JP2018124362A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給トナー収容部と廃トナー収容部を有するトナーカートリッジでは、供給するトナーがなくなると、廃トナー収容部が一杯になる前に交換する場合があり、スペースを有効に活用できないために装置が大型化するほか、印刷プロセスカートリッジの交換頻度が増えるなどの問題がある。
【解決手段】 トナー画像形成部（２５〜３０）と、トナー５５ａを収容する供給トナー収容部６３と廃トナー回収部６４と、可動隔壁６５とを備えるユニット内トナー収容部６０と、開口部６２ａを介して供給されるトナー５５ａとトナー搬送路６１を介して供給されるトナー５５ｂとをトナー画像形成部（２５〜３０）に導く第１トナー供給スパイラル６７とを備えた画像形成ユニット２１と、画像形成ユニット２１に対して着脱自在に装着され、トナー５５ｂを収容するカートリッジ内トナー収容部７４を備えたカートリッジ４とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明はトナーカートリッジを備えた画像形成装置に関する。

複数の印刷プロセスカートリッジにそれぞれトナーカートリッジを設け、トナーカートリッジにおいては、第１の収容部にトナーを収容し、更に廃トナーを回収する第２の収容部を設け、仕切りを移動できるようにして、第１の収容部のトナーが減ってくると、仕切りが自動的に移動して第２の収容部を大きくする構成のものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４５１１６号公報（第４頁、図３）

これらのトナーカートリッジは印刷プロセスカートリッジ毎に設けられ、トナーがなくなると交換する。このため、廃トナーを回収する第２の収容部が一杯になる前に交換することになるため、スペースを有効に活用できないために装置が大型化するほか、印刷プロセスカートリッジを交換した後、すぐに他のステーションを交換することになるなど頻度が増えてユーザビリティが悪くなるなどの問題がある。

本発明による画像形成装置は、
トナー現像を形成するトナー画像形成部と、
第１の供給トナーを収容する第１供給トナー収容部と、廃トナーを収容する廃トナー収容部と、前記第１供給トナー収容部と前記廃トナー収容部とを仕切る可動隔壁とを備えるトナー収容部と、
前記第１の供給トナーを前記トナー画像形成部に供給する第１の供給部と、
前記第１の供給トナーと同色の第２の供給トナーを前記トナー画像形成部に供給する第２の供給部と、
前記第１の供給部を介して供給される前記第１の供給トナーと前記第２の供給部を介して供給される前記第２の供給トナーとを前記トナー画像形成部に導く第１の搬送手段と
を備えた画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットに対して着脱自在に装着され、前記第２の供給部に供給する前記第２の供給トナーを収容する第２供給トナー収容部を備えたトナーカートリッジと
を有することを特徴とする。

本発明によれば、廃トナー収容部が、そのトナー収容量が最大となるまで活用されることが可能となるため、スペースを有効に活用でき、廃トナー収容部が属する画像形成ユニットの交換頻度も減少することが可能となる。

本発明による実施の形態１の画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。 画像形成装置の制御系のブロック図である。 画像形成装置を構成するユニット集合体の外観斜視図である。 トナーカートリッジを外した状態のユニット集合体本体とトナーカートリッジの外観斜視図である。 ユニット集合体を、そのスロットに形成されたトナーインレットが見える位置からみた外観斜視図である。 トナーカートリッジを斜め下方からみた外観斜視図である。 トナーカートリッジの内部を示す斜視図である。このため、図７では、トナーカートリッジの外壁部を一部除き、内部がみえるようにしている。 画像形成ユニットと、これに対応するトナーカートリッジのカートリッジ内トナー収容部の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図であり、（ａ）は、画像形成ユニットの要部構成をＹ軸のプラス側（正面）からみた要部構成図であり、（ｂ）は、同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図８と同様に、画像形成ユニットと、これに対応するトナーカートリッジのカートリッジ内トナー収容部の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図に、各トナー収容部に収容されたトナーの移動状態を追加して示した状態説明図であり、トナーが供給される前の段階において、画像形成ユニットの供給トナー収容部とトナーカートリッジのカートリッジ内トナー収容部とに、それぞれトナーが充填されている状態を示している。 図９と同様の状態説明図であり、供給トナー収容部から供給されるトナーの方が、トナーカートリッジ内トナー収容部から供給されるトナーより供給量が多い状態を示す。 図９と同様の状態説明図であり、供給トナー収容部にまだトナーが残っているため、可動隔壁６５は変形していない状態を示す。 図９と同様の状態説明図であり、可動隔壁が点線で示す状態から実線で示す状態まで変形し、廃トナー回収部の収容容量が拡大した状態を示す。 第１トナー供給スパイラルの寸法図であり、（ａ），（ｂ）は、パドルが形成された領域の側面及び正面からみた断面寸法図であり、（ｃ），（ｄ）は、スパイラルが形成された領域の側面及び正面からみた断面寸法図である。 実施の形態２における画像形成ユニットと、これに対応するトナーカートリッジのカートリッジ内トナー収容部の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図であり、（ａ）は、画像形成ユニットの要部構成をＹ軸のプラス側（正面）からみた要部構成図であり、（ｂ）は、同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１４と同様に、画像形成ユニットと、これに対応するトナーカートリッジのカートリッジ内トナー収容部の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図に、各トナー収容部に収容されたトナーの移動状態を追加して示した状態説明図であり、画像形成ユニットの供給トナー収容部にトナーが殆んど残っている状態を示している。 図１５と同様の状態説明図であり、画像形成ユニットの供給トナー収容部にトナーが殆んど残っていない状態を示している。

