(57)【要約】【課題】転写材搬送体または中間転写体上のトナー粒子を、複数の作像手段に備えられる廃トナー格納部に回収する場合において、廃トナー量があふれることを防止した画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】電極アンテナ１４ｃ、１４ｄを設け、各廃トナー格納部１４ｂ内部に存在する廃トナー量を測定する。また、電極アンテナ１３ｅ、１３ｆを設け、未使用トナー格納部としての各現像装置１３内部に存在する未使用トナー量を測定する。廃トナー量、または廃トナー量と未使用トナー量の測定値に基づき、画像形成装置本体に設けられたコントローラ内に存在する廃トナー量制御部７が、複数の廃トナー格納部１４ｂへの回収比率を決定し制御する。【選択図】        図３
2004184820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写体と、転写体の移動方向に沿って配設された複数の作像手段とを備える画像形成装置であって、
複数の作像手段はそれぞれ、少なくとも像担持体と、像担持体上の潜像をトナー像として現像する現像手段と、現像に供するトナー粒子を格納する未使用トナー格納部と、像担持体上のトナー粒子を回収するクリーニング手段と、クリーニング手段により回収されたトナー粒子を格納する廃トナー格納部とを備え、
転写体から像担持体へと移行させたトナー粒子をクリーニング手段によって回収する事で転写体上のトナー粒子のクリーニングを行なう画像形成装置において、
前記廃トナー格納部は、その内部に存在する廃トナー量を測定する廃トナー量測定手段を備える廃トナー格納部であり、
前記画像形成装置は、廃トナー量測定手段の測定結果に基づいて各廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収比率決定手段を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記廃トナー格納部は、未使用トナー格納部と一体に構成されており、かつ、未使用トナー格納部は、内部の未使用トナー量を測定する未使用トナー量測定手段を有し、
前記回収比率決定手段は、廃トナー量測定手段の測定結果と未使用トナー量測定手段の測定結果に基づき、廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収決定手段である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記回収比率決定手段は、廃トナーの量が所定値以上である廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を回収させないように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記回収比率決定手段は、未使用トナーの量が所定値以下である未使用トナー格納部と一体に構成された廃トナー格納部に対し、転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記回収比率決定手段は、一体に構成された未使用トナー格納部と廃トナー格納部ごとに、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率を計算し、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率が相対的に大きな廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、転写体上に所定のトナーパターンを形成可能であるとともに、転写体上に形成されたトナーパターンを検知する手段を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
転写体を備える画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジは作像手段を備え、前記転写体の移動方向に沿って複数配設されるプロセスカートリッジであって、
前記作像手段は、少なくとも像担持体と、像担持体上の潜像をトナー像として現像する現像手段と、現像に供するトナー粒子を格納する未使用トナー格納部と、像担持体上のトナー粒子を回収するクリーニング手段と、クリーニング手段により回収されたトナー粒子を格納する廃トナー格納部とを備え、
転写体から像担持体へと移行させたトナー粒子をクリーニング手段によって回収する事で転写体上のトナー粒子のクリーニングを行なうプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、前記廃トナー格納部の内部に存在する廃トナー量を測定する廃トナー量測定手段と、
各廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定するために画像形成装置本体に設けられた回収比率決定手段へと前記廃トナー量測定手段の測定結果を伝達する伝達手段と  を有する
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項８】
請求項７に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記廃トナー格納部は、未使用トナー格納部と一体に構成されており、かつ、未使用トナー格納部は、内部の未使用トナー量を測定する未使用トナー量測定手段を有し、
前記回収比率決定手段は、廃トナー量測定手段の測定結果と未使用トナー量測定手段の測定結果に基づき、廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収決定手段である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回収比率決定手段は、廃トナーの量が所定値以上である廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を回収させないように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記回収比率決定手段は、未使用トナーの量が所定値以下である未使用トナー格納部と一体に構成された廃トナー格納部に対し、転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記回収比率決定手段は、一体に構成された未使用トナー格納部と廃トナー格納部ごとに、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率を計算し、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率が相対的に大きな廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記未使用トナー格納部と廃トナー格納部は、作像手段に対して着脱可能に構成される
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものであり、詳しくは、複数の作像手段を有するカラー画像形成装置において、像担持体上のトナー粒子をクリーニング手段により回収し、回収したトナー粒子を廃トナー格納部へ格納する際の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の乾式電子写真方式の画像形成装置が知られているが、最近のオフィス文書のカラー化により、これら画像形成装置もカラー画像を形成するものが増加している。なお、本明細書において、「カラー画像」とは２以上の色を重ねて形成された画像を意味し、例えばブラックと赤からなる２色で画像を形成するものや、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色を用いてフルカラー画像を形成するものを指す。
電子写真方式のカラー画像形成装置では、感光体等の像担持体上に各色のトナー画像を形成した後に、これを直接転写方式又は中間転写方式によって記録用紙やＯＨＰ等の転写材に重ねて転写させてカラー画像を形成する方式が多く用いられている。「直接転写方式」とは、像担持体上のトナー像を転写材搬送体上に担持させられた転写材にダイレクトに転写させる転写方式であり、各色のトナー像は転写材上で重ね合わされる。一方「中間転写方式」とは、像担持体上のトナー像を一度中間転写体に転写させ、中間転写体上のトナー像をさらに転写材に転写させる転写方式であり、各色のトナー像は中間転写体上で重ね合わされる。
【０００３】
直接転写方式、中間転写方式のいずれにおいても、長時間良好な画像を形成するためには転写材搬送体又は中間転写体をクリーニングする必要がある。その理由は以下のとおりである。
直接転写方式においては、トナー像はダイレクトに転写材に転写させられるため、出力画像の形成中に転写材搬送体上にトナー像を形成させるプロセスは存在せず、一見転写材搬送体のクリーニングは不要に思える。しかし画像形成動作の直前又は直後において、転写材搬送体に転写材が搬送されていない状態で像担持体から転写材搬送体へのトナー粒子の付着が発生する事がありえる。また、転写材搬送体上にトナーパッチを形成して色あわせや濃度補正を行なう画像形成装置においては、直接転写方式といえども転写材搬送体上にトナー像が積極的に形成される。これら転写材搬送体上のトナー粒子をクリーニングしないでおくと、転写材搬送体上に残留したトナー粒子が転写材の裏面に付着して紙面を汚すこととなる。特に１つの転写材の両面に画像を形成する機能を有する画像形成装置においては、転写材の第２面への画像形成中に転写材搬送体上に残留したトナー粒子が転写材の第１面に付着する事により、第１面に形成した画像が汚れる事となる。
中間転写方式においては、トナー像は中間転写体上に形成された後に、転写材に２次転写させられる。ここで２次転写率が１００％であれば、中間転写体上に存在する全てのトナー粒子が転写材に移行させられるため、中間転写体のクリーニングは不要となる。しかし実際には１００％の転写率を達成する事は容易ではなく、中間転写体上には若干のトナー粒子が残留する。したがってこれをクリーニングせずに放置しておくと、直接転写方式と場合と同じように、転写材の裏面や両面画像形成時の第１面を汚染する事となる。
【０００４】
そこで、直接転写方式、中間転写方式のいずれにおいても転写材搬送体又は中間転写体上のトナー粒子をクリーニングするプロセスが必要となるが、転写材搬送体又は中間転写体にクリーニング装置を設けてトナー粒子を回収すると、回収した廃トナーをいかに処理するかが問題となる。回収した廃トナーを廃トナーボックスに蓄積しつづけると廃トナーボックスからトナーがあふれる恐れがある。
かかる不具合を防止するために、トナーを再利用する事や廃トナーボックスを大きく設計する事も考えられるが、転写材搬送体又は中間転写体から回収されたトナーは混色しているためにトナーリサイクルが困難であり、また廃トナーボックスを大きくする事は装置の大型化につながり省スペースの観点から好ましくない。
一方、廃トナーボックスが満杯になった事を検知してこれを交換する事も考えられるが、そもそも交換部品が増加する事はメンテナンスの複雑化を招き好ましくない。
【０００５】
交換によるメンテナンスを前提とする画像形成装置としては、現像手段、帯電手段、クリーニング手段などの手段の少なくとも１つを像担持体と一体に構成して交換対象とする「プロセスカートリッジ方式」が良く知られている。プロセスカートリッジの代表としては、像担持体、現像手段、帯電手段、クリーニング手段（帯電手段や現像手段がクリーニング機能を兼ねていても良い）、および所定量のトナー粒子をすべて一体に構成した「オール・イン・ワン・カートリッジ」が知られているが、この他に、像担持体を含むドラムユニットと現像手段及びトナー粒子を含むユニットとの２つを個別に交換対象とする方式なども考えられる。どの作像要素を交換単位とするかは、各作像要素の寿命などに応じて適宜決定すればよい。
また、交換によるメンテナンスを前提とする画像形成装置としては、プロセスカートリッジ方式の他にも、トナー粒子のみを収納したトナーカートリッジを単独で交換対象とする方式も考えられる。以下、プロセスカートリッジやトナーカートリッジなどのカートリッジを交換する事でメンテナンスを行なうメンテナンス方式を「カートリッジ方式」と記す。
