JP2006171361A

JP2006171361A - 画像形成装置

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Publication number: JP2006171361A
Application number: JP2004363743A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Ishida; 祐介石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】トナー容器内のトナーの残量をより正確に検知することのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーとキャリアとを備える現像剤を用いて現像する現像器４と、補給すべきトナーを収容するトナー容器４６と、トナー補給手段４７と、現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段４２と、現像した基準トナー像Ｔの濃度を検知する画像濃度検知手段１５と、を有する画像形成装置１００は、トナー補給手段４７を駆動すると共にトナー濃度検知手段４２により現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知する第１のステップと、第１のステップの後に基準トナー像Ｔを形成してその濃度を画像濃度検知手段１５により検知する第２のステップと、を備えたトナー残量検知モードを有し、第２のステップにおいて、基準トナー像Ｔの濃度の検知結果に応じて第１のステップを再度実行するかトナー残量検知モードを終了するかを決定する構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、像担持体に形成された静電像をトナーとキャリアとを備える現像剤を用いて現像する静電記録方式や電子写真方式を利用した複写機やレーザービームプリンタなどの画像形成装置に関するものである。

例えば、電子写真方式の画像形成装置では、一般に、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニングの各画像形成プロセスによって画像形成を行う。即ち、電子写真感光体（以下「感光体」という。）の表面を均一に帯電した後、画像情報に応じた露光を行って静電像（潜像）を形成する。この静電潜像をトナーによってトナー像として現像し、このトナー像を感光体上から紙等の記録材上に転写する。トナー像を転写した後の感光体は、表面に残った転写残トナーが除去されてクリーニングされる。一方、トナー像が転写された記録材は加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。これによって画像形成が終了する。

上述のような画像形成装置に用いられる現像剤として、近年のフルカラー画像形成装置の高画質化、高速化に伴い、主に非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤が広く用いられている。

二成分現像剤を用いた現像器では、トナーの消費によって現像器内のトナーとキャリアの混合比（トナー濃度）が変化するため、このトナー濃度を常に適正に保つ必要がある。トナー濃度が不適正な場合、画像濃度変動、ガサツキ、かぶり、キャリア付着、トナー飛散などの画像不良が発生することがある。このため、高画質、高安定化画像を形成する上で、トナー濃度を的確に検知し、トナー補給量を適正に制御することが大変重要となる。

そこで、従来、トナー濃度を検知する手段として、例えば、光検知方式、インダクタンス検知方式などが提案され、実施されている。光検知方式は現像剤の反射濃度の変化を、又インダクタンス検知方式は透磁率の変化をセンサにより検知することにより二成分現像剤自体の物理的特性の変化を直接検知し、その検知結果に基づいてトナー供給量を制御する。

これら光検知方式、インダクタンス検知方式のトナー濃度検知手段は、トナー濃度を直接検知することができるため、トナー濃度を一定に保つことが比較的容易に実現できる。その反面、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナーの帯電量が変動した場合、トナー濃度を正確に制御できないことがある。つまり、たとえトナー濃度が適正であっても、環境変動やキャリアの劣化によってトナー帯電量が変動した場合には、トナーとキャリアとの結合力が変動して、感光体上へのトナー移動量が変動するため、安定した画像濃度を保つことが困難となることがある。

これに対し、次のような、所謂、パッチ検知方式のトナー補給制御方法がある。つまり、感光体（或いは記録材担持体又は中間転写体）上に形成した基準潜像を現像することによって基準画像（パッチ画像）を形成し、このパッチ画像の反射濃度を画像濃度検知手段により検知する。そして、その検知結果に基づいてトナー補給量を制御する。

パッチ検知方式においては、検知の対象があくまでも感光体（或いは、記録材担持体又は中間転写体）上に形成されたトナー付着量であるから、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナー帯電量が変動した場合においても、常に画像形成における適正なトナー濃度を保つことができる。しかし、パッチ検知方式では、現像剤のトナー濃度を直接制御しているわけではないため、トナー濃度の大幅な変動が起こった場合、カブリ、キャリア付着、トナー飛散などが発生することがある。

そこで、上述の光検知方式、インダクタンス検知方式といった現像器内の現像剤のトナー濃度を直接検知するトナー濃度検知手段を用いるトナー補給制御と、パッチ検知方式によるトナー補給制御とを併用することが行われる。

ところで、長期に渡って画像形成装置を使用し続けていくと、現像器に補給するためのトナーを収容するトナー貯蔵部（トナー容器）内のトナーが無くなる。そのため、このトナー容器に残存するトナーの残量（有無）を判定し、使用者に対してトナー容器への新たなトナーの補給、或いはトナー容器の交換（トナー容器の一部又は全部が画像形成装置本体に対し着脱可能とされている場合。）を促す必要がある。

このトナー容器内のトナーの残量を検知するためのトナー残量検知手段としては、従来、ピエゾ方式、アンテナ方式（静電容量検知方式）、光検知方式などが提案され、実施されている。

一方、トナー容器内のトナーの残量を検知するためのその他の方式として、近年、上記のパッチ検知方式のトナー補給制御で用いる画像濃度検知手段、或いは現像容器内の現像剤のトナー濃度を直接検知する光検知方式若しくはインダクタンス検知方式のトナー濃度検知手段を用いてトナー残量の検知を行う方式が提案され、実施されてきている。この方式によれば、トナー容器内のトナー残量を検知するために特別のセンサをトナー容器に設ける必要がないので、装置構成の簡易化、低コスト化の点で有利である。

しかしながら、画像濃度検知手段又はトナー濃度検知手段による検知出力がある定められた固定値よりも高いか若しくは低いかを判断するだけでは、本当にトナーが無いのか、それともトナー濃度以外の要因でパッチ画像濃度が低くなっているのかを判断するのが困難である。

この問題は、通常動作中における検知出力によってトナー残量を判断するのではなく、強制トナー補給を行い、この強制トナー補給後の検知出力が所定の閾値を上回るかどうかによってトナー残量を判断する方法を用いると改善される。トナー容器にトナーが残存していれば、強制トナー補給により検知出力は確実に上昇し、そのときの現像剤の状態に依らずにトナーの残量を正確に判断することができるためである。

特許文献１、特許文献２は、それぞれパッチ検知方式、インダクタンス検知方式を用いたトナー残量検知に関して、現像器へのトナー補給動作を行っても検知出力が所定基準値を満たさない場合にトナー容器（トナーボトル、トナーカートリッジ）内のトナー無いことを判断することを開示する。これらの方式は、トナー残量検知とトナー補給制御との両方を共通のセンサで行うことができるため、トナー残量検知のための専用のセンサを設ける必要がなく、コスト的に非常に優れた方式であるといえる。

しかしながら、強制トナー補給を行いパッチ検知方式によってトナー残量を判定する場合には、通常、トナーの過補給を防止するために、強制トナー補給中にパッチ画像の形成を頻繁に行う必要がある。そのためトナー残量検知に多大な時間を要してしまい、画像形成を行うことのできないダウンタイムが発生してしまう。又、パッチ画像形成を頻繁に行うと、パッチ画像形成のためにトナー消費量が多くなる。そして、濃度検知が終了したパッチ画像をクリーナー機構で回収する場合にはパッチ画像を十分にクリーナー機構で回収しきれず、回収しきれなかったトナーが感光体を汚染する、所謂、すり抜けが発生することがある。更には、クリーナー機構の寿命を縮めることに繋がる。逆にパッチ画像検知の頻度を少なくすると、トナーを過剰に補給してしまう場合があり、この場合には画像濃度不良やカブリ、トナー飛散が発生することがある。

