JP4076210B2 - 粉体搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を収容する粉体収容器からの粉体の排出を促す排出促進手段と、排出される粉体を搬送管に通して搬送先まで搬送する搬送手段とを備える粉体搬送装置及びこれを用いる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、粉状の画像形成用剤を用いて画像を形成するものが知られている。例えば、潜像担持体上に形成した静電潜像を現像器によってトナー像に現像する電子写真方式の画像形成装置では、粉状の画像形成用剤として、トナーや二成分現像剤を用いるのが一般的である。この二成分現像剤とは、トナーと磁性キャリアとを含有する画像形成用剤である。また例えば、いわゆる直接記録方式の画像形成装置では、粉状の画像形成用剤としてトナーを用い、トナー飛翔装置からドット状に飛翔させたトナーを記録紙等に付着させて画像を形成するのが一般的である。これらの画像形成装置においては、画像形成に伴って画像形成用剤を現像器やトナー飛翔装置に適宜補給する必要がある。そこで、粉体収容器からの画像形成用剤の排出を振動などによって促しながら、排出される画像形成用剤を搬送管に通して現像器やトナー飛翔装置まで搬送して補給する剤搬送装置を備える画像形成装置も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かかる剤搬送装置を備える画像形成装置においては、粉体収容器内の画像形成用剤の状態によって搬送先への補給量が不安定になり易い。具体的には、吸湿等によって流動性を低下させたり、塊状になったりした画像形成用剤は、粉体収容器から排出され難くなるため、低湿環境下に比べて搬送先への補給量が低下してしまう。このように補給量が不安定になれば、画質の不安定化などといった影響が搬送先に現れてしまう。
【０００４】
また、この種の画像形成装置では、画像形成用剤がほぼ無くなった粉体収容器を新たなものと交換することで、装置本体に新たな画像形成用剤を補充することになる。このとき、使用済みの粉体収容器内に多量の画像形成用剤を残してしまうと、剤の無駄な廃棄を招いてランニングコストを上昇させるばかりでなく、環境にも好ましくない。よって、粉体収容器内の剤残量をセンサによって監視し、粉体収容器の交換時期を適切に判断することが望ましい。しかしながら、高価なセンサを使い捨ての粉体収容器内に配設してしまうと、交換コストを増加させてしまう。
【０００５】
なお、これまで、粉体として画像形成用剤を搬送する剤搬送装置において生ずる問題について説明したが、粉体を搬送する粉体搬送装置であれば、同様の問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次に説明する粉体搬送装置及びこれを備える画像形成装置を提供することである。即ち、粉体搬送量を安定させたり、粉体収容器のコスト増加を抑えつつ適切な交換時期をユーザー把握させたりすることが可能な粉体搬送装置等である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画像形成に用いられるトナーをトナー収容器から搬送先まで搬送するトナー搬送装置と、該トナー搬送装置の駆動を制御する搬送制御手段とを備え、該トナー搬送装置によって搬送したトナーを用いて画像を形成し、且つ、該トナー収容器からのトナーの排出を促す排出促進手段と、自らの先端側部分が該トナー収容器内に挿入される搬送管と、該搬送管の後端側部分に接続された状態で、該トナー収容器内のトナーを該先端側部分に設けられた吸引口から該搬送管内に吸引して搬送先まで搬送する吸引ポンプとを、該トナー搬送装置に有する画像形成装置において、上記搬送管として、後端側部分が、上記吸引ポンプに接続されるトナー通路と、空気を受け入れるための空気受入路とに分岐しているもの、を用い、上記排出促進手段として、該空気受入路に接続されたエアーポンプによって該空気受入路と上記先端側部分とを介して上記トナー収容器内に空気を送り込むのに伴って該トナー収容器内のトナーをほぐすことで、該トナー収容器内からのトナーの排出を促すもの、を用い、該搬送管における該トナー通路内のトナーの流量を検知する流量検知手段を設け、上記吸引ポンプの動作時間が予め定められた時間に達する毎に上記エアーポンプを所定の駆動時間だけ駆動し且つ該流量検知手段による該流量の検知結果が所定値を下回った場合には該エアーポンプの該駆動時間を延長する制御を実施するように、上記搬送制御手段を構成したことを特徴とするものである。
この発明において、トナー搬送装置は搬送管内のトナーの流量を示す流量情報を流量検知手段から出力することができる。よって、搬送制御手段に対して、流量検知手段による検知結果に基づいてトナー搬送量を判断させることができる。そして、低下傾向にある場合には、搬送制御手段に対して、排出促進手段の駆動量（駆動時間長さや駆動トルクなど）を増加させてトナー収容器からのトナー排出をより促す制御を実施させることで、搬送先へのトナー搬送量を安定させることができる。
また、搬送制御手段に対して、排出促進手段の駆動量をある程度まで増加させたにもかかわらず、トナー搬送量を経時的に減少させて所定の下限値に到達させたタイミングを判断させることもできる。このようなタイミングが到来する理由は、トナー収容器内のトナー収容量が減りすぎたことによる。即ち、このタイミングはトナー収容器の適切な交換時期である。かかる構成では、使い捨てのトナー収容器に高価なセンサを配設することなく、トナー収容器の適切な交換時期を搬送制御手段に判断させることができる。よって、トナー収容器のコスト増加を抑えつつ適切な交換時期をユーザー把握させることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真方式の複写機（以下、単に複写機という）に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図１は、この複写機の要部を示す概略構成図である。図において、この複写機は、原稿読取部１と、原稿自動供給部２と、プリンタ部３と、給紙部４とを備えている。
