JP4846831B2 - トナーカートリッジ及びこれを用いる画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームプリンタや複合機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る画像形成装置に係り、特に、交換可能に取付けられるトナーホッパーやトナーボトルなどのトナーを収容するトナーカートリッジ及びこれを用いる画像形成装置に関する。

従来、静電電子写真方式を利用した画像形成装置は、一般に帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、剥離工程、クリーニング工程、除電工程、および定着工程等の処理工程を備えている。

このように構成された画像形成装置において、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上の静電潜像が現像され感光体表面上にトナー像が形成される（現像工程）。転写装置によって感光体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、剥離工程）。また、感光体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ると共に（クリーニング工程）、クリーニングされた後の感光体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攪拌機構などを必要としないため、現像装置がシンプルになるといった利点を有する。しかしながら、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攪拌機構などを必要とするため、現像装置が複雑になるといった欠点を有する。しかしながら、トナーの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。

近年においては、省エネや高画質化に対するユーザの要望に応えるため、軟化温度が低く体積平均粒径が５〜９μｍといった小粒径トナーがよく使用されている。
このようなトナーは、低温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から現像装置へのトナー補給量を制御することが難しいといった課題があった。

特に、トナーカートリッジのトナー排出部材として使用されるスポンジ状の供給ローラとの摩擦により、トナーの外添剤が埋没することによって流動性が極端に低下するという問題があった。

そこで、このような課題に対して、従来技術として、例えば、スクリュー状の攪拌搬送部材を用いてトナー供給を行うようにしたものや（特許文献１を参照）、スクリュー状のトナー排出部材をスポンジ状の供給ローラの代わりに用いることによって、トナー補給時における供給部材とトナーの摩擦を減らすようにしたものが開示されている（特許文献２を参照）。

特開２００１−８３８０２号公報 特開２００８−２１６３６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるようなスクリュー状のトナー排出部材を使用すると、トナーを高温環境下で長期間放置した後など、トナーの流動性が低下した状態で、スクリュー状のトナー排出部材を回転させると、トナーがトナー排出口から排出されないまま圧縮されて、トナー排出部材が動かなくなってしまう現象（以下、「ロック」と称する。）が発生するという問題があった。

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排出部材がロックすることを防止して、安定したトナー補給を可能にできるトナーカートリッジ及びこれを用いる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る画像形成装置は、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、トナー排出口を有するトナー排出部と、回転軸と螺旋羽根を備えて前記トナー収容部内のトナーを前記トナー排出部へ搬送するトナー搬送スクリューと、を備えるトナーカートリッジにおいて、
前記螺旋羽根は、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面（トナーを押出しす面）の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１が、前記トナー収容部内に配置される搬出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度より小さく形成され、
前記螺旋羽根は、前記トナー収容部内配置の搬送用螺旋羽根が台形状の断面を有し、且つ、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根が略平行四辺形状の断面を有し、
前記排出用螺旋羽根における、前記トナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１と、前記トナー搬送方向上流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ２とが異なり、且つ、該上流側の面の傾斜角度θ２が９０°を超えて形成されることを特徴とするものである。

また、本発明は、前記螺旋羽根を、前記トナー排出口上部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチが、前記トナー収容部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチより長くなるように形成することが好ましい。

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、前記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補給部材を介してトナーを補給するトナーカートリッジと、前記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、転写された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、上記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、トナー排出口を有するトナー排出部と、回転軸と螺旋羽根を備えて前記トナー収容部内のトナーを前記トナー排出部へ搬送するトナー搬送スクリューと、を備えるトナーカートリッジにおいて、前記螺旋羽根の構成として、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面（トナーを押出しす面）の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１を、前記トナー収容部内に配置される搬出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度より小さく形成することで、前記トナー排出口上部においてトナー搬送スクリューの螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面における傾斜角度が緩いことから、トナー搬送スクリューの回転により螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面からトナーに作用する力（トナーが受ける力）の内、トナー搬送スクリューの軸線方向に沿った力（トナーを搬送する力）が弱まり、トナー排出口が設けられるトナー排出部の内周壁方向への押出し力が高まる。その結果、トナー搬送スクリューの軸線方向へトナーが圧縮されにくくなると同時に、トナーがトナー排出口から排出され易くなるため、圧縮されたトナーによるトナー搬送スクリューのロックを防止できる。

