(57)【要約】【課題】  本発明は、サブトナー容器から現像器へトナーを補給するトナー補給手段と、メイントナー容器内のトナーの攪拌を行いつつ、サブトナー容器へトナーを補給するトナー攪拌・補給手段を、同一のモータで駆動する際の、モータの体格を小さくし、小型、低価格化を図る。【解決手段】  本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、サブトナー容器４０１から現像器５０５へトナー補給を行うトナー補給モードと、メイントナー容器４１０内のトナーの攪拌を行い、さらにサブトナー容器４０１へトナーを補給する第１のトナー攪拌・補給モードと、画像形成装置の長時間放置や、輸送等による振動、メイントナー容器４１０の交換等により、メイントナー容器４１０内のトナーが凝縮された状態においても、サブトナー容器４０１へトナーを補給することが可能である、第２のトナー攪拌・補給モードを有する。【選択図】  図１
2006145766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蓄えた現像剤を可視像に現像可能な現像器と、
前記現像器へ補給すべきトナーを貯蔵するサブトナー容器と、
前記サブトナー容器からトナーを排出し前記現像器へ補給する第１の補給手段と、
前記サブトナー容器へ補給すべきトナーを貯蔵するメイントナー容器と、
前記メイントナー容器からトナーを排出し前記サブトナー容器へ補給する第２の補給手段と、
前記第１の補給手段と前記第２の補給手段の駆動源となる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段の回転・停止を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１の補給手段を駆動するためのトナー補給モードと、前記第２の補給手段を駆動するための第１のトナー攪拌・補給モードと、前記メイントナー容器内のトナーが凝縮された場合に、前記第２の補給手段を駆動するための第２のトナー攪拌・補給モードと、を切り替えて前記回転駆動手段の回転を制御するものであり、
前記第２のトナー攪拌・補給モードは、前記第１のトナー攪拌・補給モードより前記回転駆動手段の駆動能力が大きいことを有することを特徴とする画像形装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転駆動手段の電流値を、前記トナー補給モードと、前記第１のトナー攪拌・補給モードと、前記第２のトナー攪拌・補給モードと、で切り替えることを特徴とする特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記回転駆動手段の駆動電流を、前記トナー補給モード、前記第１のトナー攪拌・補給モード、前記第２のトナー攪拌・補給モード、の順に大きくす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】
前記制御手段は、前記回転駆動手段の回転数を、前記トナー補給モードと、前記第１のトナー攪拌・補給モードと、前記第２のトナー攪拌・補給モードと、で切り替え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５】
前記制御手段は、前記回転駆動手段の分解能を、前記トナー補給モードと、前記第１のトナー攪拌・補給モードと、前記第２のトナー攪拌・補給モードと、で切り替え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６】
前記制御手段は、前記画像形成装置の放置時間に応じて、前記第２のトナー攪拌・補給モードで駆動する際の、前記回転駆動手段の電流値を切り替えることを特徴とする請求項１から５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記画像形成装置の設置環境に応じて、前記第２のトナー攪拌・補給モードで駆動する際の、前記回転駆動手段の電流値を切り替えることを特徴とする請求項１から５記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記画像形成装置の前記トナー容器が交換された時に、前記第２のトナー攪拌・補給モードで駆動する際の、前記回転駆動手段の電流値を切り替えることを特徴とする請求項１から５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やカラープリンタ等の画像形成装置において、小型化や、低価格化を図るためにサブトナー容器から現像器へトナーを補給するトナー補給手段と、メイントナー容器内のトナーの攪拌を行いつつ、さらにサブトナー容器へトナーを補給するトナー攪拌・補給手段を、同一のモータの正逆回転を用いて駆動していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６７４１９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、画像形成装置の長時間放置や、輸送による振動、または交換可能なメイントナー容器の場合、メイントナー容器を交換し、新規のメイントナー容器が画像形成装置に実装された場合、メイントナー容器内のトナーが凝縮される可能性がある。