JP2017083612A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
逆転写による廃トナー量が増加した場合であっても、感光体ドラムの残り寿命や未使用トナーを有効に使用することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】
未使用現像剤を収容する第１収容室と、廃現像剤を収容する第２収容室と、第１収容室と第２収容室との間に設けられ第１収容室と第２収容室とに空間的に連続している第３収容室と、第３収容室内を移動可能となるように設けられ第１収容室における未使用現像剤と第２収容室における廃現像剤とを分離する仕切り部材と、未使用現像剤の使用量から第３収容室における廃現像剤収容空間の拡大可能な体積を算出するとともに、当該算出結果、第２収容室の体積、及び第２収容室及び第３収容室に収容される廃棄現像剤量から第２収容室及び第３収容室における廃現像剤収容率を計算する計算部と、廃現像剤収容率が所定の閾値を下回った場合に、未使用現像剤を廃棄する現像剤廃棄手段とを備えた画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ、ＦＡＸ、又は複写機等の電子写真方式による画像形成装置に関するものである。

従来、廃トナーを収容する廃トナー収容器が満杯になったトナーカートリッジを迅速かつ的確に交換することを目的として、当該トナーカートリッジの廃トナー収容器の交換時期をトナーカートリッジの交換本数により判定することで、交換時期に達した廃トナー収容器を有するトナーカートリッジの新規トナーカートリッジへの交換を使用者に促すことができる画像形成装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２４３９１１号公報

しかしながら、上記トナーカートリッジから供給されるトナーを用いて画像形成を行う画像形成ユニットを複数備えた画像形成装置においては、例えば、画像形成方向上流側に位置する画像形成ユニットで使用されるトナー量が多い場合、画像形成方向下流側に位置する画像形成ユニットにおいて逆転写によって回収される廃トナー量が増加し、廃トナー収容器が満杯となってしまう。その結果、当該画像形成ユニットが備える感光体ドラムの回転数が寿命に達していない場合や未使用トナーが十分に残存している場合であっても、当該画像形成ユニットは寿命に達したと判断される問題があった。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、逆転写による廃トナー量が増加した場合であっても、感光体ドラムの残り寿命や未使用トナーを有効に使用することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、未使用現像剤を収容する第１収容室と、廃現像剤を収容する第２収容室と、前記第１収容室と前記第２収容室との間に設けられ、前記第１収容室と前記第２収容室とに空間的に連続している第３収容室と、前記第３収容室内を移動可能となるように設けられ、前記第１収容室における前記未使用現像剤と前記第２収容室における前記廃現像剤とを分離する仕切り部材と、前記未使用現像剤の使用量から前記第３収容室における廃現像剤収容空間の拡大可能な体積を算出するとともに、当該算出結果、前記第２収容室の体積、及び前記第２収容室及び前記第３収容室に収容される廃棄現像剤量から前記第２収容室及び前記第３収容室における廃現像剤収容率を計算する計算部と、前記廃現像剤収容率が所定の閾値を下回った場合に、前記未使用現像剤を廃棄する現像剤廃棄手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、逆転写による廃トナー量が増加した場合であっても、感光体ドラムの残り寿命や未使用トナーを有効に使用することが可能な画像形成装置を提供することができる。

本実施形態に係るプリンタ１００の構成を説明する概略構成図である。 本実施形態に係る画像形成ユニット１０の構成を説明する概略構成図である。 画像形成ユニット１０の内部透過斜視図である。 プリンタ１００の制御構成を説明するブロック図である。 廃トナー堆積初期の状態を表した図である。 廃トナー堆積中期の状態を説明する図である。 廃トナーにより廃トナー収容空間が満杯になった状態を説明する図である。 廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）の概念を説明する図である。 縦軸に湿度［％ＲＨ］、横軸に温度［℃］を取った環境領域の対照グラフである。 廃トナー空スペースの計算処理を説明するフローチャートである。 本実施形態の評価結果を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１００の構成を説明する概略構成図である。プリンタ１００は電子写真方式により記録媒体としてのロール紙Ｐ上に現像剤であるトナーを用いて画像を形成することが可能な中間転写式の画像形成装置である。

図１に示すように、プリンタ１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、ホワイト（Ｗ）の５色のトナーを用いて画像形成を行う画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗを有しており、当該画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗは、プリンタ１００から着脱自在となるように構成されている。画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗは、図１中左方の画像形成方向上流側から下流側にかけて順に１列に配列されている。なお、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗはその中に収容するトナー以外は同一構成であるため、以下の説明では、単に画像形成ユニット１０と略記することがある。

また、プリンタ１００は、さらにロール紙Ｐを搭載して保持するロール紙フィーダー１１と、画像形成後のロール紙Ｐを巻き取るリワインダー１２と、ロール紙Ｐを切断するカッター１３とを有している。ロール紙フィーダー１１が図１中矢印（ａ）方向に回転することにより供給されたロール紙Ｐは、プリンタ１００内部を図１中矢印（ｂ）方向に搬送される。ロール紙Ｐの搬送路上には、画像形成ユニット１０において各トナーにより現像されたトナー画像（現像剤像）を保持し搬送する転写材としての中間転写ベルト１４と当接し、該トナー画像をロール紙Ｐに転写させる２次転写ローラ１６と、ロール紙Ｐに転写されたトナー像を定着させる定着装置１７とが設けられている。定着装置１７を通過したロール紙Ｐは、図１中矢印（ｃ）方向に回転するリワインダー１２により巻き取られる。なお、本実施形態では、ロール紙Ｐとして幅が１０５ｍｍのものを用いるものとする。

