(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、現像剤を搬送する搬送路内の現像剤残量の有無を精度良く検知することが出来る現像剤搬送装置を提供する。【解決手段】供給口６１から下方に供給されるトナーをトナーが供給される方向と交差する方向に搬送するためのトナー搬送路６０と、トナー搬送路６０内のトナーを搬送する搬送スクリュー１３と、供給口６１から落下し、搬送スクリュー１３を通過する位置のトナーを検知するための残量センサ１４と、を有することを特徴とする。【選択図】図６
2018010226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口から下方に供給される現像剤を該現像剤が供給される方向と交差する方向に搬送するための搬送路と、
前記搬送路内の現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、
前記供給口から落下し、前記現像剤搬送手段を通過する位置の現像剤を検知するための現像剤検知手段と、
を有することを特徴とする現像剤搬送装置。
【請求項２】
前記現像剤検知手段の検知領域が、前記現像剤搬送手段による前記現像剤の搬送方向に対して垂直な方向かつ前記供給口を重力方向に投影した領域に対して垂直な方向に前記現像剤搬送手段を投影した領域の少なくとも一部にオーバーラップすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤搬送装置。
【請求項３】
前記現像剤搬送手段が螺旋状羽根を有するものであって、
前記現像剤検知手段の検知領域の少なくとも一部は、重力方向における前記螺旋状羽根の外径直径の幅領域の少なくとも一部にオーバーラップして現像剤を検知するように配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像剤搬送装置。
【請求項４】
前記現像剤検知手段は、前記現像剤搬送手段の回転により現像剤が反重力方向に力を受ける側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の現像剤搬送装置。
【請求項５】
前記螺旋状羽根の外径直径は、１０ｍｍ以上、且つ２０ｍｍ以下に設定されたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の現像剤搬送装置。
【請求項６】
前記現像剤検知手段は、透磁率センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像剤搬送装置。
【請求項７】
静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に形成された静電潜像に請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の現像剤搬送装置により搬送される現像剤により、前記静電潜像を現像する現像手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤搬送装置及びそれを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤により現像することにより可視画像を形成する電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置がある。このような画像形成装置においては、図１８に示すように、現像装置３にトナーを補給するトナー補給装置１１が設けられる。
【０００３】
図１８に示すトナー補給装置１１では、内周面に螺旋状の突起部を有するトナーボトル６を、その中心軸を回転中心として回転させる。これにより該トナーボトル６内のトナーは螺旋状の突起部に沿って図１８の右方向に搬送された後、図示しない開口からトナーを排出する。
【０００４】
トナーボトル６から排出されたトナーは、ホッパー部７内に一時的に収容され、トナー搬送路１２内に設けられた螺旋状羽根を有する搬送スクリューの回転により図１８の左方向に搬送されて補給口から現像装置３内に補給される。
【０００５】
トナー搬送路１２内に設けられた残量センサ１４により検知されるトナー量が基準量よりも少なくなった場合には以下の通りである。図９に示すＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算装置）３０からの補給指令信号に基づいてトナーボトル６を回転駆動するモータ２１が回転駆動される。これによりトナーボトル６の回転が開始されて該トナーボトル６の内部に収容されているトナーが螺旋状の突起部に沿って図１８の右方向に搬送された後、図示しない開口からホッパー部７内に排出される。
【０００６】
一方、トナー搬送路１２内に設けられた残量センサ１４により検知されるトナー量が基準量以上となった場合には、図９に示すＣＰＵ３０からの補給停止信号に基づいてモータ２１の回転駆動が停止されてトナーボトル６の回転が停止する。
【０００７】
同様に、図１８に示す現像装置３内に設けられた残量センサ１６により検知されるトナー量が基準量よりも少なくなった場合には以下の通りである。図９に示すＣＰＵ３０からの補給指令信号に基づいてトナー搬送路１２内に設けられた搬送スクリュー１３を回転駆動するモータ２２が回転駆動される。これにより搬送スクリュー１３が回転してトナー搬送路１２内のトナーが図１８の左方向に搬送されて補給口から現像装置３内に補給される。
【０００８】
一方、現像装置３内に設けられた残量センサ１６により検知されるトナー量が基準量以上となった場合には、図９に示すＣＰＵ３０からの補給停止信号に基づいてモータ２２の回転駆動が停止されて搬送スクリュー１３の回転が停止する。
【０００９】
このように図１８に示すトナー補給装置１１では、トナーボトル６、搬送スクリュー１３を必要に応じて回転させる。これによりトナー搬送路１２内及び現像装置３内に対するトナーの供給が行われる。また、各残量センサ１４，１６により検知されるトナー量に応じてＣＰＵ３０によりモータ２１，２２を制御してトナーボトル６及び搬送スクリュー１３の回転を制御することでトナー搬送路１２内と現像装置３内のトナー量をある程度一定に保つことが出来る。
【００１０】
しかしながら、近年の市場ニーズとして、メンテナンスフリーで大量印刷ができる画像形成装置が求められており、トナーボトル５０の大容量化が必要とされている。しかし、画像形成装置自体の大型化を回避するために、図１８に示すようなトナーボトル６とトナー搬送路１２との間に設けられるホッパー部７を除去して画像形成装置内の限られたスペースの中でトナーの収容スペースを設ける必要がある。
【００１１】
そこで、近年では、図４に示すように、トナーボトル５０の容量を大きくし、図１８に示すホッパー部７を除去し、トナーボトル５０から現像装置３へのトナーの搬送は、トナー搬送路６０を用いるのが一般的である。トナー搬送路６０内には少量のトナーしか保持できない。このためトナー搬送路６０内のトナーの有無を精度良く検知し、トナーボトル５０からのトナーの供給を正確に行なう必要がある。
【００１２】
図１８に示す比較例のホッパー部７には、常時、５０ｇ〜１００ｇ程度のトナーを収容しており、現像装置３内に設けられた残量センサ１６により検知されるトナーの有無判定によって、高いレスポンスで現像装置３へのトナーの供給が可能であった。
【００１３】
残量センサによるトナー量の検知精度の改善に関して、例えば、特許文献１では、搬送スクリューと、搬送室の壁面との隙間を埋め、トナー濃度センサとトナー剤面との距離を近くする構成が提案されている。また、特許文献２では、センサ面を隆起させて搬送スクリュー側に近づける構成が提案されている。また、特許文献３では、トナーの補給量を光学センサで確認して精度を向上させる構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−１５９８１６号公報
【特許文献２】特開２００２−３０４０５０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図１８に示すトナー搬送路１２内には、その構成上、常に満量のトナーが保持されているとは限らない。画像形成装置本体内の省スペースの観点からトナー搬送路１２の体積は、図１８に示す比較例のホッパー部７の体積と比較しても非常に小さい。このため常にトナー搬送路１２内を大量のトナーで満たしてしまうと、トナー溢れやトナー漏れやトナー詰まり等の弊害が懸念される。そのため特許文献１、２の構成では、トナーが搬送路内後方に残っているにもかかわらず、排出量のばらつきによってトナー搬送路内のトナーが無いと誤検知してしまう場合がある。
【００１６】
また、図４に示すトナーボトル５０からトナーを供給する際の安定化の観点からポンプ部５１を用いてトナーボトル５０内の圧力を相対的に上昇させ、その圧力を利用してトナーボトル５０内のトナーを排出する構成が現在の主流になりつつある。このようなポンプ部５１を用いることによりトナーボトル５０から排出されるトナー量は、ポンプ部５１の一度の伸縮動作による排出で１ｇ〜１０ｇのばらつきがある。
