JP5686283B2 - トナー補給装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置で用いられるトナー補給装置、及びこ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。

従来から、潜像担持体である感光体ドラム等の表面上に形成された潜像をトナ像として可視像化する現像装置に、交換可能なトナー収納容器に収納されたトナーを補給するトナー補給装置を用いた画像形成装置が知られている。例えば、トナーとキャリアとからなる現像剤を用いる２成分現像装置においては、現像装置のトナーの消費に応じて、現像装置へトナー補給を行うトナー補給装置を用いた画像形成装置が知られている。

また、交換可能なトナーの収納容器としても、様々な形状のトナーカートリッジが用いられている。例えば、円筒形のトナーボトルを備えたトナーカートリッジ等が知られている。そして、交換可能なトナーの収納容器を備えた画像形成装置の構成の多くは、トナーカートリッジに設けた搬送スクリュや、重力による自由落下によって現像装置へ補給していた。

近年、一部の画像形成装置では、画像形成装置の本体内部にトナー貯蔵部（以下、サブホッパという）を有し、トナーカートリッジからサブホッパにトナーを供給し、サブホッパから現像装置にトナー補給を行う方式が実用化されている。例えば、特許文献１には、サブホッパ内に、複数のトナー収容部を備えた構成が記載されている。この構成では、トナーカートリッジからサブホッパにトナーを供給し、それぞれに搬送部材である搬送スクリュを有した、サブホッパ内の複数のトナー収容部を介して現像装置にトナー補給を行う方式を採用したものである。

この特許文献１に記載されたサブホッパは、上部と下部とから構成されている。そして、サブホッパの上部には、それぞれの搬送スクリュの回転中心の高さが略同一で、並行した２つのトナー収容部が設けられている。また、サブホッパの下部には、１つのトナー収容部が設けられている。上部に設けられた２つのトナー収容部の間には、両端部に開口が形成された仕切り板が設けられている。この仕切り板により上部の２つのトナー収容部は、トナー搬送方向上流側のトナー収容部（以下、上流側トナー収容部という）と、トナー搬送方向下流側のトナー収容部（以下、下流側トナー収容部という）とに分けられている。ここで、上流側トナー収容部には、トナーを受入れる導入口が、上流側の上端部に設けられている。また、下流側トナー収容部には、下部のトナー収容部（以下、下部トナー収容部という）の一端部へトナーを落下させる連通口が、下流側の下端部に設けられている。そして、トナーカートリッジから上流側トナー収容部に供給され、下部トナー収容部に落下しなかったトナーは、上流側トナー収容部と下流側トナー収容部とを循環するように、各スクリュが回転駆動される。また、下流側トナー収容部の連通口から下部トナー収容部の一端部に落下したトナーは、搬送スクリュの回転駆動により他端側へ搬送されて、下流側の下端部に設けられた排出口を介して、現像装置に補給されることとなる。

このように画像形成装置の本体内部にサブホッパを持つことで、使用者が交換を行うトナーカートリッジ内のトナーが無くなっても、一定時間はサブホッパ内のトナーを使用することによって印刷が可能である。このことで、トナーカートリッジ内にトナーが無くなり、トナーカートリッジの交換が必要な場合でも、すぐに交換せずに、画像形成装置を利用してい時に交換することができ、画像形成装置のダウンタイムの低減に大きな効果をもたらす。

また、サブホッパがない構成のように、トナーカートリッジと現像装置との配置に制約が生じ、レイアウト上の理由等によって画像形成装置の小型化が困難となることも回避可能である。さらに、画像形成装置の本体内部にサブホッパを設けてトナーを現像装置に補給する構成では、トナーカートリッジから直接現像装置に補給する構成よりも、高精度なトナーの補給を実現することも容易である。

また、特許文献１に記載の構成では、サブホッパから現像装置へのトナー搬送は、下部トナー収容部の排出口を介して直接行なう構成を採用している。サブホッパから現像装置へのトナー搬送については、この特許文献１の構成とは異なり螺旋状のスクリュやコイルといった搬送部材を管状の搬送経路内に有し、搬送部材であるスクリュやコイルを回転させることでトナーを搬送する方式も実用化されている。

また、画像形成装置の小型化、及びコストダウンの要求は、今後、さらに高くなるものと思われ、特許文献１に記載された上部と下部とから構成されるサブホッパでは、その要求に対応することが困難になると考えられた。そこで、発明者は、特許文献１に記載のサブホッパよりも、さらに小型化でき、かつ、コストダウンが可能な構成として、図９に示すようなサブホッパの構成を検討した。

図９に記載の構成では、トナーを受入れる第１トナー収容部８１と、トナーを排出するトナー排出口７９を有する第２トナー収容部８２とを、それぞれの底部の円弧状内壁面から立ち上がり上方が連通している仕切り部８０を設けて形成している。また、第１トナー収容部８１には受入れたトナーを第２トナー収容部８２に搬送する第１回転部材７１と、下流側トナー収容部には管状の搬送経路が接続されたトナー排出口７９へトナーを搬送する第２回転部材７２とを、それぞれの回転中心が並行するように設けた。そして、第２トナー収容部８２に設けた第２回転部材７２の回転中心の高さを、両トナー収容部８１，８２の底部を仕切る仕切り部材８０の上端部の高さと同じ高さにするとともに、第１トナー収容部８１に設けた第１回転部材７１の回転中心の高さよりも低くした。このように構成し、特許文献１に記載されたサブホッパのように上部と下部とに分けて構成していないので、さらなる小型化とコストダウウンが可能になる。

しかしながら、従来の構成や図９に記載した構成のようにサブホッパから現像装置にトナー補給を行う方式では、トナーが空気を大量に含み流動性が高くなった場合、粉体であるトナーが液体と同様な性質をもってしまう。このような場合、従来の構成や図９に記載した構成では、各搬送部材が停止しても、トナーが各トナー収容部や管状の搬送経路内を流れる。これは、従来の構成や図９に記載した構成では、各トナー収容部や管状の搬送経路の境界部分に仕切り部等の下流側へのトナーの移動を規制する手段を有していなかったり、仕切り部等の高さが不十分であったりしたためである。そのため、各トナー収容部や管状の搬送経路の境界部分を基点とした、トナーの流動性に応じた安息角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ ｒｅｐｏｓｅ）の傾斜よりも上方のトナーは崩れるようにして境界部分を乗り越えてしまい、下流側の各トナー収容部や管状の搬送経路に流れ込む。そして、最下流のトナー収容部の排出口の最下部等を基点とした、安息角の傾斜よりも上方のトナーが流れて、トナーの傾斜が安息角以下の傾斜となるまで、最下流のトナー収容部から管状の搬送経路や現像装置にトナーが流れ込むことになる。さらに、最も低い位置に設けられたトナー搬送方向最下流のトナー収容部では、搬送部材を覆いつくす高さ以上にトナーが収容されていることが多く、大量のトナーが管状の搬送経路や現像装置にトナーが流れ込むこととなる。その結果、流動性が高くなった多量のトナーが現像装置に流れ込むことで、現像装置内のトナー濃度が過度に上昇してしまい、トナー濃度上昇やトナー飛散といった問題を引き起こしてしまうという現象が生じてしまう。そして、この現像装置内のトナー濃度上昇にともない、現像装置内のトナー濃度を正常に保つことができなくなり、適切な画像濃度の画像形成が困難になるという現象も引き起こす。

これらの現象は、トナーカートリッジを新たにセットして、空のホッパにトナーを充填する時（以下、初期流れ込みという）に発生し易い。また、高画像面積率の画像形成を連続して行い、ホッパから現像装置へのトナー供給が頻繁に行われている時（以下、ベタ流れ込みという）にも発生し易い。

これらのような現象の発生を抑制するために、従来から様々な方法が提案されてきた。例えば、特許文献２には、サブホッパから現像装置へトナーを搬送する、搬送手段であるコイルを設けた管状の搬送経路の直線区間に、トナーが通過する管内空間を規制する空間規制部材を設けた構成が記載されている。搬送経路内の管状空間の一部を空間規制部材することで、搬送経路内の管状空間を規制しない場合に比べて、管内の空気量を低減させて搬送経路内で空気とトナーとが混ざり合って、過度に流動性が高まることを防ぐというものである。そして、搬送経路内でのトナーの過度な流動性上昇を防ぐことで、搬送経路内をトナーが一気に現像装置に補給されることを防ぐというものである。

