(57)【要約】【課題】  パッチ画像の濃度が低下することによって画像形成が禁止された状態からこれを復帰させる際、パッチ検の回数が過多となりダウンタイムが長くなりクレームなってしまうことがあった。【解決手段】  パッチ画像の濃度が低下することによって画像形成が禁止された状態からこれを復帰させる際、トナー補給動作、パッチ画像形成・検知の工程を繰り返し実行すると共に、初期の工程のトナー補給量よりも後期の工程のトナー補給量が少なくなるように設定した。【選択図】  図８
2005099141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電像を現像する現像器と、トナー容器内のトナーを前記現像器へ補給する補給手段と、参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、前記濃度センサの出力に応じて画像形成実行の可否を判定する判定手段と、を有する画像形成装置において、
画像形成が禁止された状態のときトナー補給動作を行いつつ参照トナー像を検知する工程を繰り返し実行して復帰させる場合、初期の工程のトナー補給量よりも後期の工程のトナー補給量が少なくなるように設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記判定手段は前記濃度センサの出力に応じて前記トナー容器内のトナー残量を判定可能に構成され、このトナー残量が不十分である場合、画像形成を禁止することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ，複写機，ファクシミリ等の、電子写真方式，静電記録方式等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。すなわち感光体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。トナー像転写後の感光体は、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、トナー像転写後の記録材は加熱・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。
【０００３】
上述の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、非磁性トナーと磁性キャリヤとを混合した二成分現像剤が広く用いられている。この二成分現像剤は、フルカラー画像形成装置の高画質化、高速化を達成することができる一方、トナーの消費によって現像装置内のトナーとキャリヤの混合比（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ことが難しい。トナー濃度が不適正な場合、濃度変動，ガサツキ，地かぶり、キャリヤ付着，トナー飛散など様々な画像不良が発生してしまう。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、供給トナー量を適正に制御することが大変重要となる。
【０００４】
そこで、トナー濃度を検知する手段として、二成分現像剤自体の物理的特性の変化、例えば、現像剤の反射濃度の変化や、透磁率の変化を直接、濃度センサで検知し、その検知結果に基づいて供給トナー量を制御する方法がある。
【０００５】
しかし、この方法では、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナー帯電量が変動した場合、正確に制御できないという問題点がある。つまり、たとえトナー濃度が適正であっても、環境変動やキャリヤの劣化によってトナー帯電量が変動した場合には、トナーとキャリヤ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非常に困難である。
【０００６】
そこで、感光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濃度センサにより検知し、現像剤のトナー濃度を検知して、その検知結果を基に供給トナー量を制御する方法がある。
【０００７】
このようなトナー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上に形成されたトナー付着量であるから、正確に言えば現像剤のトナー濃度を直接一定に制御しているわけではない。このため、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。
【０００８】
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、補給トナーを貯蔵してあるトナー貯蔵部のトナーが無くなるため、このトナー貯蔵部に残存するトナーの有無を判定し、ユーザーに対して新たなトナーの補給を促す必要がある。このトナー残量検知手段としては、ピエゾ方式、アンテナ方式、光検知方式などが従来より提案され、また実施されている。その他の方式として、上記のトナーパッチ検知方式を用いてトナー有無検知手段とトナー濃度制御手段とを兼用する方式がある。具体的にはパッチ画像の検知出力が所定値以下であった場合、もしくは所定値以下の出力が複数回連続した場合にトナー無しと判断する。この方式はトナー有無検知とトナー濃度制御の両方を一つのセンサで行うことができるため、トナー有無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。
