JP2007156108A - 画像形成装置ならびにトナーエンプティ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤中のトナー濃度の低下を確実に検出して、トナーエンプティを的確に判定することが可能な画像形成装置及びトナーエンプティ検出方法を提供する。
【解決手段】磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとが混合された現像剤を収容する現像器４０と、現像器に補給するためのトナ−を蓄えているトナー備蓄手段４００と、トナー備蓄手段のトナーを現像器に供給するためのトナー補給手段４０１と、現像器４０に収容された現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号を出力するトナー濃度検出センサ５３を備えている。トナー濃度検出センサ５３のトナー濃度検出信号からトナ−濃度を算出し、時間の経過とともに変動するトナー濃度検出信号の振幅に基づいて、現像器４０に収容された現像剤がトナーエンプティかどうかを判定する。
【選択図】 図１２

Description

この発明は、二成分現像方式のトナー補給制御を行う画像形成装置ならびにトナーエンプティ検出方法に関する。

従来、この種の画像形成装置では、現像器内のトナー残量が尽きるトナーエンプティの検出方法として、主として光学式のものが知られている。

この光学式の検出手段は、トナーを蓄えているカートリッジの下部もしくはトナー供給口近辺に透明な部材で窓を設け、外部から光を内部トナーに照射し、内部トナーからの反射光を検出することにより、トナーエンプティを判別するものである。

しかし、このような光学式のものでは、トナー検出部のセンサとして、発光および受光素子を組合せ使用するために、コスト高になるうえ、検出部をカートリッジの下部もしくはトナー補給口近辺に設けるために、製作しにくいという難点がある。とくに、光源、窓、反射部材などが汚れないように、頻繁に清掃管理しないと、トナーエンプティの誤検知を招いてしまうなどの種々の欠点があった。

このために、従来より、トナー濃度の低下を検出することでトナーエンプティと判定するものや、比較的低コストで容易に作製できるものとして、トナー補給用のモータの回転数を可変し、最速で一定時間駆動してもトナー濃度が規定に達しないときには、トナーエンプティと判定するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平６−２８９７１５号公報 特開平７−２０９９８１号公報

ところが、トナー濃度の低下を検出することにより、トナーエンプティを判断する技術では、通常制御する濃度から大きく外れた低い濃度を検出しなければならないから、トナー濃度センサの十分高い感度を確保することが難しく、検出する濃度の誤差が大きくなるなどの要因もあって、実用的には、トナーの濃度の低下から確実にトナーエンプティを判断しにくいという問題が指摘されている。

この発明は、現像剤中のトナー濃度の低下を確実に検出して、トナーエンプティを的確に判定することが可能な画像形成装置ならびにトナーエンプティ検出方法を提供することを課題としている。

上記課題は、以下の手段によって解決される。

（１）磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとが混合された現像剤を収容する現像器と、前記現像器に補給するためのトナ−を蓄えているトナー備蓄手段と、前記トナー備蓄手段のトナーを前記現像器に供給するためのトナー補給手段と、前記現像器に収容された現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号を出力するトナー濃度検出センサと、前記トナー濃度検出センサより出力されたトナー濃度検出信号からトナ−濃度を算出するとともに、時間の経過とともに変動するトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、現像器に収容された現像剤がトナーエンプティかどうかを判定するトナ−濃度算出手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

（２）前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が予め定められた所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定する前項１に記載の画像形成装置。

（３）前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定する前項１に記載の画像形成装置。

（４）前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、５０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する前項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。

（５）前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、８０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する前項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。

（６）前記トナ−濃度算出手段によりトナーエンプティと判定されても、前記トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っている場合には、トナーエンプティではなく前記トナー補給手段に障害が発生したと判定する前項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。

（７）磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとが混合された現像剤を収容する現像器に、トナー備蓄手段に蓄えられているトナーをトナー補給手段により補給するステップと、前記現像器に収容された現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号を出力するステップと、前記出力されたトナー濃度検出信号からトナ−濃度を算出し、かつ時間の経過とともに変動するトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、現像器に収容された現像剤がトナーエンプティかどうかを判定するステップと、を備えたことを特徴とするトナーエンプティ検出方法。

（８）前記トナー濃度検出信号の振幅が予め定められた所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定する前項７に記載のトナーエンプティ検出方法。

（９）前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定する前項７に記載のトナーエンプティ検出方法。

（１０）前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、５０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する前項７〜９のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。

（１１）前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、８０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する前項７〜９のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。

（１２）トナーエンプティと判定されても、前記トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っている場合には、トナーエンプティではなく前記トナー補給手段に障害が発生したと判定する前項７〜１１のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。