又、強制トナー補給を行い、光検知方式若しくはインダクタンス検知方式によってトナー残量を判定する場合、例えば現像剤が長期使用によって劣化している状態において、トナー濃度がある所定の値になるまで強制トナー補給を行うと、画像濃度の急激な上昇、カブリ、トナー飛散などが発生する場合があった。この現象は、新しい現像剤の状態に比べ、現像剤の劣化の影響によりトナーへの電荷付与能力が低下しているために生じるものである。つまり、強制補給中にトナー濃度の検知を行っても、トナーの帯電量を制御することは非常に困難であった。
特開平５−６６６６９号公報特開２００２−２８７４７９号公報

本発明の目的は、簡易構成にてトナー容器内のトナーの残量をより正確に検知することのできる画像形成装置を提供することである。

本発明のより詳細な目的の一つは、トナー容器から現像器へ強制トナー補給を行い、現像器内の現像剤のトナー濃度を検知することによってトナー容器に残存するトナーの残量を判断するのに際し、トナー残量検知のために時間がかかることによる装置のダウンタイムを減らし、且つ、トナー残量検知後の画像濃度の変動を抑えて、安定した濃度の画像を形成することのできる画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体上に形成された静電像をトナーとキャリアとを備える現像剤を用いて現像する現像器と、前記現像器に補給すべきトナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内に収容されているトナーを前記現像器に補給するトナー補給手段と、前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記現像器が現像剤を用いて現像した基準トナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、を有する画像形成装置において、前記トナー補給手段を駆動すると共に前記トナー濃度検知手段により前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検知する第１のステップと、前記第１のステップの後に前記基準トナー像を形成してその濃度を前記画像濃度検知手段により検知する第２のステップと、を備えたトナー残量検知モードを有し、前記第２のステップにおいて、前記基準トナー像の濃度の検知結果に応じて前記第１のステップを再度実行するか前記トナー残量検知モードを終了するかを決定することを特徴とする画像形成装置である。

本発明の一実施態様によると、前記第１のステップにおいて、前記トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上になった場合、前記トナー補給手段の駆動を停止した後に、前記第２のステップを実行する。又、本発明の一実施態様によると、前記第２のステップにおいて、前記画像濃度検知手段により検知された前記基準トナー像の濃度が所定値以上であった場合、前記トナー残量検知モードを終了する。又、本発明の一実施態様によると、前記第２のステップにおいて、前記画像濃度検知手段により検知された前記基準トナー像の濃度が所定値より低かった場合、前記第１のステップを再度実行する。更に、本発明の一実施態様によると、前記第１のステップにおいて、前記トナー補給手段の駆動時間が所定値以上になっても前記トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上にならない場合、前記トナー容器内のトナー残量が所定値以下となったことを検知する。

本発明によれば、簡易構成にてトナー容器内のトナーの残量をより正確に検知することができる。つまり、より詳細には、本発明によれば、トナー容器から現像器へ強制トナー補給を行い、現像器内の現像剤のトナー濃度を検知することによってトナー容器に残存するトナーの残量（有無）を判断するのに際し、トナー残量検知のために時間がかかることによる装置のダウンタイムを減らし、且つ、トナー残量検知後の画像濃度の変動を抑えて、安定した濃度の画像を形成することができる。

本発明の更なる目的、特徴的構成及び作用効果は、以下の説明から明らかとなるであろう。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図１は本実施例の画像形成装置１００の概略構成図である。画像形成装置１００は、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置（図示せず）又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じて、４色フルカラー画像を記録材（記録用紙、プラスチックフィルム、布等）に形成することができる。各画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋにて像担持体としての電子写真感光体２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ、２Ｂｋ上に形成されたトナー像を、この電子写真感光体に対向して移動する記録材担持体８により搬送される記録材Ｐ上に転写する構成となっている。以下、詳しく説明する。

尚、本実施例では、画像形成装置１００が備える４つの画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの画像形成部に属する要素であることを表すために符号に付した添え字Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成部１には、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム２が配設されている。感光ドラム２は、図中矢印方向に回転駆動される。

感光ドラム２の周囲には帯電手段としての一次帯電器３と、現像手段としての現像器４、転写手段としての転写帯電器５と、クリーニング手段としてのクリーニング装置６が配置されている。感光ドラム２の図中上方には露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）７が配置されている。又、各画像形成部１の感光ドラム２と対向して記録材担持体としての転写ベルト８が配置されている。転写ベルト８は、駆動ローラ９、テンションローラ１０、従動ローラ１１に掛け回されている。転写ベルト８は、駆動ローラ９の駆動により図中矢印方向に周回移動し、表面に静電吸着された記録材Ｐを各感光ドラム２との当接部（転写ニップ）へと搬送する。搬送ベルト７を介して感光ドラム２と対向する位置に転写帯電器が配置されている。

画像形成動作が開始すると、先ず、回転する感光ドラム２の表面が一次帯電器３によって一様に帯電される。このとき、一次帯電器３には、帯電バイアス電源より帯電バイアスが印加される。次いで、感光ドラム２は、露光装置７から発せられる画像信号に対応したレーザー光により露光される。これにより、感光ドラム２上に画像信号に応じた静電像（潜像）が形成される。感光ドラム２上の静電像は、現像器４内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。本実施例では、レーザー光により露光した明部電位にトナーを付着させる反転現像方式を用いる。

トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが供給ローラ１４により搬送され、転写ベルト８の表面に静電吸着される。

例えば、４色フルカラーの画像形成時について説明すると、記録材Ｐは、先ず、マゼンタの画像形成部１Ｍの感光ドラム２Ｍと転写帯電器５Ｍとの間の転写部に搬送される。そして、転写帯電器５の作用により、マゼンタのトナー像が記録材Ｐ上に転写される。このとき、転写帯電器５には、転写電源から転写バイアスが印加される。同様にして、転写ベルト８により搬送された記録材Ｐが各画像形成部へと移動するのに伴い、シアン、イエロー、ブラックの各画像形成部１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋにおいて各色のトナー像が順次記録材Ｐ上に重ね合わされていく。こうして記録材Ｐ上にフルカラーの画像が形成される。

次いで、記録材Ｐは転写ベルト８から分離され、定着手段としての定着装置１３に搬送される。この定着装置１３が備える定着ローラ１３ａ、加圧ローラ１３ｂによって、加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの永久画像となる。その後、記録材Ｐは機外に排出される。

又、転写部で転写しきれずに感光ドラム２上に残留したトナーはクリーニング装置６によって回収される。又、転写ベルト８上に付着したトナーなどの異物は、転写ベルトクリーナ１２により除去される。これにより、一連の動作が終了する。

尚、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。

［現像器及びトナー補給装置］
図２を参照して現像器４及びこれにトナーを補給するトナー補給装置４９について説明する。本実施例では、現像器４及びトナー補給装置４９の構成は、全ての色用の画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋで同じである。図２において、現像器４は図１中上方から見た平面図として示し、トナー補給装置４９は感光ドラム１の軸線方向（表面移動方向と直交する方向）に沿う断面図として示す。