【０００９】
上記原稿自動供給部２は、その上面に載置された図示しない原稿を後述のコンタクトガラス５上に自動で供給する。
上記原稿読取部１は、図示しない原稿の画像を読み取るためのものである。ユーザーの手作業により、原稿読取部１の上部に固設されたコンタクトガラス５上に原稿が置かれた状態で、図示しないスタートスイッチが操作されると、原稿読取部１による原稿読取が直ちに開始される。また、上記原稿自動供給部２上に原稿が置かれた状態でスタートスイッチが操作されると、その原稿がコンタクトガラス５上に自動給紙された後、原稿読取部１による原稿読取が開始される。読取開始により、コンタクトガラス５上に置かれた原稿は図中右方向へ移動する光源６によって光照明される。原稿からの反射光像は、第１ミラー７、第２ミラー８で順次反射する。そして、結像レンズ９を経た後、反射光像を読み取るためのＣＣＤ等からなるイメージセンサ１０に検知されて画像情報が読み取られる。
【００１０】
上記プリンタ部３は、転写紙Ｐ上に画像としてのトナー像を形成するためのもので、光書込ユニット１１やドラム状感光体１２を備えている。また、潜像担持体たるドラム状感光体１２の周囲に、帯電装置１３、現像手段たる現像器４０、転写搬送ユニット１４、ドラムクリーニング装置１５、除電器１６などを備えている。更には、定着装置１７、反転排紙ユニット１８、レジストローラ対１９なども備えている。上記スタートスイッチが操作されると、図示しない駆動手段によるドラム状感光体１２の回転駆動が開始される。
【００１１】
上記光書込ユニット１１は、原稿読取部１で読み取られた画像信号に基づいてレーザ光Ｌを光変調して、潜像担持体としてのドラム状感光体１２を露光する。具体的には、レーザダイオード等からなる光源２０からレーザ光Ｌを発する。このレーザ光Ｌは、ポリゴンモータ２１によって回転駆動される回転多面鏡２２上で主走査方向（ドラム状感光体１２の軸線方向）に偏向せしめられながら、ｆθレンズなどからなる走査結像用のレンズ系２３を通る。そして、ミラー２４、レンズ２５を経て、回転駆動されているドラム状感光体１２上に到達してその表面に静電潜像を走査する。
【００１２】
上記転写搬送ユニット１４は、転写搬送ベルトを複数の張架ローラによってテンション張架しながら無端移動せしめながら、ドラム状感光体１２の周面に当接させて転写ニップを形成している。また、転写ニップにおける転写搬送ベルト裏面（フープ内周面）に図示しない転写バイアスローラを当接させている。この転写バイアスローラには図示しない電源によって転写バイアスが印加されており、この印加によって転写ニップに転写電界が形成される。
【００１３】
上記光書込ユニット１１による露光でドラム状感光体１２上に形成された静電潜像は、現像器４０によって現像されてトナー像となった後、上記転写ニップに進入する。一方、上記レジストローラ対１９は、上記スタートスイッチの操作に基づいて後述の給紙部４から送られてくる転写紙Ｐをローラ間に挟み込む。そして、転写紙Ｐを転写ニップにてドラム状感光体１２上のトナー像に重ね合わせ得るタイミングで送り出す。この送り出しにより、転写ニップではドラム状感光体１２上のトナー像が転写紙Ｐに密着せしめられる。そして、転写電界やニップ圧の影響を受けて、ドラム表面から転写紙表面に転写される。転写ニップを通過した転写紙Ｐは、転写搬送ユニット１４の転写搬送ベルトによって定着装置１７内に送られる。定着装置１７は、送られてきた転写紙Ｐを加熱ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂとの間に挟み込む。そして、熱や圧力の影響によってトナー像を転写紙Ｐ上に定着せしめながら、反転排紙ユニット１８に向けて排紙する。
【００１４】
上記反転排紙ユニット１８は、送られてきた転写紙Ｐを排出路１８ａに通して機外の図示しない排紙トレイに排紙する。但し、両面コピーモードがユーザーによって選択されている場合には、転写紙Ｐを反転部１８ｂに通して裏表反転させた後、上記レジストローラ対１９に向けて搬送する。これにより、その転写紙Ｐはレジストローラ対１９から上記転写ニップに向けて再び送られ、先にトナー像が転写された面とは反対側の面に、新たなトナー像が転写される。
【００１５】
上記ドラムクリーニング装置１５は、上記転写ニップを通過した後のドラム状感光体１２表面に付着している転写残トナーをクリーニングして、トナー収容器たる図示しない回収タンクに収容する。クリーニング後のドラム状感光体１２表面は、上記除電器１６によって除電された後、上記帯電装置１３によって一様帯電せしめられて次の画像形成に備える。
【００１６】
上記給紙部４は、多段配設された３つの給紙カセット２６，２７，２８を備えており、それぞれに複数枚の転写紙Ｐを収容している。また、複数組の搬送ローラ対３２を有する給紙路３３も備えている。給紙カセット２６，２７，２８は、内部に収容している転写紙Ｐの最上紙に給紙ローラ２６ａ，２７ａ，２８ａを押し当てており、その回転駆動によって最上紙を給紙路３３に向けて送り出す。上記スタートスイッチが操作されると、何れか１つの給紙カセットから給紙路３３に転写紙が送り出されるのである。給紙路３３は、受け取った転写紙Ｐを複数組の搬送ローラ対３２によってプリンタ部のレジストローラ１９に向けて給紙する。
【００１７】
