JP4365335B2 - 画像形成装置および該画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および該画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法に関する。

電子写真方式のカラー画像形成装置においては、電子写真感光体の表面に形成される静電潜像を、たとえばカラートナーであるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各トナーと、黒色（Ｂｋ）トナーとによって現像し、現像されたトナー画像を転写紙上に転写するという電子写真プロセスを繰返し、転写紙上に順次各色のトナーを重ね合せてフルカラー画像を形成する。

このようなカラー画像形成装置には、イエロー、マゼンタ、シアンおよび黒色トナーをそれぞれ用いて現像する現像装置が搭載され、各現像装置に上記各色のトナーをそれぞれ収容し、現像装置にトナーを供給するトナーカートリッジが設けられる。一般的に、カラー画像形成装置は、カラー画像の形成に用いられるだけでなくモノクロ画像の形成にも使用されるので、必然的に黒色トナーの消費量が多くなる。したがって、カラー画像形成装置では、使用頻度が高く消費量が多い黒色トナーを、他のカラートナーよりも大量に蓄えたいとの要求がある。

このような要求に応じ、カラーのトナーカートリッジの容量に比べて、大きな容量の黒色トナーカートリッジが装着される画像形成装置がある。しかしながら、このような画像形成装置には、以下のような問題がある。

図１１は、カラートナーカートリッジの容量に比べて黒色トナーカートリッジの容量を大きくした場合のカートリッジ寸法の比較を示す図である。図１１では、円筒形状を有する回転式の黒色トナーカートリッジ１の容量が、各カラー（Ｃ，Ｍ，Ｙ）のトナーカートリッジ２，３，４の容量のほぼ２倍になるようにした場合における円筒部の直径の大きさを比較する図である。各カートリッジの円筒の長さを同一に形成すると、カラートナーカートリッジ２，３，４の容量に比べて２倍の容量に形成される黒色トナーカートリッジ１の円筒部の直径Ｄは、カラートナーカートリッジ２，３，４の円筒部の直径ｄのほぼ１．５倍になる。したがって、このような黒色トナーカートリッジ１およびカラートナーカートリッジ２，３，４を画像形成装置に搭載すると、カートリッジの搭載スペースが、最大の黒色トナーカートリッジ１の寸法によって定められるので、装置が大型化するという問題がある。

このような問題は、トナーカートリッジを輸送するに際して梱包する場合にも発生する。図１２は、梱包資材の中に収納されるトナーカートリッジの状態を示す斜視図である。黒色トナーカートリッジ１の寸法と、カラートナーカートリッジ２，３，４の寸法とが著しく異なるので、黒色トナーカートリッジ１とカラートナーカートリッジ２，３，４とを、それぞれ寸法が異なる別途の梱包資材、すなわち黒色用梱包パッケージ５とカラー用梱包パッケージ６とに収納すると、本来セットで使用されるべきトナーカートリッジが、分離されて取扱われることになるので、輸送業務が煩雑になる。また、黒色トナーカートリッジ１とカラートナーカートリッジ２，３，４とを、無理に同一の梱包資材中に納めようとすると、梱包資材の大きさを、最大の黒色トナーカートリッジ１の寸法に合わせざるを得ないので、カラートナーカートリッジ２，３，４の収納部分には不要の隙間が生じ、梱包資材内での動揺を防止するための詰め物を使用しなければならないという問題がある。

また円筒形状以外の形状を有するトナー収納容器を形成し、カラートナーの収納容器よりも大きな黒色のトナー収納容器を備えるカラー画像形成装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１のカラー画像形成装置では、トナー収納容器を大略角筒状に形成し、該角筒の幅を黒色トナー収納容器とカラートナー収納容器とで同一にし、装置本体の受け部材に対する挿入方向である角筒の長さを、黒色トナー収納容器の方がカラートナー収納容器よりも長くなるようにして黒色トナー収納容器の増量を図り、この長い黒色トナー収納容器を、装置本体の奥行き方向に関する最も手前側に配置することによって、トナー収納容器の交換作業性の向上を実現している。

