(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成された潜像をトナーにより現像する現像装置と、
該現像装置へトナー収納容器に収納したトナーを補給する画像形成装置において、
該トナー収納容器はトナーを収納する変形可能な袋状容器と、該袋状容器をほぼ隙間無く収める外箱とを有し、
該袋状容器は下方に向けて容積を減じさせるように傾斜する壁面とを有し、
前記袋状容器内の下方からエアー供給手段によりエアーを供給して攪拌し、
かつ前記現像装置に連通する吸引手段によってトナーとエアーとを下方のトナー排出孔から吸引して前記現像装置へ移送し、
その際、前記エアー供給手段によるエアー供給により上昇する前記袋状容器内の圧力が３０００Ｐａ以下となるように制御する
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、前記エアー供給手段によるエアー供給により上昇する前記袋状容器内の圧力が１００Ｐａ以上とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、最大発生圧力が３０００Ｐａ以下の前記エアー供給手段が用い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ないし３の何れか１つに記載の画像形成装置において、前記トナー収納容器にエアーを外部に通気させるための通気フィルタが設けられて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潜像をトナーにより現像する現像装置と、該現像装置へトナー収納容器に収納したトナーを補給する、電子写真方式のプリンター、ファクシミリ、複写機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画像形成装置本体にセットし、その容器から現像部へトナーを補給するものが良く知られている。この種のトナー収納容器は、カートリッジ、ボトルといったハードボトルで作られているために、トナー収納容器の交換に伴う使用済み容器のリサイクルに大きな課題を生じていた。すなわち、使用済みのトナー収納容器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、トナー収納容器は容量がかさみ、ユーザー先からメーカーへ回収・運搬物流コストが高額を要していた。
【０００３】
また、そのトナー収納容器として袋状の形状で容器が減容可能なものの提案がある。減容型のトナー収納容器は、ユーザー先からメーカーへの回収・運搬の物流コストの削減、さらには回収された容器にトナーを再充填し容器の再使用を図る場合に要するコストの低減などの点できわめて有利である。
【０００４】
ところで、本願出願人は、減容型のトナー収納容器から吸引型粉体ポンプによりトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置を提案している。この減容型のトナー収納容器を設置した装置は、トナー収納容器から吸引型粉体ポンプまでの経路を密閉系にするのが有効である。このような密閉系であれば、吸引型粉体ポンプが作動すると、容器内が減圧され、ポンプと容器内の圧力差によってポンプ側への吸引力が生じる。この吸引力により、容器内のトナーはポンプ側へと補給されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した吸引型粉体ポンプを用いた装置の場合、トナーが容器内のトナー排出口付近に集まって補給されるのは、トナーの重力によるところが大きいため、トナーの物性や容器形状などのわずかな要因で容器内にトナーの架橋を起こりやすく、安定したトナー補給ができなくなることがある。
【０００６】
その解決策の一つとして、安定した補給性能を確保するために、トナー収納容器内にトナー攪拌のためのエアーを供給する方法がある。供給されたエアーが容器内を噴出することで容器内のトナーは流動化し、トナーが安定してトナー排出口付近に運ばれるようになるので、安定したトナー補給と容器内のトナー残量の低減が可能になる。
【０００７】
ただし、上記の実現には、吸引型粉体ポンプの設定条件とエアーの供給条件、および双方のバランスを制御する必要がある。このバランスが悪いと、トナー排出口付近、特に上部のトナーが流動化されなくなり、また流動化されるトナーの量が少なくなるなどの現象が生じるため、トナーが安定して供給できなくなり、トナー収納容器にトナーが多量に残るという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、トナーを安定して供給することができ、しかもトナー収納容器に残留するトナーを大幅に減少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している。
【０００９】