このような状態でメイントナー容器内のトナーをサブトナー容器へトナー攪拌・補給を行う場合、攪拌・補給手段を駆動するために必要となるトルクが上昇するので、モータの体格を上げる必要が生じていた。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、メイントナー容器内のトナーが凝縮された際に、モータの駆動電流、モータの回転数、モータの分解能等を変更することによって、モータの駆動トルクを上げることで、モータの体格を小さくし、小型、低価格化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、内部に蓄えた現像剤を可視像に現像可能な現像器と、前記現像器へ補給すべきトナーを貯蔵するサブトナー容器と、前記サブトナー容器からトナーを排出し前記現像器へ補給する第１の補給手段と、前記サブトナー容器へ補給すべきトナーを貯蔵するメイントナー容器と、前記メイントナー容器からトナーを排出し前記サブトナー容器へ補給する第２の補給手段と、前記第１の補給手段と前記第２の補給手段の駆動源となる回転駆動手段と、前記回転駆動手段の回転・停止を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第１の補給手段を駆動するためのトナー補給モードと、前記第２の補給手段を駆動するための第１のトナー攪拌・補給モードと、前記メイントナー容器内のトナーが凝縮された場合に、前記第２の補給手段を駆動するための第２のトナー攪拌・補給モードと、を切り替えて前記回転駆動手段の回転を制御するものであり、前記第２のトナー攪拌・補給モードは、前記第１のトナー攪拌・補給モードより前記回転駆動手段の駆動能力が大きいことを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、サブトナー容器から現像器へトナーを補給するトナー補給手段とメイントナー容器内のトナーの攪拌及び、サブトナー容器へのトナー補給を行うトナー攪拌・補給手段を駆動するモータの体格を小さくすることが可能となる。さらに、モータの駆動電流を必要時以外は小さくすることが可能になるため、画像形成装置の温度上昇、及び消費電力、騒音の低減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態に関して、添付図面に基づき説明する。
【０００８】
図１は本発明の現像器とトナー補給手段の概略断面図であり、５０１は現像スリーブ、５０２は現像スリーブ５０１中に固定配置されたマグネットローラ、５０３は現像スクリュー、５０４は撹拌スクリュー、５０５は現像容器、５０５ａはトナーの受取孔、５０５ｂは現像室、５０５ｃは撹拌室、５０６は現像剤を現像スリーブ５０１の表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、５０７は感光ドラムであり、図示の通り、現像スリーブ５０１は感光ドラム５０７に対して近接配置され、感光ドラム５０７と逆方向又は同一方向に回転し、現像剤（斜線で図示）が感光ドラム５０７に対して接触する状態で現像できるよう設定されている。
【０００９】
４０１はトナーを貯蔵するサブトナー容器、４０２はサブトナー容器４０１の上方に形成され、トナーの供給を受けることが可能なトナー供給口、４０３はサブトナー容器４０１の下方に略水平方向に突出した円筒状に形成されサブトナー容器４０１からトナーを搬送することが可能なトナー搬送パイプ、４０４はトナー搬送パイプ４０３の中に回転可能に設けられ螺旋面が形成された補給スクリュー、４０５は補給スクリュー４０４を回転駆動する駆動手段、４０６はトナーの有無を電気的又は光学的に直接検知するトナーセンサ、４０７はサブトナー容器４０１の内部に動作自在に設けられた攪拌部材である。
【００１０】
４１０はサブトナー容器４０１の上部に設けられたメイントナー容器、４１１はメイントナー容器４１０内に回転自在に設けられた攪拌部材、４１２は攪拌部材４１１を回転駆動する駆動手段である。
