(57)【要約】【課題】  印字率やトナー供給能力等の誤差因子を排除し、適切に、誤動作無く、安価で、簡易的にトナーのニアーエンドを検知するトナー残量検知方法及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  画像形成動作を中断または禁止することによりトナーを消費させない状態で、トナーホッパから現像剤収容容器に強制的なトナー補給を実行し、トナーセンサの検出値の時間的変化が小さいときにトナーホッパ内のトナー残量が少なくなってきたと判断して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行う。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給が可能に構成され、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量が所定量以下となったときにトナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行するよう構成された画像形成装置における上記トナー補給手段のトナー残量検知方法であって、
画像形成動作を中断または禁止した状態で、上記トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行し、この動作の実行中においてトナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合に、上記トナー補給手段のトナー残量が少なくなってきた「ニアーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行うことを特徴とするトナー残量検知方法。
【請求項２】
請求項１記載のトナー残量検知方法において、
画像形成動作を中断または禁止した状態で、トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行した際、このトナー補給動作を実行したにも拘わらず、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量が所定量に達しない場合には、現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量に拘わりなく「ニアーエンド」状態であると判断して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行うことを特徴とするトナー残量検知方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のトナー残量検知方法において、
トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作の実行積算時間を記憶し、
この記憶したトナー補給動作の実行積算時間が、ニアーエンドが発生する可能性のある時間である所定のニアーエンド判定時間に達する前に、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合には、「ニアーエンド」の報知を行わず、ユーザに「トナー供給異常」を報知することを特徴とするトナー残量検知方法。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のトナー残量検知方法において、
「ニアーエンド」状態であることを検知した後、現像剤収容容器内のトナー量が所定のトナーエンド判定量以下に達したことがトナー検出手段によって検出されたときに、トナー補給手段内のトナー量が無くなった「トナーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「トナーエンド」の報知を行うことを特徴とするトナー残量検知方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載のトナー残量検知方法において、
現像剤収容容器には、トナー及びキャリアから成る２成分現像剤が収容されており、
トナー検出手段は現像剤収容容器内のトナー濃度を検出するようになっていることを特徴とするトナー残量検知方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうち何れか一つに記載のトナー残量検知方法によりトナー残量を検知する画像形成装置であって、
画像形成動作を中断または禁止した状態で、トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行する強制補給実行手段と、
この強制補給実行手段によるトナー補給動作の実行中において現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量を検出するトナー検出手段と、
このトナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合に、上記トナー補給手段のトナー残量が少なくなってきた「ニアーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行う報知手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、光プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真方式を利用した画像形成装置及びその画像形成装置においてトナー残量を検知する方法に係る。特に、本発明は、トナー残量が少なくなってきたこと（以下、このことを「ニアーエンド」という）を高精度で検知するための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な電子写真方式の画像形成装置では、トナーを貯留しているトナーホッパから現像剤収容容器にトナーが供給され、この現像剤収容容器内のトナーを感光体ドラム上に搬送して所定のトナー画像を形成するようになっている。
