JP5077716B2

JP5077716B2 - トナーカートリッジ

Info

Publication number: JP5077716B2
Application number: JP2010088824A
Authority: JP
Inventors: 友昭牧野
Original assignee: NEC Fielding Ltd
Current assignee: NEC Fielding Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011221181A

Description

本発明は、感光ドラムの回転数が所定量以上になった時またはトナーが所定量以下になった時、内部のドラムやロール等の状態を変化させてトナー像の画質を劣化させることにより、トナーを補充しただけでは再利用することができないトナーカートリッジを提供する。

コピー機，ファクシミリ、プリンタ，コピーＦＡＸ複合機等の画像形成装置には、トナーを収容したトナーカートリッジが着脱可能に設けられ、このトナーカートリッジの内部には、トナー以外に感光ドラムや各種ロールも収容されている。そして、トナーカートリッジが寿命を迎えた場合、すなわち感光ドラムの回転数が所定量以上になった場合またはトナーが所定量以下になった場合、画像形成装置の装置本体からトナーカートリッジを取り外して新品と交換するようになっている。ところで、このトナーカートリッジは、トナー切れ状態になっても、その内部にトナーを補充しさえすれば、そのまま再利用することができる構造であった。

しかし、トナーカートリッジが寿命を迎えた時、実際にはトナーカートリッジに収容されたドラムや各種ロール等の部品も寿命に達した状態、すなわち調整や交換が必要な状態またはそれに近い状態になっていることが多い。従って、トナーを補充しただけの再生トナーカートリッジは、使用開始直後にまたは使用開始後短時間で内部の部品が寿命に達し、紙詰まりや印刷異常といったトラブルが発生するという問題があった。また、トナーカートリッジの内部の部品が寿命に達すると、トナーカートリッジ自体にトラブルが発生するだけでなく、トナーカートリッジを収容する画像形成装置の装置本体にトラブルが発生するという問題もある。例えば、トナーカートリッジ内部の駆動トルクが増大すると、装置本体側の駆動ギアやモータに負荷が掛かり、これらの部品にトラブルが発生する。

そこで、このような問題に対処したトナーカートリッジが従来提唱されている（特許文献１参照）。このトナーカートリッジでは、その回転数の累積値がカートリッジメモリに書き込まれる。そして、プリンタは、この累積値が所定値以上に達すると、トナーカートリッジに収容されたトナーの残量が所定量以下になったと判断し、トナーカートリッジを作動不能な状態とする。これにより、トナーカートリッジはその再利用が禁止される。

