JP6270124B2 - トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられるトナー補給装置、及び、そのトナー補給装置を備えた画像形成装置に関するものである。
画像形成装置では、画像形成に伴い現像装置内のトナーが消費されるため、トナーを収納するトナー容器から現像装置内に消費された分のトナーを補給する必要がある。トナー補給装置としては、トナー容器から現像装置に直接トナーを補給するものと、トナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部を介してトナーを現像装置に補給するトナー補給装置が知られている。
トナー容器から直接補給するものでは、トナー容器内にトナー排出口に向けてトナーを搬送する搬送部材を設け、搬送部材の駆動を制御することによりトナー排出口から必要量のトナーを現像装置内に落下させて補給する構成が知られている。しかしながら、交換消耗部品であるトナー容器内に搬送部材を設けることにより、交換消耗品のコストアップを招いてしまう。
一方、トナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部を介して補給するものでは、トナー収容部内に、トナー収容部のトナー補給口に向けてトナーを搬送する搬送部材を設ける。そして、搬送部材の駆動を制御することによりトナー補給口から必要量のトナーを現像装置内に落下させて補給する構成が知られている。この構成では、トナー容器内からトナー収容部には適当量のトナーが排出されれば良く、トナー容器内にトナー排出量を制御する機構を有する必要がない。このため、交換消耗品であるトナー容器を安価に提供できる。
また、従来、現像装置に対してトナー容器を一つ装着することが一般的であったが、トナー容器を二つ装着することにより、メンテナンス性を向上させた画像形成装置が増えている。トナー容器を一つ装着する装置では、トナー容器が空になり交換指示がでると、早急にトナー容器を交換しないと画像形成が停止してしまう。これに対して、トナー容器を二つ装着する装置では、片方のトナー容器が空になり交換指示がでても、他方のトナー容器からトナーを供給しながら画像形成を継続することができる。このため、他方のトナー容器が空になる前の都合のよいタイミングでトナー容器を交換すればよい。特に、複数の現像装置を使用するカラー画像形成装置では、各色のトナーボトルが空になり交換指示がたて続けに出た場合には、各色のトナー容器の交換をまとめて行うこともできる。また、トナー容器を二つ装着する構成では、一つのトナー容器の容量を倍にして大容量化する構成に較べて、トナー容器の重さが抑えられ交換作業時のハンドリング性が向上するというメリットもある。
特許文献1には、二つのトナーボトルから一つの現像装置にトナーを補給するトナー補給装置が記載されている。このトナー補給装置では、並列に配置した二つのトナーボトルの長手方向一端部に形成されたトナー排出口の下方に、トナーを一時的に収容するトナー収容部を設ける。トナー収容部の上面には二つのトナーボトルから排出されるトナーを受け入れる二つのトナー受入口が形成され、トナー収容部の底面には収容されたトナーを現像装置に供給するためのトナー供給口が形成されている。このトナー収容部内に収容されたトナーを、トナー収容部内の攪拌部材を回転させて、底面のトナー補給口より現像装置にトナーを落下させて補給する。
特許文献1のトナー補給装置は、トナーボトルの長手方向の一端部に形成された比較的小さな空間であるトナー収容部に対して、二つのトナー受入口とトナー補給口とが水平方向に重なる上下の位置に形成されている。この構成では、トナー容器からトナーが排出されて二つのトナー受入口から落下するトナー流れの勢いで、底面のトナー供給口からトナーが過剰に落下しやすい。このため、必要量のトナーを安定して過不足なく現像装置内へ補給することが困難となる。
このような問題を解決する方法として、トナー収容部の二つのトナー受入口と、現像装置へのトナー供給口とを水平方向に離れた位置に設けることが考えられる。その一例として、図10にしめすトナー補給装置が挙げられる。図10のトナー補給装置は、現像装置の現像ローラ軸方向と平行に配置された二つのトナーボトル25a、25bの長手方向一端部の下方に、トナーを一時的に収容するトナー収容部30と、トナー収容部30から突設したパイプ状のトナー補給搬送路39とを有している。トナー補給搬送路39としては、トナー収容部30の側壁下部からトナーボトル25a,25bの並び方向と平行に延伸する第1補給搬送路39aを有している。さらに、第1補給搬送路39aから垂直方向下方に延伸する第2補給搬送路39bと、第2補給搬送路39bから現像装置(不図示)のトナー補給位置に向かって現像ローラ軸方向に延伸する第3補給搬送路39cとを有している。第3補給搬送路39cの下流側の底面には下方の現像装置(不図示)へのトナー供給口36が形成されている。
図11は、図10のトナー補給装置の内部構成を示す断面図である。このトナー補給装置では、トナー収容部30の上方の二つのトナー受入口34a、34bを介して二つのトナーボトル25a、25bからトナーがトナー収容部30内に排出される(矢印A1,A2)。トナー収容部30内に排出されたトナーは、第1スクリュウ31により、二つのトナー受入口34a、34bの下方から並び方向の一方向(矢印B方向)に向けて第1補給搬送路39a内に搬送される(矢印B)。第1補給搬送路39aの最下流側に達したトナーは、第2補給搬送路39bを介して第3補給搬送路39cに落下し、第2スクリュウ33により第3搬送路内を紙面手前方向に搬送され、トナー供給口36より現像装置内に落下する(矢印C)。現像装置へのトナー補給量は、第1スクリュウ31及び第2スクリュウ33の駆動時間により制御される。
このトナー補給装置では、トナー収容部30のトナー受入口34a,34bと、現像装置へのトナー供給口36を、トナー補給搬送路39を介して離れた位置に設けている。このため、トナー受入口34a,34bから落下するトナー流れの勢いによりトナー供給口36から現像装置へ落下するトナー量が過剰になることを抑制できる。
しかしながら、このトナー補給装置では、二つのトナーボトル25a、25bを並列に配置するトナー収容部30の幅に加えて、トナー収容部30からトナーボトルの並び方向に平行に延伸する第1補給搬送路39aの長さにより並び方向に大型化する。このため、画像形成装置に対するトナー補給装置のトナーボトルの並び方向の実装スペースが大きくなる。特に、4色の現像装置を水平方向に並列に配置したカラー画像形成装置では、トナーボトルの並び方向、すなわち、現像装置の並び方向にトナー補給装置の実装スペースが大きくなるため、このトナー補給装置を実装することが困難な場合もある。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のトナー容器からトナーを現像装置に補給するトナー補給装置において、必要量のトナーを安定して過不足なく補給できる、トナー容器の並び方向に小型のトナー補給装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、複数のトナー容器の下方に配置され該複数のトナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部と、該複数のトナー容器から排出されたトナーを該トナー収容部に受け入れる複数のトナー受入口と、該トナー収容部内のトナーを下方の現像装置に供給するトナー供給口に向けて搬送するトナー搬送部材とを備えたトナー補給装置において、上記トナー収容部の上記複数のトナー受入口の並び方向両端部に配置されるトナー受入口よりも並び方向内側から該並び方向と直交する方向に略平行に延伸し、上記現像装置へのトナー供給口を有するトナー補給搬送路を設け、上記トナー搬送部材として、該トナー収容部内のトナーを該両端部に配置されるトナー受入口の下方から該内側に向けて互いに向かい合う方向に搬送する第1のトナー搬送部材と、該第1のトナー搬送部材により搬送されたトナーを該トナー補給搬送路のトナー供給口に向けて搬送する、該第1のトナー搬送部材と直交する第2のトナー搬送部材とを備え、上記第1のトナー搬送部材と上記第2のトナー搬送部材とは回転によりトナーを搬送する回転部材であり、それぞれの回転軸が垂直方向に異なる位置に配置されており、上記第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、上記第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、該第1のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1a、スクリュウの軸径をR2a、スクリュウのピッチをR3a、回転数をR4aとし、該第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1b、スクリュウの軸径をR2b、スクリュウのピッチをR3b、回転数をR4bとしたとき、((R1a/2) ×π−(R2a/2) ×π)×R3a×R4a×2 > ((R1b/2) ×π−(R2b/2) ×π)×R3b×R4bを満たすことを特徴とするものである。
本発明によれば、複数のトナー容器からトナーを現像装置に補給するトナー補給装置において、必要量のトナーを安定して過不足なく補給できる、トナー容器の並び方向に小型のトナー補給装置を提供することができる。