しかしながら、特許文献１に開示されるカラー画像形成装置においても、黒色トナー収納容器が、カラートナー収納容器に比べて、装置本体の内方に著しく突出した形で収容されるので、黒色トナー収納容器に起因してトナーカートリッジの収容空間を多大に必要とし、装置を大型化するという問題に対しては充分に解決されたとは言うことができない。

特開２００２−９９１３０号公報

本発明の目的は、交換作業等の取扱性に優れ、装置の省スペース化を実現することのできるトナーカートリッジを備える画像形成装置および該画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法を提供することである。

本発明は、円筒形状を有し回転動作をすることによって内部に収容されるトナーを現像に用いるために供出するトナーカートリッジを備える画像形成装置において、
複数色の各色トナーおよび黒色トナーをそれぞれ収容するトナーカートリッジを含み、
トナーカートリッジは、円筒形状を有し、その半径方向に窪んだ凹所が外周に形成され、軸線まわりに回転することによって内部に収容されるトナーをトナー排出口に向けて搬送する中央容器部と、
中央容器部を回転自在に支持し、中央容器部の外周を覆うようにして設けられ、トナー排出口に搬送されたトナーが通る導通孔が凹所に対応する位置に形成される支持部材と、
中央容器部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と、
トナーカートリッジ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とを含み、
トナー残量検知手段は、トナーカートリッジが回転した回数を計数する回転回数検出手段であり、
複数色の各色トナーおよび黒色トナーのうちから選択される少なくともいずれか１色のトナーを収容するトナーカートリッジが複数個設けられ、
複数色および黒色の各トナーカートリッジが、同一の形状および寸法に形成され、
前記トナーカートリッジには、不揮発性メモリとして、アンテナ部と集積回路チップ部とを含むＩＣタグが設けられ、前記アンテナ部で、トナー残量検知手段からのトナーカートリッジの回転回数を授受し、
前記ＩＣタグは、トナーカートリッジの種類を識別するための識別情報と、トナーカートリッジ内に収容されるトナー残量を検知するための、トナー残量検知手段によるトナー残量の検知情報とがストア可能であることを特徴とする画像形成装置である。
また本発明は、中央容器部において、前記凹所に対して中央容器部の回転軸線に関して点対称の位置にさらに凹所が形成されていることを特徴とする。

また本発明は、複数個設けられるトナーカートリッジが、黒色トナーを収容するトナーカートリッジであることを特徴とする。

また本発明は、複数色の各色トナーをそれぞれ収容するトナーカートリッジおよび黒色トナーを収容する複数個のトナーカートリッジを含む画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法であって、
黒色トナーのトナーカートリッジが２個空になったとき、または１個の黒色トナーのトナーカートリッジと複数色のトナーのうちいずれか１色のトナーカートリッジとが空になったとき、当該トナーカートリッジが空になったことを装置の表示部に表示する表示ステップと、
表示部に表示される空のトナーカートリッジを、当該トナーが充填されたトナーカートリッジに交換する交換ステップとを含むことを特徴とする前記画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法である。

本発明によれば、円筒形状を有し回転動作をすることによって内部に収容されるトナーを現像に用いるために供出するトナーカートリッジを備える画像形成装置は、複数色の各色トナーおよび黒色トナーをそれぞれ収容するトナーカートリッジを含む。トナーカートリッジは、円筒形状を有し、その半径方向に窪んだ凹所が外周に形成され、軸線まわりに回転することによって内部に収容されるトナーをトナー排出口に向けて搬送する中央容器部と、中央容器部を回転自在に支持し、中央容器部の外周を覆うようにして設けられ、トナー排出口に搬送されたトナーが通る導通孔が凹所に対応する位置に形成される支持部材と、中央容器部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とを含む。複数色の各色トナーおよび黒色トナーのうちから選択される少なくともいずれか１色のトナーを収容するトナーカートリッジが複数個設けられる。このことによって、使用頻度が高く消費量が多い色のトナーを蓄える量を増大させることができるとともに、当該色のトナーカートリッジを大きくしなくても済むので、交換作業等の取扱いを容易にし、省スペース化を実現することができる。
また、複数色および黒色の各トナーカートリッジが、同一の形状および寸法に形成される。このことによって、装置のトナーカートリッジ装着スペースを、特定の大きなトナーカートリッジに合わせて取合う必要がなくなるので、省スペース化が実現される。
また、トナーカートリッジには内部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が設けられ、トナー残量検知手段としては、トナーカートリッジが回転した回数を計数する回転回数検出手段が用いられる。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正確に検知し、トナーカートリッジの交換時期を的確に判断することができる。
また、トナーカートリッジには、不揮発性メモリとして、アンテナ部と集積回路チップ部とを含むＩＣタグが設けられ、前記アンテナ部で、トナー残量検知手段からのトナーカートリッジの回転回数を授受する。
また、ＩＣタグでは、トナーカートリッジの種類を識別するための識別情報と、トナー残量検知手段によるトナー残量の検知情報とがストア可能である。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判断できるとともに、装置本体に対するトナーカートリッジの誤装着を防止することが可能になる。
また本発明によれば、中央容器部において、前記凹所に対して中央容器部の回転軸線に関して点対称の位置にさらに凹所が形成されている。