【０００９】
しかしながらこの方式は、トナー有無検知とトナー濃度制御を一つのセンサで検知しているため、単純にパッチ画像の検知出力を見た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。このトナー有無判定の精度を上げるには、トナー無しを判断するときのパッチ画像濃度の基準値をかなり低く設定すれば良いが、そうするとトナー無しの近傍において通常の画像濃度も大きく低下してしまうため、実用上好ましくない。反対に基準値を高めに設定すれば濃度低下は抑制することができるが、トナー有無を誤判定する危険性が高まってしまう。
【００１０】
そこで、パッチ画像を濃度センサで検知して、濃度センサの検知レベルがある基準値を満たさない場合、トナー強制補給動作を行う。その後、再び形成されたパッチ画像を濃度センサで検知し、それでも検知レベルが基準値を満たさない場合、トナー無しと判定する。そしてトナー無しと判定された場合、新しいトナーカートリッジに交換後、再びトナー強制補給動作を行い、その後形成されたパッチ画像を濃度センサで検知し、検知レベルが基準値を満たされた場合、トナー無しを解除する、ということが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−６６６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし上記手段において、トナー強制補給動作によってトナー濃度が再び回復した場合、急激なトナー濃度上昇を引き起こすことがあり、画像濃度不良、トナー飛散、定着不良などさまざまな問題が発生した。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、参照トナー像（パッチ画像）の検出濃度を基に画像形成の実行（トナー容器内に残存するトナーの有無判定を含む）の可否を判定する画像形成装置において、トナー容器内のトナー残量が画像形成の続行が不可能な量であると判定され画像形成が禁止された状態からこれを復帰させるまでの時間を可及的に短くすると共に、トナー濃度の急激な上昇を抑制することができる画像形成装置を実現し、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、像担持体上に形成された静電像を現像する現像器と、トナー容器内のトナーを前記現像器へ補給する補給手段と、参照トナー像の濃度を検知する濃度センサと、前記濃度センサの出力に応じて画像形成実行の可否を判定する判定手段と、を有する画像形成装置において、
画像形成が禁止された状態のときトナー補給動作を行いつつ参照トナー像を検知する工程を繰り返し実行して復帰させる場合、初期の工程のトナー補給量よりも後期の工程のトナー補給量が少なくなるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像形成が禁止された状態のとき濃度センサの出力に基づいて画像形成開始可能な状態に復帰させるまでの時間を可及的に短くすることができる。さらに、参照トナー像の形成に要するトナー量を可及的に少なくすることができる。また、復帰させる際、急激なトナー濃度の上昇を抑制して画像形成不良となるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において、同一の符号を付したものは、同様の構成又は作用を有するものであり、これらについての重複説明は適宜省略するものとする。
【実施例１】
【００１６】
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例として、実施の形態１に係る画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式の４色フルカラーのプリンタであり、同図はその概略構成を模式的に示す図である。
【００１７】
同図を参照して、プリンタ（以下「画像形成装置」という。）の構成を説明する。
【００１８】
同図に示すプリンタ（以下「画像形成装置」という。）は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１は、矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されている。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って上流側からほぼ順に、一次帯電器（帯電手段）２と、露光装置（露光手段）３と、現像装置（現像手段）４と、中間転写ベルト５とクリーニング装置（クリーニング手段）６とが配設されている。また、中間転写ベルト５の下方には、転写搬送ベルト７が配設されて、記録材Ｐの搬送方向（矢印Ａ方向）に沿って転写搬送ベルト７の下流側には、定着装置（定着手段）８が配設されている。
【００１９】