前項（１）に記載の発明によれば、トナー濃度検出センサから、現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号が出力される。現像剤中のトナー濃度が著しく低下すると、通常使用状態での濃度に比較して、攪拌している現像剤の透磁率が大きく変化する。即ち、透磁率の振幅が大きくなり、従ってトナー濃度検出センサから出力されるトナー濃度検出信号の振幅も大きくなる。これは、現像剤の流動性にトナー濃度が関係しており、トナー濃度がある値を下回ると、攪拌される現像剤の流動性が大きく低下するためと考えられる。現像剤の流動性が低下すると、現像剤を攪拌した場合に現像剤が追随しにくくなり、現像剤中の空隙が増大するため、透磁率の時間変化の振幅が大きくなるのである。

つまり、現像剤中のトナー濃度の低下を現像剤の流動性の低下として検出できるから、時間変動する透磁率の振幅の大きさ、換言すればトナー濃度検出センサから出力されるトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、トナーエンプティを確実に判定することができる。

前項（２）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定することができる。

前項（３）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定することができる。

前項（４）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、５０％増しとなったときにトナーエンプティと判定することにより、さらに確実にトナーエンプティであることを判定することができる。

前項（５）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、８０％増しとなったときにトナーエンプティと判定することにより、トナーエンプティであるとの判定の確実性をさらに一段と向上することができる。

前項（６）に記載の発明によれば、トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っているにもかかわらず、トナーエンプティと判定されるのを防止できる。

前項（７）に記載の発明によれば、トナー濃度検出センサから出力されるトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、トナーエンプティを確実に判定することができる。

前項（８）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定することができる。

前項（９）に記載の発明によれば、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定することができる。

前項（１０）に記載の発明によれば、さらに確実にトナーエンプティであることを判定することができる。

前項（１１）に記載の発明によれば、トナーエンプティであるとの判定の確実性をさらに一段と向上することができる。

前項（１２）に記載の発明によれば、トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っているにもかかわらず、トナーエンプティと判定されるのを防止できる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置が適用された電子写真方式のタンデム式フルカラ−複写機を示す概略構成図である。

図１において、このカラー複写機は、概ね、画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの他に、中間転写体８、二次転写ローラ１０、および定着装置１１を備えている。

前記中間転写体８は、無端ベルトで構成されるとともに、ローラ７１，７２，７３，７４に巻きつけられて、反時計方向（矢印方向）へ回転駆動されるようになっている。

前記中間転写体８における左下のローラ７２の近傍には、該中間転写体８上の残留トナーなどを除去するクリーナ７５が設けられており、また右側のローラ７１には、中間転写体８を介して二次転写ローラ１０が摺接されている。二次転写ローラ１０の上方には、定着装置１１が設置されている。

前記ローラ７１，７２間には、中間転写体８に対して、ローラ７２からローラ７１に向けて、イエロー画像形成部Ｙ、マゼンタ画像形成部Ｍ、シアン画像形成部Ｃおよびブラック画像形成部Ｋがこの順序で配置されている。

各画像形成部は、画像形成部Ｙに代表して符号を付しているように、ドラム形の感光体１を有するとともに、感光体１の周囲には、帯電装置２と、露光装置３と、現像装置４と、一次転写ローラ６と、感光体１上の残留トナーを除去するクリーナ５とがこの順序で配置されている。前記一次転写ローラ６は、中間転写体８を挟んで感光体１に対向配置されている。

上記構成において、画像形成部Ｙでは、感光体１の回転によってその表面が帯電されたのち、露光装置３により、イエロー（Ｙ）に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、イエローの現像装置４により現像されて可視化されたのち、中間転写体８に一次転写される。

画像形成部Ｍでは、上記と同様にして、感光体１にマゼンタ（Ｍ）トナーの像が形成され、前記中間転写体８のイエロートナー像の上から転写される。

この工程がシアン、ブラックについても繰り返して行われ、中間転写体８上に４色のカラー像が多重形成される。そして、この中間転写体８に形成された４色のトナー像が二次転写ローラ１０を介して一括して用紙Ｓ上に二次転写される。

トナー像を転写された用紙Ｓは定着部１１に搬送され、この定着部１１でトナー像が加熱・定着されたのち機外に排出される。

図２は、前記カラー複写機の電気的構成を示すブロック図である。

図２おいて、各画像形成部Ｙ〜Ｋにおける帯電装置２には、制御部５００の指示のもとに、その画像形成部用の帯電用出力可変電源ＹＰＷ２、ＭＰＷ２、ＣＰＷ２、またはＫＰＷ２から、感光体帯電用の所定高電圧が所定のタイミングで印加されるようになっている。

各画像形成部Ｙ〜Ｋにおける現像装置４の現像ローラ４１には、制御部５００の指示のもとに、その画像形成部用の現像バイアス電源ＹＰＷ４、ＭＰＷ４、ＣＰＷ４、またはＫＰＷ４から所定の現像バイアスが所定のタイミングで印加されるようになっている。

各画像形成部Ｙ〜Ｋにおける一次転写ローラ６や二次転写ローラ１０に対しても、前記制御部５００の指示のもとに、各転写ローラ用電源（図示せず）から所定のタイミングでバイアスが印加される。

