JP6953893B2 - 現像剤補給装置、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式で用いられる現像剤を補給する現像剤補給装置、当該現像剤補給装置を有する現像装置及び当該現像装置を有する画像形成装置に関し、特に、現像剤補給装置の現像剤貯蔵部における現像剤の凝集を防止する技術に関する。

複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置においては、感光体上に形成された静電潜像に現像器からトナー（現像剤）を供給して顕像化し、当該顕像化されたトナー像を記録シート上に転写した後、定着部で熱定着することにより画像形成が行われる。
通常、このような画像形成装置においては、交換可能で容量の大きなトナーボトルを着脱可能に備えている。このトナーボトルの下方には、トナー補給装置が配され、現像器で消費された分量のトナーを現像器に補給し、現像器内のトナー濃度を一定に維持するようになっている。

図１１は、従来のトナー補給装置の一例を示す概略図である。
トナー補給装置５３０は、トナーボトル５２０から供給されたトナーを貯蔵するトナーホッパー５３１（現像剤貯蔵部）と当該トナーホッパー５３１内のトナー量を検出する検出部（不図示）を備えており、トナー量が所定量以下になると、トナーボトル５２０からトナーの補給を受けるように構成されている。

トナーは、トナーボトル５２０から自重で排出口５２１を介して落下し、トナー補給装置５３０の上部に設けられたトナー供給口５２２からトナーホッパー５３１内に供給される。そして、トナーホッパー５３１に貯蔵したトナーは、撹拌羽根５３２により撹拌されながら、搬送パイプ５３３に流入し、搬送スクリュー５３５によって、軸方向に搬送され、トナー補給口５３４を介して下方にある現像器（不図示）にトナーを補給するようになっている。

トナーホッパー５３１はその形状から、撹拌羽根５３２によって撹拌できない領域が存在するが、そのような領域は、上方にあるため、通常使用時には、撹拌羽根５３２が到達しなくても当該領域のトナーは自重で落下し、撹拌羽根５３２によって撹拌される。
ところが、カラー印刷が可能な画像形成装置において、消費量の少ない色のトナー補給装置や長期間にわたって画像形成を行われていないトナー補給装置では、トナーが時間の経過と共に、嵩密度が増して凝集し、トナーホッパー５３１の底部（領域Ｄ）や、撹拌部が撹拌できない領域、特に、トナー供給口５２２付近（領域Ｃ）に、トナーが淀んで凝集してしまう。また、撹拌羽根５３２に接した領域Ｅの部分にもトナーが凝集してしまう場合がある。

これにより、実際には、トナーホッパー５３１内にトナーの残量が十分あるにも関わらず、現像器への正常なトナー補給が難しくなり、現像器のトナー濃度の維持が困難になって、安定した画質を得ることができない。
そこで、たとえば、特許文献１に記載の発明では、トナーボトルからトナーが供給されるトナー供給口の下方に線ばねを配置し、撹拌羽根の回転により線ばねが押されて揺動することにより、トナー供給口を塞ぐようにして凝集しているトナー（トナー架橋）を崩すように構成されている。

特開２０１６−１４５９２３号公報 特開昭６２−７５５６７号公報 特開２０００−１５５４５７号公報 特開２００８−２１６３６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のトナー補給装置では、トナー供給口付近のトナー架橋を防止できたとしても、トナー貯蔵部の底部の凝集したトナーを流動化させることはできない。また、特許文献２〜４にも、トナー補給装置内の壁面へのトナー付着の防止や、トナー架橋を抑制するための構成が開示されているが、トナー補給装置内のトナーの流動性を高めるため十分な効果を期待できるものではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、極めて簡易な構成でありながら、現像剤貯蔵部における現像剤の凝集を効果的に防止し、現像剤を安定して補給することができる現像剤補給装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記現像剤補給装置を有する現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、現像器に現像剤を補給する現像剤補給装置であって、現像剤収納ボトルから現像剤の供給を受ける供給口を上部に有し、供給された現像剤を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部内部に配され、回転駆動されることにより前記貯蔵部内の現像剤を撹拌する羽根状の撹拌部材と、前記貯蔵部内に、前記撹拌部材の回転方向に沿って前記貯蔵部の上部から底部に向けて伸びるように配され、回動する前記撹拌部材と接触して振動する振動面を含む振動板とを備え、前記貯蔵部の底部内壁の、前記撹拌部材の回転軸と直交する断面における輪郭は下方に向けて湾曲する形状となっており、前記撹拌部材の径方向の長さは、回転時に少なくとも前記貯蔵部の底部内壁の前記回転軸から一番遠い部分に接触する長さであり、前記振動板は、上端部が固定端であると共に、下端部は自由端であって前記貯蔵部の底部内壁の湾曲した部分に接触する位置にあり、前記振動板の前記攪拌部材に接触する側の振動面が前記供給口の直下に位置し、かつ、前記貯蔵部の内壁と所定の隙間を介して当該内壁に沿うようにして配されており、前記振動板の前記撹拌部材の回転方向において、前記貯蔵部の最底部の直前の位置には、回動する前記撹拌部材と係合して当該撹拌部材を弾く係合突部が設けられており、前記係合突部は、前記振動板の自由端側の一部が、前記貯蔵部内方に向けて前記撹拌部材の回転軸と平行な稜線を有するように山折り状に屈曲されてなることを特徴とする。

