JP2005257798A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーの頻繁な補充作業が不要の長期の画像形成を実現するために、同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジが装着される場合に、使用する現像カートリッジをできるだけ切り換えて動作させることにより、現像ローラと供給ローラの圧接期間を短くして、高品質な画像形成を行う。
【解決手段】 現像ロータリーユニット３３に収納されて同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジ３７が、感光体ドラム３２に対向する現像位置でのみ現像ローラ３７ｂおよび供給ローラを圧接回転させることにより、その感光体ドラム３２表面の静電潜像にトナーを付着させて現像する画像形成装置であって、そのエンジン制御部は、印刷命令を受ける度に、現像ロータリーユニット３３を回転させて、先の現像動作を終了してからの経過時間が最も長い現像カートリッジ３７に切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、詳しくは、同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジを装着するとともに、動作させる現像カートリッジ以外を停止させておくことによる弊害をできるだけ小さくするものに関する。

従来より、感光体により作製した担持体の表面に静電潜像を露光形成する電子写真記録方式の画像形成装置が知られており、この画像形成装置では、その静電潜像をトナー現像して担持させた担持体表面のトナー像を記録用紙などの記録媒体に転写して画像形成する。この静電潜像は、担持体表面に対向する現像ローラを回転させてその表面のトナーを乗り移らさせて付着させることによりトナー現像するようになっており、この現像ローラには、トナーの収容空間内で回転する供給ローラが圧接回転することによりトナーを供給する。

このような電子写真記録方式を採用する画像形成装置は、トナーを収容する容器内に現像ローラや供給ローラが配置された現像カートリッジを脱着することにより、トナーを補充するようになっている。この画像形成装置には、複数の現像カートリッジを装着可能に構成するとともに、その現像カートリッジ内に同色のトナーを収容可能に構成することが提案されている。この場合には、担持体表面にトナーを付着させる現像カートリッジをトナー切れなどのタイミングに切り換えることにより、トナーの補充回数を低減して長期にわたって画像形成を継続することができる（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、文献１、２に記載の画像形成装置は、ロータリーユニットの回転軸の周囲に複数の現像カートリッジを収納して装着するロータリータイプであるが、複数の現像カートリッジや担持体を直線的に並置するタンデムタイプの装置もある。
特開２００２−３５１１９０号公報 特開２００３−３１６１０６号公報

このように複数の現像カートリッジを装着可能な画像形成装置にあっては、上記文献１、２に記載のように、担持体に対向させる現像カートリッジ内のトナーを使い切ってから、次の現像カートリッジに切り換えることにより、トナーの補充作業が不要な長期の画像形成を実現している。なお、上記文献１には、供給ローラの周囲のトナーがなくなる前に現像カートリッジを切り換えることも記載されており、このように構成することにより、トナーが完全に無くなって現像不能になったことを判断するためのタイムラグをなくすことができ、より連続的な画像形成を実現している。

また、このような画像形成装置には、担持体表面に対向して静電潜像を現像する現像カートリッジの現像ローラや供給ローラのみを駆動源に連結して回転駆動力を伝達するように構成されているタイプのものがある。

しかしながら、このタイプの画像形成装置では、画像形成処理を行う現像カートリッジ以外は停止したままであることから、現像ローラと供給ローラが同一箇所で圧接している状態を継続していることになる。このため、現像カートリッジを切り換えて新たに画像形成を行おうとすると、その影響が出てしまうことがある。すなわち、現像ローラは、停止している期間が長期にわたると、供給ローラの圧接していた跡が表面に残ってしまい、トナーを担持体表面に付着させる際に、その圧接位置に対応する箇所と他の箇所とに差が生じてしまう。これにより、画像形成を開始した後のしばらくの間には、現像ローラの一回転毎の筋状の跡（所謂、放置バンディング）がトナー像に現れてしまい、形成する画像の品質を低下させてしまう。

ここで、本明細書では、所謂、放置バンディングとして、現像ローラが停止する期間に応じて供給ローラとの圧接跡がトナー像に現れて画像品質を低下させる場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、現像ローラの現像面が容器の内外に２分されているために、停止期間によりその特性に差が生じる場合も含む。例えば、外部への露出期間が長くなると、付着するトナーが変質したり、付着するトナーにより現像ローラの現像面が変質してしまう場合も放置バンディングによる不都合に含まれる。なお、このような不都合は、現像ローラを回転させることにより解消される。

そこで、本発明は、複数備えるうちの使用する現像カートリッジのみを駆動させるタイプであっても、備える現像カートリッジをできるだけ切り換えて駆動させることにより、現像ローラの停止期間を短くして、トナーの頻繁な補充作業が不要の長期の画像形成を実現するのと同時に、高品質な画像形成を行うことのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する画像形成装置の第１の発明は、表面に静電潜像が形成されて該静電潜像を現像したトナー像を担持する担持体と、該担持体表面の静電潜像にトナーを付着させて現像する複数の現像カートリッジと、該複数の現像カートリッジのうちの一つのみを担持体表面に対向させるとともに当該現像カートリッジのみを動作させてトナー像を形成するカートリッジ切換手段と、を備えて、同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジを装着して担持体表面に形成されたトナー像を記録媒体の表面に転写して画像形成する画像形成装置であって、現像カートリッジは、トナーを収容する容器と、担持体に対向しつつ回転して該担持体表面にトナーを付着させる現像ローラと、を具備し、カートリッジ切換手段は、先の現像動作を終了してからの経過時間を現像カートリッジ毎に計時する計時手段を有し、該経過時間に基づいて担持体に対向させる現像カートリッジを切り換える
ことを特徴とするものである。