【００１７】
また、圧縮空気の圧力によって排出されるため搬送路内に到達するまでに、空気の拡散と共に広い範囲に拡散してしまう。特許文献３の構成では、トナーが広範囲に拡散した場合、センサの検知範囲によっては排出されるトナーを正確に検知しきれず、搬送路内にトナーが残っているかどうかを判断することができない場合がある。
【００１８】
すなわち、トナーボトル内から圧縮空気の圧力で勢い良く排出されたトナーを搬送路内に設けられた残量センサにより正確に検知する必要がある。
【００１９】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、現像剤を搬送する搬送路内の現像剤残量の有無を精度良く検知することが出来る現像剤搬送装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記目的を達成するための本発明に係る現像剤搬送装置の代表的な構成は、供給口から下方に供給される現像剤を該現像剤が供給される方向と交差する方向に搬送するための搬送路と、前記搬送路内の現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記供給口から落下し、前記現像剤搬送手段を通過する位置の現像剤を検知するための現像剤検知手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、現像剤を搬送する搬送路内の現像剤残量の有無を精度良く検知することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面説明図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態のトナー補給装置と、現像装置の構成を示す断面説明図である。
【図３】第１実施形態のトナー補給装置と、現像装置の構成を示す側面説明図である。
【図４】第１実施形態のトナー補給装置と、現像装置の構成を示す平面説明図である。
【図５】（ａ）は、ポンプ部が使用上で最大限に伸張された状態を示す側面説明図である。（ｂ）は、ポンプ部が使用上で最大限に収縮された状態を示す側面説明図である。（ｃ）は、ポンプ部が使用上で最大限に伸張された状態を示す平面説明図である。（ｄ）は、ポンプ部５１が使用上で最大限に収縮された状態を示す平面説明図である。
【図６】（ａ）は、トナー搬送路を搬送スクリューの長手方向に沿って横方向から見た側面説明図である。（ｂ）は、トナー搬送路を搬送スクリューの長手方向に直交する方向に切断した断面説明図である。
【図７】第１実施形態のトナー補給装置により現像装置にトナーを補給する動作を説明するフローチャートである。
【図８】（ａ）は、第１実施形態の残量センサとして採用される磁気ブリッジセンサの構成を示す斜視説明図である。（ｂ）は、第１実施形態の残量センサとして採用される磁気ブリッジセンサにより検出したトナー残量と、該磁気ブリッジセンサのアナログ出力電圧との関係を示す図である。
【図９】トナー補給装置によるトナー補給動作を制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）は、トナー搬送路内に設ける残量センサの配置位置を適宜変更して実験を行なった様子を示す搬送スクリューの長手方向に沿った断面説明図である。（ｂ）は、トナー搬送路内に設ける残量センサの配置位置を適宜変更して実験を行なった様子を示す搬送スクリューの長手方向に直交する方向の断面説明図である。
【図１１】図１０（ａ），（ｂ）に示す実験で用いるトナー搬送路内にそれぞれ配置した各残量センサの配置位置（各番地）と、トナー搬送路内に設けられた搬送スクリューの回転速度との組み合わせを実験条件としたＬ９の直行表（割付表）を示す図である。
【図１２】（ａ）は、図１４に示す品質工学の計算式における入力信号（Ｍｉ）をトナー補給量Ｍ（ｇ）とする。そして、得られる特性値となる出力（ｙ）を各残量センサによりトナー有りを検知している時間ｙｉに置き換えてデシベル（ｄｂ）換算したＳＮ比ηｄｂを示す図である。（ｂ）は、図１４に示す品質工学の計算式における入力信号（Ｍｉ）をトナー補給量Ｍ（ｇ）とし、得られる特性値となる出力（ｙ）を各残量センサによりトナー有りを検知している時間ｙｉに置き換えて計算した感度βを示す図である。
【図１３】図１０（ａ），（ｂ）に示す実験で用いるトナー搬送路における残量センサの配置位置と搬送スクリューの回転速度に対する残量センサにより検知した検知結果の動特性（ゼロ点比例）を示す図である。
【図１４】トナー搬送路内に供給されるトナー補給量Ｍ（ｇ）を入力信号（Ｍ）（信号因子）とする。トナー搬送路内の残量センサによりトナー有りを検知している時間ｙ（秒）を出力（ｙ）とする。これによりＳＮ比ηｄｂと感度βを求める品質工学上の計算式の一例を示す図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）はトナー搬送路におけるトナー搬送状態を示す搬送スクリューの長手方向に沿った断面説明図である。
【図１６】（ａ）は、第２実施形態において比重が大きいトナーがトナー搬送路内を搬送される状態を示す搬送スクリューの長手方向と直交する方向の断面説明図である。（ｂ）は第２実施形態において比重が小さいトナーがトナー搬送路内を搬送される状態を示す搬送スクリューの長手方向と直交する方向の断面説明図である。
【図１７】（ａ），（ｂ）は、トナー搬送路における残量センサの位置とトナー供給口の位置との関係を示す搬送スクリューの長手方向に沿った断面説明図である。（ｃ），（ｄ）は、トナー搬送路における残量センサの位置と搬送スクリューの位置との関係を示す搬送スクリューの長手方向に沿った断面説明図である。
【図１８】比較例のトナー補給装置と、現像装置の構成を示す側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図により本発明に係る現像剤搬送装置を備えた画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
先ず、図１〜図１５を用いて本発明に係る現像剤搬送装置を備えた画像形成装置の第１実施形態の構成について説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面説明図である。図２は、本実施形態のトナー補給装置１１と、現像装置３の構成を示す断面説明図である。図３は、本実施形態のトナー補給装置１１と、現像装置３の構成を示す側面説明図である。図４は、本実施形態のトナー補給装置１１と、現像装置３の構成を示す平面説明図である。
【００２５】
本実施形態の画像形成装置２３に使用される現像剤は、粉砕方式による磁性一成分現像剤で、現像剤の粒径は、５μｍ〜１０μｍ程度である。また、現像剤の帯電量は、−５μＣ／ｇ〜−２０μＣ／ｇ程度である。しかし、本発明は、現像剤の特性に影響を受けないため非磁性一成分現像剤や非磁性二成分現像剤であっても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
＜画像形成装置＞
先ず、図１〜図４を用いて画像形成装置２３の構成について説明する。図１〜図４に示すように、画像形成装置２３は、静電潜像が形成される像担持体として有機感光体からなる感光ドラム１を有する。更に、図２の矢印ａ方向に回転する該感光ドラム１の表面を一様に帯電する帯電手段となる帯電ローラ２を有する。更に、一様に帯電した感光ドラム１の表面に対して図１に示す画像読取部４０で原稿画像から読み取った画像情報に基づいて図示しないレーザ光を照射して露光を行なう。これにより該感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する像露光手段となるレーザスキャナ４１を有する。
【００２７】
更に、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給してトナー像として現像する現像手段となる現像装置３を有する。更に、感光ドラム１の表面に形成されたトナー像を記録材２４に転写する転写手段となる転写ローラ４を有する。更に、記録材２４の表面に転写されたトナー像を加熱及び加圧して熱定着させる定着手段となる定着装置５を有する。更に、記録材２４に転写されずに感光ドラム１の表面上に残った残現像剤を回収するクリーニング手段となるクリーニング装置２５とを備えている。
【００２８】
＜現像装置＞
本実施形態の現像装置３には、図２に示すように、現像剤容器２８内に設けられた撹拌室２９内に補給された現像剤となるトナー３４を該現像剤容器２８の長手方向に撹拌しつつ搬送する螺旋状羽根を有する撹拌スクリュー１７を有する。撹拌室２９内には、トナー３４を搬送する搬送路となるトナー搬送路６０から補給口１８を介してトナー３４が補給される。
【００２９】
＜現像剤搬送装置＞