また、本発明によれば、前記螺旋羽根は、前記トナー収容部内配置の搬送用螺旋羽根が台形状の断面を有し、且つ、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根が略平行四辺形状の断面を有し、前記排出用螺旋羽根における、前記トナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１と、前記トナー搬送方向上流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ２とが異なり、且つ、該上流側の面の傾斜角度θ２が９０を超えて形成されることで、トナー排出口上部においてトナー搬送スクリューの螺旋羽根のトナー搬送方向上流側に鋭角に凹んだ空間（圧力緩和ゾーン）が形成されるので、その空間でトナー搬送方向上流側の螺旋羽根による押出し力によって生じるトナーへの圧縮力を緩和することができ、トナーの圧縮を防止できる。

また、本発明によれば、前記螺旋羽根を、前記トナー排出口上部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチが、前記トナー収容部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチより長くなるように形成することで、トナー搬送スクリューが１回転する際に搬送されるトナーの搬送距離が、トナー収容部内よりもトナー排出口上部において長くなるので、単位容積当りのトナー量が少なくなるため、トナー搬送方向上流側の螺旋羽根の押出し力によって生じるトナーの圧縮力を緩和することができ、トナーの圧縮を防止できる。

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、前記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補給部材を介してトナーを補給するトナーカートリッジと、前記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、転写された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乃至３のうちの何れか一項に記載のトナーカートリッジを用いることで、前記トナーカートリッジ内のトナーを外部に排出するトナー排出口付近のトナーが、トナーを搬送するトナー搬送スクリューの圧力により圧縮されて固まり、前記トナー搬送スクリューがロックすることを防止できることから、確実なトナー補給動作が可能になる。これにより、所定のトナー濃度を得ることができるので、安定して高品位な画像出力を行うことができる。

本発明の実施形態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である。 前記画像形成装置に搭載されるトナーカートリッジを具備するトナーカートリッジユニットの構成を示す斜視図である。 図３（ａ）は前記トナーカートリッジの構成を示す側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図４は前記トナーカートリッジを構成するスクリューオーガの構成を示す側面図である。 前記トナーカートリッジのトナー排出部に配置される螺旋羽根の構成を示す部分詳細図である。 （ａ）は前記螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の傾斜角度を示す説明図、（ｂ）は前記螺旋羽根のトナー搬送方向上流側の面の傾斜角度を示す説明図である。 前記スクリューオーガの螺旋羽根のトナー押出面によりトナーに作用する力成分を示す説明図である。

以下、本発明を実施するため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、本発明の実施形態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である。

本実施形態に係る画像形成装置１００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１０１と、感光体ドラム１０１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１０２と、現像装置１０２にトナー補給パイプ１０５を介してトナーを補給するトナーカートリッジ２００と、中間転写ベルト１１を介して感光体ドラム１０１表面のトナー像を用紙に転写する二次転写ローラ（転写装置）１４と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着装置１５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１００において、トナーカートリッジ２００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ことを特徴とするものである。

まず、本実施形態に係る画像形成装置１００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１００は、通信ネットワーク等を介して外部から送信された画像データ等の入力コマンドに含まれる画像データに基づいて、所定のシート（記録用紙）に多色あるいは単色の画像を可視画像として形成するものである。

この画像形成装置１００は、図１に示すように、露光ユニットＥ、当該露光ユニットＥによって潜像が形成された像担持体に相当する感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７、排紙トレイ１８、およびトナーカートリッジユニット２０等を備えている。

