(57)【要約】【課題】使用環境や現像剤貯蔵容器内の現像剤残量および放置時間に左右されずに、現像器に対する現像剤の補給を安定に行うことができ、ひいては良好な可視画像を形成し、画像形成装置内のフラッシングを防ぐ。【解決手段】ホッパー部７は、トナー（現像剤）を収容し画像形成装置本体に対して着脱自在なトナーボトル（現像剤貯蔵容器）６から供給されるトナーを一時的に収容し、現像器へ供給する。ホッパー部７には、ホッパー部内のトナーを検知するトナーセンサ１９が配置される。トナーボトル６からホッパー部７へ補給を行う際、補給中の予め決められた所定時間内でのトナーセンサ１９の出力値に基づいて、現像剤貯蔵容器駆動手段によるトナーボトル６の供給動作を変更する。例えば、このトナー補給量に基づいて、トナーボトルの回転速度（および現像バイアス）を変更する。【選択図】図５
2011227202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成された静電潜像を現像剤により可視化する現像器を備えた画像形成装置において、
現像剤を収容し画像形成装置本体に対して着脱自在な現像剤貯蔵容器から供給される現像剤を一時的に収容し、前記現像器へ供給するホッパー部と、
前記ホッパー部内に供給される現像剤が通過する、前記ホッパー部の現像剤補給経路に設けられ、供給される現像剤を検知する現像剤検知手段と、
前記現像剤貯蔵容器に供給動作をさせて、該現像剤貯蔵容器から前記ホッパー部内に現像剤を供給する現像剤貯蔵容器駆動手段と、
前記現像剤貯蔵容器から前記ホッパー部へ補給を行う際、補給中の予め決められた所定時間内での前記現像剤検知手段の出力値に基づいて、前記現像剤貯蔵容器駆動手段による前記現像剤貯蔵容器の供給動作を変更する現像剤供給制御手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤供給制御手段は、前記補給中の予め決められた所定時間内での前記現像剤検知手段の出力値の推移を前記所定時間内で積分して得られた積分値に基づいて、前記現像剤の補給量を判断することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像剤供給制御手段は、前記所定時間内に単位時間周期で前記現像剤検知手段による現像剤の検知を行い、前記所定時間内での検知出力値を加算した加算値に基づいて前記補給量を求める請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤供給制御手段は判断した補給量に応じて、前記現像剤貯蔵容器からの単位時間内での現像剤の補給量が所定量となるように前記現像剤貯蔵容器駆動手段を制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤貯蔵容器はその内壁周面に螺旋状の突条を有し、前記現像剤貯蔵容器駆動手段は前記現像剤貯蔵容器を回転させることにより前記突条を現像剤案内部として現像剤を外部へ排出し、前記現像剤供給制御手段は前記現像剤貯蔵容器の回転速度を制御する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体に現像剤を飛翔させるために前記現像器に交流電圧（現像バイアスＡＣ成分）を印加する交流電圧印加手段と、
前記現像剤貯蔵容器の回転速度に応じて前記交流電圧の振幅（Ｖｐｐ）を制御する交流電圧制御手段とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像剤検知手段は、検知領域に存在する現像剤の量を検知するセンサを有し、前記センサは現像剤を排出する前記現像剤貯蔵容器の開口部のほぼ鉛直方向直下に設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記ホッパー部は、前記現像剤貯蔵容器の開口部から排出される現像剤が通過する現像剤補給経路を有し、前記センサは前記現像剤補給経路に面して配置されたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像剤補給経路は、前記ホッパー部内に形成された壁面または筒状の形状を有する請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像剤補給経路は、前記現像剤貯蔵容器の開口部から排出された現像剤が滑落する傾斜面を有する請求項８または９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記ホッパー部は前記現像器と一体に形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに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、像担持体に静電荷像を形成し、この静電荷像を現像剤（トナー）によって現像することにより可視画像を形成する電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に係る。特に、現像剤貯蔵容器内の現像剤をホッパー部と呼ばれるトナー補給部を介して現像器へ供給する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、このような画像形成装置の小サイズ化が進み、現像器も小型化することにより、現像器内のトナー収納容量も少なくなっている。複数の現像器を設ける場合は静電潜像担持体の周りの限られたスペースの中に収容しなければならない。
【０００３】
そこで、トナーが充填された現像剤貯蔵容器（以下トナーボトルという）から現像器に直接トナーを補給する画像形成装置が存在する。この構成では、トナーボトル内のトナー残量によって現像器内へ排出されるトナー量が一定でないため、現像器内の新／旧トナーの割合が不均一となり画質不良を引き起こすことがある。
【０００４】
