JP5427848B2

JP5427848B2 - トナー補給装置および画像形成装置

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Publication number: JP5427848B2
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Inventors: 善樹市川
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Description

本発明は、トナー補給装置および画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機などに搭載される画像形成装置は、画像形成装置が備える現像装置に貯留されるトナーを用いて画像を形成する。このような画像形成装置の分野において、従来から、現像装置にトナーを補給するトナー補給装置が知られている。トナー補給装置は、現像装置内のトナーが消費されて少なくなると、トナー補給装置が備えるトナー収容器内のトナーを、現像装置に接続されるトナーホッパへ補給し、トナーホッパは、補給されたトナーを順次、現像装置へ補給する。

近年では、画像形成装置が備える回転駆動源によってトナー収容器を回転駆動してトナーを補給する回転型のトナー補給装置が主流である。回転型のトナー補給装置では、トナー収容器が回転することで、トナー収容器の内壁に螺旋状に形成されたリブによって、トナー収容器のトナー排出口までトナーを案内し、トナー排出口からトナーを排出することで、トナーホッパへトナーを補給する。このような回転型のトナー補給装置では、画像形成動作中は、トナー収容器が回転しているので、トナー収容器内のトナーは、凝集せずに高い流動性を保っている。

しかしながら、画像形成動作が終了し、画像形成装置の電源が切断されると、トナー収容器の回転は止まり、画像形成装置内の熱によって、トナー収容器内のトナーが凝集を始める。トナー収容器が回転していない時間が長くなればなるほど、トナー収容器内のトナーは凝集し、トナー収容器の内壁に付着する。内壁に強固に付着したトナーは、トナー収容器が再度回転を始めても、トナー収容器とともに回転し、トナー収容器内から排出されないまま残ってしまう。その結果、トナー収容器内に、未使用のトナーが多く残留してしまう場合がある。

このような問題に対して、たとえば、特許文献１には、回転型のトナー補給装置の内壁に付着するトナーを掻き取るために、回転する内壁に対して、動かないように固定される螺旋状の掻取部材が設けられた回転型のトナー補給装置が開示されている。

特開２０００−１４７８８７号公報

特許文献１に記載の掻取部材は、固定されているので、トナー収容器とともには回転せず、トナー収容器とトナー収容器内のトナーとが、掻取部材に対して相対的に移動することになる。したがって、トナー収容器内のトナーが少ないときには、掻取部材によってトナーを確実に掻き取ることは可能であるものの、トナー収容器内にトナーが多く残っているときには、掻取部材によるトナーへの負荷が大きく、トナーが劣化してしまうという課題がある。また、トナーへの負荷の反作用として、掻取部材にも大きな負荷が掛かり、掻取部材が破損してしまうおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器内に残留するトナーをできるだけ少なくすることができるトナー補給装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、仮想的な円柱の側面に沿ってこの側面を取り囲み、かつ、開口が形成される形状の周壁部を有し、この周壁部によって囲まれる空間にトナーを収容するトナー収容器と、
前記トナー収容器に固定される連結部であって、前記トナー収容器を前記円柱の軸線まわりに回転駆動する回転駆動源と連結するための連結部と、
前記空間内に、前記軸線まわりに回転自在に収容され、前記周壁部に付着したトナーを掻き取る掻取部材であって、前記側面に沿う仮想的な螺旋の２分の１周期以上分の部分に沿って延びる湾曲部を有する掻取部材とを備えることを特徴とするトナー補給装置である。

前記湾曲部は、前記側面に沿う第１の仮想的な螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿って延びる第１湾曲部と、前記側面に沿う第２の仮想的な螺旋であって、前記第１の仮想的な螺旋とは進行方向が反対の第２の仮想的な螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿って延びる第２湾曲部とを含み、
前記掻取部材は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とを接続する接続部であって、前記側面に沿う前記軸線に平行な線分に沿って延び、前記軸線が延びる方向において前記開口の位置に設けられる接続部を有することを特徴とする。

また本発明は、前記湾曲部は、前記軸線が延びる方向に対して垂直な断面が円形状であることを特徴とする。

また本発明は、前記掻取部材の比重は、前記トナーの比重よりも大きいことを特徴とする。

また本発明は、現像装置を備える電子写真方式の画像形成装置において、
前記現像装置にトナーを供給するトナー補給装置として、前記トナー補給装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、トナー収容器は、連結部と固定されており、連結部がトナー収容器の外部の回転駆動源に連結されると、トナー収容器が取り囲む仮想的な円柱の軸線まわりに回転し、トナー収容器の開口からトナーが排出される。このトナー収容器内には、トナーとともに、掻取部材が収容されている。掻取部材は、前記軸線まわりに回転自在に収容されており、トナー収容器内にトナーが多く残っているときには、トナー収容器の回転に伴って、トナーとともに動くので、トナーにはあまり大きな負荷は掛かからない。多くのトナーが開口から排出され、トナー収容器内のトナーが少なくなったときには、掻取部材は、重力的に安定した位置で、あまり動かなくなり、微小に揺動するようになる。あまり動かない掻取部材に対して、トナー収容器は前記軸線まわりに回転し、トナー収容器の前記円柱の側面に臨む周壁部に強固に付着したトナーも回転するので、掻取部材と周壁部に付着したトナーとの相対速度は大きくなる。相対速度が大きな状態で、掻取部材と周壁部に付着したトナーとが衝突するので、周壁部に付着して塊となっているトナーは、削られたり、解砕されたりして、細かくなり、流動性が回復し、トナー収容器から排出され易くなる。