【０００３】
また、このトナーホッパから現像剤収容容器へのトナー供給タイミングとしては、例えばトナー及びキャリアからなる２成分現像剤を用いる画像形成装置の場合、現像剤収容容器内に透磁率センサで成るトナーセンサを配置しておき、このトナーセンサが検出する透磁率が所定値以上（トナー量が少なくなると透磁率が上昇する）になれば現像剤収容容器内のトナー量が不足してきたと判断してトナーホッパから現像剤収容容器内へのトナー補給を行うようになっている。これにより、現像剤収容容器内のトナー濃度が略一定に維持されることになる。
【０００４】
そして、この制御によってトナー補給を行ってもトナー濃度が低い状態（透磁率が所定値以上の状態）が所定時間以上続いた場合にはトナーホッパ内にトナーが無くなったと判断し、「トナーエンド」を決定して、ユーザにトナーホッパの交換やトナー補充を促す。
【０００５】
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、ユーザーが交換用のトナーホッパを準備している間は装置が使用できないといった状況が生じてしまう。特に、ユーザの手元にトナーホッパが無い場合には、長時間に亘って装置が使用できないといった状況に陥ってしまう。
【０００６】
そこで、トナーホッパ内にトナーが無くなってしまう前段階でトナー量が少なくなってきたことを「ニアーエンド」として検知し、それをユーザに報知して、「トナーエンド」状態となる前にトナーホッパを準備する猶予を得るようにしたものとして以下の特許文献１〜４が提案されている。
【０００７】
特許文献１には、現像剤透磁率を検出するセンサ及び光学濃度を検出するセンサを併用する方法が開示されている。これは、透磁率検出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出して最終画像濃度を保つものであり、この２つのセンサに基づいて、正確なトナーエンドやニアーエンドの検知を行ってその警告表示をするようにしている。
【０００８】
特許文献２では、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との比率により、即ち最大補給率に応じて補給量を調整することが提案されている。
【０００９】
特許文献３には、所定時間以上トナー補給駆動部材が駆動した場合にニアーエンドを決定する方法が開示されている。
【００１０】
特許文献４には、トナー濃度の低下検知、若しくはトナー補給の回数比率によってニアーエンドの判定を行うことが開示されている。
【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
【特許文献３】特開２０００−３３８７６７号公報
【特許文献４】特開平１０−２０７２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１では、複数のセンサを用いているため、構成の複雑化やコストの上昇を招いてしまうことになる。そればかりでなく、センサを複数備えている分だけ誤検知の発生要因も増えることになり、トナーのニアーエンド検知の信頼性を十分に確保することは困難である。
【００１２】
特許文献２〜４では、安価で簡易な構成によってトナーのニアーエンドを報知できる点で、特許文献１の課題を解消することができる。しかしながら、特許文献２のものでは、感光体上の画像濃度に基づいてニアーエンドを検知するものであるため、感光体上の画像濃度を変化させてしまう他の要因（トナー残量以外の要因）を排除した検知を行うことができない。つまり、感光体の劣化や温度や湿度の影響によって感光体上の画像濃度が変化してしまった場合にはトナー残量を高精度で検知することはできず、本特許文献２のものにあってもトナーのニアーエンド検知の信頼性を十分に確保することは難しい。
【００１３】
また、特許文献３のものでは、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少なからず存在しているため、このトナー供給性能のばらつきによりトナーエンドやニアーエンドの検知に誤差が生じてしまう。この結果、ホッパ内に十分な量のトナーが残っているにも拘わらずホッパ交換要求を報知したり、逆にトナーが無くなって画像形成に支障を来しているにも拘わらずホッパ交換要求を報知しないといった不具合を生じることがある。
【００１４】
更に、特許文献４のものでは、上記と同様にトナー供給性能のばらつきが誤差因子になるばかりでなく、印字率の大小が更なる誤差を生む原因となってしまい、印字率が高い印刷動作を実行している際に、誤ってニアーエンドを報知してしまう可能性がある。
【００１５】
本発明は、上記の各課題に鑑みてなされたものであり、印字率やトナー供給能力等の誤差因子を排除し、適切に、誤動作無く、安価で、簡易的にトナーのニアーエンドを検知するトナー残量検知方法及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
−発明の概要−