この発明では、同色のトナーを収納する複数の現像カートリッジを備えることにより、現像カートリッジのトナー切れ毎にトナーの補充作業（現像カートリッジの交換作業）を行う必要のない長期の画像形成を実現することができる。また、現像カートリッジ毎の現像動作終了後の経過時間に基づいて担持体に対向させる現像カートリッジが切り換えられて個々の現像ローラと供給ローラが順次に駆動回転される。したがって、現像ローラは、停止している期間を従来よりも極力短くすることができ、例えば、容器内のトナーを供給する供給ローラと同一箇所で圧接している期間を従来よりも極力短くして、その圧接位置の跡が転写するトナー像に現れる、所謂、放置バンディングの発生を回避することができる。

上記課題を解決する画像形成装置の第２の発明は、上記第１の発明の特定事項に加え、前記カートリッジ切換手段は、担持体に対向させる現像カートリッジを、計時手段による計時時間が最も長い現像カートリッジに切り換えることを特徴とするものである。

この発明では、現像動作終了後の経過時間が最も長い、言い換えると、放置バンディングの発生が最も近い現像カートリッジに切り換えられる。したがって、放置バンディングが発生する前に、危ない現像カートリッジを優先的に切り換えることができる。

上記課題を解決する画像形成装置の第３の発明は、上記第１または第２の発明の特定事項に加え、前記カートリッジ切換手段は、画像形成動作を開始する際に、担持体に対向させる現像カートリッジを切り換えることを特徴とするものである。

この発明では、現像動作終了後の経過時間が最も長い現像カートリッジに切り換えて画像形成動作が開始される。したがって、放置バンディングが発生する前に現像カートリッジを動作させることができる。

本発明によれば、同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジは、担持体に対向させる現像カートリッジが使用不能になるまで連続して使用するのではなく、画像形成動作の開始時などに、先の現像動作終了後からの経過時間（停止時間）に基づいて、例えば、その経過時間が最も長い現像カートリッジに切り換えるので、現像カートリッジ毎の現像ローラおよび供給ローラを停止時間が長いものから優先して、次々に回転させることができ、互いの圧接箇所を変えることができる。

したがって、現像ローラが停止している期間を従来よりも極力短くして、放置バンディングの発生を回避することができ、トナーの補充作業が不要な長期の画像形成を実現するのと同時に、高品質な画像形成を行うことができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を適用したプリンタの一例を示す図である。

図１および図２において、プリンタは、文字等の画像を作成・出力する例えば、パーソナルコンピュータＰＣに接続して利用するものであり、そのパーソナルコンピュータＰＣに接続された制御ユニット１０が、用紙搬送装置２０および画像記録装置３０を統括制御することにより、記録用紙（記録媒体）Ｓに画像を形成する（プリントする）。

制御ユニット１０は、プリンタ内に搭載される回路基板上に構築されたコントローラ部１１およびエンジン制御部１２により構成されており、これらは予め準備されているプログラムに従って各種のデータ処理制御や動作部の駆動制御を実行する。

簡単に説明すると、コントローラ部１１は、不図示のＣＰＵがメモリ内に格納されている処理プログラムに従って各種処理手順を実行することにより、パーソナルコンピュータＰＣのプリンタドライバとの間で印刷命令などの各種情報をやり取りするとともに、記録用紙Ｓに印刷（画像形成）する画像データを受け取って不図示のメモリ内に一時記憶する。このコントローラ部１１は、パーソナルコンピュータＰＣから受け取る画像データ（画像情報信号）がレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の所謂、ＲＧＢデータであることから、これらを印刷可能なイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の所謂、ＹＭＣＫデータの画像データに変換しつつ、メモリ内から読み出してエンジン制御部１２に受け渡す。

エンジン制御部１２は、ＣＰＵ１３がＲＯＭ１４内に格納されている制御プログラムに従って、コントローラ部１１から例えば、ページ単位で画像データを受け取って本体メモリ１５内に一時記憶するとともに、ＲＡＭ１６をワークエリアとして使用しつつ用紙搬送装置２０および画像記録装置３０との間で各種情報をやり取りすることにより、その画像データに基づく画像を記録用紙Ｓに形成する。また、このときに、ＣＰＵ１３は、この画像形成制御を実行する際には、内蔵するタイマー機能１３ａにより各種処理時間などを計時することにより、装置各部を最適に動作させる。

なお、図２中、Ｉ／Ｏインターフェース１７は、各種情報をやり取り可能に、コントローラ部１１、用紙搬送装置２０および画像記録装置３０と、エンジン制御部１２と、の間を接続している。Ｄ／Ａコンバータ１８およびＡ／Ｄコンバータ１９は、エンジン制御部１２がコントローラ部１１、用紙搬送装置２０および画像記録装置３０との間でやり取りするその各種情報をそれぞれで処理することができるように、デジタル信号をアナログ信号に変換したり、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

用紙搬送装置２０は、用紙カセット２１、排紙テーブル２２、ピックアップローラ２３、搬送ローラ対２４、レジストローラ対２５、切換ローラ対２６、排紙ローラ対２７、および、反転ローラ対２８、２９に加えて、画像記録装置３０の構成要素でもある中間転写ベルト３４と、転写ローラ３５と、定着ローラ対３６とにより構築されている。この用紙搬送装置２０は、用紙カセット２１内に積載する複数枚の記録用紙Ｓを一枚ずつ分離・搬送して画像記録装置３０の画像の記録形成位置Ｐに給送することにより、その記録用紙Ｓの片面側または両面側に受け取った文字等の画像データを記録形成させた後に、この画像形成済みの記録用紙Ｓを装置外に搬出して排紙テーブル２２上に積載する。

