JP5239325B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれら機能を備えた複合機等の二成分電子写真方式画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルト等の潜像担持体上に、画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像剤担持体を有する現像装置により行われる現像作業によって可視像が得られる。このような現像では、転写性、ハーフトーンの再現性、温度・湿度に対する安定性等の観点から、トナーとキャリアを有する二成分現像剤を用いた二成分現像方式が広く利用されている。

二成分現像においては二成分現像剤を有する現像機によって現像を行うが、トナー消費に応じて現像機へのトナー補給を行う必要がある。そこで交換可能なトナー収納容器としてトナーボトルやトナーカートリッジ（以下、トナーボトルという）が用いられ、その多くはスクリューや重力による自由落下によって現像機へのトナー補給を行っている。しかし一部の画像形成装置では、特許文献１で示されるように、機械内部にトナー暫定貯留部（以下、サブホッパという）を備え、図２のようにトナーボトル１からサブホッパ３へトナーを搬送し、サブホッパ３から現像機５へトナー補給を行う方式が実用化されている。

このように機械内部にサブホッパを有することで、ユーザー自身により交換が行われるトナーボトルにトナーがなくなっても、しばらく間はサブホッパ内のトナーによって印刷が可能である。そのためトナーボトルにトナーがなくなり、トナーボトル交換が必要になってもすぐに交換せず、空いた時間に交換することができ、機械のダウンタイムの低減に大きな効果をもたらしている。

またサブホッパがない場合は、トナーボトルと現像機の相対配置に制約がでて、レイアウト上の理由によって機械の小型化が困難となるが、サブホッパの存在により、そのような困難性が緩和する。更に機械内部に設置されたサブホッパは、トナーボトルから直接現像機に補給するよりも高精度にトナーを現像機に供給することが容易である。

以上のような理由によって、サブホッパを有する機械が実用化されているが、サブホッパ内のトナー検知にはトナーの接触によってトナーの有無を判定する圧電センサ、あるいは光の透過でトナーの有無を判定する光センサ等が用いられている。この場合、図２に示すように、サブホッパの側面に設置されたセンサ４によってトナーの有無を判定し、トナー無しと判定した際にサブホッパ３の上部からトナーの投入を行う。

実用化されているサブホッパを有する機械の多くは、トナーボトルにトナーが無くなったことを判断して（例えばサブホッパのセンサが一定期間以上、トナー無しを検出する場合）、トナーニアエンドとし、その後はサブホッパ内のトナーによって現像機へトナーを供給する。そして一定量の印刷後にトナーが無くなって、トナーエンドとして印刷を停止する。

通常の場合、ニアエンド判定後、トナーエンドまでの間にトナーボトルの交換を行う。ボトル交換時には印刷動作を停止させ、サブホッパへのトナー充填を行う。しかしトナーボトル交換時に印刷ができなくなることは、ダウンタイム発生、特に高速機における生産性の低下につながっている。

そこでトナーボトルの交換中も、サブホッパ内のトナーを用いて印刷を続行することが考えられるが、この場合、図４のようにトナーボトル内に十分トナーがあるときと異なり、図５に示すようにニアエンド判定後のトナー消費によってサブホッパ内のトナーは減少している（描写の簡略化のため、図４及び図５では搬送ポンプ２等、トナーボトルからサブホッパへの搬送機構と現像機は省略）。このため、この状態を早急に図４に示す「サブホッパ内にトナーが満たされた状態」に復帰させないと、ニアエンドやエンドの誤検知となる。これは通常サブホッパ内に一定時間以上トナーが無いときに、ニアエンドやエンドと判定するためである。

ところが、多色画像形成装置においては、制御上の問題やメカ構成的な搬送負荷の問題で、トナーボトルからサブホッパへのトナー搬送に関して、各色間でトナー搬送を同時に行うことができない画像形成装置が少なくない。このような多色画像形成装置においては、ダウンタイムの抑制が十分果たされていない。

特開２００３−１３１４８５号公報

そこで本発明は、トナーボトルからサブホッパへのトナー搬送に関して各色間でそのようなトナー搬送を同時に行うことができない画像形成装置にあっても、トナーニアエンド判定後にサブホッパのトナーが減った状態でトナーボトルの交換が行われた場合に、画像形成処理を極力停止させることなく連続稼動させることを可能にすることを課題とする。