ドラム状感光体１２の側方に配設された現像器４０には、これに粉体たるトナーを搬送・補給するトナー搬送装置５０が装着されている。また、搬送先たる現像器４０内には、トナーと磁性キャリアとを含有する図示しない二成分現像剤が収容されている。粉体搬送装置たるトナー搬送装置５０によって現像器４０内に補給されたトナーは、内部の二成分現像剤と混合攪拌されて現像に使用される。現像器４０の底面には、図示しないＴセンサが配設されている。このＴセンサは、現像器４０内の二成分現像剤の透磁率に応じた信号を図示しない制御部に出力する。二成分現像剤のトナー濃度は、透磁率と相関するため、Ｔセンサは二成分現像剤のトナー濃度を検知していることになる。上記制御部は、Ｔセンサからの出力電圧値を、所定のＴセンサ出力目標値に近づけるようにトナー搬送装置５０を適宜動作させることで、現像に伴ってトナー濃度を低下させた二成分現像剤のトナー濃度を回復させる。但し、二成分現像剤の透磁率が湿度等の環境変化や二成分現像剤の嵩変化などによって変動するため、制御部は上記Ｔセンサ出力目標値を適宜補正する。具体的には、所定のタイミングでドラム状感光体１２上に形成せしめた基準トナー像の画像濃度に応じて、上記Ｔセンサ出力目標値を補正する。この画像濃度については、例えば基準トナー像の光反射率を検知する反射型フォトセンサからなる基準トナー像濃度センサからの出力によって把握される。
【００１８】
上記転写ニップを通過したドラム状感光体１２の表面には、転写紙に転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、ドラムクリーニング装置１５によって掻き取られて図示しない回収タンクに回収される。
【００１９】
次に、本実施形態に係る複写機の特徴的な構成について説明する。
図２は、上記トナー搬送装置５０を示す詳細構成図である。トナー搬送装置５０は、吸引ポンプ６０、カートリッジホルダ７０、エアーポンプ部８０などを備えている。吸引ポンプ６０は、一軸偏心スクリューポンプやモーノポンプなどと言われるタイプのもので、ステータ６１内のロータ６２を吸引モータ６３によって回転させることで、吸引口６４内に負圧を発生させる。この吸引口６４には、可撓性の吸引チューブ５１の先端が接続されている。
【００２０】
上記カートリッジホルダ７０は、図中上側を開口させたホルダ部７１、これの底面に挿入されたノズル７２などを備えている。ホルダ部７１は、トナー収容器たるトナーカートリッジ９０を保持するためのものである。トナーカートリッジ９０は、保護ケース９１は、ある程度の剛性を発揮する紙、段ボール、プラスチック等の材料で構成され、トナー収容袋９２を内包している。トナー収容袋９２は、８０〜２００［μｍ］厚のシート材が単層又は複層で袋状に成形された袋部９３と、これのトナー排出側に固定された口金部９４とから構成されており、空気の出入りがない密閉構造となっている。シート材としては、ポリエチレンやナイロン等の樹脂シートや、紙シートなどが用いられている。トナー収容袋９２の内部には、補給用のトナーが収容されている。トナー収容袋９２の口金部９４は、袋部９３の開口内に係合するように樹脂や紙等の剛性材料からなる係合部９４ｂと、スポンジ等の弾性材料からなる開口シール部９４ａとを有している。かかる構成のトナーカートリッジ９０は、口金部９４側を鉛直方向下側にしてカートリッジホルダ７０のホルダ部７１に装着される。このとき、ホルダ部７１の底面に挿入されていたノズル７２の先端が、トナーカートリッジ９０の口金部９４の開口シール部９４ａを貫通して袋部９３内に進入する。開口シール部９４ａがノズル７４の周囲に密着することで、トナーカートリッジ９０内から外部へのトナー漏れが防がれている。ノズル７２の先端側には、トナー吸引口７３が形成されている。後端側には、トナー通路７４と空気受入路７５とに分かれるようにＴ字路が形成されている。このうち、トナー通路７４には、上述の吸引チューブ５１の後端が接続されている。
【００２１】
上記エアーポンプ部８０は、エアーポンプ８１、中継チューブ８２、これに接続された電磁弁８３、送気チューブ８４などから構成されている。エアーポンプ８１は、電磁弁８３が開かれた状態で駆動することで、中継チューブ８２と、電磁弁８３と、送気チューブ８４とを介して、上記ノズル７２の空気受入路７５内にエアーを送る。上記吸引ポンプ６０は、不動作状態において吸引口６４から流体を受け入れないような構造になっている。このため、エアーポンプ８１からノズル７２の空気受入路７５内に送られたエアーは、トナー通路７４に流入することなく、ノズル７２のトナー吸引口７３を通って袋部９３内に至る。そして、袋部９６内のトナーを攪拌してほぐすことで、袋部９３内におけるトナーブロッキング（トナーの架橋現象）の発生を抑える。また、たとえ長期放置によってトナーブロッキングが生じたとしても、気流等によってそれを崩す。これらの結果、袋部９３内のトナーを自重によってノズル７２のトナー吸引口７３に向けてスムーズに流れ込ませて、粉体収容器たるトナーカートリッジ９０からのトナー排出を促すことができる。よって、エアーポンプ部８０は、トナーカートリッジ９０に対する送気により、そこからのトナーの排出を促す排出促進手段としての機能を有している。かかるエアーポンプ部８０では、使用後に取り外されてしまうトナーカートリッジ９０内に、トナーの排出を促進させるための攪拌パドルなどといった可動部材を設ける必要がない。よって、排出促進手段として攪拌パドル等を設ける場合に比べ、カートリッジ交換コストを大幅に低減することができる。なお、排出促進手段として、トナーカートリッジ９０に振動を与える加振手段を設け、振動によってトナー排出を促してもよい。但し、加振方式では、複写機本体に振動を与えてしまうことにより、画質劣化や部材の振動疲労などといった影響を与えるおそれがある。これに対し、送気方式のエアーポンプ部８０では、複写機本体に与える振動を加振方式よりも大幅に低減する。よって、振動による影響を大幅に抑えることができる。
