JP7463082B2 - トナー搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーを搬送するトナー搬送装置、およびトナー搬送装置を有する電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置においては、初期にトナーを貯めておくトナー収容部と、トナーを搬送する粉体搬送手段と、その下流に配置された画像形成部の３つで構成される。トナーの搬送構成として、中心に回転軸を有する螺旋状のスクリューを、搬送路内に配置し、回転させることで、トナーを搬送路の上流から下流へ搬送する構成がある。
特許文献１には、トナー収容部の鉛直方向上側に配置されたトナーボトルから、トナー搬送路を介して、トナー供給口から現像装置へトナーを、落下・搬送する構成が示されている。特許文献１の図９及び図１１に示す構成では、複数の搬送路を相互に連結したトナー搬送路内に配置した複数のスクリューによって、トナーの搬送方向や高さを変化させ、所望のトナー供給口へトナーを搬送する。
例えば、特許文献１の図１０に示す構成では、２つのスクリューを鉛直方向で交差するように配置し、上流から下流へトナーを受け渡す構成になっている。トナーの受け渡し部では、上流側スクリューの下流側端部と、下流側スクリューの上流側端部が、鉛直方向に重なるように交差して配置されている。上流側スクリューによって搬送されてきたトナーは、上流側スクリューの下流側端部に到達すると、重力の補助も得て、下流側スクリューへと導かれる。トナーは下流側スクリューによって、さらに下流へ搬送される。
また、特許文献２でも、同様に、２つのスクリューを鉛直方向で交差するように配置し、上流側のスクリューから下流側のスクリューへトナーを受け渡して、トナーを搬送する構成が示されている。特許文献２の図８に示されるように、上流側スクリューと下流側スクリューが鉛直方向で交差し、トナーが搬送方向下流へ搬送される。

特開２０１４－１５７３５０号公報 特開２０１２－２３０３５８号公報

これら従来の技術では、上流側スクリューから下流側スクリューへの受け渡し部において、トナーには、スクリューの搬送力に加えて、重力が加わる。スクリューの搬送力と重力の和によって、上流側スクリューが配置された搬送路からトナーが押し出され、下流側スクリューが配置された搬送路（トナー搬送路の下流側）にトナーが流入する。トナー搬送路の下流側のトナー搬送効率を向上することが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トナー搬送路の下流側のトナー搬送効率を向上することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のトナー搬送装置は、
第１管と、前記第１管内に設けられ回転軸線を中心に回転可能な第１スクリューと、前記第１管の前記回転軸線の方向に延びる側面に設けられ且つ水平方向を向いた開口であって前記第１スクリューによるトナー搬送方向に関し前記第１管の下流側に配置されている開口と、前記第１管の端面であって前記トナー搬送方向において前記開口よりも下流側に配置され前記回転軸線と交差する端面と、を有する第１搬送ユニットと、
内部が前記第１管の前記開口と連通するように前記第１管と接続され、上方に向かって延びる第２管と、前記第２管内に設けられ、前記第１管の前記開口から受け入れたトナーを上方に向かって搬送する第２スクリューと、を有する第２搬送ユニットと、
前記第１スクリュー及び前記第２スクリューを回転させるための駆動力を供給するための駆動部と、
を備えるトナー搬送装置であって、
前記第１スクリューは、前記回転軸線に直交する方向にみたときに前記開口とオーバラップするように延びており、
前記回転軸線に直交する方向に見たときに前記開口とオーバラップする前記第１管の第１部分の内径は、前記回転軸線に直交する方向にみたときに前記開口とオーバラップせず且つ前記トナー搬送方向の上流側において前記第１部分と隣り合う前記第１管の第２部分
の内径よりも小さく、
前記第１管の内壁と前記第１スクリューとの間に形成された空間の前記回転軸線に直交する断面積に関し、前記回転軸線の方向において前記第１部分に対応する位置の前記断面積の方が前記回転軸線の方向において前記第２部分に対応する位置の前記断面積よりも小さい、ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材にトナーを転写して、前記記録材に画像を形成する画像形成部と、
前記記録材に転写されなかった残トナーを収容する収容部と、
前記収容部に前記残トナーを搬送するトナー搬送部と、
を備える画像形成装置であって、
前記トナー搬送部が、本発明のトナー搬送装置であることを特徴とする。

本発明によれば、トナー搬送路の下流側のトナー搬送効率を向上することができる。

本発明の実施例１に係るトナー搬送装置の説明図 本発明の実施例１に係るトナー搬送装置の斜視図 本発明の実施例１に係る画像形成装置の模式的断面図 本発明の実施例２に係るトナー搬送装置の説明図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて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、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図３を参照して、本発明の実施例１に係る画像形成装置１について説明する。図３は、画像形成装置１の全体構成を示す概略断面図であり、画像形成装置１を正面側から見たときの断面図である。図３は、画像形成装置が水平な設置面に載置される通常の設置状態における画像形成装置の構成を示しており、紙面左右方向が水平方向、紙面上下方向が装置上下方向にそれぞれ対応する。