特開２００１−１５４５４４号公報

しかし、従来のトナーカートリッジは、カートリッジメモリに電気的に書き込んだ累積値に基づいて作動不能な状態とされるので、カートリッジメモリを交換することにより、或いは累積値の再書き込みを行うことにより、トナーカートリッジを作動可能な状態に容易に戻すことができる。従って、従来のトナーカートリッジでは、作動可能な状態に戻しさえすれば、寿命に達した部品の調整や交換を行うことなく、トナーを補充するだけで再利用できるという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、感光ドラムの回転数が所定量以上になってまたはトナーが所定量以下になって寿命に達すると、内部の部品の調整作業や交換作業を行わない限り、トナーを補充しただけでは再利用することができないトナーカートリッジを提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係るトナーカートリッジは、トナーを格納し画像形成装置の装置本体に着脱可能なケーシングと、該ケーシングに収容された感光ドラムと、前記ケーシングに収容されて前記感光ドラムの表面にトナー像を形成するプロセスユニットと、前記感光ドラムの回転数が所定量以上となった時に入力される信号に基づいて、またはトナーの残量が所定量以下となった時に入力される信号に基づいて、前記感光ドラムまたは前記プロセスユニットのいずれかに作用し、作用前と比較して前記トナー像の画質を劣化させる像画質劣化手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るトナーカートリッジによれば、感光ドラムの回転数が所定量以上となるとまたはトナーの残量が所定量以下になると、像画質劣化手段が感光ドラムまたはプロセスユニットのいずれかに作用することにより、感光ドラムの表面に形成されるトナー像の画質が劣化する。これにより、像画質劣化手段が作用したプロセスユニットを修復または交換しない限り劣化した画質を良好な状態へと戻せないため、トナーを補充しただけのトナーカートリッジを再利用することができない。従って、再利用トナーカートリッジで内部の部品にトラブルが発生する問題を未然に防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るトナーカートリッジの内部構造を示す模式図。図１におけるＡ−Ａ断面を示す概略横断面図。スパイラルギアの周辺を拡大した部分拡大図。画像形成装置における処理の流れを示すフローチャート。画像形成装置の装置本体の機能構成を示すブロック図。画像形成装置における処理の流れの変形例を示すフローチャート。本発明の第２実施形態に係るトナーカートリッジに関し、特に像画質劣化ユニットについて第１実施形態との違いを説明するための説明図。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るトナーカートリッジの構成について説明する。図１は、第１実施形態のトナーカートリッジ１０の内部構造を示す模式図である。トナーカートリッジ１０は、表面に感光層が形成されてその一部をケーシング１１の外部に突出させるように設けられた感光ドラム１２と、この感光ドラム１２の表面にトナー像を形成するためのプロセスユニット１３と、感光ドラム１２の表面に傷を付けるための像画質劣化ユニット（像画質劣化手段）１４と、印刷枚数や印刷ドットカウントや感光ドラム１２の回転数（ドラムカウント）等を集計し記憶するメモリ１５と、を備えるものである。尚、感光ドラム１２の回転数だけでなく、プロセスユニット１３を構成する各種ロールの回転数も合わせた総回転数をメモリに記憶してもよい。

前記プロセスユニット１３は、図１に示すように、感光ドラム１２の表面を帯電させるための帯電ロール１３１と、感光ドラム１２に接触して設けられた現像ロール１３２と、トナーＴを格納してトナー補給口１３３ａから現像ロール１３２に対してトナーＴを供給するトナー保管部１３３と、を有している。尚、プロセスユニット１３の構成は、本実施形態に限定されず、例えば現像ロール１３２の表面を徐電する部材や、現像ロール１３２の表面から残留トナーを回収する部材を設けてもよい。

このように構成されるプロセスユニット１３によれば、ユーザから印刷開始の命令が発せられると、まず帯電ロール１３１に電圧が印加され、この帯電ロール１３１によって感光ドラム１２の表面全体が一定電位に帯電される。次に、この感光ドラム１２に、印刷情報に応じたレーザー光が照射されてその表面が部分的に徐電されることにより、不可視の静電潜像が形成される。一方、これと同期して現像ロール１３２にも電圧が印加され、トナー保管部１３３から供給されたトナーＴが現像ロール１３２の表面に一様に付着する。そして、この現像ロール１３２のトナーＴが付着することによって静電潜像が可視像化され、現像ロール１３２の表面にトナー像が形成される。その後、このトナー像が記録紙に転写されるものとなっている。

ここで、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示す概略横断面図である。前記像画質劣化ユニット１４は、図２に示すように、ケーシング１１に固定されたスパイラルモータ１４１と、このスパイラルモータ１４１の駆動軸に固定された駆動ギア１４２と、表面に雄ネジが切られて回転可能に支持されたスパイラルロール１４３と、このスパイラルロール１４３の一端に固定されて駆動ギア１４２に噛み合う従動ギア１４４と、内周面に雌ネジが切られてスパイラルロール１４３に螺合するスパイラルギア１４５と、スパイラルロール１４３の両端部にそれぞれ設置された往路センサ１４６及び復路センサ１４７と、を有している。

