JP4325572B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像して被記録媒体に付着させることで画像を形成するいわゆる電子写真方式の画像形成装置に 関する。

従来より、表面に静電潜像が形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像の現像に供されるトナーが内部に収容されるトナーカートリッジと、該トナーカートリッジに収容されたトナーを前記静電潜像担持体の表面に付着させて前記静電潜像を現像する現像手段と、該現像手段により前記静電潜像担持体の表面に付着されたトナーを被記録媒体に転写する転写手段と、前記トナーカートリッジが着脱可能に構成され、少なくとも前記現像手段を収容した現像装置と、を備えた画像形成装置が考えられている。この種の画像形成装置では、静電潜像担持体の表面に静電潜像が形成されると、現像手段は、トナーカートリッジに収容されたトナーを前記静電潜像担持体の表面に付着させて前記静電潜像を現像する。続いて、前記のように現像手段により前記静電潜像担持体の表面に付着されたトナーを、転写手段が被記録媒体に転写することにより、前記被記録媒体に前記静電潜像に対応した画像を形成することができる。また、前記現像手段を収容した現像装置は前記トナーカートリッジを着脱可能に構成されているため、トナーの消耗時にはトナーカートリッジを交換して、画像形成を続けることができる。

更に、この種の画像形成装置では、トナーカートリッジに収容されたトナーを現像装置に供給するために、トナーカートリッジ内にアジテータ等の供給手段を設け、更に、現像装置に供給されたトナーをトナーカートリッジに返還するために、現像装置の筐体内にオーガなどの返還手段を設けることも提案されている。この場合、供給手段と返還手段とを同時に動作させることにより、現像装置とトナーカートリッジとの間でトナーを循環させることができる。これにより、トナーが一箇所に凝集して硬質化するのを防止することができ、延いては、トナーの流動性を確保して、画像品質を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３１９２０１号公報

ところが、この種の画像形成装置では、トナーカートリッジを交換した際に、次のような理由で画像品質が低下することがあった。すなわち、画像形成を繰り返すことにより、トナーは劣化することが知られており、これは、特に、非磁性一成分現像では、層厚規制部材等によって摺擦されることで、顕著に見られる。そして、このトナーの劣化によって、トナーの帯電性能が低下し、トナーの新旧によって帯電性に差が生じる場合がある。ここで、新旧のトナーが混合された状態で擦り合わされると、劣化したトナーと新品のトナーとでは帯電性能に優劣が生じ、帯電量が片寄るため、両トナーは同極性には帯電せず、新しいトナーは正に、劣化した古いトナーは負に、それぞれ帯電する。この負に帯電したトナーが、静電潜像の正に帯電した部分、すなわち本来ならいわゆる白ベタとなる部分に付着すると、いわゆる印字かぶりとなる。

しかし、現像ローラ等の現像手段の付近に多量の正に帯電した新しいトナーが存在していれば、鏡像力によって高い帯電量を有する新しいトナーが優先的に現像ローラに付着し、古いトナーはほとんど現像ローラに付着しないため、印字かぶりは発生しない。

ところが、現像ローラ付近に負に帯電した古いトナーが多量に存在しているところに新しいトナーが侵入してきた場合には、鏡像力によって負に帯電した古いトナーが優先的に現像ローラに付着し、印字かぶりが発生する。新しいトナーカートリッジが装着され、そこから新しいトナーが供給された場合、この条件が成立して、印字かぶりが発生することがある。

そこで、本発明は、劣化した古いトナーが多量に存在しているところに少量の新しいトナーが混合されるのを抑制して、印字かぶりの発生し難い画像形成装置を提供することを目的としてなされた。

前記目的を達するためになされた本発明は、表面に静電潜像が形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像の現像に供されるトナーが内部に収容されるトナーカートリッジと、該トナーカートリッジに収容されたトナーを前記静電潜像担持体の表面に付着させて前記静電潜像を現像する現像手段と、該現像手段により前記静電潜像担持体の表面に付着されたトナーを被記録媒体に転写する転写手段と、前記トナーカートリッジが着脱可能に構成され、少なくとも前記現像手段を収容した現像装置と、を備えた画像形成装置であって、前記トナーカートリッジに収容されたトナーを前記現像装置に供給する供給手段と、該供給手段とは独立して動作可能で、前記現像装置に供給されたトナーを前記トナーカートリッジに返還する返還手段と、前記トナーカートリッジの着脱或いは前記トナーカートリッジの着脱口の開閉を検出する着脱検出手段と、前記トナーカートリッジに収容されたトナーの量に基づいて、前記トナーカートリッジの交換時期を検出する交換時期検出手段と、
該交換時期検出手段が前記交換時期を検出したとき、前記供給手段を停止させたまま前記返還手段を動作させる回収制御を実行する制御手段と、を備え、前記制御手段が前記回収制御を実行した後、前記着脱検出手段が前記トナーカートリッジの着脱或いは前記トナーカートリッジの着脱口の開閉を検出した場合、前記制御手段は、その検出直後に前記返還手段を停止させたまま前記供給手段を所定量動作させると共に、その所定量動作の完了後に前記交換時期検出手段の検出結果により前記トナーカートリッジの新旧を判別 することを特徴とする画像形成装置。

