JP2009116120A - トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転するトナー容器からトナーを補給する構成を有し、トナー容器又はトナー容器を駆動するモータの回転特性を計測するだけでトナー容器内のトナー残量を精度良く検出し、検出されたトナー残量をユーザが認知可能とするトナー補給装置及びこれを搭載する画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】像担持体２４上の潜像を現像器５のトナーで現像する画像形成装置に搭載され、かつ前記現像器にトナーを補給するトナー補給装置において、回転する支持体３２と、該支持体３２を回転させるモータ３５と、該支持体３２により着脱可能に支持されて回転するトナー容器３１と、前記トナー容器３１の回転駆動状態を計測して検出する検出手段３８と、該検出手段３８による検出結果に基づいて前記トナー容器３１内のトナー残量を判定する制御手段と、を有するトナー補給装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置に使用するトナー補給装置及びこれを搭載する画像形成装置に関するものである。

一般的な複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置などの粉体トナーを使用する電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラム等の像担持体を均一に露光した後、画像データに応じて感光体ドラムを露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像して感光体ドラム上にトナー像を形成する。そして、このトナー像を記録媒体である転写紙に転写した後、定着装置でトナー像を転写紙へ定着して排紙トレイへ排紙する。
このような画像形成装置では、現像装置へのトナー補給は現像装置とは別に設けられたトナーボトルやトナーカートリッジから行われており、トナーボトルやトナーカートリッジから現像装置へ必要に応じてトナー補給が行われている。画像の種類や出力される枚数などによってトナーの消費量は異なっているため、必要に応じてユーザがトナーボトルやトナーカートリッジを交換する必要がある。
しかし、トナーボトルやトナーカートリッジの交換タイミングをユーザに知らせるためには正確にトナー残量を検出する必要があるが、正確に検出する方法はなく、トナーがなくなる直前にようやくユーザへ知らせる程度のことしかできていないため、突然のトナー切れなどの問題が存在している。
かかるトナーボトルやトナーカートリッジからのトナー補給の前にトナーの残量を算出又は検出する種々の技術が、従来から提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

特許文献１では、トナーボトル内のトナーの残量によって、トナーボトルの回転負荷が変化し、回転速度が変化する。その変化に基づいてトナー残量を算出する構成を開示している。
特許文献２では、トナーボトル又はトナーボトルを駆動するモータの回転回数を計数して、その計数結果に基づいてトナーボトル内のトナー残量を演算する構成を開示している。
特許文献３では、トナー容器を任意のばねで持ち上げる構成とし、トナー容器内のトナー量が所定の量より少なくなるとばねの作用によってトナー容器が持ち上げられることでトナー容器内のトナー量の減少を検出する構成を開示している。
特許文献４では、トナーホッパー内に設けられた残量検出センサでトナーの残量を検出する構成を開示している。
特許文献５では、感光体に形成したパターンのトナー濃度を検出するセンサの出力が基準値を超えた時、トナー無し、と判断してトナー補給表示を点滅させると共に複写機の動作を停止させ、その後、トナー容器の交換を求める構成を開示している。
特許第３６４３２８６号 特開２００５−１４８２３８公報 特開２００６−１９５２３２公報 特開２００３−６６７０６公報 特開平８−１６０７３２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、トナーボトル内のトナーの残量によって変化する、トナーボトルの回転負荷又は、回転速度の変化に基づいてトナー残量を算出するが、トナーボトル内での攪拌状態によりトナーの流動性が変化した場合にはトナーボトルを回転させる負荷変動は全く予想がつかず、回転速度の変化も不規則になってしまい、計測が難しいという欠点がある。
また、プロセスの必要性からトナーボトルの回転量を一定にする、又はトナーボトルを駆動する駆動源であるモータの種類によっては若干の負荷変動によらず一定回転のみを行なうモータである場合は、トナー残量による速度変動が発生しないため、トナー残量を計測する事ができないという欠点がある。
特許文献２の構成では、トナーボトル又はトナーボトルを駆動するモータの回転回数を計数して、その計数結果に基づいてトナーボトル内のトナー残量を演算しているが、トナーボトル又はモータの回転数とトナーの搬送量は或る程度の相関はあるものの、バラツキが非常に大きく、正確に回転回数を計測したとしても、正確なトナー残量を求めることにはならないという欠点がある。

