JP2005266434A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラー画像形成装置において黒トナーの代わりにカラーの回収トナーを用いて印刷する場合に、細線の再現レベルを向上させることにある。
【解決手段】 この画像形成装置は、クリーニング装置１７ａ〜１７ｄと、回収タンク２１と、トナー補給機構と、トナー供給手段とを備えている。クリーニング装置１７ａ〜１７ｄは、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄから用紙に転写されなかったトナーを回収するためのものである。回収タンク２１は、クリーニング装置１７ａ〜１７ｄにより回収された回収トナーが収容される。トナー補給機構は、回収タンク２１内の回収トナーの各色の構成比率が所定の比率となるよう、所定の比率を構成するのに必要な色のトナーを回収タンク２１に補給する。トナー供給手段は、トナー補給機構による補給が行われた回収タンク２１内のトナーを黒トナー用現像ユニット１３ｄに供給する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、画像形成装置、特に、感光体ドラムと、前記感光体ドラムに黒トナーによりトナー像を形成するための黒トナー用現像装置と、カラートナーの色ごとに設けられ前記感光体ドラムに前記カラートナーによりトナー像を形成するための複数のカラートナー用現像装置と、前記感光体ドラムに形成されたトナー像を転写材に転写するための転写装置とを有する画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置は、感光体ドラムと、感光体ドラム周りに配置され現像ユニット及び転写ローラ等とを備えている。現像ユニットには、トナーが充填されたトナーカートリッジが含まれており、随時トナーが補給されるようになっている。

従来の画像形成装置において、カラー複写機、カラープリンタ等のカラー画像形成装置では、一般に、黒（Ｋ）のトナーと、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３種のカラートナーとが用いられ、現像ユニットは、トナーの色ごとに複数設けられている。このような従来のカラー画像形成装置としては、トナーの色ごとの複数の感光体ドラムが並べて配置されたタンデム型の装置と、１つの感光体ドラムのみを備えたワンドラム型の装置とが知られている。

ところで、カラー画像形成装置では、通常、黒トナーが最も多く消費されるため、カラートナーに比べ早くなくなってしまう。そこで、黒トナーがなくなった場合に、残っているカラートナーを組み合わせて疑似黒を生成する技術が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この技術では、黒のトナーカートリッジが空になると、他の現像ユニットからそれぞれカラートナーが感光体ドラムに供給され、転写材に３種のカラートナーが重ねて転写されることで、黒トナーと同様の色を呈する印刷物を得ることができる。
特開平５−３０３２４３号公報

画像形成に用いられる画像データは、多数のドット（色の点）で構成されるが、上記特許文献１の技術では、画像データの各ドットは、３種のトナーを別々に重ねて転写されて得られることから、印刷物において細線の再現レベルが低下してしまう。

さらに、ワンドラム型のカラー画像形成装置では、３つの現像ユニットによってそれぞれ現像動作が行われることから、通常のモノクロ印刷を行う場合に比べ、画像形成に非常に時間がかかってしまう。

本発明の課題は、カラー画像形成装置において黒トナーの代わりにカラーの回収トナーを用いて印刷する場合に、細線の再現レベルを向上させることにある。

又、本発明の課題は、カラー画像形成装置において黒トナーの代わりにカラーの回収トナーを用いて印刷する場合に、通常のモノクロ印刷にかかる時間と同程度の時間で印刷できるようにすることにある。

請求項１に係る画像形成装置は、感光体ドラムと、感光体ドラムに黒トナーによりトナー像を形成するための黒トナー用現像装置と、カラートナーの色ごとに設けられ感光体ドラムにカラートナーによりトナー像を形成するための複数のカラートナー用現像装置と、感光体ドラムに形成されたトナー像を転写材に転写するための転写装置とを有する装置であって、クリーニング装置と、回収トナー収容部と、トナー補給機構と、トナー供給手段とを備えている。クリーニング装置は、感光体ドラムから転写材に転写されなかったトナーを回収するためのものである。回収トナー収容部は、クリーニング装置により回収された回収トナーが収容される。トナー補給機構は、回収トナー収容部内の回収トナーの各色の構成比率が所定の比率となるよう、所定の比率を構成するのに必要な色のトナーを回収トナー収容部に補給する。トナー供給手段は、トナー補給機構による補給が行われた回収トナー収容部内のトナーを黒トナー用現像装置に供給可能である。