このように構成された本発明では、供給手段と返還手段とを同時に動作させることにより、トナーカートリッジと現像装置との間でトナーを循環させることができる。このように、トナーを循環させて均質化すると、劣化した古いトナーが一箇所に凝集して硬質化するのを防止することができ、延いては、トナーの流動性を確保して、画像品質を向上させることができる。
また、交換時期検出手段によりトナーカートリッジの交換時期が検出されても、トナーカートリッジを新品と交換せず、誤ってそれまで装着されていた古いトナーカートリッジを再び装着してしまう場合がある。このような場合、トナーカートリッジには前述の回収制御によってトナーが多量に収容されている。このため、交換時期検出手段がトナーカートリッジに収容されたトナー量に基づいて交換時期を検出する場合、その後の制御において交換時期の誤検出が生じる可能性がある。
そこで、本発明では、トナーカートリッジの交換後、供給手段を所定量駆動してから交換時期検出手段の検出結果を参照している。このため、本発明では、交換時期の誤検出を防止することができるといった更なる効果が生じる。
なお、前記所定量とは、前述のように誤検出の防止ができるように、トナーカートリッジや供給手段の形態に応じて適宜の量に予め設定しておけばよい。

また、本発明では、返還手段が供給手段とは独立して動作可能であるので、トナーカートリッジの交換時には、供給手段を停止させて返還手段を動作させることにより、現像装置の内部のトナーをトナーカートリッジに返還することができる。この状態でトナーカートリッジの交換を行えば、現像装置の内部にはトナー（劣化した古いトナー）が少なくなっているので、新しいトナーカートリッジからトナーを供給しても、劣化した多量の古いトナーに少量の新しいトナーが混じることを抑制することができる。従って、本発明では、印字かぶりの発生を良好に抑制することができる。

なお、本発明は、返還手段の構成を何ら限定するものではないが、前記返還手段は、トナーを前記現像装置の内部で循環させながらそのトナーを前記トナーカートリッジに返還するものであってもよい。この場合、現像装置の内部でトナーを循環させることにより、一層トナーの均質化を図ることができ、劣化した多量の古いトナーに劣化していない少量の新しいトナーが混じることを一層良好に抑制することができる。

なお、本発明の画像形成装置では、前記現像装置が着脱可能に構成されていてもよい。この場合、現像手段の劣化に応じて現像装置を交換することができ、メンテナンス性が向上する。また、前記静電潜像担持体が着脱可能に構成されていてもよい。この場合、静電潜像担持体の劣化に応じてその静電潜像担持体を交換することができ、メンテナンス性が向上する。

また、本発明の画像形成装置では、前記供給手段の停止中に前記返還手段が動作する場合、前記現像手段は動作を停止してもよい。現像手段はトナーを静電潜像担持体に向けて搬送するので、このように現像手段を停止することにより、一層効率的にトナーをトナーカートリッジに返還することができる。従って、この場合、劣化した多量の古いトナーに劣化していない少量の新しいトナーが混じることを一層良好に抑制することができ、延いては印字かぶりの発生を一層良好に抑制することができる。

また、前記各発明の画像形成装置において、前記トナーは非磁性１成分トナーであってもよい。非磁性１成分トナーでは、劣化した多量のトナーに劣化していない少量のトナーが混じると画像品質に影響が出易いが、前述のように本発明ではこのような事態を良好に回避することができる。従って、この場合、前述の各発明の効果が一層顕著に表れる。

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の外観を表す斜視図である。なお、本実施の形態のレーザプリンタ１は、正帯電性の非磁性１成分トナーにより画像を形成するものである。

図１に示すようにレーザプリンタ１の本体を外周から覆うカバー２の下部には、給紙カセット３が装着され、カバー２の前面（すなわち、レーザプリンタ１の設置時に手前に配設される面）には、そのカバー２の蓋部４が設けられている。

蓋部４は、左右両端上方に指掛け部４ａを備え、この指掛け部４ａを引くことによって、図２に示すように下端のヒンジ４ｂを中心に手前に開くことができるよう構成されている。更に、図３に示すように、給紙カセット３は手前に引き出し可能に設けられ、このように引き出すことで給紙カセット３はレーザプリンタ１に着脱可能とされている。

次に、図４は、レーザプリンタ１の内部構成を表す縦断面図である。なお、この図４は、図２のＡ−Ａ線断面図に相当する。図４に示すように給紙カセット３の内部には、バネ６により上方に付勢された支持板５が設けられ、その支持板５の更に上方の前面側には、支持板５の上に積層状に保持された被記録媒体としての用紙（図示省略）を一枚ずつ分離して画像形成部７方向へ供給する給紙ローラ９が配設されている。また、給紙ローラ９から画像形成部７へ到る用紙の搬送経路には、給紙ローラ９と協働して用紙を搬送する搬送ローラ１１と、搬送ローラ１１により搬送された用紙を給紙ローラ９の外周に沿って約１８０°折り返すガイド１３と、適宜停止することによって用紙の先端を係止し、その用紙の斜行を補正する１対のレジストローラ１４，１５とが順次配設されている。

画像形成部７は、感光体カートリッジ２０内に設けられた静電潜像担持体としての感光体ドラム２１と、その感光体ドラム２１に対向配置された転写手段としての転写ローラ２２とを備えており、この感光体ドラム２１及び転写ローラ２２の間を通過して後述のようにトナーによる画像が形成された用紙は、定着部３１へ供給される。この定着部３１では、用紙に形成されたトナー画像が加熱ローラ３３と押圧ローラ３５とに挟まれて熱定着され、画像が定着された用紙は１対の搬送ローラ３６，３６によって更に搬送される。

