JP2015004872A - 現像剤の補給方法、及び補給判定部を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく現像装置内の現像剤の残量検知と補給を行うことで、残量の振れ幅を小さくしつつ現像剤の漏れ出しや印刷不良を防止し、これにより現像装置の小型化かつ低コスト化を実現する。【解決手段】本発明に係る現像剤の補給方法は、残量検知部５５により現像剤ーの残量を検知する工程１０１と、検知した現像剤の残量に基づいて補給の可否を判定する工程１０２と、補給する場合に、検知した現像剤の残量に応じて補給量を設定する工程１０３、及び補給しない場合に、検知した現像剤の残量に応じて次回の残量検知時までの期間を設定する工程１０４とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、現像剤の補給方法、及び補給判定部を備えた画像形成装置に関する。

電子写真式の画像形成装置は、近年、ホームオフィスや一般ユーザーの領域においても幅広く活用されるに至っている。そのため、これらの領域に対応した製品を提供するために、低コスト化はもちろんのこと、小型化、長寿命化、安定稼動化に対応する技術が要求されている。特に、画像形成装置の低ランニングコスト化が求められている最近の状況にあっては、ユーザーが交換する消耗品の低コスト化と長寿命化（交換周期延長）が強く要求されている。

このため、この種の画像形成装置では、できるだけ作像ユニット（プロセスユニット）を長寿命化することで交換周期を長くし、低コスト化を図るようにしているが、長寿命化を図ろうとするとそれだけ保持すべき現像剤の量が増加するため、現像剤の保持容量を確保しなければならず、結果、装置の大型化を招く。そこで、この問題を解決するため、現像剤の作像部と貯蔵部とを着脱自在に分離し、貯蔵部のみを短い周期で交換しつつ、貯蔵部から作像部へ現像剤を補給する構成が採用されるようになってきている。

一方で、上述のような補給形態を採る場合には、現像装置内の現像剤の残量を常に精度良く管理する必要が生じる。例えば現像剤の補給量が現像装置（現像剤収容部）の容量に比べて多過ぎると、現像装置（現像剤収容部）から現像剤が漏れ出したり、外部に飛散したりするおそれがある。あるいは、現像剤の補給量が現像装置の容量に比べて少な過ぎると、画像形成に必要な量を確保することができず、画像のカスレや濃度変動などを招くおそれがある。特に、装置の小型化が進むにつれて貯蔵部だけでなく現像装置自体の容量も小さくなることから、今まで以上に現像装置内の現像剤の残量を精度良く管理する必要がある。

そこで、例えば光透過式のセンサなどで構成される現像剤の残量検知部を用いて、現像装置（現像剤収容部）内の現像剤の残量を検知し、検知した現像剤の残量に基づき現像剤の補給量を制御する方法が提案されている。具体的には、現像動作を行う度に現像装置内の現像剤の残量を検知し、その結果として、現像剤が相対的に低いレベル以下に減少したことを検知した場合には補給量を多めに設定し、現像剤が相対的に多いレベル以上に増加したことを検知した場合には補給量を少なめに設定する手段が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、上述の補給方法では、検知結果（現像剤の残量）に関わらず、現像動作の度に現像剤の補給が実行されることになる。そのため、本来であれば、現像剤の補給の必要がない高さレベルにまで現像剤が残っている場合であっても、現像剤が補給されることになり、現像剤が漏れ出す原因となる。このような事態を防ぐには、現像装置内の現像剤収容空間の容量を予め大きめに設定しておけばよいが、そうすると、現像装置の大型化を招くため、好ましくない。また、この種の補給は、通常、トナーカートリッジなどの現像剤補給部内に配設したスクリューなどの搬送手段を駆動させることにより行われるため、どうしても補給量のばらつきが大きくなり易い。そのため、実際に所定の量が補給されたか否かを確認するためには、補給直後に再度残量検知を行う必要が生じ、検知動作の回数が増す。特許文献１に記載のように、現像動作の度に残量検知と補給を行うようにすれば、補給量の確認は必ずしも必要としないが、現像動作の度に残量検知と補給を行うのでは、双方の動作回数が非常に多くなり、効率的でない。また、省エネルギー化の観点にもそぐわないものとなる。

もちろん、上記課題は、現像剤の貯蔵部を作像部と着脱自在に分離した構成に限られることはなく、これら貯蔵部と作像部とを一体化したものについても同様に生じる。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、効率よく現像装置内の現像剤の残量検知と補給を行うことで、残量の振れ幅を小さくしつつ現像剤の漏れ出しや印刷不良を防止し、これにより現像装置の小型化かつ低コスト化を実現しようとするものである。

上記課題の解決は、本発明に係る現像剤の補給方法によって達成される。すなわち、この補給方法は、発光部と受光部とを有し、発光部と受光部との間に形成される光路の一部が現像剤収容部内を通過するよう構成した現像剤の残量検知部を用いて、現像剤収容部内の現像剤の残量を検知し、検知した現像剤の残量に基づいて現像剤を現像剤収容部に補給するための方法において、検知した現像剤の残量に基づいて補給の可否を判断するものとし、補給する場合には、検知した現像剤の残量に応じて現像剤の補給量を設定し、補給しない場合には、検知した現像剤の残量に応じて次回の残量検知時までの期間を調整する点をもって特徴付けられる。

