JP2007078847A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】 画像形成動作を停止することなく、早期使用が望まれるトナー残量の少ないトナーカートリッジを優先的に使用することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 2つのトナーカートリッジ8K1,8K2のいずれか一方からトナーが補給される現像剤収容容器15K中のトナー濃度が低くなると、制御手段7は、各トナーカートリッジ8K1,8K2に収容されるトナーの残量に関する情報であるトナー残量検知情報により、トナーの残量が少ないほうのトナーカートリッジからトナーを補給するように、モータ9K1およびモータ9K2のいずれか一方を駆動させる。このことにより、トナー残量が少ないほうのトナーカートリッジ8から現像剤収容容器15Kにトナーを補給することができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、画像形成装置に関する。
電子写真方式を用いる画像形成装置は、一般に、回転する像担持体である感光体と、その周りに配置される帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段および除電手段とを含んで構成される。帯電手段は、感光体の表面を均一に帯電する。露光手段は、帯電された感光体表面に画像情報に応じた光を露光して静電潜像を形成する。現像手段は、トナーを攪拌して摩擦帯電させ、該摩擦帯電させたトナーを感光体表面に形成された静電潜像に付着させることによってトナー像を形成する。転写手段は、トナーと逆極性の電荷を記録媒体に与えることによってトナー像を記録媒体に転写させる。定着手段は、加熱、加圧などの手段によって転写されたトナー像を記録媒体上に定着する。クリーニング手段は、記録媒体に転写されずに感光体表面に残ったトナーを回収する。除電手段は、トナー像転写後の感光体を除電する。このように構成される電子写真方式を用いる画像形成装置によって、記録媒体上に所望の画像が形成される。
このような画像形成装置では、現像手段で用いられ、現像を行なうためのトナーが消耗品であるので、現像手段に備えられるトナーを収容する容器である現像剤収容容器に対してトナーを補給するトナー補給手段を備える。トナー補給手段は、通常、画像形成装置に対して着脱可能に構成されるトナーカートリッジ中のトナーを現像剤収容容器に補給するものである。トナーカートリッジ中のトナーが現像剤収容容器へのトナーの補給により無くなると画像形成装置の動作が停止するけれども、トナーが無くなったトナーカートリッジを新たなトナーカートリッジに交換することによって現像剤収容容器にトナーを補給し、再度画像形成動作が行なえるように構成されている。
近年、利用頻度が極めて高く多量のトナーを消費するユーザ向けの電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置が開発されており、このような装置においては、できるだけ多量のトナーを一つのトナーカートリッジに収容することによってトナーカートリッジの取替回数を低減している。このような多量のトナーが収容される大型のトナーカートリッジを用いると、取替回数が低減されることによって、画像形成動作が停止する回数も減少するので、装置の取扱に不慣れなユーザの負担を軽減する上で望ましい。
しかしながら、多量のトナーが一つのトナーカートリッジに収容されると、トナーカートリッジの取替回数を低減することにより画像形成動作が停止する回数を低減することができるけれども、トナーカートリッジを交換する際、画像形成動作が停止状態となることは避けられない。この問題を解決する技術として、同色のトナーが収容される複数のトナーカートリッジを備え、トナーを補給するトナーカートリッジを自動的に交換する(コンティニアスラン)システムを用いる画像形成装置が提案されている(たとえば、特許文献1および2参照)。
特許文献1に開示される画像形成装置は、同色のトナーが収容される複数のトナーカートリッジと、複数の各トナーカートリッジに接続されるとともに途中で合流し、トナーカートリッジから排出されるトナーを現像剤収容容器内に搬送するトナー搬送管とを備える。特許文献1に開示される画像形成装置では、複数備えられるトナーカートリッジのうち1つのトナーカートリッジからトナーを補給し、該トナーカートリッジのトナーが無くなると、他のトナーカートリッジからトナーを補給することができるので、画像形成動作を停止することがない。
特許文献2に開示される画像形成装置は、カラーの画像形成装置においてイエロー、マゼンタ、シアンなどのカラートナーよりも消費量の多い黒トナーのトナーカートリッジを複数個設け、該複数個設けられる黒トナーカートリッジが横一列で隣合わせに配置される。特許文献2に開示される画像形成装置によれば、黒トナーカートリッジが複数個設けられることによって、黒トナーのトナー切れによる画像形成動作が停止する頻度が高くなることを防止できる。また、複数個の黒トナーカートリッジが横一列で隣合わせに配置されるので、トナーの収容部分を省スペース化できるとともに、トナーカートリッジを装着する位置を間違えないようにすることができる。
ところで、このような画像形成装置では、一方のトナーカートリッジ装着部に装着されるトナーカートリッジを使い切った後、該装着部に、たとえば、他の画像形成装置で使用していた使用未了のトナーカートリッジ、使用未了のまま保存されていたトナーカートリッジなどを装着する場合がある。使用未了のトナーカートリッジは、内部に収容されるトナーの帯電特性および流動性が長期放置されると湿度などの環境の影響を受けて劣化してしまうので、このような使用未了のトナーカートリッジはできるだけ早く使用されることが望ましい。
ここで、特許文献1および2に開示の画像形成装置では、2つのトナーカートリッジ装着部に備えられるトナーカートリッジを、それぞれの装着部について交互に使用する構成となっている。すなわち、たとえば2つのトナーカートリッジ装着部が設けられ、それぞれにトナーカートリッジが備えられる場合、一方の装着部に装着されるトナーカートリッジを使い切った後、他方の装着部に装着されるトナーカートリッジが使用される。そして、他方の装着部に装着されるトナーカートリッジを使用中に、一方の装着部に装着されるトナーカートリッジを交換する。この交換されたトナーカートリッジが使用未了のトナーカートリッジである場合、該使用未了のトナーカートリッジは、他方の装着部に装着されるトナーカートリッジのトナーが無くなるまで使用されない。