【０００６】
カートリッジ方式においては、交換対象が多い機器をメンテナンスすることはユーザーやサービスマンにとって負担となる。したがって転写材搬送体や中間転写体から回収したトナー粒子を専用の廃トナーボックスに格納させ、これを個別に交換対象とする事は好ましくない。
そこで、転写材搬送体または中間転写体上のトナー粒子を一度像担持体上に回収させ、これを像担持体上のトナーを回収するためのクリーニング手段内に格納する事が考えられる。この方式を使用すれば、転写材搬送体または中間転写体専用の廃トナーボックスが不要となるので交換部品の増加を抑えることができ、カートリッジ方式の画像形成装置においてもユーザー等の負担増加を抑えることが可能となる。
【０００７】
しかし、転写材搬送体あるいは中間転写体上のトナー粒子を像担持体用のクリーニング手段で回収する場合、かかるクリーニング手段を像担持体上のトナー粒子のみを回収する目的で使用する場合と異なり、回収される廃トナー量の予測が困難であるという問題が生じる。すなわち、像担持体用のクリーニング手段を像担持体上のトナー粒子のみを回収する目的で使用する場合には、像担持体から転写材あるいは中間転写体へトナー粒子が移行する転写率の標準的な値に基づいて廃トナー量を予測する事が可能であるが、それに加えて転写材搬送体あるいは中間転写体上のトナー粒子をも像担持体用のクリーニング手段で回収する場合には、転写材搬送体や中間転写体上のトナー粒子がどのような割合で各クリーニング手段に回収されるかを予測する事は困難である。また、前述のように転写材搬送体あるいは中間転写体上にトナーパターンを形成してこれを像担持体用廃トナーボックスで回収する場合には、使用のされ方によってトナーパターンを形成する回数は異なるために、廃トナー量を予測する事はさらに困難となる。例えば電源投入時に毎回トナーパターンを転写材搬送体又は中間転写体上に形成して色あわせ等を実行する画像形成装置では電源投入回数によって廃トナー量は異なるし、ジャムが発生した際にトナーパターンを転写材搬送体又は中間転写体上に形成して色あわせ等を実行する画像形成装置ではジャムの発生頻度によって廃トナー量は異なる。このように廃トナーの発生量は機器の制御方式やユーザーの使い方によって大きな差が生じえる。
【０００８】
廃トナー量が多すぎる場合、像担持体上から回収したトナー粒子を格納する廃トナー格納部が満杯になって廃トナー粒子があふれるという不具合が生じえる。
これを防止するために各廃トナー格納部を充分大きくする事も考えられるが、交換部品である廃トナー格納部が大型化してユーザーが扱うのに不便となるだけでなく、環境保護の観点からも好ましくない。
特許文献１では、廃トナー量があふれるのを防止するために、現像手段内の現像スリーブとプロセスカートリッジ内のアンテナ電極とでコンデンサを形成し、現像スリーブに印加されるＡＣバイアスによってアンテナ電極に発生する電流値を用いて当該コンデンサの静電容量を認識し、この静電容量からトナーの残量を把握する方式が提案されている。
また、特許文献２では、プロセスカートリッジの側面に互いに非接触な２つの導体パターンを有する平面アンテナを設け、２つの導体パターン間に交流バイアスを印加する事で得られる導体パターン間の静電容量の値をトナー残量に置き換える方式が提案されている。
【０００９】
一方、交換対象低減の観点からは、画像形成に使用するための未使用トナー粒子を格納した未使用トナー格納部と、廃トナー格納部とを一体に構成し、画像形成装置本体に対して着脱可能とすることによって未使用トナー格納部と廃トナー格納部の交換を一度で済ませる方式が望ましい。しかしかかる方式においては、未使用トナー格納部内の未使用トナー粒子と、廃トナー格納部内の廃トナー量との間にミスマッチが生じると、未使用トナー粒子が残存しているにもかかわらず廃トナー粒子が満杯となって交換を余儀なくされたり、また逆に廃トナー格納部にはまだ充分な余裕があるのに未使用トナー粒子が消費されたために交換を余儀なくされたりという事態が生じる。前者の場合には未使用トナー粒子が消費される前にカートリッジを交換する事になるため、ユーザーに損失を生じさせるとともに環境負荷を増大させる。後者の場合には他の廃トナー格納部に格納される廃トナー量が増加する事によって当該他の廃トナー格納部の交換時期が早まり、結果として当該他の廃トナー格納部を含むカートリッジ内の未使用トナー粒子が消費されないこととなり、ユーザーに損失を生じさせるとともに環境負荷を増大させる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２２２１６１の実施例１
【特許文献２】
特開２００２−１３２０２９の［００４１］〜［００４３］、および、図４
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明の第一の目的は、廃トナー量を検知しながら制御を行なう事により、転写材搬送体又は中間転写体上のトナー粒子を廃トナー格納部に回収する場合においても廃トナーがあふれる事を防止した画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
また、本発明の第二の目的は、廃トナー量と未使用トナー量とのバランスをとることによって、適切でユーザー及び環境に配慮したメンテナンスを可能にする画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、転写体と、転写体の移動方向に沿って配設された複数の作像手段とを備える画像形成装置であって、各作像手段は、少なくとも像担持体と、像担持体上の潜像をトナー像として現像する現像手段と、現像に供するトナー粒子を格納する未使用トナー格納部と、像担持体上のトナー粒子を回収するクリーニング手段と、クリーニング手段により回収されたトナー粒子を格納する廃トナー格納部とを備え、転写体から像担持体へと移行させたトナー粒子をクリーニング手段によって回収する事で転写体上のトナー粒子のクリーニングを行なう画像形成装置において、前記廃トナー格納部は、その内部に存在する廃トナー量を測定する廃トナー量測定手段を備える廃トナー格納部であり、前記画像形成装置は、廃トナー量測定手段の測定結果に基づいて各廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収比率決定手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
請求項１に記載の画像形成装置では、廃トナー量を測定しつつ各廃トナー格納部に収納する廃トナー量を決定し、転写材搬送体又は中間転写体上のトナー粒子を廃トナー格納部に回収させる場合でも廃トナー格納部からトナーが溢れるのを防止する。
なお、「廃トナー量を測定する」とは、廃トナーの絶対量を測定する事の他、廃トナーが所定の値以上あるいは以下であるか否かのみを判定することを含む。
また「比率を決定する」とは、複数の廃トナー格納部のそれぞれに廃トナーを格納する場合の比率を決定する事の他、特定の廃トナー格納部には全く廃トナーを格納しないと決定する事や、あるいは特定の廃トナー格納部にのみ廃トナーを格納すると決定する事も含む。
【００１３】
なお、本発明者らが鋭意検討したところ、帯電させられたトナー粒子に電気的な力を作用させることによって転写体から像担持体にトナー粒子を移行させる場合には、「廃トナー量を測定する」方法としては、転写体から像担持体にトナーを移行させるバイアス印加を行った時間に基づいて廃トナーを予測するような間接的な方法ではなく、格納された廃トナーの量を実際に測定する必要があることを見出した。その理由は以下のとおりである。
本発明のように転写体から像担持体へとトナー粒子を移行させる場合には、転写体上に一定時間放置されたトナー粒子の帯電量が変化しやすく、転写体から像担持体へと移行させるバイアスを印加したとしてもどの程度の量のトナー粒子が実際に像担持体に移行するかは予測困難である。また、移行するトナー粒子の量は転写体上のトナー層厚や温湿度条件によっても変化する。このような困難を改善するために、転写体上のトナーを強制的に帯電させる帯電機構を設けてみたが、一度の強制帯電によって像担持体に回収可能なまでに帯電させられるトナー粒子の量はトナー層厚等により変動するために改善効果は充分ではなく、やはり転写体上の全てのトナー粒子を像担持体に回収させることは困難であった。
従って、転写体から像担持体へ電気的な力によってトナー粒子を回収する場合には、摺擦力等によって物理的に回収したトナー粒子を搬送機構によって搬送するような場合とは異なり、バイアス印加時間等の間接的なデータによって廃トナー量を予測する方法では正確な測定はできず、廃トナーに接触させた電極間に電圧を印加して静電容量を測定する方式や、廃トナー格納部に入射した光の透過光量を測定する方式など、実際に廃トナーの容量を測定する必要があることがわかった。
【００１４】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記廃トナー格納部は、未使用トナー格納部と一体に構成されており、かつ、未使用トナー格納部は、内部の未使用トナー量を測定する未使用トナー量測定手段を有し、前記回収比率決定手段は、廃トナー量測定手段の測定結果と未使用トナー量測定手段の測定結果に基づき、廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収決定手段であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項２に記載の画像形成装置では、廃トナー量だけではなく未使用トナー量をも測定しつつ各廃トナー格納部に収納する廃トナー量を決定し、廃トナー量と未使用トナー量とのバランスをとる。
ここで「未使用トナー量を測定する」とは、未使用トナーの絶対量を測定する事の他、未使用トナーが所定の値以上あるいは以下であるか否かのみを判定することを含む。
【００１５】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記回収比率決定手段は、廃トナーの量が所定値以上である廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を回収させないように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項３に記載の画像形成装置では、転写体上のトナー粒子を回収させるだけの容量が残っていない廃トナー格納部には転写体上の廃トナー粒子を回収させないようにし、トナー溢れを防止する。また、未使用トナーを残したまま廃トナーが満杯になってしまい、交換を余儀なくされるという事態を回避する。
請求項４に記載の本発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記回収比率決定手段は、未使用トナーの量が所定値以下である未使用トナー格納部と一体に構成された廃トナー格納部に対し、転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項４に記載の画像形成装置では、未使用トナー残量が所定のしきい値よりも少ない未使用トナー格納部と一体に構成された廃トナー格納部に対して廃トナーを優先的に格納させるようにし、交換が近い廃トナー格納部に優先的に廃トナーを格納させる。
請求項５に記載の本発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記回収比率決定手段は、一体に構成された未使用トナー格納部と廃トナー格納部ごとに、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率を計算し、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率が相対的に大きな廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項５に記載の画像形成装置では、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率が相対的に大きな廃トナー格納部に対して廃トナーを優先的に格納させるようにし、未使用トナーの減少と廃トナーの増加のバランスをとる。すなわち本発明を用いれば、一体に構成された未使用トナー格納部と廃トナー格納部とが、未使用トナーが適正に消費されるとともに廃トナーが適正に蓄積された状態で交換時期を迎える事となる。これにより１つの廃トナー格納部に廃トナーが集中して溢れ出すことを防止でき、また個々の廃トナー格納部の容量を低減できるので省スペース設計に寄与する。
