(57)【要約】【課題】比較的に低い回転速度でも十分に回収容器内の堆積の偏りが解消されて、回収容器の回転に伴う振動やトナー飛散が少なくて済む画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー回収装置３５は、回収容器３１を垂直方向から所定角度傾けた斜めの回転軸にて回転させる。所定角度は、トナー搬送パイプ３０を通じて受け入れて回収容器３１内に堆積させた回収現像剤の斜面が回転に伴う斜面の傾きの変化によって崩れるように設定されている。回収容器３１を回転させると、遠心力が皆無に等しく、振動やトナー飛散が発生しない遅い回転速度でも、回収容器３１内に堆積させた回収現像剤の斜面の傾斜が大きくなって自然崩壊することにより堆積の偏りが解消される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを含む現像剤を用いて画像形成を行う画像形成部と、着脱可能に配置されて上方から回収現像剤を受け入れる回収容器と、前記画像形成部で回収された回収現像剤を前記回収容器へ導く搬送手段とを備える画像形成装置において、
前記回収容器を垂直方向から所定角度傾けた斜めの回転軸にて回転させる回転機構を備え、
前記所定角度は、前記搬送手段を通じて受け入れて前記回収容器内に堆積させた回収現像剤の斜面が前記回転に伴う前記斜面の傾きの変化によって崩れるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記所定角度は、前記回収容器内に堆積した回収現像剤が、前記回転に伴って、受け入れた側の反対側へ向かって前記回収容器内を搬送されるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記回転機構は、前記回収容器を間欠的に１８０度回転させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤は、磁性キャリアと非磁性トナーを含む二成分現像剤であって、
前記搬送手段は、前記画像形成部のクリーニング装置で回収した非磁性トナーと前記画像形成装置の現像装置で回収した二成分現像剤とを混合して前記回収容器内に堆積させることを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
【請求項５】
測定用テーブルに回収現像剤を最大傾斜角まで堆積させた状態で前記測定用テーブルに所定の衝撃力を作用して計測した回収現像剤の傾斜角を崩壊角と定義して、当該崩壊角をａとし、前記回収容器の回転軸の重力方向に対する傾き角度をθとするとき、２θ≧ａであることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記回収容器の下側の側面が水平面となす角度をφとするとき、φ≧ａであることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成部で回収した回収現像剤を回転する回収容器に堆積させる画像形成装置、詳しくは回収容器を回転させる回転軸の傾き角度に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成部でトナーを含む現像剤を用いて形成したトナー像を記録材に転写して熱定着させる画像形成装置が広く用いられている。
【０００３】
そして、画像形成部には、クリーニング装置が付設されて、感光体、中間転写ベルト等に転写を逃れて残留した転写残トナーを回収している。また、磁性キャリアと非磁性トナーを含む二成分現像剤を用いる現像装置では、帯電性能が劣化した磁性キャリアの増加を抑制するために、現像装置内の二成分現像剤を少しずつ捨てている。
【０００４】
画像形成装置では、画像形成に伴ってこのような回収現像剤が発生するため、回収現像剤を装置本体内に設置した回収容器に搬送して蓄積している（特許文献１、２）。そして、回収容器が満杯になると、回収容器ごと回収現像剤を処分して、空の回収容器に置き換えている。
【０００５】
このような回収容器では、上方又は一端から受け入れた回収現像剤を回収容器内に分散させて偏りなく堆積させる必要がある。回収容器内に回収現像剤が偏って堆積されると、回収容器が実質的に満杯になる以前に満杯検知が作動してしまい、余裕を残した不十分な蓄積状態で満杯の警報が出されたり、回収容器が新品交換されたりするからである。このため、回収容器内に受け入れて堆積した回収現像剤を回収容器内に偏り無く蓄積する提案がされている。
【０００６】
特許文献１では、回収容器を垂直な回転軸で高速回転させて、中心側に堆積させた回収現像剤を遠心力で崩して回収容器内へ一様に分散させている。
【０００７】
特許文献２では、内壁に螺旋状の突起を形成した回収容器を、水平な回転軸で回転させて、回収容器の一端から受け入れた回収現像剤を受け入れた側の反対側の他端側へ向かって搬送して蓄積している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３３３７４９号公報
【特許文献２】特開平７−３１９３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示されるように、回収容器内に堆積した現像剤を遠心力で移動させる場合、相当な回転速度で回収容器を回転させる必要がある。大型の回収容器を高速で回転させると、回転のための消費電力が大きくなる。回収容器の回転機構、保持機構に高い剛性と耐久性が求められるため、回収現像剤の回収機構が大型化、高コスト化する問題がある。高速回転に伴って大きな振動や騒音が発生し、回収容器回りのトナー飛散も多くなるという問題もある。
【００１０】