現像剤搬送装置を構成するトナー搬送路６０（搬送路）は、図６（ａ），（ｂ）に示す供給口６１から下方に供給されるトナー３４（現像剤）を搬送スクリュー１３（現像剤搬送手段）により以下の方向に搬送する。該トナー３４（現像剤）が供給される方向（図６（ａ），（ｂ）の矢印ｈ方向）と交差する方向（図６（ａ）の矢印ｋ方向）に搬送する。更に、撹拌室２９から撹拌スクリュー１７により現像室３１内に搬送されたトナー３４を撹拌すると共に、現像剤担持体となる現像スリーブ８にトナー３４を搬送する撹拌部材１９を有する。
【００３０】
更に、現像剤容器２８に設けられた開口２８ａから一部が露出して感光ドラム１の表面に対向して設けられた現像剤担持体となる現像スリーブ８を有する。更に、該現像スリーブ８の表面上に担持されるトナー３４の層厚を規制する規制ブレード３２を有する。更に、回転軸１９ａを中心に回転する撹拌部材１９の回転軌跡の領域内に対応する位置に設けられた残量センサ１６とが設けられている。
【００３１】
感光ドラム１の表面に形成された静電潜像に対するトナー３４の現像は以下の通りである。現像装置３に設けられた現像スリーブ８に現像バイアスが印加される。これにより感光ドラム１の表面電位と現像スリーブ８の電位との間に電位差が生じる。これにより現像スリーブ８の表面に担持されたトナー３４が感光ドラム１の表面に形成された静電潜像に対して飛翔することで現像が行なわれる。現像スリーブ８に印加される現像バイアスは、図示しない現像バイアス電源から所定の現像バイアス電圧が現像スリーブ８に印加される。本実施形態では、図示しない現像バイアス電源から交流バイアス電圧と直流バイアス電圧とを重畳させた現像バイアスが現像スリーブ８に印加される。
【００３２】
＜比較例＞
図１８は、比較例のトナー補給装置１１と、現像装置３の構成を示す側面説明図である。図１８において、現像装置３の上方に設けられた比較例のトナーボトル６と、該トナーボトル６から供給されたトナー３４を一時的に受容するホッパー部７と、該ホッパー部７から現像装置３にトナー３４を搬送するトナー搬送路１２が設けられている。図１８に示す比較例では、ホッパー部７がトナーボトル６の大型化の阻害要因となっていた。
【００３３】
＜トナー補給装置＞
図２〜図４に示す本実施形態では、図１８に示す比較例のホッパー部７及びトナー搬送路１２の換わりに以下の通りである。トナーボトル５０（補給容器）から供給されたトナー３４（現像剤）を現像装置３（現像手段）に搬送する搬送路となるトナー搬送路６０が設けられている。現像装置３には、トナー３４を担持する現像スリーブ８と、現像装置３内のトナー量を検知する残量センサ１６と、トナー搬送路６０により搬送されたトナー３４を現像装置３内に補給する補給口１８が設けられている。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態のトナー補給装置１１は、画像形成装置２３本体（画像形成装置の本体）に対して着脱可能な補給容器となる円筒状のトナーボトル５０のトナー３４（現像剤）を収容する収容部となるトナー収容部５０ｃを有する。更に、トナー収容部５０ｃを回転可能に支持する支持部となるトナーボトル装着部９を有する。
【００３５】
更に、トナー収容部５０ｃの外周面に全周に亘って連続して設けられた駆動受入部となるギア部５３に噛合してトナーボトル５０のトナー収容部５０ｃのみを回転させる駆動入力部となる駆動ギア１０とを有して構成されている。駆動ギア１０は、図示しない駆動伝達手段を介して図９に示すモータ２１により回転駆動される。トナー収容部５０ｃの外周面に設けられた駆動受入部となるギア部５３は、駆動入力部となる駆動ギア１０からの回転駆動力を受けて収容部となるトナー収容部５０ｃを回転駆動する。トナーボトル５０は、トナーボトル装着部９に対して着脱可能に支持される。
【００３６】
本実施形態のトナーボトル５０は、図５に示すように、トナー３４（現像剤）を収容するトナー収容部５０ｃを有する。更に、該トナー収容部５０ｃ内（収容部内）のトナー３４（現像剤）を排出する排出口５２を有する現像剤排出部となるトナー排出部５０ｄを有する。トナー収容部５０ｃの内周面には、螺旋状の突起部５０ａが該トナーボトル５０の内方向に突出して形成されている。
【００３７】
図９に示すモータ２１により駆動ギア１０が回転駆動されると、該駆動ギア１０に噛合するギア部５３を介してトナー収容部５０ｃが図２に示す中心軸５０ｂを中心に回転する。これによりトナー収容部５０ｃ内に収容されたトナー３４は該トナー収容部５０ｃの内周面に突出して形成された螺旋状の突起部５０ａに沿って図３の矢印ｂ方向に搬送されてトナー排出部５０ｄに案内される。
【００３８】
＜ポンプ部＞
次に、図３〜図５を用いてポンプ部５１の構成について説明する。図５（ａ）は、ポンプ部５１が使用上で最大限に伸張された状態を示す側面説明図である。図５（ｂ）は、ポンプ部５１が使用上で最大限に収縮された状態を示す側面説明図である。図５（ｃ）は、ポンプ部５１が使用上で最大限に伸張された状態を示す平面説明図である。図５（ｄ）は、ポンプ部５１が使用上で最大限に収縮された状態を示す平面説明図である。
【００３９】
図４に示すように、トナー収容部５０ｃに一体的に設けられた円筒部５７の外周面上には全周に亘って連続するカム溝５５が設けられている。該カム溝５５には、トナー収容部５０ｃの回転と同期して図４の左右方向に往復移動する往復移動部材５４の一端部に突出して設けられた係合突起部５６が摺動自在に係合されている。一方、往復移動部材５４の他端部には、係止部材２６を介してポンプ部５１の一端部が係止されている。
【００４０】
これによりトナー収容部５０ｃの回転と同期してカム溝５５に沿って往復移動部材５４の一端部に設けられた係合突起部５６が摺動して該往復移動部材５４が図３の左右方向に往復移動する。そして、該往復移動部材５４の他端部に設けられた係止部材２６を介してポンプ部５１が図３の左右方向に伸縮動作することにより該ポンプ部５１内の容積が増減する。ポンプ部５１は、トナー収容部５０ｃ内（収容部内）と、トナー排出部５０ｄに設けられた排出口５２とに連通し、伸縮動作により容積が可変とされる。
【００４１】
図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ポンプ部５１の伸縮動作によりトナー排出部５０ｄに設けられた排出口５２を介してトナー収容部５０ｃ内の吸気動作と排気動作とを交互に行なう。ポンプ部５１は、トナー排出部５０ｄに設けられた排出口５２を介してトナー収容部５０ｃの内部に向かう気流と、トナー収容部５０ｃから外部に向かう気流とを交互に繰り返し発生させる。
【００４２】
ポンプ部５１は、円筒部５７の回転方向に自身が回転することがないように設けられている。本実施形態のポンプ部５１は、図３の左右方向の往復移動に伴い、その容積が可変な樹脂製の蛇腹状ポンプからなる容積可変型のポンプ部５１を採用している。具体的には、図５に示すように、蛇腹状のポンプを採用しており、「山折り部」と「谷折り部」とが周期的に交互に複数形成されている。
【００４３】
従って、ポンプ部５１は、トナー収容部５０ｃの外周面上に設けられたギア部５３が図９に示すモータ２１により回転駆動される駆動ギア１０から受けた回転駆動力により該トナー収容部５０ｃと一体的に回転する。そして、トナー収容部５０ｃと一体的に回転する円筒部５７に設けられたカム溝５５に沿って図３の左右方向の往復移動する往復移動部材５４を介して図５（ａ）〜（ｄ）の左右方向に圧縮と伸張とを交互に繰り返し行なう伸縮動作を行なうことができる。
【００４４】
トナー収容部５０ｃと一体的に回転する円筒部５７に設けられたカム溝５５と、該カム溝５５に沿って図３の左右方向の往復移動する往復移動部材５４とは以下の通りである。駆動ギア１０（駆動入力部）からギア部５３（駆動受入部）が受けた回転駆動力をポンプ部５１の伸縮動作をさせる力に変換する駆動変換部として構成される。本実施形態では、ポンプ部５１の圧縮時と伸張時との容積変化量は、１７ｃｍ３（ｃｃ）に設定されている。
【００４５】
このようなポンプ部５１を採用することにより該ポンプ部５１の内部と連通されたトナー収容部５０ｃの内部の全体の容積を所定の周期で且つ交互に繰り返し変化させることができる。即ち、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、ポンプ部５１が最大に伸張した場合には、トナーボトル５０内の全体の容積が最大容積となる。
【００４６】
逆に、図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、ポンプ部５１が最小に収縮した場合には、トナーボトル５０内の全体の容積が最小容積となる。このように、ポンプ部５１の伸縮動作に伴なってトナーボトル５０内の全体の容積が変化する構成となっている。その結果、小径（本実施形態では直径が約２ｍｍ）の排出口５２から現像剤を効率良く排出させることが可能となる。ポンプ部５１が伸縮動作することで、排出口５２近傍（排出口近傍）のトナー３４（現像剤）を空気圧により排出する。
【００４７】
＜駆動変換部＞