特許文献３の構成では、トナー容器を任意のばねで持ち上げる構成とし、トナー容器内のトナー量が所定の量より少なくなるとばねの作用によってトナー容器が持ち上げられることでトナー容器内のトナー量の減少を検出する構成しているが、ばねの力による検出方法であるために、トナーの段階的な減少を検出するためには同じ機構を複数設けなくてはならないという欠点がある。
特許文献４の構成では、トナーホッパー内に設けられた残量検出センサでトナーの残量を検出する構成としているが、トナーホッパー内のトナー量が少ないと、検出された時にはトナー容器内のトナーはすでに空になっており、トナー濃度が極端に低下した画像が形成されるという欠点がある。
特許文献５の構成では、感光体に形成したパターンのトナー濃度を検出するセンサの出力が基準値を超えた時、トナー無しと判断してトナー補給表示を点滅させるとともに複写機の動作を停止させ、その後、トナー容器の交換を求める構成としているが、トナー濃度が薄いことが検出された時は、トナー容器のトナーは既に空になっており、現像装置内のトナーも極端に不足して、トナー濃度の低い画像を形成してしまうという欠点がある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、回転するトナー容器からトナーを補給する構成を有し、トナー容器又はトナー容器を駆動するモータの回転特性を計測するだけでトナー容器内のトナー残量を精度良く検出し、検出されたトナー残量をユーザが認知可能とするトナー補給装置及びこれを搭載する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体上の潜像を現像器のトナーで現像する画像形成装置に搭載され、かつ前記現像器にトナーを補給するトナー補給装置において、回転する支持体と、該支持体を回転させるモータと、該支持体により着脱可能に支持されて回転するトナー容器と、前記トナー容器の回転駆動状態を計測して検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて前記トナー容器内のトナー残量を判定する制御手段と、を有することを特徴とするトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記検出手段が、前記トナー容器の回転起動時の駆動状態を検出することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記検出手段が、前記トナー容器の回転停止時の駆動状態を検出することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置を特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記トナー容器の回転速度又は回転変位を算出するために、前記トナー容器と一体となって回転する等間隔パターンを有する被検出部と、前記等間隔パターンを検出する検出部とから構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記等間隔パターンは、等間隔で配置された複数の線状体からなり、前記制御手段は前記検出部が連続する所定本数の線状体を検出した結果に基づいて、前記トナー容器の回転駆動状態を計測することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記トナー容器の回転加速度を計測するために、前記トナー容器と一体となって回転する部分又は接触する部分に設けられた加速度センサを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記被検出部として前記トナー容器の外装部分を用いることを特徴とする請求項６記載のトナー補給装置を特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、前記被検出部又は、前記加速度センサは、前記トナー容器を駆動する駆動源であるモータに設けられ、該モータの回転速度、回転変位又は回転加速度を計測することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記駆動状態の計測は、前記トナー容器を駆動する駆動源であるモータの駆動電圧又は駆動電流を計測することであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトナー補給装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項記載のトナー補給装置を搭載することを特徴とする画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、検出したトナー残量結果に基づいて、トナー残量をユーザに伝える表示部を有する請求項１０記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、像担持体上の潜像を現像器のトナーで現像する画像形成装置に搭載し、かつ前記現像器にトナーを補給し、回転する支持体と、該支持体を回転させるモータと、該支持体により着脱可能に支持されて回転するトナー容器と、前記トナー容器の回転駆動状態を計測して検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて前記トナー容器内のトナー残量を判定する制御手段と、を有するので、前記トナー容器の回転起動時又は停止時の駆動状態を計測し、前記トナー容器内のトナー残量を検出することにより、安定して精度良くトナー残量を検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を適用し得る画像形成装置であるカラー複写機の構成を示す概略図である。カラー複写機３０において、像担持体としての転写体は、閉ループ状のＰＩ基材の中間転写ベルト１である。
この中間転写ベルト１は、３本のローラによって支持され、駆動モータ（図示せず）によって矢印Ａ方向に回動する。３本のローラはそれぞれ駆動モータから駆動が伝達されて駆動する駆動ローラ２、中間転写ベルト１にテンションを与える対向ローラ４、連れ回りする従動ローラ３とから構成されている。
中間転写ベルト１を含む中間転写ユニット２３には、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色の感光体ドラム２４〜２７が隣接している。カラー複写機３０は、さらに、帯電器及び露光手段としての露光光学系及び現像器を含む感光体ドラムユニット５〜８、転写バイアスを印加する転写器１８〜２１、記録媒体である転写紙へ転写する２次転写ローラ１２、ゴム等をブレード状に形成した中間転写ベルトクリーニング手段１７を備えている。

感光体ドラム２４〜２７を含む感光体ドラムユニット５〜８において、露光光学系はレーザ駆動回路により階調変換手段からの各色の画像信号を順次に光強度変調やパルス幅変調をして、その変調信号で半導体レーザを駆動することにより露光光線を得て、この露光光線により感光体ドラム２４〜２７を走査して感光体ドラム２４〜２７上に各色の画像信号に対応する静電潜像を順次に形成する。
また、各現像器は、それぞれの現像色に対応したトナーを収納しており、感光体ドラム２４〜２７上の各色の画像信号に対応した静電潜像に応じたタイミングで感光体ドラム２４〜２７上の静電潜像をトナーにより現像して各色の画像とすることで４色重ねの画像によるフルカラー画像を形成する。
形成されたフルカラー画像は中間転写ベルト１を挟んで設けられた転写器１８〜２１に転写バイアスを印加することで感光体ドラム２４〜２７上から中間転写ベルト１上へと転写される。また、中間転写ベルトクリーニング手段１７は、常に中間転写ベルト１上に接しており、中間転写ベルト１上の残トナーを取り除いている。

