JP4597227B2 - トナーカートリッジ及びこれを用いた現像装置と画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーカートリッジ及びこれを用いた現像装置と画像形成装置に係り、特に、トナーを用いて画像形成を行う静電複写機、レーザープリンタおよびファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナーカートリッジ及びこれを用いた現像装置と画像形成装置に関する。

従来、トナーを用いた複写装置やファクシミリ装置などの静電電子写真方式を利用した画像形成装置では、トナーカートリッジなどを用いたトナー補給装置により現像装置にトナーを供給して画像出力の連続運転を行うようにされている。

このように構成された画像形成装置は、一般に帯電、露光、現像、転写、剥離、クリーニング、除電、および定着の各工程からなる。

画像を形成する工程は、例えば、帯電装置によって回転駆動される感光体ドラムの表面を均一に帯電され（帯電工程）、露光装置によって帯電した感光体ドラム表面にレーザ光を照射され静電潜像が形成される（露光工程）。続いて、現像装置によって感光体ドラム上の静電潜像が現像され感光体ドラム表面上にトナー像が形成される（現像工程）。

そして、転写装置によって感光体ドラム上のトナー像は転写材上に転写され（転写工程）、その後、定着装置によって加熱されることによって、トナー像は転写材上に固定される（定着工程）。

また、感光体ドラム表面上に残った転写残留トナーは、クリーニング装置により除去され所定の回収部に回収され（クリーニング工程）、クリーニングされた後の感光体ドラム表面は、除電装置により残留電荷が除去され次の画像形成に備える（除電工程）。

感光体ドラム上の静電潜像を現像する現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤やトナーとキャリアとからなる二成分現像剤が一般に用いられる。一成分現像剤は、キャリアを使用しないことから、トナーとキャリアを均一に混合するための撹拌機構などを必要としないことから、現像装置がシンプルになるといった利点を有するが、トナーの帯電量が安定しにくい等の欠点がある。一方、二成分現像剤は、トナーとキャリアを均一に混合するための撹拌機構などを必要とすることから、現像装置が複雑になるといった欠点を有するが、帯電量の安定性や高速機への適合性に優れることから、高速画像形成装置やカラー画像形成装置によく使用されている。

二成分現像剤においては、トナーが消費されると、現像槽内のトナー中におけるトナー濃度が所定値以下となることがないように、トナーがトナーカートリッジから現像装置内に補給されるようになっている。

近年においては、ユーザーの省エネルギー化や高画質化に対する要望に応えるため、軟化温度が低く、体積平均粒径が５〜９μｍの小粒径トナーが使用されるようになってきている。しかしながら、このようなトナーは、低温での定着温度での定着を可能とし、高解像度化や粒状感の低減といった高画質化に有効であるが、トナーの流動性が低く、トナーカートリッジ内でトナーが凝集しやすいという問題があった。

そこで、トナー凝集といった問題の対策として、例えば、トナーカートリッジにおいて、トナー収容部内に収容されるトナーをトナー排出口に移送する螺旋状のトナー搬送部を有するトナー搬送部を備え、そのトナー搬送部の螺旋ピッチを、トナー排出口から遠ざかるにつれてトナー搬送部のピッチ間隔が短くなるように構成したトナーカートリッジが開示されている（特許文献１を参照）。
特開平１０−１４９００５号公報

しかしながら、上述した従来の方式では、トナーカートリッジを大型化した場合、或いはトナーカートリッジ内にトナーが大量に残っている場合には、トナーの自重と螺旋状のトナー搬送部の回転によりトナーが圧縮されるため、トナーの外添剤がトナーのコア粒子を構成するバインダー樹脂中に埋没し、トナーの流動性が低下するなどの問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、トナーカートリッジ内のトナー凝集やトナーの流動性の低下を防ぎ、トナー残量が少なくなった状態においてもトナー排出量が低下しないトナーカートリッジ及びこれを用いた現像装置と画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明に係るトナーカートリッジ及びこれを用いた現像装置と画像形成装置の各構成は、次の通りである。
本発明は、トナーを収容するトナー収容部と、トナー収容部内のトナーを外部に排出するトナー排出口と、回転することによりトナー収容部内のトナーを撹拌するトナー撹拌部材と、回転することによりトナー収容部内のトナーを前記トナー排出口に向けて移送する螺旋状のトナー搬送部を有するトナー排出部材と、トナー収容部内を前記トナー撹拌部材が配置される側と前記トナー排出部材が配置される側とに区分けする隔壁部とを備え、前記トナー排出口は、前記トナー排出部材の回転軸線方向の一端部側に配置され、前記トナー収容部は、前記トナー排出部材と前記トナー排出口とが対向する位置付近で、前記トナー排出部材の外周を包囲するように構成され、前記トナー排出部材は、前記トナー搬送部を支持するトナー排出部材回転軸を備え、前記トナー排出部材回転軸は、その軸径が前記トナー排出口から前記トナー排出部材回転軸の軸線方向に沿って離れるに連れて小さく形成されたトナーカートリッジにおいて、前記隔壁部を、鉛直方向の高さがトナー排出部材の回転軸の高さ以上で、且つ、前記トナー搬送部の高さ以下で構成し、前記トナー搬送部を、少なくとも一部の螺旋ピッチが前記トナー排出口から前記トナー排出部材の回転軸線方向に沿って離れるに連れて大きく形成することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記トナー排出部材として、スクリューオーガを用いることが好ましい。

