JP4396733B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は画像形成装置に関し、特に、廃トナー収容部内の廃トナーの量を検出する機能を備える画像形成装置に関する。

レーザプリンタや複写機やそれらの機能が複合されたＭＦＰ（Multi Function Peripheral）などの、トナーを印刷用紙に定着させて印刷を行なう画像形成装置においては、感光体ドラム表面や中間転写ベルト上に残留するトナーやキャリア（二成分現像剤）（以下、これらを廃トナーと称する）をクリーナブレードで掻き取り、廃トナー収容部（廃トナーボックスと称される）に回収している。そして、廃トナー収容部内に廃トナーが充満すると、廃トナー収容部を空にする、または廃トナー収容部を付け換えるなどがなされて、廃棄される。このため、装置の小型化やサービス性の向上や安価な装置の提供などを実現するため、廃トナー収容部内の廃トナー量を最適化することが重要である。廃トナー収容部内の廃トナー量を最適化するために、画像形成装置には、廃トナー量を検出する機能が備えられる。そして、廃トナー収容部内の廃トナー量が収容可能量に達すると、廃トナー収容部の交換を促す表示などがなされている。

従来の廃トナー収容部内の廃トナー量を検出する機能は、光学式センサを利用してトナー液面を検出する構成が一般的である。図７は、従来の、光学式センサを利用してトナー液面を検出することで廃トナー収容部内の廃トナー量を検出する構成の１つの具体例を説明するための、廃トナー収容部の概略図である。図７に示される廃トナー収容部１は、図示されない円筒形の感光体ドラムに対して長手方向（筒方向）に配備されるものとし、図７（Ａ）は廃トナー収容部１を感光体ドラムの長手方向に平行する方向に見た概略図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）内の矢印Ａ方向に矢視した概略図である。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、廃トナー収容部１には、長手方向の一方側（図７（Ｂ）では左側）にトナー落下口２Ａおよび２Ｂが設けられる。クリーナブレード３Ａによって回収された感光体ドラムの表面に残留する廃トナーや中間転写ベルト上に残留する廃トナーは、トナー落下口２Ａおよび２Ｂから廃トナー収容部１に落下して収容される。

図７（Ｂ）を参照して、廃トナー収容部１には、長手方向のトナー落下口２Ｂから遠い側（図７（Ｂ）では右側）に光学式センサ６Ｃを利用した液面検出部６が配備される。光学式センサ６Ｃから発光された光は、発光側ライトガイド６Ａでガイドされて廃トナー収容部１’の長手方向と平行に廃トナー収容部１内に発光され、受光側ライトガイド６Ｂを通って光学式センサ６Ｃで受光される。液面検出部６は、光学式センサ６Ｃでの発光量および受光量に基づいて通過率を検出することで、廃トナー収容部１に収容された廃トナーの液面が発光側ライトガイド６Ａからの発光位置を通過したことを検出する。
特開平４−１８６３７６号公報

しかしながら、従来の廃トナー量の検出方法では、検出結果がトナー液面の状態の影響を受けるという問題があった。たとえば、廃トナー収容部が傾いた場合、廃トナー収容部に対してトナー液面が傾く。また、廃トナーが均一に廃トナー収容部内に収容されなかった場合には、液面に凹凸が発生する。このような場合には、液面の検出結果がばらつき、正確な廃トナー量が検出されないという問題があった。そのため、従来では、廃トナー収容部の容量にトナー収容余裕を加味したり、トナー液面をならすための構成（ならし構成）を画像形成装置に搭載したりすることで、この問題に対処している。図７に示される例では、廃トナー収容部１内に、表面にスクリュー状の攪拌羽を備えたトナー搬送回転部材４Ａ，４Ｂが、長手方向に配備され、回転機構であるギア５によって、図７（Ａ）の矢印に示されるように回転させられる。トナー搬送回転部材４Ａ，４Ｂがギア５によって回転することでその表面のスクリュー状の攪拌羽が、図７（Ｂ）の左側のトナー落下口２Ａ，２Ｂから落下して収容された廃トナーを右方向または左方向へ移動させ、廃トナー収容部１内で攪拌する。

また、光学センサを利用して液面を検出する方法では、検出結果が発光部および受光部の汚れに影響を受けるという問題もあった。つまり、発光部および受光部は廃トナーに面した位置に配備されているため、その表面に廃トナーが付着してしまうと検出精度が落ち、正確な廃トナー量が検出されないという問題があった。そのため、従来では、発光部および受光部を清掃する構成を画像形成装置に搭載することで、この問題に対処している。図７に示される例では、トナー搬送回転部材４Ａの、発光側ライトガイド６Ａおよび受光側ライトガイド６Ｂの直下の位置に、トナー搬送回転部材４Ａの長手方向は発光側ライトガイド６Ａから受光側ライトガイド６Ｂまでの距離と同じ長さで、トナー搬送回転部材４Ａの長手方向と直行する方向にはトナー搬送回転部材４Ａから発光側ライトガイド６Ａおよび受光側ライトガイド６Ｂまでの距離と同じ長さの、板状のライトガイド清掃部７が接合される。ライトガイド清掃部７は、トナー搬送回転部材４Ａの回転に伴ってトナー搬送回転部材４Ａを軸として回転する。その際、発光側ライトガイド６Ａおよび受光側ライトガイド６Ｂの間を通過し、発光側ライトガイド６Ａおよび受光側ライトガイド６Ｂの表面に接触することで清掃する。