次に、トナーボトル５０の駆動変換部の構成について説明する。本実施形態では、駆動変換部の一例としてトナー収容部５０ｃと一体的に回転する円筒部５７に設けられたカム溝５５と、該カム溝５５に沿って図３の左右方向の往復移動する往復移動部材５４とを用いた場合について説明する。本実施形態のトナーボトル５０には、トナー収容部５０ｃの外周面上に全周に亘って連続して設けられたギア部５３が設けられる。
【００４８】
ギア部５３は、トナー収容部５０ｃを回転させるための回転駆動力を駆動ギア１０から受ける。トナー収容部５０ｃを回転させるための回転駆動力をポンプ部５１を往復移動させる方向の力に変換する駆動変換部は以下の通りである。トナー収容部５０ｃと一体的に回転する円筒部５７に設けられたカム溝５５と、該カム溝５５に沿って図３の左右方向の往復移動する往復移動部材５４とにより構成される。
【００４９】
本実施形態では、トナー収容部５０ｃの回転と、ポンプ部５１を往復移動するための駆動力を一つの駆動受入部となるギア部５３で受ける構成とした。更に、ギア部５３が駆動ギア１０から受けた回転駆動力をトナーボトル５０側で往復移動力に変換する構成としている。これによりトナーボトル５０に駆動受入部を二つ別々に設ける場合と比較して、トナーボトル５０の駆動入力部の構成を簡易化できる。
【００５０】
ギア部５３が駆動ギア１０から受けた回転駆動力をポンプ部５１の往復移動力に変換するために駆動伝達部材として往復移動部材５４を用いている。具体的には、駆動ギア１０から回転駆動力を受ける駆動受入部となるギア部５３と一体的に回転する円筒部５７の外周面に全周亘って連続して設けられたカム溝５５が回転する。
【００５１】
該カム溝５５には、往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６が摺動自在に係合している。本実施形態の往復移動部材５４は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、円筒部５７の回転方向へ自身が回転することがないように（ガタ程度は許容する）規制されている。
【００５２】
このように往復移動部材５４は、円筒部５７の回転方向に回転することがないように規制されることで、該往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６がカム溝５５に沿って図５（ａ），（ｂ）の左右方向に往復移動するように規制されている。更に、該往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６は、カム溝５５に複数係合するように設けられている。具体的には、円筒部５７の外周面に対向して二つの往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６が円筒部５７の回転方向に約１８０°ずれた位置に設けられている。
【００５３】
往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６の配置個数については、少なくとも一つ設けられていれば良い。但し、ポンプ部５１の伸縮時の抗力により駆動変換部等にモーメントが発生し、スムーズな往復移動が行われない恐れがあるためカム溝５５の形状に合わせて係合突起部５６を複数個設けることが好ましい。
【００５４】
駆動ギア１０からギア部５３に入力された回転駆動力によりカム溝５５が回転することで該カム溝５５に沿って往復移動部材５４の一端部から突出した係合突起部５６が摺動して該往復移動部材５４が図５（ａ），（ｂ）の左右方向に往復移動する。これにより図５（ａ）に示すポンプ部５１が伸張した状態と、図５（ｂ）に示すポンプ部５１が収縮した状態とを交互に繰り返す。これによりトナーボトル５０内の容積の可変を達成することができる。
【００５５】
＜トナー搬送路＞
次に、図６を用いてトナーボトル５０から現像装置３にトナー３４を搬送するトナー搬送路６０の構成について説明する。図６（ａ）は、トナー搬送路６０を搬送スクリュー１３の長手方向に沿って横方向から見た側面説明図である。図６（ｂ）は、トナー搬送路６０を搬送スクリュー１３の長手方向に直交する方向に切断した断面説明図である。
【００５６】
図６に示すように、本実施形態のトナー搬送路６０には、図３に示すトナーボトル５０のトナー排出部５０ｄに設けられた排出口５２と連通される供給口６１（開口）が設けられいる。トナー搬送路６０の内部には、現像装置３にトナー３４（現像剤）を搬送するための螺旋状羽根１３ｂを有する現像剤搬送手段となる搬送スクリュー１３が設けられている。
【００５７】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、トナー搬送路６０内（搬送路内）には、該トナー搬送路６０内の現像剤量（トナー３４の量）を検知する現像剤検知手段となる残量センサ１４が設けられている。残量センサ１４（現像剤検知手段）は、供給口６１から落下し、搬送スクリュー１３（現像剤搬送手段）を通過する位置のトナー３４（現像剤）を検知する。
【００５８】
本実施形態の残量センサ１４の検知面１４ａは、トナー搬送路６０内（搬送路内）を搬送されるトナー３４（現像剤）の矢印ｋ方向で示す搬送方向において以下の通りである。トナーボトル５０（補給容器）から該トナー搬送路６０内（搬送路内）に図６の上方からトナー３４（現像剤）を供給する供給口６１（開口）を矢印ｈ方向で示す重力方向に投影した領域の少なくとも一部にオーバーラップする（図６（ａ）参照）。
【００５９】
即ち、残量センサ１４（現像剤検知手段）の検知領域が、搬送スクリュー１３（現像剤搬送手段）によるトナー３４（現像剤）の矢印ｋ方向で示す搬送方向に対して垂直な方向である。更に、供給口６１を矢印ｈ方向で示す重力方向に投影した領域に対して垂直な方向に搬送スクリュー１３（現像剤搬送手段）を投影した領域の少なくとも一部にオーバーラップする。更に、残量センサ１４（現像剤検知手段）の検知領域の少なくとも一部は、矢印ｈ方向で示す重力方向における搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄの幅領域の少なくとも一部にオーバーラップする。これによりトナー３４（現像剤）を検知するように配置される。
【００６０】
更に、残量センサ１４の検知面１４ａは、該矢印ｈ方向で示す重力方向に平行（図６（ｂ）参照）に配置されている。更に、残量センサ１４の検知面１４ａの少なくとも一部は、矢印ｈ方向で示す重力方向において、搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄの幅領域の少なくとも一部にオーバーラップして（図６（ａ），（ｂ）参照）配置されている。また、残量センサ１４（現像剤検知手段）は、搬送スクリュー１３（現像剤搬送手段）の図６（ｂ）の矢印ｄ方向の回転により螺旋状羽根１３ｂからトナー３４（現像剤）が反重力方向ｊに力を受ける側に配置されている。
【００６１】
本実施形態の搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄは、トナー３４の搬送効率の最適化の観点から１０ｍｍ以上、且つ２０ｍｍ以下に設定される。螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄが１０ｍｍよりも小さい場合は、搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの上に乗るトナー３４が少なくなってしまい、円滑なトナー搬送が出来ない。つまり、螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄが１０ｍｍ以上であればトナー搬送が円滑に行える。
【００６２】
一方、螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄが２０ｍｍよりも大きくなると寸法公差が大きくなる。このため螺旋状羽根１３ｂの外周面とトナー搬送路６０（搬送路）の底面とのクリアランス公差も大きくなる。螺旋状羽根１３ｂの外周面とトナー搬送路６０（搬送路）の底面とのクリアランスが大きくなると、トナー３４がその隙間に入ってしまうためトナー搬送が円滑に行えなくなる。
【００６３】
搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂのスクリューピッチＰは、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度に設定される。搬送スクリュー１３の回転数は、１００ｒｐｍ（rotation per minute）〜２００ｒｐｍ程度に設定される。尚、搬送スクリュー１３により搬送するトナー３４の種類やトナー搬送路６０内へのトナー供給量等が大きく変更された場合には、搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄ、スクリューピッチＰ、搬送スクリュー１３の回転数を適宜最適化すれば良い。
