JP2015011087A - 粉体補給装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

粉体補給装置、及び、画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】粉体容器から排出・落下されて貯留部に貯留された粉体が、粉体ポンプの吸引によって吸引口から安定的に吸引・搬送される、粉体補給装置、及び、画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー補給装置90(粉体補給装置)は、トナー容器32Y(粉体容器)から排出されたトナー(粉体)を貯留部81に貯留して、粉体ポンプ60によって貯留部81の吸引口83からトナーを吸引して搬送管95を搬送させて、現像装置5Yにトナーを供給するように構成されている。そして、貯留部81において、落下経路部82の真下からずれた位置に吸引口83が形成されている。【選択図】図2

Description

この発明は、粉体容器に収容されたトナー等の粉体を現像装置等の被補給体に向けて補給する粉体補給装置と、それを備えた画像形成装置と、に関するものである。
従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置において、トナーカートリッジ(粉体容器)に収容されたトナー(粉体)を現像装置(被補給体)に向けて補給するトナー補給装置(粉体補給装置)を設置したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
詳しくは、特許文献1において、トナーカートリッジ(粉体容器)は、外周面から内周面に向けて突出する螺旋状の突起が形成された略筒状の容器本体が設けられている。そして、駆動モータによって容器本体が回転駆動されることで、螺旋状の突起によって容器本体内のトナー(粉体)が排出口に向けて搬送されて、排出口からトナーが排出される。そして、トナーカートリッジから排出されたトナーは、連通路(落下経路部)を落下した後に、その真下に位置する吸引口から粉体ポンプによる吸引によって吸引されて、吸引口に接続された搬送管を介して現像装置(被補給体)に向けて、搬送されて補給されることになる。
従来のトナー補給装置(粉体補給装置)は、粉体ポンプで吸引する粉体量に不足が生じないように、粉体容器から排出されて落下経路部を落下したトナー(粉体)を貯留部に貯留して、貯留部の吸引口から粉体ポンプの吸引によって粉体を吸引・搬送するように構成した場合に、特許文献1のもののように吸引口が落下経路部の真下に位置していると、粉体ポンプによって吸引・搬送されるトナー量が不安定になってしまっていた。
そして、そのように粉体ポンプによって吸引・搬送されるトナー量が不安定になってしまうと、現像装置(被補給体)に補給されるトナー量に過不足が生じて、画像不良やトナー飛散などの2次的な不具合が生じてしまうことになる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、粉体容器から排出・落下されて貯留部に貯留された粉体が、粉体ポンプの吸引によって吸引口から安定的に吸引・搬送される、粉体補給装置、及び、画像形成装置を提供することにある。
この発明の請求項1記載の発明にかかる粉体補給装置は、粉体容器に収容された粉体を被補給体に向けて補給する粉体補給装置であって、前記粉体容器から排出された粉体が落下する落下経路部と、前記落下経路部を落下した粉体が貯留される貯留部と、搬送管を介して前記貯留部の吸引口に接続されて、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して前記搬送管を搬送させる粉体ポンプと、を備え、前記貯留部の前記吸引口は、上方から投影してみたときに、前記落下経路部に対して重ならない位置に配設されたものである。
本発明によれば、粉体容器から排出・落下されて貯留部に貯留された粉体が、粉体ポンプの吸引によって吸引口から安定的に吸引・搬送される、粉体補給装置、及び、画像形成装置を提供することができる。
この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 トナー補給装置を示す全体構成図である。 作像部を示す断面図である。 粉体ポンプを示す断面図である。 設置部に設置されたトナー容器を示す斜視図である。 設置部に設置されたトナー容器を示す別の斜視図である。 貯留部とその近傍を長手方向に示す概略断面図である。 貯留部とその近傍を短手方向に示す概略断面図である。 貯留部を示す概略上面図である。 貯留部において落下経路部と吸引口と撹拌部材の回転軸とを上方から投影してみた図である。 変形例としての、トナー容器が画像形成装置本体に設置された状態を示す概略断面図である。
実施の形態.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
まず、図1〜図3にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1は画像形成装置としてのプリンタを示す構成図であり、図2はそのトナー補給装置(粉体補給装置)を示す構成図であり、図3は作像部を示す拡大図である。
図1に示すように、画像形成装置本体100の上方にある設置部31(トナー容器受台)には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4色の略筒状のトナー容器32Y、32M、32C、32K(粉体容器)が着脱可能に載置されている。また、各トナー容器32Y、32M、32C、32Kの下方には、それぞれ、トナー補給装置の貯留部81Y、81M、81C、81Kが配設されている。
また、設置部31の下方には中間転写ユニット15が配設されている。その中間転写ユニット15の中間転写ベルト8に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている。
図2を参照して、イエローに対応した作像部6Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yと、感光体ドラム1Yの周囲に配設された帯電部4Y、被補給体としての現像装置5Y(現像部)、クリーニング部2Y、除電部(不図示である。)等で構成されている。そして、感光体ドラム1Y上で、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程)がおこなわれて、感光体ドラム1Y上にイエロー画像が形成されることになる。