簡単に説明すると、ピックアップローラ２３は、用紙カセット２１に積載されている記録用紙Ｓに圧接回転することにより、その記録用紙Ｓを引き出すとともに不図示の分離手段と協働して一枚ずつに分離し搬送経路ｆに給送する。搬送ローラ対２４は、その記録用紙Ｓを挟持搬送して下流のレジストローラ対２５のニップ部に先端を突き当てることによりスキューを矯正する。このレジストローラ対２５は、その記録用紙Ｓを画像の記録形成位置Ｐに画像記録装置３０の動作に同期するように挟持して給送する。

この画像の記録形成位置Ｐでは、中間転写ベルト３４と転写ローラ３５が、給送されてきた記録用紙Ｓを挟持しつつ回転することによりその記録用紙Ｓの一面側に画像を記録形成するとともに搬送する。また、定着ローラ対３６が、その記録用紙Ｓを挟持しつつ回転することにより、その記録用紙Ｓ上に画像を定着させるとともにさらに下流側へと搬送する。

この後に、切換ローラ対２６および排紙ローラ対２７は、その定着ローラ対３６からの記録用紙Ｓを排紙テーブル２２上に搬出して積載する。これにより、記録用紙Ｓは、一面側を画像の記録形成面として、画像記録装置３０による画像の記録形成位置Ｐに給送されて片面に画像形成された後に、排紙テーブル２２上に排紙される。

このときに、用紙搬送装置２０は、その記録用紙Ｓの両面に画像形成する両面モードがエンジン制御部１２に指示されている場合には、排紙ローラ対２７が排紙テーブル２２上に搬出した記録用紙Ｓの後端部を挟持する位置で一時停止した後に切換ローラ対２６と共に逆転駆動することにより、片面側に画像を記録形成した記録用紙Ｓを反転経路ｒに送り出す。

この後に、反転ローラ対２８、２９は、その記録用紙Ｓを挟持して反転経路ｒ内に通紙・搬送することにより、片面側への画像形成時における後端側を逆に先端側として、表裏を反転させた記録用紙Ｓを搬送経路ｆに再度給送してレジストローラ対２５に受け渡す。これにより、記録用紙Ｓは、他面側（画像の記録形成されていない一面側）を画像の記録形成面として、画像記録装置３０による画像の記録形成位置Ｐに再度給送されて両面に画像形成された後に、排紙テーブル２２上に排紙される。

一方、画像記録装置３０は、レーザ光走査装置３１と、感光体ドラム（担持体）３２と、現像ロータリーユニット３３と、中間転写ベルト３４と、転写ローラ３５と、定着ローラ対３６と、を備えている。この画像記録装置３０は、用紙搬送装置２０により搬送されて画像の記録形成位置Ｐに給送されてきた記録用紙Ｓの片面側または両面側に、受け取った文字等の画像データを電子写真方式により記録形成する。

簡単に説明すると、レーザ光走査装置３１は、受け取った画像データに基づいてレーザ光Ｌを感光体ドラム３２の表面に選択的に照射して露光走査することにより、その画像データに基づく静電潜像をその感光体ドラム３２の表面上に形成（作像）する。現像ロータリーユニット３３は、この感光体ドラム３２上の静電潜像をイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）のトナーにより現像する各色毎の現像カートリッジ３７を収納しており、静電潜像を形成する画像データに応じた現像カートリッジ３７を感光体ドラム３２に対向させて収容するトナーを付着させることによりその静電潜像をトナー現像する。

中間転写ベルト３４は、モノクロ画像の場合、感光体ドラム３２上に形成されたブラック（Ｋ）のトナーによるトナー像を受け取って、そのベルト表面に記録用紙Ｓ上に転写するトナー画像（トナー像）を保持する。また、この中間転写ベルト３４は、カラー画像の場合、感光体ドラム３２上に形成されたイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）のトナーによるトナー像を順次に（順序はこれに限らない）重ねるように受け取って、そのベルト表面に記録用紙Ｓ上に転写するカラーのトナー画像を形成して保持する。転写ローラ３５は、この中間転写ベルト３４との間（画像の記録形成位置Ｐ）に給送されてきた記録用紙Ｓを挟むように圧接（ニップ）して挟持搬送することにより、そのトナー画像を記録用紙Ｓに転写させる。すなわち、本実施形態では、トナー像の記録用紙Ｓへの転写を中間転写ベルト３４が仲介する転写方式を採用している。なお、トナーは部材間のバイアス電圧に従って現像カートリッジ３７から感光体ドラム３２や中間転写ベルト３４を介して記録用紙Ｓに乗り移ることはいうまでもない。

定着ローラ対３６は、トナー画像が転写されて画像の記録形成位置Ｐから搬送されてきた記録用紙Ｓを加熱圧接することによりそのトナー画像を定着させるとともにその記録用紙Ｓをさらに下流側へと挟持搬送する。これにより、記録用紙Ｓは、受け取った画像データに基づくモノクロ画像またはカラー画像が片面側または両面側に記録形成（定着）され、このような動作を繰り返すことにより、複数枚に連続して画像を記録形成することができる。

なお、感光体ドラム３２は、中間転写ベルト３４に転写した後に残留するトナーがクリーニング装置３８により除電されて回収され、この後に、帯電器３９により現像ロータリーユニット３３の現像カートリッジ３７からトナーを受け取って付着させる電位に帯電される。また、特に図示することは省略するが、中間転写ベルト３４も同様に、除電・帯電されてトナーの転写（付着）・回収が繰り返される。