これに対し、トナーボトルと現像器の間に一時的にトナーを貯蔵するホッパー部を設け、ホッパー部を介して現像器にトナーを補給することにより安定したトナー補給を行なう現像剤補給装置を備えた画像形成装置が存在する（特許文献１参照）。
【０００５】
より具体的には、内周面に螺旋状の突条を有するトナーボトルを、その中心軸を回転中心として一定の回転速度で回転させることにより、トナーボトルの排出開口からトナーを排出させる。この排出されたトナーを、例えば現像剤補給装置（以下、トナー補給装置）の下部に設けられたホッパー部に一時的に受容させ、このホッパー部のトナーを現像器に向かって搬送するよう構成されている。
【０００６】
ホッパー部におけるトナーの量が基準量より少なくなった場合には、補給指令信号に基づき、回転駆動機構が駆動されトナーボトルの回転を開始する。これによりトナーボトルの内部に収容されているトナーが排出される。一方、ホッパー部におけるトナーの量が基準量以上となった場合には、補給停止信号に基づき、回転駆動機構の駆動が停止されてトナーボトルの回転が停止される。
【０００７】
このように、トナー補給装置によれば、トナーボトルを必要に応じて回転させることにより、ホッパー部に対するトナーの供給が行われ、これにより、現像器に対するトナーの補給がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０８４０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のトナー補給装置において、トナーボトル内の残トナー量が多いときは、トナーボトルからのトナーの排出も非常に多くなる為、トナーボトルとホッパー部間、またはホッパー部と現像器間のそれぞれ結合部でトナーの噴き出し（以下、フラッシング）が発生し、トナーが画像形成装置内に飛散してしまうおそれがあった。飛散トナーが画像形成装置内部の紙（メディア）搬送部に付着すると、その部分を搬送される出力紙が汚れてしまう等の問題が発生する。
【００１０】
また、トナーボトル内のトナー残量が少なくなるに従い、その１回転で排出されるトナーの量が少なくなるため、ホッパー部へのトナーの供給速度が低減する。その結果、トナー残量が少ない場合には、補給指令信号が発せられてからホッパー部におけるトナーの量が基準量となるまで、トナーボトルをより多く回転させることが必要となる。そのため、１回のトナー補給に長時間を要することとなる。
【００１１】
例えば、可視画像として高印字率（例えば７０％超）画像を連続して形成する場合には、現像器において短時間に多量のトナーが急激に消費されるため、トナーボトルからホッパー部へのトナーの供給が不足することとなる。その結果、ホッパー部におけるトナーの量が減少し、ホッパー部から現像器に対するトナーの供給に不足が生ずることとなる。
【００１２】
このように、従来のトナー補給装置では、現像器にトナーの補給を安定に行うことができず、画像濃度が局部的に低くなるなどの現象が生じて良好な可視画像を得ることができない場合があった。また、トナーボトル内にトナーがあるにも関わらず、現像器内へのトナー補給が間に合わずトナーボトルのトナー無しを検知してしまう等の問題が発生していた。
【００１３】
トナーボトル内部のトナー残量の検知についても、印字率カウンタの搭載や、消費量を記憶する不揮発メモリ、ボトルトナーセンサの搭載等により対応可能であるが、装置の大型化とコストアップに繋がっていた。
【００１４】
さらに、トナーボトル内部のトナー残量が判明したとしても、また、たとえトナーボトル内のトナー重量が同じだとしても、使用環境や、トナーボトルの放置時間等の影響でトナーの流動性が変化してトナー供給量が一定にならない問題が発生していた。
【００１５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、使用環境や現像剤貯蔵容器内の現像剤残量および放置時間に左右されずに、現像器に対する現像剤の補給を安定に行うことができ、ひいては良好な可視画像を形成することおよび画像形成装置内のフラッシングを防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による画像形成装置は、像担持体に形成された静電潜像を現像剤により可視化する現像器を備えた画像形成装置において、現像剤を収容し画像形成装置本体に対して着脱自在な現像剤貯蔵容器から供給される現像剤を一時的に収容し、前記現像器へ供給するホッパー部と、前記ホッパー部内に供給される現像剤が通過する、前記ホッパー部の現像剤補給経路に設けられ、供給される現像剤を検知する現像剤検知手段と、前記現像剤貯蔵容器に供給動作をさせて、該現像剤貯蔵容器から前記ホッパー部内に現像剤を供給する現像剤貯蔵容器駆動手段と、前記現像剤貯蔵容器から前記ホッパー部へ補給を行う際、補給中の予め決められた所定時間内での前記現像剤検知手段の出力値に基づいて、前記現像剤貯蔵容器駆動手段による前記現像剤貯蔵容器の供給動作を変更する現像剤供給制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成は、現像剤貯蔵容器からホッパー部へ補給を行う際に、比較的短い所定時間において現像剤の補給を行い、そのときの所定時間内での実際の補給量を確認するものである。このようにして確認された補給量に基づいて、以降の補給動作において補給流量（すなわち単位時間内での補給量）を増減することが可能となる。
【００１８】
前記現像剤供給制御手段は、例えば、前記補給中の予め決められた所定時間内での前記現像剤検知手段の出力値の推移を前記所定時間内で積分して得られた積分値に基づいて、前記現像剤の補給量を判断する。より具体的には、前記現像剤供給制御手段は、前記所定時間内に単位時間周期で前記現像剤検知手段による現像剤の検知を行い、前記所定時間内での検知出力値を加算した加算値に基づいて前記補給量を求めることができる。
【００１９】