本発明の発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、トナーのニアーエンドを適切に認識するために、トナー消費を伴わない強制的なトナーの補給モードを実行し、トナー検出手段の検出値の時間的な変化を用いてニアーエンドの認識を行うようにしている。つまり、トナーホッパ（トナー補給手段）内のトナー残量が少なくなった場合には、現像剤収容容器に対する単位時間当たりのトナー供給量が減少するため、トナー検出手段で検出される値の時間的変化の絶対値が小さくなる。本発明の発明者らは、このことを利用してトナーのニアーエンドが検知可能であることを見出し、本発明に至ったものである。上記トナー検出手段として、２成分現像剤に対してはトナー濃度を検出するものが採用され、１成分現像剤に対してはトナー量を検出するものが採用される。
【００１７】
−解決手段−
具体的に、本発明は、トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給が可能に構成され、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量が所定量以下となったときにトナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行するよう構成された画像形成装置における上記トナー補給手段のトナー残量検知方法を前提とする。このトナー残量検知方法に対し、画像形成動作を中断または禁止した状態で、上記トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行し、この動作の実行中においてトナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合に、上記トナー補給手段のトナー残量が少なくなってきた「ニアーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行うようにしている。
【００１８】
この特定事項により、例えば印字率の高い画像形成動作中に、トナー消費に対するトナー補給（トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給）が追従できない場合、現像剤収容容器内に所定のトナー量が維持できなくなる。この状態に陥ると、画像形成動作を中断し、強制的にトナー補給手段から現像剤収容容器へトナーを供給して、現像剤収容容器内のトナー量が所定量に達した時点で画像形成動作を再開する。この画像形成動作中断による強制的なトナー供給動作中は、トナー補給手段のトナー残量に応じてトナー検出手段の検出出力が変化する。仮にトナー補給手段のトナー残量が十分にあり単位時間当たりのトナー供給量が十分な場合は、トナー検出手段の検出出力変化が急峻である。これに対し、トナー補給手段のトナー残量が少なく、単位時間当たりのトナー供給量が非常に少ない場合は、トナー検出手段の検出出力変化が小さくなる（所定のニアーエンド判定値以下となる）。このように、トナー補給手段のトナー残量に応じてトナー検出手段の単位時間当たりの出力変化量が変化する。このため、この出力変化量の絶対値が所定値（ニアーエンド判定値）以下となった場合には、トナー補給手段にトナー量が残り少ないと判断し、「ニアーエンド」と判断しユーザに報知する。尚、上述したトナー補給手段から現像剤収容容器への強制的なトナー供給動作の実行タイミングとしては、上述の画像形成動作中に限らず、画像形成要求時点であってもよい。この場合には画像形成動作を禁止した状態でトナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー供給動作を行って上記と同様のトナー残量検知動作を行うことになる。
【００１９】
次いで、上述のトナー残量検知動作に対する更なる二つの信頼性向上のための対策について説明する。
【００２０】
先ず、トナー検出手段の出力変化量に応じてニアーエンドを報知しても、又は変化量が大きくニアーエンドとは判定しない場合でも、現像剤収容容器内に所定のトナー量が得られない場合が存在する可能性を否定できない。よって、画像形成によるトナー消費が無い状態でのトナー補給にて所定トナー量が検出できない場合は、トナー検出手段の出力変化量に依らずニアーエンドの報知を行うこととする。つまり、画像形成動作を中断または禁止した状態で、トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行した際、このトナー補給動作を実行したにも拘わらず、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量が所定量に達しない場合には、現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量に拘わりなく「ニアーエンド」状態であると判断して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行うようにしている。
【００２１】
もう一つは、ニアーエンドを報知すべき状態であると認識しても、例えばトナー補給手段や画像形成装置のトラブルによって所定のトナー補給が実行できなかった場合は、トナー補給手段に十分なトナー量が残っているにもかかわらずトナー供給能力が低下、若しくはトナー供給ができずにトナー検出手段の出力変化量が小さくなる場合も考えられる。このような異常事態に備え、記憶手段で記憶しているトナー補給動作の実行積算時間を用いて、所定の時間より短い実行積算時間（ニアーエンドが生じる可能性のない時間帯：上記ニアーエンド判定時間に達する前）においてニアーエンドを報知する状態になった場合は、エラー表示を行いユーザーにその旨を報知することとする。つまり、トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作の実行積算時間を記憶し、この記憶したトナー補給動作の実行積算時間が、ニアーエンドが発生する可能性のある時間である所定のニアーエンド判定時間に達する前に、トナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合には、「ニアーエンド」の報知を行わず、ユーザに「トナー供給異常」を報知することを特徴とするトナー残量検知方法。