中間転写ベルト１４は、２次転写バックアップローラ４５と図示せぬ張架部材とにより張架された無端のベルト部材であり、画像形成ユニット１０において現像されたトナー画像を担持した状態で図１中矢印（ｄ）方向に駆動し、２次転写ローラ１６と２次転写バックアップローラ４５との間で形成される２次転写点にトナー画像を搬送する。２次転写ローラ１６は、搬送されたロール紙Ｐを中間転写ベルト１４上に１次転写されたトナー画像と共に挟持し、後述する転写ローラ用電源３５から印加された所定のバイアス電圧に基づき、中間転写ベルト１４上のトナー画像をロール紙Ｐに２次転写させる。

なお、中間転写ベルト１４を介し、後述する画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗのそれぞれが備える感光体ドラムと対峙する位置には各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗで現像されたトナー画像を中間転写ベルト１４に１次転写させる１次転写ローラ１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、１５Ｗ）が設けられている。１次転写ローラ１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、１５Ｗ）は、金属シャフトがウレタンスポンジ層で被覆された構成を有し、後述する転写ローラ用電源３５から印加された所定のバイアス電圧に基づき、感光体ドラム表面上で現像されたトナー画像を中間転写ベルト１４に１次転写させる。

定着装置１７は、加熱ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂとを備え、ロール紙Ｐに転写されたトナー画像を定着させる。加熱ローラ１７ａは、例えば、アルミニウム等からなる中空円筒状の金属シャフトにシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、その上にＰＦＡ（テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブを被覆することによって形成されている。そして、その金属シャフト内には、例えば、図示せぬハロゲンランプ等の加熱ヒータが設けられている。加圧ローラ１７ｂは、例えば、アルミニウム等からなる金属シャフトにシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、その上にＰＦＡを被覆した構成であり、加熱ローラ１７ａとの間に圧接部が形成されるように配設されている。２次転写点においてトナー画像が転写されたロール紙Ｐは、所定の温度に維持された加熱ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂとから形成される圧接部を通過する際に熱及び圧力が付与され、トナーが溶融し、該トナー画像は定着される。

また、中間転写ベルト１４上には、２次転写ローラ１６によるトナー画像転写後に当該中間転写ベルト１４上に残存したトナーを掻き落とすベルトクリーニング部材４８と、ベルトクリーニング部材４８により掻き取られたトナーを収容するベルト廃トナー収容部４９とを備える。

次に、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗについて説明する。なお、前述したように、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｗはその中に収容するトナー以外は同一構成であるため、画像形成ユニット１０と略記して説明する。

図２は、画像形成ユニット１０の構成を説明する概略構成図である。画像形成ユニット１０は、感光体ドラム表面上に形成された静電潜像の現像に寄与し、現像剤廃棄手段を兼ねた現像ユニット１０ａと未使用のトナーＴを収容する未使用トナー収容室等を備えたトナーカートリッジ１０ｂとを有し、当該トナーカートリッジ１０ｂは現像ユニット１０ａに対して着脱可能となるように構成されている。

現像ユニット１０ａは、図２中矢印（e）方向に回転可能に支持され、円筒状に形成された静電潜像担持体としての感光体ドラム１９と、感光体ドラム１９の回転方向上流側において当該感光体ドラム１９と圧接するように配設され、図２中矢印（ｆ）方向に回転可能に支持された帯電装置としての帯電ローラ２０と、感光体ドラム１９に対向して配設され、図２中矢印（ｇ）方向に回転可能に支持された現像剤担持体としての現像ローラ２１と、トナーホッパー２７内壁に支持され現像ローラ２１の所定位置にそのエッジ部分が当接するように配設された現像剤層厚規制部材としての現像ブレード２２と、現像ローラ２１に対向して配設され、図２中矢印（ｈ）方向に回転可能に支持された現像剤供給部材としての供給ローラ２３と、感光体ドラム１９表面の所定位置に当接するように配設されたクリーニング部材２４と、感光体ドラム１９表面に対して非接触に配設された除電装置２５と、トナー補給口２６を介してトナーカートリッジ１０ｂの未使用トナー収容室４７から補給されたトナーＴを一次貯蔵するトナーホッパー２７とを備える。

感光体ドラム１９は導電性支持体と光導電層によって構成され、導電性支持体としてのアルミニウム等の金属シャフトに光導電層としての電荷発生層及び電荷輸送層を順次積層した構成の有機感光体であり、直上に設けられた露光ヘッド２８から照射された照射光によって画像データに基づく静電潜像を形成する。感光体ドラム１９は、後述する駆動モータ制御部４３から得られるモータ駆動力により図２中矢印（ｅ）方向に回転可能となるように駆動用の図示せぬギアが設けられている。

なお、露光ヘッド２８は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子から構成されるＬＥＤヘッドとレンズアレイとを有し、ヘッド発光命令データに基づきＬＥＤ素子から照射される照射光が感光体ドラム１９の表面に結像する位置となるように配設されている。

帯電ローラ２０は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周に半導電性エピクロロヒドリンゴムが被覆されて構成されている。帯電ローラ２０は、感光体ドラム１９に対して圧接するように配設されており、後述する帯電ローラ用電源３６から印加された所定のバイアス電圧により感光体ドラム１９表面を一様均一に帯電させる。帯電ローラ２０には、感光体ドラム１９の回転に伴って図２中矢印（ｆ）方向に回転可能となるように駆動用の図示せぬギアが設けられている。なお、帯電ローラ２０には帯電クリーニングローラ２９が圧接した状態で設けられている。帯電クリーニングローラ２９は、帯電ローラ２０の回転に伴って従動回転又は周速差をつけて回転し、帯電ローラ２０に付着するトナーＴ及びトナーＴの外添剤を掻き取る。

現像ローラ２１は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周にカーボンブラックを分散させたウレタンゴムが被覆され、その表面はイソシアネート処理が施されている。現像ローラ２１は、感光体ドラム１９の表面に圧接するように配設されており、後述する現像ローラ用電源３７から印加された所定のバイアス電圧により感光体ドラム１９表面に形成された静電潜像にトナーＴを付着させることでトナー画像を現像する。現像ローラ２１には、図２中矢印（ｇ）方向に回転可能となるように駆動用の図示せぬギアが設けられている。

