JP6152776B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、装置本体にトナーカートリッジを備えた画像形成装置に関するものである。

プリンターやファクシミリ、複写機などの電子写真方式を用いた画像形成装置では、画像形成によってトナーが消費されるため、現像装置内のトナー濃度が低下するとトナーカートリッジから現像装置にトナーが補給される。

ところが、トナーカートリッジ内の補給用トナーは、現像装置に補給されることなく長期間にわたって放置されると凝集することがある。

トナーカートリッジ内でトナーが凝集すると、トナーカートリッジ内の撹拌スクリューの回転トルクが上昇し、撹拌モーターの脱調や回転伝達部のカップリング外れなどが生じる。

そこで、例えば特許文献１では、撹拌部材によるトナー撹拌開始時にモーターの出力トルクを定常期間の出力トルクよりも高いトルクとして、モーターの脱調を防止しつつモーターの発熱も防止する技術が提案されている。

また特許文献２では、装置電源がオフ状態のときに、トナー容器内の撹拌手段を自動的に所定の時間間隔で作動させて、トナー容器内のトナー凝集を抑制する技術が提案されている。

そしてまた、特許文献３では、トナーカートリッジ内の温度が所定温度を超えると、撹拌手段を作動させてトナーの溶融や凝固などを防止する技術が提案されている。

特開2005-241675号公報 特開平11-84836号公報 特開2007-093639号公報

ところで、本発明者等が、トナーカートリッジ内でトナー凝集が生じる原因について種々検討を重ねた結果、トナーカートリッジへの振動の伝搬がトナー凝集の原因の一つと知見を得た。トナーカートリッジが振動すると、トナーカートリッジに収容されている補給用トナーの嵩密度が高くなってトナー凝集が生じるのである。トナーカートリッジに振動が加わる場合としては、トナー補給が行われない低印字率の画像形成が連続して行われた場合、モノクロ画像形成が連続して行われた場合（他色のトナーカートリッジには振動だけが加わる）、スキャニング動作がだけが連続して行われた場合、その他、画像形成が行われない状態で画像調整動作や定着装置のウォーミングアップ動作などが行われた場合などが挙げられる。

特許文献１の提案技術では、トナー凝集に対する事後的対応であり、トナー凝集そのものを防止する技術ではない。また、特許文献２の提案技術は、装置電源がオフのときのトナー容器内のトナー凝集は防止できると考えられるものの、画像形成時の振動によるトナー凝集は防止できない。そしてまた、特許文献２の提案技術は、低温度条件下における振動によるトナー凝集は防止できない。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期間にわたって放置された場合であっても、トナーカートリッジ内での補給用トナーの凝集を防止し、撹拌部材の回転トルクの上昇、撹拌モーターの脱調、回転伝達部のカップリング外れなどを防止することにある。

前記目的を達成する本発明に係る画像形成装置は、補給用トナーを収容するトナーカートリッジと、前記トナーカートリッジ内に設けられた、補給用トナーを撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段が最後に作動してから、振動を伴う機械的動作が行われた時間を計測する計測手段と、計測された動作時間を積算して記憶する記憶手段と、前記撹拌手段の作動を制御する制御手段とを備え、前記記憶手段に記憶された積算動作時間が所定時間以上になると、前記制御手段は前記撹拌手段を作動させて前記補給用トナーを撹拌することを特徴とする。

ここで、前記トナーカートリッジが複数個備えられている場合、前記複数個のトナーカートリッジごとに撹拌手段を有すると共に、前記複数個のトナーカートリッジごとに、トナーカートリッジ内の撹拌手段が最後に作動してから、振動を伴う機械的動作が行われた時間が個別に計測され、前記記憶手段に記憶された積算動作時間が所定時間以上になったトナーカートリッジの前記撹拌手段が作動されるようにするのが好ましい。
以上になったトナーカートリッジの前記撹拌手段が作動される

前記の振動を伴う機械的動作は画像形成動作である。

また、前記の振動を伴う機械的動作は、少なくとも１つのモーター又はソレノイドの駆動である。

前記計測手段は、前記撹拌手段が作動すると前記積算動作時間をゼロに戻す。

装置本体内の温度を検知する温度検知手段をさらに設け、前記温度検知手段による検知温度によって前記所定時間を変えるようにしてもよい。この場合、前記温度検知手段による検知温度が高いほど前記所定時間を短くするのが好ましい。