中間転写ベルトクリーニング手段１７は、中間転写ベルト１をクリーニングする時のみ中間転写ベルト１に接し、中間転写ベルト１から記録媒体である転写紙Ｐに転写されずに残ったトナーを除去する。転写紙Ｐは、転写紙カセット９から給紙ローラ１０により１枚ずつ転写紙搬送路１１に送り出される。
転写手段としての２次転ローラ１２は、中間転写ベルト１上のフルカラー画像を転写紙Ｐに転写し、中間転写ベルト１上のフルカラー画像を転写紙Ｐに転写するための転写バイアスを２次転ローラ１２に印加し、転写紙Ｐにフルカラー画像を転写する。
定着器１５は、内部に熱源を有するヒートローラ１３と、加圧ローラ１４とから構成され、転写紙Ｐ上に転写されたフルカラー画像をヒートローラ１３と加圧ローラ１４との転写紙挟持回転に伴い圧力と熱を転写紙Ｐに加えてこの転写紙Ｐにフルカラー画像を定着させてフルカラー画像を形成する。

以上のように構成された本発明の実施の形態のカラー複写機３０について、以下、その動作を説明する。ここで、静電潜像の現像は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順で行なわれるものとして説明を進める。
感光体ドラムユニット８において、感光体ドラム２７は、駆動源（図示せず）により、駆動されており、この状態で、まず、帯電器（図示せず）に数ｋＶ程度の高電圧が電源装置（図示せず）から印加される。
帯電器が感光体ドラム２７の表面を一様に数百Ｖ程度に帯電させ、感光体ドラム２７に露光光学系からブラックの画像信号に対応したレーザビームの露光光線が照射され、感光体ドラム２７は露光光線が照射された部分の電荷が消えて静電潜像が形成される。

一方、ブラック現像器は所定のタイミングで感光体ドラム２７に当接される。ブラック現像器内のブラックトナーは負の電荷が予め与えられており、感光体ドラム２７上の露光光線の照射により電荷が無くなった部分（静電潜像部分）にのみブラックトナーが付着し、いわゆる、ネガポジプロセスによる現像が行なわれる。
ブラック現像器により感光体ドラム２７の表面に形成されたブラックトナー像は、感光体ドラム２７と中間転写ベルト１が接し、転写器２１に転写バイアスが印加されることで感光体ドラム２７上から中間転写ベルト１へ転写される。
感光体ドラム２７から中間転写ベルト１に転写されなかった残留トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１７により除去され、さらに除電器（図示せず）によって感光体ドラム２７上の電荷が除去される。

感光体ドラムユニット７において、感光体ドラム２６は、駆動源（図示せず）により駆動されており、この状態で、まず、帯電器に数ｋＶ程度の高電圧が電源装置から印加される。
帯電器が感光体ドラム２６の表面を一様に数百Ｖ程度に帯電させ、感光体ドラム２６に露光光学系からシアンの画像信号に対応したレーザビームの露光光線が照射され、感光体ドラム２６は露光光線が照射された部分の電荷が消えて静電潜像が形成される。
一方、シアン現像器は所定のタイミングで感光体ドラム２６に当接される。シアン現像器内のシアントナーは負の電荷が予め与えられており、感光体ドラム２６上の露光光線の照射により電荷が無くなった部分（静電潜像部分）にのみシアントナーが付着し、いわゆる、ネガポジプロセスによる現像が行なわれる。
シアン現像器により感光体ドラム２６の表面に形成されたシアントナー像は、感光体ドラム２６と中間転写ベルト１が接し、転写器２０に転写バイアスが印加されることで感光体ドラム２６上から中間転写ベルト１へ転写される。
感光体ドラム２６から中間転写ベルト１に転写されなかった残留トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１７により除去され、さらに除電器によって感光体ドラム２６上の電荷が除去される。

感光体ドラムユニット６において、感光体ドラム２５は、駆動源（図示しない）により駆動されており、この状態で、まず、帯電器に数ｋＶ程度の高電圧が電源装置から印加される。
帯電器が感光体ドラム２５の表面を一様に数百Ｖ程度に帯電させ、感光体ドラム２５に露光光学系からマゼンタの画像信号に対応したレーザビームの露光光線が照射され、感光体ドラム２５は露光光線が照射された部分の電荷が消えて静電潜像が形成される。
一方、マゼンタ現像器は所定のタイミングで感光体ドラム２５に当接される。マゼンタ現像器内のマゼンタトナーは負の電荷が予め与えられており、感光体ドラム２５上の露光光線の照射により電荷が無くなった部分（静電潜像部分）にのみマゼンタトナーが付着し、いわゆる、ネガポジプロセスによる現像が行なわれる。
シアン現像器により感光体ドラム２５の表面に形成されたマゼンタトナー像は、感光体ドラム２５と中間転写ベルト１が接し、転写器１９に転写バイアスが印加されることで感光体ドラム２５上から中間転写ベルト１へ転写される。感光体ドラム２５から中間転写ベルト１に転写されなかった残留トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１７により除去され、さらに除電器によって感光体ドラム２５上の電荷が除去される。
さらに、感光体ドラムユニット５において、感光体ドラム２４は、駆動源（図示せず）により駆動されており、この状態で、まず、帯電器に数ｋＶ程度の高電圧が電源装置から印加される。