上記課題は、本発明にしたがって、現像機にトナーを供給するトナー暫定貯留部、当該トナー暫定貯留部へトナーを補給するトナー搬送手段、及びトナー暫定貯留部への補給のためのトナーを収容する交換可能なトナー容器を備えて構成されるトナー補給装置を少なくとも２色のために有し、トナー容器からトナー暫定貯留部へのトナー補給に関して各色間で時間差をつけてトナー搬送するように構成された二成分電子写真方式画像形成装置において、トナー容器にトナーがないトナーニアエンドの判定が出た後にトナー暫定貯留部内のトナーが減った状態にてトナー容器の交換を行う場合に、画像形成動作を停止させることなく、トナー暫定貯留部内に所定量のトナーが充填されるまで該当色のトナー補給を優先的に行う制御を実行する画像形成装置であって、トナーニアエンドの判定を複数色で受け、該当のトナー容器を同時に交換した場合に、トナーニアエンド判定後のトナー消費量の多い順序にしたがって１色ずつトナー暫定貯留部へトナー充填するように制御を行うことで、解決される。

トナー容器交換後、少なくとも１回はトナー暫定貯留部に所定量のトナーが充填されたと判定されるまでは、該当色のトナーニアエンド若しくは画像形成処理を禁止する基準としてのトナーエンドの判定を行わないようにするのが、好適である。トナーニアエンドの判定を複数色で受け、該当のトナー容器を同時に交換した場合に、トナーニアエンド判定後のトナー消費量の多い順序にしたがって１色ずつトナー暫定貯留部へトナー充填するように制御を行うのが、好都合である。トナー暫定貯留部へトナーを補給するトナー搬送手段が、圧力差を利用したポンプ、例えば一軸偏芯スクリューポンプであれば、一層好ましい。

請求項１に係る発明によれば、トナー容器にトナーがないトナーニアエンドの判定が出た後にトナー暫定貯留部内のトナーが減った状態にてトナー容器の交換を行う場合に、画像形成動作を停止させることなく、トナー暫定貯留部内に所定量のトナーが充填されるまで該当色のトナー補給を優先的に行う制御を実行することで、トナー容器からトナー暫定貯留部へのトナー搬送に関して各色間でトナー搬送を同時に行うことができない構成であっても、印刷を極力停止させずに連続稼動させることが可能となる。

トナー容器交換後、少なくとも１回はトナー暫定貯留部に所定量のトナーが充填されたと判定されるまでは、該当色のトナーニアエンド若しくは画像形成処理を禁止する基準としてのトナーエンドの判定を行わないように制御することで、トナーニアエンド／トナーエンド判定の誤検知を防止できる。

トナーニアエンドの判定を複数色で受け、該当のトナー容器を同時に交換した場合に、トナーニアエンド判定後のトナー消費量の多い順序にしたがって１色ずつトナー暫定貯留部へトナー充填するように制御を行うことで、印刷を極力停止させずに連続稼動させることが一層可能となる。

トナー暫定貯留部へトナーを補給するトナー搬送手段が、圧力差を利用したポンプであれば、搬送経路を細くフレキシブルなシリコンチューブで構成することもでき、レイアウトの制約が減り、省スペース化を実現できるだけでなく、同時に搬送によるトナーへのストレスを軽減することもできる。

図１は、本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略図である。現像方式は乾式２成分現像方式であり、システムとしては４連タンデム型中間転写方式のカラー複写機である。このカラー複写機は、中央に装置本体たる複写機本体１００、その下部にテーブル状に構成された給紙部２００が配置され、複写機本体の上方にスキャナ３００、スキャナ３００の上方に原稿自動補給装置４００が配置されている。

複写機本体内には、複数のローラ１４，１５，１６に巻き掛けられた可撓性の無端ベルトにより構成された中間転写ベルト１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、複数のローラ１４，１５，１６のうち１つのローラが不図示の駆動装置によって回転駆動され、これにより中間転写ベルト１０を矢印で示す時計方向に走行駆動し、他のローラが従動回転するようになっている。このように走行する中間転写ベルト１０の上部走行辺には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの作像ユニット１８（色順はシステムによって異なり得る）が横に並ぶように配置されている。すなわち、ローラ１４，１５間の走行辺上に、４つの作像ユニット１８を配置してタンデム画像形成部２０を構成している。

