(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置内のトナーの残量を検出するものであって、トナーが無い状態のときに透過する光を検出するセンサを含み、かき上げられたトナーの崩落時間の変化を光の透過時間によって検出し、当該透過時間が所定時間に達したときトナーエンプティであると判断するための第１の検出手段、
トナーのさらされた環境であって、かつトナーの流動性に影響を与える環境としての湿度を検出するための第２の検出手段、
湿度と上記所定時間との関係を示す対応テーブルであって、湿度が低いほど上記所定時間が長くなるよう対応付ける対応テーブル、
上記第１の検出手段における所定時間を変更するための検出条件変更手段、及び、
上記第２の検出手段の検出結果と上記対応テーブルとに応じて上記第１の検出手段における所定時間を変更するように上記検出条件変更手段を制御するための制御手段
を備えたことを特徴とするトナーエンプティの検出装置。
【請求項２】
画像形成装置内のトナーの残量を検出するものであって、トナーが無い状態のときに透過する光を検出し、かき上げられたトナーの崩落時間の変化を光の透過時間によって検出し、当該透過時間が所定時間に達したときトナーエンプティであると判断するための第１の検出ステップ、
トナーのさらされた環境であって、かつトナーの流動性に影響を与える環境としての湿度を検出するための第２の検出ステップ、及び、
上記第１の検出ステップにおける所定時間を、上記第２の検出ステップにおける検出結果と上記湿度と上記所定時間との関係を示す対応テーブルであって、湿度が低いほど上記所定時間が長くなるよう対応付ける対応テーブルとに応じて変更するための検出条件制御ステップ
を備えたことを特徴とするトナーエンプティの検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置におけるトナーエンプティの検出システム、特に、環境の変化に関わらず安定した精度よいトナーエンプティを検出できるようにしたトナーエンプティの検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置では、帯電した感光体ドラムの表面に形成しようとする画像に応じて光が照射される。この光の照射によって感光体表面の帯電電荷が感光体ドラムの中心側に流れ去るため、光の照射された部分と照射されなかった部分とでは異なった帯電状態になる。つまり、感光体表面に潜像が生じる。この感光体ドラム表面に帯電したトナーを接近・接触させると粉体のトナーは帯電した部分には静電吸着され、帯電していない部分には吸着されない。
【０００３】
こうしてトナーの像が形成され、この過程が現像である。このトナー像を直接に（あるいは間接に、つまり転写ベルト、転写ドラム等に一旦転写した後に、更に、）記録紙に転写し、記録紙に転写されたトナーに熱と圧力をかけてこれを転写紙に固定する（定着）。このようにして、静電写真方式の画像形成装置では、画像形成つまりプリントあるいはコピーが行われる。
【０００４】
画像形成装置内に蓄えられたトナーは上記現像過程で現像が行われる毎に徐々に消費され、ほとんどが消費されたとき、つまり、トナーエンプティの状態になったとき新しくトナーを供給する必要が生じる。
【０００５】
液体ではその液面位置を検出することにより、残されている液体の量を簡単に知ることができるが、上述のようにトナーは粉体であり、液体のように自ずと平らな液面とはならないため、この手法をそのままトナーエンプティの検出には利用しづらい。
【０００６】
トナーエンプティ検出手法の一つは、粉体としての流動性、つまり粉体で形成された斜面が崩落する時間を利用し、この時崩落時間が粉体の量に関係づけられることを利用して検出するものである。具体的には、回転する羽根でトナーをかきあげたとき、できた斜面が崩落するので、検出用の光の反射光あるいは透過光が崩落したトナーによって遮られるまでの時間（崩落時間）を、下方又は側方から検出するものである。トナー残量が充分多いときには、光が透過あるいは反射される時間が全くなく、残量が減るにつれて、透過あるいは反射の時間が現れるので、この崩落時間によって、特にトナーが残り少なくなったとき残量が検出できる。
