JP2011257539A - 画像形成装置のトナー補給機構 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置本体の稼動を停止させることなくトナーカートリッジの交換を可能にする画像形成装置のトナー補充機構を提供する。
【解決手段】トナーカートリッジ２８とリザーブタンク２７とは開口部６３を対面して接続され、トナーカートリッジ２８内のトナー６４は余剰分を残していちどきにリザーブタンク２７内に流入する。印字作業が進んでトナーカートリッジ２８内のトナー６４が消費し尽くされ更にリザーブタンク２７内でトナー量検知センサ６７の配設位置のところまでトナー６４が消費されたことをトナー量検知センサ６７が検知すると、制御装置のＣＰＵ４２はトナーカートリッジ２８内のトナー６４が完全に消費し尽くされたこと及び印字作業を続行したままトナーカートリッジ２８の新旧交換が可能であることをユーザに報知する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置本体の稼動を停止させることなくトナーカートリッジの交換を可能にする画像形成装置のトナー補充機構に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。

この種の画像形成装置の現像装置にあっては、静電潜像をトナー像に現像するに伴ってトナーが消費されるから、現像性能を良好に保つために現像装置に逐次トナーを補給する。このトナーの補給には、着脱交換式のトナーカートリッジが用いられる場合が多い。

このトナーカートリッジからトナーの補給が繰り返されていくうちに、やがてトナーカートリッジ内のトナーが使い尽くされてトナーカートリッジが空になる。空になったトナーカートリッジは新品と交換されなければならない。

通常このトナーカートリッジの交換では、トナーカートリッジにトナー残量検知センサを設け、トナー残量検知センサがトナーカートリッジ内のトナー無しを検知したとき操作パネルの表示装置や警告灯によりユーザにトナーカートリッジの交換を報知する。

ところで、トナーカートリッジの交換が操作パネルに報知された場合、ユーザは、画像形成装置の稼動を一端停止させ、新旧のトナーカートリッジを交換してから、画像形成装置の稼動スイッチを入れて、画像形成処理を再開するのが一般的な方法であった。

また、交換用のトナーカートリッジをユーザーが保管して居ない場合は、新旧トナーカートリッジの交換を即座に行うことが出来ない。そうすると、画像形成装置を使用することができなくなり、ユーザの操作性を損なってしまう。

上記の画像形成装置の稼動を一端停止させる場合、又は新品トナーカートリッジの保管がなく画像形成装置を使用することができなった場合、いずれにしてもユーザの操作性を損なう点において変わりはない。

そこで、画像形成装置本体の稼動を停止させずにトナーカートリッジの交換が可能なように、画像形成装置本体に対して着脱可能なトナーカートリッジからリザーブタンクにトナーを供給し、そのリザーブタンクからトナー現像容器にトナーを搬送する装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

また、タンデム式のカラー画像形成装置の現像ユニットにおいて、トナーカーリッジの他に容量可変の予備タンクを備え、トナーカートリッジのトナーを完全に使い切った上で、トナーカートリッジの交換を行うことができ、印刷中においてもトナーカートリッジの交換を行うことが可能な画像形成装置が提案されている、（例えば、特許文献２参照。）

特開２００３−０２９５１８号公報 特開２００８−２７６０３４号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術は、トナーカートリッジおよびリザーブタンクが現像器から離れた位置に配置されている。特許文献１のようにロータリ式の現像装置を備えたカラー画像形成装置では、リザーブタンクと現像器とが離れた位置に配置されるとトナー搬送装置が大型になってしまうという解決すべき課題がある。

また、特許文献２の従来技術は、トナーカートリッジにトナー無しを検出するためのカートリッジトナーセンサ、予備タンクに可変容量を検出するための予備タンク容量センサと、現像ユニットだけで２つのセンサを備えている。一般にセンサは高価な部材であるばかりでなく、配線や制御に手数が掛かり、画像形成装置全体のコスト上昇の要因になるという解決すべき課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明の画像形成装置のトナー補給機構は、現像器と、該現像器に配置されたトナー濃度センサと、トナーカートリッジと、該トナーカートリッジの新旧を検知するトナーカートリッジ新旧検知センサと、上記トナーカートリッジと上記現像器との間に連結され上記トナーカートリッジから供給されるトナーを上記現像器に補給するトナーリザーブタンクと、該トナーリザーブタンクの中央部よりも少なくともトナー搬送方向上流側に配設されたトナー量検知センサと、制御部と、を備え、上記制御部は、上記トナー量検知センサが該トナー量検知センサの配設位置のトナーが無くなったことを検知したとき、上記トナーカートリッジ内のトナーが完全に消費し尽くされたこと及び印字作業を続行したまま上記トナーカートリッジの新旧交換が可能であることをユーザに報知する、ように構成される。

