JP2013250517A - 画像形成装置および画像形成装置のトナー量検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃トナー容器内のトナーの蓄積量を高精度に検知することができる画像形成装置、又は、画像形成方法を提供する。
【解決手段】感光ドラムを有する像形成部と、ドラムクリーナと、廃トナー容器１０８と、モータ１０４によって回転駆動されるスクリュー１０７ａ，１０７ｂと、廃トナー容器内のトナーによってモータがスクリューを回転駆動できなくなると、モータを空転させるトルクリミッタ１０５と、モータの回転速度を複数の回転速度で切り替えることで検出されるモータが空転する回転速度に応じて廃トナー容器内のトナーの蓄積量を決定すると、を有する画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、容器内に蓄積されたトナーの蓄積量を検知する技術に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置には、複数の色成分毎に像担持体上に形成された画像を中間転写体上に重ねて転写することで、この中間転写体上に重畳トナー像を形成した後、この重畳トナー像をシートに転写することで、カラー画像を形成するものがある。このような画像形成装置では、像担持体から中間転写体にトナー像を転写したときに像担持体にトナーが残留したり、中間転写体からシートにトナー像を転写したときに中間転写体にトナーが残留してしまう。そのため、従来から、像担持体に残留したトナーや中間転写体に残留したトナーをクリーニングユニットにより除去し、廃トナー搬送路を介して廃トナー容器に回収する構成のものがある。

ここで、回収したトナーが廃トナー容器から溢れることを防止するため、廃トナー容器に蓄積されたトナーの蓄積量が所定量となったことを検出すると、廃トナー容器がまもなく満杯となることを報知する構成が知られている（特許文献１）。具体的には、廃トナー容器に蓄積されたトナーが所定の嵩まで堆積すると、廃トナー容器内の堆積したトナーによって押し上げられたレバー部材がフォトセンサの光路を遮蔽する構成となっている。つまり、特許文献１は、フォトセンサの光路がレバー部材によって遮蔽されたことによって、廃トナー容器に蓄積されたトナーの蓄積量が所定量となったことを検出し、画像形成装置の操作部に廃トナー容器の交換をユーザに報知する構成となっている。

さらに、特許文献１では、廃トナー容器内のトナーの蓄積量が所定量となったことが検出された後、シートに形成される画像の印字率を１枚毎に積算し、この積算値が規定値に達することで廃トナー容器が満杯となったことをユーザに報知する構成となっている。これは、シート上に形成する画像の印字率が高ければ高いほど、廃トナー容器に回収されるトナーの量が増加するからである。このような画像形成装置は、廃トナー容器が満杯となった場合、廃トナー容器からトナーが溢れないように、廃トナー容器が交換されるまで画像の形成を禁止する構成となっている。

特開２００９−８０４７３号公報

しかしながら、画像形成装置内の温度や湿度、及び、現像剤の劣化具合に応じて像担持体や中間転写体上に残留するトナーの量が変化してしまい、廃トナー容器の満杯を高精度に検知することができないという問題があった。そのため、廃トナー容器が満杯となっていないにも拘わらず、画像形成動作が禁止されてしまったり、廃トナー容器の交換頻度が高くなることで廃トナー容器を交換するための費用を増加させていた。

そこで、本発明の目的は、容器に蓄積されたトナーの蓄積量を高精度に検知できる画像形成装置、又は、画像形成方法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の画像形成装置は、像担持体と、トナー像を前記像担持体に形成する像形成手段と、前記像形成手段により前記像担持体に形成されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体に残留したトナーを回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段により回収されたトナーが蓄積される容器と、前記容器内で回転する回転部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、前記容器に蓄積されるトナーによって、前記回転部材の回転を妨げる負荷が増大すると、前記駆動手段を空転させるトルクリミッタと、前記トルクリミッタにより前記駆動手段が空転する回転速度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、他の請求項に記載の画像形成装置のトナー量検知方法は、像担持体と、トナー像を前記像担持体に形成する像形成手段と、前記像形成手段により前記像担持体に形成されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体に残留したトナーを回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段により回収されたトナーが蓄積される容器と、前記容器内で回転する回転部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、前記容器に蓄積されるトナーによって、前記回転部材の回転を妨げる負荷が増大すると、前記駆動手段を空転させるトルクリミッタと、を有する画像形成装置であって、前記トルクリミッタにより前記駆動手段が空転する回転速度を検出する検出ステップと、前記駆動手段が空転する回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定する決定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、容器内に蓄積されたトナーの蓄積量を高精度に検知できる。

画像形成装置の要部概略図 廃トナー容器の要部概略図 トルクリミッタの要部概略図 空転時のモータ回転速度と廃トナー容器の蓄積量との対応関係を示すデータ 画像形成装置の構成を示すブロック図 モータの回転速度を制御する電気回路図 モータ回転速度とモータ駆動電流値との関係を示す図 画像形成装置による画像形成処理を示すフローチャート図 蓄積量検知処理を示すフローチャート図