さらに、本発明は、補給トナーが収容されたトナーカートリッジが着脱可能に構成され、且つ前記トナーカートリッジからトナーを補給するように構成され、表面に静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置において、前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることを特徴とするものである。

また、本発明は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置と、感光体ドラム表面に静電潜像を形成する露光装置と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給するトナーカートリッジと、感光体ドラム表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、トナーを収容するトナー収容部と、トナー収容部内のトナーを外部に排出するトナー排出口と、回転することによりトナー収容部内のトナーを撹拌するトナー撹拌部材と、回転することによりトナー収容部内のトナーを前記トナー排出口に向けて移送する螺旋状のトナー搬送部を有するトナー排出部材と、トナー収容部内を前記トナー撹拌部材が配置される側と前記トナー排出部材が配置される側とに区分けする隔壁部とを備え、前記トナー排出口は、前記トナー排出部材の回転軸線方向の一端部側に配置され、前記トナー収容部は、前記トナー排出部材と前記トナー排出口とが対向する位置付近で、前記トナー排出部材の外周を包囲するように構成され、前記トナー排出部材は、前記トナー搬送部を支持するトナー排出部材回転軸を備え、前記トナー排出部材回転軸は、その軸径が前記トナー排出口から前記トナー排出部材回転軸の軸線方向に沿って離れるに連れて小さく形成されたトナーカートリッジにおいて、前記隔壁部を、鉛直方向の高さがトナー排出部材の回転軸の高さ以上で、且つ、前記トナー搬送部の高さ以下で構成し、前記トナー搬送部を、少なくとも一部の螺旋ピッチが前記トナー排出口から前記トナー排出部材の回転軸線方向に沿って離れるに連れて大きく形成することで、トナー排出口から遠い程速く、トナー排出口に近い程穏やかに、トナー搬送を行うことができるので、トナー排出口周辺のトナー密度や圧力の変動が少なくなるため、トナー排出口付近においてトナー凝集やトナーの流動性の低下を防ぐことができる。また、トナー残量が少なくなった状態においてもトナー排出口周辺にトナー溜まりが形成されるので、トナー排出口周辺のトナー密度や圧力が一定になり、トナー排出量が低下することなく安定してトナーを排出することができる。

また、本発明によれば、前記トナー排出部材として、スクリューオーガを用いることで、前記トナー排出部材の回転によりトナーがスムーズに搬送されるので、トナー搬送量が安定することにより、トナー排出口周辺のトナー密度や圧力が一定になり、安定してトナーを排出することができる。

さらに、本発明によれば、補給トナーが収容されたトナーカートリッジが着脱可能に構成され、且つ前記トナーカートリッジからトナーを補給するように構成され、表面に静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置において、前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることで、トナーカートリッジから補給されるトナー量が安定するので、トナー濃度の制御性に優れた現像装置を実現できる。

また、本発明によれば、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置と、感光体ドラム表面に静電潜像を形成する露光装置と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給するトナーカートリッジと、感光体ドラム表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることで、二成分現像剤のトナー濃度が安定するので、カブリや画像濃度ムラのない安定した画像が得られる画像形成装置を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は発明を実施する形態の一例であって、本発明に係るトナーカートリッジが用いられた画像形成装置の全体の構成を示す説明図、図２は前記画像形成装置を構成するトナーカートリッジと現像装置周辺を示す正面断面図、図３は前記トナーカートリッジの構成を示す正面断面図、図４は図２のＡ−Ａ断面矢視図である。

本実施形態は、図１に示すように、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム１７と、感光体ドラム１７の表面を帯電させる帯電装置２５と、感光体ドラム１７の表面に静電潜像を形成する露光装置２２と、感光体ドラム１７の表面にトナーを供給して静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置２０と、現像装置２０にトナーを供給するトナーカートリッジ１０を備え、電子写真方式により感光体ドラム１７上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化するようにした画像形成装置３０において、トナーカートリッジ１０として、本発明に係るトナーカートリッジの構成を採用したものである。

本実施形態に係るトナーカートリッジ１０は、図２に示すように、回転することによりトナー容器（トナー収容部）１内のトナーをトナー容器１外部に排出するトナー排出部材３と、トナー容器１内のトナーを撹拌するトナー撹拌部材８とを備え、画像形成装置３０に搭載された現像装置２０に対して着脱可能に構成されている。

まず、画像形成装置３０の全体構成について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置３０は、図１に示すように、トナーカートリッジ１０、現像装置２０、感光体ドラム１７、帯電装置２５、露光装置２２、クリーニング装置２６、転写装置２４、定着装置２３、給紙カセット２１、排紙トレイ２９、及びスキャナユニット３１を備える。