また本発明によれば、使用頻度が高く消費量の多い黒色トナーカートリッジが複数個設けられるので、黒色トナーカートリッジを大きくする必要がなく省スペース化に寄与できるとともに、トナーカートリッジの交換作業を長時間行うことなく画像形成動作を継続することができる。

また本発明によれば、黒色トナーカートリッジを複数個備える前記画像形成装置において、黒色トナーのトナーカートリッジが２個空になったとき、または１個の黒色トナーのトナーカートリッジとカラートナーのうちいずれか１色のトナーカートリッジとが空になったとき初めて、当該トナーカートリッジが空になったことを装置の表示部に表示し、表示されたトナーカートリッジを交換するので、交換作業の頻度を低減することができる。

図１は本発明の実施の一形態である画像形成装置１０の構成を簡略化して示す図であり、図２は図１に示す画像形成装置１０に備わる黒色画像の現像部２４まわりの構成を示す拡大図である。画像形成装置１０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、プリンタ等の機能を備える複合機である。

画像形成装置１０は、大略、原稿の画像情報を読取る不図示の画像情報読取部、画像情報読取部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画像処理部１１、画像処理部１１から出力される画像情報に基づいて画像形成する画像形成部１２、画像形成部１２に対して記録媒体である記録紙１３を供給する用紙供給部１４、画像形成部１２において画像形成されて記録紙１３に転写された画像を定着させる定着部１５、画像が定着された記録紙１３が排出される排紙部１６と、画像形成装置１０全体の動作を制御する制御部１７等を含んで構成される。

画像形成部１２は、その表面に静電潜像が形成される感光体２１と、感光体２１のまわりに設けられ、感光体２１を一様に帯電させる帯電器２２と、帯電された感光体２１の表面を画像処理部１１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部２３と、感光体２１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部２４と、現像された画像を記録紙１３に転写する転写部２５とを含む。

なお、画像形成部１２は、露光部２３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、各部に上記参照符号の末尾に各色を表すアルファベットＢｋ（黒色）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）を付して表記する。

現像部２４については、図２を参照し、黒色画像の現像部２４Ｂｋを代表例として説明する。他の色の現像部２４については、設けられるトナーカートリッジが１個であることを除いて、黒色画像の現像部２４Ｂｋと同一に構成されるので説明を省略する。

現像部２４Ｂｋは、感光体２１Ｂｋに対向して設けられ感光体表面の静電潜像に対してトナーを供給する現像ローラ３１Ｂｋと、現像ローラ３１Ｂｋまで現像剤を撹拌搬送する撹拌ローラ３２Ｂｋと、現像ローラ３１Ｂｋおよび撹拌ローラ３２Ｂｋを収容し両ローラ３１Ｂｋ，３２Ｂｋが回転自在に装着される現像ケーシング３３Ｂｋと、現像ケーシング３３Ｂｋに現像剤のトナーを補給するトナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２とを含む。このトナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２は、円筒形状を有し、後述するトナーカートリッジ３４の回転軸線まわりに回転動作をすることによって内部に収容されるトナーを現像に用いるために現像ケーシング３３Ｂｋに対して供出する。