【００２２】
図３は、上記トナー収容袋９２を示す斜視図である。図示のように、トナー収容袋９２の袋部９３の底部（トナー排出側とは反対側）には、通気フィルター９５が設けられている。上記エアーポンプから袋部９３内に送られたエアーは、最終的にはこの通気フィルター９５を通って外部に排出される。通気フィルター９５のメッシュはトナー粒子を通過させない程度に細かくなっている。
【００２３】
先に示した図２において、エアーポンプ部８０の電磁弁８３が閉じられた状態では、トナーカートリッジ９０の袋部９３内から、ノズル７２内と、吸引チューブ５１内と、吸引ポンプ６０内に至るまでの空間が密閉環境となる。このため、吸引ポンプ６０が作動して吸引チューブ５１内に負圧が発生すると、ノズル７２のトナー吸引口７３に吸引力が発生する。そして、袋部９３内のトナーがトナー吸引口７３から吸引され、ノズル７２のトナー通路７４、吸引チューブ５１、吸引ポンプ６０内を順次通過して、吸引ポンプ６０の吐出側に接続されている現像器４０内に補給される。
【００２４】
上記吸引ポンプ６０とノズル７２とを接続する吸引チューブ５１は、３〜７［ｍｍ］の内径に成形されており、可撓性と耐トナー性とに優れたゴム材料やプラスチック材料が使用されている。かかるゴム材料としては、ポリウレタンゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。また、プラスチック材料としては、ポリエチレン、ナイロンなどが挙げられる。可撓性に優れたフレキシブルな吸引チューブ５１を使用することで、複写機内部においてトナー移送経路を自由に配設することが可能となり、装置内部のレイアウト自由度が極めて良好になっている。また、このトナー補給装置５０では、トナーカートリッジ９０を現像器４０よりも重力方向下側に位置させる場合でも、吸引ポンプ６０として吸引力の比較的高いものを用いることで、トナーのポンプアップ搬送が可能になる。そして、このことによっても、装置内部のレイアウト自由度が向上しており、トナーカートリッジ９０を交換操作が最も容易となる位置に配設することができる。
【００２５】
図４は、吸引ポンプ６０のポンプ部を示す分解斜視図である。図において、吸引ポンプ６０のポンプ部は、ステータ６１、ロータ６２、これらを内包するホルダ６５などを有している。ステータ６１は、ゴム等の弾性部材にダブルピッチの螺旋溝が形成された雌ねじ状の形状になっている。また、ロータ６２は、金属や樹脂等の材料が雄ねじ状に成形されたもので、ステータ６１の螺旋溝内に回動自在に嵌挿されている。このロータ６２の後端には、スプリングピン６６によって固定される駆動軸６７が連結している。ステータ６１を内包するホルダ６５は、その内周面にステータ６１の端部に設けられたフランジ部を接触させることで、ステータ６１を図中矢印Ａ方向に揺動可能に支持する。この揺動のために、ホルダ６５の内面と、ステータ６１の外面との間にはギャップＧが形成されている。上記駆動軸６７の先には、図示しないモータが連結しており、これの回転に伴ってロータ６２がステータ６１内で回転する。このとき、ロータ６２がその複雑な形状に起因して偏心回転する。このことが、吸引ポンプ（６０）を一軸偏心スクリューポンプと称する所以である。ロータ６２が偏心回転すると、ステータ６１が図中矢印Ａ方向に揺動するのである。ロータ６２が回転すると、ステータ６１内に形成される閉空間が吸引口６４側から駆動軸６７側に移動し、吸引口６４に１０〜２０［ｋＰａ］の吸引力Ｐ２が発生する。そして、吸引口６４からトナーが吸い込まれる。吸い込まれたトナーは、ポンプ部内部を通った後、駆動軸６７の下側に設けられた図示しない排出口から排出される。ノズル７２内に向けてトナーが安定して排出される限り、ロータ６２の回転数とトナー搬送量（補給量）とには相関関係が成立する。しかし、トナーが安定して排出されないと、ロータ６２が回転しても、エアーが吸われてトナー搬送効率が悪くなる。
【００２６】
本実施形態に係る複写機のトナー搬送装置５０は、このように、吸引ポンプ６０での吸引によってトナーカートリッジ９０内のトナーを搬送する。かかる構成では、トナーカートリッジ９０内のトナーを現像器４０まで搬送するための搬送管内にスクリュー状のオーガなどといった可動部材を設ける必要がない。よって、構成を簡素化してコスト上昇を抑えることができる。また、搬送管として、変形自在な吸引チューブ５１を用いて複写機本体内に自由に排回すことが可能になる。搬送経路のレイアウト自由度を大幅に向上させることができるのである。これに対し、これに対し、オーガ等の可動部材によってナーを搬送する方式では、搬送管内に可動部材を設ける都合上、搬送管を直線状に構成しなければならず、搬送経路のレイアウト自由度を大幅に悪化させてしまう。
【００２７】
吸引ポンプ６０による吸引量（搬送量）は、ロータ６２の回転量に厳密に比例することが知られている。よって、基本的には、ロータ６２の回転量を制御することで、現像器４０内へのトナー補給量を正確に制御することができる。但し、袋部９３内でトナーを放置すると、トナーの嵩密度を徐々に高めてしまう。そして、このことにより、単位体積あたりのトナー量を増加させてしまい、トナー補給量をロータ６２の回転量に正確に比例させることができなくなる。しかしながら、本実施形態に係る複写機のトナー搬送装置５０では、エアーポンプ８１による定期的な送気を行うことで、トナーの嵩密度の増加を抑えることができる。よって、トナーの嵩密度の増加によるトナー補給量の不安定化を抑えることができる。
【００２８】
