(57)【要約】【課題】  検出可能な現像剤のトナー濃度が制限されることなくトナー濃度を高精度に検出することができ、製造コストを低減することのできる画像形成装置、および画像形成方法を提供する。【解決手段】  入力電圧が変更可能であり、入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化するセンサ出力値を出力可能な磁気式センサ６１，６２，６３，６４に、所定範囲内の入力電圧が入力されたときに磁気式センサ６１，６２，６３，６４が出力するセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出する。【選択図】図２
2006317539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報に基づいて静電潜像が表面に形成され得る像担持体と、
静電潜像が形成された前記像担持体へ磁性キャリアおよび非磁性のトナーから構成される現像剤を搬送して、前記像担持体の表面にトナー像を現像するための現像手段と、
前記像担持体の表面に現像されたトナー像を被転写体に転写するための転写手段と、
入力電圧が変更可能であり、入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化するセンサ出力値を出力可能なセンサと、
前記センサに所定範囲内の入力電圧が入力されたときに前記センサが出力するセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出するための検出手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記センサに入力電圧が前記所定範囲内において段階的に変更して入力されることに応じて、前記センサが出力するセンサ出力値は所定の値に収束していくことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
１つの前記入力電圧に対応する前記センサ出力値は、前記センサに当該入力電圧が所定時間継続して入力されたときに、前記センサが複数時点において出力するセンサ出力値が平均化されることによって獲得されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記画像形成装置が設置される環境に関する情報、前記画像形成装置の耐久性に関する情報、前記画像形成装置の印字に関する情報、または前記現像手段の駆動または停止時間に関する情報に基づいて、前記センサが出力するセンサ出力値を補正するための第１の補正手段をさらに有し、
前記検出手段は、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、前記現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
トナー濃度が既知である現像剤が前記画像形成装置に投入された状態において、前記センサに所定の入力電圧を入力したときに前記センサが出力するセンサ出力値に基づいて、以後トナー濃度の検出のために前記センサが出力するセンサ出力値を補正するための第２の補正手段をさらに有し、
前記検出手段は、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、前記現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記検出手段によって検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であるか否かを検知するための第１の検知手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成装置に蓄積されるトナーの蓄積量が不足するか否かをさらに検知するための第２の検知手段と、
前記第１の検出手段によって検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であると前記第１の検知手段によって検知された場合、前記第２の検知手段によって検知された検知結果に基づいて、検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であることの原因が前記画像形成装置に蓄積される現像剤の蓄積量が不足することに基づくものであるか否かを検知するための第３の検知手段と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像情報に基づいて静電潜像を像担持体の表面に形成する静電潜像形成ステップと、
静電潜像が形成された前記像担持体へ磁性キャリアおよび非磁性のトナーから構成される現像剤を搬送して、前記像担持体の表面にトナー像を現像する現像ステップと、
前記像担持体の表面に現像されたトナー像を被転写体に転写する転写ステップと、
入力電圧が入力されることに伴い入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化する出力電圧を出力可能なセンサに、所定範囲に含まれる入力電圧を入力する入力ステップと、
前記所定範囲に含まれる入力電圧が入力された前記センサが出力する出力電圧に基づいて、センサ出力値を獲得するセンサ出力値獲得ステップと、
獲得されたセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの電子写真方式の画像形成装置、およびこれに用いられる画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性キャリアとトナーとから構成される二成分現像剤を用いた画像形成装置において、
印字濃度は現像剤のトナー濃度によって大きく左右される。また、印字に最適なトナー濃度は現像剤が投入される画像形成装置やトナーの種類によって異なる。このため、印字に用いられる現像剤のトナー濃度は、当該現像剤が投入される画像形成装置およびトナーの種類に応じて設定される目標の濃度（以下、実施狙いとするトナー濃度）に一定に保たれることが重要となる
