JP7494013B2 - トナーカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を形成するために用いられる画像形成装置と、画像形成装置に用いられるトナーカートリッジに関するものである。

従来、電子写真方式による画像形成装置では、画像形成に伴って消費されるトナー（現像剤）を補給するために、トナーを収容した現像剤補給容器を、画像形成装置本体に着脱可能に設ける構成がある。

特許文献１には、現像剤補給容器にポンプを配置しポンプを用いて現像剤補給容器から画像形成装置本体へトナーを補給する方法が開示されている。

特許第５６２３１０９号

本発明は、ポンプを用いて排出口からトナーを排出するトナーカートリッジにおいて、排出口から安定してトナーを排出することを目的とする。

本発明は、トナーカートリッジにおいて、ケーシングであって、トナーを収容するトナー収容室と、トナーを排出するための排出口が設けられたトナー排出室と、を備えるケーシングと、前記ケーシングに対して可動であって、回転することによってトナーを前記トナー収容室から前記トナー排出室に向けて搬送するように構成された搬送部材と、前記搬送部材に取り付けられ、前記搬送部材と一体となって回転し、前記排出口の内部に対して侵入、脱出を繰り返す作用部材と、前記トナー排出室に作用することによって、空気によって前記排出口からトナーカートリッジの外部にトナーを排出するように構成されたポンプと、を有し、前記ポンプが前記排出口からトナーを排出する瞬間から、一度吸気を経て、次にまた前記排出口からトナーを排出するまでの間に、前記作用部材が前記排出口の内部に対して侵入、脱出する動作を少なくとも一回以上行うように構成されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る構成によれば、ポンプを用いて排出口からトナーを排出するトナーカートリッジにおいて、排出口から安定してトナーを排出することができる。

作用部材の構成を説明する模式図 電子写真画像形成装置の概略断面図 プロセスカートリッジの主断面図 プロセスカートリッジの前方からの全体斜視図 プロセスカートリッジの後方からの全体斜視図 トナーカートリッジの分解斜視図 （ａ）トナーカートリッジを上方から見た際の概略断面図、（ｂ）トナーカートリッジの部分断面図 トナーカートリッジを短手方向からみた概略断面図 トナーカートリッジのポンプ周りの構成を説明する拡大断面図 作用部材の動作を説明する概略断面図 （ａ）時間（ｔ）における、ポンプの伸縮に伴うトナー排出室の内圧変化の関係を示したグラフ、（ｂ）時間（ｔ）における、実施例１の作用部材の排出口への侵入と脱出の関係を示したグラフ、（ｃ）時間（ｔ）における、変形例の作用部材の排出口への侵入と脱出の関係を示したグラフ

（実施例１）
以下に図面を参照して第１の実施形態（実施例１）を例示する。ただし、実施形態に記載されている構成部品の寸法や材質や形状や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などにより適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。

＜画像形成装置１００の全体構成＞
本実施例に係る電子写真画像形成装置１００（以下、画像形成装置１００）の全体構成について図２を用いて説明する。図２は、本実施例に係る画像形成装置１００の概略図である。本実施例において、プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、及び、トナーカートリッジ（トナー補給装置）１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは画像形成装置１００の装置本体に対して着脱自在となっている。なお、以下の説明においては、画像形成装置１００から各プロセスカートリッジ及び各トナーカートリッジを除いた部分を、画像形成装置１００の本体（装置本体）と呼ぶ場合がある。

本実施例では、４つの画像形成部であるプロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの構成と動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。また、４つのトナーカートリッジ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに関しても、収容する現像剤Ｔ（以下、トナー）の色が異なることを除いて、その構成と動作は実質的に同じである。したがって、以下において、特に区別を必要としない場合は、添え字であるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して総括的に説明する。ここで、符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ１は水平方向に並んで配置されている。各プロセスカートリッジ１は、クリーニングユニット４と現像ユニット６を有する。クリーニングユニット４は、像担持体としての感光ドラム７と、感光ドラム７の表面を均一に帯電する帯電手段としての帯電ローラ８、及び、クリーニング手段としてのクリーニングブレード１０を有する。現像ユニット６は、現像ローラ１１とトナーを収容し、感光ドラム７上に静電潜像を現像する。クリーニングユニット４と現像ユニット６は、互いに揺動可能に支持されている。なお、プロセスカートリッジ１Ｙは現像ユニット６内にイエロー（Ｙ）のトナーを収容しており、プロセスカートリッジ１Ｍはマゼンタ（Ｍ）、プロセスカートリッジ１Ｃはシアン（Ｃ）、プロセスカートリッジ１Ｋはブラック（Ｋ）のトナーを収容している。

プロセスカートリッジ１は、画像形成装置１００の本体に設けられた装着ガイド（不図示）や、位置決め部材（不図示）などの装着手段を介して、画像形成装置１００の本体に着脱可能になっている。また、プロセスカートリッジ１の下方には静電潜像を形成するためのスキャナユニット１２が配置されている。さらに、画像形成装置１００においてプロセスカートリッジ１より後方（プロセスカートリッジ１の装着方向に関する下流側）には、廃トナー搬送ユニット２３が配置されている。

トナーカートリッジ１３は、各プロセスカートリッジ１に収容されるトナーの色と対応した順序で、重力方向に関してプロセスカートリッジ１の下方に、それぞれ水平方向に並んで配置されている。なお、以降の説明においては、トナー補給装置としてのトナーカートリッジ１３を単にカートリッジ１３と称する。また、以下の説明においては、重力方向に関する下方と上方を、それぞれ単に下方、上方と称する。

