JP6135164B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、トナー容器から現像ユニットにトナーを自動的に補給する技術が知られている。トナーの補給時は、現像ユニットを安定化させるために、なるべく高精度に現像ユニット内部の残留トナー量を検知し、少しずつ補給トナーを補給することで、補給直後の残留トナーと補給トナーとの比率を一定に保つ補給制御が必要となる。この残留トナー量を検知する技術として、例えば特許文献１では、現像ユニット内に設けた光学式の検知手段を用いる技術が開示されている。

しかしながら、今までの光学式のトナーの検知手段を用いた画像形成装置では、光が透過する場合を「トナーなし」、光が透過しない場合を「トナーあり」と判断するため、発光／受光素子に故障や接続不良、光路ずれが生じた場合に、現像ユニット内部のトナーが足りていると判断してしまう。これにより、本当にトナーが満杯になっているのか、検知手段に異常があり満杯を誤検知しているのか判別できない。満杯を誤検知している場合、現像ユニット内部のトナー量は不確定である。

仮に現像ユニット内部にトナーがない状態であるとすると、そのまま印刷を継続することは現像ローラや感光体の損傷につながるため、現像ユニット内部のトナー量が正しく認識できない場合、満杯であっても、満杯の誤検知であっても装置を強制停止せざるを得ない。そこで現像ユニット内部のトナー量を満杯にさせないような補給量の制御により、正常な満杯検知による装置の強制停止を回避する方法が実施されているが、単位時間あたりにトナー容器から補給できるトナー量にはばらつきが多く、常に現像ユニット内部のトナー量を満杯にしないように制御することは難しい。そのため現像ユニット内部のトナー量が満杯になる度に装置が強制停止してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、現像ユニット内のトナー量が満杯であると、誤検知されてしまうことを防止することのできる画像形成装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、現像用のトナー容器と、画像形成を行う現像ユニットと、前記現像ユニット内のトナーを検知する検知部と、前記検知部による前記トナーの検知履歴から、前記現像ユニット内のトナーが満杯であるか、空であるかを測定する測定部と、前記トナー容器から前記現像ユニットへと前記トナーを補給する補給部と、印刷する画像データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出するトナー量算出部と、印刷が行われるごとに、前記トナーの消費量を累積して累積トナー消費量を算出する累積部と、補給実施後から次の補給実施までの間の前記累積トナー消費量に基づいて前記トナーが満杯であるかの測定結果が正常か否かを判定する異常判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、現像ユニット内のトナーが満杯であると、誤検知されてしまうことを防止することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態の画像形成装置の全体構成を示す図である。 図２は、実施形態の画像形成装置のハードウェアのブロック図である。 図３は、実施形態のトナー消費量の算出方法を説明する図である。 図４は、実施形態のＬＥＤＡ書込みを制御するシステムのブロック図である。 図５は、実施形態の現像ユニットの詳細な構成を示す図である。 図６は、実施形態の受光素子の出力のサンプリング結果を示す図である。 図７は、実施形態の受光素子の出力のサンプリング結果を示す図である。 図８は、実施形態のトナー量検知結果と、補給実施間の累積したトナー消費量の関係を示す図である。 図９は、実施形態の受光素子の出力のサンプリング結果を示す図である。 図１０は、実施形態の現像ユニットと、トナー容器の実施のトナーの有無を示す図である。 図１１は、実施形態のトナー容器の交換タイミングを説明する図である。 図１２は、実施形態のトナーが満杯である旨が検知される際の処理の流れを示すフロー図である。 図１３は、実施形態のトナーが空である旨が検知される際の処理の流れを示すフロー図である。

以下に添付図面を参照して、画像形成装置の実施の形態を詳細に説明する。図１に示すように画像形成装置１は、転写ベルト１２に沿って各色の現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと、トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが並べられ設置されている。転写ベルト１２は回転駆動される２次転写駆動ローラ３と転写ベルトテンションローラ４とに巻回されたエンドレスのベルトである。

現像ユニット２Ａは感光体５Ａ、感光体５Ａの周囲に配置された帯電器６Ａ、現像器８Ａ、及びクリーナーブレード９Ａ、を備えている。現像ユニット２Ａには、露光部７から光線が照射される。現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通であることから、現像ユニット２Ｂ〜２Ｄの説明は省略する。露光部７は、各現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが形成する画像色に対応する露光光であるレーザ光１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを照射する。なお、露光部７は、ＬＥＤＡ等のラインヘッドに置き換えてもよい。

