(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と、
該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより現像する現像装置と、
トナーを収容するトナー収容器内のトナーを該現像装置へ補給するトナー補給装置と、
該トナー補給装置による現像装置へのトナー補給量を制御する補給量制御手段とを備え、
上記現像装置により潜像を現像して得られる潜像担持体上のトナー像を最終的に記録材上に転写して該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記トナー補給装置は、一軸偏芯スクリュー部材からなるロータと、該ロータとの間に略密閉された搬送空間を形成するステータとから構成され、該ロータ又はステータを回転駆動することにより該搬送空間内に負圧を発生させて該搬送空間を介してトナーを搬送する一軸偏芯スクリューポンプを有し、上記トナー収容器内のトナーを該一軸偏芯スクリューポンプによって上記現像装置へ搬送して該現像装置内に補給するものであり、
上記補給量制御手段は、上記ロータ又は上記ステータを一定の回転速度かつ一定の回転角度で回転駆動させることを作動単位とし、その作動回数を制御することで該現像装置へのトナー補給量を制御するものであり、
１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を、３６０°の整数倍である角度を除く、３６０°の整数倍である角度を中心とした±３０°以下の範囲内の角度となるように設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記整数倍は１倍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又は２の画像形成装置において、
１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度は、３６０°との間で互いに素の関係となる角度となるように設定されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
上記一軸偏芯スクリューポンプによる搬送前のトナーの緩み見掛け密度を検知する検知手段を有し、
上記補給量制御手段は、該検知手段が検知した緩み見掛け密度の値が、所定の閾値以上のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも小さい角度に設定し、所定の閾値未満のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも大きい角度に設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前回の補給動作時から経過時間を計時する計時手段を有し、
上記補給量制御手段は、該計時手段が計時した経過時間が、所定時間以上のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも大きい角度に設定し、所定時間未満のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも小さい角度に設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
上記作動回数の累積値をカウントするカウント手段と、
該カウント手段がカウントした値が規定値を越えたら、上記トナー収容器内のトナー残量が少ないことを示す情報を出力する出力手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
上記現像装置は、トナーとキャリアとで構成される二成分現像剤を用いて現像を行うものであり、
上記トナー補給装置は、上記トナー収容器内に収容されているトナー及びキャリアを該現像装置へ補給するものであ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、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、詳しくは、トナー収容器内のトナーを現像装置へ補給するトナー補給装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、粉体状のトナー、あるいはトナーとキャリアを有する粉体状の二成分現像剤などを補給する目的で、吸引型の一軸偏芯スクリューポンプが採用された画像形成装置が知られている。この一軸偏芯スクリューポンプは、一般にモーノポンプと称せられているもので、ロータが回転することにより、そのロータの外周面とステータの貫通孔内周面との間に区画された空隙（搬送空間）に負圧が発生し、かつ、当該空隙が搬送方向下流側へ移動する。そして、負圧の発生により生じる吸引圧力で、移動する空隙に対してその空隙に封入された粉体が追従して移動することにより粉体を移送する。通常、ロータは金属又は樹脂などの剛体により構成され、ステータは例えばゴムや軟質樹脂などの弾性材料によって構成される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１９６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人は、特願２００７−４５２１３号において、吸引型の一軸偏芯スクリューポンプの回転速度一定、回転時間一定とした補給単位を設定し、その補給単位数を調整して一軸偏芯スクリューポンプを駆動して要求された量の現像剤を補給する補給システムを提案した。