なお、他の3つの作像部6M、6C、6Kも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部6Yとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の3つの作像部6M、6C、6Kの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部6Yのみの説明をおこなうことにする。
図2を参照して、像担持体としての感光体ドラム1Yは、不図示のモータによって図2中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部4Yの位置で、感光体ドラム1Yの表面が一様に帯電される(帯電工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、露光部7から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、現像装置5Yとの対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される(現像工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、中間転写ベルト8及び第1転写バイアスローラ9Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム1Y上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、感光体1Yの表面は、クリーニング部2Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上に残存した未転写トナーが回収される(クリーニング工程である。)。
最後に、感光体ドラム1Yの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム1Y上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
なお、上述した作像プロセスは、他の作像部6M、6C、6Kでも、イエロー作像部6Yと同様におこなわれる。すなわち、作像部の下方に配設された露光部7から、画像情報に基いたレーザ光Lが、各作像部6M、6C、6Kの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部7は、光源からレーザ光Lを発して、そのレーザ光Lを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト8上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット15は、中間転写ベルト8、4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9K 、2次転写バックアップローラ12、クリーニングバックアップローラ13、テンションローラ14、中間転写クリーニング部10等で構成される。中間転写ベルト8は、3つのローラ12〜14によって張架・支持されるとともに、1つのローラ12の回転駆動によって図1中の矢印方向に無端移動される。
4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kは、それぞれ、中間転写ベルト8を感光体ドラム1Y 、1M 、1C 、1K との間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。そして、1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y 、1M 、1C 、1K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト8は、2次転写ローラ19との対向位置に達する。この位置では、2次転写バックアップローラ12が、2次転写ローラ19との間に中間転写ベルト8を挟み込んで2次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト8上に形成された4色のトナー像は、この2次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の被転写材P上に転写される。このとき、中間転写ベルト8には、被転写材Pに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト8は、中間転写クリーニング部10の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト8上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト8上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
ここで、2次転写ニップの位置に搬送された被転写材Pは、装置本体100の下方に配設された給紙部26から、給紙ローラ27やレジストローラ対28等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部26には、転写紙等の被転写材Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ27が図1中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の被転写材Pがレジストローラ対28のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対28(タイミングローラ対)に搬送された被転写材Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対28のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト8上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対28が回転駆動されて、被転写材Pが2次転写ニップに向けて搬送される。こうして、被転写材P上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写された被転写材Pは、定着部20の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が被転写材P上に定着される。
