JP2012013786A - トナーカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーカートリッジにおける現像剤残量をより正確に検出することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーカートリッジ131Yが着脱可能な画像形成装置であって、トナーカートリッジ131Yは、有底筒状をした長尺体で、長手方向の一方の端部近傍に排出口1311Yを有し、内部の充填空間に、排出口1311Yに近い側から順に第１、第２仕切り部材1313Y、1314Yが長尺体内壁に沿って滑動自在に設けられ、排出口1311Yが存在する側の端部から第１仕切り部材1313Yまでの空間に、現像剤1315Yaが充填され、両仕切り部材の間に特性の異なる現像剤1315Ybが充填され、本体へのトナー補給のために両仕切り部材を排出口1311Yに向かって移動させ、前記特性を監視することにより、何れの現像剤が排出されているかを監視し、監視結果に基づいてトナーカートリッジ131Yにおける充填剤の残量を推定し、通知する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置に関し、特にトナーカートリッジを装着して現像剤の補給を行う画像形成装置において、トナーカートリッジ内の現像剤の残量を推定し、当該残量を通知する技術に関する。

プリンタ、複写機等の画像形成装置では、一般的にトナーカートリッジから現像剤が補給され、補給された現像剤を用いて記録シート上に画像が形成される。このような画像形成装置においては、画像形成処理の進行と共に、トナーカートリッジ内の現像剤が消費されてゆくため、やがてトナーカートリッジ内の現像剤がなくなり、トナーカートリッジを交換する必要がある。

この交換時期に相当する現像剤の残量を検知するため、上記のような画像形成装置には、当該残量を検出する検出手段が設けられている。検出手段としては、例えば、特許文献１には、発光、受光センサ、及びセンサの光路を確保するための窓をトナーカートリッジに設け、発光、受光の両センサをトナーカートリッジの周囲に設けて、受光したセンサの光遮蔽量から当該残量を検出する光検出手段が開示されている。又、特許文献２には、別の検出手段として、トナーカートリッジに接続されている現像剤補給モータの総回転量から当該残量を推測して検出する手段が開示されている。

これにより、トナーカートリッジ内の現像剤の残量が少なくなり、トナーカートリッジの交換時期が到来すると、そのことが検出され、操作パネルの表示等により、その旨がユーザに通知されるので、ユーザは、トナーカートリッジの現像剤がなくなる前に、トナーカートリッジを新しいものと交換し、画像形成処理に支障が生じないようにすることができる。

特開２００１−１００５９８号公報 特開２００８−２５７０７４号公報

しかしながら、光検出手段により、現像剤の残量を検出する場合には、現像剤のトナーの色が異なることにより、光の透過率が異なるため、色によって現像剤残量の検出値に誤差が生じてしまい、その分、検出精度が悪くなってしまうという問題生じる。
又、現像剤補給モータの総回転量から当該残量を推測する場合には、現像剤補給モータの回転とその回転によってトナーカートリッジから排出される現像剤の量との関係は一定ではなく、回転数に対する現像剤の補給量にばらつきがあるため、推測値と実際の現像剤の残量との間に誤差が生じる場合がある。

本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、トナーカートリッジにおける現像剤残量をより正確に検出することが可能な画像形成装置及び当該画像形成装置に装着するトナーカートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る画像形成装置は、トナーカートリッジが着脱可能な画像形成装置であって、前記トナーカートリッジは、有底筒状をした長尺体であり、長手方向の一方の端部近傍に充填剤の排出口を有し、内部の現像剤充填空間に、排出口に近い側から順に第１、第２の仕切り部材が長尺体内壁に沿って滑動自在に設けられ、排出口が存在する側の長尺体の端部から第１の仕切り部材までの空間に、補充用現像剤が充填され、第１の仕切り部材と第２の仕切り部材の間に前記現像剤とは特性の異なる粉粒体が充填された構成であり、前記トナーカートリッジが前記画像形成装置の本体に装着されているときに、本体への充填剤の補給のために前記２つの仕切り部材を前記排出口に向かって移動させる移動駆動手段と、前記特性を監視することにより、前記排出口から前記補充用現像剤が排出されているか、前記粉粒体が排出されているかを監視する監視手段と、監視結果に基づいて前記トナーカートリッジにおける充填剤の残量を推定する推定手段と、推定した前記残量を通知する通知手段と、を備える。

前記特性はトナー濃度であり、前記粉粒体は、現像剤であることとすることができる。さらに、前記第１及び第２仕切り部材は、内周面がねじ切り加工された貫通孔を有する板状の部材であり、前記トナーカートリッジは、外周面全体がねじ切り加工され、前記排出口が存在する側の端部から前記長手方向他端を貫通するように伸び、前記第１及び第２仕切り部材の各貫通孔を貫通して当該貫通孔の内周面と螺合する長尺の回転軸部材を有し、前記移動駆動手段は、前記回転軸部材を回動させて前記２つの仕切り部材を前記排出口に向かって移動させることとすることができる。

又、本発明の一形態に係るトナーカートリッジは、画像形成装置に着脱可能なトナーカートリッジであって、有底筒状をした長尺体であり、長手方向の一方の端部近傍に充填剤の排出口を有し、内部の現像剤充填空間に、排出口に近い側から順に第１、第２の仕切り部材が長尺体内壁に沿って滑動自在に設けられ、排出口が存在する側の長尺体の端部から第１の仕切り部材までの空間に、補充用現像剤が充填され、第１の仕切り部材と第２の仕切り部材の間に前記現像剤とは特性の異なる粉粒体が充填された構成とすることができる。