帯電器が感光体ドラム２４の表面を一様に数百Ｖ程度に帯電させ、感光体ドラム２４に露光光学系からイエローの画像信号に対応したレーザビームの露光光線が照射され、感光体ドラム２４は露光光線が照射された部分の電荷が消えて静電潜像が形成される。
一方、イエロー現像器は所定のタイミングで感光体ドラム２４に当接される。イエロー現像器内のイエロートナーは負の電荷が予め与えられており、感光体ドラム２４上の露光光線の照射により電荷が無くなった部分（静電潜像部分）にのみイエロートナーが付着し、いわゆる、ネガポジプロセスによる現像が行なわれる。
イエロー現像器により感光体ドラム２４の表面に形成されたイエロートナー像は、感光体ドラム２４と中間転写ベルト１が接し、転写器１８に転写バイアスが印加されることで感光体ドラム２４上から中間転写ベルト１へ転写される。
感光体ドラム２４から中間転写ベルト１に転写されなかった残留トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１７により除去され、さらに、除電器によって感光体ドラム２４上の電荷が除去される。

中間転写ベルト１上に形成された４色フルカラー画像は、駆動ローラ２と２次転ローラ１２の転写部まで搬送される。２次転ローラ１２には数ｋＶ程度の高電圧が電源装置から印加されることで、記録媒体カセット９から転写紙搬送経路１１に沿って搬送されてきた転写紙Ｐへ一括して転写される。
続いて、転写紙Ｐは定着器１５に送られ、ここでヒートローラ１３と加圧ローラ１４とによる挟持圧、ヒートローラ１３の熱によってフルカラー画像が定着されて排紙ローラ１６により排紙トレイ２８へ排出される。
また、中間転写ベルト１から２次転写で転写紙Ｐ上へ転写されなかった中間転写ベルト１上の残留トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１７により除去される。中間転写ベルトクリーニング手段１７は、常に中間転写ベルト１に接しており、転写されずに残った残留トナーを除去している。以上の一連の動作によって１枚分のフルカラー画像形成が終了する。

図１には図示してないが、カラー複写機では、フルカラー画像を形成するために、感光体ドラム上の潜像を現像する現像器にトナーを補給するトナー補給装置と、このトナー補給装置の駆動を制御する補給駆動制御手段とを備え、前記トナー補給装置が支持体に対して着脱可能に構成されたトナー容器を前記支持体で支持しながら回転させて、前記トナー容器内のトナーを開口部から排出して前記現像器に補給するように構成している。
このようなカラー複写機において、わずか１色のトナーがなくなった場合であっても、望まれる色の画像を出力することができなくなってしまう。また、トナーボトル（トナー容器）の交換、つまり、トナー残量がゼロになったことをユーザに突然伝達する構成とした場合には、この突然のトナー残量ゼロの伝達に対応するためには予備トナーボトルを常にストックしておく必要がある。
このため、予備トナーボトルをストックしていない場合には新しくトナーボトルを購入するまでは利用不能な状態となってしまう。そのため、各色のトナーボトルのトナー残量の減少状況を精度良く、段階的に、且つ適時にユーザへ伝えることが望まれる。
図１のカラー複写機３０には図示してないが、各色のトナーボトルのトナー残量検出は本発明によるトナー補給装置によって行なうので、精度良くトナー残量を検出してユーザへ伝えることができ、このトナー補給装置を含む高信頼度の画像形成装置システムを構築することができる。以下、図を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図２は本発明によるトナー補給装置の第１の実施の形態の一部分を示す概略図である。図２に示すように、トナー補給装置は、トナーボトル（トナー容器）３１を着脱可能に支持する支持体３２、この支持体３２と一体となるギヤ３３、トナーボトル３１を回転させるための駆動源であるモータ３５を備えている。つまり、支持体３２は図示しない軸受により回転自在に軸支されており、支持体３２の外周に同軸状に固定されたギヤ３３に対してギヤ３４をモータ３５の駆動力を介して伝達することにより、トナーボトル３１を回転駆動させる。

さらに、図２において、トナー補給装置は、モータ３５と同軸でギヤ３３と噛み合うギヤ３４、トナーボトル３１から排出されるトナーを、ここでは図示してない現像器へ搬送するトナー搬送部３６を有している。つまり、トナー搬送部３６はトナーボトル３１の端部に設けた開口と連通した管体であり、トナーボトルの回転により吐出されるトナーを現像器へ搬送する。
内部にトナーを収容するトナーボトル３１の内周面には、ボトル軸線方向に延びる螺旋状突起（図示せず）が設けられている。モータ３５が回転することによりギヤ３４、ギヤ３３を介して支持体３２を駆動する。
支持体３２へ結合されたトナーボトル３１が回転することによって、トナーボトル３１内部のトナーが螺旋状突起の螺旋運動に伴ってトナーボトル３１の左側端部にある開口部に向けてトナーが移動する。このようにしてトナーボトル３１を回転させることでトナーを取り出すことができる。

