JP6067525B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成用のトナーの残量を管理する機能を備える画像形成装置に関する。

近年、複写機や複合機等の画像形成装置ではカラー印刷可能な機器が一般化している。この種の画像形成装置は、例えば、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）からなる４色のトナー等の記録剤を組み合わせることによりカラー印刷を実現する。このような画像形成装置の多くは、各記録剤の残量を管理し、記録剤が残りわずかであり、まもなく画像形成が不可能になる状態（ニアエンド）や、記録剤の補充（交換）が必要な状態（トナーエンド）を、ユーザに報知する機能を有している。

従来、このような記録剤の残量管理における記録剤消費量の算出には、ドットカウント方式が多用されている。ドットカウント方式は、印刷対象として画像形成装置に入力される画像データに基づいて用紙等の被転写体に印字されるドットの数を計数する。そして、当該計数値に１ドットの印字で消費される記録剤の量が乗算され、記録剤消費量が算出される。なお、印字が多階調（例えば、２５６階調）で実施される画像形成装置では、例えば、予め指定された閾値を超える階調を有する印字がドットとして計数される。

以上のような記録剤の残量管理では、画像形成装置の生産性を低下させることなく、かつ、画像品質を低下させることのない、適切な記録剤の補充（交換）を実行できることが要求されている。しかしながら、上述のドットカウント方式では、多階調の印字であっても２値化されて計数されるため、ドットとして計数されていない印字でも記録剤が使用される状況や、ドットとして計数された印字でも上記１ドットの印字で消費される記録剤よりも少ない記録剤しか使用されていない状況が発生する。そのため、算出されるトナー消費量と現実のトナー消費量とは厳密には一致せず、トナーエンドを正確に検知することは困難である。

この対策として、例えば、特許文献１は、像担持体上に形成された基準トナー像（画像パッチ）の濃度を光学センサにより検知し、検知結果に基づいてトナー補給を行う画像形成装置において、基準トナー像の濃度が、トナーエンドと判定する予め指定された閾値濃度よりも低下し、かつ当該状態で実施されたトナー補給後に検知された基準トナー像の濃度が上昇しない場合にトナーエンドと判断する構成を開示している。

また、特許文献２は、像担持体上に形成された画像パッチに基づいてトナー付着量を算出し、当該算出値に基づいてドットカウント方式のトナー消費量推測の補正を行う画像形成装置を開示している。

特開平１０−２０７２１１号公報 特開２００８−６５１２８号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、トナー補給後の画像パッチの濃度が閾値以下にまで現実に低下しなければトナーエンドを検知することはできない。このような閾値は、誤判定防止のため、トナーエンドではない状況下において画像形成処理中に取り得ることのない値を設定する必要がある。このような閾値以下にまで画像濃度が低下している状況下では、現像器内のキャリアとトナーとの比率が狙い値よりも大きく低下している状態にある。このような状態で、トナー容器を交換すると、交換したトナー容器からのトナー補給において、多くのトナーが現像器に補給される。その結果、現像器内の劣化トナーが飛散し、画像品質が低下する等の不具合が発生する可能性がある。

また、特許文献２が開示する技術では、ドットカウント方式のトナー消費量推測に補正を実施しているが、それでも、トナー容器内のトナー残量を正確に把握することは困難である。すなわち、トナーエンド通知時に、トナー容器内にトナーが残存していたり、トナー容器内のトナーが完全になくなり、現像器内のキャリアとトナーとの比率が狙い値よりも大きく低下する状態が発生したりする可能性がある。

一方、トナーエンドを検知する観点では、トナー容器にトナー残量検知用のセンサを配置することや現像器にトナーとキャリアの比率を検知するセンサ（トナー濃度センサ）を配置することも考えられる。しかしながら、低コスト機等の低コスト化が要求される場合には、このような構成を採用することは好ましくない。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、トナー残量検知用のセンサ等を使用することなく、低コストで適切なトナーエンドを検知することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る画像形成装置は、トナー容器、現像器、濃度検知部、電圧印加部、トナー補給機構及びトナーエンド判定部を備える。トナー容器は、トナーを収容する。現像器は、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、像担持体上にトナー像を形成する。濃度検知部は、トナー像の濃度を検知する。電圧印加部は、トナー像の濃度を調整するために、現像器においてトナーを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に、濃度検知部の検知結果に基づいてＤＣバイアスを印加する。トナー補給機構は、現像器内のトナーの消費に応じて、トナー容器に収容されたトナーを現像器に補給する。トナーエンド判定部は、濃度検知部の検知結果に基づいて決定された電圧印加部の出力設定と、トナー補給機構のトナー補給動作状態とに基づいて、トナー容器内のトナーが全て消費されたか否かを判定する。

この画像形成装置は、電圧印加部の出力設定と、トナー補給機構のトナー補給動作状態とによりトナーエンドを検知するため、トナー容器のトナー残量検知用センサや現像器のトナー濃度センサ等を使用する必要がない。そのため、低コストで実現することができる。また、トナー像の濃度（画像濃度）を低下させることのない状態までトナー容器内のトナーを消費でき、トナー資源を有効に利用することができるとともに、画像形成装置の生産性を低下させることなく、適切な時期にトナー容器の交換を実行できる。