この画像形成装置のトナー補給機構において、上記制御部は、例えば、上記ユーザへの報知後に、上記トナーカートリッジ新旧検知センサがトナーカートリッジの新旧交換を検知せず、且つ上記トナー濃度センサが上記現像器内のトナー濃度が所定以下の濃度に低下したことを検知したとき、上記トナーリザーブタンク内のトナーが完全に消費し尽くされたこと及び印字作業が続行できないことをユーザに報知して、上記画像形成装置本体の稼動を強制的に停止させる、ように構成される。

また、この画像形成装置のトナー補給機構において、上記トナーカートリッジと上記トナーリザーブタンクとの連結は、例えば、上記トナーカートリッジの全面的に開口する底部面と、該底部面の開口に対応する大きさで開口する上記トナーリザーブタンクの天井面の開口との連結である、ように構成される。

また、上記トナーリザーブタンクと上記現像器との連結は、例えば、自然落下によりトナーが供給されるトナー流路である、ように構成される。

本発明の画像形成装置のトナー補給機構によれば、カートリッジトナーセンサを用いることなくトナーカートリッジのトナー完全使い切りを検出し且つ印刷を停止することなくトナーリッジの交換を行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（プリンタ）の内部構成を説明する断面図である。 実施例１に係るプリンタの制御装置を含む回路ブロック図である。 (a)は実施例１に係るプリンタの現像装置及びトナー供給部のリザーブタンクとトナーカートリッジを分かりやすくそれぞれ１個のみ取り上げ、転写ベルトと共に模式的に示す図、(b)はそれらを側面から見た断面図である。 印字作業が進んでトナーカートリッジ内のトナーが消費し尽くされ更にリザーブタンク内のトナーが消費されてトナー量検知センサの配設位置のトナーが無くなったトナー供給部の状態を示す図である。 トナーカートリッジの新旧交換が可能であることの報知を受けてユーザが直ちにトナーカートリッジの新旧交換を行った場合のトナー供給部の状態を示す図である。 トナーカートリッジの新旧交換が可能であることの報知を受けながらユーザがその報知を無視してトナーカートリッジの新旧交換を行わなかった場合のトナー供給部の状態を示す図である。 実施例２に係る流動性の高いトナーを用いる場合における部分開口によってトナーカートリッジからリザーブタンクにトナーを供給するトナー供給部の構成を模式的に示す断面図である。 (a),(b)は実施例２に係るトナー供給部の構成において予想される不具合を説明する図である。 (a),(b),(c)は実施例３に係る流動性の高いトナーを用いる場合における部分開口によってトナーカートリッジからリザーブタンクにトナーを供給するトナー供給部の構成を模式的に示すと共にその動作状態を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の実施例では、トナーとキャリアから成る二成分現像剤が使用されるが、以下の説明では二成分現像剤を単にトナーという。

図１は、実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、及び両面印刷用搬送ユニット７で構成されている。

上記画像形成部２は、転写ベルトユニット３の転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ）を多段式に並設した構成からなる。この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能にプリンタ１本体のフレームに保持されている。

上記４個の現像装置９のうち下流側（図の右側）の３個の現像装置９ｍ、９ｃ及び９ｙは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）のトナー用の現像装置９ｋを例にしてその構成を説明する。

現像装置９は、最上部に感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面近傍を取り巻いて、クリーナ１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。

現像器１４は、外部を覆う筐体１６、内部に設けられた隔壁１７、現像ローラ１５、第１の攪拌搬送スクリュー１８、及び第２の攪拌搬送スクリュー１９を備えている。第１及び第２の攪拌搬送スクリュー１８及び１９は、特には図示しないが、スクリュー軸と、このスクリュー軸と一体に構成されて回転するフィンから成る。