また、図３は、スパイラルギア１４５の周辺を拡大した部分拡大図である。スパイラルギア１４５には、先端が先鋭な形状の引っ掻き部１４５ａが感光ドラム１２の側に突出して設けられる一方、感光ドラム１２と逆側に向かってフィラー部１４５ｂが突出して設けられている。また、スパイラルギア１４５には、その上部と下部に支持シャフト１４８がそれぞれ挿通されている。この支持シャフト１４８は、図２に示すように、スパイラルロール１４３に平行して延びるようにそれぞれ設けられ、スパイラルギア１４５を支持するとともにその移動を案内するものとなっている。尚、このスパイラルギア１４５は、初期状態すなわちトナーカートリッジ１０が寿命に達していない状態では、その引っ掻き部１４５ａが感光ドラム１２に干渉しない初期位置で停止している。ここで、本実施形態では、この初期位置を図２に向かって感光ドラム１２より左側の位置としているが、これに限られず感光ドラム１２より右側の位置としてもよい。また、支持シャフト１４８は本発明に必須の構成ではなく、その本数や設置位置等は適宜設計変更が可能である。また、引っ掻き部１４５ａの形状，位置，個数等は、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能であって、例えば鍵状に形成することも可能である。

一方、往路センサ１４６及び復路センサ１４７は、いわゆる透過型の光学センサであって、図３に示すように、所定幅の隙間１４９を挟んで向かいあう発光部１４６ａ，１４７ａと受光部１４６ｂ，１４７ｂとを備えるものである。この往路センサ１４６及び復路センサ１４７によれば、発光部１４６ａ，１４７ａと受光部１４６ｂ，１４７ｂの間に物体が存在しない時は、発光部１４６ａ，１４７ａからの光が受光部１４６ｂ，１４７ｂで検知されるが、発光部１４６ａ，１４７ａと受光部１４６ｂ，１４７ｂの間に物体が存在する時は、発光部１４６ａ，１４７ａからの光は物体に遮られて受光部１４６ｂ，１４７ｂでは検知されない。これにより、発光部１４６ａ，１４７ａと受光部１４６ｂ，１４７ｂの間における物体の通過が検出される。尚、本実施形態では往路センサ１４６及び復路センサ１４７として光学センサを用いたが、スパイラルギア１４５の位置を検出可能であれば、他の方式のセンサ例えば物理接触式のタッチセンサを用いてもよい。

このように構成される像画質劣化ユニット１４によれば、スパイラルモータ１４１が駆動されると、その回転が駆動ギア１４２及び従動ギア１４４を介してスパイラルロール１４３に伝達される。そして、スパイラルロール１４３の回転に伴い、これに螺合したスパイラルギア１４５が、支持シャフト１４８に案内されながらスパイラルロール１４３に沿って移動する。そうすると、スパイラルギア１４５の引っ掻き部１４５ａが感光ドラム１２に接触してその表面を引っ掻くことにより、感光ドラム１２の表面には軸方向に沿って直線状の傷が付けられる。また、スパイラルギア１４５は、そのフィラー部１４５ｂが往路センサ１４６または復路センサ１４７によって検知されることにより、その移動範囲が制御される。

次に、画像形成装置の動作制御について説明する。ここで、図４は、画像形成装置における処理の流れを示すフローチャートである。また、図５は、画像形成装置の装置本体１６の機能構成を示すブロック図である。トナーカートリッジ１０に設けられた制御手段（不図示）は、印刷命令が発せられると印刷動作を実行し（Ｓ１）、図１に示すメモリ１５に記憶した印刷ドットカウンタ値及びドラムカウンタ値を、印刷動作の完了ごとに加算する（Ｓ２）。そして、制御手段は、印刷ドットカウンタ値が所定の閾値（ドット）を超過したか否か、或いはドラムカウンタ値が所定の閾値（ドラム）を超過したか否かを判定する（Ｓ３）。その結果、印刷ドットカウンタ値が閾値（ドット）を超過しておらず、且つドラムカウンタ値も閾値（ドラム）を超過していないと判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、制御手段は、トナーカートリッジ１０は未だ寿命に達していないすなわちトナー保管部１３３には十分な量のトナーが残っていると判断し、Ｓ１へ戻って待機し印刷動作を繰り返す。一方、印刷ドットカウンタ値が閾値（ドット）を超過した、或いはドラムカウンタ値が閾値（ドラム）を超過したと判断した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御手段は、トナーカートリッジ１０が寿命に達したすなわちトナー保管部１３３のトナーをほぼ使い果たしたと判断し、その旨を画像形成装置の装置本体１６に通知する（Ｓ４）。