画像形成装置１００において扱われるカラー画像の画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、画像形成部５５（５５ａ〜５５ｄ）で可視画像の形成を行う。各色を用いたカラー画像に応じたものである。

従って、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）は、各色に応じた４種類の潜像を形成するように、それぞれ４個ずつ設けられている。

各画像形成部５５ａ〜５５ｄは、同様の構成であり、例えば、ブラックの画像形成部５５ａは、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、転写ローラ１３ａ、およびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この画像形成部５５ａ〜５５ｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
尚、上記符号ａ〜ｄは、ａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに対応し、これら符号によって区別された上記の各手段により４つの画像ステーションが構成されている。

本実施形態の露光装置である露光ユニットＥは、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４、第１反射ミラー７、および第２反射ミラー８等を備えており、ブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。
感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。

本実施形態では、露光ユニットＥは、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる手法のものであるが、発光素子をアレイ状に並べた、例えば、ＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法のものを使用してもよい。

感光体ドラム１０１は、露光ユニットＥの上方に配設され、略円筒形状の像担持体であり、不図示の駆動手段と制御手段により所定方向に回転するように制御されている。
また、感光体ドラム１０１は、基材上に光導電層が形成されて構成されている。例えば、アルミニウム等で製作された金属ドラムを基材として、その外周面に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）や有機光半導体（ＯＰＣ）等の光導電層が薄膜状に形成されている。尚、感光体ドラム１０１の構成は、上述の構成に特に限定されない。

帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。本実施形態では、図１に示すように、帯電器として接触型のローラ型の帯電ローラ１０３を使用しているが、帯電ローラ１０３に代えて、チャージャー型やブラシ型の帯電器を代用してもよい。

現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像をブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色相のトナー像に顕像化する。

クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを潤滑剤等によって除去・回収する。

中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１の上方に配置され、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで無端状に形成されている。そして、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。

中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂおよび感光体ドラム１０１ａの順に対向する。

この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。

一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）に形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。

但し、イエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックの色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体ドラム１０１のみにおいて、静電潜像およびトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面には、ブラックのトナー像のみが転写される。

また、各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えば、ステンレス）を素材とする軸の表面を導電性の弾性材（例えば、ＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）により被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。本実施形態では、転写電極として一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄを使用しているが、それ以外にブラシなども使用可能である。

各一次転写位置において、中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。

二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。当該ニップ圧を定常的に得るために、二次転写ローラ１４若しくは中間転写ベルト駆動ローラ１１ａの何れか一方は、金属等の硬質材料からなり、他方は、弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラまたは発泡性樹脂ローラ等）からなる。

給紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙が二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性（−）とは、逆極性（＋）の高電圧が印加される。

このように、各感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）上の静電潜像は、各色相に応じたトナーにより顕像化されて、それぞれトナー像となり、これらトナー像は、中間転写ベルト１１上において積層される。その後、積層されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、搬送されて来た用紙と中間転写ベルト１１との接触位置に移動し、この位置に配置されている二次転写ローラ１４によって、中間転写ベルト１１の外周面から用紙上にトナー像が転写される。

中間転写ベルト１１と感光体ドラム１０１との接触により中間転写ベルト１１に付着したトナー、および中間転写ベルト１１から用紙へのトナー像の転写の際に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるため、中間転写ベルトクリーニングユニット１２によって除去されて回収される。

中間転写ベルトクリーニングユニット１２には、中間転写ベルト１１に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられている。このクリーニングブレードが接触する部分の中間転写ベルト１１は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ１１ｂにて支持されている。

可視画像としてトナー像が転写された用紙は、加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂを備える定着装置１５に導かれ、加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間を通過して、加熱および加圧処理を受ける。これによって、可視画像となるトナー像が用紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。

画像形成装置１００には、給紙カセット１６に収納されている用紙を二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して排紙トレイ１８に送るための略垂直方向の用紙搬送路Ｐ１が設けられている。