【００１６】
請求項６に記載の本発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、転写体上に所定のトナーパターンを形成可能であるとともに、転写体上に形成されたトナーパターンを検知する手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
請求項６に記載の画像形成装置では、転写体上のトナーパターン形成に用いられた多量のトナーが廃トナー格納部に格納されるので、請求項１から５に記載の発明を適用する事が非常に効果的である。
【００１７】
請求項７に記載の本発明は、転写体を備える画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、該プロセスカートリッジは作像手段を備え、前記転写体の移動方向に沿って複数配設されるプロセスカートリッジであって、前記作像手段は、少なくとも像担持体と、像担持体上の潜像をトナー像として現像する現像手段と、現像に供するトナー粒子を格納する未使用トナー格納部と、像担持体上のトナー粒子を回収するクリーニング手段と、クリーニング手段により回収されたトナー粒子を格納する廃トナー格納部とを備え、転写体から像担持体へと移行させたトナー粒子をクリーニング手段によって回収する事で転写体上のトナー粒子のクリーニングを行なうプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは、前記廃トナー格納部の内部に存在する廃トナー量を測定する廃トナー量測定手段と、各廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定するために画像形成装置本体に設けられた回収比率決定手段へと前記廃トナー量測定手段の測定結果を伝達する伝達手段とを有することを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記廃トナー格納部は、未使用トナー格納部と一体に構成されており、かつ、未使用トナー格納部は、内部の未使用トナー量を測定する未使用トナー量測定手段を有し、前記回収比率決定手段は、廃トナー量測定手段の測定結果と未使用トナー量測定手段の測定結果に基づき、廃トナー格納部に格納するトナー粒子の比率を決定する回収決定手段であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
【００１８】
請求項９に記載の本発明は、請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回収比率決定手段は、廃トナーの量が所定値以上である廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を回収させないように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項１０に記載の本発明は、請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回収比率決定手段は、未使用トナーの量が所定値以下である未使用トナー格納部と一体に構成された廃トナー格納部に対し、転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項１１に記載の本発明は、請求項７または８に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記回収比率決定手段は、一体に構成された未使用トナー格納部と廃トナー格納部ごとに、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率を計算し、廃トナーの蓄積率に対する未使用トナーの使用率が相対的に大きな廃トナー格納部には転写体上のトナー粒子を優先的に回収させるように回収比率を決定する回収比率決定手段であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項１２に記載の本発明は、請求項７ないし１１のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、前記未使用トナー格納部と廃トナー格納部は、作像手段に対して着脱可能に構成されることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項７ないし１２のいずれかに記載のプロセスカートリッジは、カートリッジ方式を採用し、メンテナンス性を向上させる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下より、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に従って説明する。各図において、同一の部分は同一の記号で表されている。
図１は本発明を適用可能な画像形成装置の概略構成図である。本実施形態では一例として、転写体として転写搬送体について説明するが、本発明の「転写体」は、転写材搬送体と中間転写体との両方を含むものである。ここで「転写材搬送体」とは、記録用紙やＯＨＰ等の転写材を担持しつつ像担持体まで搬送し、像担持体上のトナー像を転写材に直接転写させる転写体である。また「中間転写体」とは、像担持体から一次転写されたトナー像を担持して転写材との接触部まで移動させ、このトナー像を転写材に２次転写させる転写体である。また、転写体は転写材搬送体または中間転写体として機能すればその形状に制限はなく、ドラム形状であってもベルト形状であっても良い。
通常の画像形成動作においては、給紙装置５から供給される記録用紙等の転写材は、吸着ローラ２ａに所定の電圧が印加される事で、転写体である転写材搬送ベルト２に吸着させられる。転写材は転写材搬送ベルト２に担持された状態で転写材搬送ベルトとともに移動し、移動中に作像手段であるプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙからトナー像が転写させられる。転写材が搬送ベルト２を通過して定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成される。
【００２０】
各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙから転写材搬送ベルト２上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ２ｂによってかかるトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込タイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。その後転写材搬送ベルト２上のトナーパターンがプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに回収されることで、転写材搬送ベルト２の清掃が行なわれる。かかる清掃動作については後述する。
ここで１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙはそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジである。かかるプロセスカートリッジは、図２に示すように転写材搬送ベルト２が退避する事で開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。画像形成時には書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙからプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた書込光がそれぞれ照射させられ、各プロセスカートリッジはこの書込光に応じたトナー像を形成して転写材に転写する。
【００２１】
転写材搬送ベルト２を介して像担持体１１と対向する転写ローラ２ｂは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有している。導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体である。
書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙは、画像情報に従って帯電後の像担持体１１に潜像を書き込むための装置である。ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用する事ができる。
【００２２】
次に、図３を用いて本例のプロセスカートリッジを説明する。なお、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙは同一構造であるので１つのみを説明する。
像担持体１１は負帯電の有機感光体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。
クリーニング装置１４は像担持体１１の回転方向に対してカウンターで当接させられたクリーニングブレード１４ａと、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部１４ｂとを有する。
廃トナー格納部１４ｂの片側側面にはプリント基板上にエッチングまたは印刷された２つの電極アンテナ１４ｃ、１４ｄが設けられており、電極アンテナ１４ｃ、１４ｄ間の静電容量の値を用いて廃トナー格納部１４ｂ内の廃トナー量を測定するように構成されている。電極アンテナ１４ｃ、１４ｄによる廃トナー量測定の原理については後述する。
【００２３】
帯電部材１２は、芯金１２ａ上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した発泡ウレタンによる中抵抗層１２ｂをローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。なお、中抵抗層１２ｂの材質は上記に限定するものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。なお、本実施形態では接触帯電方式を採用しているが、近接帯電方式やその他の帯電方式でも良い。
【００２４】
現像装置１３は、時計回りに回転させられ像担持体１１と接触する現像ローラ１３ａと、現像ローラ１３ａに対してトナー粒子をコートする供給ローラ１３ｂと、現像ローラ１３ａ上にコートされたトナー粒子の厚みを規制しつつ摩擦によりトナー粒子を負帯電させる弾性ブレード１３ｃと、プロセスカートリッジ内のトナー粒子を攪拌しつつ供給ローラに向けて移動させる攪拌部材１３ｄとを有している。また、画像形成装置本体にプロセスカートリッジ１が装着された状態において、現像ローラ１３ａに対して後述する電源から直流バイアスが印加可能に構成されている。具体的には、プロセスカートリッジ１側面に設けられた電気的接点と画像形成装置本体側の電気的接点とが接触する事で、装置本体側の電源から現像ローラ１３ａに直流バイアスが印加される。
また、未使用トナー格納部を兼ねる現像装置１３内には、図示せぬトナー粒子が格納されている。プロセスカートリッジ１の使用開始時には供給ローラ１３ｂを埋めるほどのトナー粒子が格納されているが、使用するに従ってトナー粒子は減少していく。現像装置１３の片側側面にはプリント基板上にエッチングまたは印刷された２つの電極アンテナ１３ｅ、１３ｆが設けられており、電極アンテナ１３ｅ、１３ｆ間の静電容量の値を用いて現像装置１３内の未使用トナー量を測定するように構成されている。電極アンテナ１３ｅ、１３ｆによる未使用トナー量測定の原理については後述する。