本発明では、検知した現像剤の残量に基づいて補給の可否を判断するものとし、かつ補給する場合には、検知した現像剤の残量に応じて現像剤の補給量を設定し、補給しない場合には、検知した現像剤の残量に応じて次回の残量検知時までの期間を設定するようにした。これにより、現像剤の残量が比較的少ない場合には適量の現像剤を補給することができる。また、現像剤の残量が比較的多く、即時の補給が必要ない場合には、補給を先送りすることができる。これにより、過剰な補給により現像剤が溢れ出る事態を防止して、現像剤の残量レベルを極力一定の範囲に保つことができる。また、検知時点での現像剤の残量に応じて次回の残量検知及び補給の時期を調整できるので、無駄な残量検知動作や補給動作を行うことなく、現像装置内の現像剤の残量レベルを正確に把握しつつもその振れ幅をできる限り小さく維持することが可能となる。以上より、本発明によれば、現像装置の小型化と低ランニングコスト化を両立することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略図である。 本発明に係る現像装置の実施の一形態を示す概略断面図である。 図２に示す現像装置及び現像剤補給部を紙面と直交する向きに沿って切断した場合の断面図である。 現像装置の要部を開口した斜視図である。 本発明に係る補給方法の一形態を示すフローチャートである。 本発明に係るトナー消費量積算部とその周辺構成を説明するための概念図である。 残量検知部により取得した出力波形の一例である。 残量検知レベルとトナー残量との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る補給方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る補給方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る補給方法のフローチャートである。 本発明に係る方法と比較例に係る方法とでトナー補給を行った場合の結果を示すグラフである。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一形態を示す概略構成図である。まず、図１を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。

図１に示す画像形成装置は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体１００には、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋが着脱可能に装着されている。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。なお、本実施形態では、現像剤としてトナーからなる一成分現像剤（以下、単にトナーという。）を用いている。

具体的には、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電ローラ３等を備えた帯電装置と、感光体２の表面にトナーを供給する現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするためのクリーニングブレード５等を備えたクリーニング装置などを備える。なお、図１では、イエローのプロセスユニット１Ｙが備える感光体２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニングブレード５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋにおいては符号を省略している。

図１において、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの上方には、感光体２の表面を露光する露光手段としての露光装置６が配設されている。露光装置６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体２の表面へレーザー光を照射するようになっている。

また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの下方には、転写装置７が配設されている。転写装置７は、転写体としての無端状のベルトから構成される中間転写ベルト８を有する。中間転写ベルト８は、支持部材としての駆動ローラ９と従動ローラ１０に張架されており、駆動ローラ９が図の反時計回りに回転することによって、中間転写ベルト８は図の矢印に示す方向に周回走行（回転）するように構成されている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１はそれぞれの位置で中間転写ベルト８の内周面を押圧しており、中間転写ベルト８の押圧された部分と各感光体２とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。各一次転写ローラ１１は、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が一次転写ローラ１１に印加されるようになっている。

また、駆動ローラ９に対向した位置に、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は中間転写ベルト８の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト８とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ１２は、一次転写ローラ１１と同様に、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ１２に印加されるようになっている。

また、中間転写ベルト８の図１の右端側の外周面には、中間転写ベルト８の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置１３が配設されている。このベルトクリーニング装置１３から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、転写装置７の下方に配設された廃トナー収容器１４の入り口部に接続されている。

装置本体１００の下部には、紙やＯＨＰシート等の記録媒体Ｐを収容した給紙カセット１５が配設されている。給紙カセット１５には、収容されている記録媒体Ｐを送り出す給紙ローラ１６が設けてある。一方、装置本体１００の上部には、記録媒体を外部へ排出するための一対の排紙ローラ１７と、排出された記録媒体をストックするための排紙トレイ１８とが配設されている。

装置本体１００内には、記録媒体Ｐを給紙カセット１５から二次転写ニップを通って排紙トレイ１８へ搬送するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ１２の位置よりも記録媒体搬送方向上流側には一対のレジストローラ１９が配設されている。また、二次転写ローラ１２の位置よりも記録媒体搬送方向下流側には、定着装置２０が配設されている。

上記画像形成装置は、例えば以下のように動作する。作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの感光体２が図１の時計回りに回転駆動され、帯電ローラ３によって各感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。図示しない読取装置によって読み取られた原稿の画像情報に基づいて、露光装置６から各感光体２の帯電面にレーザー光が照射されて、各感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

中間転写ベルト８を張架する駆動ローラ９が回転駆動し、中間転写ベルト８を図１の矢印の方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２上の各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト８はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。また、中間転写ベルト８に転写しきれなかった各感光体２上のトナーは、クリーニングブレード５によって除去される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１６が回転して、給紙カセット１５から記録媒体Ｐが搬出される。搬出された記録媒体Ｐは、レジストローラ１９によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト８との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ１２には、中間転写ベルト８上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上のトナー画像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。その後、記録媒体Ｐは定着装置２０に送り込まれトナー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。そして、記録媒体Ｐは一対の排紙ローラ１７によって排紙トレイ１８に排出される。

以上の説明は、記録媒体に４色フルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。もちろん、５個もしくはそれ以上のプロセスユニットを備えたものについても、上記と同様の画像形成動作により、単色〜５色以上の画像を形成することが可能である。