このように、トナー収容器内に回転自在に収容される掻取部材は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器の周壁部に付着したトナーを掻き取ることができる。さらに、この掻取部材は、前記円柱の側面上の螺旋の２分の１周期以上分の部分に沿うように延びる湾曲部を有している。よって、トナー収容器内にトナーが多く残っているときに、掻取部材がどのように前記軸線まわりに回転したとしても、トナー収容器の周壁部に沿った状態は保たれるので、より確実にトナーを掻き取ることができる。したがって、トナー補給装置は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器内に残留するトナーをできるだけ少なくすることができる。

また本発明によれば、掻取部材は、前記円柱の側面上の第１の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる第１湾曲部と、前記側面上における第２の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる第２湾曲部と、第１湾曲部と第２湾曲部とを接続する接続部とから構成されている。第１の螺旋と第２の螺旋とは、互いに進行方向が反対であるので、前記円柱の周方向において、第１湾曲部の、接続部に接続されない端部から接続される端部へ向かう方向は、第２湾曲部の、接続部に接続されない端部から接続される端部へ向かう方向に一致する。この方向にトナー収容器が回転すると、掻取部材によって掻き取られたトナーは、第１湾曲部および第２湾曲部に沿って移動し、接続部へ向かう。接続部は、前記軸線方向において開口の位置に設けられるので、接続部へ向かったトナーは、開口から排出されることになる。このように、掻取部材によって、トナーを開口まで案内することができる。

また本発明によれば、湾曲部は、前記軸線が延びる方向に対して垂直な断面が円形状である。したがって、湾曲部とトナー収容器の周壁部に付着したトナーとが衝突したときに、トナーの塊に湾曲部が突き刺さって湾曲部がトナーとともに回転し続けるということが起こらない。よって、掻取部材は、より確実に、トナーを掻き取ることができる。また、断面が円形状であるので、周壁部に付着していないトナーが掻取部材上に堆積することを抑えることができる。

また本発明によれば、掻取部材の比重は、トナーの比重よりも大きい。したがって、掻取部材とトナー収容器の周壁部に付着したトナーとが衝突したときに、より細かくトナーを解砕することができる。また、トナー収容器内にトナーが多く残っているときに掻取部材に生じる浮力は、掻取部材の自重よりも小さくなるので、掻取部材がトナー収容器の周壁部に沿った状態をより確実に保つことができる。

また本発明によれば、トナー補給装置は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器内に残留するトナーをできるだけ少なくすることができるので、トナーを無駄なく使用することができるとともに、現像装置に補給されるトナーは劣化が少なくなるので、高画質の画像を形成することができる。

画像形成装置１０の構成を示す模式図である。トナー補給装置２０の構成を示す図である。トナー補給装置２０が備える補給装置本体部２１の側面図である。図４は、補給装置本体部２１を分解して示す図である。トナー収容器２１１の周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２の斜視図である。周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２を、中心軸線Ｓに垂直な方向に平面視したときの図である。図５に示す線Ａ−Ａを切断面線とする周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２の切断面図である。第１湾曲部２１２ａの一例を説明するための図である。

はじめに、本発明の実施形態であるトナー補給装置２０を備える画像形成装置１０について説明する。図１は、画像形成装置１０の構成を示す模式図である。画像形成装置１０は、電子写真方式によって、記録用紙などの記録媒体の表面に画像を形成して、印刷物を得る装置である。画像形成装置１０は、記録媒体を供給する記録媒体供給部５０と、原稿などから画像情報を読み取るスキャナ４３と、スキャナ４３が読み取った画像情報や画像形成装置１０の外部の装置から入力された画像情報に基づいて、供給された記録媒体に画像を形成する電子写真プロセス部６０とを備える。電子写真プロセス部６０は、感光体ドラム４４と、帯電部４５と、露光ユニット４６と、現像ユニット７０と、転写部４８と、クリーニング部４９と、定着ユニット５１とを含む。

感光体ドラム４４は、円筒状や円柱状の導電性基体と、この導電性基体の表面に形成される感光層とを含み、図示しない回転駆動源によって、導電性基体の軸線回りに回転可能に設けられる。導電性基体は、たとえばアルミニウムから形成される。感光層は、光を照射されることで導電性を示す材料であり、たとえば有機感光層が用いられる。有機感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層されたものであってもよいし、電荷発生物質と電荷輸送物質とを１つの層に含むものであってもよい。

帯電部４５は、感光体ドラム４４の表面を所定の極性および電位に帯電させる装置である。帯電部４５としては、ブラシ型帯電装置、ローラ型帯電装置、コロナ放電装置、イオン発生装置などを用いることができ、本実施形態では、たとえば、ローラ型帯電装置が用いられる。

