JP2003302820A - トナー補給搬送装置と画像形成装置 - Google Patents

トナー補給搬送装置と画像形成装置

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JP2003302820A
JP2003302820A JP2002107832A JP2002107832A JP2003302820A JP 2003302820 A JP2003302820 A JP 2003302820A JP 2002107832 A JP2002107832 A JP 2002107832A JP 2002107832 A JP2002107832 A JP 2002107832A JP 2003302820 A JP2003302820 A JP 2003302820A
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toner
container
air
conveying
valve
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JP2002107832A
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English (en)
Inventor
Hideo Yoshizawa
秀男 吉沢
Kazuhisa Sudo
和久 須藤
Satoshi Muramatsu
智 村松
Yoshio Hattori
良雄 服部
Hideki Kimura
秀樹 木村
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エア供給手段を格別高出力化せずに従来通り
のままとしながら、補給用に蓄えられたトナーの架橋を
効率良く崩して、トナー収納容器内におけるトナー残量
大の問題を解決する。 【解決手段】 補給用トナー収納容器(400)のためのエ
ア供給手段(600)の稼動信号の立ち上がりtに対して
エア搬送経路中に設けられたバルブ(601)の開放信号の
立ち上がりtを所定時間(Δt=t−t)遅らせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、ファク
シミリ、複写機等、電子写真方式の画像形成装置に用い
られる現像装置、とりわけ2成分現像剤又は1成分現像
剤を用いた現像装置のトナー補給搬送装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】上記形式の画像形成装置においては、画
像形成動作により消費されたトナーの減少分を補うべ
く、トナーボトルやカートリッジ等のトナー収納容器か
ら直接的又はトナーホッパを介して現像装置内へトナー
補給されるようになっている。
【0003】従来より、電子写真に用いられる乾式トナ
ー(又はキャリア、トナーとキャリアの混合物:以下
「トナー」と総称する)を収納するための容器として、
高密度ポリエチレン(HDPE)などで成る形状安定な
ハードボトルが一般的であって、その内部にトナー撹拌
手段兼排出手段としてのアジテータを設けたものや、容
器壁面に螺旋溝を設けて容器を回転させることで内部の
トナーを移動排出するもの、あるいは排出機構を有さず
単純に手作業で補給するようになったもの等の形態が知
られている。
【0004】しかしながら、近年にいたり環境問題が重
視され、トナー容器の回収やその再利用といったリサイ
クル性が求められるになっている。そのため、フレキシ
ブルな材料で作られ、その容積を減少させることができ
る(減容性)ソフト容器の提案がされた。ところが、電
子写真用乾式トナーは一般に流動性が悪く、凝集し易い
性質であるため、ソフト容器からの排出が非常に困難で
あった。なぜならば、容器自体がソフトであるがゆえに
アジテータや排出機構を付加し難く;あるいは排出機構
を設けると減容性が損なわれる;更には手で補給するに
もハンドリング性が悪い等の為である。
【0005】そこで、フレキシブルなソフト容器に収納
されたトナーにエアを供給することで当該トナーを撹
拌、流動化し、更に吸引型の紛体ポンプ(1軸偏心スク
リューポンプ)を用いてトナーを吸引排出する技術が提
案された。
【0006】ここで、ソフト容器の下向きトナー排出口
への側面傾斜角は、角度が急な(値が大きい)方がトナ
ーの自重落下も加味されてエアによる撹拌性には有利で
ある。しかし、或る一定量のトナー容量を必要とする場
合、側面傾斜を急角度に保ったままではソフト容器は縦
長となり、比較的大きな区域に広がることになって、他
の部品との関係で設計上の制約も大きくならざるをえな
い。
【0007】そこで、エアによる攪拌性を確保しつつ出
来る限り側面傾斜角を寝かす(値を小さく)べく、トナ
ー物性の1つである安息角(トナーが自重で滑り得る角
度)を考慮して側面傾斜角を決定することになるが、ト
ナー容器はコンパクトに容積を稼いだ方が材料費の点で
有利で、ハンドリング性も良くなるため、安息角と等し
い位に角度を寝かして(値を小さくして)傾斜角とする
こととなる(30度〜60度)。
【0008】しかし、安息角とほぼ等しい値を採用した
結果、環境変動(主に高温高湿)やトナー物性のバラツ
キ等により、トナーが自重によって排出口へと落ちず
に、容器側面傾斜壁に残ってしまうことが多々発生する
ことが確認された。その結果、トナー同士が積層され
(トナーの架橋)、側面傾斜壁の周りには予想以上のト
ナーが残るという問題が発生した(トナー残量大)。
【0009】また、この状態を観察すると、ソフト容器
の中央部においてはエアによる撹拌で流動化されて排出
される一方、側面壁で架橋状態となったトナーがほぼ円
