JP2014191168A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化、低コスト化を図ることができるとともに、効率よくトナー補給を行うことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置が、感光体と、トナーを感光体に付着させて静電潜像を現像する複数の現像部と、被回転体が回転することにより、トナー収容部に収容されているトナーを、対応する現像部に補給する複数のトナー補給部と、被回転体の全部に対して接続された一つの駆動部と、現像部に残存するトナー残量を検出するトナー残量検出部と、トナー残量検出部の検出結果に基づいて複数のトナー補給部の中からトナー補給を行うべきものを判定し、トナー補給を行うべきトナー補給部が複数ある場合には、駆動部の駆動トルクとトナー補給部で被回転体を回転させるのに必要な駆動トルクを比較して、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求め、その組合せに従ってトナー補給動作を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、消費した分だけ現像装置にトナーを補給するトナー補給装置を備える画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）においては、画像データに基づくレーザー光が、帯電した感光ドラムに対して照射（露光）されることにより、感光体表面に静電潜像が形成される。そして、静電潜像が形成された感光ドラムに現像装置からトナーが供給されることにより、静電潜像が可視化されてトナー像が形成される。このトナー像が、直接又は中間転写ベルトを介して間接的に用紙に転写された後、定着部で加熱、加圧されることにより、用紙に画像が形成される。

特に、カラー対応の画像形成装置は、色成分（例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ））ごとに現像装置を備えており、それぞれの現像装置には、トナー消費量に応じて、トナー補給装置から自動的にトナーが補給されるようになっている。
トナー補給装置としては、例えば色成分ごとに設けられたトナー補給部と、トナー補給部を駆動するための駆動部（駆動モーター）を有するものがある。この種のトナー補給装置では、例えばトナー補給部のトナーボトル（被回転体）が駆動部によってボトル軸を中心に回転されることに伴い、トナーボトルに収容されていたトナーが所定量ずつ送出され、現像装置に供給される。

また、画像形成装置の小型化を図るべく、複数のトナー補給部におけるトナー補給動作を、一つの駆動モーターで実現できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００７−１６３６２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の画像形成装置では、複数のトナー補給部におけるトナー補給動作が同時に行われるわけではないので、複数のトナー補給部にそれぞれ駆動モーターを設けた場合に比較して、トナー補給に要する時間が長くなる。そして、トナー補給に要する時間が長くなり、現像装置内のトナー量が不足すると、安定した画質を維持するのが困難となり、画像形成装置の信頼性が低下する虞がある。
一方、すべての未使用のトナーボトルを同時に駆動可能な大容量・大出力の駆動モーターを適用すれば、一つの駆動モーターで複数のトナー補給部におけるトナー補給動作を同時に実現することができるが、駆動モーターのサイズが大きくなるため装置の小型化が阻害され、装置コストも高くなる。

本発明の目的は、装置の小型化、低コスト化を図ることができるとともに、効率よくトナー補給を行うことができる画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、感光体と、
前記感光体にトナーを付着させて静電潜像を現像する複数の現像部と、
被回転体が回転することにより、トナー収容部に収容されているトナーを、対応する前記現像部に補給する複数のトナー補給部と、
前記被回転体の全部に対して接続された一つの駆動部と、
前記現像部に残存するトナー残量を検出するトナー残量検出部と、
前記トナー残量検出部の検出結果に基づいて前記複数のトナー補給部の中からトナー補給を行うべきものを判定し、トナー補給を行うべきトナー補給部が複数ある場合には、前記駆動部の駆動トルクと前記トナー補給部で前記被回転体を回転させるのに必要な駆動トルクを比較して、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求め、その組合せに従ってトナー補給動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、装置の小型化、低コスト化を図ることができるとともに、効率よくトナー補給を行うことができる。