本実施形態の画像形成装置１０では、トナーカートリッジ３４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３４Ｂｋ１、第２黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋ２と呼ぶ）、シアンカートリッジ３４Ｃ、マゼンタカートリッジ３４Ｍ、イエローカートリッジ３４Ｙが各１個ずつ備えられる。また黒色、シアン、マゼンタ、イエローの各カートリッジは、すべて同一の形状および寸法に形成される。

なお、本実施の形態の画像形成装置１０は、画像形成能力が中速機（１分間の画像形成能力が３０枚）を例示するものであり、黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２の数が２個であるけれども、画像形成装置が、低速機（画像形成能力２０枚／分）であれば黒色トナーカートリッジの数を１個、高速機（画像形成能力４０枚／分）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３４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３４に備わる中央容器部４１を示す斜視図である。トナーカートリッジ３４は、大略有底円筒状の形状を有し、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形寸法を例示すると、たとえば直径Ｄ：７８ｍｍ、長さＬ：４５０ｍｍであり、そのトナーの収容容積が約２０００ｃｍ^３である。

前述のように、本実施形態の画像形成装置１０では、上記の形状寸法の黒色トナーカートリッジ３４が２個（３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２）設けられる。上記の形状寸法の黒色トナーカートリッジ２個と同じ収容容積を、１個のトナーカートリッジで満足するためには、直径：１１０ｍｍ、長さ：４５０ｍｍを要し、本実施形態の黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋ１または３４Ｂｋ２に比べて約１．５倍の寸法となる。したがって、換言すれば、本発明のように黒色トナーカートリッジを、カラートナーカートリッジと同一形状寸法の物２個にして容量増大を図ることによって、カートリッジ収容部の高さを、同一容量の１個のカートリッジとする場合に比べて２／３に省スペース化することができる。

トナーカートリッジ３４は、大略、長さ方向の略中央部に設けられる中央容器部４１と、中央容器部４１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４２，４３と、中央容器部４１の外周を覆うようにして設けられる支持部材４４と、トナーカートリッジ３４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４５と、中央容器部４１に装着される不揮発メモリ４６とを含んで構成される。このトナーカートリッジ３４は、不図示の回転駆動手段によって、回転軸線３５まわりに矢符３６方向に回転駆動される。

トナーカートリッジ３４の第１および第２容器部４２，４３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、開口部が中央容器部４１の内部空間に連通するようにして中央容器部４１にそれぞれ装着される。中央容器部４１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４７が形成される。

凹所４７は、中央容器部４１の半径方向に窪んで形成される段差部４８と、トナーカートリッジ３４の回転方向３６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４９とで構成される。段差部４８の半径方向内方への立下り部４８ａには、中央容器部４１の内部空間に通じる開口部５０が形成される。トナーカートリッジ３４の矢符３６方向への回転動作に伴って、この開口部５０からトナーカートリッジ３４の内部に収容されるトナーが排出されるので、開口部５０をトナー排出口５０と呼ぶ。

中央容器部４１を覆うように設けられる支持部材４４は、トナーカートリッジ３４の中央容器部４１、第１および第２容器部４２，４３を回転自在に支持する部材である。支持部材４４には、長さ方向において、中央容器部４１に形成される凹所４７に対応する位置に、中央容器部４１の外周面まで通じる導通孔５１が形成され、またこの導通孔５１を随時開閉するためのシャッタ部材５２が設けられる。シャツタ部材５２は、トナーカートリッジ３４の長さ方向に延びて設けられる案内部材５２ａと、案内部材５２ａに案内されてトナーカートリッジ３４の長さ方向に摺動自在であり、導通孔５１を開閉する蓋部材５２ｂと、蓋部材５２ｂ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４４の導通孔５１は、現像部２４の現像ケーシング３３に導通部材３７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３４の容器部分が、矢符３６方向に回転するとき、トナーカートリッジ３４の内部に収容されるトナーが、トナー排出口５０から所定量排出され、排出されたトナーが傾斜部４９によって中央容器部４１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５１および導通部材３７を通じて現像ケーシング３３へと供給される。このようにして、トナーカートリッジ３４の容器部分が１回転するごとに、所定量のトナーが支持部材４４の導通孔５１を通じて現像ケーシング３３内へ供給される。