【課題を解決するために手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体に形成された潜像をトナーにより現像する現像装置と、該現像装置へトナー収納容器に収納したトナーを補給する画像形成装置において、該トナー収納容器はトナーを収納する変形可能な袋状容器と、該袋状容器をほぼ隙間無く収める外箱とを有し、該袋状容器は下方に向けて容積を減じさせるように傾斜する壁面とを有し、前記袋状容器内の下方からエアー供給手段によりエアーを供給して攪拌し、かつ前記現像装置に連通する吸引手段によってトナーとエアーとを下方のトナー排出孔から吸引して前記現像装置へ移送し、その際、前記エアー供給手段によるエアー供給により上昇する前記袋状容器内の圧力が３０００Ｐａ以下となるように制御することを特徴としている。
【００１０】
なお、本発明は、前記エアー供給手段によるエアー供給により上昇する前記トナー収納容器内圧力が１００Ｐａ以上とすると、効果的である。
さらに、本発明は、最大発生圧力が３０００Ｐａ以下の前記エアー供給手段が用いられていると、効果的である。
【００１１】
さらにまた、本発明は、前記トナー収納容器にエアーを外部に通気させるための通気フィルタが設けられていると、効果的である。
【００１３】
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に用いられる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。
【００１４】
図１において、電子写真法による画像形成装置は、現像装置１０により像担持体１に形成された静電潜像がトナー像として現像される。この現像装置１０には、トナーを収納したトナー収納容器２０からトナー移送手段としての粉体ポンプ手段４０および移送チューブ１５を介してトナーが補給される。
【００１５】
現像装置１０には、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。なお、符号１８はトナー濃度センサである。
【００１６】
この現像装置１０には、図２に示すように、その上部に粉体ポンプ手段４０が設けられ、該手段は吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプ４１を具備している。このスクリューポンプ４１の構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ４２と、ゴム等の弾性体で内側に２条スクリュー形状に作られ固定されて設置されるステータ４３と、これらを包みかつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料等から作られたホルダ４４とを有している。そして、本実施形態では第１攪拌スクリュー１２と一体連結され、図示していない駆動装置に駆動連結された歯車１６と、上記ロータ４２とピン継ぎ手により連結された駆動軸４３ａに一体連結された歯車４５とが噛み合っているとともに、歯車４５には歯車１６による回転駆動を断続する断続手段としての電磁クラッチ４６を介在させている。この電磁クラッチ４６によりスクリューポンプ４１のオン・オフが切り換えられ、現像装置１０内の現像剤濃度を一定に保つように制御する方式の現像装置に適用させることができる。
【００１７】
このスクリューポンプ４１は、ロータ４２の回転により強い自吸力が生じ、トナー収納容器２０からトナーを吸い込むことができる。吸い込まれたトナーは、スクリューポンプ４１と第１攪拌スクリュー１２との間に形成された供給孔１７により現像装置１０内に移送され、そして２成分現像方式を用いている場合にはこの移送工程中に補給されたトナーが現像装置１０内の現像剤と攪拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量になる。なお、現像装置には脱気孔１４ａとその脱気孔１４ａを覆うフィルター１４が設けられ、エアーのみを現像装置１０から脱気し、現像時に発生する装置の昇圧を抑え、トナー補給の安定化と現像装置からのトナー飛散を防止するように構成している。
【００１８】
図３は、トナー補給機構の主要部を示す断面説明図であって、符号５０は画像形成装置本体に設けられたトナー収納容器２０がセットされるセット部である。このセット部５０には、ほぼ真上方向に延在するトナー収納容器２０内に入り込む挿入部材としてのノズル５１が一体または脱着可能であるが位置固定に設けられている。ノズル５１は、円筒状に形成されているとともに、上部に設けられた尖端部５２に続いてエアー供給路３２とトナー排出路３３とが設けられている。ノズル３０の内部は、２重管構造になっており、トナー排出路３３はノズル３０の下端において図３の左方へ曲げられてその先端にトナー移送チューブ１５が接続されている。また、エアー供給路３２は、トナー排出路３３よりも上方で図３の右方へ曲げられている。
【００１９】
