JP3592068B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、プリンター、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の電子写真方式における画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式における画像形成装置において、転写工程後の像担持体等に残留するトナーをクリーニング手段によって回収し、それにより得た回収トナーを現像手段に戻して再使用することが既に提案されている。このようなトナーリサイクル機構を備えた画像形成装置においては、一旦感光体上に転移しながらも、被転写体上に転写されなかったトナーや、または転写ベルト上に付着残留したトナーを、クリーニング手段で回収した後、その回収トナーをクリーニング手段から現像手段へ移送させるためのトナー移送装置を設けている。
【0003】
従来、トナーを移送する主な方式としては下記のものが知られている。
(1)クリーニング装置と送り先部とをパイプで結び、このパイプの内部に設けられたコイルスクリューによってトナーを移送するもの、
(2)クリーニング装置と送り先部とを近接した上下の位置に配置し、主として重力によりトナーを移送するもの、
(3)回転することにより現像剤のトナーを軸方向に移動させるロータと、このロータを包み込む通路を内部に有しかつロータと通路内部で接触係合する固定されたステータとを有するスクリューポンプと、このスクリューポンプにより移動する現像剤を流動化させるための空気を供給する空気供給手段を使用して、トナーと空気からなる混合気をフレキシブルなパイプ内を介して移送するもの(特開平7−219329号公報)、
等である。
【0004】
しかしながら、上記(1)の移送方式ではコイルスクリューの確実な回転を保証するために、望ましくは、直線移送または大きな曲線移送が可能となるようにトナーの移送路を確保する必要がある(屈曲した移送路は不可)。さらに、このトナー移送方式ではコイルスクリューとパイプとの摩擦負荷が非常に大きいため、コイルスクリューの回転駆動トルクが増大して、回収トナーの長距離移送が困難になるとともに、移送するトナーにストレスを与えて凝集、熱融着等の原因になる問題があった。
【0005】
上記(2)の移送方式では、トナー移送が比較的簡易に行なえるものの、回収トナー貯蔵手段または現像装置をクリーニング装置と略一体的に配置させる必要があるため、装置の取り付け上の制約、及び、トナー貯蔵量の制約から、搭載可能な画像形成装置の機種が低速機(または、コピーやプリント使用量が少ないユーザ向けの複写機やプリンタ)に限られていた。
【0006】
上記(3)の移送方式では、貯蔵したトナーや回収トナーを、フレキシブルパイプ等を介して移送することができるため、トナー貯蔵部やトナー回収部の設置位置に何ら制約を受けず、簡単な構成でトナーの移送を確実に行い得るという利点がある。また、スクリューポンプを用いたトナーの移送装置は空気供給手段によって空気との混合気状態の流動化させて状態で移送することで、トナーの安定した移送が得られるとともに、移送するトナーに無用なストレスをより与えずに、移送トナーの凝集、熱融着等が生じにくいものである。
【0007】
このような事情から、スクリューポンプを用いたトナーの移送方式が特に優れていることが判る。このスクリューポンプとは、内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形ステータ、該ステータ内に回動自在に嵌挿された雄ねじ形ロータより構成された一軸偏心スクリューポンプ(通称 モーノポンプ)である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スクリューポンプを用いたトナー移送装置では、ステータ内に嵌挿された金属製のロータが摺接しながら回動するので、ゴム材料で形成されているステータの内径は経時使用で徐々に拡大してしまう。ステータの内径が拡大してロータとの食い込み量が少なくなってくると、スクリューポンプの吐き出し後に供給しているエアーがステータとロータの間を通り抜けてポンプの入口側へ出るという逆流現象が発生することがあり、このような逆流現象が起きると、粉体の移送に支障を来すため、スクリューポンプが寿命に達したと判断されていた。