そして、このプリンタの現像ロータリーユニット３３は、感光体ドラム３２表面の静電潜像をトナー現像する現像カートリッジ３７が、円筒形状のハウジング４１内に複数収納されることにより構成されている。この現像ロータリーユニット３３は、エンジン制御部１２のＣＰＵ１３がコントローラ部１１を介して受け取ったパーソナルコンピュータＰＣからの画像データを含む印刷命令に基づいて回転軸４１ａを中心にハウジング４１を回転させることにより、感光体ドラム３２に対向させる現像カートリッジ３７を切り換える。すなわち、エンジン制御部１２のＣＰＵ１３がカートリッジ切換手段を構成している。

具体的には、ハウジング４１は、回転軸４１ａの法線方向に略一致するフレーム４１ｂにより、その回転軸４１の周囲が軸方向に延在する均等空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋに４分割されており、プリンタは、その各空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内にトナーを収容する現像カートリッジ３７を収納（装着）することにより、カラー画像や多色画像や単色画像を記録用紙Ｓの片面または両面に形成することができる。例えば、このようなプリンタは、ハウジング４１の各収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色トナーを収容する現像カートリッジ３７をそれぞれ収納するとともに、各色トナーを色重ねしたり選択するように、現像ロータリーユニット３３（ハウジング４１）を回転させて感光体ドラム３２上の静電潜像を現像する現像カートリッジ３７を切り換えることにより、カラー画像から単色画像までを形成可能な装置として利用することができる。また、このプリンタは、ハウジング４１のすべての収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に、同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７を収納するとともに、現像ロータリーユニット３３を回転させて感光体ドラム３２上の静電潜像を現像する現像カートリッジ３７を順次に切り換えることにより、単色画像（モノクロ画像）を形成する専用機として利用することもできる。この場合には、トナー切れ毎に現像カートリッジ３７の交換作業（トナーの補充作業）を行うことなく、画像形成を継続（長期間連続）することができる。なお、このプリンタは、ハウジング４１の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内の２箇所以上に、同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７を収納して、各色トナーで色分けした多色画像や単色画像を形成可能な装置として利用することもできる。

このように、現像カートリッジ３７は、ハウジング４１の各収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に収納されて回転軸４１ａを中心に回転することにより感光体ドラム３２に順次に対向することができ、その感光体ドラム３２表面の静電潜像を同様な駆動制御によりトナー現像することができるように、外形と共に内部も同様に構成されている。

この現像カートリッジ３７は、図３に示すように、容器３７ａと、現像ローラ３７ｂと、供給ローラ３７ｃと、仕切り板３７ｄと、を備えている。容器３７ａは、ハウジング４１の各収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に収納可能に相似形状に形成されてトナーを収容する。現像ローラ３７ｂは、ハウジング４１の回転軸４１ａから離隔する容器３７ａの外周側に回転可能に支持されており、供給ローラ３７ｃから受け渡されるトナーを対向する感光体ドラム３２に付着させる。供給ローラ３７ｃは、ハウジング４１の回転軸４１ａ側で現像ローラ３７ｂに隣接するように容器３７ａに回転可能に支持されており、その現像ローラ３７ｂに圧接回転することにより周囲のトナーを磨耗帯電させて供給する。仕切り板３７ｄは、供給ローラ３７ｃを囲うように設置されており、ハウジング４１の回転軸４１ａ側の空間と供給ローラ３７ｃの設置空間の回転方向上部を連通させる状態で容器３７ａのトナーの収容空間を仕切っている。

この構成により、現像カートリッジ３７は、仕切り板３７ｄにより仕切られた容器３７ａの外周側の空間内のトナーを供給ローラ３７ｃが圧接回転する現像ローラ３７ｂに供給する。また、この現像カートリッジ３７は、ハウジング４１が図３における反時計回り方向に９０度ずつ回転して１８０度回転したときには、容器３７ａの回転軸４１ａ側および供給ローラ３７ｃ側に収容するトナーを仕切り板３７ｄの上部（図３中における下方）で一緒にした後に、さらに９０度ずつ回転することにより容器３７ａ内に収容するトナーを攪拌してリフレッシュさせるとともに、その収容するトナーを現像ローラ３７ｂに供給可能に供給ローラ３７ｃ側に集める。ここで、本実施形態の現像ロータリーユニット３３は、このようにハウジング４１の回転によりトナーを供給ローラ３７ｃ側に攪拌しつつ補給するので、収容するトナーを攪拌・補給するための装置（所謂、アジテータ装置やオーガー装置）を適宜省略することができる。ただし、この現像カートリッジ３７は、現像ローラ３７ｂに供給するトナーがなくなる前に、例えば、トナーカウンターによるカウント値、画像のドット数、積算する現像動作（画像形成）時間、積算する現像枚数、あるいは実測するトナーの残量などにより検出するトナーの使用量が予め設定されている値を超えたときに、現像ロータリーユニット３３を回転させてトナーの補給・攪拌動作を行う必要がある。

また、現像カートリッジ３７には、不揮発性メモリ４２と、現像側コネクタ４３とが個々に内蔵されており、現像ロータリーユニット３３側には、制御側コネクタ４４が配置されている。不揮発性メモリ４２は、製造番号等の識別情報と共に、収容するトナーの色や製造年月日や消費量などの各種情報を書換可能に記憶する。現像側コネクタ４３は、それぞれ不揮発性メモリ４２に接続されて記憶する情報の読出や書換を行う。制御側コネクタ４４は、現像ロータリーユニット３３の外周に移動しないように配置されており、いずれかの現像カートリッジ３７の現像側コネクタ４３に対面するときに、各種情報を非接触通信してやり取りする。これにより、制御ユニット１０のエンジン制御部１２は、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に収納された現像カートリッジ３７の有無や位置と共に、その現像カートリッジ３７のトナーの色情報などの各種情報を適宜把握することができる。

