JP2008020788A - トナーカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】トナー容量を増やしながら、簡易にトナー詰まりを防止するトナーカートリッジを提供する。
【解決手段】増設部７９に内壁８１を設け、トナー収容部分７９Ａと空隙部分７９Ｂとに分割し、搬送方向下流側（図中右側）に向けて増設部７９のトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるような形態とした。これによりトナー収容部分７９Ａ内部のトナー量は、搬送方向下流側へ向かって次第に少なくなり、アジテータ８０によってトナーが搬送されてもトナーの分量が少ない方向へ移動することになるため、トナーの圧縮が起こりにくくパッキングを回避することができる。
【選択図】図６

Description

本発明はトナーカートリッジに関し、特に静電画像をトナーで現像する電子写真方式を用いた画像形成装置のトナーカートリッジに関する。

従来、電子写真方式を採用した複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置では、ページコスト低減等から消耗品の交換回数を低減することが求められている。例えばこれらの画像形成装置にトナーを供給するトナーカートリッジ内のトナー容量を増加することでカートリッジ交換の頻度を下げることができる。

上記のようなトナーカートリッジの最大トナー充填量を増やす場合にはトナーカートリッジ底面の表面積を大きくしたり、またトナーカートリッジが円筒形である場合には、円筒部分の直径を大きくすることが考えられる。

しかし、既存の画像形成装置に着脱するトナーカートリッジの最大トナー充填量を増やす場合には、トナーカートリッジの低面の表面積を大きくしたり、円筒部分の直径を大きくすることは出来ない。また、新規の画像形成装置であってもＹＭＣＫ４色分のカートリッジを必要とするカラー機においては底面の表面積を大きくしたり、円筒直径の大径化は、装置サイズが大型化する要因となる。

そこで、最大トナー充填量を増加させるためにトナーカートリッジの長手方向の一部を凸として高さを増すことにより、トナーの大容量化を図ることが考えられる。

しかし上記のような形状のトナーカートリッジでは、トナー搬送部材によってトナーカートリッジの長手方向の断面積が大きい側から断面積の小さい側にトナーを搬送する際にトナーが詰まり(ブロッキングし)、トナー搬送部材の回転トルクが増大しギアの破損やモータの焼きつきを引き起こす恐れがある。

例えば図１０のように増設部７９を設け、トナーを増量したトナーカートリッジ１１７において、トナー搬送部材(アジテータ)８０でトナー供給口８４へトナーを搬送すると、搬送方向下流側（図中右側）では搬送されたトナーが圧縮され、ブロッキングを起こすことが考えられる。

このためアジテータなどの搬送手段を有するトナー搬送路におけるブロッキングを防止するために、トナーカートリッジの形状によって内部のトナーがブロッキングを起こしにくい構成が考案されている。

例えば長手方向中央部にトナー供給開口を有するトナー容器の内壁が長手方向中央部から端面に向けてすぼんだ形状を有し、充填されたトナーはトナー容器の回転によって撹拌され、さらにトナー容器の内壁の傾斜によって徐々にトナー供給開口が配置されたトナー容器の長手中央部分に寄せられるような構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし上記の例のようなトナーカートリッジの形状は、傾斜の中心部にトナーが自然と集中するような構成をとっているため、装着面の上下両方向に傾斜をつけることで空間効率が低下し、カートリッジの設置に要する面積が大きくなるという欠点がある。

また、このような構成をとると同じカートリッジでトナー充填量を増加しようとした場合、駆動時の負荷が大きくなるのは必然であり、駆動モーターの規格アップが必要となるという欠点もある。
特開平８−３０５１４９号公報

本発明はトナー容量を増やしながら、簡易にトナー詰まり(ブロッキング)を防止するトナーカートリッジを提供することを目的とする。

請求項１に記載のトナーカートリッジは、トナー搬送部材が配設された略円筒状の第１の領域と、前記第１の領域に設けられた凸部形状の第２の領域と、からなるトナーカートリッジであって、前記第２の領域はトナー搬送方向下流側に向かって断面積が小さくなるテーパ形状であることを特徴とする。

上記構成の発明では、断面積が小さくなるトナー搬送方向下流側のトナー量を低減させ、トナーの圧縮を防ぐことでトナーブロッキングを防止することができる。

請求項２に記載のトナーカートリッジは、トナー搬送部材が配設された略円筒状の第１の領域と、前記第１の領域に設けられた凸部形状の第２の領域と、からなるトナーカートリッジであって、前記第２の領域はトナー搬送方向下流側に向かって断面積が段階的に小さくなる形状であることを特徴とする。