この現像器１４には、トナー供給部４の詳しくは後述するリザーブタンクから、同図にはＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋで示すようにマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーが供給される。

転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ２１と従動ローラ２２を備えている。

上記の転写ベルト８は、下方を循環移動するベルト表面に、ユニットと一体に組み込まれて転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接する一次転写ローラ２０によりトナー像を直接転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２３まで搬送する。

この転写ベルトユニット３には、駆動ローラ２１に掛け渡されている表面に当接するクリーニングブレード２５を備えたベルトクリーナ２４が配置されている。ベルトクリーナ２４の下方には廃トナー回収容器２６が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーナ２４は、クリーニングブレード２５が転写ベルト８の表面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを搬送スクリューにより下方の廃トナー回収容器２６に送り込んでいる。

トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置されている４個のリザーブタンク２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ）と、これらのリザーブタンク２７の上にそれぞれ着脱自在に配置されたトナー補充用のトナーカートリッジ２８（２８ｍ、２８ｃ、２８ｙ、２８ｋ）で構成される。

４個のトナーカートリッジ２８ｍ、２８ｃ、２８ｙ、２８ｋは、それぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容し、４個のリザーブタンク２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ）は、それぞれ上に装着されているトナーカートリッジ２８からトナーを補充される。

これら４個のリザーブタンク２７は、図１では転写ベルトユニット３の向う側に隠れて見えないが、それぞれトナー供給路により対応する現像装置９の現像器１４と連結されている。

このトナー供給部４は、特には図示しないが、図１に示す印刷実行時位置から、それより上方の保守位置に、昇降可能にプリンタ１本体のフレームに保持されている。

このトナー供給部４の左方には、ベルトクリーナ２４の左方から駆動ローラ２１の上方にかけて２つの電装部３０が配設されている。電装部３０には、詳しくは後述する複数の電子部品からなる制御装置が搭載された回路基盤を備えている。

給紙部５は、上下２段に配置された２個の給紙カセット２９（２９ａ、２９ｂ）を備えている。２個の給紙カセット２９の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。

待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８を介して従動ローラ２２に圧接する二次転写ローラ３５が配設されて、前述した用紙への二次転写部２３を形成している。

この二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置されている。ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する搬出ローラ対３６、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する排紙ローラ対３８が配設されている。

両面印刷用搬送ユニット７は、外面（図の右方外側面）がプリンタ１の内部を側面から外部に開放又は遮蔽する開閉部材を兼ねている。

この両面印刷用搬送ユニット７は、排紙ローラ対３８の直前から図の右横方向に分岐する開始返送路３９ａ、それから下方に曲がる中間返送路３９ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路３９ｃから成る返送路３９を備えている。

また、返送路３９の途中には、５組の返送ローラ対４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）が配置されている。上記終端返送路４１ｅの出口は、給紙部５の下方の給紙カセット２９ｂに対応する待機搬送ローラ対３４への搬送路に合流している。

図２は、上記のプリンタ１の制御装置を含む回路ブロック図である。図２に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)４２を中心にして、このＣＰＵ４２に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）４３及びプリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）４４が接続されている。ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４にはプリンタ印字部４５が接続されている。

また、ＣＰＵ４２には、ＲＯＭ（read only memory）４６、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）４７、本体操作部の操作パネル４８、各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部４９が接続されている。

ＲＯＭ４６には、システムプログラムが記憶され、ＣＰＵ４２は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。

すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４３は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ５１に展開する。フレームメモリ５１は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。

フレームメモリ５１に展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ４４に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４からプリンタ印字部４５に出力される。

プリンタ印字部４５は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４からの制御の下で、図１に示した感光体ドラム１０、一次転写ローラ２０等を含む不図示の回転駆動系、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３等の被駆動部を有する画像形成部、転写ベルトユニット３の上下移動や転写ベルト８の回転を駆動する不図示の駆動部を備えている。

更に、プリンタ印字部４５は、ベルト式定着ユニット６のベルト駆動を行うベルト駆動部５２や、後述するカートリッジモータ、リザーブタンクモータ、現像器モータ等を駆動するトナー供給部モータ駆動部５３を備えている。