これに対して、従来よりトナー濃度を一定に保つために種々の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、現像剤のトナー濃度を検出するために、現像剤の透磁率に応じて出力電圧を変更して出力することが可能なセンサが設けられたトナー濃度制御装置が開示されている（特許文献１）。このトナー濃度制御装置において、前記センサに取り付けられるコイルの巻き数や直径が所定の値に設定されることによって、実施狙いとするトナー濃度の範囲内にセンサ感度があるように設定される。
【０００４】
また、上記のセンサが設けられる画像形成装置として、当該センサ近傍に存在する現像剤を移動させるための攪拌搬送軸が設けられる画像形成装置が、従来より存在する。この画像形成装置において、センサが出力する出力電圧は、センサ近傍に存在する現像剤が攪拌搬送軸によって入れ替えられるときに変動するため、真のトナー濃度を検出することは容易ではない。このような画像形成装置に適用され得るトナー濃度の検出方法として、センサ近傍に存在する現像剤が前記攪拌搬送軸によって圧縮させられたときにセンサが出力する出力電圧に基づいて、トナー濃度を検出するトナー濃度検出方法が開示されている（特許文献２）。
【０００５】
さらに、実施狙いとするトナー濃度に応じてセンサ感度が変更可能であるように、入力される入力電圧が可変に設けられるセンサが開示されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開昭６２−１１２１８２号公報
【特許文献２】特開平１１−２０２６１０号公報
【特許文献３】特開２００１−２４９５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来文献に開示されたいずれの技術においても、センサはトナー濃度と比例関係にある出力電圧を出力し、当該センサによって出力された出力電圧からトナー濃度を検出するものである。このため、上記従来技術において検出可能であるトナー濃度は、センサが出力可能な出力電圧に基づき制限される。従って、一つのセンサが適応可能な現像剤の種類には限りがあり、また、センサに設けられるコイルの巻き数や直径は、センサが搭載される画像形成装置に投入され得る現像剤のトナー濃度が検出できるように設定される必要がある。これにより、同一のセンサを異なる画像形成装置に適用することは難しく、画像形成装置を製造するにあたって製造費のコストダウンが図られないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、検出可能な現像剤のトナー濃度が制限されることなくトナー濃度を高精度に検出することができ、製造コストを低減することのできる画像形成装置、および画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
（１）画像情報に基づいて静電潜像が表面に形成され得る像担持体と、静電潜像が形成された前記像担持体へ磁性キャリアおよび非磁性のトナーから構成される現像剤を搬送して、前記像担持体の表面にトナー像を現像するための現像手段と、前記像担持体の表面に現像されたトナー像を被転写体に転写するための転写手段と、入力電圧が変更可能であり、入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化するセンサ出力値を出力可能なセンサと、前記センサに所定範囲内の入力電圧が入力されたときに前記センサが出力するセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出するための検出手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【００１０】
（２）前記センサに入力電圧が前記所定範囲内において段階的に変更して入力されることに応じて、前記センサが出力するセンサ出力値は所定の値に収束していくことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１１】
（３）１つの前記入力電圧に対応する前記センサ出力値は、前記センサに当該入力電圧が所定時間継続して入力されたときに、前記センサが複数時点において出力するセンサ出力値が平均化されることによって獲得されることを特徴とする（２）に記載の画像形成装置。
【００１２】
（４）前記画像形成装置が設置される環境に関する情報、前記画像形成装置の耐久性に関する情報、前記画像形成装置の印字に関する情報、または前記現像手段の駆動または停止時間に関する情報に基づいて、前記センサが出力するセンサ出力値を補正するための第１の補正手段をさらに有し、前記検出手段は、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、前記現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とする（２）に記載の画像形成装置。
【００１３】
（５）トナー濃度が既知である現像剤が前記画像形成装置に投入された状態において、前記センサに所定の入力電圧を入力したときに前記センサが出力するセンサ出力値に基づいて、以後トナー濃度の検出のために前記センサが出力するセンサ出力値を補正するための第２の補正手段をさらに有し、前記検出手段は、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、前記現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とする（２）に記載の画像形成装置。
【００１４】
（６）前記検出手段によって検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であるか否かを検知するための第１の検知手段をさらに有することを特徴とする（２）に記載の画像形成装置。
【００１５】
（７）前記画像形成装置に蓄積されるトナーの蓄積量が不足するか否かをさらに検知するための第２の検知手段と、前記第１の検出手段によって検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であると前記第１の検知手段によって検知された場合、前記第２の検知手段によって検知された検知結果に基づいて、検出されたトナー濃度が規定濃度の範囲外であることの原因が前記画像形成装置に蓄積される現像剤の蓄積量が不足することに基づくものであるか否かを検知するための第３の検知手段とをさらに有することを特徴とする（６）に記載の画像形成装置。