また、前記トナーカートリッジ内のトナー残量を検知するトナー残量検知手段をさらに設け、前記トナー残量検知手段によるトナー残量によって前記所定時間を変えるようにしてもよい。この場合、前記トナー残量検知手段によるトナー残量が多いほど前記所定時間を短くするのが好ましい。

前記撹拌手段としてはスパイラルバネが好ましく、この場合、前記制御手段は、前記積算動作時間が所定時間以上になったとき、前記スパイラルバネを少なくとも１回転させるのが好ましい。

本発明の画像形成装置では、トナーカートリッジの撹拌手段が停止した後の、振動を伴う機械的動作が行われた積算動作時間が所定時間以上になると、前記撹拌手段を作動させて補給用トナーを撹拌するので、トナーカートリッジが長期間にわたって放置された場合であっても、トナーカートリッジ内での補給用トナーの凝集が防止さる。これにより、撹拌部材の回転トルクの上昇、撹拌モーターの脱調、回転伝達部のカップリング外れなどが防止される。

本発明の画像形成装置の一例を示す概説図である。 トナーカートリッジ６０及びサブホッパー７０の概説図である。 振動を加えない状態でトナーカートリッジを数日間放置した場合と、振動を加えて数日間放置した場合の、トナーカートリッジ内のスパイラルバネを回転駆動させるステッピングモーターのトルクの経時変化を示す図である。 振動を加えてトナーカートリッジを数日間放置した場合と、所定時間ごとにスパイラルバネを回転駆動させて数日間放置した場合の、ステッピングモーターのトルクの経時変化を示す図である。 シアンのトナーカートリッジ６０Ｃにおけるスパイラルバネ６１を作動制御例を示すフローチャートである。 温度によって所定時間を変えるサブルーチンを示すフローチャートである。 トナーカートリッジ内のトナー残量によって所定時間を変えるサブルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る画像形成装置について図に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図を示す。装置本体１は、原稿画像を読み取る読取部１００と、画像を印刷するプリンター部２００と、使用者とのインターフェースとなる操作表示部３００とで構成されている。読取部１００は、図示していない原稿ガラス板の上に載置された原稿の画像をスキャナーを移動して読み取る公知のもので、イメージセンサーにより色別に電気信号に変換されてプリンター部２００へ送られる。また、ファクシミリや別設のパソコンから電子データ化された画像信号を受信した場合は直接プリンター部２００へ送られる。

プリンター部２００は、その内部中央部に無端状の中間転写ベルト４０を備える。中間転写ベルト４０はローラ４１とローラ４２との間に略水平に懸架され、反時計回りに回転する。中間転写ベルト４０の下方には、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した４つの作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ（以下、「作像ユニット１０」と総称することがある）が並んで配置されている。中間転写ベルト４０を懸架するローラ４２には、中間転写ベルト４０を挟んで２次転写ローラ５４が圧接している。また、ローラ４１には中間転写ベルト４０の表面を清掃するクリーニング装置４３が設けられている。中間転写ベルト４０の内側には感光体２１と対応する位置に１次転写ローラ４４が配置されている。

中間転写ベルト４０の上方には、各作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの現像器９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋにトナーを補給する補給機構として、トナーカートリッジ６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋ（以下、「トナーカートリッジ６０」と総称することがある）及びサブホッパー７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋ（以下、「サブホッパー７０」と総称することがある）が配置されている。現像器９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ内のトナー濃度が一定となるように、サブホッパー７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋを介してトナーカートリッジ６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋから現像器９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋにそれぞれトナーが補給される。

トナーカートリッジ６０は、装置本体１に交換可能に装着されている。また、各トナーカートリッジ６０には、図示しないヒューズが装着されており、装置本体１は未使用のトナーカートリッジをヒューズにより検出し、ヒューズカットすることで未使用状態を解除する。即ち、ヒューズカットされたことで、トナーカートリッジの交換を知ることができる。

作像ユニット１０の下方には露光装置１１が設けられている。露光装置１１の窓から出射した光は、感光体ユニットと現像器９の隙間を通って感光体２１表面を照射し、感光体２１表面に静電潜像を形成する。

