(57)【要約】【課題】トナーホッパーからのトナー供給能力を把握し、適切なニア−エンド及び／又はトナーエンドを設定し、使用環境などで想定したニア−エンド及び／又はトナーエンドに誤差が生じても実使用上支障の無い画像形成装置及びその装置のニア−エンド及び／又はトナーエンド時間を設定する設定方法を提供すること。【解決手段】トナー濃度の検知手段を有する２成分現像装置を具備すると共に、トナー供給部材によって該現像装置にトナーを供給しうるトナーホッパーが装着されてなる画像形成装置において、印字によるトナー消費がない状態で、且つ上記現像装置に強制的にトナーが供給されるトナー補給モードによるトナー補給速度に応じて、該装着されるトナーホッパーのニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間が予め設定されてなることを特徴とする。【選択図】　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー供給部材によって現像装置にトナーを供給しうるトナーホッパーが装着されてなる画像形成装置において、
印字によるトナー消費がない状態で、且つ上記現像装置に強制的にトナーが供給されるトナー補給モードによるトナー補給速度に応じて、該装着されるトナーホッパーのニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間が予め設定されてなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記トナーホッパーにはニア−エンド時間及び／又はトナーエンド時間、更には上記トナー補給モードで補給を行うためのトナー供給部材の稼動或いは駆動時間を記憶しうる記憶部材が設けられることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記トナー補給モードは、未使用のトナーホッパーが装着される際にオンされるように設定されてなることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記トナーホッパーにはそのホッパーが既に使用されたことがあるか否かを判別できる記憶部材を有することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記現像装置にトナー濃度の検知手段を設け、上記トナーホッパーからの補給開始前において、上記検知手段による上記トナー濃度が予め定めた濃度値より低い場合には上記トナー補給モードを実施すると共に、上記予め定めた濃度値より高い場合にはトナー濃度が予め定められた濃度値となるまでトナー補給を中止して、予め定めた濃度値に達した際に上記トナー補給モードを実施するように設定されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置におけるニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間の設定方法において、予め複数の異なるトナーホッパーから個々に求めたトナー補給速度とトナー供給が不能となる時間データとの関係に基づいて、設定することを特徴とする画像形成装置のニア−エンド及び／又はトナーエンド時間の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機・光プリンター・ＦＡＸ等の電子写真等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真方式でのトナーとキャリアからなる２成分現像を用いた画像形成装置におけるトナー濃度制御は、２成分現像剤を透磁率センサで検知し、低くなればトナー補給を行い常に一定のトナー濃度を保持している。この制御を用いて、トナー濃度が所定時間以上低い状態が続いた場合にはトナーホッパー内にトナーが無いと判断しトナーエンドを決定し、ユーザーにトナーホッパーの交換、或いはトナー補充を促していた。
【０００３】
しかし、この方法では、トナーエンドの報知が突然に行われるため、ユーザーは交換用のトナーの準備等に時間がかかると、機械が使用できないことも生じる。そこで、トナーエンド前の間近の状態としてニア−エンドを設定し、かかるニア−エンドの報知は、ユーザーがトナーを準備する時間を与えるためにも、重要である。この方法を盛り込んだ制御として現像剤透磁率及び光学濃度を併用する方法が示されている。これは、透磁率検知により現像剤中のトナー濃度が一定になるように制御しつつ、同時に感光体上の規定パターンの光学濃度を検知し最終画像濃度を保つ事であり、この２つの方法に基づいて、より正確なトナーエンド（或いはニア−エンド）を警告表示させる事が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、所定時間以上トナー補給駆動部材が駆動した場合にトナーエンド（或いはニア−エンド）を決定する方法も提案されている。ところが各々のトナー補給駆動部材の、単位時間当たりの補給量には、ばらつきが大きいことがわかっている。従ってこの方法を取り入れた場合は、トナー供給性能のばらつきによりトナーエンド（或いはニア−エンド）に誤差が生じる。この結果、十分にトナーが補給部に残っているにも関わらず、交換を報知したり、逆にトナーが無くなって画像が薄くなってきているにもかかわらず、交換を報知せず使用できたりするという問題がある。