現像器４は、非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを主成分として備える二成分現像剤が収納された現像容器（現像器本体）４４を有する。現像容器４４内には、現像剤攪拌搬送部材として第１の攪拌搬送スクリュー４３ａと第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂとの２本のスクリューが配置されている。現像容器４４の感光ドラム２と対向する部分は一部開口しており、この開口部にから一部露出するように現像剤担持体としての現像スリーブ４１が回転可能に配置されている。現像スリーブ４１の内部には、磁界発生手段としてのマグネットロール（図示せず）が固定配置されている。マグネットロールは周方向に複数の磁極を有し、現像容器４４内の現像剤を磁気力により引きつけて現像スリーブ４１上に担持させると共に、感光ドラム２と対向する現像部では現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）を形成する。

現像スリーブ４１、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは相互に平行に配設されている。又、これら現像スリーブ４１、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは、感光ドラム２の軸線方向と平行に配設されている。現像容器４４の内部は、隔壁４４ｄによって第１室（現像室）４４ａと第２室（攪拌室）４４ｂに分割されている。現像室４４ａと攪拌室４４ｂは、現像容器４４の長手方向両端部（図２中の左端及び右端）において連通している。

第１の攪拌搬送スクリュー４３ａは現像室４４ａ内に、又第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂは攪拌室４４ｂ内に配設されている。これら第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは、モータ５２の回転によってギヤ列５４を介して同じ方向に回転駆動される。この回転により、攪拌室４４ｂ内の現像剤は、第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂによって攪拌されながら図２中左方に移動して、連通部を介して現像室４４ａ内へと移動する。又、現像室４４ａ内の現像剤は第１の攪拌搬送スクリュー４３ａによって攪拌されながら図２中右方に移動して、連通部を介して攪拌室４４ｂ内に移動する。つまり、現像剤は、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂの２本のスクリューによって攪拌されながら現像容器４４内を循環して搬送される。

現像剤中のトナーは、上述のような攪拌搬送によって電荷が付与される。本実施例では、トナーの補給は、攪拌室４４ｂ内での現像剤搬送方向上流端部側の上部に設けられたトナー補給口４４ｃから行われる。攪拌室４４ｂの図中右端側には、内部の状態を外部から目視するための窓部が設けられている。又、攪拌室４２内に現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアとの混合比）を検知するためのトナー濃度検知手段として透磁率センサ４２が取り付けられている。本実施例では、透磁率センサ４２は、攪拌室４４ｂ内での現像剤搬送方向においてトナー補給口４４ｃよりも上流側の現像容器４４の側壁に配設されている。

トナー補給装置４９からトナーが補給される位置を現像剤の循環についての最上流側とすると、このトナー濃度検知センサ４２が取り付けられている位置は、最下流側となる。つまり、トナー濃度検知センサ４２は、最も攪拌が進んだ状態の現像剤の濃度を検知できるように配置されている。

現像スリーブ４１は、モータ５１によって図１中の矢示方向（反時計回り）に回転駆動される。現像スリーブ４１は、その回転により、規制ブレード（不図示）によって表面に層状に塗布された現像剤を感光ドラム１に対向する現像部に搬送する。現像部にて、現像スリーブ４１上の現像剤はマグネットロールの磁気力により穂立ちして、感光ドラム２の表面に接触又は近接する磁気ブラシを形成する。こうして現像部に搬送された現像剤（二成分現像剤）から、感光ドラム１上の静電像にトナーが供給される。これにより、静電像の画像部にトナーが選択的に付着し、静電像はトナー像として現像される。更に説明すると、感光ドラム２上の静電像が現像部に達するときに、現像バイアス印加電源（図示せず）によりＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された現像バイアスが現像スリーブ４１に印加される。このとき、現像スリーブ４１はモータ５１により図１中の矢示方向に回転駆動され、上述の現像バイアスによって現像剤中のトナーが感光ドラム１の表面の静電像に応じて感光ドラム２上に転移する。

上述のような現像動作によって二成分現像剤中のトナーが消費される。そして、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度が徐々に減少する。従って、トナー補給装置４９によって現像容器４４にトナーが補給される。トナー補給装置４９は、現像器４に補給すべきトナーを収納するトナー容器（トナー補給槽、トナー貯蔵部）４６を有する。トナー容器４６の図中下部左端には、トナー排出口４８が設けられている。トナー排出口４８は、現像器４のトナー補給口４４ｃに連結される。又、トナー容器４６には、トナー排出口４８に向けてトナーを搬送するトナー補給手段としてのトナー補給スクリュー４７が設けられている。トナー補給スクリュー４７はモータ５３によって回転駆動される。

モータ５３の回転は、画像形成装置本体が備えるエンジン制御部６０のＣＰＵ（制御手段）６１によって制御される。トナー容器４６内に所定量のトナーが収納されている状態でのモータ５３の回転時間と、トナー補給スクリュー４７によってトナー排出口４８（トナー補給口４４ｃ）を介して現像容器４４内に補給されるトナーの量との対応関係が予め実験等によって求められている。その結果は、例えばテーブルデータとしてＣＰＵ６１に接続されたＲＯＭ６２（或いはＣＰＵ６１内）に格納されている。つまり、ＣＰＵ６１は、モータ５３の回転時間を制御（調整）することによって、現像容器４４に対するトナーの補給量を調整するようになっている。

尚、詳しくは後述するように、本実施例によればトナー容器４６内のトナー残量（有無）を検知するための特別のセンサ類をトナー容器４６内などに設けることなく、トナー容器４６内のトナー残量（有無）を検知することができる。但し、トナー容器４６内により多い所定量以上のトナーが収納されているか否かを検知するセンサを単数若しくは複数設け、所定のセンサがトナーの存在を検知している状態に対応して予め測定された、トナー補給スクリュー４７によるトナー補給量とモータ５３の回転数との関係に基づいて、トナー補給スクリュー４７を駆動するようになっていてもよい。

［トナー補給制御］
次に、インダクタンス検知方式によるトナー補給制御について説明する。

上述のように、画像形成動作によって現像容器４４内のトナーは減少する。そのため、現像剤中のトナー濃度が減少する。本実施例では、現像器４の現像容器４４に透磁率センサ４２が配設されており、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を検出するために、透磁率センサ４２によって現像剤の透磁率を検出する。現像剤中のトナー濃度が小さい場合はキャリア比率が大きくなるために、現像剤の透磁率は大きくなり、透磁率センサ４２の出力レベルが大きくなる。

図３に示すように、透磁率センサ４２は、本体部分４２ｃの上に、検知ヘッド４２ａが円柱状に載っている形状で一体となっている。そして、入出力用の信号線４２ｂを介して画像形成装置本体が備えるエンジン制御部６０のＣＰＵ６１との検知信号のやりとりを行っている。検知ヘッド４２ａの内部には検知トランスが埋め込まれている。この検知トランスは、１つの１次巻線と、基準巻線及び検知巻線からなる２つの２次巻線との、合計３つの巻線からなる。検知巻線は検知ヘッド４２ａの天面側に、基準巻線は１次巻線を挟んで検知ヘッド４２ａの裏側に配置している。センサ本体４２ｃ内に設けられた発信器から一定波形の信号をもつ電流が１次巻線に入力されると、基準巻線及び検知巻線からなる２つの２次巻線にも、電磁誘導により、ある波形の信号をもつ電流が流れる。この時の発信器からの一定波形の信号と、検知巻線から電磁誘導によって流れた電流のある波形の信号とを、センサ本体４２ｃ内に設けられた比較回路で判断することによって、検知ヘッド４２ａの天面側に、どの程度の密度の磁性体があるかを検知する。