図１は本実施形態の画像形成装置５００の概略断面図である。画像形成装置５００は操作パネル２００とリーダ部１Ｒとプリンタ部１Ｐとから構成される。

プリンタ部１Ｐは、各色成分のトナー像を形成する４つの像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫを有している。像形成部ＳｔＹはイエローのトナー像を形成し、像形成部ＳｔＭはマゼンタのトナー像を形成し、像形成部ＳｔＣはシアンのトナー像を形成し、像形成部ＳｔＫはブラックのトナー像を形成する。

像形成部ＳｔＹは、イエローの色成分のトナー像を担持する感光ドラム１４と、この感光ドラム１４を帯電する帯電器２７と、感光ドラム１４にイエローの色成分に対応した静電潜像を形成するため、感光ドラム１４を露光する露光装置ＬＹを有する。さらに、像形成部ＳｔＹは、感光ドラム１４上に形成された静電潜像を、トナーを有する現像剤を用いてトナー像として顕像化する現像器２３と、感光ドラム１４上のトナー像を後述の中間転写ベルト１３に転写する１次転写ローラ９０を有している。

さらに、像形成部ＳｔＹは、中間転写ベルト１３に転写されずに感光ドラム１４上に残留したトナーを除去するドラムクリーナ３１を有している。ドラムクリーナ３１は、板状のゴム部材からなるクリーナブレードを有し、このクリーナブレードが所定の力で感光ドラム１４に当接された状態で感光ドラム１４が矢印Ａ方向に回転すると、感光ドラム１４上に残留したトナーを掃き取ることができる。即ち、ドラムクリーナ３１は像担持体としての感光ドラム１４上に残留したトナーを清掃するクリーニング手段として機能する。なお、ドラムクリーナ３１で掃き取られたトナーは、廃トナー搬送路１０９（図２）を介して廃トナー容器１０８に搬送される。

ここで、各像形成部ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫはイエローのトナー像を形成する像形成部ＳｔＹと同様の構成であるため、その構成の説明を省略する。

前述の中間転写ベルト１３は、トナー像が担持される中間転写体であり、像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫで形成された各色成分のトナー像が重ねて転写されることで、フルカラーのトナー像を担持する。中間転写ベルト１３の周囲には、この中間転写ベルト１３上のトナー像を紙などの記録材Ｐへ転写するための２次転写対向ローラ１３ｂ、および、２次転写ローラ４０が配設されている。さらに、中間転写ベルト１３は駆動ローラ１３ａ、２次転写対向ローラ１３ｂ、従動ローラ１３ｃに張架されている。中間転写ベルト１３は、駆動ローラ１３ａの回転によって矢印Ｂ方向へ移動する。

また、中間転写ベルト１３には、中間転写ベルト１３から記録材Ｐへと転写されずに残留したトナーを除去するベルトクリーナ９９が配設されている。ベルトクリーナ９９も前述のドラムクリーナ３１と同様に板状のゴム部材からなるクリーナブレードを有する。ベルトクリーナ９９は、このクリーナブレードが所定の力で中間転写ベルト１３に当接された状態で中間転写ベルト１３が矢印Ｂ方向に回転すると、中間転写ベルト１３上に残留したトナーを掃き取ることができる。つまり、中間転写ベルト１３上に残留したトナーを清掃するベルトクリーナ９９も、クリーニング手段として機能する。なお、本実施形態では、ベルトクリーナ９９によって掃き取られたトナーも、不図示の廃トナー搬送路を通って廃トナー容器１０８に回収される構成とした。

定着器３５は、加熱ローラと加圧ローラを有しており、記録材Ｐに担持されたトナー像を、熱と圧力によって定着させる。

操作パネル２００は画像形成枚数等を入力するテンキー、画像形成を開始するためのコピーボタン、片面印刷と両面印刷等の各種印刷モードを設定するモード選択ボタン、画像形成装置の各種操作を補助するためのガイダンスを表示可能な液晶画面を備えている。なお、液晶画面はタッチパネルとなっている。

リーダ部１Ｒでは原稿台に原稿が置かれ、ユーザによって操作パネル２００のコピーボタンが押されると、原稿に光を照射し、原稿で反射した光を反射鏡を介してイメージセンサ２１で受光する。イメージセンサ２１は、原稿からの反射光をカラーフィルタによってレッド、ブルー、グリーンの輝度信号として取得する。イメージセンサ２１によって取得された輝度信号は、ＣＰＵ１０１（図５）によって公知の画像処理が施されてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分毎のトナー像を形成するための画像データに変換される。

ここで、画像形成装置５００は、リーダ部１Ｒが原稿を読み取ることで画像データを取得する構成としたが、画像形成装置５００と通信可能に接続されたスキャナやＰＣなどの外部装置からＩ／Ｆ２３０（図５）を介して画像データが転送される構成も有している。

次にプリンタ部１Ｐが画像データに応じた画像を形成する画像形成動作について説明する。

像形成部ＳｔＹでは、感光ドラム１４が帯電器２７によりその表面を一様に帯電され、露光装置ＬＹがイエローに対応する画像データに応じて変調したレーザビームを感光ドラム１４上に露光する。これにより、感光ドラム１４の表面に、画像データのイエローの色成分に対応した静電潜像が形成される。