カートリッジ１３Ｙはイエロー（Ｙ）のトナーを収容しており、カートリッジ１３Ｍはマゼンタ（Ｍ）、カートリッジ１３Ｃはシアン（Ｃ）、カートリッジ１３Ｋはブラック（Ｋ）のトナーを収納している。そして、各カートリッジ１３は、同色のトナーを収容したプロセスカートリッジ１にトナーを補給する。

カートリッジ１３によるトナーの補給動作（供給動作）は、画像形成装置１００の装置本体に設けられた残量検知部（不図示）が、プロセスカートリッジ１内のトナー残量不足を検知した際に行われる。カートリッジ１３は、画像形成装置１００の本体に設けられた装着ガイド（不図示）や、位置決め部材（不図示）などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能になっている。なお、プロセスカートリッジ１、カートリッジ１３の詳細説明は後述する。

画像形成装置１００の本体内部には、カートリッジ１３の下方に、各カートリッジ１３から各プロセスカートリッジ１に向けてトナーを搬送するトナー搬送装置１４が、各カートリッジ１３に対応するように配置される。より詳細には、各トナー搬送装置１４は各カートリッジ１３から受け取ったトナーを上方に搬送し、各現像ユニット６にトナーを供給する。トナー搬送装置１４は、トナーを搬送するための通路と、その通路の内部に配置されたスクリューを有する。このスクリューの回転によって、トナー搬送装置１４の通路の内部を通って、トナーが上方に搬送される。

プロセスカートリッジ１の上方には、中間転写体としての中間転写ユニット１９が設けられている。中間転写ユニット１９は、一次転写部Ｓ１側を下方にして、画像形成装置１００の底面に対して略水平に配置されている。各感光ドラム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の内面には、一次転写部材として一次転写ローラ２０が中間転写ベルト１８を介して各感光ドラム７と一次転写部Ｓ１を形成する位置にそれぞれ配置されている。また、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Ｓ２を形成している。さらに、装置本体の底面と略平行な方向であって、二次転写ローラ２１の軸線方向と直交する左右方向において、各プロセスカートリッジ１を介して二次転写部Ｓ２とは反対側に、ベルトクリーニングユニット２２が配置されている。

中間転写ユニット１９のさらに上方には、定着ユニット２５が配置されている。定着ユニットは加熱ユニット２６と、加熱ユニットに圧接する加圧ローラ２７とで構成される。また、装置本体の上面には、排出トレイ３２が配設されており、排出トレイ３２と中間転写ユニット１９の間に廃トナー回収容器２４が配設されている。さらに、装置本体の最下部には記録材３を収容するための給紙トレイ２が配設されている。

＜画像形成プロセス＞
次に、画像形成装置１００における画像形成動作について、図２、及び図３を用いて説明する。図３は、本実施例におけるプロセスカートリッジ１を拡大した模式的な断面図である。

図３に示すように、画像形成時には、感光ドラム７は図示矢印Ａ方向に所定の速度で回転駆動される。また、中間転写ベルト１８は、図２における矢印Ｂの方向（感光ドラム７の回転に対する順方向）に回転駆動される。

感光ドラム７の回転に伴い、まず、感光ドラム７の表面が帯電ローラ８によって一様に帯電される。次に、スキャナユニット１２から照射されたレーザー光によって感光ドラム７の表面が走査露光されることで、感光ドラム７上に画像情報に基づいた静電潜像が形成される。感光ドラム７上に形成された静電潜像は、現像ユニット６によってトナー像として現像される。このとき、現像ユニット６は装置本体に設けられた現像加圧ユニット（不図示）によって感光ドラム７に向けて付勢されている。そして、感光ドラム７上に形成されたトナー像は、所定の電圧が印加された一次転写ローラ２０によって、一次転写部Ｓ１において感光ドラム７上から中間転写ベルト１８上に一次転写される。

ここで、フルカラー画像の形成時には、一次転写部Ｓ１Ｙ、Ｓ１Ｍ、Ｓ１Ｃ、Ｓ１Ｋにおいて上述したプロセスが順次に行われることで、中間転写ベルト１８上に各色のトナー像が順次に重ね合わされる。

給紙トレイ２に収容されている記録材３は、所定の制御タイミングで給送され、中間転写ベルト１８の移動と同期して二次転写部Ｓ２へと搬送される。そして、二次転写部Ｓ２において、記録材３を介して中間転写ベルト１８に当接している二次転写ローラ２１に所定の電圧が印加されることによって、中間転写ベルト１８上の４色のトナー像は一括して記録材３上に二次転写される。

その後、トナー像が転写された記録材３は定着ユニット２５に搬送される。定着ユニット２５において記録材３が加熱及び加圧されることで記録材３にトナー像が定着する。その後、定着済の記録材３が排出トレイ３２に搬送されることで画像形成動作が完了する。

なお、中間転写ベルト１８への一次転写工程の後に感光ドラム７上に残留した一次転写残トナー（廃トナー）は、クリーニングブレード１０によって感光ドラム７の表面から除去される。また、記録材３への二次転写工程の後に中間転写ベルト１８上に残留した二次転写残トナー（廃トナー）は、ベルトクリーニングユニット２２によって中間転写ベルト１８の表面から除去される。クリーニングブレード１０、及び、ベルトクリーニングユニット２２によって除去された廃トナーは、装置本体に設けられる廃トナー搬送ユニット２３によって搬送され、廃トナー回収容器２４に収容される。なお、画像形成装置１００は、所望の単独またはいくつか（全てではない）の画像形成部のみを用いて、単色またはマルチカラーの画像を形成することも可能である。