更に、プリンタ印字部４５は、用紙取出ローラ２２〜排紙ローラ対３１等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着ユニット６などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。

そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４４から出力されたブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色のデータは、プリンタ印字部４５からそれぞれ対応する図１に示した光書込ヘッド１３に供給される。

図３(a)は、上記の画像形成部２の現像装置９及びトナー供給部４のリザーブタンク２７とトナーカートリッジ２８を、分かりやすくそれぞれ１個のみ取り上げ、転写ベルト８と共に模式的に示す図であり、同図(b)は、それらを側面から見た断面図である。

尚、図３(a),(b)には、図１に示した構成と同一の構成又は機能部分には図１と同一の番号を付与して示している。また、図３(b)には図３(a)の転写ベルト８に代えて転写ベルトユニット３を破線のブロックで示している。

図３(a),(b)に示すトナーカートリッジ２８は、図１に示す画像形成装置１本体に対し前面方向に、すなわち図３(a)の両方向矢印ｂで示すように、リザーブタンク２７に対して着脱自在である。

図３(b)に示すように、トナーカートリッジ２８には新旧を示す被検知部５４が配置されており、プリンタ１本体側には、被検知部５４によりトナーカートリッジ２８の新旧を検知する検知部５５が配設されている。このようなトナーカートリッジ２８の新旧を検知する検知装置５６は、ごく一般的な方法で構成することができる。

このトナーカートリッジ２８は、内部に、回転軸５７と板状の攪拌フィン５８から成るトナー補給機構５９を備えている。トナー補給機構５９の回転軸５７には外部からカートリッジモータ６１が係合している。

一方のリザーブタンク２７は、転写ベルトユニット３の後方に回り込んで配置されているトナー搬送路６２を介して現像器１４に連結されている。

リザーブタンク２７のトナーカートリッジ装着部にトナーカートリッジ２８が装着されるとトナーカートリッジ２８とリザーブタンク２７とは開口部６３を対面して接続され、この開口部６３を通してトナーカートリッジ２８とリザーブタンク２７は一体のトナータンクを形成する。

トナーカートリッジ２８の下面は、ほとんど全面が開口部６３となっている。これにより、トナーカートリッジ２８の開口部６３が開かれると、カートリッジ内のトナー６４は自重によりリザーブタンク２７へ流れ込む。

更に、リザーブタンク２７内をトナーで確実に満たすため、カートリッジモータ６１を回転させると、トナーカートリッジ２８内にあるトナー補給機構５９がトナー６４をリザーブタンク２７内に強制補給する。これでリザーブタンク２７内にトナー６４がほぼ満タン状態で収容される。

リザーブタンク２７は、内部にトナー搬送補給機構としてフィンスクリュウ６５を備えている。フィンスクリュウ６５の回転軸には、リザーブタンクモータ６６が連結されている。

リザーブタンク２７は、トナーカートリッジ２８から補給されたトナー６４を、リザーブタンクモータ６６により駆動されるフィンスクリュウ６５によりトナー搬送路６２へと攪拌しながら搬送する。このリザーブタンク２７内には、リザーブタンク２７の中央部よりも少なくともトナー搬送方向上流側に、トナー量検知センサ６７が配設されている。

そして、フィンスクリュウ６５によりトナー６４が攪拌搬送されたトナー搬送路６２の上から下までは、トナー６４が自重で落下する。これにより、リザーブタンクモータ６６から現像器１４にトナー６４が補給される。

現像器１４は、内部にトナー攪拌搬送機構としてフィンスクリュウ６８を備えている。なお、図３(b)には、図１に示した第１の攪拌搬送スクリュー１８及び第２の攪拌搬送スクリュー１９を簡単に１個のフィンスクリュウ６８として示している。

フィンスクリュウ６８の回転軸には現像器モータ６９が連結されている。現像器１４は、現像器モータ６９により駆動されるフィンスクリュウ６８によりトナー６４を攪拌搬送しながら現像ローラ１５にトナー６４（この場合はキャリアから分離したトナー）を供給する。また、現像器１４の内部の適宜な箇所にトナー濃度センサ７１が配置されている。

