JP3874654B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式により画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、より詳細には、装置本体に着脱可能としたトナー収容部を持った交換部品（例えば、トナーカートリッジ）におけるトナー量の管理、保守を行うことを可能とした画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式により画像形成を行うプリンタ等の画像形成装置では、画像形成プロセスに用いるトナーは、従来から、トナーカートリッジ或いはトナーボトルの形で交換部品として用意され、ユーザによる交換ができるような方式が採用されている。
カートリッジ交換方式では、使用しているトナーカートリッジが使用限界（トナーエンド）に近づき、画像の品質等に影響が現れる前の適切な時期に交換できるようにすると具合がよいので、残量等のトナー量を管理するための手段を備えるようにしている。
このための手段として、従来、トナー残量を検知するセンサ等の残量検出手段を必要としていた。その中には、例えば、トナーボトルの内側に発光部と受光部を備えた残量検知手段を用いるものが実用化されており、また、音波によりトナーボトル内のトナー残量を検知する手段を用いた方法による提案もなされている。
また、他のトナー残量検出手段として、カートリッジからのトナーの供給を受ける現像ユニットのトナー槽の底部に設けたトナー濃度センサを用いるという提案がなされている。この提案では、カートリッジがトナーエンドに近づくと、トナー槽の底部のトナー濃度が下がるので、トナー濃度センサの検出出力を監視し、出力が所定のしきい値を越えたときに、トナーエンドを判断するという検知方式を採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例における、トナーボトルに設けたトナー残量検知手段を用いる前者の方式によると、トナーボトル或いはボトルが装着される装置本体の構成を複雑にし、コストアップにつながり、又、検知手段の故障時には検知できないので、トナーの残量が全く分からなくなってしまう。
また、上記従来例における、現像ユニットのトナー槽の底部に設けたトナー濃度センサを用いる後者の方式によると、トナーエンドの誤検知が問題となる。これは、印刷速度等の印刷条件、或いは枚ページ毎の画像内容の違い等により、トナーの使用量が変動し、これに補給の遅れが加わると、トナー槽の底部におけるトナー濃度分布にばらつきが発生する場合があり、このような場合、トナー槽の底部に設けたトナー濃度センサが、局所的な濃度しか検出できないために起きる誤検知である。
図１３は、このような条件において検出されたセンサ出力を示すものである。同図は、カラー印刷における各構成色（Ｙ：イェロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）について、枚ページ毎にサンプリングしたとき（横軸：サンプリング ポイント）のセンサ出力（縦軸：電圧Ｖであり、電圧が高いほど濃度が低くなる）の変動を示すグラフである。図１３のセンサ出力は、正常動作時にトナー濃度分布のばらつきの影響が出たときの状況を示している。
こうした状況がトナーエンドに近づき、徐々にトナー濃度が低下している状態において起きると、正常動作時であるにもかかわらす、例えば、図１３のグラフに示されるＭの変動に見ることができるように、低濃度側に波打って、トナーエンドのしきい値が例えば３Ｖに設定されていると、このしきい値を越えて、トナーエンドの誤検知信号を発生させてしまう。
【０００５】
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑み、その解決を図るべく、トナーカートリッジ側に設けたトナー残量検知手段によりトナーを管理する従来方式によらず、しかも、トナー切れ（トナーエンド）の検知方式として、現像部に設けたトナー濃度センサを用いる方式を採用する場合にも、従来のような誤検知を起こさずに、トナーを適正に管理することを課題とする。また、上記した本発明の課題を解決するために、本発明においては、交換部品（例えば、トナーカートリッジ）におけるトナー量がある程度以上になってからトナー濃度センサによる出力を用いたトナーエンドの判断するようにしており、そのために交換部品のトナー収容部から装置本体の現像部に補給されるトナーの補給時間の累積値を求め、この値からトナー量を推測する方式を採用するが、ここで新たに生じる課題を解決することをさらなる目的とする。即ち、印刷速度（線速）等の設定変更が可能な画像形成条件に従ってトナーの補給速度が変化する場合にも、正しいトナー量を推測できるようにし、また、求めたトナー量等を交換部品毎に適正に、効率よく管理し得るようにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、トナー収容部を持ち且つ装置本体に着脱可能な交換部品と、
