(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、
電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、
像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段と、
を備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、転写動作を行なっていない場合と、表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、
電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、
像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段と、
を備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、片面もしくは両面転写において転写材表面の転写動作を行なった場合と、表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、
電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、
像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段と、
を備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、「転写動作を行なっていない場合」、「片面もしくは両面転写において転写材表面の転写動作を行なった場合」と「表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合」とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいは、これらの複合機等の電子写真方式画像形成装置に関し、特に、電子写真方式における転写工程後に像担持体上に残留したトナーを回収することにより得た回収トナーを、そのまま廃棄せずに、気体流との混合気として現像手段に戻して再使用して、画像を形成する、トナーリサイクル機構を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式における転写工程後に像担持体（感光体）上に残留するトナーを回収することにより得た回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻して再使用して画像を形成するトナーリサイクル機構を備えた画像形成装置においては、一旦感光体上に転移しながらも被転写体上に転写されなかったトナーまたは転写ベルト上に付着残留したトナーを、クリーニング手段で回収した後、再び現像手段に戻して再利用するリサイクル現像が実施されている。
【０００３】
しかしながら、リサイクルトナー中には、経時的なトナー凝集に起因した凝集トナーや、感光体に付着した紙粉等の異物が含まれており、また、クリーニング工程や回収工程中でトナー同士が凝集、固形化しながら粗大化することにより異物が形成される。これらの異物は、形成される画像上に黒ポチ等を発生させて、形成画像の品質を低下させる。
【０００４】
そのため、リサイクルトナーをサイクロン分離器にかけて、紙粉や粒径の粗大化した異物を排除したり、または、メッシュの目の異なる複数のフィルタを用いてトナーとその他の異物とを分離するようにした技術が特開昭５８−１６３９７８号公報、特開昭６１−６７０７４号公報、特開平７−７７９０６号公報等に開示されている。また、リサイクルトナーの帯電性や流動性などの特性が新規トナーよりも劣化している場合が多いため、現像手段にリサイクルトナーを僅かずつ搬送して戻し、多量の新規トナーと攪拌して用いることにより新規トナーの使用量を少なくして、転写紙１枚当たりのコストを低くするようにした技術も公知である。例えば、クリーニング手段で回収したトナーを、搬送パイプ内のスクリューコンベアを回転することにより現像手段に戻して、新規トナーとの混合比を制御するようにして、劣化した回収トナーを使用しても画像不良が生じにくくした現像装置が特開平６−１７５４８８号公報に開示されている。
【０００５】
また、現像手段から離れた任意の位置に、トナー貯留手段、トナー供給手段、トナー移送手段等をそれぞれ配置し、回転することにより現像剤のトナーを軸方向に移動させるロータと、このロータを包み込む通路を内部に有し且つロータと通路内部で接触係合する固定されたステータとを備えたスクリューポンプを使用し、また、このスクリューポンプにより移動する現像剤を流動化させるための空気を供給する空気供給手段を使用して、トナー貯留手段から現像手段内に向けて、トナーと空気とからなる混合気を搬送手段（弾性体からなる管）内で搬送するようにした技術が特開平７−２１９３２９号公報に開示されている。このようなスクリューポンプの利点は、トナー搬送装置の小型化および省スペース化を図ることができ、垂直方向（上下方向）にトナーを搬送できるという点である。したがって、この利点を活用してマシンやユニットレイアウトの自由度の向上、組立性およびメンテ性の向上、低コストを図る目的で、前記スクリューポンプを、新規トナーの搬送に使用するとともに、同様にクリーニング手段で回収された回収トナーを現像手段に戻して再使用するリサイクルトナーの搬送に使用することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記スクリューポンプを用いたリサイクルトナーの搬送においては、画素カウントを積算し、その積算値がある設定値に達するとスクリューポンプおよびエアポンプを動作させてリサイクルトナーを現像器に戻すとともに、画素カウント積算値をリセットする方法が行なわれている。具体的には、例えば、画素カウントやトナー補給時間等からトナー現像量やトナー消費量を計算し、予め設定した転写率から残留(転写残)トナー量を求めている。また、見込みの地肌汚れ分を加えて、トナーリサイクル機構の動作頻度や動作時間を調整している。
