(57)【要約】【課題】現像剤が有するトナー濃度を、常に正確に測定することができる装置および方法を提供すること。【解決手段】本発明のトナー濃度測定装置は、撹拌室４内の現像剤２を撹拌する回転部材１３ａおよび１３ｂを備える画像形成装置に内蔵され、かつ上記現像剤２が有する透磁率を検知する透磁率センサ１４からの出力に基づいて、上記現像剤２に含まれるトナー３の濃度を測定する装置であって、上記回転部材１３ａおよび１３ｂの回転速度を制御する制御手段２２を備え、上記制御手段２２は、上記回転部材１３ａおよび１３ｂの回転速度を上記画像形成装置における画像形成時よりも低下させているとき、上記透磁率センサ１４が上記撹拌室４内の上記現像剤の透磁率を検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌室内の現像剤を撹拌する回転部材を備える画像形成装置に内蔵され、かつ上記現像剤が有する透磁率を検知する透磁率センサからの出力に基づいて、上記現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する装置であって、
上記回転部材の回転速度を制御する制御手段を備え、
上記制御手段が、上記回転部材の回転速度を上記画像形成装置による画像形成時よりも低下させているとき、上記透磁率センサが上記撹拌室内の上記現像剤の透磁率を検知する
ことを特徴とするトナー濃度測定装置。
【請求項２】
上記透磁率センサは、上記回転部材の回転速度が上記画像形成装置における画像形成時の５０％以下であるときに、上記撹拌室内の上記現像剤が有する透磁率を検知することを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項３】
上記画像形成時に消費されたトナー消費量を算出する算出手段と、
上記トナー消費量と、１つの画像の形成時に消費されるトナーの最大量以上の大きさを有する閾値との大小を判定する判定手段と、
をさらに備え、
上記判定手段において上記トナー消費量が上記閾値以上の大きさであると判定されたとき、上記透磁率センサは上記撹拌室内の上記現像剤の透磁率を検知する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項４】
上記算出手段によって算出される上記トナー消費量は、複数の上記画像の形成時に消費されたトナー消費量の積算量であることを特徴とする請求項３に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項５】
上記算出手段が、上記画像におけるトナーの転写を所望する画素を表す画素データに基づいて、現像時におけるトナー消費量を算出する手段であることを特徴とする請求項３または４に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項６】
上記閾値は、さらに上記撹拌室に保持されるトナーの総量から決定される許容量に基づく値であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項７】
上記回転部材が１回転以上する間における上記透磁率センサからの出力を平均化する出力平均化手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項８】
撹拌室内の現像剤を撹拌する回転部材を備える画像形成装置において、上記現像剤が有する透磁率を検知する透磁率センサからの出力に基づいて、上記現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する方法であって、
上記回転部材の回転速度を制御する工程を包含し、
回転部材の回転速度を制御する上記工程において、上記回転部材の回転速度を上記画像形成装置における画像形成時よりも低下させたときに、上記透磁率センサが上記撹拌室内の上記現像剤が有する透磁率を検知する
ことを特徴とするトナー濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置における現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する装置および方法に関し、より詳細には２成分現像剤を用いて画像を現像する画像形成装置において、２成分現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機またはプリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置は、現像槽を内蔵している。上記現像槽において、対象物に転写する像を現像剤によって現像する。上記現像剤としては、通常、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤が使用される。現像槽における現像には、現像槽内に保持される２成分現像剤の内、トナーのみが使用される。このため、常に高品質な画像形成を実現するためには、現像剤に含まれるトナーの濃度は、一定の範囲内に留まっている必要がある。つまり、トナーを、現像に使用された量に合わせて、速やかに現像槽へ補充する必要がある。
【０００３】
ここで、現像剤に含まれるトナーの濃度が一定の範囲内から外れると、以下のような問題が生じる。トナーの濃度が一定の値を下回ると、現像剤に含まれるトナーの比率が小さくなるので、現像槽の現像領域に搬送されるトナーの総量が低下する。同時に、トナーとキャリアとの接触確率が大きくなるため、トナーの帯電電荷量が増加する。さらに、現像プロセスにおいて、通常、帯電したトナーは、感光体に生じた電位差を埋めるように、感光体上に堆積するため、トナーの総量の低下および帯電電荷量の増加は、感光体に付着するトナー量を減少させる。この結果、トナーの濃度が一定の範囲内に制御されることが要求される現像プロセスにおいて、トナーの濃度が一定の範囲内から外れた状態では、適切な現像性を維持できない。このような状態では、結果として、対象物に形成された画像の濃度が極端に低下する。一方において、トナーの濃度が一定の値を上回ると、トナーとキャリアとの接触確率は低下し、かつトナー同士の接触確率が増加する。このような状態では、低帯電の、もしくは帯電電荷量がほぼゼロである未帯電のトナー、または所望する極性とは逆の極性に帯電したトナーを生じる。これらの現象は、上記現像プロセスの通常の構成において、感光体へ付着するトナー量を増加させる。結果的として、対象物における画像濃度が過度に上昇すること、または所望していない箇所にトナーが付着することによって、対象物に地肌汚れ（トナーかぶり）が発生したりする。
【０００４】
以上のように、現像剤に含まれるトナーの濃度は、搬送されるトナー量およびトナー帯電量と密接に関係している。このため、画像形成装置の画像形成プロセスにおいて、トナー濃度、トナー補給量、およびトナー補給のタイミングの決定を正確に行うことは、非常に重要である。
【０００５】
トナー補給量を決定する通常の方法としては、例えば、透磁率センサを用いて求めたトナー消費量から決定する方法が挙げられる。トナー消費量は、透磁率センサによって、トナーを消費する前後のトナー濃度を決定し、かつこれらの差によって決定される。透磁率センサは、現像剤が有する透磁率を検知するセンサであり、かつ現像剤に含まれる磁性体粒子であるキャリア（粒子）が生じる透磁率を検知する。現像剤が有する透磁率と現像剤に含まれるトナーの濃度の関係について、図７を用いて以下に説明する。図７は、通常の透磁率センサからの出力値と現像剤に含まれるトナーの濃度との関係の一例を示すグラフである。図７に示すように、透磁率センサからの出力値の変化（減少）にしたがって、現像剤に含まれるトナーの濃度が直線的に増加している。つまり、透磁率センサからの出力値と現像剤に含まれるトナーの濃度とは比例関係を有している。
【０００６】
しかし、透磁率センサからの出力値と現像剤に含まれるトナーの濃度とは、常に、図７に示す単純な比例関係を有しているわけではない。透磁率センサからの出力値は、現像剤に含まれるトナーの濃度以外の要因によって、大きく変化することがよく知られている。上記要因とは、例えば、現像剤の撹拌時間または放置時間の長さなどに起因する現像剤が有する嵩密度の変化である。
【０００７】
画像形成装置が動作可能な状態にあるとき、例えば、正または負の電荷を帯びたトナー（粒子）およびトナーの約５〜１０倍の直径を有する磁性体粒子であるキャリア（粒子）からなる現像剤は、画像形成装置内において様々な撹拌部材によって長時間、撹拌されている。撹拌されている現像剤の嵩密度は、撹拌によって粒子間に空気を含む（噛む）こと、またはトナーが帯びている電荷によって粒子間に働く斥力などによって、減少する（嵩だかが上昇する）。つまり、嵩密度の減少とは、現像剤の粒子間に空間を生じている状態であり、かつ現像剤に含まれるキャリア粒子の存在密度の低下を意味している。このため、嵩密度の減少によって、現像剤が有する透磁率が低下する。結果として、嵩密度の低い（嵩だかの高い）状態にある現像剤から得られる透磁率センサの出力値は、同じトナー濃度を有し、かつ嵩密度の高い状態にある現像剤に比べて小さくなる。
【０００８】