【0009】
このようにして寿命に達するスクリューポンプは、その稼動期間がかなり短いため、他の部品の寿命に比べて釣り合いが取りにくく、実用化が難しいという問題があった。
【0010】
そこで、スクリューポンプの長寿命化させるため、あらかじめロータとステータの食い込み量を大きくすることが考えられるが、この場合ロータとステータの回転摩擦により連続運転時の温度上昇から回収トナーのブロッキング及びトナーの劣化により形成される画像品質の低下および回収トナー搬送品質の低下という不具合が生じてしまう。さらに、スクリューポンプの連続運転時、エアーポンプから供給されるエアーが現像手段に連続して送り込まれるため、現像手段内の内圧が増すことによるトナー飛散という不具合も生じてしまう。
【0011】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、スクリューポンプの長寿命化することができ、しかもトナー劣化や現像手段でのトナー飛散が生じにくい画像形成装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、クリーニング手段により除去・回収されたトナーを、スクリューポンプ及びエアー供給手段を有するトナー移送手段の作動により気体流との混合気としてトナー送り先部へ移送する画像形成装置において、前記トナー移送手段のトナー移送方向上流側に前記回収トナーを溜めるトナー溜り部を設け、該トナー溜り部にはスクリューポンプのトナー取り込み口が埋まるレベルの回収トナー量を検知する位置にトナー量検知手段を設け、前記トナー移送手段は該トナー量検知手段の前記回収トナーが所定量に達したことを検知した信号により作動されることを特徴としている。
【0013】
なお、本発明は、前記トナー移送手段の作動は、継続して所定時間行われた後に停止されると、効果的である。
【0014】
さらに、本発明は、前記トナー移送手段はその作動開始して上記所定時間に達すると前記スクリューポンプの作動を停止し、その後遅れてエアー供給手段の作動を停止すると、効果的である。
【0016】
さらにまた、本発明は、前記トナー移送手段が回収トナーの移送動作を停止した後の前記トナー量検知手段の検知信号に基づいて、回収トナーの異常移送の発生を判断する制御部を設けると、効果的である。
【0017】
さらにまた、本発明は、前記制御部は前記回収トナーの異常移送と判断した場合に警告を発する警告手段を有すると、効果的である。
【0020】
さらにまた、本発明は、前記トナー移送手段の作動により回収トナーが移送されるトナー送り先部が現像手段であると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記トナー移送手段の作動により回収トナーが移送されるトナー送り先部が、現像手段に移送するためのトナーまたは現像剤を貯蔵する剤貯蔵部であると、効果的である。
【0021】
【発明の実施の形態】
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の一例としてデジタル複写機を示す全体概略図である。
【0022】
図1において、デジタル複写機は周知の電子写真方式を用いており、内部に像担時体としてのドラム状感光体1を備えている。感光体1の周囲には矢印Aで示す回転方向に沿って、電子写真複写プロセスを実施する帯電器2、露光手段3、現像手段4、転写手段5、クリーニング手段6が配置されている。
【0023】
露光手段3は、複写機上面の原稿載置台7に置かれた原稿を読み取り手段8によって読み取られた画像信号を基に感光体1上に静電潜像を形成する。感光体1上に形成された静電潜像は、現像手段4によって現像されてトナー像が形成され、そのトナー像が給紙装置9から給送されてくる転写材に転写手段5によって静電転写される。転写によりトナー像が担時された転写材は、定着手段10に搬送され、そこで定着された後に、機外へ排出される。
【0024】
上記現像によって感光体1上に付着したトナーは、転写手段5によって概ね転写材に静電転写されるが、そのうち約10%のトナーは未転写となって感光体上に残留する。この残留トナーは、クリーニング手段6のクリーニングブレード6aやブラシローラ6bによって感光体1から掻き落とされ、そしてこの掻き落とされてトナーが後述するトナー移送装置によって現像手段4に戻されることでリサイクルトナーとなる。