従来の画像形成装置はこのような構成を備えることで、画像形成装置の小型化や簡素化や安価な装置の提供などが妨げられるという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、廃トナー収容部内の廃トナーの密度を用いて廃トナー収容部内の廃トナーの量が所定量以上となったことを検出し、適切な廃トナー収容部の交換を実現することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、画像形成装置は、回収された廃トナーを収容する廃トナー収容部と、廃トナー収容部内の向かい合う２内面に回転可能に各端が接合され、回転に伴って、廃トナーを搬送する回転部と、廃トナー収容部内を、回転部の一部を覆って回転部を含む第１領域と、第１領域以外の第２領域とに区分し、回転部に沿う方向に、第１領域および第２領域の間でトナーが出入可能な複数の孔が設けられた区分部と、回転部の回転に伴って所定の振幅でフォトセンサの検出領域をさえぎるトナー量検出板と、フォトセンサによって検知されるトナー検出板の振幅変化により、廃トナー収容部内の廃トナーが所定量に達したことを検出するトナー量検出機構とを備える。

好ましくは、画像形成装置は、回転部の回転に伴って所定の振幅で上下動して、廃トナー収容部に収容される廃トナーを圧縮するトナー圧縮羽と、区分部を、廃トナー収容部に対して回転可能に保持する保持部とをさらに備え、区分部の外面には、凸部が設けられ、凸部を、廃トナー収容部の下部に向かう方向に固定する弾性体をさらに備える。

好ましくは、回転部が回転することにより区分部に発生する第１領域の廃トナー密度に応じた回転力と、弾性体の固定力との関係に応じて区分部が回転すると、凸部は、トナー圧縮羽と干渉して、トナー圧縮羽とトナー量検出板との上下動の振幅を変化させる。

好ましくは、フォトセンサの検出領域は、廃トナー収容部外である。
好ましくは、画像形成装置は、廃トナー収容部内の廃トナーが所定量に達したことを通知する通知手段をさらに備える。

本発明にかかる画像形成装置では、廃トナー収容部内の廃トナーの密度を用いて廃トナー収容部内の廃トナーの量が所定量以上となったことを検出する。このため、トナー液面の影響を受けずに上記検出を行なうことができる。したがって、トナー液面の影響を排するための機能が不要となり、画像形成装置の小型化や簡素化や安価な装置の提供などに寄与し得る。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。

図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置１００の構成の具体例を示す概略図であって、ある面での断面図である。本実施の形態にかかる画像形成装置１００は、トナーを印刷用紙に定着させて印刷を行なう画像形成装置１００であって、具体的には、レーザプリンタや複写機やそれらの機能が複合されたＭＦＰ（Multi Function Peripheral）などが該当する。図１を用いて、画像形成装置１００の構成の概要および画像形成動作について説明する。

図１を参照して、画像形成装置１００には、複数のローラ１４Ａ，１４Ｂにより弛まないように懸架されてローラ１４Ａ，１４Ｂの回転に従って回転する無端ベルトである中間転写ベルト１２と、中間転写ベルト１２に接して配備される作像部２０と、印刷媒体である用紙Ｓを収納する給紙カセット４２と、給紙カセット４２から送り出されてきた用紙Ｓを搬送する用紙搬送部４８と、ユーザの指示操作を入力する操作パネル６０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などからなる制御部７０とが含まれる。作像部２０には、感光体ドラム２２と感光体ドラム２２の表面を均一に帯電させる帯電チャージャ２４とが含まれる。

さらに、感光体ドラム２２の表面に残留するトナーやキャリア（二成分現像剤）（以下、これらを廃トナーと称する）を回収するクリーナブレード３Ａ、および中間転写ベルト１２上に残留する廃トナーを回収するクリーナブレード３Ｂと、これらクリーナブレード３Ａ，３Ｂで回収された廃トナーを収容する廃トナー収容部１とが含まれる。

操作パネル６０は、ユーザの指示操作に基づいた操作信号を制御部７０に入力する。
制御部７０は、操作パネル６０から入力された操作信号に基づいて所定のプログラムを実行することで、外部装置や図示しない画像読取部などから入力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、デジタル信号を作成する。作成されたデジタル信号は、制御部７０から図示しないプリントヘッドに入力される。また、必要に応じて図１に示される各部に対して用紙搬送部駆動用モータ制御用、二次転写ローラ駆動用モータ制御用等の制御信号を出力し、印刷を実行させる。

制御部７０からプリントヘッドに出力されるデジタル信号は、上記画像処理に基づいて、上記画像を形成するための画像色データが該当する。プリントヘッドは、制御部７０から入力された画像色データに基づいて、感光体ドラム２２にレーザビームを出力する。

