JP4901426B2 - 粉体トナー搬送装置、画像形成装置 - Google Patents

粉体トナー搬送装置、画像形成装置 Download PDF

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本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真画像形成装置に装備される粉体トナー搬送装置の改良に関する。さらに詳しくは、トナーを搬送する経路において発生し易いトナーの凝集体の発生を防止するようにした画像形成装置に関する。
従来、粉体収納手段に振動または衝撃を与えて粉体トナーの流動化を促進させるトナー供給方法、搬送経路を揺動してトナーの架橋状態の発生を防止するものが提案されている。
特許文献1には、粉体トナー収納容器に振動を与え、トナーの流動化を促進させるものが開示されている。また特許文献2には、搬送経路を揺動してトナーの架橋状態の発生を防止するものが開示されている。
特開2002−006536号公報 特開2001−154556号公報
しかしながら、粉体が収納容器に入れられた状態で長時間放置された場合、または環境変化が起こった場合、粉体が凝集し、搬送経路に空気が通り抜けられる隙間が形成されることがある。このように粉体が凝集してしまうと、吸引型ポンプは、空気のみを搬送してしまい、粉体を搬送することができなくなり、容器内に粉体が多量に残ってしまう問題がある。このような現象は、着脱可能な粉体トナー収納容器と搬送経路の嵌合部に発生しやすい。
そこで本発明は、嵌合部に形成された凝集体を効果的に崩し、搬送経路全体に生じる隙間を埋めることができ、粉体搬送できなくなる状態の発生を防止することを目的とする。
本発明の粉体トナー搬送装置のうち請求項1に係るものは、
吸引型ポンプと水平方向を含む搬送経路、該搬送経路部に対して着脱可能な粉体トナー収納容器からなる粉体トナー搬送装置において、
前記搬送経路と前記粉体トナー収納容器の嵌合部に対して振動を加える振動部材を有する機構を備えるとともに、
前記粉体トナー収納容器が、
粉体トナーを収納するトナーボトル部と、
該トナーボトル部を前記搬送経路と連結するためのトナー貯留部と垂直経路部とを内部に備える容器保持部と、
前記トナー貯留部から前記トナーボトル部内へ入るように設けられ、前記トナーボトル内から前記垂直経路部へトナーを安定的に供給するために前記トナーボトル内のトナーを攪拌する攪拌部材と、
を備えており、
前記垂直経路部の前記搬送経路部へ通じる部位をすり鉢形状に形成してな
ことを特徴とする。
請求項2に係るものは、請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、加える振動を20kHz以上の周波数域とすることを特徴とする。
請求項3に係るものは、請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、加える振動を粉体トナーの固有周波数付近とすることを特徴とする。
請求項4に係るものは、請求項1または3に記載の粉体トナー搬送装置において、前記粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とすることを特徴とする。
請求項5に係るものは、請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、前記粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とするとき、加える振動を磁性キャリアの固有周波数付近とすることを特徴とする。
請求項6に係るものは、請求項1から5のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前記振動部材として圧電素子または圧電フィルムを用いることを特徴とする。
請求項7に係るものは、請求項1から6のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前記吸引型ポンプと同時に前記振動部材を駆動しない制御を備えていることを特徴とする。
請求項8に係るものは、請求項1から7のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、温度変化、湿度変化などの環境変化を検知するセンサを備えていることを特徴する。