現像ブレード２２は、現像ローラ２１表面の所定位置において、カウンタ方向に圧接するように配設された、例えば、板厚が０．０８ｍｍ程度のステンレス製の現像剤層厚規制部材である。現像ブレード２２は、現像ローラ２１表面に対する押圧力によりトナーＴの層厚を規制し、現像ローラ２１表面上にトナー薄層を形成させる。なお、現像ブレード２２には、後述する供給ローラ用電源３８から所定のバイアス電圧が印加されている。

供給ローラ２３は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周に半導電性発泡シリコーンスポンジ層が被覆されて構成されている。供給ローラ２３は、現像ローラ２１に対して圧接するように配設されており、後述する供給ローラ用電源３８から印加された所定のバイアス電圧によりトナーホッパー２７に一次貯蔵されたトナーＴを現像ローラ２１に供給する。供給ローラ２３には、図２中矢印（ｈ）方向に回転可能となるように駆動用の図示せぬギアが設けられている。

クリーニング部材２４は、例えば、ウレタンゴムから構成され、その一端は感光体ドラム１９表面の所定位置に当接するように配設されている。クリーニング部材２４は感光体ドラム１９表面に残留するトナーＴを掻き取ることで感光体ドラム１９表面をクリーニングする。クリーニング部材２４部材の直下には、第１廃トナー搬送部材５０が設けられている。第１廃トナー搬送部材５０は、クリーニング部材２４により感光体ドラム１９表面から除去されたトナーＴを廃トナーＴ'として後述するトナーカートリッジ１０ｂの廃トナー収容室５４に向けて搬送する。

除電装置２５は、感光体ドラム１９表面に対して非接触に配設されており、感光体ドラム１９表面の残電荷を除去する。除電装置２５は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子により構成することができる。

トナーカートリッジ１０ｂは、未使用のトナーＴを収容する第１収容室としての未使用トナー収容室４７と、クリーニング部材２４により感光体ドラム１９表面から除去された廃トナーＴ'を収容する第２収容室としての廃トナー室５４と、仕切り部材５２が変形し移動可能となるように構成された第３収容室としての移動隔壁室５５とを備える。

仕切り部材５２は、厚さ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのＬＤＰＥ（Low Density Polyethylene）フィルムで構成されており、移動隔壁室５５内で変形可能である。仕切り部材５２は未使用トナー収容室４７と廃トナー室５４との間に設置されており、未使用のトナーＴと廃トナーＴ'とが混じらないように仕切り部材５２の端部はトナーカートリッジ１０ｂ筐体に固定されている。そして、図２に示すように、画像形成ユニット１０が未使用状態では、仕切り部材５２は廃トナー室５４側の側壁に沿って設けられており、未使用のトナーＴは未使用トナー室４７と移動隔壁室５５とに収容されている。

なお、本実施形態に係るトナーＴは、結着樹脂と内部添加剤としての帯電制御剤、離型剤、着色剤、又は外添剤とによって構成されている。これらの結着樹脂と内部添加剤とを、例えば、ヘンシェルミキサーを用いて混錬した後、ニ軸押出機により溶融混練し、冷却後、カッターミルで粗粉砕した後、衝突版式粉砕機を用いて粉砕し、更に、風力分級機を用いて分級を行うことでトナー母粒子を得ることができる。このトナー母粒子に対し、外添剤として、例えば、疎水性シリカ等の無機微粉体を加え、所定時間攪拌することで目的のブラック、マゼンタ、シアン、イエロー、又はホワイトのトナーＴを得ることができる。

第２廃トナー搬送部材５１は、クリーニング部材２４により感光体ドラム１９表面から除去され第１廃トナー搬送部材５０により搬送された廃トナーＴ'を廃トナー室５４内に搬送する。

図３は、画像形成ユニット１０の内部透過斜視図である。前述したように、クリーニング部材２４の直下に設けられた第１廃トナー搬送部材５０は、図示せぬ駆動手段から得られた駆動力によって所定の回転方向に一定の周速度で回転するコイルスパイラルである。廃トナーＴ'は、第１廃トナー搬送部材５０の回転に伴い図３中矢印（ｉ）方向に搬送される。同様に、廃トナー室５４内に設けられた第２廃トナー搬送部材５１は、図示せぬ駆動手段から得られた駆動力によって所定の回転方向に一定の周速度で回転するコイルスパイラルである。廃トナーＴ'は、第２廃トナー搬送部材５１の回転に伴い図３中矢印（ｊ）方向に搬送される。第１廃トナー搬送部材５０の端部５０ａと第２廃トナー搬送部材５１の端部５１ａとは側面プレート５３内部に設置された廃トナー搬送路部材５６によって接続されている。

図４は、本実施形態に係るプリンタ１００の制御構成を説明するブロック図である。プリンタ１００は、印刷動作全体を統括的に制御する印刷制御部３０と、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の外部装置から画像データを受信し、露光ヘッド２８に対するヘッド発光命令データを生成する画像データ変換部３１と、感光体ドラム１９の回転数を計測するドラム回転数計側部３２と、露光ヘッド２８での画像データに対応する発光素子の発光数を計測するヘッド発光数計側部３３と、印刷データにおけるページ変わり目を監視する印刷データ監視部３４と、１次転写ローラ１５及び２次転写ローラ１６に所定のバイアス電圧を印加する転写ローラ用電源３５と、帯電ローラ２０に所定のバイアス電圧を印加する帯電ローラ用電源３６と、現像ローラ２１に所定のバイアス電圧を印加する現像ローラ用電源３７と、供給ローラ２３及び現像ブレード２２に所定のバイアス電圧を印加する供給ローラ用電源３８と、露光ヘッド２８の発光を制御するヘッド駆動制御部３９と、除電装置２５が備える発光素子を発光させるために所定の電圧を印加する除電光用電源４０と、加熱ローラ１７ａ及び加圧ローラ１７ｂを有する定着装置１７を制御する定着制御部４１と、ロール紙フィーダー１１の動作を制御する搬送モータ制御部４２と、中間転写ベルト１４、２次転写ローラ１６、及び感光体ドラム１９の回転動作を制御する駆動モータ制御部４３と、カッター１３の動作を制御するカッター動作制御部４４と、各種計算を行う計算部４５と、ユーザに対して画像形成ユニット１０の廃トナー収容空間の残量及び寿命を通知する寿命表示部４６とを備える。

