JP4713412B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置に係り、より詳細には、現像剤を収容し、廃トナーを収容し、現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段を有する現像装置と、廃トナーの増量を検知する検知手段を用いて廃トナーを収容する廃トナーボトルを揺動する揺動機構とを有し、廃トナーボトルの廃トナー収容を効率的にかつ効果的に行うことが可能な画像形成装置に関するものである。

一般的に、感光体上に形成された静電潜像を現像するのにトナーを使用する画像形成装置においては、そのトナーを転写紙の上に転写し、画像を得るようにしている。しかしながら、転写紙上に転写しきれずに感光体上に残留し、一般的に廃トナーと言われる転写残となるトナーが存在する。
このトナーは感光体表面に当接されたクリーニングブレードやクリーニングブラシ等からなるクリーニング手段によって感光体上から除去され、搬送手段によって、廃トナーを収容する廃トナーボトルに回収される。そして廃トナーを廃トナーボトルに収容する際、最も安易である自由落下によって、下方に設置された廃トナーボトルの上部から廃トナーを落下させる装置が多い。
しかしながら、廃トナーの落下地点で廃トナーが山を形成してしまい、廃トナーボトルに十分な容量があっても、満杯であると検知されてしまう問題を有していた。また、廃トナーは転写されなかった残トナーであるため、１枚あたりの使用トナー量が多い高画像面積の画像を取られた場合は比例して廃トナー量も多くなってしまう。
また、感光体の劣化によって画像形成部以外にトナーが付着する、いわゆる地汚れと呼ばれる現象によって廃トナーは増加したり、さらに、感光体上に転写されることのないトナーを付着させて現像機内のトナー量の安定化を図る制御システムの影響などによっても廃トナーの量は変化することが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

かかる問題を解決するために、特許文献１では、転写紙をカセットから搬送手段によって画像形成領域へ搬送し、この画像形成領域において感光体ドラムに形成したトナー像を転写紙に転写して画像を形成する画像形成装置において、前記像転写後に前記感光体ドラムから除去されたトナーを蓄積する廃トナーを、装置本体に対して着脱可能な前記カセットの着脱に連動して揺動可能に構成する技術を開示している。
また、特許文献２では、電源投入時や画像形成動作終了時に廃トナーボトル駆動装置の駆動指示が開始されると、駆動時間変数に前回駆動してからの経過時間に応じて異なる値を加算する。さらに駆動時間変数に前回廃トナーを回収してからの画像形成回数、前回廃トナーを回収してからの画像形成長、画像形成時の黒濃度に応じて異なる値を加算する。そして、駆動時間変数分廃トナーボトル駆動装置の駆動を開始し、同様に、駆動速度を変更し得る技術が開示されている。
特開２０００−１９９１６公報 特開２００５−１６５０５０公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、カセットの着脱を行わない限り廃トナーボトルが揺動しないため、使用されるトナーが多い高画像比の画像が使用された場合、カセットを着脱する前に廃トナーボトルが満杯表示することが発生する。
また、カセットに収容された転写紙がなくならない限り揺動しないため、使用される枚数に対して廃トナー量が多くなる条件である１枚あたりに使用されるトナーが多い高画像面積の画像を使用された場合や、地汚れ等の他の変動に対して変化する廃トナーまでは検知できず、揺動する前に満杯検知が働く等、精度が劣るという問題もある。
さらに、特許文献２に開示の技術では、廃トナー量を各種検知手段による計算によって予測しているため、予測できない感光体劣化による地汚れには対応できず、かつシステムが複雑になり複数の手段を必要とするためコストアップに繋がる。