【0025】
他方、転写手段5の転写ベルト5a上にも未転写部や非画像部の感光体1と接触してトナーが付着するためクリーニング手段11が設けられている。転写ベルト5a上に残留するトナーは、該ベルトに摺接するクリーニングブレード11aにより掻き落とすようになっている。この掻き落とされたトナーも後述するトナー移送装置によって現像手段6に移送される。
【0026】
本例の複写機には、上記感光体用のクリーニング手段6及び転写ベルト用のクリーニング手段11によってそれぞれ回収されたトナーを現像手段6へ移送するためのトナー移送装置20が設けられている。このトナー移送装置20は、トナー移送手段としてのスクリューポンプ30及びエアー供給手段としてのエアーポンプ40を有し、スクリューポンプ30のトナー移送方向上流側にはトナー溜り部21が設けられている。
【0027】
トナー溜り部21は、ある程度の量のトナーが溜められるようなホッパ状に形成されており、その上部には感光体用のクリーニング手段6及び転写ベルト用のクリーニング手段11とそれぞれ連通する排出口12及び13が設けられ、この場合転写ベルト用のクリーニング手段11よりも上方に位置する感光体用のクリーニング手段6の排出口12はトナーガイド22を介してトナー溜り部21に連通されている。トナー溜り部21の内部における底辺近くには、トナー搬送部材としての搬送スクリュー23が設けられ、この搬送スクリュー23の軸24の一端はトナー溜り部21の外部に突き出されており、その外部にて駆動モータ25と歯車26、26aを介して駆動連結されている。なお、搬送スクリュー23は画像形成装置内に設けられたメインモータとクラッチを介して駆動連結してもよい。
【0028】
上記スクリューポンプ30は、ゴム等の弾性体で作られたダブルピッチの螺旋溝が形成された雌ねじ形ステータ31と、該ステータ31内に回動自在に嵌挿された雄ねじ形ロータ32とを有し、このロータ32が上記搬送スクリュー23の軸24の他端と軸線を一致するようにして連結されている。よって、駆動モータ25が回転駆動されると、搬送スクリュー23とスクリューポンプ30が作動する。また、ステータ31はトナー溜り部21の外側に取り付けられているホルダ33に挿填されている。このホルダ33は、ステータ31の周囲を覆うようにしてそのステータ31を固定している。このホルダ33には、トナー吐き出し口34が形成され、そのトナー吐き出し口34にはトナー搬送チューブ35の一端が嵌挿されている。このトナー搬送チューブ35は、フレキブルなホース等を用いることができ、その他端を現像手段4に容易に繋げられる。また、ホルダ23の内周面とステータ21の外周面との間には、例えば1mm程度の隙間35が設けられており、この隙間35はトナー吐き出し口34に連通している。そして、ホルダ33には隙間35に通ずる空気供給口36が設けられており、空気供給口36はエアポンプ40とエアー供給チューブ41を介して接続されている。
【0029】
上記駆動モータ25とエアーポンプ40は、制御部としてのマイクロ・プロセッシング・ユニット(MPU)14によりその作動が制御される。また、上記トナー溜り部21には該部に溜まった回収トナーが所定量に溜まったことを検知するトナー量検知手段15が設けられ、このトナー量検知手段15が上記MPU14と接続されている。なお、本例のトナー量検知手段15は、圧電式のセンサであって、センサ表面でのトナーの有無を検知し、その検知信号をMPU14へ出力するように構成されている。
【0030】
次に、図3を用いて画像形成工程に用いられているトナーの動きについて説明する。上記現像手段4は二成分現像装置であって現像ケーシング50内にキャリアとトナーからなる現像剤を内包している。現像手段4がトナー像を形成すると、トナーを消費するので現像剤のトナーの割合(トナー濃度)が減少する。そこで、画像濃度の低下を抑えるために、現像剤中のトナー濃度が所定値以下になると、トナー補給ローラ53が回転されてトナーホッパー51からトナーを補給され、現像剤中のトナー濃度を維持することが行われる。現像剤中のトナー濃度は現像ケーシングに取り付けている透磁率センサ52によって測定される。
【0031】