また、画像形成装置１は、用紙１５を積載するための給紙トレイ１４、用紙１５を搬送するための給紙ローラ１６、レジストローラ１７、排紙ローラ１９、両面ローラ２０、転写ベルト１２に形成された画像を用紙に転写するための２次転写ローラ１３、トナーが転写された用紙１５にトナーを定着させる定着器１８を備えている。排紙ローラ１９には用紙１５が通紙したことを検知する排紙センサ２１が近接している。また画像形成装置１には、転写ベルト１２に形成されたパターンや、用紙１５に転写されずに残ったトナーを回収する廃トナーボックス２３が設けられている。

次に、このように構成された画像形成装置１の一般的な動作について説明する。画像形成に際し、感光体５Ａの外周面は、暗中にて帯電器６Ａにより一様に帯電された後、露光部７からのレーザ光１０Ａにより露光され、静電潜像が形成される。現像器８Ａは、この静電潜像をトナーにより可視像化し、感光体５Ａ上にトナー画像が形成される。トナー画像は感光体５Ａと転写ベルト１２とが接する位置（１次転写位置）で、１次転写ローラ１１Ａの働きにより転写ベルト１２上に転写され、転写ベルト１２上にトナー画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体５Ａは、外周面に残留した不要なトナーがクリーナーブレード９Ａにより払拭された後、次の画像形成のために待機する。

以上のようにして、現像ユニット２Ａでトナー画像を転写された転写ベルト１２は、次の現像ユニット２Ｂに搬送される。現像ユニット２Ｂでは、現像ユニット２Ａでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより転写ベルト１２上に形成された画像に重畳されて転写される。転写ベルト１２はさらに次の現像ユニット２Ｃ、２Ｄに搬送され、同様の動作により転写ベルト１２上に重畳されて転写される。こうして、転写ベルト１２上にフルカラーの画像が形成される。このフルカラーの重ね画像が形成された転写ベルト１２は、２次転写ローラ１３の位置まで搬送される。

画像形成時の用紙搬送動作に際して、給紙トレイ１４に収納された用紙１５は、最も上のものから給紙ローラ１６を時計回りに回転駆動することにより順に送り出される。レジストローラ１７の駆動開始は、前記の転写ベルト１により搬送されたトナー画像と２次転写ローラ１３上で、トナー画像と用紙１５の位置が重なり合うようなタイミングで行なわれる。この時レジストローラ１７は反時計方向に回転駆動することで用紙１５を送り出す。レジストローラ１７にて送り出された用紙１５は、２次転写ローラ１３にて転写ベルト１２上のトナー画像を用紙１５に転写した後、定着器１８にてトナー画像を熱及び圧力にて定着し、反時計回りに回転駆動された排紙ローラ１９にて画像形成装置１の外部に排紙される。

両面印刷を行う場合は、用紙１５が排紙ローラ１９を通過する手前で、排紙ローラ１９を時計回りに回転駆動し、用紙１５を両面搬送経路に搬送する。両面搬送経路に搬送された用紙１５は両面ローラ２０を経由し、再びレジストローラ１７まで搬送される。レジストローラ１７に到達した用紙１５は再びレジストローラ１７から再給紙され、２次転写ローラ１３にて先ほどと逆側の用紙面にトナー画像を転写後、定着器１８にてトナー画像を熱及び圧力にて定着し、反時計回りに回転駆動された排紙ローラ１９にて画像形成装置１の外部に排紙される。

また、各現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内には、トナーが一定量以下になったかを検知する検知センサ（検知部）が設けられており、検知センサにより現像ユニット内のトナーが一定量以下になったかが検知され、トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄから現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄにトナーが供給される。

次に、画像形成装置１の制御にかかるハードウェア構成について図２を用いて説明する。図２に示されるように、画像形成装置１は、外部Ｉ／Ｆ２４、ＣＰＵ２５、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７、操作パネルＩ／Ｆ２８、操作パネル２９、ＮＶＲＡＭ（Ｋ）３１、ＮＶＲＡＭ（Ｃ）３２、ＮＶＲＡＭ（Ｍ）３３、ＮＶＲＡＭ（Ｙ）３４、Ｉ／Ｏ３５、画像処理ＩＣ４５、コントローラ４６を備えている。これらの各部位は、システムバス３０によって互いに接続されている。