図２は、現像装置及びトナーカートリッジの概略断面図であり、図３は、それらを図２を示す紙面と直交する方向に沿って切断した場合の概略断面図である。 図２に示すように、現像装置４は、トナーを収容する現像剤収容部としての現像ハウジング４０と、トナーを担持する現像剤担持体としての現像ローラ４１と、現像ローラ４１にトナーを供給する現像剤供給部材としての供給ローラ４２と、現像ローラ４１上に担持されたトナー量を規制する規制部材としての現像ブレード４３と、トナーを搬送する第１の現像剤搬送部材４４及び第２の現像剤搬送部材４５等を備える。

現像ローラ４１は、金属製の芯金と、その芯金の外周に配設された導電性ゴムで構成されている。本実施形態では、芯金の外径をφ６、導電性ゴムの外周をφ１２、ゴム硬度Ｈｓ７５に設定している。また、導電性ゴムは、体積抵抗値を約１０⁵〜１０⁷Ω程度に調整されている。導電性ゴムとしては、例えば、導電性ウレタンゴムやシリコーンゴム等を使用可能である。現像ローラ４１は、図２において反時計回りの方向に回転し、表面に保持した現像剤を現像ブレード４３及び感光体２との対向位置へと搬送する。

供給ローラ４２には、一般に、スポンジローラなどが用いられる。スポンジローラとしては、金属製の芯金の外周に、カーボンを混合して半導電化させた発泡ポリウレタンを付着したものが適当である。本実施形態では、芯金の外径をφ６、スポンジ部分の外径をφ１２に設定している。供給ローラ４２は、現像ローラ４１に対して当接している。供給ローラ４２と現像ローラ４１とが当接して形成されるニップ部は、通常約１ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定されている。本実施形態では、ニップを２ｍｍとしている。また、供給ローラ４２は、現像ローラ４１に対してカウンター方向（図２において反時計回り）に回転することで、現像ハウジング４０内のトナーを現像ローラ４１の表層まで効率よく供給できる。なお、本実施形態では、現像ローラ４１と供給ローラ４２の回転数比を１に設定することで、良好なトナー供給機能を確保している。

現像ブレード４３は、例えば、厚さ０．１ｍｍ程度のＳＵＳなどの金属板で構成される。現像ブレード４３は、その先端側で現像ローラ４１の表面に当接しており、供給ローラ４２によって現像ローラ４１上に供給されたトナーは、現像ローラ４１と現像ブレード４３とのニップ部を通過することにより、厚さが規制されると同時に摩擦荷電させられる。現像ローラ４１上のトナー量の制御は、現像特性を安定させ良好な画質を得るために非常に重要なパラメータであるため、通常の製品においては現像ローラ４１に対する現像ブレード４３の当接圧は２０〜６０Ｎ／ｍ程度、ニップ部の位置は現像ブレード４３の先端から０．５±０．５ｍｍ程度に厳しく管理されている。また、これらのパラメータは、使用するトナー、現像ローラ、供給ローラなどの特性に合わせて適宜決定される。

また、現像ハウジング４０の上部には、補給用のトナーを収容し、当該トナーを現像剤収容部としての現像ハウジング４０内に補給する現像剤補給部としてのトナーカートリッジ５０が着脱可能に装着されている。なお、現像装置４及びトナーカートリッジ５０の構成は図２に示す構成に限定されない。例えば、現像装置４とトナーカートリッジ５０とを一体化した構成や、それに加えて感光体２等を一体化した構成（図１に示すプロセスユニット）とすることも可能である。

トナーカートリッジ５０の下部と現像ハウジング４０の上部には、それぞれ、トナーカートリッジ５０内のトナーを現像ハウジング４０内へ補給するための補給口５０ａ，４０ａが形成されている。また、トナーカートリッジ５０内には、内部のトナーを補給口５０ａまで搬送するための搬送駆動部５１と、この搬送駆動部５１側へ内部のトナーを寄せるためのアジテータ５２とが回転可能に設けられている。この搬送駆動部５１は、例えばスクリューあるいはコイルなどで構成されており、図示しない画像形成装置本体１００側に設けた駆動源とクラッチなどで連結と非連結とを切替え可能とされる。この場合、スクリューあるいはコイルのピッチ径、回転速度などでトナーの単位搬送量を調整し、併せてその駆動時間を調整することにより、トナーの補給口５０ａへの搬送量、すなわち現像ハウジング４０内へのトナーの補給量を制御するようにしている。

また、現像ハウジング４０の内部は、連通口４８ａを有する仕切部材４８によって、補給口４０ａを配設した第１の領域Ａと、現像ローラ４１や現像ブレード４３等の現像手段を配設した第２の領域Ｂとに分割されている。このように仕切部材４８によって現像ハウジング４０の内部を分割することにより、供給ローラ４２にトナーの粉圧が集中して大きな負荷が作用する事態を抑制可能としている。また、第１の領域Ａ内には、第１の現像剤搬送部材４４が配設され、第２の領域Ｂ内には、第２の現像剤搬送部材４５が配設されている。

図３に示すように、第１の現像剤搬送部材４４及び第２の現像剤搬送部材４５は、第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂを仕切る仕切部材４８を挟んでほぼ対向する位置に配設されている。仕切部材４８の連通口４８ａは、仕切部材４８の両端部にそれぞれ設けられている。この連通口４８ａを介して第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが互いに連通している。第１の現像剤搬送部材４４と第２の現像剤搬送部材４５は、回転することによりトナーを軸方向に搬送するように構成されている。具体的には、第１の現像剤搬送部材４４と第２の現像剤搬送部材４５は、回転軸の外周に螺旋状の羽根を設けたスクリューで構成されている。なお、第１の現像剤搬送部材４４の詳しい構成については、後で説明する。