【００１６】
（８）画像情報に基づいて静電潜像を像担持体の表面に形成する静電潜像形成ステップと、静電潜像が形成された前記像担持体へ磁性キャリアおよび非磁性のトナーから構成される現像剤を搬送して、前記像担持体の表面にトナー像を現像する現像ステップと、前記像担持体の表面に現像されたトナー像を被転写体に転写する転写ステップと、入力電圧が入力されることに伴い入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化する出力電圧を出力可能なセンサに、所定範囲に含まれる入力電圧を入力する入力ステップと、前記所定範囲に含まれる入力電圧が入力された前記センサが出力する出力電圧に基づいて、センサ出力値を獲得するセンサ出力値獲得ステップと、獲得されたセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出する検出ステップとを有することを特徴とする画像形成方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、入力電圧が変更可能であり、入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化するセンサ出力値を出力可能なセンサに、所定範囲内の入力電圧が入力されたときに前記センサが出力するセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出する。これにより、印字に用いられる現像剤の種類やトナー濃度に応じて、前記センサの内部構成を変更する必要がない。したがって、検出可能な現像剤のトナー濃度が制限されることなく、トナー濃度を高精度に検出することができ、画像形成装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態における画像形成装置１０の構成を示すブロック図である。
画像形成装置１０は、カラー画像を形成することが可能な画像形成装置であり、制御部１００、メモリ２００、画像読み取り部３００、およびプリンタ部４００を備え、これらは信号をやり取りするためにバス５００を介して相互に接続されている。
【００１９】
制御部１００は、プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理を行う。
【００２０】
メモリ２００は、不揮発性メモリと揮発性メモリとを含み、不揮発性メモリは、画像形成装置１０の基本動作を制御するプログラムなどの各種プログラムやデータを格納する。揮発性メモリは、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶する。  画像読み取り部３００は、原稿が載置される図示しない原稿ガラスと、図示しない原稿ガラス上に載置された原稿から読み取られる原稿画像を赤（以下、Ｒ）、緑（以下、Ｇ）、青（以下、Ｂ）の三色に色分解して電気信号に変換しＲ、Ｇ、Ｂの画像データを得ることが可能な図示しないＣＣＤイメージセンサとを備える。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態におけるプリンタ部４００を概略的に示す断面図である。
【００２２】
プリンタ部４００は、図に示す矢印ａ方向に回転駆動可能な感光体ドラム（像担持体）１２、感光体ドラム１２の周囲において矢印ａ方向に向かって以下の順に配置される、帯電装置１４、露光装置１６、４つの現像装置（現像手段）１８，２０，２２，２４、および転写装置（転写手段）２６を有する。
【００２３】
現像装置１８，２０，２２，２４は、現像ローラ１９，２１，２３，２５をそれぞれ有し、現像装置１８，２０，２２，２４には、シアン現像剤、マゼンタ現像剤、イエロー現像剤、ブラック現像剤がそれぞれ収容される。各現像装置内に収容された現像剤は、回転駆動可能な現像ローラ１９，２１，２３，２５の外周面上に保持されることによって感光体ドラム１２と対向する領域に搬送され得る。また、本実施形態において、現像装置１８，２０，２２，２４に収容される現像剤は、磁性キャリアと非磁性の各色のトナーとが混合される二成分混合剤であり、トナー濃度とは、当該現像剤に対する各色トナーの重量比率を意味する。また、本実施形態において、実施狙いとするトナー濃度は、トナーが重合トナーである場合、５〜１０％程度である。
【００２４】
また、各現像装置１８，２０，２２，２４の内部には、各現像剤のトナー濃度を検出するための磁気式センサ（センサ）６１，６２，６３，６４がそれぞれ設けられる。磁気式センサ６１，６２，６３，６４は、現像剤中のトナー濃度を検出するために、二成分現像剤の見掛け透磁率の変化を電気信号に変換することが可能に設けられ、その内部の電気回路構成は、特開昭６２−１１２１８２号公報に記載されているものと同様である。磁気式センサ６１，６２，６３，６４に設けられる端子としては、磁気式センサ６１，６２，６３，６４を駆動するための駆動電圧が入力される図示しない駆動電圧端子、出力電圧を制御するための入力電圧が入力される図示しない入力電圧端子、入力された入力電圧および現像剤の見掛け透磁率に応じて変化する出力電圧が出力される図示しない出力電圧端子、ＧＮＤの４つの端子がある。また、磁気式センサ６１，６２，６３，６４は、図示しない入力電圧端子を介して入力される入力電圧が変更可能に設けられる。
【００２５】
磁気式センサ６１，６２，６３，６４それぞれの図示しない検出面の上部には、現像剤を攪拌／搬送するための図示しない攪拌スクリューが設けられる。また、図示しない攪拌スクリューには、磁気式センサ６１，６２，６３，６４の図示しない検出面の上部に搬送された現像剤を強制的にかき取って入れ替えることが可能な図示しないマイラが取り付けられる。
【００２６】