実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。 実施の形態に係る現像装置の一構成例を示す図である。 実施の形態に係るトナー補給装置の一構成例を示す図である。 実施の形態に係るトナー補給処理の一例を示すフローチャートである。 現像装置の他の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す図である。図２は、実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。
図１、２に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１には、ＣＭＹＫの４色に対応する感光ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向（鉛直方向）に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させる縦型タンデム方式が採用されている。
すなわち、画像形成装置１は、感光ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に転写（一次転写）し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに転写（二次転写）することにより、画像を形成する。

図１、２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０、及び制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

また、制御部１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピュータ）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１及び原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備える。
自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う（画像濃度制御）。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１及び中間転写ユニット４２等を備える。画像形成部４０によって形成される画像の書込範囲は予め設定される。

画像形成ユニット４１は、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の４つの画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋで構成される。画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有するので、図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素についての符号は省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光ドラム４１３は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。
電荷発生層は、電荷発生材料（例えばフタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光を受けて一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネート樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
制御部１００が感光ドラム４１３を回転させる駆動用モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光ドラム４１３は一定の周速度で回転する。

帯電装置４１４は、光導電性を有する感光ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。
露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光ドラム４１３の電荷発生層で発生した正電荷が電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成されることとなる。

現像装置４１２は、各色成分の現像剤（例えば、小粒径のトナーと磁性体とからなる二成分現像剤）を収容しており、感光ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。現像装置４１２の詳細については後述する。
ドラムクリーニング装置４１５は、感光ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２Ｋよりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光ドラム４１３に圧接されることにより、感光ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ｂ（以下「バックアップローラー４２３Ｂ」と称する）に対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、トナーと逆極性の電圧（転写バイアス）を一次転写ローラー４２２に印加することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。
その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、トナーと逆極性の電圧（転写バイアス）を二次転写ローラー４２４に印加することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用してもよい。

ベルトクリーニング装置４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接されるベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残存する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙の定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材６１、用紙の裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材６２、及び加熱源６３等を備える。ローラー式定着の場合は定着ローラーが定着面側部材６１となり（図１参照）、ベルト式定着の場合は定着ベルトが定着面側部材６１となる。また、ベルト式加圧の場合は加圧ベルトが裏面側支持部材６２となり（図１参照）、ローラー式加圧の場合は加圧ローラーが裏面側支持部材６２となる。定着面側部材６１に裏面側支持部材６２が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。定着器Ｆ内には、エアを吹き付けることにより、定着面側部材６１又は裏面側支持部材６２から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットを配置してもよい。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、第１の搬送部５３、及び第２の搬送部５４等を備える。
給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１１〜５１３には、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。

第１の搬送部５３は、中間搬送ローラー部５３１、ループローラー部５３２、及びレジストローラー部５３３を含む複数の搬送ローラー部を備える。第１の搬送部５３は、給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙Ｓを画像形成部４０（二次転写部）に搬送する。

第２の搬送部５４は、複数の搬送ローラー部が配置されたスイッチバック経路５４１及び裏面用搬送路５４２を備える。第２の搬送部５４は、用紙Ｓをスイッチバック経路５４１に一旦搬送した後、スイッチバックさせて裏面用搬送路５４２に搬送することにより用紙Ｓを反転させ、第１の搬送部５３（ループローラー部５３２の上流）に供給する。

給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙Ｓは、第１の搬送部５３によって画像形成部４０に搬送される。そして、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓの一方の面（表面）に一括して二次転写され、定着部６０において定着処理が施される。画像が形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

図３は、実施の形態に係る現像装置４１２の一構成例を示す図である。図４は、トナー補給装置ＴＳの一構成例を示す図である。
図３に示すように、現像装置４１２は、現像装置本体８０、現像装置本体８０にトナーを補給するトナー補給部９０、及び現像装置本体８０にキャリアーを補給するキャリアー補給装置（図示略）を備える。トナー補給装置ＴＳは、複数のトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋ、及び駆動モーター９６により構成される。
なお、図３に示す現像装置４１２の構成は一例であり、現像装置本体８０にトナー及びキャリアーが自動的に補給される構成であれば、特に制限されない。