実施の形態１．
図１は、本発明による実施の形態１の画像形成装置１の要部構成を示す要部構成図である。尚、図１において後述するトナーカートリッジ４は開示していない。

図１に示すように、画像形成装置１には、電子写真方式のカラープリンタとしての構成を備え、搬送ローラ対１３〜１６、排出ローラ対１７を有する概ねコ字状の用紙搬送路が形成されており、この用紙搬送路の最上流側端部にはロール紙をセットするロール紙セット部１１が配置され、下流側端部には、用紙を外部に排出する排出ローラ対１７が配置されている。ロール紙セット部１１は、ロール紙１８を収納する開閉可能なロールセットカカバー１９、セットされたロール紙１８を用紙搬送路に送り込む給紙ローラ対１２、ロール紙１８がセットされたことを検出する用紙セットセンサ３６を備える。

用紙搬送路には、給紙ローラ対１２によって送り込まれたロール紙１８を搬送する搬送ローラ対１３〜１６、搬送ローラ対１３〜１６で搬送されてきたロール紙１８を静電効果により転写ベルト４３に付着させて搬送する転写ベルトユニット４１、及びトナー画像をロール紙１８に定着させる定着部４６が配設されている。

更に、用紙搬送方向において、搬送ローラ対１３の後段にはロール紙１８の先端及び終端を検出する用紙エンドセンサ３７が配置され、搬送ローラ対１５の後段にはロール紙１８を切断するカッターユニット３３が配置され、搬送ローラ対１６の後段には、カットされたロール紙１８の先端を検出し、後述する露光装置２７の露光トリガとなる検出信号を出力する書込みセンサ３８が配置され、定着部４６の後段には、カットされて印刷が実行されたロール紙１８の排出を検出する排出センサ３９が配置されている。

カッターユニット３３は、本実施の形態では用紙走行方向に回転する回転刃と、それに対向する固定刃を備えたロータリ方式カッターを使用している。尚、カッターユニット３３でカットされたロール紙１８を、以後、記録用紙１８と称す場合がある。

転写ベルトユニット４１は、転写ローラ４２Ｃ、４２Ｍ、４２Ｙ（特に区別する必要がない場合は単に転写ローラ４２と称す場合がある）と、ドライブローラ４４及びテンションローラ４５によって、張架した状態で図１中の矢印Ｇ方向へ走行可能に配設された転写ベルト４３と、転写ベルト４３に残留したトナー像を掻き取るベルトクリーナ３５を備えている。

転写ベルトユニット４１とによって、転写ベルト４３に付着して搬送される記録用紙１８を挟む位置に、記録用紙１８の搬送方向上流側より順にシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のトナーを収容する画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ（特に区別する必要がない場合には画像形成ユニット２１と称す）が一列に配列されている。

本実施の形態においては、これらの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙの構成は同一であり、収容されるトナーの色のみが異なるため、ここではシアン（Ｃ）の画像形成ユニット２１Ｃを例にとり、その内部構造を以下に説明する。尚、例えば画像形成装置１の画像形成ユニット２１のような、画像形成装置１の構成要素の個々に対して、その構成要素を除いた部分を画像形成装置１本体と称す場合がある。

画像形成ユニット２１Ｃには、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５、感光体ドラム２５の表面を均一に帯電する帯電ローラ２６、感光体ドラム２５の表面に形成された静電潜像に、現像剤としてのシアン用トナーを付着させ、トナー像を形成する現像剤担持体としての現像ローラ２８、現像ブレード２９、現像ローラ２８に圧接させた供給ローラ３０とが配置されている。

供給ローラ３０は、最終トナー収容部３１に収容されたシアン用トナーを現像ローラ２８に供給するローラである。現像ローラ２８には、現像ブレード２９が圧接されている。現像ブレード２９は、現像ローラ２８上において、供給ローラ３０から供給されたトナーを薄層化するものである。感光体ドラム２５の表面に圧接するクリーニングブレード３２は、後述する転写後に感光体ドラム２５上に残ったトナー（残留トナー）を掻き落とす。尚、画像形成ユニット２１の構成については、後で更に詳しく説明する。

感光体ドラム２５の上方には、露光装置２７が、感光体ドラム２５と対向する位置に配設されている。露光装置２７は、対応する色の画像データに従って、感光体ドラム２５を露光し、その表面に静電潜像を形成する。