搬送ローラ３６，３６によって搬送された用紙はガイド３７によってカバー２の上方へ導かれ、一対の排紙ローラ３８，３８によって、カバー２の上面に設けられた排紙トレー３９に排出される。また、排紙トレー３９と感光体カートリッジ２０との間には、感光体ドラム２１をレーザ光Ｌによって露光するスキャナユニット９０が配設されている。

次に、画像形成部７及びスキャナユニット９０の構成について、更に詳細に説明する。感光体カートリッジ２０は、表面に感光層を有する感光体ドラム２１を回転可能に備え、更に、転写ローラ２２と、感光体ドラム２１の表面を一様に帯電させる帯電手段としてのスコロトロン帯電器２３とを備えている。スコロトロン帯電器２３によって帯電された感光体ドラム２１の表面には、スキャナユニット９０から露光開口部２０ａを介して入射するレーザ光Ｌによって静電潜像が形成される。続いて、次に述べる現像カートリッジ４０に設けられた現像手段としての現像ローラ４１が感光体ドラム２１の表面へトナーを供給することにより、前記静電潜像が現像される。このようにして感光体ドラム２１に付着されたトナーは、前述の転写ローラ２２との間を通過する用紙に転写され、以上の動作によってその用紙に画像が形成されるのである。更に、画像形成後の感光体ドラム２１の表面には正極性のバイアスが印加された紙粉回収ブラシ２４が当接しており、感光体ドラム２１に用紙から付着した紙粉（負に帯電）を除去している。

現像ローラ４１は、図４に示すように現像カートリッジ４０に回転可能に支持され、感光体ドラム２１に接触して後述の機構により回転駆動される。現像カートリッジ４０は、トナーカートリッジ６０を着脱可能に支持するカートリッジ装着部としての支持部４２を備え、支持部４２には、トナーカートリッジ６０からトナーが供給される開口部４２ａが穿設されている（図７参照）。更に、現像カートリッジ４０には、軸方向中央部に設けられた開口部４２ａから供給されたトナーを軸方向両側に循環させる上オーガ４３及び下オーガ４４と、その上オーガ４３，下オーガ４４によって搬送されたトナーを現像ローラ４１に向けて供給する供給ローラ４５と、その供給ローラ４５によって現像ローラ４１の表面に付着されたトナーを摩擦帯電させトナーの薄層を形成する現像ブレード４７とが設けられている。また、トナーカートリッジ６０の内部には、収容されたトナーを撹拌し、現像カートリッジ４０側へ供給するためのアジテータ６１が回転可能に設けられている。

続いて、スキャナユニット９０の構成について説明する。スキャナユニット９０は、図示しないレーザ発光部が発生したレーザ光Ｌを偏向走査するポリゴンミラー９１と、そのポリゴンミラー９１に偏向されたレーザ光Ｌを感光体ドラム２１に向けて折り返すミラー９２，９３とを備えている。また、ポリゴンミラー９１からミラー９２に到るレーザ光Ｌの光路にはｆθレンズ９５が、ミラー９２からミラー９３に到るレーザ光Ｌの光路にはシリンドリカルレンズ９７が、それぞれ固定されている。

以上の構成により、ポリゴンミラー９１及び感光体ドラム２１を回転させながらレーザ光Ｌを適宜のタイミングで出射することにより、感光体ドラム２１の表面に静電潜像を形成することができる。そして、前述のように、その静電潜像を現像ローラ４１を介してトナーで現像して用紙に転写することで、電子写真方式による画像形成が可能となる。

次に、図５に示すように蓋部４を開いて、更に、感光体カートリッジ２０の取っ手２５を手前に引くと、感光体カートリッジ２０を現像カートリッジ４０及びトナーカートリッジ６０と一体に、着脱口２ａからレーザプリンタ１の装置本体外へ取り出すことができる。なお、着脱口２ａとは、蓋部４によって塞がれるカバー２の開口部である。

また、図６に示すように、トナーカートリッジ６０の取っ手６２を上方へ回動させると、後述のようにトナーカートリッジ６０は現像カートリッジ４０と分断され、更にその取っ手６２を手前に引くと、図７に示すようにトナーカートリッジ６０のみを着脱口２ａからレーザプリンタ１の装置本体外へ取り出すことができる。

また更に、図８に示すように、感光体カートリッジ２０の取っ手２５を押し下げると、現像カートリッジ４０を係合固定している板バネ２６が押し下げられ、更に、トナーカートリッジ６０の取っ手６２を上方へ回動させることなくそのまま手前に引くと、トナーカートリッジ６０と現像カートリッジ４０とが分断されずに、トナーカートリッジ６０と現像カートリッジ４０とを一体的に着脱口２ａからレーザプリンタ１の装置本体外へ取り出すことができる。

続いて、このような画像形成部７を構成する各部の構成について説明する。図９は、感光体カートリッジ２０の構成を表す左側面図である。なお、以下の説明において、図４における手前側を左側と定義する。図９に示すように、感光体カートリッジ２０の取っ手２５は板バネ２６を介して感光体カートリッジ２０に固定されている。板バネ２６は、上方に階段状に屈曲した屈曲部２６ａを途中に有しており、感光体カートリッジ２０に現像カートリッジ４０を装着したときには、支持部４２の下側端縁にこの屈曲部２６ａが係合することによって感光体カートリッジ２０と現像カートリッジ４０とを連結する。このため、前述のように取っ手２５を押し下げると（図８参照）、屈曲部２６ａと支持部４２の下側端縁との係合が解除され、感光体カートリッジ２０に対して現像カートリッジ４０が着脱可能となる。

