JP2017116649A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像器へのトナー補給を予め定めた周期で行うトナー補給制御において、サブホッパーでトナーがあふれるのを抑えながら、次のトナー補給周期での現像器のトナー不足を解消して現像器内のトナー濃度を保証する。【解決手段】本発明の画像形成装置は、サブホッパー７０から現像器４８へのトナーの補給とサブホッパー７０内の撹拌とを同時に行う第１の撹拌モードと、サブホッパー７０内の撹拌のみを行う第２の撹拌モードと有する。サブホッパー７０から現像器４８にトナーを補給するためのトナー補給時間が閾値時間Ｔ以下の場合は、第１の撹拌モードの後に第２の撹拌モードを行う。トナー補給時間が閾値時間Ｔよりも長い場合は、第１の撹拌モードの後にサブホッパー駆動源７２１Ａを停止する。【選択図】図１１

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリやこれら機能を複合的に備える複合機などの電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来から、画像形成装置には、像担持体に形成された静電潜像をトナーにて現像する現像器と、補給用トナーを収容し且つ着脱交換可能なトナーボトルと、補給用トナーを一時的に貯留するサブホッパーとを備えたものがある。サブホッパーには、現像器にトナーを補給するためにサブホッパー内のトナーを搬送するスクリュー部材が設けられており、このスクリュー部材を回転させることによって、サブホッパーから現像器にトナーが供給される。

サブホッパーにはトナー量検知センサーが設けられており、サブホッパー内のトナーが少なくなったことがトナー量検知センサーによって検知されると、トナーが無くなった旨が操作パネル等によってユーザーに報知される。その後、ユーザーによってトナーボトルが交換されると、新しいトナーボトルからサブホッパーにトナーが供給される。

従来、上記のようなトナー量検知センサーとして、スクリュー部材の回転に連動してサブホッパー内のトナー量を検知するような方式のセンサーを用いた画像形成装置がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−１７５０５６号公報

しかしながら、従来の画像形成装置では、サブホッパーへのトナー補給が過補給になる傾向があり、ユーザーがトナーボトルを引き抜く際にトナーがこぼれ落ちて汚れが発生していた。そこで、トナー補給時にサブホッパー内をモニタ出来るメカ構成と制御を導入することが考えられる。すなわち、サブホッパーモーターの正転逆転制御と、揺動ギアーを使用し、サブホッパーモーターの正転によって現像器にトナーを補給し、サブホッパーモーターの逆転によって、常に、サブホッパーへのトナー補給中にサブホッパー内のモニタリングを行い、サブホッパー内のトナー量が狙いの量になればトナー補給を停止させることが考えられる（詳しくは後述する実施の形態の中で述べる）。

しかしながら、現像器へのトナー補給は決まった周期で行われるため、サブホッパーモーターを逆転させることによって、次の周期の先頭までに、現像器へのトナー補給が間に合わず、現像器のトナー不足が発生することが考えられる。

そこで、本発明はサブホッパーでのトナーのあふれを防ぎつつ、次の周期の先頭までに、現像器へのトナー補給が間に合わすことができて現像器でのトナー不足を解消することができる画像形成装置を提供することを技術的課題としている。

本発明は、上記のような現状を検討して改善を施した画像形成装置を提供することを技術的課題としている。

請求項１の発明は、トナーを収容するトナーボトルと、現像器と、前記トナーボトルから補給される前記トナーを一時的に貯留し、貯留した前記トナーを前記現像器に補給するサブホッパーと、前記トナーボトルの前記トナーを前記サブホッパーへ補給する補給機構と、前記サブホッパーから前記現像器への前記トナーの補給と前記サブホッパー内の撹拌を行う前記サブホッパー駆動源と、トナー補給を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記サブホッパーから前記現像器への前記トナーの補給と前記サブホッパー内の撹拌とを同時に行う第１の撹拌モードと、前記サブホッパー内の撹拌のみを行う第２の撹拌モードとを有し、前記サブホッパーから前記現像器に前記トナーを補給するトナー補給時間が閾値時間以下の場合は、前記第１の撹拌モードの後に前記第２の撹拌モードを行い、前記トナー補給時間が前記閾値時間よりも長い場合は、前記第１の撹拌モードの後に前記サブホッパー駆動源を停止するというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記第１の撹拌モードと前記第２の撹拌モードとを切り換え制御する機構を備え、前記機構は、前記サブホッパー駆動源である正転及び逆転駆動可能なサブホッパーモーターと、前記現像器にトナーを補給する補給ローラーと、前記補給ローラーを回転させるための補給ギアーと、前記サブホッパーの撹拌軸を回転させるための撹拌ギアーと、前記サブホッパーモーターに連結される揺動ギアーとを備え、前記第１の撹拌モードは、前記サブホッパーモーターが正転駆動しているときに、前記揺動ギアーが前記補給ギアー及び前記撹拌ギアーに駆動連結することによって行われ、前記第２の撹拌モードは、前記サブホッパーモーターを逆転駆動しているときに、前記揺動ギアーが前記撹拌ギアーに駆動連結することにより行われるというものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、前記トナー補給時間、前記ホッパー駆動源が設定回転速度までに立ち上がるための立ち上げ時間、前記ホッパー駆動源が設定回転速度から停止するまでの立ち下げ時間、及び前記撹拌ギアーと前記補給ギアーとの連結切り換えに要する切換時間から算出して前記閾値時間を決定する閾値決定手段を備えているというものである。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記サブホッパー内のトナー量を検知する手段と、検知したトナー量から前記サブホッパーへの補給要否を判定する手段とを備え、前記サブホッパーへのトナー補給が不要と判断したときは、前記第１の撹拌モードが終了した後に前記サブホッパーモーターと前記トナーボトルから前記サブホッパーにトナーを補給するトナーボトルモーターとを停止させるというものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のうちいずれかに記載の画像形成装置において、印字する画像のドット数に応じて前記トナー補給時間を決定するトナー補給時間算出手段を備えているというものである。