図５Ａ、図５Ｂは、トナーカートリッジ３４の現像部２４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３４から現像ケーシング３３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３４の回転位置は、中央容器部４１に形成される凹所４７とトナー排出口５０とが、中央容器部４１内に収容される現像剤８０の上面８０ａ（以後、現像剤層面８０ａと呼ぶ）よりも上方にある。トナーカートリッジ３４の中央容器部４１が、回転軸線３５まわりに矢符３６方向に回転移動し、図５Ａ（ｂ）に示すように、トナー排出口５０が、現像剤層面８０ａよりも下方に位置する状態になると、中央容器部４１内の現像剤８０が、矢符８２で示すように、トナー排出口５０を通って凹所４７へ流入する。

トナーカートリッジ３４が矢符３６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５０が現像剤層面８０ａよりも上方に位置するようになり、トナー排出口５０を介する現像剤８０の凹所４７への流入が停止し、予め定める量の現像剤８０ｂが、中央容器部４１の凹所４７と支持部材４４の内壁とで形成される空間８１に保持される。このようにして凹所４７と支持部材４４の内壁とで形成される空間８１に保持される現像剤８０ｂ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３４が矢符３６方向へさらに回転移動すると、図５Ｂ（ｄ）に示すように、凹所４７と支持部材４４の内壁とで形成される空間８１に保持される現像剤８０ｂは、中央容器部４１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８３に案内されて、トナー排出口５０へと導かれる。このとき、案内部材８３は、中央容器部４１の外周面に当接して摺動するので、凹所４７保持されている現像剤８１を可及的に全てトナー排出口５０に導くことができる。トナー排出口５０へ導かれた現像剤８０ｂは、導通部材３７を通って現像部２４へ供給される。このようにして、トナーカートリッジ３４内に収容される現像剤８０の予め定める量が、トナーカートリッジ３４の回転動作１回転毎に現像部２４へ供給される。

また、中央容器部４１には、前記凹所４７に対して回転軸線３５に関してほぼ点対称の位置にもう一つの凹所８４が形成される。したがって、もう一つの凹所８４と支持部材４４の内壁との間にもう一つの空間８５が形成される。このもう一つの空間８５は、空間８１に保持されている現像剤８１ｂが、空間８１の矢符３６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８５に保持される現像剤は、空間８１に保持される現像剤８０ｂと同様に、中央容器部４１の矢符３６方向への回転に伴い、中央容器部４１の外周面に当接して摺動する案内部材８３によってトナー排出口５０へ導かれる。このように空間８１から現像剤８０ｂが漏れ出たとしても、漏れ出た現像剤８０ｂはもう一つの空間８５によって保持され、さらに案内部材８３に案内されてトナー排出口５０へ導かれるので、前述の予め定める量の現像剤を、確実に現像部２４へ供給することができる。

トナー残量検知手段４５は、トナーカートリッジ３４の一方の端部、すなわち第２容器部４３の底部に装着され、本実施形態ではトナーカートリッジ３４の容器部分が回転した回数を計数する回転回数検出手段である。回転回数検出手段４５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に、信号出力を不揮発メモリ４６に対して送信する送信部を備えるものが用いられる。以後、この回転回数検出手段４５を単に回転計４５と略称する。

不揮発メモリ４６は、中央容器部４１の傾斜部４９に設けられ、ベースフィルム５３と、ベースフィルム５３上に装着されるアンテナ部５４と、集積回路（ＩＣ）チップ部５５とを含む。この不揮発メモリ４６を以後ＩＣタグ４６と呼ぶ。

ベースフィルム５３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５３は、中央容器部４１の傾斜部４９に装着されるに際し、一方の端部が傾斜部４９から中央容器部４１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４９から突出するベースフィルム突出部５３ａは、トナー排出口５０から排出されて傾斜部４９で搬送されて中央容器部４１の外周面付近まで移動したトナーを、導通孔５１へ円滑に送込むスクレーパとして機能する。

アンテナ部５４は、画像形成装置１０の装置本体に設けられる本体通信装置５６および前述の回転計４５と情報の授受を行うための通信部である。

ＩＣチップ部５５は、不揮発メモリ４６の主要部をなす記憶部である。このＩＣチップ部５５には、トナーカートリッジ３４の種類を識別するための識別情報と、回転計４５によるトナー残量の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３４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３４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製し、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５５に入力される。

