JP5412475B2 - トナー排出装置、トナーカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、トナー排出装置およびトナーカートリッジに関し、特に、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に使用するトナー排出装置およびトナーカートリッジに関する。

従来、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収納し感光体ドラムに供給する現像装置において、現像装置内のトナーが画像形成により消費され少なくなり、二成分現像剤中のトナー濃度が所定値以下となったことを検出した場合に、トナーカートリッジから現像装置内にトナーが補給されるようになっている。

たとえば、現像剤を収容する容器本体の底面に、現像剤を補給するための補給口を設け、現像剤を補給口に向けて搬送するための搬送路内にスパイラルフィンを備えた搬送スクリューを備え、スクリュー軸を中心として搬送スクリューを回転させることにより、現像剤を補給口の方へ搬送して、補給口から現像装置へ現像剤を補給する現像剤補給容器が利用されている（特許文献１参照）。

また、この特許文献１では、搬送スクリューは、補給口の直前に位置する第１領域と、第１領域より上流側の第２領域とからなり、第１領域のスパイラルフィンの径寸法を第２領域のスパイラルフィンの径寸法より小さくし、第１領域のスパイラルフィンに隣接し、補給口と対応する位置にスクリュー軸の軸心方向に延びるヘラ突片を付設したものが記載されている。

特開２０１１−０３３７０６号公報

特許文献１に示したような現像剤補給容器では、径寸法を異ならせた２つの領域を有し、かつ補給口付近にヘラ突片を付設することにより、補給口直前の第１領域のトナー搬送能力が第２領域の搬送能力よりも小さくなっているので、補給量が減少することなく予め設定された補給量を確保することができる。
しかし、従来のトナー補給装置や特許文献１の補給容器においては、トナーを外部へ排出する補給口周辺に残っているトナーと、搬送路を通って搬送されてきたトナーとがぶつかり合い、行き場を失ったトナーが圧縮され、凝集するという問題があった。
特に、長距離の輸送や、高温環境下での長時間の放置などによってトナーの流動性が低下した場合には、トナーが補給口からスムーズに排出されなくなり、トナーが圧縮されて凝集する可能性がさらに高くなるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を考慮してなされたものであり、トナーを搬送するための搬送部材の構成を工夫することにより、トナーの凝集を防止できるトナー排出装置およびトナーカートリッジを提供することを目的とする。

この発明は、トナー収容部に収容されたトナーを搬送するトナー排出部材と、円筒形状の壁面を有し、その壁面の内部空間に前記トナー排出部材の一部分を収納したトナー排出部とからなり、前記トナー排出部が、円筒形状の壁面の鉛直下方近傍の一部領域を開口させて形成したトナー排出口を備え、前記トナー排出部材が、前記円筒形状の壁面の長手方向と同じ方向に延伸された回転軸と、前記トナー排出部の一方の端部近傍のトナー排出口を臨む位置であって、トナー排出口の鉛直上方の前記回転軸に固定されたトナー排出板と、前記トナー排出板に一方の端部が固定接続され、かつ前記回転軸方向に伸縮自在な羽根を有する弾性螺旋羽根と、前記トナー排出部の他方の端部近傍領域の回転軸上と前記トナー収容部内に収納されている回転軸上であって、前記トナー排出板と弾性螺旋羽根とが形成されていない回転軸の領域に固定配置された羽根を有する螺旋羽根部とを備え、前記弾性螺旋羽根が、前記回転軸方向で前記螺旋羽根部の近傍にまで延伸され、前記弾性螺旋羽根が伸縮しない状態において、前記弾性螺旋羽根の他方の端部が、前記螺旋羽根部の端部と接触し、前記弾性螺旋羽根と前記螺旋羽根部とが一体となって連続的な螺旋形状を形成するように配置されており、前記回転軸のまわりに前記トナー排出板、前記弾性螺旋羽根および前記螺旋羽根部を回転させることにより、前記トナー収容部に収容されているトナーを、前記トナー排出口の方向に搬送することを特徴とするトナー排出装置を提供するものである。

これによれば、トナー排出板と弾性螺旋羽根とを備えているので、トナー排出部へ搬送されてきたトナーをより安定的にトナー排出口の方向へ移動させることができ、トナー排出口付近にトナーが一時的に滞留した場合でも、弾性螺旋羽根が回転軸方向に伸縮することにより、滞留したトナーを回転軸の回りの方向に移動させやすくなるので、トナーにかかる圧力が緩和され、トナーが凝集するのを防止できる。