このように、特許文献1および2に開示される画像形成装置では、各トナーカートリッジ装着部に装着するトナーカートリッジがそれぞれの装着部について交互に使用される構成であり、トナーの使用状況については全く考慮されない。このため、早期に使用すべき使用未了のトナーカートリッジを使用するためには、他方の装着部に装着される未使用のトナーカートリッジと使用未了のトナーカートリッジとを交換するという煩雑な手順が必要である。またこの手順を実施する際に、いずれのトナーカートリッジも装着されない時間が発生し、画像形成動作が停止するという問題もある。
特開平8−137227号公報 特開2003−208007号公報
本発明の目的は、画像形成動作を停止することなく、早期使用が望まれるトナー残量の少ないトナーカートリッジを優先的に使用することができる画像形成装置を提供することである。
本発明は、現像剤収容容器に収容されるトナーを用いて現像を行なう現像手段と、トナーカートリッジ内部に収容されるトナーを現像剤収容容器に補給するトナー補給手段とを備える画像形成装置において、
同色のトナーを収容する複数のトナーカートリッジと、
トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するトナー補給手段と、
複数のトナーカートリッジに収容されるトナーの残量をそれぞれ検知するトナー残量検知手段と、
トナー残量検知手段で検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジを選択し、該トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するようにトナー補給手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
また本発明は、トナー残量検知手段は、
複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、内部に収容されるトナーの残量に関する情報であるトナー残量検知情報がストアされる不揮発性メモリを含むことを特徴とする。
また本発明は、トナー残量検知手段は、
複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、不揮発性メモリにストアされるトナー残量検知情報を外部に送信する第1無線送受信手段を含み、
制御手段は、
第1無線送受信手段から送信されるトナー残量検知情報を受信する第2無線送受信手段を含み、第2無線送受信手段で得られるトナー残量検知情報に応じてトナー補給手段を制御することを特徴とする。
また本発明は、トナー補給手段は、
複数のトナーカートリッジにそれぞれ備えられ、トナーカートリッジを回転させることによってトナーを補給する回転駆動手段であることを特徴とする。
また本発明は、トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部を含み、
回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値が、トナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされることを特徴とする。
また本発明は、トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部と、回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値からトナーカートリッジに収容されるトナーの残量を算出する残量算出手段とを含み、
残量算出手段で算出されるトナーの残量が、トナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされることを特徴とする。
本発明によれば、同色のトナーを収容する複数のトナーカートリッジと、トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するトナー補給手段と、複数のトナーカートリッジに収容されるトナーの残量をそれぞれ検知するトナー残量検知手段と、トナー残量検知手段で検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジを選択し、該トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するようにトナー補給手段を制御する制御手段とを含む画像形成装置が提供される。このような画像形成装置では、トナーの残量が最も少ないトナーカートリッジから現像剤収容容器に対して優先的にトナーを補給することができるので、使用未了のトナーカートリッジを用いる際に、早期使用するべき該使用未了のトナーカートリッジから先に使用することができる。したがって、使用未了のトナーカートリッジが長期使用されないことによるトナーの帯電特性および流動性の劣化を防止でき、常に高画質の画像を形成することができる。
また本発明によれば、トナー残量検知手段は、複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、内部に収容されるトナーの残量に関する情報であるトナー残量検知情報がストアされる不揮発性メモリを含む。このことによって、トナーカートリッジ内のトナー残量を容易に把握することができる。
また本発明によれば、トナー残量検知手段は、複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、不揮発性メモリにストアされるトナー残量検知情報を外部に送信する第1無線送受信手段を含み、制御手段は、第1無線送受信手段から送信されるトナー残量検知情報を受信する第2無線送受信手段を含み、第2無線送受信手段で得られるトナー残量検知情報に応じてトナー補給手段を制御する。このため、トナー残量検知手段と制御手段とを非接触式にて交信させることができるので、トナー残量検知手段および制御手段の配置を自由に設定でき、装置としての省スペース化が図れる。
また本発明によれば、トナー補給手段は、複数のトナーカートリッジにそれぞれ備えられ、トナーカートリッジを回転させることによってトナーを補給する回転駆動手段である。トナーカートリッジの回転によるトナーの補給は、たとえば、略円筒形状のトナーカートリッジを軸線まわりに回転させ、トナーカートリッジに形成される開口部にトナーを案内してトナーを供出することにより行なわれる。このようなトナーの補給では、回転により開口部に供給されるトナーの量を一定にすることができるので、トナーの補給量を安定して一定量にできる。また、トナーカートリッジの回転によりトナーのトナーカートリッジ内壁への付着を防止できるので、トナーカートリッジ内でのトナーの残存を防止することができる。さらに、トナーカートリッジ中にトナーの凝集を防止するための複雑な攪拌手段などを設ける必要がない。