現像装置４１２では、画像形成で消費されたトナーが補給されるとともに、現像容器８１内のキャリアーが少量ずつ入れ替えられるトリクル現像方式が採用される。トリクル機構としては、公知の循環オーバーフロー型や液面オーバーフロー型のものを適用できる。これにより、劣化したキャリアーが新しいキャリアーに入れ替わるので、現像容器８１内のトナーは常に均一に帯電される。したがって、プリント枚数や環境変化に左右されず安定した画質を実現することができる。

現像装置本体８０は、現像容器８１、攪拌搬送部材８２、８３、現像ローラー８４、現像剤規制部材８５、及びトナー濃度センサー８６等を備える。
現像容器８１には、現像剤の搬送方向上流側から下流側（図３では右側から左側）に向かって、攪拌搬送部材８２、攪拌搬送部材８３、現像ローラー８４が順に配置される。
現像容器８１は、現像剤を補給するための現像剤補給口８１ａ（図３では攪拌搬送部材８２の略上方）を有する。トナー補給部９０から補給されるトナーと、キャリアー補給装置（図示略）から補給されたキャリアーが混合され、現像剤補給口８１ａを介して現像容器８１に補給される。

攪拌搬送部材８２、８３は、軸方向に延びる攪拌スクリューで構成され、攪拌室内で現像剤を循環搬送しながら攪拌する。これにより、現像剤に含まれるトナーとキャリアーが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電する。ここでは、キャリアーは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。
正極性に帯電したキャリアーの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力により付着する。そして、現像剤は、攪拌搬送部材８３によって搬送される過程で、現像ローラー８４に供給される。

現像ローラー８４は、回転不能に固定された磁石体（図示略）と、磁石体の周囲に回転可能に配置された円筒状の搬送スリーブ（図示略）を有する、いわゆるマグネットローラーである。
現像ローラー８４の略上方には、現像ローラー８４から所定距離だけ離間して、現像剤規制部材８５が対向配置される。現像剤規制部材８５は、ステンレス鋼材等の磁性体で形成された板状の部材であり、現像ローラー８４と平行に延在する。

現像ローラー８４の磁石体は複数の磁極を有する。これらの複数の磁極によって搬送スリーブで現像剤を搬送するための磁界（磁力線）が形成される。
搬送スリーブに供給された現像剤は、磁石体によって形成された磁力線に沿って穂立ちし、いわゆる磁気ブラシを形成する。そして、現像剤は、搬送スリーブの回転に伴い反時計周りに搬送され、現像剤規制部材８５とのギャップを通過することで一定厚に規制される。
搬送スリーブに担持されたトナーが感光ドラム４１３に供給されることにより、感光ドラム４１３上の静電潜像が現像される。

トナー濃度センサー８６は、攪拌によってトナーとキャリアーが十分に混合されている領域（例えば現像容器８１の底部）に配置され、現像容器８１内のトナー濃度を検出する。二成分現像方式の現像装置４１２においては、現像剤のトナー濃度が、現像容器８１内のトナー残量を示す指標として用いられる。

トナー濃度センサー８６としては、例えば現像剤の透磁率を検出する透磁率センサーを適用できる。現像剤の透磁率と現像剤のトナー濃度の間には相関関係が成立するため、透磁率を示すトナー濃度センサー８６の出力電圧値に基づいて、現像剤のトナー濃度、すなわち現像容器８１内のトナー残量を把握することができる。なお、トナー濃度センサー８６として、光学式のセンサーを適用してもよい。

制御部１００は、トナー濃度センサー８６からの出力電圧値に基づいて、現像容器８１内のトナー残量が適正であるか否かを判断する。そして、制御部１００は、トナー残量が少ない場合にはトナー補給装置ＴＳに対して、現像装置本体８０にトナー補給を行うように指示する。