このように従来の技術は、複雑な計算式を用いたり、他の動作と連動させることで揺動をさせていたために、使用される画像比率に対して発生する廃トナーの量を管理することはできず、かつ検出バラツキや同期させるシステムが動作しない時には揺動しないために、廃トナーボトルの容量が十分にあるにも拘わらず満杯を検知するというが発生する。また、廃トナーボトルが空に近い状態でも揺動するため、騒音が大きいという問題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、廃トナーの量が画像面積や環境変動等で変化した場合においても、廃トナーボトルの容量を無駄なく使用し、かつ常に一定量の廃トナーを収容することが可能となる廃トナーボトルの揺動方法を見いだし、かつ複数の手段を必要とすることなく安価で容易に使用でき、従って、廃トナーボトルの廃トナー収容量を効率的にかつ効果的に行う画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤を貯留しかつ前記現像剤を補給可能な現像装置と、前記現像剤によって現像された潜像担持体上の画像を転写紙上に転写する転写手段と、この転写手段による転写後に発生する前記潜像担持体上の廃トナーを回収するための廃トナータンクと、この廃トナータンクに設けた廃トナーを検知する廃トナー検知手段と、前記廃トナータンクを揺動し且つその内部の廃トナーを平滑化する廃トナータンク揺動手段と、廃トナータンク揺動駆動装置と、を備える画像形成装置において、前記廃トナータンク揺動駆動装置は、前記廃トナー検知手段が廃トナー有りを検知した場合に、前記廃トナータンク揺動手段を駆動して前記廃トナータンクを揺動させ、揺動させた後の所定時間にわたって前記廃トナー検知手段が廃トナー無しを検知しない場合、画像形成動作を禁止することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記廃トナータンク揺動駆動装置は、画像形成動作終了時に、前記廃トナータンク揺動手段を駆動し且つ前気配トナータンクを揺動させる請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記廃トナータンク揺動駆動装置を駆動しかつ前記トナータンクを揺動するよう動駆動時間は、任意の所定時間にすることができる請求項１又は２に記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、前気配トナータンク揺動駆動装置は、前記現像装置内の前記現像材料検知手段が現像剤なしを検知し、かつ、前記現像装置内に現像剤を補給する補給動作が開始されたことを検知した場合は、前記補給動作中に前記廃トナータンク揺動手段を駆動させ且つ前記廃トナータンクを揺動させる請求項１乃至３のいうずれか１つに記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、廃トナータンク揺動手段においては、廃トナータンク（ボトル）に備えられた廃トナー検知手段が廃トナー有りを検知した場合に廃トナーボトル揺動駆動装置を駆動させて廃トナータンクを揺動しているので、１枚あたりの使用トナー量が多い高画像面積の画像を取られた場合や地汚れによって増加したりする廃トナー量に左右されることなく、常に一定期間の検知判断基準を設けることが可能となる。また、揺動振動によって廃トナータンクの隅にまで廃トナーを送ることが可能となり、また必要最低限の揺動のみでその効果が十分に発揮され、結果として揺動音による騒音も小さく、廃トナータンク内で廃トナーの平滑化を効率的にかつ効果的に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の画像形成装置の実施の形態を示す概略構成図である。図１には、原稿１、原稿を搬送する第１の原稿搬送ローラ対２、第２の原稿搬送ローラ対３、図示しない結像素子（マイクロレンズアレイ、ロッドレンズアレイ等）とＣＣＤ等の撮像素子からなる原稿読み取り部４が示されている。
また、画像形成装置Ａは、像担持体であるドラム状の感光体５、２つの書き込みデバイス（例えば、ＬＥＤアレイや液晶シャッタアレイなどを用いた光書き込みヘッド（ＬＰＨ）等）６ａ、６ｂからなりかつ感光体５に潜像を形成する書き込み装置（潜像形成手段）６、現像剤担持体７ａ上の現像剤（例えば、乾式トナー等）で感光体５上の潜像を現像して顕像化する現像装置７を含んでいる。この現像装置７には、その内部の現像剤の残量有無を検知する現像剤残量検知手段（図示せず）が配置されている。
さらに、画像形成装置Ａは、感光体５上のトナー画像を用紙に転写する転写部１２、感光体５上の残留トナー等を除去するクリーニング装置１３、定着ローラ１４ａと加圧ローラ１４ｂからなる定着部１４、排紙ローラ対１５ａ、１５ｂ、廃トナータンク１７を含んでいる。なお、感光体５の帯電手段や除電手段は図示を省略している。
画像形成装置Ａの下部には、転写材であるロール状に巻かれた用紙８、第１の給紙ローラ対９ａ、９ｂ、用紙をカットするカッター１６、第２の給紙ローラ対１０ａ、１０ｂ、レジストローラ対１１ａ、１１ｂを含んでいる。また、書き込み装置（潜像形成手段）６としては、光書き込み方式の他に、針状電極アレイ等を用いた静電記録方式を採用することもできる。