その後、被転写材Pは、排紙ローラ対29のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対29によって装置外に排出された被転写材Pは、出力画像として、スタック部30上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図2にて、粉体補給装置としてのトナー補給装置90の構成・動作について、簡単に説明する。
トナー補給装置90(粉体補給装置)は、設置部31に設置されたトナー容器32Y(粉体容器)内のトナー(粉体)を現像装置5Yに導くためのものであって、トナー補給経路(トナー搬送経路)を形成している。
なお、図2は、理解を容易にするために、トナー容器32Y、トナー補給装置90、現像装置5Yの配置方向などを変えて図示している。実際には、図2において、トナー容器32Yとトナー補給装置90の一部との長手方向が紙面垂直方向になるように配設されている(図1を参照できる。)。また、搬送管95、96の向きや配置も簡略化して図示している。
装置本体100の設置部31に設置された各トナー容器32Y、32M、32C、32K内のトナーは、各色の現像装置内のトナー消費に応じて、トナー色ごとに設けられたトナー補給装置を経て適宜に各現像装置内に補給される。4つのトナー補給装置は、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造である。
詳しくは、トナー容器32Yが装置本体100の設置部31にセットされると、トナー容器32Yのボトル・ギア37Yが装置本体100の駆動ギア110に噛合するとともに、キャップ受部91のキャップ開閉チャック92によってトナー容器32Yからキャップ34Y(開口部Cを塞ぐための部材である。)が取り外される。これにより、トナー容器32Yの開口部Cが開放されて、トナー容器32Y内に収容されたトナーの排出が可能になる。
一方、トナー補給装置90において、開放された開口部Cの下方には、落下経路部82を介して貯留部81が設けられている。貯留部81の底部には吸引口83が設けられていて、この吸引口83がノズル85(図7等を参照できる。)を介して搬送管95(チューブ)の一端に接続されている。搬送管95は、親トナー性の低いフレキシブルなゴム材料からなり、その他端が紛体ポンプ60(ダイヤフラムポンプ)に接続されている。粉体ポンプ60は、サブホッパ70、搬送管96(チューブ)を介して現像装置5Yに接続されている。
このように構成されたトナー補給装置90において、駆動ギア110が駆動されるとトナー容器32Yの容器本体33Yが回転駆動されて、トナー容器32Yの開口部Cからトナーが排出される。トナー容器32Yから排出されたトナーは、落下経路部82を落下して貯留部81に貯留される。貯留部81に貯留されたトナーは、粉体ポンプ60が稼働することで、吸引口83から吸引されて搬送管95を介して粉体ポンプ60からサブホッパ70に向けて搬送される。そして、サブホッパ70に搬送されたトナーは、搬送管96を介して現像装置5Y内に補給される。すなわち、トナー容器32Y内のトナーは、図2中の破線矢印方向に搬送されることになる。
なお、本実施の形態において用いられる粉体ポンプ60は、最大流量が5L/分程度で、1回の吸引・排出量が50cc程度に設定されたものである。
また、本実施の形態では、粉体ポンプ60としてダイヤフラムポンプを用いているため、粉体ポンプとしてモーノポンプ(例えば、特許文献1を参照できる。)を用いる場合に比べて、トナーに与えるストレスを小さくすることができる。
次に、図3にて、作像部における現像装置(被補給体)の構成・動作について、さらに詳しく説明する。
現像装置5Yは、感光体ドラム1Yに対向する現像ローラ51Yと、現像ローラ51Yに対向するドクターブレード52Yと、現像剤収容部53Y、54Y内に配設された2つの搬送スクリュ55Yと、現像剤中のトナー濃度を検知する濃度検知センサ56Yと、等で構成される。現像ローラ51Yは、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部53Y、54Y内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤が収容されている。
このように構成された現像装置5Yは、次のように動作する。
現像ローラ51Yのスリーブは、図3の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ51Y上に担持された現像剤は、スリーブの回転にともない現像ローラ51Y上を移動する。
ここで、現像装置5Y内の現像剤は、現像剤中のトナーの割合(トナー濃度)が所定の範囲内になるように調整される。詳しくは、被補給体としての現像装置5Y内のトナー消費に応じて、トナー容器32Y(粉体容器)に収容されているトナー(粉体)が、トナー補給装置90を介して現像剤収容部54Y内に補給される。
その後、現像剤収容部54Y内に補給されたトナーは、2つの搬送スクリュ55Yによって、現像剤とともに混合・撹拌されながら、2つの現像剤収容部53Y、54Yを循環する(図3の紙面垂直方向の長手方向の移動である。)。そして、現像剤中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ51Y上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ51Y上に担持される。
