[画像形成装置]
以下、本実施形態について説明する。まず、画像形成装置について概要を説明し、続いて、この画像形成装置に搭載される現像剤補給装置並びに現像剤補給容器について説明する。
本実施形態の現像剤補給容器(所謂、トナーカートリッジ)が挿抜可能な現像剤補給装置を搭載した画像形成装置として、電子写真方式を採用した画像形成装置について図1を用いて説明する。
画像形成装置100は、まず原稿台ガラス102の上に置かれた原稿101を読み取って画像情報を取得する、あるいは装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から送信された画像情報を取得する。そして、取得した画像情報に応じた光像を光学部103の複数のミラーJとレンズLnにより、電子写真感光体(以下、感光体104)上に結像させることにより、感光体104に静電潜像が形成される。この静電潜像は、乾式の現像器(1成分現像器)201aにより現像剤としてのトナー(1成分磁性トナー)を用いて可視化される。
なお、本実施形態では現像剤補給容器1から補給すべき現像剤として1成分磁性トナーを用いた例について説明するが、このような例だけではなく、後述するような構成としても構わない。
具体的には、1成分非磁性トナーを用いて現像を行う1成分現像器を用いる場合、現像剤として1成分非磁性トナーを補給することになる。また、磁性キャリアと非磁性トナーを混合した2成分現像剤を用いて現像を行う2成分現像器を用いてもよく、その場合、現像剤として非磁性トナーを補給することになる。なお、この場合、現像剤として非磁性トナーとともに磁性キャリアも併せて補給する構成であってもよい。
記録材(以下、シートと呼ぶ)は、カセット105~108に積載された状態で収容されている。これらカセット105~108のうち、装置本体に設けられた操作部(不図示)から操作者が入力した情報もしくは原稿101のシートサイズを基に、最適なサイズのシートPが収容されているカセットが選択される。そして、選択されたカセット105~108のいずれかから、給送分離装置105A~108AによりシートPが1枚ずつ搬送される。なお、シートPとしては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。
給送分離装置105A~108Aにより搬送された1枚のシートPは、搬送部109を経由してレジストレーションローラ110まで搬送される。レジストレーションローラ110は、感光体104の回転と、光学部103のスキャンのタイミングを同期させてシートPを転写帯電器111へ搬送する。転写帯電器111は、感光体104上に形成された現像剤によるトナー像をシートPに転写する。そして、分離帯電器112は、トナー像の転写されたシートPを感光体104から分離する。その後、搬送部113により搬送されたシートPは、定着部114において加熱及び加圧される。これにより、シートP上のトナー像が定着される。
シートPの片面のみに画像形成する片面印刷の場合、トナー像が定着されたシートPは排出反転部115を通過して、排出ローラ116により排出トレイ117へ排出される。他方、シートPの両面に画像形成する両面印刷の場合、片面にトナー像が定着されたシートPは、排出反転部115を通って、排出ローラ116により一部が装置外へ一度排出される。その後、シートPの終端がフラッパ118を通過すると、排出ローラ116にまだ挟持されているタイミングで、フラッパ118が制御されると共に排出ローラ116が逆回転されることにより、シートPは装置本体内へ戻される。そして、再給送搬送部119,120を経由してレジストレーションローラ110まで搬送され、片面印刷の場合と同様にしてトナー像が定着されて排出トレイ117へ排出される。
上記構成の画像形成装置100において、感光体104の回りには現像手段としての現像器201a、クリーニング手段としてのクリーナ部202、帯電手段としての一次帯電器203等の画像形成プロセス機器が設置されている。なお、現像器201aは原稿101の画像情報に基づき光学部103により感光体104に形成された静電潜像に現像剤を付着させることにより現像するものである。また、一次帯電器203は、感光体104上に所望の静電像を形成するため感光体表面を一様に帯電するためのものである。また、クリーナ部202は感光体104に残留している現像剤を除去するためのものである。
[現像剤補給装置]
次に、現像剤補給容器1を着脱可能な現像剤補給装置201について、図1乃至図4を用いて説明する。ここで、図2(a)は現像剤補給装置201の部分断面図、図2(b)は現像剤補給容器1が挿抜可能な装着部10の外観斜視図、図2(c)は装着部10の断面図を示している。また、図3は、制御系並びに、現像剤補給容器1と現像剤補給装置201を部分的に拡大した断面図を示している。図4は、制御系による現像剤補給の流れを説明するフローチャートである。
現像剤補給装置201は、図1に示すように、現像剤補給容器1が挿抜可能な装着部10と、現像剤補給容器1から排出された現像剤を一時的に貯留するホッパ10aと、現像器201aと、を有している。現像剤補給容器1は、図2(c)に示すように、装着部10に対して図中矢印M方向に挿入される構成となっている。現像剤補給容器1の回転軸線方向(長手方向)は、ほぼこの挿入方向と一致する。なお、現像剤補給容器1の装着部10からの離脱方向(抜き出す方向)は、図中矢印M方向と反対方向である。
現像器201aは、図1及び図2(a)に示すように、現像ローラ201fと、撹拌部材201cと、送り部材201d、201eとを有している。そして、現像剤補給容器1から補給された現像剤は撹拌部材201cにより撹拌され、送り部材201d、201eにより現像ローラ201fに送られて、現像ローラ201fにより感光体104に供給される。
なお、現像ローラ201fには、ローラ上の現像剤コート量を規制する現像ブレード201g、現像器201aとの間の現像剤の漏れを防止するために現像ローラ201fに接触配置された漏れ防止シート201hが設けられている。
装着部10には、図2(b)に示すように、現像剤補給容器1が装着された際に現像剤補給容器1のフランジ部4(後述する図6(a)参照)に当接することでフランジ部4の回転方向への移動を規制する、回転方向規制部(保持機構)11が設けられている。
装着部10は現像剤補給容器1が装着された際に、図3に示すように、現像剤補給容器1の排出口4aと連通することにより、現像剤補給容器1から排出された現像剤を受入れる現像剤受入れ口13を有する。そして、現像剤補給容器1の排出口4aから現像剤が現像剤受入れ口13を通してホッパ10aに供給される。ホッパ10aは、現像器201aへ現像剤を搬送するための搬送スクリュー10bと、現像器201aと連通した開口10cと、ホッパ10a内に収容されている現像剤の量を検出する現像剤センサ10dを有している。現像剤補給容器1から排出された現像剤は、ホッパ10aによって現像器201aへと供給される。
なお、本実施形態において、現像剤受入れ口13の直径は、装着部10内での現像剤による汚れを可及的に防止する目的より、微細口(ピンホール)として約2mmに設定されている。なお、現像剤受入れ口13の直径は排出口4aから現像剤が排出できる直径であればよい。
また、装着部10は、図2(b)、(c)に示すように、駆動機構(駆動部)として機能する駆動ギア300を有している。この駆動ギア300は、駆動モータ500(図3参照)から駆動ギア列を介して回転駆動力が伝達され、装着部10にセットされた状態にある現像剤補給容器1に対し回転駆動力を付与する機能を有している。