用紙搬送路Ｐ１には、給紙カセット１６内の用紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された用紙を上方に向けて搬送する搬送ローラｒ１０、搬送されてきた用紙を所定のタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、および、用紙を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。

また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａおよび搬送ローラｒ１０を配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。

排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、用紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、および用紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて用紙を排紙トレイ１８に排出する。

一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排紙ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、用紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて用紙を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された用紙は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。

レジストローラ１９は、給紙カセット１６若しくは手差し給紙トレイ１７から給紙され、または用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された用紙を中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には、回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙または搬送された用紙は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。

この後、レジストローラ１９は、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で用紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。

尚、画像形成部５５ａ〜５５ｄの全てにおいて、画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。

一方、画像形成部５５ａのみにおいて、画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａに圧接させる。

次に、本実施形態に係る特徴的なトナーカートリッジ２００の構成について図面を参照して詳細に説明する。
図２は本実施形態に係る画像形成装置に搭載されるトナーカートリッジを具備するトナーカートリッジユニットの構成を示す斜視図、図３（ａ）は前記トナーカートリッジの構成を示す側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図４は前記トナーカートリッジを構成するスクリューオーガの構成を示す側面図、図５は前記トナーカートリッジのトナー排出部に配置される螺旋羽根の構成を示す部分詳細図、図６（ａ）は前記螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の傾斜角度を示す説明図、（ｂ）は前記螺旋羽根のトナー搬送方向上流側の面の傾斜角度を示す説明図である。

本実施形態に係るトナーカートリッジ２００は、図１に示すように、画像形成装置１００に搭載されたトナーカートリッジユニット２０に装着される。

画像形成装置１００の本体側には、トナーカートリッジ２００から排出されるトナーが導入されるトナー補給パイプ（トナー補給部）１０５が設けられている。トナー補給パイプ１０５は、トナーカートリッジユニット２０にトナーカートリッジ２００が装着された状態で、トナーカートリッジ２００の後述するトナー排出口２０４ａと対向する位置に配置されている。

尚、本実施形態では、トナー補給パイプ１０５の下方には現像装置１０２が配置されており、そのトナー補給パイプ１０５を通じて現像装置１０２にトナーが供給するようになっている。このトナー補給パイプ１０５の空間には中間転写ベルト１１が配置されて、トナー像を重ね合わせてカラー画像形成が行えるようになっている。

トナーカートリッジユニット２０は、図２に示すように、上部が開放した箱形状で形成され、その内部にブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の４色のトナーがそれぞれ収容される４個のトナーカートリッジ２００が収容される。

トナーカートリッジ２００は、中間転写ベルト幅方向（矢印Ａ方向）に沿って長く形成され、それぞれが現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）と対向する位置で中間転写ベルト搬送方向（矢印Ｂ方向）に沿って並設されている。

トナーカートリッジユニット２０は、中間転写ベルト幅方向の一端側にトナーカートリッジ２００を位置決めするためのストッパープレート２０ｂを備え、他端側にそれぞれのトナーカートリッジ２００をストッパープレート２０ｂ側に移動させて保持するためのロックレバー２０ａを備えている。

ロックレバー２０ａは、トナーカートリッジ２００が単に載置された状態では倒れた状態になっている。トナーカートリッジ２００をトナーカートリッジユニット２０に使用可能に装着する時は、ロックレバー２０ａを起すことでトナーカートリッジ２００が矢印Ｆ方向に移動してストッパープレート２０ｂに押し当てた状態で保持されるようになっている。

トナーカートリッジ２００は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、トナーを収容するトナー収容器（トナー収容部）２０１、スクリューオーガ（トナー搬送スクリュー）２０２、トナー排出口２０４ａ、シャッター２０３、攪拌パドル２０７を備えている。

トナー収容器２０１は、図３（ａ）に示すように、内部にトナーを収容する略角柱状のトナー収容部２０６を備え、その長手方向の一方端には、トナー排出口２０４ａが形成されるトナー排出部２０４が外側に突出して設けられている。