＜プロセスカートリッジ＞
次に、本実施例に係る画像形成装置１００の本体に装着されるプロセスカートリッジ１の全体構成について図３、図４、図５を用いて説明する。図４は、プロセスカートリッジ１の装着方向における上流側から見たときの、プロセスカートリッジ１の構成を説明する模式的な斜視図である。図５（ａ）は、プロセスカートリッジ１の装着方向における下流側且つクリーニングユニット４側から見たときのプロセスカートリッジ１の構成を説明する模式的な斜視図である。また、図５（ｂ）は、プロセスカートリッジ１の装着方向における下流側且つ現像ユニット６側から見たときのプロセスカートリッジ１の構成を説明する模式的な斜視図である。

図３、図４に示すように、プロセスカートリッジ１は、クリーニングユニット４と現像ユニット６から形成される。クリーニングユニット４と現像ユニット６は回転支持ピン３０を中心として、揺動可能に結合される。

図３に示すように、クリーニングユニット４は、クリーニングユニット４内の各種部材を支持するクリーニング枠体５を有する。また、クリーニングユニット４内には、感光ドラム７、帯電ローラ８、クリーニングブレード１０の他に、感光ドラム７の回転軸線方向に平行な方向に延びる廃トナースクリュー１５を有する。クリーニング枠体５には、感光ドラム７を回転可能に支持し、感光ドラムから廃トナースクリュー１５に駆動を伝達するためのクリーニングギア列３１を備えるクリーニング軸受３３が、クリーニングユニット４の長手方向に関する両端に配設されている。

クリーニングユニット４に設けられる帯電ローラ８は、帯電ローラ８の軸線方向に関する両端に配置された帯電ローラ加圧ばね３６によって、感光ドラム７に向かって矢印Ｃ方向に付勢されている。帯電ローラ８は感光ドラム７に対して従動して回転するように設けられ、感光ドラム７が画像形成時に図示印Ａ方向に回転駆動されると、図示矢印Ｄの方向（感光ドラム７の回転に対する順方向）に回転する。

クリーニングユニット４に設けられるクリーニングブレード１０は、一次転写後に感光ドラム７の表面に残った転写残トナー（廃トナー）を除去するための作用部材１０ａと、作用部材１０ａを支持するための支持部材１０ｂとから構成されている。クリーニングブレード１０によって感光ドラム７の表面から除去された廃トナーは、クリーニングブレード１０とクリーニング枠体５により形成される廃トナー収容室９に収容される。廃トナー収容室９に収容された廃トナーは、廃トナー収容室９内に設置される廃トナースクリュー１５によって画像形成装置１００の後方（プロセスカートリッジ１の装着方向に関する下流側）に向かって搬送される。搬送された廃トナーは、図５（ａ）に図示される廃トナー排出部３５から排出され、画像形成装置１００の本体に設けられた廃トナー搬送ユニット２３へと受け渡される。

現像ユニット６は、現像ユニット６内の各種部材を支持する現像枠体１６を有する。現像枠体１６は、現像ローラ１１と供給ローラ１７とが内部に設けられる現像室１６ａと、トナーが収容され、撹拌部材２９が内部に設けられるトナー収納室１６ｂとに分けられる。

現像室１６ａには、現像ローラ１１、供給ローラ１７、現像ブレード２８が設けられている。現像ローラ１１は、トナーを担持しており、画像形成時は矢印Ｅ方向に回転し、感光ドラム７と接触することで感光ドラム７にトナーを供給する。また、現像ローラ１１は、その長手方向（回転軸線方向）の両端部において現像軸受ユニット３４によって回転可能に現像枠体１６に支持されている。供給ローラ１７は現像ローラ１１と接触しつつ、現像軸受ユニット３４によって回転可能に現像枠体１６に支持されており、画像形成時は矢印Ｆ方向に回転する。さらに、現像ローラ１１上に形成されるトナー層の厚みを規制する、層厚規制部材としての現像ブレード２８が、現像ローラ１１の表面に当接するように配置されている。

トナー収納室１６ｂには、収納されたトナーＴを撹拌するとともに、現像室連通口１６ｃを介して供給ローラ１７へトナーを搬送するための撹拌部材２９が設けられている。撹拌部材２９は、現像ローラ１１の回転軸線方向に平行な回転軸２９ａと、可撓性を有するシートである搬送部材としての撹拌シート２９ｂとを有する。撹拌シート２９ｂの一端が回転軸２９ａに取り付けられ、撹拌シート２９ｂの他端が自由端となっており、回転軸２９ａが回転して撹拌シート２９ｂが矢印Ｇ方向に回転することで、撹拌シート２９ｂによってトナーが撹拌される。

現像ユニット６は、現像室１６ａとトナー収納室１６ｂとを連通する現像室連通口１６ｃを有する。本実施例では、現像ユニット６が通常使用される姿勢（使用時の姿勢）において、現像室１６ａは、トナー収納室１６ｂの上方に位置している。撹拌部材２９によって汲み上げられたトナー収納室１６ｂ内のトナーは、現像室連通口１６ｃを通って現像室１６ａに供給される。

さらに、図５（ｂ）に示すように、現像ユニット６には、プロセスカートリッジ１の装着方向に関する下流側の一端に受入口４０が設けられている。トナー受入口４０の上部には、受入口シール部材４５と、前後方向に移動可能なトナー受入口シャッタ４１が配置されている。トナー受入口４０は、プロセスカートリッジ１が装置本体に装着されていない場合は受入口シャッタ４１によって閉じられている。受入口シャッタ４１は、プロセスカートリッジ１の着脱動作に連動して開閉し、プロセスカートリッジ１が装着されることによって装置本体に付勢されて開く構成となっている。

図３に示すように、トナー受入口４０に連通して受入搬送路４２が設けられ、内部には受入搬送スクリュー４３が配置されている。さらに、現像ユニット６の長手方向に関する中央付近には、トナー収納室１６ｂへトナーを供給するための収納室連通口４４が設けられ、受入搬送路４２とトナー収納室１６ｂを連通している。受入搬送スクリュー４３は現像ローラ１１や供給ローラ１７の回転軸線方向と平行な方向に延びており、トナー受入口４０から受け入れたトナーを、収納室連通口４４を介してトナー収納室１６ｂに搬送する。