一方において、画像形成装置が待機状態または電源オフ状態にあり、現像剤の撹拌が中断または停止している場合、撹拌動作によって、嵩密度が一旦小さくなった現像剤は、時間の経過にしたがって、現像剤の自重、および粒子からの電荷の漏洩による粒子間における斥力の低下などによって、嵩密度は増加していく。このため、上述のような場合とは逆に、嵩密度の高い現像剤から得られる透磁率センサの出力値は、同じトナー濃度を有し、かつ嵩密度の低い状態にある現像剤に比べて大きくなる。
【０００９】
以上のように、現像剤が有する透磁率にしたがってセンサが出力する値は、現像剤に含まれるトナーの濃度が一定にも関わらず、トナーが有する電荷の大きさ、現像剤の撹拌時間、または現像剤の放置時間などによって変化する。つまり、透磁率センサの出力値から決定したトナー濃度に基づいて、正確なトナー補給量を決定することは、困難である。
【００１０】
上記問題を解決する技術として、特許文献１には、駆動の初期に、現像スリーブまたは撹拌ローターを現像時の正規の回転数よりも低速に駆動させる現像槽が開示されている。上記現像槽は、駆動の初期において、現像スリーブまたは撹拌ローターを低速に回転させることによって、トナー濃度センサ側に搬送される現像剤の量を減少させる。これによって、放置によって嵩密度が増加（嵩だかの低下）した現像剤が多量にトナー濃度センサへ運ばれることなく、嵩密度の増加した現像剤のごく一部だけがトナー濃度センサに到達する。よって、トナー濃度センサは、トナー濃度低下という誤った信号を出力しない。また、上述のような駆動の初期における低速撹拌によって、嵩密度の増加した現像剤における粒子間に空気を含ませる（噛ませる）ことができるため、現像剤が有する状態は、駆動直前の嵩密度が増加した状態から駆動中の嵩密度の低下した安定な状態になる。結果として、トナー濃度センサによる誤検知（透磁率が高くなっている現像剤が有するトナー濃度を、誤った値として検知すること）を回避することができる。
【００１１】
ここで、上記現像槽における現像剤が有するトナー濃度とトナー濃度センサによる出力との関係について、図８を用いて以下に説明する。図８に示すように、状態Ａは、撹拌機構が動作しており、かつ現像剤の嵩密度が安定した状態である。上記現像槽においては、状態Ａにおけるトナー濃度センサの出力をトナー濃度の検知基準値として利用している。状態Ｂは、状態Ａの現像剤の撹拌を停止し、かつしばらく放置することによって、現像剤の嵩密度が低下した状態である。状態Ｃは、撹拌機構が動作しており、かつ状態Ａよりもトナー濃度の高い現像剤の状態である。
【００１２】
撹拌機構の動作中の状態Ａと放置した後の状態Ｂとの間におけるセンサの出力値の差に基づいて、状態Ｂの現像剤は、トナー濃度が同じであるにもかかわらず、状態Ｃであると検知される。つまり、放置後であり、かつ撹拌を開始した直後の現像剤を検知したトナー濃度センサは、上述のように現像剤の嵩密度が低下しているため、正しい値よりも大きい値を出力する。よって、状態Ｂの現像剤は、状態Ａの現像剤よりもトナー濃度が低いという誤った判断がなされる。上述のような駆動の初期におけるトナー濃度センサの誤検知を回避するために、上記現像槽は、現像スリーブまたは撹拌ローターを低速に回転させる。このため、状態Ｂにある現像剤は、通常の撹拌動作時よりも少ない量だけしかトナー濃度センサに反応しない。また、初期の低速回転による撹拌によって、状態Ｂから状態Ａに戻った現像剤をトナー濃度センサによって検知するため、正確なトナー濃度の測定が可能になる。
【００１３】
また、放置後の現像プロセス開始時に限らず、現像プロセス動作中に発生するトナー濃度の誤検知を回避するための技術が数多く知られている。このような技術としては、トナー濃度を、現像剤の透磁率以外の情報から検知する技術が挙げられる。
【００１４】
この一例として、トナー濃度を、感光体ドラムまたは中間転写体などの現像画像を担持する担持体上にトナーを用いて現像された、パッチ画像から検知する技術がある。この技術においては、担持体と対向して設けられた、光源とその反射光の受光センサとを用いてパッチ画像の濃度を信号化する。受光センサから出力された信号をサンプリングし、トナー濃度に対応するサンプリング情報とトナーの基準濃度に対応する情報とを、論理回路において比較する。２つの情報を比較した結果に基づいて、現在の現像剤が有するトナー濃度を推測する。これによって、現像剤へのトナーの補給の要否およびトナーの補給量を決定する。具体的には、２つの情報を比較した結果、パッチ画像濃度が基準濃度よりも高いと判定された場合には、現像剤のトナー濃度が基準濃度に戻るまでトナー補給を停止する。一方、２つの情報を比較した結果、パッチ画像濃度が基準濃度よりも低いと判定された場合には、基準濃度に達するまで強制的にトナー補給を実行する。以上の処理によって、現像剤のトナー濃度は所望の値に維持される。
【００１５】
また、他の一例として、トナー補給量をトナー濃度に基づいて決定するのではなく、現像画像を表す画像データから、現像によるトナー消費量を算出するビデオカウント方式がある。ビデオカウント方式において、画像データからトナーを消費する画素に関する情報を取り出す。画素に関する情報に基づいて、現像によるトナー消費量を算出する。ビデオカウント方式においては、算出されたトナー消費量に相当する量のトナーを、トナー補給機構が現像槽へ単に補給すれば、現像剤のトナー濃度は所望の値に維持される。
【００１６】
ここで、近年における現像剤の小粒径化および現像速度の上昇に伴って、トナー濃度センサの誤検知を引き起こす新たな問題について以下に説明する。新たな問題とは、高速の現像プロセスを用いて、極端に低い画像比率を有する画像を対象物に形成するという印字条件において生じる、トナー濃度センサの検知異常である。上述のような印字条件において生じるトナー濃度センサの検知異常は、画像比率が小さいほど、現像剤の嵩密度の変化が大きくなることに起因すると考えられる。このようなトナー濃度センサの検知異常の例を、以下に説明する。
【００１７】
１％の画像比率を有する画像、および１０％の画像比率を有する画像のそれぞれを、毎分５０枚の対象物に画像形成するプロセス速度において、連続して１０００枚の対象物に形成し、かつ出力させた。トナー濃度を検知するために、図７に示される性質を有する透磁率センサを用いた。そして、透磁率センサの出力値に基づいて、初期のトナー濃度（ここでは数値差が分かり易いように６％とする）を維持するように、現像剤にトナーを補給した。このようなルールに従って、２種類の画像比率を有する対象物を１０００枚ずつ出力した後に、実際の現像剤のトナー濃度を測定した。１％の画像比率を有する対象物を１０００枚出力した後において、トナー濃度は６％から３．８％に減少した。一方において、１０％の画像比率を有する対象物を１０００枚出力した後において、トナー濃度は６％から５．８％に減少した。このように、１％の画像比率を有する対象物を出力すると、トナー濃度を検知しながらトナーを補給しているにもかかわらず、実際の現像剤のトナー濃度は初期の６％から３．８％に減少した。
【００１８】
上述のような、１％の画像比率の画像形成において、実際のトナー濃度が低下するのは、現像剤の急激な嵩密度変化によって透磁率センサがトナー濃度を誤検知するためであると考えられる。現像剤の急激な嵩密度変化は、高速の撹拌動作、および高速な撹拌によるトナー帯電量の増加によって生じると考えられる。嵩密度変化と、撹拌動作およびトナー帯電量の増加との関係について以下に説明する。
【００１９】
１％の画像比率の画像形成においては、現像において消費されるトナーの量が極端に少ない。つまり、現像槽に補給されるトナーの量が極端に少ないため、現像槽においてトナーがほとんど入れ替わらない。このため、現像プロセスの実行に伴って現像剤を撹拌し続けると、トナーとキャリアとの接触頻度が上昇して、トナーが帯びる電荷量が増加する。トナーの帯電量増加は、トナー同士の斥力を増大させ、結果として、現像剤の嵩密度を大きく減少させる（嵩だかを大きく増加させる）。透磁率センサが嵩密度の高い現像剤をトナーリッチな状態として検知するため、１％の画像比率の画像形成においては、トナーの補給が行われないまま、画像の形成が継続する。結果として、現像槽内において撹拌される実際のトナー濃度が低下してしまう。一方、１０％の画像比率の画像形成においては、１％の画像形成時に比べて１０倍のトナー量の入れ替わりが生じるため、トナー帯電量の増加速度と補給トナーの帯電立ち上り速度とが均衡して、結果的にトナー同士に作用する斥力の変化が小さくなるので、嵩密度変化を生じなかったものと考えられる。
【００２０】
上述のような低い画像比率の画像の形成において生じる問題を解決するための画像形成装置が特許文献２に開示されている。特許文献２の画像形成装置は、形成する画像比率に応じて、透磁率を検知した結果に基づく検知信号（見かけのトナー濃度出力値）と比較する基準値を補正する検知信号基準値補正手段を備えている。検知信号基準値補正手段は、画像比率に応じて基準値の補正の度合いを変化させる。このため、低い画像比率の画像形成においても、消費されたトナーの量に応じて、トナーが補給されるため、現像剤の嵩密度の減少を抑制することができる。
【特許文献１】特開平４−１９８９７１号公報（平成４年７月２０日公開）