一方、この現像カートリッジ３７を収納する現像ロータリーユニット３３は、図４および図５に示すように、ロータリー駆動モータ４７と、現像駆動モータ４８と、ロータリー入力歯車５１と、現像ローラ歯車５２と、アイドラ歯車５３と、現像入力歯車５４と、現像駆動歯車５５とを互いに噛合させて連結する輪列構成により動作するようになっており、ロータリー駆動モータ４７の駆動力を伝達してハウジング４１を回転駆動させる一方、現像カートリッジ３７は現像駆動モータ４８からの駆動力を受け取って現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃを回転駆動させる。

簡単に説明すると、ロータリー入力歯車５１は、ハウジング４１の一端側に回転軸４１ａと同軸になるように固設されるとともに、ロータリー駆動モータ４７のモータピニオン４７ａに噛合している。このロータリー駆動モータ４７がエンジン制御部１２からの制御信号に応じて駆動することにより、現像ロータリーユニット３３は、９０度ずつ回転して４箇所の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ内に収納された現像カートリッジ３７を、感光体ドラム３２に対向する位置に順次に移動させる。

現像ローラ歯車５２およびアイドラ歯車５３は、個々の現像カートリッジ３７側に配置されて計４組が取り付けられている。現像ローラ歯車５２は、現像ローラ３７ｂの一端側に同軸になるように固設されて容器３７ａに回転自在に軸支されており、アイドラ歯車５３は、この現像ローラ歯車５２に噛合して容器３７ａに回転自在に軸支されている。これにより、現像カートリッジ３７を交換する際には、現像ローラ３７ｂや供給ローラ３７ｃと共に現像ローラ歯車５２およびアイドラ歯車５３も現像ロータリーユニット３３のハウジング４１内から引き抜かれて交換される。

一方、現像入力歯車５４および現像駆動歯車５５は、ハウジング４１側に配置されている。現像入力歯車５４は、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ毎の現像カートリッジ３７に対応するように計４個が取り付けられており、挿脱される現像カートリッジ３７毎のアイドラ歯車５３に噛合可能に、ロータリー入力歯車５１と一体回転するロータリーフレーム５６に回転自在に軸支されている。現像駆動歯車５５は、現像駆動モータ４８に対応するように１個が取り付けられており、その現像駆動モータ４８のモータピニオン４８ａに噛合している。また、この現像駆動歯車５５は、回転してきた現像入力歯車５４に噛合する位置で回転自在に本体フレーム５７に軸支されており、その現像入力歯車５４を介して、動作させる現像カートリッジ３７の現像ローラ歯車５２およびアイドラ歯車５３と連結されることにより、現像駆動モータ４８の駆動力を伝達する伝達経路の輪列を構築する。

すなわち、現像カートリッジ３７は、エンジン制御部１２がロータリー駆動モータ４７を駆動制御して現像ロータリーユニット３３を回転させることにより感光体ドラム３２に対向する現像位置に移動したときに、そのエンジン制御部１２が駆動制御する現像駆動モータ４８からの駆動力を現像ローラ歯車５２、アイドラ歯車５３、現像入力歯車５４および現像駆動歯車５５からなる輪列を介して受け取って現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃを動作させることができる。一方、この現像カートリッジ３７は、現像駆動モータ４８のモータピニオン４８ａに噛合する現像駆動歯車５５から現像入力歯車５４が離脱してその現像駆動モータ４８からの輪列から外れているときには、現像ローラ歯車５２やアイドラ歯車５３が回転することはなく、現像ロータリーユニット３３の回転動作に伴って９０度ずつ移動するだけである。なお、現像駆動歯車５５は、現像ローラ３７ｂの逆回転方向には空転するようにワンウェイクラッチを内蔵しており、回転する現像入力歯車５４に噛合する際に逃げることができ、互いの歯先の衝突により損傷してしまうことを回避している。

そして、エンジン制御部１２のＣＰＵ１３は、電源投入後にはＲＯＭ１４内の制御プログラムに従って各種制御動作を実行するようになっており、電源投入時や現像カートリッジ３７の交換時には、コネクタ４３、４４を介する非接触通信を行うことにより、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋにセットされた現像カートリッジ３７の有無を本体メモリ１５内に保持（記憶）する。また、このＣＰＵ１３は、コネクタ４３、４４を介して各現像カートリッジ３７の不揮発性メモリ４２内に書き込まれている各種情報を順次に読み出して、現像カートリッジ３７毎の位置情報やトナーの色情報や消費量（残量）などを本体メモリ１５内に保持する。さらに、このＣＰＵ１３は、画像形成動作中や画像形成終了後には、その画像形成により消費したトナー量などの各種情報をコネクタ４３、４４を介して各現像カートリッジ３７の不揮発性メモリ４２内に書き込んで書き換える。