【０００７】
他の手法の一つは、印刷情報、例えば、形成されるトナー画像の面積、を積算し、この積算値と予め求めておいた面積当たりの消費量から全体のトナー消費量を計算し、これによりトナー残量を推定するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
粉体であるトナーの流動性、及び、上記感光体ドラムに吸着されるトナーの量は、他の条件が同じであっても、画像形成装置が置かれた環境に応じて変化する。つまり、環境の変化によってトナーの流動性が変化し、このためトナーが崩落する時間が変化する。
【０００９】
ところが、従来技術ではこの事実の認識が無く、またその対策もとられておらず、このため、上記前者の検出手法では、この検出のための比較の基準となる基準崩落時間が環境に関わらず一定に設定されていた。そのため、トナーの残量が正確に検出されず、未だ充分にトナーが残量しているにもかかわらずトナーエンプティの警告または画像形成装置の停止が行われる、あるいは、トナー残量が正常な画像形成を行うほどには無いにもかかわらず、そのまま画像形成作業が行われることがあった。
【００１０】
また、後者の手法では、予め求めておいた面積当たりの消費量が環境及び置かれた環境の履歴に依存することが考慮されておらず、一定のものとして扱われているため、正確なトナーエンプティの検出を行うことができなかった。
【００１１】
本発明は、画像形成装置に関して、このような、環境からうける影響を低減あるいは無くし、安定した正確なトナーエンプティの検出を行うことができるようにすることを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、
第１番目の発明の解決手段は、画像形成装置内のトナーの残量を検出するものであって、トナーが無い状態のときに透過する光を検出するセンサを含み、かき上げられたトナーの崩落時間の変化を光の透過時間によって検出し、当該透過時間が所定時間に達したときトナーエンプティであると判断するための第１の検出手段、トナーのさらされた環境であって、かつトナーの流動性に影響を与える環境としての湿度を検出するための第２の検出手段、湿度と上記所定時間との関係を示す対応テーブルであって、湿度が低いほど上記所定時間が長くなるよう対応付ける対応テーブル、上記第１の検出手段における所定時間を変更するための検出条件変更手段、及び、上記第２の検出手段の検出結果と上記対応テーブルとに応じて上記第１の検出手段における所定時間を変更するように上記検出条件変更手段を制御するための制御手段を備えたことを特徴とするトナーエンプティの検出装置である。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
第２番目の発明の解決手段は、画像形成装置内のトナーの残量を検出するものであって、トナーが無い状態のときに透過する光を検出し、かき上げられたトナーの崩落時間の変化を光の透過時間によって検出し、当該透過時間が所定時間に達したときトナーエンプティであると判断するための第１の検出ステップ、トナーのさらされた環境であって、かつトナーの流動性に影響を与える環境としての湿度を検出するための第２の検出ステップ、及び、
上記第１の検出ステップにおける所定時間を、上記第２の検出ステップにおける検出結果と上記湿度と上記所定時間との関係を示す対応テーブルであって、湿度が低いほど上記所定時間が長くなるよう対応付ける対応テーブルとに応じて変更するための検出条件制御ステップを備えたことを特徴とするトナーエンプティの検出方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。図１は実施例であるプリンタ１００の中央断面の概要図である。プリンタ１００は、矢印方向に回転する感光体ドラム１及び周囲にこれに面するように、帯電装置２、露光装置３、イメージングユニット４、転写ローラ６、クリーナ７、及びプリンタ全体と各構成要素の動作を制御するための制御ユニット８８を備えている。