転写ベルトユニット４１の各転写ローラ４２は、転写ベルト４３を介してそれぞれ対応する、感光体ドラム２５に圧接して配置され、このニップ部において記録用紙１８をトナーと逆の極性に帯電させ、対応する感光体ドラム２５に形成された各色のトナー像を順次記録用紙１８に重ねて転写する。

尚、図１中のＸ、Ｙ、Ｚの各軸は、ロール紙１８が各画像形成ユニット２１を通過する際の搬送方向にＸ軸をとり、各感光体ドラム２５の回転軸方向にＹ軸をとり、これら両軸と直交する方向にＺ軸をとっている。また、後述する他の図においてＸ、Ｙ、Ｚの各軸が示される場合、これらの軸方向は、共通する方向を示すものとする。即ち、各図のＸ、Ｙ、Ｚ軸は、各図の描写部分が、図１に示す画像形成装置１を構成する際の配置方向を示している。またここでは、Ｚ軸が略鉛直方向となるように配置されるものとする。

図２は、画像形成装置１の制御系のブロック図である。

制御部１０１は、上位装置によって印刷指示を受け、また画像形成装置１の状態を通知すると共に、印刷動作にかかわるすべての動作を制御する。表示部１０２は、制御部１０１からの指示に基づいて、表示パネル１０２ａにおいて、装置の動作内容、各種の設定状態を示すデータを表示する。用紙セットセンサ３６、用紙エンドセンサ３７、書込みセンサ３８、及び排出センサ３９等のセンサ群１１０は、それぞれが検出する検出データを制御部１０１に送信する。

画像形成制御部１０３は、制御部１０１の指示に基づいて画像形成ユニット２１を駆動制御すると共に露光装置２７の発光を制御し、ベルト駆動制御部１０５は、制御部１０１の指示に基づいて転写ベルト４３（図１）を搬送すべく、ドライブローラ４４を回転駆動制御し、給紙搬送制御部１０４は、ロール紙１８を給紙、搬送すべく、制御部１０１の指示に基づいて、給紙ローラ対１２、搬送ローラ対１３〜１６、及び排出ローラ対１７を回転駆動制御し、更にカッターユニット３３によるロール紙カットを駆動制御し、定着制御部１０６は、制御部１０１の指示に基づいて、定着部４６による定着処理（加熱・加圧）動作を駆動制御する。

以上のように構成された画像形成装置１における印刷動作について、図１、図２を参照しながら説明する。

ロール紙セット部１１に装着されるロール紙１８は、その先端部から給紙ローラ対１２によって用紙搬送路に繰り出され、更に搬送ローラ対１３〜１６によって、用紙搬送路に沿って搬送される過程で、カッターユニット３３によって所定の長さにカットされた後、転写ベルト４３に送られ、この転写ベルト４３に載置されて、画像形成ユニット２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙへと順次搬送される。

一方、各画像形成ユニット２１において、感光体ドラム２５の表面は、帯電ローラ２６によって均一に帯電され、対応する露光装置２７によって露光される。このとき露光装置２７は、上位装置から送られる画像データに基づいて露光量が調整された光線を感光体ドラム２５の表面に照射し、この表面に静電潜像を形成する。静電潜像が形成された部分には、現像ローラ２８上で薄層化されたトナーが静電的に付着されて対応する色のトナー像が形成される。以上の動作が、書込みセンサ３８による記録用紙検出に同期して開始される。

現像により、各感光体ドラム２５に形成されたトナー像は、バイアス電圧が印加された、対応する転写ローラ４２によって記録用紙１８に順次重ねて転写され、記録用紙１８にカラーのトナー像を形成する。転写後に、各感光体ドラム２５上に残留したトナー（残留トナー）は、クリーニングブレード３２によって除去され、図示しない搬送手段によって、後述する廃トナー回収部６４（図８）に送り込まれる。

転写によりカラーのトナー像が形成された記録用紙１８は、定着部４６に送られる。この定着部４６における加熱・加圧処理により、カラーのトナー像が記録用紙１８に定着され、カラー画像が形成される。カラー画像が形成された記録用紙１８は、排出ローラ対１７によって装置外へ排出される。

図３は、本実施の形態の画像形成装置を構成するユニット集合体２の外観斜視図であり、図４は、トナーカートリッジ４を外した状態のユニット集合体２本体とトナーカートリッジ４の外観斜視図である。

これらの図に示すように、ユニット集合体２は、３つの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙが、それぞれバスケットフレーム６に装着されることによってこれらが一体的に構成され、同じくバスケットフレーム６に配設されたスロット３に対してトナーカートリッジ４が着脱自在に装着されるように構成されている。尚、図３において、トナーカートリッジ４は、スロット３に装着された状態を示し、図４において、トナーカートリッジ４は、スロット３から引き出された状態を示している。

このユニット集合体２は、画像形成装置１本体に配設されることにより、図１に示すように、３つの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙの各感光体ドラム２５がそれぞれ対応する転写ローラ４２に対峙し、画像形成装置１本体側から各回転部の回転駆動力を得るように構成されている。