実施形態1に係る画像形成装置の概略構成図。 プロセスカートリッジの説明図。 トナーボトルの概略構成図。 実施形態1に係るトナー補給装置の斜視図。 図4のトナー補給装置の断面図であり、(a)はトナーボトル並び方向断面、(b)はトナーボトル長手方向断面を示す。 第1スクリュウの一例の説明図。 第1スクリュウの他の例の説明図。 実施形態1に係るトナー補給装置の斜視図。 図8のトナー補給装置の断面図であり、(a)はトナーボトル並び方向断面、(b)はトナーボトル長手方向断面を示す。 比較例に係るトナー補給装置の斜視図。 図10のトナー補給装置のトナーボトル並び方向断面図。 トナー容器から現像装置に直接トナーを補給する構成の説明図。 トナーボトルから排出されるトナー排出量を示すグラフ。 第1スクリュウの合流部から第2スクリュウを離間させて設けたトナー補給装置の説明図であり、(a)はトナーボトル並び方向断面、(b)はトナーボトル長手方向断面を示す。 実施形態2に係るトナー補給装置のトナーボトル並び方向の断面説明図。 第1スクリュウの合流部と第2スクリュウの位置関係の説明図であり、(a)は実施形態2の位置関係、(b)は離間させて設けたを位置関係を示す。 図16の各トナー補給装置におけるトナー濃度の推移を示すグラフ。 実施形態3に係るトナー補給装置の第1スクリュウの上方に設けたアジテータの停止位置の説明図であり、(a)はアジテータの攪拌羽根をトナーに浸した停止位置、(b)はアジテータの攪拌羽根をトナーに浸していない停止位置を示す。
[実施形態1]
以下、本発明を適用した画像形成装置の第1の実施形態(以下、実施形態1という)について説明する。まず、本実施形態1に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図1は、本実施形態1の複写機500の概略構成図である。複写機500は、複写装置本体(以下、プリンタ部100という)、給紙テーブル(以下、給紙部200という)及びプリンタ部100上に取り付けるスキャナ(以下、スキャナ部300という)から構成される。
プリンタ部100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、M、C、Kと記す。)のトナー像を生成するための4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kを備えている。4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kは、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体2Y,M,C,Kを備えている。また、複数の張架ローラに張架されて図1中の矢印A方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト7、露光手段としての露光装置6、定着手段としての定着装置12等を備えている。
プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kの図中下方には、露光装置6が配設されている。潜像形成手段たる露光装置6は、スキャナ部300で取得した画像情報に基づいて発したレーザ光Lを、プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kにおけるそれぞれの感光体2Y,M,C,Kに照射して露光する。この露光により、感光体2Y,M,C,K上にY,M,C,K用の静電潜像が形成される。なお、露光装置6は、光源から発したレーザ光Lを、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。
プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kの図中上方には複数の張架ローラに張架されて図1中の矢印A方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト7を備えた中間転写ユニット10が配設されている。この中間転写ユニット10は、中間転写ベルト7の他、4つの1次転写バイアスローラ8Y,M,C,K、ベルトクリーニング装置11などを備えている。また、2次転写バックアップローラ9a、クリーニングバックアップローラ11a、なども備えている。1次転写バイアスローラ8Y,M,C,Kは、移動する中間転写ベルト7を感光体2Y,M,C,Kとの間に挟み込んでそれぞれ1次転写ニップを形成している。これらは中間転写ベルト7の裏面(ループ内周面)にトナーとは逆極性(例えばプラス)の転写バイアスを印加する方式のものである。中間転写ベルト7は、その無端移動に伴ってY,M,C,K用の1次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体2Y,M,C,K上のY,M,C,Kトナー像が重ね合わせて1次転写される。これにより、中間転写ベルト7上に4色重ね合わせトナー像(以下、「4色トナー像」という。)が形成される。
上記2次転写バックアップローラ9aは、2次転写ローラ9との間に中間転写ベルト7を挟み込んで2次転写ニップを形成している。一方、プリンタ部100の下部の給紙部200には記録体たる転写紙Pが複数枚重ねて収納されており、転写紙Pを適切なタイミングでの2次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト7上に形成された4色トナー像は、この2次転写ニップで転写紙Pに転写される。2次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト7には、転写紙Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニング装置11によってクリーニングされる。
2次転写ニップの下流側には定着装置12が設けられている。2次転写ニップから送り出された転写紙Pは、定着装置12のローラ間を通過する際に熱と圧力とにより、表面に転写された4色トナー像が定着される。その後、転写紙Pは、機外へと排出される。
次に、プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kについて説明する。プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kは、画像形成物質として、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。このため、以下、添字Y,M,C,Kを省略して説明する。
図2は、プロセスカートリッジの概略構成図である。プロセスカートリッジ1は、ドラム状の感光体2、ドラムクリーニング装置3、除電装置(不図示)、帯電装置4、現像装置5等を備えている。このプロセスカートリッジ1は、プリンタ部100に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。
感光体2は、図中の矢印で示すように、図中の時計周り方向に回転する。帯電装置4は、ローラ状の帯電ローラであり、感光体2の表面に圧接されており、感光体2の回転により従動回転する。作像時には、帯電装置4には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体2の表面を帯電する。
一様帯電した感光体2の表面は、露光装置6より照射されるレーザ光Lによって露光走査されて静電潜像を担持する。この静電潜像は、現像装置5の現像ローラ5a上に担持された現像剤によりトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト7上に中間転写される。ドラムクリーニング装置3は、中間転写工程を経た後の感光体2表面に残留したトナーを除去する。また、除電装置(不図示)は、クリーニング後の感光体2の残留電荷を除電する。この除電により、感光体2の表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。
四つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像を感光体2Y,M,C,K上に形成する。四つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kは、中間転写ベルト7の表面移動方向に並列に配設され、それぞれの感光体2Y,M,C,K上に形成されたトナー像を中間転写ベルト7に順次重ね合わせるように転写し、中間転写ベルト7上に可視像を形成する。そして、上述のように2次転写ニップにおいて、中間転写ベルト7上に形成された4色トナー像は転写紙Pに転写される。
四つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kでは、上記プロセスにより画像形成が行われ、現像装置5Y,M,C,K内のトナーが消費されていく。このため、消費した分のトナーを現像装置5Y,M,C,Kに補給することが必要になる。
現像装置5へのトナー補給は、必要量を過不足することなく補給するのが望まれる。例えば、トナーを補給する際に必要以上に現像装置5に投入した場合には、二成分現像ではトナー濃度が濃くなり、印刷された画像の濃度が高くなり、一成分現像では、トナーの帯電量・搬送量が変化し、濃度が下がったり地汚れが悪化したりする。逆に、必要量よりトナーの補給量が少ない場合には、二成分現像ではトナー濃度が薄くなり、印刷された画像の濃度が下がり、一成分現像では濃度が高くなる場合がある。すなわち、現像装置5へのトナー補給は、現像方式に関わらず画像変化を抑えるために、必要量を過不足することなく補給するのが望まれる。
図1に示すように、中間転写ベルト7の上方には、各色トナーを収容するトナーボトル25が二つずつ配置されている。
図3は、トナーボトルの内部構成を示す断面図である。トナーボトル25の内壁には螺旋状の凹凸26が設けられており、トナーボトル25が回転することで内部のトナーが矢印D方向に向かって移動し、端部のトナー排出口27から排出される。このトナーボトル25には、搬送部材等を設ける必要がなく、ボトル単品だけである。また、ボトルは、ブロー成型で製造できるものである。このため、交換消耗品であるトナーボトルを簡単な構成で安く提供できる。各色のトナーボトル25に収容されたトナーは、各色に対応するトナー補給装置20によって、各色の現像装置5に供給される。