次に、本実施形態に係るプリンタ１００の印刷動作について説明する。まず、プリンタ１００の印刷制御部３０は、ＰＣ等の外部装置から画像データ変換部３１を介して画像データを受け付けると印刷動作を開始する。

印刷制御部３０は、駆動モータ制御部４３を介し感光体ドラム１９を駆動させ、当該感光体ドラム１９を図２中矢印（ｅ）方向に一定の周速度で回転させる。感光体ドラム１９の回転による駆動力は図示せぬ駆動ギアによって伝達され、現像ローラ２１、供給ローラ２３は、図２中矢印（ｇ）方向、矢印（ｈ）方向にそれぞれ回転する。このとき、第１廃トナー搬送部材５０及び第２廃トナー搬送部材５１も回転し、後述の過程により発生する廃トナーＴ'を図３中矢印（ｉ）方向、矢印（ｊ）方向のそれぞれの方向に搬送する。

ところで、帯電ローラ２０はこれらの駆動ギアとは連結されておらず、感光体ドラム１９とつれ回りで図２中矢印（ｆ）方向に回転する。このとき、感光体ドラム１９表面に接触若しくは圧接して設けられた帯電ローラ２０に対し、帯電ローラ用電源３６から所定のバイアス電圧が印加されることにより、感光体ドラム１９表面は一様均一に帯電される。本実施形態においては、感光体ドラム１９の導電性支持体たるアルミ素管は接地されており、帯電ローラ２０に−１０００Ｖの電圧が印加されることで、感光体ドラム１９表面は−５００Ｖ程度に帯電される。

次に、露光プロセスとして、帯電した感光体ドラム１９表面に対し、露光ヘッド２８は、ヘッド発光命令データに対応する光を照射し、感光体ドラム１９表面に静電潜像を形成させる。本実施形態においては、露光された感光体ドラム１９表面の電位は−５０Ｖ程度となる。

さらに、後述する現像ユニット１０ａの動作により、感光体ドラム１９表面上の静電潜像がトナーＴにより現像され、当該感光体ドラム１９上面上にトナー画像が形成される。本実施形態においては、現像ローラ２１には、現像ローラ用電源３７により−２００Ｖのバイアス電圧が印加され、現像ブレード２２により薄層化されたトナー層の電位は−５０Ｖ程度となる。トナー薄層の電位と現像ローラ２１に印加される電圧との合計が、感光体ドラム１９表面の露光部分の電位を超えるため、感光体ドラム１９表面上の露光部分はトナーＴで現像される。なお、トナー薄層の電位と現像ローラ２１に印加される電圧との合計は感光体ドラム１９表面の未露光部分の電位を超えないため、感光体ドラム１９表面上の未露光部分はトナーＴで現像されない。

そして、印刷制御部３０は駆動モータ制御部４３に中間転写ベルト１４を駆動させるよう指示を与える。指示を受けた駆動モータ制御部４３は中間転写ベル路１４を図１中矢印（ｄ）方向に駆動させる。これに合わせて印刷制御部３０は、転写ローラ用電源３５を制御し、感光体ドラム１９に対向して設けられた１次転写ローラ１５に２０００Ｖのバイアス電圧を印加させる。１次転写ローラ１５と感光体ドラム１９のアルミ素管との間に生じる電界により、感光体ドラム１９表面上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１４上に１次転写される。中間転写ベルト１４の駆動により、ホワイトの画像形成ユニット１０Ｗを通過した後の中間転写ベルト１４上には、最大でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、ホワイトの５色のトナー画像が順次重ね合わされることになる。

一方、印刷制御部３０は搬送モータ制御部４２を介してロール紙フィーダー１１を駆動させることにより、ロール紙Ｐを２次転写点に搬送させる。なお、２次転写ローラ１６は中間転写ベルト１４と接触しており、バックアップローラ４５は接地されている。２次転写ローラ１６には、転写ローラ用電源３５により２０００Ｖのバイアス電圧が印加されており、当該２次転写ローラ１６とバックアップローラ４５との間に生じる電界により、中間転写ベルト１４上に１次転写されたトナー画像は、ロール紙Ｐに転写される。

トナー画像が転写されたロール紙Ｐは、定着装置１７を通過することにより熱及び圧力が付与され、トナー画像は定着される。そして、リワインダー１２は図１中矢印（ｃ）方向に回転しながらトナー画像が定着されたロール紙Ｐを巻き取る。

ところで、印刷データ監視部３４は、画像データ変換部３１にて生成したヘッド発光命令データに基づく露光ヘッド２８の発光が終了したことを検知することにより、印刷データにおけるページ変わり目を認識する。印刷データ監視部３４がページ変わり目を認識すると、印刷制御部３０は、カッター動制御部４４を介してカッター１３を作動させることにより、ロール紙Ｐの印刷終了箇所より所定の余白分後ろの箇所でロール紙Ｐを裁断させる。

１次転写後の感光体ドラム１９表面上には、若干量のトナーＴが残留する場合があるが、この残留トナーＴ（＝転写残トナーＴ）は、クリーニング部材２４によって除去される。なお、転写残トナーＴや外添剤の一部がクリーニング部材２４をすり抜けてしまい帯電ローラ２０に巻き付いてしまう場合がある。これらは、帯電クリーニングローラ２９により除去される。