しかし、このような方法では、画素カウントに地肌汚れ分が含まれておらず、現像条件等による現像量の変化に対応できない。また、トナー補給部の状態によって単位時間当たりの補給量は変化するため、補給時間から正確なトナー補給量（トナー消費量）を求めることが困難である。そして、画像部転写率や非画像部地肌汚れを正確に把握することができないため、前記設定値を見込みで決定せざるを得ない。
一方、スクリューポンプを必要以上に動作させると、空回転でポンプに不必要なダメージを与える原因となる虞があり、また、動作が不十分では、スクリューポンプの一次側にトナーが蓄積していく虞がある。
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、リサイクルトナー量を正確に把握して、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された画像形成装置は、転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段とを備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、転写動作を行なっていない場合と、表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする。この請求項１に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。また、請求項２に記載された発明は、転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段とを備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、片面もしくは両面転写において転写材表面の転写動作を行なった場合と、表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする。この請求項２に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。また、請求項３に記載された発明は、転写材の両面に画像を転写する機能を備えた画像形成装置において、電子写真方式による転写工程後に像担持体上に残留するトナーを回収することにより得られた回収トナーを気体流との混合気として現像手段に戻すトナーリサイクル機構と、像担持体上のトナー像の光学濃度を検知する光学濃度検知手段とを備え、転写工程下流側での像担持体上の非画像部の光学濃度について、「転写動作を行なっていない場合」、「片面もしくは両面転写において転写材表面の転写動作を行なった場合」と「表面が既に転写された転写材の裏面に転写動作を行なった場合」とを比較し、その光学濃度の差から像担持体上の非画像部の付着トナー量を求め、これに基づいて前記トナーリサイクル機構の動作を制御することを特徴とする。この請求項３に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、検知データをより細分化して非常に正確なリサイクルトナー量を把握できるとともに、確実な回収トナーの移送を行なえ、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。
図１のデジタル複写機は、周知の電子写真方式を用いており、内部にドラム状の感光体（像担持体）1を備えている。感光体1の周囲には、矢印Ａで示す回転方向に沿って、電子写真複写行程を実施する各装置、すなわち、帯電器９と、露光手段１０と、現像手段６と、転写手段２と、クリーニング手段３とが配置されている。
【０００９】
複写機上面の原稿載置台１９上に置かれた原稿の画像情報は、読み取り手段２０によって読み取られて画像信号に変換される。また、この画像信号に基づいて、露光手段１０は感光体1上に静電潜像を形成する。感光体1上に形成された静電潜像は、現像手段６によって供給されるトナーによって可視化されてトナー像となり、このトナー像は、給紙装置１２から給送されてくる転写紙Ｐに転写手段２によって静電転写される。トナー像が載った転写紙Ｐは、定着手段１４に搬送されて定着された後、複写機外へ排出される。
前述したように、感光体1上に付着したトナーは、転写手段２によって転写紙Ｐに静電転写されるが、未転写となって感光体１上に残るものがある。その量は、経時・環境・紙種・画像パターン等によって異なり、数〜２０％程度である。また、非画像部には地汚れトナーとして付着するトナーも存在し、これもまた、転写されるものと、転写されないで感光体１上に残るものとがある。
図２に示されるように、未転写トナーは、クリーニング手段３のクリーニングブレード３ａやブラシローラ３ｂによって感光体１から掻き落とされる。この掻き落とされた回収トナーは、リサイクルトナー（Ｔ）として再使用するために、コイル３ｃによって搬送され、排出口３ｄから自重落下する。そして、排出口３ｄから自重落下したトナーは、トナーガイド部材１６によって、気体流移送手段４の粉体スクリューポンプへと搬送される。
【００１０】
一方、転写手段２の転写ベルト２ａ上にも、未転写部や非画像部の感光体1と接触して付着した残留トナーが存在する。この残留トナーは、クリーニングブレード３０ａによって掻き落とされる。クリーニングブレード３０ａによって掻き落とされた回収トナーは、排出口３０ｂから自重落下し、トナーガイド部材１６によって気体流移送手段４の粉体スクリューポンプへと搬送され、リサイクルトナー（Ｔ）として再使用される。