次いで、感光ドラム１４上の静電潜像は、現像器２３のトナーによって顕像化されると、イエローの色成分に対応したトナー像として感光ドラム１４上に担持される。イエローの色成分のトナー像は感光ドラム１４の矢印Ａ方向の回転に伴い、１次転写ローラ９０が中間転写ベルト１３を介して感光ドラム１４を押圧している１次転写部へと搬送される。１次転写ローラ９０に転写電圧が印加された状態で、感光ドラム１４上のイエローの色成分のトナー像が１次転写部を通過すると、このイエローの色成分のトナー像が中間転写ベルト１３に転写される。なお、像形成部ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫも像形成部ＳｔＹがイエローの色成分の画像を形成する処理と同様の処理によって各感光ドラム１５、１６、１７上に各色成分の画像を形成する。

像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫが、画像データの各色成分に対応するトナー像を中間転写ベルト１３上に順次重ねて転写することで、中間転写ベルト１３上にはフルカラーのトナー像が形成される。

中間転写ベルト１３上に担持されたフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト１３の矢印Ｂ方向への移動に伴い、２次転写ローラ４０が中間転写ベルト１３を介して２次転写対向ローラ１３ｂを押圧している２次転写部Ｎｉｐへと搬送される。このとき、給紙カセット１内の記録材Ｐがピックアップローラ７、給紙ローラ対８、搬送ローラ対１０により１枚ずつ給紙され、２次転写部Ｎｉｐへ向けて搬送される。給紙ローラ対８と、搬送ローラ対１０とによって搬送される記録材Ｐは、レジストレーションローラ１２で紙の位置と送り出しのタイミングを調整され、中間転写ベルト１３上のトナー像と接触するように２次転写部Ｎｉｐに供給される。

中間転写ベルト１３上のトナー像と、レジストレーションローラ１２から送り出された記録材Ｐが２次転写部Ｎｉｐに進入すると、２次転写ローラ４０に転写電圧が印加され、２次転写対向ローラ１３ｂと２次転写ローラ４０との間に転写電界が形成される。これにより中間転写ベルト１３上のトナー像は記録材Ｐへと転写される。

２次転写部Ｎｉｐでトナー像が転写された記録材Ｐは定着器３５へと搬送される。定着器３５では、加熱ローラおよび加圧ローラが記録材Ｐを挟持、搬送しながら、加熱ローラ内に設けられたヒータにより加熱することで、トナー像を記録材Ｐへと定着する。その後、トナー像を定着した記録材Ｐは排紙トレイ３８に排出される。

次に、本実施形態の画像形成装置に設けられた廃トナー容器１０８と廃トナー搬送路１０９の構成を図２に基づいて説明する。なお、廃トナー容器１０８は、回転部材としてのスクリュー１０７ａ、１０７ｂと、これらスクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転軸の端部に設けられたギアとを１つのユニットとして、画像形成装置５００に交換可能に装着される構成となっている。

本実施形態の廃トナー搬送路１０９は、搬送スクリュー１１０を有しており、搬送スクリュー１１０の回転によってドラムクリーナ３１が回収したトナーを廃トナー容器１０８へ向けて搬送する。廃トナー搬送路１０９内のトナーが搬送スクリュー１１０によって開口部まで搬送されると、この搬送されたトナーが開口部から落下して廃トナー容器１０８内に蓄積される。ここで、ドラムクリーナ３２、３３、３４やベルトクリーナ９９によって回収されたトナーを廃トナー容器１０８に搬送する構成は、廃トナー搬送路１０９と同様の構成となっており、詳しい説明を省略する。

廃トナー容器１０８内には２本のスクリュー１０７ａ、１０７ｂが設けられている。スクリュー１０７ａ、１０７ｂは、その軸線方向に回転することによって、廃トナー容器１０８に収容されるトナーを均す。これにより、スクリュー１０７ａ、１０７ｂは、廃トナー容器１０８内のトナーが局所的に高くなり、廃トナー容器１０８から溢れることを抑制している。ギア列１０６は、スクリュー１０７ａの回転軸のギアと、スクリュー１０７ｂの回転軸の端部に設けられたギアと、これらギアの間に介在するギアとから構成されている。これにより、２つのスクリュー１０７ａ、１０７ｂは連動して回転する構成となっている。

トルクリミッタ１０５は、スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷の大きさに応じて、スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転と非回転とを切り替える。スクリュー１０７ｂが廃トナー容器１０８内のトナーに触れていない場合、スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷の大きさがトルクリミッタ１０５を動作させる所定値よりも小さいので、スクリュー１０７ａ、１０７ｂは回転することができる。しかし、廃トナー容器１０８に蓄積されるトナーの量が増加して、スクリュー１０７ａが廃トナー容器１０８内のトナーに埋もれている場合、スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷が増大する。スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷の大きさがトルクリミッタ１０５を動作させる所定値以上となると、スクリュー１０７ａ、１０７ｂは回転することができなくなる。