画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー（現像剤）に対応する画像形成ステーション６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋを、横一列に並設してなる画像形成手段としての画像形成部６を備えている。画像形成部６には、像担持体である感光体ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ（以下、感光体ドラム７と表記する）、感光体ドラム７の表面を均一に帯電する帯電装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ（帯電装置８）が内設されている。また、画像形成部６には、感光体ドラム７上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像（現像剤像）として現像する現像装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ（現像装置９）が内設されている。さらに、画像形成部６には、感光体ドラム７に残っている残留トナーを除去する感光体クリーニングブレード１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ（感光体クリーニングブレード１０）が内設されている。現像装置９には、各色に対応した現像ローラ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ（現像ローラ１１）が各感光体ドラム７に対して当接離間可能な構成で設けられている。静電潜像された画像に合わせて、すなわち現像の必要の有無に応じて、現像ローラ１１の当接及び離間を行うことで、現像ローラ１１の寿命を向上させている。そして、画像情報に基づいてレーザービームを照射して感光体ドラム７上に静電潜像を形成するスキャナユニット１２が画像形成部６の下
部に設けられている。画像形成ステーション６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、プロセスカートリッジとして、画像形成装置１の装置本体に対して着脱可能に構成されている。プロセスカートリッジは、現像ローラ１１を備えた現像装置９と、感光体ドラム７、帯電装置８、感光体クリーニングブレード１０を備えた感光体ユニットと、をそれぞれ個別に、または両者を一体に、装置本体に対して着脱可能に構成されている。本実施例では、現像装置９は独自のトナー収容室を有しているが、補給トナー容器（トナーカートリッジ）１３から供給されるトナーがトナー収容室に補充される構成となっている。ここで、画像形成装置１の装置本体とは、上述のプロセスカートリッジや補給トナー容器１３などのように、画像形成装置１に対して着脱自在な構成を除いた構成部分のことを指す。

一方、画像形成装置１の下部には、カセット２が引き出し可能に収納されている。カセット２内には、紙やシート等の記録材４が収納されている。記録材４の先端部付近に配置されたカセット給紙部３が回転することによって記録材４は一枚ずつ分離給送される。その後、記録材４はレジストローラ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、各画像形成ステーション（画像形成部）６と対向する側（一次転写部２０側）を下方にして略水平に配置されている。各感光体ドラム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張架されている。中間転写ベルト１８の内面側には、一次転写部材として一次転写ローラ１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ（一次転写ローラ１９）が配置されている。各一次転写ローラ１９は、中間転写ベルト１８を介して各感光体ドラム７と一次転写部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（一次転写部２０）を形成する位置にそれぞれ配置されている。各一次転写部２０で、電圧が印加される一次転写ローラ１９によって、各感光体ドラム７から中間転写ベルト１８にトナー像が転写される。本実施例では、中間転写ベルト１８、中間転写ベルト１８を張架する複数の張架ローラ、各一次転写ローラ１９を備えるユニットを中間転写ユニット１６として装置本体に着脱可能な構成にしている。
各画像形成ステーションで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、各色を連続的に転写していくことで、中間転写ベルト１８の表面に、４色からなるトナー画像が形成され、二次転写部１７に搬送させる。

画像形成部６の下部であって、スキャナユニット１２とカセット２との間に、各画像形成ステーション（画像形成部）６にトナーを補給するための補給トナー容器１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ（補給トナー容器１３）が略水平に、着脱可能に配設されている。補給トナー容器１３は、トナー補給カートリッジとも呼ばれる。補給トナー容器１３の内部には、各色に対応した補給用トナーが充填されている。トナー搬送装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ（トナー搬送装置１４）は、画像形成部６内のトナー消費にあわせて、補給トナー容器１３から受け取ったトナーを上方に搬送し、現像装置９にトナーを供給する。トナー搬送装置１４は、トナー搬送装置１４の下部に配設された駆動手段としてのトナー搬送駆動装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ（トナー搬送駆動装置１５）によって駆動される。

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に接触し、中間転写ベルト１８を介して対向側のローラと二次転写部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は記録材４に二次転写される。未定着のトナー画像が転写された記録材４は、更に下流に搬送され、定着装置２５によって加圧及び加熱され、トナーが溶融することでトナー画像が記録材４に定着される。その後、記録材４は排紙トレイ２７に排出される。これら一連の動作により、記録材４の表面に対する画像形成が行われる。

画像形成装置１には、一次転写及び二次転写において排出される、いわゆる廃トナーを回収するためのトナー回収容器（収容部）２４が配置されている。一次転写及び二次転写においては、電子写真方式であるため、静電気力によって、転写を行っている。そのため、転写元のトナー像の全てが転写されずに、トナー像のうちの数パーセントが、転写元の感光体ドラム７の表面や、中間転写ベルト１８の表面に残る。転写されなかった残トナーは、画像形成の安定性向上のために、クリーニングが行われる。クリーニングされた残トナーが、廃トナーとなり、トナー回収容器２４に回収される。

トナー搬送部である廃トナー搬送装置（トナー搬送装置）は、廃トナー搬送路５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋ（廃トナー搬送路５１）と、廃トナー搬送路５２、５３、５４と、を備える。また、廃トナー搬送装置は、廃トナー搬送路５１、５２、５３、５４内の廃トナーを搬送するスクリューを回転させる駆動装置（駆動部）を備える。