【特許文献２】特開２００４−８５７１０号公報（平成１６年３月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、上述した４つの従来技術のそれぞれには、未解決の問題がある。４つの従来技術における未解決の問題について以下に説明する。
【００２２】
トナー濃度をパッチ画像から間接的に検知する方法においては、光学系センサの汚れによる誤検知、上記担持体が有する特性の劣化、またはトナー帯電量の変化に伴う現像濃度の変化という問題を生じる。なお、上述のトナー帯電量の変化は、現像槽の経時劣化および環境の変化に起因している。３つの上記問題によって、常に正確なトナーの濃度を測定するのは困難である。さらに、上記方法において、パッチ画像の現像、画像濃度の検知、およびトナー補給という一連の制御シーケンスに時間を要する。このため、トナーを消費したときからトナーを補給するときまでにある程度の時間がかかる。つまり、トナーの補給が必要になってからの応答が遅い。
【００２３】
また、上記ビデオカウント方式によってトナーの消費量を算出する方法において、実際の現像プロセスにおいて消費されるトナー量と算出した消費量との間にくいちがいを生じるおそれがある。このくいちがいは、現像プロセスの実行回数が増えるにしたがって大きくなる。よって、ビデオカウント方式を用いる方法は、現像剤のトナー濃度を中長期的に制御する方法としては、信頼性に乏しい。
【００２４】
また、特許文献１には、上述のように、撹拌動作の初期におけるトナー濃度の誤検知を回避するという記載はあるが、現像プロセスの実行中におけるトナー濃度の検知については、なんら記載されていない。よって、現像剤の小粒径化および現像速度の上昇に伴った、画像比率の小さな画像の連続出力時に生じる問題を解決できない。
【００２５】
また、特許文献２において、上述のように、対象物に形成する画像比率に応じて、検知信号の基準値を補正している。しかし、トナー濃度の検知信号の変動は、画像比率だけに起因するとは限らない。例えば、現像剤の周囲の環境および放置時間、現像剤の抵抗値および経時変化、あるいは実際のトナー濃度と検知値とのずれなど、様々な要因によってトナー濃度の検知値は変動する。特許文献２は、これらのトナー濃度の検知値を変動させる要因を考慮していない。よって、画像比率から予想される、トナー濃度の検知値の変動に合わせて、検知信号の基準値をあらかじめ設定した値によって補正しても、実際の変動に合わせて、正確に補正できないおそれがある。
【００２６】
以上のことから、適切なタイミングにおいて、適切な量のトナーを現像剤に補給するためには、現像剤が有する実際のトナー濃度を、常に正確に検知することが最も好ましい。
【００２７】
なお、透磁率センサを用いて、単に実際のトナー濃度を正確に検知することは、それほど困難なことではない。粉体の嵩密度を正確に、かつ再現性よく測定する方法として、例えば、ＪＩＳ規格ＪＩＳＺ２５１２の“金属粉−タップ密度測定方法”などが挙げられる。金属粉−タップ密度測定方法は、タップ（振動）を利用して、測定時における、粉体が有する嵩密度を再現性よく一定の密度にする方法である。粉体をタッピングする（振動させる）ことにより、粉体同士の間に入り込んだエアを抜いて、粉体が有する充填密度を、所望の状態に再現性よく落ち着かせることができる。よって、上記方法によれば、粉体の濃度を測定するとき、粉体は常に一定の嵩密度を有しているので、粉体の濃度を常に正確に測定することができる。
【００２８】
以上のことから、上記方法を用いれば、撹拌による現像剤のエア噛み、またはトナーの帯電電荷による反発力などの結果として生じる現像剤の嵩密度の減少（嵩だかの上昇）は、極めて良好に解消される。このため、必要に応じて、現像剤が有する嵩密度を再現性よく一定にすることができる。
【００２９】
また、粉体同士の間に入り込んだエア（粉体間に生じた空間）を取り除くには、金属粉−タップ密度測定方法とは異なる方法を採用してもよい。例えば、流動性測定装置ＦＴ−４（Ｆｒｅｅｍａｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社）は、回転するスクリューを粉体の中でゆっくり上下させることによって、粉体の嵩密度を、必要に応じて再現性よく、一定にすることができる。
【００３０】
このように、上記方法または装置を用いれば、正確なトナー濃度を測定することができる。しかし、上記方法または装置を用いる手法以外にも、他の装置と組み合わせることが容易であり、かつ正確なトナー濃度を測定し得る装置または方法が求められている。
【００３１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、現像剤が有するトナー濃度を、常に正確に測定することができる装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明のトナー濃度測定装置は、
撹拌室内の現像剤を撹拌する回転部材を備える画像形成装置に内蔵され、かつ上記現像剤が有する透磁率を検知する透磁率センサからの出力に基づいて、上記現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する装置であって、
上記回転部材の回転速度を制御する制御手段を備え、
上記制御手段が、上記回転部材の回転速度を上記画像形成装置による画像形成時よりも低下させているとき、上記透磁率センサが上記撹拌室内の上記現像剤の透磁率を検知することを特徴としている。
【００３３】
現像剤が有する透磁率とは、現像剤に含まれる磁性体（キャリア）と非磁性体（トナー）との混合比率によって変化する、見かけ上の透磁率である。このため、現像剤に一定の量（数）のキャリアが含まれていれば、トナー量の増減（に伴う現像剤の嵩だかの増減）に応じて、上記現像剤が有する透磁率の変化から、現像剤のトナーの濃度を読み取ることができる。
【００３４】
ここで、画像比率の低い画像の形成時において、撹拌室内の現像剤は、高速に回転する回転部材によって撹拌されている。このとき、現像剤に含まれるトナーの消費量が非常に少ないので、トナーの補給頻度が低い。このため、現像剤に含まれるトナーは、あまり入れ替わることなく、長時間に渡って激しく撹拌され続ける。つまり、キャリアとトナーとが接触する頻度が上昇して、トナーが帯びる電荷が過剰に大きくなる。トナーが帯びる電荷が大きくなれば、トナー同士の間に働く斥力が大きくなる。これと同時に、現像剤の撹拌強度の増加によって、現像剤の粒子間に空気が含まれ易くなる。これらの結果として、現像剤は、撹拌の継続にしたがって、嵩だかが上昇する。つまり、高速に撹拌され続けた現像剤は、トナーの量の増減に関わらず、嵩だかが上昇する傾向にある。上述のように、現像剤の透磁率は、現像剤が有する嵩だかによって変化する。このため、高速に撹拌し続けた現像剤の見かけの透磁率から、現像剤に含まれるトナー濃度の正確な値を得ることができない。
【００３５】
一方において、長時間に渡って現像剤を撹拌せずに放置した場合、トナーの帯電電荷量は、暫時低下していく。このため、トナー同士の間に働く静電気的な反発力（斥力）も、放置の経過にしたがって小さくなる。さらに、放置される時間が長いほど、現像剤の自重によって、トナーとキャリアとの間が、徐々に隙間なく、詰まっていく。このため、トナーの濃度が変化していないにもかかわらず、現像剤の嵩だかは小さくなる。つまり、長時間に渡って放置された現像剤の見かけの透磁率から、現像剤に含まれるトナー濃度の正確な値を得ることができない。
【００３６】
上記構成において、撹拌室における現像剤のトナーの濃度を現像剤が有する透磁率に基づいて測定するとき、回転部材の回転速度は、制御手段によって、画像形成時よりも低下している。つまり、トナー濃度の測定時には、撹拌室内の現像剤は、画像形成時よりもゆっくりと撹拌されている。言い換えると、現像剤が空気を含みにくい状態において、透磁率センサは、現像剤が有する透磁率を検知する。つまり、上記構成によって、トナーの量の増減以外の要因によって嵩だかが変化していない現像剤から、トナーの濃度を測定するための透磁率を得ることができる。
【００３７】
さらに、上述のように、トナー濃度の測定時には、撹拌室内の現像剤は、画像形成時よりもゆっくりと撹拌されている。このため、極端に現像剤の嵩だかが小さくなることを避けることができる。つまり、上記構成によって、トナー量の増減以外の要因によって嵩だかが変化していない現像剤から、トナーの濃度を測定するための透磁率を得ることができる。
【００３８】
また、現像剤をゆっくりと撹拌しながら透磁率の検知を行うため、長時間に渡って激しく撹拌されて、膨張していた現像剤が、元の状態に戻る。さらに、現像剤をゆっくりと撹拌しながら透磁率の検知を行うため、長時間に渡って放置されて、嵩だかが小さくなっていた現像剤が、元の状態に戻る。このため、トナーの量以外の要因によって嵩だかが変化していた現像剤を元の状態に戻して、正確な透磁率を検知することができる。
【００３９】
以上をまとめると、上記構成を有することによって、現像剤が有する実際のトナー濃度を、常に正確に測定することができる。このため、撹拌室内におけるトナーの量を、常に正確な値として把握することができる。したがって、上記構成を有するトナー濃度測定装置を用いれば、撹拌室に補給すべきトナー量を正確に決定することができるという効果を奏する。