尚、本実施形態ではトナーカートリッジ１０が寿命に達したか否かの判断を印刷ドットカウンタ値またはドラムカウンタ値に基づいて行ったが、これはユーザの使用態様によっては、トナーが使い果たされる前に感光ドラム１２が予定した回転数を超えて寿命に達することもあるからである。また、印刷ドットカウンタ値やドラムカウンタ値に代えて、メモリ１５に記憶したその他の値、例えば印刷枚数に基づいて行ってもよい。また、本実施形態では、印刷ドットカウンタ値及びドラムカウンタ値のチェックをトナーカートリッジ１０の制御手段が行ったが、これに代えて図５に示すコントローラ制御部１７やエンジン制御部１８がこのチェックを行ってもよい。

図５に示す装置本体１６のエンジン制御部１８は、トナーカートリッジ１０が寿命に達したとの通知を確認すると（Ｓ５）、図２に示すスパイラルモータ１４１を回転させる（Ｓ６）。これにより、スパイラルロール１４３が回転し、このスパイラルロール１４３に沿ってスパイラルギア１４５が図２に向かって右方向へ移動する。この時、スパイラルギア１４５の引っ掻き部１４５ａによって感光ドラム１２の表面に傷が付けられる。尚、本実施形態では、スパイラルギア１４５の駆動時に感光ドラム１２の回転を停止させているため、感光ドラム１２の表面には直線状の傷が付いたが、スパイラルギア１４５の駆動時に感光ドラム１２も同時に回転させれば、感光ドラム１２の表面に螺旋状の傷を付けることも可能である。このようにすれば、記録紙に転写されるトナー像の画質が一層ひどく劣化するので、劣化したトナー像の画質を良好な状態に戻すような作業がより確実に必要となる。

その後、図２に示す往路センサ１４６がスパイラルギア１４５のフィラー部１４５ｂの通過を検知すると（Ｓ７）、エンジン制御部１８はスパイラルモータ１４１を停止させた後、逆回転させる（Ｓ８）。これにより、スパイラルロール１４３も逆回転し、このスパイラルロール１４３に沿ってスパイラルギア１４５が図２に向かって左方向へ移動する。この時、スパイラルギア１４５の引っ掻き部１４５ａによって感光ドラム１２の表面に再度傷が付けられる。そして、復路センサ１４７がスパイラルギア１４５のフィラー部１４５ｂの通過を検知すると（Ｓ７）、エンジン制御部１８はスパイラルモータ１４１を停止させる（Ｓ８）。尚、スパイラルギア１４５を往復動させる回数は本実施形態に限られず任意の回数とすることができる。また、スパイラルギア１４５を往復動させることなく、往路センサ１４６によって検知された位置で停止させてもよい。

一方、エンジン制御部１８は、コントローラ制御部１７を介してディスプレイ１９に警告を表示することにより、トナーカートリッジ１０が寿命に達したことをユーザに報知する（Ｓ９）。この場合、この警告を無視して印刷動作を継続しても、記録紙に転写される画像には感光ドラム１２に付けられた傷によって筋状の模様等が入り、トナー像の画質が劣化する。従って、ユーザは、印字画質を良好な状態に戻すような何らかの作業を行う。具体的な作業としては、トナーカートリッジ１０を分解して感光ドラム１２の傷を修復する、感光ドラム１２を新品に交換する、トナーカートリッジ１０自体を新品に交換する等が挙げられる。