感光体ドラム１７は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に支持され、その表面に静電潜像ひいてはトナー像が形成されるローラ状部材で構成されている。感光体ドラム１７には、例えば、図示しない導電性基体と、導電性基体表面に形成されるローラ状部材を使用できる。導電性基体には、円筒状、円柱状、シート状などの導電性基体を使用でき、その中でも円筒状導電性基体が好ましい。感光体ドラム１７としては、有機感光体ドラム、無機感光体ドラムなどが挙げられる。

有機感光体ドラムとしては、電荷発生物質を含む樹脂層である電荷発生層と、電荷輸送物質を含む樹脂層である電荷輸送層との積層感光体ドラム、もしくは１つの樹脂層中に電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む単層感光体ドラムなどが挙げられる。

無機感光体ドラムとしては、酸化亜鉛、セレン、アモルファスシリコンなどから選ばれる１種または２種以上を含む膜が挙げられる。導電性基体と感光体ドラムとの間には、下地膜を介在させてもよく、感光体ドラムの表面には主に感光体ドラムを保護するための表面膜（保護膜）を設けてもよい。

帯電装置２５は、感光体ドラム１７にコロナ放電を行うものであり鋸歯型帯電器が採用されている。この帯電装置２５として、鋸歯型帯電器以外に、チャージャー型帯電器、帯電ブラシ型帯電器、ローラ状帯電器、磁気ブラシなどの接触方式の帯電器などが使用できる。

また、帯電装置２５には図示しない電源が接続され、帯電装置２５に電圧を印加する。すなわち、帯電装置２５は、電源から電圧の印加を受けて、感光体ドラム１７表面を所定の極性および電位に帯電させるようにされている。

露光装置２２は、スキャナユニット３１において読み取られる原稿の画像情報または外部機器からの画像情報が入力され、画像情報に応じた信号光を帯電状態にある感光体ドラム１７表面に照射する。これによって、感光体ドラム１７表面に、画像情報に応じた静電潜像が形成される。この露光装置２２として、光源を含むレーザスキャニング装置が用いられる。

レーザスキャニング装置は、たとえば、光源、ポリゴンミラー、ｆθレンズ、反射ミラーなどを組合せた装置である。光源としては、たとえば、半導体レーザ、ＬＥＤアレイ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子などを使用できる。

現像装置２０は、図２に示すように、トナーカートリッジ１０、現像槽１１、撹拌ローラ１３、現像ローラ１２、規制部材１４及びトナー濃度検知センサ１５を備えている。

現像槽１１は、内部空間を有するほぼ半円筒状の容器部材であり、撹拌ローラ１３、現像ローラ１２を回転自在に支持し、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を収容する。

撹拌ローラ１３は、図示しない駆動手段によって回転駆動し、現像槽１１内に収容される２成分現像剤を撹拌するものである。

現像ローラ１２は、ローラ状部材で構成され、２成分現像剤を感光体ドラム１７へと搬送するものであり、図示しない駆動手段によって軸心回りに回転駆動する。また、現像ローラ１２は、現像槽１１の開口部１６を介して感光体ドラム１７に対向し、感光体ドラム１７に対して間隙を有して離隔するように設けられる。

現像ローラ１２で搬送される２成分現像剤は、現像ローラ１２の最も近接した部分で感光体ドラム１７と接触する。この接触領域が現像ニップ部であり、この現像ニップ部では、現像ローラ１２に接続される図示しない電源から現像ローラ１２に対して現像バイアス電圧が印加され、現像ローラ１２表面の現像剤から感光体ドラム１７表面の静電潜像へトナーが供給される。

規制部材１４は、現像ローラ１２の軸線方向に沿って平行に延びる板状部材で構成され、現像ローラ１２の鉛直方向上方において、その短手方向の一端が現像槽１１によって支持され、かつ他端が現像ローラ１２表面に対して間隙を有して離隔するように設けられる。この規制部材１４の材料としては、ステンレス鋼が使用できるが、アルミニウムや合成樹脂なども使用できる。

トナー濃度検知センサ１５は、撹拌ローラ１３の鉛直方向下方の現像槽１１底面に装着され、センサ面（上面）１５aが現像槽１１の内部に露出するように設けられる。トナー濃度検知センサ１５は、図示しない制御手段に電気的に接続される。この制御手段は、トナー濃度検知センサ１５による検知結果に応じて、トナー排出部材３を回転駆動させ、トナー排出口２を介して現像槽１１内部にトナーを供給するように制御する。

例えば、制御手段は、トナー濃度検知センサ１５による検知結果がトナー濃度設定値よりも低いと判定されると、トナー排出部材３を回転駆動させる駆動手段に制御信号を送り、トナー排出部材３を回転駆動させる。

トナー濃度検知センサ１５には一般的な検知センサを使用できる。例えば、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。

透磁率検知センサは、制御電圧の印加を受けてトナー濃度の検知結果を出力電圧値として出力する型式のセンサであり、基本的に出力電圧の中央値近傍の感度がよいため、その付近の出力電圧が得られるような制御電圧を印加して用いられる。このような型式の透磁率検知センサは市販されており、たとえば、ＴＳ−Ｌ、ＴＳ−Ａ、ＴＳ−Ｋ（いずれも商品名、ＴＤＫ（株）社製）などが挙げられる。