ここで、現像剤のトナー濃度と透磁率センサ４２の出力との関係について説明する。図４は透磁率センサ４２の出力特性の一例を示す。図示の例ではトナー濃度が小さい範囲では出力電圧値が大きな値で飽和し、トナー濃度が大きくなるに従ってセンサ出力が徐々に小さくなり、更に濃度が大きな範囲では出力電圧値が小さい値で飽和する。本実施例においては、トナー濃度が正常値８％（重量％：以下同様）であるとき、透磁率センサ４２の検出出力電圧値が２．５Ｖになるように調整されている。電圧値が２．５Ｖ近傍において、検出出力値はトナー濃度に対してほぼ直線的に変化する。

上述のように、現像器４内の現像剤の濃度は透磁率センサ４２により検知される。そして、その検知結果に基づいて、補給用のトナーが収納されているトナー補給装置４９が駆動され、現像容器４４内のトナー濃度を一定に保つようになっている。即ち、透磁率センサ４２の検知結果に基づいて、ＣＰＵ６１がモータ５３の回転時間を決定し、その時間だけモータ５３を回転させる。ＲＯＭ６２（或いはＣＰＵ６１内）には、図４に示すような透磁率センサ４２の検知出力と現像剤のトナー濃度との関係に基づいて、透磁率センサ４２の検知出力から現像器４に補給すべきトナー量を求めるための情報がテーブルデータ等として記憶されている。従って、ＣＰＵ６１は、この情報と、上述のようなモータ５３の回転時間と補給されるトナーの量との対応関係を示すテーブルデータとから、トナー補給スクリュー４７の回転数を求め、トナー補給量を制御することができる。

通常、インダクタンス検知方式のトナー補給制御では、１枚の記録材Ｐに対する画像形成動作を行う毎にトナー補給スクリュー４７の回転数を求めてトナー補給を実行する。

次に、パッチ検知方式によるトナー補給制御について説明する。

前述のように、インダクタンス検知方式は、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナーの帯電量が変動した場合、トナー濃度を正確に制御できないことがある。そのため、本実施例では、パッチ検知方式のトナー補給制御を併用する。つまり、本実施例では、所定の基準潜像を感光ドラム２に形成した後、この潜像を所定の現像条件で現像することにより感光ドラム１上に基準トナー像（参照トナー像、パッチ画像）Ｔを形成する。そして、この基準トナー像の濃度を画像濃度検知手段（画像濃度センサ）１５で検知する。本実施例では、画像濃度センサ１５は、各画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋにおいて感光ドラム２に対向配置されている。画像濃度センサ１５は、基準トナー像の画像濃度に応じた濃度信号をＣＰＵ６１に入力する。ＣＰＵ６１は、画像濃度センサ１５からの濃度信号と、予めＲＯＭ６２（或いはＣＰＵ６１内）に記憶された初期基準信号とを比較し、その比較結果に基づいてトナー補給装置４９の駆動時間を制御する。

更に説明すると、感光ドラム２の表面に画像濃度検知用のパッチ潜像が形成されたときには、現像バイアス印加電源（図示せず）によって現像スリーブ４１に現像バイアスが印加され、又現像スリーブ４１は図１中矢示方向に回転駆動される。これにより、感光ドラム２上のパッチ潜像が現像される。こうして現像されたテストパターンとしてのパッチ画像Ｔの濃度を、画像濃度センサ１５によって検知し、画像濃度信号として読み取る。ＣＰＵ６１は、この画像濃度信号の値を基準値と比較し、トナー補給装置４９の駆動を行う。典型的には、画像濃度センサ１５の出力が常に一定になるようにトナー補給を行うことにより画像濃度を制御し、適正画像を得ることができる。画像濃度センサ１５としては、パッチ画像Ｔに光を照射したときの反射光量を検知する一般的な光反射型の光学センサを使用することができる。

本実施例では、予め決められた所定期間（例えば、所定画像形成枚数）毎に、記録材Ｐに記録して出力する画像を形成している画像形成時以外の所定タイミングで、パッチ検知方式によるトナー補給制御を行う。画像形成時以外の所定タイミング（非画像形成時）としては、画像形成動作前若しくは後の準備動作時、複数の記録材に連続して画像形成を行っているときの記録材と記録材との間に相当するタイミング等が挙げられる。これにより、インダクタンス検知方式によるトナー補給制御の補正を行う。尚、パッチ検知方式によるトナー補給制御は、所定期間毎に行うことに限定されるものではなく、例えば画像形成装置本体が備える環境検知センサが所定の環境変化を検知した時、或いは画像形成装置の電源投入時等の任意のタイミングで行うことができる。

［トナー容器内のトナー残量（有無）検知］
次に、本実施例において特徴的なトナー残量（有無）検知について説明する。

本実施例では、トナー補給装置４９内等にトナー容器４６内のトナーの残量を検知するための特別のセンサ類を設けずに、上記のインダクタンス検知方式によるトナー補給制御のために設けられた透磁率センサ４２、及びパッチ検知方式によるトナー補給制御のために設けられた画像濃度センサ１５を利用して、トナー容器４６内のトナー残量の検知をも行う。これにより、装置構成の簡易化、トナー残量検知専用のセンサ分のコスト削減が可能となる。

通常動作中に実行されるインダクタンス検知方式によるトナー補給制御（通常補給モード）のためのインダクタンス検知動作において、ＣＰＵ６１は、透磁率センサ４２の検知結果（検知出力）Ｖｓｉｇと、ＲＯＭ６２（或いはＣＰＵ６１内）に記憶されている予め定められた閾値Ｖｌｉｍｉｔとを比較し、ＶｓｉｇがＶｌｉｍｉｔを下回っているかどうかを判定する。そこで、Ｖｓｉｇ＜Ｖｌｉｍｉｔである場合は、トナー容器４６内にはまだ十分トナーが残っていると判断し、トナー補給スクリュー４７の回転時間が決定される。

一方、Ｖｓｉｇ≧Ｖｌｉｍｉｔである場合は、トナー容器４６内のトナー残量が少なくなってきていると判断できる。しかし、通常補給モードにおける透磁率センサ４２の検知出力は、現像剤のトリボ（帯電電荷量）の変動、流動性の変動などトナー濃度以外の要因によっても変化する可能性がある。そのため、この透磁率センサ４２の検知出力値のみでトナー残量を判断すると、トナー容器４６内のトナー残量を誤検知する可能性がある。

ここで、閾値Ｖｌｉｍｉｔを非常に大きくすることによって、トナー濃度が非常に低下した状態でトナー無しを検知するようにすれば、トナー残量の検知精度は向上すると考えられる。しかし、実際にトナー無しになった場合、トナー濃度を著しく低下させているために画像濃度が低下し、画質が損なわれてしまう虞がある。

そこで、本実施例では、ＣＰＵ６１は、通常補給モードにおけるインダクタンス検知動作において透磁率センサ４２の検知出力Ｖｓｉｇが閾値Ｖｌｉｍｉｔ以上（Ｖｓｉｇ≧Ｖｌｉｍｉｔ）であることを検知した場合、通常作像動作を一時中断し、トナー容器４６内のトナーの残量（有無）を判断するための特殊モードであるトナー残量（有無）検知モードに移行し、このトナー残量検知モードにおいてトナー容器４６内のトナーの残量を判断する。