次に、本発明の特徴部であるトナー補給装置20Y,M,C,Kについて説明する。なお、トナー補給装置20Y,M,C,Kは、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。このため、以下、添字Y,M,C,Kを省略して説明する。
図4は、本実施形態1のプリンタに採用されるトナー補給装置20の概略構成図である。このトナー補給装置20は、一つの現像装置5に対して、トナーを収容したトナー容器として、二つのトナーボトル25a,25bを装着している。これらのトナーボトル25a,25bは独立してトナー補給装置20に着脱可能である。
従来、現像装置5に対して一つのトナーボトルを装着することが一般的であったが、トナーボトルを一つ装着する装置では、トナーボトルが空になり交換指示がでると、早急にトナーボトルを交換しないと画像形成が停止してしまう。これに対して、トナーボトルを二つ装着する装置では、片方のトナーボトルが空になり交換指示がでても、他方のトナーボトルからトナーを供給しながら画像形成を継続することができる。このため、他方のトナーボトルが空になる前の都合のよいタイミングでトナー容器を交換すればよい。特に、四色の現像装置を使用するカラー画像形成装置では、各色のトナーボトルが空になり交換指示がたて続けに出た場合には、各色のトナー容器の交換をまとめて行うこともできる。
また、プリント速度の速いプリンタでは、交換単位のトナー量も多くなり、トナーボトルの重量も1.5[kg]〜2[kg]となる場合もある。トナーボトルの装着位置も、プリンタの上部に取り付けるものもあり、大型のプリンタでは約1.5[m]の高さとなる場合がある。このようなプリンタにおいて、交換周期を伸ばすために、トナーボトル内のトナー容量を倍にした場合には、重量が約4[kg]のものを持ち上げて装着するという作業になり、その重さと大きさから交換作業が難しいと共に、落下した場合の危険性も考えられる。そのため、2つのトナーボトルに分けて装着する方が使い勝手は良くなる。
このように、トナーボトルを2つ装着することにより、交換時のタイミングやハンドリング性が容易になる。
図4のトナー補給装置20は、現像装置5の上方に、現像ローラ5aの軸方向と平行となるよう、二つのトナーボトル25a、25bを並列に装着している。二つのトナーボトル25a、25bのトナー排出口27a,27bを有する一端部が、ボトル支持部28a,28bに対して回転可能に支持される。
図4に示すように、並列に設けた二つのトナーボトル25a、25bのボトル支持部28a,28bの下方には、トナーボトル25a、25bから排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部30が配置されている。また、トナー収容部30内のトナーをトナー供給口36に向けて搬送するパイプ状のトナー補給搬送路38を有している。トナー補給搬送路38は、トナー収容部30のトナーボトル並び方向の中央部の底面より、トナーボトル25a,25bの軸方向と略平行に突出し、トナーボトル25a、25bの下方に延伸するよう設けられている。
図5は、図4のトナー補給装置の内部構成を示す断面図であり、(a)はトナーボトルの並び方向の断面、(b)はトナーボトルの長手方向の断面を示す。トナー収容部30の上方には二つのトナーボトル25a、25bから排出されたトナーを受け入れる二つのトナー受入口34a、34bが形成されている。トナー収容部30の下部には、二つのトナー受入口34a、34bの下方から並び方向内側に向けて、互いに向かい合う方向にトナーを搬送する第1のトナー搬送部材として第1スクリュウ31を備えている。第1スクリュウ31は、回転によりトナーを上記互いに向かい合う方向に搬送するよう、巻方向が回転軸に対して左右逆となる螺旋部を有している。トナー補給搬送路38内には、回転によりトナー収容部30内からトナー供給口36に向けてトナーを搬送する第2のトナー搬送部材として、回転軸に対して連続する螺旋部を有する第2スクリュウ33が設けられている。第1スクリュウ31と第2スクリュウ33の二つのスクリュウの回転軸は、垂直方向に異なる位置、すなわち位相をずらした状態で直交している。また、トナー収容部の30の第1スクリュウ31より上方には、第1スクリュウ31の回転軸と平行な回転軸を持つ攪拌部材としてのアジテータ32が配置されている。また、トナー収容部30内のトナーの有無を検知するためにトナーセンサ37が、トナー収容部30の壁面が設けられている。このトナーセンサ37は、表面にトナーが付着することによりトナーがトナー収容部30内に所定量以上あることを検知する。
このトナー補給装置20では、二つのトナーボトル25a、bから二つのトナー受入口34a、34bを介してトナーがトナー収容部30内に排出され(矢印A1,A2)、アジテータ32により攪拌される。トナー収容部30内のトナー量は、トナーセンサ37によってほぼ一定に保つように、上述のトナーボトル25a、25bからトナーを排出する。これにより、トナー収容部30内にトナーが入りすぎて、トナー収容部30からトナーが溢れたり、過剰な圧力が加わったりしないようにする。
第1スクリュウ31と第2スクリュウ33の回転動作は連動しており、図示しないギヤによって連結され図示しない駆動モータによって駆動される。すなわち、現像装置5にトナー補給装置20からトナーを補給する際には、第1スクリュウ31と第2スクリュウ33の両方のスクリュウが回転するようになっている。トナーを撹拌するアジテータ32は、現像装置5にトナーを供給する際に連動して動作するとともに、トナーボトル25a,25bからトナー収容部30にトナーを供給する際にも動作が連動するものとする。
トナー収容部30内では、第1スクリュウ31の回転により、二つのトナー受入口34a、34bの下方から内側にトナーが搬送される(矢印B1、B2)。搬送されたトナーは内側で合流し、下部の第2スクリュウ33に受け渡される。そして、第2スクリュウ33の回転によりトナー補給搬送路38内を搬送され、最下流側のトナー供給口36より下方の現像装置内に落下する(矢印C)。現像装置5へのトナー補給量は、第1スクリュウ31及び第2スクリュウ33の駆動時間により制御される。
第1スクリュウ31は、トナーボトル25a、25bの回転軸と直交するよう、トナーを受け入れる受入口34a,34bの下方に一直線状に配置する。第1スクリュウ31には、互いに向かい合う方向に搬送するための巻方向が左右逆の螺旋部を有しているので、第1スクリュウ31を回転することにより、受け入れられたトナーを同時にトナー収容部30の内側に向かって搬送することができる。
第2スクリュウ33は、トナーボトル25a、25bの回転軸と平行、すなわち、第1スクリュウ31と直交するよう、第1スクリュウ31の下方に配置する。第2スクリュウ33は、上部に配置される第1スクリュウ31の両側から搬送されるトナーの合流部にて、第1スクリュウ31と直交しているため、合流したトナーが下部にある第2スクリュウ33へ受け渡されていく。
このトナー補給装置20では、トナー補給搬送路38を介して、トナー収容部30のトナー受入口34a、34bと、現像装置5へのトナー供給口36を離れた位置に設ける。これにより、トナー受入口34a、34bから落下するトナー流れの勢いにより、トナー供給口36からトナーが過剰に落下することを抑制できる。
また、第1スクリュウ31をトナー収容部30内に収め、第2スクリュウ33をトナー収容部30のトナー受入口の並び方向の内側から、並び方向と直交する方向に延伸するトナー補給搬送路38内に設けている。このため、トナー補給装置20のトナー収容部30の幅内にトナー搬送部材を収めることができ、トナー補給装置20がトナーボトル25a,25bの並び方向に大型化することがない。
通常、プリンタ部100では、回転軸方向に長いトナーボトル25は、感光体2の回転軸と平行に取り付けて、場所をとらないようにしている。このため、トナー補給搬送路38は感光体2の回転軸と平行となり、トナー補給装置20がプリンタ部100の現像装置5の並び方向に広がることを抑えることができる。
また、第2スクリュウ33は、トナーボトル25a、25bの回転軸と平行であるので、第2スクリュウ33の長さを伸ばして、現像装置5へのトナーを供給するトナー供給口36の場所を回転軸方向に変えたとしても、トナー補給装置20の横幅には影響がない。トナー補給量を安定化するためには、ある一定以上のトナー搬送距離をとることが望ましい。このため、トナー補給搬送路38および第2スクリュウ33の長さを調整して、トナー搬送量の安定化の最適化を行うことが可能になる。
これに対して、従来のトナー補給装置では、トナーボトル25a,25bから排出されたトナーは、トナー受入口34a、34bから落下してトナー収容部30内に供給される。その際のトナーの圧力によって、現像装置5へと繋がる経路にあるトナー、すなわち、スクリュウとスクリュウ周辺の壁との間にあるトナーを、トナー供給口36から押し出すような現象が起こる。落下の圧力を低減するために、トナーボトル25a、25bからトナーを受け入れるトナー受入口の高さを低くしたり、スクリュウとスクリュウ周辺の壁との隙間を少なくしたりすることが有効である。しかし、トナーボトル25からのトナー受入口の高さを低くすることにはトナー収容部30内のトナー容量の減少や実装上の制約が存在する。また、スクリュウとスクリュウ周辺の壁との隙間も極端に詰めることはできない。
そこで、上述の図10、11にしめすトナー補給装置のように、トナー補給搬送路39により、トナーボトル25a,25bからのトナー排出によるトナー供給口36への流れ込みを防止しトナー搬送量の安定させている。トナー補給搬送路39の長さはある程度長くとることで、トナーボトル25a,25bからの補給時の圧力を緩和される。トナー補給搬送路39の長さは、トナーの流動性や補給するボトルの高さなどによって変化するので一様に決まった長さではない。
