本実施形態によれば、クリーニング装置１０５により感光体ドラム１０１から除去したトナーをトナー凝集手段１にて渦巻き状に旋回するエアーで搬送して凝集し、その凝集したトナーをトナー回収容器６内に回収する。このため、トナー回収容器６を大型化することなくそのトナー貯蔵量を増やすことができる。あるいは、トナー回収容器６のトナー貯蔵量を減らすことなくトナー回収容器６の小型化が可能である。また、トナー回収容器６に回収されたトナーは、前述の如く凝集されているため、廃棄処理の際にトナーが飛散することがない。よって、トナーが飛散して装置やその周囲が汚れる等の不具合を生じることがない。更に、トナー回収容器６に回収されたトナーは凝集されており飛散することがないため、回収した凝集トナーを廃棄処理してトナー回収容器６を再び使用することができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図４を用いて、本発明の第２実施形態に係るトナー回収装置を具備した画像形成装置について説明する。図４は第２実施形態に係る画像形成装置の模式断面図である。なお、画像形成装置全体の概略構成は、前述した第１実施形態と同様であるため、同等の機能を有する部材に同一符号を付し、詳しい説明は省略する。また、トナー回収装置の構成についても、前述した第１実施形態において図２及び図３を用いて説明したものと同等であるため、同等の機能を有する部材に同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００２８】
本実施形態では、トナー回収装置がトナー凝集手段１の風路内のトナーを加熱する加熱手段を有する構成となっている。更に具体的には、トナー凝集手段１が定着装置（加熱手段）１０７により加熱される構成となっている。以下、その構成について詳しく説明する。
【００２９】
図４に示すように、画像形成装置本体は伝熱手段７を備えている。伝熱手段７は伝熱性のよい金属等で作られている。この伝熱手段７は定着装置１０７とトナー凝集手段１の外壁を接続している。したがって、トナー凝集手段１はこの伝熱手段７を通して定着装置１０７により加熱される。
【００３０】
画像形成装置装本体が作動すると、前述した第１実施形態と同様に、エアーとトナーの混合エアーがトナー凝集手段１内で回転を行う。このとき、伝熱手段７によって定着装置１０７の熱がトナー凝集手段１の外壁に伝熱される。このため、遠心力を受けてトナー凝集手段１の内壁面に沿って流動するトナーが半溶融状態となり、さらに凝集効率のよい凝集塊となる。本発明者の検討によると、最も凝集効率のよい温度は４０℃〜５０℃である。また、トナー凝集手段１の内壁面への凝集トナーの融着を防止するために、トナー凝集手段１の内壁面にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングする等の融着防止手段を設けた構成としても良い。
【００３１】
上述したように、本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、更に特別な加熱手段を用いることなくトナーを半溶融・凝集させることができる。これにより、トナー回収容器内のトナーの体積を通常のトナーの体積と比較して約２／３に減少させることができる。このため、トナー回収容器の貯蔵量を大幅に増加させることができ、更なるトナー回収容器の小型化が可能である。また、トナー回収容器に回収されるトナーは半溶融状態で集積されるため、トナー回収容器内にこびり付き難く、トナー回収容器が再使用可能である。
【００３２】
〔第３実施形態〕
図５を用いて、本発明の第３実施形態に係るトナー回収装置を具備した画像形成装置について説明する。図５は第３実施形態に係る画像形成装置の模式断面図である。なお、画像形成装置全体の概略構成は、前述した第１実施形態と同様であるため、同等の機能を有する部材に同一符号を付し、詳しい説明は省略する。また、トナー回収装置の構成についても、前述した第１実施形態において図２及び図３を用いて説明したものと同等であるため、同等の機能を有する部材に同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００３３】
本実施形態では、トナー回収装置のトナー凝集手段に送り込むエアーが、加熱手段により加熱される構成となっている。更に具体的には、トナー凝集手段１のエアー供給口２から送り込むエアーが、前記定着装置（加熱手段）１０７により加熱されたエアーとなるように構成している。以下、その構成について詳しく説明する。
【００３４】
図５に示すように、画像形成装置本体はファン８を備えている。このファン８は定着装置１０７周辺の暖められたエアーをダクト９を通してトナー凝集手段１のエアー供給口２に送風している。
【００３５】
画像形成装置装本体が作動すると、前述した第１実施形態と同様に、エアーとトナーの混合エアーがトナー凝集手段１内で回転を行う。このとき、定着装置１０７周辺の暖められたエアーが、エアー供給口からトナー凝集手段１内に送り込まれ、トナー凝集手段１内においてトナーと混合される。このため、遠心力を受けてトナー凝集手段１の内壁面に沿って流動するトナーが半溶融状態となり、さらに凝集効率のよい凝集塊となる。本発明者の検討によると、最も凝集効率のよいエアー温度は４０℃〜５０℃である。また、トナー凝集手段１の内壁面への凝集トナーの融着を防止するために、トナー凝集手段１の内壁面にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂をコーティングする等の融着防止手段を設けた構成としても良い。
【００３６】
上述したように、本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、更に特別な加熱手段を用いることなくトナーを半溶融・凝集させることができる。これにより、トナー回収容器内のトナーの体積を通常のトナーの体積と比較して約２／３に減少させることができる。このため、トナー回収容器の貯蔵量を大幅に増加させることができ、更なるトナー回収容器の小型化が可能である。また、トナー回収容器に回収されるトナーは半溶融状態で集積されるため、トナー回収容器内にこびり付き難く、トナー回収容器が再使用可能である。
【００３７】
〔他の実施形態〕
前述した第２実施形態では、トナー凝集手段を加熱する加熱手段として、定着装置を用いたが、これに限定されるものではなく、トナー凝集手段を加熱する専用の加熱手段を別途設けても良い。
【００３８】
また前述した第３実施形態では、トナー凝集手段１のエアー供給口２にファン１１が設けられ、更に定着装置１０７近傍にファン８が設けられた構成を例示しているが、いずれか一方のファンのみとしてもよい。この構成であっても、同様に、定着装置１０７で暖められたエアーを、ダクト９を通してエアー供給口２からトナー凝集手段１内に送り込むことができる。よって、構成の簡易化および低コスト化を図りつつ、前述した第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
また前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。また、記録材担持体を使用し、該記録材担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ねて転写する画像形成装置や、中間転写体を使用し、該中間転写体に各色のトナー像を順次重ねて転写し、該中間転写体に担持されたトナー像を記録材に一括して転写する画像形成装置であっても良く、該画像形成装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また前述した実施形態では、像担持体として感光体ドラムを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、中間転写体などの他の像担持体であっても良い。これらの像担持体から除去したトナーをトナー回収容器に回収する経路中に前述したトナー凝集手段を設けることで同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の模式断面図
【図２】画像形成装置におけるトナー回収装置の断面図
【図３】サイクロン原理の説明図
【図４】本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の模式断面図
【図５】本発明の第３実施形態に係る画像形成装置の模式断面図
【符号の説明】
【００４２】
１    …トナー凝集手段
１ａ  …略円筒形状の風路
２    …エアー供給口
３    …トナー搬入口
４    …エアー排出口
５    …トナー排出口
６    …トナー回収容器
７    …伝熱手段
８    …ファン
９    …ダクト
１０  …トナー搬送スクリュー
１１  …ファン
１０１ …感光体ドラム（像担持体）
１０５ …クリーニング装置
１０７ …定着装置（加熱手段）
【図１】
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【図２】
2007041331.tif 000004
【図３】
2007041331.tif 000005
【図４】
2007041331.tif 000006
【図５】
2007041331.tif 000007