請求項9に係るものは、請求項1から8のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前回のポンプ駆動時からの経過時間を記録するメモリを備えていることを特徴とする。
請求項10に係る画像形成装置は、請求項1から9のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置を用いてなることを特徴とする。
請求項11に係る画像形成装置は、請求項1から9のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置を複数個用いてカラー画像形成可能なことを特徴とする。
請求項12に係る画像形成装置は、請求項10または11に記載の画像形成装置であって、画像形成中に前記振動部材を駆動させない制御を行うことを特徴とする。
本発明においては、トナーが経路内の一部に凝集し、空気の通り道ができ、粉体搬送できなくなる状態を解決できる。
以下、本発明の実施形態に関して、添付図面に基づき説明する。なお以下では、トナーが経路内の一部に凝集し、空気の通り道ができることを、「巣が空く」と表現することがある。
<トナー供給装置システム>
本発明を粉体としてトナーを用いる画像形成装置に適用した場合の実施例について図1を用いて説明する。図1においては従来公知の電子写真法による画像形成装置の現像装置1により不図示の感光体にトナー像を形成する。現像装置1は吸引型粉体ポンプ2を備え、吸引型粉体ポンプ2の作動により現像装置1内にトナーが供給される。
吸引型粉体ポンプ2は、吸引型1軸偏芯スクリューポンプ(通称モーノポンプ)等を用い得る。その構成は、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つくられたロータ(不図示)、ゴム材料で内側が2条のスクリュー形状に成形され、固定設置されるステータ2b、これらを包み、かつ粉体の移送路を形成する樹脂材料等で成形されたハウジング2cよりなる。ロータの回転によりポンプに強い自吸力(吸引圧)が生じ、トナー収納容器3から嵌合部(ノズル)6を通してトナーを吸引することが可能となる。
このトナー供給装置の駆動、制御は、従来公知の現像剤濃度検知・制御方式を用い得る。これは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検知されると粉体ポンプ2の駆動軸2aが回転駆動し粉体ポンプ2が作動するものである。粉体ポンプ2により現像装置内に移送されてきたトナーがあ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2の作動を停止する。これ以外の方法として感光体上のトナー像の反射濃度を検知し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。
トナー搬送部材であるチューブ4は、内径φ4〜10mmのチューブ状で、フレキシブルでかつ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)を用い得る。
吸引されたトナーは、現像容器1の一部に設けられたトナー導入孔1aより、現像装置1内に落下し、さらに不図示の撹拌スクリューにより現像部に移送される。2成分現像方式を用いた場合は、この移送行程中に補給されたトナー(吸引されたトナー)は現像装置内の現像剤と撹拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量となる。
<トナーカートリッジ構成>
粉体ポンプ2によりトナーを吸引搬送するためには、トナー吸引部5付近にトナーが常に存在していることが条件となる。そのため、トナー収納容器3は、内部にコイルスプリングを備えている構造や、収納容器の内壁に螺旋状の突起を有し、収納容器自身の回転によりトナーを容器先端へと搬送する構造などが考え得る。
本実施例におけるトナー収容器を図2〜図4に示す。トナーボトル3aは内壁にトナー搬送を目的とする螺旋形状が形成されており、PETなどの材料で成形されている。このボトルにはギヤが一体にて成形されており、駆動ギヤ7c(図5参照)により回転駆動力が与えられる。トナーボトル3aと容器保持部3bはスナップフィットなどにより一体に結合されているが、トナーボトルの端面は容器保持部3bに貼付された発泡PURなどのシール部材3cに押し付けられる状態となり、トナー漏れに対するシール性を確保している。