請求項６の発明は、請求項２〜５のうちいずれかに記載の画像形成装置において、前記トナー補給時間が前記閾値時間よりも長い場合において、前記印字する画像のドット数に対応するトナー消費量が前記現像器に補給されるトナー補給量よりも少ないときは、前記第１の撹拌モードが終了した後に、前記サブホッパーモーター及び前記トナーボトルモーターを停止させるというものである。

請求項７の発明は、請求項２〜５のうちいずれかに記載の画像形成装置において、前記トナー補給時間は前記閾値時間よりも長い場合において、前記印字する画像のドット数に対応するトナー消費量が前記現像器に補給されるトナー補給量よりも多いときは、前記第
１の撹拌モードが終了した後に前記サブホッパーモーターを停止させ、かつ前記トナーボトルモーターを駆動させるというものである。

本発明によると、現像器へのトナー補給を予め定めた周期で行うトナー補給制御において、トナーボトルからサブホッパーにトナー補給を行っている間、現像器へのトナー補給時間に応じて、現像器への非補給時に、サブホッパーを撹拌するか否かを決定し、トナー補給時間が閾値時間以下の場合は、サブホッパーから現像器へのトナーの補給とサブホッパー内の撹拌とを同時に行った後に、サブホッパー内の撹拌のみを行い、トナー補給時間が閾値時間よりも長い場合は、サブホッパーから現像器へのトナーの補給とサブホッパー内の撹拌とを同時に行った後に、サブホッパー駆動源を停止する。

これにより、画像のトナー消費量が多いためにサブホッパー内のトナーが大量に現像器に補給されてサブホッパー内のトナー量が少なくなっていることが明らかなときには、サブホッパー内を撹拌させてサブホッパー内のトナー量をモニタリングをせずにサブホッパーへのトナー補給を行っても、サブホッパーからトナーがあふれることがなく、しかも、サブホッパーモーターを駆動（逆転）させることによって次の周期の先頭までに現像器へのトナー補給が間に合わないという事態を回避でき、現像器でのトナー不足を解消して現像器内のトナー濃度を保証することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。 トナーボトルの駆動構成を示す正面図である。 トナーボトル、サブホッパー、及び現像器の構成を示す概略図である。 トナーボトルとサブホッパーの位置関係を示す要部断面図である。 サブホッパーの構成を示す斜視図である。 サブホッパー駆動機構の構成を示す概略図である。 サブホッパー駆動機構の構成を示す概略図である。 トナーエンプティー検知制御について説明するための図である。 トナーエンプティー検知制御について説明するための図である。 従来におけるサブホッパーから現像器へのトナー補給開始のタイミングを示す図である。 トナー補給制御を示すフローチャートである。 本発明における所定周期でのサブホッパーから現像器へのトナー補給制御を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図では、同一部分又は対応する部分に同一符号を付してある。

（１）画像形成装置の構成
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図を示す。画像形成装置１は、主に原稿画像を読み取るイメージリーダー部１０と、読み取った画像を印刷するプリンター部２０とから構成される。イメージリーダー部１０は、不図示の原稿ガラス板の上に載置された原稿を、スキャナを移動して読み取る公知のものである。原稿画像は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三色に色分解されて、不図示のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーにより電気信号に変換され、Ｒ・Ｇ・Ｂの画像データが得られる。

イメージリーダー部１０で得られた色成分ごとの画像データは、制御部３０において各
種処理が行われた上、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の画像データに変換される。

画像データは、制御部３０内の画像メモリ３４に再現色ごとに記憶され、位置ズレ補正のための補正を受けた後、記録材の供給と同期して１走査ラインごとに読み出され、発光ダイオードの駆動信号となる。

記録材は、給紙トレイ６１から一枚ずつ給紙ローラー６２で取り出され、後述の中間転写ベルト５３とタイミングを合わせて送られる。

中間転写ベルト５３は、駆動ローラー５１と従動ローラー５２の間に張設され、従動ローラー５２が不図示のスプリングで図１の左方向へ付勢されることにより、中間転写ベルト５３に張力が与えられている。そして、装置本体制御部３１で制御される転写モーター５４によって駆動ローラー５１が反時計方向に回転する。中間転写ベルト５３にはポリカーボネート、ポリイミド、ポリイミドアミドなどの樹脂材料が使用される。

中間転写ベルト５３の下方には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の作像部４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ（以下、「作像部４１」と総称することがある）が所定間隔で配置されている。作像部４１は、感光体ドラム４５（図３参照）と、この感光体ドラム４５と平行な状態で対向する現像ローラーを有する現像ユニットとを備えており、また、現像ユニットは、トナー画像を現像する現像器４８（図３参照）を有する。そして、中間転写ベルト５３を挟んで各作像部４１の感光体ドラム４５と対向する位置に、転写ローラー４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋが配置されている。

