以下、本発明を適用した画像形成装置のとして、電子写真方式のプリンタ(以下、単にプリンタという)の各実施形態について説明する前に、各実施形態に係るプリンタの基本的な構成を備えている基本構成プリンタについて説明する。
まず、基本構成プリンタの基本的な構成について説明する。図1は、基本構成プリンタを示す概略構成図である。同図において、基本構成プリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、M、C、Kと記す)のトナー像を生成するための4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Yトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ1Yを例にすると、図2に示すように、ドラム状の感光体2Y、ドラムクリーニング装置3Y、除電装置(不図示)、帯電装置4Y、現像装置5Y等を備えている。このプロセスカートリッジ1Yは、プリンタ本体に一体的に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。
帯電装置4Yは、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体2Yの表面を一様帯電せしめる。同図においては、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されながら、図中反時計回りに回転駆動される帯電ローラ6Yを感光体2Yに当接させることで、感光体2Yを一様帯電せしめる方式の帯電装置4Yを示した。帯電ローラ6Yの代わりに、帯電ブラシを当接させるものを用いてもよい。また、スコロトロンチャージャーのように、感光体2Yに対して非接触で帯電処理を施すものを用いてもよい。帯電装置4Yによって一様帯電せしめられた感光体2Yの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザ光によって露光走査されてY用の静電潜像を担持する。
現像装置5Yは、第1搬送スクリュウ7Yが配設された第1剤収容部8Yを有している。また、透磁率センサからなるトナー濃度センサ(以下、Tセンサという)9Y、第2搬送スクリュウ10Y、現像ロール11Y、ドクターブレード12Yなどが配設された第2剤収容部13Yも有している。これら2つの剤収容部内には、磁性キャリアとマイナス帯電性のYトナーとからなる図示しないY現像剤が内包されている。第1搬送スクリュウ7Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、第1剤収容部8Y内のY現像剤を図紙面に直交する方向の手前側から奥側へと搬送する。そして、第1剤収容部8Yと第2剤収容部13Yとの間の仕切壁に設けられた図示しない連通口を経て、第2剤収容部13Y内に進入する。第2剤収容部13Y内の第2搬送スクリュウ10Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、Y現像剤を図紙面に直交する方向の中奥側から手前側へと搬送する。搬送途中のY現像剤は、第1剤収容部13Yの底部に固定されたTセンサ9Yによってそのトナー濃度が検知される。
このようにしてY現像剤を搬送する第2搬送スクリュウ10Yの図中上方には、図中反時計回りに回転駆動せしめられる非磁性パイプ14Y内にマグネットローラ15Yを内包する現像ロール11Yが平行配設されている。第2搬送スクリュウ10Yによって搬送されるY現像剤は、マグネットローラ15Yの発する磁力によって非磁性パイプ14Y表面に汲み上げられる。そして、非磁性パイプ14Yと所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード12Yによってその層厚が規制された後、感光体2Yと対向する現像領域まで搬送され、感光体2Y上のY用の静電潜像にYトナーを付着させる。この付着により、感光体2Y上にYトナー像が形成される。現像によってYトナーを消費したY現像剤は、現像ロール11Yの非磁性パイプ14Yの回転に伴って第2搬送スクリュウ10Y上に戻される。そして、図中手前端まで搬送されると、図示しない連通口を経て第1剤収容部8Y内に戻る。
Tセンサ9YによるY現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。Y現像剤の透磁率は、Y現像剤のYトナー濃度と相関を示すため、Tセンサ9YはYトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。上記制御部はRAMを備えており、この中にTセンサ9Yからの出力電圧の目標値であるY用Vtrefや、他の現像装置に搭載されたM,C,K用のTセンサからの出力電圧の目標値であるM用Vtref、C用Vtref、K用Vtrefのデータを格納している。現像装置5Yについては、Tセンサ9Yからの出力電圧の値とY用Vtrefを比較し、後述するY用のトナー供給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。この駆動により、現像に伴ってYトナーを消費してYトナー濃度を低下させたY現像剤に対して第1剤収容部8Yで適量のYトナーが供給される。このため、第2剤収容部13Y内のY現像剤のYトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他色用のプロセスカートリッジ(1M,C,K)の現像剤についても、同様のトナー供給制御が実施される。
感光体2Y上に形成されたYトナー像は、後述する中間転写ベルトに中間転写される。ドラムクリーニング装置3Yは、中間転写工程を経た後の感光体2Y表面に残留したトナーを除去する。これによってクリーニング処理が施された感光体2Y表面は、図示しない除電装置によって除電される。この除電により、感光体2Yの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。先に示した図1において、他色用のプロセスカートリッジ1M、6C、6Kでも、同様にして感光体2M、C、K上にM、C、Kトナー像が形成されて、中間転写ベルト上に中間転写される。
プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kの図中下方には、光書込ユニット20が配設されている。潜像形成手段たる光書込ユニット20は、画像情報に基づいて発したレーザ光Lを、各プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kにおける各感光体に照射する。これにより、感光体2Y,M,C,K上にY,M,C,K用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット20は、光源から発したレーザ光Lを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー21によって偏向せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体2Y,M,C,Kに照射するものである。光源として、レーザーダイオードを用いるものの代わりに、LEDを用いるものを採用してもよい。
光書込ユニット20の図中下側には、第1給紙カセット31、第2給紙カセット32が鉛直方向に重なるように配設されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録体たる転写紙Pが複数枚重ねられた転写紙束の状態で収容されており、一番上の転写紙Pには、第1給紙ローラ31a、第2給紙ローラ32aがそれぞれ当接している。第1給紙ローラ31aが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられると、第1給紙カセット31内の一番上の転写紙Pが、カセットの図中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路33に向けて排出される。また、第2給紙ローラ32aが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられると、第2給紙カセット32内の一番上の転写紙Pが、給紙路33に向けて排出される。給紙路33内には、複数の搬送ローラ対34が配設されたおり、給紙路33に送り込まれた転写紙Pは、これら搬送ローラ対34のローラ間に挟み込まれながら、給紙路33内を図中下側から上側に向けて搬送される。
給紙路33の末端には、レジストローラ対35が配設されている。レジストローラ対35は、転写紙Pを搬送ローラ対34から送られてくる転写紙Pをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、転写紙Pを適切なタイミングで後述の2次転写ニップに向けて送り出す。
各プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kの図中上方には、中間転写体たる中間転写ベルト41を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる転写ユニット40が配設されている。この転写ユニット40は、中間転写ベルト40の他、ベルトクリーニング装置42、第1ブラケット43、第2ブラケット44などを備えている。また、4つの1次転写ローラ45Y,M,C,K、2次転写バックアップローラ46、駆動ローラ47、補助ローラ48、テンションローラ49なども備えている。中間転写ベルト41は、これら8つのローラに張架されながら、駆動ローラ47の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。4つの1次転写ローラ45Y,M,C,Kは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト41を感光体2Y,M,C,Kとの間に挟み込んでそれぞれ1次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト41の裏面(ループ内周面)にトナーとは逆極性(例えばプラス)の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト41は、その無端移動に伴ってY,M,C,K用の1次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体2Y,M,C,K上のY,M,C,Kトナー像が重ね合わせて1次転写される。これにより、中間転写ベルト41上に4色重ね合わせトナー像(以下、4色トナー像という)が形成される。
2次転写バックアップローラ46は、中間転写ベルト41のループ外側に配設された2次転写ローラ50との間に中間転写ベルト41を挟み込んで2次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対35は、ローラ間に挟み込んだ転写紙Pを、中間転写ベルト41上の4色トナー像に同期させ得るタイミングで、2次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト41上の4色トナー像は、2次転写バイアスが印加される2次転写ローラ50と2次転写バックアップローラ46との間に形成される2次転写電界や、ニップ圧の影響により、2次転写ニップ内で転写紙Pに一括2次転写される。そして、転写紙Pの白色と相まって、フルカラートナー像となる。
2次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト41には、転写紙Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニング装置42によってクリーニングされる。