【００４０】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記透磁率センサは、上記回転部材の回転速度が上記画像形成装置における画像形成時の５０％以下であるときに、上記撹拌室内の上記現像剤が有する透磁率を検知することが好ましい。
【００４１】
回転部材の回転速度とトナー濃度を測定する透磁率センサの出力値との関係を、図９を用いて説明する。回転部材の回転速度が１５０ｒｐｍから画像形成時の回転速度である２５０ｒｐｍの範囲にある場合、透磁率センサの出力値は回転速度の増加に応じて減少する傾向を示す。これは、前述の通り、トナー同士に働く斥力、および現像剤の粒子間が空気を含むことによって、キャリア密度が減少した結果である。一方、回転部材の回転速度が１５０ｒｐｍ以下のとき、透磁率センサの出力値（厳密には、出力値の平均値）は約２．７５Ｖ〜２．８５Ｖの間を推移し、ほぼ一定の値に落ち着いている。回転部材の回転速度に対する透磁率センサ出力値の変動を、静止状態（回転速度０ｒｐｍ）の値からおよそ０．１Ｖまでに収めるためには、本トナー濃度測定装置において、画像形成時に２５０ｒｐｍにおいて回転している回転部材の回転速度を、約１５０ｒｐｍ付近、厳密には１２５ｒｐｍ以下まで減速しなければならない。回転速度が１２５ｒｐｍを上回るときには、上述のような理由によって、現像剤に含まれるトナー同士に働く斥力、および現像剤の粒子間に空気が含まれ易くなることから、現像剤の膨張、つまり透磁率センサの値の低下が生じるおそれがある。上記範囲内の回転速度によって回転部材を回転させながら、撹拌室内の現像剤が有する透磁率を検知することによって、より確実に正確なトナーの濃度を測定することができる。
【００４２】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記画像形成時において消費されたトナー消費量を算出する算出手段と、
上記トナー消費量と、１つの画像の形成時に消費されるトナーの最大量以上の大きさを有する閾値との大小を判定する判定手段と、
をさらに備え、
上記判定手段において上記トナー消費量が上記閾値以上の大きさであると判定されたとき、上記制御手段は、上記回転部材の回転速度を上記画像形成装置における画像形成時よりも低下させることが好ましい。
【００４３】
上記構成において、１つの画像の形成時における最大の上記トナー消費量とは、例えば、トナーによって１枚の印刷物の全面に画像を形成するときのトナーの消費量である。このため、少なくとも１枚の印刷物に画像が形成されるまで、判定手段は、算出手段によって算出されるトナー消費量が閾値を上回っていると判定しない。よって、画像形成中には回転部材の回転速度が低下しないので、十分に撹拌されている現像剤は、画像形成に適した状態を維持する。
【００４４】
一方、トナー消費量が閾値以上であると判定されると、制御手段によって回転部材の回転速度が低下する。つまり、撹拌室内のトナーが一定量を超えて消費されると、現像剤がゆっくりと撹拌される。よって、現像剤は元の状態に戻る。この状態において透磁率センサによる透磁率の検知を行えば、現像剤のトナー濃度を正確に測定して、撹拌室に補給すべきトナーの量を正確に決定することができる。
【００４５】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記算出手段によって算出される上記トナー消費量は、複数の上記画像の形成時に消費されたトナー消費量の積算量であることが好ましい。
【００４６】
上記構成を有することによって、例えば、複数枚の印刷物に画像を形成した後におけるトナーの消費量が、閾値以上であると判定されたときに、初めて回転部材の回転速度が低下する。つまり、トナーの補給が必要になるまで、画像の形成を継続することができる。よって、例えば、画像比率の低い画像の形成のように比較的に長い時間に渡って継続するような処理を、中断することなく、完了することができる。
【００４７】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記算出手段が、上記画像におけるトナーの転写を所望する画素を表す画素データに基づいて、現像時におけるトナー消費量を算出する手段であることが好ましい。
【００４８】
上記構成において、制御手段は、現像剤の透磁率を用いることなく、画素データから推定されるトナー消費量に基づいて、回転部材の回転速度を変化させる。よって、トナーの補給が必要か否かを、画像形成処理を停止させることなく、判定することができる。
【００４９】
仮に、算出手段によって算出されたトナー消費量が、実際に画像形成において消費されたトナーの量とくいちがっていても、後ほど透磁率センサによる検知結果に基づいて、現像剤のトナー濃度が測定される。このため、実際に撹拌室に補給されるトナーの量は、現像剤のトナー濃度を維持するための量に、補正される。
【００５０】
上記構成を有することによって、画像形成プロセスの実行を妨げることなく、常に適切なタイミングにおいて、常に適量のトナーを補給することができる。
【００５１】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記閾値は、さらに上記撹拌室に保持されるトナーの総量から決定される許容量に基づく値であることが好ましい。
【００５２】
閾値を、撹拌室のトナーの許容量に対して、あまり大きな値に設定すると、画像形成に適さなくなるまで、現像剤のトナーの濃度が低下するおそれがある。一方、閾値を、撹拌室のトナーの許容量に対して、あまり小さな値に設定すると、頻繁に回転部材の回転速度が低下するために、画像形成速度の低下を招くおそれがある。撹拌室のトナーの許容量に基づいて、適切な閾値を決定することによって、これらの問題を回避することができる。
【００５３】
例えば、上記閾値は、上記撹拌室に保持されるトナー総量に対して、０．０７％〜１２．５％のトナー減少量に相当する範囲内に設定されることが好ましい。この範囲は以下の理由によって決定される。印字条件として、通常想定される印字条件（紙上に画像形成されるトナーの堆積密度を０．４ｍｇ／ｃｍ２とし、かつＡ４用紙１枚を５％の印字率において印刷する条件）を選択した場合について説明する。このとき、上記閾値の下限値は、消費されるトナー量（０．０１２ｇ）が、撹拌室内に充填された現像剤の内、トナーが占める最大量（１８．４ｇ）に対する重量の割合から得ることができる。つまり、少なくとも、通常想定されるＡ４紙１枚の印刷動作中には、トナーの消費量がトナー補給を行う閾値に達しない条件となる。一方、上記閾値の上限値は、初期のトナー濃度条件（８％）から１％減少したときの値から得られている。これは、現像時の現像濃度変化が顕在化し始めるトナー濃度の変化量であり、トナー量に置き換えると２．３ｇに相当する量である。この量は、初期のトナー総量（１８．４ｇ）に対して１２．５％を占める。つまり、撹拌室内のトナー濃度が減少し過ぎないように、上記閾値の上限値は、このトナー量を少なくとも消費する前に、トナー補給を行う閾値に達すべき値を表している。上記構成によって、画像形成処理プロセスの不要な中断を回避し、かつ現像剤のトナー濃度を、常に画像形成に適した状態に維持することができる。
【００５４】
また、本発明のトナー濃度測定装置において、
上記回転部材が１回転以上する間における上記透磁率センサからの出力を平均化する出力平均化手段をさらに備えていることが好ましい。
【００５５】
回転部材が、例えば、円柱状の軸と軸をらせん状に取り巻く羽根とを有しているとする。さらに、らせん状の羽根は、回転部材が１回転する間に、透磁率センサの真上を１回だけ通過するとする。このとき、透磁率センサによる現像剤が有する透磁率の検知において、回転部材の羽根の位置によって、透磁率センサが検知する現像剤の量が変動する場合がある。例えば、回転部材の羽根が透磁率センサの真上を通過しているとき、透磁率センサの真上にある現像剤は、回転部材の羽によって押し固められて、よく締まった状態にあるので、透磁率センサからの出力値が最大になる。また、例えば、回転部材の羽根が透磁率センサから最も離れた位置にあるとき、透磁率センサの真上にある現像剤は、その大部分が回転部材の羽根によって上方向に持ち上げられて、密度が小さい状態であるので、透磁率センサからの出力値が最小になる。このように、回転部材が１回転する間において、透磁率センサによる出力に、多少のばらつきが生じる。
【００５６】
上記構成において、出力平均化手段は、１回転以上する間における上記透磁率センサからの出力を平均化する。このため、現像剤が有する透磁率として、平均化された出力を用いることができる。つまり、上記構成を有することによって、回転部材の回転に伴う、透磁率センサによる検知値のばらつきを低減することができる。
【００５７】
上記課題を解決するために、本発明のトナー濃度測定方法は、
撹拌室内の現像剤を撹拌する回転部材を備える画像形成装置において、上記現像剤が有する透磁率を検知する透磁率センサからの出力に基づいて、上記現像剤に含まれるトナーの濃度を測定する方法であって、
上記回転部材の回転速度を制御する工程を包含し、
回転部材の回転速度を制御する上記工程において、上記回転部材の回転速度を上記画像形成装置における画像形成時よりも低下させたときに、上記透磁率センサが上記撹拌室内の上記現像剤が有する透磁率を検知することを特徴としている。
