JP2010211006A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー補給を実施した際のトナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいてトナー収容部のトナー残量を検知するトナー残量検知の精度を高めて誤検知を防止する。
【解決手段】トナー濃度センサに印加する制御電圧を、トナー補給の要否を判断する際には、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保可能な第１の制御電圧に設定し、トナーボトルのトナー残量を検知する際には、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保可能な第２の制御電圧に設定する。特にトナー補給を実施した際のトナー濃度センサの出力電圧の最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが共に、トナー濃度センサの出力電圧とトナー濃度とが概ね比例関係を示す略線形領域に入るように第２の制御電圧を設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御のために設けられたトナー濃度センサを用いてトナー収容部のトナー残量を検知するようにした現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いた現像装置が広く普及しており、このような２成分方式の現像装置では、画質を維持するために現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御が行われており、このトナー濃度制御では、トナー濃度センサにより現像剤のトナー濃度を検出し、このトナー濃度が規定値を下回ると、補給用のトナーを収容したトナー容器からトナーを現像装置に補給してトナー濃度の回復を図るようにしている。

しかしながら、トナー容器にトナー残量がなければ、当然ながら適切なトナー濃度制御を行うことはできず、このため、トナー容器のトナー残量を検知して、残量がなければ警告を行ってトナー容器の交換を使用者に催促する必要がある。このようなトナー容器のトナー残量の検知には、専用のセンサ類を設けることも可能であるが、この場合、構成が煩雑化して装置の大型化やコストアップを招くことから、望ましくない。

そこで、トナー濃度制御用に設けられたトナー濃度センサを用いてトナー容器のトナー残量を検知する手法が採用されている（例えば特許文献１参照）。この手法は、トナー補給を実施した直後にトナー濃度センサで検出されるトナー濃度が大きく変化することを利用したものであり、トナー補給に応じたトナー濃度の変化量が所定の値よりも小さい場合には、規定量のトナーが補給されなかった、すなわちトナー容器にトナー残量が十分にないものと判断する。
特開２００８−１５１８３９号公報

しかるに、２成分方式の現像装置では、トナーとキャリアの比率に応じて変化する透磁率により現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサが多用されているが、このトナー濃度センサは、出力電圧がトナー濃度に概ね比例して大きく変化する略線形領域と、その両側においてトナー濃度に応じた出力電圧の変化があまりない非線形領域とを有する出力特性を示し、この出力特性はトナー濃度センサに印加する制御電圧で調整することができる。したがって、トナー濃度を精度良く検出するには、トナー濃度の標準値に対応する出力電圧値、具体的にはトナー補給の要否を判断する際の出力電圧の閾値が、良好な感度が得られる略線形領域の概ね中心となるように制御電圧を設定すると良い。

ところが、トナー容器のトナー残量を検知する際には、補給トナーによりトナー濃度が標準値よりかなり高い領域にあるため、前記のように制御電圧を設定した状態では、トナー濃度センサの出力電圧が略線形領域を外れて非線形領域に入るようになり、この非線形領域では感度が低いため、トナー濃度センサの出力電圧が大きな誤差を含み、トナー補給に応じたトナー濃度の変化量を精度良く検知することができず、トナー容器に十分なトナー残量があるにもかかわらず、トナー残量がないと判断する誤検知が発生し易くなるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、トナー補給を実施した際のトナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいてトナー収容部のトナー残量を検知するトナー残量検知の精度を高めて誤検知を防止することができるように構成された現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の現像装置は、トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌する攪拌室を備えた現像槽と、前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度に応じた電圧を出力するトナー濃度センサと、トナー収容部内のトナーを前記現像槽に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力電圧からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいて前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が、前記トナー濃度センサに印加する制御電圧を、トナー補給の要否を判断する際には、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保可能な第１の制御電圧に設定し、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保可能な第２の制御電圧に設定するようにした構成とする。