ここで、二成分現像剤のトナー６４について、元に戻ってキャリアとトナーに分けて考えることにする。キャリアは現像器１４内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

現像ローラ１５により回転搬送されるトナー６４のキャリアは、電荷を帯びたトナーを感光体ドラム１０と現像ローラ１５との対向位置まで運び、感光体ドラム１０上の静電潜像にトナーを転移させて、静電潜像上にトナー像を現像させる。表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ１５上に残り、再び現像器１４内に戻る。

現像器１４内に戻ったキャリアは新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体ドラム１０上に運ぶ、というように繰り返し使用される。現像器１４内のトナーが少なくなる（トナー濃度が低くなる）と外部から新たなトナーが補給される。

ところで、上記のキャリアは、使用するほどに、キャリアの磁気吸着性能、帯電性能が劣化していく。キャリアが劣化すると初期段階の画像に比べて画像濃度不足や画像のカブリ等の画像の劣化を招くという問題が生じる。

このような劣化により機能が低下した古いキャリアを新しいキャリアと入替えて、トナーの被着性を再生させ、現像装置の長寿命化を図る方法として、一般にトリクル現像といわれている現像方法がある。トリクル現像は、現像器１４にトナーを補給する際、キャリアも一緒に補給し、旧いキャリアを現像器１４外に排出する方法である。そこで、本例の画像形成部２においてトリクル現像を行うことは好ましい。

図３(b)に示すトナー濃度センサ７１には透磁センサを用いている。この透磁センサは、二成分現像において現像器内のトナーが少なくなったことを検出するためのトナー濃度センサとして一般的なものである。

二成分現像においては、キャリアが磁性体であるのに対してトナーは非磁性体である。透磁センサを通してキャリアとトナーの混合体である二成分現像剤を見ると、一定の重量比で混合した現像剤は必ず一定のセンサ出力値を得ることができる。

つまり、キャリアに対してトナーが多いと二成分現像剤の透磁率が下がり透磁センサつまりトナー濃度センサ７１の出力値が下がる（出力を反転させて上がるようにしてもよい）。逆にキャリアに対してトナーが少ないと二成分現像剤の透磁率が上昇しトナー濃度センサ７１の出力値が上昇する（出力を反転させて下がるようにしてもよい）。

したがって、所望の現像剤濃度に対応するトナー濃度センサ７１の出力値を閾値として制御装置の例えばＥＥＰＲＯＭ４７の所定の領域に予め設定しておく。そして、減少したトナーの量をトナー濃度センサ７１の出力値と閾値との比較によって検知する。

図３(b)は、印字作業中にリザーブタンク２７からトナー（この場合はキャリアとトナーで構成された二成分現像剤）を現像器１４に補給している状態を示している。

すなわち、トナー濃度センサ７１がトナーの量（二成分現像剤のトナー濃度）の減少を検知したとき、制御装置のＣＰＵ４２は、リザーブタンクモータ６６を回転させて、フィンスクリュウ６５によりトナー６４を攪拌搬送させる。

これにより、トナー６４（二成分現像剤）がリザーブタンク２７からトナー搬送路６２を介して現像器１４に補給される。この補給により、やがてトナー濃度センサ７１の出力値が閾値を満たせば、ＣＰＵ４２は、リザーブタンクモータ６６を停止させ、トナーの補給を停止する。

上記のように現像器１４に補給されてリザーブタンク２７から減少した分のトナー６４は、トナーカートリッジ２８から開口部６３を介してリザーブタンク２７に供給される。このように印字作業が進んで行くと、トナーカートリッジ２８内のトナー６４がやがて無くなる。

図４は、印字作業が進んでトナーカートリッジ２８内のトナー６４が消費し尽くされ、更にリザーブタンク２７内では、トナー量検知センサ６７の配設位置のところまで、トナー６４が消費されて無くなったトナー供給部４の状態を示す図である。

このようにトナー量検知センサ６７の配設位置のトナー６４が無くなったことをトナー量検知センサ６７が検知すると、制御装置のＣＰＵ４２は、トナーカートリッジ２８内のトナー６４が完全に消費し尽くされたこと、及び印字作業を続行したままトナーカートリッジ２８の新旧交換が可能であることをユーザに報知する。