エアー供給路３２の先端には、エアー供給手段としてのエアーポンプ３０にエアー移送パイプ３１を介して接続されている。このエアーポンプ３０が作動すると、該ポンプからエアー移送パイプ３１、エアー供給路３２を介してトナー収納容器２０内にエアーが噴出される。そして、トナー収納容器２０内に噴出されたエアーは、トナー層を通過することによりトナーを拡散しながら流動化させる。
【００２０】
トナー収納容器２０は、保護ケースとしての外箱２１と、その外箱２１内に着脱可能に収容されたフレキシブルで変形可能な袋状体としてのトナー袋２２とを有するバックインボックスタイプに構成されている。この外箱２１は、剛性を有する紙、段ボール、樹脂等の材料から作られ、トナー袋２２が殆ど隙間なく収まる程度の内部空間を有している。
【００２１】
また、トナー袋２２は下部中央にポリエステルフィルム等の固定部材２３に固定されている。本例のトナー袋２２は、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム等のフレキシブルなシート材を単層または複層構成にして袋状容器形状のものである。
【００２２】
上記固定部材２３には、発泡スポンジ等の弾性体で作られたシール部材２６が設けられ、、シール部材２６の中央には十字の貫通したスリット（図示せず）が形成され、このスリットにノズル５１が差し込まれると押し広げられてその挿入を許容する。また、トナー収納容器２０のセット部５０から離脱によりノズル５１が抜けると、押し広げられたスリットは元の状態に復元し、トナー袋２２を密閉する自閉弁の役割をはたしている。
【００２３】
図４は、上記のトナー移送機構でトナーを補給した場合の、トナー袋２２内の容器内圧とトナー残量の関係を示すグラフである。ここで、横軸はトナー袋２２内の容器内圧であり、縦軸は容器内のトナー残量である。なお、使用したトナーは平均粒径が６〜１０μmであり、スクリューポンプ４１のロータ４２の回転数は２００rpmである。
【００２４】
図４から明らかなように、エアーポンプ３０によるエアー供給によりトナー袋２２の内圧が上昇するが、トナー袋２２の内圧が３０００Ｐａより高い圧力の領域では、それ以下と比べて、容器内のトナー残量がかなり多くなっていることが確認された。したがって、トナー袋２２内のトナー残量の低減、およびトナー補給性の安定性確保のためには、トナー袋２２内の容器内圧を３０００Ｐａ以下になるようにエアーポンプ３０の作動を制御する必要がある。すなわち、容器の内圧には安定な補給を行うことのできる上限値があり、それ以上容器内圧力が上昇すると、容器内のトナー残量が多くなる傾向がある。これは容器内圧力の上昇により、トナー収納容器内に流入するエアー流量が低下し、エアーによる容器内のトナー攪拌が不充分になるため、トナーが架橋しやすくなってノズル５１まで運ばれにくくなり、トナーが補給されなくなることによるものである。
【００２５】
このように、エアーポンプ３０のエアー供給を制御してトナー袋２２内の内圧を３０００Ｐａ以下にすれば、安定してトナーを補給することができ、その結果として確実に容器内のトナー残量を低減することができる。
【００２６】
但し、トナー袋２２内の内圧を３０００Ｐａ以下であっても極端に小さすぎると問題がある。図５は、トナー袋２２内の容器内圧力が１００Ｐａ付近（図４の低圧力領域を拡大したもの）の容器内圧とトナー残量の関係を示す。ここでも横軸はトナー収納容器内の容器内圧であり、縦軸はトナー残量である。
【００２７】
図５から明らかなように、１００Ｐａ以上の圧力領域では、それ以下に比べて、トナー収納容器内のトナー残量が急激に低減している。よって、トナー補給の安定性を確保するには、トナー袋２２の容器内圧を１００Ｐａ以上にする必要があると判断できる。
【００２８】
フレキシブルなトナー袋２２は、スクリューポンプ４１が作動した際に、容器内に充満したエアーを吸引してその体積を減じる。すなわち、トナー袋２２が減容するが、逆にエアーが供給された際にはその体積を増し、トナー収納容器を膨らませる効果がある。このときに生じるトナー袋２２の運動により、特に容器の内壁に溜まっていたトナーは、振動が与えられることでトナー排出孔部分へと落ちやすくなり、トナーの架橋を作りにくくなるため、安定したトナー補給が可能になる。
【００２９】
トナー袋２２の容器内圧を１００Ｐａ以上にする必要があるというのは、エアー供給によって上記の運動を行う最低限の容器内圧力が１００Ｐａであるということを意味している。これは、容器の開放度が極めて大きい状態の１００Ｐａ以下では、供給されたエアーが容器内に蓄積することなく外部にすぐ抜けてしまうので、上記の運動を行わないのに対して、容器内にわずかでもエアーが充満した状態の１００Ｐａ以上では、エアーが供給される度に容器内にエアーが蓄積されるため、上記の膨らむ運動を行うことによるものである。
【００３０】
よって、トナー袋２２の容器内圧を１００Ｐａ以上にエアーポンプ３０のエアー供給を制御すれば、安定してトナーを補給することができ、その結果として確実に容器内のトナー残量を低減することができる。