また本発明によれば、トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部を含み、回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値がトナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされる。このことによって、トナーカートリッジ内のトナー重量を検知する重量センサなどを設けることなく、トナーカートリッジ内に収容されるトナーの重量を容易に検知することができる。
また本発明によれば、トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部と、回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値からトナーカートリッジに収容されるトナーの残量を算出する残量算出手段とを含み、残量算出手段で算出されるトナーの残量が、トナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされる。このため、トナーカートリッジ内のトナーの重量を容易に検知することができ、重量センサなどが不要である。
図1は本発明の実施の一形態である画像形成装置1の構成を示す図であり、図2は図1に示す画像形成装置1に備わる黒色画像の現像手段14Kまわりの構成を概略的に示す拡大図である。画像形成装置1は、電子写真方式を用いるフルカラー画像形成装置であり、たとえば、複写機、プリンタなどの機能を備える複合機である。
画像形成装置1は、大略、原稿の画像情報を読取る画像情報読取部2、画像情報読取部2で読取った画像情報または外部装置であるたとえばパーソナルコンピュータから入力される画像情報を画像処理する不図示の画像処理部、画像処理部から出力される画像情報に基づいて画像を形成する画像形成部3、画像形成部3に対して記録紙を供給する用紙供給部4、画像形成部3において画像形成されて記録紙に転写された画像を定着させる定着部5、画像が定着された記録紙が排出される排紙部6、画像形成装置1全体の動作を制御する制御手段7を含んで構成される。
画像形成装置1は、同色(本実施形態では黒色)のトナーを収容する複数(本実施形態では2つ)のトナーカートリッジ8K1,8K2から現像剤収容容器15Kにトナーを補給する際、制御手段7が、複数のトナーカートリッジ8K1,8K2に収容されるトナーの残量をそれぞれ検知するトナー残量検知手段である後述の無線ICタグで検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジ8を選択し、該トナーカートリッジ8から現像剤収容容器15Kにトナーを補給するように、トナーカートリッジ8K1,8K2から現像剤収容容器15Kにトナーを補給するトナー補給手段であるモータ9K1,9K2の動作を制御することを特徴とする。
画像情報読取部2は、原稿台10に載置される原稿の画像情報を読取る。画像情報読取部2は、原稿台10の下面に沿って平行に往復移動する不図示の原稿走査ユニット、光学レンズおよび光電変換素子であるCCD(Charge Coupled Device)ラインセンサを含んで構成される。画像情報読取部2は、原稿台10に載置される原稿の白黒画像あるいはカラー画像を読取り、該画像の画像情報を不図示の画像処理部に出力する。画像処理部は、画像情報読取部2またはパーソナルコンピュータなどの外部装置から入力される画像情報を各色の電気信号に変換し、画像形成部3の露光ユニット13にそれぞれ出力する。
画像形成部3は、その表面に静電潜像が形成される感光体11と、感光体11のまわりに設けられ、感光体11を一様に帯電させる帯電器12と、帯電された感光体11の表面を画像処理部から出力される画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成する露光ユニット13と、現像剤収容容器15に収容されるトナーを用いて感光体11表面にトナー像を形成する現像手段14と、現像手段14によって感光体11表面に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写部16と、転写部16にてトナー像が転写された後、感光体11表面をクリーニングするクリーニング手段17とを含む。
なお、画像形成部3は、露光ユニット13が一体的に形成されることを除いて、黒色画像形成用、シアン画像形成用、マゼンタ画像形成用およびイエロー画像形成用に各部が備えられるので、図1中では、画像形成部3の末尾に各色を表すアルファベットK(黒色)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)を付して表記する。また、図2中では、黒色画像形成用の画像形成部3Kの各部に、上記参照符号の末尾に黒色を表すアルファベットKを付して表記する。
画像形成部3については、図2を参照し、黒色画像の画像形成部3Kを代表例として説明する。他の色の画像形成部3については、設けられるトナーカートリッジが1個であり、トナーカートリッジ8および画像形成部3の各部の大きさが異なることを除いて、黒色画像の画像形成部3Kと同一に構成されるので説明を省略する。
なお、黒色画像の画像形成部3Kの各部が他の色の画像形成部3の各部よりも大きく形成されるのは、黒色画像の形成回数が他の色の画像形成回数よりも多いことが予測されることによるものである。黒色画像の画像形成部3Kが他の色の画像形成部3と同じ大きさで形成される場合、黒色画像の形成回数が他の色の画像形成回数よりも大きくなることによって、感光体11Kの回転回数が他の色のものよりも多くなり、感光体11Kの寿命が他の色の感光体11よりも短くなる。
このため、黒色画像形成用の感光体11Kの寿命と、他の色の画像形成用の感光体11の寿命とに大きな差が生じないように、感光体11Kを他の色の感光体11よりも大きくしている。黒色画像の画像形成部3Kの現像手段14Kは、他の色の感光体11よりも大きい黒色画像形成用の感光体11Kの大きさに合わせて、他の色の現像手段14よりも大きく形成される。なお、本発明の画像形成装置1は、黒色の画像形成部3K各部が他の色の画像形成部3各部よりも大きいことに限定されるものではなく、黒色、シアン、マゼンタ、イエローの画像形成部3の各部がすべて同じ大きさに構成されるものであってもよい。