前記現像剤供給制御手段は判断した補給量に応じて、前記現像剤貯蔵容器からの単位時間内での現像剤の補給量が所定量となるように前記現像剤貯蔵容器駆動手段を制御することができる。そのための一例として、前記現像剤貯蔵容器はその内壁周面に螺旋状の突条を有し、前記現像剤貯蔵容器駆動手段は前記現像剤貯蔵容器を回転させることにより前記突条を現像剤案内部として現像剤を外部へ排出し、前記現像剤供給制御手段は前記現像剤貯蔵容器の回転速度を制御する構成を採ることができる。この回転速度の変更により、現像剤貯蔵容器からの単位時間当たりの現像剤の排出量を増減させることができる。
【００２０】
この場合、さらに、前記像担持体に現像剤を飛翔させるために前記現像器に交流電圧（現像バイアスＡＣ成分）を印加する交流電圧印加手段と、前記現像剤貯蔵容器の回転速度に応じて前記交流電圧の振幅（Ｖｐｐ）を制御する交流電圧制御手段とを備えてもよい。これにより、回転速度が高い場合の現像剤のダメージの影響が軽減される。
【００２１】
前記現像剤検知手段は、例えば、検知領域に存在する現像剤の量を検知するセンサを有し、前記センサは現像剤を排出する前記現像剤貯蔵容器の開口部のほぼ鉛直方向直下に設けられる。
【００２２】
前記ホッパー部は、前記現像剤貯蔵容器の開口部から排出される現像剤が通過する現像剤補給経路を有してもよい。この場合、前記センサは前記現像剤補給経路に面して配置される。
【００２３】
前記現像剤補給経路は、前記ホッパー部内に形成された内壁を有してもよい。この内壁の働きにより現像剤が現像剤検知手段により検知されやすくなる。
【００２４】
前記現像剤補給経路は、前記ホッパー部内に形成された筒状の形状を有してもよい。この筒の働きにより現像剤が現像剤検知手段により検知されやすくなる。
【００２５】
前記現像剤補給経路は、前記現像剤貯蔵容器の開口部から排出された現像剤が滑落する傾斜面を有してもよい。これにより、補給される現像剤が現像剤検知手段により接近する効果が期待される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の画像形成装置によれば、使用環境や現像剤貯蔵容器の現像剤残量および現像剤貯蔵容器の放置時間の如何によらず、実際の現像剤補給量を確認することができる。これにより、現像剤補給流量を調節（一定化）することができるため、現像剤補給装置から現像器に対する現像剤の補給を迅速かつ安定に行うことができる。その結果、常に良好な可視画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示した画像形成装置における要部を拡大して示した断面説明図（ａ）、および、横方向から見た説明図（ｂ）である。
【図３】本発明の実施の形態においてトナーセンサとして用いている磁気ブリッジセンサについての説明図である。
【図４】トナー残量と磁気ブリッジセンサによるトナーセンサのアナログ検知信号との関係を示したグラフである。
【図５】トナーボトルから排出されるトナーを検知する現像剤検知手段についての説明図である。
【図６】トナーボトルのトナー量がフル状態で所定時間、トナー補給流量大でトナー補給を行った際の、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値を１ｍｓｅｃ毎にプロットしたグラフである。
【図７】図６のグラフの積分値を近似する方法の説明図である。
【図８】図６に示した例と同じ凝集度のトナーを用いて、トナーボトル内のトナー量が少ない場合、トナーボトルからのトナー排出のモデルを示す図である。
【図９】トナー補給流量の比較的少ない場合の１秒間トナー補給を行った際の、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値を１ｍｓｅｃ毎にプロットしたグラフである。
【図１０】図９のグラフの積分値を近似する方法の説明図である。
【図１１】図６，図９のグラフの積分値と、そのときトナーボトルからのトナー補給流量の関係の相関性を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態において用いることができる制御データテーブルの構成例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における主要な処理の具体的な処理フローを示すフローチャートである。
【図１４】第１の制御に加えて第２の制御を行う場合の本実施の形態における主要な処理の具体的な処理フローを示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態におけるホッパー部の構成の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態におけるホッパー部の構成の別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明図である。
【００３０】
この画像形成装置は、主として、感光ドラム１、帯電部２、現像器３、転写部４、定着装置５、トナー補給装置８、回収機構Ａ、像露光部Ｂ、制御部Ｃ、および高圧発生部Ｄを備えている。
【００３１】
感光ドラム１は、例えば有機感光体のような感光層を有する像担持体である。帯電部２は、この感光ドラム１を、例えば、帯電ローラ等の帯電部材によって所定の電位に一様に帯電するための帯電手段である。像露光部Ｂは、一様に帯電した感光ドラム１に対して画像読み込み部（図示せず）の画像情報に基づいて、例えばレーザ光を出射し、ポリゴンミラー（図示せず）および反射ミラー（図示せず）を介して感光ドラム１の露光を行うことにより感光ドラム１上に静電荷像を形成するレーザスキャナのような露光手段である。
【００３２】
現像器３は、感光ドラム１へトナーを飛翔させることにより、感光ドラム１に形成された静電荷像を現像してトナー像を形成する（可視化する）現像手段である。転写部４は、感光ドラム１に形成されたトナー像を、例えば紙などの転写材に転写させる転写手段である。定着装置５は、転写材の表面に転写されたトナー像を熱等で定着させる定着手段である。
【００３３】
回収機構Ａは、転写材に転写されずに感光ドラム１上に残った残トナーを回収するクリーニング部（回収手段）である。