上記画像形成装置において、トナー補給機構は、単位時間あたりトナー補給量をトナー補給用モータの回転速度により変更する構成を採用することができる。この場合、トナーエンド判定部は、トナー補給用モータの回転速度に基づいてトナー補給動作状態を取得することができる。

また、上記画像形成装置において、トナーエンド判定部は、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部の出力設定として決定されている状態でトナー補給機構によるトナー補給が実施された場合、新たに決定される電圧印加部の出力設定が予め指定された条件を満足するときにトナー容器内のトナーがすべて消費されたと判定する構成を採用することもできる。この場合、予め指定された条件は、電圧印加部の出力設定が変化しない、とすることができる。また、トナー補給機構によるトナー補給が予め指定された時間継続されたときに電圧印加部の出力設定が変化しない、とすることもできる。

なお、以上の画像形成装置において、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部の出力設定として決定されている状態で実施されるトナー補給機構によるトナー補給は、単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態で実施されることが好ましい。

さらに、以上の画像形成装置において、現像器は、現像剤担持体から供給されるトナーを担持し、当該担持したトナーを像担持体に供給するトナー担持体をさらに備えてもよい。この場合、電圧印加部が現像剤担持体に印加する、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスは、現像剤担持体とトナー担持体との間に印加可能な最大の電界を発生させる。

本発明によれば、画像濃度を低下させることのない状態までトナー容器内のトナーを消費でき、トナー資源を有効に利用することができるとともに、画像形成装置の生産性を低下させることなく、適切な時期にトナー容器の交換を実行できる。

本発明の一実施形態における複合機の全体構成を示す概略構成図 本発明の一実施形態における複合機の画像形成部の構成を示す概略構成図 本発明の一実施形態における複合機のトナーコンテナの構成を示す概略構成図 本発明の一実施形態における複合機の現像器の構成を示す概略構成図 本発明の一実施形態における複合機のハードウェア構成を示す図 本発明の一実施形態における複合機を示す機能ブロック図 本発明の一実施形態における複合機が実施するトナーエンド検知手順の一例を示すフロー図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、トナー残量管理機能を備えるデジタル複合機として本発明を具体化する。

図１は本実施形態におけるデジタル複合機の全体構成の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、複合機１００は、画像読取部１２０及び画像形成部１４０を含む本体１０１と、本体１０１の上方に取り付けられたプラテンカバー１０２とを備える。本体１０１の上面にはコンタクトガラス等の透明板からなる原稿台１０３が設けられており、原稿台１０３はプラテンカバー１０２によって開閉されるようになっている。また、プラテンカバー１０２は、原稿搬送装置１１０を備えている。なお、複合機１００の前面には、ユーザが複合機１００に複写開始やその他の指示を与えたり、複合機１００の状態や設定を確認したりすることができる操作パネル１６１が設けられている。

原稿台１０３の下方には、画像読取部１２０が設けられている。画像読取部１２０は、走査光学系１２１により原稿の画像を読み取りその画像のデジタルデータ（画像データ）を生成する。原稿は、原稿台１０３や原稿搬送装置１１０に載置することができる。走査光学系１２１は、第１キャリッジ１２２や第２キャリッジ１２３、集光レンズ１２４を備える。第１キャリッジ１２２には線状の光源１３１及びミラー１３２が設けられ、第２キャリッジ１２３にはミラー１３３及び１３４が設けられている。光源１３１は原稿を照明する。ミラー１３２、１３３、１３４は、原稿からの反射光を集光レンズ１２４に導き、集光レンズ１２４はその光像をラインイメージセンサ１２５の受光面に結像する。

この走査光学系１２１において、第１キャリッジ１２２及び第２キャリッジ１２３は、副走査方向１３５に往復動可能に設けられている。第１キャリッジ１２２及び第２キャリッジ１２３を副走査方向１３５に移動することによって、原稿台１０３に載置された原稿の画像をイメージセンサ１２５で読み取ることができる。原稿搬送装置１１０にセットされた原稿の画像を読み取る場合、画像読取部１２０は、第１キャリッジ１２２及び第２キャリッジ１２３を画像読取位置に合わせて一時的に静止させ、画像読取位置を通過する原稿の画像をイメージセンサ１２５で読み取る。イメージセンサ１２５は、受光面に入射した光像から、例えば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色に対応する画像データを生成する。

生成された画像データは、画像形成部１４０において用紙に印刷することができる。また、図示しないネットワークインタフェイスによりネットワークを通じて他の機器（図示せず）へ送信することもできる。

画像形成部１４０は、画像読取部１２０で得た画像データや、ネットワーク等に接続された他の機器からネットワークインタフェイスを介して受信した画像データを用紙に印刷する。

図２は画像形成部１４０の構成の一例を示す概略構成図である。画像形成部１４０は、いわゆるタンデム方式である。図２に示すように、画像形成部１４０は、無端状の転写ベルト２１０と転写ベルト２１０に沿って並列に配置されたＣＭＹＫ各色のトナー像を別個に形成する画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋを備える。転写ベルト２１０は駆動ローラ２１１と従動ローラ２１２、２１３に巻回されている。従動ローラ２１３は、転写ベルト２１０の内側から外側へ付勢されており、転写ベルト２１０に張力を付与している。転写ベルト２１０は、駆動ローラ２１１の駆動により矢印２１４方向に回転する。