【００２２】
以上のように、２つの対策を施しつつ、トナー検出手段の出力変化量に応じてニアーエンドの決定や報知を行う。
【００２３】
また、上述した各解決手段において「ニアーエンド」状態を検知した後に、トナー補給手段内のトナー量が無くなった「トナーエンド」状態を検知する動作としては以下のものが掲げられる。つまり、「ニアーエンド」状態であることを検知した後、現像剤収容容器内のトナー量が所定のトナーエンド判定量以下に達したことがトナー検出手段によって検出されたときに、トナー補給手段内のトナー量が無くなった「トナーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「トナーエンド」の報知を行うようにする。
【００２４】
また、現像剤及びそれに応じたトナー検出手段として具体的には以下のものが掲げられる。現像剤収容容器には、トナー及びキャリアから成る２成分現像剤が収容されており、トナー検出手段は現像剤収容容器内のトナー濃度を検出するようになっている。
【００２５】
この場合、トナー検出手段としては、現像ローラ等に近接して設けられる透磁率センサ或いは光学的センサ等が採用可能である。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。このトナー濃度センサの場合、検出変化はトナー濃度センサの出力電圧の変化を意味する。
【００２６】
上述した各解決手段のうち何れか一つに記載のトナー残量検知方法によりトナー残量を検知する画像形成装置も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、画像形成動作を中断または禁止した状態で、上記トナー補給手段から現像剤収容容器へのトナー補給動作を実行する強制補給実行手段と、この強制補給実行手段によるトナー補給動作の実行中において現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量を検出するトナー検出手段と、このトナー検出手段により検出される現像剤収容容器内のトナー量の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定のニアーエンド判定値以下となった場合に、上記トナー補給手段のトナー残量が少なくなってきた「ニアーエンド」状態であることを検知して、ユーザに「ニアーエンド」の報知を行う報知手段とを備えた画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２７】
このように本発明では、画像形成動作を中断または禁止した状態でトナー補給手段から現像剤収容容器へトナーを補給し、単位時間当たりの現像剤収容容器内のトナー量の変化量の絶対値が所定値以下の場合は、トナー補給手段のトナー残量が少ないと判断している。このため、印字率やトナー供給能力の誤差因子を排除し、適切に、誤動作無く、安価で、簡易的にユーザーにニアーエンドを報知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、現像剤としてトナー及びキャリアからなる２成分現像剤を用いた画像形成装置に本発明を適用した場合について説明する。また、本形態では、現像剤収容容器内のトナー量を、トナーセンサの出力電圧値に基づいて検出する場合について説明する。
【００２９】
−画像形成ユニットの概略構成−
図１は本実施形態に係る画像形成装置に組み込まれた画像形成ユニットの概略構成を示す図であり、図２は画像形成ユニットに備えられた現像剤収容容器４３及びトナー補給手段としてのトナーホッパ４５の内部の概略構成を示す図である。尚、本形態の画像形成ユニットは、コンピュータの出力装置として使用したり、或いはワードプロセッサやファクシミリの画像形成部として使用したり、デジタル複写機の画像形成部として使用することが可能である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る画像形成ユニットは、トナー検出手段としてのトナーセンサ４４を有すると共に内部に成分現像剤を収容した上記現像剤収容容器４３と、トナー供給部材４６，４７によって現像剤収容容器４３にトナーを強制的に供給し得る上記トナーホッパ４５とを備えている。
【００３１】
また、上記画像形成ユニットは、画像を形成する画像形成部と、この画像形成部に記録用紙Ｐを供給する給紙装置と、定着手段としての定着ローラ７とを備えている。
【００３２】
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、感光体ドラムという）１、この感光体ドラム１の周囲に、順に配置される帯電手段２、露光手段（以下、レーザーユニットという）３、上記現像剤収容容器４３及びトナーホッパ４５から成る現像手段４、転写手段５、剥離手段６及びクリーニング手段８を備えている。
【００３３】