トナー排出部２０４は、図３（ｃ）に示すように、円形状の縦断面形状を有する内部空間が形成された略円筒状で構成されている。トナー収容部２０６内部には、図３（ｂ）に示すように、スクリューオーガ２０２と攪拌パドル２０７が回転自在に支持されている。

スクリューオーガ２０２は、図３（ａ）、図４に示すように、回転軸２０２ａ、螺旋羽根２０２ｂ、駆動ギア２０２ｃを備え、トナー収容器２０１の下部にトナー収容部２０６からトナー排出部２０４に渡り配置され、トナー排出口２０４ａの上部に位置するように設けられている。

螺旋羽根２０２ｂは、回転することによりトナー収容器２０１内部のトナーをトナー排出口２０４ａに向けて搬送する。

駆動ギア２０２ｃは、トナー排出部２０４の外部に突出配置され、図示しない画像形成装置本体に設けられたモータによる駆動力が伝達されるようになっている。

攪拌パドル２０７は、図３（ｂ）に示すように、スクリューオーガ２０２と略平行に配置された回転軸２０７ａ周りに４枚の攪拌羽根２０７ｂを該回転軸２０７ａの軸線に沿って設けた攪拌部材であり、攪拌羽根２０７ｂが回転することによりトナー収容部２０６内のトナーを解すようになっている。

トナー排出口２０４ａは、トナー排出部２０４の周壁の底部に矩形状に開口形成され、スクリューオーガ２０２により搬送されてきたトナーをトナーカートリッジ２００の外部へ排出する。

シャッター２０３は、トナー排出口２０４ａを開閉するシャッター部材であって、略矩形状の板状部材により構成され、トナー収容器２０１下部の外側にトナー収容器２０１の長手方向に沿ってスライド可能に設けられている。通常状態では、図示しないばね部材等によりトナー排出口２０４ａを閉鎖する位置に付勢されている。そして、トナーカートリッジ２００が画像形成装置１００に装着された際に、トナーカートリッジ２００を装着する動作に連動してトナー排出口２０４ａを開放するようになっている。

すなわち、トナーカートリッジ２００がトナーカートリッジユニット２０に装着される時は、トナー収容器２０１がトナー補給パイプ１０５に対して略水平方向に移動することによりシャッター２０３が略水平方向に移動する。そして、トナー排出口２０４ａがトナー補給パイプ１０５と対向する位置に配置された時、該トナー排出口２０４ａが開放されてトナー補給パイプ１０５の上面からトナーを補給可能な状態となる。

ここで、特徴的なスクリューオーガ２０２の螺旋羽根２０２ｂの構成について図面を参照して詳細に説明する。
螺旋羽根２０２ｂは、図３（ａ）、図４、図５に示すように、台形状の断面を有する搬送用螺旋羽根２０２ｂａと、略平行四辺形状の断面を有する排出用螺旋羽根２０２ｂｂとを備えている。搬送用螺旋羽根２０２ｂａは、トナー収容部２０６内に設けられている。排出用螺旋羽根２０２ｂｂは、トナー排出部２０４内に設けられている。

排出用螺旋羽根２０２ｂｂは、図６（ａ）に示すように、トナーを押出す作用面として機能するトナー押出面（トナー搬送方向下流側の面）２０２ｂｂａの回転軸２０２ａの軸線方向に対する傾斜角度θ１と、図６（ｂ）に示すように、トナー押出面２０２ｂｂａの裏面（トナー搬送方向上流側の面）２０２ｂｂｂの回転軸２０２ａの軸線方向に対する傾斜角度θ２とが異なるように形成されている。

本実施形態においては、排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａと回転軸２０２ａとがなす傾斜角度θ１を４５°、トナー押出面２０２ｂｂａの裏面２０２ｂｂｂと回転軸２０２ａとがなす傾斜角度θ２を１３５°としている。