トナー補給装置ＴＳは、各色成分の現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに対応して設けられたトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋ、及び駆動モーター９６等を備える。
トナー補給部９０は、各色成分のトナーを収容するトナーボトル９１、及び駆動モーター９６の動力をトナーボトル９１に伝達する動力伝達部９３（シャフト、歯車など）等を備える。また、動力伝達部９３には、駆動モーター９６からトナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋへ向かう動力伝達経路を接続／分離し、動力の伝達をオン／オフする電磁クラッチ９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋが配置される。電磁クラッチ９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋのオン／オフ制御は、制御部１００によって行われる。

トナーボトル９１は、カップリング部材９２を介して、動力伝達部９３の一端側に配置される回転軸９５に接続される。トナーボトル９１は略円筒形状を有し、その内周面には螺旋状の突起（外周面側から見ると螺旋状の溝）が形成される。

駆動モーター９６はトナーボトル９１を回転駆動するための動力源であり、４つのトナー補給部９０に接続される。すなわち、各色成分のトナーの補給動作が、一つの駆動モーター９６の動力で行われる。駆動モーター９６の駆動制御は、制御部１００によって行われる。
駆動モーター９６には、未使用の４つのトナーボトル９１を同時に回転させることができない、駆動トルク（モーター出力）の小さいものが適用される。極端に言えば、駆動モーター９６は、未使用の１つのトナーボトル９１を回転させることができる程度の駆動トルクを有していればよい。

制御部１００は、駆動モーター９６を駆動させるとともに、電磁クラッチ９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋのオン／オフ制御を行うことによって、駆動モーター９６の動力をトナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋに選択的に伝達させる。これにより、特定の色成分のトナーだけが、対応する現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに同時に補給される。
具体的には、被回転体としてのトナーボルト９１自身がボトル軸周りに回転することにより、トナーボトル９１内のトナーが螺旋状の突起で補給口９２ａまで搬送され、送出される。制御部１００が駆動モーター９６の回転量を制御することにより、所定量のトナーが現像装置本体８０に補給される。

なお、被回転体としてのスクリューをトナーボトル９１内に挿入し、このスクリューを駆動モーター９６によって回転させることによりトナーボトル９１内のトナーが送出されるように構成してもよい。

トナー補給部９０からトナーが補給されることに伴い余剰となった現像剤（廃棄現像剤）は、現像装置本体８０の攪拌室の軸方向端部に形成された現像剤排出口８１ｂを介して、現像剤回収流路（図示略）へ排出される。

このように、実施の形態に係る画像形成装置１は、感光ドラム４１３（感光体）と、感光ドラム４１３にトナーを付着させて静電潜像を現像する複数の現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋ（現像部）と、トナーボトル９１（被回転体）が回転することにより、トナーボトル９１（トナー収容部）に収容されているトナーを、対応する現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに補給する複数のトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋと、トナーボトル９１の全部に対して接続された一つの駆動モーター９６（駆動部）と、現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに残存するトナー残量を検出するトナー濃度センサー８６Ｙ，８６Ｍ，８６Ｃ，８６Ｋ（トナー残量検出部）と、トナー補給装置ＴＳのトナー補給動作を制御する制御部１００と、を備える。

図５は、実施の形態に係るトナー補給処理の一例を示すフローチャートである。図５に示すトナー補給処理は、例えば、画像形成が開始されることに伴い、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２に格納されている所定のプログラムを実行することにより実現される。

図５に示すように、まず、ステップＳ１０１において、制御部１００は、現像容器８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋに設けられているトナー濃度センサー８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋから出力された出力電圧値（トナー濃度に相当）を取得する。

ステップＳ１０２において、制御部１００は、ステップＳ１０１で取得したトナー濃度に相当する出力電圧値に基づいて、トナー補給を行う必要があるか否かを判定する。具体的には、制御部１００は、それぞれのトナー濃度センサー８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋからの出力電圧値を、ＲＡＭ１０３に格納されている目標電圧値と比較することにより、現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋ内のトナー濃度が適正であるか否かを判定する。トナー濃度センサー８６からの出力電圧値が目標電圧値を下回っている場合には、トナー濃度が低い、すなわちトナー残量が少なく、トナーの補給が必要ということになる。

