以下に、本発明の実施形態である現像装置200を備える画像形成装置100について説明する。図1は、画像形成装置100の構成を示す模式図である。なお、以下では、図1において紙面に垂直な2方向をX方向と総称し、そのうちの一方をX1方向と称し、他方をX2方向と称する。また、X方向に垂直な方向である鉛直方向をZ方向と称し、Z方向のうちの上へ向かう方向をZ1方向と称し、下へ向かう方向をZ2方向と称する。また、X方向およびZ方向に垂直な2方向をY方向と総称し、そのうちの一方をY1方向と称し、他方をY2方向と称する。
画像形成装置100は、複写機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能を併せ持つ複合機であり、伝達される画像情報に応じて、記録媒体上にフルカラーまたはモノクロの画像を形成する。画像形成装置100は、コピアモード(複写モード)、プリンタモード、およびファクシミリモードという3種の印刷モードを有しており、図示しない操作部からの操作入力、パーソナルコンピュータ、携帯端末装置、情報記録媒体、メモリ装置を用いた外部機器などからの印刷ジョブの受信に応じて、図示しない制御ユニット部によって、印刷モードが選択される。
画像形成装置100は、トナー像形成部20と、転写部30と、定着部40と、記録媒体供給部50と、排出部60と、図示しない制御ユニット部とを含む。トナー像形成部20は、感光体ドラム21b,21c,21m,21yと、帯電部22b,22c,22m,22yと、露光ユニット23と、現像装置200b,200c,200m,200yと、感光体クリーニングユニット25b,25c,25m,25yと、廃トナー回収容器一体型トナーカートリッジ(以下では、単に「トナーカートリッジ」と称する)300b,300c,300m,300yと、予備回収容器400とを含む。転写部30は、中間転写ベルト31と、駆動ローラ32と、従動ローラ33と、中間転写ローラ34b,34c,34m,34yと、ベルトクリーニングユニット35と、転写ローラ36とを含む。
感光体ドラム21、帯電部22、現像装置200、感光体クリーニングユニット25、トナーカートリッジ300、および中間転写ローラ34は、カラー画像情報に含まれるブラック(b)、シアン(c)、マゼンタ(m)、およびイエロー(y)の各色の画像情報に対応するために、それぞれ4つずつ設けられる。本明細書中において、各色に応じて4つずつ設けられる各部材を区別する場合は、各部材を表す数字の末尾に各色を表すアルファベットを付して参照符号とし、各部材を総称する場合は、上記のように各部材を表す数字のみを参照符号とする。
感光体ドラム21は、図示しない駆動部によって軸線回りに回転可能に支持され、図示しない導電性基体と、この導電性基体の表面に形成される光導電層とを含む。導電性基体は種々の形状を採ることができ、たとえば、円筒状、円柱状、薄膜シート状などを挙げることができる。光導電層は、光を照射されることで導電性を示す材料によって形成される。感光体ドラム21としては、たとえば、アルミニウムで形成された円筒状部材(導電性基体)と、この円筒状部材の外周面上に形成される、アモルファスシリコン(a−Si)、セレン(Se)、または有機光半導体(OPC)からなる薄膜(光導電層)とを含むものを用いることができる。
帯電部22、現像装置200、および感光体クリーニングユニット25は、感光体ドラム21の回転方向回りに、この順序で配置され、帯電部22は、現像装置200および感光体クリーニングユニット25よりもZ方向下方に配置される。
帯電部22は、感光体ドラム21表面を所定の極性および電位に帯電させる装置である。帯電部22は、感光体ドラム21に臨む位置に、感光体ドラム21の長手方向に沿って設置される。接触帯電方式の場合、帯電部22は、感光体ドラム21表面に接するように設置される。非接触帯電方式の場合、帯電部22は、感光体ドラム21表面から離隔するように設置される。
帯電部22は、現像装置200、感光体クリーニングユニット25などとともに、感光体ドラム21の周囲に設置される。帯電部22は、現像装置200、感光体クリーニングユニット25などよりも、感光体ドラム21に近い位置に設置されることが好ましい。これによって、感光体ドラム21の帯電不良の発生を確実に防止することができる。
帯電部22としては、ブラシ型帯電装置、ローラ型帯電装置、コロナ放電装置、イオン発生装置などを使用できる。ブラシ型帯電装置およびローラ型帯電装置は、接触帯電方式の帯電装置である。ブラシ型帯電装置には、帯電ブラシを用いるもの、磁気ブラシを用いるものなどがある。コロナ放電装置およびイオン発生装置は、非接触帯電方式の帯電装置である。コロナ放電装置には、ワイヤ状の放電電極を用いるもの、鋸歯状の放電電極を用いるもの、針状の放電電極を用いるものなどがある。
露光ユニット23は、露光ユニット23から出射される光が、帯電部22と現像装置200との間を通過して感光体ドラム21の表面に照射されるように配置される。露光ユニット23は、帯電状態にある感光体ドラム21b,21c,21m,21y表面に、各色の画像情報に対応するレーザ光をそれぞれ照射することによって、感光体ドラム21b,21c,21m,21yそれぞれの表面に、各色の画像情報に対応する静電潜像を形成する。露光ユニット23には、たとえば、レーザ照射部および複数の反射ミラーを備えるレーザスキャニングユニット(LSU)を使用できる。露光ユニット23としては、LED(Light Emitting Diode)アレイ、液晶シャッタと光源とを適宜組み合わせたユニットなどを用いてもよい。