本実施の形態では、上述の感光ドラム１として、直径が６０ｍｍのものを用いている。感光ドラム１は、図２に示すように、接地されたアルミニウムなどの導電材製ドラム基体１ａの外周面に、通常の有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層１ｂを形成塗布し、その上に耐摩耗性に優れた保護層（ＯＣＬ）１ｃを塗布形成したものである。このうち感光体層１ｂは、下引き層（ＣＰＬ）１ｂ１、注入阻止層（ＵＣＬ）１ｂ２、電荷発生層（ＣＧＬ）１ｂ３、電荷輸送層（ＣＴＬ）１ｂ４の４層によって構成されている。感光層１ｂは、通常は絶縁体であり、特定の波長の光を照射することにより、導電体となるという特徴を有している。これは、光照射により電荷発生層１ｂ内に正孔（電子対）が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷発生層１ｂは厚さ０．２μｍのフタロシニアン化合物で、電荷輸送層１ｃは厚さ２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。感光ドラム１は、駆動手段（不図示）によって所定プロセススピード（周速度）で矢印Ｒ１方向に回転駆動される。
【００２０】
本実施の形態では、一次帯電器２として、スコロトロンタイプのコロナ放電器を使用している。このコロナ放電器は、放電ワイヤ２ａを、感光ドラム１側が開口した金属製のシールド２ｂで覆って形成されている。
【００２１】
本実施の形態では、露光装置４としては、画像情報に応じてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦするレーザスキャナが使用されている。露光装置３から発生されたレーザ光は、反射ミラーを介して、帯電後の感光ドラム１表面に照射される。これにより、レーザ光照射部分の電荷が除去されて静電潜像が形成されるようになっている。
【００２２】
本実施の形態では、現像装置４は、回転現像方式を採用している。軸４ａを中心にモータ（不図示）によって矢印Ｒ４方向に回転駆動される回転体４Ａと、これに搭載された４個の現像器、すなわちブラック，イエロー，マゼンタ，シアンの現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋを有している。感光ドラム１上にブラックの現像剤像（トナー像）を形成するときは、感光ドラム１と近接する現像位置Ｄでブラック用の現像器４Ｋにより現像を行うようになっている。同様にイエローのトナー像を形成するときは、回転体４Ａを９０°回転させて、現像位置Ｄにイエロー用現像器４Ｙを配置させ、現像を行う。マゼンタ，シアンのトナー像の形成も同様にして行うようになっている。なお、以下の説明において、特に色を区別する必要がないときは、単に、現像器という。
【００２３】
上述の中間転写ベルト５は、駆動ローラ１０、一次転写ローラ（一次転写帯電器）１１、従動ローラ１２、二次転写対向ローラ１３に掛け渡されており、駆動ローラ１０の回転に伴って矢印Ｒ５方向に回転する。中間転写ベルト５にはベルトクリーナ１４が当接されている。また、上述の転写搬送ベルト７は、駆動ローラ１５、二次転写ローラ１６、受動ローラ１７に掛け渡されており、駆動ローラ１５の回転に伴って矢印Ｒ７方向に回転する。上述の転写ローラ８は、ヒータ（不図示）を内蔵した定着ローラ１８と、下方からこれに当接された加圧ローラ２０とを有している。
【００２４】
上述構成の画像形成装置の動作を説明する。
【００２５】
図１において、一次帯電器２によって帯電された感光ドラム１表面を、露光装置３によって露光することで感光ドラム１上に静電潜像を形成する。この静電潜像に所望の色の現像剤（トナー）を収容する現像器によってトナーを付着させて、感光ドラム１上にトナー像を形成する。このトナー像は、一次転写ローラ１１に、一次転写バイアス印加電源１１ａから一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５上に転写する。
【００２６】
４色フルカラーの画像形成を行う場合、まず、ブラック用の現像器４Ｋにより、感光ドラム１上にブラックのトナー像を形成し、中間転写ベルト５上にブラックのトナー像を一次転写する。一次転写後に感光ドラム１表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置６によって除去される。次に、回転体４Ａを９０°回転させて、イエローの現像器４Ｙを現像位置Ｄに配置し、感光ドラム１上にイエローのトナー像を形成し、中間転写ベルト５上のブラックのトナー像上にイエローのトナー像を一次転写して重ね合わせる。
【００２７】
この動作をマゼンタ用の現像器４Ｍ、シアン用の現像器４Ｃにおいても順次行い、中間転写ベルト５上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、二次転写ローラ１６に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５上の４色のトナー像を、転写搬送ベルト７上に担持されている記録材Ｐ上に一括で二次転写する。
【００２８】