４個の作像ユニット１８はトナー色以外の点では同じ構成であり、中間転写ベルト１０に接する感光体ドラム４０を具備している。この感光体ドラム４０の周りには、帯電手段、現像機、クリーニング手段、除電手段等が配置され、更に感光体ドラム４０が中間転写ベルト１０に接する位置における中間転写ベルト１０の内周側には転写手段５７が設けられている。また、各作像ユニット１８の上方には光変調されたレーザ光を各感光体ドラム表面に照射する露光装置２１が配置され、このレーザ光は帯電手段と現像機の間で感光体ドラムに照射する。

一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成部２０と反対の側には、２次転写手段２２が設けられている。２次転写手段２２は、２つのローラ２３間に、２次転写ベルト２４を巻き掛け、当該ベルトが中間転写ベルト１０を介してローラ１６に押し当てられるようになっている。なお、図１において、２次転写手段２２の左横（シート搬送方向下流側）には、シート上に担持された転写画像を定着するための定着装置２５が設けられている。

上述した２次転写手段２２は、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと補給するシート補給機能も備えている。もちろん、２次転写手段２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、転写後のシートを定着装置２５まで搬送するシート搬送装置を、別途設ける必要が生ずる。なお、図示例では、このような２次転写手段２２及び定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成部２０と平行に、シート裏面に画像を記録すべくシートを反転するためのシート反転装置２８が備えられている。

以上のように構成されたカラー複写機を用いてコピーをとるとき、原稿自動補給装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。あるいは、原稿自動補給装置４００を開放してスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動補給装置４００を閉じることで原稿を押さえる。不図示のスタートスイッチを押すと、複写動作が開始され、原稿自動補給装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へ移動した後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは直ちに、スキャナ３００を駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光を更に反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。

また、複写動作が開始されると、中間転写ベルト１０が回転走行し、同時に画像情報に応じて個々の作像ユニット１８でその感光体４０を回転して各感光体４０上にそれぞれ、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の走行とともに、それら単色画像を順次転写することで中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

更に、複写動作の開始によって給紙部２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転して、ペーパーバンク４３に多段に備えた給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、補給ローラ４７で補給して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てる。代わりに手差し給紙を選択した場合には手差し給紙部の給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ（タイミング合わせローラ）４９に突き当てて止める。

そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写手段２２との間にシートを送り込み、２次転写手段２２で転写してシート上に一括してフルカラー画像を記録する。画像転写後のシートは、２次転写ベルト２４に搬送され定着装置２５へ送り込まれ、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着され、排出ローラ２６を介して機外へ排出され、排紙トレイ２７上にスタックされる。または、切り換え爪５５で搬送路を切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ２６で排紙トレイ２７上に排出される。画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング手段１７で、ベルト上に残留する残留トナーを除去され、タンデム画像形成部２０による次の画像形成に備えられる。

図２は、図１のカラー複写機のタンデム画像形成部における或る色に対するサブホッパを有する現像機へのトナー補給を説明する構成例を示す。色については任意である。このような構成の場合、印刷動作によって消費したトナーに相当する分の補充トナーをサブホッパ３から現像機５に補給し、その結果、サブホッパ３での減少分をトナーボトル１からトナー供給する。ここでサブホッパ内のトナー有無の判定として、筐体側面に取り付けられたセンサ４の位置までトナーが存在するか否かの判定を行う。センサ４としては、トナーの接触を検知する圧電センサが機能的に相応しく、誤検知の可能性が低い。図２に示すように、このような圧電センサをサブホッパ３に取り付けることで、センサ位置までトナーが存在するか否かを画像形成装置が判定することができる。センサ４が「トナー有り」を検出しているときは、サブホッパ３への搬送を行わない。