また、感光体カートリッジ２０からは感光体ドラム２１の金属製の回転軸２１ａが左右両側に突出し、感光体カートリッジ２０の後側（装着方向側）端部からは感光体ドラム２１と一体に回転するギヤ２１ｂが露出している。

これに対して、レーザプリンタ１の本体の左側内壁面には、図１０に示すように、回転軸２１ａをガイドするガイド溝１２１が形成され、ギヤ２１ｂと噛み合うギヤ１２１ｂが設けられている。ギヤ１２１ｂは、ドラム用モータ１２２（図１８参照）によって駆動可能に構成され、感光体カートリッジ２０の装着時には、このギヤ２１ｂ，１２１ｂが噛み合うことにより、本体側から感光体ドラム２１に駆動力を伝達可能となる。

次に、図１１は、現像カートリッジ４０にトナーカートリッジ６０を装着した状態を表す左側面図である。図１１に示すように、現像カートリッジ４０の左側面には、本体側の駆動軸１５１から駆動力を伝達される駆動軸５１が設けられている。なお、駆動軸１５１は端面に平板状凸部１５１ａを備え、駆動軸５１は駆動軸１５１が嵌合可能な筒状凹部に構成されると共に平板状凸部１５１ａと係合可能な突起５１ａが形成され、両者でいわゆる駆動カップリングを構成している。

図１１に示すように、駆動軸５１には一体に回転するギヤ５１ｂが形成され、このギヤ５１ｂは、現像ローラ４１と一体に回転するギヤ４１ａ、供給ローラ４５と一体に回転するギヤ４５ａ、及び、支持部４２の左側内壁面に露出したギヤ５３と噛み合っている。

また、トナーカートリッジ６０は次のように構成され、現像カートリッジ４０との連結／分断を切り換え可能に構成されている。図１２（Ａ），（Ｂ）は、図７に示すようにトナーカートリッジ６０の取っ手６２が上方へ回動された位置（以下、分断位置という）に配設された状態を表しており、図１２（Ａ）は現像カートリッジ４０の支持部４２をトナーカートリッジ６０側から見た図、図１２（Ｂ）はトナーカートリッジ６０を支持部４２側から見た図である。

図１２（Ｂ）に示すように、トナーカートリッジ６０は、内部にトナーが収容される長尺円筒状の内筒６３と、その内筒６３の中央に外嵌される外筒６４とを備えている。外筒６４は、支持部４２側に突出した突条６４ａを支持部４２の内壁面に形成された長溝４２ｂに係合させることにより、支持部４２に回動不能に装着される。内筒６３は、前述の取っ手６２が一体成形されており、その取っ手６２の操作に応じて外筒６４の内側で回動可能に構成されている。

また、図１２（Ａ）に示すように、支持部４２の内側には、金属板からなるシャッタ４８が配設されている。このシャッタ４８は、支持部４２の内壁面に形成されたレール４２ｃによって両端を支持されることにより、図１２（Ａ）に示すように支持部４２の開口部４２ａを塞ぐ位置と、開口部４２ａよりも上方にずれて配設される位置（図１２（Ｃ）参照）との間を、支持部４２の内周方向に移動可能に配設されている。

内筒６３の表面には、このシャッタ４８の両端近傍を周方向両側から挟む４つの突起６３ａが形成されている。このため、内筒６３の回動に応じてシャッタ４８は移動し、取っ手６２を分断位置へ回動させたときは、図１２（Ａ）に示すように、シャッタ４８は開口部４２ａを塞ぐ位置に配設される。なお、前述の長溝４２ｂは、この位置に配設されたシャッタ４８と重ならないように、更にその下方に形成されている。また、開口部４２ａは横方向に長い長方形状に構成され、その周囲の支持部４２の内壁面には、開口部４２ａを囲む矩形枠状のスポンジ４９が貼着されている。

外筒６４の、突条６４ａを長溝４２ｂに係合させたときに開口部４２ａと対向する部分には、開口部４２ａと同形状の開口部６４ｂが形成され、その周囲にはスポンジ４９と同形状のスポンジ６５が貼着されている。また、内筒６３にも開口部６４ｂと同形状の開口部６３ｂが形成されているが、図１２（Ｂ）に示すように、取っ手６２が分断位置に配設されているときは開口部６４ｂと開口部６３ｂとは全く重ならない。このため、トナーカートリッジ６０を取り外したときも内部のトナーはこぼれない。

そして、突条６４ａを長溝４２ｂに係合させた上で、トナーカートリッジ６０の取っ手６２を図８に示すように下方へ回動させると（以下、取っ手６２のこの位置を連結位置という）、図１２（Ｄ）に示すように開口部６４ｂと開口部６３ｂとが重なる。また、このとき、シャッタ４８は突起６３ａによって、図１２（Ｃ）に示すように開口部４２ａの上方へ移動させられるので、開口部６４ｂと開口部４２ａとが連通し、トナーカートリッジ６０から現像カートリッジ４０へのトナーの供給が可能となる。