図３において矢印はトナーの移動方向を示す。第１及び第２の現像剤搬送部材４４，４５が回転すると、それらは互いに反対方向にトナーを搬送する。各現像剤搬送部材４４，４５によって第１の領域Ａと第２の領域Ｂのそれぞれの端部まで搬送されたトナーは、それ以上軸方向に移動できないので、各連通口４８ａを通って他方の領域内（領域Ａから領域Ｂ、又は領域Ｂから領域Ａ）に送り込まれる。そして、各領域Ａ，Ｂ内に送り込まれたトナーは、第１及び第２の現像剤搬送部材４４，４５によって各領域Ａ，Ｂの上記端部とは反対側の端部へと搬送され後、各連通口４８ａを通って元の領域内に戻される。この動作を繰り返し行うことにより、トナーが第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの間で循環する。

上記のように構成されていることから、トナーカートリッジ５０から第１の領域Ａ内にトナーが補給されると、補給されたトナーは、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの間で循環させられた結果、現像ハウジング４０内のトナーと混ざり合って、トナーの状態（元々あったトナーに対する補給トナーの割合）が均一になる。このように本実施形態では、新しいトナーを補給しても、現像条件を一定にすることができるので、色ムラや地汚れ等の不具合の発生を防ぐことができる。

また、本実施形態のように、トナー循環路を構成する第１の領域Ａと第２の領域Ｂを仕切部材４８で仕切っていることにより、第１及び第２の現像剤搬送部材４４，４５によって作り出されるトナーの流れが互いに干渉しないので、トナーの循環をスムースに行うことが可能である。これにより、トナーの上面が安定するようになり、トナー量の検知精度が向上する。

また、補給されたトナーと現像ハウジング４０内のトナーとを十分に混合するには、トナーが補給口４０ａから現像領域である第２の領域Ｂに達するまでの搬送距離を長くして、混合する時間を長く確保する方がよい。従って、補給口４０ａは、第２の領域Ｂに配設されるより第１の領域Ａに配設される方が好ましい。さらに好ましくは、補給口４０ａを、第１の領域Ａ内で現像剤搬送方向の上流側に配設するとよい。

以下、トナーの残量検知部について説明する。この残量検知部５５は、光学素子を用いてトナー量を検知する光透過方式の検知手段であって、図３に示すように、画像形成装置本体１００に設けられた光学素子としての発光部５３及び受光部５４と、現像ハウジング４０に設けられた第１の導光部材４６及び第２の導光部材４７を有する。各導光部材４６，４７は、例えば、光透過性のよい材料を用いて構成される。その材料として樹脂を用いる場合は、透明度の高いアクリル材やＰＣ材などが好ましい。また、各導光部材４６，４７の材料として、より良好な光学特性が得られる光学ガラスなどを用いることも可能である。あるいは、導光部材４６，４７に光ファイバーを用いてもよい。

図４は、現像ハウジングの上部を開口して導光部材等の配置を示した斜視図である。図４に示すように、第１の導光部材４６の一端部４６ａは、現像ハウジング４０から外側に露出し発光部５３と対向するように配設されている。一方、第１の導光部材４６の他端部４６ｂは、現像ハウジング４０の第１の領域Ａ内に配設されている。また、第２の導光部材４７の一端部４７ａは、第１の領域Ａ内で、第１の導光部材４６の他端部４６ｂに対して所定の間隔をおいて配設されている。一方、第２の導光部材４７の他端部４７ｂは、現像ハウジング４０から外側に露出し受光部５４と対向するように配設されている。

発光部５３から発する光は、第１の導光部材４６の一端部４６ａに入射し、第１の導光部材４６の各屈曲部で２回反射した後、第１の導光部材４６の他端部４６ｂから出射する。そして、第１の導光部材４６から出射した光は、第２の導光部材４７の一端部４７ａから入射し、第２の導光部材４７の各屈曲部で２回反射した後、第２の導光部材４７の他端部４７ｂから出射し、受光部５４へと到達する。ここで、現像ハウジング４０内にトナーが十分に存在する状態では、各導光部材４６，４７の互いに対向する端部４６ｂ，４７ａの間にトナーが存在することにより光が遮断されるため、受光部５４まで光が到達しない。しかし、印刷などでトナーが消費され、トナーの上面が下がってくると、互いに対向する端部４６ｂ，４７ａの間にトナーが存在する頻度が低下し、受光部５４まで光が到達し易くなる。この際、受光部５４で受光したレーザー光の光量を電圧に変換可能とし、かつ発光部５３と受光部５４との間に所定の電圧を印加することで、受光レベル（遮光レベル）を出力電圧の大きさで評価することができる。

本実施形態のように、発光部５３と受光部５４の両方を、現像装置４の長手方向の同じ側に配設している場合は、第１及び第２の導光部材４６，４７を短くすることができるので、低コスト化及び小型化に有利である。また、各導光部材４６，４７を短くすると、それらを通過する光路も短くなるので、小さいパワーの発光部５３を用いても受光部５４が光を検知できるようになる。このため、発光部５３のコストも低減できる利点がある。