＜トナーカートリッジ＞
次に、本実施例に係る画像形成装置１００に装着されるカートリッジ１３（トナー補給装置）の全体構成について図６、図７、図８、図９を用いて説明する。なお、本実施例においては、ブラック（Ｋ）のトナーが収容されるカートリッジ１３Ｋは、その他の３色のカートリッジ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃと比べてトナー容量が大きい構成となっている。その一方で、容量が異なることを除いて、４つのカートリッジ１３の構成は実質的に違いがない。したがって、以下の説明においては、ブラック（Ｋ）以外のイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色のトナーが収容されカートリッジ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの構成に対応した図面を用いて説明を行う。また、符号Ｙ、Ｍ、Ｃに関しては省略して説明する。

図６は、本実施例に係るカートリッジ１３の構成を説明するために、一部の構成を分解して示した模式的な斜視図である。図７（ａ）は、カートリッジ１３を上方から見た際の模式的な断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ１－Ａ１断面図である。また、図８は、カートリッジ１３の構成を説明するための概略断面図であり、図７（ａ）のＡ２－Ａ２断面図である。図９（ａ）は、本実施例におけるポンプ５８がその伸縮方向に関して伸びている状態を説明する模式図であり、図９（ｂ）は、本実施例におけるポンプ５８がその伸縮方向に関して縮んでいる状態を説明する模式図である。

なお、以下の説明においては、カートリッジ１３が通常の姿勢、すなわち装置本体内部に装着される際の姿勢をとることを前提としつつ、以下のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いて示される方向（Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２）を定義する。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれが直交している。

重力方向に関する上下方向をＹ軸で示す。矢印Ｙ１で示されるのは、上方向であり、矢印Ｙ２で示されるのは下方向である。カートリッジ１３のＹ１方向の端に設けられた面を天面（上面）と呼び、Ｙ２方向の端に設けられた面を底面と呼ぶ。カートリッジ１３の天面は上（Ｙ１方向）を向いており、底面は下（Ｙ２方向）を向いている。

前後方向をＺ軸で示す。カートリッジ１３を装置本体に装着する際の装着方向において、上流に向かう方向を矢印Ｚ１で示し、装着方向の下流側に向かう方向をＺ２で示す。Ｚ１方向を前、Ｚ２方向を後ろとする。つまり、カートリッジ１３のＺ１方向の端に設けられた面をカートリッジ１３の前面と呼び、Ｚ２方向の端に設けられた面を後面と呼ぶ。カートリッジ１３の前面は前（Ｚ１方向）を向いており、後面は後ろ（Ｚ２方向）を向いている。また、前面から後面までの広がり（Ｚ軸方向の広がり）をカートリッジ１３の長手方向とする。

更に左右方向をＸ軸で示す。カートリッジ１３を装置本体に装着する際の装着方向に沿って見た時に左になる方向を矢印Ｘ１で示し、右になる方向を矢印Ｘ２で示す。カートリッジ１３のＸ１方向の端に設けられた面を左側面（左面）とよび、Ｘ２方向の端に設けられた面を右側面（右面）と呼ぶ。カートリッジ１３の左側面は左方向（Ｘ１方向）に面し、右側面は右方向（Ｘ２方向）に面している。また、左側面から右側面へ向かう方向（すなわちＸ軸の広がり）をカートリッジ１３の短手方向とする。

本実施例においては、カートリッジ１３の前面と後面の距離は、右側面と左側面の距離よりも長く、また、上面と底面の距離よりも長い。また、右側面と左側面の距離は、上面と底面の距離の距離よりも短い。ただしこのような構成に限られるわけではない。例えば、カートリッジ１３の右側面と左側面の距離を一番長くしてもよいし、あるいは、上面と底面の距離を一番長くしてもよい。

カートリッジ１３によって現像ユニット６に向けて補給されるトナーは、上記したようにトナー搬送装置１４によってプロセスカートリッジ１に補給される。つまりカートリッジ１３はプロセスカートリッジ１に供給（補給）するためのトナーを収容している。

図６に示すように、本実施例のカートリッジ１３は、補給枠体（ケーシング、枠体）５０を有する。補給枠体５０は、容器部分５０ａと蓋部分５０ｂを有していて、容器部分５０ａに蓋部分５０ｂを取り付けることで構成される。また容器部分５０ａと蓋部分５０ｂによって、補給枠体５０の内側に内部空間５１を形成している。蓋部分５０ｂは、Ｙ１方向に関するカートリッジ１３の端に位置し、カートリッジ１３の天面（補給枠体５０の天面）を構成する。

補給枠体５０は、その内部空間５１の中に仕切り部材（パーテーション）５５を有し、この仕切り部材５５によって、内部空間５１がさらに複数の領域に仕分けられている。つまり、図８に示すように、内部空間５１は仕切り部材５５によって、トナー収容室４９、連通路４８、トナー排出室５７という複数の部屋（空間）に分かれている。仕切り部材５５を補給枠体５０の一部とみなすこともできるし、実際に仕切り部材５５を補給枠体５０と一体的に形成することもできる。

また、補給枠体５０のＺ２方向に関する端部（後端、後面）の近傍には駆動入力ギア５９、カムギア６０（第一ギア）、スクリューギア６４（第二ギア）からなる駆動列や、ポンプ５８などが取り付けられている。ギア列やポンプ５８などをカバーするため、これらの部材の外側からはサイドカバー６２が取り付けられる。特にカムギア６０については、サイドカバー６２と補給枠体５０によってＺ１方向及びＺ２方向への移動が規制されている。