図４に示すように、リザーブタンク２７内には、トナー量検知センサ６７の配設位置よりもトナー搬送方向下流側には、トナー６４が未だ十分に残っているので、ユーザは印字作業を続行しながら、トナー６４が空になった旧いトナーカートリッジ２８をトナー６４が満杯の新しいトナーカートリッジ２８に交換する時間的余裕が十分ある。

図５は、トナーカートリッジ２８の新旧交換が可能であることの報知を受けてユーザが直ちにトナーカートリッジ２８の新旧交換を行った場合のトナー供給部の状態を示す図である。

ユーザが、新しいトナーカートリッジ２８をリザーブタンク２７の上に装着し、開口部６３の封止を解除すると、トナーカートリッジ２８内のトナー６４が、リザーブタンク２７内のトナー６４が無くなっている空間に一気に流れ込んでリザーブタンク２７内を満たす。

この後、図３(b)、図４、図５の状態が繰り返されて、トナーカートリッジ２８が空になると、印字作業を続行したまま、新らしいトナーカートリッジ２８への交換を何回でも行うことができる。

図６は、トナーカートリッジ２８の新旧交換が可能であることの報知を受けながら、ユーザがその報知を無視してトナーカートリッジ２８の新旧交換を行わなかった場合のトナー供給部の状態を示す図である。

図６に示すように、トナー６４は現像器１４にのみ残っており、リザーブタンク２７にも無い、つまりトナー量検知センサ６７の配設位置にもトナー６４が無いので、トナー量検知センサ６７は「トナー無し」をＣＰＵ４２に出力している。

これにより、ＣＰＵ４２は、トナーカートリッジ２８のトナー６４が完全に消費し尽くされたことを認識している。また、トナーカートリッジ２８は空のままであるため、検知装置５６は、新しいトナーカートリッジ２８を検出したことをＣＰＵ４２に通知できない状態である。

やがて、トナー濃度センサ７１がトナー濃度の低下を検知して、この検知結果をＣＰＵ４２に通知する。ＣＰＵ４２は、通常のように、リザーブタンクモータ６６を回転駆動してトナー濃度センサ７１から、トナー濃度回復の検知結果の通知を待機する。

しかし、リザーブタンク２７に僅かに残っていたトナー６４がトナー搬送路６２を介して現像器１４に補充され、トナー搬送路６２までトナー６４が空になった後では、トナー濃度センサ７１の検知結果の出力は、トナー濃度が閾値まで回復しないことを示すのみである。

この場合、ＣＰＵ４２は、トナー濃度が低下しているので印字作業が継続できないこと、新しいトナーカートリッジ２８を装着してから印字を再開すべきこと、をユーザに警告報知して、プリンタ１本体の稼動を強制停止させる。

このように、実施例１の画像形成装置のトナー補充機構によれば、トナーカートリッジにトナー残量検知センサを設けることなく、トナーカートリッジのトナー完全消費を検出して、画像形成装置本体の稼動を停止させることなくトナーカートリッジの交換をすることができる。

また、ユーザがトナーカートリッジの新旧交換を故意に又は不注意に無視して印字を続行した場合には、現像器のトナー濃度の低下が所定の値以下となったとき、画像形成装置本体の稼動を強制停止させるので、定品質の画像で用紙を無駄に消費することを回避できる。

ところで上記の実施例１では、トナーカートリッジ２８からのトナー供給は、トナーカートリッジ２８の下面部の全面的な開口部によって行われたが、流動性の高いトナーの場合は、全面開口によってトナーの供給を行うと、トナーカートリッジ２８交換後の開口部の封止解除でトナーが周囲に飛散するおそれがある。

図７は、実施例２に係る流動性の高いトナーを用いる場合における開口が狭い部分開口によってトナーカートリッジからリザーブタンクにトナーを供給するトナー供給部の構成を模式的に示す断面図である。

尚、図７には、図３ないし図６に示した構成又は機能と同一の構成又は機能の部分には図３ないし図６に示した番号と同一の番号を付与して示している。図７に示すように、本例のトナー供給部４のトナーカートリッジ２８は、内部に搬送スクリュー７２を備えている。