この補給システムでは、一補給単位における吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を３６０°の整数倍に設定している。これにより、一軸偏芯スクリューポンプにおいて生じるロータ回転周期に応じた周期的なトナー搬送量の変化の影響を受けずに、高精度のトナー補給が可能となる。これは次の理由による。すなわち、一軸偏芯スクリューポンプの搬送量は、ステータに対するロータの相対的な回転角度によって異なるため、ロータ回転周期で周期的に変動する。よって、一軸偏芯スクリューポンプによる補給動作時のロータ回転開始角度やロータ回転停止角度が各補給動作によってバラバラであると、各補給動作時のトナー補給量もバラバラになる。上記特願２００７−４５２１３号のように一補給単位における吸引型１軸偏芯スクリューポンプの駆動回転角度を３６０°の整数倍に設定すれば、補給動作時のロータ回転開始角度及びロータ回転停止角度は常に一定となる。したがって、一軸偏芯スクリューポンプにおいて生じるロータ回転周期に応じた周期的なトナー搬送量の変化の影響を受けずに、高精度のトナー補給が可能となる。
【０００５】
ところが、一軸偏芯スクリューポンプは、空隙に生じた負圧による吸引圧力で粉体を搬送するものであるため、その空隙が密閉されるようにロータがステータの内壁に食い込むようにしてシール性を保つ構造となっている。そのため、ロータとステータとの位置関係が長期にわたって同じであると、ステータ内壁におけるロータが食い込む箇所が常に同じとなり、その箇所は圧縮されてひずんだ状態が復帰し難くなる。その結果、当該箇所ではロータとステータとのシール性が低下し、空隙を密閉できなくなって吸引圧力が下がり、所望の搬送量を得ることができなくなるという問題が生じた。
【０００６】
図１１は、本発明者が３つの一軸偏芯スクリューポンプ（サンプル＃１，サンプル＃２，サンプル＃３）について行った実験結果を示すグラフである。
この実験では、各サンプルについて初期時の場合とサンプルを全く駆動させないで５０日間放置した後の場合とにおける、各サンプルが発生させる負圧の平均値を計測した。この実験結果によると、５０日間放置後の発生圧力が初期時の約１／３〜１／４程度になってしまうことが確認された。これは、ロータがステータの内壁に食い込んでいる箇所が長期にわたって圧縮されてひずんだことにより、ひずんだ状態が復帰し難くなったためである。更に長期間放置した場合には、粉体搬送に必要な負圧を発生できずに搬送不良を生じさせる可能性もある。
【０００７】
上記特願２００７−４５２１３号のようにロータ回転停止角度が常に一定とすると、ロータがステータの内壁に食い込む箇所が長期にわたって圧縮されてひずみ、上記実験の場合と同様に、ひずんだ状態が復帰し難くなる。したがって、上記実験結果からも推測できるように、上記特願２００７−４５２１３号のようにロータ回転停止角度が常に一定となる構成であると、空隙内に生じる負圧が小さくなって所望の搬送量を得ることができなくなり、場合によっては搬送不良を生じさせる可能性もある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、長期的に高精度なトナー補給を維持することが可能な画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより現像する現像装置と、トナーを収容するトナー収容器内のトナーを該現像装置へ補給するトナー補給装置と、該トナー補給装置による現像装置へのトナー補給量を制御する補給量制御手段とを備え、上記現像装置により潜像を現像して得られる潜像担持体上のトナー像を最終的に記録材上に転写して該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記トナー補給装置は、一軸偏芯スクリュー部材からなるロータと、該ロータとの間に略密閉された搬送空間を形成するステータとから構成され、該ロータ又はステータを回転駆動することにより該搬送空間内に負圧を発生させて該搬送空間を介してトナーを搬送する一軸偏芯スクリューポンプを有し、上記トナー収容器内のトナーを該一軸偏芯スクリューポンプによって上記現像装置へ搬送して該現像装置内に補給するものであり、上記補給量制御手段は、上記ロータ又は上記ステータを一定の回転速度かつ一定の回転角度で回転駆動させることを作動単位とし、その作動回数を制御することで該現像装置へのトナー補給量を制御するものであり、１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を、３６０°の整数倍である角度を除く、３６０°の整数倍である角度を中心とした±３０°以下の範囲内の角度となるように設定したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記整数倍は１倍であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度は、３６０°との間で互いに素の関係となる角度となるように設定されることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、上記一軸偏芯スクリューポンプによる搬送前のトナーの緩み見掛け密度を検知する検知手段を有し、上記補給量制御手段は、該検知手段が検知した緩み見掛け密度の値が、所定の閾値以上のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも小さい角度に設定し、所定の閾値未満のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも大きい角度に設定することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