【００１１】
以下、現像器における作像動作を説明する。現像容器５０５中にはトナー粒子と磁性キャリアが混合された現像剤が収容されており、トナー粒子と磁性キャリアの混合比（以後、Ｔ／Ｃ比と称す）は、現像により消費されたトナーに見合った量のトナーが、補給用トナーが貯蔵されているサブトナー容器４０１から補給スクリュー４０４によって現像容器５０５の受取孔５０５ａを経て、撹拌スクリュー５０４が設けられた撹拌室へ落下補給されることによって一定に保たれている。このときの現像容器５０５中のトナー粒子と磁性キャリアの混合比の検知及び維持方法としては従来から様々な方式が実用化されている。
【００１２】
以上、２成分磁気ブラシ現像用の現像器の構成を説明したが現像方法としては、他にも１成分接触現像方式等さまざまな方法が実用化されている。
【００１３】
以下、トナーの消費に伴ってサブトナー容器４０１のトナーが減少した場合にサブトナー容器４０１へトナーを補充する動作について説明する。
【００１４】
攪拌部材４０７は回転又は回動の動作をすることによってサブトナー容器４０１内でトナーが固まることを防止するためにトナーをほぐす作用を持っている。又、補給スクリュー４０４はサブトナー容器４０１内のトナーを現像容器５０５と連通する孔５０５ａへ向かって長手方向（紙面に平行な方向）へ搬送する作用とトナーをその孔から押し出して現像容器５０５へ落下させる作用をなすために設けられている。
【００１５】
トナーセンサ４０６がトナー無しを検出した後、攪拌部材４０７が動作しても更にトナーの無い状態が続いた場合に、トナーがサブトナー容器４０１内の一部に固まっているのではなく真にトナーが無くなったと判断する。トナーがサブトナー容器４０１内に無いと判断すると、メイントナー容器４１０内の攪拌部材４１１が回転することによってトナーがメイントナー容器４１０からサブトナー容器４０１へ補充される。
【００１６】
攪拌部材４１１は回転することによってメイントナー容器４１０内でトナーが固まることを防止するためにトナーをほぐす作用とメイントナー容器４１０内のトナーをサブトナー容器４０１へ連通するトナー供給口４０２へ向かって長手方向（紙面に平行な方向）へ搬送する作用とトナーをその孔から押し出してサブトナー容器４０１へ落下させる作用をなすために設けられており、例えばＰＥＴ等のシート材を用いることが一般的である。
【００１７】
そして、メイントナー容器４１０の攪拌部材４１１の回転はトナーセンサ４０６がトナー有りを検出するまで継続し、トナー有りを検出した後は引き続きサブトナー容器４０１から補給スクリュー４０４を経由してトナー補給が行われる。
【００１８】
ここでは、トナーセンサがトナー無しを検出してから攪拌部材が回転する場合を説明したが、攪拌部材はシート材なので必要以上にサブトナー容器内にトナーを押し込むことはないので、トナー無しを検出する前であっても、攪拌部材が回転しても問題はない。
【００１９】
又、サブトナー容器４１０の攪拌部材４１１を十分な時間回転させても、トナーセンサ４０６がトナー有りを検出しない時はサブトナー容器４０１へトナーが補充されない。つまり、メイントナー容器４１０にもトナーが無くなったと判断することができ、図示されていないオペレーションパネル等の表示手段を通じてトナー無しをユーザーへ知らしめる。
【００２０】
メイントナー容器４１０は着脱可能になっている場合と装置に固定されている場合がある。着脱可能になっている場合は、メイントナー容器４１０は一般にトナーカートリッジと呼ばれトナーが無くなった場合は４１０ごと交換することによってトナーを充填する。又、装置に固定されている場合は、メイントナー容器４１０へ別のトナー容器から直接トナーを充填する。
【００２１】
補給スクリュー４０４は駆動手段４０５によって回転され、現像器が要求しているトナーの量に応じてその回転回数又は回転時間が設定され、設定された回転回数又は回転時間に到達すると回転が停止することによって現像器が要求しただけのトナーを搬送し、現像容器へトナーを補給する。
【００２２】
このとき、それぞれのトナー補給スクリューの大きさに応じて１回転当たり又は単位時間当たりのトナーの搬送量があらかじめ定数化されており、要求量に応じて回転回数又は回転時間を算出する制御が可能になっている。ここでスクリューによるトナーの搬送量はスクリューの回転回数に比例するから回転時間で設定するためにはスクリューの駆動手段がスクリューを常に一定の速度で回転可能であることが前提となる。又、スクリューの回転回数をカウントする手段を設けていればスクリューの回転速度は一定であってもなくても回転回数で設定することが可能である。