一次転写部２０及び二次転写部１７からトナー回収容器２４までの廃トナー（残トナー）の搬送動作を以下に示す。
一次転写で残ったトナー（感光体ドラム７の表面の残トナー）は、感光体クリーニングブレード１０で回収され、廃トナー搬送路５１、５２、５３、５４の順で搬送され、トナー回収容器２４に収容される。二次転写部１７で残ったトナー（中間転写ベルト１８の表面の残トナー）は、クリーニングユニット２２で回収される。そして、クリーニングユニット２２で回収された残トナーは、廃トナー搬送路５５から廃トナー搬送路５３に搬送され、感光体クリーニングブレード１０で回収された残トナーと一緒になって、トナー回収容器２４に廃トナーとして収容される。廃トナー搬送装置は、画像形成装置１に搭載されて、画像形成装置１に用いられる。廃トナー搬送路５１、５２、５３、５４は、画像形成装置１に対して着脱可能であってもよい。

図２（ａ）は、画像形成装置１に搭載された廃トナー搬送路５２、５３の詳細構成、図２（ｂ）は、内部詳細構成を示している。廃トナー搬送路５２に対して、廃トナー搬送路５１から、各色の廃トナーが流入する。廃トナー搬送路５２は、廃トナー（粉体）を搬送する回転可能なスクリュー２０２（第１のスクリュー）を有する。廃トナー搬送路５２に流入した廃トナーは、スクリュー２０２が回転することによって、廃トナー搬送路５１の下流側へ搬送される。スクリュー２０２は、駆動ギア２０１に駆動装置（第１の駆動部）から回転駆動力が伝達されることによって回転駆動する。

廃トナー搬送路５３は、廃トナー搬送路５２に接続されている。廃トナー搬送路５３は、廃トナーを搬送する回転可能な下流側スクリュー２０４（第２のスクリュー）を有する。廃トナー搬送路５２の下流に搬送された廃トナーは、廃トナー搬送路５３に流入する。廃トナー搬送路５３に流入した廃トナーは、下流側スクリュー２０４が回転することによって、鉛直上方向（鉛直方向上方）に搬送される。下流側スクリュー２０４は、駆動ギア２０３に駆動装置（第２の駆動部）から回転駆動力が伝達されることによって回転駆動する。

次に、本実施例に係る特徴的なスクリュー構成と、その効果について説明する。図１は、トナー搬送装置の説明図であり、トナー搬送装置が備える廃トナー搬送路５２の下流側内部構成を示している。搬送部材であるスクリュー２０２は、回転軸を有し、回転可能である。スクリュー２０２は、大径スクリュー部２０２ａと、小径スクリュー部２０２ｂと、回転軸部２０２ｃ（大径軸部）と、回転軸部２０２ｄ（小径軸部）とを有する。大径スクリュー部２０２ａは、回転軸部２０２ｃの外周に螺旋状に巻き付けて設けられており、小径スクリュー部２０２ｂは、回転軸部２０２ｄの外周に螺旋状に巻き付けて設けられている。大径スクリュー部２０２ａ及び及び小径スクリュー部２０２ｂは、羽根形状を有する羽根部である。

スクリュー２０２は、大径スクリュー部２０２ａ及び回転軸部２０２ｃによって形成された第１のスクリュー部分と、小径スクリュー部２０２ｂ及び回転軸部２０２ｄによって形成された第２のスクリュー部分とを有する。スクリュー２０２の第１のスクリュー部分は、廃トナー搬送路５２の上流側に配置されている。スクリュー２０２の第２のスクリュー部分は、廃トナー搬送路５２の下流側に配置されている。スクリュー２０２の第１のスクリュー部分（大径スクリュー部２０２ａ及び回転軸部２０２ｃ）は、廃トナー搬送路５２の断面積が変化する点（断面積変化点）を境として廃トナーの搬送方向の上流側（廃トナー搬送路５２の上流側）に配置されている。廃トナー搬送路５２における廃トナーの搬送方向は、スクリュー２０２の回転軸方向であって、廃トナー搬送路５２と廃トナー搬送路５３との連結部分に向かう方向である。なお、スクリュー２０２の回転軸方向が水平方向と一致するように、廃トナー搬送路５２が画像形成装置１に配置されている。

大径スクリュー部２０２ａの外径（スクリュー外径）がφＤａ１である。従って、大径スクリュー部２０２ａ及び回転軸部２０２ｃによって形成された第１のスクリュー部分の外径（直径）がφＤａ１である。大径スクリュー部２０２ａの外径（φＤａ１）の１／２が、回転軸部２０２ｃの回転中心線（回転軸線）から大径スクリュー部２０２ａの外周端部までの距離である。スクリュー２０２の第２のスクリュー部分（小径スクリュー部２０２ｂ及び回転軸部２０２ｄ）は、断面積変化点を境として廃トナーの搬送方向の下流側（廃トナー搬送路５２の下流側）に配置されている。小径スクリュー部２０２ｂの外径がφＤａ２である。従って、小径スクリュー部２０２ｂ及び回転軸部２０２ｄによって形成された第２のスクリュー部分の外径がφＤａ２である。小径スクリュー部２０２ｂの外径（φＤａ２）の１／２が、回転軸部２０２ｄの回転中心線から小径スクリュー部２０２ｂの外周端部までの距離である。小径スクリュー部２０２ｂの外径（φＤａ２）が大径スクリュー部２０２ａの外径（φＤａ１）より小さくなるように（φＤａ１＞φＤａ２）、大径スクリュー部２０２ａ及び小径スクリュー部２０２ｂが形成されている。