また、本発明の画像形成装置は、前記のように構成された現像装置を備えた構成とする。

本発明によれば、トナー補給の要否を判断する際には、第１の制御電圧に設定することで、トナー濃度を精度良く検出することができ、一方、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、第２の制御電圧に設定することで、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出することができ、これによりトナー残量検知の精度を高めて、トナー容器に十分なトナー残量があるにもかかわらずトナー残量がないと判断する誤検知を防止することができる。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌する攪拌室を備えた現像槽と、前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度に応じた電圧を出力するトナー濃度センサと、トナー収容部内のトナーを前記現像槽に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力電圧からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいて前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、前記制御手段が、前記トナー濃度センサに印加する制御電圧を、トナー補給の要否を判断する際には、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保可能な第１の制御電圧に設定し、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保可能な第２の制御電圧に設定するようにした構成とする。

これによると、トナー補給の要否を判断する際には、トナー濃度が標準値を中心にして変化することから、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保可能な第１の制御電圧に設定することで、トナー濃度を精度良く検出することができる。一方、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、トナー濃度が標準値よりかなり高い領域に移行することから、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保可能な第２の制御電圧に設定することで、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出することができ、これによりトナー残量検知の精度を高めて、トナー容器に十分なトナー残量があるにもかかわらずトナー残量がないと判断する誤検知を防止することができる。

前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、トナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の最大値と最小値とが共に、前記トナー濃度センサの出力電圧とトナー濃度とが概ね比例関係を示す略線形領域に入るように第２の制御電圧が設定された構成とする。

これによると、略線形領域では、トナー濃度センサの出力電圧がトナー濃度に概ね比例して大きく変化するため、高い感度を得ることができ、この略線形領域にトナー補給時のトナー濃度センサの出力電圧の最大値と最小値とが共に入るようにすることで、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検知して、トナー残量検知の精度を高めることができる。

前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第２の発明において、トナー濃度を標準値としたときの前記トナー濃度センサの出力電圧を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、前記トナー濃度センサの出力電圧と制御電圧とが概ね比例関係を示す略線形領域を特定して、その略線形領域における低濃度側の境界値を、第２の制御電圧とした構成とする。

これによると、トナー補給時のトナー濃度は標準値より高い領域で変化することから、トナー補給時のトナー濃度センサの出力電圧が確実に略線形領域に入るようになるため、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出して、トナー残量検知の精度を高めることができる。

この場合、例えば透磁率によるトナー濃度センサでは、トナー濃度が低くなるのに応じて出力電圧が高くなるため、略線形領域における低濃度側の境界値となる上限値（最高電圧）を第２の制御電圧とすれば良い。

前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第２の発明において、トナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の変化量を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、その出力電圧の変化量が最も大きくなるときの制御電圧を、第２の制御電圧とした構成とする。

これによると、トナー補給時の出力電圧の変化量が大きくなるため、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出して、トナー残量検知の精度を高めることができる。

前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記第１〜第４の発明において、前記制御手段は、第１の制御電圧に設定した上で取得した前記トナー濃度センサの出力電圧に応じて、前記トナー補給手段によるトナー補給量を増減する構成とする。

このような構成では、トナー濃度が低い領域で高い検出精度が要求されるが、前記のように第１の制御電圧に設定する構成とすることで、トナー濃度が低い領域でも高い検出精度を確保することができるため、トナー濃度の低下状況に応じた適切なトナー補給を実現することができる。

この場合、トナー補給量の増減は、単位時間当たりのトナー補給量を一定として、トナー補給手段を動作させる補給時間の増減により行う構成とすると良い。

なお、第２の制御電圧は、前記の要領で予め決定しておくことも可能であるが、装置の使用を開始する際や、印字枚数などを基準とした適宜なタイミングで、制御手段が前記の要領の処理を実行して第２の制御電圧を決定する構成とすると良い。このようにすると、装置の個体差や現像剤中のキャリアの経年劣化による特性変化に対応することができ、トナー残量検知の精度をより一層高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置１は、電子写真方式、すなわち帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て用紙（記録媒体）Ｓに画像を形成する画像形成部２を備え、この画像形成部２には、紙収容部３に収容された用紙Ｓが逐次送り込まれ、画像形成部２にて所要の画像が形成された用紙Ｓが排紙部４に排出される。