図3に示すように、駆動モータ500は、制御装置600によりその動作を制御される。制御装置600は、現像剤センサ10dから入力された現像剤残量情報に基づき、駆動モータ500の動作を制御する。制御装置600は、駆動モータ500の制御の他、画像形成装置100全体の制御を行う。このような制御装置600は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有するものである。CPUは、ROMに格納された制御手順に対応するプログラムを読み出しながら各部の制御を行う。また、RAMには、作業用データや入力データが格納されており、CPUは、前述のプログラム等に基づいてRAMに収納されたデータを参照して制御を行う。
なお、本実施形態において、駆動ギア300は、駆動モータ500の制御を簡易化させるため、一方向にのみ回転するように設定されている。つまり、制御装置600は、駆動モータ500について、そのオン(作動)/オフ(非作動)のみを制御する構成となっている。したがって、駆動モータ500(駆動ギア300)を正方向と逆方向とに周期的に反転させることで得られる反転駆動力を現像剤補給容器1に付与する構成に比して、現像剤補給装置201の駆動機構の簡易化を図ることができる。
[現像剤補給容器の着脱方法]
次に、現像剤補給容器1の着脱方法について説明する。まず、操作者は装着部10に設けられた交換カバー(不図示)を開いて、現像剤補給容器1を装着部10へ挿入する。操作者によって装着部10の奥まで現像剤補給容器1が挿入されると、現像剤補給容器1の現像剤補給装置201への装着が完了する。その後、操作者は交換カバーを閉じる。ここで、現像剤補給容器1が装着された状態では、現像剤補給容器1のフランジ部4が装着部10に保持、固定されている。
現像剤補給容器1内の現像剤が空となったような場合、操作者は交換カバーを開き、装着部10から現像剤補給容器1を離脱させる(取り出す)。そして、現像剤が充填されている別の現像剤補給容器1を装着部10へと挿入、装着した後、交換カバーを閉じる。こうして、操作者は現像剤補給容器1の交換作業を行う。
[現像剤補給装置による現像剤補給制御]
次に、現像剤補給装置201による現像剤補給制御について、図4のフローチャートに基づき説明する。この現像剤補給制御は、制御装置(CPU)600により各種機器を制御することにより実行される。本実施形態では、現像剤センサ10dの出力に応じて制御装置600が駆動モータ500の作動/非作動の制御を行うことにより、ホッパ10a内に一定量以上の現像剤が収容されないように構成している。
具体的には、まず、現像剤センサ10dがホッパ10a内の現像剤収容量をチェックする(S100)。そして、現像剤センサ10dにより検出された現像剤収容量が所定量未満であると判定された場合、つまり、現像剤センサ10dにより現像剤が検出されなかった場合、駆動モータ500を駆動し、一定時間、現像剤の補給動作を実行する(S101)。
この現像剤補給動作の結果、現像剤センサ10dにより検出された現像剤収容量が所定量に達したと判定された場合、つまり現像剤センサ10dにより現像剤が検出された場合、駆動モータ500の駆動をオフし、現像剤の補給動作を停止する(S102)。この補給動作の停止により、一連の現像剤補給工程が終了する。
このような現像剤補給工程は、画像形成に伴い現像剤が消費されてホッパ10a内の現像剤収容量が所定値未満となると、繰り返し実行される構成となっている。
なお、現像剤補給装置201は、上述したような、現像剤補給容器1から排出された現像剤をホッパ10a内に一時的に貯留し、その後、現像器201aへ補給するものに限られない。例えば、図5に示すような現像剤補給装置であってもよい。図5は、現像剤補給装置の別の実施形態を示す拡大断面図である。
図5に示す現像剤補給装置は、図3に示した現像剤補給装置からホッパ10aを省き、現像剤補給容器1から現像器800へ直接的に現像剤を補給する。この場合の現像器800は、非磁性トナー及び磁性キャリアを含んだ2成分現像剤を用いて画像形成を行うタイプの現像器である。現像器800は、現像剤が補給される撹拌室と、現像スリーブ800aへ現像剤を供給する現像室とを有し、撹拌室と現像室には現像剤搬送方向が互いに逆向きとなる撹拌スクリュー800bが設置されている。そして、撹拌室と現像室は現像剤搬送方向の両端部において互いに連通していることから、現像剤はこれら2つの部屋を循環搬送される。撹拌室には現像剤中のトナー濃度を検出する磁気センサ800cが設置されており、この磁気センサ800cの検出結果に基づいて制御装置600が駆動モータ500の動作を制御できるようにしている。
[現像剤補給容器]
次に、本実施形態の現像剤補給容器1について、図6(a)乃至図17(d)を用いて説明する。まず、本実施形態の現像剤補給容器1の概要を説明する。ここで、図6(a)は現像剤補給容器1の外観斜視図、図6(b)は現像剤補給容器1の排出口4a周辺の部分拡大図、図6(c)は現像剤補給容器1を装着部10に装着した状態を示す正面図である。また、図7(a)は現像剤補給容器1の部分断面斜視図、図7(b)は現像剤補給容器1の部分断面側面図、図7(c)は現像剤貯留部近傍の部分拡大図である。
現像剤補給容器1は、図6(a)に示すように、中空円筒状に形成されて内部に現像剤を収容する内部空間を備えた現像剤収容部2を有している。現像剤収容部2は、長手方向(回転軸線方向)の一端部が開口しており、後述するように、回転することによって内部に収容されている現像剤が開口した一端部側に向けて搬送されるようになっている。また、現像剤補給容器1は、現像剤収容部2の一端部側が挿入され、現像剤補給装置201(図1参照)に非回転に装着される排出部としてのフランジ部4を有している。現像剤収容部2(詳しくは円筒部2k)は、このフランジ部4に対して相対回転可能に一端部が挿入されている。なお、円筒部2kの断面形状は、現像剤補給工程において現像剤収容部2の回転動作に影響を与えなければ、非円形状としてもよい。例えば、楕円形状や多角形状であってもよい。
[現像剤補給容器の材質]
本実施形態では、後述するように、ポンプ部3aにより現像剤補給容器1の容積を変化させることにより、排出口4aから現像剤を排出させる構成となっている。よって、現像剤補給容器1の材質としては、容積の変化に対して大きく潰れてしまったり、大きく膨らんでしまったりしない程度の剛性を有したものを採用するのが好ましい。
また、後述するように、本実施形態の現像剤補給容器1は、現像剤の排出時、現像剤補給装置201(図1参照)とは排出口4aを通じてのみ連通し、排出口4aを除き外部から密閉される構成としている。つまり、ポンプ部3aにより現像剤補給容器1の容積を減少、増加させて排出口4aから現像剤を排出する構成を採用していることから、安定した排出性能が保たれる程度の気密性が求められる。
そこで、本実施形態では、現像剤収容部2とフランジ部4の材質をポリスチレン樹脂とし、ポンプ部3aの材質をポリプロピレン樹脂としている。なお、使用する材質に関して、現像剤収容部2とフランジ部4は容積可変に耐えうる素材であれば、例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の他の樹脂を使用することが可能である。また、金属製であっても構わない。
また、ポンプ部3aの材質に関しては、伸縮機能を発揮し容積変化によって現像剤補給容器1の容積を変化させることができる材料であればよい。例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレン等を肉薄で形成したものでも構わない。また、ゴムや、その他の伸縮性材料などを使用することも可能である。
以下、現像剤補給容器1における、フランジ部4、円筒部2k、ポンプ部3a、駆動受け機構、駆動変換機構の構成について、順に説明する。
[フランジ部]
フランジ部4には、図7(a)及び図7(b)に示すように、円筒部2kから搬送されてきた現像剤を一時的に収容するための中空の現像剤排出室4cが設けられている。この現像剤排出室4cの底部には、現像剤排出室4cから現像剤の排出を許容する排出口4aが形成されている。排出口4aの上部には、排出前の現像剤を一定量貯留可能な現像剤貯留部4dが設けられている。