気体流移送手段４の粉体スクリューポンプの詳細が図３に示されている。図示のように、粉体スクリューポンプは、モーノポンプとも言われているものであって、ホルダ４ａに固定されたステータ４ｂと、ステータ４ｂと接触して回転することにより軸方向に回収トナーを移動させるロータ４ｃとを備えている。この場合、ステータ４ｂは、ロータ４ｃを包み込むように通路を形成して配置されている。
ロータ４ｃは駆動軸４ｄの一端と係合している。駆動軸４ｄの他端は、軸受４ｆによって回転可能に支持されるとともに、シール部材４ｅによってシールされ、従動ギヤ４ｇと係合している。ステータ４ｂはゴム材料などの弾性体から成る。ステータ４ｂの内周面はロータ４ｃを包み込み、ステータ４ｂの外周面とホルダ４ａの内周面との間には、回収トナー通路４ｊに通じる１ｍｍ程度の隙間Ｓが形成されている。また、この隙間Ｓに気体供給手段５のエアポンプからの空気を供給するために、空気供給口４ｋが設けられている。
【００１１】
クリーニング手段３または転写手段２で回収される回収トナーは、気体流移送手段４のロータ４ｃとステータ４ｂとの間の密閉性が維持された状態で、気体と混合されて混合気となり、混合気搬送経路７の弾性体（弾性チューブまたは硬質部材のパイプ状の弾性体）の管内を通じて、現像手段６に搬送される。この場合、マイクロ・プロセッシング・ユニット（ＭＰＵ）１７は、感光体１上に潜像を書き込む画素をカウントする画素数検出手段（図示せず）の画素数検出信号に基づいて、気体流移送手段4による回収トナー移送動作を制御する。したがって、気体流移送手段4は、回収トナー移送動作を間欠的に行なう。
図４に示されるように、感光体１上の非画像部(地肌部)の光学濃度を測定するため、現像手段６による現像部の上流側には第１の反射式光学濃度センサ（光学濃度検知手段）５０が設置され、現像部の下流側には第２の反射式光学濃度センサ（光学濃度検知手段）５２が設置されている。
現像部の上流側は、クリーニング゛後で且つ現像前であるため、地肌汚れはしていない。一方、現像部の下流側は、現像後で且つクリーニング゛前であるのため、地肌汚れトナーが付着している場合がある。その差から、以下の式（１）（２）に基づいてリサイクルトナー量が求められる。
紙間リサイクルトナー量[g/sec]
＝単位面積当たりの地汚れトナー量[g/cm2]×感光体面積(線速×幅×時間)[cm2/sec]            ・・・（１）
画像領域リサイクルトナー量[g/sec]
＝単位面積当たりの地汚れトナー量[g/cm2]×感光体面積[cm2/sec]×非画像部画像面積率[-]＋画像からのリサイクルトナー(画像部転写残トナー)量[g/sec]
・・（２）
具体的に、本実施形態においては、濃度センサ５０，５２からの検知信号がマイクロ・プロセッシング・ユニット（ＭＰＵ）１７に送られ、ＭＰＵ１７は、式（１）（２）で求められたリサイクルトナー量をトナーリサイクル機構の制御因子としてスクリューポンプの１次側に蓄積したトナー量を計算し、スクリューポンプおよびエアポンプを適切に動作させる。
以上説明したように、本実施形態では、画像部の現像量および転写残を求め、これをリサイクル機構の制御因子とするだけでなく、感光体１上の非画像部の光学濃度を現像部の上流側と下流側とで比較し、その光学濃度の差から感光体１上の非画像部の付着トナー量を求め、これもトナーリサイクル機構の制御因子としているため、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、スクリューポンプの耐久性をアップすることができる。なお、前記実施形態において、現像部の下流側の第２の光学濃度センサ５２は、現像後で且つ転写前の状態を検知するものであったが、図４に示されるように、転写後で且つクリーニング゛前の状態を検知する第３の光学濃度センサ（光学濃度検知手段）５４を設け、第２の光学濃度センサ５２の代わりに第３の光学濃度センサ５４を使用して前述した演算および動作制御を行なっても良い。この場合、現像部の下流側のデータとして転写動作を行なわない時の測定値を使用すると、前述した実施形態と同じであるが、画像領域リサイクルトナー量を求めるために、片面もしくは両面時表面コピー時の測定値を使用すれば、転写紙が接触しない紙間のリサイクルトナー量だけでなく、片面コピー時(転写紙部分)のリサイクルトナー量も分かる。また、両面時裏面コピー時の測定値を使用すれば、裏面コピー時(転写紙部分)のリサイクルトナー量が分かる。その場合、紙間リサイクルトナー量は前記実施形態の式（１）で求められ、画像領域リサイクルトナー量は以下の式（３）で求められる。
画像領域リサイクルトナー量[g/sec]
＝転写後単位面積当たりの地汚れトナー量[g/cm2]×感光体面積[cm2/sec]×非画像部画像面積率[-]＋画像からのリサイクルトナー(画像部転写残トナー)量[g/sec]              ・・・（３）
なお、画像部の濃度や非画像部の濃度を測定する場合、測定のためだけの動作を行なっても良いが、通常のコピー動作の中で測定に適した画像パターン(非画像パターン)を選択して測定を行なっても良い。
次に、第３の光学濃度センサ５４だけを用いた第１の変形例について説明する。
両面コピー時の裏面は定着工程を通過した直後で、転写紙は静電的に地汚れトナーが付着しやすい状態になっている。そのため、裏面コピー時には、感光体１上の地汚れトナーの殆ど全部が付着してしまう。したがって、転写動作を行なっていない時の感光体１の非画像部の光学濃度と、裏面転写後の感光体１の非画像部の光学濃度とを比較すれば、光学濃度センサ１つだけでも、非画像部に付着した地汚れトナー量をほぼ正確に求めることができる。そして、前述した実施形態と同様、その値を画像部からのリサイクルトナー(転写残)量に加えるとともに、トータルのリサイクルトナー量を求め、それをトナーリサイクル機構の制御因子とする。