さらに、前記第１及び第２仕切り部材は、内周面がねじ切り加工された貫通孔を有する板状の部材であり、前記トナーカートリッジは、外周面全体がねじ切り加工され、前記排出口が存在する側の端部から前記長手方向他端を貫通するように伸び、前記第１及び第２仕切り部材の各貫通孔を貫通して当該貫通孔の内周面と螺合する長尺の回転軸部材を有することとすることができる。

上記構成を備えることにより、特性が異なる補充用現像剤と粉粒体の２つの充填剤が仕切り部材で仕切られた状態で充填されているトナーカートリッジから、仕切り部材を排出口に向かって移動させることにより、両充填剤が混合しないように仕切られた状態で順次排出されるので、トナーカートリッジに残存している充填剤の残量を、その特性変化を目印にして正確に検出することができる。

ここで、前記粉粒体の排出が開始された場合に、その後、前記排出口から排出される前記粉粒体の累積量を算出する算出手段と、画像形成処理の実行を制御する画像形成制御手段と、を備え、前記累積量が前記粉粒体の初期充填量に達した場合に、前記推定手段は、前記トナーカートリッジが空になったと推定し、前記画像形成制御手段は、画像形成処理の実行を抑止することとしてもよい。

これにより、トナーカートリッジが空になった場合には、そのことが検出されて、その後、画像形成処理の実行が抑止されるので、現像剤不足の状態で画像形成動作が実行され、トナー不足により記録シート上に画質が劣化した画像が形成されるのを有効に防止することができる。
ここで、前記補充用現像剤のトナー濃度は、前記粉粒体のトナー濃度よりも低く、前記推定手段は、監視しているトナー濃度が、前記粉粒体のトナー濃度まで上昇した後、再び前記補充用現像剤のトナー濃度まで下降した場合に、前記トナーカートリッジが新しいトナーカートリッジに交換されたと推定することとしてもよい。

これにより、現像剤のトナー濃度変化により、トナーカートリッジが交換されたことを簡易に検出することができる。

プリンタ１の構成を示す図である。 トナーカートリッジ、サブホッパ、現像器の構成を示す斜視図である。 トナーカートリッジ１３１Ｙの長手方向の断面図を示す図である。 第一仕切り部材１３１３Ｙの幅方向の断面図及びその変形例を示す図である。 サブホッパー１３２Ｙの詳細な構成を示す図である。 制御部４００の構成と制御部４００の制御対象となる主構成要素との関係を示す図である。 制御部４００が行うトナーエンプティ検出処理の動作を示すフローチャートである。

(実施の形態)
以下、本発明に係る一形態の画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）に適用した場合を例にして説明する。
［１］プリンタの構成
先ず、本実施の形態に係るプリンタ１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るプリンタ１の構成を示す図である。プリンタ１は、トナー及びキャリアの二成分の現像剤を用いた二成分現像方式のプリンタであり、同図に示すように、画像プロセス部１００、給紙部２００、定着装置３００、制御部４００、操作パネル５００等を備えている。

二成分現像方式は、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させるため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、トナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。キャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリアが汚れることも少ない。
しかしながら、キャリアが長期間使用されることにより、キャリアの帯電能力が次第に低下してゆくため、プリンタ１では、新しい現像剤が少しずつ現像器内に補給されると、帯電能力が低下したキャリアを排出するために現像器内の現像剤が現像器から排出される方式の現像器、いわゆるトリクル方式の現像器が用いられている。

これにより、帯電能力の劣化したキャリアが、劣化の無い新しいキャリアに置換されるので、現像器内のキャリアの帯電能力の低下を抑制することができる。
プリンタ１は、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続され、外部の端末装置（不図示）や操作パネル５００から印刷指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色のトナー像を形成し、これらを記録シートへ多重転写してフルカラーの画像を形成することにより、記録シートへの印刷処理を実行する。以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂと表し、各再現色に関連する構成要素の番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂを添字として付加する。

画像プロセス部１００は、作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂ、露光部２０、中間転写ベルト３０、二次転写ローラ６０などを有している。作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの構成は、いずれも同様の構成であるため、以下、主として作像部１０Ｙの構成について説明する。
作像部１０Ｙは、感光体ドラム１１Ｙと、その周囲に配設された帯電器１２Ｙ、トリクル方式の現像器１３Ｙ、一次転写ローラ１４Ｙ、および感光体ドラム１１Ｙを清掃するためのクリーナ１５Ｙなどを有しており、感光体ドラム１１Ｙ上にＹ色のトナー像を作像する。現像器１３Ｙ内には、現像ローラ１３Ｙａ、トナー濃度センサー１３Ｙｂ等が配置され、さらに、現像剤を排出するための図示しない排出口が設けられている。現像ローラ１３Ｙａは、帯電トナーを感光体ドラム１１Ｙに送り出すローラである。トナー濃度センサ１３Ｙｂは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤の透磁率を計測することにより、現像剤のトナー濃度を検出する透磁率センサである。

現像器１３Ｙは、感光体ドラム１１Ｙに対向し、感光体ドラム１１Ｙに帯電トナーを搬送する。中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、駆動ローラ４０と従動ローラ５０に張架されて矢印Ｃ方向に周回駆動される。又、従動ローラ５０の下方には、中間転写ベルト上に残留するトナーを除去するためのクリーナ７０が配置されている。
各作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの各現像器（図１では、作像部１０Ｙに対応する現像器のみ符号１３Ｙを付し、他の現像器については、符号を省略している。）に連結し、各現像器に現像剤を補給する補給機構として、トナーカートリッジ１３１Ｙ、１３１Ｍ、１３１Ｃ、１３１Ｂ及びサブホッパ１３２Ｙ、１３２Ｍ、１３２Ｃ、１３２Ｂが各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの上方位置に配されている。以下、上記補給機構のことを「現像剤補給機構」と呼ぶこととする。