また、フランジ部4は凸状に形成された隔壁20を有し、この隔壁20によりポンプ部3aと現像剤排出室4cとが隔てられて、現像剤収容部2内の現像剤がポンプ部3aと現像剤排出室4cとを自由に行き来できないように構成されている。ただし、本実施形態の場合、隔壁20にはポンプ部3aと現像剤排出室4cとを連通し、現像剤排出室4cに対するポンプ部3aによる吸排気のための吸排気口20aが形成されている。このような隔壁20及び吸排気口20aについては後述する(図14(a)及び図14(b)参照)。
更に、フランジ部4には排出口4aを開閉するシャッタ4bが設けられている。シャッタ4bは、現像剤補給容器1が現像剤補給装置201に未装着状態で排出口4aを閉じ、現像剤補給容器1が現像剤補給装置201に装着状態で排出口4aを開くようになっている。即ち、シャッタ4bは、現像剤補給容器1の現像剤補給装置201への挿抜動作に伴い排出口4aを開閉し得る。これにより、未装着時の現像剤補給容器1からの現像剤漏れの防止と、装着時の現像剤補給容器1からの現像剤供給とを実現する。なお、現像剤補給容器1は現像剤補給装置201への装着時、フランジ部4側を先頭に装着部10に挿入される。
シャッタ4bには、現像剤補給容器1の装着動作に伴い排出口4aと連通し、現像剤補給装置201へ現像剤を補給するための小さなシャッタ排出口4eが形成されている。シャッタ4bは現像剤補給容器1の装着部10への装着動作に伴い、装着部10に設けられた突き当て部21(図2(b)参照)と突き当たるように構成されている。したがって、シャッタ4bは、現像剤補給容器1の装着部10への装着動作に伴い、円筒部2kの回転軸線方向(図2(c)の矢印M方向とは逆方向)へ現像剤補給容器1に対して相対的にスライドする。その結果、シャッタ4bのシャッタ排出口4eがフランジ部4の排出口4aと連通して開封動作が完了する。この時点で、シャッタ排出口4eは装着部10の現像剤受入れ口13と位置が合致しているので互いに連通した状態となり、現像剤補給容器1からの現像剤の補給が可能な状態となる。
フランジ部4は、現像剤補給容器1が装着部10に装着されると、実質不動となるように構成されている。具体的には、フランジ部4が自ら円筒部2kの回転方向へ回転することがないように、図2(b)に示す回転方向規制部11が設けられている。したがって、現像剤補給容器1が装着部10に装着された状態では、フランジ部4に設けられている現像剤排出室4cも、円筒部2kの回転方向へ回転することが実質阻止された状態となる(ガタ程度の移動は許容する)。一方、円筒部2kは現像剤補給装置201により回転方向への規制は受けずに、現像剤補給工程において回転し得る。
更に、図7(a)乃至図7(c)に示すように、円筒部2kから螺旋状の凸部(搬送突起)2cにより搬送されてきた現像剤を、現像剤排出室4cひいては現像剤貯留部4dへと搬送するための板状の搬送部材6が設けられている。この搬送部材6は、円筒部2kとともに一体的に回転する構成となっている。そして、この搬送部材6にはその両面に円筒部2kの回転軸線方向に対し、現像剤排出室4c側に傾斜した傾斜リブ6aが複数設けられている。
上記の構成により、搬送突起2cにより搬送されてきた現像剤は、円筒部2kの回転に連動してこの板状の搬送部材6により鉛直方向下方から上方へと掻き上げられる。その後、円筒部2kの回転が進むに連れて、重力によって搬送部材6の表面上を滑り落ち、やがて傾斜リブ6aによって現像剤排出室4c側へと受け渡される。本構成においては、この傾斜リブ6aは、円筒部2kが半周する毎に現像剤が現像剤排出室4cへと送り込まれるように、搬送部材6の両面に設けられている。
[シャッタ排出口について]
次に、シャッタ排出口4eについて説明する。本実施形態の場合、シャッタ排出口4eは現像剤補給容器1が現像剤補給装置201に現像剤を補給する姿勢のとき、現像剤が重力作用のみでは十分に排出されない程度の大きさに設定している。つまり、シャッタ排出口4eの開口サイズは、重力作用のみでは現像剤補給容器から現像剤の排出が不十分となる程度に小さい微細口(ピンホールと呼ばれる)に設定されている。言い換えれば、シャッタ排出口4eは現像剤で実質閉塞可能に、その開口の大きさが設定されている。こうすることにより、次に示す第1~第3の効果を期待できる。
第1に、シャッタ排出口4eから現像剤が漏れ難くなる。第2に、シャッタ排出口4eを開放した際の現像剤の過剰排出を抑制できる。第3に、現像剤の排出をポンプ部3aによる排気動作に支配的に依存させることができる。そこで、本発明者等は、重力作用のみで十分に排出されないように、シャッタ排出口4eの開口サイズをどのくらいの大きさに設定すべきか、検証実験を行った。以下、その検証実験(測定方法)とその判断基準を説明する。
底部中央に排出口(円形状)が形成された所定容積の直方体容器を用意し、容器内に現像剤を200g充填した後、充填口を密閉し排出口を塞いだ状態で容器をよく振って現像剤を十分に解す。この直方体容器は、容積が約1000cm3、大きさが縦90mm×横92mm×高さ120mmとなっている。
その後、可及的速やかに排出口を鉛直下方に向けた状態で排出口を開封し、排出口から排出された現像剤の量を測定する。このとき、この直方体容器は、排出口以外は完全に密閉されたままの状態とする。また、検証実験は温度24℃、相対湿度55%の環境下で行った。
上記手順で、現像剤の種類とシャッタ排出口4eの大きさを変えて排出量を測定する。なお、本実施形態では、排出された現像剤の量が2g以下である場合、その量は無視できるレベルであり、その時のシャッタ排出口4eが重力作用のみでは十分に排出されない大きさであると判断した。
検証実験に用いた現像剤を表1に示す。現像剤の種類は、1成分磁性トナー、2成分現像器に用いられる2成分非磁性トナー、2成分現像器に用いられる2成分非磁性トナーと磁性キャリアの混合物である。
これらの現像剤の特性を表す物性値として、流動性を示す安息角の他に、粉体流動性分析装置(Freeman Technology社製 パウダーレオメータFT4)により、現像剤層の解れ易さを示す流動性エネルギーについて測定した。
この流動性エネルギーの測定方法について、図8を用いて説明する。ここで、図8は流動性エネルギーを測定する装置の模式図である。この粉体流動性分析装置の原理は、粉体サンプル中でブレードを移動させ、そのブレードが粉体中を移動するのに必要な流動性エネルギーを測定するものである。ブレードはプロペラ型で、回転すると同時に回転軸方向にも移動するためブレードの先端はらせんを描くことになる。
プロペラ型のブレード54(以下、ブレードと呼ぶ)として、長さ48mmの、反時計回りになめらかにねじられたSUS製のブレード板(型番:C210)を使用した。詳細には、48mm×10mmのブレード板の中心にブレード板の回転面に対して法線方向に回転軸が存在し、ブレード板の両最外縁部(回転軸から24mm部分)のねじれ角が70°、回転軸から12mmの部分のねじれ角が35°となっている。
流動性エネルギーとは、粉体層中に上述の如くらせん状に回転するブレード54を侵入させ、ブレードが粉体層中を移動する際に得られる回転トルクと垂直荷重の総和を時間積分して得られたトータルエネルギーを指す。この値が、現像剤粉体層の解れ易さを表しており、流動性エネルギーが大きい場合は解れにくく、流動性エネルギーが小さい場合は解れ易いことを意味している。
今回の測定では、図8に示す通り、この装置の標準部品である直径が50mmの円筒容器53(容積200cc、図8のL1=50mm)に各現像剤Tを粉面高さ70mm(図8のL2)となるように充填した。充填量は、測定する嵩密度に合せて調整する。更に、標準部品である上記のブレード54を粉体層に侵入させ、侵入深さ10~30mm間に得られたエネルギーを表示する。