感光体ドラム４５の表面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５３が感光体ドラム４５と転写ローラーとの間を通過する時に中間転写ベルト５３上に１次転写される。そして、給紙トレイ６１から引き出された記録材が、搬送経路Ａを通って、中間転写ベルト５３と２次転写ローラー５５とのニップ部を通過する際に、中間転写ベルト５３のトナー像が記録材上に２次転写される。その後、記録材は定着部８０へ搬送され、ここで加熱加圧されてトナー像が記録材に定着される。そして、トナー像が定着された記録材は装置外部へ排出される。一方、中間転写ベルト５３上の残留トナーは転写ベルトクリーナー１０１で回収され廃トナーボックス１０２に蓄えられる。

作像部４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの各現像ユニットには、各色トナーを一定量補給するサブホッパー（トナー貯蔵手段）７０Ｙ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｋ（以下、「サブホッパー７０」と総称することがある）が設けられており、ここからジョイント７１Ｙ、７１Ｍ、７１Ｃ、７１Ｋを介して各現像ユニットに供給される。サブホッパー７０の上方には、トナーボトル７２Ｙ、７２Ｍ、７２Ｃ、７２Ｋ（以下、「トナーボトル７２」と総称することがある）が着脱自在に設けられている。サブホッパー７０内のトナー残量が少なくなると、トナーボトル７２からサブホッパー７０にトナーが供給される。トナーボトル７２内のトナーがなくなると、新しいトナーボトル７２と交換される。

図２はトナーボトルの駆動構成を示す正面図であり、図３はトナーボトル、サブホッパー及び現像器の構成を示す概略図である。図３に示すように、トナーボトル７２Ｙはトナーボトルモーター７１１Ａから駆動を得ており、トナーボトルモーター７１１Ａが正転すると仲介ギアー７２０ａがトナーボトル７２Ｙに連結してトナーボトル７２Ｙのトナーをサブホッパー７０Ｙに補給する。トナーボトル７２Ｍもトナーボトルモーター７１１Ａから駆動を得ており、トナーボトルモーター７１１Ａが逆転すると仲介ギアー７２０ａがトナーボトル７２Ｍに連結してトナーボトル７２Ｍのトナーをサブホッパー７０Ｍに補給する。トナーボトル７２Ｃ、７２Ｋは、イエロー及びマゼンタ用のトナーボトルモーター７
１１Ａとは別のトナーボトルモーター（図示省略）及び仲介ギアー７２０ｂによって同様の動作をする。なお、トナーボトル７２の一端側は、供給口７２３ａ（図３及び図４参照）が形成されたキャップ部７２３（図３参照）に嵌め込まれている。トナーボトル７２内のトナーは、キャップ部７２３の供給口７２３ａからサブホッパー７０に落下供給される。

（２）トナー補給路の構成
画像形成装置１は、現像器４８にトナーを補給させるために、トナーボトル７２を着脱可能としている。図１に示すように、中間転写ベルト５３の上方にはボトル収容室が設けられており、ボトル収容室内には、各現像器４８に供給される補給用トナーを収容するトナーボトル７２が着脱可能に配置されている。尚、図１では、説明の便宜上、ボトル収容室及びトナーボトル７２にも、再現色に応じて符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。このトナーボトル７２から現像器４８へのトナー補給路の詳細について、図２〜図４を参照して以下に説明する。

図３及び図４に示すように、各現像器４８に対応して、トナーを一定量貯蔵可能なサブホッパー７０が設けられており、サブホッパー７０からジョイント７１を介して現像器４８にトナーが供給される。図３に示すように、サブホッパー７０の上方には、トナーボトル７２が着脱自在に設けられている。サブホッパー７０内のトナー残量が少なくなると、トナーボトル７２からサブホッパー７０にトナーが供給される。トナーボトル７２内のトナーがなくなると、新しいトナーボトル７２と交換される。なお、図１では、説明の便宜上、トナーボトル７２及びサブホッパー７０にも、再現色に応じて符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。

図３及び図４に示すように、供給口７２３ａが形成されたキャップ部７２３には、供給口７２３ａを開閉するシャッター部７１５を設けている。トナーボトル７２とキャップ部７１３とは相対的に回転可能に取り付けられている。この色別に設けられるトナーボトル７２が嵌まるそれぞれのキャップ部７１３は、色別のサブホッパー７０が一体的に構成されたユニットの上面に載置されている。

トナーボトル７２の裏面側には、自身を回転させるボトル回転機構７１１が設けられている。ボトル回転機構７１１は、駆動源となるステッピングモーター（トナーボトルモーター）７１１Ａを備えており、不図示のギアー機構を介してステッピングモーター７１１Ａの回転力をトナーボトル７２に伝達させる。ボトル回転機構７１１でトナーボトル７２を回転させると、トナーボトル７２内のトナーは、キャップ部７２３の供給口７２３ａに導かれ、供給口７２３ａからサブホッパー７０に落下供給される。

図３に示すように、キャップ部７２３の供給口７２３ａがサブホッパー７０の上部に位置する。図４に示すように、サブホッパー７０内には、トナーの上面レベルを検知するフロート部材７０４が、軸７０４ａを中心として揺動自在に設けられている。そして、フロート部材７０４の下方には撹拌軸７０７と共に回転するカム７０２が設けられており、カム７０２の回転によってフロート部材７０４は上下に揺動する。撹拌軸７０７には、カム７０２に加えて、トナーの上面を均すための撹拌板７２６が設けられている。