図６～８に示すように、補給枠体５０の内部空間５１には、攪拌部材５３とスクリュー５４（搬送部材）が設けられている。スクリュー５４は、カートリッジ１３の装着方向に関する上流側（Ｚ１方向）から装着方向に関する下流側（Ｚ２方向）に延在して配置されている。また、スクリュー５４は、図８に示すように、Ｚ１方向からＺ２方向に延在して配置されている一部を仕切り部材５５によって覆われている。仕切り部材５５がスクリュー５４の一部領域を覆うことで、仕切り部材５５の内部にトンネル状の空間が形成され、この空間が連通路４８として構成される。

補給枠体５０の内部空間５１に形成されたそれぞれの部屋（空間）を以下で詳細に説明する。

［トナー収容室］
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、トナー収容室（現像剤収容室）４９は、トナー（現像剤）を収容する空間であり、トナー収容室４９にはトナーを攪拌するための攪拌部材５３が配置されている。攪拌部材５３は、カートリッジ１３の長手方向に対して平行な方向に延在するように配置され、回転可能な状態で補給枠体５０に支持されている。

攪拌部材５３は回転軸５３ａと、可撓性を有するシート状部材としての補給撹拌シート５３ｂとを有する。なお、攪拌部材５３の回転軸５３ａは、攪拌部材５３が延在する方向（カートリッジ１３の長手方向）に延在して配置されている。また、回転軸５３ａには、補給撹拌シート５３ｂの一端が取り付けられている。補給撹拌シート５３ｂの他端は自由端となっており、回転軸５３ａが回転することで補給撹拌シート５３ｂは図７（ｂ）における図示矢印Ｈ方向に回転する。補給撹拌シート５３ｂの回転によってトナー収容室４９に収容されたトナーが撹拌され、トナーを後述する補給搬送スクリュー５４に搬送する。

［連通路］
連通路４８はトナー収容室４９と後述するトナー排出室５７を連通する空間であり、トナーがその内部を移動する通路である。連通路４８は、仕切り部材５５と補給枠体５０とで形成される。連通路４８内には、先に説明したように、スクリュー５４の一部が配置されている。より詳細には、図８に示すように、補給枠体５０の内部空間５１において、スクリュー５４のＺ１方向の領域には仕切り部材５５は設けられておらず、Ｚ２方向の領域にのみ仕切り部材５５が設けられている。この、Ｚ２方向における仕切り部材５５によって仕切られた空間が連通路４８であり、スクリュー５４のＺ２方向側はトナー収容室４９と直結する空間となっている。言い換えると、スクリュー５４は、トナー収容室４９と直結する空間と、連通路４８とにまたがって配置されている。

スクリュー５４は、補給枠体５０に対して可動な可動部材であり、より詳細に言うと、回転可能に補給枠体５０に支持されている。スクリュー５４は、回転することによって、Ｚ２方向側のトナー収容室４９へ露出した部分からＺ１方向側の連通路４８に向けて、トナー収容室４９のトナーをスクリュー５４の回転軸線方向に沿って搬送する。

連通路４８は前述したように仕切り部材５５と補給枠体５０とで形成されており、スクリュー５４によるトナー搬送方向へ沿って延びていて、トンネル形状を有する。またスクリュー５４の一部を覆うことによって、連通路４８の内部にスクリュー５４を配置させている。連通路４８のトンネル形状はスクリュー５４の外形に対応して形成されている。

連通路４８は、スクリュー５４によって搬送されるトナーの量を制御して所定量を搬送する役割をもっている。より詳細には、スクリュー５４によって連通路４８にむけて搬送されるトナーの一部は、連通路４８の内部に進入してトナー排出室５７まで移動することができるが、残りのトナーは連通路４８に入ることができず、トナー収容室４９に残される。連通路４８の内部に進入するトナーの量は、連通路４８が形成するトンネルの開口の大きさと、スクリュー５４の大きさの比率を適宜設定することによって調整することができる。このように、連通路４８を設け、スクリュー５４が連通路４８の内部を通る構成とすることによって、トナー収容室４９から所望の量のトナーだけをトナー排出室５７に供給することができる。

［トナー排出室］
図８、図９（ａ）～（ｂ）に示すように、トナー排出室５７は、仕切り部材５５と補給枠体５０とで形成される空間であり、スクリュー５４がトナーを搬送する搬送方向（Ｚ１からＺ２に向かう方向）において、連通路４８よりも下流側に配置されている。

トナー排出室５７の近傍、すなわち補給枠体５０の後面（Ｚ２方向の端部）の近傍には、スクリュー５４が回転するための回転力を受けるスクリューギア６４が配置されている。また、トナー排出室５７は、トナーを補給枠体５０の内部空間５１から外部へ排出するための排出口５２を有する。排出口５２は、カートリッジ１３の底面（すなわち補給枠体５０の底面）に形成されており、トナーは排出口５２から下方に向けて排出される。また、図２に示すように、カートリッジ１３の下方にはトナー搬送装置１４が設けられており、排出口５２から排出されたトナーはトナー搬送装置１４に収容された後、トナー搬送装置１４によってプロセスカートリッジ１に搬送される。なお、スクリュー５４の搬送方向において、排出口５２はカートリッジ１３の下流側に配置される。つまり、排出口５２とカートリッジ１３の前面（Ｚ１方向の端部）の距離よりも、排出口５２とカートリッジ１３の後面（Ｚ２方向の端部）の距離の方が短い。