また、前記弾性螺旋羽根が、前記回転軸方向で前記螺旋羽根部の近傍にまで延伸され、前記弾性螺旋羽根が伸縮しない状態において、前記弾性螺旋羽根の他方の端部が、前記螺旋羽根部の端部と接触し、前記弾性螺旋羽根と前記螺旋羽根部とが一体となって連続的な螺旋形状を形成するように配置されていることを特徴とする。
これによれば、連続的な螺旋形状の羽根によってトナーがトナー排出口の方向に搬送されるので、トナーの局所的な滞留を防止することができる。

また、前記弾性螺旋羽根が、前記トナー排出板に固定接続された端部を除いて、前記回転軸との間に所定の隙間を有するように形成されていることを特徴とする。
これによれば、弾性螺旋羽根と回転軸の間にすき間が形成されているので、弾性螺旋羽根が伸縮するときに発生する回転軸との摩擦が軽減され、摩擦熱によるトナーの融着や凝集を防止できる。

また、前記トナー排出部は、前記トナー排出口の下部に、トナー排出口の開口領域を覆い、トナー排出口を開閉可能に取り付けられたシャッターを備え、前記シャッターが開放された状態で、前記螺旋羽根部と前記弾性螺旋羽根とによって回転軸と同一方向にトナー排出口付近まで搬送されてきたトナーを、前記トナー排出板によって、前記トナー排出口の方向に移動させて、トナー排出口から外部へ排出することを特徴とする。
また、所定搬送量を越えるトナー、所定サイズよりも大きなかたまりのトナー、あるいは所定のかたさよりも固くなったトナーが、前記トナー排出部に搬送されてきた場合は、前記弾性螺旋羽根は、前記回転軸方向に伸長または縮小することを特徴とする。
これによれば、弾性螺旋羽根が、搬送されてきたトナーの状態に対応して回転軸方向に伸長または縮小するので、トナー排出部付近においてトナーが滞留するのを防止し、さらにトナーに余分な圧力がかかるのを緩和することにより凝集するのを防止できる。

また、この発明は、前記のいずれかのトナー排出装置と、前記トナーを収容する筒状空間を有するトナー収容部とを備えたことを特徴とするトナーカートリッジを提供するものである。
これによれば、凝集の少ないトナーを補給することが可能なトナーカートリッジを提供できる。

さらに、この発明は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、前記感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、感光体ドラム表面に形成された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補給装置と、前記現像装置が感光体ドラムの表面に形成したトナー像を、記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置とを備え、前記トナー補給装置が、前記のトナーカートリッジであることを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
これによれば、凝集の少ないトナーを補給することができるので、長期的に安定した画像を形成できる。

この発明によれば、トナー排出口を有するトナー排出部の近傍に、トナー排出板と、伸縮自在な弾性螺旋羽根を備えているので、トナー排出口付近にトナーが一時的に滞留した場合でも、弾性螺旋羽根が回転軸方向に伸縮することにより、滞留したトナーを回転軸の回りの方向にすみやかに移動させることができ、トナーにかかる圧力が緩和され、トナーが凝集するのを防止できる。

本発明の画像形成装置の一実施例の全体の構成を示す説明図である。 図１の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斜視図である。 トナーカートリッジ２００の側面断面図である。 図３（ａ）におけるトナーカートリッジ２００のＡ−Ａ’断面図である。 図３（ａ）におけるトナーカートリッジ２００のＢ−Ｂ’断面図である。 図３（ａ）におけるトナーカートリッジ２００のＣ−Ｃ’断面図である。 トナーカートリッジ２００中に配設されたトナー排出部材２０２の側面図である。 図４のトナー排出部材２０２の弾性螺旋羽根２０２Ｃ付近の要部拡大図である。 螺旋羽根部２０２ｂと弾性螺旋羽根２０２Ｃを切り離した状態を示す分解図である。 図６に示す螺旋羽根部２０２ｂと弾性螺旋羽根２０２Ｃを回転軸周りに９０°回転させた時の分解図である。 弾性螺旋羽根２０２ｃが伸びた状態を示す概念図である。