【００３４】
高圧発生部Ｄは、感光ドラム１の帯電、現像、転写等の動作に必要な高圧を発生させる部位である。
【００３５】
制御部Ｃは、画像形成装置全体を制御する制御手段であり、ＣＰＵおよびメモリ等から構成される。
【００３６】
トナー補給装置８は、後述するように、画像形成装置本体に対して着脱自在なトナーボトル（現像剤貯蔵容器）から供給されるトナーを一時的に収容し、現像器へ供給する手段であるホッパー部内のトナーを検知するトナー検知手段としてのトナーセンサ（後述）を有する。
【００３７】
制御部Ｃは、トナーボトルからホッパー部（図２で後述）へ補給を行う際、このトナーセンサから得られたトナー検知信号を受信し、補給中（例えば補給開始時）の予め決められた所定時間内でのトナーセンサの出力値に基づいて、現像剤貯蔵容器駆動手段によるトナーボトルの供給動作を変更する現像剤供給制御手段をも構成する。この現像剤供給制御手段は、前記補給中の予め決められた所定時間内でのトナーセンサの出力値の推移を所定時間内で積分して得られた積分値に基づいて、所定時間内のトナーの補給量を判断する。所定時間内のトナーの補給量は、後述する図１１，図１２に示すように、単位時間内のトナー補給量（すなわちトナー補給流量）に換算可能である。
【００３８】
制御部Ｃは、現像剤貯蔵容器に供給動作をさせて、該現像剤貯蔵容器から前記ホッパー部内にトナーを供給する現像剤貯蔵容器駆動手段をも構成する。貯蔵容器駆動手段は、判断した補給量に応じて、トナーボトルからの単位時間内でのトナーの補給量が所定量となるように制御される。
【００３９】
高圧発生部Ｄは、感光ドラム１にトナーを飛翔させるために現像器に交流電圧（現像バイアスＡＣ成分）を印加する交流電圧印加手段を構成する。
【００４０】
制御部Ｃは、また、前記現像剤貯蔵容器の回転速度に応じて交流電圧の振幅（Ｖｐｐ）を制御する交流電圧制御手段および必要な処理を実行する処理手段を構成する。
【００４１】
以上のような構成を有する画像形成装置の動作は次のとおりである。
【００４２】
例えば複写機の例では、画像形成時に、不図示の画像読み込み部によって原稿の画像が読み込まれて画像情報が得られる。この画像情報に基づいて、像露光部Ｂによって感光ドラム１の露光を行うことにより、感光ドラム１に静電荷像が形成される。さらに、この感光ドラム１に形成された静電荷像が現像器３により現像されることにより、当該感光ドラム１の表面にトナー像が形成される。このトナー像は転写部４において、搬送されてきた紙に転写される。その後、感光ドラム１から分離された紙は、定着装置５に向かって搬送される。定着装置５においては、トナー像が、例えば熱と圧力とによって紙上に定着される。このようにして、紙上に原稿の画像に対応した可視画像が固定的に形成される。この可視画像が形成された紙は、定着装置５から排出された後、搬送されて転写材排出口（図示せず）から外部に排出される。
【００４３】
また、紙が分離された後の感光ドラム１は、クリーニング部Ａを通過することにより、表面に残留しているトナーが除去される。
【００４４】
プリンタやファクシミリの場合は、原稿の読み取りに変えて、外部からの画像情報の受信が行われる。
【００４５】
図２は、トナーボトル６と、現像器３と、トナーボトル６を装着した状態のトナー補給装置８を拡大して示した断面説明図（ａ）、および、横方向から見た説明図（ｂ）である。
【００４６】
現像器３の上方に、ホッパー部７が設けられている。ホッパー部７は、上述したように、画像形成装置本体に対して着脱自在なトナーボトル６から供給されるトナーを一時的に収容し、現像器へ供給する手段である。ホッパー部７は、その内部のトナーを現像器３へ搬送するトナー搬送機構を備えている。トナー搬送機構は、この例では、モータ等の回転駆動機構１５と、この回転駆動機構１５により回転駆動されるトナー搬送スクリュー１３とによって構成される。
【００４７】
図２（ｂ）によく現れるように、トナー補給装置８は、中心軸Ｌが水平方向に沿って配置されたトナーボトル６と、このトナーボトル６を回転可能に支持するトナーボトル装着部９と、モータ等の、回転駆動によりトナーボトル６を回転させる回転駆動機構１０とにより構成されている。このトナー補給装置８においては、トナーボトル６は、トナーボトル装着部９に着脱可能とされている。
【００４８】
トナーボトル６においては、内部にトナーを収容する円筒状の容器の内壁周面に、螺旋状の突条６Ａが容器の内方に突出して形成されている。この突条６Ａはトナー案内部を形成している。トナーボトル６の一端側に位置する先端部６Ｂには、側面にトナー案内部によって導かれたトナーが排出される排出開口（現像剤排出部）６Ｃが形成されている。また、トナーボトル６には、その一端側にスライド蓋６Ｄが設けられている。このスライド蓋６Ｄは、トナーボトル６の排出開口６Ｃを開閉するよう、図２（ｂ）において左右方向に移動可能な蓋である。このスライド蓋６Ｄは、トナーボトル６がトナーボトル装着部９に装着されている場合には、排出開口６Ｃを開放した状態に保持する。
【００４９】
ホッパー部７は、トナーボトル装着部９における排出開口６Ｃの水平方向ほぼ同等の高さから下方に掛けてトナー収容部を有し、トナーボトル６の排出開口６Ｃを介して排出されたトナーを受容する。ホッパー部７内部のトナーを極力水平方向（図２（ｂ）では左右方向）に対し、平らな界面を形成することを目的として、あるいはホッパー部７内のトナーの流動性が向上することを目的として、ホッパー部７内部にはホッパー内攪拌器１１が配置されている。このホッパー内攪拌器１１によってホッパー部７内のトナーの攪拌が行われる。またこの攪拌に伴い、ホッパー部７内のトナーはホッパー部７のトナー供給口１２に排出される。
【００５０】
攪拌器１１による攪拌と重力の影響により、トナー供給口１２に搬送されたトナーは、上述した回転駆動機構１５およびトナー搬送スクリュー１３からなるトナー搬送機構によって、ホッパー部７から現像器３へと搬送される。すなわち、トナー供給口１２を通過したトナーは、搬送スクリュー１３の回転により現像器供給口１７に向かって搬送され、当該現像器供給口１７を介して現像器３に供給される。