前回の補給動作時から経過時間を計時する計時手段を有し、上記補給量制御手段は、該計時手段が計時した経過時間が、所定時間以上のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも大きい角度に設定し、所定時間未満のときは１作動単位で回転する上記ロータ又は上記ステータの回転角度を３６０°の整数倍である角度よりも小さい角度に設定することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、上記作動回数の累積値をカウントするカウント手段と、該カウント手段がカウントした値が規定値を越えたら、上記トナー収容器内のトナー残量が少ないことを示す情報を出力する出力手段とを有することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、上記現像装置は、トナーとキャリアとで構成される二成分現像剤を用いて現像を行うものであり、上記トナー補給装置は、上記トナー収容器内に収容されているトナー及びキャリアを該現像装置へ補給するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
一軸偏芯スクリューポンプによってトナーを現像装置へ搬送して現像装置内に補給するものは、上述したとおり、トナー搬送量が異なるため周期的に変動する。一軸偏芯スクリューポンプのトナー搬送量は、後述するように、ロータ又はステータの回転角度が３６０°の整数倍に近いほど、そのバラツキが小さくなる。よって、ロータ又はステータを一定の回転速度で、かつ、３６０°の整数倍に近い一定の回転角度で回転駆動させることを作動単位とすれば、１作動単位で搬送されるトナー量のバラツキを小さく抑え、高精度なトナー補給を実現できる。
ただし、１作動単位における回転角度をちょうど３６０°の整数倍とすると、上述したように、作動停止時にロータとステータとが接触する箇所が一定となり、経時的にはその箇所がひずんで所望の搬送量を得られなくなったり、場合によっては搬送不良を生じたりするような不具合が生じる。本発明では、１作動単位における回転角度を、３６０°の整数倍である角度から僅かにズレた角度、具体的には、３６０°の整数倍である角度を除く、３６０°の整数倍である角度を中心とした±３０°以下の範囲内の角度となるように設定することで、作動停止時にロータとステータとが接触する箇所を分散できるので、このような不具合を抑制できる。しかも、後述するように、ロータ又はステータの回転角度が３６０°の整数倍に近い範囲では、一軸偏芯スクリューポンプによるトナー搬送量のバラツキが小さくので、トナー搬送量のバラツキを十分に許容範囲内に抑えることができ、高精度なトナー補給を維持できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、１作動単位におけるステータとロータとの相対的な回転角度を高精度なトナー補給が可能となる角度範囲内としつつも経時的なひずみにより所望の搬送量を得られなくなったり搬送不良を生じたりする事態を抑制できるので、長期的に高精度なトナー補給を維持することが可能となるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を、画像形成装置としてのカラープリンタに適用した一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、タンデム方式のカラープリンタについて説明するが、プリンタだけではなく、複写機やファクシミリなどでも同様である。
【００１３】
図１は、本実施形態におけるカラープリンタの構成を示す模式図である。
図１において、カラープリンタ１には、色分解色に対する補色関係にある色のトナーであるイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）および黒（Ｂｋ）を用いたトナー像を担持可能な潜像担持体としての感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋが水平方向に並べて配置されている。
【００１４】
各感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋは、後述する作像ユニット内に設置されており、作像ユニットの上部には感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋの配列方向と平行する展張面を有する像担持体である中間転写体としての中間転写ベルトを備えた転写装置３が配置されている。作像ユニットは、感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋおよびこれに関連する画像形成処理を行うプロセスカートリッジを構成しており、その内部には帯電装置４、現像装置５およびクリーニング装置６が設けられている。作像ユニットの下方には、感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋに潜像を形成するための書込工程に用いられる露光装置７が配置されている。なお、図１において、作像ユニット内の各部を示す符号については、イエローに対応するもののみ付し、他の色に対応するものについては省略している。
【００１５】