また、大径スクリュー部２０２ａの回転軸部２０２ｃの外径がφｄ１である。小径スクリュー部２０２ｂの回転軸部２０２ｄの外径がφｄ２である。小径スクリュー部２０２ｂの回転軸部２０２ｄの外径（φｄ２）が、大径スクリュー部２０２ａの回転軸部２０２ｃの外径（φｄ１）よりも小さくなるように（φｄ１＞φｄ２）、回転軸部２０２ｃ及び回転軸部２０２ｄが形成されている。

スクリュー２０２の周囲には、スクリュー２０２の外径に応じて、内径がφＤｂ１であるパイプ部１０１（第１の配管）と、内径がφＤｂ２であるパイプ部１０２（第２の配管）が設けられている。パイプ部１０１は、廃トナー搬送路５２の上流側に配置されている。パイプ部１０２は、廃トナー搬送路５２の下流側に配置されている。パイプ部１０２の内径（φＤｂ２）がパイプ部１０１の内径（φＤｂ１）よりも小さくなるように、パイプ部１０１及びパイプ部１０２が形成されている。パイプ部１０１及びパイプ部１０２によって、廃トナーが流入する配管１０４が形成されている。配管１０４は、廃トナー搬送路５２に設けられている。配管内（配管１０４内）にスクリュー２０２が設けられている。パイプ部１０２の端部に排出口（開口）である孔１０３が設けられており、孔１０３は、廃トナー搬送路５２の下流側に配置されている。

スクリュー２０２は、パイプ部１０２の孔１０３の近傍まで伸びている。即ち、スクリュー２０２の第２のスクリュー部分がパイプ部１０２の孔１０３の近傍に配置されている。図１において、パイプ部１０２の孔１０３の近傍は、スクリュー２０２の回転軸方向に直交する方向から見たとき、孔１０３と重なる領域及び孔１０３と重なる領域の周辺領域を含む。図１では、孔１０３は、スクリュー２０２の回転軸方向に直交する方向と対向するようにパイプ部１０２に設けられている。スクリュー２０２の回転軸方向に直交する方
向から見たとき、スクリュー２０２の一部（第２のスクリュー部分）と孔１０３の一部とが重なるように、スクリュー２０２が孔１０３の近傍まで伸びている。図１の構成に限らず、スクリュー２０２の回転軸方向に直交する方向から見たとき、スクリュー２０２と孔１０３とが重ならないようにしてもよい。また、孔１０３は、スクリュー２０２の回転軸方向と対向するようにパイプ部１０２に設けられてもよい。この場合、スクリュー２０２の回転軸方向から見たとき、スクリュー２０２）の一部（第２のスクリュー部分）と孔１０３の一部とが重なるように、スクリュー２０２が孔１０３の近傍まで伸びた状態となる。この構成に限らず、スクリュー２０２の回転軸方向から見たとき、スクリュー２０２と孔１０３とが重ならないようにしてもよい。

廃トナー搬送路５２に搬送された廃トナーは、パイプ部１０２の孔１０３を通って、廃トナー搬送路５３側へ押し出される。即ち、スクリュー２０２が回転することにより、パイプ部１０１内の廃トナーがパイプ部１０２内に流入し、廃トナーがパイプ部１０２の孔１０３から排出される。従って、孔１０３は、パイプ部１０２内の廃トナーを排出するための排出口である。廃トナー搬送路５２内に廃トナーが搬送されると、廃トナー搬送路５２内には、廃トナーが、図１の斜線ハッチングで示す領域Ａ１に分布し、廃トナー搬送路５２内の孔１０３の近傍側（周辺側）の領域（近傍領域）は、廃トナーが充填された状態になる。