ここで、本実施形態のトルクリミッタ１０５の構成について図３に基づいて詳しく説明する。

図３は、トルクリミッタ１０５の要部概略図である。スクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転駆動させるモータ１０４の出力軸の端部にはギア３０５が設けられている。係合部材３０２は、ギア部３０２ａと、軸部３０２ｂと、軸部３０２ｂの回転軸の軸心を中心に、放射状に設けられた複数の半球状の凸部３０２ｃとで構成されている。ギア部３０２ａはモータ１０４のギア３０５を介して、モータ１０４の駆動力を受ける。これにより、係合部材３０２が回転する。係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃは、スクリュー１０７ａの回転軸３０６の端部のフランジ３０１に形成された複数の半球状の凹部３０１ａと勘合する構成となっている。また、モータ１０４が固定されている板金３０４とギア部３０２ａとの間にはバネ３０３が設けられている。バネ３０３は、軸部３０２ｂの凸部３０２ｃを、フランジ３０１の凹部３０１ａに勘合させるため、係合部材３０２に対して矢印Ｆ方向に押し込み力を生じている。

図３（ａ）は、バネ３０３の押し込み力Ｆによって、係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃとフランジ３０１の凹部３０１ａとが勘合している状態を示している。一方、図３（ｂ）は、係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃとフランジ３０１の凹部３０１ａとが離脱した状態を示している。

スクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷の大きさがモータ１０４により係合部材３０２を回転駆動する力（トルク）よりも大きくなると、モータ１０４がスクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転駆動できなくなる。これにより、係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃとフランジ３０１の凹部３０１ａとの接触面に、係合部材３０２をフランジ３０１から離間させる方向の力が生じる。係合部材３０２をフランジ３０１から離間させる方向の力が、バネ３０３の押し込み力よりも大きくなると、トルクリミッタ１０５は、係合部材３０２を矢印Ｇ方向へ移動してモータ１０４を空転させる。

ここで、トルクリミッタ１０５がモータ１０４を空転させる際のスクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転負荷の大きさは、バネ３０３のバネ係数、トルクリミッタ１０５の構造、スクリュー１０７ａ、１０７ｂの構造、モータのトルクなどによって異なる。

図４は、モータ１０４の単位時間あたりの回転数（以降、回転速度と称す。）をＶ０からＶ７まで段階的に増加させていき、モータ１０４が空転したときの回転速度と廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量との関係を示した表である。ここで、モータ１０４の回転速度はＶ０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５＜Ｖ６＜Ｖ７の関係となっている。以下、図４を、空転時のモータ１０４の回転速度と廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量との対応関係を示すデータと称す。本実施形態では、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する際に、モータ１０４の回転速度をＶ１からＶ７まで増加していき、モータ１０４が空転した時の回転速度を特定する構成となっている。図４の空転時のモータ１０４の回転速度と廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量との対応関係を示したデータは、モータ１０４が空転した時の回転速度を特定した結果に応じて、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する際に参照される。なお、回転速度Ｖ０は、画像形成している間、モータ１０４がスクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転する際のモータ１０４の回転速度である。

図５は、本実施形態の画像形成装置５００の制御ブロック図である。

ＣＰＵ１０１は、画像形成装置５００全体を制御する制御回路である。ＲＯＭ２１０には、画像形成装置で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されている。さらに、ＲＯＭ２１０には、図４の空転時のモータの回転速度と廃トナー容器１０８の蓄積量とのデータが記憶されている。ＲＡＭ２２０は、ＣＰＵ１０１が動作するためのシステムワークメモリである。

Ｉ／Ｆ２３０は、ＰＣなどの外部装置から入力される画像データをＣＰＵ１０１に出力するためのインターフェースである。

像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫや操作パネル２００、イメージセンサ２１は、前述の図１で説明したので、ここでの説明を省略する。

モータ駆動部１０３は、ＣＰＵ１０１から出力される信号に応じた回転速度でモータ１０４を回転させるため、この回転速度に応じた信号をモータ１０４に出力する。本実施形態では、モータ１０４が前述のＶ０からＶ７までの８段階の回転速度で駆動される構成とした。モータ１０４は、モータ駆動部１０３から出力される信号に応じて回転することにより、スクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転駆動させる。

電流検知部１０２は、モータ駆動部１０３がモータ１０４を駆動させるときの電流値をＣＰＵ１０１に出力する。電流検知部１０２の構成は後述の図６にて説明する。

次に、モータ駆動部１０３がモータ１０４を回転させるための電気回路図を図６に示す。なお、以下の説明においてモータ１０４はＤＣブラシレスモータとしたが、回転速度の変速が可能であれば、ＤＣブラシレスモータ以外のモータを用いてもよい。