露光ユニット４６は、レーザ光を出射する装置であり、露光ユニット４６から出射された光は、帯電部４５と現像ユニット７０との間を通過して感光体ドラム４４の表面に照射される。帯電状態にある感光体ドラム４４の表面にレーザ光が照射されることによって、その表面に、画像情報に対応する静電潜像が形成される。露光ユニット４６としては、たとえば、レーザ照射部および複数の反射ミラーを備えるレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いることができる。また、露光ユニット４６としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイ、液晶シャッタと光源とを適宜組み合わせたユニットなどを用いてもよい。

現像ユニット７０は、トナー補給装置２０と、トナーホッパ１３と、現像装置４７とを含む。トナー補給装置２０は、トナーホッパ１３および現像装置４７よりも鉛直方向上方に配置され、未使用のトナーを収容する。トナー補給装置２０は、画像形成装置１０が備える図示しない回転駆動源に接続される回転型のトナー補給装置であり、現像装置４７内のトナーが消費されて少なくなると、未使用のトナーをトナーホッパ１３へ供給する。トナー補給装置２０の詳細については後述する。

トナーホッパ１３は、トナー補給装置２０の鉛直方向下方において、現像装置４７に隣接して設けられる。トナーホッパ１３は、トナー補給装置２０から供給されたトナーを攪拌して、現像装置４７へ供給する。

現像装置４７は、感光体ドラム４４上に形成された静電潜像をトナーによって現像することで、感光体ドラム４４上にトナー像を形成する装置である。現像装置４７は、現像槽、現像ローラ、搬送スクリュー、およびトナー濃度検知センサを備える。現像槽は、その内部空間にトナーを収容する。現像槽内には、現像ローラおよび搬送スクリューが、回転可能に支持される。現像槽は、感光体ドラム４４に臨む位置に開口部が形成され、この開口部を挟んで感光体ドラム４４に対向する位置に、現像ローラが設けられる。

現像ローラは、感光体ドラム４４との最近接部において感光体ドラム４４表面の静電潜像にトナーを供給する部材である。トナーの供給のときには、現像ローラ表面に、トナーの帯電電位とは逆極性の電位が現像バイアス電圧（現像バイアス）として印加される。これによって、現像ローラ表面のトナーが静電潜像に円滑に供給される。現像バイアスの値を変更することによって、静電潜像に供給されるトナー量（トナー付着量）を制御することができる。

搬送スクリューは、現像ローラ周辺にトナーを供給する部材である。搬送スクリューによって、トナーは攪拌搬送されて、帯電した状態で現像ローラに供給される。

トナー濃度検知センサは、現像槽の底面に設けられる。トナー濃度検知センサは、現像槽中のトナー濃度を検知する。トナー濃度検知センサとしては、一般的なトナー濃度検知センサを使用でき、たとえば、透過光検知センサ、反射光検知センサ、透磁率検知センサなどが挙げられる。これらの中でも、透磁率検知センサが好ましい。

トナー濃度検知センサは、トナー濃度制御部に電気的に接続される。トナー濃度制御部は、トナー濃度検知センサによるトナー濃度値が所定の設定値よりも低くなると、トナー補給装置２０に接続される回転駆動源が作動し、トナー補給装置２０内のトナーがトナーホッパ１３へ供給される。

転写部４８は、感光体ドラム４４の表面に圧接するローラ部材であり、図示しない回転駆動源によって軸線回りに回転可能に設けられる。感光体ドラム４４上に担持されて搬送されるトナー像は、転写部４８と感光体ドラム４４との圧接部において、後述する記録媒体供給部５０から供給される記録媒体に転写される。

クリーニング部４９は、感光体ドラム４４から記録媒体へトナー像が転写された後に、感光体ドラム４４の表面に残留するトナーや転写の際に付着した紙粉などを除去し、感光体ドラム４４の表面を清浄化する部材である。クリーニング部４９としては、たとえば、トナーを掻き取るための板状部材と、掻き取ったトナーを回収する容器状部材とが用いられる。

記録媒体供給部５０は、記録媒体を収容する収容部と、記録媒体を搬送する搬送ローラとを含む。収容部に収容される記録媒体は、搬送ローラによって、感光体ドラム４４と転写部４８との圧接部に送給され、トナー像が転写された後、定着ユニット５１に送給される。記録媒体としては、普通紙、カラーコピー用紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート、葉書などがある。

定着ユニット５１は、加熱ローラおよび加圧ローラを含む。加熱ローラは、所定の定着温度となるように制御される。加圧ローラは、加熱ローラに圧接するローラである。加熱ローラは、加圧ローラとともに記録媒体を加熱しながら挟持することにより、トナー像を構成するトナーを溶融させて記録媒体上に定着させる。トナー像が定着した記録媒体は、画像形成装置１０の外部に搬送され、画像形成動作が完了する。

次に、トナー補給装置２０について詳細に説明する。図２は、トナー補給装置２０の構成を示す図であり、図３は、トナー補給装置２０が備える補給装置本体部２１の側面図であり、図４は、補給装置本体部２１を分解して示す図である。

トナー補給装置２０は、トナー収容器２１１、掻取部材２１２、連結部２１３、支持部材２１４、および支持台２１５を有する補給装置本体部２１と、駆動源側連結部２２１、回転軸部材２２２、ギア２２３、および押しばね２２４を有する駆動力伝達部２２と、２つのガイド部材２３１を有する筺体２３とを備える。