この装置では、画像形成動作後に感光体ドラムに残存する未転写トナーは、クリーニング装置によって回収されると、回収トナー収容部に収容され、トナー補給機構により所定の比率を構成するのに必要な色のトナーが補給される。そして、補給が行われた回収トナー収容部内の混合トナーは、黒トナー用現像装置に供給される。これにより、この装置では、黒トナーがなくなった場合でも、疑似黒色による印刷を行うことができる。

そして、この装置では、画像データの各ドットは、黒トナー用現像装置による１回の現像動作のみによって転写材に転写されるため、各色の現像装置による複数の現像動作により転写材に重ねて転写される場合に比べ、細線の再現レベルが向上する。また、本発明をワンドラム型の装置に適用した場合も、黒トナー用現像装置による現像動作のみが行われるため、通常のモノクロ印刷と同程度の時間で画像形成を行うことができる。さらに、この装置では、通常廃棄処分にされる回収トナーを利用するものであるため、廃棄トナーの量を低減でき、消耗品の有効利用を図ることができる。

なお、本発明において、単に画像形成装置というときは、タンデム型及びワンドラム型のいずれの装置も含まれるものとする。すなわち、感光体ドラム及び転写装置はそれぞれ、１つのみであっても良く、複数であっても良い。

請求項２に係る画像形成装置は、請求項１の装置において、黒トナー用現像装置内に黒トナーが所定の量より少なくなったことを検知可能な検知手段をさらに備えている。そして、トナー補給機構は、黒トナー用現像装置内の黒トナーが所定の量より少なくなった場合に、必要な色のトナーを補給する。

この装置では、具体的に、黒トナーが所定量未満になった場合に、混合トナーを用意することで、黒トナーが無くなってから混合トナーを用意することによる時間のロスを抑えることができる。また、そのような場合にはじめて補給を行うようにしたことで、混合トナーを無駄に用意されるのを回避できる。
なお、本発明において、黒トナーがなくなったという場合は、黒トナーが全くない場合のみでなく、画像形成を行える程度に十分な量のトナーがない場合も含まれる。

請求項３に係る画像形成装置は、請求項１又は２の装置において、過去に黒トナーによる画像形成が行われた回数と、過去にカラートナーによる画像形成が行われた回数との比率を算出する比率算出手段をさらに備えている。そして、トナー補給機構は、補給が行われた黒トナー用現像装置のトナーの量と、カラートナー用現像装置のトナーの量との比率が比率算出手段によって算出される比率に応じたものとなるよう、カラートナーの補給を行う。

この装置では、具体的に、過去のモノクロ印刷とカラー印刷の回数の比率に応じて、黒トナー及び混合トナーと他のカラートナーとの比率を決めることで、疑似黒用の混合トナーがなくなる時期と他のカラートナーがなくなる時期とのズレが生じるのを抑えるようにしている。

請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３のいずれか１項の装置において、トナー補給機構は、必要な色のトナーを回収トナー収容部内の回収トナーの各色が等量になるまで補給する。

この装置では、前記必要な色のトナーの補給が行われた場合は、いずれかのトナー残量が少なくなったと判断されることから、そのような場合は、画像形成に伴うトナーの消費量を抑えることで、トナーカートリッジの交換時期を少しでも延ばせるようにしている。

請求項５に係る画像形成装置は、請求項１から４のいずれか１項の装置において、回収トナー収容部は、収容された回収トナーを混合するための撹拌機構を有し、混合すべきトナーの量に応じた時間の間撹拌機構による撹拌を行う。

