JP7451145B2

JP7451145B2 - トナー搬送装置

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Publication number: JP7451145B2
Application number: JP2019207173A
Authority: JP
Inventors: 知史川村; 真人田邉; 孝俊浜田; 祐輔厚
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2024-03-18
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Also published as: US11287763B2; US20210149324A1; JP2021081512A; CN112817218A

Description

本発明は、トナー搬送装置に関する。

トナー像を形成して画像形成を行う、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの、電子写真方式を用いた画像形成装置では、画像形成によって消費された現像剤を補うために、現像装置に現像剤補給装置を付設している。現像剤補給装置は、現像容器から取り出した現像剤を、貯蔵部（ホッパ）に一定量だけ貯蔵しておき、必要なタイミングで搬送手段を作動させて貯蔵部から現像装置へ現像剤を補給している。
特許文献１には、現像剤容器の一例であるトナーボトルから取り出したトナーを、小容量のホッパに貯蔵し、必要なタイミングでスクリュー搬送機構によって現像装置へ搬送される構成が提案されている。特許文献１では、スクリュー搬送機構で安定したトナー供給を実現するために、貯留部内に常に一定量のトナーを貯留しておく必要がある。そのため、引用文献１の画像形成装置の制御部は、光学センサーを用いて、貯蔵部内のトナー剤面の高さを検知しており、その情報を元にトナーボトルから貯蔵部へのトナー補給量を制御している。

特許第５７６２０５２号公報

特許文献１では、現像剤容器としてのトナーボトルから貯蔵部内にトナーを送出し、貯蔵部から搬送経路を経由して現像装置にトナーを補給している。そして、貯蔵部内の所定の高さにおけるトナーの有無を検知する光センサーを用いて、トナーの残量を検知している。そのため、現像剤容器のトナーが無くなった後でも貯蔵部内のトナーが残っている間はトナー有りと判定されるため、現像剤容器が空若しくは空に近い状態になった後でも、トナー残量なしと判定されるまでには一定の時間が必要になる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、現像剤容器内のトナーが空若しくは空に近い状態になったことを迅速に判定する技術を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
トナーを現像装置に向けて搬送するためのトナー搬送装置であって、
トナーを収容するトナー容器と、
前記トナー容器から受け取ったトナーが前記現像装置に向けて移動するための移動経路を構成する移動経路部と、
トナーが前記トナー容器から前記移動経路部の内部へ移動する際にトナーが通過するパイプであって、前記移動経路部の前記内部へトナーを排出させるための排出口が設けられたパイプと、
前記トナー容器から前記移動経路部へ前記パイプを介してトナーを移動させるためのエアを供給するエア供給手段と、
前記排出口から排出されたトナーが前記移動経路部の底面に到達する前にトナーが通過する通過領域の一部である検知領域におけるトナーの有無を検知する光センサー部と、
を備え、
前記パイプの前記排出口は、重力方向に交差する方向に開口し、
前記検知領域は、前記重力方向において、前記排出口の下端よりも下方に位置する、
ことを特徴とするトナー搬送装置である。

本発明によれば、現像剤容器内のトナーが空若しくは空に近い状態になったことを迅速に判定する技術を提供することができる。

上流側搬送部の平面図および断面図。画像形成装置の概略断面図。トナー補給カートリッジの一端部からの斜視図。ポンプを駆動する機構を説明する図。トナー補給カートリッジの分解斜視図トナー搬送装置の全体構成を示す斜視図。トナー搬送装置の部分側面図および断面図。カートリッジからのトナー出射時の様子を説明する図。出射されたトナーの挙動を説明する図。出射されたトナーの通過領域に対する光センサーの配置を説明する図。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［実施例１］
＜装置の全体構成＞
図２の概略断面図を参照して、本発明のトナー搬送装置が適用される画像形成装置１の構成と、画像形成動作の一例を説明する。

画像形成装置１は、画像形成部６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）を用いて記録材４に画像を形成する装置である。なお、符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応する。以下の説明において、特に色を区別する必要がなければ、「画像形成部６」のように添字を省略する場合がある。
本実施例の画像形成部６はプロセスカートリッジである。画像形成部６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）は、感光体ドラム７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）、帯電装置８（８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ）、現像装置９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ）、および、クリーニングブレード１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）を備える。

感光体ドラム７は、画像形成部６の枠体により回転可能に支持される。現像装置９には現像ローラ１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）が設けられており、現像ローラ１１は感光体ドラム７に対して当接と離間が可能な構成となっている。そして現像ローラ１１、回転駆動することにより現像装置９のトナー（現像剤）を感光体ドラム７に供給する