そして、本実施例では、トナー残量（有無）検知モードは、トナー補給スクリュー４７を駆動すると共に透磁率センサ４２により現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知する第１のステップと、この第１のステップの後にパッチ画像Ｔを形成してその濃度を画像濃度センサ１５により検知する第２のステップと、を備えており、上記第２のステップにおいて、パッチ画像Ｔの濃度の検知結果に応じて上記第１のステップを再度実行するかトナー残量（有無）検知モードを終了するかを決定する。本実施例では、上記第１のステップにおいて、透磁率センサ４２により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上になった場合、トナー補給スクリュー４７の駆動を停止した後に、上記第２のステップを実行する。又、上記第２のステップにおいて、画像濃度センサ１５により検知されたパッチ画像Ｔの濃度が所定値以上であった場合、トナー残量（有無）検知モードを終了する。更に、上記第２のステップにおいて、画像濃度センサ１５により検知されたパッチ画像Ｔの濃度が所定値より低かった場合、上記第１のステップを再度実行する。加えて、本実施例では、上記第１のステップにおいて、トナー補給スクリュー４７の駆動時間が所定値以上になっても透磁率センサ４２により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上にならない場合、トナー容器４６内のトナー残量が所定値以下となったことを検知するようになっている。

以下、図５を参照して、トナー残量検知モードについて具体的に説明する。

ＣＰＵ６１は、ステップ１においてトナー残量検知モードをスタートすると、先ず、現像器４を２秒間空回転させる（第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂを回転させる。この時、現像スリーブ４１の駆動も駆動する。）ると共に、透磁率センサ４３によるインダクタンス検知動作を行い、検知出力を読み込む。そのときの透磁率センサ４２の検知出力をＶＩｒｅｆとする。そして、ＣＰＵ６１は、得られたＶＩｒｅｆから０．１５Ｖ（トナー濃度に換算して０．５％に相当する）を引いた値、即ち、ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖを、インダクタンス検知の目標出力値とする。

次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ２においてトナー補給スクリュー４７を回転させつつ（強制トナー補給動作）、現像器４の空回転動作を行わせると共に、透磁率センサ４２によりインダクタンス検知を行い、検知出力を読み込む。そのときの透磁率センサ４２の検知出力をＶＩｓｉｇとする。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立するか否かを判断し、成立した場合（即ち、強制トナー補給動作によって、現像剤のトナー濃度が０．５％増加する分に相当のトナーがトナー容器４６から現像容器４４に補給された場合）には、強制トナー補給動作とインダクタンス検知を停止させる。

次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ３においてパッチ画像Ｔを形成させる。そして、ＣＰＵ６１は、画像濃度センサ１５によるパッチ画像Ｔの濃度検知を行い、濃度信号を読み込む。そのときの画像濃度信号をＶＰｓｉｇとする。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＰｓｉｇと、所定の画像濃度に対応する閾値ＶＰｔｒｇとの比較を行い、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立するか否かを判断する。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立した場合（即ち、パッチ画像Ｔの濃度が所定値より高いと判断した場合）、トナー容器４６内のトナーが有ると判断し、トナー残量検知モードを終了する。

一方、ＣＰＵ６１は、ステップ２においてＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立しないと判断した場合、強制トナー補給動作の積算時間Ｔｔｏｔａｌが４０秒以下であるか否かを判断する。そして、Ｔｔｏｔａｌが４０秒以下の場合は、強制トナー補給動作、インダクタンス検知、及びＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立するか否かの判断を続けて行う。又、ＣＰＵ６１は、Ｔｔｏｔａｌが４０秒を超えてもＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立しなかった場合、トナー容器４６内のトナーが無いと判断し、トナー残量検知モードを終了する。そして、ＣＰＵ６１は、画像形成装置本体が備える操作部１６に、トナー容器４６内のトナーが無い旨を使用者に報知するための「トナー無し」等のメッセージを表示させる。尚、ＣＰＵ６１が、画像形成装置本体に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器に上記同様の表示を行わせるための信号を送信したり、或いは記録材Ｐに記録して出力させたりしてもよい。又、画像形成装置本体或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたホスト機器が備える発音手段を介して音声により同様の内容を報知してもよい。又、この表示を行っている時は、画像形成装置の使用（画像形成動作）を禁止する。

又、ステップ３において、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立しなかった場合は、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度が未だ画像形成に対し適正な値に復帰していないと判断し、再びステップ１に戻る。

通常補給モード、トナー残量検知モードは、それぞれＣＰＵ６１がＲＯＭ６２に格納されている通常補給プログラム、トナー残量検知プログラムに従って実行する。又、ＲＯＭ６２には、これら通常補給モード、トナー残量検知モードにて必要な閾値データ、テーブルデータ記憶されている。

尚、トナー容器４６は、全体又は一部がトナー補給装置４９及び画像形成装置本体に対して着脱可能なユニット（トナーカートリッジ、トナーボトル）とされている。この場合、トナー容器４６内のトナーが無くなった際にそのカートリッジを新品と交換する。又、トナー容器４６は画像形成装置本体に固定されており、トナー容器４６内のトナーが無くなった際に別途トナー供給手段からトナー容器４６へトナーを供給するようになっていてもよい。この場合、トナー容器４６にトナーを供給するトナー供給手段は、トナー容器４６内のトナーが無くなった際にトナー容器４６に一度にトナーを供給するようになっていてもよいし、トナー容器４６及び画像形成装置本体に対し着脱可能なユニット（トナーカートリッジ、トナーボトル）として、その中のトナー（更にはトナー容器４６内のトナー）が無くなるまでトナー容器４６に接続されたままとされるものでもよい（当該トナー供給ユニットは、トナー容器４６の一部であることに相当する。）。

ここで、トナー容器４６内のトナーの残量を検知するために、インダクタンス方式とパッチ検知方式の両方を併用することによる効果を説明する。

パッチ検知方式のみでトナー容器４６内のトナー残量の検知を行う場合、次のような不具合が発生することがある。つまり、この場合、強制トナー補給中にパッチ画像Ｔを形成し、得られた画像濃度信号値がある定められた閾値を上回ったか否かで、トナー残量検知を行う。しかし、強制トナー補給中にパッチ画像Ｔの濃度により現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を正確に検知することは難しいことから、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度が過剰に上がってしまい、強制トナー補給終了後の画像形成において、画像濃度のオーバーシュート、トナー飛散、カブリ等の画像不具合が発生することがある。

強制トナー補給中にパッチ検知の頻度を上げることによって、上記不具合を改善することができるものと考えられるが、この場合は、パッチ検知を頻繁に行ったことにより、トナー残量検知終了までに多大なダウンタイムを必要とする。又、パッチ画像Ｔを頻繁に形成することにより、トナー消費量が多くなる。更に、本実施例の画像形成装置１００のようにパッチ画像Ｔをクリーニング６により回収する場合には、パッチ画像Ｔが頻繁にクリーニング装置６へと搬送されてくることによって、パッチ画像Ｔを全てクリーニング（回収）しきることができず、すり抜けなどといったクリーニング不良が発生することがある。

一方、インダクタンス方式のみによってトナー容器４６内のトナー残量の検知を行う場合、次のような不具合が発生することがある。つまり、この場合、強制トナー補給を行いつつインダクタンス検知を行い、得られた信号値がある定められた閾値を上回ったか否かで、トナー残量検知を行う。この方法では、強制トナー補給中に現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を正確に検知することができるが、最適な画像濃度を得るためのトナー濃度は、環境条件や現像剤の使用履歴によって異なるため、最適なトナー濃度を測り知ることが困難である。よって、強制トナー補給後の画像形成において、画像濃度不良やカブリ、トナー飛散が発生することがある。