上記感光体ドラム１は、例えば直径が約３０ｍｍのドラム体であって、図中の矢符ａ方向に回転可能に設けられている。感光体ドラム１の表面は、帯電手段２であるコロナチャージャ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、レーザーユニット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。この感光体ドラム１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、その表面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ようになっている。
【００３４】
感光体ドラム１に担持された静電潜像は、感光体ドラム１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、現像ローラという）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１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１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ている。
【００３５】
現像後、感光体ドラム１に付着したトナーは、所定の転写領域に搬送される。転写領域には上記給紙装置によって記録用紙Ｐが給紙されており、感光体ドラム１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としては、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（図１では接触ローラ型を示している）、トナーが転写される側の極性の電圧を感光体ドラム１に印加する。これによって、トナーが記録用紙Ｐに移動し、トナー像が転写される。記録用紙Ｐが剥離手段６により感光体ドラム１または転写手段５から剥離された後、該記録用紙Ｐ上のトナーは定着ローラ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１の表面は、クリーニング手段８によって清掃される。
【００３６】
図２に示すように現像手段４は、現像剤収容容器４３と、この現像剤収容容器４３に着脱自在に装着されて内部にトナーを貯留したトナーホッパ４５とを備えている。
【００３７】
現像剤収容容器４３の内部には、磁気ブラシを形成してトナーを感光体ドラム１に向けて供給するための上記現像ローラ４１、トナーとキャリアとを攪拌する撹拌パドル４２及びトナー濃度を検出するトナーセンサ４４が収容されている。また、現像ローラ４１に吸着した現像剤の層厚を規制する図示しない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１に接触させるための開口部が形成されている。
【００３８】
現像ローラ４１は、収容容器４３に対して非回転に設けられたマグネットローラと呼ばれる固定磁石体と、こ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を備えており、固定磁石体は、現像剤を感光体ドラム１に供給するために複数の磁極を有している。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１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１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。
【００３９】
現像ローラ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。本実施形態では、上述した如く２成分現像剤を使用する場合について説明している。
【００４２】
この２成分現像剤を構成する磁性キャリアは、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。
【００４３】
−トナーセンサの説明−
次に、上記トナーセンサ４４について詳述する。
【００４４】
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１上に形成された静電潜像に静電気的に付着させて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センサ４４として透磁率センサを使用するが、特に本実施形態においては差動トランス方式のトナーセンサ４４を用いている。以下に詳細に説明する。
【００４５】
図３は差動トランス方式のトナーセンサ４４の回路構成を示す概要図である。トナーセンサ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６個の引き出し線７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆ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上記基準コイル５２、もう一方のコイルが上記検知コイル５３となっている。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
上記の方法でトナー濃度を測定するトナーセンサ（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出するものである。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センサ４４の出力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。