図１において、原稿１は第１の原稿搬送ローラ対２及び第２の原稿搬送ローラ対３により搬送され、原稿読み取り部４で画像を読み取られる。原稿読み取り部４で読み取られた画像は、書き込み装置６の書き込みデバイス６ａ、６ｂにより、回転する感光体５に書き込まれ、静電潜像が形成される。
この静電潜像は現像装置７の現像剤（例えば、乾式トナー等）で現像されて顕像化される。一方、ロール状に巻かれた用紙８は、第１の給紙ローラ対９ａ、９ｂと第２の給紙ローラ対１０ａ、１０ｂにより給紙・搬送され、カッター１６で所定の長さに切断されてレジストローラ対１１ａ、１１ｂへ送られる。
さらに、用紙８は、レジストローラ対１１ａ、１１ｂにより上記の作像動作にタイミングを合わせて転写部１２へと搬送され、転写部１２で感光体５上の画像と位置を合わせて用紙８に画像が転写される。画像が転写された用紙８は定着部１４へ搬送される。
定着部１４では、用紙８は、定着ローラ１４ａと加圧ローラ１４ｂで挟持搬送されながら画像が定着され、排紙ローラ対１５ａ、１５ｂにより図示しないスタッカー等の排紙部に排出される。そして、画像転写後の感光体５の表面に残留したトナーはクリーニング装置１３により除去され、図２で詳述する廃トナー搬送コイル１７ｂで廃トナータンク１７へと運ばれる。

図２は本発明による廃トナータンク周辺を示す概略斜視図である。図２に示した廃トナータンク１７には、クリーニング装置１３からの廃トナーを廃トナータンク１７内に運ぶ廃トナー搬送コイル１７ｂが配置されている。
廃トナータンク１７近傍にはその内部の廃トナートナー量を検知する廃トナー検知センサ１７ａ、廃トナータンク１７に振動を与える廃トナータンク揺動カム１７ｃ、及びこの廃トナータンク揺動カム１７ｃを揺動駆動させる廃トナーモータ１７ｄが配置されている。
廃トナー搬送コイル１７ｂから搬送された廃トナーは、廃トナータンク１７に設置された廃トナー検知センサ１７ａに廃トナーが触れることで廃トナーの有り／無しを検知し、廃トナー有りが検知された場合に廃トナーモータ１７ｄが作動し、廃トナー揺動カム１７ｃが連動して動き、廃トナータンク１７が揺動させられる。
また、廃トナーモータ１７ｄは、現像装置７に設置された図示しないトナーボトル内に入っているトナーが空になったことを判断した後のトナーボトル交換動作時に連動して動作し、廃トナータンク１７は揺動させられ、廃トナータンク１７内に溜まっている廃トナーは平滑化される。
図２の廃トナー検知センサ１７ａは、廃トナーがこの廃トナー検知センサ１７ａの位置まで積もり、この廃トナー検知センサ１７ａに触れることで廃トナーの有り／無しを検知しているため、廃トナーを０．０６〜０．８４ｇ／ｍの量にて積もり方を測定した結果、上記の範囲内では変化がないことを確認した。

図３は図２の廃トナータンク内に溜まっている廃トナーの積もり方を示す廃トナー分布図である。図３の廃トナーの積もり方の分布において、廃トナーは廃トナータンク内の廃トナー検知センサ１７ａ直下にて溜まっていくことが判る。
図３の廃トナータンク１７においては、廃トナー量４５０ｇにて廃トナー検知センサ位置まで廃トナーが積もっているが、廃トナータンク１７の容量はまだ十分に余裕がある。ここで、廃トナータンク１７を揺動させることによって廃トナーの平滑化を可能としている。
図４は廃トナー充填量４５０ｇでの各揺動時間における分布の結果を示す図である。図４では、廃トナータンク１７を揺動時間１０〜５０秒に設定して揺動した結果を示している。
廃トナー検知センサ１７ａ位置まで積載した廃トナーは、揺動時間１０〜５０秒では廃トナー検知センサ１７ａ付近の廃トナーの山は崩れるものの、揺動時間に対する変動域に余り変化がないのが見て取れる。
揺動時間は長く揺動すれば効果があるものではなく、効率的に揺動させることで必要最低限の揺動でその効果を得ることができる。また、長時間揺動させることは、その間コピーを取ることができなくなり、生産性が劣るといった問題を有しているため、揺動時間は短くしなければならない。

図５は揺動時間を１０秒にて満杯となるまでのトナー分布の測定結果を示す模式図である。図５には、実施例に基づき揺動時間を１０秒にて満杯となるまでのトナー分布を測定した結果を示している。
図２及び図５において、１回目の揺動が４５０ｇ、２回目の揺動が５３３ｇ、３回目の揺動が５８４ｇで発生し、３回目の揺動後に廃トナー検知センサ１７ａ（図２）がまだ廃トナーがあることを検知したため、廃トナータンク１７は満杯となった。揺動していた回数は３回であり、揺動総時間は３０秒であった。
廃トナーボトル揺動駆動装置（廃トナーモータ）１７ｄ（図２）が廃トナータンク揺動カム１７ｃを駆動させ、廃トナータンク１７を揺動した後、廃トナータンクに備えられた廃トナーを検知する廃トナー検知センサ１７ａが揺動後１秒以上廃トナー無しを検知しない場合は、画像形成動作を開始させないことで、廃トナーが積載され、積もった山が揺動によって崩れないほど蓄積されたことを判断することができる。
従って、廃トナータンク１７が満杯になったことを検知することができ、廃トナーが満杯であることを通知でき、そして廃トナータンク１７の蓄積量の限界まで廃トナーを収容できる。