トナーボトル１からサブホッパ３へトナーを搬送する手段として搬送ポンプ２を用いる。ポンプ２による圧力差を用いてトナーを搬送するのである。搬送ポンプ２として用いられる吸引型ポンプは、例えば、図３に示すように、円筒形状ケース７内に２条の螺旋状溝を有したステータ８とその内側に配された１本の螺旋状凸部を備えたロータ９とを配置して成る一軸偏芯スクリューポンプ、所謂モーノポンプである。モーノポンプは高い補給分解能を有し、最少補給時間を短く、機能的に相応しい。このようなポンプによってトナーの搬送量の分解能を高め、搬送量にばらつきの少ないトナー供給を実現できる（高精度なトナー搬送）。また、搬送経路としてシリコンチューブ等を用いることができ、搬送にスクリューを使用する場合に比べて装置内部での這い回しが容易である。その結果、レイアウトの自由度が増し、装置の小型化を実現し易くなる。またスクリューは、その搬送経路が長くなるとトナーにストレスを与えて、品質を劣化させるのに対して、ポンプによる搬送の場合、搬送経路が長くなることの悪影響はほとんど見られない。

なお、トナーボトル１からサブホッパ３への搬送は、１０ｇ程度までのばらつきがあっても影響はないが、一方で現像機５へ補給されるトナーは、現像機内のトナー濃度を適正に保つために、高精度の分解能が必要とされる。そこでサブホッパ３から現像機５への補給には、スクリュー６によって搬送を行い（図２）、高い分解能でトナー補給を行う。

なお、本カラー複写機では、制御上の問題で、サブホッパ３から現像機５へのトナー補給は複数色を同時に行うことが可能になっている一方で、トナーボトル１からサブホッパ３へのトナー搬送は複数色を同時に行うようになっていない。このようなトナーボトルからサブホッパへのトナー搬送を異なる色の間で同時にできない構成をとる画像形成装置には、制御的な理由による場合のほかに、メカ構成的に搬送負荷が大きく同時駆動が適さない場合がある。

図４は、トナーボトル１内にトナーが存在する通常状態（ニアエンドやエンドではない状態で、以下「トナーフル」と称する）のときの図である（描写の簡略化のため、トナーボトルからサブホッパへの搬送機構と現像機は省略）。このとき不図示の現像機にトナーを補給してサブホッパ３内のトナーレベル面が下がり、センサ４が「トナー無し」を検出するとすぐにトナーボトル１からサブホッパ３へトナーが搬送されるため、サブホッパ３内のトナーはほぼ一定に保たれる。

一方、図５は、トナーボトル１内のトナーがなくなり、サブホッパのセンサが一定期間以上「トナー無し」を検出して「トナーニアエンド」となっている状態を表した図である（描写の簡略化のため、トナーボトルからサブホッパへの搬送機構と現像機は省略）。このときは、不図示の現像機におけるトナー消費によってトナー補給するサブホッパ３のトナーレベル面は低下するため、センサ４の出力は常に「トナー無し」となる。トナーボトル１の交換が実行されない場合、ニアエンド判定後に一定量の印刷を行った後に「トナーエンド」として機械の動作を停止させる。

図６は、トナーフル時のトナー補給動作フローを単純化したものであり、図７は「トナーフル」から「ニアエンド」、「エンド」の判定フローを単純化したものである。ここで通常は「ニアエンド」判定後、「エンド」判定までの機械が動作可能である間にトナーボトルの交換を行うものであるが、既述のように「ニアエンド」判定後にしばらくボトル交換を行わずに印刷を続行する（サブホッパのトナーのみで現像機にトナー補給）と、ボトル交換直後はサブホッパのトナーレベル面は低い状態となっており、このまま印刷を継続するとトナーボトルからサブホッパへのトナー補給が十分なものになるまではセンサの出力が「トナー無し」であるため、「ニアエンド」誤検知やサブホッパ内のトナーが枯渇する懸念がある。そこで従来の制御においては、ボトルの交換後、印刷を停止した状態でサブホッパへのトナー補給を行い、サブホッパにトナーが満たされ、センサの出力が「トナー有り」になってから印刷動作を再開するようになっている。

しかし、このような制御ではボトル交換後にサブホッパにトナーを充填するために機械を稼動できない時間（ダウンタイム）が発生する。そのため特に高速機における生産性が低下する。そこで本発明では、トナーボトル交換後、印刷によるトナー消費に対応したトナー搬送を行うのではなく、交換したボトルの色を優先的に搬送させることを行う。