さらに、各画像形成部Ｙ〜Ｋにおける露光装置３や、感光体１、現像装置４、一次転写ローラ６、ローラ７１〜７４を駆動するモータ（図示せず）、二次転写ローラ駆動用モータ（図示せず）、用紙搬送駆動用モータ（図示せず）、トナー補給用モータ４０２（図６に示す）などの各駆動手段、定着装置１１、ヒーターランプ（図示せず）なども前記制御部５００の指示のもとに、所定タイミングで動作するようになっている。

また、制御部５００は、用紙搬送路の所要位置に配置された用紙検出センサ５１、中間転写体８上のトナー濃度を検出するトナー濃度（ＩＤＣ＝Ｉｍａｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ（以下「ＩＤＣセンサ」ともいう）５２、さらには、現像剤中のトナー濃度を検出する現像剤中トナー濃度検出（Ｔｏｎｅｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｒａｔｉｏ）センサ（以下「ＴＣＲセンサ」ともいう）５３、および温度や湿度などを検出するセンサ５４などの各入力信号を検出し、カラー複写機の状態を把握して所定の出力部を制御するようになっている。

つぎに、感光体１上の静電潜像を現像する現像装置４における装置本体である各色の現像器４０について、以下に説明する。

図３は、現像器４０を示す外観斜視図、図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図５は、図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

図３〜図５において、トナー補給口４５を有する現像器４０には、現像剤Ｗが収容されている。

現像剤Ｗは、磁性体からなるキャリアと、顔料を混入した樹脂を砕いたり、あるいは成型や重合することにより作成された粉体とからなるトナーとが一定割合で混合されたものである。

この現像剤Ｗは、現像器４０に設けられている攪拌スクリュー４３と供給スクリュー４２の回転により、使用中は常に攪拌、混合されながら循環されるようになっている。

このようにして均一に混合された現像剤Ｗは、内部にマグネットを備えた現像ローラ４１に送給され、現像ローラ４１に対向配置された規制板４６により流出時の厚みが規制されており、これにより、現像ローラ４１上に均一な薄い現像剤Ｗの層が形成される。

この層状の現像剤Ｗは、微視的に見ると、穂状になったキャリアにトナーが混合されている状態である。現像ローラ４１には、帯電した感光体１が近接配置されており、両者４１，１に電位をかけると、現像ローラ４１側のトナーが感光体１の帯電した部分に電気的に吸着され、これにより現像が行われる。

このようにしてトナーが消費された現像剤Ｗは、再び現像器４０に回収され、前述した攪拌、混合のプロセスに戻されて、これが繰り返される。

現像によって消費されたトナーは、トナーを蓄えているカートリッジ４００から補給される。

また、現像器４０の底部には、前記ＴＣＲセンサ５３が設けられている。

図６は、トナーカートリッジ４００を示す外観斜視図、図７は、図６のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。

図６および図７において、トナーカートリッジ４００は、トナーを収容したカートリッジ本体４００Ａと、このカートリッジ本体４００Ａ内に設けられた補給手段としての搬送スクリュー４０１と、この搬送スクリュー４０１を外部から回転駆動するモータ４０２と、カートリッジ本体４００Ａの底壁に設けられたトナー補給口４０３と、前記モータ４０２の回転軸４０２ａと搬送スクリュー４０１の回転軸４０１ａとを離脱可能に結合する結合装置４０４とを備えている。

前記現像作用によって消費されたトナーＶは、搬送スクリュー４０１によりトナー補給口４０３から必要量取り出されて、現像器４０の補給口４５より補給される。

トナーＶの補給手段としては、各種構成のものが知られているが、この例では、前述したように、搬送スクリュー４０１をモータ４０２で一定時間駆動することにより、一定量のトナーを補給するようになっている。

必要なトナーの補給量は、前記制御部５００により、画像情報から消費するトナー量を計算したり、現像器４０に備えられたＴＣＲセンサ５３の検出結果などから不足しているトナー量を求めたりして算出される。

また、必要な量だけ実際にトナーを補給するためのトナー補給用モータ４０２の駆動制御も制御部５００よって行われる。

つぎに、ＴＣＲセンサ５３について、簡単に説明する。

図８は、ＴＣＲセンサ５３を示す電気的構成図である。

図８において、ＴＣＲセンサ５３は、基本的には、コイルのインダクタンス成分を利用して透磁率を検知するものがあるが、ここでは、差動トランス６１を使用した例を示してある。

このＴＣＲセンサ５３は、差動トランス６１と、この差動トランス６１の１次コイル６１ａに接続されて、高周波を印加する高周波発振部６２と、差動トランス６１の一対の２次コイル６１ｂ，６１ｃに接続された位相検出回路６４とを備えている。

この位相検出回路６４の一方の入力端には、前記差動トランス６１の一方の２次コイル６１ｂの出力電圧が増幅器６３を介して印加されるようになっており、位相検出回路６４の他方の入力端には、前記差動トランス６１の１次コイル６１ａの電圧が印加されるようになっている。