トナーホッパー51から補給されたトナーは、現像手段4内の攪拌部材54によって、キャリアと攪拌・摩擦帯電される。キャリアとトナーからなる現像剤は、パドルホイール55によって現像ローラ56へ跳ね上げられ、現像ローラ56内の磁石によってその周面に上に吸着する。現像ローラ外周のスリーブにより現像剤は搬送され、余剰分は現像ドクタ57により掻き落とされる。感光体側に搬送された現像剤中のトナーが静電潜像に対応して、現像バイアスにより付着する。
【0032】
感光体1に付着したトナーは、転写手段5によって転写材上に静電転写されるが、そのうちの約10%のトナーは未転写となって感光体上に残留する。
図3及び図4において、感光体1上に残った残留トナーはクリーニング手段6のクリーニングブ
レード6aやブラシローラ6bによって感光体1から掻き落とされてコイル6cによりトナー移送装置20の排出口12へ搬送される。排出口12へ送られた回収トナーは、自重によりトナーガイド内を落下し、トナー溜り部21に溜められる。また、転写ベルト5a上に残留したトナーも転写用のクリーニング手段11によって回収され、このトナーも排出口13を介してトナー溜り部21に溜められる。
【0033】
トナー溜り部21に溜められた回収トナーが所定量に達すると、トナー量検知手段15が検知信号を上記MPU14に出力する。本発明によるトナー移送装置20は、そのスクリューポンプ30及びエアーポンプ40の作動が通常停止されているが、MPU14が上記検知信号を受けると、そのMPU14で作動が制御されている駆動モータ25及びエアポンプ40が作動を開始する。そして、作動を開始した後、所定時間経過するとその作動は停止されるように制御される。よって、スクリューポンプ30及びエアーポンプ40は間欠的に作動されるため、クリーニング手段6または11で回収される回収トナーを、スクリューポンプ30のロータ32とステータ31との密閉性を維持してエアーとの混合気としてトナー搬送チューブ35を介して現像手段4に移送することができる。
【0034】
このように構成された画像形成装置は、トナー溜り部21の回収トナーが所定量溜まった時点で所定時間だけスクリューポンプ30を作動するため、その作動を必要最小限に抑えることができ、ステータ31の摩耗等を極力遅らせられる。よって、スクリューポンプ30の寿命を飛躍的に延ばすことができる。しかも、スクリューポンプ30を常時駆動させた場合と比べて、ロータ32とステータ31との回転摩擦による温度上昇も低減され、回収トナーのブロッキングや劣化を低減してリサイクルトナーを使用しても高品質の画像を維持することができる。
【0035】
図5は、トナー量検知手段15の検知タイミングに対するスクリューポンプ30とエアーポンプ40の動作タイミングとの関係を示す図であり、同図において、トナー溜り部21に溜められた回収トナーが所定量に達すると、回収トナー有りの信号を出力し、それによってエアーポンプ40がONし、次いで0.5秒後にスクリューポンプ30がON、すなわちロータ32がONする。このとき、スクリューポンプ30のONは、所定時間、本例の場合2秒間継続させてからOFFし、またエアーポンプ40のONはスクリューポンプ30を停止後、さらに5秒間継続させた後にOFFするように、MPU14によって制御している。
【0036】
このように制御することにより、スクリューポンプ30の停止でトナー搬送チューブ35内に残るトナーがあっても、エアーにより現像手段に向けて確実に搬送される。よって、トナー搬送チューブ35内に残留するトナーが減るので、チューブ内でのトナー詰まりが発生する危険が回避される。
【0037】
また、通常であればスクリューポンプ30のロータ32の回転をOFFした後には、トナー量検知手段15である粉圧トナーセンサーは回収トナー無しレベルを検出する。
【0038】
しかし、スクリューポンプ30等に異常が存在する結果として、回収トナー異常搬送が発生して回収トナーが減らない場合には回収トナー有りレベルのままであるから、回収トナー異常搬送と判断する。そして、このとき上記MPU14を介して警告手段16を作動し、画像形成装置の適宜な位置に設けた警告表示パネル(図示せず)に警告表示して画像形成装置の動作が停止されるようになっている。
【0039】