以上のように、両面コピー(プリント)機能を持つ場合、転写工程下流側での感光体１上の非画像部の光学濃度について、転写動作を行なっていない場合と両面時裏面の転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から感光体１上の非画像部の付着トナー量を求め、トナーリサイクル機構の制御因子とすれば、光学濃度センサ１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、スクリューポンプの耐久性をアップすることができる。
次に、第３の光学濃度センサ５４だけを用いた第２の変形例について説明する。
両面コピー時の裏面は定着工程を通過した直後で、転写紙は静電的に地汚れトナーが付着しやすい状態になっている。そのため、転写工程で転写紙が感光体１に接触する場合、表面コピー時には地汚れトナーは割合として殆ど付着しないが、裏面コピー時には殆ど全部付着してしまう。したがって、表面転写後の感光体１の非画像部の光学濃度と、裏面転写後の感光体１の非画像部の光学濃度とを比較すれば、光学濃度センサ１つだけでも、非画像部に付着した地汚れトナー量をほぼ正確に求めることができ、前述した第１の変形例のように転写動作を行なっていない時の感光体１の非画像部を測定するための動作が不要となる。また、この場合も、前述した実施形態と同様、その値を画像部からのリサイクルトナー(転写残トナー)量に加えるとともに、トータルのリサイクルトナー量を求め、それをトナーリサイクル機構の制御因子とする。
以上のように、両面コピー(プリント)機能を持つ場合、転写工程下流側での感光体１上の非画像部の光学濃度について、片面もしくは両面時表面の転写動作を行なった場合と、両面時裏面の転写動作を行なった場合とを比較し、その光学濃度の差から感光体１上の非画像部の付着トナー量を求め、トナーリサイクル機構制御因子とすれば、光学濃度センサ１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、スクリューポンプの耐久性をアップすることができる。
次に、第３の光学濃度センサ５４だけを用いた第３の変形例について説明する。
この変形例では、第３の光学濃度センサ５４を用いて感光体１上の非画像部(地肌部)の光学濃度を測定する場合、両面時裏面コピー時の測定値を「基準（感光体１上に地汚れトナーが殆ど無い時）」とする。そして、「転写動作を行なわない時の測定値」−「基準」で紙間の地汚れトナー量[g/cm2]とし、「片面もしくは両面時表面コピー時の測定値」−「基準」で片面コピー時(転写紙部分)の地肌部地汚れトナー量[g/cm2]とし、細分化することによって、１つの濃度センサ５４で、より正確にスクリューポンプの１次側に蓄積したトナー量を計算し、それをトナーリサイクル機構の制御因子としてスクリューポンプおよびエアポンプを動作させる。ここで、
紙間リサイクルトナー量[g/sec]
＝単位面積当たりの地汚れトナー量[g/cm2]×感光体面積(線速×幅×時間)[cm2/sec]
画像領域リサイクルトナー量[g/sec]
=単位面積当たりの地汚れトナー量[g/cm2]×感光体面積[cm2/sec]×非画像部画像面積率[-]＋画像からのリサイクルトナー(画像部転写残トナー)量[g/sec]
である。
以上のように、両面コピー(プリント)機能を持つ場合、転写工程下流側での感光体１上の非画像部の光学濃度について、「転写動作を行なっていない場合」、「片面もしくは両面時表面の転写動作を行なった場合」と「両面時裏面の転写動作を行なった場合」とを比較し、その光学濃度の差から感光体上の非画像部の付着トナー量を求め、トナーリサイクル機構の制御因子とすれば、光学濃度センサ１つだけで、検知データをより細分化して非常に正確なリサイクルトナー量を把握できるとともに、確実な回収トナーの移送を行なえ、スクリューポンプの耐久性をアップすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。請求項２に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、より正確なリサイクルトナー量を把握でき、確実な回収トナーの移送を行なえるとともに、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。請求項３に記載された画像形成装置によれば、光学濃度検知手段１つだけで、検知データをより細分化して非常に正確なリサイクルトナー量を把握できるとともに、確実な回収トナーの移送を行なえ、トナーリサイクル機構の耐久性をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設けられたクリーニング手段と転写手段と気体流移送手段の概略斜視図である。
【図３】図３に示される気体流移送手段の拡大断面図である。
【図４】感光体上の非画像部(地肌部)の光学濃度を測定するための構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  感光体（像担持体）
４  気体流移送手段（トナーリサイクル機構）
５  気体供給手段（トナーリサイクル機構）
５０，５２，５４  光学濃度センサ（光学濃度検知手段）
【図１】
0003962541.tif 000002
【図２】
0003962541.tif 000003
【図３】
0003962541.tif 000004
【図４】
0003962541.tif 000005