現像装置200は、感光体ドラム21上に形成された静電潜像をトナーによって現像することで、感光体ドラム21上にトナー像を形成する装置である。現像装置200の詳細については後述する。
感光体クリーニングユニット25は、感光体ドラム21から中間転写ベルト31にトナー像が転写された後に、感光体ドラム21の表面に残留するトナー(廃トナー)を除去し、感光体ドラム21の表面を清浄化する。感光体クリーニングユニット25は、感光体ドラム21に当接して廃トナーを掻き取る板状部材251と、掻き取った廃トナーを回収する容器252と、容器252内の廃トナーをトナーカートリッジ300へ搬送する搬送部材253とを備える。感光体クリーニングユニット25の詳細については後述する。
トナーカートリッジ300は、現像装置200よりもZ方向上方、かつ現像装置200や感光体ドラム21よりもX2方向側に配置される。トナーカートリッジ300は、未使用のトナーを貯蔵し、そのトナーを現像装置200へ供給する。また、トナーカートリッジ300は、感光体クリーニングユニット25の搬送部材253によって搬送されてきた廃トナーを回収する。トナーカートリッジ300の詳細については後述する。
予備回収容器400は、トナーカートリッジ300yに接続される容器である。予備回収容器400は、トナーカートリッジ300yが回収しきれなくなった廃トナーを回収する。予備回収容器400の詳細については後述する。
このようなトナー像形成部20によれば、帯電部22によって均一な帯電状態にある感光体ドラム21の表面に、露光ユニット23から画像情報に応じたレーザ光が照射されて静電潜像が形成され、その静電潜像に現像装置200からトナーが供給されることでトナー像が形成される。このトナー像は後述する中間転写ベルト31に転写される、トナー像が中間転写ベルト31に転写された後には、感光体ドラム21表面上の廃トナーは、感光体クリーニングユニット25によって除去される。
中間転写ベルト31は、感光体ドラム21のZ方向上方に配置される無端ベルト状部材である。中間転写ベルト31は、駆動ローラ32と従動ローラ33とによって張架されてループ状の経路を形成し、図1の矢符A1で示すように移動する。
駆動ローラ32は、図示しない駆動部によってその軸線回りに回転可能に設けられる。駆動ローラ32は、その回転によって、中間転写ベルト31を矢符A1方向へ移動させる。従動ローラ33は、駆動ローラ32の回転に従動して回転可能に設けられ、中間転写ベルト31が弛まないように、中間転写ベルト31に一定の張力を発生させる。
中間転写ローラ34は、中間転写ベルト31を介して感光体ドラム21に圧接し、かつ図示しない駆動部によってその軸線回りに回転可能に設けられる。中間転写ローラ34としては、たとえば、直径8mm〜10mmの金属(たとえば、ステンレス)ローラの表面に、導電性の弾性部材が形成されたものを用いることができる。中間転写ローラ34は、転写バイアスを印加する図示しない電源が接続され、感光体ドラム21表面のトナー像を中間転写ベルト31に転写する機能を有する。
転写ローラ36は、中間転写ベルト31を介して駆動ローラ32に圧接し、図示しない駆動部によって軸線回りに回転可能に設けられる。転写ローラ36と駆動ローラ32との圧接部(転写ニップ部)において、中間転写ベルト31に担持されて搬送されるトナー像は、後述する記録媒体供給部50から送給される記録媒体に転写される。
ベルトクリーニングユニット35は、中間転写ベルト31のZ方向上方に設けられる。ベルトクリーニングユニット35は、中間転写ベルト31から記録媒体にトナー像の転写された後に、中間転写ベルト31の表面に残留するトナー(廃トナー)を除去し、中間転写ベルト31の表面を清浄化する。記録媒体へのトナー像の転写後に中間転写ベルト31上にトナーが残っていると、中間転写ベルト31の移動によって、廃トナーが転写ローラ36に付着し、この付着したトナーが、次に転写する記録媒体の裏面を汚染してしまうので、中間転写ベルト31の清浄化が必要となる。
ベルトクリーニングユニット35は、中間転写ベルト31に当接して廃トナーを掻き取る板状部材351と、掻き取った廃トナーを汲み上げる汲上部材352と、汲み上げた廃トナーを回収する容器353と、容器353内の廃トナーをトナーカートリッジ300yへ搬送する搬送部材354とを備える。ベルトクリーニングユニット35の詳細については後述する。
このような転写部30によれば、中間転写ベルト31が感光体ドラム21に接しながら移動するとき、中間転写ローラ34に、感光体ドラム21表面のトナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスが印加され、感光体ドラム21の表面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト31上へ転写される。感光体ドラム21y、感光体ドラム21m、感光体ドラム21c、感光体ドラム21bでそれぞれ形成される各色のトナー画像が、中間転写ベルト31上に、この順番で順次重ねて転写されることによって、フルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト31に転写されたトナー像は、中間転写ベルト31の移動によって転写ニップ部に搬送され、転写ニップ部において、記録媒体に転写される。トナー像が転写された記録媒体は、後述する定着部40に搬送される。