透磁率検知センサを用いたトナー濃度検知センサ１５には、図示しない電源が接続される。電源は、トナー濃度検知センサ１５を駆動させるための駆動電圧およびトナー濃度の検知結果を制御手段に出力するための制御電圧をトナー濃度検知センサ１５に印加する。電源によるトナー濃度検知センサ１５への電圧の印加は、制御手段によって制御される。

転写装置２４は、ローラ状部材で構成され、図示しない支持部材によって回転自在に支持されかつ図示しない駆動手段によって回転可能に設けられ、かつ感光体ドラム１７に圧接するように設けられている。

転写装置２４には、例えば、直径８〜１０ｍｍの金属製芯金と、金属製芯金の表面に形成される導電性弾性層とを含むローラ状部材が用いられる。金属製芯金を形成する金属としては、ステンレス鋼、アルミニウムなどを使用できる。導電性弾性層としては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、発泡ＥＰＤＭ、発泡ウレタンなどのゴム材料にカーボンブラックなどの導電材を配合したゴム材料を使用できる。

感光体ドラム１７と転写装置２４との圧接部（転写ニップ部）に、感光体ドラム１７の回転によってトナー像が搬送されるのに同期して、給紙カセット２１から給紙ローラ２７を介して記録媒体が１枚ずつ供給される。

記録媒体が感光体ドラム１７と転写装置２４との転写ニップ部を通過することによって、感光体ドラム１７表面のトナー像が記録媒体に転写される。
転写装置２４には図示しない電源が接続され、トナー像を記録媒体に転写する際に、トナー像を構成するトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を転写装置２４に印加する。これによって、トナー像が記録媒体に円滑に転写される。

クリーニング装置２６は、図示しないクリーニングブレードと、図示しないトナー貯留槽とを備えている。クリーニングブレードは、感光体ドラム１７の軸線方向に沿って平行に延設された板状部材で構成され、この板状部材の短手方向の一端が感光体ドラム１７表面に当接するように設けられている。このクリーニングブレードは、回転する感光体ドラム１７表面に当接することで、記録媒体にトナー像を転写した後に感光体ドラム１７表面に残留するトナー、紙粉などを感光体ドラム１７表面から取り除くようになっている。トナー貯留槽は、内部空間を有する容器状部材で構成され、クリーニングブレードによって除去されたトナーを一時的に貯留する。このように構成されたクリーニング装置２６によって、トナー像を転写した後の感光体ドラム１７表面が清浄化される。

定着装置２３は、定着ローラ３２と加圧ローラ３３とを備えている。定着ローラ３２は、ローラ状部材で構成され、図示しない支持部材によって回転自在に支持され、かつ図示しない駆動手段によって軸線回りに回転可能に設けられている。この定着ローラ３２は、その内部に図示しない加熱部材を有し、転写ニップ部から搬送される記録媒体に担持される未定着トナー像を構成するトナーを加熱し、溶融させて記録媒体に定着させるようになっている。

定着ローラ３２は、例えば、芯金と、弾性層とを含むローラ状部材により構成されている。芯金は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属によって形成される。弾性層は、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料で形成される。加熱部材は図示しない電源から電圧印加を受けて発熱する。加熱部材としてハロゲンランプ、赤外線ランプなどを使用できる。

加圧ローラ３３は、ローラ状部材で構成され、回転自在に支持されかつ図示しない加圧部材によって定着ローラ３２に対して圧接するように設けられている。この加圧ローラ３３は、定着ローラ３２の回転に従動回転するようにされている。定着ローラ３２と加圧ローラ３３との圧接部が定着ニップ部である。

加圧ローラ３３は、定着ローラ３２によるトナー像の記録媒体への加熱定着に際し、溶融状態にあるトナーを記録媒体に対して押圧することによって、トナー像の記録媒体への定着を促進する。加圧ローラ３３として、定着ローラ３２と同じ構成のローラ状部材を使用できる。また、加圧ローラ３３の内部にも加熱部材を設けてもよい。この加熱部材として定着ローラ３２内部の加熱部材と同様のものを使用できる。

定着装置２３においては、トナー像が転写された記録媒体が定着ニップ部を通過する際、トナー像を構成するトナーを溶融させるとともに記録媒体に押圧され、トナー像が記録媒体に定着する。画像が印刷された記録媒体は、排紙ローラ２８を介して、排紙トレイ２９に排出される。

給紙カセット２１は、普通紙、コート紙、カラーコピー用紙、ＯＨＰフィルムなどの記録媒体を収容するトレイである。図示しないピックアップローラと、搬送ローラとによって、感光体ドラム１７表面のトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、記録媒体が１枚ずつ送給される。

スキャナユニット３１には図示しない原稿セットトレイ、自動反転原稿搬送装置（ＲＡＤＦ、Reversing Automatic Document Feeder）などが設けられるとともに、図示しない原稿読み取り装置が設けられる。