また、図４に示すように、第１の現像剤搬送部材４４には、各導光部材４６，４７の互いに対向する端部４６ｂ，４７ａを清掃する清掃部材４９が設けられている。清掃部材４９は、例えばＰＥＴシートなどの可撓性を有する部材で構成されている。軸方向における清掃部材４９の軸方向の幅Ｗは、各導光部材４６，４７の互いに対向する端部４６ｂ，４７ａ間の間隔Ｄよりも若干大きく設定されている。従って、第１の現像剤搬送部材４４が回転すると、これに伴って清掃部材４９は各導光部材４６，４７の端部４６ｂ，４７ａの両方に接触し、それらの表面に付着したトナーを掻き取られる。これにより、第１の導光部材４６から第２の導光部材４７への光の透過が良好に維持されるようになっている。なお、清掃部材４９は、回転軸６０に対して傾斜して配設されていないため、搬送羽根６１とは異なり、軸方向へのトナー搬送機能は有していない。

また、この清掃部材４９は、各導光部材４６，４７の端部４６ｂ，４７ａと接触することから、不可避的に、端部４６ｂ，４７ａの間を通過する。そのため、この清掃部材４９を上述のように第１の現像剤搬送部材４４と共に回転させることで、端部４６ｂ，４７aの間に形成される光路を遮断する遮断部材として機能させることができる。また、この際、遮断部材としての機能を実効あらしめるために、例えば清掃部材４９の少なくとも導光部材４６，４７の端部４６ｂ，４７ａと接触する面に遮光可能な着色を施すようにしてもよい。この場合、具体的には黒あるいは黒になるべく近い色に着色することで、遮光性を確保することが可能となる。

次に、本発明に係る補給方法の一形態を説明する。なお、以下の説明では、上述した画像形成装置を用いた場合について述べているが、本発明に係る補給方法が、上記以外の画像形成装置についても適用可能なことはもちろんである。

本発明に係る補給方法は、図５に示すように、残量検知部５５（図４を参照）によりトナーの残量を検知する工程１０１と、検知したトナーの残量に基づいて補給の可否を判定する工程１０２と、補給する場合に、検知したトナーの残量に応じて補給量を設定する工程１０３、及び補給しない場合に、検知したトナーの残量に応じて次回の残量検知時までの期間を設定する工程１０４とを備える。本実施形態では、トナーの消費量を推定する工程１０５と、推定したトナーの消費量に基づいて残量検知の実行の可否を判定する工程１０６とをさらに備える。以下、時系列順に補給の手順を説明する。

まず、トナーの消費量を推定する工程１０５について説明する。トナーの消費量は、例えば現像装置４の走行距離（現像ローラ４１の回転数）や出力枚数などに基づいて推定することも可能であるが、ここでは、比較的ばらつきの小さい結果が得られる画像書き込み情報に基づいて算出する場合を説明する。まず、図６に示すように、ホストコンピュータ１１１から出力される画像データが電気信号として画像形成回路１１２内の画像信号処理部１１３に送られてくると、画像信号処理部１１３でこの画像データを各走査ラインごとのレーザー駆動信号に変換し、レーザー発光制御部１１４で露光装置６の光源でもあるレーザー発光部１１５の発光ないし消光を制御して、レーザー発光部１１５から発光されたレーザー光を感光体２の表面に向けて照射する。

一方、図示しない画像形成装置のコントローラには、印刷データをトナーの消費量に換算し、換算した消費量データを１ドット相当分ずつ積算する消費量積算部１１６が内蔵されている。印刷データをトナーの消費量に換算するための換算用データベースは、ＬＵＴ（ルックアッテーブル）として予めＲＯＭ等の不揮発性記憶媒体に記憶されている。そして、画像信号処理部１１３から送られてきた印刷データに対して、注目ドット状態判別部１１７で所定の注目ドットの印字状態を判別し、ＬＵＴ読み込み部１１８で注目ドットの印字状態に対応するＬＵＴ（ルックアップテーブル）を読み出す。続いて、周囲ドット数計数部１１９で注目ドットの周囲の印字ドット数を計数し、最後に、注目ドット重み付け算出部１２０で、先にＬＵＴから読み取った周囲の印字ドット数に対応する重み付け値を返し、これを注目ドットに対するトナーの消費量としてカウントする。この一連の処理を、注目ドット（１ドット）毎に、１ページ分繰り返して行うことで、１ページ分の印刷データに対応するトナーの消費量がカウントされる。

このようにして得た消費量データを積算消費量記憶部１２１に積算記憶していき、トナーの残量検知判定部１２２で、積算記憶された消費量データに基づいて、トナーの残量検知の可否を判定する。すなわち、残量検知判定部１２２は、積算消費量記憶部１２１に積算記憶された消費量データが予め印刷枚数等に基づいて定めた所定値（判定基準値）を超えた場合に、残量検知部５５によるトナーの残量検知を実行する。あるいは、上記消費量データが所定値に達していない場合には、再び消費量積算部１１６に戻って、新たな印刷データをトナー消費量に換算する作業を繰り返す。

次に、残量検知部５５によるトナーの残量検知の手順について説明する。

まず、受光部５４にオシロスコープを接続し、発光部５３に電圧を印加した上で発光させ、現像装置４（現像ローラ４１）を駆動させた際の出力波形を取得する。この際、サンプリングは例えば１０ｍｓごとに行う。こうして得られた波形のうち、受光した場合には、電圧の低下により０Ｖが指し示され、逆にトナー、遮断部材（清掃部材４９）により遮光された場合には、電圧の低下がなく発光部５３への印加電圧（例えば５Ｖ）がそのまま指し示される。従って、トナーの残量検知を実行した場合、図７に例示されるように、周期的に電圧が低下する略矩形状の波形が得られる。