制御部６０は、ＣＰＵ、メモリ（揮発性メモリ及び不揮発性メモリの総称）、入出力Ｉ／Ｆ、バスなどを含み、後述の光センサー部１１５や表示部９０や外部情報処理装置（パーソナルコンピュータやスマートフォン）などの外部機器との通信行い、各種処理を行う。また外部との通信により画像データを受信し、受信した画像データをメモリからの読み出し、画像形成装置１の各構成要素を制御して該画像データに基づく画像を形成する。制御部６０は、制御回路や情報処理装置により構成される制御ユニットである。電源部７０は、帯電装置８やレーザースキャナユニット１２などの画像形成装置１の各構成要素に電力を供給するための高圧電源である。駆動部８０は、画像形成装置１の各構成要素を駆動するための動力源であり、感光体ドラム７、現像ローラ１１、上流側スクリュー１０５、下流側スクリュー１２４、駆動カップリング２０３、その他の各種ローラを回転駆動するためのモータを含む。表示部９０は、操作者への情報提供を行うための表示装置であり、液晶パネルなど任意の表示装置を利用できる。表示部９０をタッチパネルとして、操作入力を受付可能としても良い。

画像形成動作において制御部６０は、帯電装置８により感光体ドラム７の表面を帯電させた後、レーザースキャナユニット１２を介して感光体ドラム表面にレーザーを照射して、画像データに基づく潜像を形成させる。続いて現像ローラ１１が感光体ドラム７にトナーを供給することにより、感光体ドラム表面の潜像がトナー像として顕像化する。現像されたトナー像は、一次転写部２０で中間転写ベルト１８へ転写される。ＹＭＣＫ各色のトナー像が連続的に転写されることで、中間転写ベルト１８の表面に４色トナー画像が形成される。４色トナー画像は、中間転写ベルト１８の回転にしたがって二次転写部１７に搬送される。

各画像形成部６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）の下部には、トナー補給カートリッジ１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）とトナー搬送装置１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）、トナー搬送駆動装置１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）が配置されている。トナー搬送装置１４は、搬送経路部として機能し、トナー搬送駆動装置１５に駆動されて、画像形成部６内のトナー消費に合わせてトナー補給カートリッジ１３内のトナーを画像形成部６へ搬送して補給する。
画像形成装置１の下部にはカセット２が設けられ、カセット２内には紙などの記録材４が収納されている。カセット給紙部３が回転することで記録材４は一枚ずつ分離給送され、レジストローラ５によって下流に搬送される。

現像装置９の上部には中間転写ユニット１６が設けられている。中間転写ユニット１６は、中間転写ベルト１８、一次転写ローラ１９、張架ローラなどを有する。中間転写ユニット１６を画像形成装置本体に着脱可能としてもよい。中間転写ユニット１６は、二次転写部１７が記録材４の搬送経路に面するように、略水平に配置されている。
感光体ドラム７に対向する中間転写ベルト１８は、回転可能な無端状のベルトであり、複数の張架ローラにより張架されている。中間転写ベルト１８の内面には、一次転写ローラ１９（１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ）が、中間転写ベルト１８を介して感光体ドラム７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）と対向するように配置されている。一次転写ローラ１９と感光体ドラム７の間に一次転写部２０（２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ）が形成される。一次転写部２０では、一次転写ローラ１９に電圧が印加されて、感光体ドラム７から中間転写ベルト１８にトナー像が転写される。

二次転写部材である二次転写ローラ２１は、中間転写ベルト１８を介して二次転写対向ローラ３１と二次転写部１７を形成している。二次転写部１７で、中間転写ベルト１８上に転写されたトナー像が記録材４に二次転写される。二次転写で記録材４に転写しきれず、中間転写ベルト１８上に残留したトナーがクリーニングユニット２２により除去される。クリーニングユニット２２で除去されたトナーは、回収トナー搬送部２３を経由しトナー回収容器２４へ搬送され、蓄積される。

トナー画像が二次転写された記録材４は、さらに下流（紙面で上方）に搬送され、定着装置２５の加熱ユニット２５ａと加圧ローラ２５ｂによって加圧・加熱される。これによりトナーが溶融してトナー画像が記録材４に定着する。その後、記録材４は排出ローラ対２６へ搬送され、排紙トレイ２７に排出される。以上の一連の動作が、記録材表面への画像形成動作である。

＜トナー補給用の構成＞
続いて、本実施例の特徴的な構成であるトナー補給カートリッジ１３と、トナーを搬送するための構成について、図３、図４を用いて説明する。図３（ａ）はトナー補給カートリッジ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの斜視図である。図中、矢印Ｂが指し示す方向は、トナー補給カートリッジ１３を装置本体に装着する際の挿入方向である。逆に矢印Ｂ方向の真逆の方向がトナー補給カートリッジ１３を装置本体から取り外す際の方向となる。図３（ｂ
）は、図３（ａ）からサイドカバー２２４を外した状態の斜視図である。図３（ｃ）は、トナー補給カートリッジ１３Ｋの斜視図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）からサイドカバー２２４を外した状態の斜視図である。