筺体２３は、補給装置本体部２１、駆動源側連結部２２１、回転軸部材２２２、および押しばね２２４を収容する内部空間が形成され、鉛直方向下部が開放される箱状部材である。ギア２２３は、筺体２３の外側に配置される。筺体２３の、所定の一方向（以下では、Ｘ方向と称する）端部となる壁部２３ａには、第１貫通孔２３ａａが形成され、Ｘ方向とは反対の方向の端部となる壁部２３ｂには、第２貫通孔２３ｂａが形成される。第１貫通孔２３ａａは、補給装置本体部２１が挿通可能な大きさの孔であり、トナー補給装置２０の使用時には、補給装置本体部２１のＸ方向端部が挿通されている。第２貫通孔２３ｂａは、回転軸部材２２２が挿通される孔であり、第２貫通孔２３ｂａにおいて、回転軸部材２２２の周りには、図示しない軸受が設けられる。

トナー収容器２１１は、内部空間が形成される略円筒状の部材であり、その内部空間にトナーおよび掻取部材２１２を収容する。略円筒状のトナー収容器２１１には、その周壁部２１１ａに、トナーを排出するためのトナー排出口２１１ａａが形成される。掻取部材２１２は、湾曲した棒状の部材である。連結部２１３は、トナー収容器２１１に固定され、トナー収容器２１１からＸ方向とは反対の方向に突出する凸部を有し、この凸部は、Ｘ方向に見たときの形状が略十字状である。トナー収容器２１１および掻取部材２１２については、後に詳述する。

支持部材２１４は、略円筒状のトナー収容器２１１を、その周方向に回転可能に支持する、トナー収容器２１１よりも径が大きな略円筒状の部材であり、支持台２１５に着脱可能に構成される。トナー補給装置２０の使用時には、支持部材２１４は支持台２１５に装着されている。支持部材２１４には、その鉛直方向下部に、トナー排出口２１１ａａと同じ形状・大きさの第１連通口２１４ａが形成される。第１連通口２１４ａは、トナー収容器２１１が回転することでトナー排出口２１１ａａが鉛直方向下方に位置したときに、トナー排出口２１１ａａと連通するように形成される。

支持台２１５は、支持部材２１４が装着可能に構成される装着部２１５ａと、装着部２１５ａの鉛直方向下部に固定される略矩形平板状の台座部２１５ｂとを含む。台座部２１５ｂは、Ｘ方向およびＸ方向とは反対の方向に長く延び、トナーホッパ１３の鉛直方向上方に配置される。台座部２１５ｂには、第１連通口２１４ａと同じ形状・大きさの第２連通口２１５ｂａが形成される。第２連通口２１５ｂａは、支持台２１５に支持部材２１４が装着されているときに、第１連通口２１４ａと連通するように形成される。

ギア２２３は、画像形成装置１０が備える回転駆動源と係合し、回転する。回転軸部材２２２は、円柱状の部材であり、ギア２２３が回転するときに円柱の中心軸線まわりに回転するように、ギア２２３に固定される。

駆動源側連結部２２１は、略円盤状の部材であり、一方の主面側に、Ｘ方向とは反対の方向に退避する凹部を有し、この凹部は、Ｘ方向とは反対の方向に見たときの形状が略十字状である。トナー補給装置２０の使用時には、この凹部は、連結部２１３の凸部と嵌合する。駆動源側連結部２２１の他方の主面は、回転軸部材２２２に固定され、回転軸部材２２２が回転するのに伴って、駆動源側連結部２２１も回転する。

押しバネ２２４は、コイルスプリングからなり、壁部２３ｂと駆動源側連結部２２１との間において、回転軸部材２２２が挿通される。押しばね２２４は、回転軸部材２２２および駆動源側連結部２２１の回転を阻害することなく、駆動源側連結部２２１が壁部２３ｂから離間するように、Ｘ方向へのばね力を付与する。これによって、連結部２１３の凸部と駆動源側連結部２２１の凹部とが嵌合する際に、駆動源側連結部２２１が連結部２１３によって押されて、駆動源側連結部２２１に固定される回転軸部材２２２、および、回転軸部材２２２に固定されるギア２２３が、Ｘ方向とは反対の方向に移動してしまうことを防いでいる。

２つのガイド部材２３１は、補給装置本体部２１、より詳細には、支持台２１５の台座部２１５ｂを、Ｘ方向に移動可能に支持する。２つのガイド部材２３１は、壁部２３ｂから、第１貫通孔２３ａａを通って、筺体２３の外部まで、Ｘ方向に延びて設けられる。

上述したように、第１貫通孔２３ａａは、補給装置本体部２１が挿通可能な大きさであり、トナー補給装置２０の非使用時には、補給装置本体部２１を、第１貫通孔２３ａａからＸ方向に引き出すことができる。補給装置本体部２１を、第１貫通孔２３ａａから引き出す際には、連結部２１３と駆動源側連結部２２１との嵌合状態が解除される。そして、補給装置本体部２１を引き出した後は、支持台２１５から、トナー収容器２１１および支持部材２１４を取り外して、新たなトナー収容器２１１に交換することができる。トナー収容器２１１の交換後は、補給装置本体部２１を押し入れることにより、連結部２１３と駆動源側連結部２２１とが嵌合し、トナー補給装置２０が使用可能となる。