各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋは、像担持体である感光体ドラム２０２を備える。感光体ドラム２０２は一定速度で一方向に回転する。感光体ドラム２０２の周囲には、回転方向の上流側から順に、帯電器２０３、露光器２０４、現像器２０５、転写ローラ２０６、クリーニング器２０７等が配置されている。帯電器２０３は、感光体ドラム２０２表面（像担持面）を一様に帯電させる。露光器２０４は、一様に帯電した感光体ドラム２０２の表面に画像データに応じて光ビームを照射し、感光体ドラム２０２上に静電潜像を形成する。現像器２０５は、その静電潜像にトナーを付着させ、感光体ドラム２０２上にトナー像を形成する。当該トナー像は、転写ローラ２０６と感光体ドラム２０２との間の一次転写部２０８おいて搬送ベルト２１０に転写される。クリーニング器２０７は転写ローラ２０６による転写後に感光体ドラム２０２の表面に残っているトナーを剥ぎとる。

本実施形態では、露光光が照射された感光体ドラム２０２の表面の帯電が消失する構成になっている。トナーには、感光体ドラム２０２の帯電極性と同極性の電荷が付与されており、感光体ドラム２０２において露光光が照射されない非露光領域にはトナーが付着せず、露光光が照射された露光領域にトナーが付着する。転写ローラ２０６には、感光体ドラム２０２と逆極性（トナーと逆極性）の電圧が印加されており、露光領域に付着したトナーが転写ベルト２１０に転写される。

特に限定されないが、本実施形態では、各色の画像形成ユニットは、転写ベルト２１０の回転方向の上流側から、画像形成ユニット２０１Ｋ、２０１Ｙ、２０１Ｃ、２０１Ｍの順で配置されている。各画像形成ユニットは、この順で転写ベルト２１０上に各色のトナー像を転写する。各色のトナー像を転写するタイミングを制御することにより、各色のトナー像が転写ベルト２１０上で順次重ね合わされる。その結果、転写ベルト２１０上にはカラーのトナー像が形成される。なお、ＲＧＢ形式のカラー画像は、ＣＭＹＫ形式の画像データに変換され、各色の画像データが各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋの露光器２０４にそれぞれ入力される。

また、画像形成ユニット２０１Ｍの下流側かつ二次転写部（転写ベルト２１０と二次転写ローラ２２２との間）の上流側には転写ベルト２１０上に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度センサ（濃度検知部）２０９が配置されている。濃度センサ２０９は、例えば、発光部および受光部を一方面に備える反射型フォトセンサからなり、発光部から出射して受光部へ到達する光の強度に対応してトナー像の濃度を検知する構成を有する。

本実施形態では、当該濃度センサ２０９は、転写ベルト２１０の幅方向の両端部に設置されており、各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋの濃度キャリブレーションにも使用される。濃度キャリブレーションでは、転写ベルト２１０上の濃度センサ２０９と対向する位置に、各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋによって、例えば矩形状のパッチがそれぞれ形成される。そして、濃度センサ２０９に検知される濃度が予め指定された濃度となる、画像形成条件（後述の電圧印加部６０１の出力電位）が決定される。濃度キャリブレーションは、例えば、所定時間が経過する、あるいは画像形成が所定回数実施されるごとに実行される。なお、このような濃度キャリブレーションは公知であるためここでの詳細な説明は省略する。

また、各色の画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋは、それぞれの現像器２０５にトナーを補給するトナーコンテナ２３０Ｃ、２３０Ｍ、２３０Ｙ、２３０Ｋを備える。各トナーコンテナ２３０Ｃ、２３０Ｍ、２３０Ｙ、２３０Ｋは、対応する現像器２０５に対して着脱自在に取り付けられる。

図３は、トナーコンテナの構成を示す概略断面図である。なお、各トナーコンテナ２３０Ｃ、２３０Ｍ、２３０Ｙ、２３０Ｋは同様の構成を有しているため、ここでは色を限定することなく説明する。図３に示すように、トナーコンテナ２３０は、未使用のトナー３１０を収容貯留するトナー容器３０１、トナー搬送機構３０２、補給口３０３、シャッター部材３０４を備える。

補給口３０３はトナー容器３０１の底部の一端（例えば、図１に示す状態の複合機１００の奥側）に設けられ、後述する現像器２０５のトナー搬入部と対向する状態で配置されている。

シャッター部材３０４は、当該補給口３０３と現像器２０５のトナー搬入部との間に設けられ、補給口３０３の開放状態と閉鎖状態とを切り替える。開放状態はトナー容器３０１と現像器２０５とが連通する状態、すなわち、補給口３０３を通じてトナー容器３０１から現像器２０５へトナー３１０を供給可能な状態である。また、閉鎖状態はトナー容器３０１と現像器２０５とが分離された状態、すなわち、補給口３０３を通じてトナー容器３０１から現像器２０５へトナー３１０を供給不可能な状態である。