このように、トナーカートリッジ１０がトナー切れ状態になって寿命に達したことを検知すると、その内部に設けられた感光ドラム１２の表面に傷を付けることでトナー像の画質を劣化させる。これにより、この感光ドラム１２を修復または交換しない限り、トナーを補充するだけではトナーカートリッジ１０を再利用することができない。従って、トナーを補充しただけの再利用トナーカートリッジで内部の部品にトラブルが生じる問題を未然に防止することができる。

尚、本実施形態では、傷を付ける対象物を感光ドラム１２とした場合を例に説明したが、トナー像の画質の劣化につながる部材であれば、傷を付ける対象物は帯電ロール１３１や現像ロール１３２としてもよい。もちろん、トナーカートリッジ１０の構成によっては、その他の構成部材を選択することも可能である。また、本実施形態では、トナー像の画質を劣化させるべく対象物に傷を付けたが、これに代えて対象物を破壊してもよい。

また、本実施形態では、スパイラルギア１４５を回転させるタイミングを、トナーカートリッジ１０が寿命に達するタイミングと一致させたが、この２つのタイミングをずらすことも可能である。ここで、図６は、画像形成装置における処理の流れの変形例を示すフローチャートである。この変形例では、スパイラルギア１４５を回転させるタイミングを、トナーカートリッジ１０が寿命に達するタイミングより所定時間だけ遅らせている。

具体的には、トナーカートリッジ１０の制御手段は、印刷命令が発せられると印刷動作を実行し（Ｓ１０）、図１に示すメモリ１５に記憶した印刷ドットカウンタ値を、印刷動作の完了ごとに加算する（Ｓ１１）。そして、制御部は、印刷ドットカウンタ値が所定の第１閾値を超過したか否かを判定する（Ｓ１２）。その結果、印刷ドットカウンタ値が第１閾値を超過していないと判断した場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、制御手段は、トナーカートリッジ１０は未だ寿命に達していないすなわちトナー保管部１３３には十分な量のトナーが残っていると判断し、Ｓ１０へ戻って待機し印刷動作を繰り返す。一方、印刷ドットカウンタ値が第１閾値を超過したと判断した場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、制御手段は、トナーカートリッジ１０が寿命に達したすなわちトナー保管部１３３のトナーをほぼ使い果たしたと判断し、その旨を画像形成装置の装置本体１６に通知する（Ｓ１３）。図５に示す装置本体１６のエンジン制御部１８は、この通知を受けてコントローラ制御部１７を介してディスプレイ１９に警告を表示するが（Ｓ１４）、この段階ではスパイラルモータ１４１を回転させない。

その後、制御手段は、印刷処理を継続し（Ｓ１５）、印刷処理の完了ごとに印刷ドットカウンタ値を加算する（Ｓ１６）。そして、制御手段は、印刷ドットカウンタ値が所定の第２閾値を超過したか否かを判定する（Ｓ１７）。その結果、印刷ドットカウンタ値が第２閾値を超過していないと判断した場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、制御手段は、Ｓ１５へ戻って待機し印刷動作を繰り返す。一方、印刷ドットカウンタ値が第２閾値を超過したと判断した場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、制御手段は、トナーカートリッジ１０が寿命に達してから既定時間が経過したと判断し、その旨を装置本体１６のエンジン制御部１８に通知する（Ｓ１８）。エンジン制御部１８は、この通知を確認すると（Ｓ１９）、スパイラルモータ１４１を回転させる（Ｓ２０）。これにより、前述と同様にして感光ドラム１２の表面に傷が付けられ、往路センサ１４６がスパイラルギア１４５の通過を検知することにより、スパイラルモータ１４１を逆回転され、復路センサ１４７がスパイラルギア１４５の通過を検知することにより、スパイラルモータ１４１が停止される（Ｓ２１）。