以上のように構成されるトナー補給装置２０によれば、補給装置本体部２１の連結部２１３と、画像形成装置１０が備える駆動源とが、駆動力伝達部２２を介して連結される。これによって、連結部２１３に固定される略円筒状のトナー収容器２１１は、その中心軸線Ｓまわりに回転する。トナー収容器２１１が回転すると、トナー収容器２１１のトナー排出口２１１ａａが鉛直方向下方に位置したときに、トナー排出口２１１ａａ、第１連通口２１４ａ、および第２連通口２１５ｂａが連通し、このときに、トナー収容器２１１に収容されるトナーは、トナー排出口２１１ａａ、第１連通口２１４ａ、および第２連通口２１５ｂａを経て、トナーホッパ１３へ供給される。トナー収容器２１１内のトナーが無くなったときには、補給装置本体部２１をＸ方向に引き出して、トナー収容器２１１を新たなトナー収容器２１１へと交換することができる。

次に、トナー収容器２１１および掻取部材２１２について詳細に説明する。図５は、トナー収容器２１１の周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２の斜視図である。図６は、周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２を、中心軸線Ｓに垂直な方向に平面視したときの図であり、トナー排出口２１１ａａの面積が最大となるように平面視したときの図である。図７は、図５に示す線Ａ−Ａを切断面線とする周壁部２１１ａおよび掻取部材２１２の切断面図である。

トナー収容器２１１は、周壁部２１１ａと、図４に示した２つの底壁部２１１ｂとを含む。周壁部２１１ａは、仮想的な円柱（以下では、「仮想円柱Ｋ_１」と称する）の側面に接し、この側面に沿って、この側面を取り囲む形状の部材である。本実施形態では、周壁部２１１ａは、仮想円柱Ｋ_１の直径に等しい内径が５０ｍｍ〜１５０ｍｍであり、外径が５２ｍｍ〜１５４ｍｍであり、Ｘ方向およびＸ方向とは反対の方向に延びる円筒の周壁部の中央に、開口が形成された形状の部材である。開口であるトナー排出口２１１ａａは、トナー排出口２１１ａａの面積が最大となるように、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓに垂直な方向に周壁部２１１ａを平面視したとき、すなわち、図６のように平面視したときの形状が正方形状であり、この正方形状の一辺の長さは、１０ｍｍ〜２５ｍｍである。また、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向における周壁部２１１ａの長さは、４００ｍｍ〜６００ｍｍである。

図４に示すように、底壁部２１１ｂは、周壁部２１１ａの、Ｘ方向端部およびＸ方向とは反対の方向における端部に、それぞれ固定される。底壁部２１１ｂは、それぞれ、直径が５０ｍｍ〜１５０ｍｍの円盤状の部材であり、この円盤の中心軸線と、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓと、回転軸部材２２２の中心軸線とは一致する。トナー収容器２１１は、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓまわりの回転方向Ｇに、画像形成装置１０が備える図示しない回転駆動源によって、５ｒｐｍ〜１５ｒｐｍで回転する。

２つの底壁部２１１ｂと周壁部２１１ａとは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＨＩＰＳ樹脂（ハイインパクトポリスチレン樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）などの材料から形成される。２つの底壁部２１１ｂと周壁部２１１ａとによって囲まれる空間には、トナーが収容される。また、この空間には、掻取部材２１２が、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓまわりに回転自在に収容される。

掻取部材２１２は、周壁部２１１ａに付着したトナーを掻き取る部材である。より詳細には、掻取部材２１２は、トナー収容器２１１内のトナーが少なくなったときにおいて、周壁部２１１ａに強固に付着して周壁部２１１ａとともに回転するようなトナーを解砕し、トナーを使用可能とするために設けられる。

本実施形態では、掻取部材２１２は、第１湾曲部２１２ａと、第２湾曲部２１２ｂと、接続部２１２ｃとを含む。第１湾曲部２１２ａは、仮想円柱Ｋ_１の側面上の第１の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる形状の部材である。第２湾曲部２１２ｂは、仮想円柱Ｋ_１の側面上における第１の螺旋とは進行方向が反対の第２の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる形状の部材である。接続部２１２ｃは、第１湾曲部２１２ａと第２湾曲部２１２ｂとを接続する部材であり、仮想円柱Ｋ_１の側面上の中心軸線Ｓに平行な線分に沿うように延びる略円柱状の部材である。第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂは、仮想円柱Ｋ_１の側面に内接しながら、仮想円柱Ｋ_１の周方向において、回転方向Ｇとは反対の方向に延びている。また、第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂは、仮想円柱Ｋ_１の側面に内接しながら、中心軸線Ｓ方向において、互いに離れるように、接続部２１２ｃからそれぞれ延びている。