モータ駆動部１０３は、ＣＰＵ１０１から出力される信号に応じて複数のスイッチＳＷ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６によりモータ１０４の各コイルに印加される電流の向きを切り替えて、モータ１０４の回転速度を制御する。モータ１０４は、スイッチＳＷ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６がオンされる時間とオフされる時間との周期が短ければ短いほど回転速度を増加させる。

ホール素子２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃはモータ１０４の周囲に間隔をあけて配置され、モータ１０４の回転速度に比例した周波数の信号（電圧値）をモータ駆動部１０３にフィードバックする。モータ駆動部１０３は、モータ１０４の実際の回転速度を応じてスイッチＳＷ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を制御するので、モータ１０４の回転速度を目標とする回転速度に制御することができる。

電流検知部１０２は、モータ１０４を回転させるための電気回路に接続された電気抵抗２０７と、この電気抵抗２０７の端子間電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２０８とで構成される。この電流検知部１０２は、モータ１０４のコイルに通電される電流値を検知している。モータ１０４のコイルに通電される電流値は、スクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転駆動させるためにモータ１０４のトルクを増加させるほど高くなる。即ち、ＣＰＵ１０１は、電流検知部１０２から出力されるディジタル信号に応じて、モータ１０４のトルクに応じたモータ駆動電流値を検知することができる。

本実施形態では、ＣＰＵ１０１がモータ１０４の回転速度と、電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値とに基づき、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する。具体的には、モータ１０４の回転速度を増加させながら電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値に応じて、トルクリミッタ１０５がモータ１０４を空転させるときの回転速度を特定する。これは、トルクリミッタ１０５によってモータ１０４が空転している際のモータ駆動電流値が、スクリュー１０７ａ、１０７ｂがトナーに接触しながら回転する際に電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値よりも低くなるからである。そのため、回転速度を変更した後のモータ駆動電流値が回転速度を変更する前のモータ駆動電流値未満であれば、回転速度を変更した後のモータの回転速度を、モータ１０４が空転している回転速度として特定することができる。ＣＰＵ１０１は、図４に示した空転時のモータの回転速度と廃トナー容器１０８の蓄積量との対応関係を示すデータを参照することで、空転時のモータ１０４の回転速度に応じた廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知することができる。

図７は、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する蓄積量検知動作を行った場合の、モータ１０４の回転速度（以下、モータ回転速度と称す。）をＶ０から増加させていった場合のモータ駆動電流値の変化を示した図である。

ＣＰＵ１０１は、モータ回転速度Ｖ０でスクリュー１０７ａ、１０７ｂを回転駆動させながら、画像形成動作を実施する。このとき、電流検知部１０２は、モータ回転速度Ｖ０に応じてモータ駆動電流値Ｉ０を出力する。画像形成動作が終了すると、ＣＰＵ１０１は、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する蓄積量検知動作を実行する。

ＣＰＵ１０１は、蓄積量検知動作を実行している間、モータ回転速度を段階的に増加させながら電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値を検知する。図７では、モータ回転速度Ｖ７とした場合のモータ駆動電流値がモータ駆動電流値Ｉ６よりも低下している。これは、トルクリミッタ１０５がモータ１０４を空転させたことで、モータ１０４をモータ回転速度Ｖ７で回転させるために必要なトルクが低下したことを示している。つまり、モータ回転速度をＶ６からＶ７に増加させたにも拘らず、電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値がモータ駆動電流値Ｉ６よりも低い場合、回転速度変更後のモータ回転速度Ｖ７でモータ１０４が空転したと判定することができる。

ＣＰＵ１０１は、回転速度変更後のモータ回転速度Ｖ７に基づき、ＲＯＭ２１０に記憶された空転時のモータ回転速度と廃トナー容器の蓄積量との対応関係を示すデータを参照して、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を特定する。図７において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量は７０［％］として求められる。

次いで、ＣＰＵ１０１はモータ回転速度をＶ０以下とすることで、トルクリミッタ１０５がモータ１０４を空転させた状態から、モータ１０４の駆動力をスクリュー１０７ａ、１０７ｂに伝達できる状態に復帰させる。モータ１０４の回転速度がＶ０以下に低下すれば、係合部材３０２を回転軸３０１のフランジ３０１ａから離間させる方向の力が、バネ３０３の押し込み力よりも小さくなるので、係合部材３０２とフランジ３０１とが一体となって回転駆動できる状態となる。その後、ＣＰＵ１０１は画像形成装置が次の画像形成動作を開始するために、モータ回転速度Ｖ０に制御する。

図８は本実施形態の画像形成装置が画像を形成する際のＣＰＵ１０１の動作を説明するフローチャートである。なお、図８のフローチャートの処理はＣＰＵ１０１がＲＯＭ２１０に格納されたプログラムを読み出すことにより実行される。本実施形態では、画像形成中にモータ１０４を回転速度Ｖ０で駆動させ、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する際にモータ１０４の回転速度をＶ１からＶ７に増加させるように切り替えながら空転時のモータ１０４の回転速度を検知し、この検知された回転速度に応じて廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を求めている。以下、画像形成装置が画像を形成する画像形成処理について詳細に説明する。