また、カートリッジ１３の後面（矢印Ｚ２方向の端部）の近傍にはポンプ５８が配置されている。ポンプ５８は、伸縮可能な蛇腹部（可動部）５８ａを有し、トナー排出室５７の内部と連通して設けられる。ポンプ５８は、カムギア６０が回転することによって蛇腹部５８ａが伸縮し、蛇腹部５８ａの内部容積を変動させることができる。カムギア６０は、図６に示すように、駆動入力ギア５９及びスクリューギア６４と連結されており、駆動入力ギア５９から駆動力を受けて回転し、また、回転することでスクリューギア６４に回転力を伝達しする。

ポンプ５８の伸縮に伴ってトナー排出室５７の内圧（内部の気圧）が変動すると、カートリッジ１３の外部の気圧とトナー排出室５７の内部の圧力との間に差が生じる。この圧力差により排出口５２は吸気及び排気を行い、この時の空気の流れをトナーの排出に利用することで、排出口５２からトナー搬送装置１４に向けてトナーの排出を行うことができる。

より詳細に説明すると、図９（ａ）に示すように、ポンプ５８が伸びることでその容積が増える場合においては、ポンプ５８及びトナー排出室５７の内部の気圧が低下し、排出口５２からトナー排出室５７の内部に空気が入りこむ。一方、図９（ｂ）に示すように、ポンプ５８が縮むことでその容積が減る場合においては、ポンプ５８及びトナー排出室５７の内部の気圧が大きくなるので、排出口５２を通ってトナー排出室５７の内部から外部に空気とともにトナーが排出される。本実施例の構成においては、この繰り返しによって、カートリッジ１３の内部から排出口５２を通って外部にトナーが断続的に排出される。

［作用部材の構成］
次に、本実施例に係る作用部材７０の構成について図１を用いて説明する。図１は、スクリュー５４のＺ２方向端部の拡大図である。

図１、図９（ａ）に示すように、排出口５２の上部にあたるスクリュー５４の位置には、作用部材７０が取り付けられている。本実施例においては、作用部材７０にはシート状の弾性部材、より詳細には厚み１００μｍの樹脂シート（ＰＣシート）を用いた。また、作用部材７０をボス５４ａによってスクリュー５４に対して熱カシメすることで、作用部材７０をスクリュー５４に取り付けた。図１に示すように、作用部材７０は、スクリュー５４の回転軸線方向と直交する方向に突出した第一の羽根部７０ａ（第一作用部）及び第二の羽根部７０ｂ（第二作用部）を有する。そして作用部材７０は、スクリュー５４の回転に伴ってこの両羽根部が排出口５２に対して侵入と脱出を繰り返す。この作用部材７０の排出口５２への侵入又は脱出の動作によって、作用部材７０は排出口５２近傍のトナーをほぐすことが可能である。

［作用部材の動作］
次に、図９、図１０を用いて、作用部材７０の動作についてより詳細に説明する。図１０（ａ）～（ｄ）は、作用部材７０の動作を説明するための模式的な断面図であり、図７（ａ）におけるＡ３－Ａ３断面図である。図１０（ａ）～（ｄ）に示すように、スクリュー５４が図示矢印Ｒ１方向に回転することによって、作用部材７０はトナー排出室５７の内部において変形しながらスクリュー５４と共に回転する。

図１０（ａ）は、スクリュー５４が駆動されているある瞬間の状態であり、作用部材７０の取り付け面が、スクリュー５４の回転軸を介して排出口５２に対向する上方であって、排出口５２の開口面に対して水平になった状態を示している。この状態においては、作用部材７０の可撓性によって、第一の羽根部７０ａ及び第二の羽根部７０ｂが、仕切り部材５５及び補給枠体５０に沿うように変形した状態となっている。ここで、先に説明したように、トナー排出室５７内には、連通路４８を介してスクリュー５４により常に一定量のトナーが送り込まれてくるため、排出口５２の近傍はある一定量のトナーで満たされている。

図１０（ａ）の状態からスクリュー５４が更に図示矢印Ｒ１方向に回転すると、図１０（ｂ）に示すように、排出口５２に到達した第一の羽根部７０ａの変形が開放され、第一の羽根部７０ａが排出口５２の内部に侵入した状態となる。このように、第一の羽根部７０ａが排出口５２に侵入することで、排出口５２の内部及びその近傍のトナーがほぐされ、トナーの流動性が増す。ここで、作用部材７０として可撓性を有するシート材を用いることで、作用部材７０の羽根部がより排出口５２内部に侵入できるため、よりトナーをほぐす効果が得られる。また、本実施例の構成においては、図１０（ｂ）に示すように、第一の羽根部７０ａは排出口５２の内部に侵入しているが、排出口５２を完全に覆っていないので、このタイミングでポンプ５８が縮んで排出動作を行っても、トナー排出の妨げにはならない。

図１０（ｂ）の状態からスクリュー５４が更に図示矢印Ｒ１方向に回転すると、図１０（ｃ）に示すように、第一の羽根部７０ａは、排出口５２内部から脱出した状態となる。この時、第一の羽根部７０ａ及び第二の羽根部７０ｂは図１０（ａ）の状態と同様に、仕切り部材５５及び補給枠体５０に沿うように変形した状態となる。また、図１０（ｃ）の状態においては、作用部材７０の取り付け面が排出口５２の開口面に対して水平な状態となっている。

そして、図１０（ｃ）の状態からスクリュー５４が更に図示矢印Ｒ１方向に回転すると、図１０（ｄ）に示すように、第一の羽根部７０ａとは反対側の第二の羽根部７０ｂが排出口５２に到達し、そして排出口５２において第二の羽根部７０ｂの変形が開放される。これにより、第二の羽根部７０ｂが排出口５２の内部に侵入した状態となる。この時、図１０（ｂ）で説明した状態と同様に、第二の羽根部７０ｂが排出口５２に侵入することで、排出口５２内部及びその近傍のトナーがほぐされ、トナーの流動性が増し、トナー排出に適した状態となる。