自動反転原稿搬送装置は、原稿セットトレイに載置される原稿を原稿読み取り装置の原稿載置台に搬送する。原稿読み取り装置は、原稿載置台と、原稿走査装置と、反射部材と、光電変換素子（Charge Coupled Device、以下「ＣＣＤ」と称する。）を用いたラインセンサなどを含み、原稿載置台に載置される原稿の画像情報を複数ライン毎、例えば１０ライン毎に読み取る。

原稿載置台は、画像情報を読み取る原稿を載置するためのガラス製板状部材である。
原稿走査装置は、図示しない光源と第１の反射ミラーとを含み、原稿載置台の鉛直方向下面に沿って平行に一定速度Ｖで往復移動し、原稿載置台に載置される原稿の画像形成面に光を照射する。光の照射によって反射光像が得られる。

光源は、原稿載置台に載置される原稿に照射する光の光源である。
第１の反射ミラーは、反射光像を反射部材に向けて反射する。
反射部材は、図示しない第２の反射ミラーと第３の反射ミラーと光学レンズとを含み、原稿走査装置で得られる反射光像を光電変換素子ライセンサ上で結像させる。また、反射部材は、原稿走査装置の往復移動に追随してＶ／２の速度で往復移動する。

第２，第３の反射ミラーは、反射光像が光学レンズに向うように反射光像を反射させる。光学レンズは、反射光像を光電変換素子ライセンサ上に結像させる。ＣＣＤライセンサは、光学レンズによって結像される反射光像を電気信号に光電変換する図示しないＣＣＤ回路を含み、画像情報である電気信号を制御手段の中の画像処理部に出力する。

画像処理部は、原稿読み取り装置またはパーソナルコンピュータなどの外部装置から入力される画像情報を電気信号に変換し、露光装置２２に出力する。

次に、本実施形態に係る特徴的なトナーカートリッジ１０について図面を参照して詳細に説明する。
図５は図２のＢ−Ｂ断面矢視図である。

トナーカートリッジ１０は、図２，図３に示すように、トナー容器１、トナー撹拌部材８、トナー汲み上げブレード９、トナー排出部材３、及びトナー排出口２を備えている。トナー排出部材３、トナー撹拌部材８は、図示しない歯車伝達機構および駆動モータからの駆動力により回転するように構成されている。

トナー容器１は、内部空間を有する略半円筒状の容器部材であり、その内部にトナーを収容するとともに、トナー撹拌部材８、トナー排出部材３を回転自在に支持している。

また、トナー容器１は、図２，図４に示すように、トナー排出部材３の軸方向一端部が突出して形成され、その突出部のトナー排出部材３の鉛直方向下部に矩形状に開口されたトナー排出口２が設けられている。

トナー排出口２は、図１，図２に示すように、トナーカートリッジ１０を画像形成装置３０に装着した際に、画像形成装置３０が備える現像装置２０を臨む位置に配置されるようになっている。

トナー撹拌部材８は、回転軸８ａ、撹拌ギア８ｂ及びトナー汲み上げブレード９が一体的に設けられ、撹拌ギア８ｂを介して駆動力が伝達されて回転軸８ａを中心に回転することにより、トナー容器１内に収容されるトナーを撹拌するものである。

トナー汲み上げブレード９は、可撓性を有する０．５〜２ｍｍ程度の厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートからなり、トナー容器１内のトナーを汲み上げてトナー排出部材３へ搬送するために、トナー撹拌部材８の両端に取付けられる。

本実施形態に係るトナーカートリッジ１０は、図２に示すように、回転することによりトナー容器（トナー収容部）１内のトナーをトナー容器１外部に排出するトナー排出部材３と、トナー容器１内のトナーを撹拌するトナー撹拌部材８とを備え、画像形成装置３０に搭載された現像装置２０に対して着脱可能に構成されている。

トナー排出部材３は、図２，図４に示すように、トナー汲み上げブレード９によって搬送されたトナーをトナー排出口２から現像槽１１に供給するもので、トナー排出部材回転軸３ａ、排出ギア３ｂとトナー搬送部６とを備え、トナー排出部材回転軸３ａの軸径は、トナー排出口２からトナー排出部材３の回転軸３ａの軸線方向に沿って離れるに連れて小さくなるように形成されている。

具体的には、トナー排出部材回転軸３ａの軸径は、図４に示すように、トナー排出口２付近の軸径３ｄ１よりもトナー排出口２から離れた位置、例えば、トナーカートリッジ１０の中央付近に位置する軸径３ｄ２が小径となるように形成されている。

トナー搬送部６は、螺旋状で連続した羽根体で形成された、いわゆるスクリューオーガまたはスパイラルコイルで構成され、排出ギア３ｂを介して図示しない駆動モータの駆動力によって回転するようになっている。

トナー搬送部６の螺旋状に巻回される向きは、図４に示すように、トナー排出部材３の軸方向一端からトナー排出口２側に向けてトナーが搬送されるように設定されている。

トナー排出部材３とトナー撹拌部材８との間には、図４，図５に示すように、トナー排出部材３の軸線方向に沿ってトナー容器１内部をトナー排出部材３側とトナー撹拌部材８側とに区分けするトナー排出部材隔壁（隔壁部）４が設けられる。このトナー排出部材隔壁４によって、トナー撹拌部材８によって汲み上げられたトナーがトナー排出部材３の周辺に適量保持されるようになっている。