【０００５】
例えばこのばらつきを抑制する手段として、トナー供給性能のばらつきによる装置毎のトナー補給性能のばらつきや画像面積率の変化に対して過不足のない適切なトナー補給を行うために、フォトセンサで検出された感光体上の画像濃度が得られた場合のトナー補給部材駆動時間と、トナー最大補給量時のトナー補給部材駆動時間の比率により、即ち最大補給率に応じて補給量を調整する事が提案されている（特許文献２参照。）。
また、その他の方法として、プリントされるドット数を積算して、それが所定値を越えたらトナーが消費されたものとする方法もあるが、消費量は環境の変化に敏感であるため、安定した方法とは言えない。
【０００６】
上述のトナーエンドの検知手段としての方法は、よりトナーエンドを正確に発生させる試みを行っているが、透磁率及び光学濃度ともに変化した事をトリガーとするトナーエンドであり、誤検知やトナーエンド直前の低いトナー濃度による画像の劣化、特に画像濃度の低下は免れない。又、透磁率センサのみならず光学濃度センサも付加することにより、コストアップや複雑な制御方法、構造的な複雑さを伴う。
【０００７】
また、トナー補給性能ばらつきに対する補正を提案している内容においても（特許文献２参照。）、補給性能の制御において感光体上の光学濃度検知手段を用いている事から、コストアップや複雑な制御方法、機構的な複雑さを伴う。
以上のことから、安価で、簡易的で、適正にユーザーにニア−エンド・トナーエンドを報知できるシステムが望まれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−２８０１７６号公報
【特許文献２】
特開平９−１９７７９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされるものであり、ニア−エンド及び／又はトナーエンドの直前でも良好な画質を得るために、またニア−エンド及び／又はトナーエンド直前まで一定のトナー濃度を確保するために、トナーホッパーからのトナー補給速度、即ちトナー供給能力を把握し、適切なニア−エンド及び／又はトナーエンドを設定し、使用環境などで想定したニア−エンド及び／又はトナーエンドに誤差が生じても実使用上支障の無い画像形成装置及びその装置のニア−エンド及び／又はトナーエンド時間を設定する設定方法を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、適切でニア−エンド及びトナーエンドを選択するために、トナー消費のない、強制的なトナーの補給モード状態でのトナー補給速度に応じて、ニア−エンド及びトナーエンド時間を設定すると、装着トナーホッパーの性能が見極められ、簡単なエンド時間の選択にも拘らず、ニア−エンド及びトナーエンドの直前でも良好な画質が得られることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１１】
本発明に係る画像形成装置は、トナー供給部材によって現像装置にトナーを供給しうるトナーホッパーが装着されてなる画像形成装置において、印字によるトナー消費がない状態で、且つ上記現像装置に強制的にトナーが供給されるトナー補給モードによるトナー補給速度に応じて、該装着されるトナーホッパーのニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間が予め設定されてなることを特徴とする。
後述するように、このようなトナー補給速度に対するトナーエンド時間には所定の関係が見られることから、新たに装着されたトナーホッパーにおけるトナー補給速度を検知することによって、それぞれのトナーホッパーの適切なニア−エンド時間及び／又はトナーエンド時間の設定がなされる。
【００１２】
尚、トナー補給速度は、トナーホッパーからの直接的な補給速度を測定しても良いし、特に制限はないが、後述するように、二成分現像装置に設けたトナー濃度の検知手段によってトナー補給速度を測定することによって求めることが望ましい。通常、現像装置のトナー濃度の検知手段は現像ローラ等に近接して設けられ、透磁率センサ或いは光学的センサ等である。特に、本発明にあっては、透磁率センサが好ましく、差動トランス式のトナー濃度センサを用いることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る画像形成装置にあっては、上記トナーホッパーにニア−エンド時間及び／又はトナーエンド時間、更には上記トナー補給モードで補給を行うためのトナー供給部材の稼動或いは駆動時間を記憶しうる記憶部材が設けられることが望ましい。