【００２５】
次に、かかるプロセスカートリッジの動作を説明する。
本例の画像形成装置は、複写機およびプリンタとして機能する事ができる画像形成装置である。複写機として機能する際にはスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する際には、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書込みデータに変換される。
画像形成に先駆けて、像担持体１１は表面の移動速度が所定の測度となるように図３の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ１２は像担持体１１に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ１２の芯金には帯電バイアス印加電源から−１０００Ｖの直流電圧が印加され、これにより像担持体１１の表面が約−４００Ｖに帯電させられる。
書込装置４（４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ）は、帯電させられた像担持体１１に対して書込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させる事で光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【００２６】
書込装置４によって像担持体１１上に形成された静電潜像は、現像装置１３によって１成分現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体１１上に可視化される。本例の現像装置１３は接触型の非磁性１成分現像方式によって像担持体１１上にトナー像を形成する。具体的には、現像ローラ１３ａを時計回りに回転させ、時計回りに回転する弾性体からなる供給ローラ１３ｂを現像ローラ１３ａと接触させる事で供給ローラ上のトナー粒子を現像ローラ１３ａ上にコートさせる。現像ローラ１３ａ上にコートされたトナー粒子は、弾性ブレード１３ｃによって厚みを規制されながら弾性ブレード１３ｃとの摩擦により負帯電させられ、その後現像ローラ１３ａの回転に従って像担持体１１との対向部に搬送させられる。
現像ローラ１３ａと像担持体１１との対向部においては、現像ローラ１３ａに対して電源から−３００Ｖの直流バイアスが印加される事で現像ローラ１３ａと像担持体１１との間に直流電界が形成され、負帯電させられたトナー粒子はこの直流電界によって像担持体１１上の画像部にのみ選択的に付着し、トナー像となる。
【００２７】
像担持体１１上に形成させられたトナー像が転写ローラ２と像担持体１１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５から転写材が搬送され、像担持体１１上のトナー像は転写ローラ２に印加された電圧により転写材へと転写される。転写されたトナー像は定着装置３によって転写材に定着され画像が出力される。
一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置１４によってクリーニングされ、クリーニング後の像担持体１１表面は次回の画像形成のために使用される。
【００２８】
（廃トナー量測定）
次に、廃トナー格納部１４ｂ内部に格納された廃トナーの量を逐次に測定するための現像剤量測定装置６について、図４を用いて説明する。以下、現像剤測定装置６により測定される現像剤量は廃トナー量を示す。
前述したように、クリーニング装置１４は像担持体１１の回転方向に対してカウンターで当接させられたクリーニングブレード１４ａと、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部１４ｂとを有し、廃トナー格納部１４ｂの片側側面にはプリント基板上にエッチングまたは印刷された２つの電極アンテナ１４ｃ、１４ｄが設けられている。本実施形態における電極アンテナ１４ｃは現像ローラ１３ａと導通させられており、現像ローラ１３ａと同電位となるように構成されている。
【００２９】
図４に示すように、電極アンテナ１４ｃは電極アンテナ１４ｄとコンデンサを形成していると考える事ができ、以下においては電極アンテナ１４ｃと電極アンテナ１４ｄとから構成されるコンデンサの静電容量をＣ１と記す。
現像ローラ１３ａに対して画像形成装置本体内の電源７から電圧Ｖ１が印加されると、電極アンテナ１４ｃも現像ローラ１３ａと同電位となり、このとき電極アンテナ１４ｃと対向する電極アンテナ１４ｄには所定の電荷が誘起される。誘起される電荷量Ｑは電極アンテナ１４ｃと電極アンテナ１４ｄとの間の電位差Ｖが一定であれば静電容量Ｃ１に比例する（Ｑ＝Ｃ１×Ｖの関係）。ここで、Ｃ１の値は電極アンテナ１４ｃと電極アンテナ１４ｄとの間にある物質の誘電率によって変化するが、トナー粒子と空気とでは誘電率が異なるために、廃トナー格納部１４ｂ内に存在する廃トナーが増加していくに従い誘電率は変化していく。すなわち、Ｃ１の値は廃トナー量と相関がある。
したがって、電極アンテナ１４ｄに誘起させられる電荷量Ｑを検出することで、静電容量Ｃ１を介して廃トナー量が検出できる事になる。
【００３０】
そこで、電極アンテナ１４ｄに誘起させられる電荷量Ｑを検出する機構について詳説する。
上述したように、本例の画像形成装置本体内には、現像ローラ１３ａおよび電極アンテナ１４ｃに対して電圧Ｖ１を印加するための電圧印加手段である電源７が存在する。Ｖ１印加時にはコンデンサＣ１の両端に所定の電圧が発生し、電流Ｉ１が発生する。電流Ｉ１は整流回路を介して検出回路６１に接続されており、Ｉ１から正の値を持つ部分のみを抽出した電流であるＩｓｅｒｃｈが検出回路６１に到達する。
一方、現像ローラ１３ａに印加されるＶ１は同時にリファレンス用コンデンサＣｒｅｆにも印加され、これによってＶ１印加時にはリファレンス用コンデンサＣｒｅｆの両端にも所定の電圧が発生し、電流Ｉ２が発生する。リファレンス用コンデンサＣｒｅｆは整流回路を介して検出回路６１に接続されており、Ｉ２から負の値を持つ部分のみを抽出した電流であるＩｒｅｆが検出回路６１に到達する。ここでリファレンス用コンデンサは、現像バイアス変動による検出精度悪化を防止するために設けられている。
検出回路６１は、ＩｓｅｒｃｈおよびＩｒｅｆから静電容量Ｃ１を求めて、これをテーブル変換することで廃トナー量を認識する。変換テーブルは各プロセスカートリッジ１および画像形成装置に特有のものであり、工場出荷時に画像形成装置本体に記憶されている。
【００３１】
ＩｓｅｒｃｈおよびＩｒｅｆから静電容量Ｃ１を求める詳細について以下説明する。従来技術（特許文献１、２）にも記載されているＡＣバイアスを印加する方式について図５（ａ）を用いて説明し、ＤＣ直流バイアスを印加する方式を図５（ｂ）を用いて説明する。なお、本例ではＤＣバイアスを印加して現像を行なっているので、専用の電源を設けることによる高コスト化防止のために図５（ｂ）を用いて説明する方式を使用するが、現像バイアスがＡＣバイアスである場合には図５（ａ）を用いて説明する方式を使用することが低コストの観点から好ましい。
【００３２】
図５（ａ）において、電圧Ｖ１としてＡＣバイアスを印加するので、Ｖ１は当然交流波となる。Ｖ１が変化するときにコンデンサに電荷が誘起されるため、電流Ｉ１はＶ１の立ち上がり時に正の値を取り、立ち下がり時に負の値をとって発生する。Ｉ１のうち正の値を有する部分だけが整流回路を通過するので、Ｉｓｅｒｃｈは図示のようになる。
ここで、ＡＣバイアスであるＶ１の周波数をｆ［Ｈｚ］、振幅をＶｐ［Ｖ］とすると、単位時間あたりに検出回路６１に到達するＩｓｅｒｃｈの積分値Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）は
Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＝ｆ×Ｖｐ×Ｃ１
となる。一方同様に、単位時間あたりに検出回路６１に到達するＩｒｅｆの積分値Ｉｒｅｆ（ＡＶ）は
Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）＝−ｆ×Ｖｐ×Ｃｒｅｆ
となる。検出回路６１にはＩｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆが到達するので、結局その単位時間あたりの積分値は以下のように求められる。
Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）＝ｆ×Ｖｐ×（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）・・・式（１）
従って、単位時間あたりに検出回路６１に到達する電流の積分値Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）を求めれば、式（１）からＣ１の値が求まることになる。Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）またはＣ１の値は本体側制御部（画像形成装置全体の動作を制御するコントローラの事）に送られ、テーブル変換によって廃トナー量が求められる。求められた廃トナー量はオペレーションパネルに表示されたり、ホストＰＣに送られて棒グラフ上のゲージとして表示されたりする。
【００３３】
図５（ｂ）では、ＡＣバイアスを印加する事なくＣ１を求める現像剤検出装置６について説明する。
本例の画像形成装置の制御部は、通常の現像バイアス印加モードとは別のモードとして間欠的に電源７をＯＮ／ＯＦＦさせる廃トナー量測定モードを備えており、例えば画像形成動作が一段落した時や、ユーザーの指示があったときや、前回測定時から起算して所定時間が経過または所定回数の画像形成動作が実施されたときや、電源投入時などにこのモードを実施する。廃トナー量測定モードが実施されると電源７が短い周期でＯＮ／ＯＦＦされ、その結果、図５（ｂ）に示すような電圧Ｖ１が発生する。Ｖ１が変化するときにコンデンサに電荷が誘起されるため、電流Ｉ１はＶ１の立ち上がり時に正の値を取り、立ち下がり時に負の値をとって発生する。Ｉ１のうち正の値を有する部分だけが整流回路を通過するので、Ｉｓｅｒｃｈは図示のようになる。
ここで、電源７をＯＮ／ＯＦＦする周波数をｆｏｎｏｆｆ［Ｈｚ］、ＯＮ時の電圧値をＶｄｃ［Ｖ］とし、電源ＯＦＦ時に電圧が充分低い値まで下がりきるとすると、単位時間あたりに検出回路６１に到達するＩｓｅｒｃｈの積分値Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）は
Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＝ｆｏｎｏｆｆ×Ｖｄｃ×Ｃ１
となる。一方同様に、単位時間あたりに検出回路６１に到達するＩｒｅｆの積分値Ｉｒｅｆ（ＡＶ）は
Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）＝−ｆｏｎｏｆｆ×Ｖｄｃ×Ｃｒｅｆ
となる。検出回路６１にはＩｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆが到達するので、結局その単位時間あたりの積分値は以下のように求められる。
Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）＝ｆｏｎｏｆｆ×Ｖｄｃ×（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）・・・式（２）
従って、ＡＣバイアス印加の場合と同様に、単位時間あたりに検出回路６１に到達する電流の積分値Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）を求めれば、式（２）からＣ１の値が求まることになる。Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）またはＣ１の値は本体側制御部に送られ、テーブル変換によって廃トナー量が求められる。求められた廃トナー量はオペレーションパネルに表示されたり、ホストＰＣに送られて棒グラフ上のゲージとして表示されたりする。