【００１８】
イメージングユニット４は、感光体ドラム１と現像ユニットとからなっている。現像ユニットには、後述するように現像ローラ４１が設けられており、この現像ローラ４１が感光体ドラム１に面している。
【００１９】
プリンタ１００の下部には、記録紙を収容したカセット８１、８２を装填するための装填部、及び手差しトレイ８３が備えられている。カセット８１、８２、あるいは、手差しトレイ８３から一枚ずつ取り出された適宜の記録紙は多数の搬送ローラ対８４によって感光体ドラム１の方向に搬送される。感光体ドラム１と転写ローラ６との間に導かれた記録紙には、後述のように感光体ドラム１上に形成されたトナー像が転写される。トナー像が転写された記録紙はさらに上方へ進み、定着ローラ対８５の間に導かれ、ここで熱と圧力が加えられることによって、トナー像は記録紙上に定着される。定着後の記録紙はガイド８６によって排出トレイ８７上に排出される。
【００２０】
図２は上記感光体ドラム１回りを拡大して示す拡大図である。図２の中で点線は上記イメージングユニット４に属する部材を、また、点線はプリンタ１００本体に属する部材を示している。イメージングユニット４は、トナーが無くなると感光体ドラム１ごと新しいものに交換される。
【００２１】
画像形成時には、感光体ドラム１の回転につれて、帯電装置２の前を通過した感光体ドラム１表面は帯電する。この表面が露光装置３の前を通過するときこの表面に画像濃度に応じたレーザ光が走査される。
【００２２】
レーザ光が照射された表面の電荷は感光体ドラム１の中心側の導電体部分に流れて、そこの電荷が失われる一方、照射を受けない部分は帯電したままである。このため、不可視的ではあるが電荷の像（潜像）が形成される。感光体ドラム１表面が現像ローラ４１の前に至ると、現像ローラ４１上に保持された帯電したトナーが静電的に吸着される。この吸着は潜像の電荷に応じて行われるため、トナーによって感光体ドラム１表面には可視的な像（トナー像）が形成（すなわち、現像）される。
【００２３】
感光体ドラム１の回転によってトナー像は転写ローラ６に至り、感光体ドラム１と転写ローラ６との間に供給された記録紙上にトナー像が静電的に転写される。そして既述のように記録紙は定着ローラ対８５に搬送されて定着される。一方、トナーが転写された後の感光体ドラム１からは表面に残っているトナーがクリーナ７によってクリーニングされる。その後、再び帯電装置２に至って帯電され、同様の動作が繰り返される。
【００２４】
交換式のイメージングユニット４は、現像ハウジング４９を備えており、現像ハウジング４９はトナーホッパーと呼ばれるトナーを貯蔵するための第１室４９ａとこれに隣接し、現像ローラ４１が回転可能に支持されて納められる現像部と呼ばれる第２室４９ｂとからなっている。第２室４９ｂは、現像ハウジング４９の壁とこの現像ローラ４１のほぼ半分の部分から構成されることになる。
【００２５】
現像ローラ４１は図２中矢印方向時計回りに回転し、その周囲には、回転方向上流に向かって感光体ドラム１、第１規制ブレード５１、第２規制ブレード５２、回転可能な補給ローラ５３、除電部５４が配置されている。感光体ドラム１を除きこれらは現像ハウジング４９に支持されている。
【００２６】
補給ローラ５３は、一定方向に回転することによって第２室４９ｂ内のトナーを現像ローラ４１に向けて搬送する。第１規制ブレード５１及び第２規制ブレード５２は現像ローラ４１上にトナー薄層を形成するとともに、これを摩擦帯電させる。帯電したトナーは現像ローラ４１の回転につれて感光体ドラム１に面するようになり、ここから静電気力によって潜像帯電部に向けて移動し、感光体ドラム１に吸着される。除電部５４は現像ローラ４１上に残ったトナーを除電リフレッシュする。
【００２７】
第１室４９ａと第２室４９ｂとの間は通路孔４９ｃによって連通している。通路孔４９ｃは２つの室の上側に位置しており、この通路孔４９ｃを通して第２室４９ｂで消費された分だけ新たなトナーが第１室４９ａから供給される。
【００２８】