現像ローラ51Y上に担持された現像剤は、図3中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード52Yの位置に達する。そして、現像ローラ51Y上の現像剤は、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム1Yとの対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム1Y上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ51Y上に残った現像剤はスリーブの回転にともない現像剤収容部53Yの上方に達して、この位置で現像ローラ51Yから離脱される。
次に、図4にて、粉体ポンプ60及びサブホッパ70について詳述する。
図4を参照して、本実施の形態における粉体ポンプ60は、ダイヤフラムポンプ(容積式ポンプ)であって、ダイヤフラム61(ゴム部材)、ケース62、モータ67、回転板68、逆止弁63、64、シール部材65、66(弾性部材)、等で構成されている。このように構成された粉体ポンプ60は、比較的小型かつ低コストのものである。
ここで、ケース62とダイヤフラム61とでポンプ本体を形成する。
ケース62は、剛性を有する樹脂材料又は金属材料からなり、ポンプ本体の主部(ハウジング)として機能する。ケース62(ポンプ本体)には、内部に向けて現像剤を空気とともに流入するための流入口Aと、内部から現像剤を空気とともに流出するための流出口Bと、が形成されている。
ダイヤフラム61は、親トナー性が低く弾性を有するゴム材料で形成されていて、椀状に形成された部分の内部が容積可変部Wとして機能して、その外周部に起立するようにアーム部61a(その穴部に回転板68の偏心軸68aが嵌合している。)が形成されている。ダイヤフラム61はケース62に対して隙間が生じないように接合されていて、ダイヤフラム61の容積可変部Wと、ケース62の内部と、がポンプ本体の内部において1つの閉空間として形成されている。そして、ポンプ本体61、62は、後述する回転板68(偏心軸68a)の回転にともなうダイヤフラム61の伸縮動作によって、内部の容積を増減させて正圧と負圧とを交互に発生させることになる。
回転板68は、モータ67のモータ軸に設置されていて、その面上においてモータ軸(回転中心)から偏心した位置に起立するように偏心軸68aが設けられている。回転軸68の偏心軸68aは、ダイヤフラム61におけるアーム部61aの先端部に形成された穴部に挿入(嵌合)されている。
このような構成により、制御部に制御されてモータ67が駆動されることで、回転板68(偏心軸68a)が回転して、それにともないダイヤフラム61が容積可変部Wの容積を周期的に増減するように伸縮することになる。そして、このようなダイヤフラム61の伸縮動作にともない、ポンプ本体61、62の内部に正圧と負圧とが交互に発生されることになる。
ここで、ポンプ本体(ケース62)の流入口Aには、流入側逆止弁63が設置されている。この流入側逆止弁63は、ポンプ本体61、62の内部に負圧が発生したときに流入口Aを開放して、ポンプ本体61、62の内部に正圧が発生したときに流入口Aを閉鎖するものである。流入側逆止弁63は、ポンプ本体61、62の内側(内部)から流入口Aに対向するように配設されている。粉体ポンプ60における流入口Aの側には、搬送管95を介して貯留部81が接続されている。
他方、ポンプ本体(ケース62)の流出口Bには、流出側逆止弁64が設置されている。この流出側逆止弁64は、ポンプ本体61、62の内部に負圧が発生したときに流出口Bを閉鎖して、ポンプ本体61、62の内部に正圧が発生したときに流出口Bを開放するものである。流出側逆止弁64は、ポンプ本体61、62の外側から流出口Bに対向するように配設されている。粉体ポンプ60における流出口Bの側には、サブホッパ70が接続されている。
このような構成・動作により、先に図2を用いて説明したように、粉体ポンプ60が稼働することで、貯留部81内に貯留されたトナーが吸引口83から吸引されて搬送管95を搬送された後に、サブホッパ70内にトナーが搬送されることになる。詳しくは、サブホッパ70のホッパ残量センサ76がサブホッパ70内におけるトナー量の不足を検知すると、粉体ポンプ60(モータ67)を駆動して、貯留部81からサブホッパ70へのトナー補給をおこなう。
図4を参照して、サブホッパ70には、2つの搬送スクリュ71、72、ホッパ残量センサ76、補給モータ(不図示である。)、等が設置されている。また、サブホッパ70の第1搬送経路(第1搬送スクリュ71が設置された搬送経路である。)の上流側の上方には、粉体ポンプ60の流出口Bに連通する補給口が形成されている。サブホッパ70の第2搬送経路(第2搬送スクリュ72が設置された搬送経路である。)の下流側の下方には排出口74が形成されていて、この排出口74が搬送管96(チューブ)を介して現像装置5Yに接続されている。また、サブホッパ70の第2搬送経路の上方には、粉体ポンプ60からトナーとともに送入された空気を排出するための排気口75が設けられている。なお、第2の搬送管96は、先に説明した第1の搬送管95と同様に、親トナー性が低く弾性を有するフレキシブルなゴム材料で形成されている。
ここで、サブホッパ70において、第1搬送経路の下流側と第2搬送経路の上流側とは長手方向(図3及び図5の紙面垂直方向である。)の一端側で連通しているが、その連通部分を除いて第1搬送経路と第2搬送経路とは壁部で隔絶されている。
そして、サブホッパ70内に補給されたトナーは、補給モータによって回転駆動される搬送スクリュ71、72によって、サブホッパ70内の第1搬送経路、第2搬送経路の順に搬送されて、その後にサブホッパ70から搬送管96を介して現像装置5Y内に補給される。詳しくは、現像装置5Yの濃度検知センサ56Yが現像剤収容部54Yにおけるトナー濃度の不足を検知すると、サブホッパ70の搬送スクリュ71、72を回転駆動して、サブホッパ70から現像装置5Yへのトナー補給をおこなう。
このように、本実施の形態では、トナー容器32Yからのトナーの搬送経路をフレキシブルな搬送管95、96(チューブ)で形成しているために、トナー容器32Yの設置部31を現像装置5Yから離れた位置に比較的自由にレイアウトすることができる。
次に、図5〜図8等を用いて、粉体容器としてのトナー容器と、トナー補給装置90のキャップ受部91と、について説明する。