<トナー収納容器と画像形成装置本体との嵌合>
ユーザーはトナー収納容器後端に設けられた把持部3fを持ち、収納容器先端を画像形成装置本体の収納容器セット部に向けて、略水平方向に押し込むことにより収納容器のセットを完了する。収納容器は、先端部に設けられた位置決めガイド3eを画像形成装置本体のトナー収納容器先端挿入部両側に設けられた突形状位置決めレール7a(図5参照)に挿入することにより排出孔を有する先端部の位置が決まる。
トナー収納容器が画像形成装置本体に対してセットされる様子を以下に説明する。位置決めガイド3eと位置決めレール7aが嵌合し、ついで水平方向に挿入し、トナー排出孔3dと突出口であるノズル6が嵌合し、トナー排出孔が開栓する。このように、収納容器を押し込むというワンアクションで、装置本体へのセットとトナー排出孔の開栓を同時に行うことができる構成となっている。
トナー排出孔とノズル6との嵌合状態を図3に示す。略水平状態にて挿入されたトナー収納容器が画像形成装置本体にセットされ、容器保持部に設けられた垂直搬送経路3hとノズル6の開口部とが連通する事により、トナー収納容器内のトナーが画像形成装置内に配置されている現像装置1へと搬送される。
トナー収納容器を画像形成装置本体から取り外す際には、ゴムシール3kがトナー飛散防止の目的でノズルに対してある程度の喰い込み量を有しているため、収納容器の着脱にはある程度の力を要する。近年の機械コンパクト化の要求から画像形成装置においてコンパクト化が要求されており、画像形成装置本体にはトナー収納容器を手でつかむのに十分な空間が確保されていない。そのため、トナー収納容器を引き抜いて取り出すことが困難になると考えられる。また、栓の開閉のためにアクションを別途要する場合はさらに取り外し作業は困難になると考えられる。
それらの点を考慮し、本実施例においてはトナー排出孔の反対側に把持部3mを設け、略水平方向に引き抜くだけで取り外しが可能であり、同時に閉栓もなされる構成となっている。操作性を向上させるために、把持部の大きさをトナー収納容器径より小さい円形状とすることで持ちやすくし、把持部を容器重心軸上に配置することでトナー収納容器の着脱方向に力を加えやすくする工夫がなされている。また、この把持部は、容器端部から突出した形状のものだけでなく、容器端部をつかみやすくなるよう、凹ませて把持部とする実施例も考えられる。
<トナー搬送>
トナーボトル内壁の螺旋形状の効果でもって、ボトルの回転により容器保持部に設けられたトナー貯留部3iへとトナーが順次搬送されるが、トナー貯留部3iの空間全てがトナーで埋まる訳ではなく、喫水線よりも若干高い位置までトナーが達すると、その後のボトル回転によってもそれ以上の容量のトナーが貯留部3iへと押し込まれることはない。また、トナー貯留部3iの空間内には、垂直経路3hにトナーを安定供給するため攪拌羽3jが斜めに設けられ、図示のように端部がトナーボトル内へ入り込み、螺旋溝による搬送力をアシストしている。垂直経路の一部はすり鉢形状となっており、周辺のトナーを確実に集積して、ノズル開口部へと受け渡す様な工夫がなされている。ノズル開口へと送り込まれたトナーはモーノポンプ等の粉体吸引ポンプによりフレキシブルな経路を通じて現像装置1へと搬送される仕組みとなっている。
<振動部材制御>
本実施例における振動部材の取り付け例を図6に示す。圧電フィルム6aは、自由に形状を変えることができるため、嵌合部の形状によらず貼り付けることが可能である。取り付け例のように嵌合部である円筒形ノズルに巻きつけ、嵌合部へ効率的に振動を伝達することができる。また、圧電素子6bは、小さくても高出力で振動を発振することができるため、ノズル先端平面に貼り付けて使用することができる。圧電フィルム、圧電素子いずれもリード線を取り付け、その先に、必要な周波数(粉体トナー固有周波数、磁性キャリア固有周波数など)を出力できる回路などが取り付けられた構成となっている。
吸引型ポンプは、トナーといくらかの空気を混合して搬送するシステムである。嵌合部に振動を常に与え続けると、搬送経路にトナーが満たされすぎてしまい、ポンプの搬送効率が損なわれる可能性が有る。そのため、振動部材の駆動させる時間とタイミングを規定している。