画像形成部２は、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の各色のトナー像を形成する複数のプロセスユニット５〜８と、このプロセスユニット５〜８内の感光体ドラム５ａ〜８ａの作像面に対して露光用のレーザ光を走査するＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）９と、感光体ドラム５ａ〜８ａ上に作像された各色のトナー像が順次転写される中間転写ベルト（像担持体）１０とを有し、各色の感光体ドラム５ａ〜８ａが中間転写ベルト１０に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。

プロセスユニット５〜８内では、帯電器５ｂ〜８ｂにより均一に帯電させた感光体ドラム５ａ〜８ａの作像面に対してＬＳＵ９から露光用のレーザ光が走査されることで静電潜像が形成され、この感光体ドラム５ａ〜８ａの静電潜像が、現像装置５ｃ〜８ｃから供給される各色のトナーで現像されて各色のトナー像が感光体ドラム５ａ〜８ａの作像面に形成される。現像装置５ｃ〜８ｃにはトナーボトル（トナー収容部）１５から各色のトナーが補給される。

感光体ドラム５ａ〜８ａ上に作像された各色のトナー像は、中間転写ベルト１０上に順次転写され、さらに中間転写ベルト１０と転写ローラ１３との間に送り込まれた用紙Ｓに転写される。そして、各色のトナー像が転写された用紙Ｓが定着部１４に搬送され、ここで熱及び圧力の作用により用紙Ｓ上のトナー像を用紙Ｓに定着させる処理が行われる。

図２は、図１に示した現像装置の概略構成図である。現像装置５ｃ〜８ｃは、トナー及びキャリアを含む現像剤を用いるものであり、現像剤を担持して感光体ドラム（潜像担持体）５ａ〜８ａにトナーを供給する現像ローラ（現像剤担持体）２１と、現像剤を搬送しながら攪拌して摩擦によりトナーを帯電させる第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３と、これらを収容保持する現像槽２４とを有している。

現像ローラ２１は、現像スリーブの内部に固定磁石を備えた構成のものであり、この現像ローラ２１に所定のバイアス電圧を印可することで、感光体ドラム５ａ〜８ａと現像ローラ２１との間に所要の電位差が発生し、この電位差によりトナーに生じる静電力を利用して、感光体ドラム５ａ〜８ａの潜像部に選択的にトナーを付着させて現像が行われる。現像ローラ２１の近傍には、その外周面に形成される現像剤層を所定の層厚に規制すると共に摩擦により現像剤を帯電させるドクタブレード２５が設けられている。

現像槽２４は、第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３がそれぞれ配設される第１・第２の攪拌室２７・２８を備え、第１の攪拌室２７は、現像ローラ２１に近接配置されて現像剤を現像ローラ２１に接触させるようにしている。この第１の攪拌室２７では、経時劣化したキャリアを回収する目的で、現像ローラ２１との接触によりトナー濃度が低下した現像剤が徐々に排出されて排出現像剤容器３５に収容されるようになっている。

第２の攪拌室２８には、トナーボトル１５内のトナーがホッパー３２を介して送り込まれる。トナーボトル１５は、内周面に螺旋状のリブを設けるなどして、トナー補給モータ（トナー補給手段）３３により回転駆動されることで、内部のトナーを排出するようになっている。なお、トナーボトル１５に収容される補給トナーには、現像槽２４内のキャリア濃度が低下しないように適当な量のキャリアが混入されており、以下の説明でトナーボトル１５からトナーを補給する際にはトナーと同時にキャリアも補給される。

第２の攪拌室２８には、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ２９が設けられている。このトナー濃度センサ２９は、トナーとキャリアの比率に応じて変化する現像剤の透磁率に基づいて、トナー濃度に応じた電圧を出力する。