また、現像装置１８，２０，２２，２４には、各色のトナーを供給するためのトナー供給装置８１〜８８が連結される（トナー供給装置８１，８２は現像装置１８に対応し、トナー供給装置８３，８４は現像装置２０に対応し、トナー供給装置８５，８６は現像装置２２に対応し、トナー供給装置８７，８８は現像装置２４に対応する。）。トナー供給装置８１〜８８は、現像装置１８，２０，２２，２４に収容された現像剤のトナー濃度に応じて、現像装置１８，２０，２２，２４へトナーを供給することが可能に設けられる。なお、トナー供給装置８１〜８８は、図に示すように２つに分割されていなくてもよい。
【００２７】
また、トナー供給装置８１〜８８の内部には、トナーの蓄積量が不足するか否かを検出するためのトナーエンプティセンサ（第２の検知手段）９１〜９８がそれぞれ配置される。トナーエンプティセンサ９１〜９８は、発光素子および受光素子とから成る透過型フォトセンサであり、トナーで遮光されている間はトナーが存在し、トナーで遮光されなくなると、トナーがニアエンプティ状態にあると判断する。画像形成装置１０は、トナーエンプティセンサ９１〜９８が検出した結果に基づいて、画像形成装置１０の使用を許可あるいは禁止する制御を行うことが可能に設けられている。なお、トナーエンプティセンサ９１〜９８に代えて、トナー供給装置の駆動時間、プリント印字率情報の累計などに基づいて、トナーがニアエンプティ状態にあることを検出することが可能な手段が設けられてもよい。
【００２８】
転写装置２６は、矢印ｂ方向に回転駆動される駆動ローラ２８と、４つの支持ローラ３０，３２，３４，３６と、支持ローラ３０，３２，３４，３６の周囲に掛け渡される無端の中間転写ベルト３８とを有する。中間転写ベルト３８は、ポリカーボネードなどの樹脂シート材で形成され、１０５〜１０１２（Ω／ｃｍ２）程度の表面電気抵抗になるように、カーボンブラックが表面に散布されている。また、中間転写ベルト３８は、駆動ローラ２８が回転駆動することによって、矢印ｃ方向に回転移動する。さらに、２つの支持ローラ３０，３２の間に位置する中間転写ベルト３８の部分は、感光体ドラム１２に接触することによって一次転写領域４０を形成する。なお、４つの支持ローラ３０，３２，３４，３６は、中間転写ベルト３８の移動に従動回転することが可能に設けられることが好ましいが、従動回転しない固定式のものであってもよい。
【００２９】
支持ローラ３６の下方には、矢印ｄ方向に回転駆動可能な転写ローラ４２が配置される。転写ローラ４２は、例えばシリコンやウレタンなどの発泡ゴム材で形成され、１０５〜１０１２（Ω／ｃｍ２）の表面電気抵抗を有するようにカーボンブラックが表面に散布される。転写ローラ４２と支持ローラ３６との間にある中間転写ベルト３８の部分は、二次転写領域４４を形成する。用紙等の被転写材４６は、それぞれ回転する中間転写ベルト３８と転写ローラ４２との間を通過し、矢印ｅ方向に搬送され得る。
【００３０】
次に、本実施形態の画像形成装置１０におけるカラー画像形成工程について述べる。
【００３１】
はじめに、感光体ドラム１２の表面が帯電装置１４により均一な電位に帯電される。その均一に帯電された感光体ドラム１２の表面に、露光装置１６から画像情報に基づいてレーザビーム１６ａが照射される。これにより、レーザビーム１６ａが照射された部分の電位は減衰されて、感光体ドラム１２の表面にシアン静電潜像が形成される。このシアン静電潜像が形成された感光体ドラム１２の表面が感光体ドラム１２の回転に伴って現像装置１８と対向する位置まで移動すると、当該表面にシアントナーが静電的に付着されてシアントナー像が形成される。その他の色のトナー像も、シアントナー像と同様に感光体ドラム１２上に順次形成される。
【００３２】
続いて、現像装置２０，２２，２４によって感光体ドラム１２上にそれぞれ形成されたマゼンタトナー像、イエロートナー像、およびブラックトナー像が一次転写領域４０において中間転写ベルト３８上のシアントナー像およびマゼンタトナー像の上に順次重ねられて一次転写される。この結果、中間転写ベルト３８上にカラートナー像が形成される。
【００３３】
カラートナー像が形成された中間転写ベルト３８の表面が、中間転写ベルト３８の回転に伴って二次転写領域４４まで移動すると、同時に二次転写領域４４に搬送されている被転写材４６上にカラートナー像が二次転写される。そして、被転写材４６が図示しない定着装置を通過するときに、被転写材４６に二次転写されたカラートナー像は被転写材４６に定着される。
【００３４】
なお、画像形成装置１０において形成される画像の濃度は、周期的に配列されたドットの大きさが調節されることや、ラインの幅を増減するディザ法、あるいはパルス幅変調方式が適用されることによって調節される。
【００３５】
次に、本実施形態における磁気式センサ６１，６２，６３，６４を用いたトナー濃度の検出方法について具体的に説明する。
【００３６】
なお、以降の説明では、トナーについて、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど色の記載を省略する。また、上述したように磁気式センサ６１，６２，６３，６４の構成は全て同一であり、磁気式センサ６１，６２，６３，６４のそれぞれが奏する作用も同様のものである。これにより、以下の説明において、磁気式センサの符号は省略して説明するものとする。また、これに伴い、現像装置１８，２０，２２，２４、トナー供給装置８１〜８８、およびトナーエンプティセンサ９１〜９８の符号も省略して説明する。すなわち、以下の説明において、磁気式センサについて説明するものは、磁気式センサ６１，６２，６３，６４の全てに共通するものであり、現像装置についての説明は、以下に記載される磁気式センサが内部に収容される現像装置について行なうものであり、またトナー供給装置についての説明は、以下に記載される現像装置に現像剤を供給するためのトナー供給装置について行なうものであり、さらにトナーエンプティセンサについての説明は、以下に記載されるトナー供給装置内に収容されるトナーエンプティセンサについて行なうものである。
【００３７】
はじめに、本実施形態におけるトナー濃度の検出方法の概念について述べる。
【００３８】
本実施形態において、トナー濃度は、磁気式センサに所定範囲内の入力電圧が所定時間継続して入力されたときに、磁気式センサが複数時点において出力する出力電圧が平均化されることによって獲得されるセンサ出力値に基づき検出される。センサ出力値の詳しい獲得方法については、後述する。
【００３９】