しかし、特許文献２に記載された構成では、管状の搬送経路に到達する前に、トナーの流動性が過度に高くなってしまっていた場合には、その効果は薄れてしまうものと考えられる。また、管状の搬送経路内に空間規制部材を設けることで、部品点数の増加によるコストアップ、及びサブホッパから現像装置へのトナーの単位時間当たりの搬送量の低下といった影響が出てしまう。

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、簡単な構成で、初期流れ込みやベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置に安定したトナー補給が行なえる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に記載の発明は、トナー収納容器から供給されたトナーを一旦貯蔵するトナー貯蔵部を備え、潜像担持体上に形成された潜像をトナー像として可視像化する現像装置に、該トナー貯蔵部に貯蔵したトナーを補給するトナー補給装置において、上記トナー貯蔵部は、回転駆動されることでトナーを搬送する回転部材を有した複数のトナー収容部を、トナー搬送方向上流側から下流側へと並行して設けており、トナー搬送方向上流側のトナー収容部が有する回転部材の回転中心の高さよりも、トナー搬送方向下流側のトナー収容部が有する回転部材の回転中心の高さが高く、トナー搬送方向最下流に設けられたトナー収容部を除く各トナー収容部の回転部材は、トナー搬送方向下流側の隣接するトナー収容部へのトナーの搬送を、回動することで行う板状弾性部材を有し、隣り合う各トナー収容部の間には、その上方を乗り越えて搬送されるトナーが通過できる開口を形成するように、隣り合う両トナー収容部の底部の円弧状内壁面から立ち上がる、トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心の高さよりも、その上端部の高さが高い仕切り部が設けられ、トナー搬送方向最上流に設けられたトナー収容部内に供給されたトナーは、トナー搬送方向下流側の各トナー収容部へ、板状弾性部材を有した各回転部材の回転により順次搬送され、トナー搬送方向最上流に設けられたトナー収容部の壁面には、該トナー収容部内に収容したトナー量を検知する圧電式センサを設けており、上記圧電式センサの検知面の中心高さが、隣りのトナー収容部との間に設けられた仕切り部の上端部の高さよりも低く、前記トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心の高さと同一であることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトナー補給装置において、仕切り部の上端部の高さは、隣り合うトナー搬送方向下流側のトナー収容部の回転部材の回転中心よりも高いことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１、又は２に記載のトナー補給装置において、板状弾性部材が設けられた回転部材の回転中心から離れた側の該板状弾性部材の先端部から、該回転部材の回転中心までの長さは、上記板状弾性部材が変形していない状態で、上記回転部材の回転中心から該記回転部材のトナー搬送方向下流側の仕切り部の近い側の上端部までの長さよりも長いことを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一に記載のトナー補給装置において、トナー搬送方向最下流のトナー収容部の回転部材に、螺旋状のスクリュが設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一に記載のトナー補給装置において、トナー搬送方向最下流のトナー収容部から、現像装置までトナーを搬送するトナー搬送経路内に、回転することでトナーを搬送する螺旋状のコイルを設けているをことを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の画像形成装置の発明は、現像装置にトナーを撹拌・搬送して補給するトナー補給装置として、請求項１乃至５のいずれか一に記載のトナー補給装置を備えたことを有することを特徴とするものである。
本発明では、トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心高さよりも、高い仕切り部を設けているので、各回転部材を停止した後に下流側のトナー収容部に移動するトナーの量を、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも抑制できる。これは、次の理由による。各回転部材が停止した後の、上流側のトナー収容部から下流側のトナー収容部へのトナーの移動は、仕切り部の上端部を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。したがって、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも仕切り部の高さを高くした分だけ、仕切り部を乗り越えて移動する上流側のトナーの量を抑制できるためである。さらに、回転部材の回転によりトナーを下流側のトナー収容部に順次搬送するので、回転部材の回転により搬送可能な高さであれば、仕切り部の高さを高くできる。したがって、上流側のトナー収容部のトナーの大部分が、その流動性に応じた安息角の傾斜よりも下方になる高さまで、各仕切り部の高さを高くすることもできる。このように仕切り部を構成して、各回転体の回転が停止した後の最下流のトナー収容部へのトナーの移動量を、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも大幅に少なくできる。また、各回転部材が停止した後の、最下流のトナー収容部と管状の搬送経路や現像装置との境界部分でのトナーの移動も、境界部分を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。そして、各回転部材が停止した後の最下流のトナー収容部へのトナーの移動量が、少なくなった分だけ、各回転部材が停止した際に最下流のトナー収容部に収容されていたトナー上に、新たに積載されるトナーの量も少なくなる。新たに積載されるトナーの量が少なくなるので、各回転部材が停止した後の最下流のトナー収容部と管状の搬送経路や現像装置との境界部分を基点とした安息角の傾斜よりも上方のトナーも少なくなる。したがって、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成のようにトナー貯蔵部や管状の搬送経路内の各回転部材が停止した後も、流動性が過度に上昇した大量のトナーが最下流のトナー収容部から、管状の搬送経路や現像装置に流れ込むことを抑制できる。よって、初期流れ込みやベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置に安定したトナー補給が行なえる。また、上述したトナーの流れ込みの抑制を、トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心高さよりも高い仕切り部を設けて、下流側のトナー収容部へのトナーの移動を回転部材の回転により順次搬送するという簡単な構成で可能としている。

本発明は、簡単な構成で、初期流れ込みやベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置に安定したトナー補給が行なえるトナー補給装置を提供することができる。

実施形態に係るプリンタの概略構成図。 プロセスカートリッジ近傍の拡大図。 トナーボトル付近の側面図。 トナーボトル、トナー補給装置、中間転写ユニット、及びプロセスカートリッジの斜視図。 トナー補給装置の図３中右側からの斜視説明図。 サブホッパの平面説明図。 実施例１のサブポッパの断面説明図。 実施例１の、サブポッパのトナー収容状態の説明図（ａ）、及びサブポッパの各部の寸法図（ｂ）。 比較例のサブポッパの断面説明図。 比較例の、サブポッパのトナー収容状態の説明図（ａ）、及びサブポッパの各部の寸法図（ｂ）。 実施例１及び比較例のトナーの安息角の説明図。 実施例２のサブポッパの断面の各部の寸法図。 仕切り高さとサブホッパ残量との関係を示すグラフ。 トナーカートリッジ残量とトナー補給能力の関係を示すグラフ。 実施例３のサブポッパのパドルの足の長さの説明図。 サブポッパのハドル長さとトナーの補給量のばらつきを示した表。 参考例のサブポッパのトナー検知センサの配置の説明図。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、複数の感光体が並行配設されたタンデム型のカラーレーザープリンタ（以下、プリンタ１００という）の一実施形態について、複数の実施例、及び参考例を挙げ図を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプリンタの概略構成図、図２は、プロセスカートリッジ近傍の拡大図、図３は、トナーボトル付近の側面図、図４は、トナーボトル、トナー補給装置、中間転写ユニット、及びプロセスカートリッジの斜視図である。図５は、トナー補給装置の図３中右側からの斜視説明図。図６は、サブホッパの平面説明図である。まず、各実施例、及び参考例に共通する本実施形態の画像形成装置の概要から説明する。

まず、本プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図１に示すように、このプリンタ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６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを備えている。これらは、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おり、寿命到達時に交換される。

Ｍトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ６Ｍを例にすると、図２に示すように、ドラム状の感光体１Ｍ、ドラムクリーニング装置２Ｍ、除電装置（不図示）、帯電装置４Ｍ、現像装置５Ｍ等を備えている。このプロセスカートリッジ６Ｍは、プリンタ１００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。

帯電装置４Ｍは、駆動手段（不図示）によって図中時計回りに回転する感光体１Ｍの表面を一様帯電する。一様帯電した感光体１Ｍの表面は、レーザ光Ｌによって露光走査されてＭ用の静電潜像を担持する。このＭの静電潜像は、Ｍトナーを用いる現像装置５ＭによってＭトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト８上に中間転写される。ドラムクリーニング装置２Ｍは、中間転写工程を経た後の感光体１Ｍ表面に残留したトナーを除去する。また、除電装置は、クリーニング後の感光体１Ｍの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｍの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他のプロセスカートリッジ６Ｙ，Ｃ，Ｋにおいても、同様にして感光体１Ｙ，Ｃ，Ｋ上にＹ，Ｃ，Ｋトナー像が形成され、中間転写ベルト８上に中間転写される。