測定時の設定条件として、ブレード54の回転速度(tip speed。ブレード54の最外縁部の周速)は60mm/secとした。また、粉体層への鉛直方向のブレード進入速度は、移動中のブレード54の最外縁部が描く軌跡と粉体層表面とのなす角θ(helix angle。以後なす角と呼ぶ)が10°になるスピードとした。粉体層への垂直方向の進入速度は、11mm/secである(粉体層への鉛直方向のブレード進入速度=ブレードの回転速度×tan(なす角×π/180))。また、この測定についても温度24℃、相対湿度55%の環境下で行った。
なお、現像剤の流動性エネルギーを測定する際の現像剤の嵩密度は、現像剤の排出量と排出口の大きさとの関係を検証する実験の際の嵩密度に近く、嵩密度の変化が少なく安定して測定ができる嵩密度として0.5g/cm3に調整した。
このようにして測定された流動性エネルギーをもつ現像剤(表1)について、検証実験を行った結果を図9に示す。図9は、排出口の径と排出量との関係を、現像剤の種類毎に示したグラフである。
図9に示す検証結果より、現像剤A~E(表1参照)について、排出口の直径が4mm(開口面積が12.6mm2:円周率は3.14で計算、以下同じ)以下であれば、排出口からの排出量が2g以下になることが確認された。排出口の直径が4mmよりも大きくなると、いずれの現像剤とも、排出量が急激に多くなることが確認された。つまり、現像剤の流動性エネルギー(嵩密度が0.5g/cm3)が4.3×10-4(kg・m2/s2(J))以上4.14×10-3(kg・m2/s2(J))以下のとき、排出口の直径が4mm(開口面積が12.6(mm2))以下であればよい。
また、現像剤の嵩密度については、この検証実験では十分に現像剤を解して流動化した状態で測定を行っており、通常の使用環境で想定される状態(放置された状態)よりも嵩密度が低く、より排出し易い条件で測定を行っている。
次に、図9の結果から最も排出量が多くなる現像剤Aを用いて、排出口の直径を4mmに固定して、容器内の充填量を30~300gに振って、同様の検証実験を行った。その検証結果を図10に示す。図10の検証結果から、現像剤の充填量を変化させても、排出口からの排出量はほとんど変わらないことが確認できた。
以上の結果、排出口を4mm(開口面積12.6mm2)以下にすると、現像剤の種類や嵩密度状態に依らず、排出口を下にした状態(現像剤補給装置201への補給姿勢を想定)で、排出口から重力作用のみでは現像剤が十分に排出されないことが確認できた。
一方で、シャッタ排出口4eの大きさの下限値としては、現像剤補給容器1から補給すべき現像剤(1成分磁性トナー、1成分非磁性トナー、2成分非磁性トナー、2成分磁性キャリア)が少なくとも通過できる値に設定するのが好ましい。つまり、現像剤補給容器1に収容されている現像剤の粒径(トナーの場合は体積平均粒径、キャリアの場合は個数平均粒径)よりも大きい排出口にするのが好ましい。例えば、補給用の現像剤に2成分非磁性トナーと2成分磁性キャリアが含まれている場合、大きい方の粒径、つまり、2成分磁性キャリアの個数平均粒径よりも大きな排出口にするのが好ましい。具体的には、補給すべき現像剤に2成分非磁性トナー(体積平均粒径が5.5μm)と2成分磁性キャリア(個数平均粒径が40μm)が含まれている場合、シャッタ排出口4eの径を0.05mm(開口面積0.002mm2)以上に設定するのが好ましい。
ただし、シャッタ排出口4eの大きさを現像剤の粒径に近い大きさに設定してしまうと、現像剤補給容器1から所望の量を排出させるのに要するエネルギー、つまり、ポンプ部3aを動作させるのに要するエネルギーが大きくなってしまう。また、現像剤補給容器1の製造上においても制約が生じる場合がある。即ち、射出成形法を用いて樹脂部品であるシャッタ4bにシャッタ排出口4eを成形するには、シャッタ排出口4eの部分を形成する金型部品の耐久性が厳しくなる。以上から、シャッタ排出口4eの直径は0.5mm以上に設定するのが好ましい。
なお、本実施形態では、シャッタ排出口4eの形状を円形状としているが、このような形状に限定されるものではない。つまり、直径が4mmの場合に相当する開口面積である12.6mm2以下の開口面積を有する開口であれば、正方形、長方形、楕円や、直線と曲線を組合せた形状等であってもよい。
ただし、円形状の排出口は、開口の面積を同じとした場合、他の形状に比べて現像剤が付着して汚れてしまう可能性のある開口の縁の周長が最も小さい。そのため、シャッタ4bの開閉動作に連動して広がってしまう現像剤の量も少なく、汚れ難い。また、円形状の排出口は、排出時の抵抗も少なく最も排出性が高い。したがって、シャッタ排出口4eの形状としては、排出量と汚れ防止のバランスが最も優れた円形状が好ましい。
以上より、シャッタ排出口4eの大きさについては、シャッタ排出口4eを鉛直下方に向けた状態(現像剤補給装置201への補給姿勢を想定)で、現像剤が重力作用のみで十分に排出されない大きさが好ましい。具体的には、シャッタ排出口4eの直径は、0.05mm(開口面積0.002mm2)以上4mm(開口面積12.6mm2)以下の範囲に設定するのが好ましい。更に、シャッタ排出口4eの直径は、0.5mm(開口面積0.2mm2)以上4mm(開口面積12.6mm2)以下の範囲に設定するのがより好ましい。本実施形態では、以上の観点から、シャッタ排出口4eを円形状とし、その開口の直径を3mmに設定している。
なお、本実施形態では、シャッタ排出口4eの数を1個としているがそれに限るものではなく、それぞれの開口面積が上述した開口面積の範囲を満足するように、シャッタ排出口4eを複数設ける構成としても構わない。例えば、直径が4mmの1つの現像剤受入れ口13に対して、直径が0.7mmのシャッタ排出口4eを2つ設ける構成である。ただし、この場合、現像剤の排出量(単位時間当たり)が低下してしまう傾向となるため、直径が2mmのシャッタ排出口4eを1つ設ける方が好ましい。
[円筒部]
次に、現像剤収容室として機能する円筒部2kについて、図7(a)及び図7(b)を用いて説明する。円筒部2kの内面には、図7(a)及び図7(b)に示すように、収容された現像剤を自らの回転に伴い現像剤排出室4cに向けて搬送する手段として機能する、螺旋状に突出した搬送突起2cが設けられている。円筒部2kは、上述した材質の樹脂を用いてブロー成型法などにより形成される。
また、円筒部2kは、図7(b)に示すように、フランジ部4の内面に設けられたリング状のシール部材のフランジシール5bを圧縮した状態で、フランジ部4に対して相対回転可能に固定されている。これにより、円筒部2kは、フランジシール5bと摺動しながら回転するため、回転中において現像剤が漏れることなく、また、気密性が保たれる。つまり、排出口4aを介した空気の出入りが適切に行われるようになり、現像剤の補給中における、現像剤補給容器1の容積可変を所望の状態にすることができるようになっている。
[ポンプ部]
次に、往復動に伴いその容積が可変なポンプ部3aについて、図7(a)及び図7(b)を用いて説明する。ポンプ部3aは、ギア部2dが受けた駆動力により現像剤収容部2の内圧が大気圧よりも低い状態と高い状態とに交互に繰り返し切り替わるように動作する。
本実施形態では、前述したように小さな排出口4aから現像剤を安定的に排出させるために、現像剤補給容器1がポンプ部3aを有している。ポンプ部3aは、円筒部2kの回転方向へ自らが回転することがないように、フランジ部4に取り付けられている。ポンプ部3aは、現像剤収容部2の回転に伴い往復動作して、現像剤収容部2の内圧が大気圧よりも低い伸長状態と、現像剤収容部2の内圧が大気圧よりも高い圧縮状態とに交互に繰り返し切り替わるように、その容積が可変する樹脂製のポンプである。具体的には、伸縮部材によって「山折り」部と「谷折り」部とが周期的に交互に複数形成されている蛇腹状の容積可変型ポンプを採用している。