上記のトナー濃度の検出が実行されるにあたって、磁気式センサは、磁気式センサに入力電圧が前記所定範囲内において段階的に変更して入力されることに応じて、磁気式センサが出力するセンサ出力値が所定の値に収束していくように設けられる。
【００４０】
図３は、センサ出力値とトナー濃度との関係を示す図である。図は、同一の入力電圧が
磁気式センサに入力される条件下において、現像剤のトナー濃度と、磁気式センサが出力する出力電圧に基づいて獲得されるセンサ出力値との関係を示している。図に示すように、トナー濃度とセンサ出力値とは線形関係を示す。
【００４１】
図４は、入力電圧とセンサ出力値との関係を示すグラフである。
【００４２】
図は、３％、５％、７％、９％のトナー濃度を有する現像剤がそれぞれ現像装置に収容された状態で、磁気式センサへ入力される入力電圧を０．５Ｖステップで変化させたときに獲得されるセンサ出力値の推移を示すものである。
【００４３】
上記のように磁気式センサが設けられることによって、入力電圧が磁気式センサに所定範囲内において段階的に変更して入力されたときに、獲得されるセンサ出力値は所定の値に収束していく。図４において、磁気式センサに入力される入力電圧が１５．０Ｖ以上になると、獲得されるセンサ出力値は収束していく傾向を示し、入力される入力電圧が２０．０Ｖ付近になると、センサ出力値はほぼ一定の値に収束する。この収束値は、トナー濃度が３％である場合には３．６７Ｖ、トナー濃度が５％である場合には３．４９Ｖ、トナー濃度が７％である場合には３．２６Ｖ、トナー濃度が９％である場合には２．８３Ｖであり、トナー濃度が低い程、高くなる傾向がある。
【００４４】
このように、所定範囲内の入力電圧が入力されたときに磁気式センサが出力するセンサ出力値は、トナー濃度に応じて異なり、所定範囲内の入力電圧が入力されたときに獲得されるセンサ出力値とトナー濃度とは、図５に示す関係式により対応付けられる。
【００４５】
図５は、磁気式センサに２０．０Ｖの入力電圧が入力されたときに獲得されるセンサ出力値とトナー濃度との関係を示すグラフである。
【００４６】
図に記載の対数近似式に、２０．０Ｖの入力電圧が磁気式センサに入力されたときに獲得されるセンサ出力値を代入することによって、トナー濃度を検出することができる。
【００４７】
なお、トナー濃度を検出するために磁気式センサに入力される入力電圧は、上記の２０．０Ｖに限られず、獲得されるセンサ出力値が所定の値に収束する範囲内における任意の入力電圧に設定することができる。この場合、当該入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値とトナー濃度との関係式が実験などにより求められて設定される。
【００４８】
次に、本実施形態において、センサ出力値の獲得方法について説明する。
【００４９】
例えば、磁気式センサ上の攪拌スクリューが３００ｒｐｍ程度で回転駆動している場合、磁気式センサの検出面上に存在する現像剤は、攪拌スクリューにかかるシステムスピードやギヤ構成などにもよるが、通常、１秒間に５回の頻度でマイラによってかき取られて入れ替わる。この現像剤の入れ替わり時において、磁気式センサが出力する出力電圧は変動を生じ得る。この出力電圧の変動はリップルと呼ばれ、通常、０．２〜０．５Ｖ程度である。このリップルが生じた出力電圧が多く含まれた複数の出力電圧に基づきセンサ出力値が獲得されて、トナー濃度が検出された場合には、検出されたトナー濃度は誤差を有するものとなる。これに鑑み、本実施形態では、センサ出力値を獲得するにあたって、磁気式センサが出力する出力電圧をサンプリングする方法が規定されている。
【００５０】
攪拌スクリューの回転速度と、磁気式センサが出力電圧を出力する間隔とは既知であるため、１つのリップルが出現する周期を把握することができる。この周期を、複数の出力電圧のサンプリングを行なう単位時間として設定する。そして、所定の入力電圧が上記の単位時間に入力されたときに磁気式センサが出力する複数の出力電圧を平均化することによって、当該所定の入力電圧に対応付けられるセンサ出力値が獲得される。これにより、リップルに依存しないセンサ出力値を獲得することが可能となる。
【００５１】
また、電気的なスパイクノイズ等を考慮して、サンプリングされた複数の出力電圧のうち、最大値と最小値とを取り除いた後に、上記の平均化が実行されることとしてもよい。
【００５２】
また、上記の平均化は、サンプリングされた複数の出力電圧のうち、閾値を設け、その閾値を越えた出力電圧を取り除いた後に、上記の平均化が実行されることとしてもよい。
【００５３】
また、上述した方法に従ってセンサ出力値を複数獲得して、それらの値をさらに平均化することとしてもよい。このときには、当該複数のセンサ出力値は、それぞれ獲得されるたびにメモリ２００に記憶される。
【００５４】
次に、センサ出力値を獲得するために複数の出力電圧をサンプリングする単位時間の設定方法について述べる。
【００５５】
例えば、磁気式センサ上の攪拌スクリューの回転速度が３００ｒｐｍである場合、１つのリップルが出現する周期は０．２秒である。この１つのリップルが出現する時間を複数の出力電圧をサンプリングする単位時間として設定すると、１秒間に５つのセンサ出力値を獲得することができる。これに対して、例えば検出されるトナー濃度の信頼性を確保するためなどの理由によって、１つのトナー濃度を検出するために１５のセンサ出力値が獲得されていることが必要である場合には、複数の出力電力をサンプリングする単位時間として、上記の単位時間の３倍の長さである３秒間が設定されればよい。
【００５６】
通常、トナー補給口から補給されたトナーが磁気式センサの取り付け位置まで攪拌搬送されるのに要する時間は、補給されるトナーによって急激に磁気式センサの出力電圧が変動しないように、数十秒程度かかるように設計されている。このため、上述した３秒間程度を、複数の出力電圧をサンプリングする単位時間としても何ら問題はない。
【００５７】
次に、上述したトナー濃度の検出方法に基づき、画像形成装置１０において実行される処理について説明する。
【００５８】
図６は、本実施形態の画像形成装置１０における処理の手順を示すフロチャートである。図６のフロチャートにより示されるアルゴリズムは、メモリ２００に記憶され、制御部１００によって実行される。なお、以下に示されるフロチャートは、現像装置内に投入された現像剤のトナー濃度が既知であり、新品の現像剤が現像装置内に収容されるときの処理を示す。