また、排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａの傾斜角度θ１は、図６（ａ）に示すように、搬送用螺旋羽根２０２ｂａのトナー押出面２０２ｂａａと回転軸２０２ａとがなす傾斜角度θ１１よりも小さく形成されている。

排出用螺旋羽根２０２ｂｂの裏面２０２ｂｂｂの傾斜角度θ２を９０°を超える角度とすることにより、図５に示すように、裏面２０２ｂｂｂ側に鋭角に凹んだ圧力緩和ゾーン２０５が形成される。

また、図３（ａ）、図４に示すように、トナー排出口２０４ａ上部に設けられる排出用螺旋羽根２０２ｂｂの螺旋ピッチｐ２は、トナー収容部２０６に設けられる搬送用螺旋羽根２０２ｂａの螺旋ピッチｐ１より長く形成されている。
ここで、螺旋ピッチ（螺旋羽根ピッチ）とは、螺旋羽根２０２ｂと回転軸２０２ａとの接点を基準にして、螺旋羽根２０２ｂが回転軸２０２ａの周りを１周する際に、回転軸２０２ａの軸線方向に進む距離をいう。

このように構成することで、スクリューオーガ２０２が１回転する際に搬送されるトナーの搬送距離が、トナー収容部２０６内よりもトナー排出口２０４ａ上部において長くなるので、螺旋ピッチ間の単位容積当りのトナー量（トナー密度）が少なくなるため、トナー搬送方向上流側の搬送用螺旋羽根２０２ｂａの押出し力によって生じるトナーの圧縮力を緩和することができ、トナーの圧縮を防止できる。

以上のように構成されたトナーカートリッジ２００は、図１に示すように、現像装置１０２の上方に配置され、トナー補給パイプ１０５に連結されて現像装置１０２にトナーを供給するようになっている。

次に、本実施形態に係るスクリューオーガ２０２によるトナー搬送時の作用について図面を参照して詳細に説明する。
図７は本実施形態に係るスクリューオーガの螺旋羽根のトナー押出面によりトナーに作用する力成分を示す説明図である。

図７に示すように、トナーカートリッジ２００におけるトナー排出部２０４内に設けられるスクリューオーガ２０２の排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａの傾斜角度θ１が緩く形成されているため、排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａからトナーに作用する力Ｆは、回転軸２０２ａの軸線方向成分Ｆａより周方向成分Ｆｂが大きくなるので、トナー排出部２０４内に搬送されたトナーは、トナー排出口２０４ａが設けられているトナー排出部２０４の周壁に向けて押出される。

また、排出用螺旋羽根２０２ｂｂの傾斜角度θ１は、図６（ａ）に示すように、搬送用螺旋羽根２０２ｂａの傾斜角度θ１１よりも小さく形成されているので、排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａよりトナーに作用する軸線方向成分Ｆａが、搬送用螺旋羽根２０２ｂａによる軸線方向成分の力よりも小さくなるため、スクリューオーガ２０２の軸線方向へ搬送されるトナーが圧縮されにくくなるとともに、トナー排出口２０４ａから排出され易くなる。

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２００において、スクリューオーガ２０２の螺旋羽根２０２ｂの構成を、トナー収容部２０６に位置する搬送用螺旋羽根２０２ｂａとトナー排出口２０４ａ上部に位置する排出用螺旋羽根２０２ｂｂとを備えるものとして、トナー排出口２０４ａ上部に位置する排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａの回転軸２０２ａの軸線方向に対する傾斜角度θ１を、トナー収容部２０６に位置する搬送用螺旋羽根２０２ｂａのトナー押出面２０２ｂａａの回転軸２０２ａの軸線方向に対する傾斜角度θ１１より小さく形成することで、軸線方向へ搬送されるトナーが圧縮されにくくできるとともに、トナーがトナー排出口２０４ａから排出され易くできるので、圧縮されたトナーによるスクリューオーガ２０２のロックを防止できる。