制御部（制御手段）４１は、トナー濃度センサ２９の出力電圧からトナー補給の要否を判断してトナー補給モータ３３による補給動作を制御するトナー濃度制御部４２と、トナー補給モータ３３を動作させてトナー補給を実施した際のトナー濃度センサ２９の出力電圧の変化量に基づいて、トナーボトル１５のトナー残量を検知するトナー残量検知部４３と、トナー濃度センサ２９に印加する制御電圧を調整する電圧制御部４４とを有している。

トナー濃度制御部４２では、トナー濃度センサ２９の出力電圧を所定の閾値と比較してトナー補給の要否を判断し、トナー濃度が低く、トナー補給が必要と判断すると、トナー補給モータ３３を作動させてトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に送り込む補給動作が行われる。トナー残量検知部４３での処理については、後に詳しく説明する。電圧制御部４４についても、後に詳しく説明するが、トナー補給の要否を判断する際には第１の制御電圧に設定し、トナーボトル１５のトナー残量を検知する際には第２の制御電圧に設定する。

図３は、図２に示した現像装置を詳しく示す模式的な平面図である。第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３は、図示しないモータ及びギアにより回転駆動され、この第１・第２の攪拌スクリュー２２・２３により、第１・第２の攪拌室２７・２８内の現像剤が互いに逆向きに搬送される。また、第１・第２の攪拌室２７・２８を仕切る仕切壁５１の両端には、両攪拌室２７・２８を連通する連通口５２・５３が形成されており、第１の攪拌室２７で現像剤を現像ローラ２１に接触させながら、両攪拌室２７・２８間で現像剤が循環搬送される。

第２の攪拌室２８の一端側には、ホッパー３２からのトナーを受け入れる補給口５４を備えた補給部５５が設けられており、補給口５４から導入されたトナーが、攪拌スクリュー２３と同軸的に設けられた搬送スクリュー５６により第２の攪拌室２８内に送り込まれ、連通口５２から第２の攪拌室２８に送り込まれた現像剤と合流した後、第２の攪拌室２８内で第２の攪拌スクリュー２３により攪拌されつつ搬送される。

第１の攪拌室２７の一端側には、現像剤を排出する排出口５８を備えた排出部５９が設けられており、第１の攪拌スクリュー２２と同軸的に設けられ排出スクリュー６０により搬送された現像剤が排出口５８から排出される。排出部５９の入口側には、第１の攪拌スクリュー２２と逆向きの螺旋状をなす排出規制スクリュー６１が第１の攪拌スクリュー２２と同軸的に設けられており、排出部５９内に送り込まれる現像剤の量を制限するようになっている。

この排出部５９の入口側周辺では、排出規制スクリュー６１により現像剤が停滞し、ここでの現像剤の嵩高さ（堆積高）に応じて排出部５９内に送り込まれて排出される現像剤の量が変化し、現像剤の嵩高さが大きくなると排出量が大きくなり、現像剤の嵩高さが小さくなると排出量が小さくなる。

トナー濃度センサ２９は、第２の攪拌室２８における連通口５２及び補給部５５の下流側の近傍位置に配置されており、補給部５５から第２の攪拌室２８に送り込まれた補給トナーと、連通口５２から第２の攪拌室２８に送り込まれた現像剤とが合流した直後で、補給トナーが現像剤中にあまり分散されない段階での現像剤のトナー濃度が検出され、これにより以下に示すように、トナー補給によるトナー濃度の変化状況からトナーボトル１５のトナー残量を検知することができる。

図４は、図２に示した制御部のトナー残量検知部で行われるトナー残量検知の要領を説明する図である。なお、トナー濃度センサ２９の出力電圧は、トナー濃度が低くなるのに応じて高くなる。

現像によるトナーの消費で現像槽２４内の現像剤のトナー濃度が低下すると、トナー濃度センサ２９の出力電圧が徐々に上昇し、この出力電圧が所定の閾値に到達してトナー補給が必要と判断されると、トナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給する補給動作が開始される。