第１室４９ａにはその下側壁に透光窓５６、これと対向する上部壁には反射鏡５７が設けられおり、更に、ほぼ室中央には回転可能な搬送羽根５５が設けられている。搬送羽根５５は、これが矢印（半時計）方向に回転するとき、その先端が第１室４９ａの下側壁に沿うように変形可能な程度の柔軟性と、第１室４９ａ内のトナーをかき上げることができる程度の剛性を備えている。
【００２９】
第１室４９ａ内のトナーは、搬送羽根５５によってかき上げられることにより、一部が通路孔４９ｃにまで至る。この通路孔４９ｃを通って、第２室４９ｂで消費されたトナー分が第２室４９ｂに流入し、あふれたトナーは、再度、第１室４９ａに環流する。この動作により、第２室は常に適正な量のトナーで満たされることになる。
【００３０】
発光・受光素子５８が、透光窓５６の直下でこれを望むようにプリンタ１００本体側に設けられている。発光・受光素子５８の発光部から光が発せられると透光窓５６を透して第１室４９ａ内に入り、遮るものがなければ反射鏡５７に反射し透光窓５６を透って、再び発光・受光素子５８の受光部側に戻ってくる。
【００３１】
今、トナーが第１室４９ａ内に充分に存在し、搬送羽根５５が適宜の速さで回転しているとすると、トナーが搬送羽根５５によって図面右側上方に向かってかき上げられる。搬送羽根５５は、かき上げ時に同時に透光窓５６の内側表面を拭くが、充分なトナーがあるため、搬送羽根５５にかからなかったその左側（図２）のトナーが、時間を置くことなく崩落する。崩落したトナーは透光窓５６上を覆うため発光・受光素子５８の光が遮られることになる。このような状態では光が透過することはない。
【００３２】
第１室４９ａ内のトナーが少なくなると、トナーが崩落して透光窓５６を覆うまでに時間がかかるようになる。このため、発光部から出た光が受光部に戻ってくるような時間が現れ、また、その場合でも透光窓５６の一部面積しか覆われなくなり、戻ってくる光量も増加する。
【００３３】
更にトナーが少なくなると、崩落すべきトナーがないため崩落が生じなくなり、搬送羽根５５がトナーをかき上げた後、次に搬送羽根５５が回転してくるまで光の遮蔽は起こらない。
【００３４】
以上のようにトナー残量に応じて光の透過時間と戻ってくる光量が変化するため、発光・受光素子５８の受光部から出る信号を監視することによってトナー残量（トナーエンプティ）を監視することができる。図３はトナー残量に応じて発光・受光素子５８が発生する出力波形と、これを成形した波形を示す波形チャートの例である。発光・受光素子５８は、受光量の増加につれてその出力電圧がレベルＨからレベルＬまで下がる特性を有し、受光量が一定値以上（出力電圧は一定値Ｌ０以下）のトリガレベルになったとき、タイマー５９がカウントを開始し、このトリガレベルが継続した時間ｔが計測される。
【００３５】
トナー残量が充分に多いときには、上述のように発光・受光素子５８の光は遮光されるため、その出力電圧は高いまま維持される。この場合、タイマー５９はカウントを開始しないので、カウント時間はｔ＝０である。適宜の量トナーが消費されると、発光・受光素子５８の光が透過する時間が現れはじめ、またトナー消費量が増加するにつれてタイマー５９のカウント値ｔが大きくなる。
【００３６】
カウント閾値ｔ０は、カウント値ｔがカウント閾値ｔ０を超えたときトナー残量が規定量以下であり、もはやこれ以上プリントするのは適当でないことを示す比較用の設定値である。したがって、タイマー５９のカウント値ｔがカウント閾値ｔ０を超えたとき、警告あるいは画像形成装置の停止が行われる。
【００３７】
ただし、トナーの崩落時間は、偶然によって遅速があるため、連続する複数回の計測結果のいずれもが、カウント閾値ｔ０が超えたときに、あるいはその頻度に基づいて、上記警告あるいは停止させる方が好ましい。また、イメージングユニット４の一例について、第１室４９ａ内のトナー残量とタイマーカウント値ｔとの関係を表したグラフの例を図４に示す。
【００３８】