また、本実施形態によれば、排出用螺旋羽根２０２ｂｂのトナー押出面２０２ｂｂａと回転軸２０２ａとがなす傾斜角度θ１を４５°とし、排出用螺旋羽根２０２ｂｂの裏面２０２ｂｂｂの傾斜角度θ２を９０°を超える角度としたことで、裏面２０２ｂｂｂ側に圧力緩和ゾーン２０５を形成できるので、その空間にトナーを収容することで搬送用螺旋羽根２０２ｂａの押出し力によって生じるトナーの圧縮力を緩和することができる。

さらに、本実施形態によれば、螺旋羽根２０２ｂにおいて、トナー排出部２０４に設けられる排出用螺旋羽根２０２ｂｂの螺旋ピッチｐ２を、トナー収容部２０６に設けられる搬送用螺旋羽根２０２ｂａの螺旋ピッチｐ１より長くなるように形成したので、スクリューオーガ２０２が１回転する際に搬送されるトナーの搬送距離がトナー収容部２０６内よりもトナー排出部２０４のトナー排出口２０４ａ上部において長くなるので、単位容積当りのトナー量が少なくなるため、搬送用螺旋羽根２０２ｂａの押出し力によって生じるトナーの圧縮力を緩和することができ、トナーの圧縮を防止することができる。

以上、上述した実施形態では、本発明に係る画像形成装置の構成を図１に示すような画像形成装置１００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補給を行うようにした画像形成装置であれば、本発明は上述したような構成の画像形成装置に限定されるものではなく、その他の構成による画像形成装置等に展開が可能である。例えば、モノクロ画像形成のみ可能な電子写真方式の画像形成装置にも適用可能である。

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。

２０ トナーカートリッジユニット
２０ａ ロックレバー
２０ｂ ストッパープレート
１００ 画像形成装置
１０１ 感光体ドラム
１０５ トナー補給パイプ
２００ トナーカートリッジ
２０１ トナー収容器
２０２ スクリューオーガ（トナー搬送祝リュー）
２０２ａ 回転軸
２０２ｂ 螺旋羽根
２０２ｂａ 搬送用螺旋羽根
２０２ｂａａ，２０２ｂｂａ トナー押出面（トナー搬送方向下流側の面）
２０２ｂｂ 排出用螺旋羽根
２０２ｂｂｂ 裏面（トナー搬送方向上流側の面）
２０２ｃ 駆動ギア
２０３ シャッター
２０４ トナー排出部
２０４ａ トナー排出口
２０５ 圧力緩和ゾーン
２０６ トナー収容部
２０７ 攪拌パドル
Ｆ 力
Ｆａ 軸線方向成分
Ｆｂ 周方向成分
ｐ１ 螺旋ピッチ
ｐ２ 螺旋ピッチ
θ１，θ２，θ１１ 傾斜角度

Claims (3)

1. トナーを収容するトナー収容部と、トナー排出口を有するトナー排出部と、回転軸と螺旋羽根を備えて前記トナー収容部内のトナーを前記トナー排出部へ搬送するトナー搬送スクリューと、を備えるトナーカートリッジにおいて、
   前記螺旋羽根は、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１が、前記トナー収容部内に配置される搬出用螺旋羽根のトナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度より小さく形成され、
   前記螺旋羽根は、前記トナー収容部内配置の搬送用螺旋羽根が台形状の断面を有し、且つ、前記トナー排出口上部に位置する排出用螺旋羽根が略平行四辺形状の断面を有し、
   前記排出用螺旋羽根における、前記トナー搬送方向下流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ１と、前記トナー搬送方向上流側の面の前記回転軸の軸線方向に対する傾斜角度θ２とが異なり、且つ、該上流側の面の傾斜角度θ２が９０度を超えて形成されることを特徴とするトナーカートリッジ。
2. 前記螺旋羽根は、前記トナー排出口上部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチが、前記トナー収容部に位置する螺旋羽根の螺旋ピッチより長く形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. 表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、前記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補給部材を介してトナーを補給するトナーカートリッジと、前記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、転写された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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