なお、Ｖａｎａは位相検出回路６４の出力換言すればセンサ出力であり、この出力はトナー濃度検出信号となる。ＶｃｏｎｔはＴＣＲセンサ５３に対するコントロール入力であり、前記高周波の周期を可変させる機能をもっている。

上記構成において、高周波発信部６２による高周波電圧を差動トランス６１の１次コイル６１ａに印加すると、２次コイル６１ｂ，６１ｃの各両端にも、前記高周波と同じ周波数の電圧が発生する。このとき発生する高周波電圧の位相は、フェライトコアＦの透磁率Ｍ２を基準として、現像剤Ｗの透磁率Ｍ１に応じて進んだり遅れたりする。

このため、差動トランス６１の１次コイル６１ａに印加した高周波電圧と、２次コイル６１ｂ，６１ｃで発生した電圧を合成した出力が位相検出回路６４に入力されると、両者の位相差をアナログ出力に変換した出力Ｖａｎａが位相検出回路６４から出力される。

この出力Ｖａｎａを測定することにより、制御部５００が現像剤Ｗのトナー濃度を算出するとともに、後述するようなトナーエンプティかどうかの判定を行う。

また、ＴＣＲセンサ５３に対するコントロール入力Ｖｃｏｎｔにより、高周波発振部６２の高周波電圧の発振周期を可変させれば、検出する透磁率（トナー濃度）の感度領域を図９に示すように、変えることができる。

図９では、コントロール入力Ｖｃｏｎｔの電圧を、例えば３段階（ｌｏｗ、ｍｉｄｄｌｅ、ｈｉｇｈ）に可変設定した時に、同一のセンサ出力Ｖａｎａであっても、トナー濃度が異なっている状態を示している。

ところで、現像剤Ｗは、前述したように磁性体のキャリアと非磁性体のトナ−との混合物であって、トナーの濃度が変わると、トナーの濃度に比例してかさ密度が変化する。このかさ密度に応じて変化する現像剤Ｗの透磁率を前記ＴＣＲセンサ５３で検出することにより、トナー濃度を求めることができるのである。

なお、現像剤中のＴＣＲセンサ５３の検出面には、図１０に示すように、攪拌、循環されている現像剤Ｗが接しており、検出面付近では現像剤Ｗの滞留がないように攪拌スクリュー４３に取り付けられた清掃部材（マイラー）４７により、撹拌スクリュー４３の回転毎に清掃されるようになっている。

このため、ＴＣＲセンサ５３の出力は、この清掃部材４７で表面が清掃される周期で変化する（図１１参照）。

この出力の周期変化は、現像剤Ｗ中のトナー濃度を反映したかさ密度の変化ではなく、清掃部材４７により現像剤ＷがＴＣＲセンサ５３の表面を押し付けるために、清掃部材４７の通過直後に瞬間的に現像剤Ｗに空隙が生じたりすることによる現像剤Ｗのかさ密度変化によるものである。

このため、このＴＣＲセンサ５３の出力Ｖａｎａの振幅は、現像器４０の構成や清掃部材４７をＴＣＲセンサ５３の表面に押し付ける強さにより変わり、その他、現像剤Ｗの流動性などの物理的な特性により影響を受けて変動する。

次に、現像器４０におけるトナーエンプティの検出処理について説明する。
（第１の例）
図１２は、図１に示したカラー複写機の制御部５００で実行されるトナーエンプティ検出処理の流れを示すフローチャートである。

この処理の目的は、トナーエンプティの判定であって、印字中などのトナー濃度を検出している時は、常にこの処理が実行される。

機能としては、先に述べた清掃部材（マイラー）４７によりＴＣＲセンサ５３の表面を清掃した際に、これに伴う出力変化の一周期毎の出力の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとを求め、その差と定数Ｖ０とを比較して判定することである。

図１２において、検出処理で使用する変数は初期化時に初期値（一般的に０）が代入される。

ステップＳ１０１では、カウンタｉが定数ｎ未満（ｉ＜ｎ）か否かを判断し、ｉ＜ｎであれば（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０２では、カウンタｉをインクリメントしたのち（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ１０３に進む。ｉ＜ｎでなければ（ステップＳ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ｉ＝０とし、新たにＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａがｍａｘに代入され、Ｖａｎａがｍｉｎに代入されたのち終了する。

一方、ステップＳ１０３では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａが変数ｍａｘを越えているか（ｍａｘ＜Ｖａｎａ）否かを判断する。ｍａｘ＜Ｖａｎａであれば（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０４では、新たにＶａｎａがｍａｘに代入され（ｍａｘ＝Ｖａｎａ）、ステップＳ１０５に進む。ｍａｘ＜Ｖａｎａでなければ（ステップＳ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａが変数ｍｉｎ未満であるか（ｍｉｎ＞Ｖａｎａ）か否かを判断し、ｍｉｎ＞Ｖａｎａであれば（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０８では、新たにＶａｎａがｍｉｎに代入され（ｍｉｎ＝Ｖａｎａ）、ステップＳ１０５に進む。ｍｉｎ＜Ｖａｎａでなければ（ステップＳ１０７でＮＯ）、そのままステップＳ１０５に進む。