前記振動板の、前記撹拌部材の回転軸と平行な方向における幅は、同方向における前記供給口の幅と同じ幅であることが望ましい。

少なくとも前記撹拌部材が、前記係合突部に当接した時点において、前記振動板の自由端の前記山折り状に屈曲された部分の外側の面と、前記貯蔵部の内壁面とのなす角度が、９０°以内であることが望ましい。

前記振動板の振動面と前記貯蔵部の内壁との間の隙間は、少なくとも０．５ｍｍであることが望ましい。
前記振動板の厚みは、０．１ｍｍ以下であることが望ましい。
また、本発明の第２の態様は、現像装置であって、現像器と、該現像器に現像剤を補給する上記現像剤補給装置とを備えることを特徴とする。

さらに、本発明の第３の態様は、画像形成装置であって、上記の現像装置と、該現像装置により形成された画像を記録シートに転写する転写部と、該転写部により転写された画像を記録シート上に定着させる定着部とを備えることを特徴とする。

上記構成に係る現像剤補給装置によれば、撹拌部材を振動板の自由端側の係合突部で弾くという簡易な構成でありながら、振動板自身の振動と弾かれた撹拌部材の反発力により現像剤貯蔵部内の現像剤の凝集を効果的に防止して、現像剤を安定して現像器に補給することができる。
また、本発明の現像装置及び画像形成装置によれば、安定した画質を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略図である。 本発明に係るトナー補給装置の一例を撹拌部材の回転軸に垂直な面で切断したときの断面図である。 本発明に係るトナー補給装置の一例を撹拌部材の回転軸に垂直な面で切断したときの斜視図である。 図３において、トナーボトルホルダーを取り外したときのトナー補充装置の内部を示すための斜視図である。 （ａ）〜（ｆ）は、撹拌部材の回転によって、撹拌部材の先端が、振動板に接触した後、係合突部に係合して弾かれる様子を示す図である。 （ａ）は、本実施の形態において撹拌部材が振動板に接触して、振動板が振動する様子を測定したグラフであり、（ｂ）は、振動板とトナー貯蔵部内壁との間に隙間を設けなかった場合において、撹拌部材が振動板に接触したときの振動板が振動する様子を測定したグラフである。 本実施の形態により、トナーの流動性が増し、トナー量検知板の下方におけるトナー量の嵩が増加したことを示すグラフである。 振動板の厚みを０．１ｍｍにしたときの、振動板の振動量を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、振動板の下端部とトナーホッパーの内壁面とのなす角度の望ましい値について説明するための図である。 トナー収納ボトルに本発明を適用した場合の変形例である。 従来のトナー補給装置において、トナー貯蔵部内の特にトナーが凝集しやすい部分を示す図である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。
（１）画像形成装置の全体構成
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略図である。なお、以下の説明において、上下左右或いは時計回り反時計回り等方向を示す説明を行う場合には、特に記載しない限り図１を基準とする。

図１に示す画像形成装置１は、タンデム型のカラーデジタル複写機で、原稿画像を読み取るイメージリーダー部Ｉｒと、読み取った画像を記録シート等の記録シートに印刷するプリンター部Ｐｒと、使用者が印刷条件等を入力したり、装置の稼働状況や使用者の入力結果を表示したりする操作パネル部７０と、プリンター部Ｐｒ、イメージリーダー部Ｉｒ及び操作パネル部７０の動作を制御する制御部６０とを含む。

イメージリーダー部Ｉｒは、原稿ガラス板（不図示）の上に載置された原稿を、スキャナーを移動して読み取るものであり、公知の構成を有している。イメージリーダー部Ｉｒは、原稿画像を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に色分解し、不図示のＣＣＤ等のイメージセンサーを用いて電気信号に変換して、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像データを得る。
イメージリーダー部Ｉｒで得られたＲ、Ｇ、Ｂの画像データは、制御部６０でエッジ強調処理やスムージング処理などの各種処理が行われた後、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の画像データに変換され、制御部６０に設けられた記録部（メモリー）に格納される。

制御部６０内のメモリーに格納された各再現色の画像データは、１走査ラインごとに読み出され、露光部における発光ダイオードなどの発光源の駆動信号となる。
プリンター部Ｐｒは電子写真方式により記録シート等の記録媒体上に画像を形成する。プリンター部Ｐｒは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の画像データに基づいて作像する作像部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋ（以下、「作像部１７」と総称する場合がある。）を備えている。

作像部１７の基本的な構成は、全て同じであり、時計回りに回転する感光体ドラム１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ（以下「感光体ドラム１８」と総称する場合がある。）を中心として、その周囲に帯電器、露光部、現像器１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ（以下、「現像器１９」と総称する場合がある。）、転写ローラー、クリーニング部がそれぞれ設けられている。

作像部１７の動作について説明する。帯電器と露光部によって感光体ドラム１８の表面に各再現色の画像データに基づいた静電潜像が形成される。現像器１９から感光体ドラム１８の表面に現像剤（トナー）を供給することで、静電潜像をトナー像として可視像化する。
感光体ドラム１８に形成されたトナー像は、感光体ドラム１８と転写ローラーとの間を通過する中間転写ベルト１１に１次転写される。なお、各現像色のトナー像が、中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるように、作像部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋにおける作像のタイミングがずらされている。