特許文献２に示されるように、回収容器を水平な回転軸で回転させる場合、回収容器の大きさや配置場所に制約が多く、回収容器の着脱交換作業が難しくなる。回収容器に特殊な内部構造を要するため、回収容器のコストが高まる。また、回収容器内で大量の回収現像剤が絶えず移動し続けるため、比較的に低い回転速度でも振動が大きくトナー飛散も多くなる。
【００１１】
本発明は、比較的に低い回転速度でも十分に回収容器内の堆積の偏りが解消されて、回収容器の回転に伴う振動やトナー飛散が少なくて済む画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の画像形成装置は、トナーを含む現像剤を用いて画像形成を行う画像形成部と、着脱可能に配置されて上方から回収現像剤を受け入れる回収容器と、前記画像形成部で回収された回収現像剤を前記回収容器へ導く搬送手段とを備えるものである。そして、前記回収容器を垂直方向から所定角度傾けた斜めの回転軸にて回転させる回転機構を備え、前記所定角度は、前記搬送手段を通じて受け入れて前記回収容器内に堆積させた回収現像剤の斜面が前記回転に伴う前記斜面の傾きの変化によって崩れるように設定されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の画像形成装置では、回収容器を回転させると、回転による遠心力が無くても、回収容器内に堆積させた回収現像剤の斜面の傾斜が大きくなって自然崩壊することにより堆積の偏りが解消される。このため、例えば遠心力が皆無に等しく、振動やトナー飛散が発生しない遅い回転速度でも、回収容器内で回収現像剤の堆積が十分に分散される。
【００１４】
従って、比較的に低い回転速度でも十分に回収容器内の堆積の偏りが解消されて、回収容器の回転に伴う振動やトナー飛散が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】回収容器の配置の説明図である。
【図３】比較例のトナー回収装置の説明図である。
【図４】安息角及び崩壊角の測定方法の説明図である。
【図５】実施例１のトナー回収装置の配置の模式図である。
【図６】トナー回収装置の部分的な構成の説明図である。
【図７】回収容器内の回収トナーの堆積状態の説明図である。
【図８】斜面を崩壊させるための回転軸の傾き角度の説明図である。
【図９】回収トナーを奥側へ搬送するための回転軸の傾き角度の説明図である。
【図１０】回収容器の変形例の説明図である。
【図１１】回収容器の下側の側面の傾き角度の説明図である。
【図１２】実施例３のトナー回収装置の配置の模式図である。
【図１３】実施例４の回収容器の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、回収現像剤の回収容器の回転軸が斜めに傾いている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１７】
従って、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／直接転型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００１８】
なお、特許文献１、２に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００１９】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図２は回収容器の配置の説明図である。
【００２０】
図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿って画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００２１】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト５に順次重ねて一次転写される。
【００２２】
中間転写ベルト５に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１６で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、積載トレイ１７へ排出される。
【００２３】
中間転写ベルト５は、テンションローラ６３、駆動ローラ６１、及び対向ローラ６２に掛け渡して支持され、駆動ローラ６１に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。
【００２４】
記録材カセット１２から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１３で１枚ずつに分離して、レジストローラ１４へ送り出される。レジストローラ１４は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。
【００２５】
二次転写ローラ１０は、対向ローラ６２に支持された中間転写ベルト５に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１０に正極性の直流電圧が印加されることによって、負極性に帯電して中間転写ベルト５に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。
【００２６】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、静電像の現像に用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の符号末尾のａを、ｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。
【００２７】