先ず、ＣＰＵ１０１は、画像形成装置の主電源がオンされると、枚数カウンタｎの値を０に設定し（Ｓ１００）、印刷を開始する信号が入力されるまで待機する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ１０１は、ＰＣなどの外部装置からＩ／Ｆ２３０を介して画像データが入力されると、モータ回転速度をＶ０に制御し（Ｓ１０２）、画像データに基づく画像を形成する（Ｓ１０３）。ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１０３で像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫにより１ページ分の画像を形成した後、枚数カウンタｎを１増加する（Ｓ１０４）。

次いで、ＣＰＵ１０１は、後述の蓄積量検知処理によって決定される廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が９５［％］未満であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。なお、画像形成装置５００の主電源がオンされた後、１度も蓄積量検知処理（図９）が実行されていない場合、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を９５［％］未満であるとして以降の処理が実施される。ステップＳ１０５において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が９５［％］未満であれば、枚数カウンタｎの値が１０００以上であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１０１は１０００ページ分の画像を形成したか否かを判定している。ステップＳ１０６において、枚数カウンタｎの値が１０００未満であれば、ＣＰＵ１０１は入力された画像データに対応する画像を全て形成したか否かを判定する（Ｓ１０９）。ステップＳ１０９において、入力された画像データに対応する画像を全て形成していない場合、ＣＰＵ１０１はステップＳ１０２へ移行し、次の画像の形成を開始する。

一方、ステップＳ１０９において、入力された画像データに対応する画像を全て形成した場合、ＣＰＵ１０１はモータ１０４の回転を停止させた後（Ｓ１１０）、ステップＳ１０１へ移行し、印刷を開始する信号が次に入力されるまで待機する。

また、ステップＳ１０５において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が９５［％］以上であれば、ＣＰＵ１０１は蓄積量検知処理を実行し（Ｓ１０７）、枚数カウンタｎの値を０にリセットした後（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９へ移行する。つまり、本実施形態では、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が９５［％］以上となると、１ページ分の画像が形成される度に蓄積量検知処理が実行される構成とした。

また、ステップＳ１０６において、枚数カウンタｎの値が１０００以上である場合、ＣＰＵ１０１は蓄積量検知処理を実行し（Ｓ１０７）、枚数カウンタｎの値を０にリセットした後（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９へ移行する。すなわち、本実施形態では、廃トナー容器１０８内のトナーの充填量が９５［％］未満である間、１０００ページ分の画像が形成される度に蓄積量検知処理が実行される構成とした。

次に、図８のステップＳ１０７において実行される蓄積量検知処理について図９のフローチャートに基づき説明する。なお、このフローチャートの処理はＣＰＵ１０１がＲＯＭ２１０に格納されたプログラムを読み出すことにより実行される。

蓄積量検知処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ１０１は、電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値Ａ１を測定する（Ｓ２０１）。ここで、ステップＳ２０１で測定したモータ駆動電流値Ａ１が第１の電流値に相当し、このときのモータ回転速度が第１の回転速度に相当する。

次いで、ＣＰＵ１０１はモータ回転速度を１段階上げて（Ｓ２０２）、モータ回転速度が十分に安定した状態で、電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値Ａ２を測定する（Ｓ２０３）。ここで、ステップＳ２０３で測定したモータ駆動電流値Ａ２が第２の電流値に相当し、このときのモータ回転速度が第２の回転速度に相当する。

次いで、回転速度変更後のモータ回転速度でモータ１０４が空転しているか否かを判定するため、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ２０３で測定したモータ駆動電流値Ａ２が、ステップＳ２０１で測定したモータ駆動電流値Ａ１未満であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。ステップＳ２０４において、モータ駆動電流値Ａ２がモータ駆動電流値Ａ１以上であれば、ＣＰＵ１０１はモータ１０４が空転していないと識別し、回転速度変更後のモータ回転速度がＶ７であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。ステップＳ２０５において、回転速度変更後のモータ回転速度がＶ７でなければ、モータ駆動電流値Ａ１をモータ駆動電流値Ａ２として後（Ｓ２０６）、ステップＳ２０２へ移行し、モータ回転速度を１段階上げる。

一方、ステップＳ２０５において、回転速度変更後のモータ回転速度がＶ７であれば、ＣＰＵ１０１は蓄積量検知処理を終了し、図８に示したフローチャートのステップＳ１０８に移行する。ここで、本実施形態の蓄積量検知処理では、ＣＰＵ１０１がモータ回転速度をＶ０からＶ７まで８段階で制御する構成となっている。そのため、本実施形態では、ステップＳ２０５において、回転速度変更後のモータ回転速度がＶ７である場合、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が７０［％］未満であると識別し、蓄積量検知処理を終了する構成とした。

