JP4948101B2 - 粉体搬送装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体ポンプを用いて粉体収容部内の粉体を搬送先に搬送する粉体搬送装置、並びに、現像剤搬送手段としてこの粉体搬送装置を備えた複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置に関するものである。

従来から、粉体ポンプを用いた粉体搬送装置を、現像剤を搬送する現像剤搬送装置に用いた画像形成装置が知られている。特許文献１では、搬送する現像剤として補給用のトナーを現像装置に搬送するトナー補給装置に粉体ポンプを用いた画像形成装置が記載されている。
また、画像形成装置では、トナー補給装置によって搬送されるトナーは、トナーカートリッジの形で交換可能な構成が従来から採用されている。トナーカートリッジを交換する構成では、トナーカートリッジ内のトナーの残量が少なくなって画像に影響を及ぼす（トナーエンド）前にトナーカートリッジを交換するため、トナーカートリッジ内のトナーの残量を検出するトナー残量検出手段を備えている。トナー残量検出手段としては、圧電式のセンサをトナー検出位置に配置し、センサによりトナーの残量を検出するものがある。センサを用いてトナー残量を検出するトナー補給装置としては、トナーカートリッジから現像装置までのトナーの搬送経路にセンサを配置して、センサを配置した箇所でのトナーの量を検出するものがある。しかし、このようなトナー補給装置では、トナー量をセンサで検出するためにトナーを貯留するスペースの確保が必要となり、装置の大型化につながる。さらに、センサ表面にトナーが付着することを防止するために、センサ表面のトナー掻落とし機構を設けると、装置が複雑になり、装置のコストアップにつながる。

一方、特許文献１に記載の画像形成装置では、実験などによって予め取得された粉体ポンプの単位時間当りのトナー補給量（以下、補給速度という）と、粉体ポンプの駆動時間との積からそのときの補給動作のトナー補給量予測値を算出している。そして、補給に使用する前のトナーカートリッジ内のトナーの量から、算出したトナー補給量予測値の累積値を引くことにより、トナーカートリッジ内のトナー量を算出している。これにより、センサを用いずにトナーエンドとなる前にトナーカートリッジを交換するタイミングを算出することができる。

特開２００２−２５８５９６号公報

しかしながら、特許文献１のように、補給速度と粉体ポンプの駆動時間の積よりトナー補給量予測値を算出する構成では、以下の理由によりトナーの補給量予測値を精度良く算出することができない。すなわち、トナー補給量予測値の算出に用いられる補給速度は、粉体ポンプを用いて所定時間の補給駆動を行ったときのトナー補給量を所定時間で除して算出したものである。しかし、粉体ポンプが発生させる負圧は粉体ポンプを駆動開始してから上昇していくため、トナー補給の単位時間当りの補給量は一定ではなく、粉体ポンプの一回の補給駆動の駆動時間が短いほど単位時間あたりのトナー補給量を少なくなる。このように、粉体ポンプの一回の補給駆動時間の長短により、単位時間当りのトナー補給量が異なってくるため、補給速度と粉体ポンプの駆動時間の積ではトナー補給量予測値を精度良く算出することができない。

本出願人は、特願２００５−３４６０３６号（以下、先願と呼ぶ）において、トナーの補給に粉体ポンプを用いて画像形成装置について出願している。先願に記載の画像形成装置では、粉体ポンプを補給駆動させる一回の補給駆動時間を一定の駆動時間として、駆動回数によってトナー補給量予測値を算出している。なお、粉体ポンプを一定の駆動時間の駆動をさせたときのトナー補給量は実験などにより予め取得しておく。
このような構成であれば、粉体ポンプの一回の補給駆動時間の長短により、単位時間当りのトナー補給量が異なっていても、トナー補給量予測値を精度良く算出することができる。

しかしながら、粉体ポンプを搬送駆動させる一回の搬送駆動時間を一定の駆動時間としても、搬送駆動の駆動間隔によって、一回の搬送駆動での粉体搬送量にバラツキ生じることが分かった。以下、このバラツキについて、図８を用いて説明する。
図８は、粉体ポンプを搬送駆動させる一回の補給駆動時間を一定として駆動させた場合の、粉体ポンプのＯＮ‐ＯＦＦのタイミングと、粉体ポンプが負圧を発生させる空間の圧力変動との関係の概略を示すグラフである。
図８（ａ）は、駆動間隔ｔが比較的長い場合の概略を示すグラフであり、図８（ｂ）は、駆動間隔ｔが比較的短い場合の概略を示すグラフである。図８に示すように、粉体ポンプをＯＮすると粉体ポンプが発生させる負圧は上昇し始める。そして、一定の駆動時間の後、粉体ポンプをＯＦＦにすると、粉体ポンプが発生させた負圧はすぐにはなくならず、ある程度の時間をかけてなくなっていく。図８（ａ）にしめすように、駆動間隔ｔを十分に長くすると、各回の搬送駆動における粉体ポンプが発生させた負圧の大きさは同じように変動する。一方、図８（ｂ）に示すように、駆動間隔ｔを短くして、前の搬送駆動で粉体ポンプが発生させた負圧が無くなり切らない状態で、次の搬送駆動を行うと、ＯＮにしたときに残った大きさの負圧の状態から増加するように負圧の大きさが変動する。すなわち、一つ前の搬送駆動によって発生した負圧がなくなりきらないうちに、次の搬送駆動を開始すると、駆動間隔ｔが長い場合よりも全体的に負圧が大きい状態で圧力が変動する。このように、前回の搬送駆動に対する駆動間隔ｔによって負圧の大きさにバラツキが生じるため、一回の駆動時間が同じであっても、一回の搬送駆動による粉体搬送量にバラツキが生じる。そして、一回の搬送駆動による粉体搬送量にバラツキが生じているにもかかわらず、一回の搬送駆動による粉体搬送量を一定として、粉体搬送量予測値の算出を行うと、粉体搬送量予測値を精度良く算出することができない。