図３及び図５に示すように、軸７０４ａには、フロート部材７０４に加えて、遮光板７０４ｂが取り付けられており、フロート部材７０４が上下に揺動すると、それに伴って遮光板７０４ｂも上下に揺動する。遮光板７０４ｂの近傍には透過型フォトセンサー７３０が設けられており、この透過型フォトセンサー７３０によって、遮光板７０４ｂが所定の高さよりも上昇したこと（すなわち、フロート部材７０４が所定の高さよりも下降したこと）を検知することができる。

一方、図３に示すように、現像器４８にはトナー濃度センサー４８１が設けられていて、現像器４８のトナー濃度が低くなった場合には、所定のトナー濃度となるようにサブホッパー７０の補給ローラー７０３が回転して現像器４８にトナーが補給される。

（３）サブホッパー駆動機構の構成
以下、図４〜図７を参照して、サブホッパー駆動機構７０１の詳細を説明する。撹拌軸７０７及び補給ローラー７０３は、サブホッパー駆動機構７０１で駆動される。図６及び図７に示すように、サブホッパー駆動機構７０１（図３参照）は、駆動源となるステッピングモーター（サブホッパーモーター）７２１Ａ（図３参照）と、サブホッパー７０の補給ローラー７０３を回転させるための補給ギアー７０３ａと、サブホッパー７０の撹拌軸７０７を回転させるための撹拌ギアー７０６と、揺動ギアー７０５と、複数の仲介ギアー７０６ａ、７０６ｂ、７０６ｃとを備える。なお、ステッピングモーター７２１Ａは正転及び逆転が可能であり、図６は、ステッピングモーター７２１Ａを正転駆動しているときのサブホッパー駆動機構７０１の様子を示しており、図７は、ステッピングモーター７２１Ａを逆転駆動しているときのサブホッパー駆動機構７０１の様子を示している。

仲介ギアー７０６ｂは、不図示の他の仲介ギアーを介して、ステッピングモーター７２１Ａの回転に連動して回転する。仲介ギアー７０６ｃは、仲介ギアー７０６ｂ及び揺動ギアー７０５と噛み合っている。揺動ギアー７０５は、仲介ギアー７０６ｃの回転軸を中心とする円に沿うように形成された円弧状の摺動孔７０８に沿って揺動可能に支持されている。

図６に示すように、ステッピングモーター７２１Ａを正転駆動しているときは、仲介ギアー７０６ｃは時計方向に回転する。仲介ギアー７０６ｃが時計方向に回転すると、揺動ギアー７０５には、反時計方向の回転力に加えて、摺動孔７０８に沿って揺動ギアー７０５を補給位置Ｐ１に向かって移動させる力が作用する。その結果、揺動ギアー７０５は、反時計方向に回転しながら補給位置Ｐ１に向かって移動し、最終的には、図６に示すように補給位置Ｐ１において反時計方向に回転する。補給位置Ｐ１においては、揺動ギアー７０５は仲介ギアー７０６ｃ、補給ギアー７０３ａ及び撹拌ギアー７０６と噛み合う。よって、ステッピングモーター７２１Ａを正転駆動すると、揺動ギアー７０５が補給位置Ｐ１に移動して、ステッピングモーター７２１Ａの回転力が補給ギアー７０３ａ及び撹拌ギアー７０６に伝達され、補給ギアー７０３ａと撹拌ギアー７０６の両方が回転することになる。

図７に示すように、ステッピングモーター７２１Ａを逆転駆動しているときは、仲介ギアー７０６ｃは反時計方向に回転する。仲介ギアー７０６ｃが反時計方向に回転すると、揺動ギアー７０５には、時計方向の回転力に加えて、摺動孔７０８に沿って揺動ギアー７０５を撹拌位置Ｐ２に向かって移動させる力が作用する。その結果、揺動ギアー７０５は、時計方向に回転しながら撹拌位置Ｐ２に向かって移動し、最終的には、図７に示すように撹拌位置Ｐ２において時計方向に回転する。撹拌位置Ｐ２においては、揺動ギアー７０５は仲介ギアー７０６ｃ及び仲介ギアー７０６ａと連結する。仲介ギアー７０６ａは撹拌ギアー７０６と連結しているので、ステッピングモーター７２１Ａを逆転駆動すると、揺動ギアー７０５が撹拌位置Ｐ２に移動して、撹拌ギアー７０６が回転することになる。

このように、ステッピングモーター７２１Ａを正転駆動すると、補給ギアー７０３ａと撹拌ギアー７０６の両方が回転するので、補給ローラー７０３の回転によって現像器４８にトナーが補給されると同時に、撹拌軸７０７の回転によってサブホッパー７０内のトナーが撹拌される。また、ステッピングモーター７２１Ａを逆転駆動すると、撹拌ギアー７０６のみが回転するので、撹拌軸７０７の回転によってサブホッパー７０内のトナーは撹
拌されるが、作像部４１の現像器４８にトナーは補給されない。

また、サブホッパー駆動機構７０１によると、ステッピングモーター７２１Ａの正転逆転制御と揺動ギアー７０５を使用する事で、トナー補給中のサブホッパー７０内のモニタリングを行い、サブホッパー７０内のトナー量が狙いの量になったら補給を停止させることができる。これにより、現像器４８への補給以外でもサブホッパー７０内を監視してトナー残量を確認できる。

（４）トナーエンプティー検知制御（サブホッパ内のトナー量の検知制御）
次に、図４、図８及び図９を参照して、画像形成装置１の制御部によって実行されるトナーエンプティー検知制御について説明する。ここでは、便宜上、サブホッパー７０内にトナーが全く無い状態を想定して説明する。