以上説明したように、作用部材７０は、スクリュー５４が一回転する間に、図１０（ａ）～（ｄ）の状態を推移し、両羽根部がぞれぞれ交互に排出口５２内部に侵入と脱出を繰り返すことで、排出口５２内部及び近傍のトナーをほぐすことが可能である。

［ポンプの伸縮と作用部材の回転動作の周期関係）］
次に図１１を用いて、本実施例における、ポンプ５８の伸縮動作と作用部材７０の回転動作の周期関係について説明する。図１１（ａ）は、ポンプ５８を動作させた時のポンプ５８の伸縮動作に伴う、時間（ｔ）におけるトナー排出室５７の内圧変化の関係を示したグラフである。また、図１１（ｂ）は、本実施例における作用部材７０の、時間（ｔ）における排出口５２への侵入と脱出の関係を示したグラフである。図１１（ｃ）は、本実施例の変形例として、第一の羽根部のみを有する作用部材を用いた場合の、時間（ｔ）における作用部材の排出口５２への侵入と脱出の関係を示したグラフである。

図１１（ａ）に示すように、駆動入力ギア５９からの駆動を受けてカムギア６０が回転しポンプ５８が伸縮運動を行うことにより、トナー排出室５７の内圧は、ポンプ５８が伸縮する周期（Ｔｐ）で変動する。なお、本実施例の構成においては、カムギア６０の回転数は７９（ｒｐｍ）、ポンプの周期Ｔｐは０．３８（ｓｅｃ）に設定している。図１１（ａ）において、領域Ｐ１は外気圧に対してトナー排出室５７の内圧の方が高い領域であり、領域Ｐ２は、外気圧に対してトナー排出室５７の内圧の方が低い領域である。ポンプ５８が伸縮することによって、図１１（ａ）に示すようにトナー排出室５７の内圧が変化する。そして先に説明したように、排出口５２からのトナーの排出は、ポンプ５８が縮む動作に伴って行われ、即ち、領域Ｐ１で行われる。

図１１（ｂ）は、本実施例で説明した、作用部材７０の第一の羽根部７０ａと第二の羽根部７０ｂの、ポンプ５８の伸縮周期に伴う排出口５２への侵入と脱出の関係を示した図である。本実施例においては、カムギア６０からの駆動力を受けてスクリューギア６４が回転することでスクリュー５４が回転する。即ち、ポンプ５８を駆動するカムギア６０とスクリュー５４を駆動するスクリューギア６４が駆動連結されており、ポンプ５８の伸縮周期に合わせて作用部材７０の羽根部が排出口５２に対して侵入又は脱出を行う。このような構成とすることによって、ポンプ５８の伸縮周期と作用部材７０の動作に周期性を出しやすくなる。

本実施例では、スクリュー５４の回転数を１７４（ｒｐｍ）、作用部材７０の両羽根部の周期を、時間Ｔｓ１を０．１１（ｓｅｃ）、時間Ｔｓ２を０．２４（ｓｅｃ）と設定している。ここで、図１１（ｂ）における時間Ｔｓ１は、第一の羽根部７０ａが排出口５２に侵入する瞬間から第二の羽根部７０ｂが排出口５２に侵入する瞬間までの時間間隔である。また、時間Ｔｓ２は、第二の羽根部７０ｂが排出口５２に侵入する瞬間から第一の羽根部７０ａが排出口５２に侵入する瞬間までの時間間隔である。

また、図１１（ａ）における時間ｔ１は、ポンプ５８が縮み始めてトナーの排出が開始されるタイミングであり、時間ｔ２は、ポンプ５８が一度伸縮動作を行った後に、再度縮み始めてトナーの排出が開始されるタイミングである。本実施例の構成によれば、図１１（ａ）～（ｂ）に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２までの間（ポンプ５８の伸縮一周期の間）に、第一の羽根部７０ａと第二の羽根部７０ｂによって排出口５２の近傍のトナーを二回ほぐしている。これにより、ポンプ５８の伸縮に伴って作用部材７０を動作させることで安定してトナーを排出することが可能である。ここで、時間ｔ１から時間ｔ２までの間（ポンプ５８の伸縮一周期の間）とは、ポンプ５８が排出口５２からトナーを排出する瞬間から一度吸気を経て、次にまた排出口５２からトナーを排出するまでの間の時間ともいえる。

ここで、ポンプ５８の伸縮に伴って作用部材７０を動作させることで安定してトナーを排出するためには、時間ｔ１から時間ｔ２までの間に、作用部材７０の羽根部による排出口５２に対する侵入、脱出の動作を少なくとも一回以上行うことが好ましい。即ち、本実施例のように第一及び第二の２つの羽根部を設ける場合においては、ポンプの周期Ｔｐが時間Ｔｓ１以上であって、且つ、時間Ｔｓ２以上であることが好ましい。

また、時間ｔ１から時間ｔ２までの間に、少なくとも一回以上排出口５２の近傍のトナーをほぐすためには、本実施例のように羽根部を２か所設けることなく、変形例として、図１における片方の羽根部のみを設けた作用部材を用いてもよい。この場合の変形例の作用部材の排出口５２への侵入又は脱出の周期は、図１１（ｃ）に示すようになる。ここで、図１１（ｃ）における時間Ｔｓ３は、変形例の作用部材の羽根部が排出口５２にに侵入する瞬間から、一度排出口５２から脱出し、スクリュー５４が一周した後に再度作用部材の羽根部が排出口５２に侵入する瞬間までの時間間隔である。そして、変形例の構成においてポンプ５８の伸縮に伴って作用部材７０を動作させることで安定してトナーを排出するためには、ポンプの周期Ｔｐが時間Ｔｓ３以上であることが好ましい。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、ポンプ５８を用いてトナーの補給を行うカートリッジ１３において、スクリュー５４に作用部材７０を取り付け、且つ、ポンプ５８の伸縮に伴って作用部材７０を動作させている。これにより、ポンプ５８が伸縮する周期に合わせて作用部材７０に設けられた羽根部で排出口５２の近傍のトナーをほぐすことで、排出口５２から安定してトナーを排出することが可能である。