本発明は、以上の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、粉体ポンプを搬送駆動させる一回の搬送駆動時間を一定の駆動時間として、駆動回数によって粉体である補給用トナーの搬送量である粉体搬送量予測値を算出するもので、さらに精度良く粉体搬送量予測値を算出することができる粉体搬送装置、並びにこれを備える画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、粉体収容部内の粉体である補給用トナーに負圧を作用させ、該粉体を搬送先に搬送する粉体ポンプを備え、該粉体ポンプを搬送駆動させる一回の搬送駆動時間を一定の駆動時間として、駆動回数によって該粉体の搬送量の予測値である粉体搬送量予測値を算出する粉体搬送装置において、粉体ポンプの駆動間隔に応じて、該粉体搬送量予測値を補正する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の粉体搬送装置において、上記粉体ポンプの駆動間隔と閾値となる所定時間との大小関係により、上記粉体搬送量予測値を補正す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または２の粉体搬送装置において、設置環境に温度及び湿度を検出する温湿度検出手段を備え、該温湿度検出手段の検出結果に応じて上記粉体搬送量予測値を補正す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、２または３の粉体搬送装置において、上記粉体収容部は装置本体に対して着脱可能な粉体収容器であり、該粉体収容器は、上記粉体ポンプの累積駆動回数と上記粉体搬送量予測値とから算出される累積粉体搬送量予測値を記録する累積搬送量記録手段を備え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、２、３または４の粉体搬送装置において、上記粉体収容部は装置本体に対して着脱可能な粉体収容器であり、該粉体収容器は、上記粉体ポンプの最新の駆動時刻を記録する最新駆動時刻記録手段を備え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、２、３、４、または５の粉体搬送装置において、上記粉体ポンプは、駆動が入力されることによりスクリュ形状の回転体が回転することにより粉体収容部内の粉体に負圧を作用させるスクリュポンプであ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６の粉体搬送装置において、上記粉体ポンプが備える上記回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、該回転角度検出手段の検出結果である該回転体の実回転角度と、該粉体ポンプの一回の駆動に対して基準搬送量を得ることができる基準回転角度とを用いた以下の（１）式に基づいて上記粉体搬送量予測値を補正することを特徴とするものである。
一回の駆動の粉体搬送量予測値＝基準搬送量×（実回転角度）／（基準回転角度）・・・・・（１）
また、請求項８の発明は、粉体である補給用トナーを用いて記録体または転写部材の表面に画像を形成する画像形成部と、該補給用トナーを収容する補給用トナー収容部から補給用トナー搬送先である画像形成部へ該補給用トナーを搬送するトナー補給手段とを備えた画像形成装置において、該トナー補給手段として、請求項１、２、３、４、５、６又は７の粉体搬送装置を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記補給用トナー収容部として装置本体に対して着脱可能な補給用トナー収容器と、該補給用トナー収容器を着脱するときに開放する外装カバーとを有し、該補給用トナー収容器は、上記粉体ポンプの最新の駆動時刻を記録する最新駆動時刻記録手段を備え、該外装カバーを開放すると最新駆動時刻記録手段に該最新の駆動時刻値を記録することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項８または９の画像形成装置において、上記粉体搬送量予測値であるトナー補給量予測値に基づいて、上記補給用トナー収容部内のトナー残量を算出することを特徴とするものである。

上記請求項１乃至１０の粉体搬送装置においては、一回の搬送駆動の駆動時間を一定の駆動時間としているので、粉体ポンプの一回の駆動時間の長短による粉体搬送量のバラツキが生じない。さらに、駆動時間を一定とした一回の搬送駆動での実際の粉体搬送量のバラツキの原因となる粉体ポンプの駆動間隔に応じて、粉体搬送量予測値を補正する。これにより、搬送駆動の駆動間隔によって生じる実際の粉体搬送量のバラツキを鑑みた粉体搬送量予測値の算出を行うことができる。

請求項１乃至１０の発明によれば、搬送駆動の駆動間隔によって生じる実際の粉体搬送量のバラツキを鑑みた粉体搬送量予測値の算出を行うことにより、さらに精度良く粉体搬送量予測値を算出することができるという優れた効果がある。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタ２００という）の実施形態について説明する。
まず、プリンタ２００の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ２００を示す概略構成図である。図１において、プリンタ２００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成する画像形成部としての４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。
図２は、４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの一つの概略構成を示す拡大図である。
図２に示すように、プロセスユニット１は、像担持体であるドラム状の感光体２、ドラムクリーニング装置３、除電装置（不図示）、帯電装置４、現像装置５等を備えている。このプロセスユニット１は、プリンタ２００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。