画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、コロナ帯電器２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ６ａ、クリーニング装置１９ａを配置している。
【００２８】
感光ドラム１ａは、アルミニウムシリンダの外周面に、帯電極性が負極性の感光層が形成され、２７３ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印方向に回転する。コロナ帯電器２ａは、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１ａに照射して、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の電位に帯電する。露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。
【００２９】
現像装置４ａは、磁性キャリアと非磁性トナーとを主成分とする二成分現像剤を攪拌して磁性キャリアを正極性に、非磁性トナーを負極性にそれぞれ帯電させる。帯電した二成分現像剤は、固定磁極の周囲で回転する現像スリーブに担持されて感光ドラム１ａを摺擦する。負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧が現像スリーブへ印加されることによって、負極性に帯電したトナーが、現像スリーブよりも相対的に正極性になった感光ドラム１ａの静電像へ移転して、静電像が反転現像される。
【００３０】
一次転写ローラ６ａは、中間転写ベルト５を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５との間に一次転写部を形成する。正極性の直流電圧が一次転写ローラ６ａに印加されることによって、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が、一次転写部を通過する中間転写ベルト５へ一次転写される。
【００３１】
クリーニング装置１９ａは、感光ドラム１ａにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト５へ転写されずに感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。
【００３２】
ベルトクリーニング装置１８は、回転するファーブラシを中間転写ベルト５に摺擦させて、記録材Ｐへの転写を逃れて二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト５の表面に残った転写残トナーを回収する。
【００３３】
クリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄが回収した転写残トナーと、ベルトクリーニング装置１８が回収した転写残トナーとは、後述するトナー回収装置によって合流させて回収容器３１へ蓄積される。
【００３４】
画像形成に伴って、クリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、それぞれ現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで消費されるトナー量の５〜１０％に相当する転写残トナーを回収する。中間転写ベルト５から記録材Ｐへトナー像を転写する際に中間転写ベルト５に残ってクリーニング装置１８に回収されるトナー量も、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで消費される合計のトナー量の５〜１０％に相当する。画像形成中は、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで消費される４色合計のトナー量の１５〜２０％に相当する量の転写残トナーが回収容器３１へ供給され続ける。
【００３５】
このため、回収容器３１は、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに装着されるトナーボトルに匹敵する容量を持たせて直径１５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒形に形成されている。回収容器３１は、材料に透明ＰＥＴ樹脂を用いてブロー成形されている。
【００３６】
図２に示すように、トナー回収装置３５は、搬送コイルを内蔵したトナー搬送パイプ３０を通じて回収トナーを回収容器３１へ搬送し、上方から回収容器３１内に落下して堆積させる。回収トナーの回収容器３１は、画像形成装置１００の側面扉１００ａを開けることにより着脱交換可能である。
【００３７】
回収容器３１内の回収トナー蓄積量は、満杯検知センサ５３によって管理されており、満杯になる前に回収容器３１の交換を促す警告が操作パネル５１の表示部に示される。警告が表示された場合は、ユーザー自身あるいはサービスマンによって満杯の回収容器３１が取り外され、新しい空の回収容器３１が装着される。これにより、回収トナーが回収容器３１からあふれだす事態が回避される。
【００３８】
なお、本実施形態では、通常使用される有機感光体である感光ドラムを使用したが、勿論、アモルファスシリコン等の無機感光体を使用することもでき、ベルト状の感光体を用いることもできる。クリーニング装置は、クリーニングブレードを使用したが、静電ブラシ等のクリーニング部材を使用することもできる。また、帯電方式、現像方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
【００３９】
＜比較例＞
図３は比較例のトナー回収装置の説明図である。図４は安息角及び崩壊角の測定方法の説明図である。図３に示すように、比較例のトナー回収装置３５Ｈは、円筒状の回収容器３１Ｈを垂直に配置して回転させず、トナー搬送パイプ３０を通して、逐次、回収容器３１内に落下して堆積させる。この場合、トナー回収装置３５Ｈは、回収容器３１Ｈの回収口３２の直下位置に回収トナーが山状に堆積してしまうことが避けられない。