そして、除電装置２５が感光体ドラム１９表面に除電光を照射することにより、感光体ドラム１９表面上の未露光電荷を除去する。未露光電荷が除去された感光体ドラム１９は、再び帯電ローラ２０により帯電されることにより、繰り返し利用される。

また、２次転写後の中間転写ベルト１４上には、若干量のトナーＴが残留する場合があるが、この残留トナーＴは、ベルトクリーニング部材４８により除去される。ベルトクリーニング部材４３により除去された残留トナーＴは、例えば、スパイラルやパドル等の図示せぬ廃トナー搬送部材により搬送され、廃トナー収容部４９に回収される。このようにして、中間転写ベルト１４は繰り返し利用される。

ところで、画像形成最上流位置に位置する画像形成ユニット１０Ｙ以外の画像形成ユニットにおいて、自己の画像形成ユニットよりも上流側に位置する画像形成ユニットで１次転写されたトナー画像が、その画像形成ユニットの感光体ドラム１９を通過する際、中間転写ベルト１４から当該感光体ドラム１９表面上へトナー画像の一部が転写される、所謂、逆転写という現象が発生する場合がある。例えば、画像形成ユニット１０Ｃの場合、上流側に位置する画像形成ユニット１０Ｙで現像されたイエローのトナー画像と、画像形成ユニット１０Ｍで現像されたマゼンタのトナー画像とが、画像形成ユニット１０Ｃの感光体ドラム１９を通過する際、トナー画像の一部が逆転写され、当該感光体ドラム１９表面に移ることがある。このようにして、逆転写されたトナーＴは、転写残トナーＴと同様に感光体ドラム１９の回転によりクリーニング部材２４により廃トナーＴ'として除去される。

ここで、現像ユニット１０ａにおける印刷動作について説明する。現像ローラ２１及び供給ローラ２３は、前述したように、感光体ドラム１９の回転駆動力を得て図２中矢印（ｇ）方向、矢印（ｈ）方向にそれぞれ回転している。

トナーホッパー２７に貯蔵されているトナーＴは、供給ローラ２３の回転によって、現像ローラ２１に搬送される。現像ローラ２１と供給ローラ２３とは接触部において逆向きに回転しているため、摩擦によりトナーＴは負に帯電する。そして、現像ローラ２１に搬送されたトナーＴは、現像ローラ２１上の現像ブレード２２との接触部を通過する際、現像ローラ２１と現像ブレード２２とにより摩擦帯電されながら薄層化される。本実施形態においては、供給ローラ用電源３８により、供給ローラ２３及び現像ブレード２２には、−３００Ｖのバイアス電圧が印加されている。このようにして薄層化されたトナーＴは、感光体ドラム１９表面上に形成された静電潜像に付着することにより、トナー画像を現像する。

次に、トナーカートリッジ１０ｂにおける廃トナーＴ'の堆積状態の推移について説明する。

図５は、廃トナー堆積初期の状態を表した図である。図５に示すように、第２廃トナー搬送部材５１によって搬送された廃トナーＴ'は廃トナー室５４にまず堆積されていく。

図６は、廃トナー堆積中期の状態を説明する図である。図６に示すように、未使用トナー収容室４７内の未使用のトナーＴが使用され、仕切り部材５２が廃トナーＴ'により押されることにより図６中矢印方向に変形し、移動隔壁室５５内における廃トナー収容空間が拡大している。

図７は、廃トナーＴ'により廃トナー収容空間が満杯になった状態を説明する図である。図７に示すように、仕切り部材５２は移動隔壁室５５内の変形限界まで変形することにより、廃トナー収容空間を拡張している。

ところで、本実施形態に係る廃トナー収容率は以下の式１で求めるものとする。

廃トナー収容率［％］＝廃トナーＴ'の占める体積（Ｗ）／廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）×１００ （式１）

ここで、廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）について説明する。図８は、本実施形態における廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）の概念を説明する図である。なお、図８（ａ）は、図２で示した画像形成ユニット１０におけるトナー状態を、図８（ｂ）は、図６で示した画像形成ユニット１０におけるトナー状態を、図８（ｃ）は、図７で示した画像形成ユニット１０におけるトナー状態をそれぞれ簡略化して図示したものである。

本実施形態に係る廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）とは、廃トナーＴ'が占めることができる空間の体積を表しており、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）のそれぞれの場合において、廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）がどのように計算されるかを説明する。

以下の説明においては、廃トナー室５４の体積をＷａ、移動隔壁室５５の体積をＷｂ_ｍａｘ、移動隔壁室５５内で廃トナーＴ'が占めることができるようになる空間の体積をＷｂとして説明する。さらに、計算にマージンを持たせるため、Ｗａ、Ｗｂ_ｍａｘは、実空間体積の８０％の値に設定してから以下の計算に用いる。なお、Ｗａ、Ｗｂ_ｍａｘは固定値、Ｗｂは可変値であり、Ｗｂは最小値０から最大値Ｗｂ_ｍａｘまでの間の値を取る。

まず、図８（ａ）で示す状態では、未使用のトナーＴが未使用トナー室４７と移動隔壁室５５とで満杯に詰まった状態であり、廃トナーＴ'は廃トナー室５４以外の空間を占めることができない。したがって、このときのＷ_ｌｉｆｅは以下の式２で求めることができる。

Ｗ_ｌｉｆｅ＝Ｗａ （式２）

次に、図８（ｂ）で示す状態では、トナーＴが使用されているため、移動隔壁室５５の仕切り部材５２が図８（ｂ）中矢印の向きへ変形することができるようになっている。このときのＷ_ｌｉｆｅは以下の式３で求めることができる。
Ｗ_ｌｉｆｅ＝Ｗａ＋Ｗｂ （式３）