これに対し、本実施例によれば、強制トナー補給動作中はインダクタンス方式によって現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を正確に検知しながらトナー補給動作を行い、トナー濃度がある程度復帰したら強制トナー補給動作を一旦停止し、その後のパッチ検知方式によりパッチ画像Ｔの濃度を確認することによってトナー残量検知モードを終了するか否かを決定する。そのため、パッチ画像Ｔの形成頻度を最低限にまで減らしつつ、最適な画像形成を行うためのトナー濃度に復帰させることが可能となった。

以上、本実施例によれば、現像器４に補給するトナーを収容するトナー容器４６に特別のセンサ類を設けることなく、トナー容器４６内のトナーの残量（有無）をより正確に検知することができる。特に、トナー容器４６から現像器４へ強制トナー補給を行い、現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知することによってトナー容器６１に残存するトナーの残量（有無）を判断するのに際し、トナー残量（有無）検知のために時間がかかることによる装置のダウンタイムを減らし、且つ、トナー残量（有無）検知後の画像濃度の変動を抑えて、安定した濃度の画像を形成することができる。これにより、画像形成装置１００の信頼性を高めることができる。

尚、本実施例では、図５のステップ２におけるインダクタンス検知の目標出力値をＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖと定めているが、これに限定されるものではなく、画像形成装置が使用される環境条件や、現像剤の種類、使用履歴等に応じて、適宜目標出力値を変更できる。

例えば、詳しくは実施例２で説明するように、新しい現像剤と、使用により劣化した現像剤とではキャリアのトナーに対する帯電能力が変化し、現像剤の嵩密度が変化する。通常、劣化した現像剤では嵩密度が高くなる。従って、例えば現像剤の使用量を検知して、インダクタンス検知の目標出力値を、使用量が増えて劣化した現像剤に対しては高めに、新品の現像剤に対しては低めに設定することができる。これにより、トナー残量検知モード実行後の画像濃度不良、カブリ、トナー飛散等の問題をより確実に防止することができる。現像剤の使用量情報は、詳しくは実施例２で説明するものと同様にして検知することができ、その検知結果に応じて複数設定されたインダクタンス検知の目標出力値を適宜変更するようにすることができる。同様に、環境条件、現像剤の種類による現像剤の嵩密度の変化などを考慮して、環境検知手段（温湿度センサ等）により検知されたトナー残量検知モードを実行する時の環境情報、或いは自動若しくは手動で設定された現像剤種類情報に応じて、複数設定されたインダクタンス検知の目標出力値を適宜変更するようにすることができる。

又、本実施例では、図５のステップ２におけるトナー補給の積算時間Ｔｔｏｔａｌの上限値を４０秒と定めているが、これに限定されるものではなく、上記同様、画像形成装置が使用される環境条件や、現像剤の種類、使用履歴等に応じて適宜上限値を変更できる。

又、図５のステップ３におけるパッチ検知の目標出力値ＶＰｔｒｇは、上記同様、画像形成装置が使用される環境条件や、現像剤の種類、使用履歴等に応じて、適宜目標出力値を変更できる。

又、本実施例では、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度検知手段としてインダクタンス方式を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、現像剤に光を照射したときの反射光量を検知する光検知方式を用いてもよい。現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を直接検知するトナー濃度検知手段であれば、本発明を等しく適用できる。

更に、本実施例では、通常動作中に実行されるインダクタンス検知方式によるトナー補給制御のためのインダクタンス検知動作において、透磁率センサ４２の検知出力が閾値Ｖｌｉｍｉｔ以上であることを検知した場合にトナー残量検知モードに移行する、即ち、透磁率センサ４２により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以下となった場合に、トナー残量（有無）検知モードを実行するが、これに限定されるものではない。

例えば、通常動作中に実行されるパッチ検知方式によるトナー補給制御のためのパッチ検知動作において、画像濃度信号が閾値以下であることを検知した場合（即ち、パッチ画像Ｔの濃度が所定の濃度より低いと検知した場合）に上記トナー残量検知モードに移行してもよい。即ち、画像濃度センサ１５により検知されたパッチ画像Ｔの濃度が所定値以下となった場合に、トナー残量（有無）検知モードを実行してもよい。

或いは、トナー補給装置４９の使用量情報として、例えばトナー補給スクリュー４７の駆動積算時間が所定の時間に達した場合（即ち、トナー容器４６内のトナーが所定値以下になることが理論上推定される所定期間が経過した場合）に、上記トナー残量検知モードに移行してもよい。即ち、トナー補給スクリュー４７の使用量が所定値以上となった場合に、トナー残量（有無）検知モードを実行するようにしてもよい。この場合、詳しくは実施例２で説明するものと同様にして、トナー補給装置４９の駆動時間を積算する計数手段と、その積算値を記憶する記憶媒体とを設け、その積算駆動時間が所定値以上となった場合にトナー残量検知モードを開始するようにすればよい。トナー容器４６に新たなトナーを供給した際（或いはトナー容器４６を交換した際）にトナー供給装置４９の積算駆動時間をリセットするようにしてもよい。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１のものと同じであるので、実施例１のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

尚、本実施例では、トナー補給装置４９のトナー容器４６は画像形成装置本体に対して着脱可能なトナーカートリッジとされている。

本実施例においては、実施例１にて説明したトナー残量検知モードによってトナー容器４６内のトナーが無いことが検知された場合、新品のトナー容器４６に交換後、再びトナー残量検知モードを自動的に行う。即ち、トナー容器４６の一部又は全部が画像形成装置本体に対し着脱可能なカートリッジとされている場合、カートリッジが交換されたことを検知する交換検知手段によって、カートリッジの交換が検知されたときに、トナー残量（有無）検知モードを実行することができる。

更に説明すると、本実施例では、実施例１と同様に、トナー残量検知モードによってトナー容器４６内のトナーが無いことが検知された場合、画像形成装置本体が備える操作部１６等に「トナー無し」等のトナー容器４６内にトナーが無いことを報知するためのメッセージが表示される。この表示が行われている間は、画像形成装置の使用は禁止されている。

本実施例では、画像形成装置１００は、画像形成装置本体内を開放し、トナー容器４６の交換を可能とする開閉部材（前ドア）に、トナーカートリッジの交換検知手段としてのドア開閉検知センサ（図示せず。）を有する。そして、前ドアを開けてトナー容器４６を新品に交換した後、再び前ドアを閉めると、ドア開閉検知センサがドアの開閉を検知し、その検知信号をＣＰＵ６１に入力する。これによって、ＣＰＵ６１は、トナー容器４６が交換されたと判断する。ＣＰＵ６１は、こうしてトナー容器４６が交換されたことを判断すると、実施例１にて説明した図５のフローに沿って、自動的にトナー残量検知モードを行う。

そして、ＣＰＵ６１は、トナー残量検知モードによってトナー容器４６内のトナーが有ることを検知した場合は、画像形成装置の使用禁止を解除し、通常の使用を可能とする。又、トナー残量検知モードによりトナー容器４６内のトナーが無いことを検知した場合は、再び画像形成装置本体が備える操作部１６等に、トナー容器４６内のトナーが無いことを報知するためのメッセージを表示させる。この場合は、新品のトナー容器４６が装着されていない、トナー容器４６が正しく装着されていない、或いは交換されたトナー容器４６が空であることなどが考えられる。この表示が行われている間は画像形成装置の使用は禁止される。