【００４９】
例えば、本実施の形態において、トナーセンサ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。このようなトナーセンサ４４を用いて、まず、トナー濃度が６．０％に調整された初期調整現像剤（未使用）を現像剤収容容器４３に投入し、図５に示すように、１８０秒間（３分間）攪拌し最終１．８秒のトナーセンサ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トナーホッパ４５からのトナー補給を実行するか否かを判定する。つまり、トナーセンサ４４の出力電圧が閾値電圧よりも高い場合には現像剤収容容器４３内のトナー量が不足してきたと判断してトナーホッパ４５からのトナー補給を行うようにしている。
【００５０】
詳しくは、上記閾値電圧の決定後の電源投入や画像形成動作における現像ローラ４１の駆動において、６００ｍｓ毎にトナーセンサ４４の出力値を検知し、この出力値が閾値電圧よりも高い場合に、次の６００ｍｓの間は、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４５内のトナーが現像剤収容容器４３へ補給され、攪拌パドル４２により攪拌されて現像ローラ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１へ搬送され現像される。
【００５１】
より詳しくは、図６に示すように６００ｍｓの区間の後半５４０ｍｓ内のトナーセンサ出力の平均値を閾値電圧と比較し、出力電圧が閾値電圧よりも高い場合は次の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。
【００５２】
今、ｔ時間トナー補給駆動部材を駆動した際に、トナーがｈグラム補給され、出力電圧がＶ１からＶ２に変化した際、これらは以下のように表せる。
（Ｖ２−Ｖ１）＝ｋ｛（Ｔ＋ｈ）／（Ｃ＋Ｔ＋ｈ）−（Ｔ）／（Ｃ＋Ｔ）｝  …（１）
ｋ＝定数、Ｔ＝現像剤中のトナー質量、Ｃ＝現像剤中のキャリア質量、ｈ＝補給されたトナー質量
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）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  …（２）
ΔＶ＝（Ｖ２−Ｖ１）  …（３）
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は、補給量の関数とすることが出来る。
【００５３】
−トナー残量検知動作−
本発明に係る画像形成装置では、上記出力変化に応じてトナー補給を行い、常に一定のトナー濃度を維持する制御を行っている。
【００５４】
但し、トナーホッパ４５からのトナー供給速度や、印字率等に依存するトナー消費速度との関係から、トナー補給が追従できなくなることがある。この場合、画像形成装置としての制御は、図８に示すように、トナーセンサ４４の出力が上昇する為、１分間この状態が続いた場合には、印字動作（画像形成動作）を中断して強制的なトナー補給を実行（図示しないコントローラに備えられた強制補給実行手段によるトナー補給動作の実行）する。ここで、印字を中断している事から、トナー消費が無く補給のみの状態にある為に、補給時間（ｔ）に対するトナー濃度センサ出力変化量（ΔＶ）より、単位時間あたりのトナー濃度センサ出力変化量（ΔＶ／ｔ）を認識する事ができる。
【００５５】
トナーホッパ４５からのトナー供給速度（単位時間当たりのトナー供給量）は、図７に示すように、トナーホッパ４５のトナー残量が少なくなるに従って次第に低下することが分かっている。また。放置条件（長期間に亘って装置を使用しなかった場合）や使用環境（温度や湿度）等でも左右される。つまり、トナー補給が追従できなくなり、印字動作を中断して強制的にトナー補給を行うケースはまちまちである。しかしながら、図８に示すように、この強制的なトナー補給を行っている際の単位時間当たりのトナー濃度センサ出力変化量（ΔＶ／ｔ：図８におけるトナーセンサ出力の勾配）は、トナーホッパ４５内のトナー残量と一義的な関係にあるため、この単位時間当たりのトナー濃度センサ出力変化量を認識することによってトナーホッパ４５内のトナー残量を検知することが可能である。
【００５６】
そして、トナーホッパ４５内に十分なトナーがある場合の単位時間あたりのトナー濃度センサ出力変化量（ΔＶ／ｔ）は、概ね０．５〜０．６Ｖ／ｍｉｎである。つまり、このような状態ではニアーエンドとは判定しない。しかし、トナー消費及びトナー補給を繰り返し、一般的に使用される印字率の６％でもトナー補給が追従できない場合のトナー供給能力は０．８５５ｇ／ｍｉｎである事から、この供給能力をトナー濃度センサ出力変化量（ΔＶ／ｔ）に換算した−０．０６Ｖ／ｍｉｎをニアーエンドである判断基準とし、変化量の絶対値がこれ（０．０６Ｖ／ｍｉｎ）よりも小さい場合をニアーエンドと判定するようにしている。図８に示す状態では、トナー補給動作「ＴＲＭ１」では、トナー濃度センサ出力変化量の絶対値が０．０６Ｖ／ｍｉｎ以上である（図中の直線Ｉの傾斜角度が比較的大きい）ためにニアーエンド判定は行わず、トナー補給動作「ＴＲＭ２」、「ＴＲＭ３」では、トナー濃度センサ出力変化量の絶対値が０．０６Ｖ／ｍｉｎを下回っている（図中II，IIIの傾斜角度が比較的小さい）ためニアーエンド判定（図中のＮＥ判定）が行われる。
【００５７】