本実施形態1のトナー補給装置20は、幅方向に制約はありながらも軸方向にトナー補給搬送路38の長さを調整することが可能になり、トナーボトル25a,25bからの補給時の圧力変動を緩和する構成を容易にとることができる。このように本実施形態1のトナー補給装置20では、横幅を狭くすることができ、トナー補給装置20をプリンタ部100に設置された各色の現像装置5の範囲に収めることが可能となる。
また、本実施形態1のトナー補給装置20は、トナー補給搬送路38はトナー収容部30の幅方向中央部に設け、第1スクリュウ31は中央部に対して略対称な形状としている。さらに、受入口34a、34bから第2スクリュウ33までの第1スクリュウ31の長さが同じになるよう、左右均等に配置している。これに対して、第2スクリュウ33までの長さが左右同じでない場合は、距離が短い側で、長い側に比べて搬送経路が短くなってしまい、第1スクリュウ31にトナーを十分取り込めなくなるおそれがある。二つのトナーボトル25のうち、左右の補給経路に差が出ないようにすることが重要であり、第2スクリュウ33に対して受入口34a、34bを対称となる位置に配置する。
また、第2スクリュウ33に対して受入口34a、34bを対称となる位置に配置することで、第1スクリュウ31と第2スクリュウ33との連結部の真上に受入口34a、34bが位置することを避けることができる。トナーボトル25a、25bから排出されたトナーは、第2スクリュウ33との連結部以外の第1スクリュウ31に落下する。このため、トナー補給搬送路38を介してトナー供給口36に、落下したトナーの圧が伝わりにくい。すなわち、より効果的にトナーボトル25a、25bから落下したトナーの圧力によってトナー搬送量の変化を抑えることができる。
次に、第1スクリュウ31及び第2スクリュウ33の搬送力のバランスについて説明する。
従来のトナー補給装置のトナー搬送部材は、搬送する接続先のスクリュウのトナー搬送力を大きくするのが一般的である。例えば、図10,11のように、パイプ状の壁面を有する搬送経路を連結したトナー搬送経路では、トナーの逃げ場がない。このため、上流側の搬送系の搬送力よりも、連結先の下流側の搬送力の方を高くしていないと、連結部でトナーが詰まってしまうおそれがある。仮に、下流側の搬送力が低いと、トナーは送り続けているがその先が送れないのでトナーに圧力がかかる。トナーに圧力がかかるとトナーは凝集し、塊となって現像機内へ搬送され、時にはその塊が微小なギャップ部分に挟まって、白スジが発生したり、塊のトナーがそのまま画像に載ったりする場合がある。さらには、押し固めたトナーによってスクリュウが回転する事ができずにモータロックや、ギヤの破損、スクリュウの破損も起きる場合がある。このように、上流側の搬送系の搬送力よりも、下流側の搬送力の方を高くした場合、実際にトナー補給量を調整するのは、上流側の搬送部材(図10,11では第1スクリュウ31)である。
これに対して、本実施形態1のトナー補給装置20では、上流側の第1スクリュウ31のトナー搬送量よりも、下流側の第2スクリュウ33によるトナー搬送量が低くなるようにする。本実施形態1の、トナー収容部30から上述の直線状のトナー補給搬送路38を介して現像装置5にトナーを補給する構成では、第2スクリュウ33に十分に不足すること無くトナーを供給して、トナー搬送量を安定化することができる。第2スクリュウ33にトナーが行き渡らない部分があると、その分トナー補給量が減少してしまう。このため、上流側の第1スクリュウ31によるトナー搬送量を、第2スクリュウ33によるトナー搬送量よりも多くする。
具体的には、第1スクリュウ31と第2スクリュウ33とを、以下のように構成することで、第1スクリュウ31によるトナー搬送量を、第2スクリュウ33によるトナー搬送量よりも多くすることができる。中央部に向かって両側から逆方向に搬送する第1スクリュウ31のスクリュウの外径をR1a、スクリュウの軸軸径をR2a、スクリュウのピッチをR3a、回転数をR4aとする。また、第2スクリュウ33のスクリュウの外径をR1b、スクリュウの軸軸径をR2b、スクリュウのピッチをR3b、回転数をR4bとする。第1スクリュウ31は左右両側からのトナーが中央にあつまるので、中央部分のトナー搬送量M1は、M1=((R1a/2)×π−(R2a/2)×π)×R3a×R4a×2となる。一方、第2スクリュウ33の補給量M2は、M2=((R1b/2)×π−(R2b/2)×π)×R3b×R4bとなる。第1スクリュウ31と第2スクリュウ33とのトナー受け渡し部分でのトナー搬送量の関係は、M1>M2となることで達成できる。
次に、第1スクリュウ31の形状について詳細に説明する。第1スクリュウ31の中央部では、向かい合うスクリュウ同士が繋がらないよう、一定の距離に螺旋部31a,31bを設けていない。図6は、第1スクリュウの一例の説明図であり、中央部は軸31cのみでスクリュウの螺旋部31a、31bを設けていない。図7は、第1スクリュウの他の例の説明図であり、中央部の螺旋部31a、31bを設けていない領域の軸31cに平行な板状部材31dを設けたものである。第1スクリュウ31の中央部は、両側から向かい合う方向にトナーが搬送され、トナーが合流する部分であるので、合流したトナー自身に圧力が加わる。このため、トナーが凝集しやすく塊を作ってしまうおそれがある。このため、第1スクリュウ31の中央部は螺旋部31a,31bを設けずに、螺旋部31a、31bによる搬送力をなくす。これにより、第1スクリュウ31は、両側からトナーが合流する中央部では、トナーを拘束せずに空いている空間や動ける空間に移動しやすくさせる。特に、図7の形状では、両側の螺旋部31a,31bの間に設けた板状部材31dはパドルの役割を果たしており、軸31cの回転において軸方向への搬送は行わず、軸31cに対して垂直方向への搬送を付加したい時などに用いる。
また、本実施形態1のトナー補給装置20では、トナーボトル25a,25bから排出したトナーを上面に設けたトナー受入口34a,34bから落下させてトナー収容部30内に収容する。トナー収容部30内では、二つのトナー受入口34a、34bの下方から内側に向かってトナーを搬送するよう配置された第1スクリュウ31の上方の略全域にトナー貯留領域が形成される。このため、第1スクリュウ31にトナーボトル25a,25bから供給されたトナーが自然に取り込まれる。また、トナー収容部30内の第1スクリュウ31に搬送されるトナーの上方の略全域にわたってトナー貯留領域が形成されているため、第1スクリュウ31の上が壁面に覆われている構成に較べて、第1スクリュウ31によりトナーが圧縮されることなく搬送される。
また、第1スクリュウ31の両側からの合流部の下方にトナー貯留領域を形成し、このトナー貯留領域を介して下方の第2スクリュウ33にトナーの受け渡しをおこなう。トナーの受け渡しをトナー貯留領域を介して下方の第2スクリュウ33に重力方向に行うことで、トナーの搬送をスムーズにできる。また、第1スクリュウ31の両側からの合流部は、上方にもトナー貯留領域を有しているので、第1スクリュウ31に搬送されたトナーがすべて第2スクリュウ33に流れるのではなく、上方に移動可能である。このため、第2スクリュウ33の搬送能力を下げてもトナーが詰まることがない。これらにより、トナーに過剰なストレスを与えることなく、搬送することができる。
また、本実施形態1のトナー補給装置20では、第2スクリュウ33によりトナー収容部30から並び方向と直交する方向と略平行に延伸する一つのトナー補給搬送路38内をトナー供給口36までトナーを搬送する。これは、上述の図10,11に示す、複数のトナー補給搬送路39を直交する方向に連結する構成における、連結屈曲部を有していない。このため、トナー補給搬送路の連結屈曲部でトナーに過剰な圧力がかかったり、トナーが詰まったりするおそれがない。このため、第2スクリュウ33により、トナー補給搬送路38内をトナー供給口36に向けて、トナーに過剰なストレスをかけることなく、安定したトナー搬送がおこなうことができる。よって、現像装置5に、トナーに過剰なストレスのかかっていない、必要量のトナーを過不足なく補給することができる。
上述の図4、図5は、第1スクリュウ31の上方にトナーを撹拌する回転部材として、回転軸が第1スクリュウ31と平行なアジテータ32を設けたものである。トナー受入口34a、34bから落下した状態では、トナーは円錐状に堆積するので、トナー収容部30内で偏った状態で貯留される。この状態では、トナー収容部30内に十分な量のトナーを収容していないにも関わらず、トナーセンサ37が十分な量のトナーを収容していると誤検知する場合がある。このため、トナーボトル25a、25bからのトナー排出が行われず、トナー収容部30内のトナー量が不足するおそれがある。また、現像装置5へのトナー補給動作で、第1スクリュウ31のスクリュウ部にあるトナーは搬送されるが、継続してトナーを搬送するためにはスクリュウ部にトナーが不足することなく入りこむことが必要である。しかし、一般的にトナーは流動性が悪いので第1スクリュウ31が回転しただけでは、スクリュウ部分のトナーを動かすだけで、スクリュウ上部にあるトナーを崩すことは難しい。このため、スクリュウ部分のみのトナーが搬送されて空洞になり、上部のトナーが壁となってそのまま残っている状態になりうる。
このような状態となることを防止するために、第1スクリュウ31の上方にアジテータ32を設ける。アジテータ32は回転により、第1スクリュウ31の上部にある壁を崩して、スクリュウ部分にトナーを供給する。また、撹拌することでトナー自身の流動性を上げてスクリュウ部分に、その自重でトナーを移動しやすくさせている。アジテータ32を二つのトナー受入口34a,34bの下方で、第1スクリュウ31の上方に配置することで、一つのアジテータ32の回転動作で二つのトナー受入口34a,34bから補給されたトナーを攪拌し、トナーの堆積状態を均一化することができる。