作像部２０において、上記制御信号、およびデジタル信号に基づいて露光、現像、および転写が行なわれて、トナー像が中間転写ベルト１２上に重合わせられる（一次転写）。詳しくは、均一に帯電された感光体ドラム２２の表面はプリントヘッドによって画像データに応じて露光され、感光体ドラム２２の表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像はトナーで現像され、図示しない現像器によって感光体ドラム２２の表面にトナー像が形成される。感光体ドラム２２は中間転写ベルト１２を介して図示しない転写チャージャと対をなす。感光体ドラム２２の表面に形成されたトナー像は転写チャージャによって中間転写ベルト１２上に一次転写される。

中間転写ベルト１２上に一次転写されたトナー像は、所定の転写電位が印加された状態である給紙カセット４２から搬送された用紙Ｓが中間転写ベルト１２に接触することで、用紙Ｓに二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｓが加熱されることで、トナーは溶かされて用紙Ｓに定着する。

図２は、廃トナー収容部１の詳細な構成を示す図であって、図２（Ａ）は廃トナー収容部１を円筒形の感光体ドラム２２の長手方向に平行する方向に見た概略図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）内の矢印Ａ方向に矢視した概略図である。

図２（Ｂ）を参照して、廃トナー収容部１には、長手方向の一方側（図２（Ｂ）では左側）にトナー落下口２Ｂが設けられ、クリーナブレード３Ａによって感光体ドラム２２表面から回収された廃トナーがトナー落下口２Ａから、クリーナブレード３Ｂによって中間転写ベルト１２上から回収された廃トナーがトナー落下口２Ｂから廃トナー収容部１に落下して収容される。以降の説明では、廃トナー収容部１の長手方向に対して、トナー落下口２Ｂが設けられた側（図２（Ｂ）では左側）を上流側、トナー落下口２Ｂが設けられた側から遠い側（図２（Ｂ）では右側）を下流側と称する。

さらに、図２（Ａ），図２（Ｂ）を参照して、廃トナー収容部１には、表面にスクリュー状の攪拌羽を備えたトナー搬送回転部材４、トナー搬送回転部材４の上流側および下流側に各々相対位置が固定して接合され、回転を上下動に変換して上下動する移動体であるカム８Ａ，８Ｂ、トナー量検出部９、トナー搬送回転部材４を覆う区分部としてのパイプ１０、およびトナー搬送回転部材４の回転機構としてギア５が備えられる。

トナー搬送回転部材４は、その両端が、廃トナー収容部１の、長手方向に向き合う２内面に固定され、廃トナー収容部１内の廃トナーの量が、廃トナー収容部１内を空にする、または取り替えるべき量に達しているときのトナー液面よりもやや低い（廃トナー収容部１の底部側）位置に配備される。なお、以降の説明において、廃トナーの量がこの量となっている状態をトナーフル状態ともいう。トナー搬送回転部材４は、図２（Ａ）に示される、廃トナー収容部１を円筒形の感光体ドラム２２の長手方向に平行する方向を軸として左回りに回転しているものとする。

図２（Ｂ）に示されるように、パイプ１０は、廃トナー収容部１の筐体に対して回転軸の相対位置が固定されて、保持部１１によって回転可能に保持されている。トナー搬送回転部材４は、ギア５の回転に伴って、パイプ１０内で回転する。好ましくは、トナー搬送回転部材４は廃トナー収容部１の長手方向の断面が円である円筒形であり、その円の中心を回転中心として回転する。しかし、トナー搬送回転部材４の、廃トナー収容部１の長手方向の断面は円には限定されず、その他の形状（たとえば楕円形や矩形や三角形など）であってもよい。

トナー搬送回転部材４の上流側および下流側に各々接合されるカム８Ａ，８Ｂは、必ずしもトナー搬送回転部材４の上流側および下流側の両側に接合されていなくてもよく、少なくとも上流側に接合されていればよい。しかしながら、カム８Ａ，８Ｂの、後述するような、トナー量検出部９の含まれるトナー圧縮羽９Ａを上下させる機構としての機能に着目すると、好ましくは、図示されるように、トナー搬送回転部材４の上流側および下流側に各々１つずつ接合される。カム８Ａ，８Ｂは、トナー搬送回転部材４の回転に伴って、各々の位相変化の相対関係を保って上下動する。カム８Ａ，８Ｂは、好ましくは同サイズで、トナー搬送回転部材４に対する相対位置も同じである。

パイプ１０も、同様に、好ましくは、廃トナー収容部１の長手方向の断面が円である円筒形である。しかし、パイプ１０も、同様に廃トナー収容部１の長手方向の断面が円には限定されず、その他の形状（たとえば楕円形や矩形や三角形など）であってもよい。その内部は空洞になっており、内径は、少なくともトナー搬送回転部材４が回転したときにその攪拌羽がパイプ１０の内側に接触しない長さである。つまり、トナー搬送回転部材４はパイプ１０内でパイプ１０の内壁に接触せずに回転する。

保持部１１はパイプ１０を、パイプ１０に対して少なくとも１点を接して保持している。好ましくは、パイプ１０の断面は円形であり、図２（Ａ）に示されるように保持部１１のパイプ１０に対する面は曲面であり、保持部１１とパイプ１０とはパイプ１０の回転軸に平行して接している。パイプ１０の外面および保持部１１のパイプ１０に対する面の少なくとも一方は、ある程度の（０ではない）摩擦係数となる表面粗さで表面加工が施されていることが好ましい。