そして、感光体ドラム１８に残ったトナーはクリーニング部によって掻き取られる。
中間転写ベルト１１は、駆動ローラー１２と、テンションローラー１３と、従動ローラー１４との間に張架されている。テンションローラー１３が不図示の付勢部材（例えば、ばね）で上方に付勢されることで、中間転写ベルト１１に所定の張力が与えられている。中間転写ベルト１１は、駆動ローラー１２によって反時計回りに回転する。

駆動ローラー１２は、中間転写ベルト１１を挟んで２次転写ローラー１５に圧接されている。また、従動ローラー１４と対向する位置には、中間転写ベルト１１に残留したトナーを掻き取るクリーニングブレード１６が中間転写ベルト１１表面に圧接されている。
中間転写ベルト１１の下方には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の作像部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋが順に所定間隔をあけて配置されている。

プリンター部Ｐｒでは、作像部１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋからイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を中間転写ベルト１１に正確に重ねて転写（１次転写）することで、中間転写ベルト１１の表面には、カラーのトナー像が生成される。そして、１次転写されたトナー像は、記録シート（転写用紙）に２次転写される。

記録シートは、給紙カセット５１から供給されるものであり、給紙ローラー５２によって最上のものから順に搬送路（破線Ａ）に引き出され、レジストローラー５３に搬送される。そして、レジストローラー５３は、中間転写ベルト１１の回転と同期させ、記録シートを駆動ローラー１２と２次転写ローラー１５とのニップ部に送る。
記録シートが駆動ローラー１２と２次転写ローラー１５とのニップ部を通過するとき、記録シートは中間転写ベルト１１と接触し、中間転写ベルト１１のトナー像が記録シートに転写（２次転写）される。

トナー像が転写された記録シートは、その後、定着部５５に搬送される。定着部５５において、加熱・加圧することでトナー像が記録シートに定着される。そして、トナー像が定着された記録シートは装置外部へ排出される。一方、中間転写ベルト１１上の転写されずに残った残留トナーは、クリーニングブレード１６で回収され廃トナーボックスに溜められる。

作像部１７の各現像器１９は、各色トナーを貯蔵しているトナーホッパー（トナー貯蔵部）３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ（以下、「トナーホッパー３０」と総称する場合がある）と筒状の補給管３９を介して接続されている。
現像器１９内のトナー濃度が低下すると、後述のトナー補給装置によって、トナーホッパー３０から現像器１９にトナーが補給される。また、トナーホッパー３０の上方には、トナーボトル（現像剤収容ボトル）２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（以下、「トナーボトル２０」と総称することがある）が着脱自在に設けられている。

トナーホッパー３０内のトナー残量が少なくなると、トナーボトル２０からトナーホッパー３０にトナーが供給される。トナーボトル２０は、内部に収容されているトナーがなくなると、トナーが充填されているトナーボトル２０と交換される。
トナーボトル２０としては、例えば、円筒状のボトルの内周面に螺旋状の突条が形成されたものが挙げられる。トナーボトル２０を回転させることで、トナーボトル２０内のトナーが、トナーボトル２０の長手方向端部に設けられた排出口から落下され、トナー補給装置３のトナー供給口３１１を介して、トナーホッパー３０内に流入する。

（２）トナー補給装置の構成
次に、本発明の要部であるトナー補給装置について説明する。
図２は、本発明に係るトナー補給装置３の一例を撹拌部材の回転軸に垂直な面で切断したときの概略断面図であり、図３は、図２に示すトナー補給装置３をほぼ同じ面で切断したときの斜視図である。

図２、図３に示すように、トナー補給装置３は、トナーホッパー３０と、撹拌部３２と、トナー搬送部３３と、トナー量検知部３５と、振動板３６などを有している。
トナーホッパー３０は、一対の対向する平面状の側面部３７（図４参照、なお手前側の側面部３７は切断されて見えない。）と、対向する側面部３７を連結するとともに上部が外側に向けて拡がり、底部がほぼ円筒面状となっている底面部３０１と、上部を覆う蓋部３１とを備えている。

なお、一対の側面部３７は平行であるとともに、一対の側面部３７のそれぞれと、底面部３０１とは直交するように設けられているが、これに限定されるものではなく、供給されたトナーを貯蔵できる構成を広く採用することができる。
蓋部３１は、トナーボトル２０（図２、３では不図示）を取り付けるためのトナーボトルホルダー２１と一体に形成されている。そして、蓋部３１のトナーボトル２０の排出口の直下には、排出口から落下排出されたトナーを受け入れるトナー供給口３１１が設けられている。つまり、トナーボトル２０を回転させたとき、その排出口から落下されたトナーはそのままトナー供給口３１１を介してトナーホッパー３０に供給される。

なお、本実施の形態では、製造、組立の便宜上或いは装置小型化のため、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色用のトナーホッパー３０は、一体的に連結した構成を有している。また、同様に、蓋部３１と連結したトナーボトルホルダー２１もイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）用が一体的に連結した構成を有している。

トナーホッパー３０のトナー供給口３１１の直下には、内方に向けて傾斜した傾斜面３０２が形成されている。
撹拌部３２は、回転軸３２１と、撹拌羽根３２２（撹拌部材）とを備えている。回転軸３２１はトナーホッパー３０の対向する側面部３７と直交するとともに、側面部３７に対して回転可能に軸支されている。撹拌羽根３２２は、可撓性を有する樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴフィルム）で形成され、取付部材３２３を介して回転軸３２１に取着されている。