転写装置３は、各感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋに対向している中間転写ベルトの展張面に対して各感光体からの各色トナー像を互いに重なり合うように転写する１次転写工程と、１次転写工程により重なり合うように転写された合成トナー像を給紙装置８（図１では、複数の給紙カセット８Ａを設けた場合が示されている。）から送り出されるシートに対して転写する２次転写工程とを実行する。転写装置３における各感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋと対峙する位置には、ローラで構成された１次転写装置９Ｙ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｂｋが設けられている。また、２次転写位置には、シートを中間転写ベルトに当接させながら搬送する搬送ベルト１０およびローラで構成された２次転写装置１１が配置されている。
【００１６】
カラープリンタ１では、各感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋ上には、帯電処理後の書き込み走査によって静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置５によって可視像処理されてトナー像となる。そして、各感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋから各色トナー像が１次転写装置９によって中間転写ベルト上に順次転写されて合成トナー像が形成され、その合成トナー像がシートに対して２次転写装置１１により転写される。合成トナー像が転写されたシートは、排紙トレイ１Ａに至る搬送路中に設けられている定着装置１２によって定着処理された後に機外へ排出される。なお、図１中の符号１３は、転写装置３に用いられる中間転写ベルト用のクリーニング装置を示している。
【００１７】
図２は、プロセスカートリッジで構成されるイエロー用の作像ユニットを模式的に示したものである。なお、他の作像ユニットも同様の構成であるため、その説明は省略する。
作像ユニットには、感光体２Ｙの周囲に、帯電装置４、書込光の光路を形成するスリットＳＴ、現像装置５およびクリーニング装置６が設けられている。
【００１８】
帯電装置４は、感光体２Ｙに対して当接あるいは非接触な状態で対向する帯電ローラが用いられており、感光体２Ｙを一様に帯電するようになっている。
現像装置５は、感光体２Ｙに対向して配置された現像剤担持体としての現像ローラ５Ｙと、現像剤中のトナーとキャリアを攪拌混合しつつ、現像剤を装置内で循環させるための２本の攪拌混合スクリュー５Ｙ１，５Ｙ２と、現像ローラ上に担持された現像剤の層厚を規定する現像剤規制部材としてのドクターブレード５Ｙ３と、トナー収容器であるトナーボトル２０Ｙからの新規トナーの導入部５Ｙ４とを備えている。
【００１９】
本実施形態における現像装置５では、現像ローラ５Ｙに担持される現像剤がトナーとキャリアを主成分とするいわゆる二成分現像剤を用いるようになっており、その特性は、次の通りとされている。
本実施形態では、６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径が３〜８μｍに設定されている。また、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は、１．００〜１．４０の範囲とされ、（Ｄｖ／Ｄｎ）は、１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
【００２０】
一方、トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図３（ａ）及び（ｂ）は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数ＳＦ−２は、トナー形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）2／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。
【００２１】
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【００２２】
現像装置５におけるドクターブレード５Ｙ３は、非磁性部材で構成されるドクター基材と、これの先端部に一体化されて現像ローラ５Ｙに対面しているドクター補助部材とで構成されている。ドクター基材は、現像ローラ５に担持されている現像剤量をほぼ一定量に規定する機能を有しており、しかも、現像剤の層厚を規定する際に現像剤圧を受ける部分であるので、非磁性部材である程度の厚さ（例えば、約１．５〜２．０ｍｍ）と先端部で０．０５ｍｍ程度の真直性を持たせて構成されている。また、ドクター補助部材は、現像領域に搬送されるトナーの帯電を補う機能を有した部材であり、通常、ドクター基材５Ｙ３Ａよりもかなり薄い板金（例えば、０．２ｍｍ程度）の厚さに設定されている。これら両部材の位置関係は、トナーの帯電特性を主走査方向で均一化するために精度よく維持される必要があり、このため、スポット溶接やカシメなどにより一体化されて現像ローラ５Ｙ表面からの距離が一定に維持されるようになっている。
【００２３】
図１において、現像装置５は、プリンタ本体の上部に取り付けられたトナーボトル２０Ｙ内に収容されている新規トナーの補給を受ける。トナーボトル２０Ｙ内のトナーは、トナー補給装置によって現像装置５の導入部５Ｙ４に向けて移送されて補給される。
【００２４】
図４は、粉体ポンプでトナーを搬送するトナー補給装置の概略構成を示す説明図である。