ＣＰＵ２５は、画像形成装置１のプロセッサであり、ＲＯＭ２６に記憶された制御プログラム等に基づいてシステムバス３０に接続される各種デバイスとのアクセスを総括的に制御し、Ｉ／Ｏ３５を介して接続されるセンサやモータ、クラッチ、ヒーターなどの電装品の入出力を制御する。また、ＲＯＭ２６には、ＣＰＵ２５の制御プログラムなどが記憶されている。ＣＰＵ２５は、ＲＯＭ２６に記憶されている制御プログラムを実行するほか、外部Ｉ／Ｆ２４を介してホストコンピュータなどの外部装置との通信処理を実行する。

ＲＡＭ２７はＣＰＵ２５の主メモリ、ワークエリア等として機能するＲＡＭであり、記録データの展開領域、環境データ格納領域等に用いられる。各ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４は、各トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄに搭載され、各トナー容器の残量などの情報が格納される。

操作パネル２９は、操作パネルＩ／Ｆ２８を介して接続されており、プリンタモードなどの設定を行うことができる。各トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄから対応する現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄへのトナーの供給は、トナー供給モータ３６を駆動させ、各トナー供給クラッチ３７、３８、３９、４０をＯＮ状態にすることで実行される。また、各現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内にはトナーが一定量以上入っているかを検知するためにトナー検知センサ４１、４２、４３、４４が設けられている。

画像処理ＩＣ４５は、コントローラ４６からの画像データを受け、露光部７に画像データ送信する。また、画像処理ＩＣ４５は、コントローラ４６から受け取った画像データから１ページあたりのトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量を、システムバス３０を介してＣＰＵ２５に通知する。

図３は、画像処理ＩＣ４５（トナー量算出部）が行うトナー消費量の算出方法を説明するための図である。まず、画像処理ＩＣ４５は、ラインメモリから読み出した画像データから、主走査方向に５画素、副走査方向に５画素のデータをそれぞれ抽出し、注目画素Ａを中心に５×５のマトリクスデータを生成する。このとき、画像処理ＩＣ４５は、露光部７の特性に合わせて、各画素の濃度データのγ変換を予め行う。画像処理ＩＣ４５は、注目画素Ａ、注目画素Ａに対して縦、横、斜め方向に隣接する参照画素Ｂ〜Ｉ、及び２画素分の距離に位置する参照画素Ｊ〜Ｙそれぞれに重み付け係数を設定し、注目画素Ａの合計光量を算出する。なお、ここでいう光量とは、画素に含まれる各トナーの色毎に算出される値である。したがって、画素Ａに対しては本実施形態では、４種類のトナー毎の消費量が光量から算出される。重み付け係数は、注目画素を挟んで対称関係にある参照画素同士では共通の値を用いる。以下、注目画素Ａの光量の算出式である。ｍａｉｎは、注目画素Ａの重み付け係数、ｒｅｆＮは、各参照画素の重み付け係数である。

Ａの光量＝Ａ＊ｍａｉｎ＋（Ｃ＋Ｇ）＊ｒｅｆ１−１＋(Ｅ＋Ｉ)＊ｒｅｆ１−２＋(Ｂ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｈ)＊ｒｅｆ１−３＋(Ｌ＋Ｔ)＊ｒｅｆ２−１＋(Ｐ＋Ｘ)＊ｒｅｆ２−２＋(Ｋ＋Ｍ＋Ｓ＋Ｕ)＊ｒｅｆ２−３＋(Ｏ＋Ｑ＋Ｗ＋Ｙ)＊ｒｅｆ２−４＋(Ｊ＋Ｎ＋Ｒ＋Ｖ)＊ｒｅｆ２−５

また、トナーが現像される量は感光体を露光する光量に比例するが、ある光量レベル（上限値）で飽和し、それ以上は現像されない。そこで、画像処理ＩＣ４５は、飽和処理を実行する。飽和処理は、以下の式によって示される。
Ａの光量 ≦ 上限値の場合 → トナー消費量の換算値（Ｘ）＝Ａの光量
Ａの光量 ＞ 上限値の場合 → トナー消費量の換算値（Ｘ）＝上限値

さらに、画像処理ＩＣ４５は、算出するトナー消費量の換算値を実際にトナーが現像される量に近づけるため、Ａの光量から一定量のオフセット値を減算し、１画素あたりのトナー消費量の換算値を算出する。なお、減算結果がマイナスの場合には結果を０とする。