そして、回転軸３２１はトナーホッパー３０の外部に突出して、不図示の駆動装置（例えば、モーター）に連結され、回転力が付与されるようになっている。回転軸３２１が回転することで、撹拌羽根３２２がトナーホッパー３０の内部で回転する。これにより、撹拌羽根３２２は、回転軸３２１から撹拌羽根３２２の最も離れた位置（撹拌羽根３２２の先端部）までの距離を半径とした回転体（例えば、円柱形状）の範囲（回転領域Ｂ：図５（ａ）参照）内のトナーを撹拌することができるようになっている。

なお、トナーホッパー３０の底面部３０１は、円筒形を切断したような内壁面を有しており、撹拌羽根３２２が、底面部３０１付近のトナーを円滑に撹拌できるようになっている。
図４は、トナー補給装置３の内部の構成をより具体的に示すための断面斜視図であり、説明の便宜上、トナーボトル２０を取り付けるトナーボトルホルダー２１及び蓋部３１は図示を省略している。

トナー量検知部３５は、検知板３５２と、偏心カム３５３と、検知センサー３５４とを備えている。検知板３５２は一対のアーム部３５５を平板部３５６で接続した平面視略「コ」字状を有しており、一対のアーム部３５５の端部がトナーホッパー３０の側面部３７に支軸３５１を介して揺動可能に取り付けられる。
偏心カム３５３は、撹拌部３２の回転軸３２１に固定されており、偏心した状態で回転軸３２１と同期して回転する。検知板３５２のアーム部３５５は偏心カム３５３と当接するように設けられており、検知板３５２のアーム部３５５が偏心カム３５３と当接しているとき、回転軸３２１の回転に従って、支軸３５１を中心に上下動を繰り返すが、検知板３５２の平板部３５６がトナーの液面（平板部３５６の直下に貯留しているトナーの上面）に載るとそれ以下には下がらないようになっている。

検知センサー３５４（図２参照）は、検知板３５２の位置（正確には傾き）を検知するものであり、トナーホッパー３０の外側に設けられている。
検知センサー３５４として、本実施の形態では、フォトインタラプタを用いている。例えば、検知板３５２の支軸３５１の端部を側面部３７より外部に突出させ、当該端部に支軸３５１の伸びる方向と直交する方向に伸びる遮光部材を取着して、検知板３５２の揺動動作と同期して、遮光部材も揺動するように構成し、トナーホッパー３０内部のトナー量が所定量まで少なくなって検知板３５２の位置が低くなったとき、遮光部材がフォトインタラプタの検出光を遮断して、トナーニアエンプティ状態が検出されるようになっている。

また、別のフォトインタラプタにより、トナーホッパー３０内部のトナー量が所定量以上になって検知板３５２の位置が高くなったとき、遮光部材が当該別のフォトインタラプタの検出光を遮断して、トナーフル状態も検出される。
もっとも、検知センサー３５４としては、これに限定されるものではなく、検知板３５２の位置を検知できる構成のものを広く採用することができる。例えば、トナー液面の低下に伴う検知板の変位を磁気センサーで検出するなど様々な公知の技術を利用できる。

図２に戻って、トナー搬送部３３は、搬送パイプ３３０と、搬送スクリュー３３１とを備えてなる。搬送パイプ３３０は、トナーホッパー３０の底面部３０１と近接した位置に一体成型された円筒部である。
トナーホッパー３０に貯蔵されているトナーは、撹拌部３２で撹拌された後、搬送パイプ３３０の第１開口部３３２（図３参照）から搬送パイプ３３０内に流入し、搬送スクリュー３３１によって軸方向に移動して不図示の第２開口部から補給口３４に落下し、補給管３９（図１）を介して現像器１９に補給される。

なお、搬送スクリュー３３１の回動軸と撹拌部３２の回転軸３２１はトナーホッパー３０の外部でギヤなどを介して、回転軸３２１の回転力が搬送スクリュー３３１の回転軸に伝達されるようになっている。
作像部１７において、現像器１９内のトナー濃度が所定値以下になると、感光体ドラム１８に生成されるトナー像の濃度が低下し、記録シートに定着される最終画像の品質低下の原因となる。

そこで、現像器１９は再現色ごとにトナー補給装置３と連携しており、現像器１９は、トナー濃度が所定量よりも低くなると、トナー補給要求を行う。トナー補給装置３はトナー補給要求に応じて、対応する現像器１９にトナーの補給を行う。
すなわち、現像器１９内のトナー撹拌部には、磁気センサー（トナー濃度センサー、ＴＣＲ）が設置されており、これにより現像器１９内部の現像剤におけるトナー濃度を検出できるようになっている。

本実施の形態では、現像器１９は、現像剤がトナーと磁性キャリアの混合物からなる、いわゆる二成分現像方式のものが用いられており、現像により内部のトナーが消費されるとキャリアの割合が大きくなるので、これを磁気センサーでトナー／キャリア比を検出することにより現像器１９におけるトナー濃度を取得する。
このトナー濃度が一定の閾値以下になるとトナーを補給すべくトナー補給装置３を駆動して、撹拌羽根３２２も回転させると共に搬送スクリュー３３１を回転させ、トナーを撹拌しつつ、搬送パイプ３３０の第１開口部３３２に向けて搬送して、トナーホッパー３０内のトナーを現像器１９に補給し、この供給によりトナー濃度が一定の基準値まで復帰すると補給を停止する。