2次転写ニップの図中上方には、加圧ローラ61や定着ベルトユニット62などを備える定着装置60が配設されている。この定着装置60の定着ベルトユニット62は、定着ベルト64を、加熱ローラ63、テンションローラ65、駆動ローラ66によって張架しながら、図中反時計回りに無端移動せしめる。加熱ローラ63は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包しており、定着ベルト64を裏面側から加熱する。このようにして加熱される定着ベルト64の加熱ローラ63掛け回し箇所には、図中時計回りに回転駆動される加圧ローラ61がおもて面側から当接している。これにより、加圧ローラ61と定着ベルト64とが当接する定着ニップが形成されている。
2次転写ニップを通過した転写紙Pは、中間転写ベルト41から分離した後、定着装置60内に送られる。そして、定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト64によって加熱されたり、押圧されたりして、フルカラートナー像が定着せしめられる。
このようにして定着処理が施された転写紙Pは、排紙ローラ対67のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部68が形成されており、排紙ローラ対67によって機外に排出された転写紙Pは、このスタック部68に順次スタックされる。
転写ユニット40の上方には、Y,M,C,Kトナーを収容する粉体収容器たる4つのトナーカートリッジ100Y,M,C,Kが配設されている。トナーカートリッジ100Y,M,C,K内の図示しないY,M,C,Kトナーは、それぞれプロセスカートリッジ1Y,M,C,Kの現像装置に適宜供給される。これらトナーカートリッジ100Y,M,C,Kは、プロセスカートリッジ1Y,M,C,Kとは独立してプリンタ本体に脱着可能である。
基本構成プリンタにおいては、4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,K、光書込ユニット20、転写ユニット40などの組合せにより、記録体たる転写紙Pにトナー像を形成するトナー像形成手段が構成されている。
図3はY用のトナーカートリッジ100Yを示す斜視図である。同図において、Y用のトナーカートリッジ100Yは、粉体としての図示しないYトナーを収容する粉体収容部たるボトル状のボトル部101Yと、粉体排出部たる円筒状のホルダー部102Yとを備えている。
ホルダー部102Yは、図4に示すように、ボトル状のボトル部101Yの頭部(先端部)に形成された図示しない粉体送出開口としてのボトル開口を覆うようにボトル部101Yの頭部に係合して、ボトル部101Yを回転自在に保持する。ボトル部101Yの内周面には、容器の外側から内側に向けて突出するスクリュー状の螺旋突起103Yがボトル軸線方向に延在するように形成されている。
図5は、基本構成プリンタにおけるトナー補給装置を示す斜視図である。同図において、トナー補給装置70は、4つのトナーカートリッジ100Y,M,C,Kを載置するカートリッジ載置台77、それぞれのトナーカートリッジのボトル部を個別に回転駆動するボトル駆動部78などを備えている。カートリッジ載置台77上にセットされたトナーカートリッジ100Y,M,Cは、それぞれホルダー部をトナー補給装置70のボトル駆動部78に係合させている。図中矢印X1で示すように、ボトル駆動部78に係合しているトナーカートリッジ100Kをカートリッジ載置台77上でボトル駆動部78から遠ざける方向にスライド移動させると、トナーカートリッジ100Kのホルダー部がボトル駆動部78から外れる。このようにして、トナー補給装置70からトナーカートリッジ100Kを取り外すことができる。また、トナーカートリッジ100Kが装着されていない状態のトナー補給装置70において、図中矢印X2で示すように、カートリッジ載置台77上でトナーカートリッジ100Kをボトル駆動部78に近づける方向にスライド移動させると、トナーカートリッジ100Kのホルダー部がボトル駆動部78に係合する。このようにして、トナー補給装置70にトナーカートリッジ100Kを装着することができる。他色用のトナーカートリッジ100Y,M,Cについても、同様の操作を行うことでトナー補給装置70に脱着することができる。
トナーカートリッジ100Y,M,C,Kのボトル部101Y,M,C,Kの頭部外周面には、それぞれ図示しないギヤ部が形成されているが、このギヤ部はホルダー部102Y,M,C,Kに覆い隠されている。但し、ホルダー部102Y,M,C,Kの周面の一部には、ギヤ部を部分的に露出させるための図示しない切り欠きが形成されおり、ギヤ部はこの切り欠きから自らの一部を露出させている。トナーカートリッジ100Y,M,C,Kのホルダー部102Y,M,C,Kがボトル駆動部78に係合すると、ボトル駆動部78に設けられた図示しないY,M,C,K用のボトル原動ギヤが、前述の切り欠きを介してボトル部101Y,M,C,Kのギヤ部に噛み合う。そして、ボトル駆動部78のY,M,C,K用のボトル原動ギヤが図示しない駆動系によって回転駆動することで、ボトル部101Y,M,C,Kがホルダー部102Y,M,C,K上で46[rpm]程度の回転速度で回転駆動される。
かかる構成のボトル部101Y,M,C,Kについては、その頭部周面上に設けられるギヤ部をブロー成形等によって容器本体にて一体形成することが可能である。
先に示した図3において、ボトル部101Yがこのようにしてホルダー部102Y上で回転せしめられると、ボトル部101Y内のYトナーが上述のスクリュー状の螺旋突起103Yに沿ってボトル底側からボトル頭部側に向けて移動する。そして、粉体を収容する収容体たるボトル部101Yの先端に設けられた図示しないボトル開口を通って、円筒状のホルダー部102Y内に流入する。
図6は、図示しないトナー補給装置に装着された状態のトナーカートリッジ100Yと、その周囲構成とを示す概略構成図である。同図において、トナーカートリッジ100Yのホルダー部102Yは、ボトル部101Yから送り込まれたYトナーを受け入れる受入部104Y、これの底面側に設けられたテーパー、このテーパーの先端側に形成された排出通路105Y、排出通路105Yの先端に形成された排出口106Y、スライドシャッター107Yなどを具備している。