上記トナー補給モードで求めた上記ニア−エンド時間及び／又はトナーエンド時間を記憶させ、使用している間のトナー供給部材の総駆動時間を管理して、これらを照らし合わせながらニア−エンド及びトナーエンド警告を発することができる。更に、トナーホッパーに記憶部材或いは記憶措置を付加することによって、複数の画像形成装置に同一型のトナーホッパーを使い回しする場合や、中古のトナーホッパーを用いる場合でも適切にニア−エンド及びトナーエンド警告を発することができる。
【００１４】
さらに本発明に係る画像形成装置において、上記トナー補給モードは、未使用トナーホッパーが装着される際にオンされるように設定されてなることを特徴とする。
一般に、トナーホッパーはカートリッジ方式、或いは交換方式で装着されるが、未使用トナーホッパーにあっては、現像剤、駆動時間等についてトナー供給性能が安定しており、ニア−エンド及びトナーエンドを極めて正確に決定することができる。
さらに本発明に係る画像形成装置によれば、上記トナーホッパーにはそのホッパーが既に使用されたことがあるか否かを判別できる記憶部材を有することを特徴とする。
上記の構成により使用されていないホッパーに対してのみ、装着時に補給モードを行うことが可能になる。
【００１５】
上記トナーホッパーからの補給開始前において、上記検知手段による上記トナー濃度が予め定めた濃度値より低い場合には上記トナー補給モードを実施すると共に、上記予め定めた濃度値より高い場合にはトナー濃度が予め定められた濃度値となるまでトナー補給を中止して、予め定めた濃度値に達した際に上記トナー補給モードを実施するように設定されてなることが望ましい。
上記装着されたトナーホッパーのニア−エンド及び／又はトナーエンドを決定するには、トナー補給モードの実施が必要であるが、現像装置自体に最初からトナーが存在していると、装着時に過度の補給がなされ、画像に所謂カブリを誘発する場合がある。このため、画像濃度低下が問題とならない範囲まで現像装置内のトナーが消費された時点で、トナー補給モードを実施して、ニア−エンド及び／又はトナーエンド時間を設定できるようにしたものである。
【００１６】
さらに本発明に係る画像形成装置におけるニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間の設定方法において、予め複数の異なるトナーホッパーから個々に求めたトナー補給速度とトナー供給が不能となる時間データとの関係に基づいて、設定することが望ましい。
【００１７】
予め求めるデータためのトナーホッパーの数は、少なくとも１００個以上であることが望ましい。かかるデータ数であれば、同一型性能のトナーホッパーにおけるトナー供給能力に対するトナー供給不能時間との関係が一定の単調増加直線（近似直線）として求められる（後述の図８参照。）。また、かかる増加直線の信頼性を考慮して、所定誤差を踏まえて縦軸に下に平行移動したトナーエンド直線を設定して実基準とすれば、トナー補給モードで判定したニア−エンド及び／又はトナーエンド時間が実際より長くなる方向に近似直線が誤差が生じていたとしても、画像形成が完全に不能になるような間違ったトナーエンドが発生せず、更にキャリア付着などの最悪のケースが発生しないように装置を保護することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置及びそのニア−エンド時間及び／又はトナーエンド時間の設定方法について詳述する。尚、本発明に係る画像形成装置は以下の実施の形態に限られるものではない。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置（電子写真プロセス）の概略図である。図２は、図１に示す画像形成装置における現像手段の概略図である。図３は、図２の現像手段に設けられる差動トランス方式のトナー濃度検知手段（透磁率センサ）の概略回路図である。図４は、現像手段でのトナー濃度に対する透磁率センサの電圧出力値（Ｖ）との関係を示す線図である。図５は、図２に示す現像手段の担持体（現像ローラ）の基準速度における閾値電圧（制御電圧）の決定をするための検知タイミング図である。図６は、図２に示すトナーホッパーにおける補給モードの判定と制御を行うための検知タイミング図である。図７は、図２に示すトナーホッパーのトナー補給駆動部材の総駆動時間に対するトナー残量と時間当たりのトナー供給量の関係を示す線図である。図８は、本発明に係る画像形成装置に装着される同一型の１１個のトナーホッパーの初期的なトナー供給能力に対するトナーエンド時間のデータによる関係線図である。図９は、本発明に係る画像形成装置の稼動時のニア−エンド及びトナーエンドの設定、警告を示すフローチャート図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は基本的にトナー濃度の検知手段４４を有する２成分現像手段（又は現像装置）４と、トナー供給部材４６、４７によって現像手段４にトナーを供給しうるトナーホッパー４ａとを具備している。
画像形成装置１は、コンピューターの出力装置として使用、或いはワードプロセッサやファクシミリの印字部、デジタル複写機の印字部としても使用可能である。
【００２０】