次に、図6は現像手段4にトナーを補給する回収トナー供給ユニット60及び新規トナー供給ユニット61の構成例を示す図であり、回収トナー供給ユニット60は上記トナー移送装置20とトナー搬送チューブ35を介して接続され、回収トナー(T)は上記説明したように、エアーポンプ40から供給される気体(空気)との混合気として、スクリューポンプ30により、トナー搬送チューブ35内を搬送される。他方、新規トナー(NT)は新規トナー供給ユニット61の容器62に予め貯蔵されている。トナーホッパー51へのトナー補給は、まず新規トナー供給ユニット61の補給羽根63を作動し、新規トナー(NT)がトナーホッパー51内に補給されたことをセンサ64が検知すると、回収トナー供給ユニット60の補給羽根65が作動し、回収トナー(T)がトナーホッパー51へ補給される。そして、新規トナー(NT)と回収トナー(T)とが搬送スクリュー66により撹拌されながら図示の矢印B方向に移送され、現像手段4の現像ケーシング50に補給されて、リサイクルトナーとして再使用して高品質の画像が形成される。
【0040】
なお、図6の回収トナー供給ユニット60は、新規トナー供給ユニット61の搬送方向下流側に位置しており、両ユニット60,61の直下位置に配設された搬送スクリュー66が新規トナー(NT)と回収トナー(T)とを撹拌しながら図6の矢印B方向に移送し、現像ケーシング50内に補給する。回収トナー供給ユニット60には、トナー搬送チューブ35が連結され、その内部に回収トナーが供給される。回収トナーの供給量の調整は、MPU14が、スクリューポンプ30、及び/または、エアーポンプ40を制御することにより実施される。また、補給羽根65を回転させることにより、供給量を調整してもよい。
【0041】
新規トナー供給ユニット61における新規トナー供給量の調整は、例えば、補給羽根63の回転を制御することにより、容器62内からトナーホッパー51内に供給する新規トナー量を調整することにより実現する。
【0042】
ところで、スクリューポンプ30が作動を開始するトナー溜り部21の所定量を設定することが難しい。回収トナーは、クリーニングブレードによって掻き取られることで凝集させられ、また摩擦熱で温度も上昇しているため流動性が悪い。この流動性が悪い回収トナーをトナー溜り部21に溜め過ぎると、搬送スクリュー23の周囲のトナーが搬送されてなくなっても、その上部でトナーが架橋するという現象が生じ易くなる。そして、トナー溜り部21トナーの架橋が発生すると、トナー溜り部21を満杯にしてクリーニング装置内のトナー充満し、クリーニング不良を起したり、感光体のニップ部分からトナーが溢れ出す等の問題が発生する。
【0043】
そこで、図7に示す本発明の他の実施形態では、所定量を検知するトナー量検知センサ15をスクリューポンプ30のトナー取り込み口が埋まるレベルの回収トナー量を検知する位置に配置している。このトナー量検知センサ15を設置する位置をより具体的に説明すれば、ステータ31からの距離aを20〜30mm、高さ方向はステータ31のトナー取り込み口上端からの距離bを0〜10mm範囲に位置するように配置している。
【0044】
このようにスクリューポンプ30入口部分を埋めるような位置にトナー量検知センサ15を設置し、該センサのトナー検知信号により、回収トナーを移送するようにすれば、トナーがスクリューポンプ30入口を封印することになり、逆流しようとするエアーに対しての負荷になり、ある程度のエアーの逆流を防ぐことができるので、スクリューポンプ30の余裕度が上がる。
【0051】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるべきでない。例えば、上記実施の形態では回収トナーを現像手段に戻しているが、現像手段にトナーを補給する剤貯蔵部としてのトナーバンクを設け、トナーバンクで回収トナーと新規トナーとを混合してから現像手段に送るように構成することもできる。
【0052】
また、上記実施の形態では感光体クリーニング手段及び転写クリーニング手段によって回収されたトナーを一緒にして移送する装置について説明したが、本発明は感光体クリーニング手段及び転写クリーニング手段の一方のみの回収トナーを移送するように構成してもよい。特に、転写クリーニング手段の回収トナーには紙粉等の異物が含まれているため、この回収トナーはリサイクルせずに廃トナータンクへ戻すようにしてもよい。
【0053】
【発明の効果】
請求項1及び2の構成によれば、スクリューポンプの運転時間を常時運転と比べて大幅に削減できるので、スクリューポンプの飛躍的な長寿命化が図れる。しかも、スクリューポンプの上流側に回収トナーを溜めることで、スクリューポンプの取り込み口を塞ぎ、エアー漏れを防止できるので、多少ステータが広がってもスクリューポンプの搬送性能を維持できる。