その後、ステップＳ１０５では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａの最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差（ｍａｘ−ｍｉｎ）が定数Ｖ０を越えているか（ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０）否かを判断する。

ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０であれば（ステップＳ１０５の判断がＹＥＳ）、ステップＳ１０６では、トナーエンプティであると判定して終了する。ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０でなければ（ステップＳ１０５の判断がＮＯ）、トナーエンプティでないのでそのまま終了する。

前記ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０でトナーエンプティと判定する場合、前記ＴＣＲセンサ５３の出力波形の周期をＴ（攪拌スクリュー４３の攪拌周期）、ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａのサンプリング時間をｔとしたとき、ｎ≧（Ｔ／ｔ）回、すなわち、トナー濃度検出センサ５３の出力波形の少なくとも一周期分繰り返すことで、該ＴＣＲセンサ５３の出力波形の振幅が所定以上になったか否かを判断することができる。

なお、ｎは（Ｔ／ｔ）以上であればかまわないが、あまり大きい値をとると、平均的な出力変動を周期ごとの振幅と見なしてしまうので、せいぜい数周期分の数値に留めておくのが妥当である。

図１１および図１３は、ＴＣＲセンサ５３の実際の出力波形のグラフである。

図１１および図１３において、縦軸がＴＣＲセンサ５３の出力（Ｖ）、横軸が時間である（図１１では、出力波形が明瞭に分かるが、図１３での出力波形が潰れているのは、横軸の時間のスケールが異なっているためである）。

トナーエンプティとなり、トナーが補給されずに現像剤Ｗ中のトナー濃度が低下すると、ある時点でＴＣＲセンサ５３の出力波形の振幅が大きくなることが分かる（図１３では、出力が低下した部分Ａで、振幅が大きくなっている）。

これはＴＣＲセンサ５３として、例えば日立金属（株）製のセンサ（５Ｔ１４２）を使った基準出力が２．６Ｖの場合である。

この場合、現像器４０の構成にもよるが、通常制御するトナー濃度では、ＴＣＲセンサ５３の出力の振幅は、略０．５Ｖ程度（これを基準出力時の平均振幅とする）であるが、トナー濃度が大きく低下すると、１Ｖ以上にもなることが分かった。

なお、図１３では、通常の出力の振幅が約０．３Ｖ程度にしか見えないが、これは測定器のレコーダーが出力に追随していないためである。

トナー濃度とＴＣＲセンサ５３の出力とその出力の振幅の関係を図１４のグラフに示してある。同図においてリップルとはセンサ出力値の振幅を意味する。また、図２０の表１は、実際のカラー複写機で得られたデータである。

これにより、ＴＣＲセンサ５３の出力の平均の振幅が０．７Ｖから０．９Ｖのあたりでトナー残量判定が不可能（×）、つまりトナーエンプイティと判断されることになる。

これは基準出力が２．６Ｖの場合であって、他の条件では数値が異なる。このため、トナーエンプティ判断基準は、基準出力時の平均振幅である出力波形の平均振幅に対して５０％増しとするのが良く、さらに望ましくは８０％増しのときとするのが良い。

なお、図１２のフローチャートでは、一周期毎のセンサ出力時の最大値と最小値の差を毎回判定していたが、アナログ出力値につきもののノイズによる誤検出を防ぐために、複数周期の振幅の平均をとって判定するようにしてもよい。

また、図１２に示したフローチャートでは、ＴＣＲセンサ５３の出力値を検出するたびに最大値と最小値の差を判定していたが、これも一周期に相当する時間が経過してから最後に一回判定する制御でも問題ない。

さらに、図１２のフローチャートは、制御の一例を示したにすぎないので、この方法に限定される必要はない。ＣＰＵの処理性能、現像器４０やＴＣＲセンサ５３の構成や取り付け位置などにより適切な処理方法に変えてもかまわない。これらは以下の実施例に関しても同様である。
（第２の例）
前記の例では、トナーエンプティの判断基準を、振幅の電圧の絶対値で規定したが、カラー複写機には、ＴＣＲセンサ５３の感度や使用環境、あるいは現像剤Ｗのロットなど違いにより、ＴＣＲセンサ５３の出力の振幅の大きさにはばらつきが生じる。この例では、そのばらつきを改善可能となる。

図１５は、別のトナーエンプティ検出処理の流れを示すフローチャートである。

この処理は、ステート（ＳＴ）処理になっており、各色毎に別々に制御される。

まず、ステップＳ２０１では、トナーカートリッジ４００が新品であるか否かを判断し、トナーカートリッジが新品であれば（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、ステップＳ２０２では、ステートカウンタがクリアされる。トナーカートリッジが新品でなければ（ステップＳ２０１でＮＯ）、ステップＳ２０３では、ステートの状態を判断する。