このとき、ＣＰＵ１３は、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋにイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色トナーを収容する現像カートリッジ３７がセットされたことを把握している場合には、一般的な画像形成制御を実行して、コントローラ部１１から送られてきた画像データに応じて現像ロータリーユニット３３を回転させることにより、カラー画像や多色画像や単色画像を記録用紙Ｓの片面または両面に記録形成する。言い換えると、現像ロータリーユニット３３に装着された各色トナーの現像カートリッジ３７は、画像データの印刷命令を受ける度に、その画像データに基づく画像の種別に応じて適宜切り換えられて動作する。これにより、現像カートリッジ３７は、現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃの停止時の圧接位置が動作する度に適宜変えられて、現像ローラ３７ｂの表面に供給ローラ３７ｃとの圧接跡が付いてしまうことを効果的に防止される。したがって、ＣＰＵ１３は、現像ロータリーユニット３３に異なる色のトナーを収容する現像カートリッジ３７がセットされる場合には、一般的な画像形成制御を実行することにより、感光体ドラム３２表面の静電潜像に付着・形成するトナー像に、現像ローラ３７ｂと供給ローラ３７ｃの圧接跡による筋状の跡がその現像ローラ３７ｂの一回転毎に現れることを回避することができ、所謂、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる。

また、ＣＰＵ１３は、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋのすべてに、同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７が装着されていることを把握している場合には、計時手段をも構成することにより、現像カートリッジ３７毎の先の現像動作を終了してからの経過時間を、本体メモリ１５内の記憶時刻とタイマー機能１３ａによる計時時刻とにより算出（計時）して、その経過時間に基づいて、次の現像動作を開始する。例えば、このＣＰＵ１３は、待機状態から次の現像動作を開始する際には、先の現像動作終了後からの経過時間が最も長い現像カートリッジ３７を感光体ドラム３２に対向する現像位置に移動させて使用する現像カートリッジ３７を切り換える。これにより、ＣＰＵ１３は、セットされた現像カートリッジ３７をできるだけ均等に動作させつつ画像形成制御を実行して、コントローラ部１１から送られてきた画像データに応じた単色画像を記録用紙Ｓの片面または両面に記録形成する。

具体的には、例えば、文書などを印刷することが多いために、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｋのすべてに、ブラック（Ｋ）のトナーを収容する現像カートリッジ３７が装着されて白黒のモノクロ画像を形成する場合には、ＣＰＵ１３は、図６のフローチャートに示すように、現像動作を終了してからの経過時間に応じた現像カートリッジ３７の切換を含む画像形成制御を実行する。

まず、コントローラ部１１からモノクロ画像の画像データの印刷命令を受け取ると（ステップＳ１１）、現像カートリッジ３７毎の本体メモリ１５内に書き込まれている直前（先）の現像動作終了時刻を読み出すとともに、タイマー機能１３ａが計時する現在時刻を受け取って、現像動作を終了してからの経過時間を現像カートリッジ３７毎に算出・チェックし（ステップＳ１２）、最も経過時間の長い現像カートリッジ３７が現像位置に移動するように現像ロータリーユニット３３を回転させて現像カートリッジ３７を切り換える（ステップＳ１３）。例えば、収納空間４１ｃに装着された現像カートリッジ３７が感光体ドラム３２に対向する現像位置で待機しているが、次の収納空間４１ｋに装着された現像カートリッジ３７の経過時間が最も長い場合には、その収納空間４１ｋの現像カートリッジ３７を現像位置に移動させて、使用する現像カートリッジ３７を切り換える。なお、現像カートリッジ３７の交換などの何等かの理由により、次の収納空間４１ｋ以外の現像カートリッジ３７の経過時間が最も長かった場合には、その現像カートリッジ３７を感光体ドラム３２に対向する現像位置に移動させて、使用する現像カートリッジ３７を切り換える。

これにより、現像カートリッジ３７は、待機時に印刷命令が有ると、現像ロータリーユニット３３を回転させて先の現像動作終了からの経過時間が最も長い、言い換えると、停止時間が最も長い現像カートリッジ３７に切り換える動作の後に、その停止していた現像ローラ３７ｂと供給ローラ３７ｃを駆動回転させる現像動作を開始する。したがって、印刷命令を受ける度に、停止時間の最も長い現像カートリッジ３７の現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃの圧接位置を変えることができ、従来の圧接期間よりも短い間隔で動作させて現像ローラ３７ｂの表面に供給ローラ３７ｃとの圧接跡が付いてしまうことを効果的に防止することができる。

この後に、受け取った画像データを印刷するための用紙搬送装置２０や画像記録装置３０の駆動制御を実行して記録用紙Ｓの片面または両面に画像形成する（ステップＳ１４）。次いで、次の印刷命令（未処理の印刷命令）が有るか確認して（ステップＳ１５）、未処理の印刷命令が無い場合には、本体メモリ１５内に記憶されている使用した現像カートリッジ３７の現像動作終了時刻を、タイマー機能１３ａの計時する現在時刻に書き換えた後に、画像形成制御を停止する。一方、未処理の印刷命令が有る場合には、ステップＳ１４に戻って同一の現像カートリッジ３７による画像データの印刷（現像）を継続して、記録用紙Ｓへの画像形成を繰り返す（ステップＳ１４、Ｓ１５）。

なお、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋの２箇所または３箇所に、同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７を装着することが可能な場合にも、同様に、印刷命令を受ける度に、その現像ロータリーユニット３３を回転させて感光体ドラム３２に対向させる現像カートリッジ３７を切り換えることにより、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる（以下で説明する他の実施形態においても同様）。

このように本実施形態においては、現像ロータリーユニット３３に同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７がセットされる場合には、待機状態で印刷命令を受ける度に、停止時間の最も長い現像カートリッジ３７に切り換えるので、現像カートリッジ３７の圧接期間の長い現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃを優先して回転させることができ、互いの圧接箇所を変えることができる。したがって、トナー切れ毎に現像カートリッジ３７を交換する必要の無い長期間の連続画像形成を実現するのと同時に、現像ローラ３７ｂと供給ローラ３７ｃが同一箇所で圧接する期間を従来よりも極力短くすることができ、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる。