頻繁に画像形成装置が使用される場合には、粉体トナーは連続的に補給されるため、凝集体ができにくく、振動を加える必要はあまりないが、凝集体が形成されやすくなる画像形成装置周りの環境が大きく変動したり、画像形成装置が長時間使用されないで放置されたりする場合などに、凝集体を崩すのに最低限必要な時間のみ振動装置を駆動するのが最も良い。そのため、トナーの凝集体ができやすい状態を、温度センサ、湿度センサで検知した場合、または前回の駆動時からの放置時間が閾値を超える場合に振動装置を駆動させる制御を行う。ただし、既に述べたように、吸引型ポンプによるトナー搬送時に振動を加えると、嵌合部に隙間ができ、トナーが漏れる恐れがあり、画像形成時に振動を加えると、画像形成個所に振動が伝達し、画像品質損なう可能性があるため、これらの場合は、振動装置を駆動させないという制御を組み合わせると良い。また、その他の原因によりトナーが凝集して、トナーが搬送できなくなることが発生する可能性もある。本実施例での画像形成装置には、トナー搬送経路中にトナー検知機構があり、その個所でのトナーの有無を確認できる。さらに、吸引型のポンプの駆動量から、搬送したトナー量を算出して、粉体収納容器内のトナー残量を算出するシステムが備わっている。これらの出力を組み合わせて、トナー残量が多いにも関わらず、トナー検知機構がトナーなしと判断した場合には、トナーが凝集している可能性が非常に高いので、通常の駆動時間よりも長く、振動装置を駆動させる制御が付加されている。
以上は粉体の中でも特に複写機などの画像形成装置に用いられる新規トナーを搬送、供給する場合について述べてきたが、近年の環境問題、資源のリサイクル化という種々の要請を満たすために、回収した残留トナーを再度現像装置に戻して現像剤としてリサイクルするためのトナーリサイクル機構が種々提案されている。本発明の粉体ポンプや粉体補給装置、画像形成装置がこれらリサイクルトナーを対象としていることは言うまでも無い。
すなわち本発明では、吸引型ポンプと水平方向を含む搬送経路と着脱可能な粉体トナー収納容器からなる粉体トナー搬送装置の搬送経路と粉体トナー収納容器の嵌合部に対して振動を加える機構を備えていることで、図7に示すように、トナーT(図中斜線で示した)が経路内の一部に凝集し、「巣が空き」、粉体搬送できなくなる状態を解決できる。
図7に示す状態が発生する経緯について説明する。吸引型ポンプで粉体を搬送するとき、粉体のみ移動するのではなく、粉体と空気が混合されて移動する。そのため、吸引型ポンプを駆動させてから一定時間が過ぎると、水平搬送経路においては、管内の上方のトナー密度が疎(ほとんど空気のみの層)になり、下方が密(ほとんどトナーのみの層)になる。このような状態となるとき、吸引型ポンプは、吸引が容易なトナー密度が疎となっている管内上方のトナーを搬送しやすく、搬送されにくい管内下方のトナーは自重の重みで、凝集しやすくなる。このような状態が長く続くと、管内上方に空気の通り道が安定的に形成されるようになる。一方、断面積が大きくなる、嵌合部上方のすり鉢部において、吸引型ポンプで断面のトナー全部を均一に吸引しているのでなく、トナーの具合により、断面においても吸引しやすい領域、吸引し難い領域がある。この場合においては、吸引しやすい領域の吸引が促進され、吸引し難い領域のトナーの凝集具合が加速する。
この状態が続くと、あるとき吸引領域が粉体収納容器内の空気層に達し、水平搬送経路から容器内まで、1本の空気の通り道が形成される。一度このような状態が形成されると吸引型ポンプは空気のみを吸引してしまいトナーを吸引できなくなる。さらに、搬送経路途中にある、経路中のトナー有無で粉体収納容器内のトナー有無を判断するエンドセンサの誤検知も引き起こしてしまう。以上に示すように、これは、水平搬送経路を持つ吸引型ポンプ特有の問題である。
例えば特開2005−084154号公報に開示されている振動付加機構(カム)は収納容器全体に往復動作の途中で衝撃振動を与えるが、その振動は主に容器内のトナー移送に利用されるもので、ノズル内のブロッキングしたトナーを崩す効果はほとんどない。もちろん、この振動により、トナーが搬送されトナーがすり鉢上部のブロッキングによる隙間を埋めれば吸引可能になるのだが、吸引できるトナーは隙間を埋めたトナーのみであり、容器内トナー残量が少ないときなど、確実にその隙間を埋められないような状況下では、安定してトナーを搬送することができない。そこで、本発明は、粉体搬送経路と粉体収納容器の嵌合部(本構成ではノズル部先端)に振動を付加する。ノズル先端部分に局所的に振動を加え、ノズル内のブロッキングを崩してノズル内をトナーで満たし、同時に粉体収納容器の排出口のブロッキングも崩して、トナーで満たすことができるようになる。このようにして、嵌合部に発生する隙間の発生を効果的に防ぐことが出来るため、収納容器全体にカムで振動を付加する機構とは違う作用を得ることが出来る。