【００５１】
ホッパー部７には、その内部に残存するトナーの量を検知するトナーセンサ１４（現像剤残量検知手段）が設けられている。トナーセンサ１４は、ホッパー部７内のトナーの量に基づいて、現像器３への補給指令信号および補給停止信号を発するためのものであり、例えば透磁率センサにより構成することができる。すなわち、トナーセンサ１４により検知されるホッパー部７におけるトナーの量が基準量より少なくなると補給指令信号が発せられる。さらに、この補給指令信号を受けて回転駆動機構１０における駆動源が駆動され、駆動軸が回転することに伴ってトナーボトル６が回転される。
【００５２】
回転駆動機構１０によって回転されたトナーボトル６においては、内部に収容されているトナーが螺旋状の突条６Ａによって構成されたトナー案内部により、掻き上げられて落下することを繰り返しながら排出開口６Ｃに向かって導かれる。このトナーはこの排出開口６Ｃを介してホッパー部７に排出される。
【００５３】
通常、画像形成動作を行うと現像器３のトナーが消費され、トナー残量が所定値以下となったとき現像器３側のトナーセンサ１６がトナー無しを検知する。そのとき、ホッパー部７内部のトナーセンサ１４がトナー有りを検知していた場合、ホッパー部７に対して現像器３へのトナーの供給命令を発行し、ホッパー部７内の攪拌器１１とトナー搬送スクリュー１３を回転させ、現像器３へトナーが供給する。
【００５４】
現像器３へのトナー供給により、ホッパー部７内部のトナーセンサ１４がトナー無しを検知したとしても、現像器３内のトナーセンサ１６がトナー有りを検知していれば、通常画像動作には影響無いと判断し、画像形成動作は停止させない。
【００５５】
しかし、ホッパー部７内のトナーセンサ１４と現像器３内のトナーセンサ１６のその両方がトナー無しを検知したとき、画像形成動作を停止させ、トナーボトル６からホッパー部７へのトナー供給を開始する。
【００５６】
トナー補給装置８には前述した回転駆動機構１０が設けられており、回転駆動機構１０が回転することによりトナーボトル６を回転させる。これにより、トナーボトル６からトナーがホッパー部７へ排出される。例えば一定時間、この回転駆動機構１０の回転に伴ってトナーボトル６が回転して排出されるトナー排出量（単位時間当たりのトナー排出量すなわちトナー補給流量）は、トナーボトル６内の残トナー量に対し一般的に相関がある。すなわち、トナーが潤沢にトナーボトル６内に残っている場合は、トナーボトル６に設けられているトナーボトルの排出開口６Ｃの近傍までトナーが充填されている為、比較的短い時間で多くのトナーが排出される。逆に、トナーボトル６内のトナー量が少ないときは、トナーボトル排出開口６Ｃにまでトナーが至らず、例えば少量である３０ｇのトナーを排出するのに長い時間を費やしてしまう。
【００５７】
トナーボトル内のトナー残量が、多いときも少ないときも一定の速度でトナーボトルを回転させてしまうと、トナーボトル内のトナー残量が多いときには前述したフラッシングが発生し、少ないときにはトナー補給に長い時間を要してしまうという問題が発生する。
【００５８】
上述したように、従来は、トナーボトル内のトナー重量を検知し、その重量によってトナーボトルの回転速度を変更させるのが一般的であった。
【００５９】
しかしトナー重量は必ずしも、トナーボトルから排出されるトナー補給流量と相関は無い。例えば、高温高湿環境に長時間放置されたトナーボトル内のトナー凝集度は非常に高く、トナーボトル内に沢山のトナーが充填されていたとしても、トナーの流動性が低いのでこのときのトナー補給流量は通常より少ない。そのため、トナーボトル内のトナー重量に基づいてトナーボトルの回転速度を変更させるシーケンスでは上記の様な不具合が発生していた。
【００６０】
そこで本実施の形態では、実際に所定時間内でのトナーボトルからのトナー補給量を正確に検知し、トナーボトルの回転速度の最適化を行うことによりトナー補給の迅速化および安定化を図ろうとするものである。
【００６１】
図３により、本実施の形態においてトナーセンサ（透磁率センサ）として用いている磁気ブリッジセンサ２０について説明する。
【００６２】
磁気ブリッジセンサ２０は、図３の例では、ほぼ長方形板状の本体部２０ａの上に楕円円柱状の検知ヘッド２０ｂが載っている形状で一体に構成されており、入出力用の信号線２０ｃを介して画像形成装置本体との間で検知信号の授受を行う。
【００６３】
検知ヘッド２０ｂの内部には検知トランスが埋め込まれている。この検知トランスは、１つの１次巻線と、基準巻線と検知巻線から成る２つの２次巻線の合計３つの巻線（コイル）で構成されている。尚、検知巻線は検知ヘッド２０ｂの天面側に、基準巻線は１次巻線を挟んで検知ヘッド２０ｂの裏側にそれぞれ位置している。
【００６４】
磁気ブリッジセンサ２０の本体部２０ａ内に設けられた発振器から一定波形の信号を持つ電流が１次巻線に入力されると、基準巻線と検知巻線から成る２つの２次巻線にも電磁誘導によって或る波形の信号を持つ電流が流れる。このときの発振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或る波形の信号とをセンサ本体部２０ａ内に設けられた比較回路で判断することによって、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の前に磁性体が有る場合と無い場合で、かつ、有る場合にもその量によって異なる出力が得られる。
【００６５】
尚、この磁気ブリッジセンサ２０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。
【００６６】
次に、現像剤残量検知手段としてのトナーセンサ１４について説明する。トナーセンサ１４は、ホッパー部７内に収納されたトナーの残量を磁気ブリッジセンサ２０によって検知するものである。磁気ブリッジセンサ２０の検知ヘッド２０ｂの検知範囲は、トナー最大充填時から空になるまでの範囲より大きく設定されている。