また、パイプ１０の内面は、ある程度の（０ではない）摩擦係数となる表面粗さで表面加工が施されていることが好ましい。

パイプ１０の内面にはパイプ１０内のトナー粒子がトナー搬送回転部材４の回転によって回転することによって摩擦力が発生し、パイプ１０には、トナー粒子の回転方向と同じ向き回転力、つまりトナー搬送回転部材４の回転方向の回転力が発生する。一方、パイプ１０が上記回転力によって回転すると、パイプ１０の外面には保持部１１と接していることによって摩擦力が発生し、パイプ１０には、上記回転と逆向き、つまりトナー搬送回転部材４の回転方向と逆向きの応力が発生する。つまり、パイプ１０の内面にトナー粒子との間で発生する摩擦力はパイプ１０を回転させる力として作用し、パイプ１０の外面に保持部１１との間で発生する摩擦力はパイプ１０の回転を阻止する力として作用する、と言える。そこで、以降の説明において、上述のパイプ１０を回転させる力を、パイプ１０に作用する「第１応力（Ｆ１）」と呼び、上述のパイプ１０の回転を阻止する力を、パイプ１０に作用する「第２応力（Ｆ２）」と呼ぶものとする。

パイプ１０の保持部１１で保持されている箇所には、他の箇所の表面位置よりも突出した凸部１３が設けられる。パイプ１０外面から凸部１３の最凸部分までの長さは特定の長さに限定されず、パイプ１０が所定角度回転することで凸部１３がトナー圧縮羽９Ａに干渉する長さであればよい。
凸部１３はばね等の弾性部材１３Ａによって廃トナー収容部１に固定されている。凸部１３が固定される位置は、弾性部材１３Ａの弾性力によって、パイプ１０にトナー搬送回転部材４の回転方向とは逆向きの応力が発生する位置であって、図（Ａ）の例では、廃トナー収容部１の底部に固定される。このため、凸部１３には、弾性部材１３Ａの弾性力によって下向きの応力が作用し、パイプ１０には、凸部１３に作用する下向きの応力によってトナー搬送回転部材４の回転方向とは逆向きの回転力が発生する。保持部１１には凸部１３と干渉する当たり箇所１１Ａ（図５参照）が設けられている。そのため、凸部１３が当たり箇所１１Ａと干渉した状態（当たった状態）でパイプ１０の回転が阻止されてそれ以上は回転せず、その状態でパイプ１０は保持部１１で保持される。この状態を通常状態と称する。また、凸部１３が弾性部材１３Ａの弾性力で下向きに引張られることでパイプ１０に発生する回転力を、パイプ１０に作用する「第３応力（Ｆ３）」と呼ぶものとする。

パイプ１０は、トナー搬送回転部材４の上流側および下流側に各々接合されたカム８Ａとカム８Ｂとの間の長さよりも短く、長手方向にトナー出入り口としての複数の孔１０Ａ，１０Ｂ…が削孔されている。孔１０Ａ，１０Ｂ…の数や位置や間隔は限定されないが、パイプ１０の上流側に１つ、および下流側に１つの、少なくとも２つは削孔されているものとする。孔１０Ａ，１０Ｂ…の孔径は少なくともトナー径よりも大きければよい。そのため、廃トナー収容部１内の廃トナーの量がパイプ１０に達すると、廃トナーは孔１０Ａ，１０Ｂ…からパイプ１０内に入り込む。

図２（Ａ），（Ｂ）において、斜線部分は廃トナーを示している。上述のように、トナー落下口２Ａ，２Ｂは上流側に設けられているため、廃トナーは、特に、上流側に偏って収容される。そのため、廃トナー収容部１に収容された廃トナーは、上流側が下流側よりも先にパイプ１０の高さまで達し、パイプ１０の上流側に削孔された孔からパイプ１０内に入り込む。トナー搬送回転部材４がパイプ１０内で回転することで、その表面のスクリュー状の攪拌羽がパイプ１０内に入り込んだ廃トナーを下流側に移動させる。その際、廃トナーが上流側から下流側の間に設けられた孔１０Ａ，１０Ｂ…のいずれかの上に搬送されると、そこからパイプ１０の外に落下する。図２（Ａ）にはその様子が示されている。つまり、ギア５、トナー搬送回転部材４、およびパイプ１０は、廃トナー収容部１内のトナー液面の高さを均等にならすためのならし機構として機能する。これにより、廃トナー収容部１に収容可能な廃トナー量を増やすことができる。また、パイプ１０は、トナー搬送回転部材４を覆う部材であると共に、廃トナー収容部１内の廃トナーの収容領域を、トナー搬送回転部材４を含む領域と、その他の領域とに区分する区分部材であると言える。

なお、この例では、ならし機構として表面にスクリュー状の攪拌羽を備えたトナー搬送回転部材４が回転することによってパイプ１０内の廃トナーが上流側から下流側に搬送されるものとするが、パイプ１０内の廃トナーを上流側から下流側に搬送するための構成はスクリュー状の攪拌羽に限定されず、トナー搬送回転部材４の回転を、パイプ１０内の廃トナーを上流側から下流側に移動させるための力に変換し、その回転に伴って搬送する構成であれば他の構成であってもよい。