図６は比較対象として、或る一定の間隔で揺動させた結果を示す模式図である。揺動間隔は６０ｍ毎、揺動時間は３０秒である。廃トナー検知センサ１７ａ（図２）がトナー有りを検知するまで上記の条件にて揺動させた。総揺動回数は１１０回、総揺動時間は３３００秒であったが、５６１ｇで満杯検知となった。
揺動を多くすることで廃トナー検知センサ１７ａ付近のトナー山は或る量までは平滑に推移していたが、揺動によって廃トナータンク１７の奥まで移動させられた廃トナーは、廃トナータンク１７の奥にて凝集させられ、凝固した。廃トナーは揺動するに従って、廃トナー揺動カム１７ｃ（図２）に一番近い場所に集められる。
その場所で凝固するために負荷が重くなり、廃トナー検知センサ位置まで揺動の振動が伝達できず、廃トナーの山を崩すことができなくなっていった。また、実施の形態と比較して、揺動回数で約３５倍の駆動が掛かることになり、揺動モータ（廃トナーモータ）１７ｄ（図２）の部品耐久性が劣り、早期に交換する事態を導く。また、揺動時間は１１０倍となり、その間コピーすることができない結果を招いた。
本実施の形態によれば、廃トナータンク揺動駆動装置を駆動させ、廃トナータンク１７を揺動する駆動時間は、任意の所定時間揺動することにより、揺動時間を任意に設定ができ、高温環境下においてトナーの流動性が悪化した時や長期間使用することが無かった環境にてトナーが凝固した状態においても柔軟に対応でき、かつトナーの物性そのものが変わった場合においてもシステムの変更を行うことがなく、汎用性が高い効果が得られる。

図７は揺動時の騒音の大きさと廃トナーの量の関係をグラフで示す図である。
図７に示すように、揺動時の騒音の大きさが廃トナーの量によって異なる。図７の左側では、廃トナータンクが空の場合、コピー中の場合、及び廃トナー揺動カムのみの場合の騒音レベルを示している。
図７の右側では、廃トナー量に対する騒音レベルを示している。本実施の形態では、或る程度廃トナーが溜まってから、すなわち、図７では３００ｇ程度廃トナーが溜まってから揺動が行われるため、揺動音は小さい。それに対して比較例は廃トナーが空に近い状態でも揺動をさせているため、騒音が大きい。

図８は本発明の実施の形態における廃トナー満杯検知の動作を説明するフローチャートである。図８において、印刷動作（画像形成動作）終了時に、廃トナーほぼ満杯を通知中かどうか判断する（Ｓ１）。満杯通知中でないならば、廃トナー有りかどうか判断する（Ｓ２）。廃トナー有るならば、廃トナータンクをｍ秒揺動する（Ｓ３）。次に、１秒以上廃トナー無しかどうか判断する（Ｓ４）。１秒以上廃トナー無しで無いならば、廃トナーほぼ満杯を通知して終了する。
一方、ステップ（Ｓ１）において、満杯通知中ならば、廃トナータンクを揺動させず、所定の廃トナー満杯手段にて動作する。その後、１秒以上廃トナー無しかどうか判断する（Ｓ６）。１秒以上廃トナー無しで無いならば、廃トナー満杯通知されたら、満杯通知を通知し、コピーを不可とする（Ｓ７）。１秒以上廃トナー無しならば、廃トナーほぼ満杯を通知又は満杯の通知を消去して終了し、コピー可能状態となる（Ｓ８）。
次に、トナーエンドリカバリ動作前開始前に、廃トナーほぼ満杯を通知中かどうか判断し（Ｓ９）、満杯通知中ならば、廃トナータンクを揺動させず、所定のリカバリ制御を行って終了する。満杯通知中でないならば、所定のリカバリ動作を開始し、これに連動して廃トナータンクをｋ秒間揺動し（Ｓ１０）、動作を終了する。