【００４０】
回収トナーが山状に堆積すると、満杯検知センサ５３として回収口３２の下部に光路を設定した光学センサを用いる場合、回収トナーの山の頂上がいち早く検出されて満杯判断がされてしまう。このため、回収容器３１Ｈ内の回収トナーが満杯量に達するよりも早い段階で回収容器３１Ｈが交換されてしまう。回収容器３１Ｈの交換時は画像形成装置１００の運転が停止されるため、ダウンタイムが増えて作業能率が低下する。
【００４１】
回収容器３１Ｈの満杯検知方法としては、光学センサを用いる以外にも、回収容器側面に圧力センサを取り付けて堆積圧を検出する方法、あるいは回収容器の総重量を測定する方法もある。しかし、これらの方法では、回収トナーが山状に堆積していると、回収トナーの堆積の頂上高さを検知できないので、満杯検知がされる前に、回収容器の天井に回収トナーの堆積の頂上が達する可能性がある。そのため、これらの方法を用いる場合には、回収容器が収容可能な満杯状態よりも相当早い段階で、回収容器の交換が判断されるようになっている。
【００４２】
近年、画像形成装置のプロセススピードの高速化、生産性の高まり、使用するトナーの多色化に伴って、回収トナーが回収容器に堆積するスピードも増加している。そのため、回収容器は、できるだけ大量の回収トナーを収容できることが望まれる。しかし、むやみに回収容器を大きくすることはできないため、回収容器に可能な貯留量に限りなく近付けた状態で回収容器の交換が行われることが望まれる。そこで、回収トナーの堆積状態を均一化することで、限られた体積の回収容器に可能な限り大量のトナーを収容させることが望まれる。
【００４３】
回収トナーの堆積を均一化する試みとしては、堆積した回収トナーを回収容器内で攪拌して山を崩す方法がある。しかし、攪拌機構を回収容器内に設けると、その分、回収トナーの容量が減ってしまう。また、回収容器は、回収トナーと共に破棄されるため、回収容器のコストはなるべく下げたいが、回収容器に攪拌機構を内蔵すると構成が複雑化して製造コストが上がってしまう。
【００４４】
回収トナーの堆積を均一化する別の試みとしては、回収容器を一定時間ごとに振動させる方法がある。加振機構を画像形成装置本体に持たせれば、回収容器それ自体は複雑な機構を持たないで回収トナーの堆積を均一化できる。しかし、振動を用いた場合、騒音やトナーの舞い上がりが発生する。回収容器内に堆積した山を崩すためには、ある程度大きな振動が必要となるので、崩す効果を上げようとすればするほど振動や振動音がユーザーにとって許容できなくなる。
【００４５】
回収トナーの堆積を均一化する別の試みとしては、重力方向を回転軸として回収容器を回転させる方法がある（特許文献１）。しかし、堆積した回収トナーの山を遠心力のみで崩すためには相当なスピードで回収容器を回転してやる必要が生じ、騒音や振動などの点で懸念が残る。
【００４６】
回収トナーの堆積を均一化する別の試みとしては、回収容器を水平の回転軸を中心として回転させる方法がある（特許文献２）。この場合、回収容器内に山状に堆積したトナーを崩す効果は容易に得られるが、回収トナーの排出口の直下に回収トナーが溜まりやすいという懸念がある。そのため、回収容器内に螺旋状の突起を設けて、回収トナーの排出口の直下に堆積する回収トナーを、回収容器の回転に伴って奥側に搬送する必要がある。
【００４７】
このとき、トナーの搬送能力を高めるには、螺旋状の突起を十分に設けるか、回収容器の回転速度を高めるかが必要である。そして、螺旋状の突起の高さを高くしたり、数を増やしたりすると回収容器の容量が減ってしまう。回収容器の回転をむやみに増やすと騒音や振動の観点で問題がある。
【００４８】
図２に示すように、そこで、画像形成装置１００では、回収容器３１を垂直方向から所定角度傾けた斜めの回転軸にて回転させる。そして、所定角度は、搬送手段（３０）を通じて受け入れて回収容器内に堆積させた回収現像剤の斜面が回転に伴う斜面の傾きの変化によって崩れるように設定されている。また、所定角度は、回収容器内に堆積した回収現像剤が、回転に伴って、受け入れた側の反対側へ向かって回収容器内を搬送されるように設定されている。
【００４９】
このため、回収容器を回転させると、回転による遠心力が無くても、回収容器内に堆積させた回収現像剤の斜面の傾斜が大きくなって自然崩壊することにより、堆積の偏りが解消される。例えば、遠心力が皆無に等しく、振動やトナー飛散が発生しない遅い回転速度でも、回収容器内で回収現像剤の堆積が十分に分散される。
【００５０】
所定角度は、図４に示す安息角ｂを測定した後に測定される崩壊角ａを用いて定義される。安息角ｂは、平坦な安息角測定用テーブルＴｂに回収トナーＤを堆積させた際に、斜面が自発的に崩れることなく安定を保てる最大傾斜角である。崩壊角ａは、安息角ｂを測定した後、安息角測定用テーブルＴｂに所定の衝撃力を作用させて堆積を部分的に崩壊させた状態で計測した回収トナーの斜面の傾斜角度である。
【００５１】
このため、図２に示すように回収容器３１を斜めの回転軸で回転させた際に、回転に伴って回転容器３１内の堆積面が崩壊角ａ以上に傾くことで、山状の堆積が容易に崩壊し、新たに落下してきた回収トナーは斜面に積もることなく滑り落ちる。
【００５２】
図４に示すように、回収トナーの安息角ｂおよび崩壊角ａが測定される。安息角ｂは、上部から回収トナーＤをふるい落としたときに下部にできる山の角度、即ち、図４中の角度γの最大値である。また、崩壊角ａは、安息角ｂの測定後に、一定の衝撃を与えた後に残る回収トナーＤの山の角度γである。
【００５３】