また、ステップＳ２０４において、モータ駆動電流値Ａ２がモータ駆動電流値Ａ１未満であれば、ＣＰＵ１０１は、回転速度変更後のモータ回転速度がモータ１０４を空転させるモータ回転速度であると識別する。これにより、ＣＰＵ１０１は、回転速度変更後のモータ回転速度に基づき、ＲＯＭ２１０に記憶された空転時のモータ回転速度と廃トナー容器の蓄積量との対応関係を示すデータ（図４）を参照して、廃トナー容器１０８の蓄積量を決定する（Ｓ２０７）。即ち、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ２０２からステップＳ２０６を繰り返すことで、前回設定したモータ回転速度よりも速いモータ回転速度に切り替えながら、トルクリミッタ１０５によってモータ１０４が空転するときのモータ回転速度を特定している。ここで、ＣＰＵ１０１と電流検知部１０２とは、トルクリミッタ１０５によってモータ１０４が空転するときのモータ回転速度を検出する検出手段として機能する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ２０７で決定した廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を、操作パネル２００の液晶画面に表示し（Ｓ２０８）、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が１００［％］であるか否かを判定する（Ｓ２０９）。ステップＳ２０８において、操作パネル２００の液晶画面は、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を表示する表示手段として機能する。

ステップＳ２０９において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が１００［％］でなければ、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が８０［％］以上であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。ステップＳ２１０において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が８０［％］以上であれば、操作パネル２００の液晶画面に廃トナー容器の交換時期が近いことを報知するためのメッセージを表示する（Ｓ２１１）。ここで、操作パネル２００は、廃トナー容器１０８の蓄積量が第２の蓄積量に相当する８０［％］となると、廃トナー容器１０８の交換時期が近付いていることを報知する報知手段として機能する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータ１０４の駆動力がスクリュー１０７ａ、１０７ｂに伝達できるように、モータ回転速度をＶ０以下に制御し（Ｓ２１２）、蓄積量検知処理を終了させる。

一方、ステップＳ２１０において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が８０［％］以上でなければ、モータ回転速度をＶ０以下に制御した後（Ｓ２１２）、蓄積量検知処理を終了させる。これにより、トルクリミッタ１０５が係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃとフランジ３０１の凹部３０１ａとを勘合させ、モータ１０４の駆動力をスクリュー１０７ａ、１０７ｂに伝達できる状態となる。

また、ステップＳ２０９において、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が１００［％］であれば、ＣＰＵ１０１は、画像形成動作の実行を禁止し（Ｓ２１３）、モータ１０４の回転を停止させる（Ｓ２１４）。ステップＳ２１３において、ＣＰＵ１０１は、廃トナー容器１０８の蓄積量が第１の蓄積量に相当する１００［％］となると、画像形成動作の実行を禁止する禁止手段として機能する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、操作パネル２００の液晶画面に廃トナー容器１０８の交換をユーザに報知するメッセージを表示して（Ｓ２１５）、蓄積量検知処理と画像形成処理を終了させる。ここで、操作パネル２００は、廃トナー容器１０８の蓄積量が第１の蓄積量に相当する１００［％］となると、廃トナー容器１０８の交換を報知する報知手段として機能する。

また、本実施形態では、モータ回転速度をＶ０からＶ７の８段階に制御し、トルクリミッタ１０５がモータ１０４を空転させたときのモータ回転速度に応じて、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量を検知する構成とした。しかしながら、廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量をもっと細かく検知する構成としてもよい。例えば、空転時のモータ回転速度と廃トナー容器１０８の蓄積量との対応関係を０［％］から１００［％］まで５［％］刻みで識別できるように、モータ回転速度を２１段階で切り替えて制御する構成としてもよい。

また、本実施形態では、廃トナー容器１０８の蓄積量が６５［％］未満である場合、廃トナー容器の蓄積量をユーザに報知することなく、蓄積量検知処理を終了させる構成としている。しかしながら、ＣＰＵ１０１が操作パネル２００の液晶画面に廃トナー容器１０８内のトナーの蓄積量が６５［％］未満である旨のメッセージを表示する構成としてもよい。

また、本実施形態では、係合部材３０２の軸部３０２ｂに設けられた凸部３０２ｃと、回転軸３０６のフランジ３０１の凹部３０１ａとが勘合するトルクリミッタ１０５を用いる構成とした。しかし、トルクリミッタ１０５の構造は、本実施形態の構造に限定されず、回転負荷の大きさが所定値以上となることでモータ１０４を空転させる構成であればどのような構造であってもよい。

また、本実施形態では、廃トナー容器１０８とスクリュー１０７ａ、１０７ｂとが１つのユニットとして画像形成装置５００に交換できる構成としたが、廃トナー容器１０８だけが交換できる構成としても良い。

また、本実施形態では、図７に示したように、モータ１０４の回転速度を段階的に増加させ、電流検知部１０２から出力されるモータ駆動電流値が所定値Ｉｌｉｍ以下となった場合に、モータ１０４が空転していることを判定する構成としてもよい。

また、本実施形態では像形成部ＳｔＹ、ＳｔＭ、ＳｔＣ、ＳｔＫを有する画像形成装置５００を用いて説明したが、ブラックの画像を形成する像形成部ＳｔＫだけを有し、感光ドラム上の画像を直接記録材に転写する画像形成装置にも適用することができる。この構成とする場合、ブラックの画像が形成される像担持体としての感光ドラム上に残留したトナーを廃トナー容器１０８に回収させる構成とすればよい。