上記構成の発明では、断面積が小さくなるトナー搬送方向下流側のトナー量を低減させ、トナーの圧縮を防ぐことでトナーブロッキングを防止することができる。

請求項３に記載のトナーカートリッジは、前記第２の領域はトナー残量に応じて容積を調節する、容量可変手段を備えたことを特徴とする。

上記構成の発明では、カートリッジ内のトナー残量が減少した際に容積を減らすことで残留トナーを排出し、トナーの無駄を減らすことができる。

本発明は上記構成としたので、トナー容量を増やした場合であっても、簡易にトナー詰まり（ブロッキング／パッキング）を防止するトナーカートリッジとすることができた。

＜基本構成＞
図１〜２には、本発明に係る画像形成装置の基本構成が示されている。

図１〜２に示されているのは本発明に係るドラム式４色カラー画像形成装置の例である。

図１、図２で示すように、画像形成装置１０は、像担持体（感光体）２０及び現像ユニット１６を着脱可能に収容する本体フレーム１２と、その像担持体２０及び現像ユニット１６を開放・閉塞するカバー体１４と、を有しており、そのカバー体１４に、記録用紙Ｐを吸着搬送可能な搬送ベルト３４を備えた搬送ユニット１８が着脱可能に取り付けられている。

現像ユニット１６には、ロール状の像担持体２０の表面を一様に帯電する帯電ローラー２２と、画像データに基づいて像担持体２０に画像光を照射し、静電電位の差による潜像を形成する光学箱２４と、潜像にトナーを選択的に転移して可視化する現像ローラー２６と、トナー像が転写された後の像担持体２０に摺接し、その像担持体２０に残留するトナーをクリーニングするクリーニング部材２８と、が備えられている。

像担持体２０は、表面（周面）に感光体層を有し、帯電ローラー２２によって、その表面（周面）が一様に帯電された後、光学箱２４から照射されるレーザー光（画像光）によって、その表面（周面）が露光され、その露光された部分の電位が減衰することにより静電潜像（画像）が形成される。なお、帯電ローラー２２は、像担持体２０に当接し、これらの間に電圧が印加され、当接部付近の微少間隙内で放電が生じることにより、像担持体２０の表面（周面）を略一様に帯電する。

光学箱２４は、点滅するレーザー光を像担持体２０の表面（周面）に走査させ、画像データに基づいた静電潜像を像担持体２０の表面（周面）上に形成する。なお、光学箱２４としては、ＬＥＤ等の発光素子を配列し、これらを画像データに基づいて点滅させるものなどが考えられる。

現像ローラー２６は、像担持体２０と近接して対向するように配置され、この現像ローラー２６と像担持体２０との間に現像バイアス電圧が印加されるようになっている。これにより、現像ローラー２６と像担持体２０との間には現像バイアス電界が形成され、電荷を有するトナーが像担持体２０上の露光された部分に転移して可視像を形成する。

一方、搬送ユニット１８は、少なくとも駆動ローラー３０と従動ローラー３２に張架された搬送ベルト３４を備えており、その搬送ベルト３４の内面側で、駆動ローラー３０と従動ローラー３２の間の所定位置には、転写ローラー３６が所定間隔を隔てて複数（後述する各色に対応して４個）配設されている。

この転写ローラー３６は、カバー体１４が閉じられたとき（カバー体１４を本体フレーム１２側に回動して像担持体２０等を閉塞したとき）、搬送ベルト３４を挟んで像担持体２０と対向するようになっており、像担持体２０との間に転写電界を形成することによって、搬送ベルト３４に吸着搬送されて通過する記録用紙Ｐ上に、像担持体２０表面のトナー像（未定着像）を転写させるようになっている。

ここで、現像ユニット１６は、フルカラーの印刷が可能なように、例えば、下から記録用紙Ｐの搬送方向に沿ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に鉛直方向に配設されており、これら現像ユニット１６Ｙ〜１６Ｋよりも記録用紙Ｐの搬送方向下流側（本体フレーム１２の上部）には、定着装置３８が配設されている。

現像ユニット１６Ｙ〜１６Ｋはそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーにより像担持体２０Ｙ〜２０Ｋ上の静電画像を現像し、形成されたトナー画像を用紙Ｐ上に転写する。

現像ユニット１６Ｙ〜１６Ｋ内の各色のトナーＴｙ〜Ｔｋはトナー画像の形成によって消費されるので、トナーカートリッジ１７Ｙ〜１７Ｋよりそれぞれ適宜トナーを補充しながら現像ユニット１６Ｙ〜１６Ｋ内の各色のトナー量を維持しつつ処理を行う。