画像処理ＩＣ４５は、以上の処理を印刷する１ページ内の全画素に対して行い、１ページ分のトナー消費量換算値の合計を算出する。算出されたトナー消費量換算値の値は、対応するＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４にそれぞれ記憶される。また、トナー消費量換算値は、印刷が実行されるたびに算出され、それまでに算出されていたトナー消費量換算値に加算されて値が更新される。したがって、画像処理ＩＣ４５が、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４の値を累積して更新することで、累積部として機能する。そして、現像ユニット２Ａ〜２Ｄに対して、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄからトナーが補給されて満杯になったことが検知されると、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４の値は「０」にリセットされる。なお、隣接する画素が画像領域外のときは、隣接する参照画素を光量０の画素として扱う。なお、上述の算出の際に用いる範囲は、５×５の画素ではなくてもよく、算出方法は適宜変更することができる。

さらに、消費量算出に使用する画像データを露光部７に応じて変えることで精度の高い消費量を算出することができる。発光デバイスがＬＤと回転体による走査型の露光部の場合は、発光データを用いて消費量を算出することで、精度の高い消費量を算出できる。また、発光デバイスがＬＥＤＡ等のライン型の露光部の場合は、ライン上に配置された発光素子がうねっている。そのため、ラインヘッドに設けられた不揮発メモリにうねりデータを記録し、うねりデータを用いてスキュー補正を行い発光させる。スキュー補正後のデータを使用すると形成される画像と消費量算出に用いる画像との間に誤差が生じるため、スキュー補正前の画像データから消費量を算出する。

ここで、消費量算出に用いる画像データがスキュー補正前とスキュー補正後で誤差が生じる理由について、ライン型の露光部における制御の流れを図４を用いて説明する。図４に示されるように、ＰＣ５０から印刷動作が指示されると、ＰＣ５０上のプリンタドライバを介してコントローラ（ＣＴＬ）６０に画像データが転送される。ＣＴＬ６０は、画像データをページメモリにおいてビットマップデータに変換し、実際に印刷する発光データとしてＬＥＤＡ制御部１００に転送する。

ＬＥＤＡ制御部１００の速度変換回路１０１は、ＣＴＬ６０と動作クロック周波数が異なるため、一旦画像データをラインメモリ１０２に格納し、ＬＥＤＡ制御部１００の動作クロックに基づいてデータをリードする速度変換を行う。その後、画像領域制御回路１０３は、画像サイズやタイミングを制御し、そこで入力解像度単位に応じた位置ずれ補正が行われる。また、パターン制御回路１０４は、内部パターンの付加や、トリミング処理等の画像処理を行う。次いで、スキュー補正回路１０５は、画像処理されたデータを、複数のスキュー補正用のラインメモリ１０６に格納し、その際に例えば６００ｄｐｉから１２００ｄｉｐへの解像度変換を行い、画像位置に応じて読み出すラインメモリ１０６を切り替えることでスキュー補正処理を実行する。

ここでの解像度変換とは画像データの解像度と出力側のＬＥＤＡ解像度が異なる場合に、出力側の解像度に合わせるように高解像度化する処理を示す。次いで、階調制御回路１０７は、高解像度化と、スキュー補正処理がされたデータに対し、画像濃度を調整するための階調制御を行う。例えば画像データが２値マトリクスへと変換される。そして、最後にＬＥＤＡ制御回路１０８は、画像データに基づいて、ＬＥＤＡ１１０の制御を実行する。

次に、トナー検知センサ４１〜４４による現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内の残留トナー量を検知する構成について図５を用いて説明する。図５に示されるように、現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内部には、トナー検知センサ４１〜４４を構成する発光素子４７と受光素子４８とがそれぞれ取り付けられており、発光素子４７から照射した光は現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内部を通り、受光素子４８が受け取る構成になっている。この構成により、光路上にトナーがない場合は光が透過し、光路上にトナーがある場合は光が遮断されるため、トナーのあり／なしが判別可能となる。また、現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内のトナーは劣化したトナーと、新しいトナーの濃度を均一にする目的から常時撹拌されているため、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、現像ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内のトナー量が多いとき、また少ないときには、受光素子４８からそれぞれ５０Ａ、５０Ｂのような波形が得られる。したがって、トナーが新しいものか古いものか、磁気を帯びるものか、帯びないものかなどの種類にかかわらず、トナーの有無を検知することができる。この出力値に対して閾値５１を設定し、ＣＰＵ２５は（測定部）、トナーなし検知回数とトナーあり検知回数の割合からトナー量の満杯／空を判定する。

また、トナー量が満杯であるか空であるかを判定するタイミングは、算出されたトナー消費量を累積し、その値からタイミングを決定する。タイミングごとに検知結果が空であればトナー消費量の累積値分、トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄからトナーが補給され、満杯が検知されればトナー消費量の累積値がクリアされ、トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄからの補給は行われない。