安息角ｂおよび崩壊角ａの測定は、パウダーテスターを用いる方法がもっとも一般的である。すなわち、パウダーテスター（ホソカワミクロン社製：ＰＴ−Ｎ型）を用いて、振動台に２４６μｍの篩をセットし、その中に試料を２５０ｃｃ入れ、１８０秒間振動させる。試料を安息角測定用テーブルＴｂ上に堆積させて、堆積層の安息角ｂを角度測定アームにより測定する。崩壊角ａは、安息角ｂを測定した後に、安息角測定用テーブルに付属のショッカーによる一定の衝撃を与えて、堆積層を部分的に崩壊させ、崩壊後の斜面の角度γを崩壊角とする。衝撃は、安息角測定用テーブルＴｂ上でショッカー（４５０ｇ）が約１ｃｍ高さで３回ジャンプすることにより与える。実験の結果、回収トナーの安息角ｂが４５°で崩壊角ａは３０°であった。
【００５４】
＜実施例１＞
図５は実施例１のトナー回収装置の配置の模式図である。図６はトナー回収装置の部分的な構成の説明図である。図７は回収容器内の回収トナーの堆積状態の説明図である。図８は斜面を崩壊させるための回転軸の傾き角度の説明図である。図９は回収トナーを奥側へ搬送するための回転軸の傾き角度の説明図である。図１０は回収容器の変形例の説明図である。
【００５５】
図２を参照して図５に示すように、クリーニングブレード２０ａによって回収された転写残トナーは、搬送スクリュー２１ａによって軸方向に搬送されてクリーニング装置１９ａの外へ出てトナー搬送パイプ２３ａへ導かれる。
【００５６】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄから転写残トナーを運び出すトナー搬送パイプ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、管状のトナー搬送パイプ３０に接続されている。トナー搬送パイプ３０の内部には搬送コイルが配置され、搬送コイルが回転することで、トナー搬送パイプ３０内を転写残トナーが搬送されて回収容器３１に回収される。
【００５７】
また、ベルトクリーニング装置１８で回収された転写残トナーを運び出すトナー搬送パイプ２４もトナー搬送パイプ３０に合流させている。トナー搬送パイプ３０を通じて中間転写ベルト５から回収した転写残トナーに、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色分の転写残トナーが合流した上で回収容器３１に搬送される。
【００５８】
なお、二次転写ローラ１０には、不図示の二次転写ローラクリーニング装置が設けられている。二次転写ローラクリーニング装置は、記録材Ｐのジャム等に起因して二次転写部Ｔ２に記録材Ｐが到着しない状態で中間転写ベルト５から二次転写ローラ１０にトナーが転写された場合に、二次転写ローラ１０をクリーニングする。これにより、その後の画像形成時に記録材Ｐの裏汚れが防止される。二次転写ローラクリーニング装置についても、同様に回収トナーが発生するので、トナー搬送パイプ３０へ合流させて回収容器３１に回収している。
【００５９】
図６に示すように、トナー回収装置３５は、主に回収容器３１と回転機構３６からなる。回収容器３１は、上部の端面に上方から回収トナーを受け入れるための開口３１ａを設けた円筒型容器である。トナー搬送パイプ３０の端部の回収口３２は、回収容器３１の上部に設けられた開口３１ａに相対回転が可能に接続されている。これにより、回収トナーは、トナー搬送パイプ３０端部の回収口３２を通じて上方から回収容器３１内に落下して堆積する。回収容器３１は、回転機構３６に対して着脱可能に取り付けられており、回収トナーが蓄積して回収容器３１が満杯になった場合、回収容器３１を取り外して新品の回収容器３１に交換される。
【００６０】
回転機構３６は、回収容器３１を着脱可能に保持する回転台３３を有する。回転台３３に連結された駆動モータ３４ａは、回収容器３１と回転台３３とを一体に回転させる。制御部５０は、駆動回路５１を制御してステッピングモータを採用した駆動モータ３４を作動させ、所定のタイミングで、所定の回転速度で、所定の回転角度だけ回転させることが可能である。
【００６１】
図６における下方向は重力方向であり、回収容器３１は、傾いた状態で回転台３３に取り付けられている。駆動モータ３４は、垂直方向から所定角度傾けた斜めの回転軸を中心にして回収容器３１を毎分１回転のゆっくりとした回転速度、すなわち遠心力がほとんど作用しない遅い回転速度で回転させる。
【００６２】
回収トナーを回収容器３１に回収する際、回収効率を高める上で、トナー搬送パイプ３０の端部の回収口３２直下に回収トナーが山状に偏って堆積することは好ましくない。このため、回収容器３１を回転させて、回収トナーが山状に偏って堆積することを阻止している。回収容器を回転させて堆積の偏りを緩和する方法は、回転機構３６を画像形成装置１００が持つことで、回収容器３１を簡易化できるという利点がある。
【００６３】
しかし、上述したように、重力方向の回転軸では、高速回転が必要になり、高速回転に伴う問題が発生する。水平な回転軸では、回収容器３１内での堆積の崩れが衝撃的になり、振動やトナー飛散の問題が発生する。
【００６４】
このため、画像形成装置１００では、重力方向や水平方向に対して傾いた斜めの回転軸のまわりで回収容器３１を回転する。斜めに傾けた回転軸を採用することで、回収容器３１の回転に伴って山状の回収トナーの堆積を崩す力として、遠心力だけでなく、回収トナーの堆積面が回転することによる崩壊力も得られる。そのため、重力方向を回転軸とした場合に比較して、回転スピードを大きく上げることなく、回収トナーの堆積を崩すことができる。
【００６５】
また、回収容器３１に堆積した回収トナーに関して、水平軸を回転軸とした場合のような回収トナーの搬送機構を設ける必要がない。たとえ回収トナーの回収口３２が回収容器３１の開口３１ａの付近に設けられていても、回転するうちに重力の力によって回収容器３１内を回収トナーが滑り落ちるように搬送される。