この装置では、混合トナーの量に応じた時間だけ撹拌することで、よく混合された混合トナーを用意しつつ、最小限の撹拌時間で混合トナーを用意できるようにしている。

請求項６に係る画像形成装置では、請求項１から５のいずれか１項の装置において、トナー補給機構は、計測手段と、記憶手段と、トナー量算出手段とを有している。計測手段は、回収トナー収容部に収容される回収トナーの各色の量を計測可能である。記憶手段は、計測手段により計測された各回収トナーの量を保持する。トナー量算出手段は、記憶手段に保持された各回収トナーの量に基づいて、回収トナー収容部内に必要な各色のトナーの量を算出する。また、トナー補給機構は、トナー量算出手段により算出されたトナー量にしたがって、必要な色のトナーを補給する。

この装置では、具体的に、かかる構成のトナー補給機構により、所定の比率に足りない色のトナーが回収トナー収容部に補給されるようになっている。

本発明によれば、画像データの各ドットは、黒トナー用現像装置による１回の現像動作のみによって転写材に転写されるため、各色の現像装置による複数の現像動作により転写材に重ねて転写される場合に比べ、細線の再現レベルが向上する。また、本発明によれば、ワンドラム型の装置においては、黒トナー用現像装置による現像動作のみが行われるため、通常のモノクロ印刷と同程度の時間で画像形成を行うことができる。さらに、本発明によれば、通常廃棄処分にされる回収トナーを利用するものであるため、廃棄トナーの量を低減でき、消耗品の有効利用を図ることができる。

［画像形成装置の構成］
図１及び図２に、本発明の一実施形態が採用された画像形成装置１を示す。

この画像形成装置１は、複写機及びプリンタとしての機能を有する複合型の機種であり、画像読取部３と、画像形成部５と、複数の給紙カセット７と、制御部９とを備えている。

画像読取部３は、原稿に記録された画像情報を読み取るためのものであり、図示しない光学系を有している。

画像形成部５は、画像読取部３の下方に配置された部分であり、画像読取部３で読み取られた画像情報や外部から送られる画像情報に基づいて用紙に対して画像形成を行うためのものである。この画像形成部５は、多段ドラム型（タンデム型）のものであり、水平方向に並べて配置された４つの感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、各ドラム１１ａ〜１１ｄの周りに配置された帯電装置（図示せず）、露光装置（図示せず）、現像ユニット（現像装置）１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、転写ローラ（転写装置）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ及びクリーニング装置１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、転写ベルト１９と、回収タンク（回収トナー収容部）２１（図４及び図５参照）とを有している。

感光体ドラム１１ａ〜１１ｄは、表面に静電潜像が形成される円筒状の回転体である。
帯電装置は、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの表面を均一に帯電させるための装置である。

露光装置は、帯電装置により帯電された感光体ドラム１１ａ〜１１ｄに光を照射することで静電潜像を形成するための装置である。

現像ユニット１３ａ〜１３ｄは、静電潜像が形成された感光体ドラム１１ａ〜１１ｄにそれぞれの色のトナーを供給してトナー像を形成するためのユニットであり、各色のトナーが充填されたトナーカートリッジを有している。ここでは、現像ユニット１３ａ〜１３ｃはそれぞれ、ＭＹＣの各色のトナーによる現像を行い、現像ユニット１３ｄはＫ（ブラック）のトナーによる現像を行う。各現像ユニット１３ａ〜１３ｄは、内部のトナーが無くなったことを検知可能なセンサを有している。

転写ローラ１５ａ〜１５ｄは、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの表面のトナー像を用紙に転写するためのローラである。

クリーニング装置１７ａ〜１７ｄは、図３にクリーニング装置１７ａを例にして示すように、感光体ドラム１１ａに当接してドラム表面に残存する未転写トナーを掻き落とすためのクリーニングブレード１４ａと、クリーニングブレード１４ａを覆うように設けられた、回収トナーが一時的に保持される回収部１６ａとを有している。