【００２３】
図１においては図を見やすくするために、感光ドラム５０７と現像容器５０５の長手方向を紙面と垂直な方向に、サブトナー容器４０１と補給スクリュー４０４とメイントナー容器４１０の長手方向を紙面と平行な方向に描いているが、実際にはこれらの長手方向は同一の方向となっていることが一般的である。
【００２４】
図２はメイントナー容器４１０とトナーの状態を示す概略図であり、図３はメイントナー容器４１０内のトナーの状態を拡大した概略図である。図３（ａ）は球体形状をしているトナーで、各トナー間の隙間が空いている状態を示し、図３（ｂ）は各トナー間の隙間が詰まった状態を示す。メイントナー容器４１０内のトナー粒子１０１は、通常図３（ａ）のようにトナー粒子１０１間に空気による隙間１１０が存在している。しかし、メイントナー容器４１０の振動や、周囲の温度や湿度等の保存状態、放置時間等によって、図３（ｂ）のように、トナー粒子１０１間に存在する隙間１１０が小さくなり、トナー粒子１０１が詰まった状態になる。トナー上面の高さは、図３（ａ）のようにトナー粒子１０１間に隙間１１０が存在している場合、図２（ａ）に示す状態となり、図３（ｂ）のようにトナー粒子１０１間に隙間１１０が存在していない場合、図２（ｂ）に示す状態となる。
【００２５】
メイントナー容器４１０内の攪拌部材４１１を、モータを用いて駆動する場合、図３（ａ）の状態と、図３（ｂ）の状態で必要となるトルクは変化し、図３（ａ）の状態で駆動する場合、駆動手段４１２の駆動に必要なトルクは約１ｋｇ・ｃｍとなり、図３（ｂ）の状態で駆動する場合、駆動手段４１２の駆動に必要なトルクは１０ｋｇ・ｃｍ以上となる。
【００２６】
また、補給スクリュー４０４を回転させ現像器にトナーを搬送する際に、駆動手段４０５に必要となるトルクは、５０〜１００ｇ・ｃｍとなる。駆動手段４１２及び４０５から、これらの駆動源である図示しないモータまでは、所定の減速比を持ったギアで連結されている。先に述べた駆動手段４１２及び、４０５上で必要となるトルクを、モータ軸上で必要となるトルクに換算すると、図３（ａ）の状態では約１５０ｇ．ｃｍ、図３（ｂ）の状態では１．５ｋｇ・ｃｍ以上、トナーを現像器に搬送する状態では、約１０ｇ・ｃｍとなる。
【００２７】
従って、サブトナー容器４０１内のトナーを現像器へトナーを搬送するためトナー補給モードと、メイントナー容器４１０内が図３（ａ）の状態のトナーを攪拌し、サブトナー容器４０１へトナー補給するための第１のトナー攪拌・補給モード、メイントナー容器４１０内が図３（ｂ）の状態のトナーを攪拌し、サブトナー容器４０１へトナー補給するための第２のトナー攪拌・補給モード、の３モードを持つことで、それぞれの必要トルクに応じたモータの駆動設定を行い、同一モータでの駆動を実現する。
【００２８】
また、画像形成装置の放置時間や設置環境に応じて、メイントナー容器４１０内のトナーの保存状態は図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態の間で絶えず変化しているため、第２のトナー攪拌・補給モードで駆動する際にモータに必要とされるトルクは変化する。そのため、画像形成装置の放置時間や設置環境に応じて、第２のトナー攪拌・補給モードで駆動を行うモータの駆動設定を変化させ、トルクの最適化を図ることができる。
【００２９】
メイントナー容器４１０が交換された場合においては、交換されたメイントナー容器４１０の設置環境を画像形成装置では判断することができないため、モータの駆動設定を数段階設定可能な状態にしておき、トルクを順に上げ駆動を行うことで、最適な駆動条件で駆動することが可能になる。
【００３０】
図４に駆動手段４１２、４０５を駆動するモータの駆動電流、及び回転速度とトルクカーブの関係を示す。以下、順に説明していく。プルイントルクはモータを停止状態から、起動する際に出力するトルクで、プルアウトトルクはモータが回転中に出力するトルクであり、モータ駆動電流は駆動電流Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３の順である。モータのプルアウトトルクはモータ回転速度がＲ１の場合、モータ駆動電流Ｉ１が一番大きくなり、次にＩ２、最後にＩ３の順に小さくなるが、モータ回転速度がＲ４の場合、モータ駆動電流に大きく依存することはなくなる。
【００３１】