トナー残量の検知情報は、回転計４５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３４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４５による回転回数の検知情報は、画像形成装置１０の稼動に従い、リアルタイムでＩＣタグ４６のアンテナ部５４を介してＩＣチップ部５５に書換え入力される。なおＩＣタグ４６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良い。

図６は、ＩＣタグ４６にストアされる情報に基づく制御部１７の動作に係る電気的構成を示すブロック図である。回転計４５の回転回数の検知出力は、回転計４５の通信部からＩＣタグ４６のアンテナ部５４を介してＩＣチップ部５５に与えられ回転回数の累積値としてストアされる。この回転回数の累積値の情報は、画像形成装置１０に備わる制御部１７の動作指令に従い、装置本体に備わる本体通信装置５６とＩＣタグ４６のアンテナ部５４との信号授受によって読出される。

制御部１７に備えられる不図示の記憶部には、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３４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ので、制御部１７が以下の式（１）に示す演算を実行してトナー残量を得ることができる。
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）

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、制御部１７が画像形成装置１０のたとえば表示部５７に表示する。画像形成装置１０の操作者は、この表示内容に従って、後述するトナーカートリッジの交換作業を実行する。

図１に戻って、転写部２５について説明する。転写部２５は、駆動ローラ６１と、従動ローラ６２と、駆動ローラ６１と従動ローラ６２とに張架される無端状の中間転写ベルト６３と、中間転写ベルト６３を介し４つの感光体２１にそれぞれに対向して設けられる４つの中間転写ローラ６４と、従動ローラ６２に対向して設けられる転写ローラ６５とを含んで構成される。

中間転写ローラ６４には、トナーに対して逆極性の転写バイアスが印加され、感光体２１の表面に形成されるトナー像を中間転写ベルト６３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６３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６３上で形成されたトナー像は、従動ローラ６２と転写ローラ６５との間をタイミング調整して搬送される記録紙１３上に、前述の中間転写ローラ６４と同様に作用する転写ローラ６５によって転写される。

トナー像が転写された記録紙１３は、定着装置１５へ搬送される。定着装置１５は、予め定める温度まで加熱昇温される加熱ローラ１５ａと、加熱ローラ１５ａに圧接されるように設けられる加圧ローラ１５ｂとを含み、トナー像が転写された記録紙１３は、加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとが圧接されて形成されるニップ部を通過する際、加熱加圧されてトナー像が定着される。定着処理された記録紙１３は、一対の排紙ローラ６６によって排紙部１６へ排紙される。

以下画像形成装置１０の画像形成に係る全体動作について簡単に説明する。たとえば画像読取部で読取られた原稿の画像情報は、画像処理部１１へ送られて画像処理される。画像処理された画像情報は、露光部２３に与えられ、露光部２３が、帯電器２２で一様な電位に帯電された感光体２１の表面を露光して静電潜像を形成する。感光体２１の表面に形成された静電潜像が、現像部２４によって現像されてトナー像が形成される。

各色の感光体２１上に形成されるトナー像は、転写部２５において、中間転写ベルト６３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。中間転写ベルト６３上に形成されたフルカラートナー像は、従動ローラ６２と転写ローラ６５との間を搬送される記録紙１３上に転写ローラ６５によって転写される。

トナー像が転写された記録紙１３は、定着部１５の加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの当接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１３は、排紙部１６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、現像ケーシング３３中のトナー量が減少すると、トナーカートリッジ３４が回転動作し、トナーカートリッジ３４中のトナーを排出して現像ケーシング３３へ補給する。このトナーカートリッジ３４の回転動作は、たとえば現像ケーシング３３内または現像ケーシング３３近傍に設けられるトナー濃度センサによるトナー濃度の検出出力に応じ、制御部１７がトナーカートリッジ３４の回転駆動手段に動作指令を出力して実行される。

トナーカートリッジ３４から現像ケーシング３３へトナーを補給することによって、前述の式（１）によって得られるトナーカートリッジ３４中のトナー残量が、予め定める下限値（空）になったとき、当該空になったトナーカートリッジ３４を、所定量のトナーが収容されているトナーカートリッジ３４に交換する。