図４、図８および図９に示すように、サブホッパー７０の外側面には、透過型フォトセンサー７３０が取り付けられており、サブホッパー７０内のフロート部材７０４と連動して揺動する遮光板７０４ｂの位置に応じて、この透過型フォトセンサー７３０からＯＮ信号又はＯＦＦ信号が出力される。

図８は、フロート部材７０４がカム７０２によって最も高い位置まで押し上げられている状態を示している。この状態では、遮光板７０４ｂは最も低い位置となっており、透過型フォトセンサー７３０からはＯＦＦ信号が出力される。

前述したサブホッパー駆動機構７０１のステッピングモーター７２１Ａが駆動すると、撹拌軸７０７及び補給ローラー７０３（または、撹拌軸７０７のみ）が回転する。図８の状態から、撹拌軸７０７がさらに回転すると、それに伴って、フロート部材７０４が下がっていくと同時に遮光板７０４ｂが上がっていく（すなわち、フロート部材７０４及び遮光板７０４ｂが、軸７０４ａを中心として時計方向に回転する）。そして、透過型フォトセンサー７３０の光が遮光板７０４ｂによって遮られ、透過型フォトセンサー７３０から出力される信号はＯＦＦ信号からＯＮ信号に変化する。

図９は、フロート部材７０４が最も低い位置まで下がっている状態を示している。この状態では、遮光板７０４ｂは最も高い位置となっており、透過型フォトセンサー７３０からはＯＮ信号が出力される。

図９の状態から、撹拌軸７０７がさらに回転すると、それに伴って、フロート部材７０４が上がっていくと同時に遮光板７０４ｂが下がっていく（すなわち、フロート部材７０４及び遮光板７０４ｂが、軸７０４ａを中心として反時計方向に回転する）。そして、透過型フォトセンサー７３０の光が遮光板７０４ｂによって遮られないようになり、透過型フォトセンサー７３０から出力される信号はＯＮ信号からＯＦＦ信号に変化する。

なお、サブホッパー７０内にトナーが十分に充填されている場合には、フロート部材７０４はトナー表面に留まり、そこからさらに下がることがない。よって、撹拌軸７０７が回転しても、透過型フォトセンサー７３０の出力は常にＯＦＦ信号のままとなる。

透過型フォトセンサー７３０からＯＮ信号が出力されると、ボトル回転機構７１１が駆動してトナーボトル７２を所定時間（例えば１０秒間）回転させ、トナーボトル７２からサブホッパー７０内にトナーを供給する。このとき、サブホッパー駆動機構７０１のステッピングモーター７２１Ａも同時に駆動して、撹拌軸７０７も回転される。サブホッパー７０にトナーボトル７２からトナーが補給されると、サブホッパー７０内のトナー表面の高さが上昇し、カム７０２によって最も高い位置まで押し上げられたフロート部材７０４
がトナー表面よりも下に下がることがなくなるので、透過型フォトセンサー７３０の出力はＯＦＦ信号のままとなる。

ところが、トナーボトル７２内のトナーがなくなった場合には、トナーボトル７２を回転させてもサブホッパー７０内にトナーは補給されない。よって、この場合には、サブホッパー７０内のトナー表面の高さは上昇せず、カム７０２によって最も高い位置まで押し上げられたフロート部材７０４は、再び元の高さまで下がることになるので、透過型フォトセンサー７３０の出力は、一旦ＯＦＦ信号になった後に再びＯＮ信号となる。このように、ボトル回転機構７１１によってトナーボトル７２を回転させているにも関わらず、透過型フォトセンサー７３０からＯＮ信号が繰り返し出力される場合には、トナーボトル７２内のトナーがなくなったと判定して、その旨をユーザーに報知することができる。

このように、撹拌軸７０７を回転させつつ、透過型フォトセンサー７３０から出力される信号の変化を監視することによって、サブホッパー７０内のトナーが不足していることや、トナーボトル７２内のトナーがなくなったことを検知することができる。

他方、現像器４８には、二成分現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサー４８１（図３参照）が設けられている。そして、現像器４８内のトナー濃度が低くなった場合には、所定のトナー濃度を維持するように、サブホッパー駆動機構７０１によりサブホッパー７０の補給ローラー７０３を回転させて、現像器４８にトナーを補給する。例えば、目標トナー濃度が５％の場合、トナー濃度が４．５％以下となると、補給ローラー７０３が回転して、サブホッパー７０から現像器４８にトナー補給が行われる。そして、トナー濃度が５％になると、補給ローラー７０３の回転が停止する。

なお、前述したように、サブホッパー駆動機構７０１によりサブホッパー７０の補給ローラー７０３を回転させる場合には、撹拌軸７０７も同時に回転することになる。よって、サブホッパー７０から現像器４８へトナーを補給している間も、前述したように、サブホッパー７０内のトナーが不足していることや、トナーボトル７２内のトナーがなくなったことが検知され、必要に応じて、トナーボトル７２からサブホッパー７０へのトナーの補給や、トナーボトル７２内のトナーがなくなった旨の報知が行われる。

（５）トナー補給に関わる２つのステッピングモーターとトナー補給の関係
表１はトナー補給系のステッピングモーターの駆動状態とトナー補給状態の関連を示している。本装置のトナー補給に関わるモーターには、上述のようにトナーボトルモーター７１１Ａとサブホッパーモーター７２１Ａとがあり、トナーボトルモーター７１１Ａの駆動でトナーボトルを回転させてサブホッパーにトナーを補給し、サブホッパーモーター７２１Ａの駆動で現像器にトナーを補給する。なお、モーターの正転/逆転でＹＣ／ＭＫの
トナーを補給することになるが、説明の便宜上、ＹＣ／ＭＫのトナー補給のいずれの場合も駆動/停止と記述する。