図１に示すように、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中下方には、露光装置７が配設されている。潜像形成手段である露光装置７は、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６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおけるそれぞれの感光体に照射して露光する。この露光により、感光体１Ｙ，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７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。

露光装置７の図中下側には、紙収容カセット２６、これらに組み込まれた給紙ローラ２７、レジストローラ対２８など有する給紙手段が配置している。紙収容カセット２６は、記録体である転写紙Ｐを複数枚重ねて収納しており、それぞれの一番上の転写紙Ｐには給紙ローラ２７が当接している。給紙ローラ２７が駆動手段（不図示）によって図中反時計回りに回転すると、一番上の転写紙Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給紙される。レジストローラ対２８は、転写紙Ｐを挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、転写紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。この構成の給紙手段では、給紙ローラ２７と、タイミングローラ対であるレジストローラ対２８との組合せによって搬送手段を構成している。この搬送手段は、転写紙Ｐを収容手段である紙収容カセット２６から後述の２次転写ニップまで搬送する。

プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中上方には、中間転写体である中間転写ベルト８を張架しながら無端移動させる中間転写ユニット１５を配置している。この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８の他、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、クリーニング装置１０などを備えている。また、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４等も備えている。中間転写ベルト８は、これら３つのローラに張架されながら、少なくとも何れか１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動される。１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、このように無端移動する中間転写ベルト８を感光体１Ｙ，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８の裏面（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。１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動にともなって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１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が重ね合わされて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に、４色重ね合わされたトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

上述した２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８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８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おり、クリーニング装置１０によってクリーニングされることとなる。

２次転写ニップにおいては、転写紙Ｐが互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９との間に挟まれて、レジストローラ対２８側とは反対方向に搬送される。２次転写ニップから送り出された転写紙Ｐは、定着装置２０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、排紙ローラ対２９のローラ間を経て機外へと排出される。そして、プリンタ１００本体の上面には、スタック部３０が形成されており、排紙ローラ対２９によって機外に排出された転写紙Ｐは、このスタック部３０に順次スタックされることとなる。

各プロセスカートリッジの構成は、用いるトナーが異なるだけで、基本的構成は同様であるので、プロセスカートリッジ６Ｍ内の現像装置５Ｍの構成について説明する。現像装置５Ｍは、内部に磁界発生手段を備え、磁性粒子とトナーを含む二成分系現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ５１Ｍと、現像スリーブ５１Ｍ上に担持されて搬送される現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材としてのドクター５２Ｍとを備えている。ここで現像スリーブ５１を収容する場所を現像スリーブ収容部５３Ｍとする。また、現像スリーブ収容部５３Ｍに隣接し、現像剤を収容する場所を現像剤収容部５４Ｍとする。現像スリーブ５１と現像剤収容部５４Ｍとには、現像剤を撹拌搬送するための現像剤搬送スクリュ５５Ｍをそれぞれ備えている。また、現像装置５Ｍは、現像剤収容部５４Ｍ内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサとしての濃度検知センサ５６Ｍをそなえている。そして、濃度検知センサ５６Ｍの検知結果に基づいて補給されるトナーを現像剤収容部５４Ｍに取り込むためのトナー補給口（不図示）を備えている。

次に、この現像装置５Ｍの動作について説明する。現像剤は、現像剤搬送スクリュ５５Ｍが回転することにより攪拌搬送され現像剤収容部５４Ｍ内と現像スリーブ収容部５３Ｍ内とを循環し、攪拌搬送されることにより現像剤中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電により帯電する。現像スリーブ収容部５３Ｍ内の帯電したトナーを含む現像剤は、内部に磁極を有する現像スリーブ５１Ｍの表面に供給され、磁力により担持される。現像スリーブ５１Ｍに担持された現像剤層は、現像スリーブ５１Ｍの回転にともない図中矢印方向に搬送される。現像スリーブ５１Ｍに担持された現像剤層は、搬送される途中、ドクター５２Ｍで現像剤層の層厚を規制されたのち、感光体１Ｍと対向する現像領域まで搬送される。現像領域では、感光体１Ｍ上に形成された潜像に基づく現像が行われる。現像領域を通過し、現像スリーブ５１Ｍ上に残った現像剤層は現像スリーブ５１Ｍの回転にともない、搬送され、現像スリーブ５１Ｍの内部の磁極配置による反発磁力によって現像スリーブ５１Ｍから離脱する。そして、現像スリーブ収容部５３Ｍの下部である現像剤搬送スクリュ５５Ｍが設けられている部分で撹拌搬送されている現像剤とともに収容されることとなる。

図１に示すように、中間転写ユニット１５と、これよりも上方にあるスタック部３０との間には、トナーボトルベース３１を設けている。このトナーボトルベース３１は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを内包するトナーカートリッジであるトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを収容している。トナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、トナーボトルベース３１上にトナー各色毎に上から置くようにして設置する。トナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ内のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーは、それぞれ後述するトナー補給装置により、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの現像装置５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに適宜補給される。これらのトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとは独立してプリンタ１００本体に着脱可能である。

図３に示すように、トナーボトル３２Ｍは、ボトル本体３３Ｍの先端部に樹脂ケース３４Ｍが設けられている。また、この樹脂ケース３４Ｍには把手３５Ｍが一体で形成されている。また、ボトル本体３３の樹脂ケース３４Ｍ側には、ボトル本体３３と一体で回転するボトル回転ギア（不図示）が設けられている。

トナーボトル３２Ｍをプリンタ１００本体に取り付ける場合は、先ずスタック部３０を上方に開放してトナーボトルベース３１を露出させる。そして、トナーボトル３２Ｍをトナーボトルベース３１上に載置した後、把手３５Ｍを図中奥側へ回転させる。すると把手３５Ｍとの回転と連動して、樹脂ケース３４Ｍの下端部に設けられたシャッタ（不図示）が開いてトナー落下口（不図示）が開放されると同時に、樹脂ケース３４Ｍとトナーボトルベース３１とが連結し固定される。一方、トナーボトル３２Ｍをプリンタ１００本体から取り外すには、把手３５Ｍを逆方向に回転させることで、樹脂ケース３４Ｍとトナーボトルベース３１との連結が解除され、同時にシャッタが閉じてトナー落下口が閉鎖される。そして、そのまま把手３５Ｍを掴んだ状態でトナーボトル３２Ｍをプリンタ１００本体から取り出すことができる。このように、トナーボトル３２Ｍをプリンタ１００本体の上側から載置して脱着できるので、トナーボトル３２Ｍの交換作業が判り易く、しかも簡単に行うことができる。また、樹脂ケース３４Ｍには把手３５Ｍが形成しているので、トナーボトルベース３１への固定が容易に行える。ここで、トナーボトル３２Ｍをプリンタ１００本体から取り外した状態では、樹脂ケース３４Ｍの把手３５Ｍを回転させても、シャッタは開かないように構成している。これにより、トナーボトル３２Ｍの交換作業の際に誤ってシャッタが開いてしまい、内部のトナーがこぼれるのを防止することができる。

次に、トナー搬送手段について説明する。図４に示すように、トナー補給装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、中間転写ユニット１５の上方であって、図１中奥側のプリンタ１００本体側に設けられている。このため、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋやトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにトナー搬送手段を設けなくてよく、従来に比べてプロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋやトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの小型化を図れる。また、従来プロセスカートリッジとトナーボトルとを近接して配置していたので、設計上の制限があったが、プリンタ１００では各プロセスカートリッジと、それぞれに対応するトナーボトルとを離れて配置することができる。よって、設計上の自由度が向上し、プリンタ１００の小型化を図ることができる。

また、トナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー落下口と、トナー補給装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、現像装置５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの現像剤収容部５４Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー補給口とを中間転写ユニット１５の一端側の側方に配置している。よって、トナー補給装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー搬送経路を最短にすることができ、プリンタ１００の小型化やトナー搬送中の詰まり防止を図ることができる。