露光装置１１の下部にはカセット５１が配置されている。カセット５１には、紙やフィルムなどの転写材５０が積層収納され、給紙ローラ５２によって最上の転写材５０から一枚づつ搬送路Ａに引き出される。搬送路Ａに引き出された転写材５０は、搬送ローラによってレジストローラ対５３に搬送される。そして、レジストローラ対５３によって転写材５０は、中間転写ベルト４０表面のトナー画像の回転とタイミングを合わせて、中間転写ベルト４０と２次転写ローラ５４のニップ部に送り出され、ここでトナー画像が転写材５０に転写される。

トナー画像が転写された転写材５０は搬送路を通って定着装置５５に送られる。定着装置５５では転写材５０に加熱・加圧がなされ、転写材５０上のトナー像が転写材５０に溶融定着する。そして、転写材５０は排紙トレイに排出される。

図２に、トナーカートリッジ６０からサブホッパー７０にトナーを補給する機構の説明図を示す。図２において、装置本体１にトナーカートリッジ６０を装着すると、サブホッパー７０の上部のシャッターが開き、トナーカートリッジ６０からのトナーの補給が可能な状態となる。

トナーカートリッジ６０内には、スパイラルバネ（撹拌手段）６１が搭載されている。このスパイラルバネ６１が、ステッピングモーター６２によってギア６３を介して回転駆動される。これにより、トナーがサブホッパー７０を通って現像器９に補給される。トナーカートリッジ６０内のトナー残量は、トナー残量センサー６４により検知される。

このような構成の画像形成装置において振動を伴う機械的動作が行われると、トナーカートリッジ６０にその振動が伝わりトナーカートリッジ６０内でトナーの凝集が生じる。画像形成装置における振動を伴う機械的動作としては、例えば、画像形成動作が挙げられる。より詳細には、少なくとも１つのモーター又はソレノイドの駆動が挙げられる。

画像形成動作を行わない状態すなわち振動を加えない状態でトナーカートリッジ６０を数日間放置した場合と、振動を加えて数日間放置した場合の、トナーカートリッジ６０内のスパイラルバネ６１を回転駆動させるステッピングモーター６２のトルクを測定した。図３に測定結果を示す。

図３から明らかなように、振動が加えられない状態でトナーカートリッジ６０を放置した場合には、ステッピングモーター６２のトルクはわずかに上昇するにすぎないのに対し、振動が加えられる状態でトナーカートリッジ６０を放置した場合には、ステッピングモーター６２のトルクは２倍程度大きくなった。このことは、トナーカートリッジ６０に振動が加えられる状態で放置した場合にはトナーカートリッジ６０内でトナーの凝集が促進されることを意味している。

トナーカートリッジ６０に継続して振動が加えられ、且つ、スパイラルバネ６１が回転駆動しない場合としては、例えば、単一色での画像形成が継続して行われる場合が挙げられる。画像形成に使用される色のトナーカートリッジでは、現像器９にトナーを補給するためにスパイラルバネ６１は回転駆動するが、他の色のトナーカートリッジでは、スパイラルバネ６１は回転駆動せず、且つ、画像形成動作の振動が伝播する。また、印字率の低い（例えば印字率１％以下）画像形成が継続して行われる場合も、トナーカートリッジ６０のスパイラルバネ６１は回転駆動せず、且つ、画像形成動作の振動が伝播する。

そこで、本発明の画像形成装置では、トナーカートリッジ６０内のスパイラルバネ６１が最後に回転駆動されてから、画像形成動作などの振動を伴う機械的動作が積算して所定時間以上行われると、トナー補給の要否に拘わらずスパイラルバネ６１を回転駆動させてトナーカートリッジ６０内のトナーを撹拌するようにした。これにより、トナーカートリッジ６０内でのトナーの凝集が防止され、ステッピングモーター６２の回転トルクの上昇や脱調、回転伝達部のカップリング外れなどが防止される。

例えば、図１において、画像形成動作などの振動を伴う機械的動作が行われた時間は、制御部３１による駆動源としてのモーター１２のオン・オフから計測部３２で計測される。計測された動作時間は積算されて記憶部３３に記憶される。そして、記憶部３３に記憶された積算動作時間が所定時間以上になると、制御部３１によってスパイラルバネ６１が回転駆動される。なお、スパイラルバネ６１が回転駆動されると、記憶部３３に記憶されていた積算動作時間は一旦ゼロに戻され、スパイラルバネ６１の回転駆動が停止した後、新たに動作時間が積算され記憶される。