図５は、上記ノズル７２のトナー通路７４の周囲を示す分解斜視図である。図において、ノズル７２のトナー通路７４は、黒色ＡＢＳなどといった有色の樹脂材から構成されている。但し、その一部には、管内流路を挟んで相対向する２つの透明窓７４ａ，ｂが設けられている。そして透明窓７４ａ，ｂが設けられている部分が流量検知手段としての流量センサ７６に挟み込まれている。この流量センサ７６は、光学センサたる透過型フォトセンサから成り、発光素子７６ａと受光素子７６ｂとを有している。発光素子７６ａから発せられた光は、トナー通路７４の透明窓７４ａ→管内流路→透明窓７４ｂという経路を経て、受光素子７６ｂに受光される。受光素子７６ｂは、受光量に応じた量の光電流を発生する。
【００２９】
図６は、上記流量センサ７６からの出力電圧と、上記受光素子７６ｂの発する光電流量との関係を示すグラフである。図示のように、受光素子（７６ｂ）の受光量が多くなってその光電流量が増加するほど、流量センサ（７６）からの出力電圧値が上昇する。先に示した図５において、ノズル７２のトナー通路７４内を流れるトナーの量が多くなるほど、受光素子７６ｂによる受光量が減少する。よって、流量センサ７６からの出力電圧が大きくなるほど、図７に示すように、上記トナー通路（７４）内のトナー流量は減少する。流量センサ７６からの出力電圧値は、搬送管たるトナー通路７４内のトナー流量を示すことになる。かかる構成の流量センサ７６では、管内流路内でトナーの移動とともに従動回転する従動回転部材の回転量に基づいてトナー流量を検知するものに比べて、簡単な構成によって管内流路のトナー流量を検知することができる。なお、図示の例では、ノズル７２（トナー通路７４）に２つの検知窓７４ａ，ｂを設けたが、透明窓を設けずにノズル自体を透明な材料で構成してもよい。また、ノズル７２（トナー通路７４）内のトナー流量を検知させるのではなく、吸引チューブ５１内のトナー流量を検知させるようにしてもよい。また、透明窓を１つだけ設けるとともにノズル内壁を鏡面仕上げし、透明窓から入射した光をノズル内壁で反射させるようにすれば、他の方式の光学センサたる反射型フォトセンサを用いることもできる。かかる反射型フォトセンサでも、透過型フォトセンサと同様に簡単な構成によって管内流路のトナー流量を検知することができる。また、受光素子７６ｂとしてフォトトランジスタを用いたが、フォトインタラプタのようなデジタル出力のものを用いてもよい。
【００３０】
上述のように、本複写機では、吸引方式のトナー搬送（補給）を採用しているため、搬送管たる吸引チューブ５１やノズル７２内に可動部材を設ける必要がない。透過型フォトセンサ等の光学センサによって搬送管内のトナー流量を検知させる場合、搬送管内に可動部材がある場合には、その可動部材を避けてトナー流量を検知させなければならない。そして、検知用スペース確保ために、搬送管の径を必要以上に大きくしたり、部分的に可動部材の無いスペースを設けてそこにトナーを詰まらせ易くしたりなどといった不具合を引き起こすおそれがある。一方、本複写機のように吸引方式を採用して可動部材を不要にすれば、かかる不具合を解消することができる。
【００３１】
図８は、本実施形態に係る複写機の電気回路の一部を示すブロック図である。図において、マイクロ・プロセッシング・ユニット（以下、ＭＰＵという）等から構成された制御部１５０は、複写機本体の制御手段であるとともに、トナー搬送装置（５０）を制御する搬送制御手段でもある。これには、ドラム状感光体上に形成された上記基準トナー像の濃度を検知する基準トナー像濃度センサ１５１、上記現像器（４０）内の二成分現像剤のトナー濃度を検知するＴセンサ４１などが接続されている。また、上記トナー搬送装置（５０）に設けられた吸引モータ６３、エアーポンプ８１、電磁弁８３なども接続されている。更には、流量センサ７６も接続されている。上記基準トナー像を検知する基準トナー像濃度センサ１５１からの出力値は、上述のＴセンサ出力目標値の補正に利用される。制御部１５０は、Ｔセンサ４１からの出力電圧値と、Ｔセンサ出力目標値との比較などに基づいて吸引モータ６３によるトナー補給動作時間（駆動量）を決定する。具体的には、まず次式により、現時点でのトナー濃度の過不足に基づく過不足用動作時間Ｔａを算出する。
【数１】
過不足用動作時間Ｔａ＝（Ｔセンサ出力目標値−Ｔセンサ出力電圧）×係数Ｋ１
【００３２】
この式において、係数Ｋ１は、Ｔセンサ出力目標値とＴセンサ出力電圧との差分を、それに相当する量のトナー補給に必要な吸引ポンプ動作時間に換算するための係数である。現像器（４０）内の二成分現像剤のトナー濃度が基準濃度を上回っている場合には、過不足用動作時間Ｔａはマイナス値になる。
【００３３】
次に、制御部１５０は、プリントアウトによって消費される予定のトナー量に相当する消費予定用動作時間Ｔｂを次式に基づいて算出する。
【数２】
消費予定用動作時間Ｔｂ＝プリントアウト画像面積×係数Ｋ２
【００３４】
この式において、係数Ｋ２は、プリントアウト画像面積に対応するトナー消費量を、それの補給に必要な吸引ポンプ動作時間に換算するための係数である。制御部１５０は、演算した過不足用動作時間Ｔａと消費予定用動作時間Ｔｂとの和をトナー補給動作時間とし、その時間分だけ吸引モータ６３を駆動させる。
【００３５】
また、制御部１５０は、タイマ機能を有しており、トナー補給動作時間を累積してカウントする。更には、所定のタイミングでエアーポンプ８１を駆動制御して、上記トナーカートリッジ９０内のトナーを送気によって攪拌する。なお、図示しない複写機の主電源がＯＦＦされても、制御部１５０には電源が供給されるようになっているため、その内部に記憶されたトナー補給動作時間の累積カウント値は保持される。
【００３６】