次に、画像形成装置３０においてトナーカートリッジ１０から現像装置２０にトナー補給を行う動作について説明する。

トナーカートリッジ１０により現像装置２０にトナーを補給する場合は、図２に示すように、トナーカートリッジ１０において、トナー撹拌部材８を矢印Ｅ方向に回転させてトナー容器１内のトナーを撹拌しながら、トナー汲み上げブレード９によってトナーをトナー排出部材３側へ汲み上げる。

この時、トナー汲み上げブレード９は、ブレードを構成する素材の有する可撓性によってトナー容器１の内壁１ａに摺接しながら変形しつつ回転し、回転方向下流側のトナー、すなわち、図２中のトナー容器１内で右側（現像装置２０寄り）でトナー汲み上げブレード９の上方に位置するトナーをトナー排出部材３側に供給する。

トナー排出部材３側に供給されたトナーは、トナー排出部材隔壁４によりトナー排出部材３の上に所定量溜められ、余分なトナーはトナー撹拌部材８側へ落下する。これにより、トナー排出部材３で搬送されるトナー量を一定にすることができる。

そして、トナー排出部材３側に供給されたトナーは、トナー排出部材３の回転によってトナー排出口２に向かって搬送され、トナー排出口２を通って現像装置２０に供給される。

尚、トナー排出部材隔壁４の鉛直方向高さは、トナー排出部材３の回転中心の高さ以上で、且つトナー排出部材３の高さ以下で形成することが好ましい。
その理由として、トナー排出部材隔壁４をトナー排出部材３の高さを越えて形成すると、トナー排出部材３の回転によるトナーの搬送による作用とトナーの自重によりトナー密度が高くなり、トナーのコア粒子を形成するバインダー樹脂に外添剤が強固に付着してトナー流動性が低下しやすくなる。一方、トナー排出部材隔壁４をトナー排出部材３の回転中心高さ未満で形成されると、トナー排出口２周辺に安定した量のトナー溜まりが形成されにくくなり、トナー排出量が変化しやすくなる。

本実施形態では、トナー排出部材３が、トナー排出部材回転軸３ａと螺旋状で連続した羽根体で形成されたトナー搬送部６とを備え、トナー排出部材回転軸３ａの軸径を、トナー排出口２からトナー排出部材回転軸３ａの軸線方向に沿って離れるに連れて小さくすること、すなわち、トナー搬送部６の羽根の断面積が大きくすることにより、トナー排出口２から遠い所に位置するトナーほど搬送能力が高くなる。その結果、トナー汲み上げブレード９によって供給されるトナー量が少なくなっても、トナー排出口２周辺にトナーが集結されるので安定した量のトナー溜まりを形成できるので、トナー排出口２周辺のトナー密度や圧力を一定にでき、トナー排出口２からのトナー排出量を安定させることができる。

ここで、本実施形態に係るトナーカートリッジによるトナー排出作用と一般的な構成による従来のトナーカートリッジによるトナー排出作用について、図面を参照して比較する。

図６は本実施形態に係るトナー排出部材回転軸の軸径が、トナー排出口からトナー排出部材回転軸の軸線方向に沿って離れるに連れて小さくなるトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が多い場合のトナーの搬送状態を示す説明図、図７は前記トナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が少ない場合のトナーの搬送状態を示す説明図、図８は従来のトナー排出部材回転軸の軸径が等しいトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が多い場合のトナーの搬送状態を示す説明図、図９は前記従来のトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が少ない場合のトナーの搬送状態を示す説明図である。

まず、従来のトナーカートリッジの一例として、図８及び図９に示すように、例えば、トナー排出部材１０３のトナー排出部材回転軸１０３ａの軸径が等しいトナーカートリッジ１１０によるトナー排出作用について説明する。

トナーカートリッジ１１０内のトナー量が多い場合は、図８に示すように、図示しないトナー撹拌部材によりトナー排出部材１０３側に大量のトナーが供給されると、トナー排出口１０２周辺（トンネル入口１０１ｂ）に十分な量のトナー溜まりが形成される。これにより、トナー排出口１０２から安定したトナー量を排出することができる。図中の符号１０４はトナー排出部材隔壁、Ｔは排出されるトナーを示す。

しかしながら、トナーカートリッジ１１０内のトナー量が少ない場合には、図９に示すように、トナー撹拌部材によりトナー排出部材１０３に供給されるトナー量が少なくなり、トナー排出口１０２周辺にはトナー溜まりが形成されなくなる。これにより、トナー排出口１０２から排出されるトナー量が減少する。

従って、従来のトナーカートリッジ１１０では、トナーカートリッジ１１０内のトナー量が変化することにより、トナー排出部材１０３側に供給されるトナー量が変化し、これにより、トナー排出部材１０３側に溜まるトナー量Ｔ１０１，Ｔ１０２が変化して、現像装置２０に対して安定したトナー補給を行うことができない。