従来の構成では、特許文献１の図９に示された配置のように、水平に配置されたスクリューの軸方向断面からみて、スクリューの上方に空間が形成されていても、トナーは、空間に侵入せず、スクリューの軸方向に搬送される。このような場合、上流のスクリューから下流のスクリューへトナーを受け渡すときにトナーに働く搬送力は、スクリューが発生するラジアル方向の搬送力と重力の合算値である。
従って、（１）下流側のスクリューが上流側のスクリューに対して鉛直方向上側に位置するときや、（２）下流側のスクリューの端部が搬送路の下流に近づくにしたがって高くなるように搬送路が傾斜しているときは、スクリューのラジアル方向の搬送力だけでは不足し、トナーをスムーズに搬送できないことがある。
上記（１）や（２）のような構成の場合、上流側スクリューと下流側スクリューの受け渡し部がボトルネックとなって搬送効率が低下する。そのため、スクリュー各々が有する最大搬送力に対して、システム全体の最大搬送力が低下してしまう。
このため、従来の画像形成装置では、プロセスカートリッジが必要とするトナー量が設定されており、設定されたトナー量を満たすために、スクリューの回転数を上げてトナー搬送量を満たしている。
しかしながら、要求されるトナー搬送量が達成される一方で、スクリューの回転数増大によって動作音が増大してしまう。また、画像形成装置の製品寿命内で、粉体搬送装置内のスクリューの累計回転数が増えるので、装置寿命が低下してしまう。
また、スクリューの回転数を上げると、トナーが搬送中に受ける、圧力や摺擦によるトナーへのダメージが増大してトナーが溶融し、最悪の場合、スクリューの回転を妨げて、搬送路が詰まってしまうことがある。

一方で本実施例では廃トナー搬送路５３（第２の搬送路）は、パイプ部１０２の孔１０３に接続されている。つまり、孔１０３を介して廃トナー搬送路５３に廃トナーが流入する。孔１０３は、廃トナー搬送路５２と廃トナー搬送路５３とを連通する連通口とも言える。これにより、廃トナー搬送路５３に流入した廃トナーが鉛直上方向に搬送される状態にあっては、廃トナー搬送路５２内の孔１０３の近傍領域が、廃トナーによって満たされている状態となる。この状態において、図１に示されたグラフは、横軸を廃トナーの搬送方向位置として、搬送路の有効断面積と、廃トナーに加わる圧力を示している。

ここで、搬送路の有効断面積について説明する。パイプ部１０１の有効断面積は、スク
リュー２０２の回転軸方向に直交する方向（以下、直交方向と表記する）におけるパイプ部１０１の断面積から、直交方向におけるスクリュー２０２の回転軸部２０２ｃの断面積を引いた面積である。換言すれば、パイプ部１０１の有効断面積は、パイプ部１０１の内壁１０１ａとスクリュー２０２の回転軸部２０２ｃとの間に形成された空間の直交方向の断面積である。パイプ部１０２の有効断面積は、直交方向におけるパイプ部１０２の断面積から、直交方向におけるスクリュー２０２の回転軸部２０２ｄの断面積を引いた面積である。換言すれば、パイプ部１０２の有効断面積は、パイプ部１０２の内壁１０２ａとスクリュー２０２の回転軸部２０２ｄとの間に形成された空間の直交方向の断面積である。廃トナー搬送路５２の有効断面積は、パイプ部１０１の有効断面積又はパイプ部１０２の有効断面積である。廃トナー搬送路５２の有効断面積は、廃トナー搬送路５２における廃トナーが通過する領域の断面積と等しい。

実施例１においては、スクリュー２０２の外径を変化させて、断面積変化点よりも下流側の廃トナー搬送路５２の有効断面積（下流側有効断面積）と断面積変化点よりも上流側の廃トナー搬送路５２の有効断面積（上流側有効断面積）とを異ならせている。即ち、下流側有効断面積が上流側有効断面積よりも小さくなるように、廃トナー搬送路５２の有効断面積が設定されている。例えば、廃トナー搬送路５２における孔１０３の近傍の有効断面積（パイプ部１０２の有効断面積）が、廃トナー搬送路５２における孔１０３の近傍以外の有効断面積（パイプ部１０１の有効断面積）よりも小さい。

廃トナーに加わる圧力は、滞留開始点から下流側に向かって徐々に上昇する。廃トナー搬送路５２の断面積当たりの廃トナー量が滞留開始点から増え始める。断面積変化点から廃トナー搬送路５２の下流側に向かって廃トナー搬送路５２の有効断面積が減少する。従って、廃トナーに加わる圧力の上昇の勾配が断面積変化点から増加し始め、最終的には廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）で廃トナーに加わる圧力が最大となる。廃トナー搬送路５２の排出口において廃トナーに加わる圧力が最大値となることで、鉛直上方向に向かって廃トナー搬送路５３が廃トナーを搬送するのに必要な圧力が確保される。これによって、廃トナー搬送路５２に廃トナーが供給されるたびに、廃トナー搬送路５２から廃トナー搬送路５３に廃トナーを流入させることができる。

従来から使用される、断面積変化点をもたない搬送構成においては、滞留開始点から搬送路の排出口へかけての廃トナーに加わる圧力の上昇の勾配が緩やかである。従って、従来構成における滞留開始点が、本実施例の構成に比べて、廃トナー搬送路５２の上流側にある。本実施例の構成のように、廃トナー搬送路５２の有効断面積を廃トナー搬送路５２の下流側で小さくすることで、滞留開始点から廃トナー搬送路５２の排出口の間に滞留する廃トナー量を相対的に少なくすることができる。