帯電装置４は、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体２の表面を一様帯電せしめる。同図においては、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されながら、図中反時計回りに回転駆動される帯電ローラ６を感光体２に当接させることで、感光体２を一様帯電せしめる方式の帯電装置４を示した。帯電ローラ６の代わりに、帯電ブラシを当接させるものを用いてもよい。また、スコロトロンチャージャーのように、感光体２に対して非接触で帯電処理を施すものを用いてもよい。帯電装置４によって一様帯電せしめられた感光体２の表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザ光によって露光走査されて各色用の静電潜像を担持する。

現像装置５は、第１搬送スクリュウ７が配設された第１剤収容部８を有している。また、透磁率センサからなるトナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）９、第２搬送スクリュウ１０、現像ローラ１１、ドクターブレード１２などが配設された第２剤収容部１３も有している。これら２つの剤収容部内には、磁性キャリアとマイナス帯電性の各色のトナーとからなる図示しない各色現像剤が内包されている。第１搬送スクリュウ７は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、第１剤収容部８内の各色現像剤を図中手前側から奥側へと搬送する。そして、第１剤収容部８と第２剤収容部１３との間の仕切壁に設けられた図示しない連通口を経て、第２剤収容部１３内に進入する。第２剤収容部１３内の第２搬送スクリュウ１０は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、現像剤を図中奥側から手前側へと搬送する。搬送途中の現像剤は、第２剤収容部１３の底部に固定されたＴセンサ９によってそのトナー濃度が検知される。このようにして現像剤を搬送する第２搬送スクリュウ１０の図中上方には、図中反時計回りに回転駆動せしめられる非磁性パイプ１４内にマグネットローラ１５を内包する現像ローラ１１が平行配設されている。第２搬送スクリュウ１０によって搬送される現像剤は、マグネットローラ１５の発する磁力によって非磁性パイプ１４表面に汲み上げられる。そして、非磁性パイプ１４と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード１２によってその層厚が規制された後、感光体２と対向する現像領域まで搬送され、感光体２上の各色用の静電潜像にトナーを付着させる。この付着により、感光体２上にトナー像が形成される。現像によってトナーを消費した現像剤は、現像ローラ１１の非磁性パイプ１４の回転に伴って第２搬送スクリュウ１０上に戻される。そして、図中手前端まで搬送されると、図示しない連通口を経て第１剤収容部８内に戻る。

Ｔセンサ９による現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度と相関を示すため、Ｔセンサ９はトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧に応じて、後述するトナー補給装置を駆動させる。この駆動により、現像に伴ってトナーを消費してトナー濃度を低下させた現像剤に対して第１剤収容部８で適量のトナーが供給される。このため、第２剤収容部１３内の現像剤のトナー濃度が所定の範囲内に維持される。

感光体２上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト４１に中間転写される。ドラムクリーニング装置３は、中間転写工程を経た後の感光体２表面に残留したトナーを除去する。これによってクリーニング処理が施された感光体２表面は、図示しない除電装置によって除電される。この除電により、感光体２の表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。このような画像形成が各色用のプロセスユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおいて行われ、中間転写ベルト上に中間転写される。

プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中下方には、光書込ユニット２０が配設されている。潜像形成手段たる光書込ユニット２０は、画像情報に基づいて発したレーザ光Ｌを、各プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおける各感光体に照射する。これにより、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット２０は、光源から発したレーザ光Ｌを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー２１によって偏向せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに照射するものである。

光書込ユニット２０の図中下側には、第１給紙カセット３１、第２給紙カセット３２が鉛直方向に重なるように配設されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録体たる転写紙Ｐが複数枚重ねられた転写紙束の状態で収容されており、一番上の転写紙Ｐには、第１給紙ローラ３１ａ、第２給紙ローラ３２ａがそれぞれ当接している。第１給紙ローラ３１ａが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられると、第１給紙カセット３１内の一番上の転写紙Ｐが、カセットの図中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路３３に向けて排出される。また、第２給紙ローラ３２ａが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられると、第２給紙カセット３２内の一番上の転写紙Ｐが、給紙路３３に向けて排出される。給紙路３３内には、複数の搬送ローラ対３４が配設されたおり、給紙路３３に送り込まれた転写紙Ｐは、これら搬送ローラ対３４のローラ間に挟み込まれながら、給紙路３３内を図中下側から上側に向けて搬送される。

給紙路３３の末端には、レジストローラ対３５が配設されている。レジストローラ対３５は、転写紙Ｐを搬送ローラ対３４から送られてくる転写紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、転写紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。

各プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中上方には、中間転写体たる中間転写ベルト４１を張架しながら図中反時計回りに無端移動せしめる転写ユニット４０が配設されている。この転写ユニット４０は、中間転写ベルト４１の他、ベルトクリーニング装置４２、第１ブラケット４３、第２ブラケット４４などを備えている。また、４つの１次転写ローラ４５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、２次転写バックアップローラ４６、駆動ローラ４７、補助ローラ４８、テンションローラ４９なども備えている。中間転写ベルト４１は、これら８つのローラに張架されながら、駆動ローラ４７の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。４つの１次転写ローラ４５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト４１を感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト４１の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト４１は、その無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト４１上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