【００３４】
ここで、ＤＣ電源を間欠的にＯＮ／ＯＦＦして廃トナー量の検出を行なうとする場合には、ＡＣ電源を用いて廃トナー量の検出を行なう場合と異なり、画像形成動作中に廃トナー量の検出を実施しようとすると画像形成に不具合が生じるという特有の課題がある。
すなわち、ＡＣ電源を用いて廃トナー量の検出を行なう場合には、現像バイアス等自体が電圧値の変化を伴なうためにＩｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）は画像形成中に容易に得ることができる。しかしながら、ＤＣ電源を用いて廃トナー量の検出を行なう場合には、画像上の筋やトナー付着などが発生してしまう恐れがある。この理由を以下に記す。
【００３５】
ＤＣ電源を使用した場合、電圧値の立ち上がり性能は製品ごとに差があるが、現在は一般的に数百［Ｖ／μｓｅｃ］である。このため電圧の立ち上がり、立ち下がり時間だけでも数［μｓｅｃ］の時間が必要となる。一方、上述した測定方法では電流値を積分値として検出する事が電流検出の確実性、精度の面から好ましいが、電流ＩｓｅｒｃｈやＩｒｅｆは電源の立ち上がり時および立ち下がり時にしか流れないために、ある程度大きな電流値を得るためには単位時間あたりにできるだけ多くの回数、電源７をＯＮ／ＯＦＦする必要がある。立ち上がり、立ち下がり時間だけで例えば２［μｓｅｃ］の時間が必要であるとすると、最高でも１秒間に５万回しかＯＮ／ＯＦＦを行なう事はできない。現在の画像形成装置は高速化が進んでおり、１００［ｍｍ／ｓｅｃ］のスピードで像担持体１１表面が移動するものもある。このような画像形成装置で１秒間に５万回ＯＮ／ＯＦＦを行なうと、画像においては２［μｍ］の間隔で現像バイアスがＯＮ／ＯＦＦされることになる。この間隔はトナーの個数平均粒径の半分程度になるために個々のトナーへの影響は大きく、現像が不安定となって筋ムラ等が発生する恐れが生じるのである。
【００３６】
また、例えば像担持体１１が負帯電感光体の場合、画像部電位は必ずしも０［Ｖ］まで除電されているわけではなく−５０〜−１００［Ｖ］の残留電位が存在する場合があるので、現像中にＤＣ電源を立ち下げてしまう事で、像担持体１１の非画像部へのトナー付着を生じてしまう。ＡＣバイアスを印加する場合も非画像部にトナーを印加させるようなバイアスが発生する時間が存在するが、ＡＣバイアスの場合には電圧の振幅が大きいために、非画像部に付着したトナーが現像ニップ下流側で再び現像ローラ１３ａに移行しやすい。一方、ＤＣバイアスを間欠的に印加した場合にはＡＣバイアスの場合と比較して非画像部に付着したトナーを現像ローラ１３ａに引き戻す電界は弱く、トナー付着が深刻となる。
このため、画像上での筋ムラ発生を防止し、かつ非画像部へのトナー付着を防止するために、現像ローラ１３ａにＤＣバイアスを印加する廃トナー量測定モードを画像形成動作とは別のモードとして設けるか、あるいは画像形成中に測定を行なう場合には印加するバイアス等に工夫をする必要が生じる。
【００３７】
そこで本例では、現像ローラ１３ａにＤＣバイアスを印加する廃トナー量測定モードを画像形成動作とは別のモードとし、非画像形成中に廃トナー量測定を行なう事とする。例えば画像形成休止時に廃トナー量の測定を行なったり、モノクロ画像形成時にシアン、マゼンタ、イエローの廃トナー量の測定を行なう等である。この場合には、非画像形成時での現像バイアスの印加となるために、像担持体１１が帯電されていないとトナーが現像されてしまったり、あるいは像担持体１１が回転していないと像担持体１１上の１箇所に振動電圧が継続的に印加されることになってハザードを引き起こす事がある。
【００３８】
そこで、非画像形成中に廃トナー量測定を行なう場合、以下に示す事項のうちの１つ、あるいはこれらの事項の２つ以上を組み合わせた動作を実施する。
（１）廃トナー量測定時には、像担持体１１を回転させつつ帯電装置１２によって帯電させることによって、トナー粒子を像担持体１１上に移行させない電界を形成する。
（２）廃トナー量測定時には、現像ローラ１３ａを像担持体１１から離間させることによって、非接触とする。
（３）廃トナー量測定時には、現像ローラ１３ａと像担持体１１とを導通させる事によって、同電位とする。
（１）を実施する場合には、電源７によって間欠的な直流バイアスが印加される際には画像形成装置全体を制御するコントローラは像担持体１１を回転させるとともに帯電装置１２を作動させて像担持体１１表面を帯電させればよい。
【００３９】
（２）、（３）を実施する場合の１つの例として、（２）、（３）を同時に実施する場合を図６に示す。
図６（ａ）において、現像剤残量測定時にはカム部材Ｂが点線で示した位置から実線で示す位置に回転し、その結果プロセスカートリッジ１は回転中心Ａを中心として回転する。これによって現像ローラ１３ａは像担持体１１から離間する。プロセスカートリッジ１側面には、図６（ｂ）に示すように、像担持体１１基体と電気的に接続された接点Ｃと、現像ローラ１３ａと電気的に接続された導体部材Ｄとが設けられている。導体部材Ｄは、現像ローラ１３ａが像担持体１１から接触している場合にも離間している場合にも画像形成装置本体側の電気接点と接触するように構成されており、導体部材Ｄを通じて電源７より現像ローラ１３ａに電圧が印加される。
【００４０】
このような構成において、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間していない状態では、図６（ｂ）に示すように導体部材Ｄと接点Ｃとは非接触である。このため電源７からは現像ローラ１３ａにのみ電圧が印加される。一方、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間すると、図６（ｃ）に示すように導体部材Ｄと接点Ｃとが接触し、像担持体１１と現像ローラ１３ａとが同電位となる。
このような構成によって、現像剤残量測定時には現像ローラ１３ａと像担持体１１とが離間されるので、現像ローラ１３ａにバイアスを印加する事による像担持体１１表面へのハザードやトナー付着が防止できる。また更に、廃トナー量測定時には現像ローラ１３ａと像担持体１１とが同電位となるので、現像ローラ１３ａから像担持体１１へトナーが飛翔する事がなく、像担持体１１への予期せぬトナー付着を防止することができる。
なお、図６では（２）、（３）を同時実施することで作像要素へのハザードを効果的に低減しているが、もちろん（２）、（３）を個別に実施しても作像要素へのハザード低減効果はある。
【００４１】
以上、ＡＣバイアスを用いた場合、およびＤＣバイアスのみを用いた場合について廃トナー量を測定する構成を説明したが、本発明に使用する廃トナー量測定方法としては電極アンテナを使用する方法に限らない。例えば、現像ローラ１３ａ、帯電部材１２やクリーニング装置１４（静電クリーニングの場合）等の作像要素にバイアスを印加し、廃トナーを挟んでその作像要素と対向する金属板に誘起される電荷から静電容量を検出しても良い。なお、電極アンテナとしてはこの他にも、現像ローラ１３ａ等を一方の電極アンテナとし、現像装置１３等の内部に像担持体１１長手方向に伸びる金属片を設け、これを他方の電極アンテナとする方式（特許文献１のような方式）を用いても良い。
また、本発明は静電容量によって測定を行なう場合には限定されず、例えば廃トナー格納部１４ｂに対して側方から光を照射してこの光を逆側のセンサで検知し、検知された光量が少ない場合には廃トナー量が多い、などと検知しても良い。
さらに、本発明における廃トナー量測定手段は、各作像手段ごとに１つずつ設けられているが、電極アンテナなどを用いる場合はその全部または一部が作像手段と一体に構成されていても良いし、ピクセルカウント方式や光透過方式の場合は作像手段と別体に構成されていても良い。
【００４２】
（未使用トナー量測定）
次に、現像装置１３内部の未使用トナー量を測定するための機構について以下説明する。
前述したように、現像装置１３の片側側面にはプリント基板上にエッチングまたは印刷された２つの電極アンテナ１３ｅ、１３ｆが設けられている。本例における電極アンテナ１３ｅは現像ローラ１３ａと導通させられており、現像ローラ１３ａと同電位となるように構成されている。
本例において現像装置１３内部の未使用トナー量を測定する原理は、クリーニング装置１４内の廃トナー量を測定する原理と全く同じである。現像装置１３内部の未使用トナー量を測定するための検出回路６２と現像装置１３に設けられた電極アンテナ１３ｅ、１３ｆとの関係を図７に示すが、電極アンテナ１４ｃを電極アンテナ１３ｅに、電極アンテナ１４ｄを電極アンテナ１３ｆに置き換えれば、図３を用いて説明したクリーニング装置１４内の廃トナー量を測定する機構と全く同様に未使用トナー量を測定することができる。
このとき、電極アンテナ１４ｃと電極アンテナ１３ｅの電位は同電位であるので、検出回路６１と６２とでＩｒｅｆの値を共有しても良い。その場合、検出回路６１、６２の各々に流れ込むＩｒｅｆが不安定となるので、検出回路６１、６２ではＩｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）を直接電流値として検知するのではなく、Ｉｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）及びＩｒｅｆ（ｓｕｍ）の各値をまず検知し、この値を用いてＩｓｅｒｃｈ（ｓｕｍ）＋Ｉｒｅｆ（ｓｕｍ）を計算によって求めると良い。
【００４３】
また、本例においては検出回路６１、６２は各色ごとに設けられているが、回路数低減の観点から、検出回路６１、６２を各１つのみ設けて６１Ｃ、６１Ｍ、６１Ｙ、６１Ｋ、および６２Ｃ、６２Ｍ、６２Ｙ、６２Ｋとし、色ごとの廃トナー量又は未使用トナー量の測定は測定時間をずらして実施するようにしても良い。この場合、測定された廃トナー量等の値は時間的にずれを生じた測定値となるが、測定対象の切り替えを適正に実施すれば以下に説明する廃トナー量制御に支障をきたすほどの誤差とはならない。
【００４４】
（廃トナー量制御）
次に、本発明の主要部である廃トナー量制御について説明する。
廃トナー量制御は、各廃トナー格納部１４ｂに格納するトナー粒子の比率を決定する回収比率決定手段により実施する。回収比率決定手段とは、画像形成装置本体に設けられたコントローラ内に存在する廃トナー量制御部７である。廃トナー量制御部７は、転写材搬送ベルト２のクリーニングモードにおいて、各プロセスカートリッジのうちのどれに廃トナーを回収するかを決定して転写バイアスを制御する機能を果たす。ここで転写材搬送ベルト２のクリーニングモードの実行はコントローラからの指令によって開始されるが、本例では、
・前回のクリーニングモード終了後から所定枚数の画像形成動作後に実行される定期的クリーニング
・転写材搬送ベルト２にトナーパターンを形成して色ずれ、トナー濃度調整を実行した後に必ず実行されるトナーパターン除去クリーニング
の２つのタイミングでクリーニングを実行するものとする。
【００４５】
廃トナー量制御部７の具体的構成を図８を用いて以下に説明する。
廃トナー量制御部７は、ＣＭＹＫ各色の廃トナー量をそれぞれ取得するＣ色廃トナー量取得部７１ｃ、Ｍ色廃トナー量取得部７１ｍ、Ｙ色廃トナー量取得部７１ｙ、Ｋ色廃トナー量取得部７１ｋと、ＣＭＹＫ各色の未使用トナー量をそれぞれ取得するＣ色未使用トナー量取得部７２ｃ、Ｍ色未使用トナー量取得部７２ｍ、Ｙ色未使用トナー量取得部７２ｙ、Ｋ色未使用トナー量取得部７２ｋと、分析部７３とから構成される。ここでＣＭＹＫ各色の廃トナー量は、検出回路６１Ｃ、６１Ｍ、６１Ｙ、６１Ｋからの出力に基づいて本体側制御部で算出される値である。またＣＭＹＫ各色の未使用トナー量は検出回路６２Ｃ、６２Ｍ、６２Ｙ、６２Ｋからの出力に基づいて本体側制御部で算出される値である。
【００４６】
分析部７３はＣＭＹＫ各色の廃トナー量及び未使用トナー量から各色プロセスカートリッジ１に格納すべき廃トナー量を算出し、この算出結果に従い転写材搬送ベルト２上のトナー粒子が適切なプロセスカートリッジ１に格納されるように転写バイアスを制御する。この算出アルゴリズムを含め、クリーニングモードを実行するためのフローチャートを図９に示す。