露光ユニット13は、画像処理部から入力される画素信号に応じて変調されるドット光であるレーザ光を出射する半導体レーザ素子、半導体レーザ素子から出射される光を各色の感光体11に導くミラーなどを含む光学ユニット(LSU;Laser Scanning Unit)にて構成される。
現像手段14Kは、露光ユニット13により形成される感光体11表面の静電潜像を現像しトナー像を形成して可視化する。現像手段14Kは、感光体11Kに対向して設けられ、感光体11K表面の静電潜像に対してトナーを供給する現像ローラ18Kと、現像ローラ18Kまで現像剤を攪拌搬送する攪拌ローラ19Kと、現像ローラ18Kおよび攪拌ローラ19Kを収容し両ローラ18K、19Kが回転自在に装着される現像剤収容容器15Kと、不図示のホッパ補給口を介して現像剤収容容器15Kと連通して形成され、現像剤収容容器15Kにトナーを補給するための容器であるトナーホッパ20Kと、トナーホッパ20Kから現像剤収容容器15Kにトナーを供給するためのホッパ補給口直上に設けられるトナー補給ローラ21Kと、トナー補給ローラ21Kにトナーを供給するトナー供給ローラ22Kと、トナーホッパ20Kを介して現像剤収容容器15Kに現像剤のトナーを補給するトナーカートリッジ8K1,8K2とを含む。
現像剤収容容器15Kは、たとえば硬質の合成樹脂などからなるトナーを収容する容器であり、トナーホッパ20Kと一体的に形成される。現像剤収容容器15K内または現像剤収容容器15K近傍には、現像剤収容容器15K内のトナー濃度を検出する不図示のトナー濃度センサが備えられる。トナー濃度センサによるトナー濃度の検出結果は制御手段7に出力される。
現像剤収容容器15Kへ補給されるトナーは、画像形成装置1に対して着脱自在に装着されるトナーカートリッジ8内に収容される。本実施形態の画像形成装置1では、トナーカートリッジ8は、黒色トナーカートリッジが2個(便宜上、第1黒色トナーカートリッジ8K1、第2黒色トナーカートリッジ8K2と呼ぶ)、シアン色トナーカートリッジ8C、マゼンタ色トナーカートリッジ8M、イエロー色トナーカートリッジ8Yが各1個ずつ備えられる。各トナーカートリッジ8は、略円筒形状を有し、トナーカートリッジ8を回転軸線まわりに回転させる回転駆動手段であるモータ9にそれぞれ接続される。モータ9は、トナーカートリッジ8を回転させることによってトナーを補給する。
なお、黒色、シアン、マゼンタ、イエローの各トナーカートリッジは、ほぼ同一の形状に形成される。また、黒色トナーカートリッジ8K1,8K2は、黒色トナーの消費量が他の色よりも多いことが予測されるので、シアン、マゼンタ、イエローの各カートリッジよりも直径方向に一回り大きく形成されるけれども、すべてのカートリッジの大きさが同じであってもよい。
また、本実施の形態の画像形成装置1は、中速機(1分間の画像形成能力が30枚程度)の画像形成装置を例示するものであり、黒色トナーカートリッジ8K1,8K2の数が2個であるけれども、高速機(1分間の画像形成能力が40枚程度)の画像形成装置であれば黒色トナーカートリッジの数を3個とするなどのように、画像形成能力が増大するのに伴って黒色トナーカートリッジの個数を多く設けることが好ましい。
図3はトナーカートリッジ8の構成を簡略化して示す図であり、図4は図3に示すトナーカートリッジ8に備わる中央容器部23を示す斜視図である。トナーカートリッジ8は、大略有底円筒状の形状を有して、回転軸線28に対して垂直な断面におけるコーナ部が角を有することなく曲線状に形成され、たとえば硬質の合成樹脂などからなる。トナーカートリッジの外径寸法を例示すると、たとえば、黒色トナーカートリッジは直径Dが110mm、長さLが450mmであり、そのトナーの収容容積が約4000cmである。また、シアン、マゼンタ、イエローの各色トナーカートリッジは直径Dが78mm、長さLが450mm、そのトナーの収容容積が約2000cmである。
トナーカートリッジ8は、大略、長さ方向の略中央部に設けられる中央容器部23と、中央容器部23を挟んで長さ方向の両側にそれぞれ延びるように装着される第1および第2容器部24,25と、中央容器部23の外周を覆うようにして設けられる支持部材26とを含んで構成される。また各トナーカートリッジ8には、中央容器部23に、トナーカートリッジ8内に収容されるトナーの残量を検知するトナー残量検知手段である無線ICタグ27が備えられる。このトナーカートリッジ8は、回転駆動手段であるモータ9によって、回転軸線28まわりに矢符29方向に回転駆動される。
トナーカートリッジ8の第1および第2容器部24,25は、いずれも一方に開口部を有する有底円筒状の容器であり、開口部を介して第1および第2容器部24,25の内部空間と中央容器部23の内部空間とが連通するようにして中央容器部23にそれぞれ装着される。中央容器部23は、ほぼ円筒状であり、長さ方向の略中央部に外周の約1/4程度の長さにわたって傾斜を有する凹所30が形成される。
凹所30は、中央容器部23の半径方向に窪んで形成される段差部31と、トナーカートリッジ8の回転方向29の下流側から上流側に向って窪みの深さが浅くなるように形成される傾斜部32とで構成される。段差部31の半径方向内方への立下がり部31aには、中央容器部23の内部空間に通じる開口部33が形成される。トナーカートリッジ8の矢符29方向への回転動作に伴って、この開口部33からトナーカートリッジ8の内部に収容されるトナーが排出されるので、開口部33をトナー排出口33と呼ぶ。
中央容器部23を覆うように設けられる支持部材26は、モータ9により回転されるトナーカートリッジ8の中央容器部23、第1および第2容器部24,25を、回転自在に支持する部材である。支持部材26には、長さ方向において、中央容器部23に形成される凹所30に対応する位置に、中央容器部23の外周面まで通じる導通孔34が形成され、またこの導通孔34を随時開閉するためのシャッタ部材35が設けられる。シャッタ部材35は、トナーカートリッジ8の長さ方向に設けられる案内部材35aと、案内部材35aに案内されてトナーカートリッジ8の長さ方向に摺動自在であり、導通孔34を開閉する蓋部材35bと、蓋部材35bを摺動させる不図示の駆動手段とを含んで構成される。