トナーカートリッジ１３１Ｙ、１３１Ｍ、１３１Ｃ、１３１Ｂは、プリンタ１の前面に設けられた図示しない専用ドアを開けることにより外部に取り出したり、外部から新たなカートリッジを装填したりすることが出来る。
図２は、トナーカートリッジ、サブホッパ、現像器の構成を示す斜視図である。実際には、これらの構成は作像ユニットの数だけ存在するが、ここでは、代表的に黄色（Ｙ）のものだけ示す。他の色の構成もトナー色が異なる以外は基本的に同一構成である。

トナーカートリッジ１３１Ｙは、同図に示すように長尺で有底の円筒状の形状をしており、内部に現像剤を充填する空間を有しており、サブホッパー１３２Ｙと連結されている側の端部近傍に充填された現像剤をサブホッパー１３２Ｙに補給するための排出口１３１１Ｙが形成されている。トナーカートリッジ１３１Ｙの内部には、長手方向の一端（サブホッパー１３２Ｙと連結されている側の一端）から他端を貫通して延伸する回転軸部材１３１２Ｙが設けられ、当該回転軸部材１３１２Ｙは、ステッピングモータ１３１７Ｙにより回転駆動される。

図３（ａ）は、トナーカートリッジ１３１Ｙの長手方向の断面図を示す。同図に示すように、トナーカートリッジ１３１Ｙの内部空間は、中央部に貫通孔を有する第一仕切り部材１３１３Ｙによって２つの区画に分割されている。さらに、排出口１３１１Ｙが設けられた側と反対側の端部には、第一仕切り部材１３１３Ｙと共にトナーカートリッジ１３１Ｙ内を排出口１３１１Ｙに向かって移動することにより、内部空間内に充填される現像剤を排出口１３１１Ｙへと導く第二仕切り部材１３１４Ｙが配置されている。第二仕切り部材１３１４Ｙは、第一仕切り部材１３１３Ｙと同一の構造を有する。図４（ａ）は、第一仕切り部材１３１３Ｙの幅方向の断面図である。同図に示すように、第一仕切り部材１３１３Ｙの貫通孔の内周面の全周には、ねじ切り加工されたねじ切り部１３１３Ｙａが形成されている。

又、第一仕切り部材１３１３Ｙの外周面には、トナーカートリッジ１３１Ｙの内周壁との間に適度の摩擦が生じるように、多数本の毛を植毛したブラシ部１３１３Ｙｂが形成されている。これにより、第一仕切り部材１３１３Ｙが、回転軸部材１３１２Ｙとともに回転しないように調整することができる。第二仕切り部材１３１４Ｙについても同様に調整することができる。

ブラシ部１３１３Ｙｂの毛の材質としては、６ナイロン、１２ナイロン、ポリエステル、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、アクリル、レーヨン、ポリプロピレン等を用いることができる。
なお、第一仕切り部材１３１３Ｙにブラシ部１３１３Ｙｂを形成する代わりに、図４（ｂ）に示すように、断面が略Ｔ字形状の突起部１３１３Ｙｃを形成し、当該突起部１３１３Ｙｃを、図４（ｃ）に示すように、トナーカートリッジ１３１Ｙの内壁に形成した、断面が略Ｃ字形状で開口部が幅狭に構成されたレール溝１３１６Ｙに摺嵌して、第一仕切り部材１３１３Ｙが、回転軸部材１３１２Ｙとともに回転しないように調整することとしてもよい。第二仕切り部材１３１４Ｙについても同様に調整することができる
図３（ａ）の説明に戻って、第一仕切り部材１３１３Ｙにより分割された各区画には、それぞれ、異なるトナー濃度の現像剤１３１５Ｙａ、１３１５Ｙｂが充填されている。具体的には、排出口１３１１Ｙが形成された側の区画に充填されている現像剤１３１５Ｙａのトナー濃度が、もう一方の区画に充填されている現像剤１３１５Ｙｂのトナー濃度よりも低くなるように各現像剤が構成されている。本実施の形態では、現像剤１３１５Ｙａを、トナーとキャリアからなる二成分現像剤とし、現像剤１３１５Ｙｂを、当該キャリアを除去したトナーのみからなる一成分の現像剤とする。

トナーカートリッジ１３１Ｙの内部空間を分割する割合は、ユーザに対し、現像剤残量がどのくらい減少した時点で、プリンタ１に警告表示させるかによって決定され、製造者が予め当該割合を決定する。例えば、現像剤残量が、未使用状態のときの総現像剤量の１０％の残量になったときに警告表示をさせる場合には、現像剤１３１５Ｙａと現像剤１３１５Ｙｂの容量比が９：１となるように、トナーカートリッジ１３１Ｙの内部空間の区画が仕切られ、各区画に、対応する現像剤が製造者によって充填される。

各区画への現像剤の充填は、例えば、トナーカートリッジ１３１Ｙの両端部近傍の、各区画に対応する位置にそれぞれ現像剤を充填するための充填口を設け、トナーカートリッジの排出口１３１１Ｙを閉じ、第一仕切り部材１３１３Ｙと第二仕切り部材１３１４Ｙを現像剤未充填の状態で図３（ａ）に示すように、初期位置に配置した状態で、排出口１３１１Ｙがある端部側の充填口から現像剤１３１５Ｙａを、もう一方の端部側の充填口から現像剤１３１５Ｙｂを充填することにより行うことができる。このとき、両仕切り部材が長手方向に動かないようにするため、回転軸部材１３１２Ｙを、回転しないように固定しておく。なお、充填後、各充填口は、現像剤が外部に漏れ出さないようにキャップ等により封止される。