この補給動作により現像槽２４内に補給トナーが送り込まれて、現像剤のトナー濃度が上昇するが、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでは、トナー濃度センサ２９の出力電圧は上昇を続け、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置に到達したところで、トナー濃度センサ２９の出力電圧は低下し始め、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置を通り過ぎると、トナー濃度センサ２９の出力電圧は再度上昇し始める。

そこで、トナー補給を開始した時点から、補給トナーがトナー濃度センサ２９の検出位置に到達するまでに要する時間が経過した時点までの間で、トナー濃度センサ２９の出力電圧の最大値Ｖmax及び最小値Ｖminを取得し、その変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）を所定の閾値と比較して、トナーボトル１５に十分なトナー残量があると判断することができる有意な変化が出力電圧に現れたか否かの判定を行い、変化量（Ｖ差）が閾値より小さく、有意な変化が現れない場合には、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと判断する。

図５は、図２に示したトナー濃度センサの出力特性を示す図である。トナー濃度センサー２９の出力電圧は上限値と下限値を有しており、その間に、トナー濃度と出力電圧との相関関係が概ね直線となる略線形領域と、その両側においてトナー濃度と出力電圧との相関関係が曲線となる非線形領域とを有する出力特性を示す。略線形領域では、出力電圧がトナー濃度に概ね比例して大きく変化するため、高い感度を得ることができる。一方、非線形領域では、トナー濃度に応じた出力電圧の変化が小さくなるため、感度が低い。

図６は、図２に示したトナー濃度センサに印加される第１の制御電圧の決定の要領を説明する図である。トナー濃度センサ２９は、トナー濃度に変化がなくても制御電圧に応じて出力電圧が変化し、制御電圧と出力電圧との相関関係が概ね直線となる略線形領域と、その両側において制御電圧と出力電圧との相関関係が曲線となる非線形領域とを有する特性を示す。

そこで、トナー補給の要否を判断する際に設定される第１の制御電圧は、通常のトナー濃度の変動範囲でトナー濃度センサ２９の出力電圧が略線形領域に入るように設定される。特にここでは、トナー濃度センサ２９の出力電圧が、現像によるトナーの消費とトナー補給とに応じて、トナー補給の要否の判定基準となる閾値を中心にして変化することから、トナー濃度が標準値（８％）の場合に、閾値（２Ｖ）が略線形領域の概ね中心となるように、第１の制御電圧が設定される。これにより、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保することができ、トナー濃度の変化を精度良く検出することができる。

ところが、前記のように、トナー補給、すなわちトナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給する補給動作に応じて、補給トナーを含む現像剤がトナー濃度センサ２９の検出位置を通過した際に検出される出力電圧の最小値Ｖminは、第１の制御電圧に設定された状態では、図５に示したように、略線形領域を外れて下限値の近傍の非線形領域に入る。この非線形領域では、トナー濃度に応じた出力電圧の変化が小さく、感度が低いため、出力電圧の最小値Ｖminには大きな誤差を含み、トナー補給時のトナー濃度センサ２９の出力電圧の変化量（Ｖ差）を正確に検出することができず、トナーボトル１５に十分なトナー残量があるにもかかわらず、トナー残量がないと判断する誤検知が発生し易くなる。

図７・図８・図９は、図２に示したトナー濃度センサに印加される第２の制御電圧の決定の要領を説明する図である。

ここでは、図７に示すように、トナーボトル１５のトナー残量を検知する際、すなわちトナー濃度が低いためにトナー補給が必要と判定されてトナー補給を実施した際に、トナー濃度センサ２９に印加する制御電圧を、第１の制御電圧より高い第２の制御電圧に変更する。このように制御電圧を高くすると、同一のトナー濃度でも出力電圧が高くなり、トナー濃度が標準値より高い領域が略線形領域に入るようになり、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保することができる。

特にここでは、図５に示したように、トナー補給を実施した際のトナー濃度センサ２９の出力電圧の最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが共に略線形領域に入るように第２の制御電圧が設定される。略線形領域では、トナー濃度センサ２９の出力電圧がトナー濃度に概ね比例して大きく変化することから、高い感度を得ることができるため、トナー補給時のトナー濃度センサ２９の出力電圧の変化量（Ｖ差）を精度良く検出することができる。