以下本発明の画像形成装置１０におけるトナーカートリッジの交換方法について説明する。まず第１の交換方法では、黒色トナーのトナーカートリッジが２個とも空になったとき、または１個の黒色トナーのトナーカートリッジと、シアン、マゼンタ、イエローのトナーのうちいずれか１色のトナーカートリッジとが空になったとき、ＩＣタグ４６から読出される識別情報とトナー残量検知情報（回転回数情報）とに基づいて、当該トナーカートリッジが空になったことを装置本体の表示部５７に表示し、次いで、表示部５７に表示される空のトナーカートリッジ、すなわち２個の黒色トナーカートリッジ、または１個の黒色トナーカートリッジと１個のカラートナーカートリッジとを、当該トナーが充填されたトナーカートリッジに交換する。

第２の交換方法では、シアン、マゼンタ、イエローのトナーのうちいずれか１色のトナーカートリッジが空になったとき、当該トナーカートリッジが空になったことを装置本体の表示部５７に表示し、当該色のトナーカートリッジとともに、少なくとも１個の黒色トナーのトナーカートリッジを、当該色のトナーおよび黒色のトナーがそれぞれ充填されたトナーカートリッジに交換する。この交換方法は、カラートナーカートリッジと黒色トナーカートリッジとが、同一の形状および寸法に形成されるので、いずれか１色のカラートナーカートリッジが空になるとき、使用頻度が高く消耗量が多い黒色トナーは、２個のうち少なくとも１個が空になっているとの経験に基づくものであり、いずれか１色のトナーカートリッジが空になったときを交換時期の指標とする。以上の第１および第２のいずれの交換方法においても、交換作業の頻度を低減することができる。

図７は、本発明のトナーカートリッジ３４が梱包資材の中に収納される状態を示す斜視図である。本発明のトナーカートリッジ３４は、黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２と、シアン、マゼンタ、イエローの各カラートナーカートリッジ３４Ｃ，３４Ｍ，３４Ｙとが、同一の形状および寸法に形成されるので、輸送等の必要に応じて梱包パッケージ７１に収納するとき、黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２を別封することなく、１つの梱包パッケージ７１内に同封することが可能である。したがって、無駄な梱包資材を削減することができるとともに、輸送時における取扱いを簡単にすることができるという効果も奏することができる。

以上に述べたように、本実施の形態では、トナー残量検知手段が、回転計４５であるけれども、これに限定されることなく、トナーカートリッジ中のトナー量を以下のようにして検出するトナー残量センサであっても良い。

図８は、導通部材３７にトナー残量センサを設けることによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。図８では、黒色トナーの場合を代表例として示す。トナーカートリッジ３４Ｂｋからの現像ケーシング３３Ｂｋへ供給すべきトナーＴがなくなった場合、トナー残量センサ９１でその状態が検出される。つまり、トナー供給装置において選択されたトナーカートリッジたとえば黒色トナーカートリッジ３４Ｂｋが回転されているにも拘らず、トナーカートリッジ３４Ｂｋからトナーの排出がないことをトナー残量センサ９１によって検出すると、その検出情報が制御部１７に出力され、制御部１７では選択されたトナーカートリッジ３４Ｂｋにトナーがないことを表示部に表示する。このことによって、操作者はトナーカートリッジにおけるトナーの有無を識別することができる。

図９は、位置センサによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。図９でも黒色トナーの場合を代表例として示す。トナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２の下にばね部材９２Ｂｋ１，９２Ｂｋ２を配置し、その上にトナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２を設置する。トナーがトナーカートリッジ内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。空になるとばね部材の反発力で、トナーカートリッジは、トナー供給装置のケーシングの天井壁９３に接触するまでに上昇する。位置センサ９４Ｂｋ１，９４Ｂｋ２を天井壁９３に予め取付けておき、トナーカートリッジが位置センサに当接したことの検知によって、トナーカートリッジ内のトナーの有無を識別することができる。