次に、図７は本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を適用したプリンタの一例を示す図である。なお、本実施形態では、上述実施形態と略同様に構成されているので、図面を流用して、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。

図２において、本実施形態のエンジン制御部１２のＣＰＵ１３は、現像ロータリーユニット３３の収納空間４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋのすべてに、例えば、ブラック（Ｋ）のトナーを収容する現像カートリッジ３７が装着されて白黒のモノクロ画像を形成する場合には、図７のフローチャートに示すように、先の印刷（画像形成）命令に基づく画像形成動作（現像動作）が終了した後に、次の印刷命令に基づく画像形成動作を行う際にも、停止期間が最も長い現像カートリッジ３７に切り換える。すなわち、ＣＰＵ１３は、現像カートリッジ３７が現像動作を連続しているタイミングに、次の印刷命令を受けたときにも、現像カートリッジ３７を切り換える。これにより、ＣＰＵ１３は、セットされた現像カートリッジ３７をできるだけ均等に動作させつつ画像形成制御を実行して、コントローラ部１１から送られてきた画像データに応じたモノクロ画像を記録用紙Ｓの片面または両面に記録形成する。

まずは、上述実施形態と同様に、コントローラ部１１から印刷命令を受け取ると（ステップＳ１１）、現像カートリッジ３７毎の現像動作を終了してからの経過時間を算出・チェックし（ステップＳ１２）、最も経過時間の長い現像カートリッジ３７を現像位置に移動させて使用する現像カートリッジ３７を切り換える（ステップＳ１３）。この後に、受け取った画像データを印刷するための用紙搬送装置２０や画像記録装置３０の駆動制御を実行して記録用紙Ｓの片面または両面に画像形成する（ステップＳ１４）。

次いで、次の印刷命令（未処理の印刷命令）が有るか確認して（ステップＳ１５）、未処理の印刷命令が無い場合には、本体メモリ１５内の使用した現像カートリッジ３７の現像動作終了時刻を現在時刻に書き換えた後に、画像形成制御を停止するが、未処理の印刷命令が有る場合には、ステップＳ１２に戻って、次に経過時間の長い（現在時点で最も経過時間の長い）現像カートリッジ３７に切り換えた後に、次の印刷命令に基づく画像データの印刷（現像）を継続して、記録用紙Ｓへの画像形成を繰り返す（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。

これにより、現像カートリッジ３７は、待機状態を待つことなく、印刷命令が有ると、現像ロータリーユニット３３を回転させて停止時間の長い現像カートリッジ３７に切り換える動作の後に、停止していた現像ローラ３７ｂと供給ローラ３７ｃを駆動回転させる現像動作を開始する。したがって、現像カートリッジ３７の現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃの圧接位置は、待機時か否かに拘わらずに、印刷命令を受ける度に順次に（従来の圧接期間よりも短く）変えることができ、その現像ローラ３７ｂの表面に供給ローラ３７ｃとの圧接跡が付いてしまうことをより効果的に防止することができる。

このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果に加えて、現像ロータリーユニット３３に同色のトナーを収容する現像カートリッジ３７がセットされる場合には、単に印刷命令を受ける度に、停止時間の最も長い現像カートリッジ３７に切り換えるので、現像カートリッジ３７の圧接期間の長い現像ローラ３７ｂおよび供給ローラ３７ｃを優先して頻繁に次々に回転させることができ、互いの圧接箇所を変えることができる。したがって、トナー切れ毎に現像カートリッジ３７を交換する必要の無い長期間の連続画像形成を実現するのと同時に、現像ローラ３７ｂと供給ローラ３７ｃが同一箇所で圧接する期間を極力短くすることができ、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる。

ここで、上述第１、第２実施形態では、印刷命令をトリガーとして、画像形成動作を実行する前に、現像ロータリーユニット３３を回転させて現像カートリッジ３７を切り換えるが、これに限るものではなく、先の印刷命令による画像形成動作を終了した後に（待機状態に移行する前に）、現像ロータリーユニット３３を回転させて現像カートリッジ３７を切り換えておくようにしてもよい。

また、上述第１、第２実施形態においては、複数の現像カートリッジ３７を収納可能な現像ロータリーユニット３３を回転動作させることにより、感光体ドラム３２に対向させる現像カートリッジ３７を切り換えるロータリー方式の画像形成装置を説明するがこれに限るものではなく、例えば、タンデム方式を採用する画像形成装置に適用することもできる。

すなわち、タンデム方式の画像形成装置は、例えば、図８に示すように、用紙カセット６１から排紙テーブル６２上までの搬送経路ｆに、上述実施形態と同様に、ピックアップコロ６３、搬送ローラ対６４、中間転写ベルト６５、転写ローラ６６、定着ローラ対６７、および、排紙ローラ対６８が配設されており、その搬送経路ｆに通紙して搬送する記録用紙Ｓの一面側に、中間転写ベルト６５の表面に形成したトナー像を転写して定着させることにより画像形成する。

このタンデム式の中間転写ベルト６５には、カラー画像を形成するイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色毎の感光体ドラムおよび現像カートリッジの組がベルトの移送方向に並置されている。この別個の感光体ドラム６１ｙ、６１ｍ、６１ｃ、６１ｋには、同一または異なる色のトナーを収容する現像カートリッジが配置されて、それぞれの現像ローラ６２ｙ、６２ｍ、６２ｃ、６２ｋによりカラー画像、多色画像、あるいは、単色画像のトナー像が形成される。