図９において、転写材搬送ベルト２のクリーニングモードがスタートすると（Ｓ７０１）、コントローラは各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ（以下、図では「ＰＣ」と略記する）において現像ローラ１３ａを像担持体１１から離間させる（Ｓ７０２）。この離間については図６で説明したが、これによって間欠的なＤＣバイアス印加時の像担持体１１へのトナー付着を防止し、また転写材搬送ベルト２から回収された廃トナーがクリーニングブレード１４ａをすり抜けたとしてもかかるトナーが現像装置１３に混入する事を防止することができる。
次いで各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ内の廃トナー量がＣ色廃トナー量取得部７１ｃ、Ｍ色廃トナー量取得部７１ｍ、Ｙ色廃トナー量取得部７１ｙ、Ｋ色廃トナー量取得部７１ｋによって取得され、またＣＭＹＫ各色の未使用トナー量がＣ色未使用トナー量取得部７２ｃ、Ｍ色未使用トナー量取得部７２ｍ、Ｙ色未使用トナー量取得部７２ｙ、Ｋ色未使用トナー量取得部７２ｋによって取得されて、分析部７３に送られる（Ｓ７０３）。
【００４７】
分析部７３では、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋの廃トナー量を所定のしきい値と比較する事により、廃トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１の数ｍを取得する（Ｓ７０４）。この処理は、廃トナー量が所定以上であるプロセスカートリッジ１に廃トナーを格納させると廃トナーがあふれてしまう事を考慮し、そのようなプロセスカートリッジ１には転写材搬送ベルト２上の廃トナーを格納させないという思想に基づく処理である。このため次工程で廃トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１の数ｍが０かどうかを判定し（Ｓ７０５）、ｍ＝０であれば転写材搬送ベルト２上の廃トナーを格納させるためのプロセスカートリッジ１が存在しないので「プロセスカートリッジを交換してください」などのエラーメッセージを表示させて（７Ｓ０７）処理を終了する（Ｓ７０８）。
【００４８】
一方、ｍが０ではない場合（Ｓ７０６）には、廃トナー量が所定値以下であり、かつ、未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１の数ｋを取得する。具体的には、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋを対象に以下の処理を行なう。
（１）廃トナー量を所定のしきい値と比較し、廃トナー量がしきい値以下である場合には第一のフラグを１とし、廃トナー量がしきい値より大きい場合には第一のフラグを０とする。
（２）未使用トナー量を所定のしきい値と比較し、未使用トナー量がしきい値以下である場合には第二のフラグを１とし、しきい値より大きい場合には第二のフラグを０とする。
（３）第一のフラグと第二のフラグの論理積を演算し、この結果が１ならばそのプロセスカートリッジは廃トナー量が所定値以下であり、かつ、未使用トナー量が所定値以下であると判断する。
Ｓ７０６の処理を行なう理由は以下の通りである。すなわち転写材搬送ベルト２上の廃トナーを格納可能なプロセスカートリッジ１（＝廃トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ）のうちでも、未使用トナー量が所定値以下のプロセスカートリッジ１は交換が近い事が予想される。かかるプロセスカートリッジ１に対して積極的に廃トナーを格納させることは、他のプロセスカートリッジ１への負担軽減の観点から好ましい。
【００４９】
従って、Ｓ７０９では廃トナー量が所定値以下であり、かつ未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１が存在しないか否かを判定し、ｋ＝０すなわちそのようなプロセスカートリッジ１が存在しない場合には、廃トナー量が所定値以下である全てのプロセスカートリッジ１を「廃トナー格納対象ＰＣ」とし（Ｓ７１０）、ｋが０でない場合には、廃トナー量が所定値以下であり、かつ未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１のみを「廃トナー格納対象ＰＣ」とする（Ｓ７１１）。ここで「廃トナー格納対象ＰＣ」とは、転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収させるプロセスカートリッジ１の事である。いずれの場合も、分析部７３は全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」の数ｎと、各「廃トナー格納対象ＰＣ」を特定するためのＩＤであるｊを取得する。本例ではｊとしてプロセスカートリッジ１に番号を付ける。この番号は、吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２とが接触する位置を最上流とした時、転写材搬送ベルト２の移動方向上流側から下流側にカウントアップする番号である。例えば「廃トナー格納対象ＰＣ」が１Ｍおよび１Ｋであれば、ｎ＝２であり、１ＭのＩＤは１、１ＫのＩＤは２である。
【００５０】
次いで、各「廃トナー格納対象ＰＣ」に対して転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を均等に回収させる。すなわち、Ｓ７１２では各「廃トナー格納対象ＰＣ」について、吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２との接触位置と、像担持体１１と転写材搬送ベルト２との接触位置との距離Ｘｊ（ｊ＝１〜ｎ）を取得する。Ｓ７１３では像担持体１１、転写材搬送ベルト２を駆動させる。
Ｓ７１４では転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収させるに先立って吸着ローラ２ａにバイアスを印加する。このバイアスは本例では＋７００Ｖとするが、吸着ローラ２ａと対向する転写材搬送ベルト２の従動ローラがアースされているので、吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２との間で放電が発生する事になる。この放電によって転写材搬送ベルト２上のトナー粒子が帯電させられる。すなわちトナー帯電の観点からは、吸着ローラ２ａに印加するバイアスは放電開始電圧以上であれば良い。
【００５１】
Ｓ７１５ではｊ＝０が設定され、Ｓ７１６ではｊがインクリメントされる。
ついで分析部７３はＳ７１７に示すアルゴリズムに従って、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋに対向する転写ローラ２ｂｃ、２ｂｍ、２ｂｙ、２ｂｋに電圧を印加するようにコントローラに指令を出す。Ｓ７１５において、Ｌｂｅｌｔは転写材搬送ベルト２の周長であり、Ｖｂｅｌｔは転写材搬送ベルト２の周速であり、Ｔ＝Ｌｂｅｌｔ／Ｖｂｅｌｔである。
ｔ＝Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔという時刻は、ｔ＝０において吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２とが接触していた接点がｊ番目のプロセスカートリッジと転写材搬送ベルト２との接点に至る時刻である。Ｔ／ｎという時間間隔は、転写材搬送ベルト２の一つの部分領域のすべてにｊ番目のプロセスカートリッジが接触するために必要な時間である。ここで部分領域とは、転写材搬送ベルト２をｎ個の領域に分割した場合の一つの領域である。従って時刻Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔから時刻Ｔ／ｎ＋Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔの間に、ｔ＝０において吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２とが接触していた接点を先頭とする１つの部分領域のすべてが、ｊ番目のプロセスカートリッジと接触することとなる。
【００５２】
このため、この時間においてｊ番目のプロセスカートリッジに転写材搬送ベルト２上からトナー粒子を回収する転写バイアスを印加し、かつｊ番目以外のプロセスカートリッジ１にｊ番目のプロセスカートリッジ１とは逆極性の転写バイアスを印加すると、転写材搬送ベルト２上からトナー粒子はもっぱらｊ番目のプロセスカートリッジ１に回収され、それ以外のプロセスカートリッジ１には回収されない。なお本例においては、吸着ローラ２ａによってトナー粒子がプラス帯電しているので、「転写材搬送ベルト上からトナー粒子を回収する転写バイアスを印加する」とは具体的には、ｊ番目のプロセスカートリッジ１と対向する転写ローラ２にプラスの電圧（本例では＋１０００Ｖ）を印加することを意味する。また「ｊ番目以外のプロセスカートリッジ１にはｊ番目のプロセスカートリッジ１と逆極性の転写バイアスを印加する」とは、ｊ番目以外のプロセスカートリッジ１にマイナスの電圧（本例では−３００Ｖ）を印加することを意味する。
Ｓ７１８では、全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」でＳ７１７に示す処理が実行されたかがチェックされ、Ｙｅｓならクリーニングモードを終了し、Ｎｏなら再びＳ７１６に戻って処理を繰り返す。このように処理する事により、全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」でＳ７１７に示す処理が実行されれば、転写材搬送ベルト２上の全領域に存在したトナー粒子が回収される事となる。
【００５３】
以上のように、本例では各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋに格納されている廃トナー量を検知しつつ転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を適切なプロセスカートリッジ１に回収するため、特定のプロセスカートリッジ１に廃トナーが集中してトナーがあふれる事を防止することが出来る。また、廃トナー量が所定値以上のプロセスカートリッジ１には転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収させないように制御しているので、未使用トナーがまだ存在するにも関わらず廃トナーが満杯に近くなった場合でも、廃トナーがあふれる事を心配せずに未使用トナーを使い続けることが出来る。さらに、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ内の未使用トナー量を測定し、未使用トナーが少ないプロセスカートリッジ１には集中的に廃トナーを格納させるように制御したので、交換時期が近いプロセスカートリッジ１に廃トナーを集中的に回収させる事が出来、廃トナー満杯により交換時期が早まるという問題から他のプロセスカートリッジ１を守る事が出来る。
また本例では、転写材搬送ベルトのクリーニングモード実行時に現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間しているので、クリーニング不良が発生したとしても像担持体１１上のトナー粒子が現像装置１３に移行することがなく、混色を効果的に防止できる。さらに、クリーニングモード実行に先立って転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を吸着ローラにより帯電させているので、クリーニング効率を向上させることが出来る。
【００５４】