以上、本実施例によれば、トナー残量検知モードによってトナー容器４６内のトナーが無いことを検知した場合、新品のトナー容器４６に交換後、再びトナー残量検知モードを自動的に行うこととした。これにより、実施例１と同様の効果を得られると共に、更に、新品のトナー容器４６が正しく装着されたか否かを的確に判断することが可能となり、トナー容器４６の交換後も安定した画像形成を行うことが可能となる。

尚、本実施例では、トナーカートリッジの交換を検知するために、ドアの開閉を検知する開閉検知センサを用いたが、これに限定されるものではなく、トナーカートリッジの交換を検知し得るものであれば任意の手段を用いることができる。

実施例３
次に、本発明の更に他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１のものと同じであるので、実施例１、２のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

一般に、現像剤の寿命末期においては、キャリアの劣化が生じることによってキャリアの帯電性能が低下することが知られている。

このような場合に、実施例１におけるトナー残量検知モードの強制トナー補給を行った場合、補給されたトナーが十分に帯電せず、カブリやトナー飛散が発生することがある。更に、補給されたトナーが十分に帯電されていない状態でパッチ検知を行った場合、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度が、未だ画像形成に対して最適なトナー濃度にまで回復していないにも拘わらず、パッチ画像Ｔの濃度が濃くなったり、僅かなトナー濃度の変化でパッチ画像Ｔが濃くなったりすることにより、トナー残量を誤検知することが懸念される。

そこで、本実施例では、現像器４内に収容されている二成分現像剤の使用履歴に応じて、実施例１にて説明した図５のステップ３におけるパッチ画像Ｔの形成を行う前に、現像器４の空回転動作（第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂを回転させる。この時、現像スリーブ４１の駆動も行なう。）を行う。即ち、現像容器４４内の現像剤を攪拌する。

図６に示すように、本実施例においては、現像器４に収容された現像剤の使用量情報として使用時間を計測するための計測手段と、この使用時間の積算値を格納するための記憶媒体としての不揮発性メモリーを設け、この不揮発性メモリーに格納された現像剤の積算使用時間に基づいて、現像器４の空回転動作を行うか否かを決定する。本実施例では、現像剤の使用時間の計数手段の機能は、ＣＰＵ６１が有する。本実施例では、記憶媒体として、読み書き可能なＲＰ−ＲＯＭ（以下「メモリー」という。）４５が設置されている。メモリー４５は、現像器４を画像形成装置本体にセットすることによってＣＰＵ６１と電気的に接続され、現像器４の現像剤の使用時間情報をＣＰＵ６１から読み書きできる。現像器４（現像容器４４）を交換すれば、新たに積算使用時間がメモリー４５に積算記憶されていく。或いは、現像器４（現像容器４４）内の現像剤を交換した際に積算使用時間をリセットするようにしてもよい。

尚、記憶媒体は、不揮発性メモリーに限定されるものではなく、任意の記憶媒体を利用できる。例えば、揮発性メモリーとバックアップ電池とを組み合わせて使用してもよい。又、現像剤の使用時間情報を記憶する記憶媒体（メモリー）は、エンジン制御部６０内等のその他の任意の部位に設けてもよい。更に、本実施例では、現像剤の積算使用時間は、現像器４の積算駆動時間（より詳細には第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂの駆動時間）をカウントすることにより求める。この他、現像剤の使用量と相関する任意の指標、即ち、現像器４内の現像剤の積算使用時間に対応する情報を現像剤の使用時間の積算値として代用することができる。

つまり、本実施例では、トナー残量（有無）検知モードは、実施例１と同様、トナー補給スクリュー４７を駆動すると共に同時率センサ４２により現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知する第１のステップと、この第１のステップの後にパッチ画像Ｔを形成してその濃度を画像濃度センサ１５により検知する第２のステップと、を備えている。そして、本実施例では更に、トナー残量（有無）検知モードは、第１のステップにおけるトナー補給スクリュー４７の駆動を停止した後で、第２のステップの前に、トナー残量（有無）検知モードを開始した時点での現像器４内の現像剤の使用量情報に基づいて現像器４内の現像剤を所定時間攪拌する第３のステップを有する。特に、本実施例では、現像剤の使用量情報として、現像剤の積算使用時間が所定時間以上である場合に、上記第３のステップを実行する。

以下、図７を参照して、本実施例におけるトナー残量検知モードについて具体的に説明する。

実施例１と同様に、ＣＰＵ６１は、ステップ１においてトナー残量検知モードをスタートすると、先ず、現像器４を２秒間空回転させると共に、透磁率センサ４２によるインダクタンス検知動作を行い、検知出力を読み込む。そのときの透磁率センサ４２の検知出力をＶＩｒｅｆとする。そして、ＣＰＵ６１は、得られたＶＩｒｅｆから０．１５Ｖ（トナー濃度に換算して０．５％に相当する）を引いた値、即ち、ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖを、インダクタンス検知の目標出力値とする。尚、ＣＰＵ６１は、現像器４の使用時間（より詳細には第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂの駆動時間）を常に計数しており、トナー残量検知モードをスタートすると、該トナー残量検知モードを開始した時点での現像器４の積算使用時間をメモリー４５に保持すると共に、引き続き現像器４の駆動時間の計数を継続する。

次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ２においてトナー補給スクリュー４７を回転させつつ（強制トナー補給動作）、現像器４の空回転動作を行わせると共に、透磁率センサ４２によりインダクタンス検知を行い、検知出力を読み込む。そのときの透磁率センサ４２の検知出力をＶＩｓｉｇとする。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立するか否かを判断し、成立した場合（即ち、強制トナー補給動作によって現像剤のトナー濃度が０．５％増加する分に相当するトナーがトナー容器４６から現像容器４４に補給された場合）には、強制トナー補給動作とインダクタンス検知を停止させる。

次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ３において、メモリー４５に記憶されている今回のトナー残量検知モードを開始した時点での現像器４の積算使用時間ＴＤｅｖを読み込み、ＴＤｅｖ≧５００００秒が成立するか否かを判断し、成立しなかった場合には、ステップ４に進み、そのままパッチ画像Ｔを形成させる。一方、ＴＤｅｖ≧５００００秒が成立した場合には、１５秒間現像器４の空回転動作を行わせ、その後、ステップ４に進み、パッチ画像Ｔを形成させる。

ステップ４において、ＣＰＵ６１は、画像濃度センサ１５によるパッチ画像Ｔの濃度検知を行い、濃度信号を読み込む。そのときの画像濃度信号をＶＰｓｉｇとする。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＰｓｉｇと、所定の画像濃度に対応する閾値ＶＰｔｒｇとの比較を行い、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立するか否かを判断する。そして、ＣＰＵ６１は、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立した場合（即ち、パッチ画像Ｔの濃度が所定値より高いと判断した場合）、トナー容器４６内のトナーが有ると判断し、トナー残量検知モードを終了する。

一方、ＣＰＵ６１は、ステップ２においてＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立しないと判断した場合、強制トナー補給動作の積算時間Ｔｔｏｔａｌが４０秒以下であるか否かを判断する。そして、Ｔｔｏｔａｌが４０秒以下の場合は、強制トナー補給動作、インダクタンス検知、及びＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立するか否かの判断を続けて行う。又、ＣＰＵ６１は、Ｔｔｏｔａｌが４０秒を超えてもＶＩｓｉｇ≦（ＶＩｒｅｆ−０．１５Ｖ）が成立しなかった場合、トナー容器４６内のトナーが無いと判断し、トナー残量検知モードを終了する。そして、ＣＰＵ６１は、画像形成装置本体が備える操作部１６等に「トナー無し」等のメッセージを表示する。又、この表示を行っている時は、画像形成装置の使用（画像形成動作）を禁止する。