トナーカートリッジ２８とリザーブタンク２７との連結部７３は、トナーカートリッジ２８からリザーブタンク２７にトナー６４を供給するための部分開口部を形成している。トナーカートリッジ２８の搬送スクリュー７２は、連結部７３の部分開口部の直上で、フィン形状の変化点を形成している。

また、連結部７３には搬送スクリュー７４が配設され、リザーブタンク２７には搬送スクリュー７５が配設されている。リザーブタンク２７の内部には、連結部７３のほぼ直下にトナー量検知センサ６７が配設されている。

リザーブタンク２７と現像器１４は、トナー搬送路６２で連結されている。本例の場合は、トナー搬送路６２にも搬送スクリュー７６が配設されている。リザーブタンク２７の搬送スクリュー７５には、トナー搬送路６２の直上でフィン形状の変化点が形成されている。トナー６４は、矢印ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊで示すように攪拌搬送される。

トナー量検知センサ６７がトナーカートリッジ２８にトナー無しを検出後、ＣＰＵ４２がトナーカートリッジ２８の新旧交換をユーザに報知し、ユーザが直ちに新品のトナーカートリッジ２８に交換した場合は問題は起きない。

しかしトナーカートリッジ２８の新旧交換の要求が出ても、ユーザが直ぐには交換しなかった場合に問題が生じることが予想される場合がある。

図８(a)は本例のトナー供給部４の構成においてユーザが直ぐにはトナーカートリッジ２８の交換をしなかった場合にトナー無しの空間が生じる状態を示す図であり、同図(b)は、その後にトナーカートリッジ２８が交換されたときの不具合を説明する図である。

図８(a)の状態になってから、同図(b)に示すようにトナー６４が満杯のトナーカートリッジ２８を交換し、連結部７３の搬送スクリュー７４を回転駆動すると、リザーブタンク２７内に、トナー無し部分７７が発生する。

ここでリザーブタンク２７の搬送スクリュー７５とトナー搬送路６２の搬送スクリュー７６も稼動すると、丸ｋで囲んで示す残りのトナー６４を現像器１４に過剰供給することになる。他方、トナー搬送路６２の搬送スクリュー７６を稼動させないと、搬送スクリュー７６に高負荷がかかり、故障の要因となる。

図９(a),(b),(c)は、実施例３に係る流動性の高いトナーを用いる場合における部分開口によってトナーカートリッジからリザーブタンクにトナーを供給するトナー供給部の構成を模式的に示すと共にその動作状態を説明するための断面図である。

図９(a),(b),(c)に示すように、本例のトナー供給部４は、トナーカートリッジ２８とリザーブタンク２７との連結部が長手方向の両端部近傍の２箇所に形成され、それぞれ第１のトナー搬送路７８及び第２のトナー搬送路７９を形成している。

第１及び第２のトナー搬送路７８及び７９にはそれぞれ搬送スクリュー８１及び８２が配設されている。この場合も図９(a)には、図８(a)の場合と同様に、トナーカートリッジ２８の新旧交換の要求が出てもユーザが直ぐにはトナーカートリッジ２８の交換をしなかったため、リザーブタンク２７に広い範囲のトナー無しの空間が生じていることを示している。

この時点では、トナーカートリッジ２７の搬送スクリュウ７２、第１及び第２のトナー搬送路７８及び７９の搬送スクリュー８１及び８２、リザーブタンク２７及びトナー搬送路６２の搬送スクリュー７５及び７６からなるトナー搬送機構は順方向に回転している。

ここで、図９(b)に示すように、満タンのトナー６４を有するトナーカートリッジ２８が交換同着されると、本例では、トナー搬送機構を一定時間逆回転させる。この逆回転駆動で、図９(c)に示すように、第１のトナー搬送路７８、第２のトナー搬送路７９、及びその間のリザーブタンク２７内を隙間無くトナー６４で満たすことができる。

この後は、現像器１４のトナー濃度の低下が検知される都度、図７に示したように、トナー供給部４のトナー搬送機構を順方向に回転させて、現像器１４に適度のトナー６４を補給することができる。