【0054】
請求項3の構成によれば、スクリューポンプの停止でトナー搬送チューブ内に残るトナーがあっても、エアーにより現像手段に向けて確実に搬送される。よって、トナー搬送チューブ内に残留するトナーが減るので、チューブ内でのトナー詰まりが発生する危険が回避される。
【0056】
請求項4の構成によれば、スクリューポンプ等のトナー移送に異常が発生しても特別な検知手段を設けることなく、それを容易に知ることができる。
請求項5の構成によれば、ユーザーにスクリューポンプ等のトナー移送異常を知らせることができる。
【0059】
請求項6及び7の構成によれば、回収トナーをリサイクルするので、トナーをむだなく使用でき、ランニングコストも軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体概略図である。
【図2】本発明のトナー移送装置の一例を示す断面図である。
【図3】本発明の画像形成部を示す断面図である。
【図4】本発明のトナー移送装置の一例を示す斜視図である。
【図5】本発明の画像形成装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。
【図6】本発明のトナー補給部の一例を示す断面図である。
【図7】本発明の他のトナー移送装置を示す断面図である。
【図8】本発明のさらに他のトナー移送装置を示す断面図である。

Claims (7)

  1. クリーニング手段により除去・回収されたトナーを、スクリューポンプ及びエアー供給手段を有するトナー移送手段の作動により気体流との混合気としてトナー送り先部へ移送する画像形成装置において、
    前記トナー移送手段のトナー移送方向上流側に前記回収トナーを溜めるトナー溜り部を設け、該トナー溜り部にはスクリューポンプのトナー取り込み口が埋まるレベルの回収トナー量を検知する位置にトナー量検知手段を設け、前記トナー移送手段は該トナー量検知手段の前記回収トナーが所定量に達したことを検知した信号により作動されることを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1に記載の画像形成装置において、前記トナー移送手段の作動は、継続して所定時間行われた後に停止されることを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1または2のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記トナー移送手段はその作動開始して上記所定時間に達すると前記スクリューポンプの作動を停止し、その後遅れてエアー供給手段の作動を停止することを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記トナー移送手段が回収トナーの移送動作を停止した後の前記トナー量検知手段の検知信号に基づいて、回収トナーの異常移送の発生を判断する制御部を設けたことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4に記載の画像形成装置において、前記制御部は前記回収トナーの異常移送と判断した場合に警告を発する警告手段を有することを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記トナー移送手段の作動により回収トナーが移送されるトナー送り先部が現像手段であることを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項1ないし12のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記トナー移送手段の作動により回収トナーが移送されるトナー送り先部が、現像手段に移送するためのトナーまたは現像剤を貯蔵する剤貯蔵部であることを特徴とする画像形成装置。
JP03175898A 1997-06-20 1998-02-13 画像形成装置 Expired - Lifetime JP3592068B2 (ja)

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