定着装置３８は、互いの周面が対向して所定の圧力で圧接（ニップ）される加熱ローラー４０と加圧ローラー４２とを備えており、これら加熱ローラー４０及び加圧ローラー４２で記録用紙Ｐ上に転写された未定着のトナー像を加熱・加圧することにより、その記録用紙Ｐにトナー像を定着するようになっている。

なお、定着装置３８（加熱ローラー４０及び加圧ローラー４２）によって加熱・加圧されてトナー像が定着された記録用紙Ｐは、排紙トレイ４４上へ排出される。そして、記録用紙Ｐへトナー像を転写終了後、像担持体２０の表面（周面）は、クリーニング部材２８によってクリーニング処理され、次回の作像処理に備えるようになっている。

また、本体フレーム１２の下部には、着脱自在な給紙カセット４６が備えられている。この給紙カセット４６は、記録用紙Ｐが送り出される方向と逆方向に引き抜き可能となっており、適宜記録用紙Ｐを給紙できるようになっている。

そして、給紙カセット４６の先端部近傍には、給紙カセット４６内から記録用紙Ｐを１枚ずつ送り出す給紙ローラー対４８が設けられており、給紙ローラー対４８から送り出された記録用紙Ｐは、レジストローラー対４９によって、所定のタイミングで搬送ベルト３４の吸着搬送面へ送り出され、各色のトナー像の転写位置へ搬送される。

以上のような構成の画像形成装置１０において、次にカバー体１４に着脱可能に取り付けられる搬送ユニット１８について、更に詳細に説明する。

搬送ユニット１８は、略矩形枠状とされた筐体５０を有し、その筐体５０の一端部（上端部）に駆動ローラー３０が回転可能に軸支され、他端部（下端部）に従動ローラー３２が回転可能に軸支されている。そして、その駆動ローラー３０と従動ローラー３２に、記録用紙Ｐを静電吸着可能な搬送ベルト３４が巻回・張架されている。

また、搬送ベルト３４の内面側で、駆動ローラー３０と従動ローラー３２の間には、各色毎に所定間隔を隔てて転写ローラー３６Ｙ〜３６Ｋが配設されており、各転写ローラー３６Ｙ〜３６Ｋも筐体５０に回転可能に軸支されている。各転写ローラー３６Ｙ〜３６Ｋは、カバー体１４が閉じられたときに、搬送ベルト３４を挟んで、各像担持体２０Ｙ〜２０Ｋに所定の圧力で圧接するようになっており、搬送ベルト３４の走行に追従して回転するようになっている。
＜トナーカートリッジ概要＞
図３〜５には、本発明に係る画像形成装置のトナーカートリッジが示されている。

本発明に係るトナーカートリッジ１７は図３に示すように中央部７４と突出部７６Ａ、７６Ｂの３つのブロックから構成されている。中央部７４は上部が略方形であり、円筒形の突出部７６Ａ、７６Ｂと中央部７４の下部は連続して一体的に構成されている。

中央部７４はトナーＴを収容するスペースであり、使用量の少ない色のトナーは中央部７４の容量を少なく抑え、使用量の多い、例えばＫ色のトナーは中央部７４の容量を増加させることでトナー容量の変化に対応することができる。このとき、中央部７４の上部を構成するカバー部材７８の大きさのみを変えることで、これ以外の部品の共通化を図れるので容量を確保しながらコストダウンを行うことができる。

図４にはトナーカートリッジ１７の外側ハウジング７０内に挿入される内側ハウジング７２の構造が示されている。

トナーカートリッジ１７は外側ハウジング７０に略円筒形の内側ハウジング７２が填り込んだ構造をしており、中央部７４内のトナーＴを内側ハウジング内に設けられた螺旋状のアジテータ８０が駆動ギア９０を介して図示しない外部動力により回動することで図中白矢印のように、外側ハウジング７０に設けられたトナー供給口８４に向けて搬送する。

また、トナーカートリッジ１７は図５に示すようにトナーＴを画像形成装置１０の現像ユニット１６内に搬送、供給する略円筒状の形状をした第１の領域と、前述のようにトナーカートリッジ１７の容量を確保しトナーＴを増量するために増設された第２の領域から構成されている。

図４に示すように内側ハウジング７２は略円筒形をしており、外側ハウジング７０の中央部７４内のトナーを開口部７２Ａからトナー搬送体(以下:アジテータ８０)により搬送し、トナー供給口７３より搬出する。外側ハウジング７０と内側ハウジング７２の間は、外側ハウジング７０の中央部７４の境界壁７５に対応する位置に、内側ハウジング７２に設けられた凸部９４が外側ハウジング７０内壁の突き当て面７０Ａに突き当たることで位置決めを行う。