【００５８】
上記構成において、撹拌室における現像剤のトナーの濃度を、現像剤が有する透磁率に基づいて測定するとき、回転部材の回転速度は、回転部材の回転速度を制御する工程において、画像形成時よりも下げられる。つまり、トナー濃度の測定時には、撹拌室内の現像剤は、画像形成時よりもゆっくりと撹拌されている。言い換えると、現像剤が空気を含みにくく、かつトナー同士の斥力が大きくない状態において、透磁率センサは、現像剤が有する透磁率を検知する。つまり、上記構成によって、トナー量の増減以外の要因によって嵩だかが変化していない現像剤から、トナーの濃度を測定するための透磁率を得ることができる。
【００５９】
また、現像剤をゆっくりと撹拌しながら透磁率の検知を行うため、長時間に渡って激しく撹拌されて、膨張していた現像剤が、元の状態に戻る。さらに、現像剤をゆっくりと撹拌しながら透磁率の検知を行うため、長時間に渡って放置されて、嵩だかが小さくなっていた現像剤が、元の状態に戻る。このため、トナーの量以外の要因によって嵩だかが変化していた現像剤を元の状態に戻して、正確な透磁率を検知することができる。
【００６０】
以上をまとめると、上記構成を有することによって、上述のトナー濃度測定装置と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００６１】
以上のように、本発明のトナー濃度測定装置は、現像剤の透磁率を測定するときに、現像剤をゆっくりと撹拌するので、現像剤が有する実際のトナー濃度を、常に正確に測定することができる。これによって、現像剤が有するトナー濃度を、常に適切な状態に維持し得るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
本発明に係る実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。以下の説明において同一の部材および構成要素のそれぞれには、同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同様である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
（画像形成装置）
本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図１〜図３を参照して、以下に説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す平面図である。図２は、本発明に係る現像槽の構成を示す平面図である。図３は、本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す断面図である。
【００６４】
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置は、複数の現像槽（撹拌室）４ａ〜４ｄと、複数の現像層４ａ〜４ｄをレール２１に沿って固定するフレーム２０と、複数の現像槽４ａ〜４ｄのそれぞれが有するトナー濃度センサ（透磁率センサ）１４と、モータ１９と電気的に接続されたマイクロコンピュータ２２と、を備えている。複数の現像層４ａ〜４ｄのそれぞれは、黒、マゼンタ、シアンおよびイエローのいずれかのトナーを用いて現像する現像槽４である。トナー濃度センサ１４は、ケーブル１５、コネクタ１７、コネクタ１８、配線および入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス２３を介して、マイクロコンピュータ２２と電気的に接続されている。トナー濃度センサ１４は、現像槽４内の現像剤が有する透磁率に基づく電圧をマイクロコンピュータ２２に出力する、透磁率センサである。モータ１９は、配線およびＩ／Ｏインターフェイス２３を介してマイクロコンピュータ２２と電気的に接続されている。また、モータ１９は、ギアを介して、複数の現像槽４ａ〜４ｄ内にある、撹拌羽根を有する撹拌部材（回転部材）１３ａおよび１３ｂと接続されている。マイクロコンピュータ２２の内部において、トナー濃度センサ１４からの出力に基づく演算、およびモータ１９の駆動速度の制御を行っている。本発明に係るトナー濃度測定装置は、トナー濃度センサ１４およびマイクロコンピュータ２２として、上記画像形成装置に内蔵されている。さらに、紙面における現像剤担持体５の左側には、現像剤担持体５と対向して感光体ドラム１（図３を参照すればよい）が配置されている。
【００６５】
以上のような構成を有する、本実施形態に係る画像形成装置は、いわゆるカールソンプロセスによって対象物に画像を形成する装置である。ここで、本実施形態に係る画像形成装置における画像形成プロセスの概略について、以下に説明する。
【００６６】
まず、画像担持体である感光体ドラム１（図３を参照のこと）は、帯電手段（図示せず）のコロナ放電によって、一様に帯電する。そして、感光体ドラム１には、レーザー光を照射する露光手段を有する静電潜像書き込み手段（図示せず）によって、所望の画像情報に基づいて光強度が変調された露光用レーザー光が照射される。これによって、感光体ドラム１に画像情報に基づいた画像が書き込まれる。つまり、感光体ドラム１が静電潜像を保持した状態になる。感光体ドラム１に保持された静電潜像は、現像剤担持体５表面に保持された現像剤に含まれるトナーが付着することによって、可視画像になる（現像される）。なお、現像槽４において、現像剤担持体５に現像バイアス電圧が印加されることによって、現像剤は、現像剤担持体５表面に保持される。感光体ドラム１に形成された可視画像は、転写部（図示せず）において、給紙部（図示せず）から供給された普通紙に転写される。普通紙に転写されたトナーからなる可視画像は、加熱および加圧によってトナーを固定する定着部（図示せず）において融着および固定されて、画像形成装置外に排出される。
【００６７】
一方、転写されずに感光体ドラム１に残ったトナーは、クリーニング手段によって除去される。クリーニングされた感光体ドラム１には、除電ランプ（図示せず）から除電光が照射される。これによって、感光体ドラム１の表面に残留していた静電潜像を形成する残留電荷が除去される。つまり、感光体ドラム１は、上述の帯電手段による帯電に備えて、初期化される。
【００６８】
次に、現像剤を撹拌し、かつ現像剤担持体５に保持させる複数の現像槽４ａ〜４ｄの詳細について、図２を参照して以下に説明する。
【００６９】
（現像槽４）
図２に示すように、現像槽４のケーシング内には、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持する現像剤担持体５、現像剤を撹拌する撹拌部材１３ａおよび１３ｂ、ケーシング床面の撹拌部材１３ｂの真下に形成されたトナー濃度センサ１４、ならびに撹拌部材１３ａと１３ｂとの間に設けられた仕切り板１６が備えられている。撹拌部材１３ａおよび１３ｂのそれぞれは、互いに平行に配置され、かつスクリュー状の羽根を有している。トナー濃度センサ１４は、現像剤が有する透磁率を検知するセンサである。なお、現像剤担持体５の下には、現像剤担持体５と接触して、感光体ドラム１に搬送される現像剤の量を一定に保つドクターブレード１２（図３を参照のこと）が形成されている。
【００７０】
上述のように、撹拌部材１３ａおよび１３ｂは、ギアを介して、モータ１９に接続されている。さらに、撹拌部材１３ａおよび１３ｂのそれぞれのギアは、かみ合っている。よって、モータ１９の回転にしたがって、撹拌部材１３ａおよび１３ｂは、互いに逆向きに回転する。よって、撹拌部材１３ａおよび１３ｂが有するスクリュー状の羽根によって現像剤が送られる。そして、撹拌部材１３ａと１３ｂとの間に仕切り板１６があるので、現像槽４において、現像剤は、撹拌されながら、図中の矢印の方向に搬送される（循環する）。現像槽４内を循環している現像剤の透磁率に基づいて、トナー濃度センサ１４は、マイクロコンピュータ２２に、電圧の値を出力する。
【００７１】
次に、現像槽４内の現像剤の透磁率に基づいてトナー濃度を測定するための濃度センサ１４について、図３を参照して以下に説明する。
【００７２】
（トナー濃度センサ１４）
上述のように、トナー濃度センサ１４は、現像剤の透磁率に基づいてある大きさの電圧を出力する、透磁率センサである。トナー濃度センサ１４は、現像剤がある嵩密度を有している状態において、現像剤が有するトナー濃度に応じて、図７に示したような電圧を出力する。つまり、トナー濃度センサ１４の出力から現像剤が有するトナー濃度を測定することができる。また、トナー濃度センサ１４の出力に基づくデジタル信号は、マイクロコンピュータ２２において、トナー濃度に置き換えずに、そのまま演算処理などに使用してもよい。
【００７３】
図３に示すように、現像槽４内を循環している現像剤は、撹拌部材１３ｂとトナー濃度センサ１４との間を通過する。このとき、トナー濃度センサ１４は、現像剤の透磁率に基づく電圧を、マイクロコンピュータ２２に出力する。ここで、トナー濃度センサ１４が現像剤の透磁率に基づく電圧を出力するとき、モータ１９の回転速度は、マイクロコンピュータ２２内部の制御手段からの信号にしたがって、画像形成時よりも低下した状態にある。上記電圧は、ケーブル１５、コネクタ１７、コネクタ１８、配線およびＩ／Ｏインターフェイス２３を介して、マイクロコンピュータ２２に送られる。なお、アナログ信号である上記電圧は、電気的なインターフェイスにおいてデジタル信号に変換されて、マイクロコンピュータ２２に入力される。マイクロコンピュータ２２において、トナー濃度センサ１４の出力に基づいて、現像剤のトナー濃度が所望の値を下回っているか否かが判定される。マイクロコンピュータ２２において、“Ｙｅｓ”（トナー濃度が所望の値を下回っている）と判断されたとき、現像槽４へのトナー補給が行われる。