なお、このとき加える振動を20kHz以上の周波数域とすることが好ましい。20kHz以上の振動は、人の可聴域以上の周波数であるため、騒音問題が発生しないためである。また、振動の振幅が小さくても、伝えられるエネルギーは大きく出来るため、粉体搬送経路と粉体収納容器との間に隙間が生じにくい(搬送経路と収納容器の間に隙間が生じると、その隙間から粉体が漏れてしまったり、隙間から空気が抜けると、吸引型ポンプでトナーが吸引できなくなってしまう)。また、凝集しているトナーを崩したり、搬送経路からトナーを引き剥がすことが出来る。これは、トナーが詰まっている状態は、完全に密な状態ではなく、わずかな空気層があちこちにある状態であり、20kHz以上の周波数であれば、この隙間に定在波を形成し、トナーに振動エネルギを伝えることが出来る。
また加える振動を粉体トナーの固有周波数付近とすることも好ましい。粉体トナー粒子の1粒1粒に振動を励起させ、凝集体を自壊させることが可能となるからである。
さらに、粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とすることも好ましい。粉体トナーの振動により、粉体トナーと磁性キャリアの攪拌具合をあげることができ、また、キャリアとトナーの間に摩擦を発生させて、帯電量を上げることが出来る。
なお粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とするとき、加える振動を磁性キャリアの固有周波数付近とすることが好ましい。磁性キャリア粒子の1粒1粒に振動を励起させ、凝集体を自壊させることが可能となるためである。
振動部材としては、圧電素子または圧電フィルムを用いることができる。他のものでもよいが、圧電素子は、入力する電気信号の周波数を変えるだけで、発生させる振動の周波数を変化させることができるため、複数の周波数が必要となる場合も対応可能である。また、圧電素子は、薄く小型であるため、本発明を付加するにあたり、空間的な制約を受けない。大きな振幅を与える装置となると、嵌合部に隙間ができ、粉体が漏れたり、吸引型ポンプで粉体を吸引できなくなる。
さらに、吸引型ポンプと同時に振動部材を駆動しない制御を備える構成とすることができる。嵌合部での振動付加時に粉体トナー搬送が行われて、嵌合部から粉体トナーが漏れてしまう事態を防止することができるためである。
なお、温度変化、湿度変化などの環境変化を検知するセンサを備えていることも好ましい。温度上昇、湿度上昇により粉体の流動性が悪くなるため、粉体が凝集する可能性が高くなる。環境変化を検知したとき、吸引型ポンプ駆動前に本発明を重点的に駆動させることで、搬送できない状態を事前に防ぐことができる。また、そのような状態以外においては、無駄に駆動させないので、消費電力を削減にもなる。
そして、前回のポンプ駆動時からの経過時間を記録するメモリを備えている構成とすることも好ましい。粉体を長時間容器に入れた状態で放置すると、粉体が凝集する可能性が高くなる。経過時間が、設定する閾値を超えている場合には、ポンプ駆動前に本発明を駆動させることで、搬送できない状態を事前に防ぐことができる。
上述のような粉体トナー搬送装置を用いた画像形成装置では、安定して画像形成装置に粉体を供給することが可能となり、良好な画像を安定して提供できる。上述の粉体トナー搬送装置を複数個用いてカラー画像形成装置を構成することもできる。この場合、安定してカラー画像形成装置に各色のトナーを供給することが可能となり、良好なカラー画像を安定して提供することができる。また、画像形成装置が画像形成中には、振動部材を駆動させない制御を行うようにしても良い。振動部材から加えられる振動が画像品質に影響を与えてしまうことを防止できる。
公知の電子写真法による画像形成装置の現像装置により感光体にトナー像を形成するために、現像装置に吸引型粉体ポンプを備え、吸引型粉体ポンプの作動により現像装置内にトナーが供給される例を示す断面図 トナー収容器の側面図 同要部拡大斜視図 同ノズルとの嵌合状態の断面図 画像形成装置の本体駆動ブラケットの斜視図(A)と要部拡大斜視図(B) 図4に対応し、振動部材の貼り付け例を示す断面図 トナー収容器とノズルとの嵌合状態を示す断面図
符号の説明
1 現像装置
1a トナー導入孔
2 吸引型粉体ポンプ
2a 駆動軸