トナー補給動作時間の累積カウントを行うのは次に説明する由による。即ち、先に図３に示したように、エアーポンプ８１からトナー収容袋９２の袋部９３に送られたエアーは、最終的には通気フィルター９５を通って外部に排出される。しかしながら、通気フィルター９５のメッシュはトナー粒子を通過させない程度に細かくなっているため、エアーの排出にはある程度の時間を要し、エアーポンプ８１の動作直後は袋部９３内の気圧が一時的に上昇する。エアーポンプ８１が動作し過ぎると、袋部９３内の気圧が過剰に上昇してトナー詰まりやトナーブロッキングが却って助長されることになり兼ねない。そこで、本複写機では、袋部９３からのトナー排出量がある程度の値に達する毎に、エアーポンプ８１を所定時間だけ作動させるといった間欠運転を実施することで、袋部９３内の過剰な気圧上昇を回避するようになっている。トナー排出量がある程度の値に達したか否かを判定するために、トナー補給動作時間を累積カウントするのである。トナー排出量と、エアー供給時間とのバランスについては、通気フィルタ−９５のメッシュサイズや、エアーポンプ８１による送気圧などによって異なってくる。目安としては、１秒あたりのトナー補給に対し、１秒のエアー供給を実施する程度が、袋部９３内におけるトナー攪拌の安定性や内圧上昇性の観点からは望ましい。
【００３７】
エアーポンプ８１を作動させながら、吸引ポンプ６０によるトナー吸引を実施させると、ノズル７２内において空気受入路７５とトナー通路７４との間でエアー流路を短絡させてしまう。そして、この短絡により、袋部９３内にエアーを良好に送り込むことができなくなるだけでなく、エアーの吸引によってトナー搬送性を著しく低下させてしまう。よって、吸引ポンプ６０によるトナー補給中には、電磁弁８３を閉じ且つエアーポンプ８１を作動させないようにする。
【００３８】
図９は、搬送制御手段たる上記制御部（１５０）によるトナー補給制御のフローを示すフローチャートである。トナー補給制御において、制御部１５０は、まずコピー命令があるまで待機し（ステップ１、以下「ステップ」をｓと記す）、コピー命令がなされた場合（ｓ１でＹ）には、Ｔセンサ出力電圧値を読み込む（ｓ２）。そして、読み込んだ値と上記数１で示される関係式とに基づいて過不足用動作時間Ｔａを算出する（ｓ３）。次に、出力予定の画像データを読み込んで（ｓ４）そのプリントアウト画像面積を算出し、算出結果と上記数２で示される関係式とに基づいて消費予定用動作時間Ｔｂを算出する。そして、過不足用動作時間Ｔａと消費予定用動作時間Ｔｂとの和であるトナー補給動作時間Ｔｃを算出した後（ｓ６）、その値を累積カウント値Ｃ１に加算する（ｓ７）。更に、上記吸引モータ（６３）をトナー補給動作時間Ｔｃだけ駆動させてトナーを上記現像器（４０）に補給せしめた後、累積カウント値Ｃ１について補給開始基準時間Ｔｘを上回ったか否かについて判断する（ｓ９）。「Ｃ１＞Ｔｘ」となっている場合は（ｓ９でＹ）、上記エアーポンプ（８１）による前回の送気が終了してから所定量のトナー補給が行われたため、次の送気が望まれるタイミングになっている。よって、この場合には、上記エアーポンプ（８１）が送気実施時間Ｔｙだけ駆動されてから（ｓ１０）、累積カウント値Ｃ１がゼロにリセットされた後（ｓ１１）、次のコピー命令についての有無が判断される（ｓ１２）。一方、上記ｓ９の制御にて、「Ｃ１＞Ｔｘ」でないと判断された場合には（ｓ９でＮ）、未だ送気を実施すべきタイミングが到来していない。よって、この場合には、上記エアーポンプ（８１）が駆動されることなく、次のコピー命令についての有無が判断される（ｓ１２）。そして、次のコピー命令が有る場合には（ｓ１２でＹ）、制御フローが上記ｓ２にループして、次のコピー用のトナー補給が実施される。また、次のコピー命令が無い場合には（ｓ１２でＮ）、トナー補給制御が終了する。なお、トナー補給制御中には、上記現像器（４０）内の現像ローラを回転させておくことが望ましい。トナー補給制御の開始タイミングとしては、ドラム状感光体に対する画像書き込み開始信号（ＦＧＡＴＥ）が発せられたタイミングなどが望ましい。
【００３９】
図１０は、上記制御部（１５０）による送気量調整制御のフローを示すフローチャートである。図において、制御部（１５０）は、まず、上記流量センサ（７６）からの出力電圧値を１０［ｍｓｅｃ］毎に読み込んで、１０回の平均値であるセンサ出力平均値Ｖａを算出する（ｓ１〜ｓ６）。そして、センサ出力平均値Ｖａについて３．０［Ｖ］を超えているか否かについて判断する（ｓ７）。
【００４０】
センサ出力平均値Ｖａが３．０［Ｖ］である場合には（ｓ７でＮ）、上記トナー通路（７４）内のトナー流量がそれほど減少していない状態にある。このため、後述の流量エラーカウント値Ｆｃがゼロにリセットされた後（ｓ１２）、送気量調整制御が終了する。
【００４１】
一方、センサ出力平均値Ｖａが３．０［Ｖ］を超えていると（ｓ７でＹ）、上記トナー通路（７４）内のトナー流量が通常よりもかなり減少している状態にある。流量不足の状態なのである。これは、上記トナーカートリッジ（９０）内のトナーがほぼ無くなっているか、トナーカートリッジ（９０）からのトナー排出が良好に行われていないか、の何れかの理由によって起こっている。そこで、制御部（１５０）は、上記ｓ７の制御で流量不足であると判断すると（ｓ７でＹ）、流量エラーカウント値Ｆｃに「１」を加算した後（ｓ８）、送気実施時間Ｔｙに０．２［ｍｓｅｃ］を加算する（ｓ９）。この送気実施時間Ｔｙは、先に図９のｓ１０に示したように、上記エアーポンプ（８１）の１動作あたりの駆動時間である。よって、上記トナー通路（７４）内のトナー流量がかなり減って「Ｖａ＞３．０Ｖ」が検知されると、エアーポンプ（８１）の１動作あたりの駆動時間が０．２［ｍｓｅｃ］延長される。このことにより、エアーポンプ（８１）による送気の過剰実施を回避しながら、上記トナーカートリッジ（９０）からのトナー排出がより促進される。流量不足がトナーブロッキング等によってトナーカートリッジ（９０）からトナーが良好に排出されていなかったことによるものであった場合には、トナーの排出がより促進されることで、やがてトナー流量が復活する。しかし、トナーカートリッジ（９０）内のトナー収容量がほぼ無くなったことによって流量不足が起こっている場合には、トナー排出が促進されても、トナー流量は復活して来ない。