既に説明したように、粉体であるトナーの流動性は、他の条件が同じであっても、画像形成装置が置かれた環境に応じて変化するため、トナーが崩落する時間も変化する。従来、このことが認識されておらず、またその対策もとられていないため、上記カウント閾値ｔ０が環境に関わらず一定に設定されていた。そのため、トナーの残量が正確に検出されず、未だ充分にトナーが残量しているにもかかわらずトナーエンプティの警告または画像形成装置の停止が行われる、あるいは、トナー残量が正常な画像形成を行うほどには無いにもかかわらず、そのまま画像形成作業が行われることがあった。
【００３９】
この実施例では、トナー流動性に最も影響がある環境条件として、湿度が選ばれ、これにより上記のようなトナーエンプティ検出の不正確性を改善している。まず、図５は、流動性が湿度から受ける影響を見るため、補給ローラ５３の頂きからトナー表面までの高さｈ（図２）を長手方向（図２における紙面奥行き方向）の各位置について実測し、これをプロットしたグラフである。このグラフからわかるように、湿度が低いほど上記高さｈが高くなることから、トナーの流動性が低下し、崩落が起こりにくくなる傾向にあることがわかる。逆にいえば、トナーの流動性が低下した結果、上記高さｈが高くなったものといえる。更に、この高さｈは、第２室４９ｂ内のトナー量を示してもいるから、高さｈが高いときにはイメージングユニット４内全体で見るとその分だけ多くのトナーが残されていることになる。
【００４０】
したがって、低湿時には、トナーの残量が現実には同じであっても低湿時に比べて上記タイマーカウント値ｔが大きくなることがわかる。つまり、低湿時には、必要なトナーが残っているにもかかわらず、トナーエンプティの信号が出される場合がありうることがわかる。
【００４１】
以上のように、湿度等の環境条件は、トナーエンプティの検出に誤差を生じさせるので、環境条件を検出するため、この実施例では湿度センサ４３がプリンタ１００の内部に設けられている。なお、湿度センサ４３等の環境センサは、第１室４９ａ内など適宜の場所、プリンタ１００の外側、あるいは、これと離れた装置設置室内／外の適宜の場所に設けることができる。
【００４２】
湿度センサ４３は、定期的に、例えば毎日定時に、そこの湿度を計測し、このデータは制御ユニット８８（図１）に一定期間蓄積される。制御ユニット８８はこれらのデータに基づいて湿度による誤差の影響を求め、トナーエンプティ検出動作のパラメータ（カウント閾値ｔ０）を変更する。
【００４３】
図６は、制御ユニット８８の動作を示すフローチャートである。このサブルーチンがスタート（Ｓ００）すると、まず、検出タイミングかどうかが判断される。このタイミングは、一日一回湿度を検出する場合にその日最初のプリントに当たるかどうかである。「ＮＯ」の場合、ステップＳ０５に進み、タイマー５９のカウント値ｔと既にその時点で決まっているカウント閾値ｔ０を比較し、カウント値ｔの方が大きい場合が２回（この回数はそれ以上の回数としてもよい）連続したかどうかが（Ｓ０６）判断される。
【００４４】
この判断結果が「ＮＯ」の場合、ステップＳ９９に進みこのサブルーチンを抜ける。「ＹＥＳ」の場合ステップＳ０６に進みトナーエンプティの警告を出す（あるいは、プリンタの停止でもよい）。
【００４５】
上記ステップＳ０１における判断が「ＹＥＳ」の場合ステップＳ０２に進み、ここで湿度センサ４３からその出力を取り込む。ついでステップＳ０３に進み、古いデータを捨て新しく取り込んだ湿度データを記憶し、過去数日分、例えば１０日間分、の湿度データの和（湿度の和）を求め、次のステップＳ０４に進む。
【００４６】
ステップＳ０４では、ステップＳ０３で求めた湿度の和に基づいて、次に説明する対応テーブルを参照して新しいカウント閾値ｔ０を求める。次のステップＳ０５以降は、既に説明したとおりである。
【００４７】
図７は、上記湿度の和に対する設定すべき新しいカウント閾値ｔ０の関係を示す対応テーブルである。数日分（１０日分）の湿度の和の区分に応じて、カウント閾値ｔ０が関係づけられている。湿度が低い日が続いたときには、トナーの流動性が低下しカウント値ｔが大きく出ることに対応して、比較のもとになるカウント閾値ｔ０を大きくするように、また、反対にこれが高湿であった場合、トナーの流動性が高まりカウント値ｔが小さく出ることに対応して、カウント閾値ｔ０を小さくする内容となっている。なお、上に示した湿度は相対湿度のことであるが、これは絶対湿度とすることも可能であり、上記「和」を平均値とすることもできる。