そして、制御部１００は、何れかの色成分のトナーを補給する必要があると判定した場合には、ステップＳ１０３に移行する。一方、制御部１００は、トナー補給を行う必要がないと判定した場合、すなわち全ての現像装置本体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋにおいてトナー残量が適正である場合には、トナー補給を行わず、ステップＳ１０７に移行する。

ステップＳ１０３において、制御部１００は、トナー補給を必要とする色成分が複数あるか否かを判定する。そして、制御部１００は、トナー補給を必要とする色成分が複数あると判定した場合にはステップＳ１０４に移行する。一方、制御部１００は、トナー補給を必要とする色成分が複数ない（単色である）と判定した場合にはステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０４において、制御部１００は、トナー補給を必要とするそれぞれの色成分について、トナーボトル９１を回転させるために必要な駆動トルクを算出する。制御部１００は、例えばトナーボトル９１内のトナー残量に基づいて、駆動トルクを算出する。トナーボトル９１内のトナー残量は、例えばトナーボトル９１内に配置された感圧式のトナー残量センサーの出力電圧値から求めることができる。また、トナーボトル９１内のトナー残量は、現像装置本体８０に補給したトナー量を積算しておき、トナーボトル９１の初期重量から減算して求めることもできる。

ステップＳ１０５において、制御部１００は、ステップＳ１０４で算出された個々の駆動トルクに基づいて、同時に補給可能な組合せを求める。トナーボトル９１を回転させるのに必要な駆動トルクの和が、駆動モーター９６の駆動トルク以下となる組合せが、同時に補給可能な組合せとなる。

同時に補給可能な組合せが複数ある場合には、例えばトナー補給を行う優先順位が上位のものを優先的に組み込んだ組合せが選択される。
トナー補給を行う優先順位は、例えば現像容器８１内のトナー残量、すなわちトナー濃度センサー８６からの出力電圧値に基づいて決定される。現像容器８１内のトナー残量が少ない程、トナー補給を行うべき優先順位が上位に設定される。

ここで、同時に補給可能な組合せについて説明する。以下においては、複数の色成分のトナーを同時に補給するトナー補給動作を「＋」を用いて表すこととする。例えば、「Ｙ＋Ｍ」は、ＹトナーとＭトナーを同時に補給するトナー補給動作を意味する。
Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色がトナー補給を必要とする場合、２色以上を同時に補給する組合せは１１通りある。さらに、トナー補給を行うべき優先順位がＹ→Ｍ→Ｃ→Ｋである場合は、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ」、「Ｙ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｃ」、「Ｙ＋Ｋ」の順で、優先順位が上位のものを優先的に組み込んだ組合せとなる。つまり、優先順位が上位のものから順に、できるだけ多くの色成分が含まれる組合せが、優先順位が上位のものを優先的に組み込んだ組合せである。

制御部１００は、例えば「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ」、「Ｙ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｃ」、「Ｙ＋Ｋ」の組合せについて、同時にトナー補給動作を行うのに必要な総駆動トルク（総負荷）を算出し、何れの組合せが同時にトナー補給可能であるかを求め、さらにその中で最上位の組合せを、トナー補給動作を行う組合せとして決定することになる。

具体例として、駆動モーター９６の駆動トルクを１０としたときに、トナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋを回転させるための駆動トルクがそれぞれ６、５、４、３である場合を考える。この場合、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ」、「Ｙ＋Ｃ＋Ｋ」の総駆動トルクは１０を超え、「Ｙ＋Ｃ」の総駆動トルクが１０以内となる。したがって、「Ｙ＋Ｃ」がトナー補給動作を行う組合せとなる。
また、駆動モーター９６の駆動トルクを１０としたときに、トナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋを回転させるための駆動トルクがそれぞれ５、４、２、１である場合を考える。この場合、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ」の総駆動トルクは１０を超え、「Ｙ＋Ｍ＋Ｋ」の総駆動トルクが１０以内となる。したがって、「Ｙ＋Ｍ＋Ｋ」がトナー補給動作を行う組合せとなる。
また、駆動モーター９６の駆動トルクを１０としたときに、トナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋを回転させるための駆動トルクがそれぞれ４、３、２、１である場合を考える。この場合は、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」の総駆動トルクが１０以内となるので、「Ｙ＋Ｍ＋Ｃ＋Ｋ」がトナー補給動作を行う組合せとなる。