そこで、制御部（１５０）は、上記ｓ９の制御で送気実施時間Ｔｙを延長すると、次に、流量エラーカウントＦｃについて「５」であるか否かを判定する（ｓ１０）。上述のように上記ｓ７の制御にてセンサ出力平均値Ｖａが１度でも３．０Ｖを下回っていないと判断されれば、上記ｓ１２の制御にてこの流量エラーカウント値Ｆｃはゼロにリセットされる。よって、上記ｓ１０の制御で「Ｆｃ＝０」である場合には（ｓ１０でＹ）、送気時間Ｔｙが延長され続けているにもかかわらず、流量不足が連続して５回検知されたことになる。このような場合には、「トナーエンド」によって流量不足が起きていると考えて良い。制御部（１５０）に対し、流量センサ７６による検知結果と、流量不足の発生頻度とに基づいて、トナーカートリッジ９０内のトナー残量（主にトナーエンド）を判定させているのである。そこで、「Ｆｃ＝０」の場合には、図示しない表示部での表示やブザーなどによってカートリッジ交換要を通知させるようにしている（ｓ１１）。なお、トナー残量を判定するための判定材料として、流量不足の発生頻度（Ｆｃ）の代わりに、エアーポンプ部８０の駆動量（送気実施時間Ｔｙなど）を用いても良い。
【００４２】
以上の構成の本複写機では、トナーカートリッジ（９０）内のトナー残量を検知するためのセンサと、トナー通路（７４）内のトナー流量を検知するためのセンサとを兼用していることになる。そして、このことにより、更なるコスト低減を実現しながら、カートリッジの適切な交換時期をユーザーに通知させることができる。
【００４３】
一方、排出促進手段たるエアーポンプ部８０の適切な駆動時間を決定させたり、トナーカートリッジ９０の適切な交換時期を判定させたりする方法としては、次のような方法も考えられる。即ち、トナー補給動作時間Ｔｃと、Ｔセンサ又は基準トナー像濃度センサの出力とに基づいて、二成分現像剤のトナー濃度についてその回復のし易さを判断させる。そして、回復し難くなっていると判定させた場合には、エアーポンプ部８０の駆動時間を延長させたり、延長させ続けても回復が困難でる場合にカートリッジ交換要を通知させたりするのである。しかしながら、この方法では、トナー濃度を実際に低下させてその回復のし易さを判断させるので、トナー濃度不足による画質低下を引き起こすおそれがある。
【００４４】
また、出力画像の累積画像面積をカウントさせていき、それに基づいてトナー消費量を予測させてエアーポンプ部８０の駆動時間を延長させたり、カートリッジ交換要を通知させたりする方法も考えられる。しかしながら、この方法では、累積画像面積のカウント値と、実際のトナー消費量とにどうしても誤差が生じるため、トナー補給量の過不足による画質劣化や、十分にトナーが残っている状態でカートリッジ交換要を通知させるといった不具合を引き起こすおそれがある。
【００４５】
本発明は、本実施形態に係る複写機を実際に試作して画像を継続して出力させる実験を次に列記する条件で行ってみた。
・流量検知センサ７６として、受光素子７６ｂの受光量に応じて０（受光なし）〜５．５（受光量飽和）［Ｖ］を出力するデジタルフォトインタラプタを使用。
・上記送気量調整制御におけるｓ７にて、「Ｖａ＞３．０Ｖ」の代わりに、「Ｖａ≦３．０Ｖ」を判定。
・送気量調整制御にて、Ｔセンサ出力値を５０［ｍｓｅｃ］間隔で２［ｓｅｃ］間サンプリングさせ、２０個の出力値によって上記センサ出力平均値Ｖａを算出。
【００４６】
この実験にて観察されたトナーカートリッジ９０内のトナー残量と、トナー補給量と、Ｔセンサ出力値（センサ出力平均値Ｖａ）との関係を図１１にグラフとして示す。図示のように、トナーカートリッジ（９０）内のトナー残量が初期値の２５０［ｇ］から約６５［ｇ］まで減っていく間においては、Ｔセンサ出力値が３．０［Ｖ］を下回ることがなく、トナー流量が安定している。しかし、トナー残量が６５［ｇ］を下回ると、Ｔセンサ出力値がときどき３．０［Ｖ］を下回るようになり、上記送気量調整制御にて送気実施時間Ｔｙが延長され始める。
【００４７】
図１２は、図１１のグラフを０〜１００［ｇ］のトナー残量の範囲で拡大した図である。図示のように、トナー残量が３０〜６５［ｇ］の範囲では、Ｔセンサ出力値がときどき３．０［Ｖ］を下回っても、送気実施時間Ｔｙの延長によってすぐに回復することがわかる。送気実施時間Ｔｙの延長によってトナーカートリッジ９０からのトナー排出が促され、トナー流量が元通りに復活したためである。しなしながら、トナー残量が３０［ｇ］を下回ると、Ｔセンサ出力値が頻繁に３．０［Ｖ］を下回るようになる。送気実施時間Ｔｙが延長されても、トナー流量がなかなか回復しなくなるからである。そして、トナー残量が約１０［ｇ］まで減少すると、上記流量不足が連続して５回検知されてカートリッジ交換要が通知されている。１０［ｇ］程度のトナー残量であれば、それを残してトナーカートリッジ９０を交換しても、ランニングコストにそれほど影響はない。それよりも、１０［ｇ］未満の範囲でも運転を継続させると、トナー補給量を全体的に不足させて、濃度薄の不良画像を出力させる結果になった。よって、この実験結果は、本発明がトナー補給量を安定化させながら、適切なカートリッジ交換時期を通知させ得ることを示している。
【００４８】
なお、これまで、トナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤を用いる二成分現像方式の複写機について説明したが、磁性キャリアを含まない一成分現像剤を用いる一成分現像方式にも本発明の適用が可能である。また、粉体としてトナーを搬送するのではなく、磁性キャリアや二成分現像剤を搬送する複写機にも本発明の適用が可能である。また、複写機に限らず、プリンタやファクシミリなどの他の画像形成装置でもよい。また、レーザ光による露光を行う方式ではなく、ＬＥＤによる露光や、イオン付与などによって静電潜像を形成する方式でもよい。また、電子写真プロセスを用いない画像形成方式のものにも、本発明の適用が可能である。かかる方式としては、例えば、特開平１１−３０１０１４号公報に記載の画像形成装置のような直接記録方式などがある。更には、画像形成装置ではなく、トナー搬送装置についても本発明の適用が可能である。このトナー搬送装置の構成が図２に示されるものに限定されないことは言うまでもない。