更に、このとき、スポンジ４９とスポンジ６５とが密着し、しかも、内筒６３の外周面に一体形成された係合部６３ｃがレール４２ｃと係合するため、開口部６４ｂ，４２ａの周囲は密閉され、外部にトナーがこぼれることもない。また、この係合部６３ｃとレール４２ｃとの係合により、現像カートリッジ４０とトナーカートリッジ６０とが連結され、前述のように両者を一体に着脱することが可能となる（図８参照）。逆に、取っ手６２を操作して内筒６３を回動させ、係合部６３ｃとレール４２ｃとの係合を解除することにより、現像カートリッジ４０とトナーカートリッジ６０とを分断し、前述のようにトナーカートリッジ６０のみを取り出すことができる（図７参照）。

また、内筒６３の左端の外側には、アジテータ６１の回転軸６１ａと一体に回転するギヤ６１ｂが配設されており、支持部４２におけるこのギヤ６１ｂとの対向位置に、前述のギヤ５３が露出している。このため、ギヤ５３は、トナーカートリッジ６０の装着時にギヤ６１ｂと噛み合い、駆動軸５１に伝達された駆動力を回転軸６１ａに伝達する。

ここで、このアジテータ６１は、可撓性を有するＡＢＳ樹脂等の樹脂材料からなり、次の各部材が一体に構成されている。すなわち、図１３の断面図に示すように、前述のギヤ６１ｂ及び回転軸６１ａと、回転軸６１ａに設けられる羽根部材６１ｃと、羽根部材６１ｃに設けられる可撓性のフィルム部材６１ｄと、回転軸６１ａに設けられるワイパ支持部６１ｅとが、一体に構成されている。

ワイパ支持部６１ｅは、回転軸６１ａの軸方向両端部において、羽根部材６１ｃの突出方向と反対方向に突出するように設けられている。各ワイパ支持部６１ｅには、次に述べるトナー残量検知用窓６３ｄを払拭するためのワイパ部材６７が固定されている。なお、各ワイパ部材６７は、トナー残量検知用窓６３ｄを払拭するために、内筒６３の左右内壁面と弾性的に接触するように配置されている。

トナー残量検知用窓６３ｄは、内筒６３の後方下側において、内筒６３の左右壁面に互いに対向するように設けられている。また、支持部４２のトナー残量検知用窓６３ｄとの対向部には、図１１，図１４に示すように、円形状の光通過部４２ｄが設けられている。

図１４は、トナーカートリッジ６０を現像カートリッジ４０に装着した状態を表す右側面図である。図１４に示すように、支持部４２の右側面には駆動軸５４が設けられ、この駆動軸５４は、本体側の右側面内壁に設けられた駆動軸１５４（図１７参照）といわゆる駆動カップリングを構成している。すなわち、駆動軸１５４は端面に平板状凸部１５４ａを備え、駆動軸５４は駆動軸１５４が嵌合可能な筒状凹部に構成されると共に平板状凸部１５４ａと係合可能な突起５４ａが形成されている。更に、支持部４２の右側内壁面に配設されて駆動軸５４と一体に回転するギヤ５４ｂは、上オーガ４３，下オーガ４４とそれぞれ一体に回転するギヤ４３ａ，４４ａと噛み合っている。

このため、駆動軸１５４から駆動軸５４へ駆動力が伝達されると、その駆動力によって上オーガ４３及び下オーガ４４を回転させることができる。ここで、上オーガ４３及び下オーガ４４には、図１５に示すようにそれぞれ螺旋歯４３ｂ，４４ｂが形成されており、前記回転によって次のように動作する。すなわち、下オーガ４４は、アジテータ６１の回転により開口部４２ａから吐出されたトナーを現像カートリッジ４０内の左右方向へ搬送し、上オーガ４３は、現像カートリッジ４０の左右両側に溜まったトナーを中央に回収して開口部４２ａからトナーカートリッジ６０内へ返還する。

この上オーガ４３，下オーガ４４とアジテータ６１との動作によって、現像カートリッジ４０とトナーカートリッジ６０との間でトナーを循環させると共に、現像カートリッジ４０内でもトナーを循環させることができ、トナーが一箇所に凝集して硬質化するのを防止して、トナーの流動性を確保することができる。なお、上オーガ４３及び下オーガ４４によるトナーの搬送方向は、図１５に矢印で示したので参照されたい。

また、図１５に示すように、上オーガ４３と下オーガ４４との間には、前記トナーの搬送を円滑にするための区画壁５５が設けられている。なお、図１５は、現像カートリッジ４０を上オーガ４３及び下オーガ４４の配列方向に沿って切断した断面図であるが、現像カートリッジ４０の外側に配設される構成（ギヤ４３ａ，４４ａ等）は図示を省略した。

次に、図１６は図１０の部分拡大図であり、前述の駆動軸１５１を駆動するためのレーザプリンタ１の本体側の駆動系を表している。図１６に示すように、駆動軸１５１と一体に回転するギヤ１５１ｂは、現像用モータ１７０の回転軸と一体に回転するギヤ１７１と、ギヤ１７２を介して噛み合っている。このため、現像用モータ１７０を駆動すれば、前述のように、駆動軸５１を介して現像ローラ４１，供給ローラ４５，及びアジテータ６１を同時に駆動することができる。