このようにトナー補給を実施した際のトナー濃度センサ２９の出力電圧の最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが共に略線形領域に入るように第２の制御電圧を決定すれば良いが、特に図８・図９に示す手順で第２の制御電圧を決定すると良い。

図８に示す例では、トナー濃度を標準値（８％）としたときのトナー濃度センサ２９の出力電圧を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、トナー濃度センサ２９の出力電圧と制御電圧とが概ね比例関係を示す略線形領域を特定して、その略線形領域における低濃度側の境界値となる上限値（最高電圧）を第２の制御電圧とする。この場合、トナー濃度センサ２９の制御電圧を段階的に変化させて各制御電圧ごとの出力電圧を計測し、勾配から略線形領域の境界値となる変化点を見つけるようにすれば良い。

このように第２の制御電圧を決定すると、トナー補給時のトナー濃度は標準値より高い領域で変化することから、トナー補給時のトナー濃度センサ２９の出力電圧が確実に略線形領域に入るようになるため、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出することができる。

図９に示す例では、トナー補給を実施した際のトナー濃度センサ２９の出力電圧の変化量（Ｖ差）を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、その出力電圧の変化量（Ｖ差）が最も大きくなるときの制御電圧を第２の制御電圧とする。

このように第２の制御電圧を決定すると、トナー補給時の出力電圧の変化量が大きくなるため、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出することができる。

なお、第２の制御電圧は、前記の要領で予め決定しておくことも可能であるが、装置の使用を開始する際や、印字枚数などを基準とした適宜なタイミングで、制御部４１が前記の要領の処理を実行して第２の制御電圧を決定する構成とすると良い。これにより装置の個体差や現像剤中のキャリアの経年劣化による特性変化に対応することができ、トナー残量検知の精度をより一層高めることができる。また、この他の手法に基づく実験により第２の制御電圧を求めることも可能である。

図１０・図１１は、図２に示した制御部で行われる補給時間決定の要領を説明する図である。通常は、トナー補給が行われると、図１０（Ａ）に示すように、所定の補給時間及び攪拌時間を経過した時点でのトナー濃度センサ２９の出力電圧（Ａ点）が、トナー補給の要否を判定する閾値（２Ｖ）以下となり、再度トナー補給を行う必要がないが、印字画像が高印字率の場合などはトナーの消費量が多いため、通常のトナー補給量でトナー補給が行われてもトナーが不足した状態が改善されない場合があり、この場合、図１０（Ｂ）に示すように、トナー濃度センサ２９の出力電圧（Ａ点）が、閾値（２Ｖ）以下にならない。

このように通常のトナー補給でトナー不足状態が改善されない場合には、再度トナー補給を行うが、このとき通常よりトナー補給量を多くしてトナー補給を行い、特にトナーの低下状況に応じてトナー補給量を増減する制御が行われる。すなわち、図１１に示すように、トナー濃度センサ２９の出力電圧が高くなるのに応じてトナー補給量を増大する制御が行われる。特にここでは、単位時間当たりのトナー補給量を一定として、トナー補給量の増減を、トナー補給モータ３３を動作させる補給時間の増減により行う。

なお、図１０（Ａ）に示したように、トナー濃度センサ２９の出力電圧が一旦、閾値以下となってトナー不足状態が改善された後に、トナー濃度センサ２９の出力電圧が閾値を超えた場合には、通常のトナー補給、すなわちトナー補給量を標準値（ｔ１）としてトナー補給が行われる。

このようにトナー濃度センサ２９の出力電圧に応じてトナー補給量を増減する制御を行う場合、トナー濃度が低い領域で高い検出精度が要求されるが、前記のように第１の制御電圧に設定した上でトナー濃度センサ２９の出力電圧を取得するようにすると、トナー濃度が低い領域でも高い検出精度を確保することができるため、トナー濃度の低下状況に応じた適切なトナー補給を実現することができる。