ステート０（ＳＴ＝０）であれば、ステップＳ２０４に進み、印字枚数カウント用のカウンタをクリアして、ステートカウンタを１インクリメントする（ＳＴ＝１）。

ステート１であれば（ＳＴ＝１）、ステップＳ２０５では、ステート０でクリアされたカウンタを用いて印字枚数が１０枚になったか（プリントしたか）否かを判断し、印字枚数が１０枚になってなければ（ステップＳ２０５でＮＯ）、そのまま終了する。

印字枚数が１０枚になれば（ステップＳ２０５でＹＥＳ）、ＴＣＲセンサ５３の出力変動の振幅の標準値ＶＳＴとカウンタｉ，ｊをクリアし（ＶＳＴ＝０、ｉ，ｊ＝０）、Ｖａｎａが変数ｍａｘ，ｍｉｎに代入され（ｍａｘ＝Ｖａｎａ、ｍｉｎ＝Ｖａｎａ）、ステートを２にして（ＳＴ＝２）から、終了する。

このように、印字枚数が１０枚になるまで待つのは、トナーエンプティ時に新品のトナーカートリッジ４００を装着した直後では、トナー濃度が低下している可能性があり、現像剤Ｗのトナー濃度が安定するのを待つためである。

ステップＳ２０３で、ステート２（ＳＴ＝２）であれば、図１６のステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、現像剤Ｗのトナー濃度センサ５３の出力の一周期毎の出力変動の振幅値カウンタｊが定数ｍ回未満であるか（ｊ＜ｍ）否かを判断する。

ｊ＜ｍであれば（ステップＳ２０７でＹＥＳ）、ステップＳ２０８では、カウンタｉが定数ｎ未満か（ｉ＜ｎ）否かを判断し、ｉ＜ｎでなければ（ステップＳ２０８でＮＯ）、ステップＳ２１１に進む。

ｉ＜ｎであれば（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、ステップＳ２０９では、最大値ｍａｘ、最小値ｍｉｎの設定処理を行った後、ステップＳ２１０では、前記カウンタｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、終了する。

一方、ステップＳ２１１では、検出されたトナー濃度が目標値（所定値）から±１．５％以内か否かを判断し、トナー濃度が目標値から±１．５％以内でなければ（ステップＳ２１１でＮＯ）、ステップＳ２１３に進む。

トナー濃度が目標値から±１．５％以内であれば（ステップＳ２１１でＹＥＳ）、ステップＳ２１２では、ＴＣＲセンサ５３の出力変動の振幅の標準値Ｖｓｔに、最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎの差を加える〔Ｖｓｔ＝Ｖｓｔ＋（ｍａｘ−ｍｉｎ）〕。さらに、カウンタｊをインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）。

ついで、ステップＳ２１３では、Ｖａｎａが最大値ｍａｘに代入（ｍａｘ＝Ｖａｎａ）され、Ｖａｎａが最小値ｍｉｎに代入され、前記カウンタｉをクリアしてリターンする。

ｊ＜ｍでなければ（ステップＳ２０７でＮＯ）、ステップＳ２１４では、ＴＣＲセンサ５３の出力変動の振幅の標準値Ｖｓｔ＝Ｖｓｔ／ｍとする。つまり、振幅値ｊのｍ回分の値の平均値を求め、これをＶｓｔに代入する。このときの定数ｎは前述の第１の例で示した定数ｎと同様の考え方で求めた値であり、一方、定数ｍは１０程度が妥当である。そして、カウンタをクリア（ｊ＝０）、ＳＴ＝３として終了する。

ステップＳ２０３で、ステート３（ＳＴ＝３）であれば、図１７のステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５では、カウンタｉが定数ｎ未満か（ｉ＜ｎ）否かを判断し、ｉ＜ｎでなければ（ステップＳ２１５でＮＯ）、ステップＳ２１８に進む。

ｉ＜ｎであれば（ステップＳ２１５でＹＥＳ）、ステップＳ２１６で、最大値ｍａｘ、最小ｍｉｎ値の設定処理を行った後、ステップＳ２１７では、前記カウンタｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、リターンする。

ステップＳ２１８では、ＴＣＲセンサ５３の出力の振幅の最大値ｍａｘｔと最小値ｍｉｎとの差が、ステート２で得られた新品のトナーカートリッジ４００の装着時の標準的な振幅値Ｖｓｔの所定倍（ａ倍）を越えているか（ｍａｘ−ｍｉｎ＞ａ・Ｖｓｔ）否かを判断する。

ｍａｘ−ｍｉｎ＞ａ・Ｖｓｔでなければ（ステップＳ２１８でＮＯ）、ステップＳ２２０に進む。ｍａｘ−ｍｉｎ＞ａ・Ｖｓｔであれば（ステップＳ２１８でＹＥＳ）、ステップＳ２１９では、トナーエンプティと判定し、ステップＳ２２０で前記カウンタｉをクリアしたのち（ｉ＝０）、終了する。