なお、ステップＳ１０４、Ｓ１０５では、トナーボトル９１を回転させるための駆動トルクを実際に算出する必要はなく、同時に補給可能な組合せを求めることができれば、その手法は特に制限されない。また、優先順位が上位のものを優先的に組み込んだ組合せを決定するための手法も、上述した手法に限定されない。

ステップＳ１０６において、制御部１００は、トナー補給を行う色成分については対応する電磁クラッチ９４をオン（接続）とし、トナー補給を行わない色成分については対応する電磁クラッチ９４をオフ（分離）とした状態で、駆動モーター９６を所定時間だけ駆動させる。これにより、所望の色成分のトナーが所定量だけ補給される。トナー補給を行わない色成分には、トナー補給が必要ない色成分と、トナー補給が必要であるが同時補給不能である色成分が含まれる。

トナー補給が必要な色成分が１つである場合は（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、その色成分のトナーが補給される。また、トナー補給が必要な色成分が複数である場合は（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、ステップＳ１０５で決定された組合せに従ってトナーが補給される。この場合は、トナー補給が必要であるが同時補給不能である色成分のトナーは、今回のトナー補給処理では補給されないことになる。

ステップＳ１０７において、制御部１００は、一連の画像形成処理が終了したか否かを判定する。一連の画像形成処理とは、画像形成を指示する信号（例えば印刷ジョブ）により設定された枚数だけ画像形成を行う処理である。そして、制御部１００は、一連の画像形成処理が終了したと判定した場合にはトナー補給処理を終了し、一連の画像形成処理が終了していないと判定した場合にはステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

なお、図５に示すトナー補給処理は、画像形成装置１の電源投入に伴い開始され、画像形成装置１の電源遮断に伴い終了されるようにしてもよい。

このように、制御部１００は、トナー濃度センサー８６（トナー残量検出部）の検出結果に基づいて複数のトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋの中からトナー補給を行うべきものを判定し（図５のステップＳ１０２）、トナー補給を行うべきトナー補給部９０が複数ある場合には、駆動モーター９６（駆動部）の駆動トルクとトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋでトナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ（被回転体）を回転させるのに必要な駆動トルクを比較して、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求め、その組合せに従ってトナー補給装置ＴＳにおけるトナー補給動作を制御する。

画像形成装置１によれば、トナー補給が必要な色成分が複数ある場合は可能な限り多くの色成分が同時に補給されるので、駆動トルクの小さい駆動モーター９６を適用しても、効率よくトナーを補給することができる。したがって、画像形成装置１によれば、装置の小型化、低コスト化、さらには省電力化を図ることができるとともに、効率よくトナー補給を行うことができる。

また、トナー補給を行うべき優先順位が上位のもの、例えば現像容器８１内のトナー残量が少ない色成分が優先してトナー補給時の組合せに組み込まれるので、現像装置本体８０のトナー濃度が低い状態が早期に解消され、トナー不足による画質の低下を防止することができる。したがって、安定した画質を維持できる、信頼性の高いが像形成装置が提供される。なお、直近の所定時間におけるトナー減少率が高い順に、優先順位を上位としてもよい。

［変形例］
図６は、現像装置４１２の他の一例を示す図である。
図６に示すように、変形例に係る現像装置４１２では、トナーボトル９１から送出されたトナーは、一時的にサブホッパー８７に貯蔵された後、現像容器８１に補給される。すなわち、現像装置本体８０（現像部）は、第１のトナー貯蔵部としてのサブホッパー８７と、第２のトナー貯蔵部としての現像容器８１とを有する。また、トナー残量検出部としてのトナー残量センサー８８は、サブホッパー８７に配置される。トナー残量センサー８８には、例えば感圧式、又は光学式のセンサーを適用することができる。