転写ベルト１９は、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの下方に水平方向に延びて配置されており、給紙カセット７及び手差しトレイから搬送される用紙を吸着して水平方向に搬送するよう循環駆動するものである。

回収タンク２１は、図４及び図５に示すように、各クリーニング装置１７ａ〜１７ｄにトナー補給路２３ａ〜２３ｄを介して接続されており、各クリーニング装置１７ａ〜１７ｄによって回収された回収トナーを一カ所に集められるようになっている。各トナー補給路２３ａ〜２３ｄの途中には、回収トナーを回収タンク２１に向けて搬送するための複数のトナー搬送部材（図示せず）がそれぞれ配置されている。各トナー搬送部材は、トナー搬送方向に延びる螺旋状の羽根と軸とを有する棒状部材である。また、トナー補給路２３ａ〜２３ｄの途中の回収タンク２１に隣接する位置には、移動する回収トナーによって回転する羽根部材２４が設けられており、各クリーニング装置１７ａ〜１７ｄから回収タンク２１に補給されるトナーの量を検知できるようになっている。回収タンク２１は、回収トナーを撹拌して混合させるための撹拌部材２５を有している。回収タンク２１は、トナー供給路２７を介して黒トナー用現像ユニット１３ｄにさらに接続されている。トナー供給路２７の途中には、回収トナーを黒トナー用現像ユニット１３ｄに搬送するための、上記トナー搬送部材と同様のトナー搬送部材が配置されている。

各給紙カセット７は、画像形成部５の下方に配置されており、複数の用紙が収納される。

また、画像形成装置１は、図示しない給紙部、排紙部及び操作パネル等をさらに備えている。操作パネルは、印刷条件等を表示する表示部と、複数の操作キーとを有している。

制御部９は、ＣＰＵ３１、メモリ３３等を含むマイクロコンピュータで構成されている。メモリ３３は、ＲＡＭ及びＲＯＭで構成され、画像形成部５等の入出力部の動作を制御するための制御プログラム３５が格納されるとともに、この制御プログラム３５がＣＰＵ３１により実行される際の作業領域として機能する。制御プログラム３５には、回収トナーの補給に関する補給動作プログラム３７が含まれる。

制御プログラム３５は、トナー補給機構による補給が行われた場合に、それ以降の画像形成の際のトナー消費量を、それまでの画像形成の際のトナー消費量より少なくするエコモードを採るよう構成されている。

この補給動作プログラム３７は、計測プログラム４１と、トナー量算出プログラム４３とを有している。計測プログラム４１は、回収タンク内の回収トナーの各色の量を計測する機能を有しており、具体的には、トナー補給路２３ａ〜２３ｄ上の羽根部材２４の回転数に基づいて回収トナーの各色の量を把握できるようになっている。トナー量算出プログラム４３は、メモリ３３に保持された各回収トナーの量に基づいて、回収タンク２１内の各色の回収トナーが等量になるのに必要な色のトナーの量を算出する機能を有している。

補給動作プログラム３７は、黒トナー用現像ユニット１３ｄ内に黒トナーがなくなった場合に、計測プログラム４１及びトナー量算出プログラム４３を実行させて必要な色のトナーを補給するとともに、回収タンク２１内の各色の回収トナーが等量になった場合に回収トナーを黒トナー用現像ユニット１３ｄに供給させるよう機能する。また、補給動作プログラム３７は、混合すべきトナーの量に応じて回収タンク２１内の撹拌部材２５を作動させる時間を算出する機能を有している。

メモリ３３には、計測プログラム３７の実行により計測された各回収トナーの量が保持される。又、メモリ３３には、あらかじめ実験的に求められた、印刷時の感光体ドラム上へ現像されたトナーが用紙に転写される転写率に関するデータや、補給動作の際に用いられる所定のサンプル画像のデータが保持されている。