このポンプ部3aの伸縮動作により現像剤補給容器1内の圧力を変化させ、その圧力を利用して現像剤の排出を行っている。具体的には、ポンプ部3aを縮める際には現像剤補給容器1内が加圧状態となり、その圧力に押し出される形で現像剤が排出口4aから排出される。またポンプ部3aを伸ばす際には現像剤補給容器1内が減圧状態になり、外部から排出口4aを介してエアが取り込まれる。この取り込まれたエアにより排出口4a付近の現像剤が解れ、次の排出がスムーズに行われるようになっている。以上のような伸縮動作をポンプ部3aが繰り返し行うことで現像剤の排出が行われる。本実施形態のように、蛇腹状のポンプ部3aを採用した場合、伸縮量に対する容積変化量のばらつきを少なくすることができるので、安定した容積可変動作を行うことが可能となる。
[駆動受け機構]
次に、搬送突起2cを備えた円筒部2kを回転させるための回転駆動力を現像剤補給装置201から受ける、現像剤補給容器1の駆動受け機構(駆動入力部、駆動力受け部)について説明する。
現像剤補給容器1には、図6(a)に示すように、現像剤補給装置201の駆動ギア300(駆動機構として機能する)と係合(駆動連結)可能な駆動受け機構(駆動入力部、駆動力受け部)として機能するギア部2dが設けられている。このギア部2dは、円筒部2kと一体的に回転可能な構成となっている。したがって、駆動ギア300からギア部2dに入力された回転駆動力は、図11(a)及び図11(b)の往復動部材3bを介してポンプ部3aへ伝達される仕組みとなっている。具体的には、駆動変換機構で後述する。本実施形態の蛇腹状のポンプ部3aは、その伸縮動作を阻害しない範囲内で、回転方向へのねじれに強い特性を備えた樹脂材を用いて製造されている。
なお、本実施形態では、円筒部2kの長手方向側にギア部2dを設けているが、このような例に限られるものではなく、例えば、現像剤収容部2の長手方向他端側、つまり最後尾側に設けても構わない。この場合、対応する位置に駆動ギア300が設置されることになる。
また、本実施形態では、現像剤補給容器1の駆動入力部と現像剤補給装置201の駆動部間の駆動連結機構としてギア機構を用いているが、このような例に限られるものではなく、例えば、公知のカップリング機構を用いるようにしても構わない。具体的には、駆動入力部として非円形状の凹部を設け、一方、現像剤補給装置201の駆動部として前述の凹部と対応した形状の凸部を設け、これらが互いに駆動連結する構成としても構わない。
[駆動変換機構]
次に、現像剤補給容器1の駆動変換機構について、図11(a)乃至図11(c)を用いて説明する。なお、本実施形態では、駆動変換機構の例としてカム機構を用いた場合について説明する。図11(a)はポンプ部3aが最大限伸張された状態の部分図、図11(b)はポンプ部3aが最大限収縮された状態の部分図、図11(c)はポンプ部の部分図である。
図11(a)及び図11(b)に示すように、現像剤補給容器1には、ギア部2dが受けた円筒部2kを回転させるための回転駆動力を、ポンプ部3aを往復動させる方向の力へ変換する駆動変換機構として機能するカム機構が設けられている。つまり、本実施形態では、ギア部2dが受けた回転駆動力を、現像剤補給容器1側で往復動力へ変換することで、円筒部2kを回転させる駆動力とポンプ部3aを往復動させる駆動力を、1つの駆動入力部(ギア部2d)で受ける構成としている。これにより、現像剤補給容器1に駆動入力部を2つ別々に設ける場合に比して、現像剤補給容器1の駆動入力機構の構成を簡易化することが可能となる。更に、現像剤補給装置201の1つの駆動ギアから駆動を受ける構成としたため、現像剤補給装置201の駆動入力機構の簡易化にも貢献することができる。
図11(a)及び図11(b)に示すように、回転駆動力をポンプ部3aの往復動力に変換する為に介する変換部材としては往復動部材3bを用いている。具体的には、駆動ギア300から回転駆動を受けた駆動入力部(ギア部2d)と、一体となっている全周に溝が設けられているカム溝2eが回転する。このカム溝2eには、往復動部材3bから一部が突出した往復動部材係合突起3cがカム溝2eに係合している。
なお、本実施形態では、この往復動部材3bは図11(c)に示すように、円筒部2kの回転方向へ自らが回転することがないように(ガタ程度は許容する)、回転規制部3fによって回転方向への移動が規制されている。このように、回転方向が規制されることで、カム溝2eの溝に沿って(図7の矢印X方向もしくは逆方向)往復動するように規制されている。更に、往復動部材係合突起3cは、カム溝2eに複数係合するように設けられている。具体的には、円筒部2kの外周面に2つの往復動部材係合突起3cが約180°対向するように設けられている。
往復動部材係合突起3cは、少なくとも1つ設けられていれば構わない。ただし、ポンプ部3aの伸縮時の抗力により駆動変換機構等にモーメントが発生し、スムーズな往復動が行われない恐れがあるため、後述するカム溝2eの形状との関係が破綻しないよう複数個設けるのが好ましい。
以上のように、駆動ギア300から入力された回転駆動力でカム溝2eが回転することで、カム溝2eに沿って往復動部材係合突起3cが図中矢印X方向もしくは逆方向に往復動作する。これに応じて、ポンプ部3aが伸張した状態(図11(a))と、ポンプ部3aが収縮した状態(図11(b))を交互に繰り返して、現像剤補給容器1の容積可変を達成することができる。
[駆動変換機構の設定条件]
駆動変換機構は、円筒部2kの回転に伴い単位時間当たりに現像剤排出室4cへ搬送される現像剤搬送量が、現像剤排出室4cからポンプ部作用により単位時間当たりに現像剤補給装置201へ排出される量よりも多くなるように駆動変換している。これは、現像剤排出室4cへの搬送突起2cによる現像剤の搬送能力に対してポンプ部3aによる現像剤の排出能力の方が大きいと、現像剤排出室4cに存在する現像剤の量が次第に減少してしまうからである。つまり、現像剤補給容器1から現像剤補給装置201への現像剤補給に要する時間が長くなってしまうことを防止するためである。また、本実施形態では、駆動変換機構は、円筒部2kが1回転する間にポンプ部3aが複数回往復動するように、駆動変換している。これは以下の理由に依るものである。
円筒部2kを現像剤補給装置201内で回転させる構成の場合、駆動モータ500は円筒部2kを常時安定して回転させるために必要な出力に設定するのが好ましい。ただし、画像形成装置100における消費エネルギーを可能な限り削減するためには、駆動モータ500の出力を極力小さくする方が好ましい。ここで、駆動モータ500に必要な出力は、円筒部2kの回転トルクと回転数から算出されることから、駆動モータ500の出力を小さくするには、円筒部2kの回転数を可能な限り低く設定するのが好ましい。
しかし、本実施形態の場合、円筒部2kの回転数を小さくしてしまうと、単位時間当たりのポンプ部3aの動作回数が減ってしまうことから、単位時間当たりに現像剤補給容器1から排出される現像剤の量が減ってしまう。つまり、画像形成装置100から要求される現像剤の補給量を短時間で満足させるには、現像剤補給容器1から排出される現像剤の量では不足してしまう恐れがある。
そこで、ポンプ部3aの容積変化量を増加させれば、ポンプ部3aの1周期当たりの現像剤排出量を増やすことができるため、画像形成装置本体からの要求に応えることが可能となるが、このような対処方法では以下のような問題がある。つまり、ポンプ部3aの容積変化量を増加させると、排気工程における現像剤補給容器1の内圧(正圧)のピーク値が大きくなるため、ポンプ部3aを往復動させるのに要する負荷が増大してしまう。