図７は、現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部のトナー量を満杯と検知する際のトナー消費量について示したものである。図６で説明したトナー量の検知方法では、現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部のトナー量が満杯になったとき、受光素子４８は図７（ａ）に示すような波形５０Ｃを出力する。すなわち、受光素子４８から常時「トナーあり」が読み取れる場合を満杯として検知できる。しかし、発光素子４７、又は受光素子４８に故障や接続不良、光路などの異常が生じ、受光素子の電圧値が「トナーあり」側に貼り付き、図７（ｂ）に示すような波形５０Ｄが出力された場合にも常時「トナーあり」を読み取れることになり、本当に現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部のトナー量が満杯で正常に満杯を検知しているのか、検知素子に異常があり満杯を誤検知しているのか判別できない。

そこで、トナー量検知時の累積トナー消費量を判別基準に用いる。図８は、補給実施後から次の補給実施までのトナー消費量の累積値の推移を示す図である。図８に示されるように、補給実施間のトナー消費量は、現像ユニット２Ａ〜２Ｄへのトナーを補給してからどの程度トナーが減ったかを示しているため、トナー量検知において補給実施間のトナー消費量の累積値を参照することで満杯を検知する可能性があるのか、満杯を検知する可能性がないのかを予測することができる。したがって、ＣＰＵ２５（異常判定部）は、補給実施間の累積トナー消費量をＣｓ、補給実施間のトナー消費量閾値をＣｓ＿ｔｈ（第１閾値）として、トナー量検知において受光素子４８が常時「トナーあり」を示した場合に以下の判別を行う。

Ｃｓ ≦ Ｃｓ＿ｔｈ の場合 → トナー量満杯検知（正常）
Ｃｓ ＞ Ｃｓ＿ｔｈ の場合 → トナー量満杯誤検知（異常）

すなわち、累積トナー消費量が、予め定めた閾値よりも高くなる場合は、正常にトナーが満杯となっている場合Ｃｓの値はリセットされて閾値を越えることがないことから、累積トナー消費量がリセットされることなく増加されている場合は、トナー量が減少しているにもかかわらず、トナーが満杯であると誤検知していることが予測される。この判定を行うことにより、トナー量の満杯検知と満杯誤検知を判別し、正常と判別した場合、装置は動作を継続し、異常と判別した場合、装置はトナー検知センサ４１〜４４の異常をユーザに通知し、装置を強制停止させる。なお、トナー容器交換から交換までの累積トナー消費量Ｃｓを累積するために必要なトナー消費量は、図３で説明した方法から算出される。また、トナー消費量閾値Ｃｓ＿ｔｈは、例えば、現像ユニット２Ａ〜２Ｄの収容可能なトナーの最大量に基づいて設定されている。

さらに、トナー量満杯を検知した場合、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄの補給機構のばらつきなどの理由から、現像ユニット２Ａ〜２Ｄへの補給量が設定量よりも大きくなっている可能性があり、現像ユニット２Ａ〜２Ｄに対する補給しすぎによるトナー溢れの可能性がある。そこで、トナー量満杯を検知した場合に、ＣＰＵ２５は、以下の補給量算出に用いる補給量補正係数αの値を、次回補給量が小さくなるように変更し、ＲＡＭ２７に記憶する。

（トナー補給量）＝（補給実施間の累積トナー消費量）×α

具体的には、補給量補正係数αの値を１より小さい値に補正することで、トナー消費量に大きくなる方の誤差が生じていた場合にも、補給動作に影響が出ないように調整することが可能となる。あるいは、このときにトナー消費量の予測値を小さくする補正を行い、トナー消費量の精度を向上させることも可能である。

図９は、現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部のトナー量を空と検知する際のトナー消費量について示したものである。図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、現像ユニット２Ａ内部のトナー量が空になったとき、受光素子４８は図９（ａ）に示すような波形５０Ｅを出力する。すなわち、受光素子４８から所定の期間の間、常時「トナーなし」が読み取れる場合を空として検知できる。

しかし、発光素子４７や受光素子４８に故障や接続不良、光路などの異常が生じ、受光素子４８の電圧値が「トナーなし」側に貼り付き、図９（ｂ)に示すような波形５０Ｆが出力された場合にも常時「トナーなし」を読み取れることになり、本当に現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部のトナー量が空で正常に空を検知しているのか、トナー検知センサ〜４４に異常があり空を誤検知しているのかを判別できない。