【００３１】
本発明では、現像装置へのトナー補給に吸引型の粉体ポンプ手段４０を用いている。このトナー補給機構は、粉体ポンプ手段４０が密閉経路でつながれた吸引の系なので、エアーをトナー袋２２内に供給することで、容器内の圧力は上昇する。上記したように、安定したトナー補給のためには容器内の圧力が３０００Ｐａ以下とする上限があるので、粉体ポンプ手段４０を利用することで、トナーの吸引とともに、トナー袋２２内に充満したエアーを吸引し、容器内の圧力上昇を抑制することができる。それにより、トナー袋２２内には確実なエアー供給をすることができ、トナー補給が安定して行われるようになるため、トナー残量の低減を実現することができる。
【００３２】
また、トナー袋２２には図６に示すように、通気フィルタ２５を設けることが望ましい。この通気フィルタ２５は直径１０mm程度で通気抵抗が１．５〜５．５ml/secである。なお、通気フィルタ２５はトナーの粒径よりも小さい網目で構成されているので、エアーを通すがトナーを通すことはない。
【００３３】
容器内に供給されたエアーは、この通気フィルタ２５を通じて、上記した通気速度で外部に通気されるので、通気フィルタ２５はトナー袋２２の容器内圧力を減圧する効果を持つ。よって、トナー袋２２の一部に通気フィルタ２５を設けて、そのフィルタの面積、材質によってその通気性を調節し、エアーの供給条件に応じた通気性を持つフィルタを選択することで、トナー袋２２の内圧を１００Ｐａ〜３０００Ｐａの範囲内に制御することができる。
【００３４】
その結果、３０００Ｐａより大きい過剰な容器内圧力の上昇を防止してトナーを流動化させたり、さらには１００Ｐａ以上にして容器を振動させてトナーを落とす効果をもたらすことができる。
【００３５】
このように、トナー袋２２に通気フィルタ２２を設ければ、安定したトナー補給性能、および容器内のトナー残量の低減を可能にすることができる。
また、本発明では、トナー袋２２とスクリューポンプ４１の間が密閉系のトナー通路としている。このため、１軸偏芯スクリューポンプ４１の吸い込み部とノズル５１のトナー排出路３３を間を繋ぐ、チューブ１５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）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）を用いることが有効である。
【００３６】
このように、密閉系のトナー補給機構の系全体の圧力を外部に漏らさないようにすれば、現像装置１０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容器２０の交換時の操作性が最もやり易い場所にセット部５０を設けることが可能となり、容器設置場所の自由度も拡大することができる。
【００３７】
なお、本発明ではトナー収納容器内の容器内圧を３０００Ｐａ以下にしているが、その際、あらかじめ容器内に供給するエアーの最大圧力が３０００Ｐａであれば、トナー収納容器内の内圧が３０００Ｐａ以上にはならないので、トナーの攪拌、流動化が確実に行われるため、トナー収納容器内のトナー補給の安全性確保、残留トナーの低減を可能にすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、トナー収納容器内の圧力を３０００Ｐａ以下とすることで、安定したトナー補給と容器内のトナー残量が低減することができる。
【００３９】
請求項２の構成によれば、トナー収納容器内の圧力を１００Ｐａ以上とすることで、フレキシブルな容器においては、エアー供給によって容器が膨らむ運動をするので、この運動により容器壁面に付着したトナーをかき落とす効果が得られ、トナー補給量の安定化、トナー残量の低減が図れる。
【００４０】
請求項３の構成によれば、前記エアー供給手段の最大発生圧力を３０００Ｐａ以下とすることが確実に防止することができる。
【００４１】
請求項４の構成によれば、適正な通気量のフィルタを選択することで、容器内の圧力を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すトナー補給部の概略図である。
【図２】図１に示す現像装置の端部の部分平面図である。
【図３】トナー補給機構の構成を示す断面説明図である。
【図４】トナー収納容器内の容器内圧とトナー残量の関係を示すグラフである。
【図５】図４の低圧力領域を拡大したグラフである。
【図６】本発明に係るトナー収納容器の斜視図である。
【符号の説明】
１０  現像装置
１５  トナー移送チューブ
２０  トナー収納容器
２２  トナー袋
２５  通気フィルタ
３０  エアーポンプ
４０  粉体ポンプ手段
４１  スクリューポンプ
【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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