２次転写バックアップローラ４６は、中間転写ベルト４１のループ外側に配設された２次転写ローラ５０との間に中間転写ベルト４１を挟み込んで２次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対３５は、ローラ間に挟み込んだ転写紙Ｐを、中間転写ベルト４１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで、２次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト４１上の４色トナー像は、２次転写バイアスが印加される２次転写ローラ５０と２次転写バックアップローラ４６との間に形成される２次転写電界や、ニップ圧の影響により、２次転写ニップ内で転写紙Ｐに一括２次転写される。そして、転写紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト４１には、転写紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニング装置４２によってクリーニングされる。

２次転写ニップの図中上方には、加圧ローラ６１や定着ベルトユニット６２などを備える定着装置６０が配設されている。この定着装置６０の定着ベルトユニット６２は、定着ベルト６４を、加熱ローラ６３、テンションローラ６５、駆動ローラ６６によって張架しながら、図中反時計回りに無端移動せしめる。加熱ローラ６３は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包しており、定着ベルト６４を裏面側から加熱する。このようにして加熱される定着ベルト６４の加熱ローラ６３掛け回し箇所には、図中時計回りに回転駆動される加圧ローラ６１がおもて面側から当接している。これにより、加圧ローラ６１と定着ベルト６４とが当接する定着ニップが形成されている。

２次転写ニップを通過した転写紙Ｐは、中間転写ベルト４１から分離した後、定着装置６０内に送られる。そして、定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト６４によって加熱されたり、押圧されたりして、フルカラートナー像が定着せしめられる。

このようにして定着処理が施された転写紙Ｐは、排紙ローラ対６７のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部６８が形成されており、排紙ローラ対６７によって機外に排出された転写紙Ｐは、このスタック部６８に順次スタックされる。

転写ユニット４０の上方には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを収容する４つのトナーカートリッジ１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋが配設されている。トナーカートリッジ１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ内のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーは、それぞれプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの現像装置に適宜供給される。これらトナーカートリッジ１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとは独立してプリンタ本体に脱着可能である。

図３は４つのトナーカートリッジ１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうちの一つのトナーカートリッジ１００を示す斜視図である。また、図４は、トナーカートリッジ１００先端部を示す拡大断面図である。トナーカートリッジ１００は、図示しないトナーを収容するＰＥＴなどの材料で成形されたボトル状のボトル部１０１と、円筒状のホルダー部１０２とを備えている。ホルダー部１０２は、ボトル部１０１の先端に形成された図示しない開口を覆うようにボトル部１０１の先端部に係合しつつ、ボトル部１０１を回転自在に保持している。また、ホルダー部１０２の外壁には詳細は後述する不揮発性メモリ１０６を備えている。ボトル部１０１の内壁には、外側から内側に向けて突出する螺旋形状の突起１０３がその円周面に沿うようにエンボス加工されている。ボトル部１０１はギヤが一体にて形成されており、不図示の駆動ギヤによって駆動力が与えられる。ボトル部１０１とホルダー部１０２とはスナップフィットにより一体的に係合されている。そして、ボトル部１０１の先端面はホルダー部１０２に貼り付けられた発泡性ポリウレタン（発泡ＰＵＲ）などからなるシール部材１１８におしつけられる状態となり、トナー漏れを防ぐ構成となっている。

ボトル部１０１が回転すると、ボトル部１０１内のトナーが螺旋形状の突起１０３に沿ってボトル底側からボトル先端側に向けて移動する。そして、トナー収容器であるボトル部１０１の先端に設けられた図示しない開口を通って、円筒状のホルダー部１０２内のトナー貯留部１１４に流入する。そして、詳細は後述するトナー補給装置のトナー吸引部１０５にトナーが常に存在しているように、ボトル部１０１からトナーを供給する。
ボトル部１０１の駆動は、粉体ポンプ７０（図５参照）の作動と同期して５００［ｍｓｅｃ］回転するような制御仕様となっている。ボトル部１０１の回転数は４６［ｒｐｍ］である。トナーカートリッジはこれ以上の時間回転させても、トナー吸引部１０５付近にトナーを押し込む程の搬送力は無く、問題とはならない。しかし、ボトル部１０１はその先端がシール部材１１８に押し付けられた状態にて回転する構成となっているため、ボトル部１０１の先端とシール部材１１８との摺動によりシール部材１１８ちぎれなどが発生してしまう懸念がある。そこで、最低限必要な回転時間のみ回転させている。

トナーカートリッジ１００が後述するトナー補給装置のカートリッジ載置台にセットされる際には、まず、プリンタの筺体の側板に設けられた図示しない開閉扉としての外装カバーが開かれる。すると、筺体内のトナー補給装置のカートリッジ載置台が露出する。このカートリッジ載置台には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の４つのトナーカートリッジを並行載置するための半筒状の４つの窪みが並行に設けられている。作業者は、トナーカートリッジ１００を、そのホルダー部１０２が先頭に位置する姿勢で把持する。そして、カートリッジ載置台に設けられた半筒上の４つの窪みのうち、各色の窪みの端にホルダー部１０２を載せた後、カートリッジ全体を差し込むように、ボトル部回転軸線方向に沿ってスライド移動させる。このスライド移動により、トナーカートリッジ１００を、所定の位置まで押し込んで、カートリッジ載置台上にセットする。