トナー搬送機構３０２は、トナー容器３０１に収容されたトナー３１０を現像器２０５に補給する。特に限定されないが、本実施形態では、トナー補給機構３０２は、トナー搬送部材３１１及びトナー補給用モータ３１２を備える。

トナー搬送部材３１１は、図３において紙面に垂直な方向に配置された回転軸３１３と、当該回転軸３１３の周りに軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成されたスクリューとにより構成されている。トナー搬送部材３１１は、補給口３０３と対向する位置に配置されている。トナー補給用モータ３１２は、トナー搬送部材３１１を回転軸３１３周りに回転駆動する。トナー補給用モータ３１２によりトナー搬送部材３１１が回転駆動されると、トナー３１０が補給口３０３に向かって搬送される。当該状態で、シャッター部材３０４を開放状態にすると、トナー容器３０１内のトナー３１０は補給口３０３を通じて現像器２０５に供給される。

後述のように、複合機１００は、ドットカウント演算部６１１を備え、画像データに基づいてトナー消費量を算出する。トナー補給機構３０２は、ドットカウント演算部６１１が算出するトナー消費量に基づいて、トナー容器３０１に収容されたトナー３０１を現像器２０５に補給する。例えば、先のトナー補給以降の累積トナー消費量が予め指定された値に到達した場合、トナー補給機構３０２はトナー３０１を現像器２０５に補給する。特に限定されないが、本実施形態では、トナー補給機構３０２は、単位時間あたりトナー補給量をトナー補給用モータ３１２の回転速度により変更する構成になっている。すなわち、トナー補給用モータ３１２の回転速度を増大させると、単位時間あたりトナー補給量を増大させることができる。後述のように、当該回転速度は、後述の電圧印加部６０１の出力設定に応じて決定される。

また、図４は現像器２０５の構成を示す概略構成図である。なお、各色の画像形成ユニット２０１Ｋ、２０１Ｙ、２０１Ｃ、２０１Ｍが備える現像器２０５は同様の構成を有しているため、ここでは色を限定することなく説明する。図４（ａ）は、図２と同一方向から見た現像器２０５を示す概略構成図である。図４（ｂ）は、現像器２０５のトナー撹拌部を示す概略平面図である。

図４（ａ）に示すように、現像器２０５は、現像ローラ（トナー担持体）４０１、磁気ローラ（現像剤担持体）４０２、撹拌スクリュー４０３、４０４及び仕切壁４０５を備える。現像ローラ４０１、磁気ローラ４０２、撹拌スクリュー４０３、４０４は、それぞれ感光体ドラム２０２と平行な回転軸を有する。現像器２０５は、内部に、トナー（非磁性トナー）と磁性キャリアとからなる二成分現像剤を収容する。

図４（ｂ）に示すように、撹拌スクリュー４０３、４０４は、回転軸の周りに軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成されたスクリューからなり、仕切壁４０５を介して互いに対向する状態で配置されている。撹拌スクリュー４０３、４０４及び仕切壁４０５がトナー撹拌部４０６を構成している。撹拌スクリュー４０３、４０４を回転軸周りに回転させることで、現像器２０５内のトナー及び磁性キャリアはトナー撹拌部４０６内を循環移動する。当該循環移動により、トナーと磁性キャリアとの間で衝突が発生し、当該衝突時の摩擦により、トナーに感光体ドラム２０２の帯電極性と同極性の電荷が付与される。なお、図４（ｂ）に示す例では、撹拌スクリュー４０４の回転によりトナー及び磁性キャリアは右方向へ移動する。また、撹拌スクリュー４０３の回転によりトナー及び磁性キャリアは左方向へ移動する。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、上方が開口したトナー搬入部４０７が撹拌スクリュー４０４の一端に設けられている。トナー搬入部４０７は、トナーコンテナ２３０の補給口３０３と対向して配置されている。補給口３０３を通じてトナー搬入部４０７に搬入されたトナーは、撹拌スクリュー４０４の回転によりトナー撹拌部４０６に導入されて、トナー撹拌部４０６内を循環移動する。なお、撹拌スクリュー４０３、４０４は、現像器２０５が動作中（すなわち、印刷中）に所定の周期で回転駆動される。

磁気ローラ４０２は、周方向に複数の磁極を有しており、その表面にトナー及び磁性キャリアからなる磁気ブラシを形成する。当該磁気ローラ４０２と対向する状態で配置された現像ローラ４０１の表面には、磁気ローラ４０２表面に形成された磁気ブラシに摺擦されること及び磁気ローラ４０２と現像ローラ４０１との間に形成された電界の作用によりトナー薄層が形成される。現像ローラ４０１は、このトナー薄層によって感光体ドラム２０２表面の静電潜像を現像する。本構成では、磁気ローラ４０２に印加するＤＣバイアスを変更することで、現像ローラ４０１に形成されるトナー薄層の濃度（トナー像の濃度）を調整することができる。