記録媒体供給部50は、給紙ボックス51と、ピックアップローラ52と、搬送ローラ53と、レジストローラ54とを含む。給紙ボックス51は、画像形成装置100のZ方向下部に設けられ、画像形成装置100内部において記録媒体を貯留する容器状部材である。記録媒体としては、普通紙、カラーコピー用紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート、葉書などがある。
ピックアップローラ52は、給紙ボックス51に貯留される記録媒体を1枚ずつ取り出し、用紙搬送路A2に送給する部材である。搬送ローラ53は互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材であり、用紙搬送路A2において記録媒体をレジストローラ54に向けて搬送する。レジストローラ54は、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材であり、搬送ローラ53から送給される記録媒体を、中間転写ベルト31に担持されるトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、転写ニップ部に送給する。
このような記録媒体供給部50によれば、中間転写ベルト31に担持されるトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、給紙ボックス51から記録媒体が転写ニップ部に送給され、この記録媒体にトナー像が転写される。
定着部40は、加熱ローラ41および加圧ローラ42を備える。加熱ローラ41は、所定の定着温度となるように制御される。加圧ローラ42は、加熱ローラ41に圧接するローラである。加熱ローラ41は、加圧ローラ42とともに記録媒体を加熱しながら挟持することにより、トナー像を構成するトナーを溶融させて記録媒体上に定着させる。トナー像が定着した記録媒体は、排出部60に搬送される。
排出部60は、搬送ローラ61と、排出ローラ62と、排出トレイ63とを含む。搬送ローラ61は、定着部40よりもZ方向上方において、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材である。搬送ローラ61は、画像が定着した記録媒体を排出ローラ62に向けて搬送する。
排出ローラ62は、互いに圧接するように設けられる一対のローラ状部材である。排出ローラ62は、印刷が完了した記録媒体を排出トレイ63に排出する。排出トレイ63は、画像形成装置100のZ方向上面に設けられ、画像が定着した記録媒体を貯留する。
画像形成装置100は、図示しない制御ユニット部を含む。制御ユニット部は、たとえば、画像形成装置100の内部空間におけるZ方向上部に設けられ、記憶部と演算部と制御部とを含む。記憶部には、画像形成装置100のZ方向上面に配置される図示しない操作パネルを介した各種設定値、画像形成装置100内部の各所に配置される図示しないセンサなどからの検知結果、外部機器からの画像情報などが入力される。また、記憶部には、各種処理を実行するプログラムが書き込まれる。各種処理とは、たとえば、記録媒体判定処理、付着量制御処理、定着条件制御処理などである。
記憶部には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードディスクドライブ(HDD)などが挙げられる。外部機器には、画像情報の形成または取得が可能であり、かつ画像形成装置100に電気的に接続可能な電気、電子機器を使用でき、たとえば、コンピュータ、デジタルカメラ、テレビジョン受像機器、ビデオレコーダ、DVD(Digital Versatile Disc)レコーダ、HDDVD(High-Definition Digital Versatile Disc)レコーダ、ブルーレイディスクレコーダ、ファクシミリ装置、携帯端末装置などが挙げられる。
演算部は、記憶部に書き込まれる各種データ(画像形成命令、検知結果、画像情報など)および各種処理のプログラムを取り出し、各種判定を行う。制御部は、演算部の判定結果に応じて画像形成装置100に設けられる各装置に制御信号を送付し、動作制御を行う。
制御部および演算部は中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)を備えるマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサなどによって実現される処理回路を含む。制御ユニット部は、この処理回路とともに主電源を含み、電源は制御ユニット部だけでなく、画像形成装置100に設けられる各装置にも電力を供給する。
次に、現像装置200の詳細な構成を説明する。図2は、現像装置200の構成を示す模式図である。図3は、図2に示す線A−Aを切断面線とする現像装置200の断面図である。