なお、Ｓ７０５においてｍ＝０であった場合の処理としては、エラーメッセージを表示させる他、単にクリーニングモードを実行しないようにしても良い。すなわち、Ｓ７０４における「所定値」とは転写材搬送ベルト上のトナーパターンを回収できるだけの余地が廃トナー格納部にあるか否かの判断に用いるしきい値であり、トナーパターンを回収する際に増加する廃トナーの量は通常の画像形成において発生する転写残トナー量よりも多いことを考慮すると、この「所定値」を廃トナー格納部が満杯になったか否かを判断するための限界値と区別しても良い。従って、全てのプロセスカートリッジ１において廃トナー量がＳ７０４における「所定値」を越えていたとしても、廃トナー量が「廃トナー格納部が満杯になったか否かを判断するための限界値」を超えるまでは、通常の画像形成を継続させるとともにクリーニングモードを実行させないように制御する事も出来る。
そのようにすれば、色ずれ補正処理などは実行を制限される事となるが、廃トナーが満杯になるまでプロセスカートリッジ１を使用できる利点がある。
なお本発明は、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラ−画像形成装置にも適用可能である事はいうまでもない。
【００５５】
［実施の形態２］
実施の形態１は、未使用トナー量または廃トナー量が所定のしきい値以上または以下かという観点から、未使用トナー量の測定および廃トナー量の測定を行なうものである。これは、プロセスカートリッジ１の使用が終極段階に近づいているか否かという２者択一の関係のみを測定するものである。
しかし電極アンテナによる測定では、未使用トナー量の初期の段階を１００％としたとき何％消費されたか、あるいは廃トナー量の満杯状態を１００％としたときに現在の廃トナー量が何％であるかといった逐次測定が可能である。従って本実施形態では、未使用トナーの使用率および廃トナーの蓄積率をチェックし、未使用トナーの使用率と廃トナーの蓄積率とがバランスを取るように制御を行なう。その処理の詳細を以下に示す。
【００５６】
実施の形態２は、クリーニングモードの実行フローチャートが異なる以外は実施の形態１と同じである。そこで図１０に従い、フローチャートのみを説明する。
図１０において、転写材搬送ベルト２のクリーニングモードがスタートすると（Ｓ７３０）、コントローラは各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋにおいて現像ローラ１３ａを像担持体１１から離間させる（Ｓ７３１）。
次いで、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ内の廃トナー量がＣ色廃トナー量取得部７１ｃ、Ｍ色廃トナー量取得部７１ｍ、Ｙ色廃トナー量取得部７１ｙ、Ｋ色廃トナー量取得部７１ｋによって取得され、またＣＭＹＫ各色の未使用トナー量がＣ色未使用トナー量取得部７２ｃ、Ｍ色未使用トナー量取得部７２ｍ、Ｙ色未使用トナー量取得部７２ｙ、Ｋ色未使用トナー量取得部７２ｋによって取得されて、分析部７３に送られる（Ｓ７３２）。
【００５７】
分析部７３では、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋの廃トナー量を所定のしきい値と比較する事により、未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１の数ｋを取得する（Ｓ７３３）。具体的には、各プロセスカートリッジを対象に未使用トナー量を所定のしきい値と比較し、未使用トナー量がしきい値以下である場合には未使用トナー量が所定値以下であると判断する。
Ｓ７３３の処理を行なう理由は以下の通りである。すなわち各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋのうちでも、未使用トナー量が所定値以下のプロセスカートリッジ１は交換が近い事が予想される。かかるプロセスカートリッジ１に対して積極的に廃トナーを格納させることは、他のプロセスカートリッジ１への負担軽減の観点から好ましい。
【００５８】
従って、Ｓ７３４では未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１が存在しないか否かを判定し、ｋ＝０すなわちそのようなプロセスカートリッジ１が存在しない場合には全てのプロセスカートリッジ１を「廃トナー格納対象ＰＣ」とし（Ｓ７３５）、ｋが０でない場合には未使用トナー量が所定値以下であるプロセスカートリッジ１のみを「廃トナー格納対象ＰＣ」とする（Ｓ７３６）。いずれの場合も、分析部７３は全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」の数ｎと、各「廃トナー格納対象ＰＣ」を特定するためのＩＤであるｊを取得する。
Ｓ７３７では各「廃トナー格納対象ＰＣ」について、吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２ベルトとの接触位置と、感光体と転写材搬送ベルト２との接触位置との距離Ｘｊ（ｊ＝１〜ｎ）を取得する。
【００５９】
Ｓ７３８はＳ７４３と対をなした本実施形態の特徴部分であり、各「廃トナー格納対象ＰＣ」について、Ｕｊという値を取得する。ここでＵｊとはｊ番目のプロセスカートリッジにおける以下の値Ｕを意味する。
Ｕ＝（未使用トナーの使用率−廃トナーの蓄積率＋１００）／２
未使用トナーの使用率とは、初期状態の未使用トナーを１００％としたとき、現在までに未使用トナーを何％使用したかを示す値である。例えば画像形成によってトナーの３割を消費した場合には、未使用トナーの使用率＝３０％となる。
なお、初期の未使用トナー量が電極アンテナ１３ｅ、１３ｆを埋め尽くすほどの量であった場合には、所定量のトナー粒子が消費されるまでは未使用トナー量の減少を測定できないため、未使用トナーの使用率は０％を保ち続ける事になる。
廃トナーの蓄積率とは、廃トナーが満杯の状態における廃トナー量（この値はあらかじめ決められている）を１００％としたとき、現在までに何％の廃トナーが蓄積されたかを示す値である。例えば１００ｇの廃トナーが蓄積された状態を満杯と定義するプロセスカートリッジにおいては、４０ｇの廃トナーが蓄積された状態は廃トナーの蓄積率＝４０％である。
【００６０】
ここで、未使用トナーの使用率と廃トナーの蓄積率とのバランスが取れている事が望ましい。（理想的には未使用トナーの使用率が１００％になると同時に廃トナーの蓄積率も１００％になることがスペース的な無駄がなく望ましいが、廃トナーの発生量はトナーパターンを何回形成するかなどにより異なるので、一般的に未使用トナーの使用率が１００％になると同時に廃トナーの蓄積率も１００％になる可能性は低いと考えられる。）そこで本例では、後述する処理によりＵｊを用いて未使用トナーの使用率と廃トナーの蓄積率とのバランスをとるように制御を行なう。
Ｕｊを計算した後、Ｓ７３９で像担持体１１、転写材搬送ベルト２を駆動させる。Ｓ７４０では転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収させるに先立って、吸着ローラ２ａに実施形態１と同様なバイアスを印加する。
【００６１】
Ｓ７４１ではｊ＝０が設定され、Ｓ７４２ではｊがインクリメントされる。
ついで分析部７３はＳ７４３に示すアルゴリズムに従って、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋに対向する転写ローラ２ｂｃ、２ｂｍ、２ｂｙ、２ｂｋに電圧を印加するようにコントローラに指令を出す。すなわち、ｔ＝Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔ〜Ｔ×Ｕｊ／ＳＵＭ（Ｕｊ）＋Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔではｊ番目のプロセスカートリッジに転写材搬送ベルト２上からトナー粒子を回収する転写バイアスを印加し、かつｊ番目以外のプロセスカートリッジ１にｊ番目のプロセスカートリッジ１とは逆極性の転写バイアスを印加する。
ｔ＝Ｘｊ／Ｖｂｅｌｔという時刻は、ｔ＝０において吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２とが接触していた接点がｊ番目のプロセスカートリッジ１と転写材搬送ベルト２との接点に至る時刻である。Ｔ×Ｕｊ／ＳＵＭ（Ｕｊ）という時間間隔は、ｊ番目のプロセスカートリッジ１が転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収する時間である。ここでＳＵＭ（Ｕｊ）とは、ｎ個のプロセスカートリッジ１についてＵｊの和をとったものであり、例えば４つのプロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋのすべてでトナー粒子の回収を行なう場合にはＳＵＭ（Ｕｊ）＝Ｕ１＋Ｕ２＋Ｕ３＋Ｕ４である。従ってＵｊ／ＳＵＭ（Ｕｊ）はｊ番目のプロセスカートリッジ１をＵで重み付けをした比率である。
【００６２】
上述したようにＵ＝（未使用トナーの使用率−廃トナーの蓄積率＋１００）／２で、この値は未使用トナーの使用率が高いほど、また廃トナーの蓄積率が低いほど大きくなる値である。換言すれば、Ｕが大きな値を持つプロセスカートリッジ１ほど、未使用トナーが消費されているのに廃トナーが蓄積されていない傾向にある。すなわち、かかるプロセスカートリッジ１は、廃トナーを格納する余地が充分あるにも関わらず未使用トナーが消費されて交換に至る可能性が比較的高いプロセスカートリッジ１である。従って、他のプロセスカートリッジ１と比較して多量の廃トナーを格納させる事が望ましい。かかる観点からＳ７４３では、Ｕｊ／ＳＵＭ（Ｕｊ）という重み付けを用いて、Ｕｊの値が大きなプロセスカートリッジではトナー粒子を回収させる時間が相対的に長くなるように制御を行なっている。
本実施形態ではこのような処理を行なう事により、未使用トナーの使用率と廃トナーの格納率とのバランスをとることが出来、廃トナー量の制御をより緻密に行なう事が出来る。
なお、転写バイアスの値については実施の形態１と同様である。
【００６３】
Ｓ７４４では全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」でＳ７４３に示す処理が実行されたかがチェックされ、Ｙｅｓならクリーニングモードを終了し、Ｎｏなら再びＳ７４２に戻って処理を繰り返す。このように処理する事により、全ての「廃トナー格納対象ＰＣ」でＳ７４３に示す処理が実行されれば、転写材搬送ベルト２上の全領域に存在したトナー粒子が回収される事となる。
したがって、本実施形態によれば、未使用トナー量と廃トナー量とのバランスが保たれるように制御を行なうので、実施の形態１に比較して廃トナー量の制御をより緻密に行なう事が出来る。
【００６４】
［実施の形態３］
実施の形態３では、実施の形態２と比べ、クリーニングモード実行時にＵｊで重み付けしたプロセスカートリッジ１のうちからＵｊが最大の値をとるもののみにトナー粒子を回収させる。すなわち実施の形態３は、クリーニングモードの実行フローチャートが異なる以外は実施の形態２と同じである。そこで図１１に従い、フローチャートのみを説明する。
図１１において、転写材搬送ベルト２のクリーニングモードがスタートすると（Ｓ７６０）、コントローラは各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋにおいて現像ローラ１３ａを像担持体１１から離間させる（Ｓ７６１）。
次いで、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ内の廃トナー量がＣ色廃トナー量取得部７１ｃ、Ｍ色廃トナー量取得部７１ｍ、Ｙ色廃トナー量取得部７１ｙ、Ｋ色廃トナー量取得部７１ｋによって取得され、またＣＭＹＫ各色の未使用トナー量がＣ色未使用トナー量取得部７２ｃ、Ｍ色未使用トナー量取得部７２ｍ、Ｙ色未使用トナー量取得部７２ｙ、Ｋ色未使用トナー量取得部７２ｋによって取得され分析部７３に送られる（Ｓ７６２）。
【００６５】
Ｓ７６３では実施の形態２と同様に、以下に定義されるＵｊを取得する。
Ｕ＝（未使用トナーの使用率−廃トナーの蓄積率＋１００）／２
未使用トナーの使用率、および廃トナーの蓄積率の定義は、実施の形態２と同様である。