また、レーザプリンタ１の本体の右側内壁面には、図１６に示した部分との対向位置に、図１７に示すような駆動系が設けられている。図１７に示すように、右側内壁面にも、感光体ドラム２１の回転軸２１ａをガイドするガイド溝１２１が形成され、そのガイド溝１２１の途中に、前述の駆動軸１５４が設けられている。駆動軸１５４と一体に回転するギヤ１５４ｂは、返還用モータ１７５の回転軸と一体に回転するギヤ１７６と噛み合っている。このため、返還用モータ１７５を駆動すれば、前述のように、駆動軸５４を介して上オーガ４３及び下オーガ４４を同時に駆動することができる。なお、駆動軸１５１，１５４は突出／退避可能に設けられ、蓋部４の閉鎖または開放に連動して突出または退避するように、図示しないリンク機構に接続されている。蓋部４の開放時にはそれらが退避して、駆動軸１５１，１５４と駆動軸５１，５４との係合が解除される。このため、感光体カートリッジ２０，現像カートリッジ４０及びトナーカートリッジ６０の着脱が可能となる。逆に、蓋部４の閉鎖時にはそれらが突出して、駆動軸１５１，１５４と駆動軸５１，５４とが係合する。このため、前述の各部の駆動が可能となる。

また、図１２（Ｂ），図１３に示すように、取っ手６２の両側より若干上方の内筒６３の表面には、周方向の中央が窪んだ一対のバネ受け部６６，６６が左右に形成されている。図２に示すように、蓋部４の内面には図示しないバネによって突出方向に付勢された一対の押圧部材７１，７１が配設され、バネ受け部６６，６６は、蓋部４を閉じたときに押圧部材７１，７１からの押圧力を受ける。この押圧力によって各カートリッジ２０，４０，６０が装置内に確実に固定される。また、押圧部材７１，７１の間には干渉部材７２が突設され、取っ手６２を連結位置に配設しなければその取っ手６２と干渉部材７２とが干渉し合って蓋部４を閉じることができないように構成されている。

次に、レーザプリンタ１の制御系について説明する。図１８に示すように、レーザプリンタ１は、前述の蓋部４の開閉を検出するリミットスイッチなどのカバーセンサ１９８と、前述のトナー残量検知用窓６３ｄ及び光通過部４２ｄを介してトナーカートリッジ６０内のトナーの有無を光学的に検出するフォトカプラなどのエンプティセンサ１９９とを備えている。本実施の形態では、エンプティセンサ１９９は、図１０，図１６に示すようにレーザプリンタ１の本体左内壁面に設けられた発光素子１９９ａと、図１７に示すようにレーザプリンタ１の本体右内壁面に設けられた受光素子１９９ｂとによって構成されている。

レーザプリンタ１の制御部２００は、ＣＰＵ２０１，ＲＯＭ２０２，ＲＡＭ２０３，及びＩ／Ｏポート２０４をバス２０５で接続した周知のマイクロコンピュータとして構成されている。そして、そのＩ／Ｏポート２０４には、前述のカバーセンサ１９８，エンプティセンサ１９９からの信号が入力される他、スキャナユニット９０，ドラム用モータ１２２，現像用モータ１７０，返還用モータ１７５が、駆動回路２１１，２１２，２１３，２１４を介して接続されている。また、Ｉ／Ｏポート２０４には、上記の他にも、操作パネル等の周知の各種機構が接続されている。

図１９は、制御部２００のＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２に記憶されたプログラムに基づいて実行する処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、レーザプリンタ１の電源投入後、所定タイミングで繰り返し実行される。

処理が開始されると、先ずＳ１にて（Ｓはステップを表す：以下同様）、エンプティセンサ１９９の検出信号に基づき、トナーエンプティ（トナーが消費され光通過部４２ｄ，４２ｄの間を光が頻繁に通る状態）となったか否かが判断される。すなわち、内筒６３内では、アジテータ６１によってトナーが撹拌されるため、光通過部４２ｄ，４２ｄの間はトナーが充分にある状態でも光が通過することがあるが、トナーが減少するとその光が通過する期間が長くなる。そこで、このＳ１では、光通過部４２ｄ，４２ｄの間を光が通過する期間の長さに基づいて、トナーエンプティであるか否かが判断されるのである。トナーエンプティでない場合は（Ｓ１：ＮＯ）、Ｓ２へ移行し、入力データに基づいて用紙に画像を形成するなどの通常の処理が実行され、処理はＳ１へ戻る。トナーエンプティとなるまでは、このＳ１，Ｓ２の処理の繰り返しにより、通常の処理が続行される。

そして、トナーエンプティとなると（Ｓ１：ＹＥＳ）、処理はＳ３へ移行し、トナーエンプティであることを操作パネルへの表示及びブザーによる警報音で告知する。トナーエンプティは、用紙への画像形成中に検出されることも多いが、続くＳ４では、実行中のジョブが終了した後に、画像形成を禁止する。

更に、続くＳ５では、現像用モータ１７０を停止したまま返還用モータ１７５を駆動する回収制御が開始される。この回収制御により、アジテータ６１によるトナーカートリッジ６０からのトナーの供給は中止され、現像ローラ４１及び供給ローラ４５の回転も停止される。一方、上オーガ４３及び下オーガ４４は駆動されるので、現像カートリッジ４０内のトナーは、下オーガ４４によって左右に搬送された後、上オーガ４３によって中央に搬送され、開口部４２ａからトナーカートリッジ６０へ返還される。なお、この回収制御は、別ルーチンにより、現像カートリッジ４０内のトナーを回収し終えるのに充分な時間継続された後、自動的に停止（すなわち現像用モータ１７０も返還用モータ１７５も停止）される。