現像装置200は、感光体ドラム21の表面にトナーを供給することで、感光体ドラム21の表面に形成された静電潜像を現像する装置である。現像装置200は、現像槽201と、第1搬送部材202と、第2搬送部材203と、現像ローラ204と、現像槽カバー205と、ドクターブレード206と、隔壁207と、トナー濃度検知センサ208とを含む。
現像槽201は、側壁部201a,201bと底壁部201cとによって内部空間が形成される部材であり、その内部空間にトナーとキャリアとからなる2成分現像剤を貯留する。側壁部201a,201bと底壁部201cとは一体成形されていてもよいし、別部材であってもよい。現像槽201は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂)などの樹脂材料から形成される。なお、本発明において用いられる現像剤としては、トナーのみからなる1成分現像剤であっても、トナーとキャリアとを含む2成分現像剤であってもよい。
現像槽201には、Z方向上方に現像槽カバー205が設けられ、内部空間に、第1搬送部材202、第2搬送部材203、現像ローラ204、ドクターブレード206、および隔壁207が設けられる。また、現像槽201のZ方向下部(底部)には、トナー濃度検知センサ208が設けられる。
現像槽201は、感光体ドラム21と現像ローラ204との間に開口部が設けられる。現像ローラ204は、マグネットローラを含み、現像槽201内の2成分現像剤を表面に担持して、担持した2成分現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム21へ供給する。現像ローラ204には、図示しない電源が接続され、現像バイアス電圧が印加される。現像ローラ204に担持されたトナーは、感光体ドラム21近傍において、現像バイアス電圧による静電気力によって、感光体ドラム21へ移動する。
ドクターブレード206は、現像ローラ204の軸線方向に延びる矩形板状部材であり、その幅方向の一端が現像槽201に固定され、かつ他端が現像ローラ204の表面に対して間隔を空けて設けられる。ドクターブレード206と現像ローラ204との間隔(ドクターギャップ)は、たとえば0.4mm〜2.0mmである。ドクターブレード206は、現像ローラ204の表面に対して間隔を空けて設けられることで、現像ローラ204に担持される現像剤の量を所定量に規制する。ドクターブレード206の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、合成樹脂などが挙げられる。
隔壁207は、現像槽201の幅方向略中央部において、現像槽201の長手方向に沿って延びる形状の部材である。隔壁207は、現像槽201の底壁部201cと現像槽カバー205との間にわたって設けられ、かつ、長手方向両端部が現像槽201の側壁部201a,201bから離間するように設けられる。隔壁207によって、現像槽201の内部空間は、第1搬送路Pと、第2搬送路Qと、第1連通路Rと、第2連通路Sとに区分されている。
第2搬送路Qは、隔壁207の長手方向に沿って延びる略半円柱状の空間であって、現像ローラ204に臨む空間である。第1搬送路Pは、隔壁207の長手方向に沿って延びる略半円柱状の空間であって、隔壁207を挟んで第2搬送路Qに対向する空間である。第1連通路Rは、隔壁207の長手方向一端部207a側において、第1搬送路Pと第2搬送路Qとを連通する空間である。第2連通路Sは、隔壁207の長手方向他端部207b側において、第1搬送路Pと第2搬送路Qとを連通する空間である。
現像槽カバー205は、現像槽201のZ方向上方に着脱自在に設けられ、供給口部205aを有する。現像槽カバー205には、供給口部205aにおいて、トナーカートリッジ300が接続される。供給口部205aは、現像槽201にトナーを供給するための開口が形成される開口部であり、トナーカートリッジ300に収容されているトナーは、この開口を経て、現像槽201内に供給される。
供給口部205aは、第1搬送路PのZ方向上方において第2連通路Sの近傍に設けられる。より詳細には、供給口部205aに形成される開口が、第1搬送路Pに臨み、かつ、隔壁207の長手方向において第2連通路Sと同じ位置となるように設けられる。
第1搬送部材202は、第1搬送路P内に設けられる。第1搬送部材202は、隔壁207の長手方向他端部207b側から長手方向一端部207a側へ向けて、すなわち、X1方向に、現像槽201内の現像剤を搬送する。
第1搬送部材202は、回転軸部材202aと、螺旋羽根202bと、ギア202cとを含むオーガスクリュー状部材である。回転軸部材202aは、直径4mm〜10mmの円柱状部材であり、X1方向端部において、ギア202cと接続される。回転軸部材202aは、現像槽201の側壁部201aに固定される図示しない軸受および現像槽201の側壁部201bに固定される図示しない軸受によって、軸線まわりに回転自在に支持される。回転軸部材202aの側面には、この側面を螺旋状に取り巻く形状の部材である螺旋羽根202bが設けられる。
回転軸部材202a、螺旋羽根202b、およびギア202cは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの樹脂材料から形成される。回転軸部材202a、螺旋羽根202b、およびギア202cは、同一の材料から一体成形されることが好ましい。