又、ステップ４において、ＶＰｓｉｇ≧ＶＰｔｒｇが成立しなかった場合は、現像容器４４内の現像剤のトナー濃度が未だ画像形成に対し適正な値に復帰していないと判断し、再びステップ１に戻る。

以上説明したように、本実施例によれば、強制トナー補給動作中はインダクタンス方式によって現像容器４４内の現像剤のトナー濃度を正確に検知しながらトナー補給動作を行い、トナー濃度がある程度復帰したら強制トナー補給を一旦停止し、その後のパッチ検知方式によりパッチ画像Ｔの濃度を確認することによってトナー残量検知モードを終了するか否かを決定する。そのため、パッチ画像Ｔの形成頻度を最低限にまで減らしつつ、最適な画像形成を行うためのトナー濃度に復帰させることが可能となる。そして、強制トナー補給後も画像濃度変動やカブリ、トナー飛散が発生することなく、安定した画像形成を行うことができるようになった。

更に、本実施例では、トナー残量検知モードにおける強制トナー補給動作後に現像剤の使用状況に応じて現像器４の空回転動作を行うことによって、長期使用によりキャリアの帯電能力が低下している場合においても、現像容器４４に強制的に補給されたトナーが十分に帯電される。このため、カブリやトナー飛散が発生することを大幅に抑制することができた。更に、現像容器４４に補給されたトナーが十分に帯電されている状態でパッチ検知を行うため、トナーの帯電不良によりパッチ画像Ｔの濃度が濃くなったり、僅かなトナー濃度の変化でパッチ画像Ｔが濃くなったりすることにより、トナー残量を誤検知することを防止することが可能となった。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上記実施例の態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施例では、トナー補給装置からトナーを補給するとして説明したが、トナーと共にキャリアをも補給する場合にも、本発明は等しく適用可能である。

又、上記各実施例では、感光ドラム２上でパッチ画像Ｔの濃度を検知するものとして説明したが、これに限定されるものではない。パッチ画像Ｔは転写ベルト８に転写した後に、その上で検知してもよい。この場合、転写ベルト８に対向配置された共通の画像濃度センサにより各画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋについてのパッチ画像Ｔの濃度を検知することができる。

又、当業者には周知の通り、上記各実施例の画像形成装置における記録材担持体の代わりに中間転写体（中間転写ベルト等）を有し、各画像形成部で形成したトナー像を中間転写体に一次転写して一旦重ね合わせた後、記録材に一括して二次転写する方式の画像形成装置がある。このような画像形成装置であっても本発明は等しく適用可能である。この場合、パッチ画像Ｔは各画像形成部の像担持体又は中間転写体上でその濃度を検知することができる。更に、１つの像担持体に対して複数の現像器を有し、像担持体上で複数色のトナー像を重ね合わせるか、又は像担持体上に順次に形成される複数色のトナー像を記録材若しくは中間転写体に順次に転写して重ね合わせる方式の画像形成装置がある。このような画像形成装置であっても本発明は等しく適用可能である。当然、本発明は、単一の画像形成部を有する単色の画像形成装置にも等しく適用できる。

又、トナー容器内のトナー残量に関し、トナーが無いとは、トナーが完全に無くなったことのみを意味するものではなく、所望のトナー補給動作を行うことができなくなる量などとして、予め決められた所定量以下にトナー残量が低下したことをも包含する。

本発明を適用し得る画像形成装置の一例の概略構成図である。本発明に従うトナー残量検知モードの一実施例が適用される現像器及びトナー補給装置を説明するための説明図である。透磁率センサの一例を示す概略図である。透磁率センサの出力特性の一例を示すグラフ図である。本発明に従うトナー残量検知モードの一実施例のフロー図である。本発明に従うトナー残量検知モードの他の実施例が適用される現像器及びトナー補給装置を説明するための説明図である。本発明に従うトナー残量検知モードの他の実施例のフロー図である。

符号の説明

１画像形成部
２感光ドラム（像担持体）
４現像器
１５画像濃度センサ（画像濃度検知手段）
４２透磁率センサ（トナー濃度検知手段）
４４現像容器
４６トナー容器
４９トナー補給装置
６１ＣＰＵ（制御手段）

Claims

像担持体上に形成された静電像をトナーとキャリアとを備える現像剤を用いて現像する現像器と、前記現像器に補給すべきトナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内に収容されているトナーを前記現像器に補給するトナー補給手段と、前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記現像器が現像剤を用いて現像した基準トナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、を有する画像形成装置において、
前記トナー補給手段を駆動すると共に前記トナー濃度検知手段により前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検知する第１のステップと、前記第１のステップの後に前記基準トナー像を形成してその濃度を前記画像濃度検知手段により検知する第２のステップと、を備えたトナー残量検知モードを有し、前記第２のステップにおいて、前記基準トナー像の濃度の検知結果に応じて前記第１のステップを再度実行するか前記トナー残量検知モードを終了するかを決定することを特徴とする画像形成装置。
前記第１のステップにおいて、前記トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上になった場合、前記トナー補給手段の駆動を停止した後に、前記第２のステップを実行することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
前記第２のステップにおいて、前記画像濃度検知手段により検知された前記基準トナー像の濃度が所定値以上であった場合、前記トナー残量検知モードを終了することを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
前記第２のステップにおいて、前記画像濃度検知手段により検知された前記基準トナー像の濃度が所定値より低かった場合、前記第１のステップを再度実行することを特徴とする請求項１、２又は３の画像形成装置。
前記第１のステップにおいて、前記トナー補給手段の駆動時間が所定値以上になっても前記トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以上にならない場合、前記トナー容器内のトナー残量が所定値以下となったことを検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記第１のステップにおける前記トナー補給手段の駆動を停止した後で、前記第２のステップの前に、前記トナー残量検知モードを開始した時点での前記現像器内の現像剤の使用量情報に基づいて前記現像器内の現像剤を所定時間攪拌する第３のステップを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記現像器内の現像剤の積算使用時間に対応する情報を記憶する記憶媒体を有し、前記トナー残量検知モードを開始した時点での前記積算使用時間が所定時間以上である場合、前記第３のステップを実行することを特徴とする請求項６の画像形成装置。
前記トナー濃度検知手段は、前記現像器内の現像剤の透磁率を検知することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記トナー濃度検知手段は、前記現像器内の現像剤に光を照射したときの反射光量を検知することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記画像濃度検知手段は、前記基準トナー像に光を照射したときの反射光量を検知することを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度が所定値以下となった場合に、前記トナー残量検知モードを実行することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記画像濃度検知手段により検知された基準トナー像の濃度が所定値以下となった場合に、前記トナー残量検知モードを実行することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記トナー補給手段の使用量が所定値以上となった場合に、前記トナー残量検知モードを実行することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記トナー容器の一部又は全部は画像形成装置本体に対し着脱可能なカートリッジとされ、又、前記カートリッジが交換されたことを検知する交換検知手段を有しており、前記カートリッジの交換が行われた場合に、前記トナー残量検知モードを実行することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載の画像形成装置。