図２に示すように、画像形成部１４０は、手差しトレイ１５１、給紙カセット１５２、１５３、１５４等（図１参照）から、搬送路２２０を通じて、転写ベルト２１０と二次転写ローラ２２２との間の二次転写部に用紙を給送する。手差しトレイ１５１や各給紙カセット１５２、１５３、１５４には、様々なサイズの用紙を載置又は収容することができる。画像形成部１４０は、ユーザの指定した用紙や、自動検知した原稿のサイズに応じた用紙を選択し、選択した用紙を給送ローラにより手差しトレイ１５１やカセット１５２、１５３、１５４から給紙する。給紙された用紙は搬送ローラやレジストローラ２２１で二次転写部に搬送される。トナー像が転写された用紙は、定着器２２５に搬送される。定着器２２５は、ヒータを内蔵した定着ローラ２２３及び加圧ローラ２２４を有しており、熱と押圧力によってトナー像を用紙に定着する。画像形成部１４０は、定着器２２５を通過した用紙を排紙トレイ１４１（図１参照）へ排紙する。二次転写後、転写ベルト２１０に残留したトナーは、二次転写部の下流側かつ画像形成ユニット２０１Ｋの上流側に配置されたクリーニング器２１５によって除去される。

図５は、複合機における制御系のハードウェア構成図である。本実施形態の複合機１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）５０４及び原稿搬送装置１１０、画像読取部１２０、画像形成部１４０における各駆動部に対応するドライバ５０５が内部バス５０６を介して接続されている。ＲＯＭ５０３やＨＤＤ５０４等はプログラムを格納しており、ＣＰＵ５０１はその制御プログラムの指令にしたがって複合機１００を制御する。例えば、ＣＰＵ５０１はＲＡＭ５０２を作業領域として利用し、ドライバ５０５とデータや命令を授受することにより上記各駆動部の動作を制御する。また、ＨＤＤ５０４は、画像読取部１２０により得られた画像データや、他の機器からネットワーク等を通じて受信した画像データの蓄積にも用いられる。

内部バス５０６には、操作パネル１６１や各種のセンサ５０７も接続されている。操作パネル１６１は、ユーザの操作を受け付け、その操作に基づく信号をＣＰＵ５０１に供給する。また、操作パネル１６１は、ＣＰＵ５０１からの制御信号にしたがって自身が備えるディスプレイにユーザが指示を入力するための操作画面を表示する。また、センサ５０７は、プラテンカバー１０２の開閉検知センサや原稿台１０３上の原稿検知センサ、定着器２２５の温度センサ、搬送される用紙又は原稿の検知センサなど各種のセンサを含む。ＣＰＵ５０１は、例えばＲＯＭ５０３に格納されたプログラムを実行することで、以下の各手段（機能ブロック）を実現するとともに、これらセンサからの信号に応じて各手段の動作を制御する。

図６は、本実施形態の複合機の機能ブロック図である。図６に示すように、本実施形態の複合機１００は、電圧印加部６０１及びトナーエンド判定部６０２を備える。

電圧印加部６０１は、トナー像の濃度を調整するために、各現像器２０５においてトナーを含む二成分現像剤を担持する磁気ローラ４０２に、濃度センサ２０９の検知結果（濃度キャリブレーションの結果）に基づいてＤＣバイアスを印加する。電圧印加部６０１が磁気ローラ４０２に印加するＤＣバイアスは、磁気ローラ４０２に形成される磁気ブラシに担持されたトナーを現像ローラ４０１へ移動させる電界を、現像ローラ４０１と磁気ローラ４０２との間に生成する。例えば、電圧印加部６０１が磁気ローラ４０２に印加するＤＣバイアスは、２００〜４００Ｖの範囲である。この場合、磁気ローラ４０２に最大値である４００Ｖが印加されている状態では、磁気ローラ４０２と現像ローラ４０１との間に印加可能な最大の電界が発生し、トナー像の濃度が最大となる。

上述のように、電圧印加部６０１の出力（出力電位）は各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋの濃度キャリブレーションにおいて決定される。本実施形態では、濃度キャリブレーションは電圧印加部６０１により実施され、濃度キャリブレーションにおいて決定された、各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋに対応する電圧印加部６０１の出力設定は電圧印加部６０１に保持される。電圧印加部６０１の出力の正常時の狙い値は３００Ｖであるが、上述の濃度キャリブレーションの結果、電圧印加部６０１の出力設定が上昇した場合、トナー補給機構３０２は、トナー補給用モータ３１２の回転速度を増大させ、トナー容器２３０から現像器２０５への単位時間あたりのトナー補給量を増大させる。特に限定されないが、本実施形態では、トナー補給機構３０２は、電圧印加部６０１の出力設定とトナー補給用モータ３１２の回転速度とを対応づけて記録したテーブルを保持しており、トナー補給機構３０２は、電圧印加部６０１の出力設定に応じて、トナー補給用モータ３１２の回転速度を決定する構成になっている。

なお、公知のように、トナー容器３０１中のトナー残量が減少すると、トナー残量が初期の状態にある場合と比べて、トナー搬送部材３１１の回転に応じて補給口３０３から現像器２０５へ落下するトナーの量が減少する傾向にある。そのため、トナー補給用モータ３１２の回転速度は、トナー残量に応じて適宜補正されることが好ましい。