図8は、第1スクリュウ31の下方にトナーを撹拌する回転部材として、回転軸が第2スクリュウ33と平行なアジテータ40を設けたトナー補給装置の概略構成図である。図9は、図8のトナー補給装置の内部構成を示す断面図であり、(a)はトナーボトルの並び方向の断面、(b)はトナーボトルの長手方向の断面を示す。この構成では、トナー収容部30内に排出されたトナーは、まず第1スクリュウ31により、両端部から中央部に向かって搬送される。中央部に集められたトナーは、アジテータ40の回転によりトナー収容部30内で均一化される。アジテータ40の下には第2スクリュウ33が配置されており、アジテータ40部分においては、第2スクリュウ33の上部が開口し、それ以外の側面と底部が容器の壁に囲まれている。これによりアジテータ40で攪拌されたトナーは流動性も上がり、かつ、アジテータ40によっても第2スクリュウ33側へと移動する。これにより、第2スクリュウ33内へトナーが不足することとなく入り込む。このため、現像装置5へと補給量を安定させることができる。
参考例として、従来のトナー容器から現像装置5に直接トナーを補給する構成について、図を参照して説明する。
図12は、トナー容器から現像装置5に直接トナーを補給する概略構成図である。トナー容器としてのトナーカートリッジ21内には、トナーを搬送する搬送部材としてのスクリュウ22と、内部のトナーを攪拌するための2本のアジテータ23とを備えている。スクリュウ22と、アジテータ23とは図示しないギヤで連結されている。スクリュウ22はトナーカートリッジ21の高さの約中央に位置しており、アジテータ23の近接する側には一定の高さを壁を設けている。トナーカートリッジ21の容器もR形状を設けたり、スクリュウ22の隣に壁を設けたりしなければならず、形状も複雑である。このため、トナーカートリッジ21の構成としては、上下の2つの部品を超音波溶着などで一体にするような工程も必要である。アジテータ23は2本とも同じ方向で回転し、トナーカートリッジ21内のトナーを壁を乗り越えてスクリュウ22側への移動させている。スクリュウ22周囲を囲む壁によって、アジテータ23によってかきあげられたトナーはスクリュウ部分を埋没させる程度になる。このため、スクリュウ部には空間無くトナーが存在し、スクリュウ部にあるトナーは回転によって移動し単位時間あたりのトナー搬送量が安定する。
図12のトナーカートリッジ21は、トナーカートリッジ21内部に設けた部材の駆動のみでトナー補給量をコントロールすることができる。しかし、トナーカートリッジ21の構成が複雑になるので、その分コストがかかり、安い消耗品を提供し難い欠点がある。
また、高速機などで、トナー消費量が多くなる場合には、トナーカートリッジ21自身の大きさも大きくなることから、各種構成部品の大型化、高剛性化が必要であり、大容量のカートリッジには不向きになっている。特に、スクリュウ22が撓んでトナーカートリッジ21の内壁面と接触するようなことが起こると、トナーを凝集させてしまい、現像装置内でその凝集体がつまり、画像にスジなどを作る場合がある。
次に、トナー容器としてトナーボトル自身が回転することにより、現像装置5に直接トナーを補給する構成について説明する。これは、上述のトナー補給装置20に採用される図3のトナーボトル25と同じ構成である。トナーボトル25の内壁には螺旋状の凹凸26が設けられており、トナーボトル25自身が回転することで内部のトナーがボトルの一方向に向かって移動し、その端部のトナー排出口27から排出される。このトナーボトル25には、搬送部材等を設ける必要がなく、ボトル単品だけである。また、ボトルは、ブロー成型で製造できるものである。このため、図12のトなカートリッジに比べて交換消耗品であるトナーボトルを簡単な構成で安く提供できる。
しかしながら、トナーボトル25のトナー搬送能力はバラツキが大きく、細かい搬送量の調整は困難である。図13は、トナーボトル25の残量とその時のトナー排出量ボトルの関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸はボトル内のトナー量で、縦軸は単位時間当たりのトナー排出量である。トナーボトル25内のトナーが十分ある時(ほとんど消費していない時)は、トナーボトル25の回転動作におけるトナー排出量は約400g/分である。その後トナーが消費され内部のトナーが少なくなってくると減少し、残量が500gで初期の約半分の200g/分となる。さらに、残量が300gになると1/4の100g/分まで落ち込む。沢山トナーが残っている状態では、トナー自身の重量によっても開口部側へと流れるので排出量が多くなる。一方、残りのトナーは少なくなると、トナーボトル25の壁の螺旋状の凹凸26で送ろうとしても螺旋状の凹凸26にかかるトナー量が少なくなるとともに、トナーが自由に動くので、送ろうとしても逃げやすくなるので、搬送量が少なくなる。このように、トナーボトル25からの搬送量は、トナーボトル25内のトナーの残量によって大きな影響を受け易い。そのため、細かな搬送ができるような構成を追加する事が必要となり、これが本実施形態1のトナー収容部を備えたトナー補給装置20である。
[実施形態2]
本発明を適用した画像形成装置の第2の実施形態(以下、実施形態2という)について説明する。
ここで、本実施形態2に係る複写機500の基本的な構成は、実施形態1に係る複写機の構成と同様なので、その説明は省略する。
また、実施形態1と本実施形態2とでは、トナー補給装置20の第1スクリュウ31の両側からの合流部と、第2スクリュウ33との位置関係に係る点のみ異なる。したがって、実施形態1と同様な、構成・動作、及び効果については、適宜、省略して説明する。また、特に区別する必要がない限り、同一の構成部材、又は同様な機能を果す構成部材については、同一の符号を付して説明する。
図14は、第1スクリュウの合流部から第2スクリュウを離間させて設けたトナー補給装置の説明図であり、(a)はトナーボトル並び方向断面、(b)はトナーボトル長手方向断面を示すものである。図15は、本実施形態2に係るトナー補給装置のトナーボトル並び方向の断面説明図である。図16は、第1スクリュウの合流部と第2スクリュウの位置関係の説明図であり、(a)は実施形態2の位置関係、(b)は離間させて設けたを位置関係を示すものである。図17は、図16の各トナー補給装置におけるトナー濃度の推移を示すグラフである。
上記したように本実施形態2で、実施形態1と、トナー補給装置20の第1スクリュウ31の両側からの合流部と、第2スクリュウ33との位置関係に係る点を異ならせた理由を、以下に説明する。
近年、省エネルギー化の要請に応えるため、画像形成装置の分野でも定着温度を下げる傾向にあり、これにともなって低い融点のトナーを採用している。しかし、このようなトナーは凝集してトナー塊が生じたり、他の構成部材に付着したりし易く、トナーやトナー塊が付着したまま放置すると、トナー塊が大きくなったり、強固に固着したりしまい、様々な問題を引き起こす。
本実施形態2のトナー補給装置20も、実施形態1と同様に、現像装置5に必要量のトナーを安定して過不足なく補給するとともに、トナーボトル25a,25bの並び方向の小型化のため、第1スクリュウ31に2つの螺旋部を離間させて有している。このように、第1スクリュウ31の2つの螺旋部を離間させることで、トナー補給装置20のトナー収容部30内を搬送されるトナーへかかる負荷を低減したり、第2スクリュウ33へのトナーの受け渡しをスムーズにできるという優れた効果を奏する。
しかし、図14(a)、(b)に示すE部分は、左右のトナーが合流する合流部であり、さらに第1スクリュウ31による搬送力がない。このため、図14(a)、(b)のE部分にはトナーが堆積し易く、トナーが堆積した状態で長時間、トナー補給装置20が駆動しないと堆積したトナーが凝集して、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋のない軸部分に付着(以下、固着という)してしまう。
そして、トナー補給装置20の駆動が再開された後、図14(a)のE部分に固着したトナー塊を崩せないと、第1スクリュウ31から第2スクリュウ33へのトナー搬送の妨害となり、現像装置5へ必要量のトナーを補給できなくなるおそれがある。このように補給できなくなると、複写機500で画像形成する際の画像濃度が薄くなってしまうという画像品質上の問題が発生してしまう。
そこで、本実施形態2では、次のようなトナー補給装置20を提供することとした。第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無い図14(a)のE部分にトナーが凝集して固着しても、第2スクリュウ33を駆動すると、固着したトナー塊を確実に崩すことができて、高印刷時でも確実に必要量のトナーを補給できるトナー補給装置20である。
そして、図15に示すように、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無い部分で、第1スクリュウ31のスクリュー螺旋を形成するスクリュー(羽根)の半径位置よりも、第2スクリュウ33のスクリュー螺旋を形成するスクリュー(羽根)を入り込ませた。
具体的な、第1スクリュウの合流部と第2スクリュウの位置関係を図16(a)、(b)を用いて説明する。
図16(b)に示すように、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無い図16(b)のE部分と第2スクリュウ33を離間させた構成では、第2スクリュウ33を回転させても、E部分に固着したトナー塊を崩せないおそれがある。
そこで、図16(a)、(b)に示すように、第1スクリュウ31のスクリューの半径をR5a、第1スクリュウ31のスクリュの軸中心(中心軸)から第2スクリュウ33のスクリューの外径までの距離をR6aとすると、図16(a)に示すようにした。
つまり、第1スクリュウ31のスクリューの半径:R5aと、第2スクリュウ33のスクリューの外径までの距離:R6aとの関係が、次の式1を満たすような関係になるように構成することとした。
R5a > R6a ・・・ (式1)