図８に本発明でのフローを示す。通常の印刷動作では各色の優先度に差はなく、センサが「トナー無し」を検出した色からサブホッパへトナーを搬送するが、この際、「ニアエンド」で交換したボトルが検知された場合、該当色のトナーを優先的に搬送させる。この優先時の状態とは、該当色のトナー搬送を他色より長く行うことであり、該当色のみトナーを搬送させる、若しくは通常よりも搬送回数や搬送時間を長くすることが考えられる。この状態での制御は、一定量のトナーをサブホッパに搬送するまで行うものであるが、ボトル交換後にセンサが「トナー有り」を検出するまで行うことが適当である。

既述のように、通常「ニアエンド」の判定はサブホッパのセンサが一定期間以上「トナー無し」を検出したことをもってなされる。そのため、「ニアエンド」時にボトル交換を行い、トナーレベル面が低下した状態で同様の判定を行うと、「ニアエンド」、ひいてはエンド判定の誤検知につながる。そこでボトル交換を行って、該当色のトナーを優先的に搬送させる際、少なくとも1回はセンサが「トナー有り」を検出するまでの間、ニアエンド／エンドの判定を行わない制御を行う。

また複数色において「ニアエンド」判定がなされた後に、「ニアエンド」に係る各色のトナーボトルを同時に交換する場合、ニアエンド判定後にサブホッパから消費したトナーが多い（印刷量が多い）順番に、1色ずつ前述した制御による充填を行うようにしてもよい。ニアエンド判定後のトナー消費の多寡は例えば印刷枚数カウントに基づいて判断する。このように制御することで、ニアエンド判定後に消費したトナーが多く、サブホッパ内の残量が少ない色のトナーについて先に充填することができ、サブホッパ内トナーの枯渇を防止できる。

前述したように、本発明に係る画像形成装置ではサブホッパ３へのトナー搬送に関して複数色同時に稼動させるように構成されておらず、したがって、その駆動元は１つでまかなうようになっているのがよい。その具体例として、１つのモータを用いて各色の画像形成手段に動力を伝達し、それを電磁クラッチで実際の搬送を行うか否かを決定する手段を備えることが考えられる。このような構成の場合、モータが１個ですむため、機械全体のコストダウンになると同時に、装置の省スペース化を実現することができる。

本発明に係るカラー複写機の構成図である。 画像形成部におけるサブホッパを備えた現像機とトナーボトルの接続関係を示す概念図である。 搬送ポンプの構成を示す概略図である。 トナーボトル内にトナーが存在する通常状態を示す図である。 トナーニアエンドの状態を示す図である。 トナーフル時のトナー補給動作フローの図である。 トナーフルからニアエンド、エンドの判定フローを示す図である。 本発明に係る制御フローを示す図である。

符号の説明

１ トナーボトル
２ 搬送ポンプ
３ サブホッパ
４ センサ
５ 現像機
６ 搬送スクリュー

Claims (3)

1. 現像機にトナーを供給するトナー暫定貯留部、当該トナー暫定貯留部へトナーを補給するトナー搬送手段、及びトナー暫定貯留部への補給のためのトナーを収容する交換可能なトナー容器を備えて構成されるトナー補給装置を少なくとも２色のために有し、
   トナー容器からトナー暫定貯留部へのトナー補給に関して各色間で時間差をつけてトナー搬送するように構成された二成分電子写真方式画像形成装置において、
   トナー容器にトナーがないトナーニアエンドの判定が出た後にトナー暫定貯留部内のトナーが減った状態にてトナー容器の交換を行う場合に、画像形成動作を停止させることなく、トナー暫定貯留部内に所定量のトナーが充填されるまで該当色のトナー補給を優先的に行う制御を実行する画像形成装置であって、
   トナーニアエンドの判定を複数色で受け、該当のトナー容器を同時に交換した場合に、トナーニアエンド判定後のトナー消費量の多い順序にしたがって１色ずつトナー暫定貯留部へトナー充填するように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. トナー容器交換後、少なくとも１回はトナー暫定貯留部に所定量のトナーが充填されたと判定されるまでは、該当色のトナーニアエンド若しくは画像形成処理を禁止する基準としてのトナーエンドの判定を行わないように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナー暫定貯留部へトナーを補給するトナー搬送手段が、圧力差を利用したポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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