【００６７】
ここで、図４に、トナー残量と磁気ブリッジセンサ２０によるトナーセンサ１４のアナログ検知信号との関係をグラフで示す。
【００６８】
このグラフから分かるように、磁気ブリッジセンサ２０はホッパー部７内トナー残量が最大充填時（Ｆｕｌｌ時）には最も高い出力電圧を示し、トナー残量が空のとき（Ｅｍｐｔｙ時）には最も低い出力電圧を示す。最大充填と空の間のトナー残量では、出力電圧はトナー残量に１対１に対応し、出力電圧とトナー残量との関係は１対１対応の直線若しくは曲線で表され、トナー残量に応じた出力電圧を得ることができる。また、検知できたトナー残量が或る所定のトナー残量よりも少なくなったときにホッパー部７内へのトナー補給が必要と判断し、トナーボトル６からトナーの供給を行う。
【００６９】
次に、図５によりトナーボトル６から排出されるトナーを検知する検知現像剤検知手段について説明する。
【００７０】
まず、現像剤検知手段として、トナーセンサ１９をトナーボトル開口部の鉛直下方に配置する。このトナーセンサは、検知領域に存在するトナーの量を検知するセンサである。このトナーセンサ１９としては上記磁気ブリッジセンサ２０を用いることができる。現像剤検知手段は、このトナーセンサ１９と、その出力を処理する処理手段とによって実現することができる。この処理手段は制御部Ｃが兼ねることができる。トナーセンサ１９が上記トナーセンサ１４の機能を兼ねることも可能である。
【００７１】
ホッパー部７は、その内部に、トナーボトル開口部から排出されるトナーが通過するトナー補給経路（現像剤補給経路）を有している。トナーセンサ１９はトナー補給経路に面して配置される。図５の例ではホッパー部７の壁面（側面外壁）に設置している。また、この側面外壁に対向する内壁２２を設けている。この内壁２２はトナーボトル６からホッパー部７へ補給されるトナーがトナーセンサ１９の前面を通過して検知されやすくするためのものである。図５は、トナーボトル６内にトナーが潤沢に充填されている場合を示している。このトナーボトルからのトナー排出のモデルは、トナーセンサ１９の直前を比較的多量のトナーが通過することを示している。
【００７２】
図６に、トナーボトル６のトナー量がフル状態で所定時間（ここでは１秒間）、トナー補給流量大でトナー補給を行った際の、磁気ブリッジセンサ（の二次巻線）に誘起される出力電圧値を１ｍｓｅｃ毎にプロットしたグラフを示す。
【００７３】
磁気ブリッジセンサに誘起される電圧値の推移を関数ｆ（ｘ）［ｘは時間］としたとき、実際にトナーボトルから排出されるトナー補給量（ひいては補給流量）と、関数ｆ（ｘ）の積分値は非常に強い相関がある。この積分値は、関数ｆ（ｘ）を時間０ｍｓｅｃから１０００ｍｓｅｃまで定積分して得られる値である。
【００７４】
ここでは図７に示すように、図６のグラフを５０ｍｓｅｃ毎のブロックに区切った電圧値の面積の総和の面積Ｓにより積分値を近似する。すなわち、
∫ｆ（ｘ）ｄｘ≒面積Ｓ          
となる。このときの５０ｍｓｅｃ毎に区切られたブロック（長方形）を０ｍｓｅｃのブロックをＳ０、５０ｍｓｅｃのブロックをＳ５０、…と表すことにより、
面積Ｓ＝S0+S50+S100+・・・・・+S900+S950+S1000
となる。よって、
面積Ｓ＝0+(4x50)+(5x50)+・・・・・+(5x50)+(6x50)+(3x50)
＝4750
【００７５】
これにより、
∫f(x)dx≒4750                  式(1)
と近似することができる。
【００７６】
図８に、図６に示した例と同じ凝集度のトナーを用いて、トナーボトル内のトナー量が少ない場合の、トナーボトルからのトナー排出のモデルを示す。この図から、トナーセンサ１９の直前を通過するトナー量は図５の場合に比べて少ないことが分かる。
【００７７】
図９に、このようなトナー補給流量の比較的少ない（Ｌｏｗ）場合の１秒間トナー補給を行った際の、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値を１ｍｓｅｃ毎にプロットしたグラフを示す。
【００７８】
上記と同様に、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値の推移を関数ｇ（ｘ）［ｘは時間］としたとき、実際にトナーボトルから排出されるトナー補給量ひいては補給流量と、関数ｇ（ｘ）の積分値は非常に強い相関がある。この積分値は、関数ｇ（ｘ）を時間０ｍｓｅｃから１０００ｍｓｅｃまで定積分して得られた値である。
【００７９】
図１０に示すように、図９のグラフを５０ｍｓｅｃ毎のブロックに区切った面積の総和の面積Ｔを積分値として近似する。
面積Ｔ＝1600
【００８０】
よって、
∫g(x)dx≒1600            式(2)
と近似することができる。
【００８１】
図１１に示す様に、１秒間トナー補給を行った際の、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値を５０ｍｓｅｃ毎にプロットした関数の積分値と、そのときトナーボトルからのトナー補給流量の関係は上述したように強い相関があることが判る。つまり、１秒間のトナー補給における、磁気ブリッジセンサに誘起される出力電圧値を５０ｍｓｅｃ毎にプロットした関数を積分処理すると、そのときにトナーがトナーボトルから排出されるトナー補給量に相当するデータを求めることができる。
【００８２】
制御部Ｃはトナーセンサ１９のトナー検知信号に基づき、上記のようにして積分値を得、さらにこの積分値に基づいてトナーボトルから排出されるトナー補給量（ひいては補給流量）を求めることができる。
【００８３】
本実施の形態では、このようにして得られたトナー補給量は２つの異なる制御に利用される。
【００８４】