図１２は、図２に示した制御部での処理の手順を示すフロー図である。まず、トナー濃度センサ２９の制御電圧が第１の制御電圧に設定されて（ＳＴ１０１）、トナー濃度の測定、すなわちトナー濃度センサ２９の出力電圧を取得する処理が行われる（ＳＴ１０２）。そしてトナー補給の要否判定、すなわちトナー濃度センサ２９の出力電圧が所定の閾値（ここでは２Ｖ）より大か否かの判定が行われる（ＳＴ１０３）。

このトナー補給の要否判定（ＳＴ１０３）で、出力電圧が閾値より大となり、トナー濃度が低いためにトナー補給が必要であるものと判定されると、次にトナー濃度の異常判定、すなわちトナー濃度センサ２９の出力電圧が所定の閾値（ここでは２．８Ｖ）より大か否かの判定が行われ（ＳＴ１０４）、ここで出力電圧が閾値より大となり、トナー濃度が異常に低いものと判定されると、トナーがないために装置を停止する旨を示すトナーなしエラーを、コントロールパネルの表示装置に表示する処理が行われ（ＳＴ１０５）、装置が停止される。

一方、トナー濃度の異常判定（ＳＴ１０４）で、出力電圧が閾値より小となり、トナー濃度が異常でないものと判定されると（ＳＴ１０４でＮｏ）、トナー補給の実施が決定され（ＳＴ１０６）、図１１に示したように、トナー濃度センサ２９の出力電圧に応じたトナー補給時間、すなわちトナー補給モータ３３によりトナーボトル１５を回転駆動してトナーボトル１５内のトナーを現像槽２４に補給する補給動作の継続時間が決定される。そして、トナー濃度センサ２９の制御電圧が第２の制御電圧に変更設定されて（ＳＴ１０７）、トナー補給が実施される（ＳＴ１０８）。

次に、トナー濃度センサ２９の出力電圧の最大値Ｖmax及び最小値Ｖminを取得して、出力電圧の変化量（Ｖ差＝Ｖmax−Ｖmin）を算出する処理が行われ（ＳＴ１０９）、トナー濃度センサ２９の制御電圧が第１の制御電圧に戻される（ＳＴ１１０）。ついでその変化量（Ｖ差）が所定の閾値（ここでは０．２Ｖ）より大か否か、すなわち出力電圧に有意な変化が現れたか否かの有意性判定が行われる（ＳＴ１１１）。ここで、変化量（Ｖ差）が閾値より大で、出力電圧に有意な変化が現れていれば（ＳＴ１１１でＹｅｓ）、トナーボトル１５に十分なトナー残量があるものと判断して、トナーなしカウンタのカウント値ａが初期化され（ＳＴ１１２）、トナー濃度監視（ＳＴ１０２・１０３）に戻る。

一方、出力電圧の変化量（Ｖ差）の有意性判定（ＳＴ１１１）で、変化量（Ｖ差）が閾値より小で、出力電圧に有意な変化が現れていないものと判定されると（ＳＴ１１１でＮｏ）、トナーなしカウンタのカウント値ａが１増分され（ＳＴ１１３）、ついでそのカウント値ａが所定の上限値（ここでは１０）以上か否かの判定が行われ（ＳＴ１１４）、カウント値ａが上限値以上でなければ、トナー濃度監視（ＳＴ１０２・１０３）に戻り、トナー濃度が低い場合には前記の処理が繰り返される。

そして、トナーなしカウンタのカウント値ａが上限値以上である（ＳＴ１１４でＹｅｓ）、すなわち所定回数（ここでは１０回）連続して出力電圧に有意な変化が現れない場合には、トナーボトル１５に十分なトナー残量がないものと判断して、トナーボトル１５の入れ替えの作業を促すトナーなし警告を、コントロールパネルの表示装置に表示する処理が行われる（ＳＴ１１５）。