本発明は、画像形成装置本体の稼動を停止させることなくトナーカートリッジの交換を可能にする画像形成装置のトナー補充機構に利用することができる。

１ フルカラー画像形成装置（プリンタ）
２ 画像形成部
３ 転写ベルトユニット
４ トナー供給部
５ 給紙部
６ ベルト式定着ユニット
７ 両面印刷用搬送ユニット
８ 転写ベルト
８ａ 下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ） 現像装置
１０ 感光体ドラム
１１ クリーナ
１２ 帯電ローラ
１３ 光書込ヘッド
１４ 現像器
１５ 現像ローラ
１６ 筐体
１７ 隔壁
１５ 現像ローラ
１８ 第１の攪拌搬送スクリュー
１９ 第２の攪拌搬送スクリュー
２０ 一次転写ローラ
２１ 駆動ローラ
２２ 従動ローラ
２３ 二次転写部
２４ ベルトクリーナ
２５ クリーニングブレード
２６ 廃トナー回収容器
２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ） リザーブタンク
２８（２８ｍ、２８ｃ、２８ｙ、２８ｋ） トナーカートリッジ
２９（２９ａ、２９ｂ） 給紙カセット
３０ 電装部
３１ 用紙取出ローラ
３２ 給送ローラ
３３ 捌きローラ
３４ 待機搬送ローラ対
３５ 二次転写ローラ
３６ 搬出ローラ対
３７ 排紙トレー
３８ 排紙ローラ対
３９ 返送路
３９ａ 開始返送路
３９ｂ 中間返送路
３９ｃ 終端返送路
４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ） 返送ローラ対
４２ ＣＰＵ（central processing unit)
４３ インターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）
４４ プリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）
４５ プリンタ印字部
４６ ＲＯＭ（read only memory）
４７ ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
４８ 操作パネル
４９ センサ部
５１ フレームメモリ
５２ ベルト駆動部
５３ トナー供給部モータ駆動部
５４ 被検知部
５５ 検知部
５６ 検知装置
５７ 回転軸
５８ 攪拌フィン
５９ トナー補給機構
６１ カートリッジモータ
６２ トナー搬送路
６３ 開口部
６４ トナー
６５ フィンスクリュウ
６６ リザーブタンクモータ
６７ トナー量検知センサ
６８ フィンスクリュウ
６９ 現像器モータ
７１ トナー濃度センサ
７２ 搬送スクリュー
７３ 連結部
７４、７５、７６ 搬送スクリュー
７７ トナー無し部分
７８ 第１のトナー搬送路
７９ 第２のトナー搬送路
８１、８２ 搬送スクリュー

Claims (4)

1. 画像形成装置のトナー補給機構において、
   現像器と、
   該現像器に配置されたトナー濃度センサと、
   トナーカートリッジと、
   該トナーカートリッジの新旧を検知するトナーカートリッジ新旧検知センサと、
   前記トナーカートリッジと前記現像器との間に連結され前記トナーカートリッジから供給されるトナーを前記現像器に補給するトナーリザーブタンクと、
   該トナーリザーブタンクの中央部よりも少なくともトナー搬送方向上流側に配設されたトナー量検知センサと、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記トナー量検知センサが該トナー量検知センサの配設位置のトナーが無くなったことを検知したとき、前記トナーカートリッジ内のトナーが完全に消費し尽くされたこと及び印字作業を続行したまま前記トナーカートリッジの新旧交換が可能であることをユーザに報知する、
   ことを特徴とする画像形成装置のトナー補給機構。
2. 前記制御部は、前記ユーザへの報知後に、前記トナーカートリッジ新旧検知センサがトナーカートリッジの新旧交換を検知せず、且つ前記トナー濃度センサが前記現像器内のトナー濃度が所定以下の濃度に低下したことを検知したとき、前記トナーリザーブタンク内のトナーが完全に消費し尽くされたこと及び印字作業が続行できないことをユーザに報知して、前記画像形成装置本体の稼動を強制的に停止させる、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置のトナー補給機構。
3. 前記トナーカートリッジと前記トナーリザーブタンクとの連結は、前記トナーカートリッジの全面的に開口する底部面と、該底部面の開口に対応する大きさで開口する前記トナーリザーブタンクの天井面の開口との連結である、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置のトナー補給機構。
4. 前記トナーリザーブタンクと前記現像器との連結は、自然落下によりトナーが供給されるトナー流路である、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置のトナー補給機構。