【００７４】
次に、トナー補給機構６について、図３を参照して以下に説明する。
【００７５】
（トナー補給機構６）
図３に示すように、トナー補給機構６は、撹拌羽根および回転部材７を備えている。トナー補給機構６は、駆動部（図示せず）を用いて回転部材７の回転させることによって、トナー３を現像槽４に補給する。回転部材７は、回転数に応じた量のトナー３を、回転部材７の下にある穴に送りこむことができる。穴に送り込まれたトナー３は、現像槽４に落下する。よって、補給を所望する量のトナー３に応じた数だけ、回転部材７を回転させて、トナーの補給を行えばよい。トナー３を補給する量は、トナー濃度センサ１４の出力に基づいて、マイクロコンピュータ２２において決定すればよい。上述のような構成を有するトナー補給機構６は、従来公知のトナー補給方法を利用している。したがって、さらなる詳細についての説明は、省略する。
【００７６】
（現像剤２）
本実施形態の現像剤２は、トナー粒子およびキャリア粒子から構成されている。トナー粒子は、直径６．５μｍのポリエステル系樹脂である。キャリア粒子は、心材としてフェライトコアを有し、かつフェライトコアの表面にシリコーン系樹脂がコーティングされた、直径４０μｍの粒子である。現像槽４には、２３０ｇの現像剤２が充填されている。なお、２種類の上記粒子の混合物である現像剤２において、トナー粒子は８重量％を占める。よって、現像槽４には、１８ｇのトナー粒子が存在する。本実施形態において、トナー濃度の基準値は、８重量％に設定されている。
【００７７】
（マイクロコンピュータ２２）
本実施形態のマイクロコンピュータ２２は、演算用マイクロプロセッサ（ＣＰＵなど）と、読み出し用メモリと、読み出し用および書き込み用メモリ（メモリまたはハードディスクなど）と、Ｉ／Ｏインターフェイス２３（外部接続端子など）とを備えている。マイクロコンピュータ２２には、Ｉ／Ｏインターフェイス２３を介して、他の外部装置と接続されていてもよい。上述のように、マイクロコンピュータ２２は、トナー濃度センサ１４からの出力に基づくトナー濃度の検知、検知したトナー濃度に基づくモータ１９の回転速度の制御、および現像槽４へのトナー補給量の決定などを行っている。これらの処理の詳細については、後述の（画像形成装置における処理フロー）の項において説明する。さらに、マイクロコンピュータ２２は、（画像形成装置）の項において説明した、帯電、露光、現像、転写、および定着からなる画像形成プロセスにおける、各構成の駆動制御も行っている。なお、マイクロコンピュータ２２が行う画像形成プロセスにおける制御は、従来公知の制御方法を採用しているため、その詳細については、省略する。
【００７８】
（画像形成装置における処理フロー）
本実施形態に係る画像形成装置による、画像形成の開始からトナー補給の終了までの処理フローの一例を、図４を用いて以下に説明する。図４は、本実施形態に係る画像形成装置における処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートは、ユーザから画像形成装置に対して、ｎ枚の普通紙に対する画像形成が指示された後の処理を示している。このため、図４において、画像形成の開始を処理の起点として示している。
【００７９】
（トナー消費量の比較判定）
図４に示すように、ユーザからの指示によって、ｎ枚の普通紙に対する画像形成プロセスがスタートする（Ｓ１）。画像形成プロセスについては、（画像形成装置）の項を参照すればよい。
【００８０】
１枚目の普通紙に対する画像形成プロセスが終了すると、１枚目の普通紙に対する画像の形成に消費されたトナー消費量Ｔ１が、上記演算用マイクロプロセッサ内部の算出手段によって算出される（Ｓ２）。より詳細には、算出手段は、静電潜像書き込み手段が感光体ドラム１に書き込むために参照する画像データの内、トナーを消費する画素を表す画素データに基づく値（ビデオカウント数の値）を取得する。この画素データに基づくトナー消費量の参照方法は、一般的にビデオカウント方式という手段として知られている。感光体ドラム１に静電潜像を書き込むために、静電潜像書き込み手段としてパルス幅変調の施されたレーザービームスキャナが利用される。このレーザービームスキャナに入力される信号レベルは、静電潜像を形成する画素毎にパルス数として、トナー消費量マップに記憶されている。Ａ４紙の全面の画像に対応する潜像を形成するためのパルス数の積算値が、Ａ４紙全体のビデオカウント数となる。例えば、Ａ４紙１枚の最大のビデオカウント数は、４００ｄｐｉおよび２５６階調において、３８８４×１０６カウント量であり、最大のビデオカウント数によって、黒ベタ画像が形成される。このカウント量は、紙上に像形成されるトナーの堆積密度を０．４ｍｇ／ｃｍ２とした時のＡ４用紙１枚分のベタ現像に消費されるトナー量０．２４ｇに対応している。このビデオカウント数は、画像領域および画像濃度を表す値であり、かつ現像時に消費されるトナー量とは一意的な関係にある。ビデオカウント数と現像時に消費されるトナー量との関係を表すデータは、読み出しメモリであるトナー消費量マップに格納されている。
【００８１】
つまり、Ｓ２において、画像データから得られたビデオカウント数が算出されたのち、算出されたビデオカウント数に対応するトナー消費量Ｔ１が、読み出しメモリであるトナー消費量マップから取得される。算出手段によって取得されたトナー消費量Ｔ１は、演算用マイクロプロセッサ内部の判定手段に送られて、トナー補給の論理判断シーケンスが開始される。
【００８２】
判定手段において、トナー消費量Ｔ１が閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する（Ｓ３）。トナー消費量Ｔ１を取得すると、判定手段は、読み出し用メモリから閾値Ｔｓを取得する。そして、判定手段は、トナー消費量Ｔ１と閾値Ｔｓと間の大小を判定する。判定手段が、“Ｎｏ”（トナー消費量Ｔ１は閾値Ｔｓ未満である）と判断したとき、読み出し用および書き込み用メモリ（積算メモリ）に格納されているすべてのトナー消費量を取得する。この状態においては、積算メモリにはトナー消費量が格納されていない。このため、積算メモリに格納されているすべてのトナー消費量と、あらたに判定手段に送られてきたトナー消費量との和（トナー消費量の和ΣＴｎ）が閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する（Ｓ３’）処理は、キャンセルされる。Ｓ３’がキャンセルされると、トナー消費量Ｔ１が積算メモリに格納される。さらに、判定手段は、画像形成プロセス制御手段に画像形成プロセスの再開を指示する。つまり、トナー濃度検知動作のフラグが立っていないので、トナー補給の論理判断シーケンスは終了し、トナー濃度の検知およびトナー補給は行われない。
【００８３】
２枚目の普通紙に対する画像形成プロセスが終了すると、上記Ｓ２と同様に、２枚目の普通紙に対する画像の形成に消費されたトナー消費量Ｔ２が、算出手段によって算出される。トナー消費量Ｔ２は、判定手段に送られて、ふたたびトナー補給の論理判断シーケンスが開始される。
【００８４】
上記Ｓ３と同様に、判定手段において、トナー消費量Ｔ２が閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する。判定手段が、“Ｎｏ”（トナー消費量Ｔ２は閾値Ｔｓ未満である）と判断したとき、積算メモリに格納されているトナー消費量のすべて（ここでは、Ｔ１）を取得する。次に、判定手段は、トナー消費量の和ΣＴ２（つまり、Ｔ１＋Ｔ２）が閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する（Ｓ３’）。判定手段が、“Ｎｏ”（トナー消費量Ｔ１＋Ｔ２は閾値Ｔｓ未満である）と判定したとき、トナー消費量Ｔ１およびＴ２が積算メモリに格納される。さらに、判定手段は、画像形成プロセス制御手段に画像形成プロセスの再開を指示する。このように、判定手段は、あらたに送られてきたトナー消費量と閾値Ｔｓとを比較してその大小を判定し、さらに、これまでに算出されたトナー消費量の和ΣＴｎと閾値Ｔｓとを比較してその大小を判定する。
【００８５】
ここで、ｎ−１枚目の普通紙に対する画像形成プロセスが終了したときにも、判定手段は、Ｔｎ−１とＴｓとの比較、およびトナー消費量の和ΣＴｎ−１とＴｓとの比較において、いずれも、“Ｎｏ”と判定したとする。
【００８６】
次に、ｎ枚目の普通紙に対する画像形成プロセスが終了すると、上記Ｓ２と同様に、ｎ枚目の普通紙に対する画像の形成に消費されたトナー消費量Ｔｎが、算出手段によって算出される。トナー消費量Ｔｎは、判定手段に送られて、ふたたびトナー補給の論理判断シーケンスが開始される。
【００８７】