トナーカートリッジ内における第一及び第二仕切り部材の上記初期位置への配置は、例えば、トナーカートリッジの容器の一端部に回転可能に回転軸部材１３１２Ｙを取り付けた後、回転軸部材１３１２Ｙの他端部から第一及び第二仕切り部材１３１３Ｙ、１３１４Ｙを、その貫通孔を介して挿入し、回転軸部材１３１２Ｙを回転させながら、第一及び第二仕切り部材１３１３Ｙ、１３１４Ｙをそれぞれ上記初期位置まで移動させることにより行うことができる。又、容器の他端部は、例えば、中央部に回転軸部材１３１２Ｙを回転可能に貫通させる貫通孔を設けたキャップ部材等で閉じることができる。

回転軸部材１３１２Ｙは、外周面全体が、ねじ切り加工されており、第一及び第二仕切り部材１３１３Ｙ、１３１４Ｙの各ねじ切り部と螺合するように構成されている。そして、回転軸部材１３１２Ｙがステッピングモータ１３１７Ｙにより回動されることにより、ねじ切り部において回転軸部材１３１２Ｙと螺合している第一及び第二仕切り部剤１３１３Ｙ、１３１４Ｙが、それぞれ、ねじ送り作用によってトナーカートリッジ１３１Ｙの内周壁に沿いながら排出口１３１１Ｙに向かって移動する。

図３（ｂ）、図３（ｃ）は、第一及び第二仕切り部剤１３１３Ｙ、１３１４Ｙが、排出口１３１１Ｙに向かって移動する様子を示す図である。
これにより、異なる区画の現像剤が、混合されないように、区画順に互いに異なるトナー濃度の現像剤をサブホッパー１３２Ｙに排出させることができるので、排出口１３１１Ｙから排出されるトナー濃度の変化を監視することにより、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤１３１５ａが全て消費されたか否かを判定することができる。その結果、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤の残量が、警告表示すべき残量になったことを検出することができる。

次にサブホッパー１３２Ｙの構成について説明する。図５は、サブホッパー１３２Ｙの詳細な構成を示す図である。サブホッパー１３２Ｙは、その内部に掻き揚げパドル１３２１Ｙ、トナー濃度センサ１３２２Ｙ、スパイラルローラ１３２３Ｙ等を有し、その外壁には図示しないステッピングモータが設けられ、当該ステッピングモータは、スパイラルローラ１３２３Ｙと連結されている。

スパイラルローラ１３２３Ｙの本体の一部に掻き揚げパドル１３２１Ｙは、固定されており、上記のステッピングモータにより、スパイラルローラ１３２３Ｙと掻き揚げパドル１３２１Ｙが回転駆動される。これにより、トナーカートリッジ１３１Ｙより排出された、サブホッパー１３２Ｙ内の現像剤が、その下部に設けられた出口から適量ずつ現像器１３Ｙへ繰り出される。

トナー濃度センサ１３２２Ｙは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤の透磁率を計測することにより、現像剤のトナー濃度を検出する透磁率センサである。トナー濃度センサ１３２２Ｙにより、排出口１３１１Ｙから排出される現像剤のトナー濃度の変化を検出することができ、その結果、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤の残量が、警告表示すべき残量になったことを検出することができる。

図１の説明に戻って、露光部２０は、内部にＹ〜Ｂ色の画像形成のための四個のレーザダイオード、ポリゴンミラー、及び走査レンズ等を備えるプリントヘッド２１、Ｙ〜Ｂ色の画像形成のための４個の反射ミラー２２等を備え、制御部４００からの駆動信号によりＹ〜Ｂ色の画像形成のためのレーザ光を発し、作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各感光体ドラムを露光走査する。この露光走査により、帯電器１２Ｙにより帯電された感光体ドラム１１Ｙ上に静電潜像が形成される。作像部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの各感光体ドラム上にも同様にして静電潜像が形成される。

各感光体ドラム上に形成された静電潜像は、作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの各現像器により現像されて各感光体ドラム上に対応する色のトナー像が形成される。形成されたトナー像は、作像部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの各一次転写ローラ（図１では、作像部１０Ｙに対応する一次転写ローラのみ符号１４Ｙを付し、他の一次転写ローラについては、符号を省略している。）により、中間転写ベルト３０上の同じ位置で重ね合わされるように、中間転写ベルト３０上にタイミングをずらして順次一次転写された後、二次転写ローラ６０による静電力の作用により中間転写ベルト３０上のトナー像が一括して記録シート上に二次転写される。

トナー像が二次転写された記録シートは、さらに定着装置３００に搬送され、記録シート上のトナー像（未定着画像）が、定着装置３００において加熱及び加圧されて記録シートに熱定着された後、排出ローラ８０により排紙トレイ６００に排出される。
給紙部２００は、記録シート（図１の符号Ｓで表す）を収容する給紙カセット２０１と、給紙カセット２０１内の記録シートを搬送路２０２上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ２０３と、繰り出された記録シートを二次転写位置６１に送り出すタイミングをとって記録シートを搬送するタイミングローラ対２０４などを備えている。

給紙カセット２０１は、１つに限定されず、複数であってもよい。記録シートとしては、大きさや厚さの異なる用紙（普通紙、厚紙）やＯＨＰシートなどのフィルムシートを利用できる。給紙カセットが複数ある場合には、大きさ又は厚さ又は材質の異なる記録シートを複数の給紙カセットに収納することとしてもよい。
タイミングローラ対２０４は、同じ位置に重ね合わされるように中間転写ベルト３０上に一次転写されたトナー像が二次転写位置６１に搬送されるタイミングに合わせて記録シートをニ次転写位置６１に搬送し、中間転写ベルト３０に当接させる。そして、ニ次転写ローラ６０により中間転写ベルト３０上のトナー像が一括して記録シート上に二次転写される。