図４は、トナーを送り出すためのカムの構成を示す説明図であり、トナー補給カートリッジの一端部を図示している。図４（ａ）は、カムギア２２０とリンク機構２２１とポンプ２２３の構成を表す説明図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面図である。図４（ｃ）は、カムギア２２０のカム溝２２０ａの展開図である。

図３に示すように、トナー補給カートリッジ１３は、長手方向と短手方向を有する、略直方体形状の補給枠体２０１を備える。補給枠体２０１はその内部にトナーを収容可能である。トナー補給カートリッジ１３の装着方向（矢印Ｂ方向）下流側には、駆動カップリング２０３、カムギア２２０、リンク機構２２１、ポンプ２２３、スクリューギア２２６が配置され、サイドカバー２２４で覆われている。また、下面側（通常使用される姿勢において下側）には、排出口２０８が設けられた排出シャッタ２０７が配置される。カムギア２２０のギア部はスクリューギア２２６と係合しており、スクリューギア２２６はカムギア２２０から回転駆動力を受ける。従って、ギア部カムギア２２０の回転によってスクリューギア２２６も回転する。

駆動カップリング２０３は、カムギア２２０、および、補給枠体２０１内のトナー補給スクリュー２０９に駆動を伝達するように配置される。トナー補給カートリッジ１３が画像形成装置１に装着されると、駆動カップリング２０３が本体側の駆動カップリング（不図示）と係合する。これにより、駆動部８０からの駆動力がトナー補給カートリッジ側に伝達される。

図４に示すように、カムギア２２０にはカム溝２２０ａが設けられており、リンク機構２２１のカム突起部２２１ａがカム溝２２０ａと係合している。リンク機構２２１の両端部は、サイドカバー２２４のガイド２２４ａ及び２２４ｂ（図５参照）に案内されサイドカバー２２４に対し、図中矢印Ｃ方向のように前後に移動可能に支持される。図５に示した通り、ガイド２２４ａ及び２２４ｂはサイドカバー２２４の凸部の部分に相当する。この凸部の内側には空間が形成されており、この空間にリンク機構２２１の端部２２１ａ及び端部２２２１ｂが配置されている。従って、リンク機構２２１は、ガイド２２４ａ及び２２４ｂにより位置移動を規制され、図中矢印Ｃ方向に移動可能な一方、軸５００を中心とした回転運動を規制されている。カム溝２２０ａは、装着方向（矢印Ｂ方向）下流側に傾斜した山部２２０ｂと、装着方向（矢印Ｂ方向）上流側に傾斜した谷部２２０ｃが設けられている。かかる構造により、カムギア２２０が回転したときに、カム溝２２０ａに係合しているカム突起部２２１ａが、山部２２０ｂと谷部２２０ｃを交互に通過する。これに伴って、ギアの回転運動がリンク機構の前後運動に変換されて、リンク機構２２１が装着方向（矢印Ｂ方向）に往復運動する。

ここで、ポンプ２２３は、装着方向の一端側において、結合部２２３ｂによりリンク機構２２１と連結されている。また、ポンプ２２３は、装着方向の他端側において、接続部２２３ｃにより補給枠体２０１に固定されている。また、ポンプ２２３の内部空間２２３ｄは、接続部２２３ｃを介して、補給枠体２０１の内部空間（すなわち、収容部としてトナーが収容されるトナー収容室２０１ａ）と連通している。
このような構成において、ポンプ２２３の結合部２２３ｂがリンク機構２２１と連動して往復運動すると、ポンプ２２３の接続部２２３ｃは補給枠体２０１に固定されているため、ポンプ２２３の蛇腹部２２３ａが伸縮運動を行う（図８（ａ）、図８（ｂ）を参照）。この伸縮運動によってポンプ２２３の内部空間２２３ｄの容積が変動し、内部空間２２３ｄと連通しているトナー収容室２０１ａの内圧が変動する。その結果、トナーに運動エ
ネルギーが与えられ、排出口２０８からトナーが排出される。なお、送出手段はポンプに限定されず、トナーに運動エネルギーを与えて送り出すことができれば、何を用いてもよい。

図６は、画像形成装置に搭載されたトナー搬送装置１４の概要構成を示している。なお、図６はトナー搬送装置１４内部構成を示すために一部形状を省略している。トナー搬送装置１４は、大きく分けて、上流側搬送部１００と下流側搬送部１２０によって構成されている。