上記Ｓ３と同様に、判定手段において、トナー消費量Ｔｎが閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する。判定手段が、“Ｎｏ”（トナー消費量Ｔｎは閾値Ｔｓ未満である）と判断したとき、積算メモリに格納されているトナー消費量のすべて（ここでは、Ｔ１＋Ｔ２＋・・・＋Ｔｎ−１）を取得する。次に、判定手段は、トナー消費量ΣＴｎ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋・・・＋Ｔｎ−１＋Ｔｎ）が閾値Ｔｓを上回っているか否かを判定する（Ｓ３’）。Ｓ３’において、判定手段がＹｅｓと判定したとき、トナー濃度検知動作のフラグが立ち、現像槽４内のトナー濃度検知が実行される。なお、ｎ＝１のときに、判定手段が、“Ｙｅｓ”（トナー消費量Ｔ１は閾値Ｔｓを上回っている）と判断した場合にも、現像槽４内のトナー濃度検知が実行される。
【００８８】
ここで、本実施形態において、閾値Ｔｓは０．３ｇに設定されている。この理由を以下に説明する。
【００８９】
本実施形態の現像槽４において、感光体ドラム１に現像される画像に消費されるトナー量は０．４ｍｇ／ｃｍ２である。よって、最も代表的なＡ４紙の全面にベタ画像を形成する時に消費されるトナーの量は０．２４ｇと計算される。つまり、１枚のＡ４紙に対する画像形成において消費されるトナーの量の最大値は、０．２４ｇである。よって、閾値Ｔｓを０．２４ｇ未満に設定すると、Ａ４紙の全面に対するベタ画像の形成プロセスは中断されてしまう。この不具合を回避するためには、閾値Ｔｓを０．２４ｇ以上に設定する必要がある。以上をまとめると、画像形成を行う対象物の面積に応じて、閾値Ｔｓを適宜変更する必要がある。よって、より小さな面積の対象物（Ｂ５紙など）用の画像形成装置であれば、閾値Ｔｓの最小値は、０．２４ｇ未満であってもよい。
【００９０】
また、トナー消費量の比較に使用する閾値Ｔｓを、小さい値に設定する程、画像形成プロセスにおける現像槽４におけるトナーの量の変動を小さくすることができる。これは、閾値Ｔｓが小さいほど、トナー濃度検知動作が頻繁に行われるためである。しかし、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度は、画像形成プロセス時よりもトナー濃度検知動作時の方が低い（（トナー濃度センサ１４）の項を参照すればよい）。よって、画像形成プロセスは中断される。つまり、極端に閾値Ｔｓを小さくすると、トナー濃度検知動作の間隔が極端に短くなる。よって、多数の対象物に対する画像形成プロセスを連続的に行う場合、画像形成プロセスが頻繁に中断される。単位時間当たりに画像が形成された対象物の排出速度が極端に低下する。よって、閾値Ｔｓは、トナーの濃度の変動に影響を与えない程度に小さく、かつ対象物の排出速度に影響を与えない程度に大きく設定する必要がある。
【００９１】
なお、本実施形態において閾値Ｔｓを０．３ｇに設定しているが、閾値Ｔｓの値は、画像形成装置の構成および処理に基づいて、最も好ましい値を選択すればよい。例えば、現像槽４内に保持し得る現像剤２の総量が、本実施形態の２倍であるとき、閾値Ｔｓを６．０ｇに設定してもよい。同じトナー消費量であってもの現像剤３に対するトナー消費量が占める割合は１／２になるからである。よって、画像形成プロセスにおける現像槽４におけるトナーの量の変動は小さくなる。
【００９２】
なお、本実施形態の画像形成装置において、０．２４ｇのトナーは、現像槽４内に保持し得る現像剤３に含まれるトナーの最大量の１．２％である。また、０．２４ｇのトナーは、通常の画像比率５％の画像形成において、２０枚のＡ４紙に画像を形成することができるトナーの量である。
【００９３】
（トナー濃度検知およびトナー補給）
上述のように、トナー濃度検知動作のフラグが立つと、トナー濃度検知動作がスタートする。このとき、濃度制御プロセス（トナー濃度検知およびトナー補給）は、画像形成プロセスから外れているため、画像形成動作は一時中断されている状態にある。
【００９４】
本実施形態のトナー濃度検知方法は、次の通りである。画像形成プロセス時にはスクリュー状の羽根を有する撹拌部材１３ａおよび１３ｂは、通常、２５０ｒｐｍの回転速度によって回転している。トナー濃度検知動作時には、制御手段からの指示によって、モータ１９は、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度を１２０ｒｐｍに低下させる（Ｓ４）。回転速度が１２０ｒｐｍであれば、現像剤２を高速（２５０ｒｐｍの回転速度）に撹拌していた時に現像剤２が含んでいたエアを、短時間に効率よく抜くことができる。よって、現像剤２を、静止状態においてタッピングしたときと、同様の状態にすることができる。つまり、エア噛みによって減少していた嵩密度が元の状態にもどって、現像剤に含まれる実際のトナー濃度を正確に検知することができる。実際にどの程度、トナー濃度を正確に検知することができるのかについては、後述の（トナー濃度検知動作時の撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度）の項を参照すればよい。
【００９５】
トナー濃度検知動作のフラグが立つことによって、トナー濃度センサ１４は、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度が１２０ｒｐｍに低下した状態において、現像剤２のトナー濃度に応じた出力値Ｖｍをトナー濃度差決定手段に出力する（Ｓ５）。トナー濃度差決定手段が出力値Ｖｍを取得すると、トナー濃度の基準値である８％に対応したトナー濃度センサ１４の出力値（基準値Ｖｒｅｆ）を読み出し用メモリから取得する。基準値Ｖｒｅｆの値は、トナー濃度センサの出力値Ｖｍがトナー補給を必要とする値であるか否かを判断する基準値である。例えば、基準値Ｖｒｅｆが２．７Ｖに設定されているとする。ここで、トナー濃度センサの出力値Ｖｍが２．７Ｖよりも大きな値である場合、濃度測定時のトナー濃度が、基準値Ｖｒｅｆに対応する８％よりも少なくなっていることを意味する。一方、トナー濃度センサの出力値Ｖｍが２．７Ｖよりも小さな値である場合、濃度測定時のトナー濃度が、基準値Ｖｒｅｆに対応する８％よりも増えている、またはそれ以前に供給されたトナーがまだ十分残存していることを意味する。
【００９６】
以上のように、トナー濃度差決定手段は、出力値Ｖｍと基準値Ｖｒｅｆとの差Ｖｍ−Ｖｒｅｆを算出し、かつトナー補給量決定手段に出力する（Ｓ６）。なお、差Ｖｍ−Ｖｒｅｆが負の値（Ｖｍ＜Ｖｒｅｆ）であったとき、トナー濃度がトナー補給を必要としない程度に高い値を維持していると判断されるため、濃度制御プロセスが終了される。濃度制御プロセスの終了によって、画像形成プロセスに戻されて、ふたたび画像形成プロセスがスタートする。
【００９７】
トナー補給量決定手段は、算出した差Ｖｍ−Ｖｒｅｆとトナー補給量マップとを照らし合わせることによって、トナー補給量Ｔｍを決定する（Ｓ７）。トナー補給量マップは、図７に示されたセンサ出力値とトナー濃度との関係を格納した読み取り専用メモリである。トナー補給量マップを参照すると、例えば、算出した差Ｖｍ−Ｖｒｅｆの１Ｖという値は、トナー濃度の約２％の変動に対応している。約２％の濃度のトナーとは、４．６ｇのトナーに相当する。よって、差Ｖｍ−Ｖｒｅｆが１Ｖであるとき、トナー補給量決定手段は、トナー補給量Ｔｍが４．６ｇであると決定する。
【００９８】
トナー補給量Ｔｍが決定されると、トナー補給動作がスタートする。具体的には、トナー補給量Ｔｍに合わせて、トナー補給機構６の構成要素である回転部材７を回転させるモータを駆動させる（Ｓ８）。上記モータは、回転部材７をトナー補給量Ｔｍのトナーを現像槽４に補給するために必要な回転数だけ回転する。トナー補給量Ｔｍは、トナー補給を実行する際のトナー補給機構６を構成する、表面にスポンジ状のローラを有する回転部材７の回転数に対応している。トナー補給量Ｔｍと回転部材７の回転数との関係は、例えば、２００ｍｇのトナー補給量Ｔｍに対して回転部材７は１回転する。これによって、画像形成プロセスにおいて消費されたトナーが補給されて、現像剤２のトナー濃度が適切な範囲に戻る。
【００９９】
以上において説明した、トナー補給の論理判断シーケンス、トナー濃度の検知、およびトナー補給動作という一連の動作が終了することによって、画像形成プロセスが再開される。
【０１００】
（トナー濃度検知動作時の撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度）
トナー濃度検知動作時において、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度とトナー濃度センサ１４の出力値との間には、以下のような関係がある。
【０１０１】
トナー濃度検知動作において、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの好ましい回転速度は、現像槽４に保持され得る現像剤２の量、トナーの濃度、現像剤２の流動性、撹拌部材１３ａおよび１３ｂが有するスクリュー状の羽根の形状などの条件を考慮して、決定する必要がある。よって、トナー濃度検知動作において好ましい速度を、一義的に決定することは困難である。ただし、通常、撹拌部材１３ａおよび１３ｂを画像形成時よりも低速に回転させることによって、高速撹拌によって現像剤２に含まれたエアを、短時間において効率よく抜くことができる。よって、現像剤２を、静止状態においてタッピングしたときと、同様の状態にすることができる。