その第１の制御は、制御部Ｃにより実現される現像剤供給制御手段により、前記得られたトナー補給量に基づいてトナーボトルからのトナーの単位時間内の補給量（すなわち補給流量）が所定量となるように、トナー補給装置８内のトナーボトル回転駆動機構１０を制御してトナーボトルの回転速度を制御することである。
【００８５】
第２の制御は、制御部Ｃにより実現される交流電圧制御手段により、前記現像剤貯蔵容器の回転速度に応じて前記交流電圧の振幅（Ｖｐｐ）を制御することである。
【００８６】
これらの第１および第２の制御は、第１の制御のみを採用してもよいし、両方を併用してもよい。
【００８７】
図１２（ａ）は、第１の制御において用いることができる制御データテーブル３０ａの構成例を示している。この制御データテーブル３０ａは、単位時間（秒）当たりのトナー補給量（すなわちトナー補給流量）の範囲と、これに対応する積分値の範囲、および、トナーボトルの単位時間（分）当たりの回転数、すなわち回転速度の例を示している。図１２の「トナー補給流量」は説明のために示したものであり、実際の制御には、「積分値」と「回転速度」のデータがあれば足りる。この図１２から分かるように、「積分値」が大きいほど、「トナー補給流量」が大きく、対応する単位時間当たりの「回転速度」は小さくて済む。
【００８８】
図１２（ｂ）は、第１の制御に加えて、第２の制御を行う場合に用いることができる制御データテーブル３０ｂの構成例を示している。制御データテーブル３０ｂは、制御データテーブル３０ａの構成に「現像バイアスＡＣ成分（Ｖｐｐ）」の項目を加えたものである。
【００８９】
通常、トナーボトルの回転速度を増加させたときに、トナーボトル６内部の案内部、若しくはトナー同士のその衝突から、トナーボトル６内のトナーにダメージが発生する。具体的には、現像性向上の為に現像剤表面に外添してある外添剤の、遊離や、埋没が発生する。その結果、所望の現像性が得られないおそれが生じる。
【００９０】
一方、露光手段によって形成された、感光ドラム１上の静電潜像に対し、現像剤を飛翔させて静電画像を可視化する現像器には、交流電圧（現像バイアスＡＣ成分）と直流電圧（現像バイアスＤＣ成分）が重畳されている。そこで、トナーボトルの回転速度を大きくした場合には、現像バイアスＡＣ成分の振幅（Ｖｐｐ）を、標準的な振幅値から増加させる（例えば１６００Ｖから２０００Ｖに増加させる）。これにより、トナーボトルの回転速度の増加により現像剤表面に外添してある外添剤の、遊離や、埋没が発生したとしても、交流電圧の振幅の増加によりトナーダメージの影響を補償することにより現像性の劣化を防止し、ひいては良質な画像を得ることが可能となる。
【００９１】
より具体的には、現像バイアスＡＣ成分（Ｖｐｐ）はトナーボトルの回転速度が大きいときに、Ｖｐｐ値を通常の値より高くする。この例では、回転速度が比較的低いＡ，Ｂ領域ではＶｐｐを通常値１６００Ｖとし、回転速度が大きいＣ領域ではＶｐｐを通常値より大きい１８００Ｖとしている。さらに回転速度の大きいＤ領域では、Ｖｐｐをさらに大きい２０００Ｖとしている。
【００９２】
次に、図１３のフローチャートにより、本実施の形態における主要な処理の具体的な処理ステップを説明する。この処理は制御部ＣのＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００９３】
トナーボトルの回転駆動機構１０を制御し、所定の回転速度（ここでは２２ｒｐｍ）でトナーボトルの回転させることにより、トナーボトルからトナーをホッパー部７へのトナー補給を開始する（Ｓ１１）。
【００９４】
ついで、所定の単位時間間隔で（ここでは５０ｍｓｅｃ毎に）、磁気ブリッジセンサであるトナーセンサ１９に誘起される出力電圧（電圧値）をモニタリングする（Ｓ１２）。さらに、電圧推移を関数ｆ（ｘ）とし（Ｓ１３）、この関数ｆ（ｘ）を積分する（Ｓ１４）。このモニタリングおよび積分は所定時間（ここでは１秒）が経過するまで（Ｓ１５）、継続する。
【００９５】
所定時間が経過したら、得られた積分値から上記制御データテーブルを参照し、トナー補給流量を判断するために以下のような閾値判定を行う（Ｓ１６）。このようにトナー補給開始直後の比較的短い時間としての「所定時間」内に、実際のトナー補給流量を見極めることにより、以降のトナー補給速度を適正なものに設定することができる。
【００９６】
この閾値判定の結果、求められたトナー補給流量に基づいてトナーボトルの回転速度を制御する。
【００９７】
図１２（ａ）に示した制御データテーブル３０ａの例では、積分値がＡ領域（３０００以上）に属する場合（Ｓ１７，Ｙｅｓ）、トナー補給流量が極めて大きいと判断し（Ｓ１８）、トナーボトルの回転速度を大幅に低減させる（Ｓ１９）。すなわち２２ｒｐｍから５ｒｐｍに低減させる。
【００９８】
積分値がＢ領域（１５００以上３０００未満）に属する場合（Ｓ２０，Ｙｅｓ）、トナー補給流量が大きいと判断し（Ｓ２１）、トナーボトル速度を低減させる（Ｓ２２）。すなわち２２ｒｐｍから１５ｒｍｐに低減させる。
【００９９】
積分値がＣ領域（５００以上１５００未満）に属する場合（Ｓ２３，Ｙｅｓ）、トナー補給流量が小さいと判断し（Ｓ２４）、トナーボトル速度を増加させる（Ｓ２５）。すなわち２２ｒｐｍから３０ｒｍｐに増加させる。
【０１００】
積分値がＤ領域（０以上５００未満）に属する場合（Ｓ２６，Ｙｅｓ）、トナー補給流量が極めて小さいと判断し（Ｓ２７）、トナーボトル速度を大幅に増加させる（Ｓ２８）。すなわち２２ｒｐｍから６０ｒｍｐに増加させる。
【０１０１】
その後、トナー補給装置８からのトナーの供給により、ホッパー部７におけるトナーの量が基準量以上となると、トナーセンサ１４により補給停止信号が発せられる。この補給停止信号により回転駆動機構１０における駆動源の駆動が停止され、トナーボトル６の回転が停止される（Ｓ２９）。
【０１０２】