前記トナー収容部から現像部へトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記トナー収容部のトナー切れを前記トナー濃度検出手段の検出結果に基づいて検知するトナー切れ検知手段と、読出し・書込み可能な不揮発性記憶手段を有する画像形成装置であり、前記トナー補給手段の現行動作による補給時間を取得し、該当する交換部品におけるこれまでの累積補給時間に加算する累積補給時間計算手段と、前記不揮発性記憶手段に前記累積補給時間計算手段によって計算された累積補給時間を保存し、保存された累積補給時間を累積補給時間の計算に用いるために読み出すアクセス手段を備え、前記トナー切れ検知手段は、前記累積補給時間計算手段によって算出された累積補給時間が、トナー補給手段を公差範囲の最大補給能力で動作させたときにトナー切れを起こす時間として見積もることができる最短の累積補給時間に達したことを条件に、検知動作を開始する手段であることを特徴とする画像形成装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶手段は、累積補給時間の保存を補給能力毎に行う手段であることを特徴とするとするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された画像形成装置において、前記累積補給時間計算手段は、前記トナー補給手段において設定されたトナーの補給能力に応じて、取得した前記補給時間、求めた累積補給時間のいずれかを基準時間へ補正する手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載された画像形成装置において、前記累積補給時間計算手段は、基準時間へ補正された補給時間を合わせて単一の累積補給時間を得るようにしたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶手段を前記交換部品に設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面とともに示す以下の実施例に基づき説明する。
図１は、本発明による画像形成装置の実施例の構成を示す概略図である。
ここに示す画像形成装置１は、タンデム方式でカラー画像を印刷する装置である。また、本装置は、画像形成装置１の装置本体に対し着脱可能にトナーカートリッジとしてのトナーボトル２を装備するものであり、ボトル２内のトナーの残量の管理及びトナーエンドが本発明の課題に係わるところである。
図１を参照して、画像形成装置の概要を説明すると、画像形成装置１は、現像ユニット３、感光体３７、帯電ローラ３８、光書き込みユニット４、転写ユニット５、定着ユニット６及び給紙装置７等を備える。
本装置ではタンデム方式で画像形成を行うから、現像ユニット３は、カラーの構成色である４色（Ｙ：イェロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、ＢＫ：ブラック）分の現像ユニット３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を備えている。同様に、画像形成プロセスに必要な感光体３７、帯電ローラ３８及び転写ローラ５１も、４色分備える。
また、光書き込みユニット４は、各色ごとに画像データにより変調された光（レーザ）ビームを感光体３７に照射し、ラスタ走査による画像の書き込みを行う。そのために、ユニット内には、ポリゴンモータ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ、レーザダイオード、ミラー等を有する。
図１を参照して、装置の画像形成動作の概略を、図中矢印にて示す転写紙Ｐの流れに沿い説明すると、先ず給紙装置７のトレイに収納された転写紙Ｐは、感光体３７に向けて搬送ベルト５２により搬送される。感光体３７は、時計方向に回転駆動され、その際、帯電ローラ３８によって表面を帯電され、光書き込みユニット４からレーザ光が照射されて感光体３７上に静電潜像が形成される。この潜像は、現像ユニット３を通る時、トナーによって可視像化される。感光体３７上の可視像は、転写ローラ５１により、感光体３７へ搬送された記録紙Ｐに転写される。この転写工程を搬送ベルト５２で搬送される途中で、順次カラー構成色の４色分繰り返し、その後定着ユニット６に搬送され、そこで記録紙Ｐ上の可視像は定着ローラ６１により定着され、画像形成装置１の外部へ排紙される。
【００１６】
ここで、トナーカートリッジとして装備されたトナーボトル２と現像ユニット３の関連構成とその動作について詳細に説明する。
トナーボトル２は、各色の現像ユニット３に対応して各ボトルが装置本体に着脱可能に設けられ、ボトル２から現像ユニット３にトナーがチューブを介して補給される。補給により変化するトナーボトル２内のトナー残量は、後述する方式により求められ、得られるトナー残量によりトナー切れを事前に知りボトル交換を行うか、或いは得られるトナー残量によりトナー濃度センサによるトナーエンド検知を行う時期を定め、トナーエンド検知に従いボトル交換を行い、適正なタイミングでボトル交換を行うことにより、高画質を維持することを可能にする。