このような制御によれば、トナーカートリッジ１０が寿命に達したことを警告表示してから、ユーザがこれに対処する時間的な余裕を確保することにより、ユーザへの影響を配慮した設計となっている。

次に、本発明の第２実施形態に係るトナーカートリッジの構成について説明する。本実施形態に係るトナーカートリッジ２０は、第１実施形態と比較すると、像画質劣化ユニット２１の構成のみが異なっている。ここで、図７は、第２実施形態の像画質劣化ユニット２１に関し、第１実施形態の像画質劣化ユニット１４との違いを説明するための説明図である。本実施形態の像画質劣化ユニット２１は、第１実施形態のスパイラルギア１４５に代えて、パッド２１１がスパイラルロール１４３に螺合して設けられている。このパッド２１１は、その先端部２１１ａが多孔質部材からなり、その先端部２１１ａには性質変化物質が含浸されている。この性質変化物質は、感光ドラム１２の表面を変質させることによって、トナー像の画質を劣化させ得る物質である。性質変化物質としては、例えば接着剤やグリスや導電性グリスを使用することができる。接着剤やグリスを使用した場合、感光ドラム１２の表面には、その表面電位によってトナーが付着するのではなく、接着剤やグリスの粘着力によってトナーが付着する。これにより、感光ドラム１２の表面には、形成した静電潜像と異なるトナー像が形成されるため、印字画質が劣化する。一方、導電性グリスを使用した場合、感光ドラム１２の表面電位が導電性グリスによって乱されるため、前述と同様に印字画質が劣化する。

このような構成によれば、図２に示すスパイラルモータ１４１が駆動され、その回転が伝達されてスパイラルロール１４３が回転すると、パッド２１１がスパイラルロール１４３に沿って移動する。そうすると、パッド２１１の先端部２１１ａが感光ドラム１２に接触してその表面に性質変化物質を塗布することにより、感光ドラム１２の表面が変質し、その結果トナー像の画質が劣化する。これにより、この感光ドラム１２の表面を清掃して性質変化物質を除去し、または感光ドラムの表面に他の物質を更に塗布して性質変化物質の特性を打ち消し、または感光ドラムを新品に交換しない限り、トナーを補充するだけではトナーカートリッジ２０を再利用することができない。従って、トナーを補充しただけの再利用トナーカートリッジ２０で内部の部品にトラブルが生じる問題を未然に防止することができる。

尚、本実施形態でも、性質変化物質を塗布する対象物を感光ドラム１２とした場合を例に説明したが、トナー像の画質の劣化につながる部材であれば、性質変化物質を塗布する対象物は帯電ロール１３１や現像ロール１３２としてもよい。もちろん、トナーカートリッジ２０の構成によっては、その他の構成部材を選択することも可能である。

１０…トナーカートリッジ
１１…ケーシング
１２…感光ドラム
１３…プロセスユニット
１６…装置本体
２１…像画質劣化ユニット（像画質劣化手段）
Ｔ…トナー

Claims

トナーを格納し画像形成装置の装置本体に着脱可能なケーシングと、
該ケーシングに収容された感光ドラムと、
前記ケーシングに収容されて前記感光ドラムの表面にトナー像を形成するプロセスユニットと、
前記感光ドラムの回転数が所定量以上となった時に入力される信号に基づいて、またはトナーの残量が所定量以下となった時に入力される信号に基づいて、前記感光ドラムまたは前記プロセスユニットのいずれかに作用し、作用前と比較して前記トナー像の画質を劣化させる像画質劣化手段と、
を備えることを特徴とするトナーカートリッジ。
前記像画質劣化手段が、前記プロセスユニットに接触してその表面に傷を付けることを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
前記像画質劣化手段が、前記プロセスユニットに対してその表面の性質を変化させる物質を塗布することを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。