以下に、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。なお、これによって、この発明が限定されるものではない。
＜この発明の画像形成装置の構成＞
図１に、この発明の現像装置を備えた画像形成装置の一実施例の構成図を示す。
この発明の画像形成装置１００は、主として、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表面を帯電させる帯電ローラ（帯電装置）１０３と、感光体ドラム１０１表面に静電潜像を形成する露光ユニット（露光装置）Ｅ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にトナーを補給するトナー補給装置（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表面のトナー像を記録媒体に転写する転写ユニット（転写装置）と、トナー像を記録媒体に定着させる定着ユニット（定着装置）１５とを備える。

この画像形成装置１００は、通信ネットワーク等を介して、外部から伝達される画像データに応じて、所定のシート（記録用紙，記録媒体）に多色または単色の画像を形成するものである。なお、画像形成装置１００の上方にスキャナ等を備えてもよい。

まず、画像形成装置１００の全体構成について説明する。
図１に示す画像形成装置１００は、カラー画像又は単色画像を形成するものであり、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及び黄（Ｙ）の４つの色成分毎の画像データが取り扱われるものとする。ここでは、黒画像、シアン画像、マゼンタ画像、黄画像が別々に形成され、各々の色成分の画像を重畳することによって１つのカラー画像が形成される。

したがって、画像形成装置１００においては、図１に示すように、各色成分の画像が形成されるように、現像装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ）、感光体ドラム１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）、帯電器ローラ１０３（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ）、クリーナユニット１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ）、一次転写ローラ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）がそれぞれ４個ずつ設けられている。
言い換えると、現像装置１０２と感光体ドラム１０１と帯電ローラ１０３とクリーニングユニット１０４と一次転写ローラ１３とを１つずつ含む画像形成ステーション（画像形成部５５ａ〜５５ｄ）が４つ設けられる。

ここで、上記ａ〜ｄの符号は、ａが黒画像形成用の部材、ｂがシアン画像形成用の部材、ｃがマゼンタ画像形成用の部材、ｄが黄画像形成用の部材であることを示したものである。
また、画像形成装置１００には、露光ユニットＥ、定着装置１５、用紙搬送路（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，）、トナーカートリッジユニット２０、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７及び排紙トレイ１８が備えられている。

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ものである。
帯電ローラ１０３としては、図１に示す接触ローラ型の帯電器の他に、接触ブラシ型の帯電器、或いは非接触チャージャー型の帯電器などを使用してもよい。

露光ユニットＥは、図１に示すように、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）である。但し、レーザスキャニングユニット以外に、発光素子をアレイ状に並べたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）やＬＥＤ書込みヘッドを露光ユニットＥとすることもできる。露光ユニットＥは、帯電された感光体ドラム１０１に、入力された画像データに応じた光を露光することにより、感光体ドラム１０１の表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。

また、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、カラー画像を形成する場合は、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。これにより、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。

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。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。なお、感光体ドラム１０１の構成は、上述の構成に特に限定されるものではない。

現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）は、感光体ドラム１０１の表面にトナーを供給し、感光体ドラム１０１に形成された静電潜像をＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙのいずれかのトナーにより顕像化する（現像する）ものである。
現像装置１０２の上部には、トナー移送機構１０５（トナー補給パイプ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ）と、トナーカートリッジ２００とを備える。
このトナーカートリッジ２００は、後述するようなトナー排出装置とトナー収容部とを備える。
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、現像及び画像転写工程後に感光体ドラム１０１の表面に残留しているトナーを除去し、回収するものである。
感光体ドラム１０１の上方には転写ユニットが配置されている。転写ユニットは、一次転写ローラ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）、中間転写ベルト１１、駆動ローラ１１ａ、従動ローラ１１ｂ、中間転写ベルト１１に転写されたトナー像を用紙に転写する二次転写ローラ１４、及び中間転写ベルトクリーニングユニット１２を備えている。
一次転写ローラ１３、駆動ローラ１１ａ、従動ローラ１１ｂは、中間転写ベルト１１を張架し、中間転写ベルト１１を回転駆動させるものである。

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にこの順に対向する。
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、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。この中間転写ベルト１１は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで無端状に形成されている。
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。

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（たとえば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、トナー像を用紙に転写させるための電圧が印加される。この電圧は、トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧である。
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、搬送されてき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、裏側から従動ローラ１１ｂにて支持されている。

定着装置１５は、加熱ローラ１５ａ及び加圧ローラ１５ｂを備え、加熱ローラ１５ａ及び加圧ローラ１５ｂはシートを挟んで回転する。加熱ローラ１５ａは、所定の定着温度となるように制御部（図示せず）によって制御される。この制御部は温度検出器（図示せず）からの検出信号に基づいて加熱ローラ１５ａの温度を制御する。