このような第1搬送部材202は、画像形成装置100が備える図示しないモータなどの回転駆動源によって、ギア202cを介して、回転軸部材202aの軸線まわりに、150rpm〜400rpmで回転する。このとき、螺旋羽根202bが回転軸部材202aの軸線を中心として回転運動する。具体的には、螺旋羽根202bのZ方向最上部に位置する部分が、隔壁207から遠ざかり、現像槽201の底壁部201cに近づく回転方向に回転運動する。このような回転運動の結果、第1搬送路Pに貯留される現像剤は、X1方向に搬送される。上述したように、現像槽カバー205の供給口部205aは、第1搬送路PのZ方向上方において第2連通路Sの近傍に形成されるので、トナーカートリッジ300内の未使用のトナーは、まず、第1搬送路Pに供給され、その後、第1搬送部材202によって、第1搬送路PをX1方向に搬送されることになる。
第2搬送部材203は、第2搬送路Q内に設けられる。第2搬送部材203は、隔壁207の長手方向一端部207a側から長手方向他端部207b側へ向けて、すなわち、X2方向に、現像槽201内の現像剤を搬送する。
第2搬送部材203は、回転軸部材203aと、螺旋羽根203bと、ギア203cとを含むオーガスクリュー状部材である。回転軸部材203aは、直径4mm〜10mmの円柱状部材であり、X1方向端部において、ギア203cと接続される。回転軸部材203aは、現像槽201の側壁部201aに固定される図示しない軸受および現像槽201の側壁部201bに固定される図示しない軸受によって、軸線まわりに回転自在に支持される。回転軸部材203aの側面には、この側面を螺旋状に取り巻く形状の部材である螺旋羽根203bが設けられる。
回転軸部材203a、螺旋羽根203b、およびギア203cは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの樹脂材料から形成される。回転軸部材203a、螺旋羽根203b、およびギア203cは、同一の材料から一体成形されることが好ましい。
このような第2搬送部材203は、画像形成装置100が備える図示しないモータなどの回転駆動源によって、ギア203cを介して、回転軸部材203aの軸線まわりに、150rpm〜400rpmで回転する。このとき、螺旋羽根203bが回転軸部材203aの軸線を中心として回転運動する。具体的には、螺旋羽根203bのZ方向最上部に位置する部分が、隔壁207から遠ざかり、現像槽201の底壁部201cに近づく回転方向に回転運動する。このような回転運動の結果、第2搬送路Qに貯留される現像剤は、X2方向に搬送される。
トナー濃度検知センサ208は、現像槽201の底部において、第2搬送部材203のZ方向下方に装着され、センサ面が第2搬送路Qに露出するように設けられる。トナー濃度検知センサ208は、図示しないトナー濃度制御部に電気的に接続される。
トナー濃度制御部は、トナー濃度検知センサ208が検知するトナー濃度検知結果に応じて、トナーカートリッジ300を制御し、現像槽201内にトナーを供給させる。より具体的には、トナー濃度制御部は、トナー濃度検知センサ208によるトナー濃度検知結果が所定の設定値よりも低いか否かを判断し、低いと判断した場合に、トナーカートリッジ300を制御し、現像槽201内にトナーを供給させる。
トナー濃度検知センサ208には、図示しない電源が接続される。電源は、トナー濃度検知センサ208を駆動させるための駆動電圧、およびトナー濃度検知結果をトナー濃度制御部に出力するための制御電圧を、トナー濃度検知センサ208に印加する。電源によるトナー濃度検知センサ208への電圧の印加は、図示しない制御部によって制御される。
トナー濃度検知センサ208としては、一般的なトナー濃度検知センサを使用でき、たとえば、透過光検知センサ、反射光検知センサ、透磁率検知センサなどを使用できる。これらのトナー濃度検知センサの中でも、透磁率検知センサを使用することが好ましい。透磁率検知センサとしては、たとえば、TS−L(商品名、TDK株式会社製)、TS−A(商品名、TDK株式会社製)、TS−K(商品名、TDK株式会社製)などが挙げられる。
このように構成される現像装置200によれば、現像槽201内において、2成分現像剤は、第1搬送路P、第1連通路R、第2搬送路Q、第2連通路S、という順序で循環搬送される。循環搬送される2成分現像剤のうちの一部は、第2搬送路Qにおいて、現像ローラ204の表面に担持され、担持された2成分現像剤中のトナーは、感光体ドラム21へと移動して順次消費される。所定量のトナーが消費されたことをトナー濃度検知センサ208が検知すると、未使用のトナーがトナーカートリッジ300から第1搬送路P内へ供給される。供給されたトナーは、第1搬送路P内で搬送されながら、既に貯留されていた2成分現像剤中に拡散する。これによって、現像槽201に貯留される2成分現像剤のトナー濃度が上昇し、連続して現像が可能となる。
次に、トナーカートリッジ300、予備回収容器400、感光体クリーニングユニット25、およびベルトクリーニングユニット35の詳細な構成を説明する。図4は、画像形成装置100内のトナーカートリッジ300b,300c,300m,300y、および予備回収容器400を示す図である。図5は、図4に示す線B−Bを切断面線とするトナーカートリッジ300y、感光体クリーニングユニット25、およびベルトクリーニングユニット35の断面図である。図6は、図4に示す線C−Cを切断面線とするトナーカートリッジ300y、および現像装置200の断面図である。