表１中のサブホッパーモーター７２１Ａの「逆転」は、トナーボトルモーター７１１Ａによるサブホッパー７０へのトナーの補給時にサブホッパーモーター７２１Ａを逆転させてサブホッパー７０内をモニタリングすることを意味するが、常に、サブホッパー７０内をモニタリングするのではなく、後述する「（６）トナー補給制御」において述べるように、印字中においてトナーボトル７２からサブホッパー７０にトナー補給を行っている間、現像器４８への補給時間に応じて、現像器４８への非補給時に、サブホッパー７０を撹拌するか否かを決定する。そして、現像器４８へのトナー補給の時間が閾値時間以下であれば、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させてサブホッパー７０を撹拌させる一方、閾値時間より長ければ、サブホッパーモーター７２１Ａを停止させる。これにより、サブホッパー７０でのトナーのあふれを防ぎつつ、次の周期の先頭までに、現像器４８へのトナー補給が間に合わすことができて現像器４８でのトナー不足を解消することができる。

（６）トナー補給制御
現像器４８へのトナー補給は、次の理由により決まった所定の周期（本装置では例えば数秒間隔の周期）で行われる。画像がプリントされると現像ローラー全体でトナーが消費され、現像器４８内で部分的にトナー濃度の低い部分が発生する。前の周期で消費したトナー量から次の周期で消費されるトナー量を予測し、その予測に従ってトナー補給制御を行うが、トナーが現像器４８の現像ローラー幅に対応する部分で消費されているのに対して、次のトナー補給時における現像剤の単位時間当りの移動量は決まっているため、現像ローラー全体で消費したトナーの全量を補給してしまうと現像剤中で局所的にＴＣ（トナー濃度）の高い部分と低い部分が生じてしまう。

そこで、本装置のトナー補給制御では、決定されたトナー補給量を現像ローラー全面に対応する領域に振り分けるために、所定周期でトナー補給を行う。この補給制御周期が延びてしまうと、一度に補給するトナー量を増やすことになり、局所的に大量のトナーを補給することになる。その結果、現像器４８内のトナー分布が偏ってしまい、画像の濃度、色味のむらにつながってしまう。そこで、それを避けるために決まった周期でトナー補給を行っている。

一方、現像器４８へのトナー補給が終わった後も、サブホッパー７０内のトナー量を継続してモニタリングするために、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させてサブホッパー７０内のトナーの有無を見る必要がある。

ところが、サブホッパーモーター７２１Ａを正転から逆転に切換えると、ギアーの揺動に要する時間などにより、次の周期での現像器４８へのトナーの補給に遅延が生ずる場合
がある。すなわち、サブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給の時間が長い場合、サブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給を終了した後に、サブホッパーモーター７２１Ａが逆転すると、図１０に示すように、切換え時間のため、次の周期の開始までにサブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給開始のタイミングに間に合わず、現像器４８のトナーがなくなる可能性がある。

本実施形態においては、印字中にトナーのエンプティを検知するとトナー補給要求が発生する。補給要求には２種類あり、サブホッパー７０のトナーが少なくなるとサブホッパー７０へのトナー補給要求が発生し、現像器４８のトナーが少なくなると現像器４８へのトナー補給要求が発生する。トナー補給は所定周期内に必要な時間だけサブホッパーモーター７２１Ａを駆動させて、現像器４８へのトナーの補給を行い、トナーボトル７２からサブホッパー７０へのトナーの補給はトナーボトルモーター７１１Ａを駆動させて行う。

サブホッパー７０へのトナーの補給中は、サブホッパー７０内のトナー量をモニタリングするため、サブホッパー７０へのトナー補給のみの場合は、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させてサブホッパー７０内を撹拌させる（第２の撹拌モード）。一方、現像器４８へのトナー補給要求及びサブホッパー７０へのトナー補給要求が発生した場合には、現像器４８への補給及びサブホッパー７０内の撹拌を同時に行う必要があるため、サブホッパーモーター７２１Ａを正転させる（第１の撹拌モード）。

現像器４８へのトナー補給については、所定の周期でトナー量を決定して現像器４８への補給動作を行う。現像器へのトナー補給とサブホッパーへのトナー補給の両方が必要な場合は、次のようにしてトナー補給を行う。

サブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給時間が所定時間（閾値時間）以下であれば、サブホッパーモーター７２１Ａを正転して現像器４８への補給が終了した後、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転してサブホッパー７０内のトナー量をモニタリングしながらトナーボトルモーター７１１Ａの駆動を継続してサブホッパー７０へのトナーの補給を行う。

サブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給の時間が所定時間より長い場合において、印字した画像のドット数が所定ドットよりも少ないときは、現像器４８へのトナー補給が終了した後に、サブホッパーモーター７２１Ａ及びトナーボトルモーター７１１Ａを停止させてサブホッパー７０へのトナー補給を止める。一方、印字した画像のドット数が所定ドットよりも多いときは、現像器４８へのトナー補給が終了した後、サブホッパーモーター７２１Ａを停止させてトナーボトルモーター７１１Ａを継続して駆動させる。すなわち、このときは、サブホッパー７０内のトナーが多く消費されているため、モニタリングしなくてもサブホッパー７０でのトナーのこぼれに繋がらないため、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転してサブホッパー７０内のトナー量をモニタリングすることなく、トナーボトル７２からサブホッパー７０へのトナーの補給を行う。