繰り出しローラ２０３、タイミングローラ対２０４等の各ローラは、搬送モータ（不図示）を動力源とし、歯車ギヤやベルトなどの動力伝達機構（不図示）を介して回転駆動される。この搬送モータとしては、例えば、高精度の回転速度の制御が可能なステッピングモータが使用される。
定着装置３００は、定着ローラと加圧ローラを有し、両ローラ間に形成される定着ニップ部に、トナー像が二次転写された記録シートを挿入して記録シートを加圧状態で加熱して、当該トナー像を記録シートに熱定着させる。定着ローラには、ハロゲンヒータ等の発熱体が内包され、この発熱体のオン・オフを制御部４００により、制御することで、定着装置３００の温度制御が行われる。なお、定着装置の加熱方式は、上記のような熱ローラ方式に限定されず、例えば、電磁誘導加熱方式であってもよいし、抵抗発熱体による加熱方式であってもよい。

又、定着ローラは、駆動モータ等の駆動力により回転し、定着ローラの回転に伴って加圧ローラが従動回転する。この回転の制御は、制御部４００により行われる。操作パネル５００は、複数の入力キーと液晶表示部を備え、液晶表示部の表面にはタッチパネルが積層されている。タッチパネルからのタッチ入力又は入力キーからのキー入力により、ユーザからの指示を受取り、制御部４００に通知する。

［３］制御部の構成
図６は、制御部４００の構成と制御部４００の制御対象となる主構成要素との関係を示す図である。制御部４００は、所謂コンピュータであって、同図に示されるように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０１、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）部４０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０４、画像データ記憶部４０５、累積現像剤補給量カウンタ４０６Ｙ、４０６Ｍ、４０６Ｃ、４０６Ｂなどを備える。

通信Ｉ／Ｆ部４０２は、ＬＡＮカード、ＬＡＮボードといったＬＡＮに接続するためのインターフェースである。ＲＯＭ６０３には、画像プロセス部１００、給紙部２００、定着装置３００、操作パネル５００を制御するためのプログラム、後述するトナーエンプティ検出処理を実行するためのプログラムなどが格納されている。
ＲＡＭ４０４は、ＣＰＵ４０１のプログラム実行時のワークエリアとして用いられる。
画像データ記憶部４０５は、通信Ｉ／Ｆ部４０２や図示しない画像読取部を介して入力された、印刷用の画像データを記憶している。

累積現像剤補給量カウンタ４０６Ｙ〜４０６Ｂは、それぞれ、対応する色のトナーカートリッジの回転軸部材を回動させるステッピングモータ（ステッピングモータ１３１７Ｙ、１３１７Ｍ、１３１７Ｃ、１３１７Ｂ）のパルス数をカウントする。ＣＰＵ４０１は、カウントされた累積パルス数に基づいて、対応するトナーカートリッジからの現像剤の累積排出量（サブホッパーへ補給される累積現像剤量）を算出する。

具体的には、累積パルス数と現像剤の排出量との対応関係を示すテーブルを予めＲＯＭに記憶させておき、ＣＰＵ４０１は、当該テーブルを参照することにより、累積排出量を算出する。
又、ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ６０３に格納されている各種プログラムを実行することにより、画像プロセス部１００、給紙部２００、定着装置３００、操作パネル５００、各色用のサブホッパー内に設けられたトナー濃度センサ１３２２Ｙ、１３２２Ｍ、１３２２Ｃ、１３２２Ｂ、及びステッピングモータ１３１７Ｙ〜１３１７Ｂを制御する。さらに、ＣＰＵ４０１は、それぞれ後述する、現像剤補給機構の制御とトナーエンプティ検出処理を行う。

［４］現像剤補給機構の制御
現像剤補給機構の制御には大きく分けてトナーカートリッジ１３１Ｙ、１３１Ｍ、１３１Ｃ、１３１Ｂから対応するサブホッパ１３２Ｙ、１３２Ｍ、１３２Ｃ、１３２Ｂへのトナー補給制御と、サブホッパ１３２Ｙ、１３２Ｍ、１３２Ｃ、１３２Ｂから対応する現像器内への現像剤の補給制御がある。ここでは、代表的に黄色（Ｙ）のものだけ示す。他の色に関する現像剤補給機構の制御もトナー色が異なる以外は基本的に同一制御である。

前者の制御では、サブホッパ１３２Ｙ内の図示しないサブホッパ残量センサの出力に基づいて、トナーカートリッジ１３１Ｙからサブホッパ１３２Ｙ内に現像剤が補給される。サブホッパ残量センサは、ピエゾセンサで、現像剤から圧力を受けなくなることを検出することにより、サブホッパ１３２Ｙ内の現像剤がエンプティになったことを検出する。
ここでは、２００ｍｓの周期で、サブホッパ残量センサから制御部６０へ検出結果が出力され、制御部４００は、エンプティが検出されると、ステッピングモータ１３１７Ｙを回転駆動させて、トナーカートリッジ１３１Ｙからサブホッパー１３２Ｙ内に現像剤を補給させる。