トナー補給装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの構成も、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと同様に、基本的な構成は同一なので、Ｍトナー搬送用のトナー補給装置４０Ｍを、図５、６を用いて説明する。トナー補給装置４０Ｍは、図５、６に示すように、トナー収容部であるサブホッパ４８Ｍ、その内部にトナー補給搬送部材を有したトナー搬送経路であるトナー搬送パイプ４３Ｍ、及び駆動モータＭ（不図示）から主に構成されている。なお、トナーボトル３２Ｍ側にもボトル本体３３Ｍを回転させる複数の駆動伝達ギア等を有した樹脂ケース３４Ｍを設けており、トナーボトル３２Ｍからサブホッパ４８Ｍ内にトナーを供給する構成でもある。

サブホッパ４８Ｍ内には、仕切り部８０Ｍでそれぞれの底部を仕切られた、トナーボトル３２Ｍのトナー落下口の直下に配置された第１トナー収容部８１Ｍと、第２トナー収容部８２Ｍとが設けられている。第１トナー収容部８１Ｍには、板状弾性部材であるパドル７４Ｍを設けた第１回転軸７３Ｍからなる第１回転部材７１Ｍが設けられており、この第１回転部材７１Ｍには、サブホッパ４８のケース外で、第１歯車４６Ｍが設けられている。また、第２トナー収容部８２Ｍには、第２回転軸７６Ｍの回りに螺旋状のスクリュ７７Ｍが形成された第２回転部材７２Ｍが設けられており、この第２回転部材７２Ｍには、サブホッパ４８のケース外で、第２回歯車４７Ｍが設けられている。そして、駆動モータＭには、図５中破線で記載した補給駆動伝達ギア４５Ｍが接続されている。

駆動モータＭが回転駆動されると、補給駆動伝達ギア４５Ｍは反時計回りに回転し、これに噛み合う攪拌側歯車４６Ｍが時計回りに回転し、第１トナー収容部８１Ｍ内の第１回転部材７１Ｍに設けられたパドル７４Ｍが回動する。このパドル７４Ｍが回動することで、第１トナー収容部８１Ｍ内にトナーボトル３２Ｍから供給されたトナーは撹拌されるとともに、その一部が仕切り部８０Ｍの上端部を乗り越えて、第２トナー収容部８２Ｍ内に搬送される。また、第１歯車４６Ｍに噛み合う第２トナー収容部８２Ｍ内の第２回転部材７２Ｍに設けられた第２歯車４７Ｍが反時計回りに回転し、スクリュ７７Ｍが回転する。このスクリュ７７Ｍが反時計回りに回転することで、第２トナー収容部８２Ｍに接続されトナー排出口７９を形成するトナー搬送パイプ４３Ｍ内に向けトナーを搬送する。ここで、スクリュ７７Ｍの最外周部には溝が形成されており、トナー搬送パイプ４３Ｍに設けられるトナー搬送コイル７８Ｍがスクリュ７７Ｍの溝に嵌め込まれ接着されて、スクリュ７７Ｍとともに回転駆動される。このようにトナー搬送パイプ４３Ｍ内のトナーの搬送を行うことで、図３に示すようにトナー搬送パイプ４３Ｍが装置のレイアウトの制約により直線状にできない場合でも容易にトナーを搬送することが可能になる。

トナー搬送パイプ４３Ｍは、上述したようにサブホッパ４８Ｍ内の第２トナー収容部８２Ｍに接続されトナー排出口７９を形成し、その内部には搬送部材である樹脂製のトナー搬送コイル７８Ｍが設けられている。そして、第２回転部材７２Ｍに形成されたスクリュ７７Ｍの回転とともに、回転してトナーを現像装置５Ｍのトナー補給口に搬送する。ここで、トナー排出口７９Ｍを、スクリュ７７Ｍやトナー搬送コイル７８Ｍの外径よりも僅かに大きい円形にするとともに、その中心が第２回転部材７２Ｍの回転中心と同軸となるように設けている。

トナーボトル３２Ｍ側には、樹脂ケース３４Ｍに設けられている図５中破線で図示した駆動伝達ギア４４Ｍと、複数の駆動伝達ギア（不図示）と、ボトル本体３３Ｍに一体に取り付けられた回転ギア（不図示）とを備えている。そして、駆動モータＭが回転すると、駆動モータＭに接続された図５中破線で図示した補給駆動伝達ギア４５Ｍが反時計回りに回転駆動されると、図５中破線で図示した駆動伝達ギア４４Ｍが時計回りに回転する。そして、駆動伝達ギア４４Ｍの回転駆動が、複数の駆動ギアを介してトナーボトル３２Ｍのボトル回転ギアＭ（不図示）と一体で回転するボトル本体３３Ｍを反時計周りに回転させる。ボトル本体３３Ｍの内壁内面には螺旋状の現像剤案内溝３８Ｍが形成されているため、回転により内部のトナーがボトル本体３３Ｍ奥側から先端の樹脂ケース３４Ｍ側に搬送される。樹脂ケース３４Ｍ側に搬送されたトナーは、樹脂ケース３４Ｍ内のトナー搬送路（不図示）を通って、トナー落下口からサブホッパ４８Ｍ内の第１トナー収容部８１Ｍ内に落下することとなる。

また、サブホッパ４８Ｍの第１トナー収容部８１Ｍの第２トナー収容部８２Ｍから離れた側の側壁には圧電式のトナー検知センサ６０Ｍを設けており、トナーボトル３２Ｍのトナーニアエンドやトナーエンドを検知する。このトナー検知センサ６０Ｍは、センサ検知面６１でのトナーの有無を検知するもので、パドル７４Ｍが回動しトナーが撹拌されている状態で、センサ検知面６１の中心高さ近傍までトナーで覆われている場合に、トナー有りと判断するように制御している。

このように、現像装置５Ｍに補給されるトナーは、トナー搬送方向上流側から、ボトル本体３３Ｍ、樹脂ケース３４Ｍ、第１トナー収容部８１Ｍ、第２トナー収容部８２Ｍ、及びトナー搬送パイプ４３Ｍを搬送されることとなる。そして、各回転体の回転駆動は、図２で図示した現像装置５Ｍの濃度検知センサ５６Ｍが現像剤収容部５４Ｍでトナー濃度の不足を検知すると、制御部５７Ｍからの補給信号により、駆動モータＭが回転することにより、同時に行われる。このようにして、現像装置５Ｍ内のトナー濃度が調整されるとともに、トナーボトル３２Ｍ内のトナーが枯渇しない限り、通常はサブホッパ４８内のトナーも所定量以上満たされた状態が維持される。

なお、トナー搬送パイプ４３Ｍ内のトナー搬送コイル７８Ｍを金属で構成すると、金属製搬送コイルの外周面とトナー搬送パイプの内周面とが擦れた際に、トナーの凝集核を発生させてしまうことがる。そして、このトナーの凝集核の影響で白抜け等の異常画像が発生する場合があった。そこで、本実施形態のトナー補給装置４０Ｍでは、樹脂製の搬送コイルを用い、搬送コイルの外周面がトナー搬送パイプの内周面と擦た場合の摩擦を小さくし、トナーの凝集核の発生がなく、白抜け等の異常画像の発生を抑制するようにした。

以下、本発明の特徴部であるトナー補給装置４０のサブホッパ４８のについて、実施例、及び参考例を挙げ、さらに詳しく説明する。ここで、サブホッパ４８Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの構成は、いずれも基本的に同一なので、以下の実施例、及び参考例の説明では、符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは適宜省略して説明する。また、同一の部材や、同様な箇所間の寸法を表す符号については、適宜、同一の符号を用いて説明する。また、上述した各実施例、及び参考例に共通する本実施形態の画像形成装置の概要で説明した、トナー補給装置４０に係る構成及びその動作については、適宜省略して説明する。

（実施例１）
まず、本実施形態に係るサブホッパ４８の第１の実施例である実施例１について、図を用いて説明する。図７は、本実施例のサブポッパ４８の断面説明図、図８は、本実施例のサブポッパのトナー収容状態の説明図（ａ）、及びサブポッパの各部の寸法図（ｂ）である。図９は、比較例のサブポッパの断面説明図、図１０は、比較例の、サブポッパのトナー収容状態の説明図（ａ）、及びサブポッパの各部の寸法図（ｂ）、図１１は、本施例及び比較例のトナーの安息角の説明図である。