このようにして取得した波形について、例えば画像形成装置本体１００に内蔵した図示しない残量検知レベル処理部により以下の処理を施すことで、残量検知レベルが算出される。ここで、残量検知レベルは以下の数式１により求められる。

[数式１]
残量検知レベル［％］＝光透過カウント数（電圧０Ｖカウント数）／所定回転周期中の総サンプリング数×１００

ここでいう、残量検知レベルとは、図７に示す波形でいえば、基準となる周期に対する光の透過が認められた幅の割合を示す指標であり、より光を透過する側、つまりトナーの残量が少ないほど大きな数値を示し、逆により光を遮断する側、つまりトナーの残量が多いほど小さな数値を示すことになる。トナー収容部となる現像ハウジング４０内のトナーの残量［ｇ］と残量検知レベル［％］との関係を図８に示す。この図に示すように、トナーの残量が所定の範囲においては、トナーの残量と残量検知レベルとはほぼ線形的な関係を示すことがわかる。よって、数式１で示す残量検知レベルを取得することで、トナーの残量を算出することが可能となる。

ここで取得した出力波形について、例えば閾値を設けて、各サンプリング電圧値に対して２値化処理を施すようにしてもよい。これにより、０Ｖから印加電圧（上記の例でいえば５Ｖ）との間の値を示す電圧値が０Ｖと印加電圧の何れかの値に補正されるため、例えば光を透過しているにも関わらず、検知面の汚れ等により誤って光が遮断されているものと検知する事態を防止して、検知精度を高めることができる。

あるいは、さらに精度よくトナーの残量を検知する目的で、出力結果に対して平均化処理を施すようにしてもよい。すなわち、環境要因（温度、湿度）などが原因でトナーの流動性が低下することで、上述の方法で取得される出力波形に乱れが生じることがある。このまま乱れた部分に対して上述の残量検知処理を施すと、トナーの残量の検知精度が低下することが懸念される。そこで、複数の周期において残量検知レベルを取得し、取得した複数の残量検知レベルを平均化することで、ノイズデータの影響を軽減してより信頼性の高い残量検知レベルデータを取得することができる。また、この際、複数取得した残量検知レベルの最大値と最小値を除外した上で平均化処理を施すことで、更に信頼性の高い結果を得ることができる。

このようにしてトナーの残量を取得したら、次に、補給判定部１２３（図６を参照）により、検知したトナーの残量に基づいて補給を行うか否かの判定を行う（補給可否判定工程１０２）。残量検知部５５により検知したトナーの残量から、予め設定しておいたトナー残量の狙い値を差し引いた値を算出する。そして、実際に検知したトナーの残量が狙い値よりも少ない場合、すなわち上記狙い値を差し引いた値がプラスの場合には、補給を実行し、マイナスの場合には補給を行わない。

ここで、補給を行う場合、検知したトナーの残量に応じて補給量を設定する（補給量設定工程１０３）。本実施形態では、トナー残量の狙い値から検知したトナーの残量を差し引いた値にトナーの補給量を設定する。一例として、トナー残量の狙い値が８０ｇ、実際に検知したトナーの残量が７０ｇの場合、狙い値から検知したトナーの残量を差し引いた値である１０ｇ分のトナーがトナーカートリッジ５０から現像ハウジング４０内に補給されるよう、トナーの補給量に設定する。ここでは、トナーカートリッジ５０内に配設された搬送駆動部５１の駆動時間によりトナーの補給量が制御されることから、補給量が１０ｇとなるように搬送駆動部５１の駆動時間を設定することで、トナーの補給制御が行われる。

一方、上述した検知結果からトナーを補給しない場合、検知したトナーの残量を考慮して、次回の残量検知時までの期間を調整する（残量検知期間調整工程１０４）。本実施形態では、検知したトナーの残量がトナー残量の狙い値を上回った値をトナーの消費量に換算して、次回の残量検知時までの期間に加算する。一例として、トナー残量の狙い値が８０ｇ、実際に検知したトナーの残量８５ｇの場合、検知したトナーの残量が狙い値を上回った分を上述の残量検知判定部１２２における判定基準値に加算する。これにより、加算後の判定基準値にトナーの消費量データが達するまで、残量検知部５５によるトナーの残量検知は行われない。言い換えると、次回の残量検知時までの期間が、狙い値を上回った分（５ｇ消費分の時間）だけ延長される。目安として、本実施形態では、印刷枚数が２００〜３００枚ごとに残量検知を行い得るように、判定基準値が設定されるようにしている。もちろん、これは一例であり、適用対象となる画像形成装置やその使用態様によって任意に設定することが可能である。

このように、本発明では、検知したトナーの残量に基づいて補給の可否を判断するものとし、かつ補給する場合には、検知したトナーの残量に応じてトナーの補給量を設定し、補給しない場合には、検知したトナーの残量に応じて次回の残量検知時までの期間を調整するようにした。これにより、トナーの残量が比較的少ない場合には適量のトナーをトナーカートリッジ５０から現像ハウジング４０内に補給することができる。また、トナーの残量が比較的多く、即時の補給が必要ない場合には、補給を先送りすることができる。これにより、過剰な補給によりトナーが現像装置４から溢れ出る事態を防止して、トナーの残量レベルを極力一定の範囲に保つことができる。また、検知時点でのトナーの残量に応じて次回の残量検知及び補給の時期を調整できるので、無駄な残量検知動作や補給動作を行うことなく、現像装置４内のトナーの残量レベルを正確に把握しつつもその振れ幅をできる限り小さく維持することが可能となる。以上より、本発明によれば、現像装置４の小型化と低ランニングコスト化を両立することが可能となる。