本発明において、「螺旋」とは、仮想円柱Ｋ_１の側面上の連続した空間曲線であって、この仮想円柱Ｋ_１の周方向のうちの一方向に進みながら仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向のうちの一方向に進む空間曲線である。仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向のうちの一方向に見た場合において、螺旋が、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向のうちの一方向に進みながら、仮想円柱Ｋ_１の周方向のうちの右回りの方向に進むとき、右回りの螺旋であると称し、左回りの方向に進むとき、左回りの螺旋であると称する。右回りの螺旋と左回りの螺旋とは、互いに進行方向が異なる。

螺旋のうち、仮想円柱Ｋ_１の側面を周方向にｉ（ｉ＞０）周する螺旋を特に、「ｉ周期分の螺旋」と称する。たとえば、仮想円柱Ｋ_１の側面を周方向にちょうど半周する螺旋は、２分の１周期分の螺旋であり、仮想円柱Ｋ_１の側面を周方向にちょうど１周する螺旋は、１周期分の螺旋である。

また、螺旋のうち、螺旋上のすべての点においてリード角が一定となる螺旋を特に、「常螺旋」と称する。ここで、螺旋上のある点におけるこの螺旋の接線と、この螺旋が取り巻く仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向に対して垂直な面へこの接線を射影してできる直線と、がなす角度が、その点における「リード角」である。リード角は、０°より大きく９０°より小さい角度である。

本発明において、第１湾曲部２１２ａは、仮想円柱Ｋ_１の側面に内接し、かつ、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓに垂直な１つの円Ｊ_１を、仮想円柱Ｋ_１の側面上の右回りの一般螺旋Ｃ_１（以下では、リード角をθ_１とする）に沿って、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向のうちの一方向Ｄ_１に移動させたときの、この円Ｊ_１の軌跡がなす立体である。

図８に、第１湾曲部２１２ａの一例として、右回りの１周期分の一般螺旋に沿って円を移動させたときの第１湾曲部２１２ａを示す。図８（ａ）は、仮想円柱Ｋ_１の側面と、仮想円柱Ｋ_１の側面上の右回りの一般螺旋Ｃ_１と、一般螺旋Ｃ_１に沿って一方向Ｄ_１に移動する円Ｊ_１の開始位置および終了位置と、を示している。図８（ａ）において最も下側に示す円Ｊ_１は移動の際の開始位置を示し、最も上側に示す円Ｊ_１は終了位置を示している。図８（ａ）に示すように一般螺旋Ｃ_１に沿って一方向Ｄ_１に円Ｊ_１を移動させると、この円Ｊ_１の軌跡は、図８（ｂ）に示すように、１周期分の右回りの一般螺旋Ｃ_１に沿う第１湾曲部２１２ａの外形状がなす立体となる。

第１湾曲部２１２ａについて、リード角θ_１は、たとえば、２０°以上７０°以下の範囲内で適宜設定できる。また、円Ｊ_１の直径ｍ_１は、たとえば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内で適宜設定できる。

本実施形態では、第２湾曲部２１２ｂの形状は、螺旋の進行方向が反対であること以外は、第１湾曲部２１２ａの形状と同一である。すなわち、第２湾曲部２１２ｂは、左回りの一般螺旋に沿う形状であり、リード角θ_１は、たとえば、２０°以上７０°以下の範囲内で適宜設定でき、円Ｊ_１の直径ｍ_１は、たとえば、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内で適宜設定できる。

図６に示すように、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向において、掻取部材２１２の長さは、周壁部２１１ａの長さと同一か、または、０ｍｍ〜５ｍｍ程度短く設定される。また、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向において、第１湾曲部２１２ａと第２湾曲部２１２ｂの長さは同一に設定され、接続部２１２ｃの長さは、トナー排出口２１２ａａの１辺の長さと同一か、または、１ｍｍ〜５ｍｍ程度長く設定される。そして、接続部２１２ｃは、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向において、トナー排出口２１２ａａと同じ位置に設けられる。より詳細には、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向における接続部２１２ｃの中央点は、トナー排出口２１２ａａが形成される範囲内に位置する。

第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃは、それぞれ、比重が１〜３となるように構成される。より好ましくは、第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃは、それぞれ重さが均一な部材であり、これらの部材の比重は、トナーの比重よりも大きく設定される。たとえば、トナーの主成分がポリエステルの場合、トナーの比重は約１．０５であり、これらの部材の比重は、この値よりも大きく設定される。また、第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃは、トナーを確実に掻き取るために、剛性の高い材料から形成される。

たとえば、第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃは、アルミニウム（比重２．７）、ＨＩＰＳ樹脂（比重１．０）、またはＡＢＳ樹脂（比重１．１）などから形成したり、ＳＵＳ３０４（比重７．９）や鉄（比重７．８）などからなる芯材を被覆樹脂で被覆して形成したりすることができる。被覆樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＨＩＰＳ樹脂、またはＡＢＳ樹脂などの材料を用いることができる。