図５は、ユニット集合体２を、そのスロット３に形成されたトナーインレット５２Ｃ，５２Ｍ，５２Ｙが見える位置からみた外観斜視図であり、図６はトナーカートリッジ４を斜め下方からみた外観斜視図であり、図７は、トナーカートリッジ４の内部を示す斜視図である。このため、図７では、トナーカートリッジ４の外壁部を一部除き、内部がみえるようにしている。

図３に示すように、３つの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙがバスケットフレーム６に装着され、スロット３と一体的に組まれた段階で、３つの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙは、例えば図１に示すように所定の方向に所定の間隔で一列に配列され、スロット３は、各画像形成ユニット２１の一方の側（右側）に形成された各スロット載置部上にあって、これ等を互いに連結するように配置されている。
尚、ユニット集合体２を、ロール紙が排出される側（矢印Ａ方向）からみて、前（手前側）後（奥側）左右を特定する場合がある。

即ちスロット３は、後述するトナーカートリッジ４の挿脱方向である長手方向（Ｘ軸方向）が、３つの画像形成ユニット２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙの配列方向となるように配置され、図５に示す底面部５１に形成されたトナーインレット５２Ｃが、画像形成ユニット２１Ｃのスロット載置部に形成された開孔（図示せず）と重なって、画像形成ユニット２１Ｙの最終トナー収容部３１Ｃ（図１）に通じ、同じくトナーインレット５２Ｍが、画像形成ユニット２１Ｍのスロット載置部に形成された開孔（図示せず）と重なって、画像形成ユニット２１Ｍの最終トナー収容部３１Ｍ（図１）に通じ、同じくトナーインレット５２Ｙが、画像形成ユニット２１Ｃのスロット載置部に形成された開孔（図示せず）と重なって、画像形成ユニット２１Ｃの最終トナー収容部３１Ｙ（図１）に通じるように構成されている。尚、これらの構成については後で更に説明する。

図６、図７に示すように、トナーカートリッジ４は、略直方体状の外形を有し、内部が隔壁７２，７３（図７）によって、シアン（Ｃ）のトナーを収納するカートリッジ内トナー収容部７４Ｃ、マゼンタ（Ｍ）のトナーを収納するカートリッジ内トナー収容部７４Ｍ、及びイエロー（Ｙ）のトナーを収納するカートリッジ内トナー収容部７４Ｙ（特に区別する必要がない場合にはカートリッジ内トナー収容部７４と称す）の３つのカートリッジ内トナー収容部７４に分かれている。

トナーカートリッジ４の前端部には、主にスロット３（図３）に対して挿脱する際の手かけ部となる引き手７０が形成され、底面部８０には、それぞれが、３つのカートリッジ内トナー収容部７４Ｃ，７４Ｍ，７４Ｙの各底部に位置する、３つのトナーアウトレット８１Ｃ，８１Ｍ，８１Ｙが形成されている。

これらのトナーアウトレット８１Ｃ，８１Ｍ，８１Ｙは、この底面部８０においてスライド可能に保持された開閉シャッタ８５（図６）によって開閉可能に構成されている。この開閉シャッタ８５は、３つの開口部８５ａ，８５ｂ，８５ｃを備えた板状部材で、トナーカートリッジ４の長手方向（３つのカートリッジ内トナー収容部７４が隣接する方向）に延在し、図示しない保持部材によって、同方向にスライド可能に保持されている。

また開閉シャッタ８５は、図示しない付勢手段によって、トナーカートリッジ４の挿入方向となる矢印Ａ方向に付勢され、他から作用を受けないとき、トナーカートリッジ４のトナーアウトレット８１Ｃ，８１Ｍ，８１Ｙを閉じて閉状態とし、トナーカートリッジ４がスロット３に装着される際には、その装着に伴ってスライドし、開閉シャッタ８５の開口部８５ａ，８５ｂ，８５ｃがそれぞれトナーカートリッジ４のトナーアウトレット８１Ｃ，８１Ｍ，８１Ｙと重なって、各トナーアウトレットを開いて開状態とする。

更にトナーカートリッジ４は、図７に示すように、３つのトナー収容部７４Ｃ，７４Ｍ，７４Ｙを貫通してその長手方向に延在し、回転自在に保持された攪拌シャフト８７を備えている。この攪拌シャフト８７は、その挿入方向（矢印Ａ方向）の先端部に、受動ギア８９を備え、トナーカートリッジ４をスロット３に装着した際に、スロット３側に配置された駆動ギア（図示せず）と歯合し、駆動力を受けて回転する。

図８は、１つの画像形成ユニット２１と、これに対応するトナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図であり、同図（ａ）は、該当する画像形成ユニット２１の要部構成をＹ軸のプラス側（正面）からみた要部構成図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。但し、同図（ａ）において、同図（ｂ）に示すトナーカートリッジ４の構成要素は省いている。