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、用紙カセット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２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。

搬送ローラｒ１０は、用紙の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路に沿って複数設けられている。
ピックアップローラ１６ａは、給紙カセット１６の端部に備えられ、給紙カセット１６から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｐ１に供給する呼び込みローラである。ピックアップローラ１７ａは、手差し給紙トレイ１７の近傍に備えられ、手差し給紙トレイ１７から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｐ２に供給する呼び込みローラである。
レジストローラ１９は、用紙搬送路を搬送されている用紙を一旦保持し、中間転写ベルト１１上のトナー像の先端と用紙の先端とを合わせるタイミングで用紙を転写部に搬送するものである。

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２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、２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。

また、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。

＜シート搬送動作の説明＞
次に、シート搬送路によるシート搬送動作について説明する。
図１の画像形成装置１００において、給紙カセット１６、及び少数枚の印字を行う場合等に使用される手差し給紙トレイ１７に、所定サイズの用紙が予め配置される。
両トレイ（１６，１７）の近傍にそれぞれ配置されたピックアップローラ（１６ａ，１７ａ）が、用紙を１枚ずつ用紙搬送路に供給する。

片面印字の場合は、給紙カセット１６から搬送される用紙は、用紙搬送路Ｐ１中の搬送ローラｒ１０によってレジストローラ１９まで搬送され、レジストローラ１９により用紙の先端と中間転写ベルト１１上の積層されたトナー像の先端とが整合するタイミングで、転写部（転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との接触位置）に搬送される。
転写部では用紙上にトナー像が転写され、このトナー像は定着装置１５にて用紙上に定着される。その後、用紙は、排紙ローラ１８ａから排紙トレイ１８上に排出される。

また、手差し給紙トレイ１７から搬送される用紙は、複数の搬送ローラｒ１０によってレジストローラ１９まで搬送される。それ以降のシート搬送動作は、上述した給紙カセット１６から供給される用紙と同様の経過を経て排紙トレイ１８に排出される。

一方、両面印字の場合は、上記のようにして片面印字が終了し定着装置１５を通過した用紙は、後端が排紙ローラ１８ａにてチャックされる。
次に、用紙は、排紙ローラ１８ａが逆回転することによって搬送ローラｒ１０に導かれ、再びレジストローラ１９を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ１８に排出される。

＜トナーカートリッジ（トナー補給装置）＞
次に、この発明のトナーカートリッジ２００の一実施例の構成について、図面を参照して詳細に説明する。
図２に、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斜視図、図３（ａ）にトナーカートリッジ２００の側面断面図、図３（ｂ）にトナーカートリッジ２００のＡ−Ａ’断面図、図３（ｃ）にトナーカートリッジ２００のＢ−Ｂ’断面図、図３（ｄ）にトナーカートリッジ２００のＣ−Ｃ’断面図を示す。

また、図４に、トナーカートリッジ２００中に配設されたトナー排出部材２０２の側面図を示す。図５に、図４のトナー排出部材２０２の弾性螺旋羽根２０２ｃ付近の要部拡大図を示す。図６に、螺旋羽根部２０２ｂと弾性螺旋羽根２０２ｃを切り離した状態を示す分解図を示す。図７に、図６に示す螺旋羽根部２０２ｂと弾性螺旋羽根２０２ｃを回転軸周りに９０°回転させた時の分解図を示す。

図２には、４つの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の上に並んで載置されている状態を示している。
トナーカートリッジ２００は、図２に示すように、ロックレバー２０ａを持ち上げることにより、図３に示すトナー収容部２０１を右方向（矢印Ｆ方向）に移動してストッパプレート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に示すように、主として、トナーを収容する筒状空間を有するトナー収容部２０１と、トナー排出装置とを備える。
トナー収容部２０１（トナー収容器とも呼ぶ）は、トナーをその内部に収容したほぼ角柱形状の容器であり、内部のトナーをトナー排出口の方へ搬送するためのトナー排出部材２０２の大部分を収納している。
トナー排出装置は、主として、トナー排出部材２０２と、トナー排出部２０４とから構成される。
トナー排出部材２０２は、トナー収容部２０１に収容されたトナーを搬送する部材であり、トナー排出部２０４は、円筒形状の壁面を有し、その壁面の内部空間に、トナー排出部材２０２の一部分を収納している部分である。