上流側搬送部１００の上面には供給口１０１が配置されている。トナー補給カートリッジ１３から供給されるトナーは、供給口１０１を通って、上流側搬送部１００内部の貯蔵容器１０８に供給される。上流側搬送部１００は、貯蔵容器１０８に覆われるように配置された上流側スクリュー１０５を有する。供給口１０１から落下したトナーは、該上流側スクリュー１０５の配置領域に分布する。そして、上流側駆動ギア１０３によって回転駆動された上流側スクリュー１０５により、トナーが下流側搬送部１２０の方向へ搬送される。

下流側搬送部１２０は、下流側壁面１２３を有する。下流側壁面１２３に覆われるように下流側スクリュー１２４が配置される。下流側搬送部１２０の最上流部（紙面では下方）は、上流側搬送部１００の最下流部に接続されており、上流側搬送部１００によって搬送されてきたトナーが、下流側スクリュー１２４に搬送される。下流側スクリュー１２４は、下流側駆動ギア１２２によって回転駆動され、重力に対して逆方向にトナーを搬送する。下流側スクリュー１２４により搬送されたトナーは、本体排出口１２１を通って現像装置９に補給される。

＜上流側搬送部１００の詳細説明＞
次に、トナー搬送装置１４の詳細について、図１および図７を用いて説明する。図１（ａ）は、上流側搬送部１００を上面から見た図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１－Ａ１断面図である。図７（ａ）は、上流側搬送部１００を側面から見た図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ２－Ａ２断面図である。

図１（ｂ）に示すように、上流側搬送部１００は、大きく分けて、トナーの受入部としての貯蔵容器１０８と貯蔵容器カバー１０９によって構成されている。貯蔵容器１０８及び貯蔵カバー１０９は一以上の樹脂フレームによる壁面で基本的に構成される。貯蔵容器カバー１０９の供給口１０１の上部には、供給口シール１０２が貼りつけられており、供給口１０１まわりのトナー飛散を封止している。また、供給口１０１の下部には、トナー経路としてＬ字経路１０６が取り付けられている。Ｌ字経路１０６は、供給口１０１につながる略垂直部分と、略垂直部分から出射口１０６ａにつながる略水平部分を有する。この構成により、供給口１０１から補給されてきたトナーは、Ｌ字経路１０６の略水平部分の延長にある空間Ｓの方向に出射される。このようにＬ字経路１０６は、出射口１０６ａを形成している。出射されたトナーは、かかる通過領域を経由して下方に落下し、貯蔵容器１０８の底部に堆積する。

図７（ｂ）に示すように、貯蔵容器１０８の側壁には、Ｌ字経路１０６の出射口１０６ａの近傍に、一対の光透過部として、光透過部材１０７が取り付けられている。実施例では、一対の光透過部材１０７が、筐体である貯蔵容器１０８の両側面に配置されている。また、一対の光透過部材１０７を結ぶ方向と、Ｌ字経路１０６の出射口１０６から空間Ｓに向かうトナーの出射方向とは、トナーの通過領域において交差している。

光センサー部１１５は、発光部および受光部として、発光素子及びその駆動回路を含む
発光基板１１５ａ、および受光素子及びその駆動回路を含む受光基板１１５ｂを有する。一対の光透過部材１０７のうち一方の外側には、光センサー部１１５の発光基板１１５ａが設けられている。また、他方の光透過部材１０７の外側には、受光基板１１５ｂが設けられている。すなわち、一対の光透過部材１０７を結ぶ方向において、発光基板１１５ａ、一方の光透過部材、トナーの通過領域、他方の光透過部材、受光基板１１５ｂが、この順に配置されている。かかる構造により、発光基板１１５ａから受光基板１１５ｂへの光路Ｐが、トナー通過領域と交差する。

その結果、光センサー部１１５によってトナーを検知してトナーの有無を判定できるようになる。すなわち、制御部６０の制御により発光基板１１５ａから出射した光が、一対の光透過部材１０７を介して受光基板１１５ｂに到達する光路Ｐにトナーが介在せず、受光基板１１５ｂが光を検知できた場合は、制御部６０はトナーが存在しないと判断できる。一方、光がトナーにより遮られて受光基板１１５ｂが所定条件下での光を検知できない場合、制御部６０はトナーが存在すると判断できる。なお制御部６０は、受光基板１１５ｂまで到達する光強度に応じた判断を行ってもよい。