【００６４】
＜トナー補給動作＞
次に、図７を用いてトナー補給装置１１により現像装置３にトナー３４を補給するトナー補給動作について説明する。図７は、本実施形態のトナー補給装置１１により現像装置３にトナー３４を補給する動作を説明するフローチャートである。図６（ａ），（ｂ）に示すように、トナー搬送路６０には、該トナー搬送路６０内のトナー量を検知する透磁率センサからなる残量センサ１４が設けられている。
【００６５】
本実施形態の残量センサ１４は、トナー搬送路６０内の透磁率を測定することにより該トナー搬送路６０内のトナー３４の有無を検出する透磁率センサにより構成される。残量センサ１４により検知されたトナー搬送路６０内のトナー量に対応する透磁率から得られる信号値に基づいて制御手段となるＣＰＵ３０は以下の通り制御する。モータ２０を回転駆動してトナーボトル５０を回転させる。これにより該トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を補給する補給指令信号を発する。更に、モータ２０の回転を停止してトナーボトル５０の回転を停止させて該トナーボトル５０からトナー搬送路６０内へのトナー補給を停止する補給停止信号を発する。
【００６６】
即ち、ＣＰＵ３０（制御手段）は、トナーボトル５０（補給容器）から該トナー搬送路６０内（搬送路内）に図６の上方からトナー３４（現像剤）を補給する補給動作を実行する。ＣＰＵ３０（制御手段）は、残量センサ１４（現像剤検知手段）によりトナー搬送路６０内（搬送路内）にトナー３４（現像剤）が無いことを検知する。そのとき、トナーボトル５０（補給容器）からトナー３４（現像剤）を排出して該トナー搬送路６０内（搬送路内）に図６の上方から供給する。一方、残量センサ１４（現像剤検知手段）によりトナー搬送路６０内（搬送路内）にトナー３４（現像剤）が有ることを検知する。そのとき、トナーボトル５０（補給容器）からのトナー３４（現像剤）の排出を停止する。
【００６７】
図７のステップＳ１において、ユーザが画像形成装置２３本体の電源２７を投入する。次に、ステップＳ２において、画像形成動作を開始する。すると、ステップＳ３において、ＣＰＵ３０は、モータ３３を回転駆動して図示しない駆動伝達手段により撹拌スクリュー１７、撹拌部材１９及び現像スリーブ８をそれぞれ回転駆動する。これにより現像装置３の駆動が開始される。
【００６８】
次に、ステップＳ４において、ＣＰＵ３０は、図２に示す現像装置３内に設けられた残量センサ１６による検知結果により現像剤容器２８の現像室３１内のトナー３４の有無を判断する。前記ステップＳ４において、画像形成により現像装置３の現像室３１内のトナー３４が消費されて残量センサ１６がトナー無しを検知する。すると、ステップＳ５に進んで、ＣＰＵ３０は、図６に示すトナー搬送路６０内に設けられた残量センサ１４による検知結果により該トナー搬送路６０内のトナー３４の有無を判断する。
【００６９】
前記ステップＳ５において、トナー搬送路６０の内部に設けられた残量センサ１４によりトナー有りを検知していたときは、ステップＳ６に進んで、ＣＰＵ３０は、モータ２２を回転駆動してトナー搬送路６０に設けられた搬送スクリュー１３を回転駆動する。これによりトナー搬送路６０内のトナー３４が排出口６２から補給口１８を介して現像装置３の撹拌室２９内に補給される。
【００７０】
前記ステップＳ５において、搬送スクリュー１３を回転駆動してトナー搬送路６０内のトナー３４を現像装置３内に補給することにより該トナー搬送路６０内のトナー３４は減少する。そして、残量センサ１４がトナー無しを検知した場合は、ステップＳ７に進む。前記ステップＳ７において、ＣＰＵ３０は、モータ２１を回転駆動して駆動ギア１０を回転させる。
【００７１】
そして、該駆動ギア１０に噛合したギア部５３を介してトナーボトル５０のトナー収容部５０ｃを回転させる。そして、該トナー収容部５０ｃ内に突出して設けられた螺旋状の突起部５０ａに沿ってトナー収容部５０ｃ内のトナー３４がトナー排出部５０ｄに搬送される。そして、トナー収容部５０ｃと一体的に回転する円筒部５７の外周面に設けられたカム溝５５に沿って往復移動部材５４が往復移動する。そして、ポンプ部５１を伸縮動作させて排出口５２から供給口６１を介してトナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を供給する。
【００７２】
前記ステップＳ４において、現像装置３内の残量センサ１６がトナー有りを検知していれば、ＣＰＵ３０は、通常の画像形成動作には影響無いと判断して画像形成動作は停止させない。トナーボトル５０のトナー収容部５０ｃの外周面上に設けられたギア部５３には、駆動ギア１０が噛合して設けられており、該駆動ギア１０が回転することでトナーボトル５０のトナー収容部５０ｃを回転させる。これと同時にポンプ部５１を伸縮動作させることでトナーボトル５０内に収容されたトナー３４がトナー搬送路６０に排出される。
【００７３】
ＣＰＵ３０は、モータ２１を回転駆動してトナーボトル５０のトナー収容部５０ｃを一定時間回転させる。そして、該トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４の供給を行っても該トナー搬送路６０内に設けられた残量センサ１４がトナー有りを検知しなかった場合は以下の通りである。トナーボトル５０内のトナー３４が少なくなっているものと判断する。そして、画像形成動作は継続させるもののユーザに対してはトナーボトル５０内のトナー残量がゼロである旨の警告を促す。
【００７４】
トナー搬送路６０内には、搬送スクリュー１３が設けられている。現像装置３内に設けられた残量センサ１６が該現像装置３内のトナー無しを検知する。そのとき、ＣＰＵ３０は、モータ２２を回転駆動して搬送スクリュー１３を回転させてトナー搬送路６０内のトナー３４を現像装置３内に補給する。
【００７５】
ＣＰＵ３０は、残量センサ１６により現像装置３内のトナー無しを検知する。その後、搬送スクリュー１３を一定時間回転させてトナー搬送路６０から現像装置３内にトナー３４を補給しても現像装置３内の残量センサ１６がトナー有りを検知しなかった場合は以下の通りである。トナーボトル５０内のトナー残量がゼロであると判断して画像形成動作を停止させ、ユーザに対してはトナーボトル５０の交換を促す。
【００７６】
＜残量センサ＞
次に、図８を用いて透磁率センサからなる残量センサ１４，１６の構成について説明する。図８（ａ）は、本実施形態の残量センサ１４，１６として採用される磁気ブリッジセンサの構成を示す斜視説明図である。図８（ａ）に示すように、本実施形態の残量センサ１４，１６は、磁気ブリッジセンサを用いている。磁気ブリッジセンサからなる残量センサ１４，１６は、図８（ａ）に示すように、本体部２０ａの上に検知ヘッド２０ｂが一体的に設けられている。そして、入出力用の信号線２０ｃを介して画像形成装置２３本体に設けられたＣＰＵ３０との間で検知信号の授受を行なう。
【００７７】
検知ヘッド２０ｂの内部には検知トランスが埋め込まれており、この検知トランスは、一つの一次巻線と、基準巻線と検知巻線とから成る二つの二次巻線とを有する合計で三つの巻線から構成されている。尚、前記検知巻線は、検知ヘッド２０ｂの天面側に設けられ、前記基準巻線は、一次巻線を挟んで検知ヘッド２０ｂの底面側に設けられている。
【００７８】
本体部２０ａ内に設けられた発信器から一定波形の信号を持つ電流が一次巻線に入力されると、基準巻線と検知巻線とから成る二つの二次巻線にも電磁誘導によって所定の波形の信号を持つ電流が流れる。このときの発信器からの一定波形の信号と、検知巻線から電磁誘導によって流れた電流の所定の波形の信号とを本体部２０ａ内に設けられた比較回路で判断する。これにより検知ヘッド２０ｂの天面側にどの程度の密度の磁性体が有るかを検知する。即ち、検知ヘッド２０ｂの天面側に磁性体が有る場合と無い場合とでは、異なった出力が得られる。
【００７９】
尚、このような磁気ブリッジセンサは、検知しようとする磁性体の磁性密度等の違いに対応するため、検知トランスの中心部にフェライト製のネジコアを移動可能に設けてあり、このネジコアの位置を調節することによって適正な検知が可能となっている。
【００８０】
残量センサ１４，１６は、トナー搬送路６０内及び現像装置３内にそれぞれ収容されたトナー残量を図８に示す磁気ブリッジセンサによって検出する。該磁気ブリッジセンサの検知ヘッド２０ｂによるトナー残量の検知範囲は、トナー３４の最大充填時から空になるまでの範囲よりも大きく設定されている。
【００８１】
図８（ｂ）は、磁気ブリッジセンサにより検出したトナー残量Ｔと、該磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖとの関係を示す図である。図８（ｂ）に示すように、磁気ブリッジセンサは、トナー搬送路６０内のトナー残量Ｔが最大充填時のトナー残量Ｔｆである場合には、最も高い出力電圧Ｖｈを示す。
【００８２】