【００５９】
はじめに、図６のステップＳ１０１に示されるセンサ出力値獲得処理について説明する。
【００６０】
トナー濃度が既知である現像剤が画像形成装置１０に投入された状態において、上述したセンサ出力値の獲得方法に従い、予め設定された短い時間内に所定の範囲内の入力電圧が磁気式センサに入力され、この入力電圧の入力により磁気式センサが出力する出力電圧に基づきセンサ出力値が獲得され、獲得されたセンサ出力値はメモリ２００に記憶される（Ｓ１０１）。
【００６１】
このステップＳ１０１において記憶されるセンサ出力値は、様々な要因により誤差を有し得るものである。このため、その誤差を修正するための補正処理がステップＳ１０１以降の処理において実行される。
【００６２】
磁気式センサが出力する出力電圧には、磁気式センサ自体の精度やその現像装置への取り付け精度などに起因するばらつきがある。このばらつきによって、ステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は、誤差を有し得るものである。この誤差を修正するために、ステップＳ１０２において初期値補正処理が行われる。
【００６３】
予め、当該誤差を含まないセンサ出力値（以下、第１の実験値）が実験によって獲得されて、メモリ２００に記憶されている。この第１の実験値は、精度に問題がない磁気式センサが現像装置に良好に取り付けられた状態で、当該新品の現像剤のトナー濃度と同一のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入されたときに、ステップＳ１０１において入力された入力電圧と同一の入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値である。そして、ステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値と、第１の実験値とが比較されることによって算出される差分が、ステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値に加算され、加算された値がメモリ２００に上書き記憶される（Ｓ１０２）。
【００６４】
この処理について、以下に具体的に例示して説明する。なお、説明の便宜のために、上述したステップＳ１０１における処理も含めて説明する。
【００６５】
はじめに、現像装置内に上述した新品の現像剤を万遍なく行き渡らせるために、図示しない攪拌スクリューは、作像しない（トナーを消費しない）条件下で、数分間程度、現像装置内に投入された現像剤を攪拌搬送する（以下、初期攪拌）。この初期攪拌終了後、磁気式センサに入力電圧が２０．０Ｖに入力され、この入力により獲得されるセンサ出力値が、例えば３．６８Ｖと記憶される（Ｓ１０１に対応）。続いて、ステップＳ１０２において、この最大値と、予めメモリ２００に記憶されている上述した第１の実験値とが比較され、両値の差が算出される。例えば、第１の実験値が３．６７Ｖである場合には、磁気式センサによって検出された値と第１の実験値との差は−０．０１Ｖ（＝３．６７Ｖ−３．６８Ｖ）である。この差が、ステップＳ１０１で記憶されたセンサ出力値（３．６８Ｖ）に加算されて、３．６７Ｖ（＝３．６８Ｖ−０．０１Ｖ）がメモリ２００に上書き記憶される（Ｓ１０２）。
【００６６】
また、ステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は、画像形成装置１０が設置されている環境や、画像形成装置１０の耐久性、現像装置の駆動及び停止時間などに基づく誤差をも包含し得るものである。これらの誤差は、いずれも現像装置内の現像剤のかさ密度が変動することに起因する。このため、本実施形態において、これらの誤差を段階的に取り除いていくために各種補正処理が実行される。
【００６７】
上記の誤差の一つとして、画像形成装置１０の駆動時間や停止時間に基づく誤差がある。この誤差を修正するために、以下に説明する駆動停止時間補正処理が実行される（Ｓ１０３）。
【００６８】
予め、当該誤差を含まないセンサ出力値（以下、第２の実験値）が実験により獲得されて、メモリ２００に記憶されている。この第２の実験値は、画像形成装置１０が所定時間継続して駆動する状況下で、当該新品の現像剤のトナー濃度と同一のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入されたときに、ステップＳ１０１において入力された入力電圧と同一の入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値である。この第２の実験値と、ステップＳ１０１で記憶されたセンサ出力値との差分が算出されて、ステップＳ１０２において記憶された値に加算され、加算された値がメモリ２００に上書き記憶される。
【００６９】
このステップＳ１０３の処理について、さらに具体的に例示して説明する。なお、以下の説明において、上記のステップＳ１０２の処理の説明において示した値を継続して用いて説明する。
【００７０】
例えば、実験により第２の実験値として３．６７Ｖが求められ、メモリ２００に記憶されている。これに対してステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は３．６８Ｖである。よって、両値の差分として−０．０１Ｖ（＝３．６７Ｖ−３．６８Ｖ）が算出される。そして、この差分が、ステップＳ１０２においてメモリ２００に記憶された値（３．６７Ｖ）に加算されて、３．６６Ｖ（＝３．６７Ｖ−０．０１Ｖ）がメモリ２００に上書き記憶される。
【００７１】
さらに、上記の誤差の一つとして、画像形成装置１０が長期間使用されたことに基づく誤差がある。この誤差を取り除くために、ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４において、以下に説明する耐久補正処理が実行される。
【００７２】