スパイラルバネ６１を回転駆動させる所定時間は、トナーカートリッジ６０内のトナーの種類や残量、温度、形成画像の印字率などを考慮し適宜決定すればよく、複数個のトナーカートリッジ６０が配置されている場合には、トナーカートリッジごとに所定時間を変えてももちろん構わない。

例えば、図１の画像形成装置において、温度センサー６５をトナーカートリッジ６０Ｙの近傍に設け、温度センサー６５による検知温度によって前記所定時間を変えるようにしてもよい。この場合、温度の高い方がトナー凝集は生じやすいので、温度センサー６５の検知温度が高いほど前記所定時間を短くして、スパイラルバネ６１の回転駆動によるトナーの撹拌を頻繁に行うのが望ましい。

また、図２に示すように、トナー残量センサー６４をトナーカートリッジ６０に設け、トナーカートリッジ６０内のトナー残量によって前記所定時間を変えるようにしてもよい。この場合、トナー残量が多い方がトナー凝集は生じやすいので、トナー残量が多いほど前記所定時間を短くして、スパイラルバネ６１の回転駆動によるトナーの撹拌を頻繁に行うのが望ましい。

積算動作時間が所定時間以上になったとき、スパイラルバネ６１を回転させる時間又は回転回数に特に限定はなく、トナーカートリッジ６０内のトナー凝集が防止又は解消される範囲で適宜決定すればよい。通常、スパイラルバネ６１は少なくとも１回転させることが推奨される。

図４に、振動が加えられる状態でトナーカートリッジ６０を放置すると共に、スパイラルバネ６１を所定期間ごとに３秒間作動（スパイラルバネ６１が１回転する時間）させてトナーカートリッジ６０内のトナーを撹拌した場合の、ステッピングモーター６２のトルクの経時変化を示す。

図４から理解されるように、スパイラルバネ６１による撹拌動作を行わずに、振動が加えられる状態でトナーカートリッジ６０を放置した場合には、トナーカートリッジ６０内でトナーの凝集が生じてステッピングモーター６２のトルクは経時的に大きくなるのに対し、スパイラルバネ６１を所定期間毎に作動させると、ステッピングモーター６２のトルクはほとんど上昇しなかった。

図５に、シアンのトナーカートリッジ６０Ｃにおけるスパイラルバネ６１を作動制御例を示すフローチャートを示す。まず、スパイラルバネ６１を回転駆動させる所定時間が決定される（ステップＳ１０１）。温度やトナー残量によって所定時間を変える場合は、後述のサブルーチンによって所定時間が定められる。次に、画像形成動作が行われたかどうかが判定される（ステップＳ１０２）。画像形成動作が行われなかった場合はステップＳ１０１に戻る。一方、画像形成動作が行われた場合は（ステップＳ１０２）、次いで、トナーカートリッジ６０Ｃでトナー補給がなされたかどうかが判定される（ステップＳ１０３）。画像形成動作が行われても、例えば、単色の画像形成ではシアンが使用されない場合があるからである。トナーカートリッジ６０Ｃでトナー補給がなされた場合は、スパイラルバネ６１の回転駆動によってカートリッジ６０Ｃ内のトナーは撹拌されているので、積算動作時間がリセットされた後（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０１に戻る。一方、トナーカートリッジ６０Ｃでトナー補給がなされていない場合は、画像形成動作が行われた時間が積算動作時間に加算される（ステップＳ１０５）。

そして、積算動作時間が所定時間以上になると（ステップＳ１０６）、スパイラルバネ６１が回転駆動しトナーカートリッジ６０Ｃ内のトナーが撹拌される（ステップＳ１０７）。これにより、トナーカートリッジ６０Ｃ内のトナー凝集が防止される。その後、積算動作時間がリセットされて（ステップＳ１０８）、制御は終了する。

なお、画像形成動作の他に、スキャニング動作によっても振動が発生するため、スキャニング動作が行われたかどうかをさらに検知し、その動作時間も積算動作時間に加えて、スパイラルバネ６１の回転駆動を制御するようにしてもよい。さらには、図１に示すように、振動センサーＳを装置本体１に設け、この振動センサーＳによる振動検知時間を積算して積算動作時間として用いてもよい。