廃トナー収容部１の上流側から下流側まで収容された廃トナーの量がパイプ１０の高さに達してトナーフルの状態となると、パイプ１０内の廃トナーは孔１０Ａ，１０Ｂ…のいずれかの上に搬送されても落下することなくパイプ１０内に留まる。その結果、パイプ１０の上流側から下流側まで内部に廃トナーが充満する。その状態で、さらにトナー搬送回転部材４が回転を続けると、攪拌羽が内部の廃トナーを下流側に圧迫することでパイプ１０内部の廃トナーの密度が増加する。

次に、図３は、トナー量検出部９の一部分の１つの具体例を詳細に示す図である。図２（Ａ），（Ｂ）、および図３を参照して、トナー量検出部９は、トナー搬送回転部材４の長手方向に平行（または略平行）に配備されるトナー圧縮機構（パドル）も備えたトナー量検出部材であるトナー圧縮羽９Ａ、トナー圧縮羽９Ａのトナー搬送回転部材４の長手方向に平行な一端を廃トナー収容部１に対して固定するトナー量検出部材軸９Ｄ、トナー量検出部材軸９Ｄの下流側に相対位置が固定して接合された板であるトナー量検出板９Ｂ、および廃トナー収容部１に対して位置が固定されているフォトセンサ９Ｃを含む。

トナー圧縮羽９Ａの、トナー搬送回転部材４の長手方向の長さは、後述するトナー量検出機構としての機能に着目すると、カム８Ａまたはカム８Ｂの少なくとも一方に当接してその上下動の影響を受け得る長さであればよい。しかしながら、カム８Ａおよびカム８Ｂ両方の上下動の影響を安定して受けるためには、少なくともカム８Ａとカム８Ｂとの間の長さよりも長く、トナー搬送回転部材４の長手方向に平行して、カム８Ａおよびカム８Ｂを含む位置に配備されることが好ましい。また、後述するトナー圧縮機構としての機能に着目した場合であっても、トナー圧縮羽９Ａの、トナー搬送回転部材４の長手方向の長さは、廃トナー収容部１の上流側および下流側の内壁間の長さを超えない、できるだけ長い長さであることが好ましい。

トナー量検出部材軸９Ｄはトナー搬送回転部材４の長手方向に平行して少なくとも一端が廃トナー収容部１に対して回動可能に接合され、トナー圧縮羽９Ａのトナー搬送回転部材４の長手方向に平行（または略平行）な一端が、相対位置が変化しないようにトナー量検出部材軸９Ｄに接合される。トナー量検出部材軸９Ｄは廃トナー収容部１に対して回動可能に接合され、廃トナー収容部１の底部からトナー量検出部材軸９Ｄまでの長さ（つまりトナー量検出部材軸９Ｄの廃トナー収容部１の底部からの高さ）は、パイプ１０と同程度の位置（高さ）かそれ以上であることが好ましい。トナー圧縮羽９Ａは、図２（Ａ）に示されるように、廃トナー収容部１内部の上方の内壁にばね等の弾性部材９Ｅで接合され、その弾性力によって、廃トナー収容部１内部の上方の内壁からパイプ１０に向かう方向に押圧される。そのため、廃トナー収容部１内の廃トナーの液面がトナー圧縮羽９Ａ付近まで達すると、弾性部材９Ｅの弾性力によって押圧されたトナー圧縮羽９Ａによって、廃トナーが圧縮される。つまり、ギア５、トナー搬送回転部材４、カム８Ａ，８Ｂ、トナー圧縮羽９Ａ、トナー量検出部材軸９Ｄ、および弾性部材９Ｅは、廃トナー収容部１内の廃トナーを圧縮するための機構として機能する。これにより、たとえば図４に示されるように、廃トナー収容部１が傾いて内部の廃トナーが偏った場合（図４の網掛け部分Ａ）、トナー圧縮羽９Ａが上下することで偏った廃トナーは液面が平らになるよう戻される（図４の矢印、および網掛け部分Ｂ）。その結果、廃トナー収容部１に収容可能な廃トナー量を増やすことができる。また、戻された廃トナーはパイプ１０の孔１０Ａ，１０Ｂ…を再びふさぐようになる。

また、トナー圧縮羽９Ａが弾性部材９Ｅの弾性力によって廃トナー収容部１内部の上方の内壁からパイプ１０に向かう方向に押圧されることで、トナー圧縮羽９Ａはカム８Ａおよびカム８Ｂに当接された状態で、その上下動に連動して、トナー量検出部材軸９Ｄを回転軸として回動する。トナー圧縮羽９Ａの回動に伴って、トナー量検出部材軸９Ｄは軸中心を回転軸として所定の中心角度で回転し、その回転が、接合されるトナー量検出板９Ｂに伝播される。その結果、トナー量検出板９Ｂは、トナー圧縮羽９Ａの回動に連動して、トナー量検出部材軸９Ｄを回転軸として回動する。