すなわち、本実施形態のトナー補給装置20では、第2スクリュウ33のスクリュー羽根が、第1スクリュウ31のスクリューの羽根の位置より内側に入り込んでいる。
一方、図16(b)に示す構成では、第1スクリュウ31と第2スクリュウ33の位置関係が、次の式2を満たす関係となっている。
R5a < R6a ・・・ (式2)
図16(a)、(b)で、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無いE部分は、左右のトナーが合流する部分であり、さらにスクリューによる搬送力が無いので、トナーが堆積しやすく、堆積したトナーが凝集し、トナー塊が固着しやすい部分である。
このため、上記したように、図16(b)に示すような位置関係では、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無いE部分でトナー塊が固着してしまった場合、崩す構成が何も無く、スクリュ軸に付着したまま塊が成長してしまうおそれがある。そして、第1スクリュウ31から第2スクリュウ33へのトナー搬送の妨害となり、現像装置5へ必要量のトナーを補給できなくなってしまう。その結果、画像濃度が薄いという画像品質問題が発生してしまう。
しかし、本実施形態2の図16(a)に示す構成では、このトナーが堆積しやすいE部分に、第2スクリュウ33のスクリュの羽根がかかるように第1スクリュウ31と第2スクリュウ33を配置している。このように配置することで、第1スクリュウ31の中央のスクリュー螺旋の無いE部分に固着したトナーは、第2スクリュウ33が駆動されると、必ず、そのスクリューの羽根に引っかかるので崩れる。したがって、本実施形態2の構成では固着したトナー塊を確実に崩すことができて、確実に必要量のトナーを補給できる。
ここで、図16(a)、(b)の各構成における実験結果を図17に示す。この図17に示した実験は、本実施形態2の構成である図16(a)と、第1スクリュウ31のE部分から第2スクリュウ33を離間させた図16(b)とで、次のような実験を行ったものである。1,000[KP](1万枚)のベタ画像を出力して、1ページ内の5箇所をX−Rite939(X−Rite社製)で測定し、最も高いIDの値を示した結果である。測定したサンプルは、それぞれ200,400,600,800,1000[KP]枚目の画像である。出力した全ての画像において、同位置の点でIDを測定した。
図17の実験結果からわかるように、第1スクリュウ31のE部分から第2スクリュウ33を離間させた図16(b)の構成を採用したトナー補給装置ではID値が下がってしまった。これに対し、本実施形態2の図16(a)の構成を採用したトナー補給装置20では、1000[KP]枚出力してもIDが下がらなかった。
図16(b)の構成を採用したトナー補給装置では、トナー塊を崩せないため、第1スクリュウ31から第2スクリュウ33へのトナー搬送の妨害となり、現像装置5へ必要量のトナーを補給できなくなってしまったため、IDが低下してしまった。
しかし、図16(a)の構成を採用した本実施形態2のトナー補給装置20では、固着したトナー塊を確実に崩すことができて、確実に必要量のトナーを補給できたため、1000[KP]印刷してもIDが低下しなかったと考えられる。
以上より、本実施形態2のトナー補給装置20を用いることで、固着したトナー塊を確実に崩すことができて、高印刷時でも確実に必要量のトナーを補給できるトナー補給機構を提供することができることが確認できた。
[実施形態3]
本発明を適用した画像形成装置の第3の実施形態(以下、実施形態3という)について説明する。
ここで、本実施形態3に係る複写機500の基本的な構成は、実施形態1に係る複写機の構成と同様なので、その説明は省略する。
また、実施形態1、2と本実施形態3とでは、トナー補給装置20の第1スクリュウ31の上方に設けた攪拌部材であるアジテータの回転制御に係る点のみ異なる。したがって、実施形態1、2と同様な、構成・動作、及び効果については、適宜、省略して説明する。また、特に区別する必要がない限り、同一の構成部材、又は同様な機能を果す構成部材については、同一の符号を付して説明する。
図18は、本実施形態3に係るトナー補給装置20の第1スクリュウ31の上方に設けたアジテータ42の停止位置の説明図である。そして、図18(a)はアジテータ42の攪拌羽根42bをトナーに浸した停止位置、図18(b)はアジテータ42の攪拌羽根42bをトナーに浸していない停止位置を示すものである。
近年、実施形態2で説明したように、省エネルギー化の要請に応えるため、画像形成装置の分野でも定着温度を下げる傾向にあり、これにともなって低い融点のトナーを採用している。しかし、このようなトナーは、凝集し易いという問題がある。
また、大型の画像形成装置ではトナー補給装置20のトナー収容部30(トナーホッパ部)の容量も大きく、中に収容できるトナーの量も多い。このため、トナー補給装置20のトナー収容部30の中に収容されているトナーの量も多いので、長期間、トナー補給装置20が駆動されないままでの状態で放置されると、次のような問題が発生するおそれがある。トナー収容部30の中に収容されたトナーが自重で押し固められ、第1スクリュウ31の上方に配置された攪拌部材であるアジテータ42にかかるトルクが上昇してしまい、回転することができずにモータロックや、ギヤの破損が起きてしまう問題である。
そこで、本実施形態3では、次のようなトナー補給装置20を提供することとした。トナー補給装置20のトナー収容部30の中のトナーが押し固められても、アジテータ42にかかるトルクの上昇を抑制することで、アジテータ42が回転でき、モータロックや、ギヤの破損を起こさずに、駆動することができるトナー補給装置20である。また、このトナー補給装置20を備えた複写機500である。
具体的には、本実施形態のトナー補給装置20に備えたアジテータ42では、その回転軸42aの対照的な位置に板状部材である攪拌羽根42bを設け、回転軸42aをステッピングモータ(不図示)で駆動させるように構成した。ここで、ステッピングモータは、与える電気信号(パルス)数で移動角度を正確に制御できるという特徴を持つ。この特徴を活かし、トナー補給装置20が停止するとき、ステッピングモータのパルス数で攪拌羽根42bの回転位置を制御し、図18(a)に示すようにアジテータ42の攪拌羽根42bが押し固められたトナーの中に入っている状態で停止するように制御する。このように制御することで、トナー補給装置20が再駆動し、アジテータ42が回転するとき、アジテータ42の攪拌羽根42bがトナーの中から動き出すので、トナーが押し固められていても、トナーをある程度ほぐしてからアジテータ42が回転する。したがって、アジテータ42にかかるトルクの上昇を抑制することができる。
一方、トナー補給装置20の中のトナー量が少なかったり、トナー補給装置20の中のトナーが押し固められると、トナーの粉面が下がってしまうことがある。
上記のような場合に、図16(b)に示すように、アジテータ42の攪拌羽根42bがトナーの中に入っていない状態で停止すると、押し固められたトナーをほぐしてからアジテータ42が回転するという効果が得られない。そして、押し固められたトナーにアジテータ42の攪拌羽根42bがあたり、トナーの塊にくい込むように回転するので、アジテータ42を回転させるトルクが上昇しすぎて、モータロックや、ギヤの破損、アジテータの攪拌羽根42bの破損につながってしまう。
以上の理由より、アジテータ42の攪拌羽根42bがトナーの中に入っている状態で停止するように、アジテータ42を駆動するステッピングモータを制御する。このように構成することで、トナー補給装置20のトナー収容部30の中のトナーが押し固められても、アジテータ42にかかるトルクの上昇を抑制することで、アジテータ42が回転できる。
したがって、モータロックや、ギヤの破損を起こさずに、トナー補給機構や画像形成装置を動かすことが可能である。
すなわち、トナー収容部30内にトナーがある状態で長期間放置されてトナーが締まっても、再駆動時に回転する攪拌羽根42bにかかる負荷が小さくなるので、アジテータ42を駆動するモータロック等を起こすこと無く撹拌部材が駆動する。
上記したように、図16(a)では、アジテータ42の攪拌羽根42bが押し固められたトナーの中に入っている状態で停止するように制御した状態を示し、図16(b)では、アジテータ32の攪拌羽根がトナーの中に入っていない状態で停止した状態を示す。
そして、図16(a)、(b)に示した状態からアジテータ42を回転させるためにかかったトルクを、トルク計をアジテータ42の回転軸42aに接続して測定する検証実験を行った。
計測結果は、図16(a)の状態からでは、0.5[N・m]、図16(b)の状態からでは、2.0[N・m]の値を得た。すなわち、図16(a)の状態からアジテータ42の攪拌羽根42bを回転させるトルクの方が小さいという結果を得た。
以上の検証結果により、本実施形態3のように構成することで、トナー補給装置20の中のトナーが押し固められても、アジテータ42にかかるトルクの上昇を抑制することができることを確認できた。そして、アジテータ42が回転でき、モータロックや、ギヤの破損を起こさないトナー補給装置20、及びまた、複写機500を提供することができることも確認できた。
なお、上記した本実施形態3では、アジテータ42を駆動する駆動源として、ステッピングモータを用い、与える電気信号数でアジテータ42の移動角度(回転角度)を制御する例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、DCモータ等を用い、そのモータ軸やアジテータ42の回転軸42aに、ロータリエンコーダー等の被検知板を設け、その検知結果に基づいて、アジテータ42の移動角度を制御するように構成しても良い。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様ごとに特有の効果を奏する。
(態様A)