一方、本実施形態に係るトナーカートリッジ１０では、トナーカートリッジ１０内のトナー量が多い場合は、図６に示すように、トナー撹拌部材８よりトナー排出部材３側に大量のトナーが供給されるが、トナー排出部材隔壁４によりトナー排出部材３側に溜まるトナー量が限られるので、トナー排出口２周辺（トンネル状の入り口１ｂ）に安定した量のトナー溜まりが形成される。これにより、トナー排出部材３により搬送されるトナー量を一定にして、トナー排出口２から安定したトナー量を排出することができる。

また、トナー容器１内のトナー量が少ない場合は、図７に示すように、トナー撹拌部材８よりトナー排出部材３側に供給されるトナー量が少なくなるが、トナー排出部材３により搬送されるトナーは、トナー排出口２から遠い所に位置するトナーほど搬送速度が速くなるため、トナーがトナー搬送方向下流側に集結されるので、トナー排出口２周辺に安定した量のトナー溜まりを形成できる。これにより、トナー排出口２付近のトナー密度や圧力の変動が少なくなり、トナー排出口２から安定したトナー量を排出することができる。

従って、本実施形態に係るトナーカートリッジ１０によれば、トナーカートリッジ１０内のトナー量によってトナー排出部材３側に供給されるトナー量が変化して、トナー排出部材３側に溜まるトナー量Ｔ１，Ｔ２が変化しても、現像装置２０に対して安定したトナー補給を行うことができる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、トナーカートリッジ１０に螺旋状のトナー搬送部６を備えたトナー排出部材３を設けて、該トナー排出部材回転軸の軸径が、トナー排出口２からトナー排出部材回転軸３ａの軸線方向に沿って離れるに連れて小さく形成することで、トナーの搬送能力をトナー排出口２から遠い程高く、トナー排出口２に近い程低くできるので、トナー残量が少なくなった状態においてもトナー排出口周辺にトナー溜まりが形成されるので、トナー排出口周辺のトナー密度や圧力が一定になり、トナー排出量が低下することなく安定してトナーを排出することができる。

また、トナーカートリッジ１０内のトナー残量が少なくなった状態においても、トナー排出部材３によりトナー排出口２周辺にトナーを集結させて安定した量のトナー溜まりを形成できるので、トナー排出量が低下することなく、現像装置２０への安定したトナー補給を実現できる。

従って、本実施形態に係る画像形成装置３０によれば、トナーカートリッジ１０により現像装置２０に対して安定したトナー補給を行うことができるので、高品位の画像を安定して出力することが可能になる。

また、本実施形態によれば、トナー搬送部６をドリル状のスクリューオーガで構成することで、トナー搬送部６の回転によりトナーをスムーズに搬送することができるので、トナー搬送量を安定させることができる。

また、本実施形態によれば、トナー容器１内のトナー排出口２の周囲を、トナー排出部材３の外周を覆うようにトンネル状に形成することで、トナー撹拌部材８によるトナー排出口２上部へのトナー供給量が規制できるので、トナー排出口２周辺のトナー密度や圧力を一定にすることができる。これにより、トナー排出口２から排出されるトナー量を安定させることができる。

次に、本発明に係るトナーカートリッジのその他の実施形態について説明する。
図１０は本発明の他の実施形態に係るトナーカートリッジの構成を示す説明図である。

その他の実施形態として、トナーカートリッジ５０は、図１０に示すように、トナー容器４１、トナー撹拌部材４８、トナー汲み上げブレード４９、トナー排出部材４３、及びトナー排出口４２を備えている。トナー排出部材４３、トナー撹拌部材４８は、図示しない歯車伝達機構および駆動モータからの駆動力により回転するように構成されている。

トナー容器４１は、上述した実施形態におけるトナー容器１と同様に内部空間を有する略半円筒状の容器部材であり、その内部にトナーを収容するとともに、トナー撹拌部材４８、トナー排出部材４３を回転自在に支持している。トナー排出部材４３とトナー撹拌部材４８との間には、トナー排出部材４３の軸線方向に沿ってトナー容器４１内部をトナー排出部材４３側とトナー撹拌部材４８側とに区分けするトナー排出部材隔壁（隔壁部）４４が設けられる。

また、トナー容器４１は、図１０に示すように、トナー排出部材４３の軸方向一端部が突出して形成され、その突出部のトナー排出部材４３の鉛直方向下部に矩形状に開口されたトナー排出口４２が設けられている。

トナー撹拌部材４８は、回転軸４８ａ、撹拌ギア４８ｂ及びトナー汲み上げブレード４９が一体的に設けられ、撹拌ギア４８ｂを介して駆動力が伝達されて回転軸４８ａを中心に回転することにより、トナー容器４１内に収容されるトナーを撹拌するものである。

トナー汲み上げブレード４９は、可撓性を有する０．５〜２ｍｍ程度の厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートからなり、トナー容器１内のトナーを汲み上げてトナー排出部材４３へ搬送するために、トナー撹拌部材４８の両端に取付けられる。
トナー排出部材４３は、図１０に示すように、トナー汲み上げブレード４９によって搬送されたトナーをトナー排出口４２から現像槽１１に供給するもので、トナー排出部材回転軸４３ａ、排出ギア４３ｂとトナー搬送部４６とを備え、トナー排出部材回転軸４３ａの軸径は、トナー排出口２からトナー排出部材４３の回転軸４３ａの軸線方向に沿って離れるに連れて小さくなるように形成されている。