次に、プリンタ２００が備える粉体搬送装置としてのトナー補給装置について説明する。図５は、トナー補給装置３００の概略説明図である。図５に示すように、トナー補給装置３００は、現像装置５の上方に粉体ポンプ７０を備えており、粉体ポンプ７０の作動により現像装置５内にトナーが供給される。
なお、カラー画像を形成する画像形成装置であるプリンタ２００は、４組の現像装置５Ｙ、Ｍ、Ｃ，Ｋに対して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーをそれぞれ補給する４つのトナー補給装置３００を備えている。

粉体ポンプ７０は、吸引型１軸偏芯スクリュウポンプ（通称 モーノポンプ）等を用いる。その構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュウ形状につくられたロータ７１、ゴム材料で内側が２条のスクリュウ形状に成形され、固定設置されるステータ７２、これらを包みかつ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで成形されたハウジング７３よりなる。また、ロータ７１の回転軸７４は駆動伝達部である補給クラッチ７５に接続されており、補給クラッチ７５を介して、駆動ギヤ７６ａの回転駆動が伝達される。ロータ７１の回転によりポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナーカートリッジ１００のトナー吸引部１０５からトナーを吸引することが可能となる。

トナー補給装置３００の駆動制御は、従来公知の現像剤濃度検知・制御方式を用いている。
図６は、トナー補給装置３００のブロック図である。トナー補給装置３００では、現像装置５の一部に設けられたＴセンサ９の検出結果が制御部３０１に送信される。そして検出結果に基づき現像装置５内のトナーとキャリアとの混合比の変化を検知し、トナー量が少ないと検知されると、制御部３０１が粉体ポンプ７０を駆動制御する。詳しくは、駆動ギヤ７６ａに駆動を伝達する駆動モータ７６と補給クラッチ７５とを制御することで、粉体ポンプ７０の回転軸７４に駆動が伝達し、回転軸７４が回転し粉体ポンプ７０が作動する。粉体ポンプ７０により現像装置５内に移送されてきたトナーがある一定量以上となるとＴセンサ９の検出信号によって、制御部３０１が駆動を遮断し粉体ポンプ７０の駆動を停止する。これ以外の方法として感光体２上のトナー像の反射濃度を検知し同様のトナー補給量を制御する方法等、従来周知の技術を転用することも可能である。
トナー補給経路を形成するトナー移送部材であるチューブ７８は、内径φ４〜１０［ｍｍ］のチューブ状で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（ex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、ナイロン等）を用いることが非常に有効である。

吸引されたトナーは、現像装置５の一部に設けられたトナー導入孔７７より、現像装置５内に落下し、さらに上述した第１搬送スクリュウ７及び第２搬送スクリュウ１０により現像部に移送される。２成分現像方式を用いた場合は、この移送行程中に補給されたトナー（吸引されたトナー）は現像装置５内の現像剤と撹拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量となる。

粉体ポンプ７０によりトナーを吸引搬送するためには、トナー吸引部１０５付近にトナーが常に存在していることが条件となる。トナー吸引部１０５付近にトナーを供給するトナーカートリッジ１００としては図３及び図４で示した収納容器の内壁に螺旋状の突起を有し、収納容器自身の回転によりトナーを容器先端へと搬送する形態が挙げられる。また、このような形態に限るものではない。例えば、トナーカートリッジ１００のトナー収容部内にコイルスプリングを具備している形態でトナー収容部、またはコイルスプリングが回転することでトナーを容器先端に搬送する形態などが挙げられる。

次に、トナー補給装置３００のトナー補給量予測値の算出方法について説明する。
トナー補給装置３００では、粉体ポンプ７０を補給駆動させる一回の補給駆動時間を一定の駆動時間（本実施形態では２００［ｍｓｅｃ］）として、粉体ポンプ７０の駆動回数により、トナーの補給量予測値を算出する。
トナー補給量予測値を算出するときには、予め実験データなどから粉体ポンプ７０の一回の補給駆動でのトナー補給量である基準搬送量としての基準補給量を把握しておく。そして、トナー補給装置３００が備える記憶手段である本体側メモリ３０２にこの基準補給量を記憶しておく。トナー補給装置３００でのトナー補給予測値の算出は、基準補給量を利用して実際の駆動回数からトナー補給予測量を算出するシステムである。このシステムを成立させるためには、トナーカートリッジ１００内のトナーを使い切る前に交換された場合なども考慮しなければならない。それに対して、トナー補給装置３００ではトナーカートリッジ１００に設けられた累積補給量予測値記録手段である不揮発性メモリ１０６に累積現像剤補給量予測値である累積トナー補給量予測量としてのトナー消費量のデータを常時書き込むことにより対応している。トナーを使い切る前にプリンタ２００から取り外されたトナーカートリッジ１００が、再度プリンタ２００に装着されると不揮発性メモリ１０６内のトナー消費量のデータが呼び出されトナー残量の検出に用いられる。なお、不揮発性メモリ１０６へのデータの書き込み及び不揮発性メモリ１０６からのデータの呼び出しには、プリンタ２００本体のカートリッジ載置に設けられた外部メモリ通信部３０３によって行われる。このように、トナーカートリッジ１００が備える不揮発性メモリ１０６にトナー消費量のデータを書き込むことによって、トナーを使い切る前に交換されても再びプリンタ２００に装着することによりトナー残量の検出を行うことができる。なお、トナーカートリッジ１００が備える不揮発性メモリ１０６に予め入力された総トナー量とトナー残量の差が所定の値を下回ったときにトナーエンドの検出が成される。