第１の例に示したように、実際のセンサの出力波形の知見によると、通常制御するトナー濃度に比べて濃度が大きく低下した場合では、ＴＣＲセンサ５３の出力波形の振幅は２倍近にもなることがわかった。

そこで、実際のカラー複写機において、トナー濃度が低下した場合に前記出力波形の振幅がどの程度大きくなるかを、新品カートリッジ４００を交換した直後の振幅の平均値を基準にして図２１の表２にまとめた。

このデータに基づき、新品のトナーカートリッジ４００に交換した直後に検出した出力波形の平均振幅に対して１．５倍、好ましくは１．８倍を基準とするのがよい。

つぎに、最大値、最小値設定処理（ステップＳ２０９，ステップＳ２１６）のサブルーチンを図１８のフローチャートを参照して説明する。

図１８において、ステップＳ３０１では、ＴＣＲセンサ５３の出力Ｖａｎａが最大値ｍａｘを超えているか（Ｖａｎａ＞ｍａｘ）否かを判断し、Ｖａｎａ＞ｍａｘであれば（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、ステップＳ３０４では、出力値Ｖａｎａをｍａｘに代入して（ｍａｘ＝Ｖａｎａ）、リターンする。Ｖａｎａ＞ｍａｘでなければ（ステップＳ３０１でＮＯ）、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、ＴＣＲセンサ５３の出力Ｖａｎａが最小値ｍｉｎ未満か（Ｖａｎａ＜ｍｉｎ）否かを判断し、Ｖａｎａ＜ｍｉｎでなければ（ステップＳ３０２でＮＯ）、そのままリターンする。Ｖａｎａ＜ｍｉｎであれば（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、ステップＳ３０３では、出力値Ｖａｎａをｍｉｎに代入して（ｍｉｎ＝Ｖａｎａ）リターンする。
（第３の例）
次に、別のトナーエンプティ検出処理の流れを図１９のフローチャートを参照して説明する。

図１２のフローチャートでは、ＴＣＲセンサ５３の出力から得られた値と基準値を比較し、上回った場合は、直ちにトナーエンプティと判断していたが、この例は、トナーニアエンプティでない場合、つまり、トナーカートリッジ４００内に明らかにまだ十分にトナーが残っていると判断されるときは、トラブルと判断するものである。

なお、トナーニアエンプティを検出する方法は、光学センサもしくはドットカウントを用いるもの、あるいは、トナー補給モータの積算駆動時間から補給したトナーの延べ量を予想するものなど、各種手段を採用可能である。

図１９において、制御で使用する変数は初期化時に初期値（一般的に０）が代入される。

ステップＳ４０１では、カウンタｉが定数ｎ未満（ｉ＜ｎ）か否かを判断し、ｉ＜ｎであれば（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、ステップＳ４０２では、カウンタｉをインクリメントしてから（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ４０３に進み、ｉ＜ｎでなければ（ステップＳ４０１でＮＯ）、ステップＳ４１１に進む。

ステップＳ４１１では、ｉ＝０とし、新たにＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａをｍａｘに代入し、Ｖａｎａをｍｉｎに代入してから終了する。

ステップＳ４０３では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａが変数ｍａｘを越えているか（ｍａｘ＜Ｖａｎａ）否かを判断する。ｍａｘ＜Ｖａｎａであれば（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、ステップＳ４０４では、新たにＶａｎａをｍａｘに代入し（ｍａｘ＝Ｖａｎａ）、ステップＳ４０５に進む。ｍａｘ＜Ｖａｎａでなければ（ステップＳ４０３でＮＯ）、ステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０８では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａが変数ｍｉｎ未満であるか（ｍｉｎ＞Ｖａｎａ）か否かを判断し、ｍｉｎ＞ Ｖａｎａであれば（ステップＳ４０８でＹＥＳ）、ステップＳ４０９では、新たにＶａｎａをｍｉｎに代入し（ｍｉｎ＝Ｖａｎａ）、ステップＳ４０５に進み、ｍｉｎ＜Ｖａｎａでなければ（ステップＳ２０８でＮＯ）、そのままステップＳ２０５に進む。

その後、ステップＳ４０５では、前記ＴＣＲセンサ５３の出力値Ｖａｎａの最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差（ｍａｘ−ｍｉｎ）が定数Ｖ０を越えているか（ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０）否かを判断する。ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０であれば（ステップＳ４０５でＹＥＳ）、ステップＳ４０６に進む。ｍａｘ−ｍｉｎ＞Ｖ０でなければ（ステップＳ４０５の判断がＮＯ）、そのまま終了する。

ステップＳ４０６では、トナーニアエンプティか否かを判断し、トナーニアエンプティであれば（ステップＳ４０６でＹＥＳ）、ステップＳ４０７でトナーエンプティと判定して終了する。