同様に、絶対湿度が高い場合、トナーの流動性が低下するため、絶対湿度が低い場合と比べて、トナー搬送部材３１１の回転に応じて補給口３０３から現像器２０５へ落下するトナーの量が減少する傾向にある。そのため、トナー補給用モータ３１２の回転速度は、絶対湿度に応じて適宜補正されることが好ましい。

トナーエンド判定部６０２は、濃度センサ２０９の検知結果に基づいて決定された電圧印加部６０１の出力設定と、トナー補給機構３０２のトナー補給動作状態とに基づいて、トナー容器２３０内のトナーが全て消費されたか否かを判定する。上述のように、本実施形態では、トナー補給機構３０２は、単位時間あたりトナー補給量をトナー補給用モータ３１２の回転速度により変更する。そのため、本実施形態では、トナーエンド判定部６０２は、トナー補給用モータ３１２の回転速度に基づいてトナー補給動作状態を取得する。すなわち、トナー補給用モータ３１２の回転速度が大きくなるにつれてトナー補給量が多くなり、例えば、最大回転速度である場合、最大能力でトナーを補給している状態であると認識する。

特に限定されないが、本実施形態では、トナーエンド判定部６０２は、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアス（上述の例では４００Ｖ）が電圧印加部６０１の出力設定として決定されている状態でトナー補給機構３０２によるトナー補給が実施された場合、新たに決定される電圧印加部６０１の出力設定が予め指定された条件を満足するときにトナー容器２３０内のトナーがすべて消費されたと判定する。ここでは、「電圧印加部の出力設定が変化しない」という条件が予め指定されている。

なお、本実施形態では、トナー容器２３０内のトナーが全て消費されたと判定したトナーエンド判定部６０２は、操作パネル１６１が備えるディスプレイにトナーコンテナの交換を要求する警告メッセージを表示する構成になっている。

また、図６に示すように、本実施形態の複合機１００は、ドットカウント演算部６１１及び露光用画像データ入力部６１２を備えている。

ドットカウント演算部６１１は、画像データに基づいて被転写体に印字されるドットを計数し、当該計数値に基づいて現像器２０５において消費されたトナー量を算出する。特に限定されないが、複合機１００では、各露光器２０４に入力される画像データは、露光用画像データ入力部６１２により生成される構成になっている。露光用画像データ入力部６１２は、例えば、ＲＧＢ形式の画像データをＣＭＹＫ形式のデータに変換し、各色の画像データを保持する。本実施形態では、ＲＡＭ５０２が露光用画像データ入力部６１２の画像データ保持領域として機能する。そして、露光用画像データ入力部６１２は、各色の画像データを各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋの露光器２０４それぞれに入力する。

ドットカウント演算部６１１は、露光用画像データ入力部６１２から各画像形成ユニット２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋの露光器２０４に入力される画像データ（あるいは、露光用画像データ入力部６１２に保持されている画像データ）に基づいて被転写体に印字されるドットを計数する。画像データが多階調データである場合、このような計数は、公知のように、画像データ中で所定階調（例えば、０〜２５５の２５６階調であれば１２７〜２５５）となる画素を計数することで実現できる。ドットカウント演算部６１１は、予め指定された、１ドットの印字で消費されるトナーの量を当該計数値に乗算することで、トナー消費量を算出する。当該トナー消費量は各色について算出される。なお、ドットカウント演算部６１１は、算出したトナー消費量を累積して保持する構成になっており、まもなく画像形成が不可能になるニアエンド状態は、当該トナー消費量の累積値に基づいて判定される。なお、トナー消費量の累積値がニアエンド状態に対応する値に到達した場合、ドットカウント演算部６１１は、操作パネル１６１が備えるディスプレイにニアエンド状態であることを通知する警告メッセージを表示する。また、当該トナー消費量の累積値は、トナーコンテナが交換された際にリセットされる。

図７は、複合機が実行するトナーエンド検知手順の一例を示すフロー図である。当該手順は、例えば、複合機１００に印刷ジョブが入力される等により、画像形成部１４０において印刷処理が開始されたことをトリガとして開始する。

当該手順が開始すると、トナー補給機構３０２は、濃度キャリブレーションにおいて決定された電圧印加部６０１の出力設定に基づいてトナー補給用モータ３１２の回転速度を設定する（ステップＳ７０１）。

このとき、ドットカウント演算部６１１は、露光用画像データ入力部６１２において画像データが生成される（あるいは、露光用画像データ入力部６１２から画像データが出力される）まで待機する（ステップＳ７０２Ｎｏ）。ドットカウント演算部６１１は、印刷対象の画像データを検知すると、ドットカウントに基づくトナー消費量を算出する（ステップＳ７０２Ｙｅｓ、Ｓ７０３）。

その後、印刷が実行されてトナーが消費されると、ドットカウント演算部６１１は、先のトナー補給以降の累積トナー消費量が予め指定された値に到達した否か等のトナー補給条件を満足したか否かを判定する（ステップＳ７０５）。そして、トナー補給条件を満足している場合、トナー補給機構３０２へトナー補給の実行を指示する（ステップＳ７０５Ｙｅｓ、Ｓ７０６）。当該指示に応じて、トナー補給機構３０２は、現像器２０５にトナーを補給する。このとき、トナー補給用モータ３１２は先に設定された回転速度によりトナー補給を実施する。一方、トナー補給条件を満足していない場合、トナー補給は実施されない（ステップＳ７０５Ｎｏ）。