予め、当該誤差を含まないセンサ出力値（以下、第３の実験値）が実験により獲得されて、メモリ２００に記憶されている。この第３の実験値は、画像形成装置１０が新品である条件下で、当該新品の現像剤のトナー濃度と同一のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入されたときに、ステップＳ１０１において入力された入力電圧と同一の入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値である。この第３の実験値と、ステップＳ１０１で記憶されたセンサ出力値との差分が算出されて、ステップＳ１０３において記憶された値に加算され、加算された値がメモリ２００に上書き記憶される。
【００７３】
このステップＳ１０４の処理についてさらに具体的に例示して説明する。なお、以下の説明において、説明の便宜のため、上記のステップＳ１０２および１０３の処理の説明において示した値を継続して用いて説明することとする。
【００７４】
例えば、実験により第３の実験値として３．６７Ｖが求められ、メモリ２００に記憶されている。これに対してステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は３．６８Ｖである。よって、両値の差分として−０．０１Ｖ（＝３．６７Ｖ−３．６８Ｖ）が算出される。そして、この差分が、ステップＳ１０３においてメモリ２００に記憶された値（３．６６Ｖ）に加算されて、３．６５Ｖ（＝３．６６Ｖ−０．０１Ｖ）がメモリ２００に上書き記憶される。
【００７５】
また、上記の誤差の一つとして、画像形成装置１０が設置される場所の絶対湿度に基づく誤差がある。通常の快適な環境下においては絶対湿度は、１０ｇ／ｍ３程度である。この通常の環境下において獲得されるセンサ出力値と、低湿な環境下（絶対湿度１ｇ／ｍ３程度）や高湿な環境下（２０ｇ／ｍ３程度）において獲得されるセンサ出力値とは相違し得る。この相違に基づき生じる誤差を取り除くために、ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５において、以下に説明する環境補正処理が実行される。
【００７６】
予め、当該誤差を含まないセンサ出力値（以下、第４の実験値）が実験により獲得されて、メモリ２００に記憶されている。この第４の実験値は、画像形成装置１０が通常の環境下に設置される条件下で、当該新品の現像剤のトナー濃度と同一のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入されたときに、ステップＳ１０１において入力された入力電圧と同一の入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値である。この第４の実験値と、ステップＳ１０１で記憶されたセンサ出力値との差分が算出されて、ステップＳ１０４でメモリ２００に記憶された値に加算され、加算された値がメモリ２００に上書き記憶される。
【００７７】
このステップＳ１０５の処理についてさらに具体的に例示して説明する。なお、以下の説明において、便宜のため、上記のステップＳ１０２〜１０４の処理の説明において示した値を用いて説明することとする。
【００７８】
例えば、実験により第４の実験値として３．６７Ｖが求められ、メモリ２００に記憶されている。これに対してステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は３．６８Ｖである。よって、両値の差分として−０．０１Ｖ（＝３．６７Ｖ−３．６８Ｖ）が算出される。そして、この差分が、ステップＳ１０４においてメモリ２００に記憶された値（３．６５Ｖ）に加算されて、３．６４Ｖ（＝３．６５Ｖ−０．０１Ｖ）がメモリ２００に上書き記憶される。
【００７９】
さらに、上記の誤差の一つとして、画像形成装置１０の印字率（用紙面積に対する印字面積の割合）に基づく誤差がある。通常の印字率（６％前後）で画像形成装置１０が印字を行なうときに獲得されるセンサ出力値と、低印字率（例えば１％以下）や高印字率（例えば５０％以上）で画像形成装置１０が連続的に印字を行なうときに獲得されるセンサ出力値とは相違し得る。この相違に基づく誤差を取り除くために、ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６において、以下に説明する印字率補正処理が実行される。
【００８０】
予め、当該誤差を含まないセンサ出力値（以下、第５の実験値）が実験により求められて、メモリ２００に記憶されている。この第５の実験値は、画像形成装置１０が通常の印字率で印字するときに、当該新品の現像剤のトナー濃度と同一のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入されたときに、ステップＳ１０１において入力された入力電圧と同一の入力電圧が磁気式センサに入力されることによって獲得されるセンサ出力値である。この第５の実験値と、ステップＳ１０１で記憶されたセンサ出力値との差分が算出されて、ステップＳ１０５において記憶された値に加算され、加算された値がメモリ２００に上書き記憶される。また、このときには、磁性キャリアの消費やトナーの噴煙の発生を防止するために、ステップＳ１０６においてメモリ２００に記憶されたセンサ出力値が、予めメモリ２００に記憶された規定範囲を超えたか否かが判断される。この規定範囲は、実施狙いとするトナー濃度に応じて設定される。規定範囲を超えたと判断された場合には、画像形成装置１０に何らかの異常が生じていると検知される。
【００８１】
このステップＳ１０６の処理について、さらに具体的に例示して説明する。なお、以下の説明において、便宜のため、上記のステップＳ１０２〜１０５の処理の説明において示した値を継続して用いて説明することとする。また、以下の説明において、トナー濃度とセンサ出力値との関係は、図４に示す関係に準ずるものとし、実施狙いとするトナー濃度は５〜７％、入力電圧は２０．０Ｖであるとする。
【００８２】
例えば、実験により第５の実験値として３．６７Ｖが求められ、メモリ２００に記憶されている。これに対してステップＳ１０１において記憶されたセンサ出力値は３．６８Ｖである。よって、両値の差分として−０．０１Ｖ（＝３．６７Ｖ−３．６８Ｖ）が算出される。そして、この差分が、ステップＳ１０５においてメモリ２００に記憶された値（３．６４Ｖ）に加算されて、３．６３Ｖ（＝３．６４Ｖ−０．０１Ｖ）がメモリ２００に上書き記憶される。