スライドシャッター107Yは、ホルダー部102Yの底部外壁にスライド移動可能に設けられており、初期状態では排出口106Yとの対向位置に係止されて排出口106Yを塞いでいる。図5に示したトナー補給装置70にトナーカートリッジ100Yが装着される際には、先に説明したように、トナーカートリッジ100Yがカートリッジ載置台77上でボトル駆動部78に向けてスライド移動せしめられる。このとき、トナーカートリッジ100Yのホルダー部102Yがボトル駆動部78に係合する直前で、カートリッジ載置77に設けられた図示しない突起が図6に示したスライドシャッター107Yに突き当たる。これにより、スライドシャッター107Yを除く部分だけがスライド移動するようになって、スライドシャッター107Yが排出口106Yを開放する位置に移動する。
ボトル部101Y内からホルダー部102Y内に送り込まれた図示しないYトナーは、ホルダー部102Yの受入部104Y内でテーパーに沿って重力移動することで、テーパーに続く排出通路105Yの入口に集められる。そして、排出通路105Y内に進入した後、排出通路105Yの先端に設けられた排出口106Yを通って外部に排出される。
先に図5に示したカートリッジ載置台77の裏側面には、Y,M,C,Kトナー用の図示しないトナー一時貯留部がそれぞれ独立して設けられている。図6の符号79Yは、これらトナー一時貯留部のうち1つである、Y用のトナー一時貯留部を示している。トナーカートリッジ101Yのホルダー部102Yの排出口106Yから排出されたYトナーは、自重によってこの一時貯留部79Y内に落下する。トナー一時貯留部79Yは、内部のYトナーの有無を検知する圧電式センサ等からなるトナー検知センサ80Y、図示しない駆動源によって回転駆動せしめられるのに伴ってトナー検知センサ80Yの検知部表面を清掃する回転清掃部材81Yなどを有している。回転制動部材81Yは、回転軸部材上に立設せしめられたPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等からなる可撓性の清掃部材により、トナー検知センサ80Yの検知部表面に付着したYトナーを掻き取る。
トナー一時貯留部79Yの底面には、トナー搬送管82Yが接続されており、トナー一時貯留部79Yの図示しないYトナーは、自重によってトナー搬送管82Y内に送り込まれる。
トナー搬送管82Yの先端部は、プリンタ本体に装着されたY用のプロセスユニットの現像装置5Yにおける第1剤収容部8Yに連結している。トナー搬送管82Y内のYトナーは、管内に設けられたスクリュウ部材やオーガなどの図示しない回転搬送部材の回転駆動に伴って、現像装置5Yの第1剤収容部8Yに向けて搬送される。
基本構成プリンタの図示しない制御部は、トナーカートリッジ100Yのボトル部101Yを回転駆動させているにもかかわらず、トナー検知センサ80Yからトナー検知信号が送られてこないことに基づいて、ボトル部101Y内のトナーエンドを検出する。トナーエンド検出時であっても、トナー搬送管82Y内にはトナーがまだ残っているので、しばらくの間はトナーカートリッジ100Yが交換されなくてもトナーを補給することができる。
このように、トナー一時貯留部79Y内のトナーの有無に基づいてボトル部101Y内のトナーエンドを検出することで、トナーカートリッジ100Yにトナー検知センサを設けなくても、トナーエンドの時期を適切に検出することができる。
以上の構成のトナーカートリッジ100Yにおいては、トナー補給装置(70)にセットする前にユーザーが誤ってスライドシャッター107Yを開いてしまった場合に、排出口106Yから多量のYトナーがこぼれ落ちてしまうことがある。また、トナー補給装置にセットする際には、上述したように、スライドシャッター107Yがセットに伴って自動で開く仕組みになっているが、シャッター開き始めから、カートリッジを完全なセット位置まで押し込むまでには、ある程度のスライド距離が必要になる。この際、開き始めの排出口106Yからこぼれ落ちたYトナーにより、トナー補給装置(70)のカートリッジ載置台(77)を汚してしまうこともある。
そこで、基本構成プリンタにおいては、スライドシャッター107Yを誤って開いてしまったり、自動で開き始めたりしたトナーカートリッジ100Yの排出口106Yからのトナー飛散量をできるだけ少なくする目的から、排出通路105Yや排出口106Yとして従来よりも狭幅のものを採用している。基本構成プリンタにおける排出通路105Yや排出口106Yの直径は5[mm]であり、従来の直径8〜12[mm]のものに比べて、トナー飛散量を大幅に減らすことができる。但し、かかる構成では、多湿環境において排出口106Yやこれに通じる排出通路105Y内でトナー詰まりが発生して、Yトナーを良好に排出することができなくなることがある。
なお、Y用のトナーカートリッジ100Yやこれに関連するトナー補給装置箇所について説明したが、他色についても同様の構成になっている。
図7は、ボトル部101Yの頭部を示す拡大斜視図である。同図において、ボトル部101Yのボトル開口108Yには、駆動力変換部材109Yが嵌め込まれている。この駆動力変換部材109Yは、ボトル開口108Yの内周面に嵌め込まれる中空リング状のリング部110Y、リング部110Yの中空内に架け渡されたリブ部111Y、及びリブ部111Yにおけるリング中心位置からリング軸線方向に向けて突出するアーム部112が一体成形されたものである。アーム部112は、リング軸線方向の両端部をボトル回転軸線上に延在させているが、中心部は矩形波状のクランク形状になっている。ボトル部101Yが回転すると、アーム部112Yのクランク形状箇所がボトル回転軸線を中心にして公転する。
アーム部112Yのクランク形状箇所には、往復動部材としての往復動コイル113Yが引っ掛けられている。具体的には、往復動コイル113Yのコイル軸線方向の両端部には、それぞれ「9の字」状に曲がる引っ掛け部が形成されており、一端側の引っ掛け部がアーム部112Yのクランク形状箇所に引っ掛けられている。
図8は、ホルダー部102Yをボトル部101Yの頭部とともに示す拡大構成図である。スナップフィットなどによって互いに係合するようになっているボトル部101Yとホルダー部102Yとは、ホルダー部102Yの係合内周面に固定された発泡ポリウレタン等からなるシール部材116Yが両者間に介在することで、良好なシール性が確保されている。