先に図1等で説明したように、粉体容器としてのトナー容器は、粉体補給装置としてのトナー補給装置90に設置されて、被補給体としての現像装置に粉体としてのトナーを供給するためのものである。設置部31(トナー容器受台)には、4色の粉体容器としてのトナー容器32Y、32M、32C、32Kが、着脱可能に設置されている。トナー容器32Y、32M、32C、32Kは、それぞれ、寿命に達したとき(収容するトナーがほとんどすべて消費されて空になったときである。)に新品のものに交換される。そして、トナー容器32Y、32M、32C、32K内に収容された各色のトナーは、それぞれ、トナー補給装置(粉体補給装置)によって、各作像部6Y、6M、6C、6Kの現像装置に適宜補給される。
なお、図5〜図8は、イエロー用のトナー容器32Yが設置部31(トナー補給装置90)に設置された状態を示す図であるが、他の3色のトナー容器32M、32C、32Kも、収容されたトナーの色が異なる以外は、イエロートナーを収容したトナー容器32Yとほぼ同様の構成となっている。以下、他の3色のトナー容器32M、32C、32Kやトナー補給装置の説明を適宜に省略して、イエロートナーを収容したトナー容器32Yやトナー補給装置のみの説明をおこなうことにする。
図5〜図8を参照して、粉体容器としてのトナー容器32Yは、主として、容器本体33Yと、その開口部Cに着脱可能に設けられたキャップ34Y(栓部材)と、で構成される。
容器本体33Yの頭部には、容器本体33Yと一体的に回転するボトル・ギア37Yと、開口部Cと、が設けられている(図7等を参照できる。)。ボトル・ギア37Yは、装置本体100の駆動ギア110(図2、図8を参照できる。)と噛合して容器本体33Yを図8の時計方向(又は、反時計方向)に回転駆動するためのものである。また、開口部Cは、容器本体33Y内に収容されたトナー(粉体)を落下経路部82に向けて排出するためのものである。
容器本体33Yには、外周面から内周面にかけて、螺旋状の突起33aが設けられている。この螺旋状の突起33aは、容器本体33Yを回転駆動して開口部Cからトナーを排出するためのものである。
なお、このように構成された容器本体33Yは、ボトル・ギア37Yとともにブロー成形にて製造することができる。
一方、図5〜図8を参照して、トナー補給装置90のキャップ受部91は、設置部31(トナー補給装置90)に設置された状態のトナー容器32Yの頭部を覆うように設けられている。
キャップ受部91には、トナー容器32Yの着脱動作に連動してキャップ34Yの開閉動作をおこなうキャップ開閉チャック92や、キャップ開閉チャック92を駆動する開閉駆動部93や、落下経路部82や、貯留部81、等が設けられている。そして、設置部31上に載置されたトナー容器32Yがキャップ受部91に向けてスライド移動されて、キャップ34Yがキャップ開閉チャック92の位置に達すると、さらにトナー容器32Yをスライド移動させて押し込む動作に連動して、キャップ開閉チャック92がキャップ34Yを挟んだ状態で開口部Cからキャップ34Yを離脱させるように開閉駆動部93が稼働する。これにより、トナー容器32Yの開口部Cが開放された状態になって、開口部Cからのトナー排出が可能になる。また、このようなトナー容器32Yの装着動作に連動して、ロック機構が稼働してトナー容器32Yが設置部31から取り外されないようにロックされる。
なお、設置部31(トナー容器受台)に対してトナー容器32Yが離脱されるときには、上述した装着時の動作と逆の動作がおこなわれることになる。
以下、図7〜図9を用いて、本実施の形態において特徴的な、トナー補給装置90(粉体補給装置)の構成・動作について説明する。
本実施の形態における粉体補給装置としてのトナー補給装置90は、粉体容器としてのトナー容器32Yに収容された粉体としてのトナーを、被補給体としての現像装置5Yに向けて補給するものである。
そして、このトナー補給装置90には、先に図2等を用いて説明したように、落下経路部82、貯留部81、粉体ポンプ60(ダイヤフラムポンプ)、等が設けられている。落下経路部82は、トナー容器32Yから排出されたトナーを貯留部81に向けて自重落下させるための経路であって、中空の略四角柱状に形成されている。貯留部81は、落下経路部82を落下したトナーが貯留されるように略椀状に形成されていて、その内部にはトナー検知センサ86(粉体検知手段)や2つの撹拌部材84が設置されている。粉体ポンプ60は、搬送管95を介して貯留部81の吸引口83に接続されていて、貯留部81に貯留されたトナーを吸引して搬送管95を搬送させる。
このように、本実施の形態では、トナー容器32Yから排出されたトナーを粉体ポンプ60によって直接的に吸引するのではなくて、トナー容器32Yから排出されて貯留部81にある程度貯留されたトナーのうち、必要な量だけ粉体ポンプ60で吸引するように構成しているため、粉体ポンプ60で吸引するトナー量に不足が生じてしまう不具合を確実に軽減することができる。
ここで、本実施の形態におけるトナー補給装置90は、図9及び図10(又は、図2、図7)を参照して、貯留部81の吸引口83は、上方から投影してみたときに、落下経路部82に対して重ならない位置に配設されている。換言すると、吸引口83は、落下経路部82の真下に形成されているのではなくて、落下経路部82に対して長手方向一端側(図2、図7の右方であって、図9の下方である。)にシフトした位置に形成されている。さらに換言すると、落下経路部82の下端を通る水平断面でみたときに、落下経路部材82と吸引口83とは重ならない位置に配設されている。
具体的に、本実施の形態において、図9を参照して、貯留部81における内壁の上下方向(短手方向)の間隔は60mm程度に設定され、そのほぼ中央の位置に吸引口83が形成され、落下経路部82は上下方向(短手方向)の間隔が15mm程度で上側の内壁に近接するように形成されている。したがって、吸引口83の中心は、落下経路部82の中心に対して図9の上下方向(短手方向)に22.5mm程度シフトしていることになる。
このような構成により、粉体ポンプ60によって吸引・搬送されるトナー量が安定することになる。したがって、現像装置(被補給体)に補給されるトナー量も安定して、画像不良やトナー飛散などの2次的な不具合の発生を防止することができる。