図８（ａ）に示すように、画像形成ユニット２１の感光体ドラム２５の周囲には、前記したように、帯電ローラ２６、露光装置２７、現像ローラ２８が配置され、現像ローラ２８にはトナーを付着させる供給ローラ３０と、現像ローラ２８上のトナー層厚を規制する現像ブレード２９が配置されている。尚、感光体ドラム２５、帯電ローラ２６、現像ローラ２８、現像ブレード２９、及び供給ローラ３０がトナー画像形成部に相当する。

画像形成ユニット２１内の上部には、トナーを収容するトナー収容部としてのユニット内トナー収容部６０が形成され、ユニット内トナー収容部６０は、可動隔壁６５によって、廃トナー収容部としての廃トナー回収部６４と最終トナー収容部３１に通じる第１供給トナー収容部としての供給トナー収容部６３とに分離されている。

供給ローラ３０の上部空間に相当する最終トナー収容部３１とその上方に位置する供給トナー収容部６３との間には、画像形成ユニット２１の長手方向（Ｙ軸方向）において、中央部に狭められたトナー集合供給通路６２が形成され、このトナー集合供給通路６２の中間部の側面には、画像形成ユニット２１の長手方向（Ｙ軸方向）に延在し、スロット載置部の開口部を介してスロット３のトナーインレット５２に通じる第２の供給部としてのトナー搬送路６１が形成されている。

供給トナー収容部６３の下部には、その長手方向（Ｙ軸方向）に延在する第２の搬送手段としての第２トナー供給スパイラル６６が配設され、収容部内のトナーを中央部に向けて、即ち、収容したトナーをトナー集合供給通路６２の第１の供給部としての開口部６２ａに向けて（矢印Ｃ，Ｄ方向）搬送する。更に、トナー集合供給通路６２及びトナー搬送路６１を貫通する全域には、その長手方向（Ｙ軸方向）に延在する第１の搬送手段としての第１トナー供給スパイラル６７が配設されている。

第１トナー供給スパイラル６７の、主に、開口部６２ａを介してトナーが落下する領域にはパドル６７ｂが形成され、トナー集合供給通路６２内のトナーを攪拌して、主に供給トナー収容部６３から供給されるトナーの、最終トナー収容部３１への落下を促す。また第１トナー供給スパイラル６７の、トナー搬送路６１全域からトナー集合供給通路６２内にかかる領域にはスパイラル６７ａが形成され、カートリッジ内トナー収容部７４から供給されたトナーをトナー集合供給通路６２に向けて（矢印Ｅ方向）搬送する。

可動隔壁６５は可撓性を有し、破線（６５´）で示すように、形状が変形可能となっている。また、第１トナー供給スパイラル６７と第２トナー供給スパイラル６６は、図示せぬ駆動手段により駆動される。

次に、印刷動作時において、第１供給トナー収容部としての供給トナー収容部６３と第２供給トナー収容部としてのカートリッジ内トナー収容部７４とから最終トナー収容部３１に供給されるトナーの移動過程について説明する。

図９〜図１２は、図８と同様に、１つの画像形成ユニット２１と、これに対応するトナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図に、各トナー収容部に収容されたトナーの移動状態を追加して示した状態説明図である。

図９は、トナーが供給される前の段階において、画像形成ユニット２１の供給トナー収容部６３とトナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４とに、それぞれトナーが充填されている状態を示している。供給トナー収容部６３に収容された第１の供給トナーとしてのトナー５５ａとカートリッジ内トナー収容部７４に収容された第２の供給トナーとしてのトナー５５ｂは、全く同じトナーであるが、ここでは、便宜的に異なる符号を付して区別している。

印刷開始に伴って画像形成ユニット２１が駆動を開始し、第１トナー供給スパイラル６７と第２トナー供給スパイラル６６とが回転を開始すると、供給トナー収容部６３のトナー５５ａ及びトナーカートリッジ内トナー収容部７４のトナー５５ｂとが、共にトナー集合供給通路６２に搬送される。

ここで、トナー集合供給通路６２において、供給トナー収容部６３から供給されるトナー５５ａの搬送量（単位時間当たり）の方が、カートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂの搬送量（単位時間あたり）より大きくなるように構成されている。このため図１０に示すように、トナー集合供給通路６２を通過して最終トナー収容部３１に至るトナーの内、供給トナー収容部６３から供給されるトナー５５ａの方が、トナーカートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂより供給量（単位時間あたり）が多くなっている。

以上のように、トナー５５ｂよりトナー５５ａの供給量を多くするための、本実施の形態で採用した方法について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、第１トナー供給スパイラル６７の寸法図であり、同図（ａ），（ｂ）は、パドル６７ｂが形成された領域の側面及び正面からみた断面寸法図であり、同図（ｃ），（ｄ）は、スパイラル６７ａが形成された領域の側面及び正面からみた断面寸法図である。