次に、本実施形態の特徴部について説明する。
図８を用いて説明したように、粉体ポンプ７０の特性として、駆動間隔が長い場合に比べて、駆動間隔が短い場合は減圧の機会が無いため発生する負圧の圧力が高くなる傾向にある。そして、総駆動時間が同じであってもそれぞれの場合でトナー補給量が異なることが判っている。そのため、粉体ポンプ７０の一回の補給駆動の駆動時間を２００［ｍｓｅｃ］と固定していても、駆動間隔が短い場合（０〜２［ｓｅｃ］間隔）のトナー補給量予測値と、駆動間隔が長い場合（２［ｓｅｃ］間隔以上）のトナー補給量予測値とを同じとして積算すると、トナーカートリッジ１００の一本分のトナー消費量では、算出した累積トナー補給予測量が実際の累積トナー補給量から大きく外れてしまうことになりかねない。

そこで、本実施形態のトナー補給装置３００では、２［ｓｅｃ］を閾値として、駆動間隔が短い場合（０〜２［ｓｅｃ］間隔）、駆動間隔が長い場合（２［ｓｅｃ］間隔以上）よりもトナー補給量予測値が大きくなるように補正する。これにより、トナー補給量予測値の精度を向上させている。具体的には、最新の粉体ポンプ７０の駆動時刻をトナー補給装置３００の本体側メモリ３０２に記憶させておき、粉体ポンプ７０の駆動がその時刻からどれほど経過したかにより補正値を変更する仕組みとなっている。

以下、トナー補給装置３００の粉体ポンプの駆動間隔に応じた、トナー補給量予測値の補正制御の１実施例について説明する。
図７は、トナー補給装置３００のトナー補給量予測値の補正制御を示すフローチャートである。
粉体ポンプ７０に駆動が入力されると、駆動開始時刻ｔ_ＯＮが算出され本体側メモリ３０２に書き込まれる（Ｓ１）。そして、本体側メモリ３０２が記憶している駆動停止時刻ｔ_Ｏｆｆと駆動開始時刻ｔ_ＯＮとによって、駆動間隔ｔを、ｔ＝ｔ_ＯＮ−ｔ_Ｏｆｆで算出する（Ｓ２）。算出した駆動間隔ｔが１０［ｍｉｎ］以上の場合（Ｓ３でＹ）、トナー補給量予測値Ｃ_１を基準補給量Ｃ_０に対してＣ_１＝０．９×Ｃ_０で算出する（Ｓ４）。一方、算出した駆動間隔ｔが１０［ｍｉｎ］未満（Ｓ３でＹ）、且つ、２［ｓ］以上（Ｓ５でＹ）の場合、トナー補給量予測値Ｃ_１を基準補給量Ｃ_０に対してＣ_１＝Ｃ_０で算出する（Ｓ６）。また、駆動間隔ｔが２［ｓ］未満（Ｓ５でＮ）の場合、トナー補給量予測値Ｃ_１を基準補給量Ｃ_０に対してＣ_１＝１．１×Ｃ_０で算出する（Ｓ７）。
そして、粉体ポンプ７０の駆動停止時刻ｔ_Ｏｆｆが算出され、本体側メモリ３０２に書き込まれる（Ｓ８）。そして、算出したトナー補給量予測値Ｃ_１を前回の補給駆動までの累積トナー補給量予測値Ｃに加えて、累積トナー補給量予測値Ｃを更新する（Ｓ９）。更新した累積トナー補給量予測値Ｃと不揮発性メモリ１０６に記憶されているトナーカートリッジ１００の総トナー量Ｃ_Ｅとを比較し、累積トナー補給量予測値Ｃが総トナー量Ｃ_Ｅ以上となった場合（Ｓ１０でＹ）、トナーエンド処理を行う（Ｓ１１）。また、累積トナー補給量予測値Ｃが総トナー量Ｃ_Ｅ未満であった場合（Ｓ１０でＮ）、通常の補正制御を繰り返す。

図７のフローチャートで、トナー補給量予測値Ｃ_１の算出に用いた、基準補給量Ｃ_０に乗じる補正値は予め実験結果から取得しておく。また、補正値をより多く設け、駆動間隔ｔの閾値を細かくすればするほど、トナー補給量予測値Ｃ_１の精度は向上する。
なお、トナー補給装置３００は、不図示の温湿度検出手段を備え、装置の設置環境が３２［℃］以上となれば、基準補給量Ｃ_０に基づいて算出したトナー補給量予測値Ｃ_１の値に、さらに０．９を乗じる等の補正を行う。また、湿度が所定の湿度以上の場合も同様の補正を行う。高温多湿の環境ではトナー流動性が低下するため、このように環境の変化に応じた補正を行うことにより、トナー補給量予測値Ｃ_１の精度は向上する。

また、トナー補給装置３００は、粉体ポンプ７０が備える回転体であるロータ７１の回転軸７４の回転角度が検出可能な回転角度検出手段としての不図示のエンコーダーを備えている。そして、実験により求めた粉体ポンプ７０の一回（２００［ｍｓｅｃ］）の駆動に対して基準補給量を得ることができる基準回転角度に対してのクラッチすべりなどのよるロス分やクラッチ停止時の連れ回り、モータの連結時間ロスなどの誤差分も補正している。すなわち、基準補給量に対して{（実回転角度）／（基準回転角度）}の値を乗じることにより、補正が行われる。