発光基板１１５ａに含まれる発光素子として例えば、赤外光などの光を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用できる。ただし、光の波長領域はこれに限らず、可視領域光でもよい。また、ＬＥＤに変えてＬＤ（半導体レーザ）など他の光源部材を用いてもよい。受光基板１１５ｂに含まれる受光素子としては例えばフォトセンサーなど既知の受光基板を利用できる。その他、光を用いて光路上の物体の有無を判定できるものであれば、光センサーとして利用できる。
光透過部材１０７としては、発光基板１１５ａからの出射光の波長領域に対して透過性を持つ材質が好ましく、例えばアクリル樹脂が利用できる。光透過部材１０７は、トナー落下中の通過領域に光路を形成できる形状および設置位置であればよく、円形以外でもよい。また、光路を規定する目的で、光透過部材１０７としてアクリル樹脂製の棒状レンズなどの光学部材を用いたり、光透過部材１０７の近傍に光学部材を配置したりしてもよい。

制御部６０のメモリには予め、発光基板１１５ａを所定の光強度で発光させたときに、受光基板１１５ｂが受信する光強度が保存されている。そして、光照射のタイミングで受光基板１１５ｂが受信した光強度を保存された光強度と比較することで、通過領域におけるトナーの有無を判定する。つまり、所定以上の光強度が受光基板１１５ｂにより受光された場合、制御部６０はトナー無し若しくはトナー無しに近い状態になったと判定し、予め定めされた所定の処理を実行する。或いは、制御部６０のメモリには予め、発光基板１１５ａを所定の光強度で発光させたときに、受光基板１１５ｂが光を受光する時間情報が保存されている。この場合、所定期間のうち閾値時間以上の受光基板１１５ｂによる受光時間の長さに応じて通過領域におけるトナーの有無を判定する。つまり、所定時間以上の受光基板１１５ｂによる受光の時間があった場合に、制御部６０はトナー無し若しくはトナー無しに近い状態になったと判定し、予め定めされた所定の処理を実行する。
ここで、トナー無し若しくはトナー無しに近い状態になったと判定した場合に実行される制御部６０による予め定められた所定の処理とは、例えば、表示部９０へ、トナー補給カートリッジの交換を促すメッセージ表示などが含まれる。

本実施例においては、図７（ｂ）に示すように、Ｌ字経路１０６の出射口１０６ａの断面形状は一辺Ｌａ＝３．５ｍｍの正方形形状である。また図１（ｂ）に示すように、Ｌ字経路１０６の縦経路長Ｌｂ＝７．６ｍｍ、横経路長Ｌｃ＝１２．５ｍｍと設定した。Ｌ字経路１０６の断面形状は、本実施例では正方形としたが、長方形、円形、その他の形状であってもよい。また、断面形状の大きさや形状に合わせて、縦、横それぞれの経路長を変えてもよい。光透過部材１０７の大きさや配置、光センサーの検知範囲に合わせて最適な
形状に設定することが望ましい。

＜トナー補給時動作時の残量検知方法＞
次に、トナー補給カートリッジ１３からのトナー補給動作時におけるトナー残量検知方法について、図８、８を用いて説明する。図８（ａ）は、トナー補給カートリッジ１３の内部を上方から見た図である。図８（ｂ）および図８（ｃ）はそのＡ３－Ａ３断面図であり、トナーＴを示している。図８（ｂ）はポンプ２２３が伸長状態、図８（ｃ）はポンプ２２３が圧縮状態にある。また、図９は図１（ｂ）と同様に図１（ａ）のＡ１－Ａ１断面図である。図９（ａ）は図８（ｂ）に、図９（ｂ）は図８（ｃ）に対応する。

制御部６０は、前述したように、現像装置内のトナー残量が低下、或いは所定量から低下してくると、トナー補給カートリッジ１３から現像装置９にトナーを補給するように制御する。制御部６０は、現像装置９内のトナー残量を、光学検知や重量検知など任意の方法で取得し、残量がゼロまたな所定の閾値以下になると、トナー搬送装置側に補給信号を送信する。トナー搬送装置側では、補給信号を受けると、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、駆動カップリング２０３（不図示）およびポンプ２２３と同軸上に配置されたカムギア２２０が回転し、ポンプ２２３は伸びた状態（図８（ｂ））と縮んだ状態（図８（ｃ））の伸縮運動を繰り返す。

図８（ｂ）に示すように、ポンプ２２３の内部空間２２３ｄとトナー収容室２０１ａは連通口２０１ｂを通して連通している。そのため、図８（ｃ）の状態のようにポンプ２２３が圧縮されると、トナー収容室２０１ａの内圧が上昇し、トナー補給スクリュー２０９によってトナー収容室２０１ａ内に搬送されてきたトナーＴを、排出口２０８から排出することができる。本実施例において、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、ポンプは直径Φ４２ｍｍ、無負荷時（伸びた状態）の長さＬ１＝２０．１ｍｍ、圧縮時（縮んだ状態）長さＬ２＝８．１ｍｍであり、伸縮ストローク量は１２ｍｍである。またポンプ伸縮１往復の周期ＴはＴ＝０．３８（ｓｅｃ）である。上記のようなポンプ形状や設計仕様にすることで、トナー収容室２０１ａ内のトナーＴを上流側搬送部１００のＬ字経路１０６を介して排出することが可能となっている。