凸部９４は２本ずつ一対になっており、凸部９４の間に形成された間隙にはＶ字型断面をしたリング状のＶ字型シール部材８２が設けられ、外部へのトナーＴの漏出を防いでいる。またＶ字型シール部材８２の断面はＶ字型をしており、Ｖ字の開いた側を互いに向かい合わせに配置することで効果的にトナーＴの漏出を防ぐことができる。さらにリング状であるためシールのニップ量を全周に亘り均一に確保することができ、トナーの漏出を確実に防止できる。

トナーＴを搬送するアジテータ８０はギア９０を介して外部動力により駆動され、中央部７４と重なる部分の略全域にわたって設けられた開口部７２Ａから内側ハウジング７２に落下したトナーＴを図注白矢印方向へ搬送し、トナー供給口７３から外側ハウジング７０のトナー供給口８４を経由して装置本体へ供給する。
＜増設部の構造＞
図６、７には、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置のトナーカートリッジが示されている。

本実施形態に係るトナーカートリッジ１７は前述のようにトナーＴを画像形成装置１０の現像ユニット１６内に搬送、供給する略円筒状の形状をした筒状部７７（第１の領域）と、前述のようにトナーカートリッジ１７の容量を確保しトナーＴを増量するために増設された増設部７９（第２の領域）から構成されている。

増設部７９の寸法一杯までトナー収容のための空間として使用した場合、図１０に示すような構造となり、トナーの収容可能容積は大きくなるが、前述のようにトナーは搬送によって圧縮され、トナーブロッキングを起こす可能性がある。

このため本実施形態では図６に示すように増設部７９に内壁８１を設け、トナー収容部分７９Ａと空隙部分７９Ｂとに分割し、搬送方向下流側（図中右側）に向けて増設部７９のトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるような形態とした。

これによりトナー収容部分７９Ａ内部のトナー量は、搬送方向下流側へ向かって次第に少なくなり、アジテータ８０によってトナーが搬送されてもトナーの分量が少ない方向へ移動することになるため、トナーの圧縮が起こりにくくトナーブロッキングを回避することができる。

このため本実施形態ではトナー充填量を増加してもトナーの圧縮が起こりにくいので、アジテータ８０を駆動する駆動モータをより強力なものに置き換える規格アップの必要がなく、コスト増を抑えながらトナー充填量を増やし、安定したトナー搬送が可能なトナーカートリッジとすることができる。またトナー供給口８４近傍、及びトナーカートリッジ１７の情報認識を行う無線通信ハードウエアを画像形成装置１０に使用する場合においても大きな変更を必要としない。

このとき、増設部７９自体の形状をトナー収容部分７９Ａの形状としても、内部のトナー量を搬送方向下流側へ向かって次第に少なくすることは可能だが、トナーカートリッジ１７を取り扱う際に増設部７９は把持部として機能しているため、増設部７９の外形をテーパ形状としてしまうと指の掛かる部分が小さくなり取り扱いにくくなるため、増設部７９の形状はそのまま変更せず、内部に内壁８１を設けることでトナー収容部分７９Ａと空隙部分７９Ｂとに分割し、搬送方向下流側に向けて増設部７９のトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるような形態としている。

また、本実施形態ではトナー収容部分７９Ａの断面積が搬送方向下流側に向けて次第に小さくなるテーパ形状としたが、図７（Ａ）に示すように１辺の寸法（図中高さ方向）のみを変えることで断面積を縮小する形状に限定されず、図７（Ｂ）のように高さ方向の寸法を変えず、幅方向の寸法を変えることで断面積を次第に小さくする構造としてもよく、あるいは図７（Ｃ）のように高さ方向／幅方向の両方を変えることでテーパ形状としてもよい。
＜その他の形状＞
図８には、本発明の第２実施形態に係るトナーカートリッジが示されている。

本実施形態においても図８に示すように増設部７９に内壁８１を設け、トナー収容部分７９Ａと空隙部分７９Ｂとに分割し、搬送方向下流側（図中右側）に向けて増設部７９のトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるような形態としている点は第１実施形態と同様である。

これによりトナー収容部分７９Ａ内部のトナー量は、搬送方向下流側へ向かって次第に少なくなり、アジテータ８０によって搬送されてもトナーの分量が少ない方向へ移動することになるため、トナーの圧縮が起こりにくくトナーブロッキングを回避することができる。