画像形成装置１は、通常、画像を形成する画像形成部と画像形成部に記録材Ｐを供給する給紙装置と定着手段７とから構成されている。画像形成部は、アルミ素管に感光層を配置した像担持体（以下、感光体ドラム）１ａと像担持体１ａの周囲にこの順序で配置される帯電手段２、露光手段（レーザーユニット）３、現像手段４、転写手段５、剥離手段６及びクリーニング手段８とを備えている。
【００２１】
上記直径３０ｍｍの感光体ドラム１ａは、矢符ａ方向に回転可能に設けられる。感光体ドラム１ａの表面は、帯電手段２であるコロナチャージャーや接触ローラ帯電器によって所定の帯電量に均一に帯電され、露光手段３で所定の静電潜像ポテンシャルを形成することによって静電潜像を担持する。感光体ドラム１ａは、一般に、金属または樹脂製の導電性基体と、その表面に形成される下引き層と、その上に形成される感光層とを含んで構成される。感光層は、下引き層上に形成される比較的薄いキャリア発生層（ＣＧＬ）と、最外層に形成されるポリカーボネイト等を主成分としたキャリア移動層（ＣＴＬ）とで構成される。
露光によってキャリア発生層でキャリアが発生し、ＣＴＬ中を移動した該キャリアによって感光体ドラム１表面に帯電した電荷が相殺されて前記静電潜像ポテンシャルが形成される。
【００２２】
感光体ドラム１ａに担持された静電潜像は、ドラム１ａが回転することによって現像手段４の現像剤担持体（以下、現像ローラ）４１上に付着した現像剤と接触する現像領域に搬送される。前記方向とは反対の矢符ｂ方向に回転する現像ローラ４１は、感光体ドラム１ａに圧接される。但し、現像ローラ４１の回転方向はこれに限定されるものではない。そして、現像ローラ４１に担持された現像剤中のトナーが感光体ドラム１ａの静電潜像に従って移動し付着することによって静電潜像が顕像化され、現像される。現像ローラ４１には、図示しない接続された電源から所定のバイアス電圧が印加される。
【００２３】
現像後、感光体ドラム１ａに付着したトナーは、所定の転写領域に搬送される。転写領域には給紙手段によって紙などの記録材Ｐが給紙されており、感光体ドラム１ａ上にトナー像と同期して接触する。転写領域に設けられる転写手段５には高圧電源を具備したチャージャ型や接触ローラ型があり、トナーが転写される側の極性の電圧を感光体ドラム１ａに印加する。これによって、トナーが記録材Ｐに移動し、トナー像が転写される。記録材Ｐが剥離手段６により感光体ドラム１ａから分離された後、該記録材Ｐ上のトナーは定着手段７によって、たとえば、熱融解や圧力等によって定着される。そして、装置外部に排紙される。また、転写後の感光体ドラム１ａの表面は、クリーニング手段８によって清掃される。上記基本システムにて感光体光応答性や現像性などを考慮し、諸設定の一実施形態を１表のように行った。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図２に示すように現像手段４は現像ローラ４１、撹拌パドル４２、収容容器４３、及びトナー濃度を検知するセンサ４４からなり、また、それに隣接して着脱可能なトナーホッパー４ａが設けられている。
現像手段４では磁気ブラシを形成する現像ローラ４１が広く用いられており、この種の現像手段４は、収容容器（ケーシング）４３内に、トナーを感光体ドラム１ａに供給する現像ローラ４１と、トナーとキャリアを攪拌する攪拌パドル４２、必要により攪拌された現像剤を現像ローラ４１に供給する供給ローラ（図示せず。）、トナー濃度を検出するセンサ（検知手段）４４を有し、また現像ローラ４１に吸着した現像剤の層厚を規制する層厚規制板等を備えている。そして、収容容器４３には、現像ローラ４１を感光体１ａに接触させるための開口部が形成されている。
【００２６】
現像ローラ４１はマグネットローラと呼ばれ、収容容器４３に対して非回転に設けられた固定磁石体と、その固定磁石体に対して所定方向に回転自在に外嵌された現像スリーブとで構成され、その固定磁石体は、現像剤を感光体ドラム１ａに供給するために複数の磁極を有している。
【００２７】
この複数の磁極は、それぞれスリーブ表面に現像剤を吸着して搬送し、感光体ドラム１ａと接近する部分では、現像剤が穂立ちした状態の磁気ブラシを形成するように機能する。特に、感光体ドラム１ａに対向配置された磁極は、現像主極と呼ばれ、現像のために重要な役割を担っている。
感光体ドラム４１の現像スリーブの材質としては非磁性の金属が使用され、その表面は、トナーの保持や搬送、トナーへの良好な摩擦帯電電荷付与のために、適当な粗面に形成され、良好な現像を実現するために、現像の際には現像スリーブに現像バイアス電圧が印加される。
この現像バイアス電圧としては、ＡＣ電圧、ＤＣ電圧またはこれら両者を重畳した電圧が使用される。そのため、現像スリーブの材質としては導電性を有する金属材料が使用される。
【００２８】
一方、現像剤としては、磁性トナーからなる１成分磁性現像剤、非磁性トナーからなる１成分非磁性現像剤、本発明に用いられる非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤があり、使用する現像剤に応じて現像スリーブの材質が選択される。