【００６６】
このように、斜めに傾いた回転軸を採用すれば、回収容器３１の回転に伴って、遠心力のみに頼ることなく堆積した回収トナーの山が崩れるとともに、水平方向の搬送機構に頼ることなく回収トナーが回収容器３１の奥側に搬送される。回収容器３１を傾いた状態で回転させることで、回収容器３１の回転をむやみに早くしたり、むやみに増やしたりすることなく、回収トナーを効率よく高い密度で回収容器３１に充填できる。
【００６７】
図３に示すように、回収口３２の下に徐々に山状に溜まる回収トナーは、多少の回転速度で回転させたくらいでは崩れない。崩れない場合、回収容器３１Ｈ内に貯留可能な回収トナーの量は、山を回収口３２を頂点とする円錐として近似すれば、回収容器３１Ｈの容積の１／３程度である。
【００６８】
図７に示すように、これに対して、回転軸を傾けて回転させた場合、回転に伴って回収容器３１内の回収トナーは堆積した斜面が崩れながら堆積する。図３の場合と同様に回収口３２近傍まで回収できた場合、回収口３２よりも高い位置に回収トナーを溜めることのできないデッドスペースが形成されるものの、回収容器３１の容積の半分以上は確実に回収できる。斜面の傾きによって堆積した回収トナーの山を崩しながら回収容器３１に回収することで、低い回転速度でも山の周囲のデッドスペースを埋めることが可能となる。
【００６９】
図８に示すように、回収容器３１の回転に伴って回収トナーの山が遠心力に拠らず崩れる条件が説明される。回収容器３１は、重力方向に対して角度θ傾いて取り付けられており、角度θ傾いた軸を回転軸として回転する。このとき、回収容器３１内に堆積した回収トナーの山が崩れる条件は、回収トナーの崩壊角をａとした場合、θと回収トナーの崩壊角ａが次式の関係を満たしていることである。
２θ≧ａ
【００７０】
回収容器３１内のある時刻の水平面を線ｈで示すと、線ｈは、回収容器３１の回転軸（一点鎖線）に対して角度θ傾いている。その後、回収容器３１が１８０°回転した場合、元の水平面は線ｉとなり、線ｉは、回収容器３１の回転軸（一点鎖線）に対して線ｈとは逆方向に角度θ傾いている。このため、回収容器３１内で均一に堆積した回収トナーの水平面は、回収容器３１が１８０°回転すると、水平方向に対して角度２θ傾いた傾斜面となる。
【００７１】
そして、角度２θ傾いた回収トナーの傾斜面が自然に崩壊すれば、回収容器３１の回転に伴って、回収トナーの堆積は、遠心力に頼ることなく自然に崩壊する。すなわち、回転軸の傾き角度θと回収トナーの崩壊角ａが２θ≧ａの関係を満たしていれば回収トナーが回転に伴って崩れて回収容器３１内に分散される。
【００７２】
ここで、角度２θが安息角ｂ以上であれば、回転が全く無い状態で、回収トナーの水平に堆積した面でも崩壊するので、山状の堆積であれば１８０度の回転に伴って確実に崩壊し、新たに落下してきた回収トナーは斜面を滑り落ちる。このため、２θ≧ｂという条件に設定した方が、回収容器３１内の堆積したトナーを崩す上で確実である。
【００７３】
しかし、実際には、角度２θは、安息角ｂ以上でなくとも崩壊角ａ以上であれば、山状の堆積を崩す効果が得られる。回転に伴って、堆積した回収トナーの傾斜面には、少なからず衝撃が加わるため、安息角ｂまで傾けなくとも崩壊が起こる。このため、回転軸の傾き角度θ≧ｂ／２ならば山状の堆積を崩す効果が得られる。
【００７４】
図９に示すように、回転軸を斜めに傾けて回転させた場合、回収容器３１の回転に伴い回収トナーが回収容器３１の奥側に搬送される。重力方向に対して角度θ傾いて取り付けられた回収容器３１が、重力方向に対して角度θ傾いた回転軸を中心に回転すると、回収トナーは、回収容器３１の回転に伴って受け入れた側の反対側である奥側に搬送される。このとき、回収トナーに作用する推進力は、２種類存在する。一つは回転軸が傾いていることで得られる推進力で、もう一つは重力による推進力である。
【００７５】
まず、回転軸が傾いていることで得られる推進力について説明する。回収容器３１の点ｓは、回収容器３１が１８０度回転すると点ｔに移動する。このとき、点ｓ、点ｔを水平軸に投影して考えると、１８０度の回転に伴って点ｓは水平方向に距離Ｌだけ移動したこととなる。このため、回収容器３１内の回収トナーは、回収容器３１が１８０度回転するだけで奥側方向へ距離Ｌ搬送される。実際には、回収トナーが点ｓから点ｔまで搬送される途中で重力によって滑り落ちるが、滑り落ちた先は、必ず水平方向に移動した後なので、回収トナーは回転に伴って次第に回収容器３１の奥側に移動する。
【００７６】
ここで、回収トナーが回収容器３１の奥側へ搬送される条件としては、回収トナーを搬送したい奥側が低くなるように回転軸が傾いていることである。重力方向に対する回転軸の傾き角度θを用いて表せば、次式が回収トナーを奥側へ搬送するための条件になる。
θ＜９０°
【００７７】
ここで、回転軸の傾きθが小さいほど（水平から大きく傾くほど）、距離Ｌが大きくなって搬送効果が高まり、θ＝９０°（回転軸が水平）では、距離Ｌ＝０なので実際には次式の条件が好ましい。
θ≦７５°
【００７８】
図１０に示すように、回転に伴う回収トナーの搬送機能は、回収容器の形状にはあまり依存しない。円筒形でない形状の回収容器３１Ｂでも、回収容器３１Ｂ内の点ｓにある回収トナーは、回収容器３１Ｂの１８０度の回転に伴って点ｔに移動して、回収容器３１Ｂの奥側へ搬送される。ただし、回収容器の形状に関しては、重力の回収トナーに与える搬送力が逆方向に働かないようにする必要がある。すなわち、回収容器３１Ｂの下側の側面が水平又は奥側へ向かって低くなるように傾いている必要がある。
【００７９】
図１１に示すように、回収容器３１の下側の側面が奥側へ向かって低くなるように傾いている場合、回収容器３１内の回収トナーは、重力による推進力によっても奥側へ搬送される。回収容器３１の側面の傾斜によって、回収トナーは、回収容器３１の回転に伴って側面を滑り落ちて奥側へ搬送される。