なお、本発明のトナー補給機構は、補給動作を制御する制御部９と、補給動作の際に作動する感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ、帯電装置、露光装置、現像ユニット１３ａ〜１３ｄ、クリーニング装置１７ａ〜１７ｄ、トナー補給路２３ａ〜２３ｄ及び羽根部材２４とで構成される。また、トナー供給手段は、補給動作を制御する制御部９と、トナー供給路２７とで構成される。

［画像形成装置の動作］
次に、図６に基づいて、画像形成装置１の動作について説明する。

この画像形成装置１では、カラー印刷が行われる場合は、各クリーニング装置１７ａ〜１７ｃによって回収される未転写のカラートナーは、回収タンク２１内に集められる。このとき、羽根部材２４により、回収タンクに移動した各色のトナーの量が把握され、制御部９のメモリ３３に保持される。

このような画像形成装置１において、黒トナー用現像ユニット１３ｄ内の黒トナーが無くなると（Ｓ１）、メモリに保持された各色のトナー量が呼び出され、これに基づいて回収タンク２１内で各色のトナーが等量になるのに必要な色のトナーの量が算出される（Ｓ２）。

ここで、例えば、イエローのトナーのみが足りなかった場合、必要なトナー量が算出されると、イエローのトナー用現像ユニット１３ｂから感光体ドラム１１ｂ表面に、算出された量だけトナーが供給されてサンプル画像に従ってトナー像が形成されるとともに、転写動作が行われることなくドラム表面のトナーがクリーニング装置１７ｂによって回収されて、補給動作が行われる（Ｓ３）。そして、回収されたイエローのトナーは、回収タンク２１に送られ、回収タンク２１内で撹拌部材２５が所定時間作動することで他の回収トナーと撹拌、混合され（Ｓ４）、これにより、３種のカラートナーが等量ずつ含まれる混合トナーが生成される。このようにして得られた混合トナーは、トナー供給路２７を介して黒トナー用現像ユニット１３ｄに供給される（Ｓ５）。

このような補給動作の後で、モノクロ印刷が指示されると、黒トナー用現像ユニット１３ｄからは、混合トナーが感光体ドラム１１ｄに供給され、用紙に混合トナーが転写されるが、この混合トナーは、疑似黒色が生成されるよう等量ずつ含まれているため、得られた印刷物において、黒トナーによる印刷物と同様の色を呈することになる。

以上の画像形成装置１によれば、画像データの各ドットは、黒トナー用現像ユニット１３ｄによる１回の現像動作のみによって用紙に転写されるため、細線部分の再現レベルが向上する。また、通常廃棄処分にされる回収トナーを利用するものであるため、廃棄トナーの量を低減でき、消耗品の有効利用を図ることができる。

［他の実施形態］
（ａ）画像形成装置は、ワンドラム型のものであっても良い。この場合は、黒トナー用現像ユニットによる現像のみで済むため、モノクロ印刷に要する時間と同じ時間で画像形成を行うことができる。

（ｂ）上記実施形態において、計測プログラムは、羽根部材により回収タンク内の未転写トナーの量を把握するのに代えて、画像読取部により読み取られた画像データ又は外部から送られた画像データを構成する各色のドットをカウントし、カウントされた数と転写率とから求められる回収トナーの量を回収タンク内の回収トナーの量と見なすよう機能するものであっても良い。

（ｃ）上記実施形態において、補給動作プログラムは、黒トナーがなくなった場合、例えば、補給動作を行うか否かをユーザーに尋ねるための画面を表示部に表示するとともに、ユーザーのキー操作により補給動作を行うことが選択された場合にはじめて補給動作を行うよう機能するものであっても良い。

（ｄ）補給動作を行うタイミングとして、黒トナーがなくなった場合に代えて、黒トナーの残量が所定量未満になった場合が採用されても良い。この場合、現像部に残っている黒トナーは、補給されるカラートナーと混合されても良い。