次に、図９を用いて、上流側搬送部１００内にトナーが補給される様子を説明する。図９（ａ）は、トナー補給カートリッジ１３からトナーが補給されていない時の状態を示しており、図９（ｂ）は、トナー補給カートリッジ１３からトナーが補給されている時の状態を示している。

図９（ａ）に示すように、トナーが補給されていない状態のとき、貯蔵容器１０８内にはある一定量のトナーが収納されている。このときの貯蔵容器１０８内のトナーの表面を剤面Ｚとする。剤面Ｚは、貯蔵容器１０８の内面構造、上流側スクリュー１０５の構成や性能などに応じて規定される。図９（ａ）の状態では、紙面に正対する方向から見たときに、光透過部材１０７とトナー剤面Ｚは重畳していない。

トナーの補給が開始されると、図９（ｂ）の状態に進み、トナー収容室２０１ａ内のトナーがＬ字経路１０６を通って貯蔵容器１０８内に排出される。ここで、Ｌ字経路１０６の出射口１０６ａから排出されたトナーが、貯蔵容器１０８内のトナー剤面Ｚに落下するまでの軌跡を、トナー落下軌跡Ｋとする。図９（ｂ）には上下方向におけるトナー落下軌跡Ｋの上端と下端を破線で示す。上端から出射されたトナーの軌跡を第１の軌跡とし、下端から出射されたトナーの軌跡を第２の軌跡とすると、第１の軌跡と第２の軌跡と出射口１０６ａと剤面Ｚに囲まれる範囲が、出射されたあとのトナーが落下する途中に通過する通過領域である。紙面に正対する方向から見たときに、光透過部材１０７は第１の軌跡と第２の軌跡の少なくともいずれかに投影されるように配置される。好ましくは、光透過部
材１０７を投影したときに、第１の軌跡と第２の軌跡の両方に重なるようにすると良い。

好ましくは、一対の光透過部は、トナーが出射される方向と交差する方向で見て通過領域に投影したときに、（ｉ）第１の軌跡と、(ｉｉ)第２の軌跡と、(ｉｉｉ)出射口の上端と下端を結ぶ線と、(ｉｖ)受け入れ部の壁面と、で囲まれる領域と重なるように配置されると良い。これにより、光センサーの光路がトナー通過領域と重なる。
別の見方をすると、受光部は、ナーが出射される方向と交差する方向で見て通過領域に投影したときに、（ｉ）第１の軌跡と、(ｉｉ)第２の軌跡と、(ｉｉｉ)出射口の上端と下端を結ぶ線と、(ｉｖ)受け入れ部の壁面と、で囲まれる領域と重なるように配置されると良い。これによっても、光センサーの光路がトナー通過領域と重なる。

この構成により、光センサーは、光透過部材１０７を介して、出射口１０６ａから排出されたトナーの有無を検知できる。制御部６０は、補給動作を行っても出射口１０６ａからトナーが排出されないとき、トナー補給カートリッジ１３内のトナーが無くなったと判断できる。したがって、現像剤容器内のトナーが空になったことを迅速に判定できる。なお、光透過部材１０７に集光機能が備わり、更に集光した光を任意の位置に反射させる光学部材が備わっていれば、発光基板１１５ａの受光部の位置は、トナーが出射される方向と交差する方向でみたときに、トナー落下軌跡と必ずしも重なる必要はない。一方、光透過部材１０７にそのような機能が備えられていなければ、発光基板１１５ａの受光部の少なくとも一部は、トナーが出射される方向と交差する方向でみたときに、トナー落下軌跡と重なる必要がある。

図１０を参照して、光センサーによるトナー有無の判定条件について検討する。なお、ここでのトナー無しとは、トナー補給カートリッジから排出されるトナーが無くなった若しくは無しに近い状態になったことを意味する。或いはトナー補給カートリッジが空若しくは空に近い状態になったことを意味する。図１０は、排出されたトナーが落下中に取り得る経路（軌跡）と、落下中のトナーを光センサーが検知できるような配置条件を検討するための、貯蔵容器１０８の部分拡大断面図である。上述したように、光透過部材１０７及び発光基板１１５ａの受光素子が、紙面に正対する方向においてトナー落下軌跡Ｋの上端および下端により規定される通過領域に重なるように配置されることで、光路がトナーの通過領域に交差するようになっている。なお光透過部材１０７及び発光基板１１５ａの受光素子の全てが先の通過領域に包含されている必要は必ずしもない。光透過部材１０７を透過した光が光センサー部１１５による光検知を行える限り、発光基板１１５ａの受光素子の少なくとも一部が通過領域に重なって配置されていれば良い。