支持部材26の導通孔34は、現像手段14の現像剤収容容器15に導通部材36およびトナーホッパ20を介して連なるように構成される。したがって、トナーカートリッジ8の容器部分が、矢符29方向に回転するとき、トナーカートリッジ8の内部に収容されるトナーが、トナー排出口33から所定量排出され、排出されたトナーが傾斜部32によって中央容器部23の外周面まで搬送され、搬送されたトナーが開状態にある導通孔34および導通部材36を通じて現像剤収容容器15へと供給される。なお、図1においては黒色トナーカートリッジ8K1,8K2に収容されるトナーを供給する導通部材36のみを示し、シアン、マゼンタ、イエローのトナーを供給する導通部材については図示を省略する。
導通部材36は、漏斗形状に形成されるトナー受け部37と導通管路部38とを含んで構成される。導通孔34を介してトナー排出口33から所定量排出されたトナーは、トナー受け部37に排出されて導通管路部38に供給され、導通管路部38からトナーホッパ20を介して現像剤収容容器15に補給される。
図5A、図5Bは、トナーカートリッジ8の現像手段14に対するトナー供給動作の概要を示す断面図である。以下、図5A、図5Bを参照し、所定量のトナーが、トナーカートリッジ8から現像剤収容容器15内へ供給される際のトナーカートリッジの動作についてさらに説明する。
図5A(a)では、トナーカートリッジ8の回転位置は、中央容器部23に形成される凹所30とトナー排出口33とが、中央容器部23内に収容されるトナー39の上面39a(以後、トナー層面39aと呼ぶ)よりも上方にある。トナーカートリッジ8の中央容器部23が、モータ9によって回転軸線28まわりに矢符29方向に回転移動し、図5A(b)に示すように、トナー排出口33が、トナー層面39aよりも下方に位置する状態になると、中央容器部23内のトナー39が、矢符39cで示すように、トナー排出口33を通って凹所30に流入する。
トナーカートリッジ8が矢符29方向へさらに回転移動すると、図5B(c)に示すように、トナー排出口33がトナー層面39aよりも上方に位置するようになり、トナー排出口33を介するトナー39の凹所30への流入が停止し、予め定める量のトナー39bが、中央容器部23の凹所30と支持部材26の内壁とで形成される空間40に保持される。このようにして凹所30と支持部材26の内壁とで形成される空間40に保持されるトナー39bの量は、たとえば6グラムである。
図5B(c)に示す状態から、トナーカートリッジ8が矢符29方向へさらに回転移動すると、図5B(d)に示すように、凹所30と支持部材26の内壁とで形成される空間40に保持されるトナー39bは、中央容器部23の外周面に対して弾発的に当接し摺動可能に設けられる案内部材41に案内されて、トナー排出口33へと導かれる。このとき、案内部材41は、中央容器部23の外周面に当接して摺動するので、凹所30に保持されているトナー39を可及的に全てトナー排出口33に導くことができる。トナー排出口33へ導かれたトナー39bは、導通部材36を通り、トナーホッパ20を介して現像手段14の現像剤収容容器15へ供給される。このようにして、トナーカートリッジ8内に収容されるトナー39の予め定める量が、トナーカートリッジ8の回転動作1回転ごとに現像剤収容容器15へ供給される。
また、中央容器部23には、前記凹所30に対して回転軸線28に関してほぼ点対称の位置にもう一つの凹所42が形成される。したがって、もう一つの凹所42と支持部材26の内壁との間にもう一つの空間43が形成される。このもう一つの空間43は、空間40に保持されているトナー39bが、空間40の矢符29で示す回転方向上流側から漏れ出た場合、このように漏れ出た現像剤を保持するために形成される。もう一つの空間43に保持される現像剤は、空間40に保持されるトナー39bと同様に、中央容器部23の矢符29方向への回転に伴い、中央容器部23の外周面に当接して摺動する案内部材41によってトナー排出口33へ導かれる。このように空間40からトナー39bが漏れ出たとしても、漏れ出たトナー39bはもう一つの空間43によって保持され、さらに案内部材41に案内されてトナー排出口33へ導かれるので、前述の予め定める量のトナーを、確実に現像手段14へ供給することができる。
トナーカートリッジ8の形状が、前述のように、回転軸線28に対して垂直な断面におけるコーナ部が角を有することなく曲線状に形成されると、その内部空間も角を有しないように形成される。このことによって、回転に伴うトナーの排出が円滑に行なわれてトナーが内部空間に残留しにくく、またトナー残量が下限値まで使用されて装置本体から離脱させたトナーカートリッジ内部の清掃が容易になり、トナーを残留させることなくほぼ完全な状態で除去可能であり、トナーカートリッジの再生使用が容易になる。
また、トナーカートリッジ8の一方の端部、すなわち第2容器部25の底部には、回転回数検知部44が装着され、回転回数検知部44によってトナーカートリッジ8の容器部分が回転した回数が計数される。回転回数検知部44としては、1回転するごとに信号出力するタイプの公知の回転計と、トナーカートリッジ8内に収容されるトナーの残量を検知するトナー残量検知手段である無線ICタグ27に対して信号出力を送信する送信部とを備えるものが用いられる。以後、この回転回数検知部44を単に回転計44と略称する。
無線ICタグ27は、複数のトナーカートリッジ8にそれぞれ設けられ、トナーカートリッジ8内部に収容されるトナーの残量に関する情報であるトナー残量検知情報がストアされる不揮発性メモリであるICチップ部45と、ICチップ部45にストアされるトナー残量検知情報を外部に送信する第1無線送受信手段であるアンテナ部46と、ICチップ部45およびアンテナ部46が装着されるベースフィルム47とを含んで構成される。トナー残量検知手段である無線ICタグ27は、中央容器部23に設けられる。
ベースフィルム47は、たとえばポリエステルなどからなるフィルムである。ベースフィルム47は、中央容器部23の傾斜部32に装着されるに際し、一方の端部が傾斜部32から中央容器部23の外周上へわずかに突出するようにして装着される。傾斜部32から突出するベースフィルム突出部47aは、トナー排出口33から排出されて傾斜部32で搬送されて中央容器部23の外周面付近まで移動したトナーを、導通孔34へ円滑に送込むスクレーパとして機能する。
アンテナ部46は、回転計44と情報の授受を行なうとともに、制御手段7に含まれる第2無線送受信手段である後述の通信装置に、ICチップ部45にストアされるトナー残量検知情報を送信するための通信部である。