ここで、検知素子が正常である場合、常時「トナーなし」側に電圧値が張り付いて異常である場合のそれぞれの場合で現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内部を常時「トナーなし」として検知したときに起こり得る現像ユニット２Ａ〜２Ｄとトナー容器２２Ａ〜２２Ｄの実際のトナー量の組み合わせを図１０の表に示す。図１０に示されるように、組み合わせは状態５２ａから状態５７ａの計６通り存在し、状態５２ａ〜５７ａに応じて装置において実行される動作も異なっている。

状態５２ａの場合、現像ユニット２Ａ〜２Ｄにトナーがなく、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄにはトナーがある状態であり、単純にトナーの補給が追い付いていないだけなので、動作としては継続してトナーを補給する処理が実行される。状態５３ａ、５５ａ、５７ａの場合、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄの残量がないため、トナー検知センサ４１〜４４が正常であっても異常であってもトナー容器２２Ａ〜２２Ｄの交換が必要であることをユーザに通知して、装置の動作を強制停止する処理が実行される。

一方、状態５４ａ、５６ａの場合、そのまま装置の動作を継続し、トナーの補給を行い続けると現像ユニット２Ａ〜２Ｄからトナーが溢れてしまうため、トナー検知センサ４１〜４４の異常をユーザに通知して、装置を強制停止させる。ただし、状態５２ａと状態５４ａ、５６ａはトナー容器２２Ａ〜２２Ｄがともに、トナーありの状態として認識されており、トナー検知センサ４１〜４４からの電圧も「トナーなし」の状態であるため、互いに区別することができない。そこで、現像ユニット２Ａ〜２Ｄのトナー量が空である旨がトナー検知センサ４１〜４４によって検知されており、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄにトナーが残っている場合には、強制的にトナーを補給する制御を入れることにする。

この処理を行うことにより、実際のトナー量の状態は、状態５２ａから状態５２ｂに、状態５４ａから状態５４ｂに、状態５６ａは状態５６ｂにそれぞれ遷移する。このとき、状態５２ｂは現像ユニット２Ａ〜２Ｄにトナーが補給されている、かつトナー検知センサ４１〜４４が正常であるため、現像ユニット２Ａ〜２Ｄにおけるトナー量の検知結果は空ではなくなる。一方、状態５４ｂ、及び５６ｂは、トナーが現像ユニット２Ａ〜２Ｄに供給されているにもかかわらず、トナー検知センサ４１〜４４からの検知結果は「トナーなし」を示すこととなるため、強制的にトナーを補給した後であっても、検知センサ４１〜４４による検知結果が「トナーなし」となる場合は、トナー量検知におけるトナー量が空であることを誤検知している旨判別することができる。

また、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄにおけるトナー残量の有無は、トナーの累積トナー消費量から判別できる。図１１に、新品のトナー容器を交換してから次のトナー容器を交換するまでのトナー消費量の累積値とトナー容器の寿命の関係を示す。図１１に示されるように、このトナー容器交換から交換までの累積トナー消費量は、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄから現像ユニット２Ａ〜２Ｄに補給されたトナーの量を示すため、トナー容器交換から交換までの累積トナー消費量をＣｔ、トナーニアエンド消費量閾値をＣｔ＿ｔｈ（第２閾値）とすると、次の式によりトナー容器２２Ａ〜２２Ｄの残量のあり/なしを判別することができる。
Ｃｔ ＞ Ｃｔ＿ｔｈ の場合 → トナー容器の残量なし
Ｃｔ ≦ Ｃｔ＿ｔｈ の場合 → トナー容器の残量あり

ここで、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄ交換までの累積トナー消費量Ｃｔを累積するために必要なトナー消費量は、図３で説明した方法から算出することができる。さらに、上述したトナーの強制補給動作により現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内におけるトナー量が空から復旧した場合、状態５２ｂであると確定できる。状態５２ｂは、トナー容器２２Ａ〜２２Ｄにトナーが残っているのに現像ユニット２Ａ〜２Ｄにトナーが補給できていなかった状態であるので、現像ユニット２Ａ〜２Ｄに対する補給動作が想定よりも遅れていたことが認識できる。そこで、ＣＰＵ２５は、以下の補給量算出に用いる補給量補正係数αの値を変更してＲＡＭ２７に記憶し、次回の補給動作から補給量を大きくする処理を実行する。

（トナー補給量）=（補給実施間のトナー消費量）×α

具体的には、ＣＰＵ２５は、補給量補正係数αの値を１より大きい値に補正する。これにより補給動作における補給量制御の精度を高めることができる。また、状態５２ｂの発生原因は、トナー消費量の予測値が想定よりも小さかったとも解釈できる。上記補給量の補正の代わりに、トナー消費量の予測値を大きくするように補正を行うことで、トナー消費量の予測精度を高めることも可能である。