図２は現像ユニット３を詳細に示す図である。同図に示すように、現像ユニット３は、トナー補給ポンプ３１、攪拌スクリュー３３、トナー濃度センサ３４、トナー規制部材３５、現像スリーブ３６を備える。
トナーボトル２から連結されたチューブ（図示せず）を介しトナー供給口３２を通して現像ユニット３にトナー補給ポンプ３１によりトナーが補給される。補給されたトナーは、攪拌スクリュー３３により攪拌され、現像スリーブ３６へ送り込まれ、送り込まれるトナー槽の底部でトナーの濃度がトナー濃度センサ３４により検知される。この検出値は、後述するトナーの補給制御及びトナーエンドの検知に用いる。
【００１７】
また、本実施例の画像形成装置のトナーボトル２は、トナーボトルに係わる各種のデータを記憶する読み出し・書き込み可能な不揮発性メモリ（以下「カートリッジメモリ」と記す）をボトルと一体に備えるようにする。
図４にトナーボトルに設けたカートリッジメモリが示されている。同図に示すように、トナーボトル２と一体に、カートリッジメモリを持つＩＣチップが実装された基板２１と基板２１につながるコネクタ部２２を設ける。カートリッジメモリに記憶されるデータの中には、トナー補給時間の累算値、トナー使用量、トナー残量等が含まれ、使用により変化するこれらデータの読み出し・書き込みが画像形成動作に伴い行われる。
カートリッジメモリに対する読み出し・書き込みの制御は、装置本体側の制御部のＣＰＵにより行われるので、トナーボトル２の本体への装着時に、コネクタ部２２を介してカートリッジメモリと本体側の制御部のＣＰＵが接続されるようになされる。
図５にトナーボトル２の本体への装着時にボトルと装置本体を電気的に接続する手段を示す。同図に示すように、本体に装着されたトナーボトル２に弾接してボトル２を保持するボトル保持部材１１の接合部に本体側のコネクタ部１２を設け、本体側のコネクタ部１２とボトル２側のコネクタ部２２とによりボトル２の電気的接続を図るとともに、ボトルを保持するような構成とする。
【００１８】
図３は、本実施例の画像形成装置のトナーボトル２に設けた不揮発性メモリ（カートリッジメモリ）と装置本体の制御部の関係を示す回路ブロック図である。同図に示すように、トナーボトル２にカートリッジ（不揮発）メモリ２１を備え、画像形成装置１の本体のＣＰＵ１４によって読み出し・書き込み可能となっている。ＣＰＵ１４は画像形成装置全体の動作の制御を司るもので、装置本体にはＣＰＵ１４の制御下にソフトウェア、プログラミングデータや制御に必要なデータ等を記憶するＲＯＭ１５及び作業用の記憶領域を提供するＲＡＭ１６等のメモリを備える。
なお、本実施例では、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を持つカートリッジメモリ２１を構成するＩＣチップ（メモリチップ）は、Ｉ^２Ｃ（アイ・スクエアー・シー）バスで本体側のＣＰＵ１４と接続される。Ｉ^２Ｃバスはクロック線とデータ線を１本ずつ使用してシリアル通信する２線式シリアルバスである。
【００１９】
次に、上記画像形成装置（図１〜５）において採用するトナー使用量の検知手段、及び検知データを管理するための手段に係わる実施例を示す。
次に示すトナー使用量の検知手段は、センサーを用いることなくトナー残量を知るための手段を提供するが、他方では、後述するように、この検知結果を利用して、トナーエンド検知の開始時期を定めるようにする。
トナー使用量の検知方式を本例では、トナーボトル２から装置本体の現像ユニット３に補給されるトナーの補給時間の累積値を求め、この値からトナー使用量（延いては残量）を推測する方式を採用し、この方式によりトナーボトルに設けたトナー残量検知手段を用いずに正確なトナー残量等の取得を図るものである。
トナーの補給時間は、トナーボトル２から装置本体の現像ユニットへのトナーの補給量を制御する場合の制御量である。したがって、トナー使用量（残量）を得るための推測計算は、補給動作の制御手順と一緒に、制御量として扱われるトナーの補給時間のデータ値を用いて行われる。
【００２０】
図６は、トナー補給制御における動作のフローチャートを示す。
図６を参照して、以下に本実施例の動作を詳細に説明する。
この補給制御の動作フローは、枚ページの印刷毎に行われ、フローが終了すると、次の枚ページの印刷待ちになり、印刷指令が来て印刷が開始されると、再びこのフローに従い動作する。
本フローは、先ず、今回の枚ページの印刷期間に補給するトナー量を決める補給タイマの時間がセットされているか否かを、補給タイマ＝０であるか否かを調べて、チェックする（Ｓ６１）。この補給タイマは、印刷終了時（現像終了時）に、その時点のトナー濃度センサ３４の出力を基に算出され、セットされる（後述にそのフローを示す）ものである。