一方、本実施形態では内壁８１を階段状にしてトナー収容部分７９Ａの断面積が段階的に小さくなるような形態としている。これにより内壁８１に曲線部分が少なくなるため板金を折り曲げ加工するなどの簡易な構成でも内壁８１を設けることができる。また、増設部７９の強度を向上させる効果もある。
＜残トナー対策＞
図９には、本発明の第３実施形態に係るトナーカートリッジが示されている。

本実施形態においても図９に示すように増設部７９に内壁８１を設け、トナー収容部分７９Ａと空隙部分７９Ｂとに分割し、搬送方向下流側（図中右側）に向けて増設部７９のトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるような形態としている点は第１および第２実施形態と同様である。

これによりトナー収容部分７９Ａ内部のトナー量は、搬送方向下流側へ向かって次第に少なくなり、アジテータ８０によって搬送されてもトナーの分量が少ない方向へ移動することになるため、トナーの圧縮が起こりにくくトナーブロッキングを回避することができる。

本実施形態では内壁８１を軸８１Ａにて回動可能に支持し、バネ８１Ｂで付勢することで、トナー収容部分７９Ａの内部に存在するトナーの残量に応じてトナー収容部分７９Ａの容積を可変できる構成としている。

図９に示すように内壁８１はバネ８１Ｂにより白矢印方向に付勢されている。このため内壁８１はトナー収容部分７９Ａにトナーが充填されている間は、搬送方向下流側に向けて断面積が小さくなるテーパ形状をもつようにトナー収容部分７９Ａの上面を構成するが、内部のトナーが消費されるに従ってバネ８１Ｂの押圧力のため次第に水平に近付き、最終的にトナー収容部分７９Ａのトナーがすべて消費されるとトナー収容部分７９Ａの容積はゼロとなる。この際、ストッパ８１Ｃなどを設けることにより内壁８１がアジテータ８０に干渉しないようにしてもよい。

このときトナー収容部分７９Ａのトナーが消費されるに従って内壁８１が軸８１Ａを中心に回動することで、トナー収容部分７９Ａの内部に残ったトナーを筒状部７７に掻き落とすことができる。

すなわち、内壁８１が移動することで、トナー収容部分７９Ａの内壁に付着したトナーを筒状部７７方向へと押圧し、最終的にすべてのトナーを筒状部７７に落とすことができる。

内壁８１は図９のように軸８１Ａによる支持以外にも、全体を白矢印方向に付勢する板バネで内壁８１を構成してもよく、あるいはトナー収容部分７９Ａ内部のトナー残量を検知するセンサやトナー使用量カウンタ等と組み合わせてモータ／アクチュエータなどで駆動するような構成としてもよい。何れにしても、搬送方向下流側に向けてトナー収容部分７９Ａの断面積が小さくなるテーパ形状を維持しながら内壁８１がトナーを筒状部７７に押圧する構成となる。
＜その他＞
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では電子写真用のトナーカートリッジだが、これに限らず微細な粉体を保存容器から搬出する構成であれば他の形式の製品への応用であってもよい。

本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。 本発明に係る画像形成装置を示す斜視図である。 本発明に係るトナーカートリッジを示す斜視図である。 本発明に係るトナーカートリッジの内側ハウジングを示す斜視図である。 本発明に係るトナーカートリッジの内部構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るトナーカートリッジの内部構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るトナーカートリッジを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るトナーカートリッジの内部構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るトナーカートリッジの内部構造を示す断面図である。 従来のトナーカートリッジの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 本体フレーム
１４ カバー体
１６ 現像ユニット
１７ トナーカートリッジ
１８ 搬送ユニット
２０ 像担持体
７３ トナー供給口
７７ 筒状部（第１の領域）
７９ 増設部（第２の領域）
７９Ａ トナー収容部分
７９Ｂ 空隙部分
８０ トナー搬送部材(アジテータ)
８１ 内壁
８１Ａ 軸
８１Ｂ バネ
８４ トナー供給口

Claims (3)

1. トナー搬送部材が配設された略円筒状の第１の領域と、
   前記第１の領域に設けられた凸部形状の第２の領域と、からなるトナーカートリッジであって、
   前記第２の領域はトナー搬送方向下流側に向かって断面積が小さくなるテーパ形状であることを特徴とする、装置本体に着脱自在な交換式のトナーカートリッジ。
2. トナー搬送部材が配設された略円筒状の第１の領域と、
   前記第１の領域に設けられた凸部形状の第２の領域と、からなるトナーカートリッジであって、
   前記第２の領域はトナー搬送方向下流側に向かって断面積が段階的に小さくなる形状であることを特徴とする、装置本体に着脱自在な交換式のトナーカートリッジ。
3. 前記第２の領域はトナー残量に応じて容積を調節する、容量可変手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトナーカートリッジ。

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