トナーカートリッジ300は、現像装置200にトナーを補給するトナー補給部301と、感光体ドラム21上の廃トナーを回収する廃トナー回収容器302とを含む。トナーカートリッジ300は、感光体クリーニングユニット25の容器252と連通し、感光体ドラム21から搬送されてくる廃トナーを受け入れる第1受入口303が形成される。トナーカートリッジ300b,300c,300mは同一の形状に構成されるが、トナーカートリッジ300yは、ベルトクリーニングユニット35の容器353と連通し、中間転写ベルト31から搬送されてくる廃トナーを受け入れる第2受入口304yおよび予備回収容器400と連通し、予備回収容器400に廃トナーを排出する廃トナー排出口305yが形成される点において、形状が異なる。この点以外では、形状は異ならないので、以下では、トナーカートリッジ300yについてのみ説明し、トナーカートリッジ300b,300c,300mについての説明を省略する。
トナー補給部301yは、トナー貯蔵部306yと、トナー排出部307yと、トナー排出部材308yとを含む。トナー補給部301yは、トナー貯蔵部306yに貯蔵される未使用のトナーを、トナー排出部材308yによってトナー排出部307yを介して現像装置200yに補給するように構成される。
トナー貯蔵部306yは、外観が直方体状の容器であり、未使用のトナーを貯蔵する。トナー貯蔵部306yは、Z方向下端部かつY2方向端部かつX1方向端部において、トナー排出部307yと接続され、トナー排出部307yと連通する。トナー貯蔵部306y内には、Y方向においてトナー排出部307yに近づくにつれてZ方向において下降する傾斜部309yが設けられている。傾斜部309yによって、トナー貯蔵部306y内のトナーはトナー排出部307yに向かって移動する。
傾斜部309yにおけるトナー排出部307y近傍の部分には、トナー貯蔵部306y内にトナーが残存しているか否かを検出するセンサ310yが設けられている。このセンサ310yは、本発明における「第1検出部」であり、圧電センサ、透過型フォトセンサなどを使用することができる。また、本発明における「第1検出部」としては、現像装置200のトナー濃度検知センサ208であってもよい。たとえば、トナー濃度検知センサ208の検知結果に基づいてトナー濃度制御部がトナーを供給するようにトナーカートリッジ300を制御しても、トナー濃度検知センサ208の検知結果が変わらない場合、トナー貯蔵部306y内にトナーが残存していないことを間接的に検出することができる。
このセンサ310yによってトナー貯蔵部306y内にトナーが残存していないことが検出されると、画像形成装置100は、図示しない操作パネルなどに、トナーカートリッジ300の交換時期であることを報知する。この操作パネルは、本発明における「第1報知部」にあたり、たとえば、「トナーがなくなりました」などの文章を表示して、交換時期であることを報知する。
トナー排出部307yは、Z方向下端部かつX1方向端部にトナー排出口311yが形成された円筒状部材である。トナー排出部307yは、トナー排出口311yと現像装置200の供給口部205aの開口とが連通するように配置される。
トナー貯蔵部306yおよびトナー排出部307yは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの樹脂材料から形成される。トナー貯蔵部306yおよびトナー排出部307yは、同一の材料から一体成形されることが好ましい。
トナー排出部材308yは、X方向を長手方向とするオーガスクリュー状部材であり、長手方向一端部がトナー貯蔵部306yの内壁部に支持され、長手方向他端部がトナー排出部307yに支持される。トナー排出部材308yは、軸線まわりに回転することで、トナー貯蔵部306yおよびトナー排出部307y内のトナーをトナー排出口311yに向けて搬送して、トナー排出口311yから排出させる。排出されたトナーは、現像装置200に供給されることになる。
廃トナー回収容器302yは、感光体ドラム21yおよび中間転写ベルト31から搬送されてくる廃トナーを回収する容器であり、本発明における「第1回収容器」である。廃トナー回収容器302yは、感光体クリーニングユニット25yの容器252yと連通する第1受入口303y、およびベルトクリーニングユニット35の容器353と連通する第2受入口304yが形成される。廃トナー回収容器302yは、外観がZ方向を長手方向とする直方体状の回収容器上部312yと、外観がY方向を長手方向とする直方体状の回収容器下部313yとによって、L字状の中空体に構成する。さらに、このL字状の中空体と、トナー貯蔵部306yとによって、外観が直方体状の中空体を構成する。
回収容器上部312yのZ方向下部と、回収容器下部313yのZ方向上部とは連通している。回収容器上部312yのZ方向に垂直な断面積は、回収容器下部313yのZ方向に垂直な断面積よりも小さく、本実施形態では、回収容器下部313yのZ方向に垂直な断面積の1/10〜1/2である。
回収容器上部312yには、第1受入口303yおよび第2受入口304yが形成される。第2受入口304yは、Z方向において、第1受入口303yよりも上側に形成されることが好ましく、本実施形態では、第1受入口303yのZ方向真上に形成される。