以上のような補正を行うことにより、単純な回転回数によるトナー補給量予測値の算出よりも精度の高いトナー補給量予測値の算出が可能となっている。
また、トナーカートリッジ１００に設けられた不揮発性メモリ１０６には、外装カバーの開閉時に最新の粉体ポンプ駆動時刻が記録される。これにより、トナーを使い切っていないトナーカートリッジ１００を脱着しても粉体ポンプ７０の駆動間隔は不明確となる事無く正確に補正値が決定される。なお、トナー消費量のデータは常時不揮発性メモリ１０６に書き込まれる。
なお、図７に示すフローチャートでは、駆動停止時刻ｔ_ｏｆｆを記憶しているが、１回の駆動時間は一定なので、駆動開始時刻ｔ_ｏｎのみを記憶し、最新の補給動作の駆動開始時刻ｔ_ｏｎと、前回の補給動作の駆動開始時刻ｔ_ｏｎとを比較し、駆動間隔ｔを算出しても良い。
累積トナー補給量予測値を記録しているが、累積回数を記録する構成であっても良い。このような場合、基準補給量に補正値を乗じる補正を要する駆動間隔の補給動作の回数は、通常は１回というカウントを、０．９回や１．１回というカウントに補正した値を累積回数として記録する。
また、本実施形態の粉体ポンプ７０の一回の補給駆動の駆動時間は一定として２００［ｍｓｅｃ］としているが、一定の駆動時間である一回の補給駆動の駆動時間をどれぐらいの長さにするかは、設定によって変更可能としても良い。
以上は粉体の中でも特に複写機などの画像形成装置に用いられる新規トナーを搬送し、補給するトナー補給装置について説明したが、本発明の特徴部を備えた粉体搬送装置としては、トナー補給装置に限るものではない。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為に、回収した残留トナーを再度現像装置に戻して現像剤としてリサイクルするためのトナーリサイクル機構が種々提案されている。本発明の粉体補給装置としては、粉体とてリサイクルトナーを搬送するリサイクル機構にも適用可能である。また、補給用現像剤がトナーである構成について説明したが、これに限らず、補給用トナーにキャリアを混合させた現像剤を補給する現像剤補給装置にも適用可能である。このように、補給用トナーにキャリアを混合させた現像剤を補給することにより、現像装置５内のキャリアを入れ替えることが可能となり、現像装置５内の現像剤の長寿命化を図ることができる。

以上、本実施形態によれば、粉体ポンプ７０を補給駆動させる一回の補給駆動時間を一定の駆動時間（２００［ｍｓｅｃ］）としているので一回の駆動時間の長短による粉体搬送量としてのトナー補給量のバラツキが生じない。さらに、一回の補給駆動時間を一定として駆動回数によってトナー補給予測値Ｃ_１を算出するもので、駆動時間を一定とした一回の補給駆動での実際のトナー搬送量のバラツキの原因となる粉体ポンプ７０の駆動間隔ｔの値に応じて、基準補給量Ｃ_０に対するトナー補給量予測値Ｃ_１を補正する。これにより、粉体ポンプ７０の補給駆動の駆動間隔ｔによって生じる実際のトナー補給量のバラツキを鑑みたトナー補給量予測値Ｃ_１の算出を行うことができ、さらに精度良くトナー補給量予測値を算出することができるという優れた効果がある。
また、粉体ポンプの駆動間隔ｔと閾値となる所定時間である１０［ｍｉｎ］や２［ｓｅｃ］との大小関係により、トナー補給量予測値を補正することにより、粉体ポンプ７０の駆動間隔ｔの値に応じたトナー補給量予測値の補正を実現することができる。
また、温湿度検出手段の検出結果に応じて、トナー補給量予測値を補正することにより、設置環境の変化によって変化するトナーの流動性に応じたトナーの補給量予測値の補正を行うことができる。
また、粉体収容器であるトナーカートリッジ１００が累積粉体搬送量予測値である累積トナー補給量予測値を記録する累積搬送量記録手段としての不揮発性メモリ１０６を備えることにより、トナーカートリッジ１００がトナー消費量の情報を備えているので、トナー消費量の情報の管理を確実に行うことができる。
また、トナーカートリッジ１００の不揮発性メモリ１０６が、最新駆動時刻記録手段として、粉体ポンプ７０の最新の駆動時刻を記録することにより、トナーを使い切っていないトナーカートリッジ１００を脱着しても粉体ポンプ７０の駆動間隔は不明確となる事無く正確に補正値が決定される。
また、粉体ポンプ７０がスクリュ形状の回転体であるロータ７１が回転することによりトナーに負圧を作用させるスクリュポンプであることによって、粉体ポンプ７０の占有スペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
また、ロータ７１の回転軸７４の実回転角度と、粉体ポンプ７０の一回の駆動に対して基準搬送量を得ることができる基準回転角度とによって、トナー補給量予測値を、基準補給量量×（実回転角度）／（基準回転角度）によって、算出することにより、クラッチすべりなどのよるロス分やクラッチ停止時の連れ回り、モータの連結時間ロスなどの誤差分も補正することができる。
また、画像形成装置のトナー補給手段としての、トナー補給装置３００を備えることにより、高精度なトナー補給量予測値を算出することができる。
また、トナーカートリッジ１００に設けられた不揮発性メモリ１０６には、外装カバーの開閉時に最新の粉体ポンプ駆動時刻が記録される。これにより、トナーを使い切っていないトナーカートリッジ１００を脱着しても粉体ポンプ７０の駆動間隔は不明確となる事無く正確に補正値が決定される。
また、算出したトナー補給量予測値に基づいて、トナーカートリッジ１００内のトナー残量を算出することにより、より正確にトナー残量を検出することができる。これにより、トナーエンド間際の画像かすれなどの不具合のないトナー補給装置３００を備えた画像形成装置としてのプリンタ２００を実現することができる。
また、トナー補給装置３００のトナーの代わりに、トナーとキャリアとを混合した現像剤を用いることにより、現像装置５内の現像剤中のキャリアを入れ替えることができ、現像剤の長寿命化を図ることができる。