このようにして、トナー補給装置８からホッパー部７を介して現像器３にトナーを補給する際、トナーセンサ１９（磁気ブリッジセンサ）の出力に基づいて検知されるトナー補給量が減少すると、回転制御手段によって回転駆動機構１０によるトナーボトル６の単位時間当たりの回転数（回転速度）を大きく設定する。これにより、例えばトナーボトル６内のトナー残量が少なくなることに伴って１回転で排出されるトナーの量が少なくなった場合、あるいは、トナー残量は多いが高温高湿間での長期放置に伴ってトナー凝集度が上昇しトナーの流動性が低下した場合でも、実際の補給量が判断できるので、ホッパー部７へのトナーの供給速度が低下することが防止される。
【０１０３】
従って、トナー補給装置８からホッパー部７へのトナーの供給が、当該ホッパー部７から現像器３へのトナーの供給に対して十分なものとなるため、当該現像器３において消費されるトナーの量に対して安定した量のトナーの補給が現像器３になされ、従って、常に良好な可視画像を得ることができる。
【０１０４】
また、トナーボトル６からのトナー補給流量に応じて、段階的にトナーボトルの回転速度を可変制御することにより、一般的にトナーボトル内のトナー重量が多いとき見受けられる、供給過多によるトナーボトル開口部からの、トナーの噴き出し（フラッシング）を同時に防止することが可能となる。
【０１０５】
図１４に、上記第１の制御に加えて第２の制御を行う場合の本実施の形態における主要な処理の具体的な処理フローを示す。図１４において図１３に示した処理ステップと同様の処理ステップには同じ参照番号を付して、重複した説明は省略する。
【０１０６】
第２の制御に対応する処理ステップは、それぞれ、処理ステップＳ１９，２２，２５，２８に続くステップＳ１９ａ，２２ａ，２５ａ，２８ａである。ステップＳ１９ａ，２２ａではＶｐｐを１６００Ｖに設定し、ステップ２５ａではＶｐｐをより高い１８００Ｖに設定し、ステップ２８ａではＶｐｐをさらに高い２０００Ｖに設定している。
【０１０７】
次に、図１５によりホッパー部７の構成の変形例を示す。トナーボトル開口部の直下に設けられており、この開口部からホッパー部７へのトナー補給経路は筒状の形状を有する。筒の断面形状は特に問わないがこの例では４角形としている。トナー補給経路２３を筒状とすることにより、トナーを検知するトナーセンサ１９（磁気ブリッジセンサ）の直前面をトナーが通り易くし、検知漏れを防ぐことができる。
【０１０８】
図１６は、ホッパー部７の構成の別の変形例を示す。この変形例では、トナー補給経路は、トナーボトルの開口部から排出されたトナーが滑落する傾斜面２４を有する。トナーセンサ１９はこの傾斜面の外壁に設置される。これにより、補給されるトナーがトナーセンサ１９により接近し、一層の検知漏れ防止の効果を期待することができる。
【０１０９】
以上、本実施の形態によれば、トナーボトルを備えたトナー補給装置とトナーボトルから排出されたトナーを一時的に受容するホッパー部とを有する画像形成装置において、その供給トナー量を安価な構成で正確に検知しトナーボトルからのトナー供給量を適宜制御することにより、使用環境やトナーボトルのトナー残量および放置時間、トナーボトル内トナーの凝集度等の影響に左右されずに、現像器に対するトナーの補給を安定に行うことができる。その結果、常に良好な可視画像を形成すること、および、画像形成装置内のフラッシングを防ぐことができる。
【０１１０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、トナーセンサとして磁気ブリッジセンサを挙げたが、これに限るものではない。積分値の閾値判断の領域数や回転速度の可変段数、閾値、制御値等はあくまで例示であり、本発明はそれらの具体的な数値に限定されるものではない。例えば、図１２の制御データテーブルでは、トナーボトルの回転速度を増減する例のみを示したが、初期的な回転速度（上記の例では２２ｒｐｍ）をそのまま維持する積分値範囲を設けてもよい。また、データテーブルを用いずに、所定の計算式を用いたり、プログラム処理における条件分岐で目的値を求めるようにしてもよい。図１３，図１４の制御フローでは初期的な回転速度を維持するステップを設け、当該積分値が得られた場合には、初期的な回転速度を維持する処理を実行することができる。なお、ホッパー部は現像器と別体の構成として示したが、現像器が本実施の形態のホッパー部と連続して現像器と一体となったものにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…感光ドラム
２…帯電部
３…現像器
４…転写部
５…定着装置
６…トナーボトル
６Ａ…突条
６Ｂ…先端部
６Ｃ…排出開口
６Ｄ…スライド蓋
７…ホッパー部
８…トナー補給装置
９…トナーボトル装着部
１０…トナーボトル回転駆動機構
１１…ホッパー内攪拌器
１２…トナー供給口
１３…トナー搬送スクリュー
１４…トナーセンサ（現像剤残量検知手段）
１５…回転駆動機構
１６…トナーセンサ
１７…現像器供給口
１９…トナーセンサ（現像剤検知手段）
２０…磁気ブリッジセンサ
２０ａ…センサ本体部
２０ｂ…検知ヘッド
２０ｃ…信号線
２４…傾斜面
３０ａ…制御データテーブル
３０ｂ…制御データテーブル
Ａ…回収機構（クリーニング部）
Ｂ…像露光部
Ｃ…制御部
Ｄ…高圧発生部
【図１】
2011227202.tif 000003
【図２】
2011227202.tif 000004
【図３】
2011227202.tif 000005
【図４】
2011227202.tif 000006
【図５】
2011227202.tif 000007
【図６】
2011227202.tif 000008
【図７】
2011227202.tif 000009
【図８】
2011227202.tif 000010
【図９】
2011227202.tif 000011
【図１０】
2011227202.tif 000012
【図１１】
2011227202.tif 000013
【図１２】
2011227202.tif 000014
【図１３】
2011227202.tif 000015
【図１４】
2011227202.tif 000016
【図１５】
2011227202.tif 000017
【図１６】
2011227202.tif 000018