（ｅ）また、回収タンクには、黒の回収トナーが補給され、他のカラートナーと混合されても良い。

（ｆ）制御部は、過去に黒トナーによる画像形成が行われた回数と、過去にカラートナーによる画像形成が行われた回数との比率を算出するとともに、補給される側の現像部のトナー残量と補給する側のトナーカートリッジのトナー残量との比率が算出された比率に応じたものとなるよう、補給動作を制御しても良い。こうする事によって、補給動作が行われた後の画像形成の混合トナーとカラートナーの使用回数が予測でき、これに見合った補給動作による混合トナーの量が決定できる。

（ｇ）回収タンク内で、トナーを撹拌、混合する構成に代えて又は併せて、黒トナー用現像ユニット内で撹拌、混合する構成が採用されても良い。

本発明の一実施形態が採用された画像形成装置を示す縦断面図。 前記画像形成装置の構成を示すブロック図。 前記画像形成装置のクリーニング装置を模式的に示す縦断面図。 前記画像形成装置の要部を模式的に示す上面図。 前記画像形成装置の要部を模式的に示す正面図。 前記画像形成装置の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ 画像形成装置
５ 画像形成部
９ 制御部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 感光体ドラム
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 現像ユニット
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 転写ローラ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ クリーニング装置
２１ 回収タンク（回収トナー収容部）
３３ メモリ（記憶手段）
４１ 計測プログラム
４３ トナー量算出プログラム

Claims (6)

1. 感光体ドラムと、前記感光体ドラムに黒トナーによりトナー像を形成するための黒トナー用現像装置と、カラートナーの色ごとに設けられ前記感光体ドラムに前記カラートナーによりトナー像を形成するための複数のカラートナー用現像装置と、前記感光体ドラムに形成されたトナー像を転写材に転写するための転写装置とを有する画像形成装置であって、
   前記感光体ドラムから前記転写材に転写されなかったトナーを回収するためのクリーニング装置と、
   前記クリーニング装置により回収された回収トナーが収容される回収トナー収容部と、
   前記回収トナー収容部内の回収トナーの各色の構成比率が所定の比率となるよう、前記所定の比率を構成するのに必要な色のトナーを前記回収トナー収容部に補給するトナー補給機構と、
   前記トナー補給機構による補給が行われた前記回収トナー収容部内の回収トナーを前記黒トナー用現像装置に供給可能なトナー供給手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記黒トナー用現像装置内に前記黒トナーが所定の量より少なくなったことを検知可能な検知手段をさらに備え、
   前記トナー補給機構は、前記黒トナー用現像装置内の前記黒トナーが前記所定の量より少なくなった場合に、前記必要な色のトナーを補給する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 過去に前記黒トナーによる画像形成が行われた回数と、過去に前記カラートナーによる画像形成が行われた回数との比率を算出する比率算出手段をさらに備え、
   前記トナー補給機構は、補給が行われた前記黒トナー用現像装置のトナーの量と、前記カラートナー用現像装置のトナーの量との比率が前記比率算出手段によって算出される前記比率に応じたものとなるよう、前記カラートナーの補給を行う、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー補給機構による補給が行われた場合に、それ以降の画像形成の際のトナー消費量を、それまでの画像形成の際のトナー消費量より少なくする、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記回収トナー収容部は、収容された回収トナーを混合するための撹拌機構を有し、混合すべきトナーの量に応じた時間の間前記撹拌機構による撹拌を行う、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記トナー補給機構は、
   前記回収トナー収容部に収容される回収トナーの各色の量を計測可能な計測手段と、
   前記計測手段により計測された各回収トナーの量を保持する記憶手段と、
   前記記憶手段に保持された各回収トナーの量に基づいて、前記回収トナー収容部内に必要な色のトナーの量を算出するトナー量算出手段とを有しており、
   前記トナー量算出手段により算出されたトナー量にしたがって、前記必要な色のトナーを補給する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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