そこで、本処理では、Ｓ５にて回収制御を開始した後、蓋部４が開かれるまでＳ６にて待機する（Ｓ６：ＮＯ）。すなわち、Ｓ３による告知に応じて、使用者はトナーカートリッジ６０を交換すべく蓋部４を開くが、その蓋部４の開放動作がカバーセンサ１９８にて検出されるまで待機するのである。

蓋部４が開かれると（Ｓ６：ＹＥＳ）、Ｓ７にて回収制御が禁止され、続くＳ８にて、その時点で既に回収制御が終了しているか否かが判断される。終了していない場合は（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ９にて、使用者にトナーカートリッジ６０の交換不可を告知すべく警報音が発生され、その警報音に応じて使用者により蓋部４が閉じられるまで、Ｓ１０にて待機する（Ｓ１０：ＮＯ）。そして、蓋部４が閉じられると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、処理は再びＳ５へ移行し、回収制御の続きが実行される。

一方、回収制御の終了後に蓋部４が開かれた場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、そのまま、使用者により蓋部４が閉じられるまで、Ｓ１１にて待機する（Ｓ１１：ＮＯ）。通常は、この間に使用者によってトナーカートリッジ６０の交換がなされる。蓋部４が閉じられると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１２にてアジテータ６１が所定量駆動され、現像カートリッジ４０内がトナーで満たされる。更に、続くＳ１３では、Ｓ４で設定された画像形成の禁止が解除され、処理は前述のＳ１へ戻る。

以上の処理により、本実施の形態では、トナーエンプティとなった場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、現像カートリッジ４０内のトナーが自動的にトナーカートリッジ６０に回収される（Ｓ５）。そして、その回収後にトナーカートリッジ６０が交換されることにより、次のような効果が生じる。

レーザプリンタ１のように劣化によって帯電性能が低下してしまう非磁性１成分トナーを摩擦帯電させる場合、新旧のトナーが混合された状態で擦り合わされると、劣化したトナーと新品のトナーとでは帯電性能に優劣が生じ、帯電量が片寄るため、両トナーは同極性には帯電せず、新しいトナーは正に、劣化した古いトナーは負に、それぞれ帯電する。しかし、現像ローラ４１の付近に多量の正に帯電した新しいトナーが存在していれば、鏡像力によって高い帯電量を有する新しいトナーが優先的に現像ローラ４１に付着し、負に帯電したトナーが存在しても印字かぶりは発生しない。

ところが、現像ローラ４１の付近に負に帯電した古いトナーが多量に存在しているところに新しいトナーが侵入してきた場合には、鏡像力によって負に帯電した古いトナーが優先的に現像ローラ４１に付着し、印字かぶりが発生する。従来のレーザプリンタでは、トナーカートリッジの交換時にこのような条件が成立し、印字かぶりが発生することがあった。

これに対し、本実施の形態では、回収制御が終了した状態では（Ｓ８：ＹＥＳ）、現像カートリッジ４０の内部にはトナー（劣化した古いトナー）が少なくなっている。この状態でのみ、トナーカートリッジ６０の交換が許可されるので、新しいトナーカートリッジ６０からトナーを供給しても、劣化した多量の古いトナーに少量の新しいトナーが混じることを抑制することができる。従って、本実施の形態では、印字かぶりの発生を良好に抑制することができる。

また、本実施の形態では、トナーカートリッジ６０が交換された後（Ｓ１１：ＹＥＳ）、アジテータ６１を所定量駆動してから（Ｓ１２）画像形成禁止を解除しているので（Ｓ１３）、次のような効果が生じる。

トナーエンプティが検出されても、トナーカートリッジ６０を新品と交換せず、誤ってそれまで装着されていた古いトナーカートリッジ６０を再び装着してしまう場合がある。このような場合、トナーカートリッジ６０には回収制御によってトナーが多量に収容されているため、その後のＳ１の処理において誤検出が生じる可能性がある。本実施の形態では、トナーカートリッジ６０の交換後（Ｓ１１）、アジテータ６１を所定量駆動してから（Ｓ１２）、Ｓ１へ移行しているので、トナーエンプティの誤検出を防止することができる。また、上記処理により、現像カートリッジ４０を充分な量のトナーで満たした上で画像形成がなされるので、画像のかすれ等も防止することができる。

なお、前記実施の形態において、現像カートリッジ４０が現像装置及びプロセスカートリッジに、アジテータ６１が供給手段に、上オーガ４３及び下オーガ４４が返還手段に、制御部２００が制御手段に、エンプティセンサ１９９が交換時期検出手段に、カバーセンサ１９８が着脱検出手段に、それぞれ相当する。また、本発明は前記実施の形態に何ら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で種々の形態で実施することができる。例えば、前記実施の形態では、トナーカートリッジ６０が交換されたことをカバーセンサ１９８によって検出しているが、エンプティセンサ１９９によって検出してもよく、トナーカートリッジ６０にＩＣタグ等を設け、レーザプリンタ側にＩＣタグリーダ等を設けておくことによって検出してもよい。