この磁性キャリアは、鉄粉、フェライト粉末、ニッケル粉末等若しくはそれらの表面を有機重合体で被覆したものであり、また、トナー粒子は樹脂中に着色顔料や染料等の添加物を分散したものである。
【００２９】
次に、上記トナー濃度のセンサ４４について詳述する。
上記現像手段４にあっては二成分系現像剤を用い、現像剤を撹拌して摩擦によってトナーを帯電させ、この帯電トナーを感光体ローラ１ａ上に形成された静電潜像に静電気的に付着させ可視像を形成している。この種の現像手段４ではトナー濃度を測定するためのトナー濃度のセンサ４４として透磁率センサを使用するが、本実施の形態においては差動トランス方式のトナー濃度のセンサ４４を用いる。
【００３０】
図３は差動トランス方式のトナー濃度センサ４４の回路構成を示す概要図である。トナー濃度センサ４４は、一次コイル５１、基準コイル５２、検知コイル５３、交流電源５４、ねじコア５５、現像剤５６、位相比較回路５７、平滑回路５８および５個の入出力端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、さらに５個の引き出し線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅにより構成されている。差動トランス方式の一次コイル５１に交流電源５４が供給される。その二次側にはほぼ同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれていて、その一方のコイルが基準コイル５２、もう一方のコイルが検知コイル５３となる。
【００３１】
一次コイル５１と基準コイル５２の近くには高透磁率のねじコア５５が磁心として働くように挿入されており、ねじコア５５の位置を調整して一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整することができる。一次コイル５１と検知コイル５３の近くに測定されるべき現像剤あるいは磁性体（キャリア）が流れる。すると、その現像剤あるいは磁性体（キャリア）が磁心として働いて一次コイル５１と検知コイル５３の間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤あるいは磁性トナーの磁粉量によって決まるので、検知コイル５３の出力電圧によって磁粉量、即ちキャリア濃度を測定できる。
【００３２】
基準コイル５２と検知コイル５３はほぼ同じ巻き数で逆極性のものが直列に結ばれているので、両コイルの差が出力として取り出せる。一次コイル５１へ供給される交流電圧と二次側のコイルである基準コイル５２および検知コイル５３の出力とは位相比較回路５７で排他的論理和を取った上で、その出力信号を平滑回路５８で平滑化して直流電圧として取り出すことにより、トナー濃度を測定する。
上記の方法でトナー濃度を測定する透磁率センサ４４は、透磁率によって磁性体である磁性キャリア濃度を検知するものである。従って、図４に示すように、トナー濃度が低いときにはトナー濃度センサ４４の出力ＶＴは高くなり、トナー濃度が高いときにはトナー濃度センサ出力ＶＴは低くなる。つまり、図４において、トナー濃度がＴ０からＴ１に減少すると、それぞれに対応する透磁率センサ出力値は、ＶＴ０からＶＴ１に増加する。
【００３３】
例えば、本実施の形態において、トナー濃度センサ４４は２４Ｖの電源供給を受けて、現像剤中のトナー濃度によって０乃至５Ｖの出力を行い、トナー濃度が高い場合は小さい出力、低い場合は大きい出力を示す。このようなセンサ４４を用いて、まず、トナー濃度が６．０％に調製された初期調製現像剤（未使用）を収容容器４３に投入し、図５に示すように、１８０秒間攪拌し最終１．８秒のセンサ４４の出力値のサンプリング平均値で、いわゆる閾値電圧が決定される。かかる閾値電圧に基づいて、プリント中に現像剤中のトナー濃度が低くなればトナーホッパーからトナーが補給され、逆に高くなれば補給が中止される。この結果現像剤中のトナー濃度は常に一定に保たれる様に制御される。
【００３４】
その後の電源投入や印字動作における現像ローラ４１の駆動において、６００ｍｓ毎にセンサ４４の出力値を検知し、制御電圧よりも高い場合に次の６００ｍｓは、図示しないトナー補給駆動部材により駆動されるトナー供給部材４６及び４７によって、トナーホッパー４ａ内のトナーが収容容器４３へ補給され、攪拌パドル４２により攪拌されて担持体４１により、常時一定のトナー濃度が確保された現像剤が感光体ドラム１ａへ搬送され現像される。
【００３５】
上記制御電圧が決定された後、印字動作においてトナーが消費された際のトナー補給制御は、図６に示す様に６００ｍｓの区間の後半５４０ｍｓ内のトナーセンサ出力の平均値を制御電圧と比較し、出力電圧が高い場合は次の６００ｍｓの区間でトナー補給を行い、常に一定のトナー濃度を保つべく制御を行っている。
例えば、トナー補給モード前の現像器（図２の４３）内に充填されている現像剤のトナー濃度（％）をＴ０とし、その際の透磁率センサの出力値（Ｖ）をＶＴ０となる。Ｔ０とＶＴ０とは、図４に示すように、定数ｋの関数で表すことが可能である。定数ｋは図４の実線の傾きを示す。