一方、トナー搬送路６０内のトナー残量Ｔが空の時のトナー残量Ｔｅである場合には、最も低い出力電圧Ｖｌを示す。そして、最大充填時のトナー残量Ｔｆと、空の時のトナー残量Ｔｅとの間では、出力電圧Ｖは、トナー残量Ｔに対して一対一で対応している。このため磁気ブリッジセンサにより検出したトナー残量Ｔと、該磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖとの関係は、一対一で対応する直線、若しくは曲線で表わされ、トナー搬送路６０内のトナー残量Ｔに応じた出力電圧Ｖを得ることができる。
【００８３】
本実施形態では、磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖが予め設定された所定の閾値以上であった場合に、ＣＰＵ３０は、「トナー有り」と判断する。つまり、トナー搬送路６０内の残量センサ１４の磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖが予め設定された所定の閾値以上であった場合は以下の通りである。
【００８４】
ＣＰＵ３０は、トナー搬送路６０内にトナー有りと判断し、トナーボトル５０からトナー搬送路６０へのトナー３４の供給を停止させる。また、現像装置３内の残量センサ１６の磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖが予め設定された所定の閾値以上であった場合は、ＣＰＵ３０は、現像装置３内にトナー有りと判断し、トナー搬送路６０から現像装置３へのトナー補給を停止させる。
【００８５】
また、トナー搬送路６０内の残量センサ１４の磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖが予め設定された所定の閾値よりも小さい場合は以下の通りである。ＣＰＵ３０は、トナー搬送路６０内にトナー無しと判断し、トナーボトル５０からトナー搬送路６０へのトナー３４の供給を開始する。また、現像装置３内の残量センサ１６の磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖが予め設定された所定の閾値よりも小さい場合は、ＣＰＵ３０は、現像装置３内にトナー無しと判断し、トナー搬送路６０から現像装置３へのトナー補給を開始する。
【００８６】
図９は、トナー補給装置１１によるトナー補給動作を制御する制御系の構成を示すブロック図である。前述したトナー補給装置１１によるトナー補給動作を行なうことにより現像装置３へのトナー補給動作を円滑に行なうことが出来る。しかしながら、トナー搬送路６０内の容積は非常に小さい。このため図１８の比較例で示すホッパー部７のように大量のトナー３４を保持できない。
【００８７】
つまり、現像装置３へのトナー３４の供給が遅れてしまう可能性がある。現像装置３へのトナー３４の供給が遅れると、トナーボトル５０内には、まだトナー３４が十分あるにも関わらず、現像装置３内に設けられた残量センサ１６がトナー無しを一定時間以上検知し続ける。すると、トナーボトル５０内のトナー３４が無くなったと誤検知していまい、画像形成動作の継続が不可能となる。
【００８８】
また、トナーボトル５０からのトナー補給量のばらつきも図１８に示す比較例よりは安定するもののトナー搬送路６０内の容積が小さくなることで、その効果が相殺されてしまう。つまりトナー搬送路６０内に設けられた残量センサ１４の検知結果によりトナー搬送路６０内のトナー３４が少量であることが判断出来ない場合がある。
【００８９】
また、トナー搬送路６０内に大量のトナー３４が供給されても残量センサ１４の検知結果によりトナー搬送路６０内のトナー３４が大量であることが判断出来ない可能性がある。そのため本実施形態では、トナー搬送路６０内に設けられる残量センサ１４の位置を規定してトナー搬送路６０内のトナー３４の状態を正確に検知してトナーボトル５０からのトナー３４の補給制御を円滑にしたものである。
【００９０】
＜実験＞
次に、図１０を用いてトナー搬送路６０内の九箇所に残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３をそれぞれ配置した実験結果について説明する。図１０（ａ）は、トナー搬送路６０内に設ける残量センサ１４の配置位置を適宜変更して実験を行なった様子を示す搬送スクリュー１３の長手方向に沿った断面説明図である。図１０（ｂ）は、トナー搬送路６０内に設ける残量センサ１４の配置位置を適宜変更して実験を行なった様子を示す搬送スクリュー１３の長手方向に直交する方向の断面説明図である。
【００９１】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）に所定ピッチで三箇所に残量センサ１４を配置する。更に、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の図１０（ｂ）の矢印ｄ方向で示す回転方向に所定ピッチで三箇所に残量センサ１４を配置する。これらの組み合わせにより合計で九箇所に残量センサ１４を配置して実験を行なった。
【００９２】
図１０（ａ）に示すトナー搬送路６０の排出口６２側を搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「１番地」とする。更に、トナーボトル５０からの供給口６１側を搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「３番地」とする。また、「１番地」と「３番地」との間の中央を搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「２番地」とした。
【００９３】
同様に、図１０（ｂ）に示すトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の図１０（ｂ）の矢印ｄ方向で示す回転方向において、該搬送スクリュー１３の回転軸１３ａと水平な位置を「Ａ番地」とする。そして、該「Ａ番地」よりも搬送スクリュー１３の回転方向上流側に回転軸１３ａを中心として４５度回転させた位置を「Ｂ番地」とする。そして、前記「Ａ番地」よりも搬送スクリュー１３の回転方向上流側に回転軸１３ａを中心として９０度回転させた位置を「Ｃ番地」とした。これにより本実験では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、前記「Ａ番地〜Ｃ番地」と「１番地〜３番地」とを組み合わせてトナー搬送路６０内の九箇所に残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３をそれぞれ配置したものである。
【００９４】
本実験では、品質工学上で使用される図１１に示すＬ９の直行表（割付表）を用いて行なう。尚、直交表とは、任意の因子（列）について、その水準のすべての組合せが同数回ずつ現れるという性質をもつ実験のための割り付け表（実験計画法）である。本実験の目的は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、トナー搬送路６０内の九箇所にそれぞれ配置した残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３により検知される磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖのばらつきの少なさを検証する。
【００９５】
つまり、繰り返し実験の結果、誤差の少ない残量センサ１４の配置位置を検証する。更に、高レスポンスの位置を検証する。つまり、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を供給する。そして、各残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３によりトナー有りの信号を得てからトナー無しと判断するまでに要する時間が短い残量センサ１４の配置位置を検証する。
【００９６】
＜誤差因子＞
本実験の誤差因子は、使用する残量センサ１４の感度の上下限（透磁率センサの感度公差の上下限）と、トナー３４の凝集度の上下限（トナー３４に含まれる外添剤の入れ目量の公差上下限）との調合とする。誤差の調合に関しては事前に予備実験を行なう。ここで、図１３に示す誤差直線ｅでは、残量センサ１４の感度が上限で、トナー凝集度が下限（サラサラ）であれば、残量センサ１４が反応し易い条件となる。
【００９７】
また、図１３に示す誤差直線ｆでは、残量センサ１４の感度が下限で、トナー凝集度が上限（ぼそぼそ）であれば、残量センサ１４の反応が鈍い条件となる。図１３の誤差直線ｅ，ｆで示す各条件を、本実験の誤差因子とすることで、残量センサ１４のばらつきやトナー凝集度のばらつきに強いトナー搬送路６０内の残量センサ１４の配置位置を明確にすることが出来る。
【００９８】
＜制御因子＞