また、前記実施の形態では、トナーカートリッジ６０内のトナー量に基づいて交換時期を検出しているが、本発明における交換時期検出手段としては、例えば、画像形成がなされた用紙の枚数等に基づいて交換時期を検出するものなど、種々の形態が考えられる。

更に、本発明は、コピー機、ファクシミリ装置、カラーレーザプリンタ等、種々の電子写真方式の画像形成装置に適用することができ、静電潜像担持体は感光体ベルトであってもよく、感光体以外の静電潜像担持体であってもよい。また、いわゆる中間転写ベルトを備えた画像形成装置にも適用でき、その場合は、中間転写ベルトも転写手段に相当する。

また更に、感光体カートリッジ２０及び現像カートリッジ４０は、レーザプリンタ１の本体に固定されていてもよく 、感光体カートリッジ２０と現像カートリッジ４０とが一体のプロセスカートリッジとして構成されてもよい。但し、前記実施の形態では、感光体カートリッジ２０及び現像カートリッジ４０が個々に着脱自在に構成されているため、これらを適宜交換することができ、メンテナンス性に優れている。

本発明が適用されたレーザプリンタの外観を表す斜視図である。 そのレーザプリンタの蓋部を開放する動作を表す斜視図である。 そのレーザプリンタの給紙カセットを引き出す動作を表す斜視図である。 そのレーザプリンタの内部構成を表す縦断面図である。 そのレーザプリンタの各カートリッジを一体に取り出す操作を表す縦断面図である。 そのレーザプリンタのトナーカートリッジと現像カートリッジとを分断する動を表す縦断面図である。 そのレーザプリンタのトナーカートリッジのみを取り出す動作を表す縦断面図である。 そのレーザプリンタの現像カートリッジとトナーカートリッジとを一体に取り出す動作を表す縦断面図である。 そのレーザプリンタの感光体カートリッジの構成を表す左側面図である。 そのレーザプリンタ本体の左側内壁面の構成を表す説明図である。 前記トナーカートリッジを現像カートリッジに装着した状態を表す左側面図である。 前記現像カートリッジと前記トナーカートリッジとの連結／分断を切り換える機構の構成を表す説明図である。 そのトナーカートリッジを現像カートリッジに装着した状態を表す縦断面図である。 そのトナーカートリッジを現像カートリッジに装着した状態を表す右側面図である。 その現像カートリッジのオーガの構成及び動作を表す説明図である。 前記レーザプリンタ本体の左側内壁面の構成を表す部分拡大図である。 そのレーザプリンタ本体の右側内壁面の構成を表す部分拡大図である。 そのレーザプリンタの制御系の構成を表すブロック図である。 その制御系で実行される処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１…レーザプリンタ ２ａ…着脱口 ４…蓋部 ７…画像形成部
２０…感光体カートリッジ ２１…感光体ドラム ２２…転写ローラ
４０…現像カートリッジ ４１…現像ローラ ４２…支持部
４２ａ，６３ｂ，６４ｂ…開口部 ４２ｄ…光通過部 ４３…上オーガ ４４…下オーガ ４３ｂ，４４ｂ…螺旋歯 ４５…供給ローラ
５１，１５１，５４，１５４…駆動軸 ５５…区画壁 ６０…トナーカートリッジ
６１…アジテータ ６２…取っ手 ６３…内筒
６３ｄ…トナー残量検知用窓 ６４…外筒 ９０…スキャナユニット
１７０…現像用モータ １７５…返還用モータ １９８…カバーセンサ
１９９…エンプティセンサ ２００…制御部 Ｌ…レーザ光

Claims (6)

1. 表面に静電潜像が形成される静電潜像担持体と、
   前記静電潜像の現像に供されるトナーが内部に収容されるトナーカートリッジと、
   該トナーカートリッジに収容されたトナーを前記静電潜像担持体の表面に付着させて前記静電潜像を現像する現像手段と、
   該現像手段により前記静電潜像担持体の表面に付着されたトナーを被記録媒体に転写する転写手段と、
   前記トナーカートリッジが着脱可能に構成され、少なくとも前記現像手段を収容した現像装置と、
   を備えた画像形成装置であって、
   前記トナーカートリッジに収容されたトナーを前記現像装置に供給する供給手段と、
   該供給手段とは独立して動作可能で、前記現像装置に供給されたトナーを前記トナーカートリッジに返還する返還手段と、
   前記トナーカートリッジの着脱或いは前記トナーカートリッジの着脱口の開閉を検出する着脱検出手段と、
   前記トナーカートリッジに収容されたトナーの量に基づいて、前記トナーカートリッジの交換時期を検出する交換時期検出手段と、
   該交換時期検出手段が前記交換時期を検出したとき、前記供給手段を停止させたまま前記返還手段を動作させる回収制御を実行する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段が前記回収制御を実行した後、前記着脱検出手段が前記トナーカートリッジの着脱或いは前記トナーカートリッジの着脱口の開閉を検出した場合、前記制御手段は、前記着脱検出手段の前記検出直後に前記返還手段を停止させたまま前記供給手段を所定量動作させると共に、前記所定量動作の完了後に前記交換時期検出手段の検出結果により前記トナーカートリッジの新旧を判別 する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記返還手段は、トナーを前記現像装置の内部で循環させながらそのトナーを前記トナーカートリッジに返還することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像装置が着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記静電潜像担持体が着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記供給手段の停止中に前記返還手段が動作する場合、前記現像手段は動作を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナーは非磁性１成分トナーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。