このようにしてニアーエンドの判定がなされると、画像形成装置の表示パネル上に「ニアーエンド表示」がなされ、トナーホッパ４５の交換時期やトナー補充時期が近付いていることをユーザに報知することになる（本発明でいう報知手段による報知動作）。尚、この報知動作は音声によって行うようにしてもよい。
【００５８】
このうようにしてニアーエンドを判定した後のトナーエンドの検知確定は、初期調製現像剤（未使用）で決定した閾値電圧を例えば０．３Ｖ上回った時点とし、その時点で印字動作を中断するようにしている。図８に示す状態では、トナー補給動作「ＴＲＭ３」でニアーエンド判定を行った後に、トナーセンサ４４の出力電圧が閾値電圧よりも０．３Ｖ以上まで上回った時点でトナーエンド判定を行い（図中のＴＥ確定）、その旨を画像形成装置の表示パネル上に表示することになる。この場合も、音声によってユーザに「トナーエンド」を報知してもよい。
【００５９】
以上のように、ニアーエンドの判定は、トナーセンサ４４の出力値の単位時間当たりの変化量の絶対値がニアーエンド判定値（上記０．０６Ｖ／ｍｉｎ）以下となったか否かによって行っているのに対し、トナーエンドの判定は、トナーセンサ４４の出力値がトナーエンド判定値（上記閾値電圧から０．３Ｖ）を上回ったか否かによって行っている。
【００６０】
尚、上述したニアーエンド検知・報知システムにて、未使用状態でのトナー充填量７５０ｇのトナーホッパ４５を用いて検証確認を行った結果、ニアーエンド報知からトナーエンドまで、約３００枚の印字を確保する事ができた。
【００６１】
次に、上述のトナー残量検知動作に対する更なる二つの信頼性向上のための対策について説明する。
【００６２】
トナーホッパ４５からのトナー補給が追従できなくなって印字を中断した状態での強制的なトナー補給は、ユーザーの待機時間を考慮して最大２分としている。ところが、初めての強制的トナー補給で且つ２分経過しても現像剤収容容器４３内が所定のトナー濃度に達しなかった場合は、単位時間当たりのトナーセンサ出力変化量（ΔＶ／ｔ）に拘わらずニアーエンドと判定する。これによれば、不足の事態が生じた場合でも、ニアーエンドからトナーエンドまでの間に大凡５０枚程度の印字を行うことが可能となる。
【００６３】
もう一つは、トナーホッパ４５からのトナー補給に異常を来した場合のプロテクトである。図７や図８に示すように、トナーホッパ４５には初期トナーとして７５０ｇのトナーが充填されており、このトナーを全て供給するには概ね１００分のトナー補給動作を必要としている。よって、ニアーエンドと判断された場合でも、トナー補給に費やした総積算時間が少なければ、それは何らかの異常であると判断する事ができる。そこで、トナーホッパ４５に備え付けられているトナー供給時間記憶部材４８にて、トナー供給総積算時間を記憶しておき、この時間が例えば８０分（本発明でいうニアーエンド判定時間）に満たない場合は、ニアーエンド条件（トナーセンサ４４の出力値の単位時間当たりの変化量の絶対値がニアーエンド判定値以下）が成立した場合であってもニアーエンドの判定は行わず、エラーを報知（表示パネルへの表示や音声報知）する。これにより、トナーホッパ４５やトナー供給部材４７、これらに関する制御装置等に異常があり修理が必要である事を知らしめることが可能になる。
【００６４】
−その他の実施形態−
以上説明した実施形態では、現像剤としてトナー及びキャリアからなる２成分現像剤を用いた画像形成装置に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、現像剤としてトナーのみからなる１成分現像剤を用いた画像形成装置にも適用可能である。この場合、トナー検出手段は、現像剤収容容器４３内のトナー貯留量を検出するトナー量センサが採用される。
【００６５】
また、上述した実施形態では、画像形成動作の途中でその動作を中断してトナー強制補給動作を実行する場合について説明したが、このトナー強制補給動作中に画像形成要求信号が入力された（印刷ジョブが発生した）場合には、その要求された画像形成動作を禁止した状態でトナー強制補給動作を継続することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態に係る画像形成装置に組み込まれた画像形成ユニットの概略構成を示す図である。
【図２】画像形成ユニットに備えられた現像剤収容容器及びトナーホッパの内部の概略構成を示す図である。
【図３】差動トランス方式のトナーセンサの回路構成を示す概要図である。
【図４】現像剤収容容器内のトナー濃度と透磁率センサの電圧出力値との関係を示す図である。
【図５】現像手段の閾値電圧の決定をするための動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図６】トナーセンサの出力電圧に基づくトナー補給動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図７】トナーホッパ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及び単位時間当たりのトナー供給量の関係を示す図である。
【図８】トナーのニアーエンド判定動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００６７】
４３    現像剤収容容器
４４    トナーセンサ（トナー検出手段）
【図１】
2005309322.tif 000003
【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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