本実施例においては、ポンプ５８を駆動するカムギア６０とスクリュー５４を駆動するスクリューギア６４が駆動連結された構成について説明したが、これに限らない。時間ｔ１から時間ｔ２までの間（ポンプ５８の伸縮一周期の間）に、少なくとも一回以上排出口５２の近傍のトナーをほぐすことが可能であれば、カムギア６０からではなく、別の駆動部からスクリューギア６４に駆動を伝達する構成としてもよい。

なお、作用部材７０は本実施例において説明した樹脂シートに限らず、同様の機能を満たす他の材質でも代替可能であり、スクリュー５４の回転によって作用部材７０が排出口５２に進退することが可能であればその厚みも適宜変更も可能である。また、作用部材７０のスクリュー５４への取り付けも、本実施例において説明した熱カシメに限らず、熱カシメと同等の機能を有する固定手段であれば適宜用いることが可能である。

１３ トナーカートリッジ
４９ トナー収容室
５０ 補給枠体
５２ 排出口
５４ スクリュー
５７ トナー排出室
５８ ポンプ
７０ 作用部材

Claims (10)

1. トナーカートリッジにおいて、
   ケーシングであって、トナーを収容するトナー収容室と、トナーを排出するための排出口が設けられたトナー排出室と、を備えるケーシングと、
   前記ケーシングに対して可動であって、回転することによってトナーを前記トナー収容室から前記トナー排出室に向けて搬送するように構成された搬送部材と、
   前記搬送部材に取り付けられ、前記搬送部材と一体となって回転し、前記排出口の内部に対して侵入、脱出を繰り返す作用部材と、
   前記トナー排出室に作用することによって、空気によって前記排出口からトナーカートリッジの外部にトナーを排出するように構成されたポンプと、
   を有し、
   前記ポンプが前記排出口からトナーを排出する瞬間から、一度吸気を経て、次にまた前記排出口からトナーを排出するまでの間に、前記作用部材が前記排出口の内部に対して侵入、脱出する動作を少なくとも一回以上行うように構成されていることを特徴とするトナーカートリッジ。
2. 前記作用部材は、可撓性を有するシート状部材であり、前記搬送部材の回転軸線方向と直交する方向に関して突出する作用部であって、前記搬送部材と共に回転して前記排出口の内部に対して侵入、脱出を繰り返す作用部を備え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. 前記ポンプが前記排出口からトナーを排出する瞬間から、一度吸気を経て、次にまた前記排出口からトナーを排出するまでの時間は、前記作用部が前記排出口に侵入する瞬間から、前記作用部が一度前記排出口から脱出し、次にまた前記排出口に侵入する瞬間までの時間以上であることを特徴とする請求項２に記載のトナーカートリッジ。
4. 前記作用部材は、可撓性を有するシート状部材であり、前記搬送部材の回転軸線方向と直交する方向に関して突出する第一作用部と、前記第一作用部が突出する方向に関して前記搬送部材を介して前記第一作用部とは反対側に突出する第二作用部と、を備え、
   前記作用部材が前記搬送部材と共に回転することによって、前記第一作用部、及び前記第二作用部は、それぞれ交互に、前記排出口の内部に対して侵入、脱出を繰り返す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。
5. 前記ポンプが前記排出口からトナーを排出する瞬間から、一度吸気を経て、次にまた前記排出口からトナーを排出するまでの時間を時間は、前記搬送部材の回転に伴い前記第一作用部が前記排出口に侵入する瞬間から前記第二作用部が前記排出口に侵入する瞬間までの時間以上であって、且つ、前記搬送部材の回転に伴い前記第二作用部が前記排出口に侵入する瞬間から前記第一作用部が前記排出口に侵入する瞬間までの時間以上であることを特徴とする請求項４に記載のトナーカートリッジ。
6. 前記ポンプに駆動を伝達して前記ポンプを伸縮させる第一ギアと、前記搬送部材に駆動を伝達して前記搬送部材を回転させる第二ギアを有し、
   前記第二ギアは、前記第一ギアと駆動を連結され、前記第一ギアからの駆動力を受けて回転することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のトナーカートリッジ。
7. 前記ケーシングは、前記トナー収容室と前記トナー排出室とを連通する連通路を備え、
   前記搬送部材は、前記トナー収容室と、前記連通路と、前記トナー排出室にまたがって配置されており、前記連通路を介して前記トナー収容室から前記トナー排出室にトナーを搬送することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトナーカートリッジ。
8. 装置本体と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のトナーカートリッジと、
   を有し、
   前記トナーカートリッジは前記装置本体に対して着脱可能である画像形成装置。
9. トナー像を形成する画像形成部と、前記トナーカートリッジから前記画像形成部に向けてトナーを搬送するトナー搬送装置と、を有し、
   前記排出口から排出されたトナーは、前記トナー搬送装置によって前記画像形成部に向けて搬送されることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記ポンプは、
    内部空間を有し、
    第１の状態と、前記内部空間が前記第１の状態よりも狭い第２の状態と、に遷移可能であり、
    前記第１の状態から前記第２の状態に遷移させられることによって送られる空気によってトナーが前記排出口からトナーカートリッジの外部に排出され、
    前記第２の状態から前記第１の状態に遷移させられることによって吸気するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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