本実施形態における粉体ポンプ１３０は、吸引型の一軸偏心スクリューポンプが用いられる。この構成は、主に、金属などの剛性を持つ材料を用いて偏心させることによりスクリュー形状とされて駆動源からの伝達機構であるギヤ群を介して回転可能な一軸偏芯スクリュー部材からなるロータ１３４と、ゴム材料からなり内側が２条のスクリュー形状とされて固定設置されているステータ１３２とで構成されている。このような粉体ポンプ１３０においては、ロータ１３４の回転によりポンプに強い吸引圧（負圧）を生起させ、トナーボトル２０からトナーを吸引して排出開口ＤＬから排出するようになっている。この粉体ポンプの原理構成は、本出願人の先願である特許第３５２３１４９号に開示されている。
【００２５】
粉体ポンプ１３０の駆動制御は、補給量制御手段としての図示しない制御部により、透磁率センサ（図２中、符号Ｓ１で示す部材）を用いた周知の方法で実行されるようになっている。具体的には、透磁率センサＳ１により現像装置５内の現像剤中のトナーと磁性キャリアとの混合比の変化を検出し、トナーの比率（トナー濃度）が所定値以下となった場合に粉体ポンプ１３０を作動させ、後述する作動単位で所定作動回数だけ作動した後、粉体ポンプ１３０を停止させる。これにより、その作動回数に応じた量の新規トナーが、導入部５Ｙ４を介して排出開口ＤＬから現像装置５の内部へ補給される。
【００２６】
なお、透磁率センサＳ１の検出結果でなく、別の検出結果に応じてトナー補給制御を行ってもよい。例えば、感光体上に形成されるトナー像の反射濃度を検出し、その反射濃度が一定値まで回復するのに必要な作動回数分だけ粉体ポンプ１３０を作動させるように制御してもよい。
【００２７】
図５は、粉体ポンプ１３０の分解図である。
粉体ポンプ１３０は、二条螺旋の雌ねじ状の形状の貫通孔を有するゴム等の弾性体からなるステータ１３２と、一軸偏心スクリュー部材１３４ａが設けられたロータ１３４とを有している。ロータ１３４のスクリュー部１３４ａは、回転可能にステータ１３２の貫通孔に挿入されている。トナーやスクリュー部１３４ａとの摩擦により摩耗しないようにステータ１３２の貫通孔の内周面には、ニッケルメッキが施されている。ステータ１３２は、キャップ１３１の内周面と嵌合している。キャップ１３１の図中左側には吸引口が設けられており、この吸引口に、トナーボトル２０Ｙに連結された搬送チューブ２１が接続される。この搬送チューブ２１は、内径が４〜１０ｍｍで、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン（登録商標）等）を用いることが非常に有効である。ロータ１３４は、スクリュー部１３４ａの図中右側端部にジョイント部１３４ｂを有している。図５に示すように、このジョイント部１３４ｂの軸端部にスプリングピン１３４ｅによって回転軸１３４ｄが取り付けられている。ロータ１３４の回転軸１３４ｄの図中右側端部には、軸受１３３、クラッチ１３６が取り付けられる。クラッチ１３６は、図示しないステッピングモータからなる粉体ポンプ駆動モータ（駆動源）に接続されており、ロータ１３４は、駆動モータからの駆動力によって回転駆動する。
【００２８】
キャップ１３１のトナー排出側端部には、ケース１３５が取り付けられる。ケース１３５は、図５に示すように、上面と奥側側面とが形成された上ケース１３５ａと手前側側面が形成された下ケース１３５ｂとからなっている。上ケース１３５ａの左側端部と下ケース１３５ｂの左側端部とをそれぞれキャップ１３１のトナー排出側端部に当接させ、上ケース１３５ａの右側端部と下ケース１３５ｂの右側端部とをそれぞれ軸受１３３に当接させて、上ケース１３５ａと下ケース１３５ｂとを合わせる。上ケース１３５ａと下ケース１３５ｂとが合った状態で、カバー部材１３６で上ケース１３５ａと下ケース１３５ｂとを狭持して固定する。ケース１３５の下面には、開口部が設けられており、この開口部が排出開口ＤＬとなる。
【００２９】
図６は、ロータ１３４の回転角度と、ロータ１３４上の長手方向各位置におけるステータ１３２に対するそれぞれの軸位置との関係を説明するための説明図である。
なお、図中上下方向中央部分に示すものは、ロータ１３４及びステータ１３２をロータ長手方向に対して直交する面に沿って切断した断面図である。
ロータ１３４のスクリュー部１３４ａは、所定のひねり角をもち、その断面形状は略真円となっている。一方、ステータ１３２の貫通孔は断面が長円状で、その長円の長手方向両側部分がスクリュー部１３４ａと密着し得る形状となっている。図示しない粉体ポンプ駆動モータによりロータ１３４が図中反時計周りに回転すると、スクリュー部１３４ａがステータ１３２内を図中反時計周りに偏心回転（自転）する。また、ロータ１３４が図中反時計周りに回転すると、スクリュー部１３４ａの外径の中心Ａが、ステータ１３２の軸中心Ｂに対してロータ１３４の回転方向と反対方向へ回転する。この粉体ポンプ１３０は、ステータ１３２の軸中心Ｂからスクリュー部１３４ａの外径の中心Ａまでの距離と、スクリュー部１３４ａの外径の中心Ａからスクリュー部１３４ａの断面の中心Ｃまでの距離が等しくなるように、ステータ１３２およびロータ１３４のスクリュー部１３４ａが構成されている。これらの距離関係が往復スライダクランク機構のアームの様な関係となり、各断面でスクリュー部１３４ａが往復運動を行う。各断面でスクリュー部１３４ａが往復運動することによって、ステータ１３２内の空隙（搬送空間）が縮小、拡大して、トナーの吸引および吐出が行われる。以下に、具体的に説明する。
【００３０】