また、トナー搬送部４６の螺旋ピッチは、一部の螺旋ピッチがトナー排出口４２からトナー排出部材４３の回転軸４３ａの軸線方向に沿って離れるに連れて大きくなるように形成されている。

具体的には、本実施形態では、トナー搬送部４６において、図１０に示すように、トナー排出口４２から遠い位置の螺旋ピッチＰ１がトナー排出口４２から近い位置の螺旋ピッチＰ２よりも大きくなるように形成されている。そして、螺旋ピッチＰ１，Ｐ２の間の螺旋ピッチは、トナー排出部材４３の回転軸４３ａの軸線方向に沿ってトナー排出口４２から遠くなるに連れて大きくなるように形成されている。

本実施形態では、トナー搬送部４６の螺旋ピッチを、トナー排出口４２からトナー排出部材４３の軸方向に沿って離れるに従って大きくすることにより、トナー排出口４２から遠い所に位置するトナーほど搬送速度がさらに速くなる。その結果、トナー汲み上げブレード４９によって供給されるトナー量が極端に少なくなっても、トナー排出口４２周辺にトナーが集結されるので安定した量のトナー溜まりを形成できるので、トナー排出口４２からのトナー排出量を安定させることができる。

尚、上述した実施形態では、本発明に係るトナーカートリッジを図１に示すような画像形成装置３０に適用した例について説明したが、トナーカートリッジを用いて現像装置にトナーを補給する画像形成装置であれば、上述したような構成の画像形成装置や複写機に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。

以上のように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係るトナーカートリッジが用いられた実施形態の画像形成装置の構成を示す説明図である。 前記画像形成装置を構成するトナーカートリッジと現像装置周辺を示す正面断面図である。 前記トナーカートリッジの構成を示す正面断面図である。 図２のＡ−Ａ断面矢視図である。 図２のＢ−Ｂ断面矢視図である。 本実施形態に係るトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が多い場合のトナーの搬送状態を示す説明図である。 本実施形態に係るトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が少ない場合のトナーの搬送状態を示す説明図である。 従来のトナー排出部材回転軸の軸径が等しいトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が多い場合のトナーの搬送状態を示す説明図である。 従来のトナー排出部材回転軸の軸径が等しいトナー排出部材を備えたトナーカートリッジにおいて、トナー排出部材側に供給されるトナー量が少ない場合のトナーの搬送状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るトナーカートリッジの構成を示す説明図である。

符号の説明

１，４１ トナー容器
２，４２ トナー排出口
３，４３ トナー排出部材
４，４４ トナー排出部材隔壁（隔壁部）
６，４６ トナー搬送部
８，４８ トナー撹拌部材
１０，５０ トナーカートリッジ
２０ 現像装置
３０ 画像形成装置
Ｐ１ 螺旋ピッチ（トナー排出口２から遠い位置）
Ｐ２ 螺旋ピッチ（トナー排出口２から近い位置）
Ｔ１，Ｔ２ トナー量

Claims (4)

1. トナーを収容するトナー収容部と、トナー収容部内のトナーを外部に排出するトナー排出口と、回転することによりトナー収容部内のトナーを撹拌するトナー撹拌部材と、回転することによりトナー収容部内のトナーを前記トナー排出口に向けて移送する螺旋状のトナー搬送部を有するトナー排出部材と、トナー収容部内を前記トナー撹拌部材が配置される側と前記トナー排出部材が配置される側とに区分けする隔壁部とを備え、前記トナー排出口は、前記トナー排出部材の回転軸線方向の一端部側に配置され、前記トナー収容部は、前記トナー排出部材と前記トナー排出口とが対向する位置付近で、前記トナー排出部材の外周を包囲するように構成され、前記トナー排出部材は、前記トナー搬送部を支持するトナー排出部材回転軸を備え、前記トナー排出部材回転軸は、その軸径が前記トナー排出口から前記トナー排出部材回転軸の軸線方向に沿って離れるに連れて小さく形成されたトナーカートリッジにおいて、
   前記隔壁部は、鉛直方向の高さがトナー排出部材の回転軸の高さ以上で、且つ、前記トナー搬送部の高さ以下で構成され、
   前記トナー搬送部は、少なくとも一部の螺旋ピッチが前記トナー排出口から前記トナー排出部材の回転軸線方向に沿って離れるに連れて大きく形成されることを特徴とするトナーカートリッジ。
2. 前記トナー排出部材は、スクリューオーガを用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
3. 補給トナーが収容されたトナーカートリッジが着脱可能に構成され、且つ前記トナーカートリッジからトナーを補給するように構成され、表面に静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置において、
   前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることを特徴とする現像装置。
4. 表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置と、感光体ドラム表面に静電潜像を形成する露光装置と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給するトナーカートリッジと、感光体ドラム表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、
   前記トナーカートリッジとして、請求項１または２に記載のトナーカートリッジを用いることを特徴とする画像形成装置。

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