上述したように、廃トナーボトル揺動駆動装置は、画像形成動作終了時に廃トナータンク揺動カム１７ｃ（図２）を駆動させ廃トナータンク１７を揺動することで、急激な廃トナー量の変動に対してもリニアに反応でき、他の検知手段を必要とすることが無いため信頼性が高く、また画像形成動作終了持に行うことで揺動における振動の影響で形成される画像に影響を与えることがなく、廃トナータンク１７を効果的に揺動することができる。
印刷動作終了時に廃トナー検知を行ない、揺動を行うことで廃トナー量をリニア検知でき、かつ廃トナーが溢れる前にユーザに通知することが可能となる。また、廃トナー満杯後の廃トナータンク交換作業及び清掃作業を行った場合、作業者がリセットをすることなく、自動的に廃トナーの有り／無しを検知させるために、１秒以上の廃トナー無しを検知しないかぎり、動作を禁止させることで、廃トナーの溢れ防止と交換作業後のリセット性を両立させている。
また、揺動時間は任意に設定できることで、トナーの種類や状態が異なり、廃トナーの比重が異なる場合においてもその都度調整が可能となっている。このように、図２に示すように、廃トナータンク１７に取り付けられた廃トナー検知センサである廃トナー検知手段１７ａにて、廃トナータンク１７内の廃トナー量を検知しかつ廃トナータンク１７を揺動させることで、無駄な揺動を抑えて騒音に対処でき、かつ必要最低限の揺動のみで廃トナータンク１７に廃トナーを蓄積する効果が十分に発揮され、廃トナータンク１７内で廃トナーの平滑化が効率的にできることを可能とし、騒音、部品耐久に関しても効果が得られる。

本発明の画像形成装置の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明による廃トナータンク周辺を示す概略斜視図である。 図２の廃トナータンク内に溜まっている廃トナーの積もり方を示す廃トナー分布図である。 廃トナー充填量４５０ｇでの各揺動時間における分布の結果を示す図である。 揺動時間を１０秒にて満杯となるまでのトナー分布の測定結果を示す模式図である。 比較対象として、或る一定の間隔で揺動させた結果を示す模式図である。 揺動時の騒音の大きさと廃トナーの量の関係をグラフで示す図である。 本発明の実施の形態における廃トナー満杯検知の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

Ａ 画像形成装置
５ 潜像担持体（感光体ドラム）
７ 現像装置
７ａ 現像剤担持体（現像ローラ）
１２ 転写手段（転写部）
１７ 廃トナータンク
１７ａ 廃トナー検知手段（廃トナー検知センサ）
１７ｂ 廃トナー搬送手段（廃トナー搬送コイル）
１７ｃ 廃トナータンク揺動手段（廃トナータンク揺動カム）
１７ｄ 廃トナータンク揺動駆動装置（廃トナーモータ）

Claims (5)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤を貯留しかつ前記現像剤を補給可能な現像装置と、
   前記現像剤によって現像された潜像担持体上の画像を転写紙上に転写する転写手段と、
   この転写手段による転写後に発生する前記潜像担持体上の廃トナーを回収するための廃トナータンクと、
   この廃トナータンクに設けた廃トナーを検知する廃トナー検知手段と、
   前記廃トナータンクを揺動し且つその内部の廃トナーを平滑化する廃トナータンク揺動手段と、廃トナータンク揺動駆動装置と、
   を備える画像形成装置において、
   前記廃トナータンク揺動駆動装置は、前記廃トナー検知手段が廃トナー有りを検知した場合に、前記廃トナータンク揺動手段を駆動して前記廃トナータンクを揺動させ、揺動させた後の所定時間にわたって前記廃トナー検知手段が廃トナー無しを検知しない場合、画像形成動作を禁止することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記廃トナータンク揺動駆動装置は、画像形成動作終了時に、前記廃トナータンク揺動手段を駆動し且つ前記廃トナータンクを揺動させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記廃トナータンク揺動駆動装置は、前記廃トナータンク揺動手段を駆動させ且つ前記廃トナータンクを揺動させた後、前記廃トナータンクに備えられた前記廃トナー検知手段が揺動後所定の時間にわたって廃トナー無しを検知しない場合、画像形成動作を開始させないことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記廃トナータンク揺動駆動装置を駆動しかつ前記廃トナータンクを揺動する揺動駆動時間は、任意の所定時間にすることができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記廃トナータンク揺動駆動装置は、前記現像装置内の前記現像剤残量検知手段が現像剤なしを検知し、かつ前記現像装置内に現像剤を補給する補給動作が開始されたことを検知した場合は、前記補給動作中に前記廃トナータンク揺動手段を駆動させ且つ前記廃トナータンクを揺動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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