図６に示すように、スクリュー部１３４ａによって、ステータ１３２の貫通孔は、図に示すように、図中斜線で示す空隙と空白で示す空隙の２つの空隙に仕切られる。以下、図中空白で示す空隙内のトナーの挙動について説明する。ロータ回転角０°から回転を始めると、位置ｆ〜ｈでは、空隙が縮小していき、これらの断面に存在するトナーが吐出される。一方、位置ｂ〜ｅでは、空隙が拡大するので、負圧となり、トナーを吸引する。吸引口側のｉの位置ではスクリュー部１３４ａがステータ貫通孔の図中上面に密着しており、位置ｂ〜ｅでは負圧になっているので、位置ｈ〜ｆで吐出されたトナーは、逆流することなく、負圧となっている位置ｂ〜ｅへ吸引される。これにより、位置ｈ〜ｆで吐出されたトナーが排出方向（図中右方向）へ移動する。ロータ１３４が回転すると、スクリュー部１３４ａのステータ貫通孔と密着する位置（以下、密着位置）が螺旋状に排出側へ移動して、４５°回転すると、密着位置が、図中ｈの位置まで移動する。このとき、密着位置ｈよりも吸引側では、空隙が拡大するので、空隙が負圧となり、吸引口からトナーが吸入される。空隙が縮小する吐出領域は、ロータ１３４の回転に伴い、位置ｈ〜ｆから、位置ｇ〜ｅへ変わり排出側へ移動する。また、空隙が拡大する吸引領域も位置ｂ〜ｅから、位置ａ〜ｄへ変わり、排出側へ移動する。その結果、位置ｇ〜ｅの吐出領域から吐出されたトナーがａ〜ｄの負圧の吸引領域で吸引されてトナーが排出側へ移動する。そして、ロータ１３４の回転角度が１８０°を越えると、排出口の位置ａが、縮小するようになり、トナーが吐出されて排出される。回転容積式の一軸偏心スクリューポンプ（モーノポンプ）の場合、吸引領域とこの吸引領域よりもトナー移動方向上流側にある吐出領域とは、連通しているが、吐出領域とこの吐出領域よりもトナー移動方向上流側にある吸引領域との間は、スクリュー部１３４ａにより遮断されている。よって、吐出領域で吐出されたトナーが、逆流することなく、トナー移動方向下流側の吸引領域へ移動する。ステータ１３２の空隙内のトナーは、このような動きをして、排出口へ排出される。
同様に、図中斜線で示す空隙においても、空隙内のトナーが上述と同様な動きをして、排出口に排出される。
【００３１】
次に、本発明の特徴部分である、トナー補給制御の動作について説明する。
本実施形態におけるトナー補給制御では、ロータを一定の回転速度かつ一定の回転角度で回転駆動させることを作動単位とし、その作動回数を制御することで現像装置へのトナー補給量を制御する。そして、１作動単位で回転するロータの回転角度を、３６０°の整数倍である角度から僅かにズレた角度となるように設定する。具体的には、３６０°の整数倍である角度を除く、３６０°の整数倍である角度を中心とした±３０°以下の範囲内の角度に設定する。
【００３２】
図７は、１作動単位における回転角度を変えた場合の、粉体ポンプ１３０の各作動回数目のトナー補給量を示すグラフである。
このグラフは、粉体ポンプ１３０の駆動源としてステッピングモータを用い、１作動単位における回転角度が、２１６°、２８８°、３６０°、４３２°、５０４°としたそれぞれの場合について、回転速度一定で駆動させ、各作動回数目におけるトナー補給量を測定した実験の結果を示すものである。この実験結果からわかるように、１作動単位における回転角度が３６０°に近いほど、各作動回数目におけるトナー補給量のバラツキが少ない。
【００３３】
図８は、上述した実験結果について、１作動単位における回転角度を横軸にとり、トナー補給量の標準偏差を縦軸にとった棒グラフである。
一軸偏芯スクリューポンプからなる粉体ポンプ１３０では、トナー補給量の変動がロータ回転周期と同じ周期をもつ正弦波形に近似した周期変動となる。よって、ロータの回転角度が３６０°のときに標準偏差が最小となる。このことは、図８に示すグラフでも確認できる。
【００３４】
図９は、下記の表１及び表２に示す実験条件（上述した実験の条件とは別の条件）における、１作動単位における回転角度を横軸にとり、トナー補給量の標準偏差を縦軸にとったグラフである。
このグラフからもロータの回転角度が３６０°のときに標準偏差が最小となっている。
【表１】
0005031516.tif 000002
【表２】
0005031516.tif 000003
【００３５】
一般に、トナー補給量のバラツキの指標として標準偏差を用いる場合、その標準偏差が０．０１以下であれば、十分に許容範囲内である。図９に示すグラフでは、各実験条件のプロット値の近似曲線を引いてある。標準偏差が０．０１となる回転角度は、この近似曲線による補間値によると、およそ３００°と４２０°すなわち、３６０°±６０°である。上述したとおり、一軸偏芯スクリューポンプからなる粉体ポンプ１３０では、トナー補給量の変動がロータ回転周期と同じ周期をもつ正弦波形に近似した周期変動となること、標準偏差の変化が回転角度に対して連続的なものであることからすれば、近似曲線による補間値は妥当なものであると言える。そして、本発明者の研究の結果、１作動単位における回転角度を３６０°±３０°以下の範囲内とすれば、一般的な条件下において一軸偏芯スクリューポンプによるトナー補給量の標準偏差を０．０１以下とすることができることが確認されている。
【００３６】
以上の実験結果より、本実施形態では、１作動単位におけるロータの回転角度を３６０°±３０°以下の範囲内に設定している。より好ましくは３６０°±１５°以下の範囲内である。なお、３６０°の２倍以上の整数倍である角度の±３０°以下の範囲内に設定してもよい。しかし、本実施形態のように３６０°の１倍である角度（３６０°）の±３０°以下の範囲内に設定することで、１作動あたりの補給量を小さくでき、細かい補給動作が可能となる。また、１作動あたりの補給量を小さくできることで、現像装置内の現像剤に対してトナーを分散して補給することが可能となり、トナー濃度変動をより小さくすることが可能となる。
【００３７】
ここで、１作動単位におけるロータの回転角度は、３６０°との間で互いに素の関係となる角度に設定することが好ましい。このように設定すれば、ロータが同じ回転角度で停止するのは、３６０回作動するごとに１回の頻度となり、停止時にステータに対してロータが同じ箇所で接触する頻度を低くすることができる。具体的には、３６０°±１５°の範囲内であれば、３４７°、３４９°、３５３°、３５９°、３６１°、３６７°、３７１°、３７３°の中から選択される角度に設定する。