実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 同プリンタのプロセスユニットを示す拡大構成図。 同プリンタのトナーカートリッジを示す斜視図。 同トナーカートリッジの先端部の拡大断面図。 同プリンタが備えるトナー補給装置の概略説明図。 同トナー補給装置のブロック図。 同トナー補給装置のトナー補給量予測値の補正制御を示すフローチャート。 粉体ポンプのＯＮ‐ＯＦＦのタイミングと、粉体ポンプによる圧力変動との関係の概略を示すグラフ。

符号の説明

１ プロセスユニット
２ 感光体
３ ドラムクリーニング装置
４ 帯電装置
５ 現像装置
６ 帯電ローラ
９ Ｔセンサ
４１ 中間転写ベルト
７０ 粉体ポンプ
７１ ロータ
７２ ステータ
７３ ハウジング
７４ 回転軸
７５ 補給クラッチ
７６ 駆動モータ
７６ａ 駆動ギヤ
１００ トナーカートリッジ
１０５ トナー吸引部
１０６ 不揮発性メモリ
２００ プリンタ
３００ トナー補給装置

Claims (10)

1. 粉体収容部内の粉体である補給用トナーに負圧を作用させ、該補給用トナーを搬送先に搬送する粉体ポンプを備え、
   該粉体ポンプを搬送駆動させる一回の搬送駆動時間を一定の駆動時間として、駆動回数によって該補給用トナーの搬送量の予測値である粉体搬送量予測値を算出する粉体搬送装置において、
   粉体ポンプの駆動間隔に応じて、該粉体搬送量予測値を補正することを特徴とする粉体搬送装置。
2. 請求項１の粉体搬送装置において、
   上記粉体ポンプの駆動間隔と閾値となる所定時間との大小関係により、上記粉体搬送量予測値を補正することを特徴とする粉体搬送装置。
3. 請求項１または２の粉体搬送装置において、
   設置環境に温度及び湿度を検出する温湿度検出手段を備え、該温湿度検出手段の検出結果に応じて上記粉体搬送量予測値を補正することを特徴とする粉体搬送装置。
4. 請求項１、２または３の粉体搬送装置において、
   上記粉体収容部は装置本体に対して着脱可能な粉体収容器であり、
   該粉体収容器は、上記粉体ポンプの累積駆動回数と上記粉体搬送量予測値とから算出される累積粉体搬送量予測値を記録する累積搬送量記録手段を備えることを特徴とする粉体搬送装置。
5. 請求項１、２、３または４の粉体搬送装置において、
   上記粉体収容部は装置本体に対して着脱可能な粉体収容器であり、
   該粉体収容器は、上記粉体ポンプの最新の駆動時刻を記録する最新駆動時刻記録手段を備えることを特徴とする粉体搬送装置。
6. 請求項１、２、３、４、または５の粉体搬送装置において、
   上記粉体ポンプは、駆動が入力されることによりスクリュ形状の回転体が回転することにより粉体収容部内の粉体である上記補給用トナーに負圧を作用させるスクリュポンプであることを特徴とする粉体搬送装置。
7. 請求項６の粉体搬送装置において、
   上記粉体ポンプが備える上記回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、
   該回転角度検出手段の検出結果である該回転体の実回転角度と、該粉体ポンプの一回の駆動に対して基準搬送量を得ることができる基準回転角度とを用いた以下の（１）式に基づいて上記粉体搬送量予測値を補正することを特徴とすることを特徴とする粉体搬送装置。
   一回の駆動の粉体搬送量予測値＝基準搬送量×（実回転角度）／（基準回転角度） ・・・・・（１）
8. 粉体である補給用トナーを用いて記録体または転写部材の表面に画像を形成する画像形成部と、
   該補給用トナーを収容する補給用トナー収容部から補給用トナー搬送先である画像形成部へ補給用トナーを搬送するトナー補給手段とを備えた画像形成装置において、
   該トナー補給手段として、請求項１、２、３、４、５、６又は７の粉体搬送装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８の画像形成装置において、
   上記補給用トナー収容部として装置本体に対して着脱可能な補給用トナー収容器と、
   該補給用トナー収容器を着脱するときに開放する外装カバーとを有し、
   該補給用トナー収容器は、上記粉体ポンプの最新の駆動時刻を記録する最新駆動時刻記録手段を備え、
   該外装カバーを開放すると最新駆動時刻記録手段に該最新の駆動時刻値を記録することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８または９の画像形成装置において、
    上記粉体搬送量予測値であるトナー補給量予測値に基づいて、上記補給用トナー収容部内のトナー残量を算出することを特徴とする画像形成装置。

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