補給タイマに補給時間がセットされている場合（Ｓ６１−NO）、現像ユニット３の補給ポンプ３１をオンして補給を開始する（Ｓ６２）。補給ポンプ３１のオン時間により、供給されるトナー量がコントロールされる方式であり、補給ポンプ３１のオンと同時に、補給タイマにセットされている補給時間の減算を開始し（Ｓ６４）、補給タイマが減算されて０になるまで補給ポンプ３１がオンを続ける。このために補給タイマの残り時間がチェックされる（Ｓ６３）。
残り時間がなくなると（補給タイマ＝０、Ｓ６３−YES）、補給ポンプ３１をオフして、補給を終了させる。
この後、今回供給するトナー量を制御するために補給タイマにセットした補給時間をこれまでの補給時間に累算し、得た補給時間の累算値を不揮発性メモリに保存する。この不揮発性メモリに保存された補給時間の累算値は、トナーの使用量に比例する量であり、トナーボトル２のトナー残量を管理するためには、各トナーボトル毎に、ボトルを使用する度に、保存された補給時間の累算値が読み出され、使用終了時に今回の使用量を加算し、変化後の累算値の書き込みをして保存するという操作を繰り返す必要がある。
【００２１】
ここに、累算した補給時間等の管理データは、各トナーボトル２に付随するデータであるから、データボトル毎にそのデータ管理を行うことができるように不揮発性メモリに保存する必要がある。保存する不揮発性メモリの箇所として、装置本体側に設けたメモリを用い、そこでデータを管理することも可能であるが、装置本体のメモリを用いると、異なるボトルが装着される場合に、データに誤りが起きてしまい、これを回避して正しいデータを管理するには、装着したトナーボトルの識別が必要になるといったこと、或いは、トナーボトルはデータを管理している装置のみで使用しないと管理ができない（管理ができない他の装置と混用すると管理ができなくなる）といったことが起きる。
こうした条件を必要とせずにデータの管理を可能とする手段として、ここでは、上記したトナーボトル２に一体化して設けたＩＣチップの不揮発性メモリ（カートリッジメモリ）２１を用いる。カートリッジメモリ２１を用いて、累算した補給時間データ等の管理データを管理する場合、装着と同時にカートリッジメモリ２１からこれまでの補給時間データを読み出し、このデータに、今回のボトル使用による印刷後、補給時間を累算し、新たに得た現在までの累積補給時間でカートリッジメモリ２１の書き換えを行うという操作を行うことにより、常に各トナーボトル２に付随する累積補給時間の正確なデータをボトルに設けたカートリッジメモリ２１で保存することが可能となる。
【００２２】
図６のフローに戻ると、ステップＳ６６で今回の補給時間の累算値等の管理データを不揮発性メモリに保存した後、印刷が終了されるのを待って（Ｓ６７−YES）、トナー濃度センサ３４が検出する出力濃度値を読み込む（Ｓ６８）。
読み込んだトナー濃度が基準値（補給制御のための設定値）よりも下がっている場合には、次回の印刷時のトナー補給量を増やし、上がっている場合には、減らすようにして、所定のトナー濃度が保たれるように、読み込んだセンサ出力に応じた調整を行う。トナー補給量の増減は、トナーボトル２から補給されるトナーを現像ユニット３内に送り込むトナー補給ポンプ３１を動作させる時間、即ちトナー補給時間の長さを調整することによるので、センサが出力するトナー濃度に基づいてトナー補給時間を算出、決定（例えば、予め実験値に基づいて機種毎に適当に定めた基準値とセンサの出力トナー濃度の差値を求め、この差値に応じて補給時間を決定）し、決定した時間をトナー補給ポンプ３１の動作時間を決める補給タイマにセットし（Ｓ６９）、このフローを終了させる。
なお、印刷開始時に、補給タイマに補給時間がセットされていない場合（Ｓ６１−YES）、補給動作や補給時間の累算値の保存動作をせずに、トナーセンサ出力に基づく補給タイマのセット動作を行うようにする。
上記のように、トナー補給制御における動作フロー（図６）を実行する過程で補給時間の累算値等を算出し（ステップＳ６６）、比例関係にあるトナー使用量を管理データとして求め、センサを用いることなくトナー残量を監視することが可能になる。
【００２３】
次に示す実施例は、トナー補給時間の累算値によりトナーの使用量を推測するときに、トナー補給ポンプの能力が異なる場合であっても、正しい使用量等が管理できるようにするものである。
画像形成の際にトナー補給ポンプ３１の能力を変更することが必要になる場合がある。その例としては、画質（解像度）をおとして印刷速度（線速）を上げるモード、印刷速度を落として画質を向上させるモード等、複数の印刷速度により動作を行わせる場合がある。このような場合、設定モードに応じて、単位時間のトナー補給量も変化させなければ、適正な画像が得られない。そこで、トナー補給ポンプ３１の回転数を上下させて、トナー補給量の能力を変えるようにしている。
印刷速度を上げる場合には、ポンプの運転を低速度のままにすると、補給が追いつかなくなるので、ポンプの回転数を上げることになるが、このときに、低速時の補給時間と補給量の関係を当てはめると補給量を誤って推測することになり、正確な補給量が得られなくなる。