図３はトナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第２の実施の形態の一部分を示す概略図である。図３の全体の構成は図２と同じトナー補給装置構成となっており、同じ構成要素については同じ番号が付記されている。そのため、記載済みの要素についての説明は省略する。
このトナー補給装置では、トナーボトル３１と一体回転する円筒部分（支持体３２）にその周方向に沿って等間隔のパターンを設けると共に、そのパターンと対向する位置にはパターンを読み込むためのセンサを設け、センサで検出した信号からトナーボトル３１の回転状態を計測し、トナーボトル３１内のトナー残量を計測するように構成している。
図３の構成においては、支持体３２の一部分に等間隔で任意の幅を有して配置された線状体から成るパターン３７を設ける。さらに、このパターン３７を検出するためのセンサ３８を設ける。ここで、パターン３７はセンサ３８が検出可能となるように構成される。
仮に、センサ３８が磁気センサである場合には、パターン３７を構成する線状体は磁性部分と非磁性体部分が交互に設けられた構成となる。センサ３８が光検出器、つまり発光素子と受光素子を持っている場合には、パターン３７は反射部と非反射部が交互に設けられた構成となる。

図示しない制御手段は、センサ３８で検出された信号に基づいてパターン３７を構成する個々の線状体の検出間隔時間を計測することでパターン３７の間隔ごとの時間を求めることが可能であり、また、パターン３７の間隔は既知であるため、間隔の時間が計測できればパターン３７の間隔ごとの回転速度を求めることも可能である。
さらに、センサ３８でパターン３７の計測信号をＨレベルとＬレベルとに分け、矩形波を作り出すことによって、ここでは図示しない計算部により、任意のサンプリング時間ごとのパルス数をカウントする構成とする。
これによって、任意の本数ごとやトナーボトル１回転ごとの時間、あるいは任意のサンプリング時間ごとのトナーボトルの回転速度を求めることも可能である。
トナーボトル（トナー容器）３１と一体となって回転する等間隔パターン３７を有する支持体（被検出部）３２と、等間隔パターン３７を検出するセンサ（検出部）３８とから、トナーボトル３１の回転速度又は回転変位を算出することにより、安定して精度良くトナー残量を検出可能とする。

図４は横軸に経過時間、縦軸にトナーボトルの回転速度を表すトナーボトルの回転速度を駆動開始時から計測した場合をグラフで示す図である。図４中、速度プロファイル１は駆動を開始してから比較的に短時間に目標速度であるＶｒに到達している。これはトナーボトル３１（図３）のイナーシャが小さいのでトナーボトル３１が回転し易いためである。
図５はトナーボトル内のトナー残量を示すためにトナーボトルの側壁を切り開いて部分的に内部のトナー残量（多量）を示す概略図である。図６はトナーボトル内のトナー残量を示すためにトナーボトルを切り開いて部分的に内部のトナー残量（少量）を示す概略図である。

図３乃至図６において、上述したトナーボトル３１が回転し易いのは、トナーボトル３１のイナーシャが小さいためであり、この時のトナーボトル３１内のトナー残量は図６に示すように、少量の場合となる。
逆に、図５に示すようにトナーボトル３１内のトナー残量が多い場合には、トナーボトル３１のイナーシャが大きくなるため、速度プロファイルは図４に２で示すような形となり、比較的、目標速度Ｖｒへの到達時間が掛かってしまう。
この時、スレッシュ速度としてＶｓを設け、Ｖｓまでの到達時間を求めると、速度プロファイル１ではｔ１、速度プロファイル２ではｔ２という時間になる。この時間を比較することでトナー残量を求めることが可能となる。

さらに、予め、トナーボトル３１が空の状態とトナーボトル３１が満杯の状態での時間を求めておき、テーブルとして保存しておくことで、計測された到達時間がどの程度のトナー残量を示すかを、制御手段によってさらに精度良く求めることが可能となる。
さらに、ここではトナーボトル３１の駆動開始時について説明したが、画像の連続出力時など停止を行なわない動作中であっても、トナーボトル３１を停止する必要はない。
この場合、駆動開始からの速度の加速又は減速を行ない、その加減速の開始タイミングから変更された速度への到達時間あるいは変更前の速度と変更後の速度との間に設けたスレッシュ速度までの到達時間を比較することによって同様にトナーボトル３１内のトナー残量を検出することが可能である。
また、ここでは速度を算出して任意のスレッシュ速度までの立ち上がり時間でトナー残量を求めたが、駆動開始時又は加速・減速時からパターン３７を構成する線状体の本数が任意の本数に達するまでの経過時間を比較することで、スレッシュ速度を設定することなくトナーボトル３１内のトナー残量を検出することも可能となる。
さらに、任意の時間を設定し、その時間中に何本のパターンを検出したかを比較することでトナーボトル３１の回転変位からもトナーボトル３１内のトナー残量を検出することが可能である。