本実験の制御因子は、図１１に示すＬ９の直行表（割付表）を用いるため以下の４因子に振り分ける。制御因子（１）は、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の図１０（ｂ）の矢印ｄ方向で示す回転方向（周方向）における「Ａ番地〜Ｃ番地」の残量センサ１４の配置位置である。制御因子（２）は、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「１番地〜３番地」の残量センサ１４の配置位置である。
【００９９】
制御因子（３）は、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転速度が「遅い（低速度；例えば７０ｒｐｍ）、中速度（例えば１７０ｒｐｍ）、速い（高速度；例えば２７０ｒｐｍ）」である。制御因子（４）は、図１１に示すＬ９の直行表（割付表）の右側に記載された「空白」である。図１１に示すＬ９の直行表（割付表）の右側に記載された「空白」は、繰り返し誤差を算出する為の制御因子である。図１２（ａ），（ｂ）の右側に示すグラフは、実験間誤差と、繰り返し誤差とを示す。その繰り返し誤差を算出するために図１１に示す制御因子の一つを「空白」としている。実験間誤差及び繰り返し誤差の振れ幅よりも大きい制御因子は、感度が大きいと判断する。
【０１００】
＜特性値＞
本実験の特性値は、トナー搬送路６０内の残量センサ１４がトナー有りを検知してからトナー無しを検知するまでに要する時間（検知時間）について考慮する。そして、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を１（ｇ）補給したときと、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を１０（ｇ）補給したときの動特性（ゼロ点比例）を検討する。
【０１０１】
尚、動特性（ゼロ点比例）とは、図１３に示すように、入力信号（Ｍ）＝０のとき出力（ｙ）＝０で、出力（ｙ）が入力信号（Ｍ）の比例式であるｙ＝βＭが理想的であるときに用いる図１４に示すＳＮ比ηｄｂである。図１４に示すＭｉは入力信号、γ０は同一信号でのデータ数を示す。
【０１０２】
トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を１（ｇ）補給したときの残量センサ１４がトナー有りを検知してからトナー無しを検知するまでに要する時間を特性値とする。更に、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を１０（ｇ）補給したときの残量センサ１４がトナー有りを検知してからトナー無しを検知するまでに要する時間を特性値とする。これによりトナーボトル５０から排出されるトナー量のばらつきを吸収することが出来る。
【０１０３】
図１０（ａ），（ｂ）は、実験で用いるトナー搬送路６０内にそれぞれ配置した各残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３の配置位置（各番地）を示す。図１１は、図１０（ａ），（ｂ）に示す各残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３の配置位置（各番地）と、トナー搬送路６０内に設けられた搬送スクリュー１３の回転速度との組み合わせを実験条件としたＬ９の直行表（割付表）を示す図である。本実験の繰り返し実験数は３回とする。
【０１０４】
図１１に示すＬ９の直行表（割付表）において、実験「１」の条件は、搬送スクリュー１３の回転方向（周方向）における残量センサ１４の位置が「Ａ番地」である。更に、搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における残量センサ１４の位置が「１番地」である。更に、搬送スクリュー１３の回転速度が「遅（低速度；例えば７０ｒｐｍ）」である。この条件で図１０（ａ），（ｂ）に示す実験装置をセッティングする。
【０１０５】
先ず、誤差条件は、図１３の誤差直線ｅで示す残量センサ１４の感度が上限、トナー凝集度が下限（サラサラ）とする。そして、残量センサ１４の磁気ブリッジセンサのアナログ値からなる出力電圧Ｖをデジタル変換したデジタル信号値をモニタする。次に、搬送スクリュー１３を回転駆動させる。その後、トナーボトル５０を回転駆動させてポンプ部５１の伸縮動作によりトナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４を１（ｇ）供給する。このとき、残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙを確認する。この実験を３回繰り返す。
【０１０６】
図１１に示す実験「１」では、１回目の実験で残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙは、２．２秒であった。２回目の実験で残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙは、２．３秒であった。３回目の実験で残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙは、２．１秒であった。このような実験を図１１に示す実験「２」〜実験「９」についても同様に３回ずつ行なう。次に、誤差条件を図１３の誤差直線ｆで示す残量センサ１４の感度が下限で、トナー凝集度が上限（ぼそぼそ）に切り替えて、図１１に示す実験「１」〜実験「９」を３回ずつ繰り返して行なう。
【０１０７】
図１２（ａ）は、図１４に示す品質工学上の計算式における入力信号（Ｍｉ）をトナー補給量Ｍ（ｇ）とする。そして、得られる特性値となる出力（ｙ）を各残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３によりトナー有りを検知している時間ｙｉに置き換えてデシベル（ｄｂ）換算したＳＮ比ηｄｂを示す図である。図１２（ｂ）は、図１４に示す品質工学上の計算式における入力信号（Ｍｉ）をトナー補給量Ｍ（ｇ）とする。そして、得られる特性値となる出力（ｙ）を各残量センサ１４Ａ１〜１４Ｃ３によりトナー有りを検知している時間ｙｉに置き換えて計算した感度βを示す図である。
【０１０８】
＜ＳＮ比＞
品質工学上のＳＮ比は、実験データのばらつきの尺度を表している。図１２（ａ）において、ＳＮ比が高いと、その条件は、ばらつきが小さいことを表している。即ち、図１２（ａ）において、ＳＮ比が高いトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転方向における「Ａ番地」である。更に、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「３番地」である。更に、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転速度が「中速度（例えば１７０ｒｐｍ）、速い（高速度；例えば２７０ｒｐｍ）」の条件では、ばらつきが小さい。
【０１０９】
＜動特性＞
品質工学上の動特性とは、図１４に示す品質工学上の計算式における入力信号（Ｍ）（信号因子）によって出力（ｙ）が変化する特性のことである。実際的には、信号因子となる入力信号（Ｍ）を変化させることによって出力（ｙ）も変化するような現象に当てはまる。本実施形態では、入力信号（Ｍ）は、トナー補給量Ｍ（ｇ）で与えられ、得られる特性値となる出力（ｙ）は、残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙ（秒）となる。
【０１１０】
ここで、「動特性が良い」とは、図１４に示す品質工学上の計算式における入力信号（Ｍ）（信号因子）の値が変化しても、それぞれの入力信号（Ｍ）の値に対して、期待する出力（ｙ）の値が確実に得られることを表す。動特性の実験では、前述した制御因子と誤差因子との組み合せ条件の中で、「動特性が良い」条件を探すことを目的とする。
【０１１１】
図１２（ａ）は、入力信号（Ｍ）＝０のとき出力（ｙ）＝０で、出力（ｙ）が入力信号（Ｍ）の比例式であるｙ＝βＭが理想的であるときに用いるＳＮ比を示す。この場合の「β」は、図１２（ａ）に示すＳＮ比（比例）のグラフの傾きを示しており、図１２（ｂ）に示すように、入力信号（Ｍ）に対する感度を表している。本実験における感度βは、残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙ（秒）であるため該時間ｙ（秒）が短いことを理想とすると、感度βは低い方が良いことが分かる。
【０１１２】
即ち、図１２（ｂ）において、感度βが低い条件は、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転方向における「Ａ番地」である。更に、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「３番地」である。更に、トナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転速度が「速い（高速度；例えば２７０ｒｐｍ）」である。これらの感度βが低い条件では、残量センサ１４によりトナー有りを検知している時間ｙ（秒）が短いため検知精度が高いといえる。