トナー補給前の現像剤にもトナーとキャリアが含まれているので、この時点での現像剤中のキャリアの質量（ｇ）をＣ、トナー質量（ｇ）をＴすると、それぞれは以下のような関数になる。
Ｔ０（％）＝｛Ｔ／（Ｃ＋Ｔ）｝＊１００
ＶＴ０＝ｋ＊Ｔ０＋ｂ　　　　　（ｂは図４の実線の切片）
今、ｔ時間トナー補給駆動部材を駆動した際すなわち、補給モードが行われた後のトナー濃度はＴ１に変化する。その際の透磁率センサの出力値（Ｖ）はＶＴ１となる。この際にキャリアの質量には変化はない。トナーはｔ時間にｈグラムトナーホッパーより補給され、これらの関係は以下のように示される。
Ｔ１（％）＝｛（Ｔ＋ｈ）／（Ｃ＋Ｔ＋ｈ）｝＊１００
ＶＴ１＝ｋ＊Ｔ１＋ｂ
（ＶＴ１−ＶＴ０）＝（ｋ＊Ｔ１＋ｂ）−（ｋ＊Ｔ０＋ｂ）
＝ｋ＊（Ｔ１−Ｔ０）
＝ｋ＊〔｛（Ｔ＋ｈ）／（Ｃ＋Ｔ＋ｈ）｝＊１００〕−〔｛Ｔ／（Ｃ＋Ｔ）｝＊１００〕
【００３６】
現像剤質量に比較して、補給されたトナー量は圧倒的に小さいので、（Ｃ＋Ｔ）≒（Ｃ＋Ｔ＋ｈ）とすることが出来る。また（Ｃ＋Ｔ）は既知の値であるので、ａ＝｛ｋ／（Ｃ＋Ｔ）｝＊１００とすることが出来る。これにより上の式は簡素化され、ΔＶ＝ａ＊ｈ　　　　　　　ΔＶ＝（ＶＴ１−ＶＴ０）
すなわち、ｔ時間トナー補給駆動部材を駆動した際の出力の変化（Ｖ／ｓｅｃ）は、
ΔＶ／ｔ＝ａ＊ｈ／ｔ
上記のように電圧の変化速度ΔＶ／ｔは、トナー補給速度（ｇ／ｓｅｃ）であるｈ／ｔの関数とすることが出来る。ここでは所定時間ｔにおける出力の変化について述べたが、この逆数すなわち、所定の出力の変化量が生じる時間ｔを測定することによって、トナー補給速度を求めることも可能である。この場合でもトナー供給能力量（ｓｅｃ／Ｖ）は、ｔ／ΔＶ＝ｔ／（ａ＊ｈ）
で表され、値が大きいほどトナー補給速度（ｇ／ｓｅｃ）が小さくなることがわかる。
【００３７】
本発明に係る画像形成装置では、上記出力変化に応じて後述するようにしてニア−エンド及び／又はトナーエンド時間が設定される。これは、画像形成装置において印字によるトナーの消費がない状態で、トナーをホッパー４５から強制的に収容容器４３に強制的に供給するトナー補給モードが少なくとも一度行われる際になされて決定されているものである。
ニア−エンド及びトナーエンド時間は、トナーホッパー４ａ内には未使用状態で所定のトナーが充填されており、印字などによるトナーが使用されない状態で、且つ収容容器４３へトナー補給モードがオン状態で測定されているものである。
【００３８】
また、上記トナーホッパー４ａには、ニア−エンド時間及びトナーエンド時間、更に、トナー使用量に対してトナー補給駆動部材の駆動時間に関する総情報を記憶及び修正することができる記憶部材４８が具備されている。即ち、かかる情報は少なくとも以下の４点である。
・トナー補給駆動部材の総駆動時間（Ｔｏｎｅｒ　Ａｄｄ　Ｔｉｍｅ＝ＴＡＴ）
・ニア−エンドになるトナー補給駆動部材の駆動時間（Ｎｅａｒ　Ｅｎｄ　Ｔｉｍｅ＝ＮＥＴ）
・トナーエンドになるトナー補給駆動部材の駆動時間（Ｔｏｎｅｒ　Ｅｎｄ　Ｔｉｍｅ＝ＴＥＴ）
・トナーの使用・未使用判別
【００３９】
尚、ここではニア−エンド時間（ＮＥＴ）をトナーエンド時間（ＴＥＴ）の８０％の値とする。ニア−エンド時間はトナーエンド時間とは異なった表示（例えば、点滅と点灯）により、ユーザーに示す方が好ましい。ユーザーはニア−エンド時間を確認して、新しいトナーホッパーの購入の準備などをすることにより、トナーエンド時間の時にすぐに新しいトナーホッパー４ａと着脱交換することが可能になり、機械の停止を防ぐことが可能になる。
【００４０】
トナーホッパー４ａに設定されたニア−エンド時間、トナーエンド時間及びトナー供給部材の駆動時間を記憶する記憶部材を有しているので、使用している間のトナー供給部材の総駆動時間を管理し、これらを照らし合わせながらニア−エンド時間及びトナーエンド時間の警告を発する。更にトナーホッパー４ａに記憶装置を付加することによって、複数の画像形成装置に、同一のトナーホッパー４ａを使い回しする場合や、中古のトナーホッパー４ａを用いる場合でも、適切にニア−エンド、及びトナーエンド警告を発することが可能となる。
【００４１】
次に、上記ニア−エンド時間及びトナーエンド時間の設定方法を一例を挙げて示すと、トナーホッパー４ａに７４５ｇのトナーを充填した時のトナー供給能力の一例を図７に示す。このトナーホッパー４ａのトナー補給速度は、実験直後は約９ｇ／ｍｉｍであった。単位時間あたりのトナー補給量（□：ｇ／ｍｉｎ）は、使用当初は一定しているが、トナーホッパー４ａ内のトナー残量（○：ｇ）が少なくなると単位時間あたりのトナー補給量が急激に低下する。またこのトナーホッパーが空になるまでの駆動時間は１２２分であった。一方、このトナーホッパ（カートリッジ）を、後述する方法で測定したトナー供給能力値（ｓｅｃ／Ｖ）は、１５０ｓｅｃ／Ｖであった。
【００４２】