【００３８】
以上、本実施形態に係るカラープリンタは、潜像担持体としての感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋと、感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋ上の潜像にトナーを付着させることにより現像する現像装置５と、トナーを収容するトナー収容器としてのトナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内のトナーを現像装置５へ補給するトナー補給装置と、トナー補給装置による現像装置５へのトナー補給量を制御する補給量制御手段としての制御部を備え、現像装置５により潜像を現像して得られる感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋ上のトナー像を最終的に記録材としてのシート上に転写してシート上に画像を形成する画像形成装置である。上記トナー補給装置は、一軸偏芯スクリュー部材からなるロータ１３４と、ロータ１３４との間に略密閉された空隙（搬送空間）を形成するステータ１３２とから構成され、ロータ１３４を回転駆動することにより空隙内に負圧を発生させて空隙を介してトナーを搬送する一軸偏芯スクリューポンプである粉体ポンプ１３０を有し、トナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内のトナーを粉体ポンプ１３０によって現像装置５へ搬送して現像装置内に補給するものである。そして、制御部は、ロータ１３４を一定の回転速度かつ一定の回転角度で回転駆動させることを作動単位とし、その作動回数を制御することで現像装置５へのトナー補給量を制御するものであり、１作動単位で回転するロータ１３４の回転角度が、３６０°の整数倍である角度から僅かにズレた角度となるように設定されている。これにより、１作動単位におけるロータの回転角度（ステータに対する相対的な回転角度）を高精度なトナー補給が可能となる角度範囲内としつつも、経時的なひずみにより所望の搬送量を得られなくなったり搬送不良を生じたりする事態を抑制できる。よって、長期的に高精度なトナー補給を維持することができる。
特に、本実施形態では、１作動単位におけるロータの回転角度が、３６０°の整数倍である角度を除く、３６０°の整数倍である角度を中心とした±３０°以下の範囲内の角度に設定されているので、一般的な条件下において、一軸偏芯スクリューポンプによるトナー補給量の標準偏差を０．０１以下とすることができる。よって、トナー補給量のバラツキを十分に許容範囲内に収めることができる。
また、本実施形態では、３６０°から僅かにズレた角度範囲内に設定するため、３６０°の２倍以上の整数倍である角度から僅かにズレた角度範囲内に設定する場合に比べて、１作動あたりの補給量を小さくでき、細かい補給動作が可能となる。
また、本実施形態では、１作動単位におけるロータの回転角度を、３６０°との間で互いに素の関係となる角度に設定しているので、ロータが同じ回転角度で停止するのは３６０回作動するごとに１回の頻度となり、停止時にステータに対してロータが同じ箇所で接触する頻度を低くすることができる。
【００３９】
なお、本実施形態において、粉体ポンプ１３０による搬送前のトナーの緩み見掛け密度を検知する公知の検知手段を設け、制御部は、その検知手段が検知した緩み見掛け密度の値が、所定の閾値以上のときは１作動単位で回転するロータ１３４の回転角度を３６０°よりも小さい角度に設定し、所定の閾値未満のときは１作動単位で回転するロータ１３４の回転角度を３６０°よりも大きい角度に設定するようにしてもよい。
一軸偏芯スクリューポンプは、定体積を移送するポンプであるため、トナー補給量（重量）はトナーの緩み見掛け密度と強い相関関係がある。すなわち、同じ補給動作を行う場合でも、搬送対象であるトナーの緩み見掛け密度が低いとトナー補給量（重量）は相対的に少なくなり、搬送対象であるトナーの緩み見掛け密度が高いとトナー補給量（重量）は相対的に多くなる。よって、上述した制御を行うことにより、搬送対象であるトナーの緩み見掛け密度の違いによるトナー補給量のバラツキを小さくすることができる。
なお、トナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内に収容されているトナーの緩み見掛け密度に関する特性データを、そのトナーボトルに設けられた例えば０．４ｍｍ角の超小型ＩＣタグのミューチップに書き込んでおき、これを読み取ることで、前回の駆動時からの経過時間と緩み見掛け密度との関係から、今回の駆動時における緩み見掛け密度を把握するようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態において、前回の補給動作時から経過時間を計時する計時手段を設け、制御部は、その計時手段が計時した経過時間が、所定時間以上のときは１作動単位で回転するロータ１３４の回転角度を３６０°よりも大きい角度に設定し、所定時間未満のときは１作動単位で回転するロータ１３４の回転角度を３６０°よりも小さい角度に設定するようにしてもよい。
一般に、前回の補給動作時からの経過時間中、搬送対象のトナーは沈降して締まっていって徐々に動き難い状態になる。そのため、前回の補給動作時からの経過時間が長くなるほど、次の補給動作時にトナーが搬送しずらくなって、トナー補給量が少なくなる。逆に、前回の補給動作時からの経過時間が短ければ、次の補給動作時にトナーが搬送しやすく、トナー補給量が多くなる。よって、上述した制御を行うことにより、前回の補給動作時からの経過時間の違いによるトナー補給量のバラツキを小さくすることができる。