トナー像が転写された記録材Ｐは、転写搬送ベルト７から剥離され、定着装置８の定着ローラ１８及び加圧ローラ２０によって、加熱・加圧され、表面にトナー像が定着される。これにより、４色フルカラー画像が形成される。二次転写後に、中間転写ベルト５上に残ったトナー（転写残トナー）は、ベルトクリーナ１４によって除去される。
【００２９】
なお、単色の画像形成を行う場合は、感光ドラム１上に形成された静電潜像を、所望の色のトナーを収容する現像器によって現像する。このトナー像は、中間転写ベルト５上に一次転写された後、すぐに記録材Ｐ上に二次転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、転写搬送ベルト７から剥離されて、定着装置８によって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。
【００３０】
本実施の形態においては、感光ドラム１の回転方向に沿っての現像位置Ｄの下流側で、かつ一次転写ローラ１１に上流側に画像濃度検知センサ２１が、感光ドラム１表面に対向するように配置されている。
【００３１】
次に、図３を参照して、図１で回転体４Ａに搭載されている各色毎の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋについて説明する。現像器の現像容器２２には、非磁性トナーと磁性キャリヤを含む二成分現像剤が収容されており、初期状態の現像剤中のトナー濃度は重量比で８％程度である。この値はトナーの帯電量、キャリヤ粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。
【００３２】
現像によって消費された現像剤中のトナーは、回転体４Ａの各現像器の近辺に着脱自在に設置されたトナー容器２３から補給される。
【００３３】
現像器は、現像位置Ｄに移動したとき、感光ドラム１に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ２４が回転可能に配置されている。
【００３４】
現像スリーブ２４の内部には、磁界発生手段である固定のマグネット２５が内包されている。現像スリーブ２４は、非磁性材料で構成され、現像動作時には図３に示す矢印Ｒ２４方向、つまり現像領域において重力方向上から下に移動する方向に回転し、現像器を構成する現像容器２２内の二成分現像剤を層状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム１と対向する現像位置Ｄに現像剤を供給して、感光ドラム１に形成されている静電潜像を現像する。
【００３５】
現像領域に搬送される現像剤量を適当な量に調整するため、現像スリーブ２４の回転方向に沿っての現像領域の上流側において、現像スリーブ２４に対向するように規制ブレード（現像剤規制部材）２６が配設されている。この規制ブレード２６によって、現像スリーブ２４上の現像剤の層厚が規制される。
【００３６】
静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ２４の回転に従って搬送され、現像容器２２内に回収される。また、現像容器２２には、現像剤攪拌・搬送手段としての第１循環スクリュー２７ａ（現像スリーブ２４に近い側）、第２循環スクリュー２７ｂ（現像スリーブ２４から遠い側）が配設されている。現像容器２２内の現像剤は、これにより、循環し、また混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施の形態では第１循環スクリュー２７ａ側で図３の裏面側から表面側に向かう方向であり、第２循環スクリュー２７ｂ側では逆に表面側から裏面側に向かう方向となっている。
【００３７】
上述の２成分現像剤は、画像形成枚数（コピー枚数）が増加するのに伴って、現像剤中のトナーが消費される。消費された分のトナーは、トナー容器２３に設けられた現像剤補給口２３ａから補給搬送路２８を通って、現像容器２２に設けられた現像剤補給口２２ａから現像容器２２内に補給される。補給されたトナーは、現像容器２２の第２循環スクリュー２７ｂの現像剤搬送方向上流に補給される。そして、このトナーは、現像容器２２内に既にある現像剤と、第１循環スクリュー２７ａによって搬送されてくる現像後の現像剤と混合攪拌される。こうして現像剤は、よく攪拌された状態で、第１循環スクリュー２７ａに引き渡され、再度、現像スリーブ２４へと供給される。補給搬送路２８には、補給スクリュー（トナー補給手段）３０が設けられている。補給スクリュー３０は、その回転時間が制御手段としてのＣＰＵ２９によって制御され、これにより、現像器に補給するトナー量が調整されるようになっている。
【００３８】
次に、本実施の形態におけるトナーパッチ検知方式について説明する。
【００３９】