トナー排出部材２０２は、図３（ａ）に示す左側のトナー収容部２０１に収容されているトナーを、矢印Ｔ方向へ移動させる部材であり、トナー収容器２０１とトナー排出部２０４の壁面に、回転可能なように回転軸２０２ａが取り付けられている。
トナー排出部２０４は、トナー排出部材２０２によって図３のＴ方向に移動させられたトナーを、外部へ排出する部分である。
トナー排出部２０４は、その外壁がトナー収容部２０１の外壁と一体成形され、たとえば図３に示すように、トナー収容部２０１の右側端部に突出した円筒形状の空間を有する部分である。

また、トナー排出部２０４は、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、円筒形状の内壁の曲面の一部分に開口されたトナー排出口２０４ａを備えている。
トナー排出口２０４ａは、図３（ｄ）に示すように、円筒形状の壁面の鉛直方向の下方近傍の一部領域（底部）に形成される。トナー排出口２０４ａは、たとえば、四角形状の開口部であり、ここから、搬送されてきたトナーがトナーカートリッジの外部へ排出される。

また、図３（ａ）に示すように、トナー排出口２０４ａの下部には、トナー排出口２０４ａを開閉するために、シャッター２０３が取り付けられる。
シャッター２０３は、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に装着され図２のＦ方向に移動する過程において、トナー排出口２０４ａが露出するように水平方向にスライドされる。
シャッター２０３は、トナー排出口２０４ａの開口領域全体を覆い、トナー排出口を開閉可能に取り付けられた平板状の部材であり、トナーカートリッジ２００をカートリッジユニット２０に装着する前は、トナー排出口２０４ａを閉鎖する状態の位置に配置されている。

また、シャッター２０３は、トナー排出口２０４ａの下方に配置されたトナー補給パイプ１０５に当接するように形成され、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に装着されたときに、シャッター２０３が開放される。
シャッター２０３が開放された状態において、螺旋羽根部２０２ｂと弾性螺旋羽根２０２ｃとによって回転軸２０２ａと同一方向にトナー排出口付近まで搬送されてきたトナーは、トナー排出板２０２ｄが回転軸のまわりに回転することにより、トナー排出口２０４ａの方向に移動させられて、トナー排出口２０４ａから外部へ排出される。

＜トナー排出部材＞
図３（ａ）に示すように、トナー排出部材２０２は、主として、回転軸２０２ａ、螺旋羽根部２０２ｂ、弾性螺旋羽根２０２ｃ、トナー排出板２０２ｄおよび駆動ギア２０２ｅとから構成される。
回転軸２０２ａは、図３（ａ）に示すように、トナー収容部２０１の左端側壁面からトナー排出部２０４の右端側壁面まで延伸された棒状部材であり、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、トナー排出部２０４の円筒形状の壁面の長手方向と同じ方向に延伸され、円筒状内壁の中心線上に配置される。

トナー排出部材２０２は、この円筒状内壁の中心線を回転軸心として回転することにより、トナー収容部２０１に収容されているトナーを、トナー排出口２０４ａの方向（図３の矢印Ｔ方向）に搬送する。
さらに、回転軸２０２ａには、螺旋羽根部２０２ｂとトナー排出板２０２ｄとが固定して取り付けられている。
弾性螺旋羽根２０２ｃは、後述するように回転軸２０２ａには直接固定されておらず、トナー排出板２０２ｄに取り付けられており、回転軸方向に伸縮する部材である。
螺旋羽根部２０２ｂは、固定配置された多数の螺旋羽根を有する部材であり、トナー収容部２０１内に収納されている回転軸上とトナー排出部２０４の一方の端部近傍領域の回転軸２０２ａ上に、固着されている。
すなわち、螺旋羽根は、トナー排出板２０２ｄと弾性螺旋羽根２０２ｃとが形成されていない回転軸２０２ａの領域に固定配置されている。

また、回転軸２０２ａは、図３（ａ）に示すように、トナー排出部２０４の右端側壁面を貫通して形成され、その右端部に駆動ギア２０２ｅが固定されている。
この駆動ギア２０２ｅを、図示しない駆動制御部によって駆動させることにより、回転軸２０２ａのまわりに、螺旋羽根部２０２ｂ、弾性螺旋羽根２０２ｃ、およびトナー排出板２０２ｄを回転させることにより、トナーをトナー排出口の方向に搬送する。