図８に示すように、パドル６７ｂは、供給トナー収容部６３の、トナー集合供給通路６２に通じる開口部６２ａの長手方向（Ｙ軸方向）の幅の略全域にわたって形成されているため、パドル６７ｂによって搬送されるトナーの殆どが供給トナー収容部６３から供給されるトナー５５ａであり、トナー搬送路６１内に配設されたスパイラル６７ａによって搬送されるトナーは、トナーカートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂである。

ここで、第１トナー供給スパイラル６７が一回転した時、パドル６７ｂによって搬送されるトナーの搬送量Ｖ１と、スパイラル６７ａによって搬送されるトナーの搬送量Ｖ２について説明する。

図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示すように、第１トナー供給スパイラル６７の、
外径＝Ｄ＝１０（ｍｍ）、
軸径＝ｄ＝４（ｍｍ）、
パドル６７ｂの厚み＝ｔ＝１（ｍｍ）、
パドル６７ｂの枚数＝ｎ＝３（ｍｍ）、
パドル６７ｂの長さ＝Ｌ＝４０（ｍｍ）、
スパイラル６７ａの先端部の厚み＝ａ＝１（ｍｍ）、
スパイラル６７ａの付根部分の厚み＝ｂ＝２（ｍｍ）、
スパイラル６７ａのピッチ＝ｐ＝１０（ｍｍ）
としたとき、
一回転あたりの搬送量Ｖ１は、
Ｖ１＝｛（Ｄ^２−ｄ^２）π／４−ｎ・ｔ・（Ｄ−ｄ）／２｝・Ｌ …（１）
で求められ、
一回転あたりの搬送量Ｖ２は、
Ｖ２＝｛（Ｄ^２−ｄ^２）π／４｝・｛Ｐ−（ａ＋ｂ）／２｝ …（２）
で求められる。

（１）、（２）式に、本実施の形態での上記した具体的な数値を代入すると、
Ｖ１＝２２７８．９（ｍｍ^２）
Ｖ２＝５６０．８（ｍｍ^２）
となって、Ｖ１＞Ｖ２となる。この場合、供給トナー収容部６３から供給されるトナー５５ａの供給量（単位時間あたり）が、トナーカートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂの供給量（単位時間あたり）より多くなる。

更に、トナーの供給量が増えると、図１１に示すように、廃トナー回収部６４に回収される廃トナー５８の量が徐々に増えてくる。尚、ここでの廃トナー５８は、例えば図１に示す感光体ドラム２５に、転写後に残留したトナーをクリーニングブレード３２で掻きとったトナー（残留トナー）を、図示しない搬送手段によって、廃トナー回収部６４に送り込んだトナーである。

図１１に示す段階では、供給トナー収容部６３にまだトナー５５ａが残っているため、可動隔壁６５は変形していない。更に供給トナー収容部６３からの供給を続けると、やがて供給トナー収容部６３が空になり、これに伴ってトナーカートリッジ内トナー収容部７４からのトナー５５ｂの供給量が増える。従って、廃トナー回収部６４に回収される廃トナーの量は増え続けるが、供給トナー収容部６３が空になっているため、可動隔壁６５が廃トナー５８に押され、図１２（ａ）において、点線で示す状態から実線で示す状態まで形状が変形し、廃トナー回収部６４の収容容量が拡大する。

従って印刷処理は、供給トナー収容部６３のトナー５５ａがなくなっても、トナーカートリッジ内トナー収容部７４からのトナー５５ｂが供給され続けるため、少なくとも、収容容量が最大となった廃トナー回収部６４に廃トナー５８が一杯になるまで続行可能となる。この過程で、トナーカートリッジ内トナー収容部７４のトナー５５ｂが空になった場合には、トナーカートリッジ４を交換することで対応可能となる。

尚、１つの画像形成ユニット２１と、これに対応するトナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４の空間的なつながり、及び印刷動作時の各トナーの移動過程について説明したが、これらは、図３に示す３つの画像形成ユニット２１と、図７に示すこれらに対応する３つのカートリッジ内トナー収容部７４においても、全く同様に構成され、同様にトナー移動が行われるものである。

以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、個々の画像形成ユニット２１に設けた供給トナー収容部６３以外に、個別に用意したカートリッジ内トナー収容部７４を一体的に集約した交換可能なトナーカートリッジ４を設けたため、トナーカートリッジを交換する頻度を減らしてユーザビリティを向上させることが可能になるほか、廃トナーを回収するための容量も効率的に確保できるため、スペースを有効に活用することで、装置を小型化することが可能になる。

また、ユニット内トナー収容部６０に設けられた廃トナー回収部６４が、収容する廃トナーの量が多くなるに伴ってその容量が増えるため、画像形成ユニット２１の寿命前に、廃トナー回収部６４が一杯になって、交換を余儀なくされるような事態を避けることができる。

また、ユニット内トナー収容部６０の供給トナー収容部６３以外に、トナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４からもトナーを供給するため、廃トナー回収部６４が一杯になる前に、供給トナーがなくなってしまう事態を避けることができる。