【００２４】
そこで、本実施例では、トナー補給ポンプ３１の能力（回転数）或いは線速毎に累積補給時間（動作時間）を算出し、得たデータをそれぞれ保存するようにする。
図７は、累積補給時間を算出するための本例の積算処理のフローチャートを示す。このフローは、先のトナー補給制御フロー（図６）における補給時間積算処理（Ｓ６６）の中で用いる。
図７に示すフローでは、先ず、補給ポンプ３１の能力が確認される（Ｓ７１）。この例では、補給ポンプ３１を線速1と線速2の切り替えで動作させるので、補給ポンプの能力が線速1で設定されているか否かをチェックし、線速1である場合に（Ｓ７１-YES）、これまでに線速1で動作させたときに累積、保存されている累積補給時間1（ポンプ動作時間1）に今回の補給時間を加算して、目的とする値を得る（Ｓ７２）。他方、線速1ではなく（Ｓ７１-NO）、即ち線速2である場合にも、同様に累積補給時間2（ポンプ動作時間2）に今回の補給時間を加算する（Ｓ７３）。
このようにして線速毎に求めた累積補給時間1，2をそれぞれ不揮発性メモリに保存するようにする。また、保存されたデータに基づいてさらにトナー使用量及び残量等の管理データを推測することが可能になる。なお、トナー使用量及び残量を得るための手順は後述する。
【００２５】
また、上記では、トナー補給ポンプ３１の能力（線速）毎に累積補給時間を保存するようにしたが、累積補給時間データをトナー補給ポンプの能力に応じて補正することで、補給時間とトナー使用量を一定の関係にすることができる。このような補正をすれば、複数のトナー補給ポンプの能力（線速）によりトナーを使用し２種類の補給時間（動作時間）データを得た場合でも、一つのデータに統一でき、メモリ領域をトナー補給ポンプの能力（線速）毎に用意する必要はない。図８は、本例における累積補給時間を算出するための本例の積算処理のフローチャートを示す。このフローは、先のトナー補給制御フロー（図６）における補給時間積算処理（Ｓ６６）の中で用いる。
図８に示すフローでは、先ず、補給ポンプ３１の能力が確認される（Ｓ８１）。この例では、補給ポンプ３１を線速1と線速2の切り替えで動作させるので、補給ポンプの能力が線速1で設定されているか否かをチェックし、線速1である場合に（Ｓ８１-YES）、線速1で動作させた今回の補給時間1（ポンプ動作時間1）に補正係数1を掛け、補正を行い（Ｓ８２）、他方、線速1ではなく（Ｓ８１-NO）、即ち線速2である場合にも、同様に今回の補給時間2（ポンプ動作時間2）に補正係数2を掛け、補正を行う（Ｓ８３）。
この補正係数は、それぞれの補給時間に掛けることによりデータを統一化する（同等の重みを持たせる）ために用意され、２線速(ポンプ回転数1、ポンプ回転数2)の例では、２つの補正係数1，2に係数1 = 1、係数2 = (ポンプ回転数2/ポンプ回転数1)により、今回補給時間1，2に補正を掛ける。なお、補正係数は、補給ポンプ３１の能力によっては回転数比に比例しない場合もあるが、そのような場合は、実験により係数を求めることにより、設定することが可能である。
上記の補正処理により各補給時間に同等の重みを持たせた（統一化した）ので、これを全累積補給時間として一本化できる。この手順は、保存されている累積補給時間に、上記のようにして補正した今回の補給時間を加算することにより行う（Ｓ８４）。即ち、
全累積補給時間 = 累積補給時間+今回補給時間1×係数1 +今回補給時間2×係数2
を求める。
こうして得たデータに基づいて残量等の管理データを推測することが可能になる。なお、トナー補給ポンプ３１の能力が異なる場合に対応可能な上記実施例は、不揮発性メモリがカートリッジメモリ２１である場合も、勿論適用可能である。
【００２６】
ここで、累積補給時間とトナー使用量及びトナー残量の関係に基づいて、上記で得た累積補給時間からトナー使用量及びトナー残量を求めるための手段に係わる実施例について説明する。
図９は、トナー使用量及びトナー残量を求める手順を示すフローチャートである。
図９に示すように、先ずトナー使用量を算出する（Ｓ９１）。上述において得られた累積補給時間は、トナー補給ポンプ３１の動作時間の累積値であり、単位時間あたりの補給量はポンプの能力により決まるので、トナー使用量は、トナー補給ポンプ３１が能力として持つ補給量でどれだけ補給動作をしたかを計算することにより使用量を推測できる。つまり、トナー使用量は、
累積補給時間（sec）×補給ポンプの単位時間あたりの補給量（g/sec）
を算出し、得られる値をトナーの使用量（g）の推測値とすることができる。
また、トナーの使用量が得られれば、その値に基づいて、トナー残量を算出することができる。つまり、トナー残量（％）を、
残量（％）＝(（初期充填量（g）−トナー使用量（g））／初期充填量（g） )×100
として算出する（Ｓ９２）。
なお、トナーボトル２の初期充填量（g）は、カートリッジメモリ２１に保存しておくことが適当である。
【００２７】