トナーボトル25a,25bなどの複数のトナー容器と、複数のトナー容器の下方に配置され複数のトナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部30と、複数のトナー容器から排出されたトナーをトナー収容部に受け入れる複数のトナー受入口34a,34bと、トナー収容部内のトナーを下方の現像装置5に供給するトナー供給口36に向けて搬送するトナー搬送部材とを備えたトナー補給装置20において、トナー収容部の複数のトナー受入口の並び方向両端部に配置されるトナー受入口よりも並び方向内側から、並び方向と直交する方向に略水平に延伸し、現像装置へのトナー供給口を有するトナー補給搬送路38を設け、トナー搬送部材として、トナー収容部内のトナーを両端部に配置されるトナー受入口の下方から内側に向けて互いに向かい合う方向に搬送する第1スクリュウ31などの第1のトナー搬送部材と、第1のトナー搬送部材により搬送されたトナーをトナー補給搬送路のトナー供給口に向けて搬送する、第1のトナー搬送部材と直交する第2スクリュウ33などの第2のトナー搬送部材とを備える。
これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、複数のトナー受入口を介してトナー収容部内に落下したトナーを、第1のトナー搬送部材により、トナー受入口の並び方向内側に向けて搬送する。搬送されたトナーは内側で、第1のトナー搬送部材と直交する第2のトナー搬送部材に受け渡される。そして、第2のトナー搬送部材により、並び方向と直交する方向に略平行に延伸するよう配置されたトナー補給搬送路を介してトナー供給口まで搬送され、トナー供給口から現像装置へ落下する。このように、複数のトナー容器からのトナー受入口と現像装置へのトナー供給口とをトナー補給搬送路を介して離れた位置に設けることにより、トナー受入口から落下するトナー流れの勢いによりトナー供給口から落下するトナー量が過剰になることを抑制できる。
また、トナー補給搬送路は、トナー収容部のトナー受入口の並び方向内側から、並び方向と直交する方向に略平行に延伸しているため、トナー補給搬送路の長さによりトナー補給装置が並び方向に大型化することがない。これは、上述のトナー収容部の側壁よりトナー容器の並び方向に平行に延伸するトナー補給搬送路を設けた構成に比べ、トナー補給装置を並び方向に小型とすることができる。
よって、複数のトナー容器からトナーを現像装置に補給するトナー補給装置において、必要量のトナーを安定して過不足なく補給できる、トナー容器の並び方向に小型のトナー補給装置を提供することができる。
(態様B)
(態様A)において、トナー補給搬送路をトナー収容部の並び方向の中央部に設け、複数のトナー受入口がトナー補給搬送路に対して略均等に配置され、かつ、該第1のトナー搬送部材が該トナー補給搬送路に対して略対称な形状である。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、トナー補給搬送路に対して、並び方向両側の複数のトナー容器からの搬送経路を同等にすることができる。このため、並び方向両側の複数のトナー容器からのトナー搬送状態が同一となり、並び方向両側で差のない安定したトナー補給をすることができる。
(態様C)
(態様A)または(態様B)において、第1のトナー搬送部材と第2のトナー搬送部材とは回転によりトナーを搬送する回転部材であり、それぞれの回転軸が垂直方向に異なる位置に配置される。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、第1のトナー搬送部材と第2のトナー搬送部材との間でトナーの受け渡しをスムーズにできる。
(態様D)
(態様C)において、第1のトナー搬送部材によるトナー搬送量が、第2のトナー搬送部材によるトナー搬送量よりも多い。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、次のような効果を奏することができる。第1のトナー搬送部材と第2のトナー搬送部材によるトナーの搬送量のバランスを調整することによって、第2のトナー搬送部材に十分な量のトナーを供給して安定したトナー搬送量を得られる。このため、現像装置に安定して必要量のトナーを過不足なく補給できる。
(態様E)
(態様D)において、第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、第1のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1a、スクリュウの軸軸径をR2a、スクリュウのピッチをR3a、回転数をR4aとし、第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1b、スクリュウの軸軸径をR2b、スクリュウのピッチをR3b、回転数をR4bとしたとき、((R1a/2)×π−(R2a/2)×π)×R3a×R4a×2 > ((R1b/2)×π−(R2b/2)×π)×R3b×R4bを満たす。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、第1のトナー搬送部材によるトナー搬送量が、第2のトナー搬送部材によるトナー搬送量よりも多くすることができる。
(態様F)
(態様A)、(態様B)、(態様C)、(態様D)または(態様E)において、第1のトナー搬送部材の第2のトナー搬送部材と直交する位置の近傍は、トナーを軸方向に搬送する機能を有しないよう構成する。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、第1のトナー搬送部材の第2のトナー搬送部材と直交する位置の近傍は、第1のトナー搬送部材により両側から搬送されたトナーが合流する合流部である。この合流部において、第1のトナー搬送部材によりトナーに過剰な負荷がかかること防止できる。
(態様G)
(態様A)、(態様B)、(態様C)、(態様D)、(態様E)または(態様F)において、トナー収容部は、第1のトナー搬送部材の上方の略全域、及び、第2のトナー搬送部材と直交する位置の下方にトナー貯留領域を形成する。これによれば、上記実施形態1(乃至3)に説明したように、トナー受入口から受け入れられたトナーが第1のトナー搬送部材に容易に取り込まれ、第1のトナー搬送部材によりトナーが圧縮されることなく搬送される。また、第1のトナー搬送部材の第2のトナー搬送部材と直交する位置の下方のトナー貯留領域を介して、第2のトナー搬送部材にトナーの受け渡しをおこなうことで、トナーの搬送をスムーズにできる。
また、第1のトナー搬送部材は、第2のトナー搬送部材と直交する位置においても、上方にトナー貯留領域を有しており、第1のトナー搬送部材に搬送されたトナーがすべて第2のトナー搬送部材に受け渡されるのではなく、上方に移動可能である。このため、第2のトナー搬送部材の搬送能力を下げてもトナーが詰まることがない。よって、トナーに過剰なストレスを与えることなく、搬送することができる。
(態様H)
(態様F)において、第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、第1のトナー搬送部材のスクリュウの半径をR5a、第1のトナー搬送部材のスクリュウの軸中心から、第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径までの距離をR6bとしたとき、R5a > R6bを満たし、第2のトナー搬送部材のスクリュウが、第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部の間に入り込んでいる。これによれば、上記実施形態2(又は3)に説明したように、第1のトナー搬送部材の中央の螺旋部の無い部分にトナーが凝集したトナー塊が付着しても、第2のトナー搬送部材を駆動すると、付着したトナー塊を確実に崩すことができる。したがって、高印刷時でも確実に必要量のトナーを補給できるトナー補給機構を提供することが可能である。
(態様I)
(態様C)、(態様D)、(態様E)、(態様F)、(態様G)または(態様H)において、第1のトナー搬送部材の上方に、該第1のトナー搬送部材の回転軸と平行な回転軸を有し、トナーを撹拌するアジテータ32などの撹拌部材を設ける。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、攪拌部材により第1のトナー搬送部材近傍のトナーの流動性を向上させて、第1のトナー搬送部材による搬送能力を安定させる。このため、現像装置に安定したトナー補給を行うことができる。
(態様J)
(態様C)、(態様D)、(態様E)、(態様F)、(態様G)または(態様H)において、第1のトナー搬送部材の下方に、第2のトナー搬送部材の回転軸と平行な回転軸を有し、トナーを撹拌するアジテータ40などの撹拌部材を設ける。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、攪拌部材により第2のトナー搬送部材近傍のトナーの流動性を向上させて、第2のトナー搬送部材による搬送能力を安定させる。このため、現像装置に安定したトナー補給を行うことができる。
(態様K)
(態様I)において、アジテータ42などの撹拌部材は、その回転軸42aなどの回転軸に攪拌羽根42bなどの板状部材を設けており、回転軸を駆動するステッピングモータなどの駆動源は、トナー補給装置の停止時に、平板状部材がトナー収容部内に収容されたトナーに浸った状態で停止するように制御される。これによれば、上記実施形態2(乃至3)に説明したようにトナー収容部内にトナーがある状態で長期間放置されてトナーが締まっても、再駆動時に回転する撹拌部材にかかる負荷が小さくなる。したがって、アジテータ42を駆動するモータロック等を起こすこと無く撹拌部材が駆動する。
(態様L)