トナー量検出板９Ｂは、トナー量検出部材軸９Ｄと平行な直線と少なくとも角度をもつ方向にトナー量検出部材軸９Ｄに接合され、好ましくは、図３に示されるように、トナー量検出部材軸９Ｄと平行な直線に対して直角に接合される。トナー量検出板９Ｂの、トナー量検出部材軸９Ｄの周方向の長さは特定の長さには限定されないが、全周長さよりは短く、周方向に少なくとも一部が欠損している。

フォトセンサ９Ｃは発光側から発光された光の透過率や反射率を算出することなどによって、発光を遮る物体の有無を検出する機構を備えていればよく、ここでは、発光素子と受光素子とを備えて、透過率を算出することで発光素子と受光素子との間のトナー量検出板９Ｂの有無を検出するものとする。フォトセンサ９Ｃの発光素子からはトナー搬送回転部材４の長手方向に発光されて、受光素子で受光される。

フォトセンサ９Ｃの、トナー量検出部材軸９Ｄに平行する方向の位置は、発光素子と受光素子との間にトナー量検出板９Ｂが存在し得る位置である。フォトセンサ９Ｃの、トナー量検出部材軸９Ｄの周方向の位置、および発光範囲すなわち検出領域の周方向の幅（スリット幅）は、検出領域がトナー圧縮羽９Ａの回動に連動するトナー量検出板９Ｂの回動範囲と一部重なる位置および幅である。詳しくは、トナー圧縮羽９Ａの回動に連動してトナー量検出板９Ｂが検出領域を通過し、トナー圧縮羽９Ａが最上位置または最下位置に達したときに、トナー量検出板９Ｂの少なくとも一部が検出領域外に存在する位置および幅である。フォトセンサ９Ｃの発光素子と受光素子との間の長さ（ギャップ）は、少なくともトナー量検出板９Ｂの厚みより長く、発光素子と受光素子との間をトナー量検出板９Ｂが通過可能な長さであることが好ましい。

このように、トナー搬送回転部材４が回転することでカム８Ａ，８Ｂが上下動し、カム８Ａ，８Ｂに弾性部材９Ｅの弾性力によって当接されたトナー圧縮羽９Ａがトナー量検出部材軸９Ｄを回転軸として回動する。トナー圧縮羽９Ａの回動はトナー量検出部材軸９Ｄの回転としてトナー量検出板９Ｂに伝播され、トナー量検出板９Ｂは、トナー圧縮羽９Ａの回動に連動して、フォトセンサ９Ｃの検出領域を遮りながら回動する。トナー量検出板９Ｂとフォトセンサ９Ｃの検出領域との位置関係より、トナー量検出板９Ｂの回動に連動して、フォトセンサ９Ｃの検出領域を遮るトナー量検出板９Ｂの面積が変化する。その変化量は、フォトセンサ９Ｃにおいて発光された光の透過率の変化で検出される。

図５は、パイプ１０内部の廃トナーの密度が増加したときのパイプ１０およびトナー圧縮羽９Ａの動きを説明する図である。

図５（Ａ）は上述の「通常状態」でのパイプ１０およびトナー圧縮羽９Ａの動きを示している。パイプ１０内の廃トナーの密度が小さい場合にはトナー粒子がパイプ１０内面に押付けられる力、つまりトナー粒子がパイプ１０内面に直交する方向に作用する応力も小さいため、トナー粒子とパイプ１０内面との間に発生する摩擦力が小さい。そのため、パイプ１０内の廃トナーの密度が、パイプ１０に作用する第１の応力Ｆ１、第２の応力Ｆ２、および第３の応力Ｆ３がＦ１＜Ｆ２＋Ｆ３の関係となる密度、つまり所定密度よりも小さい場合には、パイプ１０は凸部１３が保持部１１の当たり箇所１１Ａに干渉するまで第２の応力Ｆ２および第３の応力Ｆ３によって回転し、図５（Ａ）に示された状態で回転を止める。

図５（Ａ）の通常状態でトナー搬送回転部材４が回転することによってカム８Ａ，８Ｂがトナー搬送回転部材４の回転に伴って上下動する。カム８Ａ，８Ｂに当接するトナー圧縮羽９Ａは、カム８Ａ，８Ｂの上動に伴って押し上げられ、カム８Ａ，８Ｂが下動すると接合される弾性部材９Ｅによってカム８Ａ，８Ｂの下動と共に押し下げられる。これにより、通常状態では、トナー圧縮羽９Ａはトナー搬送回転部材４の回転に伴って反復して上下動する。