従って、トナー補給モードでは、駆動電流Ｉ３、モータ回転速度Ｒ３で駆動を行い、第１のトナー攪拌・補給モードでは、駆動電流Ｉ２、モータ回転速度Ｒ２で駆動し、第２のトナー攪拌・補給モードでは、駆動電流Ｉ１、モータ回転速度Ｒ１で駆動を行うことで、同一モータでサブトナー容器４０１から現像器内へのトナー補給を行うトナー補給モードと、メイントナー容器４１０内のトナー状態が通常の状態と、振動等で凝縮された状態でメイントナー容器４１０内のトナーを攪拌し、さらにサブトナー容器４０１内へトナーを補給する第１及び第２のトナー攪拌・補給モードの駆動を行うことが可能になる。
【００３２】
図５に駆動手段４１２、４０５を駆動するモータの分解能、及び回転速度とトルクカーブの関係を示す。モータの分解能とは、ステッピングモータの場合、２相励磁方式での駆動と、１−２相励磁方式での駆動を示しており、Ｗ１が２相励磁方式、Ｗ２が１−２相励磁方式の場合の、モータのトルクカーブを示す。図示するようにモータは２相励磁方式が１−２相励磁方式より高いトルクを出力することが可能である。従って、トナー補給モード時は必要トルクが小さいので、１−２相励磁方式を用い、トナー攪拌・補給モード時は２相励磁方式を用いることで、同一モータを用いて両モードの駆動を実現することが可能となる。
【００３３】
図６は本発明の制御に関するフローチャートを示す。画像形成装置は、画像形成を開始すると、現像器内のトナーを所定量消費する。現像器内のトナー消費量が所定値以上になったか判断を行い（Ｓ１）、所定値以上の場合、トナー補給モードを選択し（Ｓ２）、モータはトナー補給モードで定められた駆動電流、回転速度、分解能で駆動する。画像形成を行った際の現像器内のトナー消費量から、現像器内へのトナー補給量が算出される。トナー補給モードでモータを駆動し、トナー補給量が所定値以上になったか判断を行い（Ｓ３）、所定値以上になった時点で、トナー補給モードでのモータの駆動を停止する（Ｓ４）。
【００３４】
モータ停止後、トナーの有無を検知するトナーセンサ４０６でサブトナー容器４０１内にトナー有りかどうかを判断し（Ｓ５）、トナー有りと判断した場合、第１のトナー攪拌モードでモータを駆動し（Ｓ６）、サブトナー容器４０１内に所定量のトナーが搬送されるとモータの駆動を停止する（Ｓ７）。通常、サブトナー容器４０１内のトナーがなくならないようにサブトナー容器４０１へのトナー補給量を調整して、制御を行う。すなわち、トナー補給モードで現像器へトナーを搬送する補給量より、メイントナー容器４１０からサブトナー容器４０１への供給量を多くするように制御を行う。
【００３５】
トナーセンサ４０６でトナー無しと判断した場合、メイントナー容器４１０内のトナーが凝縮され、モータが脱腸などを起こし、サブトナー容器４０１内がトナー無し状態となったか、メイントナー容器４１０内のトナーが空になり、サブトナー容器４０１内へトナーを供給できない状態であるかのどちらかが考えられる。従って、トナーセンサ４０６でトナー無しと判断した場合、メイントナー容器４１０内のトナーが凝縮している状態でも攪拌可能な、第２のトナー攪拌モードでモータ駆動を行い（Ｓ８）、所定時間駆動後、トナーセンサ４０６の出力がトナー有りか無しかを判断する（Ｓ９）。
【００３６】
ここでトナーセンサ４０６がトナー無しを検知した場合、メイントナー容器４１０内のトナーが空であると判断し、メイントナー容器交換の通知を画像形成装置のユーザーに知らせる（Ｓ１０）。トナーセンサ４０６がトナー有りを検知した場合、一連のトナー補給動作を完了する。
【００３７】
このようにモータ駆動をトナー補給モード、第１のトナー攪拌・補給モード、第２のトナー攪拌・補給モードで最適化を図ることで、モータの体格アップを防止することが可能になるとともに、過剰な温度上昇や、振動による騒音等の不具合を解消することができ、画像形成装置の小型化、低価格化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】トナー補給手段と現像器の図
【図２】トナー容器とトナーの状態を示す図
【図３】トナー容器内のトナーの状態を示す図
【図４】モータの駆動電流、回転速度とトルクカーブを示す図
【図５】モータの分解能、回転速度とトルクカーブを示す図
【図６】本発明の制御に関するフローチャート
【符号の説明】
【００３９】
４０１  サブトナー容器
４０４  補給スクリュー
４０５  駆動手段
４０６  トナーセンサ
４１２  駆動手段
４１０  メイントナー容器
４１１  攪拌部材
５０４  攪拌現像スクリュー
５０５  現像器
【図１】
2006145766.tif 000003
【図２】
2006145766.tif 000004
【図３】
2006145766.tif 000005
【図４】
2006145766.tif 000006
【図５】
2006145766.tif 000007
【図６】
2006145766.tif 000008