ICチップ部45は、無線ICタグ27の主要部をなす記憶部である。このICチップ部45には、トナーカートリッジ8の種類を識別するための識別情報と、回転計44によるトナーの残量に関するトナー残量検知情報とがストア可能である。ここで、トナーカートリッジ8の種類を識別するための識別情報とは、トナーカートリッジ8に収容されるトナーが、黒色トナーであるか、シアントナーであるか、マゼンタトナーであるか、イエロートナーであるかを意味する。この識別情報は、トナーカートリッジを作成し、各色のトナーを充填するとき、専用の入力装置によって、ICチップ部45に入力される。
トナー残量検知情報は、回転計44によって検出される回転回数の累積値としてストアされる。前述のように、トナーカートリッジ8の容器部分が1回転するごとに所定量のトナーが排出されるので、回転回数の累積値によって排出されたトナーの合計量の情報を得ることができる。回転計44による回転回数の検知情報は、画像形成装置1の可動に従い、リアルタイムで無線ICタグ27のアンテナ部46を介してICチップ部45に書換え入力される。なお無線ICタグ27には、上記の情報に加えて、画像形成済み記録紙の枚数、プロセス条件、現像条件などの情報をストアしてもよい。
トナーカートリッジ8から現像剤収容容器15にトナーを補給するトナー補給手段であって、トナーカートリッジ8を回転させることによってトナーを補給する回転駆動手段であるモータ9の動作は、制御手段7により制御される。制御手段7は、現像剤収容容器15内または現像剤収容容器15近傍に備えられるトナー濃度センサから出力される現像剤収容容器15中のトナー濃度が予め定める濃度よりも低くなると、トナーカートリッジ8からトナーを補給するようにモータ9を回転させる。なお予め定める濃度とは、良好な画像濃度が得られるトナー濃度の下限値よりも大きい値であって、適宜定められる値である。
ここで、2つのトナーカートリッジ8K1,8K2のいずれか一方のトナーカートリッジからトナーが補給される黒色画像用の現像剤収容容器15K中のトナー濃度が予め定める濃度よりも低くなると、制御手段7は、トナー残量検知手段である無線ICタグ27で検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジ8を選択し、該トナーカートリッジ8から現像剤収容容器15Kにトナーを補給するようにトナー補給手段であるモータ9K1,9K2の動作を制御する。制御手段7は、各トナーカートリッジ8のトナーの残量を以下のような電気的構成により得る。
図6は、無線ICタグ27にストアされる情報に基づく制御手段7の動作に係る電気的構成を示すブロック図である。制御手段7は、無線ICタグ27から送信されるトナー残量検知情報を受信する第2無線送受信手段である通信装置48を備える。
回転計44の回転回数の検知出力は、前述のように、回転計44の通信部から無線ICタグ27のアンテナ部46を介してICチップ部45に与えられ回転回数の累積値としてストアされる。
ここで、ある色の現像剤収容容器15中のトナー濃度が予め定めるトナー濃度よりも低いことがトナー濃度検出センサで検出されると、通信装置48は、対応する色のトナーカートリッジ8に備えられる無線ICタグ27のアンテナ部46に、トナー残量に関するトナー残量検知情報を通信装置48に送信するように要求する信号を送信する。該信号が送信された対応する色のトナーカートリッジ8に備えられる無線ICタグ27のアンテナ部46は、トナーの残量に関するトナー残量検知情報として読出される回転回数の累積値を、制御手段7の通信装置48に送信する。
制御手段7は、不図示の記憶部を備え、該記憶部にはトナーカートリッジの製造時に収容されるトナー量の初期値と、トナーカートリッジ8の1回転あたりのトナー排出量とが予めストアされている。制御手段7は、この記憶部に予めストアされる値と、通信装置48で受信される回転回数の累積値とによって、以下の式(1)に示す演算を実行して、該トナーカートリッジ8に収容されるトナーの残量を得る。
トナー残量=(トナー量初期値−1回転あたりのトナー排出量×回転回数累積値)
…(1)
なお制御手段7では、式(1)によって得られるトナー残量が、予め定められて記憶部にストアされている下限量以下(使用可能な量の下限を切った場合であり、いわゆる空)であるとき、当該色のトナーカートリッジが交換時期であることを制御手段7が画像形成装置1のたとえば表示部49に表示する。画像形成装置1の操作者は、この表示内容に従って、トナーカートリッジの交換作業を実行する。
以上のようにしてトナー残量検知情報を得る制御手段7は、前述のように、黒色画像用の現像剤収容容器15K中のトナー濃度が予め定める濃度よりも低くなると、次のようにしてモータ9K1,9K2を制御する。まず制御手段7は、通信装置48から第1黒色トナーカートリッジ8K1,8K2にそれぞれ備えられる無線ICタグ27K1,27K2のアンテナ部46K1,46K2に、トナー残量検知情報を送信するように要求する信号を送信する。アンテナ部46K1,46K2で前記信号が受信されると、アンテナ部46K1,46K2は、各トナーカートリッジ8のトナー残量検知情報を通信装置48に送信する。
ここで制御手段7は、通信装置48に送信されたトナー残量検知情報により、トナーの残量が少ないほうのトナーカートリッジ8からトナーを補給するようにモータ9K1およびモータ9K2のいずれか一方のみを駆動させることにより、トナー残量が少ないほうのトナーカートリッジ8からトナーを補給する。このようにして、無線ICタグ27で検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジ8を選択し、該トナーカートリッジ8から現像剤収容容器15Kにトナーを補給するようにモータ9を制御する。
図1に戻って、転写部16について説明する。転写部16は、駆動ローラ50と、従動ローラ51と、駆動ローラ50と従動ローラ51とに張架される無端状の中間転写ベルト52と、中間転写ベルト52を介し4つの感光体11にそれぞれ対向して設けられる4つの中間転写ローラ53と、従動ローラ51に対向して設けられる2次転写手段54とを含んで構成される。2次転写手段54は、搬送ベルト駆動ローラおよび2つの搬送ベルト従動ローラに張架される無端状の搬送ベルト55と、搬送ベルト55を介して従動ローラ51に対向して設けられる2次転写ローラ56とを含んで構成される。