次に、以上に示したトナー量検知の際の満杯検知、及び満杯誤検知を判定する処理の流れを、図１２を用いて説明する。本制御フローはトナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄごとに実施される。図１２に示されるように、まずＣＰＵ２５は、発光素子４７を点灯させ、受光素子４８からの出力値のサンプリングを行うことで、現像ユニット２Ａ〜２Ｄのトナー量検知処理を実行する（ステップＳ１０１）。次いで、ＣＰＵ２５は、受光素子４８からサンプリングした出力値が全て「トナーあり」であったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。「トナーあり」でないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。一方、「トナーあり」であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２５は、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４に記録されている補給実施間の累積したトナー消費量Ｃｓを取得する（ステップＳ１０３）。次いで、ＣＰＵ２５は、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４に記録されている補給実施間のトナー消費量閾値Ｃｓ＿ｔｈを取得する（ステップＳ１０４）。

次いで、ＣＰＵ２５は、累積トナー消費量Ｃｓと、トナー消費量閾値Ｃｓ＿ｔｈとを比較し、Ｃｓ≦Ｃｓ＿ｔｈであるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。Ｃｓ≦Ｃｓ＿ｔｈであると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２５は、トナー量検知結果を「満杯検知」と確定する（ステップＳ１０６）。そして、ＣＰＵ２５は、補給量が多い場合には、次回補給量を少なめに補正するために、補給量補正係数αを小さく設定して、ＲＡＭ２７に記憶する（ステップＳ１０７）。

一方、Ｃｓ＞Ｃｓ＿ｔｈであると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ＣＰＵ２５は、トナー量検知結果を「満杯誤検知」と確定し、トナー検知センサ４１〜４４の異常を認識し（ステップＳ１０８）、画像形成装置１を強制停止する（ステップＳ１０９）。また、ＣＰＵ２５は、エラーを表示し、ユーザにサービスマンへの修理依頼を促す（ステップＳ１１０）。

続いて、図１３を用いて、トナー量検知時の空検知、及び空誤検知の処理に係る流れを説明する。本制御フローは、トナー容器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ毎に実施される。まず、ＣＰＵ２５は、発光素子４７を点灯させ、受光素子４８からの出力値のサンプリングを行うことで、現像ユニット２Ａ〜２Ｄのトナー量検知処理を実行する（ステップＳ２０１）。次いで、ＣＰＵ２５は、受光素子４８からサンプリングした出力値が全て「トナーなし」であったか否かを判定する（ステップＳ２０２）。「トナーなし」でないと判定された場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。一方、「トナーなし」であると判定された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２５は、トナーの補給を強制実行し、現像ユニット２Ａ〜２Ｄが補給遅延によるトナー切れとなっている状態から復帰させる（ステップＳ２０３）。このとき、補給量には補給実施間のトナー消費量からトナー溢れにならない値を設定する。

次いで、ＣＰＵ２５は、再度、発光素子４７を点灯させ、受光素子４８からの出力値のサンプリングを行うことで、現像ユニット２Ａ〜２Ｄのトナー量検知処理を実行する（ステップＳ２０４）。次いで、ＣＰＵ２５は、受光素子４８からサンプリングした出力値が全て「トナーなし」であったか否かを判定する（ステップＳ２０５）。「トナーなし」でないと判定された場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、トナーが補給されていることが検知センサ４１〜４４によって正常に検知されていることから、トナーの補給の遅延であると認識されるため、ＣＰＵ２５は、次回補給量を多めに補正するために、補給量補正係数αを大きく設定しＲＡＭ２７に記憶する（ステップＳ２１５）。

一方、全て「トナーなし」であると判定された場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２５は、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４に記録されている累積トナー消費量Ｃｔを取得する（ステップＳ２０６）。また、ＣＰＵ２５は、ＮＶＲＡＭ３１、３２、３３、３４に記録されているニアエンド累積トナー消費量Ｃｔ＿ｔｈを取得する（ステップＳ２０７）。そして、ＣＰＵ２５は、累積トナー消費量Ｃｔとトナーニアエンド累積トナー消費量Ｃｔ＿ｔｈを比較し、Ｃｔ≧Ｃｔ＿ｔｈであるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

Ｃｔ≧Ｃｔ＿ｔｈであると判定された場合（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２５は、トナー量検知結果を「空検知」と確定し、トナーがトナー容器２２Ａ〜２２Ｄのトナーがなくなっている旨を認識する（ステップＳ２０９）。そして、ＣＰＵ２５は、画像形成装置１を強制停止するとともに（ステップＳ２１０）、トナーエンドを表示し、ユーザにトナー容器２２Ａ〜２２ｄの交換を促す（ステップＳ２１１）。