上記式３において、ＷｂはトナーＴの使用量に等しい。このＷｂの求め方は後述する。

最後の、図８（ｃ）で示す状態では、トナーＴが十分使用され、移動隔壁室５５内の仕切り部材５２が限界まで変形している。このときのＷ_ｌｉｆｅは以下の式４で求めることができる。
Ｗ_ｌｉｆｅ＝Ｗａ＋Ｗｂ_ｍａｘ （式４）

ここで、トナーＴの使用量であるＷｂの求め方について説明する。Ｗｂは、露光ヘッド２８のドット発光に伴う現像により消費される量とドラムカブリとして消費される量との和で表され、以下の式５で求めることができる。
Ｗｂ＝（ドット発光に伴う現像による消費量＋ドラムカブリによる消費量）×体積基準カウント（Ｖｃｎｔ） （式５）

こおで、体積基準カウント（Ｖｃｎｔ）とは、１ドットカウントあたりのトナー体積の値である本実施形態においては、０．６である。

そして、Ａ６用紙（１０５ｍｍ×１４８ｍｍ）１枚、ドットの点灯率（＝印字率）５％の場合のドット発光数を１９８×８１９２ドットと定める。このとき、ドット発光数を８１９２で除した１９８の部分を発光ドットカウントと称する。式５におけるドット発光に伴う現像による消費量を、ドットカウント単位で表現すると、以下の式６となる。
ドット発光に伴う現像による消費量＝（１９８／５）×平均印字率［％］×印刷距離をＡ６用紙枚数に換算したもの （式６）

ところで、ドラムカブリとは、正常に負帯電したトナーＴに比べて低い帯電量のトナーＴや、逆極性に帯電したトナーＴが感光体ドラム１９の未露光部分に付着したものを指す。このドラムカブリは、温湿度環境や色の違いによってその付着量が異なるが、これらの条件が決定されれば、ドラムカブリによるトナー消費量は感光体ドラム１９の回転数に比例した値であるドラムカウントに比例することになる。そして、式５におけるドラムカブリによるトナー消費量を、ドットカウント単位で表現すると、以下の式７となる。
ドラムカブリによる消費量＝カブリ補正係数Ｄ（温湿度環境や色の違いに依存）×ドラムカウント （式７）

ここで、１ドラムカウントとは、印刷距離として４４４ｍｍ進んだときに感光体ドラム１９が回転する距離を単位にしたもので、Ａ６用紙３枚分に相当する。

図９は、縦軸に湿度［％ＲＨ］、横軸に温度［℃］を取った環境領域の対照グラフであり、表１は、各環境領域に対するカブリ補正係数Ｄをトナー色毎にテーブルにしたものである。

表１の領域１においてトナー色毎のカブリ補正係数Ｄの値が大きいのは、高温多湿環境であるほどドラムカブリの発生が多いからである。

式７のカブリ補正係数Ｄに代入する値は、画像形成ユニット１０が置かれている温湿度環境から、図９を用いて環境領域として領域１、領域２、又は領域３の何れかの環境領域が該当するのかを求め、環境領域と色との情報を表１のテーブルを参照して決定する。

そして、式１における廃トナーＴ'の占める体積（Ｗ）は以下の式８から計算することができる。
廃トナー体積（Ｗ）＝転写残トナー体積（Ｗｔｒ）＋カブリの転写残トナー体積（Ｗｋ）＋逆転写トナー体積（Ｗｒ） （式８）

さらに、式８における、転写残トナー体積（Ｗｔｒ）は以下の式９から計算することができる。
転写残トナー体積（Ｗｔｒ）＝転写残効率（Ｊ）×発光ドットカウント×体積基準カウント（Ｖｃｎｔ） （式９）

なお、式９における転写残効率（Ｊ）は、本実施形態においては３％である。また、前述したように、体積基準カウント（Ｖｃｎｔ）とは、ドットカウントあたりトナー体積であり、本実施形態においては、０．６である。

ところで、式８における、カブリの転写残トナー体積（Ｗｋ）は、転写残トナー体積（Ｗｔｒ）を求めるときと同様の効率の考え方を適用することができ、以下の式１０から計算することができる。
カブリの転写残トナー体積（Ｗｋ）＝カブリの転写残効率（Ｑ）×ドラムカウント×体積基準カウント（Ｖｃｎｔ） （式１０）

なお、式１０におけるカブリの転写残効率（Ｑ）は、本実施形態においては３％である。

さらに、式８における逆転写トナー体積（Ｗｒ）は以下の式１１により計算することができる。
逆転写トナー体積（Ｗｒ）＝Σ（逆転写効率（Ｒ）×未使用トナー消費量（Ｗｂ）×体積基準カウント（Ｖｃｎｔ））
ここで、シグマ和は、対象の画像形成ユニットを除く画像形成方向上流側に位置する画像形成ユニットすべてを考慮する。 （式１１）

表２は、各環境領域に対する逆転写効率（Ｒ）をトナー色毎にテーブルにしたものである。

ここで、画像形成ユニット１０の寿命は、感光体ドラム１９の回転量、未使用のトナーＴ量、廃トナー空スペースの３つによって管理され、この３つの内１つでも設定された閾値を超えるとその画像形成ユニット１０は寿命に達したと判断され、交換となる。このとき、例えば、画像形成方向上流側に位置する画像形成ユニット１０において使用されるトナー量が多い場合、画像形成方向下流側に位置する画像形成ユニット１０では逆転写によって回収される廃トナー量が増加し、感光体ドラムの回転数が寿命に達していない場合や未使用のトナーＴが十分に残存している場合であっても、当該画像形成ユニットは寿命に達したと判断されてしまう問題があった。