中間転写ローラ53および2次転写ローラ56には、トナーに対して逆極性の転写バイアスが印加される。感光体11の表面に形成されるトナー像を中間転写ベルト52の表面に転写させる。イエロー、マゼンタ、シアン、黒色の各トナーによって形成されるトナー像が、順次重ね合せて中間転写ベルト52上に転写されてフルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト52上で形成されたトナー像は、従動ローラ51と2次転写ローラ56との間をタイミング調整して搬送される記録紙上に、前述の中間転写ベルト52と同様に作用する2次転写手段54によって転写される。
図2に示すクリーニング手段17Kは、感光体11K表面のトナー像を中間転写ベルト52に転写した後、感光体11K表面に残存するトナーを除去する部材であり、図示しない加圧手段により感光体11K表面に圧接し、感光体11K表面の残存トナーなどを掻き取るクリーニングブレードと、クリーニングブレードに掻き取られるトナーなどを一時貯留するトナー貯留容器とを含んで構成される。トナー貯留容器に一時貯留されたトナーは、不図示の配管などを介して廃トナーボックス57に廃棄される。
トナー像が転写された記録紙は、搬送ベルト55により定着部5へ搬送される。定着部5は、予め定める温度まで加熱昇温される加熱ローラ5aと、加熱ローラ5aに圧接されるように設けられる加圧ローラ5bとを含んで構成される。トナー像が転写された記録紙は、加熱ローラ5aと加圧ローラ5bとが圧接されて形成されるニップ部を通過する際、加熱加圧されることによってトナー像が定着される。定着処理された記録紙は、不図示の排紙ローラによって排紙部6へ排紙される。
用紙供給部4は、記録紙を収容する給紙カセットと、記録紙を用紙搬送路に1枚ずつ送給するピックアップローラと、前述のように中間転写ベルト52上のトナー像が中間転写ベルト52と2次転写ローラ56とが搬送ベルト55を介して当接する当接部である転写位置に搬送されるのに同期して、該転写位置に記録紙を送給する複数組のレジストローラとを含んで構成される。用紙供給部4では、給紙カセット内に収容される記録紙を、ピックアップローラによって1枚ずつ用紙搬送路に送給し、複数組のレジストローラによって中間転写ベルト52と2次転写ローラ56との間の転写位置に送給する。
以下画像形成装置1の画像形成に係る全動作について簡単に説明する。たとえば画像情報読取部2で読取られた原稿の画像情報は、画像処理部へ送られて画像処理される。画像処理された画像情報は、露光ユニット13に与えられ、露光ユニット13が、帯電器12で一様な電位に帯電された感光体11の表面を露光して静電潜像を形成する。感光体11の表面に形成された静電潜像は、現像手段14によって現像され、感光体11表面にトナー像が形成される。
各色の感光体11表面に形成されるトナー像は、転写部16において、中間転写ベルト52上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、黒色トナー像の順に積層転写されてフルカラートナー像が形成される。トナー像の中間転写ベルト52への転写後、感光体11表面に残留するトナーはクリーニング手段17によって除去される。中間転写ベルト52上に形成されたフルカラートナー像は、従動ローラ51と2次転写ローラ56との間を搬送される記録紙上に転写される。
トナー像が転写された記録紙は、定着部の加熱ローラ5aと加圧ローラ5bとのニップ部を通過することによって、トナー像が定着される。定着処理された画像形成済みの記録紙は、排紙部6に排紙されて一連の画像形成動作が終了する。
この画像形成動作の過程において、ある色の現像剤収容容器15中のトナー濃度が減少すると、制御手段7により当該色のトナーカートリッジ8を回転させるモータ9を回転動作させ、トナーを現像剤収容容器15に補給する。
ここで、トナーを補給すべき現像剤収容容器15が、2つのトナーカートリッジ8K1,8K2のいずれか一方からトナーが補給される黒色画像用の現像剤収容容器15Kであると、制御手段7は、通信装置48に送信されたトナー残量検知情報により、トナーの残量が少ないほうのトナーカートリッジ8からトナーを補給するようにモータ9K1およびモータ9K2のいずれか一方を駆動させ、トナー残量が少ないほうのトナーカートリッジ8からトナーを補給する。
このことによって、トナーの残量が最も少ないトナーカートリッジ8から現像剤収容容器15に対して優先的にトナーを補給することができるので、たとえば、トナーカートリッジの交換時に、未使用のトナーカートリッジの代わりに使用未了のトナーカートリッジを用いる場合であっても、早期使用すべき該使用未了のトナーカートリッジを、画像形成動作を停止することなく先に使用することができる。このため、使用未了のトナーカートリッジが長期使用されないことによるトナーの帯電特性および流動性の劣化を防止でき、常に高画質の画像を形成することができる。
このような画像形成装置1は、上記の構成に限定されることなく、種々の変更が可能である。
本実施形態では、無線ICタグ27からのトナー残量検知情報として回転回数の累積値を制御手段7に送信し、制御手段7において該回転回数の累積値からトナーの残量を算出するけれども、これに限定されることなく、無線ICタグにおいて回転回数の累積値から上記式(1)によりトナー残量を算出し、該算出結果をトナー残量検知情報として制御手段7に送信するものであってもよい。このような構成とする場合、無線ICタグとしては、トナーカートリッジの製造時に収容されるトナー量の初期値と、トナーカートリッジ8の1回転あたりのトナー排出量とが予めストアされており、かつ回転計44で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値からトナーカートリッジに収容されるトナーの残量を算出する残量算出手段をさらに含むものを用いる。
また、トナーカートリッジ8の残量を検知するトナー残量検知手段としては、無線送受信手段である無線ICタグを用いる構成に限定されることなく、有線の送受信手段によりトナー残量検知情報を制御手段に送信するものであってもよい。ただし、本実施形態に示すように無線送受信手段である無線ICタグを用いると、トナーカートリッジおよび制御手段の配置を自由に設定でき、装置としての省スペース化が図れるので好ましい。
さらに、トナー残量検知手段としては、各トナーカートリッジに備えられる無線ICタグであって、不揮発性メモリであるICチップ部を備える無線ICタグを用いる構成に限定されるものではない。