以上のように、印刷が実行されている過程で、上述の濃度キャリブレーションが実行されると、濃度センサ２０９の検知結果に基づいて電圧印加部６０１の出力が決定される。このとき、トナーエンド判定部６０２は、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアス（上述の例では、４００Ｖ）が電圧印加部６０１の出力設定として決定されているか否かを確認する（ステップＳ７０７）。トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部６０１に出力設定として決定されていない場合、トナー補給機構３０２は、濃度キャリブレーションにおいて決定された電圧印加部６０１の出力設定に基づいてトナー補給用モータ３１２の回転速度を設定する（ステップＳ７０７Ｎｏ、Ｓ７０１）。

一方、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが出力設定として決定されている場合、トナーエンド判定部６０２は、トナー補給機構３０２のトナー補給用モータ３１２の回転速度を設定可能な最大値に設定し、トナー補給を実行させる（ステップＳ７０７Ｙｅｓ、Ｓ７０８）。また、トナーエンド判定部６０２は、電圧印加部６０１に、濃度キャリブレーションの実行を指示する。そして、トナーエンド判定部６０２は、当該濃度キャリブレーションの完了後に、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部６０１の出力設定として決定されているか否かを確認する（ステップＳ７０９）。トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが出力設定として決定されている場合（すなわち、電圧印加部６０１の出力設定が変動しなかった場合）、トナーエンド判定部６０２は、トナー容器２３０内のトナーがすべて消費されたと判定する（ステップＳ７０９Ｎｏ、Ｓ７１０）。なお、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスには、実質的にトナー像の濃度が最大とみなすことができる、ＤＣバイアスが含まれる。

このように複合機１００では、濃度キャリブレーションにおいて、電圧印加部６０１の出力としてトナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが決定された場合、トナー補給機構３０２の単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態でトナーが補給される。そして、再度、濃度キャリブレーションが実行される。すなわち、本実施形態では、画像濃度の調整のために複合機１００において変動が許容されているＤＣバイアス値の上限値において単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態でトナーを補給し、その後の濃度キャリブレーションにより決定される圧印加部６０１の出力に基づいてトナーエンドを検知している。言い換えると、正常な画像品質が得られる範囲の上限において単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態でトナーを補給し、トナーエンドを検知している。したがって、トナーエンドが検知されたときに、現像器２０５内は、キャリアとトナーとの比率が狙い値よりも大きく低下している状態になっていない。また、最大能力でのトナー補給を実施しているため、トナーエンドを確実に検知することができる。

一方、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部６０１の出力設定として決定されていない場合（すなわち、電圧印加部６０１の出力設定が変動した場合）、トナーエンド判定部６０２は、その旨をトナー補給機構３０２に通知する。当該通知を受けたトナー補給機構３０２は、濃度キャリブレーションにおいて決定された電圧印加部６０１の出力設定に基づいてトナー補給用モータ３１２の回転速度を設定する（ステップＳ７０９Ｎｏ、Ｓ７０１）。

なお、上記実施形態では、現像ローラ４０１と磁気ローラ４０２とを備え、トナー像の濃度を調整するために磁気ローラ４０２に印加するＤＣバイアスを変更する現像器２０５に適用した事例について説明した。しかしながら、トナー像の濃度を調整するために、感光体ドラムに対向する現像スリーブに印加するＤＣバイアスを変更する、一般的な二成分方式の現像器にも適用可能である。

以上説明したように、複合機１００では、電圧印加部６０１の出力設定と、トナー補給機構３０２のトナー補給動作状態とによりトナーエンドを検知するため、トナー容器２３０のトナー残量検知用センサや現像器２０５のトナー濃度センサ等を使用する必要がない。そのため、低コストで実現可能である。なお、トナー濃度センサを設けないことは必須ではなく、必要に応じてトナー濃度センサを採用してもよい。

また、複合機１００では、トナー像の濃度を低下させることのない状態までトナー容器２３０内のトナーを消費でき、トナー資源を有効に利用することができる。したがって、画像形成装置の生産性を低下させることなく、適切な時期にトナー容器（トナーコンテナ）の交換を実行できる。

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、いわゆるタンデム方式の複合機に適用した事例を例示したが、ロータリー方式の複合機に適用してもよい。また、カラー複合機に限らず、モノクロ複合機に適用することもできる。

また、トナー補給機構も上述の構成に限定されるものではなく、任意の構成を採用することができる。例えば、トナー補給用モータの回転速度が一定であり、回転量を変更することでトナー補給量を変更する構成であってもよい。この構成では、トナーエンド判定部６０２は、トナー補給用モータの駆動時間に基づいてトナー補給動作状態を取得することができる。また、この構成では、トナー補給機構によるトナー補給が予め指定された時間継続されたときに電圧印加部の出力設定が変化しないという条件を、トナーエンド判定部６０２がトナー容器内のトナーがすべて消費されたと判定する条件とすることができる。