更に、供給トナー収容部６３のトナー５５ａが先になくなるように、例えば供給トナー収容部６３から供給されるトナー５５ａの供給量（単位時間当たり）が、カートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂの供給量（単位時間当たり）より多くなるように設定しているため、廃トナー回収部６４の収容量が最大となる前に、廃トナー回収部６４が一杯になって、交換を余儀なくされるような事態を避けることができる。

実施の形態２．
図１４は、本発明に基づく実施の形態２の画像形成装置に採用される１つの画像形成ユニット２２１と、これに対応するトナーカートリッジ４のカートリッジ内トナー収容部７４の空間的なつながりを概略的に示す要部構成図であり、同図（ａ）は、該当する画像形成ユニット２２１の要部構成をＹ軸のプラス側（正面）からみた要部構成図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。但し、同図（ａ）において、同図（ｂ）に示すトナーカートリッジ４の構成要素は省いている。

この画像形成ユニット２２１及びトナーカートリッジ４が前記した図８に示す実施の形態１の画像形成ユニット２１及びトナーカートリッジ４と主に異なる点は、第２トナースパイラル２６７（実施の形態１での符号は６７）の構成である。従って、画像形成ユニット２２１を採用する画像形成装置が、前記した実施の形態１の画像形成装置１（図１）と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置の要部構成は、画像形成ユニット２２１以外において図１に示す実施の形態１の画像形成装置１の要部構成と共通するため、必要に応じて図１を参照する。

ここでの第２トナースパイラル２６７は、図１４（ｂ）に示すように、パドル６７ｂが形成された領域と、スパイラル６７ａが形成された領域との境部分において、第１の回転軸としての回転軸２６７ａと第２の回転軸としての回転軸２６７ｂとの間に配設されたトルククラッチ２０１を備えている。トルククラッチ２０１は、各回転軸２６７ａ，２６７ｂ間において所定値以上のトルクが生じた場合に動作して回転軸間で空転する。

ここでは、パドル６７ｂが形成された回転軸２６７ａに図示しない駆動手段によって回転駆動力が伝達され、更にトルククラッチ２０１を介してその回転駆動力が、スパイラル６７ａが形成された回転軸２６７ｂに伝達するように構成されている。従って、スパイラル６７ａが形成された回転軸２６７ｂは、所定値以上の負荷トルクを受けた場合にトルククラッチ２０１によって回転が停止するように構成されている。

以上の構成において、トルククラッチ２０１の動作について図１５、図１６を参照しながら説明する。図１５は、画像形成ユニット２２１の供給トナー収容部６３にトナー５５ａが殆んど残っている状態を示し、図１６は、画像形成ユニット２２１の供給トナー収容部６３にトナー５５ａが殆んど残っていない状態を示している。

図１５に示すように供給トナー収容部６３にトナー５５ａが多く残っている時は、トナー集合供給通路６２の開口部６２ａから多くのトナー５５ａが供給されるため、トナー集合供給通路６２は、満たされたトナー５５ａによって高圧力状態となる。このとき、スパイラル６７ａで矢印Ｅ方向に搬送されるカートリッジ内トナー収容部７４から供給されるトナー５５ｂは、トナー集合供給通路６２内に入りにくくなる。これによりトナー５５ｂを搬送する回転軸２６７ｂの負荷が増大して所定値以上となると、トルククラッチ２０１が作動して回転軸２６７ｂの回転が停止し、カートリッジ内トナー収容部７４からのトナー５５ｂの供給が中断された状態となる。

やがて、図１６に示すように、供給トナー収容部６３内のトナー５５ａが空になって、トナー５５ａによるトナー集合供給通路６２内の圧力が低下すると、それに伴ってトナー５５ｂを搬送する回転軸２６７ｂの負荷が減少して所定値未満になるとトルククラッチ２０１が接続し、回転軸２６７ｂが回転駆動される。これによりカートリッジ内トナー収容部７４からのトナー５５ｂの供給が再開されてトナー集合供給通路６２内に搬送される。

以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、実施の形態１の画像形成装置と同様の効果を得ることができる以外に、第２トナースパイラル２６７に形成されたスパイラル６７ａが、過負荷によって破断するといった問題を解決できる。

更に、前記した特許請求の範囲、及び実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、画像形成装置を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。