ホルダー部102Yの係合用穴の入口付近にあるギヤ覆い部115Yは、ボトル部101Yの頭部周面に設けられたギヤ部114Yを覆っている。このようにしてホルダー部102Yに頭部が覆われたボトル部101Yの図示しないボトル開口から突き出ているアーム部112Yは、ホルダー部102Yの受入部104Y内でボトル回転軸線上に延在する姿勢をとっており、その端部は受入部104Yに設けられた軸受け穴に回転自在に受けられている。
スライド移動可能なスライドシャッター107Yと、ホルダー部102Y本体との間には、スポンジ等の弾性材料からなるシール部材117Yが介在しており、これによって両者間のシール性が確保されている。
ホルダー部102Yの排出通路105Yは、鉛直方向に延在している。そして、自らの一端がアーム部112Yのクランク形状箇所に引っ掛けられた往復動コイル113Yは、排出通路105Y内に延在している。図8の状態から、ボトル部101Yが180[°]回転すると、図9に示す状態になる。即ち、排出通路105Y内に存在する往復動コイル113Yが図8のときに比べて、鉛直方向上側に移動する。このように、基本構成プリンタでは、ボトル部101Yが回転駆動によってアーム部112Yのクランク形状箇所がボトル回転軸線を中心にして公転するのに伴って、往復動コイル113Yが排出通路105Y内で上下に往復動する。
かかる構成では、往復動部材としての往復動コイル113Yが排出通路105Y内で往復動して排出通路105Y内のYトナーをほぐすことで、排出通路105Y内でのトナー詰まりを回避する。これにより、排出口106Yが比較的小さなサイズであっても、排出口106YからYトナーを長期間に渡って良好に排出することができる。
図8では、図示しないトナー補給装置に装着された状態のトナーカートリッジ100Yを示しているが、トナー補給装置に装着されていない状態のトナーカートリッジ100Yのボトル部101Yが同図に示すような回転位置で停止しているとする。すると、往復動コイル113Yの下端部が開口106Yを閉じているスライドシャッター107Y(図示の状態では開口106Yを開いている)に突き当たって、往復動コイル113Yが少し縮んだ状態になる。そして、図8では、便宜上、往復動コイル113Yの下端部の図示を省略しているが、スライドシャッター107Yが開いた状態でボトル部101Yが図示の回転位置で停止しているときには、往復動コイル113Yの下端部が排出口106Yを貫いて外部に突き出す姿勢になる。
これに対し、図9に示した状態では、往復動コイル113Yの下端部が排出通路105Yのトナー入口付近まで上昇する。即ち、基本構成プリンタでは、往復動コイル113Yの排出通路延在方向における排出口106Y側の端部である下端部を、往復動に伴って排出口106Y介して排出通路105Yの内外に出し入れする往復移動範囲で、往復動コイル113Yを往復動させるようにしている。かかる構成では、排出通路105Y内でのトナー詰まりに加えて、排出口106Y内でのトナー詰まりも回避することで、より確実に長期間に渡ってYトナーを良好に排出させ続けることができる。
基本構成プリンタでは、図8や図9に示したように、往復動部材として、螺旋コイルから往復動コイル113Yを用いている。これにより、往復動部材として、汎用のコイルバネを採用することを可能にして、特殊な材料からなるものを用いる場合に比べて低コスト化を図ることができる。また、コイルの中空内にトナーを通すことで、往復動部材を排出通路105Y内に存在させることによる排出通路105Y内でのトナー搬送能力の低下を抑えることもできる。なお、往復動コイル113Yの直径は、4.5[mm]であり、排出通路105Yの内壁とコイルとの間のクリアランスを僅かに0.25[mm]に留めることができている。このような狭小クリアランスであっても、コイル中空内にトナーを通すことで、排出通路105Y内でトナーを良好に流通させることができる。
先に示した図7において、リング部110Y、リブ部111Y及びアーム部112Yからなる駆動力変換部材109Yは、収容体たるボトル部101Yの回転駆動力を往復動コイル113Yの往復動の駆動力に変換する変換機構として機能している。かかる構成では、ボトル部101Yを回転させるための駆動源である図示しないモータを、往復動コイル113Y排出通路(105Y)内で往復動させるための駆動源として共用することができる。これにより、往復動コイル113Yを往復動させるための専用の駆動源を設けることによるコストアップを回避することができる。
次に、基本構成プリンタに対して特徴的な構成を付加した第1実施形態に係るプリンタについて説明する。なお、以下に特筆しない限り、第1実施形態に係るプリンタの構成は、基本構成プリンタと同様である。
図10は、本プリンタにおけるボトル部101Yの頭部を示す拡大構成図である。同図において、ボトル部101Yの駆動変換部材109Yのアーム部112Yには、棒状の往復動部材120Yが引っ掛けられている。この往復動部材120Yは、鉛直方向に延在する棒状の本体部118Yと、これの上端部付近に設けられた傘状の蓋部118Yとを有している。
図11は、ホルダー部102Yをボトル部101Yの頭部とともに示す拡大構成図である。また、図12は、ボトル部101Yが図11の状態から180[°]回転した状態のホルダー部102Y及びボトル部101Yを示す拡大構成図である。これらの図において、往復動部材120Yの蓋部118Yは、ホルダー部102Y内の底部のテーパーにピッタリと合わさる形状になっている。そして、図11に示すように、往復動部材120Yが最下降位置にある状態では、蓋部118Yがテーパーにピタリと重ね合わさって、排出通路105Yの排出口106Yとは反対側の端にある受入口を塞ぐ。この状態では、ボトル部101Y内からホルダー部102Yの受入部104Y内に多量のYトナーが受け入れられたとしても、そのYトナーの排出口106Yからの排出が回避される。