トナーカートリッジに無線ICタグが備えられない構成としては、たとえば、トナー残量検知手段として、トナー重量センサを用いるものが挙げられる。トナー残量検知手段であるトナー重量センサは、複数の各トナーカートリッジの下に、各トナーカートリッジの重量を検知するように設置される。また制御手段には、予めトナーカートリッジの容器の重量が記憶される。トナー重量センサで検知されるトナーカートリッジの重量は、有線または無線の手段により制御手段に入力される。このような構成では、トナー重量センサでの検知結果と予め記憶されるトナーカートリッジの容器の重量とから、トナーカートリッジ中のトナーの残量を検知することができる。
トナーカートリッジに無線ICタグが備えられないもう1つの構成としては、たとえば、トナー残量検知手段として、位置センサを用いるものが挙げられる。このような構成の画像形成装置には、各トナーカートリッジの下にばね部材が配置され、その上にトナーカートリッジが設置される。トナーがトナーカートリッジに充填されているとき、充填されているトナーの重みで、トナーカートリッジは、ばね部材を圧縮変形させて沈んだ状態になっているが、トナーが消費されていくにつれて、トナーカートリッジ全体の重量が軽くなるので、ばね部材の反発力すなわち伸長変形によって、トナーカートリッジの位置が上方へ変位する。さらに、このような画像形成装置には、トナーカートリッジ中に収容されるトナー残量の変化で位置変位するトナーカートリッジの変位量を検知する位置センサをトナー残量検知手段として設けるとともに、位置センサで検知されるトナーカートリッジの変位量と、トナーカートリッジ内のトナーの残量とを関係づけたテーブルデータを制御手段に予め記憶させておく。位置センサで検知されるトナーカートリッジの変位量は、有線または無線の手段により制御手段に入力される。このような構成では、トナーカートリッジの変位量から、トナーカートリッジ中のトナーの残量を検知することができる。
本発明の実施の一形態である画像形成装置1の構成を示す図である。 図1に示す画像形成装置1に備わる黒色画像の現像手段14Kまわりの構成を概略的に示す拡大図である。 トナーカートリッジ8の構成を簡略化して示す図である。 図3に示すトナーカートリッジ8に備わる中央容器部23を示す斜視図である。 トナーカートリッジ8の現像手段14に対するトナー供給動作の概要を示す断面図である。 トナーカートリッジ8の現像手段14に対するトナー供給動作の概要を示す断面図である。 無線ICタグ27にストアされる情報に基づく制御手段7の動作に係る電気的構成を示すブロック図である。
符号の説明
1 画像形成装置
2 画像情報読取部
3 画像形成部
4 用紙供給部
5 定着部
6 排紙部
7 制御手段
8,8K1,8K2,8C,8M,8Y トナーカートリッジ
9,9K1,9K2 モータ
11,11K 感光体
12,12K 帯電器
13 露光ユニット
14,14K 現像手段
15,15K 現像剤収容容器
16 転写部
17,17K クリーニング手段
18K 現像ローラ
19K 攪拌ローラ
20,20K トナーホッパ
21K トナー補給ローラ
22K トナー供給ローラ
23 中央容器部
24 第1容器部
25 第2容器部
26 支持部材
27 無線ICタグ
36 導通部材
37 トナー受け部
38 導通管路部
44 回転回数検知部(回転計)
45 ICチップ部
46 アンテナ部
48 通信装置
49 表示部
50 駆動ローラ
51 従動ローラ
52 中間転写ベルト
53 中間転写ローラ
54 2次転写手段
55 搬送ベルト
56 2次転写ローラ

Claims (6)

  1. 現像剤収容容器に収容されるトナーを用いて現像を行なう現像手段と、トナーカートリッジ内部に収容されるトナーを現像剤収容容器に補給するトナー補給手段とを備える画像形成装置において、
    同色のトナーを収容する複数のトナーカートリッジと、
    トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するトナー補給手段と、
    複数のトナーカートリッジに収容されるトナーの残量をそれぞれ検知するトナー残量検知手段と、
    トナー残量検知手段で検知されるトナーの残量が最も少ないトナーカートリッジを選択し、該トナーカートリッジから現像剤収容容器にトナーを補給するようにトナー補給手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。
  2. トナー残量検知手段は、
    複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、内部に収容されるトナーの残量に関する情報であるトナー残量検知情報がストアされる不揮発性メモリを含むことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. トナー残量検知手段は、
    複数のトナーカートリッジにそれぞれ設けられ、不揮発性メモリにストアされるトナー残量検知情報を外部に送信する第1無線送受信手段を含み、
    制御手段は、
    第1無線送受信手段から送信されるトナー残量検知情報を受信する第2無線送受信手段を含み、第2無線送受信手段で得られるトナー残量検知情報に応じてトナー補給手段を制御することを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  4. トナー補給手段は、
    複数のトナーカートリッジにそれぞれ備えられ、トナーカートリッジを回転させることによってトナーを補給する回転駆動手段であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  5. トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部を含み、
    回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値が、トナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされることを特徴とする請求項4記載の画像形成装置。
  6. トナーカートリッジは、トナーカートリッジの回転回数を検知する回転回数検知部と、回転回数検知部で検知されるトナーカートリッジの回転回数の累積値からトナーカートリッジに収容されるトナーの残量を算出する残量算出手段とを含み、
    残量算出手段で算出されるトナーの残量が、トナー残量検知情報として不揮発性メモリにストアされることを特徴とする請求項4記載の画像形成装置。
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