次いで、トナーの使用量（g）、残量（％）の算出に係わる他の実施例を示す。
本例は、異なる能力（線速）のトナー補給ポンプによる動作を行わせ、動作させたポンプ毎に累積補給時間を保存する場合に（図７参照）対応するもので、ここでは保存された累積補給時間（sec）にトナー補給ポンプの能力が異なる場合の補正を行う（補正係数を適用する）ことにより線速の違いに対応する。
図１０は、本例のトナー使用量及びトナー残量を求める手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、先ずトナー使用量を算出する（Ｓ１０１）。
ここで保存されている累積補給時間は、線速1における累積補給時間1（ポンプ動作時間1）と線速2における累積補給時間2（ポンプ動作時間2）であるから、これらに基づいて算出を行う場合には、累積補給時間を一本化するために、それぞれに補正係数1 ,補正係数2を適用する。つまり、読み出した累積補給時間1，2を基に、
全累積補給時間 = 累積補給時間1×係数1 +累積補給時間2×係数2
ここに、係数1 = 1、係数2 = (ポンプ回転数2/ポンプ回転数1)
の計算を行い、全補給量に対応する累積補給時間（sec）を求める。
トナー使用量は、上記で求めた累積補給時間にトナー補給ポンプの能力によって決まる単位時間あたりの補給量を掛けることにより算出される値で推測できる。つまり、
累積補給時間（sec）×補給ポンプの単位時間あたりの補給量（g/sec）
を算出し、得られる値をトナーの使用量（g）の推測値とすることができる。
この場合、トナーの使用量（g）を算出するための補給ポンプの単位時間あたりの補給量（g/sec）は、基準となる線速時のポンプ能力（この例では線速1）による。
また、トナーの使用量が得られれば、その値に基づいて、トナー残量を算出することができる。つまり、トナー残量（％）を、
残量（％）＝(（初期充填量（g）−トナー使用量（g））／初期充填量（g） )×100
として算出する（Ｓ１０２）。
なお、トナーボトル２の初期充填量（g）は、カートリッジメモリ２１に保存しておくことが適当である。
上記のようにして累積補給時間から推測されるトナーの使用量、残量を先に示した実施例における累積補給時間データに代えて、或いはそのデータに加えて管理データとして不揮発性メモリに保存するようにしても良い。
【００２８】
本発明では、トナーの累積補給時間を上記のようなトナー残量の監視目的に用いるだけではなく、推測されるトナー残量値により、トナー濃度センサ３４によるトナーエンド検知の開始時期を定めるようにする。かかる発明の実施例を次に説明する。
上記「従来の技術」に述べたような、トナー濃度センサ３４によるトナーエンドの誤検知を回避し、適正なトナーエンド検知を可能とするために、トナーボトル２内のトナー使用量が所定の量に達するまではトナー濃度センサ３４によるトナーエンドの検知を行わない。
本実施例では、トナー濃度センサ３４によるトナーエンド検知を開始するか否かの判定に必要なトナー使用量を、上記したトナーの累積補給時間により推測される値を用いる方式を提案する。
図１１は、トナーエンド検知の開始、トナーエンドの判定を行う本実施例のトナー補給制御における動作のフローチャートを示す。
なお、本実施例においても、補給時間の累算値（トナー残量）の取得は、図６に示した実施例と同様にトナー補給制御動作の過程で得られる。また、この発明に特有のトナーエンドの判定のシーケンスについても、このトナー補給制御動作フローの一環として実施する。
よって、本実施例フローは、図１１に示すように、トナーエンド判定のシーケンス（Ｓ１１９）が追加された点を除いて、基本的には図６に示したフローと変わるところがない。即ち、図６のステップＳ６１〜６８は図１１のステップＳ１１１〜１１８に、又図６のステップＳ６９は図１１のステップＳ１２０に対応し、同じ処理・操作を行うシーケンスである。従って、この部分は先の記述を参照することとし、ここでは記載を省略する。
【００２９】
ここで、トナーエンド判定のシーケンス（図１１，Ｓ１１９）について詳細に説明する。
トナーエンド判定のシーケンスは、トナーエンド検知の開始時期の判定と、開始時期に入ってからのトナー濃度センサ３４によるトナーエンドの検知と、その検知結果の表示を主要なステップとするもので、図１２にそのサブルーチンを示す。
図１２を参照すると、このシーケンスでは、先ず不揮発性メモリに保存されているトナー補給ポンプの累積補給（動作）時間データを取得する（Ｓ１２１）。なお、このデータは、ステップＳ１１６で算出され、保存されたものである。また、データの保存形態として、上述の実施例では、動作させた異なる能力のポンプ毎に累積補給時間を保存する場合（図７参照）を示したが、この保存形態による場合、このシーケンスにはトータルの累積補給時間が必要になるので、各累積補給時間に補正係数を掛け、基準の能力による補給時間への補正を施した後、これらを加算する処理を行う必要がある。一方、保存前に補正計算をしてトータルの累積補給時間を保存データとしている場合にはそのまま用いることができる。