感光体2などの像担持体上に潜像を形成する手段と、潜像にトナーを供給して現像する現像装置5とを備えた画像形成装置において、現像装置にトナーを補給するトナー補給手段として、(態様A)乃至(態様K)のトナー補給装置を採用する。これによれば、上記実施形態1(乃至3)について説明したように、トナーに過剰なストレスをかけることなく必要量のトナーを安定して過不足なく補給できる。また、トナー補給装置の実装スペースを小さくできる。
1 プロセスカートリッジ
2 感光体
5 現像装置
20 トナー補給装置
25a,25b トナーボトル
30 トナー収容部
31 第1スクリュウ
32 アジテータ
33 第2スクリュウ
34a、34b トナー受入口
36 トナー供給口
37 トナーセンサ
38 トナー補給搬送路
39 トナー補給搬送路(比較例)
特許4641937号公報

Claims (13)

  1. 複数のトナー容器の下方に配置され該複数のトナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部と、該複数のトナー容器から排出されたトナーを該トナー収容部に受け入れる複数のトナー受入口と、該トナー収容部内のトナーを下方の現像装置に供給するトナー供給口に向けて搬送するトナー搬送部材とを備えたトナー補給装置において、
    上記トナー収容部の上記複数のトナー受入口の並び方向両端部に配置されるトナー受入口よりも並び方向内側から該並び方向と直交する方向に略平行に延伸し、上記現像装置へのトナー供給口を有するトナー補給搬送路を設け、
    上記トナー搬送部材として、該トナー収容部内のトナーを該両端部に配置されるトナー受入口の下方から該内側に向けて互いに向かい合う方向に搬送する第1のトナー搬送部材と、該第1のトナー搬送部材により搬送されたトナーを該トナー補給搬送路のトナー供給口に向けて搬送する、該第1のトナー搬送部材と直交する第2のトナー搬送部材とを備え
    上記第1のトナー搬送部材と上記第2のトナー搬送部材とは回転によりトナーを搬送する回転部材であり、それぞれの回転軸が垂直方向に異なる位置に配置されており、
    上記第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、上記第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、該第1のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1a、スクリュウの軸径をR2a、スクリュウのピッチをR3a、回転数をR4aとし、該第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径をR1b、スクリュウの軸径をR2b、スクリュウのピッチをR3b、回転数をR4bとしたとき、((R1a/2) ×π−(R2a/2) ×π)×R3a×R4a×2 > ((R1b/2) ×π−(R2b/2) ×π)×R3b×R4bを満たすことを特徴とするトナー補給装置
  2. 求項のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材の上記第2のトナー搬送部材と直交する位置の近傍は、上記スクリュウが設けられていないよう構成したことを特徴とするトナー補給装置。
  3. 請求項1または2のトナー補給装置において、
    上記トナー収容部は、上記第1のトナー搬送部材の上方の略全域、及び、上記第1のトナー搬送部材における上記第2のトナー搬送部材と直交する位置の下方にトナー貯留領域を形成することを特徴とするトナー補給装置。
  4. 請求項のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、上記第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、該第1のトナー搬送部材のスクリュウの半径をR5a、該第1のトナー搬送部材のスクリュウの軸中心から、該第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径までの距離をR6bとしたとき、R5a > R6bを満たし、該第2のトナー搬送部材のスクリュウが、該第1のトナー搬送部材巻き方向が異なる二つの螺旋部の間に入り込んでいることを特徴とするトナー補給装置。
  5. 請求項のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材の上方に、該第1のトナー搬送部材の回転軸と平行な回転軸を有し、トナーを撹拌する撹拌部材を設けたことを特徴とするトナー補給装置。
  6. 請求項のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材の下方に、上記第2のトナー搬送部材の回転軸と平行な回転軸を有し、トナーを撹拌する撹拌部材を設けたことを特徴とするトナー補給装置。
  7. 請求項のトナー補給装置において、
    上記撹拌部材は、その回転軸に板状部材を設けており、該回転軸を駆動する駆動源は、当該トナー補給装置の停止時に、該板状部材が上記トナー収容部内に収容されたトナーに浸った状態で停止するように制御されることを特徴とするトナー補給装置。
  8. 複数のトナー容器の下方に配置され該複数のトナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部と、該複数のトナー容器から排出されたトナーを該トナー収容部に受け入れる複数のトナー受入口と、該トナー収容部内のトナーを下方の現像装置に供給するトナー供給口に向けて搬送するトナー搬送部材とを備えたトナー補給装置において、
    上記トナー収容部の上記複数のトナー受入口の並び方向の両端部に配置されるトナー受入口よりも並び方向内側から該並び方向と直交する方向に略平行に延伸し、上記現像装置へのトナー供給口を有するトナー補給搬送路を設け、
    上記トナー搬送部材として、該トナー収容部内のトナーを該両端部に配置されるトナー受入口の下方から該内側に向けて互いに向かい合う方向に搬送する第1のトナー搬送部材と、該第1のトナー搬送部材により搬送されたトナーを該トナー補給搬送路のトナー供給口に向けて搬送する、該第1のトナー搬送部材と直交する第2のトナー搬送部材とを備え、
    上記第1のトナー搬送部材は巻き方向が異なる二つの螺旋部を有するスクリュウであり、上記第2のトナー搬送部材は連続する螺旋部を有するスクリュウであり、上記第1のトナー搬送部材の上記第2のトナー搬送部材と直交する位置の近傍は、上記スクリュウが設けられていないよう構成し、
    該第1のトナー搬送部材のスクリュウの半径をR5a、該第1のトナー搬送部材のスクリュウの軸中心から、該第2のトナー搬送部材のスクリュウの外径までの距離をR6bとしたとき、R5a > R6bを満たし、該第2のトナー搬送部材のスクリュウが、該第1のトナー搬送部材の巻き方向が異なる二つの螺旋部の間に入り込んでいることを特徴とするトナー補給装置。
  9. 請求項1、2、3、4、5、6、7または8のトナー補給装置において、
    上記トナー補給搬送路を上記トナー収容部の上記並び方向の中央部に設け、上記複数のトナー受入口が該トナー補給搬送路に対して略均等に配置され、かつ、上記該第1のトナー搬送部材が該トナー補給搬送路に対して略対称な形状であることを特徴とするトナー補給装置。
  10. 請求項8または9のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材と上記第2のトナー搬送部材とは回転によりトナーを搬送する回転部材であり、それぞれの回転軸が垂直方向に異なる位置に配置されたことを特徴とするトナー補給装置。
  11. 複数のトナー容器の下方に配置され該複数のトナー容器から排出されたトナーを一時的に収容するトナー収容部と、該複数のトナー容器から排出されたトナーを該トナー収容部に受け入れる複数のトナー受入口と、該トナー収容部内のトナーを下方の現像装置に供給するトナー供給口に向けて搬送するトナー搬送部材とを備えたトナー補給装置において、
    上記トナー収容部の上記複数のトナー受入口の並び方向の両端部に配置されるトナー受入口よりも並び方向内側から該並び方向と直交する方向に略平行に延伸し、上記現像装置へのトナー供給口を有するトナー補給搬送路を設け、
    上記トナー搬送部材として、該トナー収容部内のトナーを該両端部に配置されるトナー受入口の下方から該内側に向けて互いに向かい合う方向に搬送する第1のトナー搬送部材と、該第1のトナー搬送部材により搬送されたトナーを該トナー補給搬送路のトナー供給口に向けて搬送する、該第1のトナー搬送部材と直交する第2のトナー搬送部材とを備え、
    上記第1のトナー搬送部材と上記第2のトナー搬送部材とは回転によりトナーを搬送する回転部材であり、それぞれの回転軸が垂直方向に異なる位置に配置されており、
    上記第1のトナー搬送部材の上方に、該第1のトナー搬送部材の回転軸と平行な回転軸を有し、トナーを撹拌する撹拌部材を設け、
    上記撹拌部材は、その回転軸に板状部材を設けており、該回転軸を駆動する駆動源は、当該トナー補給装置の停止時に、該板状部材が上記トナー収容部内に収容されたトナーに浸った状態で停止するように制御されるたことを特徴とするトナー補給装置。
  12. 請求項8、9、10または11のトナー補給装置において、
    上記第1のトナー搬送部材によるトナー搬送量が、上記第2のトナー搬送部材によるトナー搬送量よりも多いことを特徴とするトナー補給装置。
  13. 像担持体上に潜像を形成する手段と、該潜像にトナーを供給して現像する現像装置とを備えた画像形成装置において、
    上記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段として、請求項1乃至12のトナー補給装置を採用したことを特徴とする画像形成装置。
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