この場合、現像容器８１のトナー残量が少なくなると、サブホッパー８７から現像容器８１に所定量のトナーが補給される。そして、現像容器８１へのトナー補給によりサブホッパー８７のトナー残量が少なくなると、トナー補給部９０からサブホッパー８７に対して所定量のトナーが補給される。

しがって、トナー補給動作処理は、図５に示すフローチャートに従って行われるが、制御部１００は、サブホッパー８７に配置されたトナー残量センサー８８の検出結果に基づいて、複数のトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋの中からトナー補給を行うべきものを判定することになる（図５のステップＳ１０１、Ｓ１０２）。

また、制御部１００は、トナー補給を行うべきトナー補給部９０が複数ある場合には、駆動モーター９６（駆動部）の駆動トルクとトナー補給部９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋでトナーボトル９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ（被回転体）を回転させるのに必要な駆動トルクを比較して、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求め、その組合せに従ってトナー補給装置ＴＳにおけるトナー補給動作を制御する。これにより、サブホッパー８７には、一定量のトナーが保持される。

このように、サブホッパー８７を備えた画像形成装置１によれば、トナーボトル９１が空になってもサブホッパー８７にトナーが貯蔵されているので、トナー不足により画質の低下が生じる前に、トナーボトル９１の交換作業等のメンテナンスを行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、トナー補給の要否を判定するための現像装置本体８０のトナー残量を、プリント履歴から算出（推測）するようにしてもよい。
また、本発明を一成分現像方式の現像装置を備える画像形成装置に適用した場合は、現像容器に残存するトナー残量は、感圧式又は光学式のトナー残量センサーで構成される。
また例えば、トナー補給を行うべき色成分が複数ある場合に、同時に補給可能な色成分が多くなる組合せでトナー補給が行われるようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置
１０ 画像読取部
２０ 操作表示部
３０ 画像処理部
４０ 画像形成部
５０ 用紙搬送部
６０ 定着部
８０ 現像装置本体
９０ トナー補給部
９１ トナーボトル
９２ カップリング部材
９３ 動力伝達部
９４ 電磁クラッチ
９５ 回転軸
９６ 駆動モーター
１００ 制御部
４１２ 現像装置
ＴＳ トナー補給装置

Claims (6)

1. 感光体と、
   前記感光体にトナーを付着させて静電潜像を現像する複数の現像部と、
   被回転体が回転することにより、トナー収容部に収容されているトナーを、対応する前記現像部に補給する複数のトナー補給部と、
   前記被回転体の全部に対して接続された一つの駆動部と、
   前記現像部に残存するトナー残量を検出するトナー残量検出部と、
   前記トナー残量検出部の検出結果に基づいて前記複数のトナー補給部の中からトナー補給を行うべきものを判定し、トナー補給を行うべきトナー補給部が複数ある場合には、前記駆動部の駆動トルクと前記トナー補給部で前記被回転体を回転させるのに必要な駆動トルクを比較して、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求め、その組合せに従ってトナー補給動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、トナー補給を行うべき優先順位が上位のものを優先して前記組合せに組み込むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記現像部のトナー残量が少ない程、トナー補給を行うべき優先順位を高く設定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記トナー収容部に残存するトナー残量に基づいて、同時にトナー補給を行うことができる組合せを求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記複数のトナー補給部は、前記駆動部の動力を前記被回転体に伝達する動力伝達部を有し、
   前記制御部は、前記動力伝達部の動作を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記現像部は、前記トナー収容部から送り出されたトナーを一時的に収容する第１のトナー貯蔵部と、
   前記第１のトナー貯蔵部から供給されたトナーを貯蔵する第２のトナー貯蔵部と、を有し、
   前記トナー残量検出部は、前記第１のトナー貯蔵部に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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