図７に示すように、本実施例のサブホッパ４８内には、トナー搬送方向上流側の第１トナー収容部８１とトナー搬送方向上流側の第２トナー収容部８２とを並行に設けている。そして、第１トナー収容部８１に設けた第１回転部材７１の回転中心高さより、第２トナー収容部８２に設けた第２回転部材７２の回転中心高さを高くしている。また、第２トナー収容部８２のトナー排出口７９の最下部の高さを、第１トナー収容部８１に設けた第１回転部材７１の回転中心高さよりも高くなるように、第２回転部材７２の回転中心高さを高くしている。また、第１トナー収容部８１と第２トナー収容部８２との間には、その上方を乗り越えて搬送されるトナーが通過できる開口を形成するように、それぞれの底部の円弧状内壁面から立ち上がる仕切り部８０を設けている。そして、この仕切り部８０の上端部の高さを、トナー搬送方向上流側の第１回転部材７１の回転中心高さよりも高く、第２回転部材７２Ｍの回転中心高さより低くしている。

このように、第１回転部材７１の回転中心高さよりも、高い仕切り部８０を設けているので、各回転部材を停止した後に下流側の第２トナー収容部８２に移動するトナーの量を、従来の構成や図９に記載の仕切り部８０の高さが不十分なサブポッパ４８の構成よりも、各回転部材を停止後に第２トナー収容部８２に移動するトナーの量を抑制できる。これは、次の理由による。

各回転部材が停止した後の、第１トナー収容部８１から第２トナー収容部８２へのトナーの移動は、仕切り部８０の上端部を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。したがって、従来の構成や図９に記載の構成よりも仕切り部８０の高さを高くした分だけ、仕切り部８０を乗り越えて移動する第１トナー収容部８１側のトナーの量を抑制できるためである。

さらに、第１回転部材７１の回転によりトナーを第２トナー収容部８２に順次搬送するので、第１回転部材７１の回転により搬送可能な高さであれば、仕切り部８０の高さを高くできる。そこで、本実施例では、第１トナー収容部８１のトナーの大部分が、その流動性に応じた安息角の傾斜よりも下方になる高さまで、仕切り部８０の高さを高くしている。また、この高さを、図８（ａ）に示すように、空のサブホッパ４８に新たなトナーボトル３２をセットし際に、トナーボトル３２から通常落下するトナー量を第１トナー収容部８１内で収容し、第２トナー収容部８２に移動させない高さとしている。このように仕切り部８０を構成することで、各回転体の回転が停止した後の第２トナー収容部８２へのトナーの移動量を、従来の構成や図９に記載の構成よりも大幅に少なくできる。

ここで、各回転体の回転が停止した後の第２トナー収容部８２へのトナー移動について、分かり易く図１１を用いて本実施例の構成と図９に記載の構成について説明する。本実施例の構成では、図１１（ａ）に示すように、トナーの流動性に対応した安息角をΘとすると、仕切り部８０の上端面における第２トナー収容部８２側の端部を基点とた傾斜を直線で表すと、図中の直線ＲＬ１となる。各回転体の回転が停止した後は、この直線ＲＬ１よりも上方のトナー崩れるようにして流れ、その一部が仕切り部８０を乗り越えて移動することとなる。しかし、本実施例の構成では仕切り部８０の高さを、第１トナー収容部８１側のトナーの上面の大部分が、直線ＲＬ１よりも下方になる高さまで、仕切り部８０の高さを高くしている。このため、直線ＲＬ１よりも高い部分のトナーＴ１が崩れて第２トナー収容部８２側へ移動するトナー量を、後述する図９に記載の構成よりも大幅に少なくできる。

一方、図９に記載の構成では、図１１（ｂ）に示すように、トナーの流動性に対応した安息角をΘとすると、仕切り部８０の上端面における第２トナー収容部８２側の端部を基点とた傾斜を直線で表すと、図中の直線ＲＬ２となる。各回転体の回転が停止した後は、この直線ＲＬ２よりも上方のトナーが仕切り部８０を乗り越えて移動することとなる。しかし、図９に記載の構成では仕切り部８０の高さが不十分で、第１トナー収容部８１側の直線ＲＬ２よりも上方となるトナーＴ２が多くなる。このため、直線ＲＬ２よりも高い部分のトナーＴ２が崩れて、第２トナー収容部８２側へ移動するトナー量が多くなる。なお、仕切り部８０の高さが不十分であるため、第２トナー収容部８２に収容されているトナーＴ３において、トナー排出口７９にの最下部よりも高い位置に収容されるトナーも本実施例の構成よりも多くなっている。また、図１０（ａ）に示すように、空のサブホッパ４８に新たなトナーボトル３２をセットし際には、トナーボトル３２から通常落下するトナー量を第１トナー収容部８１内では収容しきれず、第２トナー収容部８２に移動してしまう。

また、各回転部材が停止した後の、第２トナー収容部８２におけるトナー排出口７９を形成するトナー搬送パイプ４３内へのトナーの移動も、トナー排出口７９の最下部を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。そして、各回転部材が停止した後の第２トナー収容部８２へのトナーの移動量が、少なくなった分だけ、各回転部材が停止した際に第２トナー収容部８２に収容されていたトナー上に、新たに積載されるトナーの量も少なくなる。新たに積載されるトナーの量が少なくなるので、各回転部材が停止した後のトナー排出口７９の最下部を基点とした安息角の傾斜よりも上方のトナーも少なくなる。

したがって、図９に記載の構成のようにサブポッパ４８やトナー搬送パイプ４３内の各回転部材が停止した後も、流動性が過度に上昇した大量のトナーが第２トナー収容部８２から、トナー搬送パイプ４３や現像装置５に流れ込むことを抑制できる。よって、初期流れ込みの発生を回避し、ベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置５に安定したトナー補給が行なえる。また、トナーの流れ込みの抑制を、第１回転部材７１の回転中心高さよりも高い仕切り部８０を設けて、第２トナー収容部８２へのトナーの移動を第１回転部材７１の回転により順次搬送するという簡単な構成で可能としている。

また、第１トナー収容部８１の第２トナー収容部８２から離れた側の側壁には、トナー検知センサ６０を、そのセンサ検知面６１の中心高さが、第１トナー収容部８１の第１第１回転部材７１の回転中心高さと同じになるように設けている。ここで、本実施例のトナー補給装置４０では、サブホッパ４８内に所定量以上トナーを満たした状態とし、現像装置５の濃度検知センサ５６の検知結果に基づく制御部５７の制御によりトナーをサブホッパ４８から現像装置５に補給している。そして、同時にサブホッパ４８内のトナー減少分をトナーボトル３２からサブホッパ４８へ供給している。しかし、現像装置５へのトナー補給を繰り返し、トナーボトル３２内のトナーが枯渇すると、サブホッパ４８内にはトナーが供給されなくなる。そこで本実施例では、センサ検知面６１の中心高さ近傍までトナーが減少してトナー無し信号を検知した際にトナーニアエンドと判定し、このトナーニアエンドの判定から予め実験等で求めた所定時間経過後にトナーエンドと判定している。そして、トナーニアエンドと判定した際には、操作パネル（不図示）にトナーニアエンドの表示をしたり、警告音を鳴らしたりして使用者へ通知する。また、トナーエンドと判定した際には、画像形成動作を停止し、操作パネルにトナーエンドの表示をしたり、警告音を鳴らしたりして使用者へ通知する。ここで、本実施例では、トナー検知センサ６０Ｍとしては、圧電式である（株）ＴＤＫ社製の圧電振動方式トナーレベルセンサを用いている。

また、第１トナー収容部８１に設けた回転部材である第１回転部材７１は、その回転軸である第１回転軸７３Ｍの断面の一部を切り欠くようにして形成した面に、板状弾性部材であるパドル７４を接合している。また、パドル７４の先端が第１トナー収容部８１の円弧状の底部の内面に届かないとトナーを全て搬送することができない。このため、パドル７４の先端を第１トナー収容部８１の底部の内壁面に届くように構成している。そして、パドル７４の回動により、第１トナー収容部８１に供給されたトナーが撹拌されるとともに、その一部が第２トナー収容部８２に搬送される。これらのことで、第１トナー収容部８１から第２トナー収容部８２へのトナー搬送及びトナーの攪拌を適切かつ効果的に行うことができるようになるため、現像装置５への安定したトナー搬送が可能となり、現像装置５内のトナー濃度を正常に保ち、適切な画像濃度の画像を現像させることが容易になった。そして、このパドル７４には、第１回転部材７１に平行な開口を形成しており、トナーの攪拌を最小限にし、かつ、パドル７４の回動で生じるセンサ検知面６１近傍の空間をトナーで埋めることができる。ここで、本実施例では、パドル７４として０．１ｍｍの東レ（株）社製のＰＥＴフィルムであるルミラーを使用しているが、所望の弾性力、耐摩耗性等の条件を満たす材質のものであれば、ルミラーに限られるものではなく他のフィルム状の弾性部材でも良い。