トナーフル状態となりパイプ１０内の廃トナーの密度が増加すると、トナー粒子がパイプ１０内面に押付けられる力、つまりトナー粒子がパイプ１０内面に直交する方向に作用する応力が大きくなる。その結果、トナー粒子とパイプ１０内面との間に発生する摩擦力が大きくなり、パイプ１０に作用する第１の応力Ｆ１が大きくなる。パイプ１０内の廃トナーの密度がさらに増加し、パイプ１０に作用する第１の応力Ｆ１、第２の応力Ｆ２、および第３の応力Ｆ３がＦ１＞Ｆ２＋Ｆ３の関係となる密度、つまり所定密度を越えると、パイプ１０内面のトナー粒子との間の摩擦力によって生じる回転力が弾性部材１３Ａの引張力による回転力およびパイプ１０外面の保持部１１との間の摩擦力に打ち勝ち、パイプ１０がトナー搬送回転部材４の回転方向に回転する。パイプ１０が所定角度回転すると、図５（Ｂ）に示されるように、パイプ１０の凸部１３がトナー圧縮羽９Ａと干渉し、カム８Ａ，８Ｂの上動に伴って押し上げられたトナー圧縮羽９Ａが凸部１３と干渉することで凸部１３より下には押し下げられなくなりる。そのため、トナー圧縮羽９Ａはトナー搬送回転部材４の回転に伴って、最高位置と凸部１３との間を反復して上下動する。または、凸部１３の位置によっては、トナー圧縮羽９Ａの上下動が停止する。つまり、トナー圧縮羽９Ａの振幅が小さくなる。トナー量検出板９Ｂの振幅が小さくなると、フォトセンサ９Ｃの検出領域を遮るトナー量検出板９Ｂの面積の変化が小さくなる。または、トナー量検出板９Ｂの回動が停止し振幅がなくなると、フォトセンサ９Ｃの検出領域を遮るトナー量検出板９Ｂの面積が変化しなくなる。

図６は、フォトセンサ９Ｃの検出信号の時間変化の具体例を示す図である。横軸は時間経過Ｔ［ｓｅｃ］を表わし、検出信号の出力値として縦軸は出力電流Ｉ［Ａ］を表わす。検出信号の出力値は、電流値の他に、電圧値や抵抗値などで表わされてもよい。

図６を参照して、時刻Ｔ１は、パイプ１０が回転して凸部１３がトナー圧縮羽９Ａと干渉した時刻を表わす。時刻Ｔ１に達するまでの間は、トナー量検出板９Ｂがフォトセンサ９Ｃの検出領域を遮るトナー量検出板９Ｂの面積が定期的に変化することで透過率が定期的に変化するため、検出信号の出力値は最小値Ｉ１および最大値Ｉ２の間を定期的に変化する。時刻Ｔ１に達すると、フォトセンサ９Ｃの検出領域を遮るトナー量検出板９Ｂの面積の変化が小さくなるまたは変化しなくなることで透過率の変化が小さく、または変化しなくなり、検出信号の出力値の最大値が所定値以下、または検出信号の出力値が一定値となる。図６の例では、時刻Ｔ１に達すると、一定値として最小値Ｉ１が出力されているが、一定値は時刻Ｔ１でのトナー量検出板９Ｂとフォトセンサ９Ｃの検出領域との位置関係によって定まり、その範囲は、トナー量検出板９Ｂがフォトセンサ９Ｃの検出領域をまったく遮っていないときの出力値からトナー量検出板９Ｂがフォトセンサ９Ｃの検出領域をすべて遮っているときの出力値までを取り得る。他の出力の例として、最小値Ｉ１と最大値Ｉ２以下の所定値との間を定期的に変化する出力となってもよい。

フォトセンサ９Ｃからの検出信号は制御部７０に入力される。制御部７０は、最小値Ｉ１から最大値Ｉ２の間の値Ｉｔをしきい値として予め記憶しておき、フォトセンサ９Ｃからの検出信号より得られる出力値の変化としきい値Ｉｔとを逐次比較する。その比較の結果、制御部７０は、所定時間、出力値がしきい値Ｉｔと一致することを検出しなくなったことで、出力値の最大値がしきい値Ｉｔ以下になったこと、または出力値の変化がなくなったことを検出する。図６の場合では、時刻Ｔ１以降において、出力値の変化がなくなったことが検出される。つまり、ギア５、トナー搬送回転部材４、パイプ１０、凸部１３、カム８Ａ，８Ｂ、トナー量検出部９、および制御部７０は、廃トナー収容部１内の廃トナー量を検出するための機構として機能する。これにより、廃トナー収容部１の廃トナー量がトナーフル状態に達したことが検出される。

制御部７０は、出力値の最大値がしきい値Ｉｔ以下になったこと、または出力値の変化がなくなったことを検出することで、パイプ１０が回転したことを検出し、その旨、つまりトナーフル状態に達したことを通知する画面を操作パネル６０に表示させる。

本実施の形態にかかる画像形成装置１００がこのような構成を備えることで、廃トナー収容部１の廃トナー量がトナーフル状態に達したことが、トナー密度を利用して検出される。そのため、トナー液面の状態を考慮せずに、高精度でトナーフル状態を検出することができる。その結果、適切なタイミングで廃トナー収容部１の交換を促すことができ、廃トナー収容部１にトナー収容余裕を加味する必要がない。

また、本実施の形態にかかる画像形成装置１００では、トナーフル状態となるとトナー密度が増加し、ある量までに達するとパイプ１０が回転して設けられた凸部１３がトナー圧縮羽９Ａに干渉して振幅が小さくする構成とすることでトナーフル状態を検出しているため、負荷トルクリミッタ等の負荷トルクを測定する構成を必要とせず、簡単な構成で所定の負荷トルク以上となったこと、つまりトナーフル状態に達したことを検出することができる。また、廃トナー収容部１外の、廃トナーに接しない箇所にセンサを配備する構成であるため、センサを清掃する構成を必要としない。また、光学センサよりも安価なフォトセンサを利用して廃トナー収容部１の廃トナー量がトナーフル状態に達したことを検出できる。