一方、トナーホッパー３０内のトナー残量が減って、検知部３５によりトナーニアエンプティが検知されると、不図示の駆動機構によりトナーボトル２０を回転させ、トナーホッパー３０にトナーを補給し、トナーホッパー３０内のトナー量が増加してトナーフルの状態に達したことが検出されるとトナーボトル２０からトナーホッパー３０へのトナー補給を停止するようになっている。

そして、トナー補給装置３のトナーホッパー３０内には、内部の凝集したトナーに振動や衝撃を与えて流動化させるための振動板３６が設けられている。
（３）振動板３６の形状と役割
図３に示すように、振動板３６は、蓋部３１のトナー供給口３１１の直下の位置において、トナーホッパー３０の上部から底部に向けて伸びるようにして配設されている。本実施の形態では振動板３６は、ステンレス板からなり、厚みが０．０５ｍｍで、幅Ｗ１が、トナー供給口３１１の幅Ｗ２（撹拌羽根３２２の回転軸と平行な方向における幅）と同じ幅（約１３ｍｍ）とし、振動板３６とトナー供給口３１１の撹拌部３２の回転軸３２１方向における位置が一致するように配置されている。

振動板３６の上端部３６１は、図４で示すようにピン３６１１でトナーホッパー３０の上縁部に固定されて固定端を形成している。なお、上端部３６１は、両面テープを用いて固定しても構わない。
また、振動板３６の下端部３６２側には、トナーホッパー３０の内方に向けて山折りされた係合突部３６３が形成される。

図２に戻り、振動板３６の下端部３６２は、トナーホッパー３０の内壁に接触しているだけで固定されていない（以下、本明細書において「自由端」という場合もある。）。下端部２６２とトナーホッパー３０の内壁面との接触部および当該山折形状の係合突部３６３の稜線（頂上部の折り目）３６３１は、撹拌部３２の回転軸３２１と平行となっているのが望ましい。また、下端部３６２の外側の面とトナーホッパー３０の底面部３０１の内壁面とのなす角度θは、９０°以下の適当な値、例えば、７３°に設定されている。

振動板３６の上端部３６１と係合突部３６３との間の中間部（振動面）３６４と、トナーホッパー３０の内壁面との間には、所定以上の隙間ｇ（図５（ａ）参照）が介在している。
前述のように、トナー補給装置３では、例えば、トナー供給口３１１の直下の傾斜部３０２の付近で、撹拌羽根３２２が届かない部分があり（領域Ｃ：図１１参照）、その部分ではトナーが固まって堆積しやすい。そして、トナーがさらに付着すると、トナー供給口３１１を塞ぐようなトナーの固まり（トナー架橋）が形成される。トナー架橋が形成されると、トナーの流れが悪くなり、トナーホッパー３０へのトナーの供給が悪化する。

また、トナーホッパー３０内にトナーが長期間使用されないで放置されていると、トナー自身の自重や画像形成装置の動作時の微小な振動などにより、トナーの嵩密度が次第に高くなり、特に、トナーホッパー３０の最底部分（円筒状の底面部３０１の一番低い部分）でも凝集が生じやすい。通常、撹拌羽根３２２は、ＰＥＴフィルムなどの可撓性の樹脂フィルムで形成されているため、最底部分（領域Ｄ）におけるトナーの凝集化が進むと、もはやその部分の撹拌を十分にすることができず、撹拌羽根３２２が撓んだ状態でトナーの固まりの上を撫でるように通過する場合もある。また、撹拌羽根３２２に付着して凝集した領域Ｅにおけるトナーも、単に撹拌羽根３２２を回転させるだけではなかなか崩れてくれない。

しかしながら、上述のトナー供給口付近のトナー架橋部や、その他の部分のトナーの固まりは、トナーが凝集しているだけであるため、ある程度以上の振動や衝撃を付与することにより、崩すことが可能である。
そこで、本実施の形態では、上述のような形状の振動板３６を設けている。図５（ａ）〜（ｆ）は、撹拌部３２の撹拌羽根３２２に回転により、振動板３６が振動する様子を示す模式図である。

まず、図５（ａ）に示すように撹拌羽根３２２が矢印方向（反時計回り）に回動し、撹拌羽根３２２の先端部が振動板３６の中間部３６４に当接して、振動板３６を変形させる（図５（ｂ））。
そして、撹拌羽根３２２の先端が係合突部３６３に至ると、撹拌羽根３２２は更に撓んで弾性エネルギーを蓄積しつつ、振動板３６の中間部３６４を押し付け、ついには係合突部３６３に当接し（図５（ｃ））、その後、撹拌羽根３２２の先端部が弾かれるようにして係合突部３６３の稜線３６３１を超える（図５（ｄ））。

撹拌羽根３２２の先端部が係合突部３６３で弾かれると、撹拌羽根３２２に蓄積されて弾性エネルギーが一挙に解放されて、その反発力で、撹拌羽根３２２に堆積していたトナーおよび、トナーホッパー３０の最底部を中心に堆積していたトナーに衝撃を与え、凝集状態を崩すことが可能となる。なお、撹拌羽根３２２が弾かれる直前には、係合突部３６３が直接撹拌羽根３２２に堆積していたトナーの一部を掻き取るように作用するので、これによっても領域Ｅにおけるトナーが崩れやすくなる。