本実施の形態では画像形成装置としてカラープリンタを用いて説明したが、単色プリンタ、複写機、ＦＡＸ、更にこれらを複合させた複合機等にも適用可能である。

１ 画像形成装置、 ２ ユニット集合体、 ３ スロット、 ４ トナーカートリッジ、 ６ バスケットフレーム、 １１ ロール紙セット部、 １２ 給紙ローラ対、 １３ 搬送ローラ対、 １４ 搬送ローラ対、 １５ 搬送ローラ対、 １６ 搬送ローラ対、 １７ 排出ローラ対、 １８ ロール紙（記録用紙）、 １９ ロールセットカバ−、 ２１ 画像形成ユニット、 ２５ 感光体ドラム、 ２６ 帯電ローラ、 ２７ 露光装置、 ２８ 現像ローラ、 ２９ 現像ブレード、 ３０ 供給ローラ、 ３１ 最終トナー収容部、 ３２ クリーニングブレード、 ３３ カッターユニット、 ３５ ベルトクリーナ、 ３６ 用紙セットセンサ、 ３７ 用紙エンドセンサ、 ３８ 書込みセンサ、 ３９ 排出センサ、 ４１ 転写ベルトユニット、 ４２ 転写ローラ、 ４３ 転写ベルト、 ４４ ドライブローラ、 ４５ テンションローラ、 ４６ 定着部、 ５１ 底面部、 ５２ トナーインレット、 ５５ａ トナー、 ５５ｂ トナー、 ６０ ユニット内トナー収容部、 ６１ トナー搬送路、 ６２ トナー集合供給通路、 ６２ａ 開口部、 ６３ 供給トナー収容部、 ６４ 廃トナー回収部、 ６５ 可動隔壁、 ６６ 第２トナー供給スパイラル、 ６７ 第１トナー供給スパイラル、 ６７ａ スパイラル、 ６７ｂ パドル、 ７０ 引き手、 ７２ 隔壁、 ７３ 隔壁、 ７４ カートリッジ内トナー収容部、 ８０ 底面部、 ８１ トナーアウトレット、 ８５ 開閉シャッタ、 ８５ａ 開口部、 ８５ｂ 開口部、 ８５ｃ 開口部、 ８７ 攪拌シャフト、 ８９ 受動ギア、 １０１ 制御部、 １０２ 表示部、 １０２ａ 表示パネル、 １０３ 画像形成制御部、 １０４ 給紙搬送制御部、 １０５ ベルト駆動制御部、 １０６ 定着制御部、 １１０ センサ群、 ２０１ トルククラッチ、 ２２１ 画像形成ユニット、 ２６７ 第２トナースパイラル、 ２６７ａ 回転軸、 ２６７ｂ 回転軸。

Claims (9)

1. トナー現像を形成するトナー画像形成部と、
   第１の供給トナーを収容する第１供給トナー収容部と、廃トナーを収容する廃トナー収容部と、前記第１供給トナー収容部と前記廃トナー収容部とを仕切る可動隔壁とを備えるトナー収容部と、
   前記第１の供給トナーを前記トナー画像形成部に供給する第１の供給部と、
   前記第１の供給トナーと同色の第２の供給トナーを前記トナー画像形成部に供給する第２の供給部と、
   前記第１の供給部を介して供給される前記第１の供給トナーと前記第２の供給部を介して供給される前記第２の供給トナーとを前記トナー画像形成部に導く第１の搬送手段と
   を備えた画像形成ユニットと、
   前記画像形成ユニットに対して着脱自在に装着され、前記第２の供給部に供給する前記第２の供給トナーを収容する第２供給トナー収容部を備えたトナーカートリッジと
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー収容部は、前記第１供給トナー収容部に収容された前記第１の供給トナーを前記第１の供給部に導く第２の搬送手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第１供給トナー収容部に前記第１の供給トナーが存在し、前記第２供給トナー収容部に前記第２の供給トナーが存在するとき、前記第１の供給トナーの、前記トナー画像形成部に供給される単位時間当たりの供給量が、前記第２の供給トナーの、前記トナー画像形成部に供給される単位時間当たりの供給量より多いことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記第１の搬送手段は、回転軸に、パドルが形成された第１の搬送部とスパイラルが形成された第２の搬送部とからなり、主に第１の搬送部によって前記第１の供給トナーを搬送し、前記第２の搬送部によって前記第２の供給トナーを搬送することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記第１の搬送手段が１回転した時の、前記第１の搬送部によって搬送されるトナーの搬送量Ｖ１が、前記第２の搬送部によって搬送されるトナーの搬送量Ｖ２より多いことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記回転軸は、前記第１の搬送部の第１の回転軸と、前記第２の搬送部の第２の回転軸と、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを連結するトルククラッチとを備え、
   前記トルククラッチが、前記第１の回転軸が受ける回転力を前記第２の回転軸に伝達するように構成され、前記第２の回転軸に所定値以上の回転負荷が生じた場合に空転することを特徴とする請求項４又は５の何れかに記載の画像形成装置。
7. 複数の前記画像形成ユニットとトナーカートリッジとを備え、
   該トナーカートリッジは、前記複数の前記画像形成ユニットの各前記第２の供給部に個別に供給する前記第２の供給トナーを収容する複数の前記第２供給トナー収容部を一体的に備えたことを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 複数の前記画像形成ユニットの各前記第１供給トナー収容部に収容される前記第１の供給トナーは、互いに異なる色のトナーであることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記可動隔壁は、前記第１供給トナー収容部に収容された前記第１の供給トナーの減少に伴って、前記廃トナー収容部の容積を増加させることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の画像形成装置。

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