後者の制御は、補給量決定制御と補給制御とからなる。補給量決定制御では、制御部４００は、現像ローラ１３Ｙａが回転中に、現像器１３Ｙ内のトナー濃度センサ１３Ｙｂよりトナー濃度の検出結果を取得し、検出されたトナー濃度と予め定められた目標トナー濃度との差分に応じて現像剤の補給量を決定する。なお、差分と現像剤補給量の関係は、予め実験により求められ、両者の対応関係を示すテーブルが、ＲＯＭ４０３に記憶されているものとする。そして、制御部４００は、ＲＯＭ４０３から当該テーブルを読出して、現像剤の補給量を決定するものとする。

補給制御では、制御部４００は、補給量決定制御により決定した補給量を補給するのに必要な時間だけ、サブホッパー１３２Ｙ内のスパイラルローラ１３２３Ｙと連結されているステッピングモータを駆動させ、現像器１３Ｙ内に現像剤を補給する。
又、補給制御には、プリントジョブ実行中に行われる通常トナー補給制御と、プリントジョブを中断して行われる強制トナー補給制御とがある。通常トナー補給制御では、補給可能な最大時間はプリントのための現像器駆動時間であり、プリント中は律速されるので、プリント中に目標のトナー濃度に達することができない場合があるのに対して、強制トナー補給制御では、トナー濃度が目標のトナー濃度になるまで現像剤補給機構（トナーカートリッジ１３１Ｙ、サブホッパー１３２Ｙ）と現像器１３Ｙとを駆動させる。

［５］トナーエンプティ検出処理の動作
図７は、制御部４００が行うトナーエンプティ検出処理の動作を示すフローチャートである。トナーエンプティ検出処理の動作は、Ｙ〜Ｂの各色のトナーカートリッジ１３１Ｙ〜１３１Ｂについて、それぞれ、行われる。各動作は、同一の動作であるので、ここでは、トナーカートリッジ１３１Ｙについて行われるトナーエンプティ検出処理の動作についてのみ代表的に説明する。

トナーエンプティ検出処理を実行するためのプログラムが起動されると、制御部４００は、変数ｋを０に初期化する（ステップＳ７０１）。そして、トナーカートリッジ１３１Ｙからサブホッパー１３２Ｙ内に現像剤が補給される毎に（ステップＳ７０２：ＹＥＳ）、制御部４００は、サブホッパ１３２Ｙ内のトナー濃度センサ１３２２Ｙにより検出された、補給された現像剤のトナー濃度（以下、「ｔ」という。）を取得し（ステップＳ７０３）、ｔが閾値１を超えるか否かを判定する（ステップＳ７０４）。

ここで、閾値１は、トナーカートリッジ１３１Ｙから現像剤１３１５ｂの補給が開始されたか否かの判定基準となる基準値であり、新品のトナーカートリッジ１３１Ｙから最初に補給される現像剤１３１５ａのトナー濃度値よりも大きく、現像剤１３１５ａの後に補給される現像剤１３１５ｂのトナー濃度値よりも小さい値に設定される。ステップＳ７０４の判定を行うことにより、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤の残量が、警告表示すべき残量（現像剤１３１５ｂの初期充填量）に達したか否かを推定することができる。

ｔが閾値１を超えている場合（ステップＳ７０４：ＹＥＳ）、制御部４００は、変数ｋが０か否かを判定する（ステップＳ７０５）。ｋが０である場合（ステップＳ７０５：ＹＥＳ）、制御部４００は、「トナーカートリッジの残量が、エンプティに近づいていること」を通知する警告メッセージを操作パネル５００の液晶表示部に表示させるとともに、累積現像剤補給量カウンタ４０６Ｙによるステッピングモータ１３１５Ｙのパルス数のカウントを開始して現像剤（現像剤１３１５ｂ）の累積排出量（ｃ）の算出を開始し、さらに、変数ｋの値を１だけインクリメントする（ステップＳ７０６）。

次に、制御部４００は、ｃが閾値２に達したか否かを判定する(ステップＳ７０７)。ここで、閾値２は、トナーカートリッジ１３１Ｙから現像剤１３１５ｂの全量が補給され、トナーカートリッジ１３１Ｙがエンプティになったか否かを判定するための判定基準となる基準値であり、トナーカートリッジ１３１Ｙにおける現像剤１３１５ｂの初期充填量に相当する値に設定される。

ｃが閾値２に達している場合（ステップＳ７０７：ＹＥＳ）、制御部４００は、「トナーカートリッジの残量が、エンプティになったこと」を通知する警告メッセージを操作パネル５００の液晶表示部に表示させる（ステップＳ７０８）。そして、制御部４００は、画像プロセス部１００を制御して、画像プロセス部１００による画像形成処理を抑止させる（ステップＳ７０９）。

さらに、制御部４００は、ｔが閾値３まで下降したか否かを判定し（ステップＳ７１０）、下降した場合には（ステップＳ７１０：ＹＥＳ）、トナーエンプティ検出処理の動作を終了し、下降していない場合には（ステップＳ７１０：ＮＯ）、ステップＳ７０２の処理に移行する。
ここで、閾値３は、トナーカートリッジ１３１Ｙが、新品のトナーカートリッジ１３１Ｙに交換されてサブホッパー１３２Ｙ内に補給される現像剤が、現像剤１３１５Ｙｂから現像剤１３１５Ｙａに切り替わったか否かの判定基準となる基準値であり、現像剤１３１５Ｙａのトナー濃度に相当する値（Ａ０）に設定される。なお、検出誤差（α）を考慮して、ｔが（Ａ０−α）から（Ａ０＋α）の範囲内であれば、ステップＳ７１０において、ｔが閾値３まで下降したと判定する（ステップＳ７１０：ＹＥＳ）ものとする。αの値は、予め実験をして定めておくものとする。