上記問題を解決するための廃トナー空スペースの計算処理を図１０のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１において、廃トナー収容率の計算処理が開始されると、印刷制御部３０は、ドラム回転数計側部３２に対して感光体ドラム１９の回転数を計測するよう指示を与える。指示を受けたドラム回転数計側部３２は、感光体ドラム１９の回転数を計測する（ステップＳ１０２）。

次に、印刷制御部３０は、ヘッド発光数計側部３３に対して露光ヘッド２８での画像データに対応する発光素子の発光数を計測するよう指示を与える。指示を受けたヘッド発光数計側部３３は、露光ヘッド２８での画像データに対応する発光素子の発光数を計測する。

ステップＳ１０４において、印刷制御部３０は、式５、式６、式７を用いてトナーＴの使用量を計算するよう計算部４５に指示を与える。指示を受けた計算部４５は、ドラムカウントと発光ドットカウントとからトナーＴの使用量（Ｗｂ）を計算する。

次に、印刷制御部３０は、式３を用いて廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）である廃トナー収容可能量Ａを計算するよう計算部４５に指示を与える。指示を受けた計算部４５は、トナーＴの使用量から、廃トナー収容可能量Ａを計算する（ステップＳ１０５）。

続いて、印刷制御部３０は、式８、式９、式１０、式１１を用いて転写残トナー、カブリトナー、逆転写トナーの合計として廃トナー体積（Ｗ）である廃トナー量Ｂを計算するよう計算部４５に指示を与える。指示を受けた計算部４５は、ドラムカウントと発光ドットカウントとから廃トナー量Ｂを計算する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０７において、印刷制御部３０は、式１を用いて廃トナー収容率を計算するよう計算部４５に指示を与える。指示を受けた計算部４５は、算出した廃トナー収容可能量Ａ、廃トナー量Ｂを用いて廃トナー収容率Ｃを計算する。

次に、印刷制御部３０は、以下の式１２を用いて廃トナー空スペースＤを計算するよう計算部４５に指示を与える。指示を受けた計算部４５は、算出した廃トナー収容率Ｃを用いて廃トナー空スペースＤを計算する（ステップＳ１０８）。
廃トナー空スペースＤ［％］＝１００−廃トナー収容率Ｃ［％］ （式１２）

そして、廃トナー空スペースＤが２０％以下であった場合（ステップＳ１０９ Ｙ）、処理はステップＳ１１０に移行する。一方、廃トナー空スペースＤが２０％よりも大きい場合（ステップＳ１０９ Ｎ）、印刷制御部３０は一連の処理を終了する（ステップＳ１１６）。

次に、印刷制御部３０は、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ＝０であるか否かを確認する。ここで、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ＝０である場合（ステップＳ１１０ Ｙ）、印刷制御部３０は、廃トナー空スペースＤが０であるか否かを確認する。ここで、廃トナー空スペースＤが０である場合（ステップＳ１１１ Ｙ）、印刷制御部３０は廃トナー空スペースが０であることから、廃トナーフル（満杯）による画像形成ユニット１０の寿命であると判断し、画像形成ユニット１０の交換を促す表示を行うよう寿命表示部４６に指示を与えるとともに（ステップＳ１１５）、プリンタ１００の動作を停止させ、一連の処理を終了する（ステップＳ１１６）。

ところで、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ＝０でない場合（ステップＳ１１０ Ｎ）、印刷制御部３０は、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ≧Ｚ（任意のトナー廃棄量）であるか否かを確認する。ここで、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ≧Ｚである場合（ステップＳ１１２ Ｙ）、印刷制御部３０はＺ分の未使用のトナーＴを廃棄させ（ステップＳ１１３）、一連の処理を終了する（ステップＳ１１６）。一方、Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ≧Ｚでない場合（ステップＳ１１２ Ｎ）、印刷制御部３０は（Ｗｂ_ｍａｘ−Ｗｂ）分の未使用のトナーＴを廃棄させ（ステップＳ１１４）、一連の処理を終了する（ステップＳ１１６）。ステップＳ１１３、ステップＳ１１４のように、Ｗｂ_ｍａｘ＞Ｗｂである場合、未使用トナーを消費（廃棄）させることで、廃トナー収容可能体積（Ｗ_ｌｉｆｅ）を増加させ画像形成ユニット１０の寿命を延ばすことができる。

なお、図１０のフローチャートで示す計算処理は、Ａ６用紙５枚相当（＝７４０ｍｍ）が印刷されるたびに実行される。

次に、本実施形態におけるトナーＴの廃棄動作について説明する。

トナー廃棄動作実行時は、１次転写ローラ１５、帯電ローラ２０、現像ローラ２１、現像ブレード２２、供給ローラ２３に印加されるバイアス電圧は、印刷動作時と同じ大きさのバイアス電圧である。なお、除電装置２５による除電光は全面露光とする。駆動モータ制御部４３は、中間転写ベルト１４と感光体ドラム１９とを駆動させるが、２次転写ローラ１６はこの場合中間転写ベルト１４から離間させているため、駆動させない。さらに、通紙動作は行われないために、定着制御部４１による加熱ローラ１７ａ、加圧ローラ１７ｂの動作制御や、カッター動作制御部４４によるカッター１３の動作も行われない。

上記動作条件を前提として、トナーＴの廃棄動作について具体的に説明する。まず、露光ヘッド２８を発光させることにより、感光体ドラム１９表面に静電潜像を形成させ、廃棄量に相当するトナーを感光体ドラム１９に付着させて現像を行う。

感光体ドラム１９表面上の廃棄トナーは、中間転写ベルト１４上に１次転写される。このとき、２次転写ローラ１６は中間転写ベルト１４から離間しているため、中間転写ベルト１４上の廃棄トナーは、ベルトクリーニング部材４８により除去され廃トナー収容部４９に回収される。

このように、トナーＴの廃棄動作を行うことで、廃トナーＴ'の堆積に起因するトナーカートリッジ１０ｂ自体が使用不能になったり、トナーカートリッジ１０ｂが破損、パンクすることを未然に防ぐこともできる。