以上のように、トナー補給の要否を判断する際には、第１の制御電圧に設定することで、トナー濃度を精度良く検出することができ、一方、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、第２の制御電圧に設定することで、トナー補給時のトナー濃度の変化量を精度良く検出することができ、これによりトナー残量検知の精度を高めて、トナー容器に十分なトナー残量があるにもかかわらずトナー残量がないと判断する誤検知を防止することができる。

本発明にかかる現像装置及びこれを備えた画像形成装置は、トナー補給を実施した際のトナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいてトナー収容部のトナー残量を検知するトナー残量検知の精度を高めて誤検知を防止することができる効果を有し、トナーとキャリアからなる現像剤のトナー濃度を一定に保つトナー濃度制御のために設けられたトナー濃度センサを用いてトナー収容部のトナー残量を検知するようにした現像装置及びこれを備えた画像形成装置などとして有用である。

本発明が適用される画像形成装置の概略構成図 図１に示した現像装置の概略構成図 図２に示した現像装置を詳しく示す模式的な平面図 図２に示した制御部のトナー残量検知部で行われるトナー残量検知の要領を説明する図 図２に示したトナー濃度センサの出力特性を示す図 図２に示したトナー濃度センサに印加される第１の制御電圧の決定の要領を説明する図 図２に示したトナー濃度センサに印加される第２の制御電圧の決定の要領を説明する図 図２に示したトナー濃度センサに印加される第２の制御電圧の決定の要領を説明する図 図２に示したトナー濃度センサに印加される第２の制御電圧の決定の要領を説明する図 図２に示した制御部で行われる補給時間決定の要領を説明する図 図２に示した制御部で行われる補給時間決定の要領を説明する図 図２に示した制御部での処理の手順を示すフロー図

１ 画像形成装置
２ 画像形成部
５〜８ プロセスユニット
５ａ〜８ａ 感光体ドラム
５ｃ〜８ｃ 現像装置
１５ トナーボトル（トナー収容部）
２４ 現像槽
２７・２８ 攪拌室
２９ トナー濃度センサ
３３ トナー補給モータ（トナー補給手段）
４１ 制御部（制御手段）
４２ トナー濃度制御部
４３ トナー残量検知部
４４ 電圧制御部

Claims (6)

1. トナー及びキャリアを含む現像剤を攪拌する攪拌室を備えた現像槽と、前記攪拌室内の現像剤のトナー濃度に応じた電圧を出力するトナー濃度センサと、トナー収容部内のトナーを前記現像槽に送り込む補給動作を行わせるトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力電圧からトナー補給の要否を判断して前記トナー補給手段による補給動作を制御すると共に、前記トナー補給手段を動作させてトナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の変化量に基づいて前記トナー収容部のトナー残量を検知する制御手段とを有し、
   前記制御手段が、前記トナー濃度センサに印加する制御電圧を、トナー補給の要否を判断する際には、トナー濃度が標準値より高い領域と低い領域との双方で適切な感度を確保可能な第１の制御電圧に設定し、トナー収容部のトナー残量を検知する際には、トナー濃度が標準値より高い領域で良好な感度を確保可能な第２の制御電圧に設定するようにしたことを特徴とする現像装置。
2. トナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の最大値と最小値とが共に、前記トナー濃度センサの出力電圧とトナー濃度とが概ね比例関係を示す略線形領域に入るように第２の制御電圧が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. トナー濃度を標準値としたときの前記トナー濃度センサの出力電圧を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、前記トナー濃度センサの出力電圧と制御電圧とが概ね比例関係を示す略線形領域を特定して、その略線形領域における低濃度側の境界値を、第２の制御電圧としたことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. トナー補給を実施した際の前記トナー濃度センサの出力電圧の変化量を、複数の異なる制御電圧ごとに取得し、その出力電圧の変化量が最も大きくなるときの制御電圧を、第２の制御電圧としたことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 前記制御手段は、第１の制御電圧に設定した上で取得した前記トナー濃度センサの出力電圧に応じて、前記トナー補給手段によるトナー補給量を増減することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。

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