また、サブホッパ４８からトナー搬送パイプ４３にトナーを移動させる際に、螺旋状のスクリュ７７で行うことにより、断面積の小さいトナー搬送パイプ４３でも十分な搬送力を持ってトナーを移動させることが可能となった。このことで、現像装置５への安定したトナー搬送が可能となり、現像装置５内のトナー濃度を正常に保ち、適切な画像濃度の画像を現像させることができるようになった。

次に、本実施例の効果を確認するために行った、図７に記載の本実施例のサブホッパと、比較例として図９に記載したサブホッパとの、初期流れ込み及びベタ流れ込みとの比較実験について説明する。まず、比較実験を行なった際の、実験条件について、図８（ｂ）及び図１０（ｂ）を用いて説明する。

共通事項）
・トナー収容部の奥行き（図６におけるＤの長さ）：２６．０ｍｍ
・第１回転軸７３の径：φ＝６．０ｍｍ
・第２回転軸７６の径：φ＝２．０ｍｍ
・スクリュ７７の最外径：φ＝７．０ｍｍ
・トナー排出口７９の内径：φ＝７．３ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から第２トナー収容部８２の円弧状の底部までの半径（ｒ２）：６．０ｍｍ
・パドル７４の厚さ：０．１ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からパドル７４への垂線とパドル７４との交点からパドル７４の先端までの長さ（以下、パドル７４の足の長さという）：第１回転部材７１の回転中心から第１トナー収容部８１の円弧状の底部までの半径（ｒ１）＋１．０ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からパドル７４への垂線とパドル７４との交点との距離（ｔ）：１．６ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から第１トナー収容部８１から離れた側の鉛直な内壁面までの距離（ｂ１）：６．０ｍｍ
・第１回転部材７１の単位時間当たりの回連数：４４０ｒｐｍ
・第２回転部材７２の単位時間当たりの回連数：５３８ｒｐｍ
・第１トナー収容部８１への単位時間当たりのトナーの供給量：０．３０〜０．５０ｇ／ｓ
・単位時間当たりのトナー補給量の目標値：０．４２ｇ／ｓ

図７で示す本実施例の構成に関する実験条件）
・第１回転部材７１の回転中心から第１トナー収容部８１の円弧状の底部までの半径（ｒ１）：１３．４ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の水平距離（ｂ２）：２１．１ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からトナー検知センサ６０を設けた側の垂直な内壁面までの水平距離（ｂ３）：１１．４ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ４）：５．８ｍｍ
・仕切り部８０の上端部の幅（ｂ５）：３．０ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ６）：１２．５ｍｍ
・仕切り部８０の上端部から第２回転部材７２の回転中心までの垂直高さ（ｈ１）：１．５ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の鉛直距離（ｈ２）：６．０ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心からサブホッパ４８の内壁上端までの鉛直距離（ｈ３）：１３．０ｍｍ

図９で示す比較例の構成に関する実験条件）
・第１回転部材７１の回転中心から第１トナー収容部８１の円弧状の底部までの半径（ｒ１）：１２．４ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の水平距離（ｂ２）：１８．０ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からトナー検知センサ６０を設けた側の垂直な内壁面までの水平距離（ｂ３）：１１．５ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ４）：６．０ｍｍ
・仕切り部８０の上端部の幅（ｂ５）：３．１ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ６）：９．０ｍｍ
・仕切り部８０の上端部から第２回転部材７２の回転中心までの垂直高さ（ｈ１）：±０．０ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の鉛直距離（ｈ２）：８．７ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からサブホッパ４８の内壁上端までの鉛直距離（ｈ４）：９．８ｍｍ

上述したような条件で、比較実験を行なったところ、発明者の評価では、図９で示す比較例の構成では初期流れ込みが１〜４ｇ程度（測定回数１０回、平均２．１２ｇ）発生した。これに対し、図９で示す比較例と略同容量のトナーを収容可能である図７で示す本実施例の構成では１０回の測定で初期流れ込みが発生することはなかった。また、ベタ流れ込みに対しても、図９で示す比較例の構成では、画像形成動作を行う時間に対するトナー補給動作を行う時間の割合が５０％を越えると発生し、単位時間当たりの補給量が最大２．５倍にも達した。これに対して、図７で示す本実施例の構成では、画像形成動作を行う時間に対するトナー補給動作を行う時間の割合が８０％でも発生することはなかった。このような比較実験の評価結果から、本実施例のサブホッパ４８の構成が、トナー流れ込み現象に対して大きな抑制効果があることが確認できた。

なお、上述した本実施例では、サブホッパ４８内に第１トナー収容部８１と第２トナー収容部８２との２つのトナー収容部を設けた構成について説明したが、本発明は、３箇所以上のトナー収容部を設けた構成に適用しても良い。

（実施例２）
次に、本実施形態に係るサブホッパ４８の第２の実施例である実施例２について、図を用いて説明する。本実施例と上述した実施例１とは、次の点のみが異なる。本実施例のサブホッパ４８では、仕切り部８０の上端部の高さをトナー搬送方向下流側の第２トナー収容部８２に設けた第２回転部材７２の回転中心の高さよりも高く設定することを規定している点のみ異なる。したがって、他の共通する構成、作用効果については、適宜省略して説明する。図１２は、本実施例のサブポッパの断面の各部の寸法図、図１３は、仕切り高さとサブホッパ残量との関係を示すグラフ、図１４は、トナーカートリッジ残量とトナー補給能力の関係を示すグラフである。

図１２に示すように、本実施例のサブホッパ４８では、仕切り部８０の上端部の高さを、第２トナー収容部８２に設けた第２回転部材７２の回転中心の高さよりもｈ１だけ高く設定した。この仕切り部８０の上端部の第２回転部材７２の回転中心に対する高さｈ１が逆に低い場合、次のような不具合が生じることが考えられる。トナーボトル３２のトナーがなくなった場合（トナーエンド時）、第２トナー収容部８２から第１トナー収容部８１にトナーが落下することで逆流し、サブホッパ４８内のトナーを有効に消費することができなくなることが考えられる。そこで、本実施例では、仕切り部８０の上端部の高さをトナー搬送方向下流側の第２トナー収容部８２に設けた第２回転部材７２の回転中心の高さよりも高く設定することとした。

次に、本実施例の効果を確認するために行った、本実施例のサブホッパ４８の仕切り部８０の上端部の高さとサブホッパ内のトナー残量に関する実験と、トナーボトル３２内のトナー残量とトナー補給能力に関する実験とについて説明する。これらの実験における条件は、実施例１で行なった図７に記載の構成に関する実験と基本的には同様であるが、仕切り部８０の上端部を高くすることに起因して変化した鉛直方向と水平方向の各部の寸法と、その他異なる構成について説明する。ここで、各軸部材の径等、実施例１で行なった図７に関する実験の条件と同一な構成については、適宜省略して説明する。

図１２で示す本実施例の構成に関する実験条件）
・第２回転部材７２の回転中心から第１トナー収容部８１から離れた側の鉛直な内壁面までの距離（ｂ１）：６．０ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の水平距離（ｂ２）：２１．１ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心からトナー検知センサ６０を設けた側の垂直な内壁面までの水平距離（ｂ３）：１１．４ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ４）：６．０ｍｍ
・仕切り部８０の上端部の幅（ｂ５）：２．８ｍｍ
・第１回転部材７１の回転中心から仕切り部８０の上端部における近い側の端部までの水平距離（ｂ６）：１２．５ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部までの垂直高さ（ｈ１）：１．４ｍｍ
・第１回転部材７１と第２回転部材７２の回転中心間の鉛直距離（ｈ２）：６．０ｍｍ
・第２回転部材７２の回転中心からサブホッパ４８の内壁上端までの鉛直距離（ｈ３）：１３．０ｍｍ
・第１回転部材７１の単位時間当たりの回連数：４４０ｒｐｍ
・第２回転部材７２の単位時間当たりの回連数：５３８ｒｐｍ
・第１トナー収容部８１への単位時間当たりのトナーの供給量：０．３０〜０．５０ｇ／ｓ
・単位時間当たりのトナー補給量の目標値：０．４２ｇ／ｓ