【００８３】
また、図４より、実施狙いとされる５〜７％のトナー濃度の現像剤が画像形成装置１０に投入された状態で、磁気式センサに２０．０Ｖの入力電圧が入力されたときに獲得されるべきセンサ出力値は、３．２３Ｖ〜３．４６Ｖである。これに基づき、メモリ２００には、３．２３Ｖ〜３．４６Ｖの値が、センサ出力値の規定範囲として記憶されている。この規定範囲に対して、メモリ２００に記憶された３．６３Ｖの値は上回っているために、画像形成装置１０には何らかの異常が生じていると検知されることになる。
【００８４】
以上の補正処理が行われたのち、ステップＳ１０６において最終的にメモリ２００に記憶されたセンサ出力値が、図５に記載された近似式に代入されることによって、トナー濃度が検出される（Ｓ１０７）。
【００８５】
このステップＳ１０７の処理について、上記のステップＳ１０１〜１０５の処理において説明した値を用いて具体的に説明する。
【００８６】
上記の説明における例では、ステップＳ１０６において最終的にメモリ２００に記憶されたセンサ出力値は３．６３Ｖである。この３．６３Ｖが、図５に記載された近似式に代入されて、トナー濃度が３．４８％と検出される。
【００８７】
次に、ステップＳ１０７において検出されたトナー濃度に基づき、ステップＳ１０８において、以下に説明するトナー補給処理が実行される。
【００８８】
まず、ステップＳ１０７で検出されたトナー濃度が、目標値を大きく超えたか否かが判断される。この判断に基づいて、表１に示される処理が実行される。
【００８９】
【表１】
2006317539.tif 000003
【００９０】
例えば、（目標値≦検出値）の場合、トナー供給装置は、トナー補給動作を行わない。（目標値−２．０％≦検出値＜目標値）の場合、トナー供給装置は、通常のトナー補給動作を行なう。（目標値−３．０％≦検出値＜目標値−２．０％）の場合、画像形成装置１０において作像動作が一時的に禁止されて、トナー供給装置は、ステップＳ１０７で検出されるトナー濃度が目標値に達するまで、強制的にトナー補給動作を行なう。（検出値＜目標値−３．０％）の場合、画像形成装置１０は何らかの異常が発生したと判断して機能を停止する。なお、上記の判断の結果、トナー供給装置がトナー補給動作を行なうこととなった場合には、トナー供給装置に駆動力を伝達するための図示しない補給モータが起動される。また、上記に示したケースのうち、（目標値−３．０％≦検出値＜目標値−２．０％）以外のケースにおいて、ステップＳ１０７で検出されたトナー濃度は異常値であると判断される。
【００９１】
また、ステップＳ１０７で検出されたトナー濃度が異常値であると判断された場合、トナーエンプティセンサがニアエンプティであると判断したか否かが判断される。これは、ステップＳ１０７で検出されたトナー濃度が異常値を示していることは、画像形成装置１０に蓄積されているトナーが不足していることに基づくものであるか否かが判断されることを目的とするものである。表２に、トナーエンプティセンサの判断結果に基づき、ステップＳ１０７において検知されるトラブル検知結果を示す。
【００９２】
【表２】
2006317539.tif 000004
【００９３】
トナーエンプティセンサがニアエンプティであると判断した場合には、トナー濃度の異常はトナーが不足することに基づくものであると検知される。これに対して、トナーエンプティセンサがノットエンプティであると判断した場合には、トナー濃度の異常はトナーの蓄積量に基づくものではなく、その他の異常原因に基づくものであると検知される。
【００９４】
本発明によれば、入力電圧が変更可能であり、入力電圧および現像剤の磁性状態に応じて変化するセンサ出力値を出力可能な磁気式センサに、所定範囲内の入力電圧が入力されたときに磁気式センサが出力するセンサ出力値から、前記現像剤のトナー濃度を検出する。これにより、印字に用いられる現像剤の種類やトナー濃度に応じて、前記センサの内部構成を変更する必要がない。したがって、検出可能な現像剤のトナー濃度が制限されることなく、トナー濃度を高精度に検出することができ、画像形成装置の製造コストを低減することができる。
【００９５】
本発明は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内におい
て、種々改変することができる。
【００９６】
例えば、本発明が適用される画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸやこれらの複合機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態における画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるプリンタ部を概略的に示す断面図である。
【図３】センサ出力値とトナー濃度との関係を示すグラフである。
【図４】入力電圧とセンサ出力値との関係を示すグラフである。
【図５】、磁気式センサに２０．０Ｖの入力電圧が入力されたときに獲得されるセンサ出力値とトナー濃度との関係を示すグラフである。
【図６】本実施形態の画像形成装置における処理の手順を示すフロチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１０    画像形成装置、
１２    感光体ドラム（像担持体）、
１８，２０，２２，２４    現像装置（現像手段）、
２６    転写装置（転写手段）、
６１，６２，６３，６４    磁気式センサ（センサ）、
９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８    トナーエンプティセンサ（第２の検知手段）、
１００    制御部、
２００    メモリ。
【図１】
2006317539.tif 000005
【図２】
2006317539.tif 000006
【図３】
2006317539.tif 000007
【図４】
2006317539.tif 000008
【図５】
2006317539.tif 000009
【図６】
2006317539.tif 000010