錐状にすり鉢のように残った状態となっていることが分
った。しかし、これら架橋されたトナーは微振動や、エ
ア圧を多くすることで容易に崩せる状態であることも分
かった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで、エア供給手段
を格別高出力化せずに従来通りのままとしながら、補給
用に蓄えられたトナーの架橋を効率良く崩して、トナー
収納容器内におけるトナー残量大の問題を解決すること
を、本発明の目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、補給用トナーを収納する容器と、当該容器内のトナ
ーを負圧力によって所定場所へ搬送するための吸引手段
と、上記容器内のトナーに流動化エアを供給するエア供
給手段と、そのエア搬送経路に設けられたバルブとを備
えて成るトナー補給搬送装置にして、上記吸引手段によ
るトナーの搬送量が所定量に達する毎に上記流動化エア
を容器内に供給するよう制御されるトナー補給搬送装置
において、上記エア供給手段の稼動信号の立ち上がりt
に対して上記バルブの開放信号の立ち上がりtを所
定時間(Δt=t−t)遅らせることによって、解
決することができる。
【0012】画像形成装置が多色用である場合には、異
なる少なくとも二色のトナーをそれぞれ収納する複数の
容器と、それら容器内のそれぞれのトナーを負圧力によ
って各所定場所へ搬送するそれぞれの吸引手段と、各容
器内のトナーに流動化エアを供給する共通のエア供給手
段と、そのエア搬送経路の分岐路に各容器に対し設けら
れたそれぞれのバルブとを備えて成るトナー補給搬送装
置にして、上記吸引手段による各色のトナーの搬送量が
それぞれ所定量に達する毎に上記流動化エアを対応する
容器内に供給するよう制御されるトナー補給搬送装置に
おいて、上記エア供給手段の稼動信号の立ち上がりt
に対してトナー供給を要する容器に対応するバルブの開
放信号の立ち上がりtを所定時間(Δt=t
)遅らせることによって、上記課題が解決される。
【0013】バルブ以降のエア搬送経路を、容器から所
定場所までのトナー搬送経路の一部に合流させるように
なっているのが、良い。また上記所定時間Δtを0<Δ
t≦1秒とするのが好ましく、特に0.3秒≦Δt≦
0.6秒とするのが良い。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を、図に示す例に基
づいて説明する。先ず図1に、トナー補給搬送装置を具
備したカラーレーザプリンタを示す。
【0015】このカラーレーザプリンタは、装置本体1
の下部に給紙部2を配置し、その上方に作像部3を配置
した構成となっている。作像部3には、給紙側を下に、
排紙側を上とするように傾斜して配置された転写ベルト
装置が設けられている。転写ベルト装置は、複数のロー
ラ11、本例では4個のローラ11に巻き掛けられたエ
ンドレスの転写ベルト12を有し、その1つのローラ1
1が不図示の駆動源に駆動されることによって、上記転
写ベルト12が回転する。この転写ベルト12の上部走
行辺には、下から順にマゼンタ(M)、シアン(C)、
イエロー(Y)、黒(Bk)用の4つの作像ユニット4
M,4C,4Y,4Bkが並列配置されている。
【0016】各作像ユニット4M,4C,4Y,4Bk
は、像担持体としての感光体5が設けられ、当該感光体
5は不図示の駆動手段によって図で見て時計方向へ回転
駆動させられるようになっている。感光体5の回りに
は、帯電手段としての帯電ロール6、光書込み装置8に
よってレーザ光書込みが行われる光書込み部、現像装置
10、クリーニング装置9が設けられている。現像装置
10は2成分現像装置であって、消費されたトナー量に
応じた後述するトナー補給搬送装置によりトナーを補給
される。
【0017】次に、上記構成のカラープリンタのフルカ
ラープリントを行う作像動作について説明する。各作像
ユニットは、帯電ロール6によって帯電された感光体5
には、不図示のLD(レーザダイオード)を駆動してレ
ーザ光をポリゴンミラー8aに照射し、シリンダーレン
ズ等を介して反射光を感光体5上に導く光書込み装置8
により、各色のトナーで現像する光像の光書込みが行わ
れる。この書込みにより感光体5上にはパソコン等のホ
ストマシーンより送られた画像データに基づいた静電潜
像が形成され、当該潜像が現像装置10によってトナー
の可視像となる。
【0018】一方、給紙部2からは転写材として指定さ
れた用紙が給紙され、給紙された用紙は転写ベルト12
の搬送方向上流側に設けられたレジストローラ13に一
旦突き当てられた後、上記可視像に同期するようにして
転写ベルト12上に給送され、当該ベルトの走行により
感光体5に対向する転写位置へ到る。この転写位置で
は、転写ベルト12の裏面側に配置された転写ロール1
4の作用により最初にマゼンタトナーの可視像が用紙に
転写される。
【0019】上記と同様にして、他の作像ユニット4
C,4Y,4Bkにおいてもそれぞれの感光体5の表面
に各トナーによる可視像が形成され、これら可視像は転
写ベルト12によって搬送される用紙が各転写位置に到
来するごとに重ね転写される。したがって、本カラープ
リンタはタンデムタイプの利点であるフルカラーの画像
が短時間で用紙に重ね転写される。転写後の用紙は、転
写ベルト12から分離されて、定着装置15により定着
される。定着を終えた用紙は、通常、そのまま機外に排
紙されるが、このとき用紙は反転されて装置本体1の上
面に設けられた排紙トレイ16に裏面排紙される。
【0020】上記現像装置10は、装置内のトナーとキ
ャリアの混合比を監視し、トナーが不足するとその不足
分を補給する。かかるトナー補給は、現像装置10から
離れた位置、本例では図1の右上に位置したトナー収納