トナーホッパーの初期的なトナー供給能力（センサ４４の出力変化に対する時間量）及びトナーエンド時間を測定することにより、トナー供給能力からトナーエンド時間を推定する関係式が求められる。図８に示すように、センサ４４の初期の出力変化（例えば、０．１乃至０．３Ｖ程度の変化）に対する時間量に対するトナーエンド時間の関係を、異なるトナーホッパー４ａを複数個準備して求める。初期的なトナー供給能力に対して、トナーエンド時間は単調増加の直線関係にある。上記したようにトナー供給能力値（ｓｅｃ／Ｖ）はトナー補給速度（ｇ／ｓｅｃ）の関数である。すなわち、トナー供給能力値（ｓｅｃ／Ｖ）の値が大きいほど、トナー補給速度（ｇ／ｓｅｃ）が小さくなる。またトナー供給能力値（ｓｅｃ／Ｖ）の大きいトナーホッパーはトナーホッパーが空になるまでの時間（トナーエンド時間）が長くなることがわかる。一方、図７でトナー補給速度（ｇ／ｓｅｃ）は、コピーを行ってトナー補給駆動部材の総駆動時間が長くなるにつれて、減少する傾向にある。しかし、図８に示すように、数多くのトナーホッパーの初期的なトナー供給能力値と、空になるまでの総駆動時間、トナーエンド時間の関係を調べた結果、使用直後にそのホッパーの初期的なトナー供給能力値（トナー補給速度の関数）を測定しておけば、そのホッパー４ａが空になるまでの総駆動時間、トナーエンド時間を、推測する事が可能である。
【００４３】
ここで、初期的なトナー供給能力から求めたトナーエンド時間が、実際のトナーエンド時間よりも短くならないように直線関係を平行移動して縦軸の値を下げて補正し、トナーホッパー４ａにおけるトナーエンド時間を予め設定することが好ましい。この補正によって実際にはホッパーにトナーが残っていないにも関わらず、あると誤まって報知することを防ぐことが出来る。この補正により、ホッパー内に残存するトナー量が全体的に増加するが、その量は今までの従来の方法に比べれば少なく、精度的に向上がみられる。
【００４４】
以上の構成において、次に、本発明に係る画像形成装置の制御フローを図９に示す。
１）先ず、第１に装着されたトナーホッパー４ａが使用・未使用を判断する。
２）未使用の場合は、トナーセンサ出力が制御電圧＋０．１Ｖまで無補給印字を継続する。トナー濃度が所定濃度より高い場合は、トナー濃度が所定濃度以下になるまでトナー補給を禁止し、所定濃度以下になった時点でトナー補給モードを実施する。トナー補給モードは強制的のトナーを現像器中に補給するモードである。しかし過度のトナーの補給はプリントされた画像にカブリを誘発させる為、画像濃度低下が問題にならない、また補給モードを行ってもかぶりを生じさせない程度の、予め定めたトナー濃度値までトナー濃度を下げた時点で、トナー補給モードを行うことが必要である。この作業により、画像形成装置内のトナー濃度を所定値以下に低下させることができる。これにより、装着されたトナーホッパーのトナー供給ローラの能力を確認する際のトナー補給モードにより、現像装置内のトナー濃度が異常に高くなる事を防止している。この結果、このトナー補給モードによって生じる可能性のあるかぶり等の発生が未然に押さえられる。
３）トナーセンサ出力が制御電圧＋０．１Ｖを越えた時点でトナー補給モードを実施してトナー補給モードによってトナー供給能力（ｓｅｃ／Ｖ）を求める。このモードを行う際には印字は禁止されている。印字を行うと現像剤中のトナーが消費されるために、トナー補給速度が小さく判定される結果となり、誤ったトナーエンド及びニア−エンド時間が決定されることになる。禁止することによってこれを防止している。
４）得られたトナー供給能力値からトナーエンド及びニア−エンド時間を決定する。
【００４５】
決定したニア−エンド時間、及びトナーエンド時間になれば警告を行う。
上述の構成並びに制御フローに基づき、図７に示す前述したのとは異なるトナーホッパー４ａを用いて、印字動作を行いニア−エンド時間、トナーエンド時間の確認を行った。トナーホッパー４ａには７４５ｇのトナーが予め充填されており、且つ、記憶部材４８には初期設定として次の情報を予め記憶させている。
ＴＡＴ＝０ｓｅｃ
ＮＥＴ＝ブランク・・・ＴＥＴの８０％の値とする。
ＴＥＴ＝ブランク
未使用
【００４６】
５）温度２５℃５５％の標準的な環境下で未使用現像剤による制御電圧（Ｖｔｈ）が２．７３Ｖを得た現像剤及び現像装置、そして図７のトナーホッパー４ａを用いて、ニア−エンド時間及びトナーエンド時間の発生までの印字動作を開始する。トナーホッパー４ａの挿入直後のトナーセンサ出力（Ｖ）は決定した制御電圧と同じ値であったのでトナー補給モードは行わずトナー無補給による印字動作を開始した。
【００４７】
このようにトナー補給モードにおいて、補給開始直前のトナー濃度が所定濃度より低い場合は制御電圧までトナー補給を行い、補給開始直前のトナー濃度が所定濃度より高い場合は、決定した制御電圧におけるトナー濃度が所定濃度以下になるまでトナー補給を禁止し、所定濃度以下になった時点でトナー補給モードを実施する。ニア−エンド及びトナーエンドを決定する為にトナー補給測定モードが必要だが、過度の補給はカブリを誘発させる為、画像濃度低下が問題にならない範囲でトナー濃度を下げた時点でトナー補給モードによるニア−エンド及びトナーエンドの時間判定を行うことが望ましい。
【００４８】