螺旋羽根部２０２ｂは、図４に示すように、回転軸２０２ａのまわりに固定される剛性を有する螺旋状の羽根を持つ部材であり、回転軸２０２ａと一体となって回転することにより、トナー収容部２０１にあるトナーをトナー排出口２０４ａの方向に搬送する。

トナー収容部２０１には、図３（ａ）に示すように、トナー排出部材２０２の大部分が配置されるが、その他に、図３（ｂ）に示すように、トナーを収容するための収容空間２０６と、トナー搬送部材２０７を備える。
この収容空間２０６は、トナー排出部材２０２へ供給するためのトナーを貯蔵しておくための空間であり、搬送部材２０７は、回転軸と、その円周方向に収容空間２０６とほぼ同じ幅を有した弾性シートで形成された羽根部を有する撹拌部材であり、回転することにより、トナーを攪拌しながら、トナー排出部材２０２へ供給する。したがって、収容空間２０６の中のトナーは、搬送部材２０７によってトナー排出部材２０２周辺に搬送され、さらにトナー排出部材２０２の螺旋羽根部２０２ｂの回転により、図３（ａ）のＴ方向に搬送される。

トナー排出板２０２ｄは、トナー排出口２０４ａを臨むトナー排出部材２０２のトナー搬送方向の下流側端部において、回転軸２０２ａに固定される長方形状の１枚の平板である。
トナー排出板２０２ｄは、図３（ａ）および図４に示すように、トナー排出部２０４の一方の端部近傍、すなわち右端側壁面の近傍であって、トナー排出口２０４ａの鉛直上方の回転軸２０２ａに取り付けられる。
また、トナー排出板２０２ｄは、回転軸２０２ａからトナー排出部２０４の円筒形内壁の方向と、回転軸２０２ａの軸心方向に短辺と長辺を持つ長方形状の平板であり、円筒形内壁方向への短辺の長さは、回転軸２０２ａから円筒形内壁までの長さよりもわずかに短くする。トナー排出板２０２ｄと円筒形内壁との間には、たとえば、０．５ｍｍ程度のすき間をあけるようにする。

このようなトナー排出板２０２ｄは、回転軸２０２ａと一体となって回転することにより、トナー排出部２０４にまで搬送されてきたトナーを、回転軸２０２ａの周方向に回動させる。
すなわち、トナー排出板２０２ｄは、搬送されてきたトナーの搬送方向を、図３（ａ）のＴ方向から鉛直下方の方向に変更させ、トナーをトナー排出口２０４ａに導く。

弾性螺旋羽根２０２ｃは、図４および図５に示すように、その一方の端部がトナー排出板２０２ｄに固定接続された弾性部材であり、回転軸方向に伸縮自在な螺旋形状の羽根を有する部材である。
また、弾性螺旋羽根２０２ｃは、トナー排出板２０２ｄが回転軸２０２ａのまわりに回転することにより、トナー排出板２０２ｄと一体となって回転させられ、トナーを、トナー排出部２０４の右端部の方向へ搬送するとともに、トナー排出口２０４ａの方向に搬送する。

弾性螺旋羽根２０２ｃは、図３（ａ）、図５に示すように、一方の端部がトナー排出板２０２ｄに固定接続されている。この端部を除いて、他の部分は、回転軸２０２ａには固定されておらず、回転軸２０２ａとの間に、所定の隙間を有するように形成されている。
この隙間は、弾性螺旋羽根２０２ｃが伸縮するときに、この羽根２０２ｃと回転軸２０２ａとがこすれ合って発生する摩擦熱を軽減するためのものであり、たとえば、０．５ｍｍ程度の隙間があればよい。

また、図５に示すように、弾性螺旋羽根２０２ｃは、回転軸方向で螺旋羽根部２０２ｂの近傍にまで延伸され、この羽根２０２ｃが伸縮しない状態において、弾性螺旋羽根２０２ｃの一端（図５における羽根２０２ｃの左端部）が、螺旋羽根部２０２ｂの端部（図５における螺旋羽根部２０２ｂの右端部）と接触し、一体的に連続的な螺旋形状を形成するように配置される。
図６に、説明のために、弾性螺旋羽根２０２ｃと螺旋羽根部２０２ｂとを分離した状態の図を示しているが、弾性螺旋羽根２０２ｃは、このように、トナー排出板２０２ｄと固定接続されているだけで、回転軸２０２ａと螺旋羽根部２０２ｂには接続されていない。
すなわち、トナーを搬送している通常時においては、弾性螺旋羽根２０２ｃと螺旋羽根部２０２ｂとが一体となって連続的な螺旋形状を形成して、トナー排出口の方向へトナーを搬送する。