詳しくは、貯留部81において落下経路部82の直下に吸引口83を設けてしまうと、吸引口83の上部にトナーが堆積しやすくなり、さらに堆積するトナーの高さが不安定になるため、粉体ポンプ60により吸引・搬送されるトナー量が不安定になりやすい。また、そのように吸引口83上に堆積したトナーの量が増加したり、長時間放置されてトナーが締まってしまったり、高温高湿環境でトナーが軟化、吸湿したりすることで、粉体ポンプ60により吸引・搬送されるトナー量がさらに不安定になってしまう。そして、最悪の場合には、吸引口83の上部に堆積したトナーが架橋するなどして、粉体ポンプ60の負圧が不足して、トナーが搬送されなくなってしまう。
特に、本実施の形態では、貯留部81から粉体ポンプ60に至るトナー搬送経路が長くて、粉体ポンプ60にかかる負荷が小さくないため、そのような問題が無視できないものになる。また、上述した問題を解決するために粉体ポンプ60のポンプ能力を必要以上に向上させることは、トナーに対する摩擦や圧力等のストレスが増加することにつながり、ストレスを受けたトナーが固着、凝集して画質劣化が生じたり、粉体ポンプ60の消費電力増加、コストアップ、寿命低下になったりするため、なるべく避けたい。
これに対して、本実施の形態では、貯留部81において落下経路部82の直下の位置からずれた位置に吸引口83を設けているため、吸引口83の上部に堆積するトナー量が、大きく増減することなく、ある程度一定に維持されることになる。すなわち、吸引口83の上部に堆積するトナー量が少なすぎて粉体ポンプ60で吸引・搬送するトナー量が少なくなってしまう不具合や、吸引口83の上部に堆積するトナー量が多すぎて粉体ポンプ60でトナーを吸引・搬送できなくなってしまう不具合が抑止されて、吸引口83の上部に堆積するトナー量を最適な範囲に維持して、粉体ポンプ60で吸引・搬送するトナー量を安定化することができる。
さらに換言すると、吸引口83を落下経路部82の直下からシフトした位置に設けることで、貯留部81において落下経路部82の真下の領域がトナーが貯留されるバッファ領域になる。このように、貯留部81にバッファ領域があることで、吸引口83の周辺にトナーが直接的に堆積することがなく、吸引口83の直上のトナー堆積量(高さ)の変動を小さくすることが可能となる。また、トナー容器32Yから大量のトナーが排出されてしまっても、上述したバッファ領域には一時的に過剰のトナーが供給されて粉面高さが上昇することになるが、吸引口83の上部に堆積されるトナーの紛面が急激に上昇する不具合は軽減することができる。さらに、本実施の形態では、後述するようにトナー検知センサ86(粉体検知手段)を吸引口83の近傍に設置して、吸引口83の近傍において堆積されるトナー量を制御しているため、そのような不具合を確実に防止することができる。
ここで、本実施の形態では、図7及び図9を参照して、貯留部81は、吸引口83とその近傍との上方を覆う天井面81aの高さが、それ以外の部分の上方を覆う天井面81bの高さよりも低くなるように形成されている。具体的に、図9を参照して、貯留部81は、落下経路部82に近い側(図9の破線より上方の範囲である。)の第2天井面81bが、吸引口83に近い側(図9の破線より下方の範囲である。)の第1天井面81aよりも高くなるように形成されている。
このような構成により、吸引口83の上方に堆積されるトナー量(堆積高さ)が、比較的低く形成された第1天井面81aによって規制されることになる。すなわち、吸引口83の上方において、第1天井面81aを超えてトナーが大量に堆積される不具合を防止することができる。この第1天井面81aの高さは、先に説明した不具合を防止するために、最適な値に設定することができる。また、第2天井面81bを比較的高く形成することで、貯留部81の全体の容積が小さくなりすぎてしまう不具合を防止することができる。
また、本実施の形態では、貯留部81において、落下経路部82から離れた位置であって吸引口83に近い位置に、トナーの量(堆積高さ)を検知する粉体検知手段としてのトナー検知センサ86を設置している。そして、トナー検知センサ86(粉体検知手段)の検知結果に基いて、トナー容器32Yからトナーを排出している。
詳しくは、トナー検知センサ86(粉体検知手段)としては、圧電センサ、透過光センサなどを用いることができる。本実施の形態では、トナー検知センサ86として圧電センサを用いている。そして、トナー検知センサ86は、図9を参照して、吸引口83の上下方向(短手方向)の位置とほぼ同じ位置になるように、右側の内壁部に設置されている。また、図7等を参照して、トナー検知センサ86の検知面の高さは、吸引口83の上方に堆積されるトナー量(堆積高さ)が狙いの値になるように設定されている。
そして、トナー検知センサ86の検知結果に基いて、トナー容器32Y(容器本体33Y)を回転駆動する駆動モータ(モータ軸に駆動ギア110が設置されている。)の駆動タイミングや駆動時間が制御される。具体的に、トナー検知センサ86によってその位置にトナーがないものと判別された場合には駆動モータが所定時間だけ駆動されて、トナー検知センサ86によってその位置にトナーがあるものと判別された場合には駆動モータの駆動が停止されることになる。
このような構成により、上述した本発明の効果をさらに確実に発揮させることができる。
また、本実施の形態では、貯留部81の内部に貯留されたトナーを、所定方向に回転して撹拌する撹拌部材84が2つ設置されている。図9及び図10を参照して、これらの撹拌部材84は、上方から投影してみたときに、それぞれの回転軸84aが吸引口83に対して重ならない位置に配設されている。換言すると、回転軸84aの回転中心を通る水平断面でみたときに、回転軸84aと吸引口83とは重ならない位置に配設されている。
詳しくは、撹拌部材84は、回転軸84aに、可撓性部材84b(例えば、PET材料からなるシート状部材(マイラー)である。)が設置されたものである。そして、2つの撹拌部材84は、上方から投影してみたときに落下経路部82と吸引口83とを挟むように配設されている。換言すると、落下経路部82の下端を通る水平断面でみたときに、2つの撹拌部材84が落下経路部82と吸引口83とを挟むように配設されている。さらに、一方の撹拌部材84は、可撓性部材84bがトナー検知センサ86の検知面を摺接するように配設されている。