廃トナーは、加圧されることで、溶融したり、廃トナー同士がくっついたりして、搬送路内のトナー詰まりの原因となる可能性がある。本実施例の構成によれば、廃トナー搬送路５２内で滞留する廃トナー量を少なくすることで、廃トナー搬送路５２内のトナー詰まりのリスクを小さくすることができる。また、廃トナー搬送路５２の有効断面積を廃トナー搬送路５２の下流側で小さくすることによって、滞留開始点から廃トナー搬送路５２の排出口までの廃トナーの流速が上昇する。そのため、廃トナー搬送路５２内の廃トナーの移動に要する時間が短くなり、廃トナー搬送路５２内の廃トナーに圧力が加わっている時間も短くすることができる。その結果、廃トナーの溶融や廃トナー同士のくっつきを抑止することができる。

なお、本実施例では、断面積変化点から廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）までの長さと、小径スクリュー部２０２ｂの螺旋形状の一回転ピッチが同じである。断面積変化点から廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）までの領域の有効断面積（パイプ部１
０２の有効断面積）は、断面積変化点から廃トナー搬送路５２の上流側の端部までの有効断面積（パイプ部１０１の有効断面積）よりも小さい。断面積変化点から廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）までの領域において、小径スクリュー部２０２ｂが回転軸部２０２ｄの周りを少なくとも一周している。これにより、廃トナー搬送路５２において廃トナーの搬送方向と逆向きの流れが発生することが抑制され、廃トナー搬送路５２の下流側に効率よく廃トナーを搬送することができる。従って、廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）から廃トナーを効率的に排出できる。

本実施例によれば、鉛直上方向へ廃トナーを搬送する場合に、廃トナー搬送路５３への必要な流入圧力を効率よく発生できる。従って、トナー搬送路の下流側のトナー搬送効率を向上することができる。また、下流側が上流側よりも重力の影響を大きく受けるトナー搬送路におけるトナー搬送効率を向上することができる。したがって、スクリューの回転数を増大させた際に生じる、動作音が増大や装置寿命の短命化を抑制することができる。また滞留開始点を廃トナー搬送路５２の排出口（孔１０３）に近づけることにより、廃トナーに圧力が加わる領域を縮小し、廃トナー搬送路５２内の廃トナーの通過時間が減少する。これにより、廃トナーに加わるダメージを軽減できる。

また、本実施例では、廃トナー搬送路５３を鉛直方向に沿って配置している構成、即ち、廃トナー搬送路５３の長手方向（下流側スクリュー２０４の回転軸方向）が鉛直方向と一致する構成を採用しているが、この構成に限定されない。廃トナー搬送路５３の長手方向が鉛直方向と異なる構成を採用してもよい。鉛直方向に対する廃トナー搬送路５３の長手方向が傾斜する角度に関わらず、同様の効果が得られる。また、廃トナー搬送路５３の長手方向に対する廃トナー搬送路５２の長手方向（スクリュー２０２の回転軸方向）の角度に関わらず、同様の効果が得られる。

また、廃トナーに限らず、現像前のトナーなどの粉体を搬送する構成においても、同様の効果が得られる。例えば、トナー搬送装置１４に対して、廃トナー搬送路５２と同様の構成を有するトナー搬送路と、廃トナー搬送路５３と同様の構成を有するトナー搬送路とを設けてもよい。また、本実施例では、断面積変化点の前後におけるスクリュー２０２の外径などのパラメータを、それぞれ１つずつ設定している。スクリュー２０２の外径について少なくとも１段階の変化をもたせることで効果が得られるため、スクリュー２０２の外径などのパラメータを無段階に変化させてもよい。

（実施例２）
以下に、本発明に係る実施例２について説明する。実施例１と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。図４は、トナー搬送装置の説明図であり、トナー搬送装置が備える廃トナー搬送路５２の下流側内部構成を示している。配管４０１が廃トナー搬送路５２に設けられている。配管内（配管４０１内）にスクリュー４０５が設けられている。搬送部材であるスクリュー４０５は、回転軸を有し、回転可能である。スクリュー４０５は、回転軸部４０２（小径軸部）と、回転軸部４０３（大径軸部）と、スクリュー部４０４とを有する。スクリュー部４０４は、回転軸部４０２、４０３の外周に螺旋状に巻き付けて設けられている。スクリュー部４０４は、羽根形状を有する羽根部である。

スクリュー４０５は、スクリュー部４０４及び回転軸部４０２によって形成された第１のスクリュー部分と、スクリュー部４０４及び回転軸部４０３によって形成された第２のスクリュー部分とを有する。スクリュー４０５の第１のスクリュー部分（スクリュー部４０４及び回転軸部４０２）は、廃トナー搬送路５２の断面積が変化する点（断面積変化点）を境として廃トナーの搬送方向の上流側（廃トナー搬送路５２の上流側）に配置されている。スクリュー４０５の第２のスクリュー部分（スクリュー部４０４及び回転軸部４０
３）は、断面積変化点を境として廃トナーの搬送方向の下流側（廃トナー搬送路５２の下流側）に配置されている。