一方、往復動部材120Yが図11の状態から少し上昇すると、蓋部118Yがテーパーから離間して排出通路105Yの受入口を開く。これにより、受入部104Y内から排出通路105Y及び排出口106Yを介したトナー排出が行われる。
往復動部材120Yがボトル部101Yの回転に伴って上下に往復動すると、往復動部材120Yの棒部119Yが排出通路105Y内で上下に往復動して、排出通路105Y内のトナー詰まりを防止する。
かかる構成においては、排出通路105Yの受入口を閉じる位置で往復動部材120Yを停止させておく、即ち、往復動部材120Yを最下降位置で停止させておくことで、排出口106Yからのトナー排出を確実に停止させる。そして、ユーザーが行うプリンタ移動作業などによってトナーカートリッジに衝撃が与えられ、それに伴ってボトル部101Y内から受入部104Yに多量のYトナーが飛び込んだとしても、そのYトナーの排出口106Yからの排出が回避される。かかる構成では、プリンタ本体への意図しない衝撃の付与に伴ってボトル部101Y内から受入部104Y内にYトナーを飛び込ませてしまうことによるトナーの過剰補給の発生を回避することができる。
なお、排出通路105Yの直径が5[mm]であるのに対し、棒部119Yの直径は2[mm]程度である。また、棒部119Yの長さは、往復動部材120Yが最下降位置にあるときに、棒部119Yの先端がちょうど排出口106Yの下端レベルに位置するような大きさになっている。
また、図11のように蓋部118Yによって排出通路105Yの受入口を閉じている状態から、トナー補給のためにボトル部101Yの回転駆動が開始されると、排出口105Yの受入口が開かれるが、このときは図示しない現像装置内へのトナー補給が必要なときである。換言すれば、現像装置内のY現像剤がトナー濃度を低下させているときである。よって、その直前に意図しない衝撃によって受入部104Y内に多量のYトナーを飛び込ませていたとしても、問題ない。そのYトナーがY現像剤にすぐに供給され初めて、ボトル部101Yの回転によるトナー補給が本来よりも短い時間で終了するだけである。
蓋部118Yとしては、少なくとも、排出通路105Yの受入口の周辺部であるテーパーとの接触部が発泡ポリウレタンなどの弾性変形可能な弾性材料からなるもの、を用いている。これにより、テーパーへのトナー固着を抑えることができている。具体的には、蓋部118Yは、ボトル部101Yの1回転毎に、テーパへの接触と離間とを繰り返す。蓋部118Yにおけるテーパーとの接触部が高剛性の材料であると、テーパ上のトナーには、蓋部118Yとの接離によって繰り返しストレスが与えられる。すると、トナーがテーパーに固着して、蓋部118Yとテーパーとの重ね合わせ時に両者に隙間を形成してしまうことになる。そこで、本プリンタでは、蓋部118Yにおけるテーパーとの接触部を弾性材料で構成することで、テーパー上へのトナーへのストレスを軽減して、テーパーへのトナー固着を抑えているのである。
先に示した図10において、変換機構たる駆動力変換部材109Yは、収容体たるボトル部101Yの1回転の回転駆動力を往復動部材120の1往復分の駆動力に変換する。これにより、ボトル101Yが1回転する毎に、蓋部118Yによって上述の排出通路105Yの受入口を1回ずつ開閉することができる。
図13は、本プリンタのトナー補給装置(70)に搭載されているカートリッジ通過板85を示す正面図である。このカートリッジ通過板85は、数[mm]の板状部材からなり、図5に示したトナー補給装置70のカートリッジ載置台77におけるボトル駆動部78の近傍箇所に立設せしめられている。図13において、カートリッジ通過板85には、4つの通過用開口86Y,M,C,Kが設けられている。
それぞれの通過用開口86Y,M,C,Kは、図5に示したトナーカートリッジ100Y,M,C,Kのホルダー部102Y,M,C,Kの断面形状とほぼ同じ形状になっている。但し、円状の通過用開口86Y,M,C,Kにおける時計12時方向の位置には、円状の穴から突出する切り欠きEが設けられている。この切り欠きEの箇所だけが、ホルダー部102Y,M,C,Kの断面形状とは異なっている。
先に示した図11において、ボトル部101Yの頭部付近における周面の一部には、被受け入れ突起121Yが突設せしめられている。被受入部たる被受け入れ突起121Yは、図示のように、ボトル部101Yが往復動部材120Yを最下降させる回転位置で回転を停止させているときに、円状のボトル断面における12時の位置でボトル周面から突出するように形成されている。つまり、被受け入れ突起121Yを時計の12時の方向に位置させているときには、往復動部材120Yが最下降位置で排出口105Yの受入口を閉じていることになる。
先に図5に示したトナーカートリッジ100Y,M,C,Kをホルダー部102Y側から眺めると、ボトル部101Y,M,C,Kの大部分はホルダー部102Yに隠れて見えなくなる。但し、ボトル部101Yに設けられた被受け入れ突起(例えば図11の121Y)だけは、ホルダー部102Yよりも突出しているために眺めることができる。先に図13に示した切り欠きEは、このように突出している被受け入れ突起を受け入れることができる。
先に示した図5において、各色のトナーカートリッジ100Y,M,C,Kが、それぞれ粉体収容器搭載装置であるトナー補給装置70への装着のためにカートリッジ載置台77上をボトル駆動部78に向けて押し込まれていくとする。すると、ボトル駆動部78の直前で図13に示したカートリッジ通過板85の通過用開口86Y,M,C,Kを通過する必要がある。ボトル部101Y,M,C,Kが被受け入れ突起を時計12時の方向に位置させる回転位置で回転を停止させていれば、被受け入れ突起が通過用開口86Y,M,C,Kの切り欠きE内を通過するので、トナーカートリッジ100Y,M,C,Kがセット位置まで正常に押し込まれる。これに対し、ボトル部101Y,M,C,Kが被受け入れ突起を時計12時の方向に位置させる回転位置からずらして回転を停止させていれば、被受け入れ突起がカートリッジ通過板85に引っ掛かるため、トナーカートリッジ100Y,M,C,Kがセット位置まで押し込まれない。