【０１１３】
これらの実験結果から、図１０（ａ），（ｂ）に示すトナー搬送路６０における残量センサ１４の配置位置は、搬送スクリュー１３の回転方向においては「Ａ番地」が好ましい。更に、搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）においては「３番地」が好ましい。これにより図１０（ａ），（ｂ）に示す残量センサ１４Ａ３の配置位置がＳＮ比が高く、感度βが低いため、ばらつきの少なさと検知精度の高さを両立出来る位置であると考えられる。
【０１１４】
＜考察＞
これらの実験結果からトナー搬送路６０内に設けられた残量センサ１４によるトナー検知メカニズムの考察結果は以下の通りである。図１０（ａ），（ｂ）に示すトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「１番地、２番地」の配置位置では以下の通りである。図１５（ａ），（ｂ）に示すように、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内に同じトナー量が供給された場合でも搬送スクリュー１３の搬送動作によってトナー３４の状態が変化することがある。
【０１１５】
つまり、トナー３４の凝集度や流動性のばらつきが残量センサ１４による検知信号のばらつきに直結してしまう。しかし、図１０（ａ），（ｂ）に示すトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の長手方向（図１０（ａ）の左右方向）における「３番地」の配置位置では以下の通りである。搬送スクリュー１３の搬送動作によってトナー３４の状態が変化する前に残量センサ１４により検知出来るので、ばらつきが小さい結果となっている。
【０１１６】
また、図１０（ａ），（ｂ）に示すトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転方向における「Ｃ番地」の配置位置では、重力の影響でトナー搬送路６０内の底面にトナー３４がこびり付いてしまい、残量センサ１４が常にトナー有りを検知してしまう。図１０（ａ），（ｂ）に示すトナー搬送路６０内の搬送スクリュー１３の回転方向における「Ｂ番地」の配置位置でも同様である。重力の影響でトナー搬送路６０内の底面から斜面に亘ってトナー３４がこびり付いてしまい、残量センサ１４が常にトナー有りを検知してしまう。
【０１１７】
このように、前述の実験結果は、上記のような推定メカニズムを裏付ける結果となり、矛盾無い考察がなされた。これにより本実施形態のトナー補給装置１１において、トナー搬送路６０内に設けられる残量センサ１４の配置位置は以下の通りである。図６（ａ），（ｂ）に示すように、供給口６１の略下で、且つ残量センサ１４の検知面１４ａは、矢印ｈ方向で示す重力方向（図６（ｂ）の上下方向）に略平行であることが望ましい。
【０１１８】
本実施形態の画像形成装置２３は、トナー搬送路６０内のトナー３４の有無を精度良く行なうためにトナー搬送路６０内の残量センサ１４の配置位置は以下の通りである。矢印ｈ方向で示す重力方向（図６（ｂ）の上下方向）の搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄの幅内に少なくとも検知面１４ａの一部がオーバーラップするように配置する。更に、トナーボトル５０からトナー搬送路６０内にトナー３４が供給される供給口６１の略真下に対応する位置が望ましい。これによりトナー搬送路６０内の残量センサ１４によりトナー３４の残量検知を精度良く行なうことが出来る。
【０１１９】
トナーボトル５０からポンプ部５１の伸縮動作による空気圧によってトナー搬送路６０内に排出されたトナー３４を残量センサ１４により精度良く、且つ高レスポンスで検知する。そして、搬送スクリュー１３により搬送された後のトナー無しを同様に高レスポンスで、ばらつきなく検知することができる。
【０１２０】
トナーボトル５０から現像装置３にトナー３４を搬送するトナー搬送路６０内に設けられる残量センサ１４の配置位置は以下の通りである。供給口６１の略真下に対応する位置で、且つ検知面１４ａを矢印ｈ方向で示す重力方向（図６（ｂ）の上下方向）に略水平に配置する。これにより残量センサ１４により検知した検知結果にばらつきが少なく、且つ、検知精度の高い結果が得られ、正確なトナー３４の有無検知を行なうことが可能となった。その結果、現像装置３へのトナー３４の供給が安定し、ベタ黒等の高印字率画像に対するトナー３４の追従性も向上した。また、図１８の比較例で示すホッパー部７の小型化にも大きく貢献した。
【実施例２】
【０１２１】
次に、図１６及び図１７を用いて本発明に係る画像形成装置の第２実施形態の構成について説明する。尚、前記第１実施形態と同様に構成したものは同一の符号、或いは符号が異なっても同一の部材名を付して説明を省略する。本実施形態では、図１６（ｂ）に示すように、トナー搬送路６０内に設けられる残量センサ１４は、図１６（ｂ）の矢印ｄ方向で示す搬送スクリュー１３の回転方向のベクトルが矢印ｈ方向で示す重力方向を向いている領域を考慮する。その領域で、且つ検知面１４ａが矢印ｈ方向で示す重力方向に略平行に配置する。これは、トナー搬送路６０内を通過するトナー３４の振る舞いがトナー３４の比重に応じて変化するためである。
【０１２２】
図１６（ｂ）に示すように、比重が軽いトナー３４であれば、トナー搬送路６０内に補給されたトナー３４が搬送スクリュー１３の回転の影響を受けて以下の通りである。図１６（ｂ）に示す残量センサ１４側の側壁と底面との間の角部位置に保持されながら搬送スクリュー１３の長手方向に搬送される。比重が軽いトナー３４は、搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの回転ベクトルによって該搬送スクリュー１３の回転軸１３ａを乗り越える。これにより図１６（ｂ）に示す残量センサ１４側の側壁と底面との間の角部位置から該底面上の図１６（ｂ）の右側の位置に移動する。
【０１２３】
しかし、図１６（ａ）に示すように、比重が重いトナー３４は、搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの回転ベクトルの影響を受けても該トナー３４に作用する重力によって搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの上に保持される。これによりトナー３４が搬送スクリュー１３の回転軸１３ａを超えないため図１６（ａ）に示す右側の側壁と底面との間の角部位置に保持されながら搬送スクリュー１３の長手方向に搬送される。そのため比重が重いトナー３４を用いる場合は、図１６（ａ）に示すように、残量センサ１４は、搬送スクリュー１３が反重力方向ｊの回転ベクトルを持つ領域で、且つ検知面１４ａが反重力方向ｊに略平行に配置する。
【０１２４】
本実施形態で用いるトナー３４は、磁性一成分トナーであるため磁性体が内添さている。そのため比重が１．４ｇ／ｃｍ３以上程度の重いトナー３４である。また、残量センサ１４の搬送スクリュー１３の長手方向における配置位置は以下の通りである。図１７（ａ）に示すように、供給口６１の略真下に対応する位置が望ましい。他に、図１７（ｂ）に示すように、残量センサ１４の検知面１４ａの一部が搬送スクリュー１３の長手方向において供給口６１の少なくとも一部にオーバーラップする位置であれば同様の効果が得られることが確認されている。
【０１２５】
また、残量センサ１４の高さ方向の位置は、図１７（ｃ）に示すように、搬送スクリュー１３の回転軸１３ａの回転中心位置の近傍が望ましい。他に、図１７（ｄ）に示すように、残量センサ１４の検知面１４ａの一部が矢印ｈ方向で示す重力方向において搬送スクリュー１３の螺旋状羽根１３ｂの外径直径Ｄの幅領域の少なくとも一部にオーバーラップする。これにより同様の効果が得られることが確認されている。他の構成は前記第１実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【０１２６】
１３…搬送スクリュー（現像剤搬送手段）
１４，１４Ａ１〜１４Ｃ３…残量センサ（現像剤検知手段）
３４…トナー（現像剤）
６０…トナー搬送路（搬送路）
６１…供給口
【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】
2018010226.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2018010226.tif 000016
【図１５】
2018010226.tif 000017
【図１６】
2018010226.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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