図１３で示すように、仕切り部８０の上端部の高さが第２回転部材７２の回転中心高さよりも、高くなるとサブホッパ４８内に残るトナー残量がほとんどなくなり、サブホッパ４８内のトナーを現像装置５に全て搬送できることがわかる。その結果、トナー検知センサ６０によるトナーニアエンド判定からトナーエンド判定までの時間を長くすることが可能になり、このプリンタ１００の使用者の利便性を増すことにつながる。

図１４には、トナーカートリッジ残量（ｇ）に対するサブホッパ４８から現像装置５へのトナー補給能力（ｇ／ｓ）を、第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部までの垂直高さ「ｈ」が、−２、０、２ｍｍの各値に対応した結果を示している。トナーボトル３２内のトナー残量が約２０．０ｇ以上ある場合には、各「ｈ」の高さとも、トナー補給能力は略一定である。しかし、トナー残量が減るにつれ、トナー補給能力に差異が生じてくる。

具体的には、「ｈ＝−２」の高さでは、トナー残量が２０．０ｇを下回るあたりからトナー補給能力が低下し始める。また、「ｈ＝０」では、トナー残量が約１５．０ｇを下回るあたりからトナー補給能力が低下し始める。そして、「ｈ＝２」では、トナー残量が約１０．０ｇを下回るあたりからトナー補給能力が低下し始め、最もトナー残量が少なくなるまで、略一定のトナー補給能力を発揮することができた。

この結果から、トナーボトル３２内のトナー残量が低下する時に、第２回転部材７２の回転中心から仕切り部８０の上端部までの垂直高さ「ｈ」が、サブホッパ４８から現像装置５へのトナー補給能力に対しても影響を与えることが分かる。このことから、トナー補給能力の基づいたトナーエンドを行う際に、「ｈ」を高くしてトナー補給能力が一定な範囲を広げることができると、適切で効率的なトナーエンドの判定が行なえることが可能であることが分かった。

これらの結果から、仕切り部８０の上端部の高さは少なくとも第２トナー収容部８２の第２回転部材７２の回転中心よりは高い位置に配置することで、トナーボトル３２のトナーエンド判定までを、「ｈ」が低い場合に比べてより、適切で効率的なトナーエンド判定を可能にできることを確認できた。

（実施例３）
次に、本実施形態に係るサブホッパ４８の第３の実施例である実施例３について、図を用いて説明する。本実施例と上述した実施例１、２とは、次の点のみが異なる。本実施例のサブホッパ４８では、パドル７４の足の長さを、仕切り部８０の上端部を基点として規定している点のみ異なる。したがって、他の共通する構成、作用効果については、適宜省略して説明する。図１５は、本実施例のサブポッパのハドル長さの説明図、図１６は、サブポッパのパドル７４の足の長さとトナーの補給量のばらつきを示した表である。

第１トナー収容部８１の第１回転部材７１に設けるパドル７４の足の長さと、サブホッパ４８から現像装置５へのトナー補給の安定性との間には密接な関連性が存在し、パドル７４の足の長さが短いとトナー補給能力が減少する場合があることが確認されている。これは第２トナー収容部８２におけるトナー量にばらつきが生じ、一時的なトナー枯渇が生じてしまうことによって、トナー搬送パイプ４３内に空洞が生じた結果であることが分かっている。

そこで、本実施例では、図１５に示すように、パドル７４の足の長さ（Ｘ）を、仕切り部８０の上端部における第１トナー収容部８１側の端部にパドル７４の先端が接する際のパドル７４の足の長さ（Ｘ_０）よりも長く設定することとした。このようにパドル７４の足の長さを設定することで、サブホッパ４８から現像装置５へのトナー補給のばらつきを抑えて、安定したトナー補給を行うことが可能となり、適切な画像濃度の画像を現像させることができるようできる。

次に、本実施例の効果を確認するために行った、本実施例のサブホッパ４８のパドル７４の足の長さとサブホッパ内の単位時間当りのトナー補給量に関する実験について説明する。この実験における条件は、実施例２で行なった図１２に記載の構成に関する実験と基本的には同様であるので、その他異なる構成について説明する。ここで、各軸部材の径等、実施例２で行なった図１２に関する実験の条件と同一な構成については、適宜省略して説明する。

図１５で示す本実施例の構成に関する実験条件）
・パドル７４の厚さ：０．１ｍｍ
・パドル７４の足の長さ（Ｘ_０）：１３．２ｍｍ
・パドル７４の足の長さ（Ｘ）：１２．０、１３．０、１３．５、１４．０、１４．５、１５．０ｍｍの各値で計測
・各計測時にトナーボトル３２に収容したトナー量：５０．０ｇ
・第１回転部材７１の単位時間当たりの回連数：４４０ｒｐｍ
・第２回転部材７２の単位時間当たりの回連数：５３８ｒｐｍ
・第１トナー収容部８１への単位時間当たりのトナーの供給量：０．３０〜０．５０ｇ／ｓ
・単位時間当たりのトナー補給量の目標値：０．４２ｇ／ｓ

上述した条件で、トナーがトナー排出口７９から排出（補給）されている時間と、トナー排出後のトナーボトル３２内に残ったトナー残量の計測を、各パドル７４の足の長さ毎に５回行った。そして、各パドル７４の足の長さ毎の、単位時間当りのトナー補給量（排出量）の「最大値」、「最小値」、「平均値」、及び「標準偏差」を求め、図１６の表に記載した。ここで、単位時間当りのトナー補給量の目標値は０．４２ｇ／ｓであるが、画像形成に最も悪影響を与える単位時間当りのトナー補給量の減少、つまり「最小値」に注目した。そこで、発明者は、単位時間当りのトナー補給量の許容範囲を±２０パーセントと規定し、「最小値」が０．３４以上を適正範囲として評価することとした。

図１６に記載した結果から、「最小値」が０．３４以上であった、パドル７４の足の長さ（Ｘ）は、パドル７４の足の長さは、１３．５、１４．０、１４．５、１５．０ｍｍの各パドル７４の足の長さであった。この評価結果から、パドル７４の足の長さは、少なくとも仕切り先端部に届く必要があることが確認できた。

（実施例４）
次に、本実施形態に係るサブホッパ４８の参考例について、図を用いて説明する。本実施例と上述した実施例１〜３とは、次の点のみが異なる。本参考例のサブホッパ４８では、トナー検知センサ６０を、仕切り部８０の上端部の高さよりも高い位置に配置している点のみ異なる。したがって、他の共通する構成、作用効果については、適宜省略して説明する。図１７は、本参考例のサブポッパ４８のトナー検知センサの配置の説明図である。

ここで図５で示すようにな、第１トナー収容部８１の側壁面に圧電式のトナー検知センサ６０を配置して、このセンサ出力によりトナーボトル３２内のトナー有無を判断する方式は、既に実用化されている。従来の構成では、上述した実施例１〜３の各図に示すように、第１トナー収容部８１に設けた第１回転部材７１の回転中心高さとトナー検知センサ６０のセンサ検知面６１の中心高さを同一の高さにする場合が多い。しかし、本実施形態のサブポッパ４８のように小型化したサブホッパでは、トナー検知センサ６０でトナーニアエンドを検知した後、トナーエンドとなるまでの時間が短くなってしまい、使用者の利便性を損なってしまうことが考えられる。

そこで、本参考例では、図１７に示すように、トナー検知センサ６０の配置を、そのセンサ検知面６１の中心高さが、仕切り部８０の上端部の高さよりも高くなるように配置することとした。このことで、第１トナー収容部８１内にトナーがなくなった際に、トナーボトル３２内にトナーがないことをより早く判定できるようになるため、トナーニアエンド判定からトナーエンド判定までの時間を長くすることが可能になり、画像形成装置の使用者の利便性を高めることができる。