【００８０】
従って、重力による搬送が生じる条件は、回収容器３１の下側の側面が奥側へ向かって低くなるように傾いていることである。少なくとも回収容器３１が搬送方向と逆側に傾いていないことが必要である。回収容器３１の下側の側面が逆方向に傾いている場合、回収容器３１の回転に伴って下側の側面に堆積した回収トナーの山が崩れた際に、重力によって回収トナーが回収口３２側へ戻されてしまうからである。
【００８１】
回収容器３１の下側の側面が奥側へ向かって低くなるように傾いている場合、回収トナーは、回収容器３１の側面を滑り落ちるように搬送される。このとき、積極的に重力による回収トナーの搬送を行うためには、回収容器３１の側面が水平面となす角度をφとし、回収トナーの崩壊角をａとした場合、次式の関係を満たすことが望ましい。
φ≧ａ
【００８２】
回収容器３１の側面の傾き角度φが安息角ｂ以上となる次式の関係であれば、側面に新たに落下してきた回収トナーは積って堆積することがなく回収容器３１の側面を滑り落ちる。このとき、確実に回収トナーは回収容器３１の側面を滑り落ちて回収容器３１の奥側へ搬送されるので、確実性を狙うならば、次式の条件に設定した方が好ましい。
φ≧ｂ
【００８３】
しかし、実際には傾き角度φが安息角ｂ以上でなくとも、崩壊角ａ以上であれば、回収トナーを奥側に搬送する効果を得ることが可能である。回転に伴って少なからず回収トナーには衝撃が加わるため、安息角ｂまで傾けなくとも崩壊が起こるからである。
【００８４】
＜実施例２＞
ところで、回収容器３１の回転に関しては、回転そのものを利用して回収トナーを回収容器３１内に分散させる場合、速く回転させたり多く回転させたりすることでより効率よく回収できる。しかし、この場合、振動や騒音に対してはトレードオフの関係、すなわち、一方を良くすれば他方が悪くなる、という関係にあった。
【００８５】
しかし、実施例１に関しては、回転による堆積面の傾きを利用しているため、回収容器３１を速く回す必要がなくなっている。このため、振動や騒音に対して余裕のある回転速度に設定すればよい。また、頻度に関しても、画像形成中、常に回転させてもよいが、ステッピングモータを用いて間欠的に回転させても効果は十分得られるので、装置に要求されるスペックに応じて適宜調整すればよい。
【００８６】
実施例１では、回収容器３１を傾いた回転軸の周りで毎分１回転の遠心力がほとんど作用しない遅い回転速度で連続的に回転させていた。これに対して、実施例２では、図１〜図１１を参照して説明した構成において、さらに回収容器３１の回転速度を遅くしている。回収容器３１を３０秒で１８０度回転させる間欠的な回転を、５分間に１回実行する。５分間堆積して、下側の側面にある程度成長させた回収トナーの山を、間欠的な回収容器３１の１８０度の回転によって一気に崩壊させる。これにより、傾斜面を滑り落ちる回収トナーの流れがその傾斜面の角度では滑り落ちなかった回収トナーも道連れにするため、さらに効率よく回収トナーを回収容器３１内へ分散させることが可能である。
【００８７】
＜実施例３＞
図１２は実施例３のトナー回収装置の配置の模式図である。実施例３は、図１、図２を参照して説明した画像形成装置１００において、実施例１の構成の一部分のみを変更している。図１２中、変更に係る部分以外は、図５と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【００８８】
図１２に示すように、回収トナーの回収効率を高めるには、回収容器３１の回転軸をある程度以上傾けることが必要であり、回収トナーの安息角ｂや崩壊角ａが大きい場合には特に傾ける必要が生じる。これにより回収容器３１の配置が制限を受けると、画像形成装置１００が大型化したり、筐体内にデッドスペースが生じたりする。
【００８９】
このため、回収トナーの安息角ｂや崩壊角ａはできるだけ小さい方が好ましい。しかし、回収トナーの安息角ｂや崩壊角ａは、未使用のトナーに比較して一般的に大きい。これは、現像装置やクリーニング装置での攪拌工程やその後の回収容器３１への搬送工程を経る中で、回収トナーが劣化して流動性が下がったり、凝集度が上がったりする結果である。
【００９０】
そこで、実施例３では、回収トナーに二成分現像剤の磁性キャリアを混入して凝集度を下げ、結果的に安息角ｂや崩壊角ａを小さくしている。すなわち、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで少量ずつ廃棄される古くなった二成分現像剤を回収トナーに合流させて、回収トナーの安息角ｂや崩壊角ａを下げている。これにより、回収容器３１内で回収トナーの山が崩壊し易くなり、回転軸の傾き（θ：図８）が小さくてもかまわない。
【００９１】
実施例１では、回収容器３１にクリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ及びベルトクリーニング装置１８で回収した回収トナーを回収した。これに対して、実施例３では、トナー搬送パイプ３０に、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから回収した磁性キャリアを含む二成分現像剤を合流させている。クリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ及びベルトクリーニング装置１８で回収した回収トナーに現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから回収した二成分現像剤を混合攪拌して回収容器３１内へ落下して堆積させている。
【００９２】