本実施例において、トナーはＬ字経路１０６の水平経路を経て、出射口１０６ａから水平投射されるものとする。出射口１０６ａの下端から出射されるトナーをＴ_１、上端から出射されるトナーをＴ_２とし、出射時のトナーＴ_１の座標をＴ_１＿０（ｘ_１，ｚ_１）、トナーＴ_２の座標をＴ_２＿０（ｘ_１，ｚ_２）とする。また、トナー出射方向をｘ軸の正方向、トナー落下方向（鉛直方向で下向き）をｚ軸の正方向とする。
トナーの初速度をＶ_０ｍ／ｓとすると、トナーは、水平方向には速度Ｖｘ＝Ｖ_０で等速運動を行い、垂直方向には速度Ｖｚ＝ｇｔで自由落下運動を行う。このとき、出射からｔ秒後の初期座標からの変位量は（Ｖ_０ｔ，（１／２）ｇｔ^２）であり、トナー落下軌跡はｚ＝（ｇ／２Ｖ_０ ^２）・ｘ^２として示される。よって、出射からｔ秒後のトナーＴ_１の座標はＴ_１＿ｔ（ｘ_１＋Ｖ_０ｔ，ｚ_１＋１／２・ｇｔ^２）、トナーＴ_２の座標はＴ_２＿ｔ（ｘ_１＋Ｖ_０ｔ，ｚ_２＋１／２・ｇｔ^２）となる。

なお、出射口１０６ａから出射されるトナーについて、初速度をＶ_０ｍ／ｓの等速直線運動や、自由落下運動を想定し、落下軌跡範囲を規定した。これについては、排出口１０６ａから出射される概ねのトナーは、互いに隣接し纏まって排出され、空気抵抗の影響を
無視しても良い程度ということを前提にしている。
また、出射時の座標がＴ_１＿０（ｘ_１，ｚ_１）であるトナーＴ_１の移動軌跡について以下の数式でも規定できる。トナーＴ_１の座標は、
Ｘ＝ｘ_１＋Ｖ_０ｔ …（１），
Ｚ＝（ｚ_１＋１／２・ｇｔ^２） …（２）
で表される。この数式（１）（２）を用いｔを消去すると、
Ｚ＝ｚ_１＋１／２・ｇ（（Ｘ－ｘ_１）／Ｖ_０）^２
となる。従って、ｚ_１≦Ｚ≦ｚ_３の範囲での得るＸ座標から、同様にトナーの通過領域（通過軌跡）を規定できる。

したがって、光透過部材１０７及び発光基板１１５ａの受光素子の少なくとも一部がこの範囲にかかるようにすることで、光路Ｐをトナー通過領域に交差させることができる。光透過部材１０７の配置に当たり、好ましくは図示例のように、トナー通過領域の上端および下端を光透過部材がカバーするようにする。これにより、トナー排出があれば確実に光センサーにより検知されるので、検知精度が向上する。

ここで、初速度Ｖ_０は、材質や形状などトナーの特性や、ポンプ２２３の断面積や往復時のストロークなどのポンプ２２３の能力や、排出口１０６ａの位置及びサイズ等により決定される所定の値である。また、言い換えると、先に説明した第１の軌跡及び第２の軌跡も、材質や形状などトナーの特性や、ポンプ２２３の断面積や往復時のストロークなどのポンプ２２３の能力や、排出口１０６ａの位置及びサイズ等により決まる。このため、出射後のトナーが通過する領域は上式を用いて予め算出できる。よって、光透過部材１０７の射影がトナー通過領域と重なるように該光透過部材１０７を配置することによって、残トナーの有無を確実に検知できるようになる。

なお、ポンプにより送出されたトナーが貯蔵容器１０８に出射される経路の形状はＬ字に限定されない。また、トナーの出射方法は水平投射には限定されず、例えば自由落下や斜方投射でも構わない。その場合でも、落下する途中のトナーが取ると想定される軌跡に応じて光透過部材１０７および光センサーを配置すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、光透過部材がトナー通過経路の近傍に設けられているため、排出されたトナーを直接検知することが可能である。よって、トナー補給カートリッジ内のトナーが無くなった若しくは無しに近い状態になったことを迅速に判定することが可能であり、ユーザビリティーを向上できる。