これにより、トナー濃度の異なる現像剤１３１５Ｙａ、１３１５Ｙｂが第一仕切り部材１３１３Ｙで区画されて収納されているトナーカートリッジ１３１Ｙから、区画順に排出されてサブホッパー１３２Ｙ内に補給される現像剤のトナー濃度（ｔ）を検出することにより、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤の消費状態を推定することができる。
具体的には、ｔが閾値１を超えていない場合（ｔが現像剤１３１５Ｙｂのトナー濃度に達していない場合）、トナーカートリッジ１３１Ｙ内には、「まだ現像剤１３１５Ｙａが残っており、現像剤残量が適量である」と推定することができる。そして、ｔが閾値１を超えている場合（ｔが現像剤１３１５Ｙｂのトナー濃度に達している場合）、トナーカートリッジ１３１Ｙ内には、「現像剤１３１５Ｙａが残っておらず、現像剤残量が少なくなっている（警告表示すべき残量になっている）」と推定することができる。

このように、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤のトナー濃度を直接検出することにより、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤残量が推定されるので、光検出手段や現像剤補給モータの総回転量によって現像剤の残量を推定する方法に比べ、現像剤残量をより正確に検出することができる。
又、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤がエンプティになった場合には、そのことが検出され、画像形成処理が抑止されるので、現像剤不足の状態で画像形成動作が実行され、トナー不足により記録シート上に画質が劣化した画像が形成されるのを有効に防止することができる。
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１）本実施の形態では、各トナーカートリッジ内の分割された２つの内部空間に、それぞれ現像剤を充填することとしたが、一方（トナーカートリッジの排出口に近い側の区画）を現像剤とし、もう一方を非現像剤、例えば、キャリア及びトナーを含まない粉粒体とすることとしてもよい。この場合においても、本実施の形態の場合と同様にして、トナー濃度センサを用いてトナー濃度の変化を検出し、現像剤残量を推定することができる。

（２）本実施の形態においては、トナーカートリッジ１３１Ｙ〜１３１Ｂの内部空間を分割して形成した区画に互いにトナー濃度の異なる現像剤を充填し、各トナーカートリッジから排出されるトナー濃度を検出することにより、当該トナーカートリッジにおける現像剤残量を推定することとしたが、トナー濃度以外の他の特性を検出することにより、現像剤残量を推定することとしてもよい。

例えば、分割された各区画に赤外吸収特性が互いに異なる現像剤を充填し、赤外線センサを用いて、各トナーカートリッジから排出される現像剤の赤外吸収の変化を検出することにより、実施の形態の場合と同様に現像剤残量を推定することとしてもよい。
又、分割された各区画に電気抵抗が互いに異なる現像剤を充填し、各トナーカートリッジから排出される現像剤の電気抵抗の変化を検出することにより、実施の形態の場合と同様に現像剤残量を推定することとしてもよい。現像剤の電気抵抗は、例えば、トナーに導電性物質（金属、カーボン等）を添加することにより、変えることができる。

（３）本実施の形態では、トナーカートリッジ１３１Ｙ〜１３１Ｂの内部空間を２つの区画に分割することとしたが、分割の仕方は、２区画に限定されず、３区画以上であってもよい。例えば、内部空間を３つの区画に分割し、各区画に充填する現像剤のトナー濃度を互いに異なるようにしてもよい。これにより、警告表示を現像剤の残量に応じて段階的に行うことができる。

具体例として、各区画における現像剤の充填容量の比が、８：１：１となるように、内部空間を３つの区画に分割し、トナーカートリッジ１３１Ｙ内の現像剤の残量が、それぞれ、未使用状態のときの総現像剤量の２０％、１０％の残量になったときに（サブホッパー１３２Ｙ内に補給される現像剤のトナー濃度（ｔ）が、それぞれ、２つ目、３つ目の区画の現像剤のトナー濃度に達したときに）段階的に警告表示させることができる。例えば、２０％の残量になったときに、「現像剤残量が少なくなってきているので、取り替え用のトナーカートリッジを準備して下さい」というような警告メッセージを表示させ、１０％の残量になったときに、本実施の形態の場合と同様に、「トナーカートリッジの残量が、エンプティに近づいていること」を通知する警告メッセージを表示させるようにすることができる。

このように、現像剤の残量に応じて段階的に警告メッセージを表示させることにより、ユーザは、前もって交換用のトナーカートリッジの在庫を確認し、在庫がない場合には、交換用のトナーカートリッジを新たに注文する等の適切な対応を迅速にとることができ、ユーザの利便性を向上させることができる。
又、累積現像剤補給量カウンタ４０６Ｙを用いて現像剤（現像剤１３１５ｂ）の累積排出量（ｃ）を算出し、トナーカートリッジ１３１Ｙがエンプティになったか否かを判定する（図７のステップＳ７０７）代わりに、トナーカートリッジ１３１Ｙの現像剤１３１５Ｙｂが充填されている区画を２つの区画にさらに分割し、最後に排出される区画の内部空間の容量を微量にし、当該区画に現像剤１３１５Ｙａ及び１３１５Ｙｂの何れともトナー濃度が異なる少量（例えば、未使用状態のときの現像剤１３１５Ｙｂの現像剤量の２〜５％の容量）の現像剤量を充填し、当該区画の現像剤が、サブホッパー１３２Ｙ内に補給開始されたことが、トナー濃度センサ１３２２Ｙにより検出された場合に、「トナーカートリッジの残量が、エンプティになったこと」を通知する警告メッセージを表示させることとしてもよい。