１０１ ＣＰＵ
１０２ 電流検知部
１０３ モータ駆動部
１０４ モータ
１０５ トルクリミッタ
１０７ａ、１０７ｂ スクリュー
１０８ トナー容器

Claims (16)

1. 像担持体と、
   トナー像を前記像担持体に形成する像形成手段と、
   前記像形成手段により前記像担持体に形成されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、
   前記像担持体に残留したトナーを回収するクリーニング手段と、
   前記クリーニング手段により回収されたトナーが蓄積される容器と、
   前記容器内で回転する回転部材と、
   前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、
   前記容器に蓄積されるトナーによって、前記回転部材の回転を妨げる負荷が増大すると、前記駆動手段を空転させるトルクリミッタと、
   前記トルクリミッタにより前記駆動手段が空転する回転速度を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出される回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記決定手段は、前記駆動手段を複数の回転速度で切り替えることで、前記複数の回転速度の内、前記検出手段により検出される回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記決定手段は、前記駆動手段が回転速度を増加するように切り替えることで、前記検出手段により検出される回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検出手段は、前記駆動手段が前記回転部材を回転駆動する際に前記駆動手段に供給される電流を検知する電流検知部をさらに有し、
   前記検出手段は、前記駆動手段が前記回転部材を第１の回転速度で回転駆動させたときに前記電流検知部によって検知される第１の電流値が、前記駆動手段が前記回転部材を前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度で回転駆動させたときに前記電流検知部によって検知される第２の電流値よりも大きければ、前記第２の回転速度を前記空転する回転速度として検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記決定手段により決定される前記容器内のトナーの蓄積量が第１の蓄積量となると、前記容器の交換を報知する報知手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記決定手段により決定される前記容器内のトナーの蓄積量が第１の蓄積量となると、前記像形成手段による画像形成動作の実行を禁止する禁止手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記報知手段は、前記決定手段により決定される前記容器内のトナーの蓄積量が前記第１の蓄積量よりも少ない第２の蓄積量となると、前記容器の交換時期に近付いていることを報知することを特徴とする請求項５又は６に記載の画像形成装置。
8. 前記決定手段により決定される前記容器内のトナーの蓄積量を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 像担持体と、
   トナー像を前記像担持体に形成する像形成手段と、
   前記像形成手段により前記像担持体に形成されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、
   前記像担持体に残留したトナーを回収するクリーニング手段と、
   前記クリーニング手段により回収されたトナーが蓄積される容器と、
   前記容器内で回転する回転部材と、
   前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、
   前記容器に蓄積されるトナーによって、前記回転部材の回転を妨げる負荷が増大すると、前記駆動手段を空転させるトルクリミッタと、を有する画像形成装置のトナー量検知方法であって、
   前記トルクリミッタにより前記駆動手段が空転する回転速度を検出する検出ステップと、
   前記駆動手段が空転する回転速度に応じて、前記容器に蓄積されるトナーの蓄積量を決定する決定ステップと、を有することを特徴とするトナー量検知方法。
10. 前記検出ステップは、前記駆動手段を複数の回転速度で切り替えながら、前記複数の回転速度の内、前記駆動手段が空転する回転速度を検出することを特徴とする請求項９に記載のトナー量検知方法。
11. 前記検出ステップは、前記駆動手段が回転速度を増加するように切り替えながら、前記駆動手段が空転する回転速度を検出することを特徴とする請求項１０に記載のトナー量検知方法。
12. 前記検出ステップは、前記駆動手段が前記回転部材を第１の回転速度で回転駆動させたときに前記駆動手段に供給される第１の電流値を検知し、前記駆動手段が前記回転部材を前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度で回転駆動させたときに前記駆動手段に供給される第２の電流値を検知する電流検知ステップをさらに有し、
    前記検出ステップは、前記第１の電流値が前記第２の電流値よりも大きくなった場合、前記第２の回転速度を前記駆動手段が空転する回転速度として検出することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のトナー量検知方法。
13. 前記決定ステップにより決定される前記容器内のトナーの蓄積量が第１の蓄積量となると、前記容器の交換を報知する報知ステップを更に有することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のトナー量検知方法。
14. 前記決定ステップにより決定される前記容器内のトナーの蓄積量が第１の蓄積量となると、前記像形成手段による画像形成動作の実行を禁止する禁止ステップを更に有することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載のトナー量検知方法。
15. 前記報知ステップは、前記決定ステップにより決定される前記容器内のトナーの蓄積量が前記第１の蓄積量よりも少ない第２の蓄積量となると、前記容器の交換時期に近付いていることを報知することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のトナー量検知方法。
16. 前記決定ステップにより決定される前記容器内のトナーの蓄積量を表示手段に表示する表示ステップを更に有することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載のトナー量検知方法。
    

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