【００４８】
以上に開示したプリンタでは、環境条件として湿度が選ばれているが、トナーエンプティ検出に誤差をもたらす他の環境条件を選ぶことができる。例えば、温度もトナーエンプティ検出に誤差をもたらすので、環境条件として湿度に代えて、あるいは湿度と併せて、温度を選ぶようにすることができる。この場合、湿度センサ４３に代えて、あるいはこれと併用して温度センサが設けられる。また、これに伴い上記対応テーブルも別な数値、項目のものとなることは言うまでもない。
【００４９】
更に、上記湿度、温度等の環境条件、トナーがその環境にさらされた期間の影響は、複雑に絡み合って流動性の変化となって現れ、しかも、プリンタの構造毎に現れ方が異なるため、実験を積み重ねて対応テーブルを作成しなければならないことは言うまでもない。
【００５０】
この例に挙げた画像形成装置はモノクロプリンタであるが、カラープリンタ、モノクロ複写機あるいはカラー複写機のようにトナーを使用する画像形成装置であれば、ここに開示の技術を適用することができることは明らかである。更に、ここではかき上げ式のトナー残量検出が行われている例が示されているが、残量検出に音波、磁気などを利用したトナー残量検出装置に対しても適用できることは明らかである。
【００５１】
また、制御ユニット８８はあたかも単一のもののように図示されているが、これは単にそのように図に記載されているだけであるから、これが複数の制御ユニットからなるものでもよく、さらに、画像形成装置外のプリントサーバに上記機能の一部を行わせるようにすることも可能である。
【００５２】
更に、上に示すイメージングユニットのように、単一のユニットに制限されるものではなく、上記第１室と第２室が分離された形式のものであっても本発明を適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、トナーのさらされた環境を検出することにより、この環境に応じて画像形成装置内のトナーの残量を検出するための検出手段の検出条件が変更されるので、画像形成装置、更にはトナーエンプティ検出装置が、環境からうける影響が低減あるいは無くされ、安定した正確なトナーエンプティの検出を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例プリンタ１００の中央断面の概要図である。
【図２】  上記感光体ドラム１回りを拡大して示す拡大図である。
【図３】  トナー残量に応じて発光・受光素子５８が発生する出力波形と、これを成形した波形を示す波形チャートの例である。
【図４】  第１室４９ａ内のトナー残量とタイマーカウント値ｔとの関係を表したグラフである。
【図５】  補給ローラ５３の頂からトナー表面までの高さｈを長手方向の各位置についてプロットしたグラフである。
【図６】  制御ユニット８８の動作を示すフローチャートである。
【図７】  湿度の和に対するカウント閾値ｔ０の関係を示す対応テーブルである。
【符号の説明】
１  感光体ドラム
２  帯電装置
３  露光装置
４  イメージングユニット
６  転写ローラ
７  クリーナ
４１  現像ローラ
４３  湿度センサ
４９  現像ハウジング
５１  第１規制ブレード
５２  第２規制ブレード
５３  補給ローラ
５４  除電部
５５  搬送羽根
５６  透光窓
５７  反射鏡
５８  発光・受光素子
５９  タイマー
８１、８２  カセット
８３  手差しトレイ
８４  搬送ローラ対
８５  定着ローラ対
８６  ガイド
８７  排出トレイ
８８  制御ユニット
１００  プリンタ
４９ａ  第１室
４９ｂ  第２室
４９ｃ  通路孔
【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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