以上、本実施形態に係るプリンタ１００のトナー補給装置４０では、第１トナー収容部８１の第１回転部材７１の回転中心高さよりも、高い仕切り部８０を設けているので、各回転部材を停止した後に第２トナー収容部８２に移動するトナーの量を、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも抑制できる。これは、次の理由による。各回転部材が停止した後の、第１トナー収容部８１から第２トナー収容部８２へのトナーの移動は、仕切り部８０の上端部を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。したがって、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも仕切り部８０の高さを高くした分だけ、仕切り部８０を乗り越えて移動する上流側のトナーの量を抑制できるためである。さらに、第１回転部材７１の回転によりトナーを第２トナー収容部８２に順次搬送するので、第１回転部材７１の回転により搬送可能な高さであれば、仕切り部８０の高さを高くできる。したがって、第１トナー収容部８１のトナーの大部分が、その流動性に応じた安息角の傾斜よりも下方になる高さまで、仕切り部８０の高さを高くすることもできる。このように仕切り部８０を構成して、各回転体の回転が停止した後の第２トナー収容部８２へのトナーの移動量を、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成よりも大幅に少なくできる。また、各回転部材が停止した後の、第２トナー収容部８２とトナー搬送パイプ４３でのトナーの移動も、トナー排出口７９を基点とする流動性に応じた安息角の傾斜よりも上方のトナーが崩れるようにして流れることにより生じる。そして、各回転部材が停止した後の第２トナー収容部８２へのトナーの移動量が、少なくなった分だけ、各回転部材が停止した際に第２トナー収容部８２に収容されていたトナー上に、新たに積載されるトナーの量も少なくなる。新たに積載されるトナーの量が少なくなるので、各回転部材が停止した後の第２トナー収容部８２とトナー搬送パイプ４３のトナー排出口７９を基点とした安息角の傾斜よりも上方のトナーも少なくなる。したがって、従来の構成や仕切り部等の高さが不十分な構成のように各トナー収容部やトナー搬送パイプ４３内の各回転部材が停止した後も、流動性が過度に上昇した大量のトナーが第１トナー収容部８１から、トナー搬送パイプ４３に流れ込むことを抑制できる。よって、初期流れ込みやベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置５に安定したトナー補給が行なえる。また、上述したトナーの流れ込みの抑制を、第１回転部材７１の回転中心高さよりも高い仕切り部８０を設けて、下流側の第２トナー収容部８２へのトナーの移動を第１回転部材７１の回転により順次搬送するという簡単な構成で可能としている。よって、簡単な構成で、初期流れ込みやベタ流れ込みの発生を抑制して、現像装置５に安定したトナー補給が行なえるトナー補給装置４０を提供することができる。
また、本実施形態に係るプリンタ１００のトナー補給装置４０では、第１トナー収容部８１と第２トナー収容部８２の間に配置した仕切り部８０の高さを第２トナー収容部８２の第２回転部材７２の回転中心高さよりも高くすることで、トナーボトル３２のトナーエンド時のサブホッパ４８内トナー残量をほぼなくすことができるようになり、トナーニアエンドからトナーエンドの間隔を長くし、プリンタ１００の使用者の利便性を高めることができるようになった。
また、本実施形態に係るプリンタ１００のトナー補給装置４０では、第１トナー収容部８１が有する板状弾性部材であるパドル７４の先端を仕切り部８０の上端部における第１トナー収容部８１の端部に届く長さにすることによって、サブホッパ４８から現像装置５へのトナーばらつきを抑えて、安定したトナー補給を行うことが可能となり、適切な画像濃度の画像を現像させることができるようになった。
また、本実施形態に係るプリンタ１００のトナー補給装置４０では、サブホッパ４８からトナー搬送パイプ４３にトナーを移動させる際に、螺旋状のスクリュ７７を設けた第２回転軸７６で行うことにより、断面積の小さいトナー搬送パイプ４３でも十分な搬送力を持ってトナーを移動させることが可能となる。このことで、現像装置５への安定したトナー搬送が可能となり、現像装置５内のトナー濃度を正常に保ち、適切な画像濃度の画像を現像させることができるようになった。
また、本実施形態に係るプリンタ１００のトナー補給装置４０では、トナー搬送パイプ４３内のトナー搬送において、トナー搬送コイル７８を用いることでトナー搬送パイプ４３が曲がっていてもトナー搬送が可能となり、サブホッパ４８と現像装置５の位置関係の制約がなくなることで、プリンタ１００の小型化に大きく寄与するこができる。
また、本実施形態の画像形成装置であるプリンタ１００では、上述したいずれか一のトナー補給装置４０を備えることで、備えたトナー補給装置４０と同様な作用効果を奏することができる。

１ 感光体
５ 現像装置
６ プロセスカートリッジ
７ 露光装置
１５ 中間転写ユニット
２０ 定着装置
３１ トナーボトルベース
３２ トナーボトル
３３ ボトル本体
４０ トナー補給装置
４３ トナー搬送パイプ
４８ サブホッパ
６０ トナー検知センサ
７１ 第１回転部材
７２ 第２回転部材
７３ 第１回転軸
７４ パドル
７７ スクリュ
７８ トナー搬送コイル
７９ トナー排出口
８０ 仕切り部
８１ 第１トナー収容部
８２ 第２トナー収容部
１００ プリンタ

特許第４００６２１５号公報 特開２０１０−０３２９８８号公報

Claims (6)

1. トナー収納容器から供給されたトナーを一旦貯蔵するトナー貯蔵部を備え、潜像担持体上に形成された潜像をトナー像として可視像化する現像装置に、該トナー貯蔵部に貯蔵したトナーを補給するトナー補給装置において、
   上記トナー貯蔵部は、回転駆動されることでトナーを搬送する回転部材を有した複数のトナー収容部を、トナー搬送方向上流側から下流側へと並行して設けており、
   トナー搬送方向上流側のトナー収容部が有する回転部材の回転中心の高さよりも、トナー搬送方向下流側のトナー収容部が有する回転部材の回転中心の高さが高く、
   トナー搬送方向最下流に設けられたトナー収容部を除く各トナー収容部の回転部材は、トナー搬送方向下流側の隣接するトナー収容部へのトナーの搬送を、回動することで行う板状弾性部材を有し、
   隣り合う各トナー収容部の間には、その上方を乗り越えて搬送されるトナーが通過できる開口を形成するように、隣り合う両トナー収容部の底部の円弧状内壁面から立ち上がる、トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心の高さよりも、その上端部の高さが高い仕切り部が設けられ、
   トナー搬送方向最上流に設けられたトナー収容部内に供給されたトナーは、トナー搬送方向下流側の各トナー収容部へ、板状弾性部材を有した各回転部材の回転により順次搬送され、
   トナー搬送方向最上流に設けられたトナー収容部の壁面には、該トナー収容部内に収容したトナー量を検知する圧電式センサを設けており、上記圧電式センサの検知面の中心高さが、隣りのトナー収容部との間に設けられた仕切り部の上端部の高さよりも低く、前記トナー搬送方向上流側の回転部材の回転中心の高さと同一であることを特徴とするトナー補給装置。
2. 請求項１に記載のトナー補給装置において、
   仕切り部の上端部の高さは、隣り合うトナー搬送方向下流側のトナー収容部の回転部材の回転中心よりも高いことを特徴とするトナー補給装置。
3. 請求項１、又は２に記載のトナー補給装置において、
   板状弾性部材が設けられた回転部材の回転中心から離れた側の該板状弾性部材の先端部から、該回転部材の回転中心までの長さは、
   上記板状弾性部材が変形していない状態で、上記回転部材の回転中心から該記回転部材のトナー搬送方向下流側の仕切り部の近い側の上端部までの長さよりも長いことを特徴とするトナー補給装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載のトナー補給装置において、
   トナー搬送方向最下流のトナー収容部の回転部材に、螺旋状のスクリュが設けられていることを特徴とするトナー補給装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一に記載のトナー補給装置において、
   トナー搬送方向最下流のトナー収容部から、現像装置までトナーを搬送するトナー搬送経路内に、回転することでトナーを搬送する螺旋状のコイルを設けているをことを特徴とするトナー補給装置。
6. 現像装置にトナーを撹拌・搬送して補給するトナー補給装置として、請求項１乃至５のいずれか一に記載のトナー補給装置を備えたことを有することを特徴とする画像形成装置。

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