これにより、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させることによる次の周期での現像器４８へのトナー補給の開始の遅れを防ぐことができる。

次に、図１１を参照して、画像形成装置１の制御部３０によって実行されるトナー補給制御全体について説明する。図１１はトナー補給制御を示すフローチャートである。

図１１のステップＳ１において、制御部３０は印字する画像のドットカウントを取得し、それに応じて一周期内に現像器４８にトナーを補給する時間を算出する（ステップＳ２）。現像器４８へのトナーの補給時間の算出には、印字する画像のドット数に応じてトナ
ー補給時間を決定するトナー補給時間算出手段が用いられる。トナー補給時間算出手段は制御部３０が担うことになる。

次に、決定した現像器４８へのトナー補給時間が経過しているかを判断する（ステップＳ３）。現像器４８へのトナー補給時間が経過していない場合は、現像器４８への補給をする必要があるので、検知センサー（透過型フォトセンサー７３０）でサブホッパー７０内のトナー量を検知して、サブホッパー７０のトナー量に応じて、サブホッパーモーター７２１Ａ及びトナーボトルモーター７１１Ａの２つのモーターの駆動をどうするかを決定する（ステップＳ４）。

サブホッパー７０にトナーがない場合は、現像器４８へのトナー補給とサブホッパー７０へのトナー補給が必要なため、サブホッパーモーター７２１Ａを正転し、トナーボトルモーター７１１Ａを駆動させる（ステップＳ５）。

一方、サブホッパー７０にトナーが十分に入っている場合は、サブホッパー７０へのトナー補給は不要なため、サブホッパーモーター７２１Ａを正転させて、トナーボトルモーター７１１Ａを停止させる（ステップＳ６）。

現像器４８へのトナー補給時間が経過している場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、所定周期内での現像器４８へのトナー補給が終了したことになる。現像器４８へのトナー補給が終了した後は、サブホッパー７０内のトナー量を検知センサーで検知してサブホッパー７０への補給が必要かを判断する（ステップＳ７）。

サブホッパー７０内のトナー量が不足せず、サブホッパー７０への補給が不要の場合は（Ｓ７で「あり」）、現像器４８、サブホッパー７０へのトナー補給を停止するため、サブホッパーモーター７２１Ａ及びトナーボトルモーター７１１Ａの両方を停止する（ステップＳ１２）。

サブホッパー７０内のトナー量が不足し、サブホッパー７０へのトナー補給が必要な場合（ステップＳ７で「なし」）、現像器４８への補給時間が閾値時間Ｔよりも長いか、閾値時間Ｔ以内かによってモーター７１１Ａ、７２１Ａの駆動を変える（ステップＳ８）。なお、閾値時間Ｔは、後述する計算方法で算出されて閾値決定手段で決定される。閾値決定手段は制御部３０が担うことになる。

ここで、現像器４８のトナー補給時間が閾値時間Ｔよりも長いと判断された場合は（Ｓ８で「閾値超え））、サブホッパー７０のトナー量をモニタリングするためにサブホッパーモーター７２１Ａを逆転させると、次の所定周期の先頭までにサブホッパーモーター７２１Ａを正転させる準備ができなくなってしまう。そのため、ステップＳ１０において、現在印字している画像のドット数に対応するトナー消費量が、記録材１枚印字するために現像器４８を回している時間内に、トナーボトル７２を回してサブホッパー７０に補給できるトナー量よりも多いかどうかを判断する。

そして、画像のトナー消費量が多く、印字中に現像器４８へのトナー補給が不可と判断した場合（Ｓ１０で「印字中の補給不可」）、サブホッパー７０内のトナーが大量に現像器４８に補給されているので、サブホッパー７０内のトナー量が少なくなっている。そのためサブホッパー７０内のトナー量をモニタリングしないでサブホッパー７０へのトナー補給を行っても、サブホッパー７０からトナーがあふれることはないので、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させずに停止し、トナーボトルモーター７１１Ａは駆動し続け、サブホッパー７０へのトナー補給を行う（ステップＳ１１）。

画像のトナー消費量が少なく、印字中に現像器４８へのトナー補給が可能と判断した場合（Ｓ１０で「印字中の補給可能」）、サブホッパー７０内のトナーは余裕があるため、トナーボトルモーター７１１Ａを停止させる（ステップＳ１２）。これにより、サブホッパー７０でのトナーのこぼれを防止することができる。
また、トナー補給時間が閾値時間Ｔ以内の場合（Ｓ８で「閾値以下」）、次の周期の先頭までにサブホッパーモーター７２１Ａを正転させることが可能であるため、トナーボトルモーター７１１Ａを駆動させ、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させる（ステップＳ９）。

そして、トナー補給制御の１周期が経過し（ステップＳ１３でＹＥＳ）、記録材１枚分の印刷が終了した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、終了する。１周期が経過せず（ステップＳ１３でＮＯ）、記録材１枚分の印刷が終了していない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ７に戻ってサブホッパー７０内のトナー量を判断する（ステップＳ７）。

（７）閾値時間Ｔの計算方法
閾値時間Ｔは、サブホッパーモーター７２１Ａの以下のパラメータから以下の式で算出する。なお、図１２は１３００ｍｓ周期でのサブホッパー７０から現像器４８へのトナー補給制御を示す図である。