また、本実施形態では、残量検知部５５による検知結果に基づいてトナーを補給するものと判定した場合、トナー残量の狙い値から検知したトナーの残量を差し引いた値にトナーの補給量を設定するようにした。これにより、検知時点でトナー残量の狙い値から不足している分のトナーを補給することができるので、トナー不足を即時に解消して、印刷不良（画像形成不良）の発生確率を大幅に低減することが可能となる。

また、本実施形態では、残量検知部５５による検知結果からトナーを補給しないものと判定した場合、検知したトナーの残量がトナー残量の狙い値を上回った分だけトナーの消費量に換算して、次回の残量検知時までの期間に加算するようにした。これにより、トナーの残量が消費推定値よりも多い場合においても、次回の残量検知時におけるトナーの残量を極力揃えることができる。よって、現像ハウジング４０内のトナーの残量のばらつきをできる限り小さくすることができ、安定した現像品質を得ることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、図９に示すように、残量検知部５５による検知結果に基づいてトナーを補給する場合、現像ハウジング４０あるいはトナーカートリッジ５０内の温度及び湿度の少なくとも一方を測定し（環境情報の取得工程１０７）、測定した結果に基づいてトナーの補給量を補正するようにしてもよい（環境情報に基づく補給量の補正工程１０３ａ）。例えば、現像装置４やトナーカートリッジ５０を高温多湿下で使用する場合、トナーの流動性が低下するおそれがあるが、上述のように温湿度センサなどでトナーカートリッジ５０内の環境情報を取得しておき、この取得した情報に基づいてトナーの補給量を補正することで、環境情報を加味してより的確な量のトナー補給を実施することが可能となる。具体的には予め取得しておいた環境情報と補給量（単位搬送量）との関係を示すデータベースに基づき、トナー残量の狙い値から検知したトナーの残量を差し引いた値を修正することで（搬送駆動部５１の駆動時間を長めに調整し直す）ことで、環境情報を加味してより的確な量のトナー補給を実施することができる。

あるいは、図１０に示すように、トナーカートリッジ５０内に配設された搬送駆動部５１の累積駆動時間でトナーカートリッジ５０内のトナーの残量を推定し（カートリッジ内トナー残量の推定工程１０８）、この推定値に基づいて搬送駆動部５１の駆動時間を補正するようにしてもよい（カートリッジ内トナー残量を考慮した補給量の補正工程１０３ｂ）。この場合、例えば搬送駆動部５１の累積駆動時間からトナーの累積補給量を算出し、この累積補給量をトナーカートリッジ５０内におけるトナーの初期充填量から差し引くことで、補給時点でのトナーの残量を取得する。そして、トナーカートリッジ５０内のトナーの残量と補給量（単位搬送量）との関係を示すデータベースに基づき、トナー残量の狙い値から検知したトナーの残量を差し引いた値を修正する。具体的には、搬送駆動部５１の駆動時間を長めに設定し直す。これにより、トナーカートリッジ５０内のトナーの残量を加味してより的確な量のトナー補給を実施することができる。

あるいは、図１１に示すように、トナーカートリッジ５０内に配設された搬送駆動部５１を駆動させることでトナーを現像ハウジング４０内に補給する場合に、トナーを補給する際の印刷速度を画像出力情報から取得し（印刷速度取得工程１０９）、取得した印刷速度に基づいて搬送駆動部５１の駆動時間を補正するようにしてもよい（印刷速度に応じた補給量の補正工程１０３ｃ）。例えばスクリュー等で構成される搬送駆動部５１をトナーカートリッジ５０内に設ける場合、画像形成装置本体１００側に設けた共通の駆動源を用いて、感光体２や現像ローラ４１を回転駆動する構成を採ることがある。このような構成を採る場合、感光体２や現像ローラ４１の回転速度と搬送駆動部５１の回転速度とが原則、比例することになるため、例えば定着性確保のために厚紙等の定着性の小さい用紙を印刷する場合に印刷速度を落とすべく感光体２や現像ローラ４１の回転速度を小さくすると、搬送駆動部５１の回転速度も低下してしまう。よって、例えば印刷速度が相対的に小さい場合には、搬送駆動部５１の駆動時間をその分長めに設定し直すことで、補給時の印刷速度を加味したより的確な量のトナー補給を実施することができる。

なお、上述した補給量の各種補正のうち２つあるいはそれ以上を、重畳的に実行できることはもちろんである。

以下、本発明の効果を比較例との対比を通じて説明する。

まず実験条件について説明する。まず本発明に係る実施例では、トナー消費量が３ｇ（判定基準値が３ｇ）を超えた場合に、残量検知部５５によるトナーの残量検知を実行する。そして、残量検知により得られたトナーの残量をトナー残量の狙い値から差し引いた値が正の場合には、当該差し引いた分のトナーを補給量に設定し、補給動作を実行する。上記差し引いた値が負の場合には、補給は行わず、当該差し引いた値の絶対値をトナーの消費量に換算して、残量検知のための判定基準値（３ｇ）に加算する。これにより、検知したトナーの残量がトナー残量の狙い値よりも多い分だけ、次回の残量検知タイミング（言い換えると補給タイミング）を遅らせるように制御しながら通紙試験を実施した。