かかる構成においては、先に図11に示したように、往復動部材120Yを最下降位置にある往復動部材120Yの蓋部118Yによって排出口105Yの受入口を閉じる回転位置でボトル部101Yを停止させた状態で、トナーカートリッジ100Yをトナー補給装置(70)にセットすることができる。
本プリンタのトナー補給装置(70)の駆動を制御する図示しない制御部は、各色のボトル部101Y,M,C,Kの回転停止を1回転単位で制御するようになっている。具体的には、本プリンタでは、ボトル部101Y,M,C,Kの駆動源として、ステッピングモータからなるY,M,C,K用のボトル駆動モータを用いており、ボトル部101Y,M,C,Kの回転角度や回転回数を精密にコントロールすることができる。制御部は、ボトル部101Y,M,C,Kの回転を停止させるときには、ボトル部101Y,M,C,Kを回転開始位置から整数回分だけ回転させた位置で停止させるように、Y,M,C,K用のボトル駆動モータの停止タイミングを制御するのである。
かかる構成においては、画像形成動作を停止している状態では、各色のトナーカートリッジ100Y,M,C,K内で蓋部(例えば図11の118Y)によってホルダー部102Y,M,C,Kの排出通路の受入口を閉じることができる。これにより、画像形成動作停止時の本プリンタに意図しない衝撃を付与してしまうことによる排出口からのトナーの過剰補給を防止することができる。
なお、本プリンタでは、排出口から排出されたトナーを現像装置の上流側で一時貯留しておくトナー一時貯留部(例えば図6の79Y)を設けておらず、排出口から排出されたトナーはトナー一時貯留部を介することなく、トナー像形成手段の一部である現像装置に送られる。かかる構成では、トナー一時貯留部を設けることによるコストアップを回避することができる。トナー一時貯留部を省略したことで、トナー一時貯留部内でのトナーの有無に基づくボトル部内のトナーエンドの判定ができないが、次のようにすれば、トナーカートリッジにトナー検知センサを設けなくてもトナーエンドの時期を適切に判定することが可能である。即ち、プリント画素数と消費トナー量の関係を事前に調査しておき、累積出力画素数に基づいてトナー消費量を求めることで、トナーエンドの時期を判定するのである。
次に、基本構成プリンタに対して特徴的な構成を付加した第2実施形態のプリンタについて説明する。なお、以下に特筆しない限り、第2実施形態に係るプリンタの構成は、第1実施形態に係るプリンタと同様である。
先に説明した第1実施形態に係るプリンタにおいては、トナーカートリッジのセット操作に伴ってカートリッジ通過板(85)を通過させたカートリッジのボトル部から手を離すときなどの反動により、ボトル部の被受け入れ突起を12時の方向から少しずらした姿勢でボトル部のギヤ部と、トナー補給装置の原動ギヤとを噛み合わせてしまうおそれがある。このような事態が発生すると、排出通路の受入口を少しだけ開いた位置でボトル部の回転を停止させる状態がいつまでも続くことになる。
そこで、第2実施形態に係るプリンタでは、トナー補給装置のカートリッジ通過板(85)や、ボトル部の被受け入れ突起を設けない代わりに、以下に説明するような特徴的な構成を設けている。
図14は、トナーカートリッジ100Yの先端部を示す拡大構成図である。同図は、往復動部材120を最下降位置に停止させる状態で、ボトル部101Yの回転を停止させている状態を示している。ボトル部101Yの周面の一部には、被検知マーク122Yが固定されている。この被検知マーク122Yは、図示のように、往復動部材120に対して最下降位置で排出通路105Yの受入口を閉じさせる回転位置でボトル部101Yが回転を停止させているときに、時計6時の方向、即ち、鉛直方向の真下を向く方向に位置するようになっている。
図示しないトナー補給装置(70)のカートリッジ載置台(77)には、Y,M,C,K用の4つのマーク検知センサが固定されている。Y用のマーク検知センサ87Yを例にすると、これは図14に示すように、トナーボトル101Y上で鉛直方向真下を向いている被検知マーク122Yに所定の間隙を介して対向するように設けられている。そして、ボトル部101Yが図示のような回転位置にあるときに、被検知マーク122Yを検知して、検知信号を図示しない制御部に送る。即ち、マーク検知センサ87Yは、収容体たるボトル部101Yについて所定の回転角度になったことを検知する回転角度検知手段として機能している。なお、被検知マーク122Yと、マーク検知センサ87Yとの組合せとしては、磁石と磁気センサの組合せや、光反射部材と反射型フォトセンサの組合せなどを採用することができる。
他色用のトナーカートリッジ101M,C,Kについても、同様の被検知マークとマーク検知センサとの組合せが設けられている。図示しない制御部は、ボトル部101Y,M,C,Kの回転を停止させるときには、マーク検知センサからの検知信号を受信するタイミングで、Y,M,C,K用のボトル駆動モータを停止させる。
また、新たなトナーカートリッジ101Y,M,C,Kがセットされたときに、そのカートリッジに対応するマーク検知センサから検知信号を受信しない場合には、そのカートリッジのボトル部を回転させた後、検知信号を受信するタイミングでその回転を停止させる。
かかる構成では、各トナーカートリッジ101Y,M,C,Kについて、常に排出通路の受入口を閉じる状態でボトル部101Y,M,C,Kの回転を停止させることができる。
これまで、粉体としてトナーを収容するトナーカートリッジに本発明を適用した例について説明したが、トナー及び磁性キャリアを含有する二成分現像剤を収容する粉体収容器としての剤収容カートリッジにも本発明の適用が可能である。現像装置内の二成分現像剤の磁性キャリアを定期的に入れ替える目的から、トナーとは別に、プレミックス剤と呼ばれる二成分現像剤を定期的に現像装置に補給する画像形成装置が知られているが、かかる画像形成装置のプレミックス剤収容器に、本発明を適用することも可能なのである。
以上、基本構成プリンタにおいては、往復動部材たる往復動コイル113Yとして、排出通路105Yの延在方向における排出口106Y側の端部である下端部を、往復動に伴って排出口106Yを介して排出通路105Yの内外に出し入れする往復移動範囲で、往復動コイル113Yを往復動させるようにしている。かかる構成では、既に説明したように、、排出通路105Y内でのトナー詰まりに加えて、排出口106Y内でのトナー詰まりも回避することで、より確実に長期間に渡ってYトナーを良好に排出させ続けることができる。