このため、同色のトナーを収容する現像カートリッジを装着する場合には、感光体ドラム６１ｙ、６１ｍ、６１ｃ、６１ｋおよび現像ローラ６２ｙ、６２ｍ、６２ｃ、６２ｋを個々に動作させるとともに、動作させるもの以外は停止させるように駆動制御する。ここで、現像ローラ６２ｙ、６２ｍ、６２ｃ、６２ｋを個々に動作させるには、別個の駆動モータを配置したり、駆動力の伝達経路内に電磁クラッチなどを介装させればよい。

このことから、このようなタンデム式の画像形成装置においても、上述実施形態と同様に構成して、トナー切れ毎に現像カートリッジを交換する必要の無い長期間の画像形成を実現するのに加えて、印刷命令を受ける度に、動作させる現像カートリッジを繰り返し切り換えることにより、現像カートリッジ毎の現像ローラなどを次々に回転させて、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる。

また、上述第１、第２実施形態の適用は、中間転写ベルトを採用する方式に限るものではなく、例えば、図９に示すように、搬送経路ｆに通紙して搬送する記録用紙Ｓに直接トナー像を転写・定着させる画像形成装置にも適用することができる。

すなわち、この画像形成装置は、中間転写ベルト５５および転写ローラ５６に代えて、搬送ベルト６５および搬送ローラ６６を配設することにより、搬送ローラ６６間の搬送ベルト６５と感光体ドラム６１ｙ、６１ｍ、６１ｃ、６１ｋとの間に記録用紙Ｓを挟持搬送させつつ、現像したカラー画像、多色画像、あるいは、単色画像のトナー像をその記録用紙Ｓに転写して定着させることにより画像形成する。

このため、同色のトナーを収容する現像カートリッジをセットする場合には、同様に、現像ローラ６２ｙ、６２ｍ、６２ｃ、６２ｋを個々に動作させるとともに、動作させるもの以外は停止させるように駆動制御する。

このことから、このような直接転写方式の画像形成装置においても、上述実施形態と同様に構成して、トナー切れ毎に現像カートリッジを交換する必要の無い長期間の画像形成を実現するのに加えて、印刷命令を受ける度に、動作させる現像カートリッジを繰り返し切り換えることにより、現像カートリッジ毎の現像ローラなどを次々に回転させて、放置バンディングの発生のない高品質な画像形成を行うことができる。

さらに、上述実施形態における印刷命令は、パーソナルコンピュータＰＣからの一文書を印刷するジョブ（複数枚の画像データをまとめたジョブ）毎に受け取るものであっても、あるいは、その一文書内のページ単位に発生するジョブ（１ページ毎に発生するジョブ）毎に受け取るものであってもよいことはいうまでもない。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を適用したプリンタの一例を示す図であり、その概略全体構成を示す透視正面図である。 その駆動制御を説明する関係ブロック図である。 その現像カートリッジを収納する現像ロータリーユニットを示す一部縦断面正面図である。 その現像ロータリーユニットや現像カートリッジの駆動力の伝達を示す透視正面図である。 その現像ロータリーユニットや現像カートリッジの駆動力の伝達を示す透視側面図である。 その現像カートリッジの切換制御を説明するフローチャートである。 本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を適用したプリンタの一例を示す図であり、その現像カートリッジの切換制御を説明するフローチャートである。 その第１、第２実施形態を適用可能な画像形成装置を示す透視正面図である。 その第１、第２実施形態を適用可能な画像形成装置を示す透視正面図である。

符号の説明

１０ 制御ユニット
１１ コントローラ部
１２ エンジン制御部
１３ ＣＰＵ
１３ａ タイマー機能
１５ 本体メモリ
２０ 用紙搬送装置
３０ 画像記録装置
３１、７３ レーザ光走査装置
３２、７１ｙ、７１ｍ、７１ｃ、７１ｋ 感光体ドラム
３３ 現像ロータリーユニット
３４、６５ 中間転写ベルト
３５、６６ 転写ローラ
３６、６７ 定着ローラ対
３７ 現像カートリッジ
３７ａ 容器
３７ｂ、７２ｙ、７２ｍ、７２ｃ、７２ｋ 現像ローラ
３７ｃ 供給ローラ
３７ｄ 仕切り板
４１ ハウジング
４１ａ 回転軸
４１ｙ、４１ｍ、４１ｃ、４１ｋ 収納空間
４２ 不揮発性メモリ
４３ 現像側コネクタ
４４ 制御側コネクタ
４７ ロータリー駆動モータ
４８ 現像駆動モータ
７５ 搬送ベルト
７６ 搬送ローラ
Ｐ 記録形成位置
Ｓ 記録用紙

Claims (3)

1. 表面に静電潜像が形成されて該静電潜像を現像したトナー像を担持する担持体と、該担持体表面の静電潜像にトナーを付着させて現像する複数の現像カートリッジと、該複数の現像カートリッジのうちの一つのみを担持体表面に対向させるとともに当該現像カートリッジのみを動作させてトナー像を形成するカートリッジ切換手段と、を備えて、
   同色のトナーを収容する複数の現像カートリッジを装着して担持体表面に形成されたトナー像を記録媒体の表面に転写して画像形成する画像形成装置であって、
   現像カートリッジは、トナーを収容する容器と、担持体に対向しつつ回転して該担持体表面にトナーを付着させる現像ローラと、を具備し、
   カートリッジ切換手段は、先の現像動作を終了してからの経過時間を現像カートリッジ毎に計時する計時手段を有し、該経過時間に基づいて担持体に対向させる現像カートリッジを切り換える
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記カートリッジ切換手段は、担持体に対向させる現像カートリッジを、計時手段による計時時間が最も長い現像カートリッジに切り換えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記カートリッジ切換手段は、画像形成動作を開始する際に、担持体に対向させる現像カートリッジを切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

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