図１０は、トナー重量センサによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。図１０でも黒色トナーの場合を代表例として示す。トナーカートリッジ３４Ｂｋ１，３４Ｂｋ２の下に、トナー重量センサ９５Ｂｋ１，９５Ｂｋ２を設置し、トナーカートリッジの重量を検知することによって、トナーカートリッジ内のトナーの有無を識別することができる。

本発明の実施の一形態である画像形成装置１０に構成を簡略化して示す図である。 図１に示す画像形成装置１０に備わる黒色画像の現像部２４まわりの構成を示す拡大図である。 トナーカートリッジ３４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３４に備わる中央容器部４１を示す斜視図である。 トナーカートリッジ３４の現像部２４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３４の現像部２４に対するトナー供給動作の概要を示す断面図である。 ＩＣタグ４６にストアされる情報に基づく制御部１７の動作に係る電気的構成を示すブロック図である。 本発明のトナーカートリッジ３４が梱包資材の中に収納される状態を示す斜視図である。 導通部材３７にトナー残量センサを設けることによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。 位置センサによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。 トナー重量センサによってトナー残量有無を検出する構成を示す図である。 カラートナーカートリッジの容量に比べて黒色トナーカートリッジの容量を大きくした場合のカートリッジ寸法の比較を例示する図である。 梱包資材の中に収納されるトナーカートリッジの状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 画像処理部
１２ 画像形成部
１３ 記録紙
１４ 用紙供給部
１５ 定着部
１６ 排紙部
１７ 制御部
２１ 感光体
２２ 帯電器
２３ 露光部
２４ 現像部
２５ 転写部
３１ 現像ローラ
３３ 現像ケーシング
３４ トナーカートリッジ
４１ 中央容器部
４２ 第１容器部
４３ 第２容器部
４４ 支持部材
４５ 回転計
４６ ＩＣタグ
５６ 本体通信装置
５７ 表示部
７１ 梱包パッケージ

Claims (4)

1. 円筒形状を有し回転動作をすることによって内部に収容されるトナーを現像に用いるために供出するトナーカートリッジを備える画像形成装置において、
   複数色の各色トナーおよび黒色トナーをそれぞれ収容するトナーカートリッジを含み、
   トナーカートリッジは、円筒形状を有し、その半径方向に窪んだ凹所が外周に形成され、軸線まわりに回転することによって内部に収容されるトナーをトナー排出口に向けて搬送する中央容器部と、
   中央容器部を回転自在に支持し、中央容器部の外周を覆うようにして設けられ、トナー排出口に搬送されたトナーが通る導通孔が凹所に対応する位置に形成される支持部材と、
   中央容器部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と、
   トナーカートリッジ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とを含み、
   トナー残量検知手段は、トナーカートリッジが回転した回数を計数する回転回数検出手段であり、
   複数色の各色トナーおよび黒色トナーのうちから選択される少なくともいずれか１色のトナーを収容するトナーカートリッジが複数個設けられ、
   複数色および黒色の各トナーカートリッジが、同一の形状および寸法に形成され、
   前記トナーカートリッジには、不揮発性メモリとして、アンテナ部と集積回路チップ部とを含むＩＣタグが設けられ、前記アンテナ部で、トナー残量検知手段からのトナーカートリッジの回転回数を授受し、
   前記ＩＣタグは、トナーカートリッジの種類を識別するための識別情報と、トナーカートリッジ内に収容されるトナー残量を検知するための、トナー残量検知手段によるトナー残量の検知情報とがストア可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 中央容器部において、前記凹所に対して中央容器部の回転軸線に関して点対称の位置にさらに凹所が形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 複数個設けられるトナーカートリッジが、
   黒色トナーを収容するトナーカートリッジである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. 複数色の各色トナーをそれぞれ収容するトナーカートリッジおよび黒色トナーを収容する複数個のトナーカートリッジを含む画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法であって、
   黒色トナーのトナーカートリッジが２個空になったとき、または１個の黒色トナーのトナーカートリッジと複数色のトナーのうちいずれか１色のトナーカートリッジとが空になったとき、当該トナーカートリッジが空になったことを装置の表示部に表示する表示ステップと、
   表示部に表示される空のトナーカートリッジを、当該トナーが充填されたトナーカートリッジに交換する交換ステップとを含むことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置におけるトナーカートリッジ交換方法。

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