トナー収容器２１１が回転しておらず、トナー収容器２１１内にトナーが無く、トナー排出口２１１ａａの中央点が鉛直方向最下方に位置している状態において、掻取部材２１２が重力的に安定する位置にあるとき、すなわち、掻取部材２１２の重心が鉛直方向最下方に位置するとき、接続部２１２ｃの位置は、トナー排出口２１１ａａの回転方向Ｇにおける下流端に沿う位置となることが好ましい。たとえば、接続部２１２ｃの重さを、第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂの合計の重さの１倍〜２倍とすることで、接続部２１２ｃの位置が上記のような位置となるように、掻取部材２１２の重心の位置を調整することができる。掻取部材２１２の重心の位置を調整するにあたっては、第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃを、上述したように、金属からなる芯材と被覆樹脂とによってそれぞれ構成し、各芯材の大きさと各被覆樹脂の厚さとを適宜調整することで、第１湾曲部２１２ａ、第２湾曲部２１２ｂ、および接続部２１２ｃの外形状を保ちながら、これらの各部材の重さを調整することができる。

このように、トナー収容器２１１は、その内側に、第１湾曲部２１２ａと第２湾曲部２１２ｂと接続部２１２ｃとを含む掻取部材２１２を備えている。掻取部材２１２は、中心軸線Ｓまわりに回転自在に、トナー収容器２１１内に収容されており、トナー収容器２１１内にトナーが多く残っているときには、トナー収容器２１１の回転に伴って、トナーとともに動くので、トナーにはあまり大きな負荷は掛かからない。多くのトナーがトナー排出口２１１ａａから排出され、トナー収容器２１１内のトナーが少なくなったときには、掻取部材２１２は、重力的に安定した位置で、あまり動かなくなり、微小に揺動するようになる。あまり動かない掻取部材２１２に対して、トナー収容器２１１は中心軸線Ｓまわりに回転し、トナー収容器２１１の周壁部２１１ａに強固に付着したトナーも回転するので、掻取部材２１２と周壁部２１１ａに付着したトナーとの相対速度は大きくなる。相対速度が大きな状態で、掻取部材２１２と周壁部２１１ａに付着したトナーとが衝突するので、周壁部２１１ａに付着して塊となっているトナーは、掻取部材２１２によって削られたり、解砕されたりして、細かくなり、流動性が回復し、トナー収容器２１１から排出され易くなる。

たとえば、回転するトナー収容器２１１に対して、掻取部材２１２は、重力的に安定な位置付近において、揺動する。この掻取部材２１２に、周壁部２１１ａに付着したトナーの塊は、回転方向Ｇの上流側から衝突し、その結果、解砕されるか、または、少し削られた上で周壁部２１１ａに付着し続ける。周壁部２１１ａに付着し続けた場合、トナーの塊は、周壁部２１１ａの内側に沿って鉛直方向上方に、掻取部材２１２を持ち上げる。持ち上げられた掻取部材２１２は、周壁部２１１ａの内側に沿って鉛直方向下方に、トナーの塊を押圧するので、トナーの塊は、解砕されるか、または、さらに少し削られた上で周壁部２１１ａに付着し続ける。掻取部材２１２は、ある程度持ちあげられると、自重によって、重力的に安定な位置付近まで、周壁部２１１ａの内側に沿って回転方向Ｇに移動し、トナーの塊から離間する。離間した掻取部材２１２に対して、トナーの塊は、再度、回転方向Ｇの上流側から衝突する。このような動きが繰り返されることにより、トナーの塊は次第に細かくなり、掻取部材２１２によって掻き取られることになる。

このように、トナー収容器２１１内に回転自在に収容される掻取部材２１２は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器２１１の周壁部２１１ａに付着したトナーを掻き取ることができる。さらに、この掻取部材２１２は、仮想円柱Ｋ_１の側面上の螺旋の２分の１周期以上分の部分に沿うように延びる第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂを有している。よって、トナー収容器２１１内にトナーが多く残っているときに、掻取部材２１２がどのように中心軸線Ｓまわりに回転したとしても、トナー収容器２１１の周壁部２１１ａに沿った状態は保たれる。これに対して、たとえば、先鋭部と平坦部とを有し、先鋭部が周壁部２１１ａに当接することでトナーを掻き取るような、ブレード状の掻取部材である場合、トナー収容器２１１内にトナーが多く残っている場合、掻取部材がトナーに押されて移動し、ブレードの先鋭部が周壁部２１１ａから離間し、ブレードの平坦部が周壁部２１１ａに当接するような状態になってしまう可能性がある。このような状態になると、掻取部材はトナーを掻き取れなくなってしまう。

本発明に係る掻取部材２１２は、上記のように、トナー収容器２１１の周壁部２１１ａに沿った状態を保つことができるので、より確実にトナーを掻き取ることができる。以上のように、掻取部材２１２を備えるトナー補給装置２０は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器２１１内に残留するトナーをできるだけ少なくすることができる。

本実施形態では、掻取部材２１２は、仮想円柱Ｋ_１の側面上の第１の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる第１湾曲部２１２ａと、仮想円柱Ｋ_１の側面上における第２の螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿うように延びる第２湾曲部２１２ｂと、第１湾曲部２１２ａと第２湾曲部２１２ｂとを接続する接続部２１２ｃとから構成されている。第１の螺旋と第２の螺旋とは、互いに進行方向が反対であるので、仮想円柱Ｋ_１の周方向において、第１湾曲部２１２ａの、接続部２１２ｃに接続されない端部から接続される端部へ向かう方向は、第２湾曲部２１２ｂの、接続部２１２ｃに接続されない端部から接続される端部へ向かう方向に一致する。トナー収容器２１１は、この方向に一致する回転方向Ｇに回転するので、掻取部材２１２によって掻き取られたトナーは、第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂに沿って移動し、接続部２１２ｃへ向かう。接続部２１２ｃは、仮想円柱Ｋ_１の中心軸線Ｓ方向においてトナー排出口２１１ａａの位置に設けられるので、接続部２１２ｃへ向かったトナーは、トナー排出口２１１ａａから排出されることになる。