このように貯留部81に撹拌部材84を設置することで、貯留部81内に貯留されたトナー粉面を全体的に均一化することができる。また、撹拌部材84は、落下経路部82から落下してきたトナーを撹拌しながら吸引口83に向けて搬送することになり、吸引口83の上部においてトナーが不足するのを防ぐことができる。さらに、撹拌部材84は、吸引口83の上部に一定量以上のトナーが堆積されてしまったときに、その堆積したトナーを崩して貯留部81内のトナー粉面を均一に均すことができる。また、撹拌部材84は、貯留部81内に大量のトナーが供給されてしまったり、長期間放置されたり、高温高湿環境になってしまったりしても、貯留部81内のトナーをほぐすように動作するため、トナーの架橋を防ぐことができる。
また、撹拌部材84は、その回転軸84aが吸引口83からずれた位置に配置されているため、吸引口83の上部にトナーを堆積させることなく、吸引口83にトナーを充分に供給することが可能になる。また、撹拌部材84の可撓性部材84bは、トナーを吸引口83側に掃き寄せることができて、常に安定した量のトナーを吸引口83に供給することが可能になる。さらに、撹拌部材84を吸引口83の両側に設けることで、吸引口83の両側からトナーを掃き寄せることができて、吸引口83に安定した量のトナーを供給することが可能になる。また、可撓性部材84bの先端がトナー検知センサ86の検知面に摺接することで、トナー検知センサ86の検知面がクリーニングされて、検知面にトナーが固着するなどして誤検知、誤動作する不具合を防ぐことができる。
また、本実施の形態において、2つの撹拌部材84は、吸引口83に向けてそれぞれ位相をずらしてトナーを搬送するように構成することが好ましい。
詳しくは、本実施の形態では、図8に示すように、撹拌部材84において可撓性部材84bが同一平面内に配置されている。これに対して、撹拌部材84において可撓性部材84bを幅方向(図8の紙面垂直方向である。)に複数に分割して、複数に分割した可撓性部材84bが放射状に周方向にずれて配置されるようにすることで、撹拌部材84によって吸引口83側に向けて搬送される単位時間当りのトナー量を均一化することができる。さらには、図8のように構成された2つの撹拌部材84を、可撓性部材84bが同じ周期で吸引口83の位置に達しないように、回転タイミングをずらして2つの撹拌部材84を回転させることでも、2つの撹拌部材84によって吸引口83側に向けて搬送される単位時間当りのトナー量を均一化することができる。
なお、本実施の形態における撹拌部材84は、回転軸84aの軸径が6mm程度であって、可撓性部材84bの幅が38mm程度であって、回転数が30〜80rpm程度になるように設定されている。また、図8を参照して、左側(トナー検知センサ86に近い側である。)の撹拌部材84は反時計方向に回転して、右側の撹拌部材84は時計方向に回転するように構成されている。
ここで、本願発明者は、本願発明の効果を確認するために、本実施の形態におけるトナー補給装置90(落下経路部82の真下からずれた位置に吸引口83を配置したものである。)と、落下経路部82の真下に吸引口83を配置したトナー補給装置と、を用いて、吸引口83の上部に堆積されるトナー堆積高さの推移と、粉体ポンプ60で吸引・搬送されるトナー量と、を比較して測定する実験をおこなった。その結果、前者のトナー補給装置90を用いた場合には、トナー堆積高さが5〜20mmの間で推移して、粉体ポンプ60で吸引・搬送されるトナー量が狙いの値を下回ることがなかったのに対して、後者の場合には、トナー堆積高さが10〜40mmの間で推移して、粉体ポンプ60で吸引・搬送されるトナー量が狙いの値を下回ることがあった。
なお、本実施の形態では、駆動モータによってトナー容器32Yの容器本体33Yを回転駆動するように構成された装置に対して本発明を適用した。これに対して、容器本体33Yがキャップ34Yとともに非回転で設置部31に保持されるように構成されて、容器本体33Yの開口部Cに向けてトナーを搬送する搬送部材(例えば、軸部状に搬送コイルや複数の搬送羽根が設置されて、容器本体から独立したギアによって所定方向に回転する搬送部材である。)が設置されて、容器本体33Yの内部に収容したトナーが開口部Cに向けて搬送されるように構成されたトナー容器32Yに対して、駆動モータによってトナー容器32Yの搬送部材を回転駆動するように構成された装置に対して本発明を適用することもできる。
詳しくは、図11に示すように、トナー容器32Yは、主として、容器本体33Yと、ギア49Yと、キャップ34Y(ボトルキャップ)と、で構成される。容器本体33Yの頭部には開口部Cが設けられていて、その開口部Cの外周部にはギア49Yが回転可能に設置されている。ギア49Yは、装置本体100の駆動ギア110と噛合してコイル46Yを回転中心軸を中心に回転駆動するためのものである。また、開口部Cは、容器本体33Y内に収容されたトナーをキャップ34Y内のスペースに向けて排出するためのものである。ギア49Yには回転軸45Yが一体的に設けられていて、回転軸45Yには螺旋状のコイル46Y(搬送部材)が連結されている。回転軸45Yの一端は、キャップ34Yの軸受部34Yaに支持されている。コイル46Yは、容器本体33Y内部の開口部Cから底部にかけて延設されている。そして、ギア49Yが容器本体33Yの周りを回転することで、回転軸45Y及びコイル46Yも回転駆動される。これにより、容器本体33Yに収容されたトナーは、コイル46Yのトナー搬送力によって開口部C側に搬送されることになる。なお、ギア49Yは、容器本体33Yとキャップ34Yとに挟まれるように、開口部Cの外周部に挿設されている。ギア49Yの両端面のうち、一端面側には容器本体33Yとの間にゴム部材98Yが設けられていて、他端面側にはキャップ34Yとの間にシール材48Yが設けられている。このような構成によって、トナー容器32Y全体としてのシール性が担保されている。すなわち、ギア49Y、容器本体33Y、キャップ34Yのそれぞれの間からトナーが漏出する不具合が抑止される。
そして、このようなトナー容器32Yが設置されるトナー補給装置90にも、上述した本実施の形態のものと同様に、トナー容器32Yから排出されたトナーが貯留される貯留部81において落下経路部82の真下からずれた位置に吸引口83が形成されている。