容器(剤収納手段)400に収納されたトナーを、後述
するトナー補給搬送装置により現像装置10へ補給する
よう構成している。このトナー収納容器400は1個の
み図示されているが、現像装置の数に合わせて4つあ
り、その描写が省略されているだけである。
【0021】図2に本発明によるトナー補給例の構成を
示す。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。
【0022】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3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。
【0023】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51
0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4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)60
1〜604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。
【0024】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。
【0025】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(80〜200μ
m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。
【0026】トナー収納袋410下部で、シール部材4
22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5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6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2に示された
構成では、低コストの図5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51
0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。
【0027】また図7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。
【0028】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41
0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。
【0029】以上のような構成のトナー補給搬送装置に
おいてエアの供給制御は次のように行われる。先ず画像
形成プロセスで消費されたトナーに対してフレッシュト
ナーをトナー収納容器から補充すべく粉体ポンプが断続
的、場合によっては短時間で連続的に作動される。図8
に示すように、粉体ポンプの作動時間の累積が所定の値
(例えば1sec)に達すると、粉体ポンプ停止の時間値
をtとする時、この粉体ポンプ停止時tの時点でエアポ
ンプを作動する一方、電磁弁(バルブ)の作動をそれよ
り微小時間(Δt)遅らせる。バルブの作動を微小時間
(Δt)に遅らせることで、エア供給手段600と電磁
弁601の間でエアがいったん圧縮され、電磁弁601
の開放により圧縮エアがトナー収納容器400へ送られ
架橋トナーを撹拌できる。上記Δtの時間によるエア圧
力は図9で示すように倍相当の圧力が得られ(毎分2リ
ットル流量のエアポンプ能力において)、それは立ち上
がりより0.3秒以降で安定することが分かった。また
図9から理解できるように、時間が一段と経過しても倍
相当以上に増えない。これは、公知のエアポンプが空気
弁であるため、必要以上のエア圧縮は逆流現象が発生す
るからである。したがってΔtを長くすればするほど効
果が高まるというわけではないことも分かった。
【0030】また上記の制御において、バルブと粉体ポ
ンプを同時には動かさない。図10に示すように、バル
ブを粉体ポンプと同時に駆動させると、エアが粉体ポン
プ側に送られてしまい、収納容器内のトナーが十分に撹
拌されない場合が生じるためである。
【0031】トナー収納容器内部へ圧縮エアを供給する
ことにより、トナーをより攪拌・流動化し、前記のトナ
ー架橋現象を防止したり、あるいは架橋してしまったト
ナーを供給圧縮エアによって崩すことができ、それによ
ってトナー補給量の安定化、容器内トナー残量の低減化
を実現できる。
【0032】本トナー補給搬送装置の駆動、制御につい
ては、従来公知の現像剤濃度検知・制御方式を用いるこ
とができる。現像装置の一部に設けられた不図示の透磁
率検出器に基づき現像装置内のトナーとキャリアの混合
比の変化を検知し、「トナー量が少ない」と認識される
と、粉体ポンプロータ302から現像装置側に延びた駆
動軸310が回転駆動し粉体ポンプ304が作動する。
粉体ポンプの吸引力により現像装置内に移送されたトナ
ー量が或る一定量以上となると透磁率検出器の信号にて
駆動を遮断し、粉体ポンプ304の作動を停止する。こ
れ以外のやり方として、感光体上のトナー像の反射濃度
を検知して同様のトナー補給量を制御する方法等、従来
周知の技術を転用することも可能である。
【0033】
【発明の効果】補給用トナー収納容器のためのエア供給
手段の稼動信号の立ち上がりtに対してエア搬送経路
中に設けられたバルブの開放信号の立ち上がりtを所
定時間(Δt=t−t)遅らせることによって、容