このように撹拌羽根３２２の反発力により、トナーホッパー３０の最底部のトナーを効果的に崩すためには、撹拌羽根３２２を弾くための係合突部３６３の位置が、撹拌羽根３２２の回転方向においてトナーホッパー３０の最底部の直前にある方が望ましい。
また、撹拌羽根３２２の先端部が係合突部３６３で弾かれると同時に、トナーホッパー３０の内壁に向けて撓むように変形していた振動板３６も弾かれることになるので、その弾性力により元の姿勢に戻ろうとして、このときに振動板３６の上端部３６１の固定端を基点として中間部３６４と下端部３６２が強く振動し、トナー架橋部やそれ以外の部分の貯蔵トナーに対して作用し、これらの凝集状態を崩すことができる。

その後、撹拌羽根３２２の先端部は、搬送パイプ３３０に当接して（図５（ｅ））、ここでも少し弾かれた後、元の回転軌道に戻る（図５（ｆ））。
図６（ａ）は、上記弾き動作が生じたときの振動板３６の振動の大きさを、図５（ａ）の振動板３６の中間部３６４のうちトナー架橋部に近いＰ点で測定したものである。
横軸が時間の経過［ｓｅｃ］、縦軸が初期位置からの変位量［ｍｍ］を示す。マイナスの変位量がトナーホッパー３０の壁面に近付く変位を示し、プラスの変位量は、トナーホッパー３０の壁面から遠ざかる変位を示す。

当該グラフに示すように、撹拌羽根３２２の先端部が、係合突部３６３の頂部に達したときに最も変位し（−０．５ｍｍ）、撹拌羽根３２２が弾かれた瞬間に一挙に−０．５ｍｍから＋０．２ｍｍまで大きく変動した後、次第に減衰していくように振動する。この振動によりトナー供給口３１１付近のトナー架橋が崩される。この実験結果によれば、振動板３６のＰ点におけるトナーホッパー３０の内壁面方向への最大変位量は０．５ｍｍなので、振動板３６の中間部３６４とトナーホッパー３０の内壁面の隙間ｇの大きさは、少なくとも０．５ｍｍ以上あることが望ましい。

もっとも、隙間ｇがゼロでなければ多少なりとも中間部３６４は振動するので、領域Ｃ〜Ｅの各部の凝集したトナーを崩して流動性を向上させる効果はある。最適な隙間ｇの大きさは、振動板３６の厚みと撹拌羽根３２２の押しつけ力を考慮して実験などにより決定される。
一方、図６（ｂ）は、比較例として、振動板３６とトナーホッパー３０の内壁面との間に隙間を設けなかった場合のＰ点における変位量を示すものである。

同図に示すように、振動板３６の変位量は、最大でも０．０４ｍｍ程度であり、ほとんど振動していないに等しく、トナー架橋は崩れるに至らなかった。これからも振動板３６の中間部３６４とトナーホッパー３０の内壁との間に隙間を設けることの重要性が分かる。
図７は、本実施の形態における振動板３６の効果を実証するための実験結果を示すグラフである。

同グラフにおいて、横軸は、トナーホッパー３０（トナー貯蔵部）内の実際のトナー量［ｇ］を示す、縦軸は、検知板３５２の上がり量［ｍｍ］を示している。
また、●点を結んだ折れ線は、ＬＬ環境（低温・低湿の環境：例えば、装置内温度１０℃、相対湿度１５％）での実験結果を示し、▲点を結んだ折れ線がＨＨ環境（高温・高湿環境：例えば、装置内温度３０℃、相対湿度８５％）での実験結果を示す。

また、それぞれの環境における破線が、本実施の形態における振動板３６を備えている場合のグラフであり、実線が振動板３６を具備しない場合のグラフである。
なお、検出板の上がり量の測定値は、トナーホッパー３０にそれぞれ各量のトナーを貯蔵させて、ＬＬ環境およびＨＨ環境でそれぞれ長時間放置した後に所定時間（例えば、１０秒）撹拌したときの値である。

図７のグラフを見ても分かるように、ＬＬ環境下においてもＨＨ環境下においても、特にトナー貯蔵量が少ないときほど、振動板３６を具備している方（破線）が、振動板３６を具備していない方（実線）よりも、検知板３５２の上がり量が大きくなっている。
これは、振動板３６の係合突部３６３で撹拌羽根３２２が弾かれたときの振動板３６の振動や、弾かれた撹拌羽根の反発力によって、トナー供給口３１１付近やトナーホッパー３０の底面部３０１、撹拌羽根３２２に凝集していたトナーが崩され、その流動性が増して、検知板３５２直下に寄せられるトナー量が増加したためであると解される。

このことは、トナーホッパー３０を切断して中のトナー状態を視認することによっても確認された。
このように、本実施の形態によれば、従来のトナー補給装置に簡易な構成の振動板３６を設置するだけで、長時間放置するなどしてトナー供給口付近に生じたトナー架橋やトナーホッパー３０の底面部３０１などに生じた凝集部を、振動板３６と撹拌羽根３２２が弾ける際に生じる振動と衝撃によって、効果的に崩して流動性を向上させ、円滑かつ効率的なトナー補給を実現することができるものである。

＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施の形態においては振動板３６を、厚みが０．０５ｍｍで幅がトナー供給口と同じ幅のステンレス板で形成し、トナー供給口の直下に配するようにした。