また、上記実施形態では、特に好ましい形態として、トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが電圧印加部６０１の出力設定として決定されている状態で実施されるトナー補給機構３０２によるトナー補給を、単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態で実施する構成を例示した。しかしながら、単位時間あたりのトナー補給量を最大にすることは必須ではなく、トナー容器２３０にトナーが存在している状況下で、濃度キャリブレーションの際に電圧印加部６０１の出力設定が変更される補給量であればよい。

さらに、図７に示したフローチャートは、等価な作用を奏する範囲において、各ステップの順序を適宜変更可能である。例えば、トナー補給用モータの回転速度設定ステップＳ７０１は、印刷実行ステップＳ７０４までに実行されていればよい。

加えて、上述の実施形態では、デジタル複合機として本発明を具体化したが、デジタル複合機に限らず、ファクシミリ、複写機等任意の画像形成装置に本発明を適用することも可能である。

本発明によれば、低コストで適切なトナーエンドを検知することができ、画像形成装置として有用である。

１００ 複合機
２０２ 感光体ドラム（像担持体）
２０５ 現像器
２０９ 濃度センサ（濃度検知部）
２１０ 転写ベルト
２３０、２３０Ｃ、２３０Ｍ、２３０Ｙ、２３０Ｋ トナー容器
３０２ トナー補給機構
３１２ トナー補給用モータ
４０１ 現像ローラ（トナー担持体）
４０２ 磁気ローラ（現像剤担持体）
６０１ 電圧印加部
６０２ トナーエンド判定部

Claims (7)

1. トナーを収容するトナー容器と、
   像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、像担持体上にトナー像を形成する現像器と、
   前記トナー像の濃度を検知する濃度検知部と、
   前記トナー像の濃度を調整するために、前記現像器において前記トナーを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に、濃度検知部の検知結果に基づいてＤＣバイアスを印加する電圧印加部と、
   前記現像器内のトナーの消費に応じて、前記トナー容器に収容されたトナーを前記現像器に補給するトナー補給機構と、
   前記濃度検知部の検知結果に基づいて決定された電圧印加部の出力設定と、前記トナー補給機構のトナー補給動作状態とに基づいて、前記トナー容器内のトナーが全て消費されたか否かを判定するトナーエンド判定部と、
   を備え、
   前記トナー補給機構は、単位時間あたりトナー補給量をトナー補給用モータの回転速度により変更し、前記トナーエンド判定部は、前記トナー補給用モータの回転速度に基づいて前記トナー補給動作状態を取得する、画像形成装置。
2. 前記トナーエンド判定部は、前記トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが前記電圧印加部の出力設定として決定されている状態で前記トナー補給機構によるトナー補給が実施された場合、新たに決定される前記電圧印加部の出力設定が予め指定された条件を満足するときに前記トナー容器内のトナーがすべて消費されたと判定する、請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記予め指定された条件が、前記電圧印加部の出力設定が変化しない、である、請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記予め指定された条件が、前記トナー補給機構によるトナー補給が予め指定された時間継続されたときに前記電圧印加部の出力設定が変化しない、である、請求項２又は請求項３記載の画像形成装置。
5. トナーを収容するトナー容器と、
   像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、像担持体上にトナー像を形成する現像器と、
   前記トナー像の濃度を検知する濃度検知部と、
   前記トナー像の濃度を調整するために、前記現像器において前記トナーを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に、濃度検知部の検知結果に基づいてＤＣバイアスを印加する電圧印加部と、
   前記現像器内のトナーの消費に応じて、前記トナー容器に収容されたトナーを前記現像器に補給するトナー補給機構と、
   前記濃度検知部の検知結果に基づいて決定された電圧印加部の出力設定と、前記トナー補給機構のトナー補給動作状態とに基づいて、前記トナー容器内のトナーが全て消費されたか否かを判定するトナーエンド判定部と、
   を備え、
   前記トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスが前記電圧印加部の出力設定として決定されている状態で実施される前記トナー補給機構によるトナー補給は、単位時間あたりのトナー補給量が最大となる状態で実施される、画像形成装置。
6. トナーを収容するトナー容器と、
   像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、像担持体上にトナー像を形成する現像器と、
   前記トナー像の濃度を検知する濃度検知部と、
   前記トナー像の濃度を調整するために、前記現像器において前記トナーを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に、濃度検知部の検知結果に基づいてＤＣバイアスを印加する電圧印加部と、
   前記現像器内のトナーの消費に応じて、前記トナー容器に収容されたトナーを前記現像器に補給するトナー補給機構と、
   前記濃度検知部の検知結果に基づいて決定された電圧印加部の出力設定と、前記トナー補給機構のトナー補給動作状態とに基づいて、前記トナー容器内のトナーが全て消費されたか否かを判定するトナーエンド判定部と、
   を備え、
   前記現像器は、前記現像剤担持体から供給されるトナーを担持し、当該担持したトナーを前記像担持体に供給するトナー担持体をさらに備える、画像形成装置。
7. 前記電圧印加部が前記現像剤担持体に印加する、前記トナー像の濃度が最大となるＤＣバイアスは、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間に印加可能な最大の電界を発生させる、請求項６記載の画像形成装置。
   

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