このように構成することによって、以下のような利点が発生する。まず、定常回転に達する前に計測が可能となるため、カラー複写機を起動する立ち上がり時間中にトナー残量を計測することができる。このため、トナー残量検出用のための特別な時間は必要なく、さらに利用するたびに計測し直すため、より正確な値を得ることができる。
また、負荷の大小によらずに一定回転で駆動する種類のモータあるいは駆動方法であっても、定常状態の速度変化を検出するのではなく、起動時の速度プロファイル又は加速・減速時の速度プロファイルを見ているため、それらの影響を受けることもない。
更に、トナーの帯電状態によって状態が非常に異なるため、同じトナー残量であってもトナーの状態によっては定常時の駆動状態が大きく異なってしまう。
例えば、トナー帯電が低い場合には、通常の粉末と同じ状態であり、トナーボトル３１のイナーシャは大きくなるが、トナー帯電が高い状態では、液体のように流動性が良い状態となり、トナーボトル３１のイナーシャは小さくなってしまう。

図７はトナー残量をタッチパネルなどの表示部にトナー残量表示を行なう構成を示す概略図である。上述した方法で求めたトナー残量をタッチパネルなどの表示部に表示する構成を示している。
図７（ａ）はトナーボトル３１を交換した直後又は、まだほとんどトナーが消費されていない状態を示す表示であり、図７（ｂ）はトナーボトル３１内のトナー残量が少なくなっている状態を示す表示である。
このような状態を正確に表示することが可能となれば、トナーが完全になくなる前に新しいトナーボトルを購入、サービスマンが次にユーザの所へ訪問する際に持っていく、など準備を行なうことが容易となる。
このようにすることでトナー切れによる不満を解消することが可能となる。完全にトナーがなくなった状態は図７（ｃ）の表示となり、交換タイミングであることを伝えることができる。

図８は本発明によるトナー補給装置の第３の実施の形態の一部分を示す概略図である。図８に示すトナー補給装置の第３の実施の形態の構成は図３の要部の構成と同じであるので、図３の構成と同一部分に同一符号を付して、重複した構成の説明は省略する。
この第３の実施の形態では、センサによる検出対象として支持体３２の一部分に設けたパターンではなく、トナーボトル３１が有する突起部分３９を利用している。図８では、トナーボトル３１の一部分に周方向に等間隔で配置された複数の突起部分３９を設けている。
かかる突起部分３９の有無をセンサ３８が検出する方法を用いて前述と同様の動作を行なうことで、支持体３２の一部分に等間隔のスケールを設けずに構成することが可能となる。
この第３の実施の形態では幾つかの具体的な方法を用いて速度又は位置での説明を行なっているが、他の手法で行なっても構わず、ここに記載した手法にのみに限定はしない。
かかる第１乃至第３の実施の形態によれば、トナーボトル３１内部のトナー残量の変化を短時間で正確に検出し、ユーザへトナー残量を正確に伝えることができる。突起部分（被検出部）３９としてトナーボトル３１の外装部分を用いることにより、安定して精度良くトナー残量を検出可能とする。

図９はトナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第４の実施の形態の一部分を示す概略図である。図９の全体の構成は図２と同じトナー補給装置構成となっており、同じ構成要素については同じ番号が付記されている。そのため、記載済みの要素についての説明は省略する。
この実施形態に係るトナー補給装置は、トナー補給装置に対して、トナーボトル３１と一体回転する部分に計測信号を無線によって出力することが可能な加速度センサ４０と、この加速度センサ４０の計測信号を受信可能で筐体などに固定された受信部４１を設け、加速度センサ４０の出力からトナーボトル３１の回転状態を計測し、トナーボトル３１内のトナー残量を計測する。

図９において、支持体３２の一部分に加速度センサ４０を設ける。この加速度センサ４０には、ここでは図示しないブラシによって電源が供給される構成となっている。
また、この加速度センサ４０は、上述したように、計測した信号を無線で出力することができる構成になっている。この加速度センサ４０の出力を筐体、その他の任意の場所に設けた受信部４１が受信することで、トナーボトル３１の回転加速度を検出する構成となる。
トナーボトル３１の回転加速・減速時の駆動状態を計測することで、トナーボトル３１内のトナー残量を検出することにより、安定して精度良くトナー残量を検出可能とする。
トナーボトル３１と一体となって回転する部分または接触する部分に設けられた加速度センサ４０によりトナーボトル３１の回転加速度を計測することにより、安定して精度良くトナー残量を検出することができる。

加速度センサ４０には圧電型やピエゾ抵抗型などの幾つかの種類がある。圧電型加速度センサは内部に圧電素子が組み込まれており、圧電素子は慣性力を受けると電荷を生じる機能性材料であり、この出力によって加速度を検出する。
また、ピエゾ抵抗型は内部にピエゾ抵抗素子が組み込まれており、加速度が印加された時には、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が増減することを利用して加速度を検出する構成となっている。ただし、本発明においては加速度の検出方法についてはとくに限定はしない。
第４の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様にトナーボトル３１の駆動開始時又は加・減速時の加速度変化を計測し、加速度が落ち着いて定常駆動に移るまでの時間を計測することでトナーボトル３１のイナーシャの差異を求め、そこからトナーボトル３１内のトナー残量を検出することが可能となる。