まず、画像形成装置の初期設置時に、バックアップメモリに記憶され、予め決められた環境テーブル（温度，湿度情報に応じたプロセス条件（露光強度や現像バイアスや転写バイアスなどのプロセス条件の設定値が予め記憶されたもの））に基づく画像形成条件にて参照トナー像（以下、パッチ画像）を形成する。即ち、帯電された感光ドラム１上にレーザ露光を行うことにより、パッチ潜像を形成し、このパッチ潜像を現像してパッチ画像を形成する。これをデジタルパッチ画像方式と呼ぶ。また、感光ドラム１に対しレーザ露光を行わずに（露光レベルがゼロとなるように発光する、とも言える）、現像バイアスと感光ドラム電位（一次帯電器２により帯電されたが、露光装置３による露光が行われていない領域の電位）との間の電位差により、パッチ潜像のコントラスト電位を形成し、これを現像してパッチ画像を形成してもよい。これをアナログパッチ画像方式と呼ぶ。トナー補給量を制御する場合、定められたパッチ目標信号値と、その後に行われる濃度制御時において検知されたトナー補給用のパッチ画像の濃度、すなわちセンサ出力値とを比較して、具体的には両者が同じとなるように、トナー容器２３から現像容器２２に補給するトナーの量をＣＰＵによって制御する。
【００４０】
尚、本実施の形態では、デジタル露光によって形成された潜像をデジタル潜像、またこのデジタル潜像を現像した画像をデジタル画像と呼ぶ。そして、これらと区別するため、上述の露光を行わずにパッチ画像を形成する場合、この潜像をアナログ潜像、これを現像した画像をアナログ画像と呼ぶことにする。以下、必要に応じ、これらの呼称を用いる。
【００４１】
しかし、上述のデジタルパッチ画像方式を採用した場合、感光ドラム１の使用による劣化、環境による変動等により、感光ドラム１の特性、特に光感度特性が初期設置時に比べて変化してしまうことがあった。このため露光装置３のレーザ出力で感光ドラム１を露光して得られた電位と、本来得られるべき初期設置時の電位との間に差が生じ、感光ドラム１上に形成される画像濃度がこの電位差により所望の値から外れてしまう。この誤差を含んだ画像濃度値によってトナー補給制御を行うと、現像器内のトナー濃度が所望の範囲外となってしまい、画像濃度変動、トナーかぶりなどが発生して画像不良となる可能性があった。
【００４２】
特に低コスト化や小型化に伴い、高機能・高額部品である感光体電位測定センサを取り除いた状態で、トナー補給用のパッチ画像に基づいてトナー補給量を制御するため、現像器内における現像剤の濃度のバラツキが大きくなり、現像剤にかかる負荷が増し、かぶり等の異常画像の増加や、現像剤の寿命低下といった弊害が発生するおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、感光ドラム１の光感度特性の変化による、感光ドラム１上におけるレーザ照射部の電位のバラツキをなくすために、レーザ露光無しでトナー補給用のパッチ潜像を安定した電位で形成し、これを現像してパッチ画像（参照トナー像）を形成するアナログパッチ形成方法を採用している。
【００４４】
前述のように、補給スクリュー３０は、その回転時間がＣＰＵ２９によって制御され、これにより、現像器に補給するトナー量が調整されるようになっているが、この回転時間を制御するためのトナー供給制御手段について、以下に具体的に説明する。
【００４５】
画像形成動作が繰り返されると現像容器内のトナーが消費され現像剤中のトナー濃度が低下するため、適宜トナーを補給することでトナー濃度を所望の範囲内に制御するのが好ましい。本発明では、複写原稿等の画像情報信号の画像濃度信号のビデオカウント数に基づいてトナー供給スクリューの回転時間を制御する第一のトナー供給制御手段と、感光ドラム上に基準トナー像（参照トナー像）を形成した後、この基準トナー像の濃度信号を濃度検知センサーで検知し、この濃度信号と予め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第一のトナー供給制御手段により決定されたトナー供給部の駆動時間を補正する第二のトナー供給制御手段を併用する方式を用いている。
【００４６】
併用方式では、主としてビデオカウント方式によってトナー濃度が制御される。ビデオカウント方式では画像信号処理回路の出力信号のレベルが画素毎にカウントされ、このカウント数を原稿紙サイズの画素分積算されることにより、原稿１枚当たりのビデオカウント数が求まる（例えばＡ４サイズ、１枚最大ビデオカウント数は４００ｄｐｉ、２５６階調で３８８４×１０６）。このビデオカウント数は予想されるトナー消費量に対応しており、ビデオカウント数とトナー供給スクリューの回転時間との対応関係を示す換算テーブルから適切な補給スクリューの回転時間が決定され、それに従ってトナーの補給が行われる。
【００４７】
なお、本実施例においてはトナー供給スクリューの回転時間は、予め定められた所定単位時間の整数倍の中からのみ選択される方式を用いている（単位ブロック補給）。本実施例の場合、１単位ブロック当りのトナー供給スクリューの回転時間は０．３秒に設定されており、一画像当りでのトナー供給スクリューの回転時間は０．３秒、もしくはこの整数倍に限定される。図４に具体的なトナー供給の様子を示す。
【００４８】
例えば、上記のビデオカウント数から換算テーブルを通して求められたトナー供給スクリューの回転時間が０．４２秒だった場合、次の画像形成動作において一画像当りに供給される単位ブロック補給数は１個（トナー供給スクリューの回転時間は０．３秒）となり、残りの０．１２秒分のトナー供給は、余り分として保存され、次回以降のビデオカウント数から求められるトナー供給スクリューの回転時間に加算される。以上の処理のフローを図５に示す。