次に、本実施形態の効果を確認するため以下に説明する評価を行った。

温度２７℃、湿度８０％ＲＨの環境下（図９に示す領域１に該当）、廃トナー室５４の体積Ｗ
ａ＝２３８３８６ｍｍ^３、移動隔壁室５５の体積Ｗｂ_ｍａｘ＝１３０５６３ｍｍ^３の条件下において、ホワイトのトナー色での平均印字率を２％、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー色での平均印字率を６０％とした場合で、連続印刷を行いながら画像形成方向最下流位置に位置するホワイトの画像形成ユニット１０Ｗの廃トナー空スペースが０％になるまで、すなわち、当該画像形成ユニット１０Ｗが寿命となるまで印刷できる印刷枚数を調査した。

図１１に評価結果を示す。図１１のグラフ内において（ａ）で示す実線は、本実施形態に係る印刷枚数の推移を表している。なお、ホワイトの画像形成ユニット１０Ｗの廃トナー空スペースが２０％となった場合に実施するトナー廃棄でのトナー量Ｚは、３００００ｍｍ^３としている。（ｂ）で示す点線は、比較例として、ホワイトの画像形成ユニット１０Ｗの廃トナー空スペースが２０％となった場合においてもトナー廃棄を実施しない場合の印刷枚数の推移を表している。図１１に示されるように、トナー廃棄を実施する本実施形態の方が、トナー廃棄を実施しない場合に比べて約１，２００枚多く印刷することができることが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、逆転写による廃トナー量が増加した場合であっても、感光体ドラムの残り寿命や未使用トナーを有効に使用することが可能な画像形成装置を提供することができる。

本発明の説明においては、ロール紙に印刷を行う中間転写方式のプリンタについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、カット紙に印刷を行う、直接転写方式のプリンタ、ファクシミリ、ＭＦＰ等の画像形成装置にも適用可能である。

１０，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ，１０Ｗ 画像形成ユニット
１０ａ 現像ユニット
１０ｂ トナーカートリッジ
１１ ロール紙フィーダー
１２ リワインダー
１３ カッター
１４ 中間転写ベルト
１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ，１５Ｗ １次転写ローラ
１６ ２次転写ローラ
１７ 定着装置
１７ａ 加熱ローラ
１７ｂ 加圧ローラ
１９ 感光体ドラム
２０ 帯電ローラ
２１ 現像ローラ
２２ 現像ブレード
２３ 供給ローラ
２４ クリーニング部材
２５ 除電装置
２６ トナー補給口
２７ トナーホッパー
２８ 露光ヘッド
２９ 帯電クリーニングローラ
３０ 印刷制御部
３１ 画像データ変換部
３２ ドラム回転数計側部
３３ ヘッド発光数計側部
３４ 印刷データ監視部
３５ 転写ローラ用電源
３６ 帯電ローラ用電源
３７ 現像ローラ用電源
３８ 供給ローラ用電源
３９ ヘッド駆動制御部
４０ 除電光用電源
４１ 定着制御部
４２ 搬送モータ制御部
４３ 駆動モータ制御部
４４ カッター制御部
４５ 計算部
４６ 寿命表示部
４７ 未使用トナー収容室
４８ ベルトクリーニング部材
４９ 廃トナー収容室
５０ 第１廃トナー搬送部材
５１ 第２廃トナー搬送部材
５２ 仕切り部材
５３ 側面プレート
５４ 廃トナー室
５５ 移動隔壁室
５６ 廃トナー搬送路部材

Claims (7)

1. 未使用現像剤を収容する第１収容室と、
   廃現像剤を収容する第２収容室と、
   前記第１収容室と前記第２収容室との間に設けられ、前記第１収容室と前記第２収容室とに空間的に連続している第３収容室と、
   前記第３収容室内を移動可能となるように設けられ、前記第１収容室における前記未使用現像剤と前記第２収容室における前記廃現像剤とを分離する仕切り部材と、
   前記未使用現像剤の使用量から前記第３収容室における廃現像剤収容空間の拡大可能な体積を算出するとともに、当該算出結果、前記第２収容室の体積、及び前記第２収容室及び前記第３収容室に収容される廃棄現像剤量から前記第２収容室及び前記第３収容室における廃現像剤収容率を計算する計算部と、
   前記廃現像剤収容率が所定の閾値を下回った場合に、前記未使用現像剤を廃棄する現像剤廃棄手段とを備えること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記仕切り部材は、前記第２収容室及び前記第３収容室に収容された前記廃棄現像剤の量に基づいて前記廃棄現像剤の収容体積を拡大するように動作すること
   を特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
3. 回転可能に支持された潜像担持体と、
   発光することにより前記潜像担持体に潜像を形成させる露光部材とを備え、
   前記計算部は、前記潜像担持体の回転数と前記露光部材の発光数とから前記未使用現像剤の使用量を算出すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第３収容室における前記廃現像剤収容空間の拡大可能な体積は、前記未使用現像剤の使用量を体積換算したものに等しいこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか1項に記載の画像形成装置。
5. 前記第２収容室及び前記第３収容室に収容される前記廃棄現像剤量は、転写残、カブリ現像剤の転写残、逆転写の各々の量の和であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか1項に記載の画像形成装置。
6. 前記第３収容室の収容可能体積容量から前記第３収容室における前記廃現像剤収容空間の拡大可能な体積容量を減じた差分体積容量が所定の体積容量以上ある場合、前記現像剤廃棄手段は、前記所定の体積容量の前記未使用現像剤を廃棄すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第３収容室の収容可能体積容量から前記第３収容室における前記廃現像剤収容空間の拡大可能な体積容量を減じた差分体積容量が所定の体積容量未満ある場合、前記現像剤廃棄手段は、前記差分体積容量の前記未使用現像剤を廃棄すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像形成装置。