スクリュー部４０４の外径（スクリュー外径）がφＤａ１’である。従って、スクリュー４０５の外径（直径）がφＤａ１’である。また、スクリュー４０５の第１のスクリュー部分の外径及びスクリュー４０５の第２のスクリュー部分の外径が共にφＤａ１’である。スクリュー４０５の第１のスクリュー部分の外径（φＤａ１’）の１／２が、回転軸部４０２の回転中心線からスクリュー部４０４の外周端部までの距離である。スクリュー４０５の第２のスクリュー部分の外径（φＤａ１’）の１／２が、回転軸部４０３の回転中心線からスクリュー部４０４の外周端部までの距離である。回転軸部４０３の外径（φｄ２’）が、回転軸部４０２の外径（φｄ１’）よりも大きくなるように（φｄ１’＜φｄ２’）、回転軸部４０２及び回転軸部４０３が形成されている。

スクリュー４０５の周囲には、スクリュー４０５の外径に応じて、内径がφＤｂ１’である配管４０１（パイプ部）が設けられている。配管４０１の端部に排出口（開口）である孔４０６が設けられており、孔４０６は、廃トナー搬送路５２の下流側に配置されている。

スクリュー４０５は、配管４０１の孔４０６の近傍まで伸びている。即ち、スクリュー４０５の第２のスクリュー部分が配管４０１の孔４０６の近傍に配置されている。図４において、配管４０１の孔４０６の近傍は、スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向から見たとき、孔４０６と重なる領域及び孔４０６と重なる領域の周辺領域を含む。図４では、孔４０６は、スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向と対向するように配管４０１に設けられている。スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向から見たとき、スクリュー４０５の一部（第２のスクリュー部分）と孔４０６の一部とが重なるように、スクリュー４０５が孔４０６の近傍まで伸びている。図４の構成に限らず、スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向から見たとき、スクリュー４０５と孔４０６とが重ならないようにしてもよい。また、孔４０６は、スクリュー４０５の回転軸方向と対向するように配管４０１に設けられてもよい。この場合、スクリュー４０５の回転軸方向から見たとき、スクリュー４０５の一部（第２のスクリュー部分）と孔４０６の一部とが重なるように、スクリュー４０５が孔４０６の近傍まで伸びた状態となる。この構成に限らず、スクリュー４０５の回転軸方向から見たとき、スクリュー４０５と孔４０６とが重ならないようにしてもよい。

廃トナー搬送路５２に搬送された廃トナーは、配管４０１の孔４０６を通って、廃トナー搬送路５３側へ押し出される。即ち、スクリュー４０５が回転することにより、廃トナーが配管４０１の孔４０６から排出される。従って、孔４０６は、配管４０１内の廃トナーを排出するための排出口である。廃トナー搬送路５２内に廃トナーが搬送されると、廃トナー搬送路５２内には、廃トナーが、図４の斜線ハッチングで示す領域Ａ２に分布し、廃トナー搬送路５２内の孔４０６の近傍側（周辺側）の領域（近傍領域）は、廃トナーが充填された状態になる。

廃トナー搬送路５３（第２の搬送路）は、配管４０１の孔４０６に接続されている。孔４０６を介して廃トナー搬送路５３に廃トナーが流入する。孔４０６は、廃トナー搬送路５２と廃トナー搬送路５３とを連通する連通口とも言える。廃トナー搬送路５３に流入した廃トナーが鉛直上方向に搬送される状態にあっては、廃トナー搬送路５２内の孔４０６の近傍領域が、廃トナーによって満たされている状態となる。この状態において、図４に示されたグラフは、横軸を廃トナーの搬送方向位置として、搬送路の有効断面積と、廃トナーに加わる圧力を示している。

ここで、搬送路の有効断面積について説明する。配管４０１におけるスクリュー４０５の第１のスクリュー部分が配置された領域の有効断面積は、スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向（直交方向）における配管４０１の断面積から、直交方向における回転軸部４０２の断面積を引いた面積である。即ち、配管４０１におけるスクリュー４０５の第１のスクリュー部分が配置された領域の有効断面積（配管４０１の第１部分の有効断面積）は、配管４０１の内壁４０１ａとスクリュー４０５の回転軸部４０２との間に形成された空間の直交方向の断面積である。配管４０１におけるスクリュー４０５の第２のスクリュー部分が配置された領域の有効断面積は、スクリュー４０５の回転軸方向に直交する方向（直交方向）における配管４０１の断面積から、直交方向における回転軸部４０３の断面積を引いた面積である。即ち、配管４０１におけるスクリュー４０５の第２のスクリュー部分が配置された領域の有効断面積（配管４０１の第２部分の有効断面積）は、配管４０１の内壁４０１ａとスクリュー４０５の回転軸部４０３との間に形成された空間の直交方向の断面積である。廃トナー搬送路５２の有効断面積は、配管４０１の第１部分の有効断面積又は配管４０１の第２部分の有効断面積である。