（１−１）振動板３６の厚みについて
図８は、図６と同じ実験を、振動板３６の板厚を０．１ｍｍに変更して実行したときのＰ点の変位量を示すグラフである。このように板厚を厚くすると振動の振れ幅が小さくなる。０．１ｍｍを超えて板厚を大きくすると、振動の振れ幅がますます小さくなり、凝集したトナーを崩す効果も期待するほど得られないので、振動板３６の板厚は、０．１ｍｍ以下が望ましい。なお、板厚の下限は、０．０３ｍｍ程度が望ましい。それよりも板厚が薄くなると、振動板３６の弾性力が小さくなり、撹拌羽根３２２により変形した後に、元の形に戻らずに振動しない状態になるからである。

（１−２）振動板３６の位置と幅について
振動板３６の振動により、トナー供給口３１１付近に形成されたトナー架橋を崩すという目的から、振動板３６は、上記実施の形態のようにトナー供給口３１１の直下に位置させるのが望ましく、その際、振動板３６の幅は、トナー供給口３１１と同じ幅であることが望ましい。

もっとも、振動板３６の幅は、トナー供給口と同じ幅に限られないが、振動板３６の幅が大きくなり過ぎると、剛性も高くなり、撹拌羽根３２２が接触しても変形しにくくなるので、当業者であれば、実験などにより必要な振動を得るための振動板３６の幅の上限を適宜決定することができる。また、振動板３６の位置もトナー供給口３１１の直下から多少ずれてもトナー架橋を崩す効果があると考えられる。

（１−３）下端部３６２とトナーホッパー３０内壁面とのなす角度θについて
上記実施の形態では、振動板３６の下端部３６２の外側の面とトナーホッパー３０の内壁面とのなす角度θ（以下、「接触角θ」という。）を、一例として７３°に設定したが、９０°以下の適当な角度であればよい。
図９（ａ）、（ｂ）は、図５（ｃ）のように撹拌羽根３２２の先端部が係合突部３６３に当接した状態における係合突部３６３部分の拡大模式図であり、図９（ａ）は、接触角θが、９０°を超えている場合を示し、図９（ｂ）は、接触角θが、９０°以内の場合を示す。なお、各図における直線Ｌは、トナーホッパー３０の円弧状の内壁面３０３の、振動板３６の下端部３６２との接触位置における接線を示している。また、各図において撹拌羽根３２２は、図示を省略している。

図９（ａ）に示すように、回動する撹拌羽根３２２の先端部が、山折り状の係合突部３６３の登り斜面に当接して力ｆ１がかかると、下端部３６２を時計回りに回転させるような力が生じるが、接触角θが９０°よりも大きい場合には、下端部３６２のトナーホッパー３０内壁面との接触部が内方（時計回りに）に移動しにくく、Ｊ１方向に反力が作用し、思うように振動板３６を押下げることができない。

ところが、図９（ｂ）に示すように接触角θが、９０°以下である場合には、下端部３６２のトナーホッパー３０内壁面との接触部が内方Ｊ２方向（時計回りに）に移動しやすく、これにより山折り部の頂角が小さくなり、撹拌羽根３２２で振動板３６をＨ方向に押下げることが容易になる。
振動板３６の押下げ量が大きくなると、撹拌羽根３２２との係合が解放されたときの反動力も大きくなり、凝集したトナーを崩すのに十分な振動を得ることが可能となる。

なお、この接触角θの上限値９０°は、あくまでも撹拌羽根３２２が係合突部３６３に当接したときの値である。図５（ｂ）のように撹拌羽根３２２が当接して振動板３６の昼間部３６４が変形すると下端部３６２の位置が外側に移動する可能性があるので、撹拌羽根３２２が当接しない初期状態では、狙いの接触角よりもやや小さく設定しておくのが望ましい。

また、このθの下限値は、例えば、４０°程度であり、具体的な値は、撹拌羽根３２２を弾くに必要な程度となるように当業者であれば実験などにより容易に決定できる。
（１−４）振動板３６の材料について
上記実施の形態では振動板３６の材料はステンレス板であったが、これに限定されない。ステンレスと類似な特性（特に弾力性）を有する金属であれば使用可能である。

（１−５）係合突部３６３の形状について
係合突部３６３の形状は、上記実施の形態のように山折り形状のみに限定されない。撹拌羽根３２２の先端部を弾くことができれば、他の形状でもよく、また、別部材を振動板３６に付設するようにしても構わない。
（２）上記実施の形態では、トナーホッパー３０の底部内壁の撹拌部３２の回転軸に直交する面における輪郭は、円弧状であったが、必ずしも完全な円弧でなくても下方に湾曲しており、撹拌羽根３２２は、その先端部が回転中心より一番遠い底部に接触する径方向長さを有していればよい。

（３）上記実施の形態では、トナーボトルと現像器の間に配されるトナー補給装置について説明したが、例えば小型のプリンターなどにおいては、トナーボトルを収納するだけのスペースを設けることが難しいので、トナーボトルを廃し、トナーホッパー自体をトナーボトルとして画像形成装置本体に対して交換可能なように構成しても構わない。
図１０は、このときのトナー補給装置３’の構成を示すものである。

基本的には図２に示したトナー補給装置３の構成と同じだが、上部の蓋部３１’にはトナー供給口はなく、トナー量検知部３５も特に必要ない。また、図示はされていないが撹拌部３２の回転軸３２１の、トナーホッパー３０から突出した部分には、トナー補給装置３を画像形成装置本体に装着したときに画像形成装置本体側の駆動装置の駆動軸と連結するためのカップリング部材が付設されている。