これに対して、比較例では、トナー消費量が判定基準値を超えた場合に、自動的に判定基準値と同量のトナーを補給するように制御しながら通紙試験を実施した。この場合、補給間隔は一定である。これ以外の試験条件は実施例と同じとした。

また、実施例、比較例ともに、印字面積５％、３枚間欠下で通紙枚数は１００００枚とした。

実験結果を図１２に示す。同図に示すように、トナー消費量の推定値と同量のトナーを自動的に補給した場合には、印刷が進むにつれてトナー残量が基準値から大きく外れていくことがわかる。これに対して、本発明に係る実施例では、印刷枚数によらず、ほぼ常に一定の振れ幅の範囲でトナー残量が維持されていることがわかる。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ プロセスユニット
２ 感光体
３ 帯電ローラ
４ 現像装置
６ 露光装置
７ 転写装置
４１ 現像ローラ
４２ 供給ローラ
４４，４５ 現像剤搬送部材
４６，４７ 各導光部材
４９ 清掃部材
５０ トナーカートリッジ
５０ａ 補給口
５１ 搬送駆動部
５２ アジテータ
５３ 発光部
５４ 受光部
５５ 残量検知部
１００ 画像形成装置本体
１０１ 残量検知工程
１０２ 補給可否判定工程
１０３ 補給量設定工程
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ 補給量の補正工程
１０４ 残量検知期間調整工程
１０５ トナー消費量推定工程
１０６ 残量検知実行判定工程
１１３ 画像信号処理部
１１６ 消費量積算部
１２１ 積算消費量記憶部
１２２ 残量検知判定部
１２３ 補給判定部

特許第４６３０６０５号公報

Claims (10)

1. 発光部と受光部とを有し、発光部と受光部との間に形成される光路の一部が現像剤収容部内を通過するよう構成した現像剤の残量検知部を用いて、前記現像剤収容部内の現像剤の残量を検知し、該検知した現像剤の残量に基づいて前記現像剤を前記現像剤収容部に補給するための方法において、
   前記検知した現像剤の残量に基づいて補給の可否を判断するものとし、
   補給する場合には、前記検知した現像剤の残量に応じて前記現像剤の補給量を設定し、補給しない場合には、前記検知した現像剤の残量に応じて次回の残量検知時までの期間を調整することを特徴とする現像剤の補給方法。
2. 前記残量検知部による検知結果に基づいて前記現像剤を補給する場合、前記現像剤の残量の狙い値から前記検知した現像剤の残量を差し引いた値に前記現像剤の補給量を設定する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
3. 前記残量検知部による検知結果から前記現像剤を補給しない場合、前記検知した現像剤の残量が前記現像剤の残量の狙い値を上回った値を前記現像剤の消費量に換算して、前記次回の残量検知時までの期間に加算する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
4. 前記残量検知部による残量検知時までの期間は、前記感光体の表面に形成される画像信号から推定される前記現像剤の消費量に基づいて設定される請求項１に記載の現像剤の補給方法。
5. 前記残量検知部による検知結果に基づいて前記現像剤を補給する場合、前記現像剤収容部の温度及び湿度の少なくとも一方を測定し、該測定した結果に基づいて前記現像剤の補給量を補正する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
6. 現像剤補給部に配設された前記現像剤の搬送駆動部を駆動させることで前記現像剤を前記現像剤補給部から前記現像剤収容部に補給することとし、かつ
   前記搬送駆動部の累積駆動時間で前記現像剤補給部内の前記現像剤の残量を推定し、該推定値に基づいて前記搬送駆動部の駆動時間を補正する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
7. 現像剤補給部に配設された前記現像剤の搬送駆動部を駆動させることで前記現像剤を前記現像剤補給部から前記現像剤収容部に補給することとし、かつ
   前記現像剤を補給する際の印刷速度に基づいて前記搬送駆動部の駆動時間を補正する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
8. 前記残量検知部は、前記発光部から発する光を一端部から入射して前記現像剤収容部内に配設された他端部から出射する第１の導光部材と、該第１の導光部材の他端部から出射された光を前記現像剤収容部内に配設された一端部から入射して他端部から前記受光部に出射する第２の導光部材と、回転に伴い、前記第１の導光部材の他端部と前記第２の導光部材の一端部の少なくとも何れか一方に摺接する清掃部材とを有する請求項１に記載の現像剤の補給方法。
9. 前記清掃部材の少なくとも前記導光部材の端部と摺接する面に遮光可能な着色を施すことで、前記清掃部材を、前記双方の導光部材の間に形成される前記光路を周期的に遮断する遮断部材とした請求項８に記載の現像剤の補給方法。
10. 像担持体と、像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、発光部と受光部とを有し、発光部と受光部との間に形成される光路の一部が現像剤収容部内を通過するよう構成した現像剤の残量検知部と、前記現像剤を前記現像剤収容部に補給する現像剤補給部とを備えた画像形成装置において、
    前記残量検知部で検知した現像剤の残量に基づいて補給の可否を判断し、かつ補給する場合には、前記検知した現像剤の残量に応じて前記現像剤の補給量を設定し、補給しない場合には、前記検知した現像剤の残量に応じて次回の残量検知時までの期間を調整する補給判定部をさらに備えたことを特徴とする画像形成装置。