用いる原稿印字率を６％として連続コピーを続けた結果、トナーセンサ出力（Ｖ）が＜Ｖｔｈ＋０．１＞＝２．８３Ｖを越えた時点で印字動作を中断し制御電圧（Ｖｔｈ）までのトナー補給モードを行った結果、トナー供給能力は１２５（ｓｅｃ／Ｖ）であったため、図８からＴＥＴ＝６３３０ｓｅｃ、ＮＥＴ＝５０６４ｓｅｃとなり、記憶部材４８にその値を記憶させた。またトナーホッパー４ａの未使用を、使用に変えて記憶させた。こうすることにより、複数の画像形成装置に同一トナーホッパー４ａを使い回しする場合に、再び補給モードを行う無駄を省くことが出来る。
【００４９】
６）この後、トナー補給駆動部材が駆動した時間は積算して記憶部材４８に記憶されていく。トナー補給モードで求めたニア−エンド及びトナーエンドを記憶させつつ、使用している間のトナー供給部材の総駆動時間を管理する。
７）これらを照らし合わせながらニア−エンド及びトナーエンド警告を発する。
更にトナーホッパーに記憶装置を付加することによって、複数の画像形成装置に同一トナーホッパーを使い回しする場合や、中古のトナーホッパーを用いる場合でも、適切にニア−エンド及びトナーエンドの警告を発することが可能になる。
【００５０】
８）乃至１０）その後、連続コピーを継続した結果、５０６４ｓｅｃの補給が行われた為に２７１６４枚でニア−エンドの警告を行い、６３３０ｓｅｃのトナー補給が行われた為に２８５０６枚でトナーエンド警告を発して印字動作を禁止した。
【００５１】
ここで各々の時点でのコピー画像を確認したところ、トナーホッパー４ａの挿着からのトナー無補給による印字動作においても、懸念された画像濃度低下も認められず良好な画質を確保できた。又、ニア−エンドからトナーエンドにかけてのコピー画像も問題なく良好な画質を確保しつつトナーエンドを迎えることができた。更にトナーエンド時間のトナーホッパー４ａ内のトナー残量は初期充填量に対して十分少なく問題の無い１２．４ｇであった。
【００５２】
尚、図８に示す様にトナー補給モードで求めたトナーエンド時間（ＴＥＴ演算式の上の点）よりも実際のトナーエンド時間が長い場合（縦軸に沿って上昇した値ｐ）が存在する可能性がある。しかしながら、このトナーホッパー４ａでのトナーエンド時（演算式上の値ｓ）のトナーホッパー４ａ内のトナー残量は２３．７ｇでありトナーホッパー構造や初期充填量を考慮すれば、問題の無いものであった。
【００５３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る画像形成装置は、トナー濃度の検知手段を有する２成分現像装置を具備すると共に、トナー供給部材によって該現像装置にトナーを供給しうるトナーホッパーが装着されてなる画像形成装置において、印字によるトナー消費がない状態で、且つ上記現像装置に強制的にトナーが供給されるトナー補給モードによるトナー補給速度に応じて、該装着されるトナーホッパーのニア−エンド及び／又はトナーエンドの時間が予め設定されるで、トナーホッパーからのトナー供給能力を把握し、適切なニア−エンド及び／又はトナーエンドを設定し、使用環境などで想定したニア−エンド及び／又はトナーエンドに誤差が生じても実使用上支障の無い画像形成装置及びその装置のニア−エンド及び／又はトナーエンド時間を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態に係る画像形成装置（電子写真プロセス）の概略図である。
【図２】図２は、図１に示す画像形成装置における現像手段の概略図である。
【図３】図３は、図２の現像手段に設けられる差動トランス方式のトナー濃度検知手段（透磁率センサ）の概略回路図である。
【図４】図４は、現像手段でのトナー濃度に対する透磁率センサの電圧出力値（Ｖ）との関係を示す線図である。
【図５】図５は、図２に示す現像手段の担持体（現像ローラ）の基準速度における閾値電圧（制御電圧）の決定をするための検知タイミング図である。
【図６】図６は、図２に示すトナーホッパーにおける補給モードの判定と制御を行うための検知タイミング図である。
【図７】図７は、図２に示すトナーホッパーのトナー補給駆動部材の総駆動時間に対するトナー残量と時間当たりのトナー補給量の関係を示す線図である。
【図８】図８は、本発明に係る画像形成装置に装着される同一型の１１個のトナーホッパーの初期的なトナー供給能力に対するトナーエンド時間のデータによる関係線図である。
【図９】図９は、本発明に係る画像形成装置の稼動時のニア−エンド及びトナーエンドの設定、警告を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１　　　感光体ドラム
２　　　帯電手段
３　　　露光手段
４　　　現像手段
４ａ　　トナーホッパー
５　　　転写手段
６　　　剥離手段
７　　　定着手段
８　　　クリーニング手段
Ｐ　　　記録材
４１　　現像剤担持体（現像ローラ）
４２　　現像剤攪拌パドル
４３　　収容容器（ケーシング）
４４　　トナーセンサ（検知手段）
４６　　トナー供給部材
４７　　トナー供給部材
４８　　記憶部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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