このような場合であっても、振動板３６によって撹拌羽根３２２が弾かれることに起因する振動板３６の振動と撹拌羽根３２２の反発力により、トナーホッパー３０内のトナーの凝集が解消され流動性が向上するので、現像器に対し円滑かつ効率的なトナー補給が可能となる。
（４）上記実施の形態においては、現像剤としてトナーのみを補給するトナー補給装置について説明したが、例えば、２成分現像方式の現像器であって、キャリアの劣化を防止するため、古いキャリアを徐々に排出して新たなキャリアを補充するいわゆるトリクル方式の現像装置にあっては、補充対象として、トナーのほかにキャリアを含む場合もある。

（５）本発明は、トナーなどの現像剤を補給する現像剤補給装置に関する発明であると共に、当該現像剤補給装置を備えた現像装置の発明として捉えることができ、さらに当該現像装置を備えた画像形成装置に関する発明としても捉えることができる。
（６）上記実施の形態においては、画像形成装置をタンデム型のカラー複写機を例として説明したが、現像剤補給装置を備える画像形成装置であれば、ファクシミリ装置やプリンター専用機にも適用でき、また、モノクロの画像形成装置であってもよい。

（７）また、上記実施の形態及び変形例の内容を可能な限り組み合わせても構わない。

本発明は、画像形成装置の現像剤補給装置において、現像剤貯蔵部における現像剤が凝集して部分的に滞留するのを防止する技術として好適である。

１ 画像形成装置
３、３Ｙ〜３Ｋ トナー補給装置
１７、１７Ｙ〜１７Ｋ 作像部
１８、１８Ｙ〜１８Ｋ 感光体ドラム
１９、１９Ｙ〜１９Ｋ 現像器
２０、２０Ｙ〜２０Ｋ トナーボトル（現像剤収容ボトル）
２１ トナーボトルホルダー
３０、３０Ｙ〜３０Ｋ トナーホッパー（現像剤貯蔵部）
３１ 蓋部
３２ 撹拌部
３３ トナー搬送部
３４ 補給口
３５ トナー量検知部
３６ 振動板
５５ 定着部
６０ 制御部
３０１ 底面部
３０２ 傾斜部
３１１ トナー供給口
３２１ 回転軸
３２２ 撹拌羽根
３３０ 搬送パイプ
３３２ 開口部
３５２ 検知板
３５３ 偏心カム
３５４ 検知センサー
３６１ 上端部（固定端）
３６２ 下端部（自由端）
３６３ 係合突部
３６４ 中間部（振動面）
３６３１ 稜線

Claims (7)

1. 現像器に現像剤を補給する現像剤補給装置であって、
   現像剤収納ボトルから現像剤の供給を受ける供給口を上部に有し、供給された現像剤を貯蔵する貯蔵部と、
   前記貯蔵部内部に配され、回転駆動されることにより前記貯蔵部内の現像剤を撹拌する羽根状の撹拌部材と、
   前記貯蔵部内に、前記撹拌部材の回転方向に沿って前記貯蔵部の上部から底部に向けて伸びるように配され、回動する前記撹拌部材と接触して振動する振動面を含む振動板と
   を備え、
   前記貯蔵部の底部内壁の、前記撹拌部材の回転軸と直交する断面における輪郭は下方に向けて湾曲する形状となっており、前記撹拌部材の径方向の長さは、回転時に少なくとも前記貯蔵部の底部内壁の前記回転軸から一番遠い部分に接触する長さであり、
   前記振動板は、上端部が固定端であると共に、下端部は自由端であって前記貯蔵部の底部内壁の湾曲した部分に接触する位置にあり、
   前記振動板の前記攪拌部材に接触する側の振動面が前記供給口の直下に位置し、かつ、前記貯蔵部の内壁と所定の隙間を介して当該内壁に沿うようにして配されており、
   前記振動板の前記撹拌部材の回転方向において、前記貯蔵部の最底部の直前の位置には、回動する前記撹拌部材と係合して当該撹拌部材を弾く係合突部が設けられており、
   前記係合突部は、前記振動板の自由端側の一部が、前記貯蔵部内方に向けて前記撹拌部材の回転軸と平行な稜線を有するように山折り状に屈曲されてなる
   ことを特徴とする現像剤補給装置。
2. 前記振動板の、前記撹拌部材の回転軸と平行な方向における幅は、同方向における前記供給口の幅と同じ幅である
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給装置。
3. 少なくとも前記撹拌部材が、前記係合突部に当接した時点において、前記振動板の自由端の前記山折り状に屈曲された部分の外側の面と、前記貯蔵部の内壁面とのなす角度が、９０°以内である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像剤補給装置。
4. 前記振動板の振動面と前記貯蔵部の内壁との間の隙間は、少なくとも０．５ｍｍである
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の現像剤補給装置。
5. 前記振動板の厚みは、０．１ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の現像剤補給装置。
6. 現像器と、該現像器に現像剤を補給する請求項１から５までのいずれかに記載の現像剤補給装置とを備えることを特徴とする現像装置。
7. 請求項６に記載の現像装置と、該現像装置により形成された画像を記録シートに転写する転写部と、該転写部により転写された画像を記録シート上に定着させる定着部とを備えることを特徴とする画像形成装置。

Images