（４）本実施の形態では、図７に示すトナーエンプティ検出処理の動作において、警告メッセージの通知を操作パネル５００の液晶表示部に表示させることにより行うこととしたが、音声等の他の方法で当該通知を行うこととしてもよい。
（５）本実施の形態では、現像剤がトナーとキャリアの二成分からなる二成分現像方式の場合における、トナーカートリッジの現像剤残量の推定技術について説明したが、当該推定技術は、現像剤がトナーのみからなる一成分現像方式の場合においても、トナーカートリッジの各区画に充填するトナーの特性が互いに異なるようにすることにより同様に適用することができる。

（６）本実施の形態では、現像剤補給機構の制御において、サブホッパ残量センサを用いてサブホッパ１３２Ｙ内の現像剤がエンプティになったことを検出することとしたが、トナー濃度センサ１３２２Ｙを用いてサブホッパ１３２Ｙ内の現像剤がエンプティになったことを検出することとしてもよい。

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置に関し、特にトナーカートリッジを装着して現像剤の補給を行う画像形成装置において、トナーカートリッジ内の現像剤の残量を検出し、当該残量を通知する技術として利用できる。

１ プリンタ
１０Ｙ〜１０Ｂ 作像部
１１Ｙ 感光体ドラム
１３Ｙ 現像器
１３Ｙａ 現像ローラ
１３Ｙｂ、１３２２Ｙ〜１３２２Ｂ トナー濃度センサ
１４Ｙ 一次転写ローラ
２０ 露光部
３０ 中間転写ベルト
４０ 駆動ローラ
５０ 従動ローラ
６０ 二次転写ローラ
７０ クリーナ
８０ 排出ローラ
１００ 画像プロセス部
１３１Ｙ〜１３１Ｂ トナーカートリッジ
１３２Ｙ〜１３２Ｂ サブホッパー
２００ 給紙部
３００ 定着装置
５００ 操作パネル
６００ 排紙トレイ
１３１１Ｙ 排出口
１３１２Ｙ 回転軸部材
１３１３Ｙ 第一仕切り部材
１３１４Ｙ 第二仕切り部材
１３１５Ｙａ、１３１５Ｙｂ 現像剤
１３１６Ｙ レール溝
１３１７Ｙ〜１３１７Ｂ ステッピングモータ

Claims (7)

1. トナーカートリッジが着脱可能な画像形成装置であって、
   前記トナーカートリッジは、有底筒状をした長尺体であり、長手方向の一方の端部近傍に充填剤の排出口を有し、内部の現像剤充填空間に、排出口に近い側から順に第１、第２の仕切り部材が長尺体内壁に沿って滑動自在に設けられ、排出口が存在する側の長尺体の端部から第１の仕切り部材までの空間に、補充用現像剤が充填され、第１の仕切り部材と第２の仕切り部材の間に前記現像剤とは特性の異なる粉粒体が充填された構成であり、
   前記トナーカートリッジが前記画像形成装置の本体に装着されているときに、本体への充填剤の補給のために前記２つの仕切り部材を前記排出口に向かって移動させる移動駆動手段と、
   前記特性を監視することにより、前記排出口から前記補充用現像剤が排出されているか、前記粉粒体が排出されているかを監視する監視手段と、
   監視結果に基づいて前記トナーカートリッジにおける充填剤の残量を推定する推定手段と、
   推定した前記残量を通知する通知手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記特性はトナー濃度であり、
   前記粉粒体は、現像剤である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第１及び第２仕切り部材は、内周面がねじ切り加工された貫通孔を有する板状の部材であり、
   前記トナーカートリッジは、外周面全体がねじ切り加工され、前記排出口が存在する側の端部から前記長手方向他端を貫通するように伸び、前記第１及び第２仕切り部材の各貫通孔を貫通して当該貫通孔の内周面と螺合する長尺の回転軸部材を有し、
   前記移動駆動手段は、前記回転軸部材を回動させて前記２つの仕切り部材を前記排出口に向かって移動させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記粉粒体の排出が開始された場合に、その後、前記排出口から排出される前記粉粒体の累積量を算出する算出手段と、
   画像形成処理の実行を制御する画像形成制御手段と、
   を備え、
   前記累積量が前記粉粒体の初期充填量に達した場合に、
   前記推定手段は、前記トナーカートリッジが空になったと推定し、
   前記画像形成制御手段は、画像形成処理の実行を抑止する
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
5. 前記補充用現像剤のトナー濃度は、前記粉粒体のトナー濃度よりも低く、
   前記推定手段は、監視しているトナー濃度が、前記粉粒体のトナー濃度まで上昇した後、再び前記補充用現像剤のトナー濃度まで下降した場合に、前記トナーカートリッジが新しいトナーカートリッジに交換されたと推定する
   ことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の画像形成装置。
6. 画像形成装置に着脱可能なトナーカートリッジであって、
   有底筒状をした長尺体であり、長手方向の一方の端部近傍に充填剤の排出口を有し、内部の現像剤充填空間に、排出口に近い側から順に第１、第２の仕切り部材が長尺体内壁に沿って滑動自在に設けられ、排出口が存在する側の長尺体の端部から第１の仕切り部材までの空間に、補充用現像剤が充填され、第１の仕切り部材と第２の仕切り部材の間に前記現像剤とは特性の異なる粉粒体が充填された構成である
   ことを特徴とするトナーカートリッジ。
7. 前記第１及び第２仕切り部材は、内周面がねじ切り加工された貫通孔を有する板状の部材であり、
   前記トナーカートリッジは、外周面全体がねじ切り加工され、前記排出口が存在する側の端部から前記長手方向他端を貫通するように伸び、前記第１及び第２仕切り部材の各貫通孔を貫通して当該貫通孔の内周面と螺合する長尺の回転軸部材を有する
   ことを特徴とする請求項６記載のトナーカートリッジ。

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