このような理由から、本実施形態では、円筒部2kが1回転する間にポンプ部3aを複数周期動作させている(例えば2周期)。これにより、円筒部2kが1回転する間にポンプ部3aを1周期しか動作させない場合に比して、ポンプ部3aの容積変化量を大きくすることなく、単位時間当たりの現像剤の排出量を増やすことが可能となる。そして、現像剤の排出量を増やすことができた分、円筒部2kの回転数を低減することが可能となる。したがって、このような構成とすることにより、駆動モータ500をより小さい出力に設定できるため、画像形成装置100での消費エネルギーの削減に貢献することができる。
[駆動変換機構の配置位置]
本実施形態では、図11(a)及び図11(b)に示すように、駆動変換機構(往復動部材係合突起3cとカム溝2eにより構成されるカム機構)を、現像剤収容部2の外部に設けている。つまり、駆動変換機構を、円筒部2k、現像剤排出室4cの内部に収容されている現像剤と接触することがないように、円筒部2k、現像剤排出室4cの内部空間から隔てられた位置に設けている。これにより、駆動変換機構を現像剤収容部2の内部空間に設けた場合に想定される問題を解消することができる。つまり、駆動変換機構の摺擦箇所への現像剤の侵入により、現像剤の粒子に熱と圧が加わって軟化していくつかの粒子同士がくっついて大きな塊(粗粒)となることや、変換機構への現像剤の噛み込みによりトルクアップするのを防止することができる。
[カム溝]
図12に、上記した駆動変換機構として機能するカム溝2eの一例を示す。本実施形態では、現像剤収容部2の一回転当たりにポンプ部3aが二往復動作するカム溝2eを示している。図12において、矢印Aは現像剤収容部2の回転方向、矢印Bはポンプ部3aの伸長方向、矢印Cはポンプ部3aの圧縮方向を示す。
図12に示すように、カム溝2eは、ポンプ部3aを圧縮させるためのカム溝2gと、ポンプ部3aを伸長させるためのカム溝2hとを有する。ポンプ部3aを二往復動作させるために、カム溝2gとカム溝2hは二個ずつ形成されている。なお、ここでは現像剤収容部2の回転方向(矢印A方向)に対するカム溝2gのなす角度をα、カム溝2hのなす角度をβ、カム溝2eによるポンプ部3aの伸縮長さをK1で示している。これら角度α、角度β、伸縮長さK1は、ポンプ部3aの一往復当たりの現像剤の排出量、ポンプ部3aの伸縮速度、更には現像剤収容部2の回転トルクなどを所望の値に調整するためのパラメータである。
また、カム溝2eには、ポンプ部3aを圧縮動作(排気動作)も伸長動作(吸気動作)もさせない動作停止状態に維持するためのカム溝2iが形成されている。カム溝2iを形成する理由について述べる。本実施形態の場合、駆動モータ500(図3参照)が制御されると現像剤収容部2が回転し、これによりポンプ部3aが往復動作して現像剤補給容器1からほぼ一定量の現像剤が排出される。しかしながら、駆動モータ500による制御だけではポンプ部3aの容積可変量を毎回同じにすることが難しいために、現像剤補給容器1から排出される現像剤量が安定しない。例えば、上記したカム溝2eにカム溝2iを設けずに、ポンプ部3aを圧縮動作させるためのカム溝2gと、ポンプ部3aを伸長動作させるためのカム溝2hとでカム溝2eを構成した場合を考える。この場合、ポンプ部3aの圧縮動作と伸長動作とを切り替えるためには、伸長動作や圧縮動作の途中で駆動モータ500を停止させる必要がある。ただし、駆動モータ500を停止しても現像剤収容部2は惰性で回転し続け、現像剤収容部2が停止するまでポンプ部3aも連動して往復動作し続ける。現像剤収容部2が惰性で回転する距離は現像剤収容部2の回転速度に依存し、現像剤収容部2の回転速度は駆動モータ500にかかるトルクに依存する。このことから、現像剤補給容器1内の現像剤量によって駆動モータ500にかかるトルクが変わると、現像剤収容部2の回転速度も変わることから、ポンプ部3aを同じ位置で停止させることが難しくなる。
上記点に鑑み、ポンプ部3aを同じ位置で停止させるためには、現像剤収容部2が回転中でもポンプ部3aを往復動させない領域をカム溝2eに設ければよい。そこで、カム溝2eには、現像剤収容部2が回転してもポンプ部3aを圧縮動作も伸長動作もさせないためのカム溝2iが設けられている。カム溝2iは、現像剤収容部2の回転方向(図12の矢印A方向)に延びるストレート状の溝である。
[搬送部材]
上記したように、現像剤を現像剤収容部2から現像剤排出室4cへと搬送する搬送部材6は、現像剤収容部2と一体的に回転するように現像剤収容部2内(収容部内)に設けられている。図13(a)乃至図13(c)に、本実施形態の搬送部材6の一例を示す。図13(a)乃至図13(c)に示すように、本実施形態の搬送部材6は、基体部6bと、現像剤収容部2の回転軸線に対し現像剤排出室4c側に傾斜した複数の傾斜リブ6aを有している。搬送リブとしての傾斜リブ6aは、平板状の基体部6b表面から突出するようにして突条に形成されている。即ち、現像剤収容部2内の現像剤は、現像剤収容部2の回転に伴い基体部6bによって鉛直方向の下方から上方へと掻き上げられる。掻き上げられた現像剤は、重力によって基体部6bの表面上を滑り落ちて傾斜リブ6aに到達する。傾斜リブ6aは、基体部6bの表面上を滑り落ちてきた現像剤を現像剤排出室4c側(図7(a)参照)へ搬送する。
[抑制部]
また、本実施形態の搬送部材6は、抑制部7を有する。本実施形態の場合、抑制部7は傾斜リブ6aよりも搬送部材6の現像剤の搬送方向下流側に、現像剤収容部2の回転軸線方向に交差する方向から見て現像剤排出室4cに重なり合うように、搬送部材6に一体形成されている。つまり、抑制部7は現像剤収容部2と共に回転可能に現像剤収容部2内に設けられ、現像剤収容部2と一体で回転する搬送部材6の回転動作に伴って(図7(a)参照)、連動して回転する。
抑制部7は現像剤収容部2の回転方向に関し、ポンプ部3aによる吸気動作開始から排気動作終了まで、現像剤収容部2から現像剤貯留部4d側(貯留部側)に現像剤が搬送され難い、現像剤収容部2の一端部側の一部を塞ぐ第一範囲に位置される。また、抑制部7は現像剤収容部2の回転方向に関し、ポンプ部3aによる排気動作終了後(後述の動作停止工程)に、現像剤収容部2から現像剤貯留部4d側に現像剤が搬送されやすい第二範囲に位置される。即ち、第一範囲にあるときの抑制部7は現像剤収容部2から現像剤貯留部4dへの現像剤の流入を抑制可能であり、第二範囲にあるときの抑制部7は現像剤収容部2から現像剤貯留部4dへの現像剤の流入を抑制しない。
本実施形態の場合、抑制部7は、扇型柱部7aと、扇型柱部7aの外周面(繋ぎ壁面7hと呼ぶ)から立設されたスラスト壁面7b(第一壁面)と、下流側壁面7c(第三壁面)と、上流側壁面7d(第二壁面)とを有している。スラスト壁面7bは抑制部7が第一範囲に位置する場合に、現像剤収容部2の回転軸線方向から見てフランジ部4の吸排気口20a(図14(a)参照)に対向する位置にあって現像剤収容部2の一端部側の一部を塞ぐように、扇型柱部7aの周方向に設けられる。下流側壁面7c、上流側壁面7dは、現像剤収容部2の回転方向(図中矢印Y方向)に関し、スラスト壁面7bの両端にスラスト壁面7bから吸排気口20a側(吸排気口側)に突出するように立設されている。下流側壁面7cがスラスト壁面7bの下流側に、上流側壁面7dがスラスト壁面7bの上流側に設けられる。なお、本実施形態のように、上流側壁面7dは基体部6bの一部を利用してよい。そうするように、基体部6bに対し扇型柱部7aと、スラスト壁面7bとが設けられていればよい。
扇型柱部7aの外周面は抑制部7が第一範囲に位置する場合に、現像剤貯留部4dの現像剤入口4da(図14(b)参照)を覆うようにして下流側壁面7cと上流側壁面7dとを内周側で繋ぐ繋ぎ壁面7h(第四壁面)を形成する。繋ぎ壁面7hの回転軸線方向長さ(つまり、扇型柱部7aの厚さ)は、抑制部7が第一範囲に位置する場合に、スラスト壁面7bと吸排気口20aとの間隔が現像剤貯留部4dの現像剤入口4daの大きさ程度(例えば5~10mm)になるように形成されている。そして、抑制部7が第一範囲に位置する場合に、隔壁20、スラスト壁面7b、下流側壁面7c、上流側壁面7d、繋ぎ壁面7hによって所定の大きさの空間である連通路7gが形成されるようにしている。