図１０は横軸に経過時間、縦軸にトナーボトルの回転加速度を表すトナーボトルの回転速度を駆動開始時から計測した場合をグラフで示す図である。図１０中、加速度プロファイル１は加速度が加わってからフル加速値であるαに達した後、比較的に短時間（時間ｔ１）で加速度のない定常状態となっており、これはトナーボトル３１（図９）のイナーシャが少ないためである。
一方、加速度プロファイル２は加速度が加わってからフル加速値であるαに達した後、ｔ１よりは長いｔ２で定常状態となっており、これはトナーボトル３１のイナーシャが大きいためである。この時間を比較することでトナー残量を求めることが可能となる。
さらに、加速度センサ４０で求めることにより、第１の実施の形態よりもさらにモータ種類や駆動方法の限定を受けることなく、純粋にトナーボトル３１内のトナー残量によるイナーシャの影響を受けた回転差異を検出することが可能となる。その他の構成、例えば、ユーザにトナー残量を知らせる部分の構成などは第１の実施の形態と同様である。
このように第４の実施の形態によれば、モータの種類や駆動方法の影響を受けることなく、トナーボトル３１内部のトナー残量の変化を検出し、ユーザに対してトナー残量を正確に伝えることができる。

図１１はトナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第５の実施の形態の一部分を示す概略図である。図１１の全体の構成は図２と同じトナー補給装置構成となっており、同じ構成要素については同じ番号が付記されている。そのため、記載済みの要素についての説明は省略する。
図１１の本実施の形態に係るトナー補給装置は、トナー補給装置に対して、トナーボトル３１と一体回転する支持体３２の周方向部分に少なくとも１つ以上の突起物４２が設けられている。ここでは図示してない筐体に支持棒４３が固定されており、この支持棒４３には加速度センサ４４が固定されている。加速度センサ４４の出力からトナーボトル３１の回転状態を計測し、トナーボトル３１内のトナー残量を計測する。
モータ３５が駆動を開始すると、ギヤ３４、ギヤ３３を介して支持体３２、トナーボトル３１が回転を開始する。この時、突起物４２が或る速度で支持棒４３へ接触する。支持棒４３は任意の弾性力を有する部材で構成されており、突起物４２の接触を受けて変形して突起物４２が通り過ぎてから元の状態へ戻る。
この変形による力を加速度センサ４４が検出する。ここで、突起物４２を複数設けることで、駆動を開始してからすぐの計測を行うことを可能とした構成としても良い。

さらに、支持棒４３の構成を接触部分付近は任意の弾性力を有する部材で構成し、加速度センサ４４が固定された部分は剛性の高い部材で構成することで、加速度センサ４４が不必要に位置を移動せずに、接触による衝撃のみを検出する構成としても良い。
支持棒４３へ取り付けられた加速度センサ４４は、突起物４２と支持棒４３が接触するごとに衝撃を加速度変化として検知する。この衝撃はトナーボトル３１のイナーシャの影響により値が変化するため、検出される加速度変化の値によりトナーボトル３１内のトナー残量を算出することが可能となる。この手法もモータ種類や駆動方法の限定を受けることはない。
第５の実施の形態では支持棒４３に加速度センサ４４を設けることにより、加速度センサ４４へ必要な電源の供給を容易な構成とすることを可能としている。このように第５の実施の形態によれば、トナーボトル３１内部のトナー残量の変化をモータの種類や駆動方法の影響を受けることなく検出し、ユーザへトナー残量を正確に伝えることができる。

図１２はトナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第６の実施の形態の一部分を示す概略図である。図１２の全体の構成は図２と同じトナー補給装置構成となっており、同じ構成要素については同じ番号が付記されている。そのため、記載済みの要素についての説明は省略する。
第６の実施の形態に係るトナー補給装置は、トナー補給装置に対して、トナーボトル３１を駆動するモータ３５の回転を計測することによってトナーボトル３１内のトナー残量を計測する。
図１２の構成において、モータ３５の端部（周面）に、周方向へ等間隔に配置された線状体から成るパターン４５が設けられており、このパターン４５を計測するための検出部であるセンサ（フォトセンサ）４６が設けられている。ここではモータ３５はアウタロータ型で回転することを前提とした図を用いて説明している。
しかし、インナロータ型の場合には、モータ３５の回転軸と一体となって回転する部分に回転中心から等間隔の部分に同じピッチで設けられたパターンを有する回転体を設け、その信号を読み取る構成としても良い。

また、前記被検出部、又は、前記センサ３８がトナーボトル３１を駆動する駆動源であるモータ３５に設けられ、このモータ３５の回転速度又は変位又は加速度を計測することにより、安定して精度良くトナー残量を検出することができる。
モータ３５の回転速度又は変位を検出する手法であっても、第１の実施の形態でトナーボトルの起動時又は加・減速時の速度変化時間からトナーボトル３１内のトナー残量を計測した方法と同様に、モータ３５の起動時又は加・減速時のスレッシュ速度までの到達時間などからトナー残量の計測を行なうことが可能である。