ここで、通常時とは、トナーが凝集していない状態で、設計時に想定された流動性を持ってトナーが搬送されている状態を意味し、弾性螺旋羽根２０２ｃが負荷を受けていない状態を意味する。
図５および図６では、通常時において、たとえば、トナー排出板２０２ｄが鉛直方向の上方の位置にきたときに、弾性螺旋羽根２０２ｃと、螺旋羽根部２０２ｂとが接触していることを示している。
また、図７に示すように、通常時において、回転軸２０２ａに固定された螺旋羽根部２０２ｂとトナー排出板２０２ｄとが、図５および図６の状態から９０度回転したとすると、同様に、螺旋羽根部２０２ｂと一体的な螺旋形状を保ったまま、弾性螺旋羽根２０２ｃも９０度回転する。

すなわち、想定された流動性を持ってトナーが搬送されている場合は、図５のように、弾性螺旋羽根２０２ｃは余分な負荷を受けずに、螺旋羽根部２０２ｂと連続的な螺旋形状を有したままで、トナーをトナー排出口２０４ａの方向へ搬送する。
一方、トナーに凝集が発生して、トナーの流動性が悪くなり、通常時よりも大きな負荷が発生した場合、たとえば、所定搬送量を越えるトナー、所定サイズよりも大きなかたまりのトナー、あるいは所定の固さよりも固くなったトナーが、トナー排出部に搬送されてきた場合は、弾性螺旋羽根２０２ｃは、回転軸方向に、伸長または縮小する。

たとえば、一時的なトナーの緩い凝集（直ぐに解すことができる可逆的な凝集状態）により、トナー排出口２０４ａから排出されるべきトナーが一時的に排出されなくなった場合、弾性螺旋羽根２０２ｃによって搬送されてきたトナーは、トナー排出板２０２ｄの周りに滞留するトナーによって行き場を遮られることになる。行き場を失ったトナーでトナー排出部２０４内が満たされると、それらトナーは圧縮される。その時、弾性螺旋羽根２０２ｃがトナーを圧縮する際に生じる反力によって、弾性螺旋羽根２０２ｃは伸長方向の負荷を受けて、図８に示すように変形し、回転軸２０２ａの左方向（図の矢印方向）に伸びる。その結果、一時的に圧縮力は緩和されるので、トナーが強く圧縮されることにより生じる強固なトナー凝集（直ぐに解すことができない非可逆的な凝集状態）の生成を避けることができる。
また、弾性螺旋羽根２０２ｃが図８のように伸びた状態の場合は、トナーを回転軸の回転方向へ動かす力が高まり、トナーを回転軸の軸方向へ動かす力が弱まるため、圧縮力の低減効果が働く。

その後、一時的なトナーの緩い凝集が解消されて、トナー排出口２０４ａ付近のトナーが徐々に排出されていくと、トナー排出板２０２ｄや弾性螺旋羽根２０２ｃの周りにトナーが少なくなり、弾性螺旋羽根２０２ｃはその弾性によって、もとの形状まで縮む。すなわち、弾性螺旋羽根２０２ｃは、図８の矢印とは逆方向に変形し、もとの螺旋羽根部２０２ｂと連続的な螺旋形状となるように縮む。
このように弾性螺旋羽根２０２ｃが縮む方向に変形した場合、トナーに対して加えられる圧縮力が緩和されるので、トナーの圧密状態が防止され、さらには圧密状態のトナーによるトナー詰まりによってトナー排出部材２０２がロックされてしまうことを防止できる。

以上のように、弾性螺旋羽根２０２ｃは、回転軸の回転に伴って回転軸方向に伸縮することにより、トナーの安定した搬送を確保して、トナーの凝集を防止する。ただし、適切な凝集防止をさせるためには、適切な伸縮率（ばね定数）を持つ材料を選択する必要がある。
どの程度の伸縮率が好ましいかは一義的に決められるものではないが、たとえば、弾性螺旋羽根２０２ｃのばね定数ｋとしては、０．０１以上、０．１以下が好ましい。
ここで、ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）は、ｋ＝Ｐ／δで与えられる。
Ｐは、荷重（Ｎ）である。δは、回転軸方向の変位（ｍｍ）である。
もし、ばね定数ｋが０．０１未満である場合は、トナー搬送量が不安定になりやすく、逆に、０．１を越えた場合は、トナーの圧縮防止効果が得られにくくなるからである。
さらに、バネ定数ｋとしては、０．０２以上、０．０６以下とすることが好ましい。このようなバネ定数を持つ弾性螺旋羽根２０２ｃの材料としては、たとえば、ＳＵＳバネ材などが用いられる。