このように構成されたトナー補給装置90であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、トナー容器32Y(粉体容器)から排出されたトナー(粉体)が貯留される貯留部81において、落下経路部82の真下からずれた位置に吸引口83が形成されている。これにより、トナー容器32Yから排出・落下されて貯留部81に貯留されたトナーを、粉体ポンプ60の吸引によって吸引口83から安定的に吸引・搬送することができる。
なお、本実施の形態では、粉体容器としてトナー容器32Yを用いたが、粉体容器としてトナー以外の粉体やトナーを含む粉体が収容された粉体容器に対しても本発明を適用することもできる。特に、本実施の形態では、トナー容器32Y、32M、32C、32K内にトナーのみを収容したが、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を現像装置5に適宜に供給する画像形成装置に対してはトナー容器32Y、32M、32C、32K内に2成分現像剤を収容することもできる。
また、本実施の形態では、被補給体としての現像装置5Yに粉体を補給する粉体補給装置に対して本発明を適用したが、現像装置5Y以外の被補給体に粉体を補給する粉体補給装置に対しても当然に本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、粉体ポンプ60としてダイヤフラムポンプを用いたが、粉体ポンプ60としてその他のポンプ(例えば、モーノポンプ、ベローズポンプ等である。)を用いることもできる。
また、本実施の形態では、粉体ポンプ60によって吸引・搬送されたトナーがサブホッパ70を介して現像装置5Yに供給されるように構成した。これに対して、サブホッパ70を設けることなく、粉体ポンプ60によって吸引・搬送されたトナーが現像装置5Yに直接的に供給されるように構成することもできる。
そして、これらのような場合であっても、本実施の形態のものとほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
5Y 現像装置(被補給体)、
31 設置部(トナー容器受台)、
32Y、32M、32C、32K トナー容器(粉体容器)、
33Y 容器本体、
34Y キャップ、
60 粉体ポンプ(ダイヤフラムポンプ)、
70 サブホッパ、
81、81Y、81M、81C、81K 貯留部(ホッパ)、
81a 第1天井面、 81b 第2天井面、
82 落下経路部、
83 吸引口、
84 撹拌部材、
84a 回転軸、 84b 可撓性部材、
86 トナー検知センサ(粉体検知手段)、
90 トナー補給装置(粉体補給装置)、
95、96 搬送管、
100 画像形成装置本体(装置本体)。
特許第4456957号公報

Claims (9)

  1. 粉体容器に収容された粉体を被補給体に向けて補給する粉体補給装置であって、
    前記粉体容器から排出された粉体が落下する落下経路部と、
    前記落下経路部を落下した粉体が貯留される貯留部と、
    搬送管を介して前記貯留部の吸引口に接続されて、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して前記搬送管を搬送させる粉体ポンプと、
    を備え、
    前記貯留部の前記吸引口は、上方から投影してみたときに、前記落下経路部に対して重ならない位置に配設されたことを特徴とする粉体補給装置。
  2. 前記貯留部は、前記吸引口とその近傍との上方を覆う天井面の高さが、それ以外の部分の上方を覆う天井面の高さよりも低くなるように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の粉体補給装置。
  3. 前記貯留部は、前記落下経路部から離れた位置であって前記吸引口に近い位置において粉体の量を検知する粉体検知手段を具備し、
    前記粉体検知手段の検知結果に基いて前記粉体容器から粉体を排出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の粉体補給装置。
  4. 前記貯留部は、その内部に貯留された粉体を、所定方向に回転して撹拌する撹拌部材を具備し、
    前記撹拌部材は、上方から投影してみたときに、その回転軸が前記吸引口に対して重ならない位置に配設されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の粉体補給装置。
  5. 前記撹拌部材は、2つの撹拌部材であって、
    前記2つの撹拌部材は、上方から投影してみたときに前記落下経路部と前記吸引口とを挟むように配設されて、前記吸引口に向けてそれぞれ位相をずらして粉体を搬送することを特徴とする請求項4に記載の粉体補給装置。
  6. 前記貯留部は、前記落下経路部から離れた位置であって前記吸引口に近い位置において粉体の量を検知する粉体検知手段を具備し、
    前記撹拌部材は、回転軸に可撓性部材が設置されたものであって、前記可撓性部材が前記粉体検知手段の検知面を摺接するように配設されたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の粉体補給装置。
  7. 前記粉体は、トナーであって、
    前記粉体ポンプは、ダイヤフラムポンプであって、
    前記被補給体は、前記貯留部からトナーが補給されるように前記粉体ポンプに接続されて、像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を形成する現像装置であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の粉体補給装置。
  8. 前記粉体容器は、筒状に形成されるとともに、内周面に螺旋状の突起が形成されて所定方向に回転する容器本体を具備し、前記貯留部の上方に着脱可能に設置されることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の粉体補給装置。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の粉体補給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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