なお、本実施形態の場合、抑制部7が現像剤収容部2の回転方向に関し等間隔に離れた位置に2個設けられている。これは、本実施形態の場合、現像剤収容部2の一回転当たりにポンプ部3aが二往復動作する構成であるからである。即ち、現像剤収容部2の一回転当たりにポンプ部3aによる吸気動作と排気動作つまりはポンプ部3aの往復動作がn回行われる場合、抑制部7はn個形成されるのが好ましい。
次に、吸排気口20aについて、図7(a)乃至図7(c)を参照しながら図14(a)及び図14(b)を用いて説明する。上述したように、フランジ部4は、現像剤排出室4cとポンプ部3aとを隔てる隔壁20を有する。隔壁20には、ポンプ部3aにより生じた空気を吸排気するための吸排気口20aが設けられている。
そして、上述したように、抑制部7が第一範囲に位置する場合、連通路7gが形成されて(図13(a)参照)、この連通路7gは現像剤排出室4c内の空間を吸排気口20aと現像剤貯留部4dの現像剤入口4daとを含む所定の大きさの空間に区切っている。この場合、ポンプ部3aを圧縮する排気動作に伴い発生する空気は、図7(c)に示す矢印に沿って、吸排気口20aから連通路7gを介して現像剤貯留部4dへ流れ、その後、その大部分はシャッタ排出口4eより排気される。また同様に、ポンプ部3aを伸長する吸気動作に伴い発生する空気は、図7(c)に示す矢印と逆方向に沿って、まずシャッタ排出口4eより取り込まれ、現像剤貯留部4dから連通路7gと吸排気口20aを通じてポンプ部3aへ吸気される。
こうしたポンプ部3aによる吸排気動作に伴って発生する空気の流れに従って、現像剤が吸排気口20aと排出口4aさらにはシャッタ排出口4eを通じて吸排気され得る。したがって、ポンプ部3aにも現像剤が貯まり得る。本実施形態では、吸排気口20aは現像剤収容部2の回転中心より鉛直方向下方側に設けている。そのため、吸排気口20aより鉛直方向上方側の現像剤は、使用によって現像剤が少なくなった排出末期状態の場合でも、現像剤補給容器1から外部へ排出でき、現像剤収容部2内に残存し得る現像剤をより低減することができる。そうできるようにするため、吸排気口20aは回転中心より鉛直下方側で隔壁20の下端近傍に、また現像剤貯留部4dの現像剤入口4daの近傍に配置するのが好ましい。
即ち、吸排気口20aが現像剤収容部2の回転中心より鉛直下方側に1つ設けられることにより、排出末期状態の場合に、吸排気口20aの近傍の現像剤Tの粉面が下がっても、吸排気口20aに掛かるまでは空気の吸排気に関わる抵抗変化が小さくて済む。例えば、吸排気口20aを2つ設けた場合、吸排気口20aの位置によってはどちらかの吸排気口20aだけに現像剤Tの粉面が掛かってしまう。そのときは、空気の吸排気に関わる抵抗に変化が生じるため、現像剤補給容器1から排出される現像剤Tの量が変化してしまい得る。本実施形態では、吸排気口20aを現像剤収容部2の回転中心より鉛直下方側に設けることで、また1つだけ設けることで複数設けた場合に比べて、現像剤Tの粉面の低下に起因する影響を低減できる。これにより、現像剤収容部2内の現像剤Tがほぼ使い切られるまで、現像剤Tの影響を受け難くすることができる。ただし、場合によっては、吸排気口20aは1つだけでなく複数設けられてもよい。
次に、ポンプ部3aによる現像剤補給工程と、現像剤補給工程における抑制部7の動作について、図15(a)乃至図17(d)を用いて説明する。まず、ポンプ部3aが往復動作しない動作停止工程について、図15(a)乃至図15(d)を用いて説明する。
[動作停止工程]
ポンプ部3aが動作停止工程であっても、抑制部7は搬送部材6の回転に伴って回転する。ただし、ポンプ部3aが動作停止工程である場合、抑制部7は現像剤収容部2の回転方向に関し、連通路7gが現像剤入口4daの上方に到達しておらず現像剤入口4daを覆っていない範囲(第二範囲)にある。また、現像剤収容部2の回転軸線方向から見て、抑制部7(詳しくはスラスト壁面7b)と吸排気口20aとは、重ならない位置にある。また、ポンプ部3aは動作停止工程であるため、現像剤貯留部4dの近傍で内圧の変化が生じ難い。したがって、ポンプ部3aによる吸気も排気も行われず、また抑制部7が現像剤Tの搬送を妨げ難いことから、搬送部材6によって現像剤入口4daまで搬送された現像剤Tが現像剤貯留部4dに貯留され得る。
本実施形態では、上述したように現像剤センサ10dや磁気センサ800cの検出結果に基づいて、制御装置600が駆動モータ500の動作を制御する構成である(図3、図5参照)。この構成では、現像剤補給容器1から排出される現像剤量がトナー濃度に直接影響を与えるので、画像形成装置100が必要とする現像剤量を現像剤補給容器1から補給する必要がある。このとき、現像剤補給容器1から排出される現像剤量を安定させるために、ポンプ部3aにより毎回決まった量で現像剤補給容器1の容積を可変するのが望ましい。そこで、本実施形態では、上述したように、円筒部2kが回転動作中でもポンプ部3aが往復動しない動作停止状態に維持するためのカム溝2iをカム溝2eに設けている(図12参照)。したがって、動作停止工程とは、往復動部材係合突起3cがカム溝2iに係合している状態のことである。
[吸気工程]
次に、ポンプ部3aが吸気動作する吸気工程について、図16(a)乃至図16(d)を用いて説明する。上述した駆動変換機構(カム機構)によりポンプ部3aが最も縮んだ状態(図11(b)参照)から最も伸びた状態(図11(a)参照)に移行することで、吸気動作が行われる。その際に、現像剤補給容器1の内部はシャッタ排出口4eを除き実質的に密閉された状態となり、更に、シャッタ排出口4eが現像剤Tで実質的に塞がれた状態となっている。そのため、現像剤補給容器1の容積の増加に伴い、現像剤補給容器1の内圧、具体的には現像剤貯留部4dの近傍及びポンプ部3a内の局所的な内圧は、大気圧(外気圧)よりも低くなりやすい。
また、この際に、抑制部7が搬送部材6の回転に伴って回転することで、抑制部7は現像剤収容部2の回転方向に関し、連通路7gが現像剤入口4daを覆っていない範囲(第二範囲)から現像剤入口4daの一部を覆う範囲(第一範囲)に移動する。即ち、現像剤貯留部4dへの現像剤の搬送が一部抑制され得る。また、現像剤収容部2の回転軸線方向から見て、抑制部7(詳しくはスラスト壁面7b)は、吸排気口20aと重ならない位置から重なる位置へ移動する。この場合、連通路7gにより空間が限定されることで、ポンプ部3aの吸気動作と相まって、現像剤補給容器1の内外でより大きな圧力差を生じさせることができる。こうしたポンプ部3aの吸気動作及び抑制部7による空間の限定に伴って現像剤補給容器1内外に生じる圧力差により、図16(d)の矢印で示すように、現像剤補給容器1の外部の空気が、シャッタ排出口4eから現像剤補給容器1内へと流れ込みやすくなる。シャッタ排出口4eより流れ込む空気は現像剤貯留部4dを通り、連通路7gを介して吸排気口20aよりポンプ部3a内へ向かう。そして、ポンプ部3aは現像剤排出室4cと隔壁20にて隔てられている。そのため、シャッタ排出口4eより流れ込む空気は、連通路7g以外へ漏れ難く、現像剤排出室4c内にはほとんど拡散しない。このようにして、シャッタ排出口4eを介して現像剤補給容器1外から空気が取り入れられることにより、現像剤貯留部4dに貯留された現像剤Tを解す(流動化する)ことができる。具体的には、現像剤貯留部4dに貯留された現像剤Tに対して空気を含ませて嵩密度を低下させることにより、現像剤Tを適切に流動化し得る。