図２に示すように、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤は、高画質を要求される白黒デジタル複写機やフルカラー複写機を中心に多くの製品で多く用いられている。しかし、二成分現像剤は、長期の攪拌による磁性キャリアの劣化が不可避であるため、長期使用に伴って二成分現像剤を交換する手間が必要である。このため、画像形成装置１００では、劣化した二成分現像剤を少量ずつ廃棄すると同時に新たな二成分現像剤を補給することで、二成分現像剤の性能を安定的に維持する自動キャリア交換方式を採用している。磁性キャリアのみの補給機構を別途設ける方法もあるが、実施例３は、トナーの補給に合わせて補給用二成分現像剤を補給する方法を採用している。
【００９３】
現像装置４ａの上部には、補給用二成分現像剤を収容するホッパ２２ａが配置される。ホッパ２２ａは、下部に搬送管２３ａを備え、搬送管２３ａの一端が現像装置４ａの現像剤補給口の位置まで延びている。画像形成によって消費された分のトナーは、ホッパ２２ａから補給用二成分現像剤として現像剤補給口を通過して現像装置４ａに補給される。このようにして、ホッパ２２ａから現像装置４ａへ補給用二成分現像剤が補給される。
【００９４】
一方、現像装置４ａの壁面には、古くなった二成分現像剤をオーバーフローさせるための現像剤排出口が設けられている。補給用二成分現像剤の補給工程によって現像装置４ａ内を循環する二成分現像剤の量が増加すると、増加量に応じて、現像装置４ａ内を循環する二成分現像剤の一部が現像剤排出口からオーバーフローして排出される。
【００９５】
排出された二成分現像剤は、トナー搬送パイプ３０に搬送され、トナー搬送パイプ３０内を搬送される過程で、クリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ及びベルトクリーニング装置１８で回収した回収トナーに混合される。
【００９６】
これにより、回収容器３１内には、回収トナーだけでなく、回収トナーに磁性キャリアが混じった状態で堆積する。その結果、回収容器３１内の回収トナーの安息角ｂおよび崩壊角ａが小さくなり、回収容器３１内で崩れやすく、さらには、回収容器内の奥側に搬送され易くなる。
【００９７】
二成分現像剤以外の粉体でも回収トナーに混合することで、安息角ｂや崩壊角ａを小さくすることが可能である。しかし、自動キャリア交換方式で廃棄される二成分現像剤を回収容器３１内に混入させる方法は、そもそも廃棄予定の粉体を利用している点で、新たな混入物や混入方法を準備する必要がないという利点を有する。
【００９８】
＜実施例４＞
図１３は実施例４の回収容器の透視図である。実施例４は、図１〜図１１を参照して説明した画像形成装置１００において、実施例１の構成の一部分のみを変更している。図１３中、変更に係る部分以外は、図６と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【００９９】
図１３に示すように、実施例４では、回収容器３１の内壁面に螺旋状の突起３８を設けている。回収容器３１の内壁面に螺旋状の突起３８を設けることで、回収容器内の回収トナーの搬送を補助することができる。螺旋状の突起３８は、回収口３１から見て右巻きに配置し、一方、回収容器３１の回転方向は左回りに回転している。このような構成とすることで、回転に伴って回収トナーが回収容器３１内を奥側に搬送される。
【０１００】
水平な回転軸で回収容器を回転させる特許文献２の構成では、回収容器の内周面に螺旋状の突起が設けられている。しかし、この構成では、螺旋状の突起のみに搬送性を依存するため、搬送性を高めるためには突起を多く設けたり、突起を高くしたりする必要がある。その結果、回収容器の回収可能な体積が減ってしまうという問題がどうしても生じていた。しかし、実施例４のような形態をとれば、螺旋状の突起３８による回収トナーの搬送は、補助的なものなので、多く設ける必要が無い。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
クリーニング装置で回収したトナーを、回転する回収容器に回収する画像形成装置。
【符号の説明】
【０１０２】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コロナ帯電器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
５  中間転写ベルト
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  一次転写ローラ
１８  ベルトクリーニング装置
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  クリーニング装置
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  ホッパ
３０  トナー搬送パイプ
３１  回収容器
３２  回収口
３３  回転台
３４  駆動モータ
３５  トナー回収装置
３６  回転機構
５０  制御部
５１  操作パネル
【図１】
2010249960.tif 000003
【図２】
2010249960.tif 000004
【図３】
2010249960.tif 000005
【図４】
2010249960.tif 000006
【図５】
2010249960.tif 000007
【図６】
2010249960.tif 000008
【図７】
2010249960.tif 000009
【図８】
2010249960.tif 000010
【図９】
2010249960.tif 000011
【図１０】
2010249960.tif 000012
【図１１】
2010249960.tif 000013
【図１２】
2010249960.tif 000014
【図１３】
2010249960.tif 000015