このように、本実施形態では、掻取部材２１２によって、トナーをトナー排出口２１１ａａまで案内することができる。したがって、周壁部２１１ａに、トナーを搬送するための螺旋状のリブを設ける必要がなくなる。なお、第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂを、螺旋の１周期以下分の部分に沿う形状とするのは、第１湾曲部２１２ａおよび第２湾曲部２１２ｂが仮想円柱Ｋ_１の周方向に長くなり過ぎると、トナーが案内され難くなるからである。

本発明の他の実施形態としては、掻取部材２１２の自由な回転を阻害しない範囲で、周壁部２１１ａに螺旋状のリブを設けてもよい。また、本発明の他の実施形態としては、周壁部２１１ａにおいて、中心軸線Ｓ方向の端部にトナー排出口２１１ａａが形成され、掻取部材２１２は、第１湾曲部２１２ａまたは第２湾曲部２１２ｂのいずれか一方が設けられないものであってもよい。

また本実施形態では、第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂは、中心軸線Ｓ方向に対して垂直な断面が円形状である。したがって、第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂとトナー収容器２１１の周壁部２１１ａに付着したトナーとが衝突したときに、トナーの塊に第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂが突き刺さって第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂがトナーとともに回転し続けるということが起こらない。よって、掻取部材２１２は、より確実に、トナーを掻き取ることができる。また、第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂは、断面が円形状であるので、周壁部２１１ａに付着していないトナーが掻取部材２１２上に堆積することを抑えることができる。なお、本発明の他の実施形態としては、第１，第２湾曲部２１２ａ，２１２ｂの断面はどのような形状であってもよく、たとえば多角形状であってもよい。

また本実施形態では、掻取部材２１２は、トナーの比重よりも大きな比重を有し、トナーより硬く構成される。したがって、掻取部材２１２とトナー収容器２１１の周壁部２１１ａに付着したトナーとが衝突したときに、より細かくトナーの塊を解砕することができる。また、掻取部材２１２の比重がトナーの比重よりも大きいと、トナー収容器２１１内にトナーが多く残っているときに掻取部材２１２に生じる浮力は、掻取部材２１２の自重よりも小さくなるので、掻取部材２１２がトナー収容器２１１の周壁部２１１ａに沿った状態をより確実に保つことができる。これによって、掻取部材２１２は、より確実に、トナーを掻き取ることができる。

以上のように、画像形成装置１０は、トナーに掛かる負荷を小さく抑えながら、トナー収容器２１１内に残留するトナーをできるだけ少なくするトナー補給装置２０を備えている。したがって、トナーを無駄なく使用することができるとともに、現像装置４７に補給されるトナーは劣化が少なくなるので、高画質の画像を形成することができる。

１０画像形成装置
１３トナーホッパ
２０トナー補給装置
２１補給装置本体部
２２駆動力伝達部
２３筺体
４７現像装置
７０現像ユニット
２１１トナー収容器
２１１ａ周壁部
２１１ａａトナー排出口
２１１ｂ底壁部
２１２掻取部材
２１２ａ第１湾曲部
２１２ｂ第２湾曲部
２１２ｃ接続部
２１３連結部

Claims

仮想的な円柱の側面に沿ってこの側面を取り囲み、かつ、開口が形成される形状の周壁部を有し、この周壁部によって囲まれる空間にトナーを収容するトナー収容器と、
前記トナー収容器に固定される連結部であって、前記トナー収容器を前記円柱の軸線まわりに回転駆動する回転駆動源と連結するための連結部と、
前記空間内に、前記軸線まわりに回転自在に収容され、前記周壁部に付着したトナーを掻き取る掻取部材であって、前記側面に沿う仮想的な螺旋の２分の１周期以上分の部分に沿って延びる湾曲部を有する掻取部材とを備え、
前記湾曲部は、前記側面に沿う第１の仮想的な螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿って延びる第１湾曲部と、前記側面に沿う第２の仮想的な螺旋であって、前記第１の仮想的な螺旋とは進行方向が反対の第２の仮想的な螺旋の２分の１周期以上１周期以下分の部分に沿って延びる第２湾曲部とを含み、
前記掻取部材は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とを接続する接続部であって、前記側面に沿う前記軸線に平行な線分に沿って延び、前記軸線が延びる方向において前記開口の位置に設けられる接続部を有することを特徴とするトナー補給装置。
前記湾曲部は、前記軸線が延びる方向に対して垂直な断面が円形状であることを特徴とする請求項１に記載のトナー補給装置。
前記掻取部材の比重は、前記トナーの比重よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のトナー補給装置。
現像装置を備える電子写真方式の画像形成装置において、
前記現像装置にトナーを供給するトナー補給装置として、請求項１〜３のいずれか１つに記載のトナー補給装置を備えることを特徴とする画像形成装置。