本実施形態の現像剤補給容器1では、隔壁20と抑制部7とによって、取り入れられた空気が現像剤排出室4c内へ拡散し難くしたうえで、現像剤貯留部4dから吸排気口20aを通ってポンプ部3aへ向かうように構成している。こうすると、上述したように、現像剤貯留部4dの近傍において局所的に現像剤補給容器1外との圧力差がより大きくなり得る。そして、現像剤貯留部4dの容積は、現像剤排出室4cや円筒部2kの容積と比較して非常に小さい。そのため、上記した現像剤貯留部4dの近傍で発生する局所的な圧力差は従来に比較して非常に高くできることから、物流の振動等によって現像剤貯留部4dの現像剤が圧密した状態になっても、確実に現像剤を流動化させることができる。こうして、後述するポンプ部3aの排気動作に先んじて現像剤Tを流動化させておくことによって、排気動作時に、現像剤Tを詰まらせることなくスムーズに排出することができる。また、空気がシャッタ排出口4eを介して現像剤補給容器1内に取り入れられるため、現像剤補給容器1の内圧はその容積が増加しているにも関わらず大気圧(外気圧)近傍を推移する。こうすると、単位時間当たりに排出される現像剤Tの量が長期に亘りほぼ一定となる。
また、抑制部7が現像剤貯留部4d上部を一部覆った状態になることに加えて、抑制部7は回転に伴い、下流側壁面7cが現像剤貯留部4d上部の現像剤Tを押し退ける。これにより、現像剤貯留部4d上部の現像剤Tが現像剤貯留部4dへ流入するのが抑制されている。
なお、吸気動作が行われるために、ポンプ部3aが最も縮んだ状態から最も伸びた状態になることに限らず、ポンプ部3aが最も縮んだ状態から最も伸びる状態途中で停止したとしても、現像剤補給容器1の内圧変化が行われれば吸気動作は行われる。つまり、吸気工程とは、往復動部材係合突起3cが図12に示すカム溝2hに係合している状態のことである。
[排気工程]
次に、ポンプ部3aが排気動作する排気工程について、図17(a)乃至図17(d)を用いて説明する。上述した駆動変換機構(カム機構)によりポンプ部3aが最も伸びた状態(図11(a)参照)から最も縮んだ状態(図11(b)参照)になることで、排気動作が行われる。その際に、現像剤の排出が開始されるまでは、シャッタ排出口4eが現像剤Tで実質的に塞がれた状態のままであり、現像剤補給容器1の内部はシャッタ排出口4eを除き実質的に密閉された状態となっている。それ故、ポンプ部3aによる排気動作に伴って、現像剤補給容器1の内圧は大気圧(外気圧)よりも高くなりやすい。
抑制部7はポンプ部3aの排気動作が終了するまで、搬送部材6の回転に伴って回転することで、現像剤収容部2の回転方向に関し、連通路7gが常に現像剤入口4daを覆う範囲に維持される。即ち、現像剤貯留部4dへの現像剤の搬送が抑制され得る。また、ポンプ部3aによる排気動作中、現像剤収容部2の回転軸線方向から見て、抑制部7(詳しくはスラスト壁面7b)は吸排気口20aに重なる位相にある。この場合、連通路7gにより空間が限定されることで、ポンプ部3aにより吸排気口20aを通じて排気される空気は現像剤貯留部4dへ案内されることから、現像剤排出室4c側へ拡散することはほとんどない。そして、ポンプ部3aの排気動作に伴い、現像剤補給容器1内の内圧、具体的には現像剤貯留部4d近傍の内圧が大気圧(外気圧)よりも高くなることで生じる空気の流れに従って、上述した吸気工程で流動化された現像剤Tがシャッタ排出口4eから排出される。そして、ポンプ部3aによる排気動作終了後(動作停止工程)、抑制部7は第一範囲から第二範囲に移動される。本実施形態の場合、抑制部7は現像剤収容部2の回転方向に関し、下流側壁面7cがポンプ部3aによる吸気動作の開始後に吸排気口20aの上流端部を通過し、上流側壁面7dがポンプ部3aによる排気動作の終了後に吸排気口20aの下流端部を通過する。
ここで、排気工程時の現像剤貯留部4d内の現像剤Tに対して作用する、現像剤補給容器1内の空気の流れについて、より具体的に説明する。本実施形態において、ポンプ部3aの排気工程時に発生する空気の流れは、以下に記す2通りが挙げられる。1つは、ポンプ部3aから隔壁20に形成された吸排気口20a、抑制部7の連通路7g、現像剤貯留部4dの現像剤入口4daを通ることで、現像剤貯留部4dの現像剤Tに作用する空気の流れである。もう1つは、ポンプ部3aから吸排気口20a、連通路7g、現像剤入口4daと抑制部7との隙間、フランジ部4と抑制部7との隙間を通ることで、現像剤排出室4cの現像剤Tに作用する空気の流れである。
しかし、以下の理由から、ポンプ部3aの排気工程時における現像剤貯留部4dに対しての空気の流れは、前者の空気の流れが主流となる。即ち、排気工程時、現像剤貯留部4dを覆った抑制部7の外周近傍の現像剤Tは、抑制部7により現像剤貯留部4d内への流入を抑制され、現像剤排出室4cの抑制部7の外周近傍では現像剤Tが滞留している。それ故、現像剤排出室4cに空気が流れようとすると現像剤Tの抵抗を受ける。この時、同様に現像剤貯留部4dの現像剤Tも空気の流れに対して抵抗となるが、本実施形態においてはポンプ部3aの吸気工程時に、現像剤貯留部4dの現像剤Tを積極的に流動化させる構成としている。したがって、現像剤貯留部4d内の現像剤Tの抵抗と、現像剤排出室4cに滞留した現像剤Tのエアの流れに対する抵抗と、を比較すると前者の方がはるかに小さい。その結果、排気工程時に主となる空気の流れは、空気の流れに対して現像剤Tによる抵抗が小さい現像剤貯留部4dへ向かいやすい。排気工程時においては、抑制部7の連通路7gを通過した空気により、現像剤貯留部4dの現像剤Tが空気の流れと共に排出されることになる。また、上述したように、排気工程時には、現像剤貯留部4dは、抑制部7により現像剤Tの流入が抑制されるため、現像剤貯留部4d内にはほぼ一定量の現像剤が貯留されている。
更に、排気工程時の現像剤補給容器1内の内圧は、空気の流れとともに、現像剤貯留部4dの現像剤Tが排出された時点で、現像剤補給容器1内外の空間が連通するため、現像剤補給容器1内の内圧は大気圧(外気圧)と同等の圧力にリセットされる。よって、現像剤貯留部4dの現像剤Tが排出された以後は、現像剤補給容器1から現像剤Tを排出する圧力差による空気の流れが発生せず、現像剤Tは排出されない。そのため、排気工程時においては、現像剤貯留部4dに貯留された一定量の現像剤Tのみが排出されるため、非常に高い補給精度で現像剤補給装置201へ現像剤Tを排出可能となる。
また、物流の振動により例えば連通路7g内で現像剤Tが圧密状態となったとしても、本実施形態によれば、ポンプ部3aの圧縮によって発生した空気の流れが連通路7g内のみを通過して現像剤貯留部4dへ向かうため、上記圧密状態を確実に解消し得る。したがって、より安定的に現像剤貯留部4dへ空気を作用させることができ、現像剤補給装置201に安定的に現像剤Tを排出することができる。また、本実施形態の現像剤補給容器1では、空気が連通路7gを必ず通過するため、連通路7g内に付着した現像剤Tを減少させることができ、安定的に現像剤貯留部4dに空気を作用させることができる。
なお、排気動作が行われるために、ポンプ部3aが最も伸びた状態から最も縮んだ状態になることに限らず、ポンプ部3aが最も伸びた状態から最も縮む状態途中で停止したとしても、現像剤補給容器1の内圧変化が行われれば排気動作は行われる。つまり、排気工程とは、往復動部材係合突起3cが図12に示すカム溝2gに係合している状態のことである。
以上のように、本実施形態では、ポンプ部3aによる吸排気動作時に抑制部7によって空気の流れを連通路7gで限定することで、空気の主たる流れを現像剤貯留部4dへ作用する流れとすることができる。また、吸排気口20aが現像剤収容部2の回転中心より鉛直方向下方側の現像剤貯留部4dの現像剤入口4daの近傍に設けられることで、現像剤の粉面の低下に起因する影響を低減できる。このようにして、本実施形態では、ポンプ部3aによる吸排気動作に伴って現像剤収容部2から排出される現像剤の排出量を、現像剤収容部2内に残存する現像剤の量に関わらず一定量で安定させることが、容易な構成で実現することができる。