【００４９】
このようにトナー供給スクリューの回転時間を所定単位時間の整数倍のみに限定することの利点としては、１回１回のトナー補給量が安定することが挙げられる。ビデオカウント数から求められるトナー供給スクリューの回転時間にそのまま従ってトナー補給を行うと、ビデオカウント数が小さい場合、その回転時間は非常に短くなる。回転時間が短いと、トナー供給スクリューを駆動する駆動モーターの立ち上がり時間、及び立下り時間の影響が大きくなり、トナー補給量が安定しないという問題がある。そこで本実施例のように常に一定の回転時間とすることで、トナー補給量が安定する。
【００５０】
ビデオカウント方式では予想されるトナー消費量と実際のトナー消費量の間にずれがあると、次第に現像剤濃度が適正範囲から外れていってしまうため、所定の間隔（所定回数の画像形成を行う毎に）でパッチ検知方式を用いたトナー補給量の補正（以下、「パッチ検知モード」と記述）を行うのが好ましい。本実施例ではその間隔を小サイズ原稿（例えばＡ４縦）５０枚毎に設定した。
【００５１】
画像形成枚数が５０枚に達し、パッチ検知モードの動作タイミングになると、感光ドラム上に一定面積を有する基準トナー像の静電潜像を形成し、これを所定の現像コントラスト電圧によって現像した後、この基準トナー像の濃度信号を感光ドラムに対向した光学式センサー９０で検知する。この濃度信号Ｖｓｉｇと予めメモリに記録されている初期基準信号Ｖｒｅｆと比較し、Ｖｓｉｇ−Ｖｒｅｆ＜０の場合はパッチ画像の濃度が低い、すなわち現像剤濃度が低いと判断され、ＶｒｅｆとＶｓｉｇの差分から必要なトナー補給量とそれに対応するトナー供給スクリューの回転時間が決定され、この回転時間はビデオカウント方式により決定される回転時間に上乗せされる形で補正が行われる。逆にＶｓｉｇ−Ｖｒｅｆ≧０の場合はパッチ画像の濃度が高い、すなわち現像剤濃度が高いと判断され、ＶｒｅｆとＶｓｉｇの差分から不要なトナー量とそれに対応するトナー供給スクリューの停止時間が決定され、この時間はビデオカウント方式により決定される回転時間から引かれる形で補正が行われる。このような制御を行うことにより、トナー濃度のずれを修正することが可能となる。ビデオカウント方式とパッチ検知方式を併用した場合の処理のフローを図６に示す。
【００５２】
なお、本実施例では基準トナー像の濃度信号を感光ドラム上で検知する構成をとっているが、感光ドラム上に形成した基準トナー像を中間転写体５上に転写し、転写後の濃度信号を中間転写体５近傍に配置した光学式センサで検知する構成を取ることも可能である。
【００５３】
また、パッチ検知モードの検知結果からトナー供給スクリューの回転時間を増やす場合、すなわち単位ブロック補給数を追加する場合は、図７（ａ）に示すように画像１枚当たり１ブロックのみ追加するようにしている。すなわち、パッチ検知モードの検知結果から単位ブロック補給数を１０ブロック追加する場合、これを一度に追加するのではなく、画像１枚当たり１ブロックずつ追加していき、画像１０枚以上かけて追加補正が完了するようにする。このような制御を行うことにより、現像装置内のトナー濃度が急激に上昇してかぶりや飛散が発生することを抑制することができる。
【００５４】
次に本実施例におけるトナー有無検知について説明する。本実施例ではトナーカートリッジ２３（トナー容器）などにトナー有無を検知するセンサ類を設けずに、上記のパッチ検知に用いるセンサ出力を利用してＣＰＵによりトナー有無検知・判定を行っている。そして、トナーカートリッジ内のトナー残量が今後の画像形成を継続する上で困難な量であるとＣＰＵにて判定されると画像形成を禁止するように制御される。即ち、ＣＰＵは、パッチ画像の検出濃度に基づいてトナーカートリッジ内のトナー有無判定の他に、画像形成の継続の可否の判定も行っている。なお、本実施例では、トナーカートリッジを画像形成装置に据え置いてトナーを逐次補給する構成において、このトナーカートリッジ内のトナーの有無の判定をパッチ画像の検出濃度に基づいて行っているがこれに限らず、画像形成装置に大容量のトナーホッパを設け、このトナーホッパ内のトナーの有無の判定をパッチ画像の検出濃度に基づいて行う構成としても良い。この場合、トナーホッパに対しトナーカートリッジからトナーを補給することになる。
【００５５】
これにより、トナー有無検知用のセンサ分のコストを削減することが可能となる。トナー有無検知の動作フローを図７に示す。
【００５６】
パッチ検知モードにおいて検出された濃度信号Ｖｓｉｇと予め定められた濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを比較し（Ｓ２）、下限値を上回っているかどうかを判定する。下限値を上回っていた場合はＣＰＵによりトナーカートリッジ内にはまだ十分トナーが残っていると判断され、上記したように画像１枚当たり１ブロックずつ追加するようにトナー補給量が補正される（Ｓ３）。また、下限値以下だった場合はＣＰＵによりトナーカートリッジ内のトナー残量が少なくなっていると判断され、トナー残量検知モードに入る。このモードに移行中は画像形成が禁止された状態となり、その旨が画像形成装置の液晶表示部に表示もしくは画像形成装置とネットワーク接続されたパーソナルコンピュータ等にネットワークケーブルを介して報知される。