第1受入口303yは、上述したように、感光体クリーニングユニット25yの容器252yと連通している。この容器252yは、本発明における「第1案内路」である。また、この容器252y内に設けられる搬送部材253yは、本発明における「第1廃トナー搬送部材」であり、円柱状の第1回転軸部材254yと、この第1回転軸部材254yを取り巻き、この第1回転軸部材254yが軸線まわりの回転方向G1に回転するのに伴って回転することで、感光体ドラム21yから第1受入口303yへ向けて廃トナーを搬送する第1螺旋羽根255yとを含む。回転方向G1は、X1方向に見たときに、第1螺旋羽根255yのZ方向最下方に位置する部分が、廃トナー回収容器302yから予備回収容器400へ向かう回転方向であり、本実施形態では、反時計まわりの回転方向である。
第2受入口304yは、上述したように、ベルトクリーニングユニット35の容器353と連通している。この容器353は、本発明における「第2案内路」である。また、この容器353内に設けられる搬送部材354は、本発明における「第2廃トナー搬送部材」であり、円柱状の第2回転軸部材355と、この第2回転軸部材355を取り巻き、この第2回転軸部材355が軸線まわりの回転方向G2に回転するのに伴って回転することで、中間転写ベルト31から第2受入口304yへ向けて廃トナーを搬送する第2螺旋羽根356とを含む。回転方向G2は、X1方向に見たときに、第2螺旋羽根356のZ方向最下方に位置する部分が、廃トナー回収容器302yから予備回収容器400へ向かう回転方向であり、本実施形態では、反時計まわりの回転方向である。
回収容器下部313yは、Z方向上部が、トナー貯蔵部306yのZ方向下部と接しており、トナー排出部材308yのZ方向下方に位置する。また、回収容器下部313yは、X1方向端部が、現像装置200の現像槽201の側壁部201bと接する。
回収容器上部312yおよび回収容器下部313yは、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ハイインパクトポリスチレン、ABS樹脂などの樹脂材料から形成される。本実施形態では、回収容器下部313yは、トナー貯蔵部306および現像槽201の材質よりも熱伝導性が高い材質から形成される。
回収容器下部313yは、側壁部のZ方向上側の部分に、廃トナー排出口305yが形成される。そして、廃トナー回収容器302yに、Z方向において所定の高さまで廃トナーが溜まると、廃トナー回収容器302yに入りきらない廃トナーが溢れ出るようになっている。溢れ出た廃トナーは、予備回収容器400に回収される。
予備回収容器400は、廃トナー排出口305yと連通する廃トナー受入口401が形成された容器である。予備回収容器400は、本発明における「第2回収容器」であり、廃トナー排出口305yから排出された廃トナーを、廃トナー受入口401を介して回収する。予備回収容器400は、画像形成装置100に対して着脱可能に設けられ、ユーザによって交換することができる。
予備回収容器400は、廃トナー受入口401よりもZ方向において下の位置に、予備回収容器400が廃トナーで満杯になっているか否かを検出するセンサ402が設けられる。このセンサ402は、本発明における「第2検出部」であり、圧電センサ、透過型フォトセンサなどを使用することができる。
このセンサ402によって予備回収容器400が廃トナーで満杯になっていることが検出されると、画像形成装置100は、図示しない操作パネルなどに、予備回収容器400の交換時期であることを報知する。この操作パネルは、本発明における「第2報知部」にあたり、たとえば、「廃トナーで満杯になりました」などの文章を表示して、交換時期であることを報知する。
以上のように構成される本発明の画像形成装置100によれば、イエロートナーを補給するトナー補給部301yと廃トナーを回収する廃トナー回収容器302yとが一体となっているので、これらを個別に交換する必要がなく、センサ310yの検出結果に基づいて交換時期であることが報知されたときに、これらを同時に交換することができ、ユーザの手間を少なくすることができる。また、廃トナー回収容器302yが廃トナーで満杯になったときには、廃トナー回収容器302yに入りきらない廃トナーを、予備回収容器400に回収することができ、センサ402の検出結果に基づいて交換時期であることが報知されたときに、予備回収容器400を交換することができる。また、廃トナー回収容器302yには、廃トナーで満杯になったことを検出するセンサが必要ないので、部品点数を少なくすることができる。
なお、イエロー以外の色のトナーカートリッジ300には、予備回収容器400が接続されないので、トナー補給部301内のトナーを使い切る前に廃トナー回収容器302が満杯にならないように、廃トナー回収容器302の容積を充分に大きくするのが好ましい。たとえば、廃トナー回収容器302の容積が、トナー貯蔵部306の容積と同程度であれば、廃トナー回収容器302が満杯になる前に、トナー補給部301内のトナーを確実に使い切ることができる。