２０ トナーカートリッジユニット
２０ａ ロックレバー
１００ 画像形成装置
１０２ 現像装置
１０５ トナー補給パイプ
２００ トナーカートリッジ
２０１ トナー収容部（トナー収容器）
２０２ トナー排出部材
２０２ａ 回転軸
２０２ｂ 螺旋羽根部
２０２ｃ 弾性螺旋羽根
２０２ｄ トナー排出板
２０２ｅ 駆動ギア
２０３ シャッター
２０４ トナー排出部
２０４ａ トナー排出口
２０６ 収容空間
２０７ 搬送部材

Claims (7)

1. トナー収容部に収容されたトナーを搬送するトナー排出部材と、
   円筒形状の壁面を有し、その壁面の内部空間に前記トナー排出部材の一部分を収納したトナー排出部とからなり、
   前記トナー排出部が、円筒形状の壁面の鉛直下方近傍の一部領域を開口させて形成したトナー排出口を備え、
   前記トナー排出部材が、前記円筒形状の壁面の長手方向と同じ方向に延伸された回転軸と、前記トナー排出部の一方の端部近傍のトナー排出口を臨む位置であって、トナー排出口の鉛直上方の前記回転軸に固定されたトナー排出板と、前記トナー排出板に一方の端部が固定接続され、かつ前記回転軸方向に伸縮自在な羽根を有する弾性螺旋羽根と、前記トナー排出部の他方の端部近傍領域の回転軸上と前記トナー収容部内に収納されている回転軸上であって、前記トナー排出板と弾性螺旋羽根とが形成されていない回転軸の領域に固定配置された羽根を有する螺旋羽根部とを備え、
   前記弾性螺旋羽根が、前記回転軸方向で前記螺旋羽根部の近傍にまで延伸され、前記弾性螺旋羽根が伸縮しない状態において、前記弾性螺旋羽根の他方の端部が、前記螺旋羽根部の端部と接触し、前記弾性螺旋羽根と前記螺旋羽根部とが一体となって連続的な螺旋形状を形成するように配置されており、
   前記回転軸のまわりに前記トナー排出板、前記弾性螺旋羽根および前記螺旋羽根部を回転させることにより、前記トナー収容部に収容されているトナーを、前記トナー排出口の方向に搬送することを特徴とするトナー排出装置。
2. 前記弾性螺旋羽根が、前記トナー排出板に固定接続された端部を除いて、前記回転軸との間に所定の隙間を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトナー排出装置。
3. 前記トナー排出部は、前記トナー排出口の下部に、トナー排出口の開口領域を覆い、トナー排出口を開閉可能に取り付けられたシャッターを備え、前記シャッターが開放された状態で、前記螺旋羽根部と前記弾性螺旋羽根とによって回転軸と同一方向にトナー排出口付近まで搬送されてきたトナーを、前記トナー排出板によって、前記トナー排出口の方向に移動させて、トナー排出口から外部へ排出することを特徴とする請求項１または２に記載のトナー排出装置。
4. 所定搬送量を越えるトナー、所定サイズよりも大きなかたまりのトナー、あるいは所定のかたさよりも固くなったトナーが、前記トナー排出部に搬送されてきた場合は、前記弾性螺旋羽根は、前記回転軸方向に伸長または縮小することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のトナー排出装置。
5. 前記請求項１ないし４のいずれかに記載したトナー排出装置と、前記トナーを収容する筒状空間を有するトナー収容部とを備えたことを特徴とするトナーカートリッジ。
6. 前記請求項５に記載されたトナーカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. 表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、
   感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、
   感光体ドラム表面に形成された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補給装置と、
   前記現像装置が感光体ドラムの表面に形成したトナー像を、記録媒体に転写する転写装置と、
   トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置とを備え、
   前記トナー補給装置が、前記請求項５に記載されたトナーカートリッジであることを特徴とする画像形成装置。

Images