実施例２では、スクリュー４０５の外径（φＤａ１’）を変えずに、スクリュー４０５の回転軸径を大きくする。実施例１と同様に、搬送路の有効断面積をグラフ化すると、図４に示すように、断面積変化点を境として、廃トナーの搬送方向の下流側における搬送路の有効断面積を、廃トナーの搬送方向の上流側における搬送路の有効断面積よりも小さくすることができる。例えば、廃トナー搬送路５２における孔４０６の近傍の有効断面積（配管４０１の第２部分の有効断面積）が、廃トナー搬送路５２における孔４０６の近傍以外の有効断面積（配管４０１の第１部分の有効断面積）よりも小さい。よって、廃トナーに加わる圧力は、実施例１で説明したのと同じメカニズムとなり、実施例１と同様に、鉛直上方向へ廃トナーを搬送する場合に、廃トナー搬送路５３への必要な流入圧力を効率よく発生できる。従って、トナー搬送路の下流側のトナー搬送効率を向上することができる。また、下流側が上流側よりも重力の影響を大きく受けるトナー搬送路におけるトナー搬送効率を向上することができる。滞留開始点を廃トナー搬送路５２の排出口（孔４０６）に近づけることにより、廃トナーに圧力が加わる領域縮小し、廃トナー搬送路５２内の廃トナーの通過時間が減少する。これにより、廃トナーに加わるダメージを軽減できる。

実施例２と実施例１を比較すると、搬送路の有効断面積を同じにすることで、メカニズム上は、同じ効果が期待できる。廃トナーの流量や条件によって、スクリューやスクリュー外周の部品を形状調整する場合、実施例２では、スクリューのみを変更するだけで済む。そのため、このような目的がある場合には、実施例２の構成を採用することが好ましい。本実施例ではスクリュー外径を一定としているが、実施例１と２を組み合わせて、搬送路の有効断面積を調整することも可能であり、同様の効果を得ることができる。また、実施例１と同様に、廃トナーに限らず、現像前のトナーなどの粉体を搬送する構成においても、同様の効果が得られる。

５２…廃トナー搬送路、１０１、１０２…パイプ部、１０１ａ、１０２ａ、４０１ａ…内壁、１０３、４０６…孔部、１０４、４０１…配管、２０２、４０５…スクリュー

Claims (6)

1. 第１管と、前記第１管内に設けられ回転軸線を中心に回転可能な第１スクリューと、前記第１管の前記回転軸線の方向に延びる側面に設けられ且つ水平方向を向いた開口であって前記第１スクリューによるトナー搬送方向に関し前記第１管の下流側に配置されている開口と、前記第１管の端面であって前記トナー搬送方向において前記開口よりも下流側に配置され前記回転軸線と交差する端面と、を有する第１搬送ユニットと、
   内部が前記第１管の前記開口と連通するように前記第１管と接続され、上方に向かって延びる第２管と、前記第２管内に設けられ、前記第１管の前記開口から受け入れたトナーを上方に向かって搬送する第２スクリューと、を有する第２搬送ユニットと、
   前記第１スクリュー及び前記第２スクリューを回転させるための駆動力を供給するための駆動部と、
   を備えるトナー搬送装置であって、
   前記第１スクリューは、前記回転軸線に直交する方向にみたときに前記開口とオーバラップするように延びており、
   前記回転軸線に直交する方向に見たときに前記開口とオーバラップする前記第１管の第１部分の内径は、前記回転軸線に直交する方向にみたときに前記開口とオーバラップせず且つ前記トナー搬送方向の上流側において前記第１部分と隣り合う前記第１管の第２部分の内径よりも小さく、
   前記第１管の内壁と前記第１スクリューとの間に形成された空間の前記回転軸線に直交する断面積に関し、前記回転軸線の方向において前記第１部分に対応する位置の前記断面積の方が前記回転軸線の方向において前記第２部分に対応する位置の前記断面積よりも小さい、
   ことを特徴とするトナー搬送装置。
2. 前記回転軸線の方向において前記第１管の第１部分に対応する前記第１スクリューの第３部分の外径の方が、前記回転軸線の方向において前記第１管の第２部分に対応する前記第１スクリューの第４部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のトナー搬送装置。
3. 前記第１スクリューは、回転軸部と、前記回転軸部の外周に螺旋状に設けられた羽根部
   と、
   を有し、
   前記回転軸線の方向において前記第１管の第１部分に対応する前記回転軸部の第３部分の外径の方が、前記回転軸線の方向において前記第２部分に対応する前記回転軸部の第４部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のトナー搬送装置。
4. 前記第１スクリューは、回転軸部と、前記回転軸部の外周に螺旋状に設けられた羽根部と、
   を有し、
   前記回転軸線の方向において前記第１管の第１部分に対応する前記回転軸部の第３部分の外径の方が、前記回転軸線の方向において前記第２部分に対応する前記回転軸部の第４部分の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のトナー搬送装置。
5. 前記第１スクリューは、回転軸部と、前記回転軸部の外周に螺旋状に設けられた羽根部と、
   を有し、
   前記第１管の前記第１部分において、前記羽根部が前記回転軸部の周りを少なくとも一周していることを特徴とする請求項３又は４に記載のトナー搬送装置。
6. 記録材にトナーを転写して、前記記録材に画像を形成する画像形成部と、
   前記記録材に転写されなかった残トナーを収容する収容部と、
   前記収容部に前記残トナーを搬送するトナー搬送部と、
   を備える画像形成装置であって、
   前記トナー搬送部が、請求項１から５の何れか一項に記載のトナー搬送装置であることを特徴とする画像形成装置。
   

Images