サブホッパーモーター７２１Ａを正転後に逆転させる場合、次の周期の先頭までにサブホッパーモーター７２１Ａが正転できる状態になっている必要がある（図７参照）。そのため「正転での立上げ→現像器４８へのトナー補給→立ち下げ→逆転への切換→逆転での立上げ→サブホッパー７０撹拌（モニタリング）→立ち下げ→正転への切換」を所定周期以内で行う必要がある。

そのため、閾値時間Ｔは、Ｔ＝１３００−(Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ
３)となり、例えば、モーターの立上げ時間、立ち下げ時間、切換時間、最低の撹拌時間
が表２で示すような場合、Ｔ＝１３００−(１００＋１００＋１６０＋１００＋１００＋
１００＋１６０)＝４８０となって、閾値時間Ｔは４８０ｍｓになる。なお、表２はサブ
ホッパーモーター制御時間を示す。

このように、本実施の形態では、トナー補給時間に応じて、サブホッパーモーター７２１Ａを逆転させて撹拌をするかを決めているため、トナー補給制御周期でのトナー補給（１．３ｓ周期の初頭でのサブホッパーモーター７２１Ａの正転）を保証することができる。すなわち、サブホッパーモーター７２１Ａの正転時間帯の時間に応じて、逆転時間帯へ切り換えるか否かを判断するため、駆動制御周期内に次の周期の先頭で正転時間帯に確実に遷移することができ、サブホッパー７０からのトナーこぼれを抑制しながら、現像器４８へのトナー補給も保証できる。

（８）変形例
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、画像形成装置としてプリンターを例に説明したが、これに限らず、複写機、ファクシミリ又はこれらの機能を複合的に備えた複合機等でもよい。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ 画像形成装置
７０ サブホッパー
７０１ サブホッパー駆動機構
７０３ 補給ローラー
７０３ａ 補給ギアー
７０５ 揺動ギアー
７０６ 撹拌ギアー
７０６ａ、７０６ｂ、７０６c 仲介ギアー
７１１Ａ ステッピングモーター（トナーボトルモーター）
７２１Ａ ステッピングモーター（サブホッパーモーター）

Claims (7)

1. トナーを収容するトナーボトルと、現像器と、前記トナーボトルから補給される前記トナーを一時的に貯留し、貯留した前記トナーを前記現像器に補給するサブホッパーと、前記トナーボトルの前記トナーを前記サブホッパーへ補給する補給機構と、前記サブホッパーから前記現像器への前記トナーの補給と前記サブホッパー内の撹拌を行う前記サブホッパー駆動源と、トナー補給を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記サブホッパーから前記現像器への前記トナーの補給と前記サブホッパー内の撹拌とを同時に行う第１の撹拌モードと、前記サブホッパー内の撹拌のみを行う第２の撹拌モードとを有し、
   前記サブホッパーから前記現像器に前記トナーを補給するトナー補給時間が閾値時間以下の場合は、前記第１の撹拌モードの後に前記第２の撹拌モードを行い、前記トナー補給時間が前記閾値時間よりも長い場合は、前記第１の撹拌モードの後に前記サブホッパー駆動源を停止する、
   画像形成装置。
2. 前記第１の撹拌モードと前記第２の撹拌モードとを切り換え制御する機構を備え、
   前記機構は、前記サブホッパー駆動源である正転及び逆転駆動可能なサブホッパーモーターと、前記現像器にトナーを補給する補給ローラーと、前記補給ローラーを回転させるための補給ギアーと、前記サブホッパーの撹拌軸を回転させるための撹拌ギアーと、前記サブホッパーモーターに連結される揺動ギアーとを備え、
   前記第１の撹拌モードは、前記サブホッパーモーターが正転駆動しているときに、前記揺動ギアーが前記補給ギアー及び前記撹拌ギアーに駆動連結することによって行われ、
   前記第２の撹拌モードは、前記サブホッパーモーターを逆転駆動しているときに、前記揺動ギアーが前記撹拌ギアーに駆動連結することにより行われる、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー補給時間、前記ホッパー駆動源が設定回転速度までに立ち上がるための立ち上げ時間、前記ホッパー駆動源が設定回転速度から停止するまでの立ち下げ時間、及び前記撹拌ギアーと前記補給ギアーとの連結切り換えに要する切換時間から算出して前記閾値時間を決定する閾値決定手段を備えている、
   請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記サブホッパー内のトナー量を検知する手段と、検知したトナー量から前記サブホッパーへの補給要否を判定する手段とを備え、
   前記サブホッパーへのトナー補給が不要と判断したときは、前記第１の撹拌モードが終了した後に前記サブホッパーモーターと、前記トナーボトルから前記サブホッパーにトナーを補給するトナーボトルモーターとを停止させる、
   請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 印字する画像のドット数に応じて前記トナー補給時間を決定するトナー補給時間算出手段を備えている、
   請求項１〜４のうちいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナー補給時間が前記閾値時間よりも長い場合において、前記印字する画像のドット数に対応するトナー消費量が前記現像器に補給されるトナー補給量よりも少ないときは、前記第１の撹拌モードが終了した後に、前記サブホッパーモーター及び前記トナーボトルモーターを停止させる、
   請求項２〜５のうちいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記トナー補給時間が前記閾値時間よりも長い場合において、前記印字する画像のドット数に対応するトナー消費量が前記現像器に補給されるトナー補給量よりも多いときは、前記第１の撹拌モードが終了した後に前記サブホッパーモーターを停止させ、かつ前記トナーボトルモーターを駆動させる、
   請求項２〜５のうちいずれかに記載の画像形成装置。

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