９：現像装置、１００：上流側搬送部、１０６：Ｌ字経路、１０６ａ：出射口、１０８：貯蔵容器、１１４：光センサー部、２０１ａ：トナー収容室

Claims

トナーを現像装置に向けて搬送するためのトナー搬送装置であって、
トナーを収容するトナー容器と、
前記トナー容器から受け取ったトナーが前記現像装置に向けて移動するための移動経路を構成する移動経路部と、
トナーが前記トナー容器から前記移動経路部の内部へ移動する際にトナーが通過するパイプであって、前記移動経路部の前記内部へトナーを排出させるための排出口が設けられたパイプと、
前記トナー容器から前記移動経路部へ前記パイプを介してトナーを移動させるためのエアを供給するエア供給手段と、
前記排出口から排出されたトナーが前記移動経路部の底面に到達する前にトナーが通過する通過領域の一部である検知領域におけるトナーの有無を検知する光センサー部と、
を備え、
前記パイプの前記排出口は、重力方向に交差する方向に開口し、
前記検知領域は、前記重力方向において、前記排出口の下端よりも下方に位置する、
ことを特徴とするトナー搬送装置。
前記光センサー部は、光を照射する発光部と、前記光を受光する受光部と、を含み、前記発光部から前記受光部への光路は前記検知領域と交差する、
ことを特徴とする請求項１に記載のトナー搬送装置。
前記移動経路部の筐体には、前記排出口においてトナーが排出される方向及び重力方向の双方に交差する方向に並べて配置された一対の光透過部である第１光透過部及び第２光透過部が設けられており、前記発光部は前記第１光透過部に対応する位置に配置され、前記受光部は前記第２光透過部に対応する位置に配置されており、
前記発光部から前記受光部への光は、前記第１光透過部、前記検知領域および前記第２光透過部をこの順に通過する、
ことを特徴とする請求項２に記載のトナー搬送装置。
前記検知領域において、前記排出口の上端から排出されたトナーの軌跡を第１の軌跡、前記排出口の前記下端から排出されたトナーの軌跡を第２の軌跡、とすると、前記一対の光透過部は、前記排出口においてトナーが排出される方向及び重力方向の双方に交差する方向に見たときに、（ｉ）前記第１の軌跡と、（ｉｉ）前記第２の軌跡と、（ｉｉｉ）前記排出口の前記上端と前記下端を結ぶ線と、（ｉｖ）前記移動経路部の前記底面と、で囲まれる領域と重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項３に記載のトナー搬送装置。
前記検知領域において、前記排出口の上端から排出されたトナーの軌跡を第１の軌跡、前記排出口の前記下端から排出されたトナーの軌跡を第２の軌跡、とすると、前記受光部は、前記排出口においてトナーが排出される方向及び重力方向の双方に交差する方向に見たときに、（ｉ）前記第１の軌跡と、（ｉｉ）前記第２の軌跡と、（ｉｉｉ）前記排出口の前記上端と前記下端を結ぶ線と、（ｉｖ）前記移動経路部の前記底面で囲まれる領域と、で囲まれる領域と重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記エア供給手段は、トナーに運動エネルギーを与えて前記トナー容器から排出する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記パイプは、水平方向に延びる水平部分を含み、
前記排出口は、前記水平部分の先端に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記トナー容器は、前記移動経路部の上方に配置されており、
前記パイプは、前記トナー容器から下方にトナーを移動させる部分と、前記水平部分と、を含むＬ字状の経路である、
ことを特徴とする請求項７に記載のトナー搬送装置。
前記エア供給手段は、トナーを前記トナー容器から排出するためのポンプを含み、
前記第１の軌跡及び前記第２の軌跡は前記排出口の位置および前記ポンプの能力に基づくものである、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のトナー搬送装置。
前記移動経路部は、トナーを水平方向に搬送する上流側搬送部と、前記上流側搬送部に接続されてトナーを重力方向の上方に搬送する下流側搬送部を含み、
前記光センサー部は、前記上流側搬送部に配置される、
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記移動経路部の前記内部には、トナーが前記現像装置に向けて搬送される方向であるトナー搬送方向にトナーを搬送するスクリューが設けられ、
前記パイプは、前記スクリューの上方に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記パイプは、前記スクリューの前記トナー搬送方向に延びており、
前記パイプの前記排出口は、前記スクリューの前記トナー搬送方向の下流側に向かって開口している、
ことを特徴とする請求項１１に記載のトナー搬送装置。
前記トナー搬送方向から見たときに、前記光センサー部の光路は、前記パイプの前記排出口と重なる、
ことを特徴とする請求項１２に記載のトナー搬送装置。
前記パイプの前記排出口は、前記トナー搬送方向における前記スクリューの下流側の端と上流側の端の間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載のトナー搬送装置。
前記パイプは、前記移動経路部の前記内部に取り付けられており、
前記トナー容器は、前記移動経路部に離脱可能に装着されている、
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のトナー搬送装置。
前記エア供給手段は、前記トナー容器に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１５に記載のトナー搬送装置。