Ｓ７６４ではＵｊの値が最大であるプロセスカートリッジを「廃トナー格納対象ＰＣ」とし、ＩＤであるｊを取得する。Ｕｊの値が最大のものが複数あれば、いずれか一つを選択する。すなわち本例ではクリーニングモードにおいて廃トナーを回収するプロセスカートリッジ１はただ一つとする。ここでＵｊの値が最大のものが複数あるときにいずれか一つを選択する方法としては、色順に優先順位をあらかじめ設定しておくなど種々の方法をとりうる。
【００６６】
Ｓ７６５では選択されたただ１つの「廃トナー格納対象ＰＣ」について、「廃トナー格納対象ＰＣ」に含まれる像担持体と転写材搬送ベルト２との接触位置と、吸着ローラ２ａと転写材搬送ベルト２ベルトとの接触位置との２点間の距離Ｘｊを取得する。
その後、Ｓ７６６で像担持体１１、転写材搬送ベルト２を駆動させる。Ｓ７６７では転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を回収させるに先立って、吸着ローラ２ａに実施の形態１、２と同様なバイアスを印加する。
【００６７】
分析部７３はＳ７６８に示すアルゴリズムに従って、各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋに対向する転写ローラ２ｂｃ、２ｂｍ、２ｂｙ、２ｂｋに電圧を印加するようにコントローラに指令を出す。すなわち、「廃トナー格納対象ＰＣ」であるｊ番目のプロセスカートリッジ１に転写材搬送ベルト２上からトナー粒子を回収する転写バイアスを印加し、かつｊ番目以外のプロセスカートリッジ１にｊ番目のプロセスカートリッジ１とは逆極性の転写バイアスを印加する。このバイアスは、転写材搬送ベルト２が１周する時間以上印加する事が望ましい。印加時間は適宜定めればよく、例えば転写材搬送ベルト２が２周する間、印加を続けても良い。なお、転写バイアスの値については実施の形態１と同様である。
【００６８】
Ｓ７６８において所定時間、転写バイアスを印加させると、クリーニングモードは終了する（Ｓ７６９）。
本実施形態ではこのような処理を行なう事により、未使用トナーの使用率と廃トナーの格納率とのバランスが最も悪いプロセスカートリッジ１に対してのみトナー粒子を回収させる。この結果特定のプロセスカートリッジ１にのみ転写材搬送ベルト２上の廃トナーが格納されていく事になるが、トナー粒子を格納するに従ってその特定のプロセスカートリッジ１では値Ｕｊが低下していく事になるので、ある時点でＵｊが最大であるプロセスカートリッジ１が切り替わる可能性が高く、その切り替わりを繰り返す事により各プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋに均等に廃トナーが格納されていく事になる。
したがって、本実施形態によれば、簡易なアルゴリズムによって廃トナー量の制御をより緻密に行なう事が出来る。
【００６９】
［実施の形態４］
実施の形態４では、実施の形態１〜３に比べ、現像装置１３の外部から未使用トナー粒子を供給する事が可能であり、かつ、クリーニング装置１４の外部へ廃トナー粒子を排出する事が可能である点が異なる。
具体的には、本実施形態の画像形成装置は図１２に示すように、プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋにそれぞれ対応するトナー廃トナーカートリッジ１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙ、１０２Ｋが画像形成装置本体に対して脱着可能に設けられている。ここでトナー廃トナーカートリッジ１０２とは、現像装置１３に未使用トナーを供給するための未使用トナー格納部と、クリーニング装置１４から廃トナーを排出される廃トナー格納部とが一体に構成されたものである。
図１３に示すように、プロセスカートリッジ１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋの構造は実施の形態１とほぼ等しいが、現像装置１３の側面に未使用トナーを搬入するための搬入パイプ１３ｘが存在する点、及び、クリーニング装置１４の側面に廃トナーを排出するための排出パイプ１４ｘが存在する点が異なっている。
トナー廃トナーカートリッジ１０２は、未使用トナー粒子を格納するための未使用トナー格納部１０２２と、廃トナー粒子を格納するための廃トナー格納部１０２１とが一体に構成されている。
【００７０】
次に、プロセスカートリッジ１とトナー廃トナーカートリッジ１０２との結合について説明する。
まず、プロセスカートリッジ１またはトナー廃トナーカートリッジ１０２の装着時には、図１３（ａ）に示すように両者がやや離間した位置に挿入され、その後カム部材１０３によってトナー廃トナーカートリッジ１０２がプロセスカートリッジ１に向けて押圧させられることで、図１３（ｂ）の状態で結合する。このとき、未使用トナー格納部１０２２に設けられたゴムなどからなる弁を開放しつつ搬入パイプ１３ｘが進入し、また廃トナー格納部１０２１に設けられたゴムなどからなる弁を開放しつつ排出パイプ１４ｘが進入する事で未使用トナーや廃トナーの移動が可能となる。
プロセスカートリッジ１またはトナー廃トナーカートリッジ１０２の取外し時には、カム部材１０３が回転することで図１３（ｂ）から図１３（ａ）の状態に移行し、プロセスカートリッジ１またはトナー廃トナーカートリッジ１０２が取外し可能となる。
【００７１】
このように構成することで、トナー廃トナーカートリッジ１０２とプロセスカートリッジ１とを別々に交換でき、また、トナー廃トナーカートリッジ１０２の交換により未使用トナー粒子の供給及び廃トナー粒子の画像形成装置外への排出が可能となる。したがって、作像要素の寿命と、未使用トナー粒子の格納限界または廃トナー粒子の蓄積限界とが対応していない場合でも、一方のみを交換するだけで済み、環境負荷を低減させることができる。また、トナー廃トナーカートリッジ１０２の交換を行なうことで、新たなトナーの供給と廃トナーの供給とが一度で済ませられるため、交換部品低減によるユーザーアプライアンスの向上が達成できる。さらに本実施形態では、転写材搬送ベルト２上のトナー粒子もトナー廃トナーカートリッジ１０２に回収されるために、トナー廃トナーカートリッジ１０２の交換のみで転写材搬送ベルト２上の廃トナーの回収も達成でき、ユーザーアプライアンス性が良い。
【００７２】
また、トナー廃トナーカートリッジ１０２には、未使用トナーの量を測定するための電極アンテナ１０２２ｂ、および廃トナーの量を測定するための電極アンテナ１０２１ｂが設けられている。これらの電極アンテナ１０２２ｂ、１０２１ｂは、画像形成装置本体側の接点を通じて専用の電源と接続されており、実施の形態１で説明した電極アンテナ１３ｅ、１３ｆ、１４ｃ、１４ｄと同様の原理によって静電容量値を測定してトナー量に換算する。
廃トナー量の制御方法としては、各トナー廃トナーカートリッジ１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙ、１０２Ｋにおいて、実施の形態１〜３のいずれかで説明したフローチャートに従い廃トナー量の制御を行なう。
したがって本実施形態では、各トナー廃トナーカートリッジ１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙ、１０２Ｋに格納されている廃トナー量を検知しつつ、転写材搬送ベルト２上のトナー粒子を適切なトナー廃トナーカートリッジ１０２に回収するため、特定のトナー廃トナーカートリッジ１０２に廃トナーが集中してトナーがあふれる事を防止することが出来る。またその他、各実施の形態に記載された効果と同様な効果を、トナー廃トナーカートリッジ１０２に関して得ることが出来る。
【００７３】
［変形例１］
変形例１として、各実施の形態において、未使用トナー量の測定を電極アンテナを用いて行なう代わりにピクセルカウント方式で行なうことも可能である。
ピクセルカウント方式とは、画像形成した画像のピクセルの数を加算して記憶手段に記憶させ、この加算値を参照することで現在までに消費したトナー量、ひいては未使用トナーの使用率を予測する方式である。トナーカートリッジの予期せぬ交換があることを考えると、ピクセルカウントの値は各トナーカートリッジと一体にされたメモリに記憶させる事が望ましい。
【００７４】
［変形例２］
変形例２として、各実施の形態において、未使用トナー量または廃トナー量の測定を電極アンテナを用いて行なう代わりに光透過方式で行なうことも可能である。
光透過方式とは、廃トナー格納部または未使用トナー格納部に設けた光透過路に光を入射させ、その透過光を検知する事で現像剤の量を測定する方法である。
未使用トナー量あるいは廃トナー量が所定のしきい値以上あるいは以下であることのみを検知する場合には透過光が検出されるか否かのみを判断すればよい。一方未使用トナーの使用率や廃トナーの蓄積率を測定する場合には、比較的スポットの大きな光を入射させて透過光を受光し、受光面積を未使用トナーの使用率や廃トナーの蓄積率に換算すればよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、廃トナー量を検知しつつ転写体上のトナー粒子を適切な廃トナー格納部に回収するため、特定の廃トナー格納部に廃トナーが集中してトナーがあふれる事を防止した画像形成装置及びカートリッジを提供することが出来る。
また、未使用トナー量も検知し、未使用トナー量と廃トナー量とに基づいて回収比率を決定することで、ユーザーおよび環境に配慮した画像形成装置及びカートリッジを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１において、転写材搬送ベルトを退避させてプロセスカートリッジを着脱させる様子を示す図である。
【図３】プロセスカートリッジを説明するための概略構成図である。
【図４】廃トナー量の測定方法を説明するためのブロック図である。
【図５】静電容量の検出方方法を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）ＡＣバイアスを印加したとき、（ｂ）ＤＣバイアスを印加したときを示す。
【図６】廃トナー量測定を行なうときのプロセスカートリッジを示す図であり、（ａ）側面断面図、（ｂ）像担持体と現像ローラが接しているときの外観図、（ｃ）像担持体と現像ローラが離間しているときの外観図である。
【図７】未使用トナー量の測定方法を説明するためのブロック図である。
【図８】廃トナー制御部の構成を示す図である。
【図９】実施形態１におけるクリーニングモードのフローチャートである。
【図１０】実施形態２におけるクリーニングモードのフローチャートである。
【図１１】実施形態３におけるクリーニングモードのフローチャートである。
【図１２】実施形態４における画像形成装置を示す概略構成図である。
【図１３】実施形態４におけるプロセスカートリッジとトナー廃トナーカートリッジとを示す概略構成図であり、（ａ）両カートリッジ装着前（ｂ）装着後である。
【符号の説明】
１  プロセスカートリッジ
１０２  トナー廃トナーカートリッジ
１０２１  廃トナー格納部
１０２１ｂ  電極アンテナ
１０２２  未使用トナー格納部
１０２２ｂ  電極アンテナ
１０３  カム部材
２  転写材搬送ベルト
２ａ  吸着ローラ
２ｂ  Ｐセンサ
３  定着装置
３ａ  加熱ローラ
３ｂ  加圧ローラ
４  書込装置
５  給紙装置
６  現像剤量測定装置
６１、６２  検出回路
６３  電源
７  廃トナー量制御部
７１  廃トナー取得部
７２  未使用トナー取得部
７３  分析部
１１  像担持体
１２  帯電部材
１２ａ  芯金
１２ｂ  中抵抗層
１３  現像装置
１３ａ  現像ローラ
１３ｂ  供給ローラ
１３ｃ  弾性ブレード
１３ｄ  攪拌部材
１３ｅ、１３ｆ  電極アンテナ
１３ｘ  搬入パイプ
１４  クリーニング装置
１４ａ  クリーニングブレード
１４ｂ  廃トナー格納部
１４ｃ、１４ｄ  電極アンテナ
１４ｘ  排出パイプ
Ａ  回転中心
Ｂ  カム部材
Ｃ  接点
Ｄ  導体部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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