【００３０】
累積補給（動作）時間データを取得したら、次にこの時間データをもとにトナーエンド検知の開始時期を判定する。
トナーエンド検知の開始時期は、トナー切れを起こす以前であることは当然であるが、トナーボトルを使い初めてからトナー切れを起こす時間として見積もることができる最も短い累積補給時間を定め、この値を設定し、累積補給時間がこの設定値に達したときからトナー濃度センサ３４によるトナーエンドの検知を開始させる。
最も短い累積補給時間は、トナー補給ポンプ３１の能力によって見積もることができる。ポンプの最大能力で補給した場合にトナーエンドになる補給時間を求めることにより、上記した最も短い累積補給時間とすることが適当である。
例えば、ポンプの能力が基準回転数で0.5±0.1g/secであったとすると、最大能力による場合の補給量は、0.6g/secとなるので、トナーエンド検知開始時期を定めるために設定する累積補給時間は、設定累積補給時間(sec) = 初期充填量（g ）／ポンプ最大補給量 0.6（g/sec）として求める。
図１２のフローでは、こうして求めた設定累積補給時間をトナーエンド開始閾値として、ステップＳ１２１で取得した累積補給時間に対し閾値処理をする、即ち累積補給（動作）時間≧トナーエンド開始閾値であるか否かを判断する（Ｓ１２２）。
【００３１】
累積補給（動作）時間がトナーエンド開始閾値以上であり、トナー濃度センサ３４によるトナーエンド検知の開始時期に達した場合（Ｓ１２２-YES）、トナー濃度センサ３４によるトナーエンド検知を開始する。
トナーエンド検知は、トナーエンドに近づくに従ってトナー濃度が徐々に低下するのに伴って、トナー濃度センサ３４の出力が上昇するのを監視し、センサ出力が所定値を越えた場合にトナーエンドの検知信号の出力を行うようにする。なお、トナー濃度センサ３４そのものは、既知の技術を適用することができるので、ここでは、詳述しない。
本例のフローでは、トナーエンド検知をトナー濃度センサ３４のトナー濃度の検知値が、設定されたトナーエンド判定閾値による閾値処理を行い、即ち、“トナー濃度センサ出力＞トナーエンド判定閾値”の成立／不成立により判断する（Ｓ１２３）。
センサが出力するトナー濃度値が閾値を越え、トナーエンドが検知された場合（Ｓ１２３-YES）にも、誤検知を回避するために、トナーエンドの検知回数が所定値（ここでは、10回）を越えるまでは、ここではトナーエンドを外部に報知することを留保する。そのために、トナーエンドが検知された場合（Ｓ１２３-YES）、トナーエンド検知回数を計数するカウンタを+1カウントアップし（Ｓ１２４）、次いでトナーエンド検知回数カウンタのカウント値が所定値（10回）を越えた（トナーエンドカウンタ値＞10）か否か、をチェックする（Ｓ１２５）。
このチェックにより、所定値（10回）を越えてトナーエンドが検知された場合に（Ｓ１２５-YES）、間違いなくトナーエンドであるから、ユーザ等外部に対してその旨を報知するための表示を行う（Ｓ１２６）。このとき、トナーボトル２の交換を促すようにしても良い。また、生成される画像の画質に影響が出ることが予測される場合には、印刷出力を禁止する処理を行うことにより画質の劣化を未然に防ぐようにすることもできる。
また、上記したシーケンスにおいて、累積補給（動作）時間がトナーエンド開始閾値以上ではない場合（Ｓ１２２-NO）、検知トナー濃度値がトナーエンド値に達しない場合（Ｓ１２３-NO）、及びトナーエンド検知回数が所定値に達しない場合（Ｓ１２５-NO）のいずれの場合にも、このサブルーチンを終了させ、メインルーチンに戻り、次のステップＳ１２０に移行する。
【００３２】
なお、上記した実施例では、本発明による画像形成装置をカラー画像が印刷できる装置として実施した例を示したが、モノクロ画像の印刷装置として実施しても良い。
また、上記実施例における交換部品（カートリッジ）は、トナーボトルとした例を示したが、トナーボトルの他に、トナーボトルと現像ユニットを一体化したユニットや、さらに画像形成に用いる感光体を一体化したユニットを交換部品として、本発明を実施することができる。
【００３３】
本発明によると、該当するトナーカートリッジのこれまでの累積補給時間（トナーカートリッジから現像部へのトナーの補給量）を管理しておき、その後の補給により累積値を新たに算出したとき、算出した累積補給時間が、トナー補給を最大の能力に設定した場合にトナー切れを起さない時間として見積もることができる累積補給時間に達したことを条件に、現像部のトナー濃度に基づくトナー切れ検知を開始するようにしたので、カートリッジ側でトナー残量を検知する従来方式による構成の複雑化やコストアップ或いは検知手段の故障による誤検知を回避することができ、しかも、現像部のトナー濃度検出センサによって専ら行われていた従来のトナーエンド検知方式に不可避であった誤検知（正常動作時でも、トナー槽に発生するトナー濃度分布のばらつきによって起きるトナーエンドの誤検知）の発生を抑さえ、正しいトナーエンドの検知による交換部品の適正な保守・管理が可能になる。