【００４９】
以上、実施形態に係る複写機のトナー搬送装置５０においては、流量検知手段たる流量センサとして、光学センサたる透過型フォトセンサを有している。かかる構成では、管内流路内でトナーの移動とともに従動回転する従動回転部材の回転量に基づいてトナー流量を検知するものに比べて、簡単な構成によって管内流路のトナー流量を検知することができる。
また、排出促進手段として、粉体収容器たるトナーカートリッジ９０に対する送気によって粉体たるトナーの排出を促すものを用いて。かかる構成では、使用後に取り外されてしまうトナーカートリッジ９０内に可動部材を設ける場合に比べ、カートリッジ交換コストを大幅に低減することができる。
また、搬送管たる吸引チューブ５１内のトナーを吸引して搬送先たる現像器４０まで搬送するように構成されている。かかる構成では、搬送管として変形自在な吸引チューブ５１を使用することで、変形不可能な可動部材方式のものに比べ、搬送管、トナーカートリッジ、現像器４０などの複写機内部におけるレイアウト自由度を大幅に向上させることができる。更には、流量検知手段の検知用スペース確保ために搬送管の径を必要以上に大きくしたり、部分的に可動部材の無いスペースを設けてそこにトナーを詰まらせ易くしたりなどといった不具合を回避することもできる。
また、実施形態に係る複写機においては、流量センサ７６による検知結果に基づいてエアーポンプ部８０を制御することで、上述の送気量調整制御を可能にしている。この送気量調整制御では、トナーカートリッジ９０からのトナー排出不足による流量不足の発生に基づいて上記送気実施時間Ｔｙを延長することで、トナー流量を迅速に回復させることができる。そして、かかる迅速な回復により、現像器４０へのトナー補給量を安定化させ、画質の安定化を図ることができる。また、トナーカートリッジの適切な交換時期を通知することによっても、画質の安定化を図ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、トナー搬送量を安定させたり、トナー収容器のコスト増加を抑えつつ適切な交換時期をユーザー把握させたりすることが可能になるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る複写機の要部を示す概略構成図。
【図２】同複写機のトナー搬送装置を示す詳細構成図。
【図３】同トナー搬送装置に搭載されるトナーカートリッジのトナー収容袋を示す斜視図。
【図４】同トナー搬送装置の吸引ポンプのポンプ部を示す分解斜視図。
【図５】同トナー搬送装置におけるノズルのトナー通路の周囲を示す分解斜視図。
【図６】同トナー搬送装置の流量センサからの出力電圧と、受光素子の発する光電流量との関係を示すグラフ。
【図７】同出力電圧と、同トナー通路内のトナー流量とを示すグラフ。
【図８】同複写機の電気回路の一部を示すブロック図。
【図９】同複写機の制御部によるトナー補給制御のフローを示すフローチャート。
【図１０】同制御部による送気量調整制御のフローを示すフローチャート。
【図１１】同トナーカートリッジ内のトナー残量と、トナー補給量と、Ｔセンサ出力値との関係を示すグラフ。
【図１２】図１１を０〜１００［ｇ］のトナー残量の範囲で拡大したグラフ。
【符号の説明】
１ 原稿読取部
２ 原稿自動供給部
３ プリンタ部
４ 給紙部
５ コンタクトガラス
４０ 現像器（搬送先）
５０ トナー搬送装置（粉体搬送装置）
５１ 吸引チューブ（搬送管）
６０ 吸引ポンプ
６１ ステータ
６２ ロータ
６３ 吸引モータ
６４ 吸引口
７０ カートリッジホルダ
７１ ホルダ部
７２ ノズル（搬送管）
７６ 流量センサ（流量検知手段）
８０ エアーポンプ部
９０ トナーカートリッジ（粉体収容器）

Claims (1)

1. 画像形成に用いられるトナーをトナー収容器から搬送先まで搬送するトナー搬送装置と、該トナー搬送装置の駆動を制御する搬送制御手段とを備え、該トナー搬送装置によって搬送したトナーを用いて画像を形成し、且つ、該トナー収容器からのトナーの排出を促す排出促進手段と、自らの先端側部分が該トナー収容器内に挿入される搬送管と、該搬送管の後端側部分に接続された状態で、該トナー収容器内のトナーを該先端側部分に設けられた吸引口から該搬送管内に吸引して搬送先まで搬送する吸引ポンプとを、該トナー搬送装置に有する画像形成装置において、
   上記搬送管として、後端側部分が、上記吸引ポンプに接続されるトナー通路と、空気を受け入れるための空気受入路とに分岐しているもの、を用い、
   上記排出促進手段として、該空気受入路に接続されたエアーポンプによって該空気受入路と上記先端側部分とを介して上記トナー収容器内に空気を送り込むのに伴って該トナー収容器内のトナーをほぐすことで、該トナー収容器内からのトナーの排出を促すもの、を用い、
   該搬送管における該トナー通路内のトナーの流量を検知する流量検知手段を設け、
   上記吸引ポンプの動作時間が予め定められた時間に達する毎に上記エアーポンプを所定の駆動時間だけ駆動し且つ該流量検知手段による該流量の検知結果が所定値を下回った場合には該エアーポンプの該駆動時間を延長する制御を実施するように、上記搬送制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

Images