図１３はトナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第６の実施の形態の変形例を示す概略図である。図１３の全体の構成は図２と同じトナー補給装置構成となっており、同じ構成要素については同じ番号が付記されている。そのため、記載済みの要素についての説明は省略する。
図１３の構成において、１つの方法としてモータ３５へ電力を供給するライン４７の電流又は電圧を検出部であるセンサ４８が計測することで、モータ３５の起動時又は加・減速時の電圧変化又は電流変化を検出し、変化時間の差異からトナーボトル３１内のトナー残量を検出する構成となっている。
また、ドライバなどの構成によりモニタ端子などが設けられていれば、それを用いても構わない。検出された電流又は電圧から消費電力などを求め、その差異からトナー残量を算出することが可能である。トナーボトル３１のイナーシャが大きいほど回転しにくくなるため、消費電力が大きくなるためである。
このように第６の実施の形態によれば、トナーボトル３１内部のトナー残量の変化をモータ３５の種類や駆動方法の影響を受けることなく検出し、ユーザへトナー残量を正確に伝えることができる。
前記駆動状態の計測がトナーボトル（トナー容器）３１を駆動する駆動源であるモータ３５の駆動電圧又は駆動電流を計測することにより、安定して精度良くトナー残量を検出可能とすることができる。

本発明を適用し得る画像形成装置であるカラー複写機の構成を示す概略図である。 本発明によるトナー補給装置の第１の実施の形態の一部分を示す概略図である。 トナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第２の実施の形態の一部分を示す概略図である。 横軸で経過時間、縦軸でトナーボトルの回転速度を表すトナーボトルの回転速度を駆動開始時から計測した場合をグラフで示す図である。 トナーボトル内のトナー残量を示すためにトナーボトルを切り開いて部分的に内部のトナー残量（大量）を示す概略図である。 トナーボトル内のトナー残量を示すためにトナーボトルを切り開いて部分的に内部のトナー残量（小量）を示す概略図である。 トナー残量をタッチパネルなどの表示部にトナー残量表示を行なう構成を示す概略図である。 本発明によるトナー補給装置の第３の実施の形態の一部分を示す概略図である。 トナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第４の実施の形態の一部分を示す概略図である。 横軸で経過時間、縦軸でトナーボトルの回転加速度を表すトナーボトルの回転速度を駆動開始時から計測した場合をグラフで示す図である。 トナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第５の実施の形態の一部分を示す概略図である。 トナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第６の実施の形態の一部分を示す概略図である。 トナー残量計測構成を備えるトナー補給装置の第６の実施の形態の変形例を示す概略図である。

符号の説明

５ 現像器（感光体ドラムユニット）、２４ 像担持体（感光体ドラム）、３０ 画像形成装置、３１ トナーボトル（トナー容器）、３２ 支持体（被検出部）、３５ モータ（補給駆動制御手段）、３７ 等間隔パターン（被検出部）、３８ 検出部（検出手段、センサ）、３９ トナーボトルの突起部分、４０ 検出手段（検出手段、加速度センサ）、４１ 受信部、４２ 突起物、４４ 検出部（検出手段、加速度センサ）、４５ 等間隔パターン（被検出部）、４６ 検出部（検出手段、フォトセンサ）、４７ ライン、４８ 検出部（検出手段、センサ）

Claims (11)

1. 像担持体上の潜像を現像器のトナーで現像する画像形成装置に搭載され、かつ前記現像器にトナーを補給するトナー補給装置において、回転する支持体と、該支持体を回転させるモータと、該支持体により着脱可能に支持されて回転するトナー容器と、前記トナー容器の回転駆動状態を計測して検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて前記トナー容器内のトナー残量を判定する制御手段と、を有することを特徴とするトナー補給装置。
2. 前記検出手段は、前記トナー容器の回転起動時の駆動状態を検出することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置。
3. 前記検出手段は、前記トナー容器の回転停止時の駆動状態を検出することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置。
4. 前記トナー容器の回転速度又は回転変位を算出するために、前記トナー容器と一体となって回転する等間隔パターンを有する被検出部と、前記等間隔パターンを検出する検出部とから構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のトナー補給装置。
5. 前記等間隔パターンは、等間隔で配置された複数の線状体からなり、前記制御手段は前記検出部が連続する所定本数の線状体を検出した結果に基づいて、前記トナー容器の回転駆動状態を計測することを特徴とする請求項１記載のトナー補給装置。
6. 前記トナー容器の回転加速度を計測するために、前記トナー容器と一体となって回転する部分又は接触する部分に設けられた加速度センサを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のトナー補給装置。
7. 前記被検出部として前記トナー容器の外装部分を用いることを特徴とする請求項６記載のトナー補給装置。
8. 前記被検出部又は、前記加速度センサは、前記トナー容器を駆動する駆動源であるモータに設けられ、該モータの回転速度、回転変位又は回転加速度を計測することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のトナー補給装置。
9. 前記駆動状態の計測は、前記トナー容器を駆動する駆動源であるモータの駆動電圧又は駆動電流を計測することであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のトナー補給装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項記載のトナー補給装置を搭載することを特徴とする画像形成装置。
11. 検出したトナー残量結果に基づいて、トナー残量をユーザに伝える表示部を有することを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。

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