図６に、温度によって所定時間を変えるサブルーチンを示す。まず、所定時間は６０分と定められる（ステップＳ２０１）。次いで、温度センサー６５によって温度が検知される（ステップＳ２０２）。そして、検知温度が４０℃以上の場合（ステップＳ２０３）、所定時間は１５分に変更され（ステップＳ２０４）、検知温度が３０℃以上４０℃未満の場合は、所定時間は３０分に変更される（ステップＳ２０５，ステップＳ２０６）。温度が高いほどトナー凝集が生じやすいため、スパイラルバネ６１を頻繁に回転駆動させてトナー凝集を防止する必要があるからである。検知温度が３０℃未満の場合は（ステップＳ２０５）、所定時間は６０分が維持される。

図７に、トナーカートリッジ６０内のトナー残量によって所定時間を変えるサブルーチンを示す。まず、所定時間は６０分と定められる（ステップＳ３０１）。次いで、トナー残量センサー６４によってトナー残量が検知される（ステップＳ２０２）。そして、トナー残量が８０％以上の場合（ステップＳ３０３）、所定時間は１５分に変更され（ステップＳ３０４）、トナー残量が６０％以上８０％未満の場合は、所定時間は３０分に変更される（ステップＳ３０５，ステップＳ３０６）。トナー残量が多いほどトナー凝集が生じやすいため、スパイラルバネ６１を頻繁に回転駆動させてトナー凝集を防止する必要があるからである。トナー残量が６０％未満の場合は（ステップＳ３０５）、所定時間は６０分が維持される。

本発明の画像形成装置では、トナーカートリッジ６０の撹拌手段が最後に作動してから、振動を伴う機械的動作が行われた積算動作時間が所定時間以上になると、前記撹拌手段を作動させてトナーカートリッジ６０内の補給用トナーを撹拌するので、トナーカートリッジ６０が長期間にわたって放置された場合であっても、トナーカートリッジ６０内での補給用トナーの凝集が防止さる。これにより、撹拌部材の回転トルクの上昇、撹拌モーターの脱調、回転伝達部のカップリング外れなどが防止され有用である。

１ 装置本体
３１ 制御部（制御手段）
３２ 計測部（計測手段）
３３ 記憶部（記憶手段）
６０ トナーカートリッジ
６１ スパイラルバネ（撹拌手段）
６４ トナー残量センサー（トナー残量検知手段）
６５ 温度センサー（温度検知手段）

Claims (10)

1. 補給用トナーを収容するトナーカートリッジと、
   前記トナーカートリッジ内に設けられた、補給用トナーを撹拌する撹拌手段と、
   前記撹拌手段が最後に作動してから、振動を伴う機械的動作が行われた時間を計測する計測手段と、
   計測された動作時間を積算して記憶する記憶手段と、
   前記撹拌手段の作動を制御する制御手段とを備え、
   前記記憶手段に記憶された積算動作時間が所定時間以上になると、前記制御手段は前記撹拌手段を作動させて前記補給用トナーを撹拌することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナーカートリッジが複数個備えられ、前記複数個のトナーカートリッジごとに撹拌手段が設けられると共に、前記複数個のトナーカートリッジごとに、トナーカートリッジ内の撹拌手段が最後に作動してから、振動を伴う機械的動作が行われた時間が個別に計測され、
   前記記憶手段に記憶された積算動作時間が所定時間以上になったトナーカートリッジの前記撹拌手段が作動される請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記の振動を伴う機械的動作が画像形成動作である請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記の振動を伴う機械的動作が、少なくとも１つのモーター又はソレノイドの駆動である請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記記憶手段は、前記撹拌手段が作動すると前記積算動作時間をゼロに戻す請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 装置本体内の温度を検知する温度検知手段をさらに備え、前記温度検知手段による検知温度によって前記所定時間を変える請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記温度検知手段による検知温度が高いほど前記所定時間を短くする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記トナーカートリッジ内のトナー残量を検知するトナー残量検知手段をさらに備え、前記トナー残量検知手段によるトナー残量によって前記所定時間を変える請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記トナー残量検知手段によるトナー残量が多いほど前記所定時間を短くする請求項８記載の画像形成装置。
10. 前記撹拌手段がスパイラルバネであり、前記制御手段は、前記積算動作時間が所定時間以上になったとき、前記スパイラルバネを少なくとも１回転させる請求項１〜９のいずれかに記載の画像形成装置。