2b ステータ
2c ハウジング
3 トナー収納容器
3a トナーボトル
3b 容器保持部
3c シール部材
3d トナー排出孔
3e 位置決めガイド
3f 把持部
3h 垂直搬送経路
3i トナー貯留部
3j 攪拌羽
3k ゴムシール
4 トナー搬送部材であるチューブ
5 トナー吸引部
6 嵌合部(ノズル)
6a 圧電フィルム
6b 圧電素子
7a 突形状位置決めレール
7c 駆動ギヤ
T トナー

Claims (12)

  1. 吸引型ポンプと水平方向を含む搬送経路、該搬送経路部に対して着脱可能な粉体トナー収納容器からなる粉体トナー搬送装置において、
    前記搬送経路と前記粉体トナー収納容器の嵌合部に対して振動を加える振動部材を有する機構を備えるとともに、
    前記粉体トナー収納容器が、
    粉体トナーを収納するトナーボトル部と、
    該トナーボトル部を前記搬送経路と連結するためのトナー貯留部と垂直経路部とを内部に備える容器保持部と、
    前記トナー貯留部から前記トナーボトル部内へ入るように設けられ、前記トナーボトル内から前記垂直経路部へトナーを安定的に供給するために前記トナーボトル内のトナーを攪拌する攪拌部材と、
    を備えており、
    前記垂直経路部の前記搬送経路部へ通じる部位をすり鉢形状に形成してな
    ことを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  2. 請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、加える振動を20kHz以上の周波数域とすることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  3. 請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、加える振動を粉体トナーの固有周波数付近とすることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  4. 請求項1または3に記載の粉体トナー搬送装置において、前記粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とすることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  5. 請求項1に記載の粉体トナー搬送装置において、前記粉体トナーに磁性キャリアを加えて現像剤とするとき、加える振動を磁性キャリアの固有周波数付近とすることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前記振動部材として圧電素子または圧電フィルムを用いることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  7. 請求項1から6のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前記吸引型ポンプと同時に前記振動部材を駆動しない制御を行うことを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、温度変化、湿度変化などの環境変化を検知するセンサを備えていることを特徴する粉体トナー搬送装置。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置において、前回のポンプ駆動時からの経過時間を記録するメモリを備えていることを特徴とする粉体トナー搬送装置。
  10. 請求項1から9のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置を用いてなることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項1から9のいずれかに記載の粉体トナー搬送装置を複数個用いてカラー画像形成可能なことを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項10または11に記載の画像形成装置であって、画像形成中に前記振動部材を駆動させない制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
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