また、基本構成プリンタにおいては、往復動部材として、螺旋コイルからなる往復動コイル113Yものを用いている。かかる構成では、既に説明したように、往復動部材として、汎用のコイルバネを採用することを可能にして、特殊な材料からなるものを用いる場合に比べて低コスト化を図ることができる。また、コイルの中空内にトナーを通すことで、往復動部材を排出通路105Y内に存在させることによる排出通路105Y内でのトナー搬送能力の低下を抑えることもできる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、往復動部材120Yとして、排出通路105Yの排出口106Yとは反対側の端にある受入口を往復動に伴って閉じたり開いたりする蓋部118Yを有するもの、を用いている。かかる構成では、既に説明したように、往復動部材120Yを最下降位置で停止させておくことで、プリンタ本体への意図しない衝撃の付与に伴ってボトル部101Y内から受入部104Y内にYトナーを飛び込ませてしまうことによるトナーの過剰補給の発生を回避することができる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、蓋部118Yとして、少なくとも、排出通路105Yの受入口の周辺部であるテーパーとの接触部が弾性変形可能な弾性材料からなるもの、を用いている。かかる構成では、既に説明したように、弾性材料によってテーパー上へのトナーへのストレスを軽減することで、テーパーへのトナー固着を抑えることができる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、粉体収容部たるボトル部101Yとして、自らの円筒周方向に回転可能にホルダー部102Yに保持される円筒状の収容体たるボトル部101Y本体、ボトル部101本体の内周面に螺旋状に突設せしめられた螺旋突起103Y、及びボトル部101本体の円筒軸線方向の端に設けられた粉体送出開口たるボトル開口108Yを具備するものであって、且つ、回転するボトル部101Y本体のトナーを螺旋突起103Yの動きによってボトル開口101Yに向けて搬送するものを用いて、ボトル部101Yとホルダー部102Yとの係合箇所で、ボトル開口108Yを通じてボトル部101Yから送り出されるトナーをホルダー部102Yに受け入れさせるようにしている。そして、ボトル部101Yの回転駆動力を往復動部材の往復動の駆動力に変換する変換機構たる駆動力変換部材109Yを設けている。かかる構成では、既に説明したように、ボトル部101Yを回転させるための駆動源である図示しないボトル駆動モータを、往復動コイル113Y排出通路(105Y)内で往復動させるための駆動源として共用することができる。これにより、往復動部材を往復動させるための専用の駆動源を設けることによるコストアップを回避することができる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、変換機構たる駆動力変換部材109Yとして、ボトル部101Yの1回転の回転駆動力を往復動部材の1往復分の駆動力に変換するもの、を用いている。かかる構成では、ボトル101Yが1回転する毎に、蓋部118Yの往復動によって排出通路105Yの受入口を1回ずつ開閉することができる。なお、駆動力変換部材109Yとして、ボトル部101Yの1回転の回転駆動力を往復動部材の1往復よりも多い整数往復分の駆動力に変換するもの、を用いてもよい。かかる構成では、ボトル101Yが1回転する毎に、蓋部118Yの複数回の往復動によって排出通路105Yの受入口を2回以上の整数回ずつ開閉することができる。
また、第1実施形態に係るプリンタにおいては、収容体たるボトル部101Yとして、トナーカートリッジを搭載可能な粉体収容器搭載装置たるトナー補給装置70に設けられた回転位置合わせ部としての切り欠き部Eに受入可能な被受入部たる被受け入れ突起121Yを、ボトル部101Yの回転周面における所定の箇所に設けたもの、を用いている。そして、トナー補給装置70には、位置合わせ部としての切り欠き部Eを設けている。かかる構成では、既に述べたように、往復動部材120Yを最下降位置にある往復動部材120Yの蓋部118Yによって排出口105Yの受入口を閉じる回転位置でボトル部101Yを停止させた状態で、トナーカートリッジ100Yをトナー補給装置70にセットすることができる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、ボトル部101Yの回転駆動を制御する駆動制御手段たる制御部として、ボトル部101Yの回転停止を1回転単位で制御するもの、を用いている。かかる構成では、往復動部材120Yを最下降位置にある往復動部材120Yの蓋部118Yによって排出口105Yの受入口を閉じる回転位置で、ボトル部101Yの回転を停止させることができる。
また、第2実施形態に係るプリンタにおいては、ボトル部101Yについて所定の回転角度になったことを検知する回転角度検知手段たるマーク検知センサ87Yを設けている。かかる構成では、既に述べたように、トナーカートリッジ101Yについて、常に排出通路の受入口を閉じる状態でボトル部101Yの回転を停止させることができる。
また、基本構成プリンタにおいては、トナーカートリッジ100Yから排出されたトナーを一時貯留するトナー一時貯留部79Yを設け、これを介してトナーをトナー像形成手段の一部である現像装置5Yに送るようにしている。かかる構成では、既に説明したように、トナー一時貯留部79Y内のトナーの有無に基づいて、ボトル部101Y内のトナーエンドを判定することができる。
また、各実施形態に係るプリンタにおいては、トナー一時貯留部を介することなく、トナーを現像装置に送るようにしている。かかる構成では、トナー一時貯留部を設けることによるコストアップを回避することができる。