【００５７】
ここで本実施例におけるトナー残量検知モードを、図８を用いて以下に説明する。
【００５８】
まず、トナー残量検知モードに入った現像器が現像位置に来るように回転体４が回転する。
【００５９】
そして、トナー供給スクリューを４秒間（パッチセンサの出力に依存しない時間）回転させて強制的にトナー補給動作を行い、現像器も同時に４秒間空回転動作を行う（即ち、現像剤の攪拌動作を行う）。その後、トナーパッチ画像を形成し、この濃度信号をセンサで検知する。このとき、この検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを上回っている場合は、ここでトナー残量検知モードが終了し、画像形成が禁止された状態から画像形成可能な状態へ復帰させる。
【００６０】
しかし、依然として、濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを下回っている場合は、再びトナー供給スクリューが４秒間回転し、現像器も同時に４秒間空回転動作を行う。そして、再度、トナーパッチ画像を形成する一連の工程を実行し、この濃度信号をセンサで検知する。このとき、この検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、上記の動作を所定回数（回数＝Ｈ）繰り返し実行する（本実施例では５回）。
【００６１】
その後、上記動作を所定回数（５回）繰り返しても、検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、上記強制補給動作時よりも短い時間、即ち、２秒間の強制補給動作を行い、このとき、この検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、この動作を所定回数（回数＝Ｊ）繰り返し実行する（本実施例では５回）。
【００６２】
そして、検知された信号値がそれでも濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを下回っている場合は、ＣＰＵはトナー無しと判定し、トナーカートリッジの交換を報知する（交換を促す信号を出力する）。
【００６３】
この信号の出力先は、画像形成装置本体上部に設けられた表示手段としての液晶表示部である。なお、画像形成装置がパーソナルコンピュータなどとネットワーク接続され、プリンタとしての機能を有する場合には、ネットワークを介して上記パーソナルコンピュータ等に上記信号を出力する構成であっても良い。
【００６４】
このように、図８のように、４秒間の強制補給動作を５回行い、続いて２秒間の強制補給動作を５回行う。なお、強制補給時には現像器を同時に４秒間空回転動作を行う。
【００６５】
このように本実施例においては、トナー残量検知モードにおいて、強制補給時の１回当たりのトナー補給スクリューの駆動時間（トナー補給量）を上記工程の繰り返し回数に応じて変更し、初期の工程よりも後期の工程の方が少なくなるように制御している。
【００６６】
つまり、トナー残量検知モードに入った時はトナー濃度が低下しているため、始めは、１回当たりのトナー補給量を多くして迅速にトナー濃度を上昇させる。そしてある程度トナー濃度が上昇したら、１回当たりのトナー補給量を少なくすることによって緩やかにトナー濃度を上昇させる。
【００６７】
このように、トナー残量検知モードにおいて、強制補給動作時の１回当たりの補給量を途中で変更することによって、短時間でトナー有無判定を行うことができると共に、トナー有無判定の誤検知を防止し、且つ急激なトナー濃度の上昇を抑制することができる。
【００６８】
ここでもし、トナー残量検知モードの始めから、強制補給動作時における１回当たりの補給量を多くしてしまうと、急激にトナー濃度が上昇し、トナー飛散、かぶり、画像濃度不良など様々な問題が発生した。
【００６９】
また、トナー残量検知モードの始めから、強制補給動作時の１回当たりの補給量を少なくした場合、急激なトナー濃度の上昇は抑制できるが、トナー濃度を上昇させるのに時間が掛かり、ダウンタイムが著しく発生してしまった。
【００７０】
一方、トナー無しと判定された後、トナーが充填された新トナーカートリッジを装着、設置すると、再び上述したトナー残量検知モードに入り、同様の工程、動作を行うことによってトナー有無を判定する。この場合、トナーカートリッジ交換後から画像形成可能な状態となるまでの時間を可及的に短くすることができると共に、トナー有無判定の誤検知を防止し、且つ急激なトナー濃度の上昇を抑制することができる。さらに、画像形成可能な状態に復帰してから１枚目の画像を形成する際に生じる画像形成不良も防止することができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態により、トナーパッチ検知方式によってトナーカートリッジに残存するトナーの有無を判断する画像形成装置において、短時間でトナー有無を検知できるとともにトナー有無判定の誤検知を防止し、且つ急激なトナー濃度の上昇を抑制することのできる画像形成装置を実現し提供できた。
【実施例２】