なお、上述した所定時間は、例えば次のようにして導出することができる。
図１０は、１作動あたり駆動時間を２００［ｍｓｅｃ］とし、前回の駆動終了時から次の駆動開始時までの時間間隔と、当該次の駆動時におけるトナー補給量との関係を示すグラフである。この実験では、９０［ｓｅｃ］以上では補給量がほとんど変化せず、９０［ｓｅｃ］未満では、時間間隔が長いほどトナー補給量が減少する傾向が見られら。この場合、上述した所定時間を９０［ｓｅｃ］とする。
【００４１】
また、本実施形態では、上述したとおり、１作動あたりのトナー補給量のバラツキを小さく抑えることができる。よって、トナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内のトナー残量と、作動回数との相関関係が高い。よって、作動回数の累積値をカウントすることで、トナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内のトナー残量を高精度に把握することができる。したがって、本実施形態において、作動回数の累積値をカウントするカウント手段を設け、そのカウント手段がカウントした値が規定値を越えたら、トナーボトル２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ内のトナー残量が少ないことを示すトナーエンド情報やトナーニアエンド情報等を、操作パネルに出力したり、通信回線を通じて保守事業者等へ出力したりするようにしてもよい。なお、１作動あたりの平均補給量は、事前に実験を行うことによって得ることができ、その値を本体に入力しておけばよい。
【００４２】
また、本実施形態では、現像装置に対してトナーを補給する場合について説明した。この構成は、一成分現像剤を用いる現像装置に対しても二成分現像剤を用いる現像装置に対しても適用することができる。
二成分現像剤を用いる現像装置に対しても適用する場合には、上述したトナー補給装置で、トナーではなく、トナーとキャリアとで構成される二成分現像剤（既に混合されている、高いトナー濃度となっている現像剤）を補給するようにしてもよい。この場合、トナー補給とともに、現像装置内のキャリアを排出することでキャリアの入れ替えも行うことができる。
【００４３】
また、本実施形態では、新規トナーを搬送して現像装置へ補給する場合について説明したが、近年の環境問題、資源のリサイクル化という種々の要請を満たすために、クリーニング装置等で回収した残留トナーを再度現像装置５に戻してリサイクルするためのトナーリサイクル機構を設けてもよい。この場合、そのリサイクル機構（トナー補給装置）として、上述したような一軸偏芯スクリューポンプによる粉体ポンプ１３０を利用して残留トナーを現像装置に補給するようにし、その補給制御として上述したトナー補給制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態におけるカラープリンタの構成を示す模式図である。
【図２】同カラープリンタのプロセスカートリッジで構成されるイエロー用の作像ユニットを模式的に示したものである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
【図４】同カラープリンタのトナー補給装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】同トナー補給装置における粉体ポンプの分解図である。
【図６】同粉体ポンプのロータの回転角度と、ロータ上の長手方向各位置におけるステータに対するそれぞれの軸位置との関係を説明するための説明図である。
【図７】１作動単位における回転角度を変えた場合の、粉体ポンプ１３０の各作動回数目のトナー補給量を示すグラフである。
【図８】１作動単位における回転角度を横軸にとり、トナー補給量の標準偏差を縦軸にとった棒グラフである。
【図９】１作動単位における回転角度を横軸にとり、トナー補給量の標準偏差を縦軸にとったグラフである。
【図１０】前回の駆動終了時から次の駆動開始時までの時間間隔と、当該次の駆動時におけるトナー補給量との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明者が３つの一軸偏芯スクリューポンプについて行った実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  カラープリンタ
２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋ  感光体
３  転写装置
５  現像装置
６  クリーニング装置
７  露光装置
１２  定着装置
２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ  トナーボトル
２１  搬送チューブ
１３０  粉体ポンプ
１３１  キャップ
１３２  ステータ
１３４  ロータ
１３５  ケース
１３６  カバー部材
１３６  クラッチ
【図１】
0005031516.tif 000004
【図２】
0005031516.tif 000005
【図３】
0005031516.tif 000006
【図４】
0005031516.tif 000007
【図５】
0005031516.tif 000008
【図６】
0005031516.tif 000009
【図７】
0005031516.tif 000010
【図８】
0005031516.tif 000011
【図９】
0005031516.tif 000012
【図１０】
0005031516.tif 000013
【図１１】
0005031516.tif 000014