【００３４】
また、設定された画像形成条件に従ってトナーの補給能力（速度）が変更される場合に、補給能力毎に累積補給時間を保存し、或いは変更された補給能力に応じて、取得した補給時間、算出した累積補給時間のいずれかを基準時間へ補正することにより、画像形成条件の設定が変更される場合にも、正しいトナー量情報を得ることが可能になる（請求項２，３）。
また、トナーの補給能力（速度）が変更されるときに、それぞれにおいて得られる補正された補給時間を合わせて単一の累積補給時間を得るようにしたことにより、補給速度毎に個別に累積補給時間を記憶するよりも記憶容量を節約できる（請求項４）。
また、累積補給時間を保存するための不揮発性記憶手段をトナーカートリッジに設けたことにより、装置本体側のメモリで保存した場合に生じ得る、エラーの発生を回避し、各トナーカートリッジの正確な累積補給時間を保存することができる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による画像形成装置の実施例の構成を示す概略図である。
【図２】 図１の画像形成装置に示される現像ユニットを詳細に示す。
【図３】 トナーボトルに設けた不揮発性記憶手段（カートリッジメモリ）と装置本体の制御部の関係を示す回路ブロック図である。
【図４】 トナーボトルに設けたカートリッジメモリを示す。
【図５】 トナーボトルに設けたカートリッジメモリを装置本体側に接続する手段を示す。
【図６】 装置本体の現像ユニットへのトナー補給の制御動作のフローチャートを示す。
【図７】 累積補給時間を算出するための積算処理のフローチャートの一例を示す。
【図８】 累積補給時間を算出するための積算処理のフローチャートの他の例を示す。
【図９】 トナー使用量及びトナー残量を求める手順を示すフローチャートの一例を示す。
【図１０】 ナー使用量及びトナー残量を求める手順を示すフローチャートの他の例を示す。
【図１１】 トナーエンド検知の開始、トナーエンドの判定ステップを行うトナー補給制御動作のフローチャートを示す。
【図１２】 図１１におけるトナーエンド判定のサブルーチンを示す。
【図１３】 正常動作時のトナー濃度センサに生じる濃度データのばらつきを示す。
【符号の説明】
１…画像形成装置、 ２…トナーボトル、
２１…カートリッジメモリ（不揮発性メモリ）、
３…現像ユニット、 ３１…トナー補給ポンプ、
３４…トナー濃度センサ、 ３７…感光体、
４…光書き込みユニット、
５…転写ユニット、 ６…定着ユニット、
７…給紙部、 １１…ボトル保持部材、
１４…ＣＰＵ、 １５…ＲＯＭ、
１６…ＲＡＭ。

Claims (5)

1. トナー収容部を持ち且つ装置本体に着脱可能な交換部品と、
   前記トナー収容部から現像部へトナーを補給するトナー補給手段と、
   前記現像部内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   前記トナー収容部のトナー切れを前記トナー濃度検出手段の検出結果に基づいて検知するトナー切れ検知手段と、
   読出し・書込み可能な不揮発性記憶手段を有する画像形成装置であり、
   前記トナー補給手段の現行動作による補給時間を取得し、該当する交換部品におけるこれまでの累積補給時間に加算する累積補給時間計算手段と、
   前記不揮発性記憶手段に前記累積補給時間計算手段によって計算された累積補給時間を保存し、保存された累積補給時間を累積補給時間の計算に用いるために読み出すアクセス手段を備え、
   前記トナー切れ検知手段は、前記累積補給時間計算手段によって算出された累積補給時間が、トナー補給手段を公差範囲の最大補給能力で動作させたときにトナー切れを起こす時間として見積もることができる最短の累積補給時間に達したことを条件に、検知動作を開始する手段であることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶手段は、累積補給時間の保存を補給能力毎に行う手段であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載された画像形成装置において、前記累積補給時間計算手段は、前記トナー補給手段において設定されたトナーの補給能力に応じて、取得した前記補給時間、求めた累積補給時間のいずれかを基準時間へ補正する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載された画像形成装置において、前記累積補給時間計算手段は、基準時間へ補正された補給時間を合わせて単一の累積補給時間を得るようにしたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶手段を前記交換部品に設けたことを特徴とする画像形成装置。

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