これらのことより、本実施の形態にかかる画像形成装置１００は、小型化や簡素化や低価格化を実現することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

画像形成装置１００の構成の具体例を示す概略図である。 廃トナー収容部１の詳細な構成を示す図である。 トナー量検出部９の一部分を詳細に示す図である。 廃トナー収容部１内の廃トナーを圧縮する機構を説明する図である。 パイプ１０内部の廃トナーの密度が増加したときのパイプ１０およびトナー圧縮羽９Ａの動きを説明する図である。 フォトセンサ９Ｃの検出信号の時間変化の具体例を示す図である。 従来の画像形成装置に搭載される廃トナー収容部の概略図である。

符号の説明

１ 廃トナー収容部、２Ａ，２Ｂ トナー落下口、３Ａ，３Ｂ クリーナブレード、４，４Ａ，４Ｂ トナー搬送回転部材、５ ギア、６ 液面検出部、６Ａ 発光側ライトガイド、６Ｂ 受光側ライトガイド、６Ｃ 光学式センサ、７ ライトガイド清掃部、８Ａ，８Ｂ カム、９ トナー量検出部、９Ａ トナー圧縮羽、９Ｂ トナー量検出板、９Ｃ フォトセンサ、９Ｄ トナー量検出部材軸、９Ｅ 弾性部材、１０ パイプ、１０Ａ，１０Ｂ… 孔、１１ 保持部、１１Ａ 当たり箇所、１２ 中間転写ベルト、１３ 凸部、１３Ａ 弾性部材、４Ａ，１４Ｂ ローラ、２０ 作像部、２２ 感光体ドラム、２４ 帯電チャージャ、４２ 給紙カセット、４８ 用紙搬送部、６０ 操作パネル、７０ 制御部、１００ 画像形成装置。

Claims (4)

1. 回収された廃トナーを収容する廃トナー収容部と、
   前記廃トナー収容部内の向かい合う２内面に回転可能に各端が接合され、回転に伴って、前記廃トナーを搬送する回転部と、
   前記廃トナー収容部内を、前記回転部の一部を覆って前記回転部を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とに区分し、前記回転部に沿う方向に、前記第１領域および前記第２領域の間でトナーが出入可能な複数の孔が設けられ、外面に凸部が設けられた区分部と、
   前記区分部を、前記廃トナー収容部に対して回転可能に保持する保持部と、
   前記区分部の外面に設けられた前記凸部を、前記廃トナー収容部の下部に向かう方向に固定する弾性体と、
   前記回転部の回転に伴って所定の振幅でフォトセンサの検出領域をさえぎるトナー量検出板と、
   前記回転部の回転に伴って所定の振幅で上下動して、前記廃トナー収容部に収容される廃トナーを圧縮するトナー圧縮羽とを備え、
   前記回転部が回転することにより前記区分部に発生する前記第１領域の廃トナー密度に応じた回転力と、前記弾性体の固定力との関係に応じて、前記区分部が回転すると、前記区分部の外面に設けられた前記凸部は前記トナー圧縮羽と干渉して、前記トナー圧縮羽と前記トナー量検出板との上下動の振幅を変化させ、
   前記フォトセンサによって検知される前記トナー量検出板の振幅変化により、前記廃トナー収容部内の廃トナーが所定量に達したことを検出するトナー量検出機構をさらに備える、画像形成装置。
2. 回収された廃トナーを収容する廃トナー収容部と、
   前記廃トナー収容部内の向かい合う２内面に回転可能に各端が接合され、回転に伴って、前記廃トナーを搬送する回転部と、
   前記廃トナー収容部内を、前記回転部の一部を覆って前記回転部を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とに区分し、前記回転部に沿う方向に、前記第１領域および前記第２領域の間でトナーが出入可能な複数の孔が設けられ、外面に凸部が設けられた区分部と、
   前記区分部を、前記廃トナー収容部に対して回転可能に保持する保持部と、
   前記区分部の外面に設けられた前記凸部を、前記回転部の所定の回動方向に付勢し、所定の回転位置で停止させる弾性体と、
   前記回転部の回転に伴って所定の振幅でフォトセンサの検出領域をさえぎるトナー量検出板と、
   前記回転部の回転に伴って所定の振幅で振動し、当該振動を前記トナー量検出板に伝達するトナー量検出部材とを備え、
   前記回転部が回転することにより前記区分部に発生する前記第１領域の廃トナー密度に応じた回転力と、前記弾性体の固定力との関係に応じて、前記区分部が回転すると、前記区分部の外面に設けられた前記凸部は前記トナー量検出部材と干渉して、前記トナー量検出部材と前記トナー量検出板との上下動の振幅を変化させ、
   前記フォトセンサによって検知される前記トナー量検出板の振幅変化により、前記廃トナー収容部内の廃トナーが所定量に達したことを検出するトナー量検出機構をさらに備える、画像形成装置。
3. 前記フォトセンサの検出領域は、前記廃トナー収容部外である、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記廃トナー収容部内の廃トナーが前記所定量に達したことを通知する通知手段をさらに備える、請求項１または２に記載の画像形成装置。

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