【００７２】
次に、実施例２について説明する。なお、本実施の形態における画像形成プロセスとしては、前述した実施例１とほぼ同一であるため、重複する説明は省略する。
【００７３】
実施例１においては、トナー残量検知モードにおける強制補給動作の繰り返しに伴い、毎回パッチ画像形成を行っていた。しかし、トナー残量検知シーケンス前半における多量強制補給時（実施例１においては４秒補給を５回行っている時）は、トナー濃度をある程度迅速に回復させるために行っているため、この期間にパッチ濃度が所望の値（Ｖｌｉｍｉｔ）にまで回復することはまれであった。そこで本実施例では、トナー残量検知シーケンスの最初に、トナーパッチ検知を行うことなく強制補給動作を行い、ある程度トナー濃度を回復させた後に、強制補給動作を繰り返し行いつつトナーパッチ検知を行うこととした。図９を用いて詳細を以下に述べる。
【００７４】
まず、トナー残量検知モードに入った現像器が現像位置に来るように回転体４が回転する。そして、トナー供給スクリューを１２秒間回転させて強制的にトナー補給動作を行い、現像器も同時に１２秒間空回転動作を行う。この間トナーパッチ検知は行わない。
【００７５】
その後、図９に従って４秒間の強制補給動作を行い、続いてトナーパッチ検知を行う。この検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを上回っている場合は、トナー残量検知モードが終了し、画像形成可能な状態となる。
【００７６】
一方、検知されたパッチ信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、この動作を所定回数（回数＝Ｊ）繰り返し実行する（本実施例では２回）。
【００７７】
その後、上記動作を所定回数（２回）繰り返しても、検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、上記強制補給動作時よりも短い時間、即ち、２秒間の強制補給動作を行い、このとき、この検知された信号値が濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔ以下となっている場合は、この動作を所定回数（回数＝Ｊ）繰り返し実行する（本実施例では５回）。そして、検知された信号値がそれでも濃度信号下限値Ｖｌｉｍｉｔを下回っている場合は、トナー無しと判定し、トナーカートリッジの交換を報知する（交換を促す信号を出力する）。
【００７８】
このように、トナー残量検知シーケンスの最初に、トナーパッチ検知を行うことなく強制補給動作を行い、ある程度トナー濃度を回復させた後に、強制補給動作を繰り返し行いつつトナーパッチ検知を行うこととしたため、余分なトナーパッチ検知回数を減らすことができた。その結果、トナーパッチ検知によるトナー消費量削減、更には画像形成が禁止された時間（モードに移行している時間）、即ち、ダウンタイムの削減を達成することができた。
【実施例３】
【００７９】
次に、実施例３について説明する。なお、本実施の形態における画像形成プロセスとしては、前述した実施例１とほぼ同一であるため、重複する説明は省略する。
【００８０】
一般に、現像剤の寿命末期において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。
【００８１】
このような場合に、例えばトナー無しと判定された後新品の充填トナーカートリッジを装着した場合において、トナー残量検知モード終了後に強制補給動作によって補給されたトナーが十分に帯電せず、かぶり、画像濃度変動がまれに発生してしまった。
【００８２】
そこで、本実施例においては、実施例１、２におけるトナー残量検知モードを行うことによってトナー有りと判定された場合、トナー残量検知モードを行った現像器が、トナー残量検知モード終了後に空回転動作を３０秒間行うこととした。これによって、現像剤の寿命末期にトナー残量検知モードによってトナーが多量に供給された場合においても、補給されたトナーが現像剤、特にキャリアと十分に攪拌され摩擦帯電が良好に行われた結果、かぶりや、画像濃度変動は発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】感光ドラムの層構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】現像器の構成を示す縦断面図である。
【図４】実施例１に係る単位ブロック補給の様子を説明する図である。
【図５】実施例１に係るビデオカウント方式によるトナー補給のフローを説明する図である。
【図６】実施例１に係るビデオカウント方式とパッチ検知方式を併用した場合のトナー補給のフローを説明する図である。
【図７】実施例１に係るトナー有無検知の動作フローを説明する図である。
【図８】実施例１に係るトナー残量検知シーケンスのフローを説明する図である。
【図９】実施例２に係るトナー残量検知シーケンスのフローを説明する図である。
【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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