器内のトナーを圧縮エアにより効率良く攪拌・流動化で
き、トナー移送の確実化を図ることができる。
【0034】本発明に係るトナー補給搬送装置は現像装
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、ユーザーのトナ
ー補給容器(収納容器)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ことが可能である。こ
のため、補給装置を複数個有するカラー複写機・プリン
ターに特に効果がある。
【0035】上記所定時間Δtは、微小でも従来のエア
圧よりも圧力増加によって、攪拌・流動化の効果を期待
できる一方、所定時間経過すると逆流現象を発生して一
定以上の圧縮圧は望めなくなるので、0<Δt≦1秒、
特に0.3秒≦Δt≦0.6秒とすることで、より効率
的に効果を奏することを図る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像形成装置の概略構成図であ
る。
【図2】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3】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4】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5】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6】ノズルの別の実施例で断面図で示すものであ
る。
【図7】トナー容器のトナー収納袋を示す斜視図であ
る。
【図8】粉体ポンプとエア供給装置とバルブの動作制御
を示すタイミングチャートである。
【図9】Δtの時間におけるエア圧との関係を示すグラ
フである。
【図10】粉体ポンプとエア供給装置とバルブの別の動
作制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 現像装置 301 チューブ 302 ロータ 303 ステータ 304 粉体ポンプ 400 トナー収納容器 401 保護ケース 410 トナー収納袋 510 ノズル 600 エア供給手段 601 電磁弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村松 智 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 服部 良雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 木村 秀樹 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H027 DA01 DA10 DA31 DA38 DD05 DE02 DE04 DE07 DE09 EC06 ED10 EE02 2H077 AA12 AA25 AB02 AB07 AC02 AC11 CA12 DA03 DA10 DA42 DA47 DA52 DA63 DB01 EA03 GA13 2H300 EB05 EB12 EC02 EC05 EF08 EJ22 EJ51 FF05 GG45 RR32 RR49 RR50

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 補給用トナーを収納する容器と、当該容
    器内のトナーを負圧力によって所定場所へ搬送するため
    の吸引手段と、上記容器内のトナーに流動化エアを供給
    するエア供給手段と、そのエア搬送経路に設けられたバ
    ルブとを備えて成るトナー補給搬送装置にして、上記吸
    引手段によるトナーの搬送量が所定量に達する毎に上記
    流動化エアを容器内に供給するよう制御されるトナー補
    給搬送装置において、上記エア供給手段の稼動信号の立
    ち上がりtに対して上記バルブの開放信号の立ち上が
    りtを所定時間(Δt=t−t)遅らせることを
    特徴とするトナー補給搬送装置。
  2. 【請求項2】 異なる少なくとも二色のトナーをそれぞ
    れ収納する複数の容器と、それら容器内のそれぞれのト
    ナーを負圧力によって各所定場所へ搬送するそれぞれの
    吸引手段と、各容器内のトナーに流動化エアを供給する
    共通のエア供給手段と、そのエア搬送経路の分岐路に各
    容器に対し設けられたそれぞれのバルブとを備えて成る
    トナー補給搬送装置にして、上記吸引手段による各色の
    トナーの搬送量がそれぞれ所定量に達する毎に上記流動
    化エアを対応する容器内に供給するよう制御されるトナ
    ー補給搬送装置において、上記エア供給手段の稼動信号
    の立ち上がりtに対してトナー供給を要する容器に対
    応するバルブの開放信号の立ち上がりtを所定時間
    (Δt=t−t)遅らせることを特徴とするトナー
    補給搬送装置。
  3. 【請求項3】 バルブ以降のエア搬送経路を、容器から
    所定場所までのトナー搬送経路の一部に合流させること
    を特徴とする請求項1又は2に記載のトナー補給搬送装
    置。
  4. 【請求項4】 上記所定時間Δtを0<Δt≦1秒とす
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載
    のトナー補給搬送装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載のト
    ナー補給搬送装置を備えた画像形成装置。
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