また、イエローのトナーカートリッジ300yについては、予備回収容器400の交換時期をできるだけ遅くするために、廃トナー回収容器302yの容積をトナー貯蔵部306yの容積の1倍〜2倍にすることが好ましい。この範囲内であれば、廃トナー回収容器302yの容積を大きくなり過ぎず、かつ、廃トナー回収容器302yが満杯になる前に、トナー補給部301y内のトナーを使い切る可能性が高くなり、予備回収容器400の交換時期を遅くすることができる。予備回収容器400の交換時期が遅くなれば、中間転写ベルト31などの他の部材のメンテナンスの際に、サービスマンが他の部材の交換とともに予備回収容器400の交換も行うことができるので、ユーザの手間を少なくすることができる。
本実施形態では、予備回収容器400が接続されるのは、イエローのトナーカートリッジ300である。このように、予備回収容器400が接続されるのは、カラートナーを補給するトナーカートリッジ300であることが好ましい。カラートナーの場合、一般的に黒トナーよりも使用される頻度が低く、トナーカートリッジ300内のトナーが使い切られるまでに時間を要する。その結果、カラートナーは、黒トナーと比較して、使い切られるまでにトナーの経時劣化が進み、流動性が低下する。よって、予備回収容器400に回収される廃トナーも、流動性が低下したものとなり、飛散し難くなる。これによって、予備回収容器400の交換の際に廃トナーが飛散して画像形成装置100内が汚染されるのを防ぐことができる。
また、本実施形態では、予備回収容器400と接続される廃トナー回収容器302yは、トナー貯蔵部306yのZ方向下部と接している。トナー貯蔵部306yのZ方向下部では、トナー排出部材308yの回転によって熱が発生する。本実施形態では、この熱によって、廃トナー回収容器302y内の廃トナーを温め、それによって流動性を低下させ、飛散し難くした状態で、予備回収容器400に回収することができる。また、同様に、廃トナー回収容器302yは、現像槽201の側壁部201bと接しており、現像槽201内で発生した熱によって、廃トナー回収容器302y内の廃トナーを温め、それによって流動性を低下させ、飛散し難くした状態で、予備回収容器400に回収することができる。また、本実施形態では、このように、廃トナー回収容器302yがトナー貯蔵部306yおよび現像槽201から熱を奪うことになるので、トナー貯蔵部306yおよび現像槽201を冷却することができ、トナー貯蔵部306y内の未使用のトナーや現像槽201内の使用直前のトナーが劣化するのを防ぐことができる。なお、以上のような効果は、廃トナー回収容器302yの材質を、トナー貯蔵部306yおよび現像槽201よりも熱伝導性が高い材質とすることで、さらに高めることができる。
本実施形態では、第2受入口304yは、第1受入口303yのZ方向真上に形成される。したがって、ベルトクリーニングユニット35の容器353は、感光体クリーニングユニット25の容器252よりもZ方向上側に設けられることになる。カラー印刷の場合、一般的に、中間転写ベルト31に残る廃トナーの方が、感光体ドラム21yに残る廃トナーよりも量が多くなるので、本実施形態では、Z方向においてより上側から、より多量の廃トナーが、廃トナー回収容器302y内に排出されることになる。これにより、廃トナー回収容器302y内で廃トナーが散らばり易くなり、廃トナー回収容器302y内で廃トナーが特定の箇所に堆積して固まるのを防ぐことができる。また、第2受入口304yは、第1受入口303yのZ方向真上に形成されるので、第1受入口303y近傍において固まった廃トナーを、第2受入口304yから排出される廃トナーによって下へ落とすことができる。なお、より多量の廃トナーを排出する第2受入口304y近傍において廃トナーが固まらないように、ベルトクリーニングユニット35の搬送部材354の搬送速度は、感光体クリーニングユニット25yの搬送部材253yの搬送速度よりも速いことが好ましい。たとえば、搬送部材354の搬送速度は、搬送部材253yの搬送速度の2倍〜4倍に設定される。
本実施形態では、回収容器上部312yのZ方向に垂直な断面積は、回収容器下部313yのZ方向に垂直な断面積よりも小さい。したがって、第1受入口303yおよび第2受入口304yから廃トナー回収容器302y内に排出され、回収容器上部312yから回収容器下部313yへと移動した廃トナーは、回収容器上部312yへ戻り難くなっており、第1受入口303yおよび第2受入口304yが廃トナーによって詰まるのを防ぐことができる。
本実施形態では、感光体クリーニングユニット25yの搬送部材253yは、第1螺旋羽根255yのZ方向最下方に位置する部分が廃トナー回収容器302yから予備回収容器400へ向かう回転方向G1に回転する。したがって、搬送部材253yによって搬送され、第1受入口303yから廃トナー回収容器302y内に排出される廃トナーは、予備回収容器400側に移動し易くなり、第1受入口303yのZ方向下方にのみ廃トナーが堆積して固まるのを防ぐことができる。同様に、本実施形態では、ベルトクリーニングユニット35の搬送部材354は、第2螺旋羽根356のZ方向最下方に位置する部分が廃トナー回収容器302yから予備回収容器400へ向かう回転方向G2に回転する。したがって、搬送部材354によって搬送され、第2受入口304yから廃トナー回収容器302y内に排出される廃トナーは、予備回収容器400側に移動し易くなり、第2受入口304yのZ方向下方にのみ廃トナーが堆積して固まるのを防ぐことができる。