トナーニアエンプティでなければ（ステップＳ４０６でＮＯ）、ステップＳ４１０で、トナー補給系に障害が発生したと判定して処理を終了する。

なお、図１９のフローチャートのトナーエンプティ検出方法は、図１２のフローチャートに示す方法に基づいたものであるが、他の検出方法でも、トナーエンプティの判断処理の部分を修正するだけであり、同様に検出を行うことができる。

また、各例では、ＴＣＲセンサ５３の出力の一周期毎に判定をするようにしたが、数周期分の振幅値を平均化したものでもかまわない。

また、いずれの例でも、そのフローチャートの検出方法に限定されるものではない。

さらに、判定に用いる値や定数は実施例に限定されるものではなく、画像形成装置の構成や使う部品に応じて、適時、更新してもかまわない。

また、ＴＣＲセンサ５３の取付け位置は、図４のように攪拌の現像器４０の中央上向きに取り付けたものに限定されるものではなく、正確に透磁率が検出できるのであれば、取付け位置を任意に変更可能である。

さらに、画像形成装置としては、フルカラー／モノクロの複写機、プリンタ、ＦＡＸ、これら複合機などどれにでも適用できることは勿論である。

この発明の一実施形態にかかる画像形成装置が適用されたカラー複写機を示す概略構成図である。 同じくカラー複写機の電気的構成を示すブロック図である。 現像器を示す外観斜視図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 トナーカートリッジの概要を示す外観斜視図である。 図６のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。 現像器のＴＣＲセンサを示す電気回路図である。 ＴＣＲセンサのコントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ）を変えたときの出力特性を示す図である。 現像器におけＴＣＲセンサ近傍の断面図である。 ＴＣＲセンサの実際の出力の推移を示すグラフである。 トナーエンプティの検出処理の流れを示すフローチャートである。 ＴＣＲセンサの実際の出力低下部分を示すグラフである。 トナー濃度、ＴＣＲセンサの出力値、ＴＣＲセンサの出力波形の振幅の関係を示すグラフである。 トナーエンプティの別の検出処理の流れを示すフローチャートである。 図１５のステート２の流れを示すフローチャートである。 図１５のステート３の流れを示すフローチャートである。 最大値、最小値設定処理の流れを示すフローチャートである。 トナーエンプティの別の検出処理の流れを示すフローチャートである。 ＴＣＲセンサで得られた出力の振幅データを示す表である。 トナー濃度低下時のＴＣＲセンサ出力の振幅変化を示す表である。

符号の説明

４０ 現像器
５３ ＴＣＲセンサ（トナー濃度検出センサ）
４００ トナーカートリッジ（トナー備蓄手段）
４０１ 搬送スクリュー（トナー補給手段）
５００ 制御部（トナー濃度算出手段）
Ｗ 現像剤

Claims (12)

1. 磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとが混合された現像剤を収容する現像器と、
   前記現像器に補給するためのトナ−を蓄えているトナー備蓄手段と、
   前記トナー備蓄手段のトナーを前記現像器に供給するためのトナー補給手段と、
   前記現像器に収容された現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号を出力するトナー濃度検出センサと、
   前記トナー濃度検出センサより出力されたトナー濃度検出信号からトナ−濃度を算出し、かつ時間の経過とともに変動するトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、現像器に収容された現像剤がトナーエンプティかどうかを判定するトナ−濃度算出手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定する請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、５０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナ−濃度算出手段は、トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、８０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナ−濃度算出手段によりトナーエンプティと判定されても、前記トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っている場合には、トナーエンプティではなく前記トナー補給手段に障害が発生したと判定する請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとが混合された現像剤を収容する現像器に、トナー備蓄手段に蓄えられているトナーをトナー補給手段により補給するステップと、
   前記現像器に収容された現像剤の透磁率に応じたトナー濃度検出信号を出力するステップと、
   前記出力されたトナー濃度検出信号からトナ−濃度を算出し、かつ時間の経過とともに変動するトナー濃度検出信号の振幅の大きさに基づいて、現像器に収容された現像剤がトナーエンプティかどうかを判定するステップと、
   を備えたことを特徴とするトナーエンプティ検出方法。
8. 前記トナー濃度検出信号の振幅が所定値以上になった場合にトナーエンプティと判定する請求項７に記載のトナーエンプティ検出方法。
9. 前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、所定倍数以上となったときにトナーエンプティと判定する請求項７に記載のトナーエンプティ検出方法。
10. 前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、５０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する請求項７〜９のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。
11. 前記トナー濃度検出信号の振幅が、新品の前記トナー備蓄手段から現像器内にトナーが充分に補給された時点の平均振幅に対して、８０％増しとなったときにトナーエンプティと判定する請求項７〜９のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。
12. トナーエンプティと判定されても、前記トナー備蓄手段内に十分にトナーが残っている場合には、トナーエンプティではなく前記トナー補給手段に障害が発生したと判定する請求項７〜１１のいずれかに記載のトナーエンプティ検出方法。