【０１０２】
ここで、現像剤２のタッピングしたときと、現像剤２をゆっくり撹拌（１２０ｒｐｍの回転速度）しているときとの間における、トナー濃度センサ１４の出力値の差について、図５および図６を参照して以下に説明する。図５は、画像形成プロセス時および現像槽４をタッピングした後における、トナー濃度センサ１４の出力値を示すグラフである。図６は、画像形成プロセス時および現像剤をゆっくり撹拌しているときにおける、トナー濃度センサ１４の出力値を示すグラフである。図５および図６において、現像剤に含まれているトナーの濃度は、常に８％である。また、画像形成プロセス時において、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度は２５０ｒｐｍである。
【０１０３】
図５に示すように、画像形成プロセス時において（領域Ａ）、トナー濃度センサ１４の出力値は、約２．３０Ｖを示している。領域Ａにおいて、トナー濃度センサ１４の出力値は、トナー濃度に変動がなくても様々な要因によって変化する。領域Ａにおけるトナー濃度センサ１４の出力値から現像剤２における実際のトナー濃度を検知することは難しい。そして、撹拌部材１３ａおよび１３ｂを停止させた状態において、現像槽４のタッピングを行った（グラフの破線）。これによって、トナー濃度センサ１４の出力値は、徐々に上昇し、２．８４Ｖを示す（領域Ｂ）。領域Ａと領域Ｂとの間において、トナー濃度センサ１４の出力値が変化したのは、現像剤２に外部から振動が加わった（現像槽４をタッピングした）ためである。現像槽４のタッピングによって、領域Ａにおいて現像剤２に含まれていたエアが抜け、嵩密度が元の状態に戻ったためである。タッピングによって得られるトナー濃度センサの出力値は、現像剤２の撹拌状態または現像履歴などの影響を受け難い。さらに、上記出力値は、タッピングによって再現性よく得られる。したがって、タッピングした後にトナー濃度を測定することは、現像剤２は、現像剤２の実際のトナー濃度を正確に検知するために、極めて有効である。なお、トナー濃度が変化していないにもかかわらず、領域Ａにおける出力値は、領域Ｂにおける出力値よりも、０．５４Ｖ高い。よって、２５０ｒｐｍ回転時のトナー濃度センサ１４の出力値によって、トナー濃度は、過剰であると判断される。
【０１０４】
図６に示すように、画像形成プロセス時において（領域Ａ）、トナー濃度センサ１４の出力値は、約２．３０Ｖを示している。そして、１２０ｒｐｍの回転速度によって撹拌部材１３ａおよび１３ｂを回転させると（領域Ｃ）、トナー濃度センサ１４の出力値は、徐々に上昇し、平均をとれば２．９０Ｖ付近において安定する。２．９０Ｖという出力値は、図５の領域Ｂにおけるトナー濃度センサ１４の出力値とほぼ同じである。つまり、撹拌を停止してタッピングしたときに得られる値に近い。１２０ｒｐｍの回転速度によって撹拌部材１３ａおよび１３ｂを回転させることによって、現像剤２の実際のトナー濃度を検知することができる。
【０１０５】
以上のように、トナー濃度センサ１４の出力値は、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度が速くなるにしたがって、小さくなる。これは、現像剤がエア噛みによって膨らむ（嵩密度が低下する）のためである。一方、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度を遅くすると、現像剤におけるエア噛みの程度が小さくなる（嵩密度が元に戻る）。このため、トナー濃度センサ１４の出力値は、次第に大きくなり、最終的にはタッピング時に得られるトナー濃度センサ１４の出力値と同等になる。つまり、タッピング時に得られる出力値と同等の値が得られるように、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度を、設定すればよい。
【０１０６】
また、撹拌部材１３ａおよび１３ｂの回転速度が１２０ｒｐｍであるときのトナー濃度センサ１４の出力値は、スクリュー状の羽根の位置によって上下に大きく振動する。上記羽根とトナー濃度センサ１４との間にある現像剤２の量が、上記羽根の位置によって変動するからである。このため、トナー濃度検知動作時の内、あるタイミングのみにおいて、トナー濃度に応じたトナー濃度センサ１４の出力値Ｖｍを取得すると、出力値Ｖｍにばらつきが生じる。常に安定した出力値Ｖｍを取得するためには、撹拌部材１３ａおよび１３ｂが有するスクリュー状の羽根が１回転するのに要する時間以上の間における出力値を平均化した値を出力値Ｖｍとして取得すればよい。出力値を平均化する方法としては、例えば、トナー濃度センサ１４と、取得した出力をアナログ−デジタル変換してマイクロコンピュータ２２へ送るＩ／Ｏインターフェイス２３との間にローパスフィルタを挿入する方法がある。ローパスフィルタは、振動成分を除去する抵抗およびコンデンサから構成すればよい。他の方法としては、ローパスフィルタを用いずに、トナー濃度センサ１４の出力値の振動成分を、マイクロコンピュータ２２内部の出力平均化手段における演算処理によって除去してもよい。
【０１０７】
（その他の構成）
本発明は、以下の構成によっても実現可能である。
【０１０８】
（第１の構成）
所謂二成分現像剤を用いた画像形成装置に利用される、透磁率センサを用いたトナー濃度検知とトナー補給タイミングの判断を行う現像剤のトナー濃度制御方式において、
現像剤中のトナー濃度を検知する時に、透磁率センサの設置された撹拌室内で現像剤を撹拌する撹拌部材の回転速度が、画像形成プロセス実行時の回転速度に比べて減速した状態で、透磁率センサからの出力値を検知するように構成してある現像剤のトナー濃度制御装置。
【０１０９】
（第２の構成）
上記トナー濃度制御装置を用いる上で、
現像剤中のトナー濃度の検知およびトナー補給のタイミングは、
現像画像を構成する画素情報から得られるビデオカウント数により現像に消費されるトナー量を算出し、その算出量の積算値が、現像槽内に保持された現像剤中の総トナー量から規定された基準値と比較され、その基準値を上回ると判断された場合にのみトナー濃度検知およびそれに付随したトナー補給動作を実行する第１の構成に係るトナー濃度制御装置。
【０１１０】
（第３の構成）
上記トナー濃度制御装置を用いる上で、
透磁率センサからの出力値を元に参照される値は、撹拌部材が１回転に要する時間以上の時間周期で平均化した信号値をトナー濃度検知の参照値とする第１または第２の構成に係るトナー濃度制御装置。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明によれば、現像剤が有するトナー濃度を、画像形成に適切な状態に維持し続けることができる。よって、現像剤を用いて対象物に画像を形成する装置に適用することができる。特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いる画像形成装置に好適に採用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る現像槽の構成を示す平面図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置における処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】画像形成プロセス時および現像槽をタッピングした後における、トナー濃度センサの出力値を示すグラフである。
【図６】画像形成プロセス時および現像剤を１２０ｒｐｍの速度によって撹拌しているときにおける、トナー濃度センサの出力値を示すグラフである。
【図７】通常の透磁率センサにおける、トナー濃度と出力値との関係を示すグラフである。
【図８】従来技術におけるトナー濃度の検知方法を示すグラフである。
【図９】撹拌部材の回転速度とトナー濃度センサの出力値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１３】
１        感光体ドラム
２        現像剤
３        トナー
４        現像槽
４ａ〜ｄ  現像槽
５        現像剤担持体
６        トナー補給機構
７        回転部材
１３ａ、ｂ  撹拌部材（回転部材）
１４      トナー濃度センサ（透磁率センサ）
２２      マイクロコンピュータ
【図１】
2009198809.tif 000003
【図２】
2009198809.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009198809.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009198809.tif 000008
【図７】
2009198809.tif 000009
【図８】
2009198809.tif 000010
【図９】
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