一方、Ｃｔ≧Ｃｔ＿ｔｈでないと判定された場合（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、ＣＰＵ２５は、トナー量検知結果を「空誤検知」と確定し、トナー検知センサ４１〜４４に異常が発生していることを認識する（ステップＳ２１２）。そして、ＣＰＵ２５は、画像形成装置１を強制停止するとともに（ステップＳ２１３）、エラーを表示し、ユーザにサービスマンへの修理依頼を促す（ステップＳ２１４）。

以上に示した実施形態の画像形成装置１にあっては、現像ユニット２Ａ〜２Ｄ内のトナーが満杯であるか、又はトナー容器２２Ａ〜２２Ｄのトナーが空であるかを、画像データから算出したトナー消費量に基づいて判断することで、現像ユニット２Ａ〜２Ｄが、検知センサ４１〜４４の故障などにより誤って満杯や空であると検知されてしまうことを防ぐことができるようになる。

なお、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に適用した例を挙げて説明するが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

１ 画像形成装置
２Ａ 現像ユニット
２Ｂ 現像ユニット
２Ｃ 現像ユニット
２Ｄ 現像ユニット
３ ２次転写駆動ローラ
４ 転写ベルトテンションローラ
５Ａ 感光体
６Ａ 帯電器
７ 露光部
８Ａ 現像器
９Ａ クリーナーブレード
１０Ａ レーザ光
１１Ａ １次転写ローラ
１２ 転写ベルト
１３ ２次転写ローラ
１４ 給紙トレイ
１５ 用紙
１６ 給紙ローラ
１７ レジストローラ
１８ 定着器
１９ 排紙ローラ
２０ 両面ローラ
２１ 排紙センサ
２２Ａ トナー容器
２３ 廃トナーボックス
２４ 外部Ｉ／Ｆ
２５ ＣＰＵ
２６ ＲＯＭ
２７ ＲＡＭ
２８ 操作パネルＩ／Ｆ
２９ 操作パネル
３０ システムバス
３１、３２、３３、３４ ＮＶＲＡＭ
３５ Ｉ／Ｏ
３６ トナー供給モータ
３７、３８、３９、４０ トナー供給クラッチ
４１、４２、４３、４４ 検知センサ
４５ 画像処理ＩＣ
４６ コントローラ
４７ 発光素子
４８ 受光素子
１００ ＬＥＤＡ制御部
１０１ 速度変換回路
１０２ ラインメモリ
１０３ 画像領域制御回路
１０４ パターン制御回路
１０５ スキュー補正回路
１０６ ラインメモリ
１０７ 階調制御回路
１０８ ＬＥＤＡ制御回路
Ｃｓ 累積トナー消費量
Ｃｓ＿ｔｈ トナー消費量閾値
Ｃｔ 累積トナー消費量
Ｃｔ＿ｔｈ トナーニアエンド累積トナー消費量

特開２００７−２３３０９１号公報

Claims (13)

1. 現像用のトナー容器と、
   画像形成を行う現像ユニットと、
   前記現像ユニット内のトナーを検知する検知部と、
   前記検知部による前記トナーの検知履歴から、前記現像ユニット内のトナーが満杯であるか、空であるかを測定する測定部と、
   前記トナー容器から前記現像ユニットへと前記トナーを補給する補給部と、
   印刷する画像データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出するトナー量算出部と、
   印刷が行われるごとに、前記トナーの消費量を累積して累積トナー消費量を算出する累積部と、
   補給実施後から次の補給実施までの間の前記累積トナー消費量に基づいて前記トナーが満杯であるかの測定結果が正常か否かを判定する異常判定部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記異常判定部は、前記測定部が前記現像ユニット内のトナーの満杯を検出した際に、前記累積トナー消費量が第１の閾値より小さい場合は正常な測定結果とし、第１の閾値より大きい場合は異常な測定結果であると判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補給部は、前記異常判定部が、前記測定結果を正常として判断した場合、前記トナーの次回補給量を小さくする補正を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検知部は、発光部と受光部からなり、前記現像ユニット内を光が透過する場合に、前記トナーがない、透過しない場合に、前記トナーがある旨を示す出力を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー量算出部は、画像形成を行う際の露光部がライン状の露光部である場合は、スキュー補正前の前記画像データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. トナー量算出部は、画像形成を行う際の露光部が走査を行う露光部である場合は、前記画像データの発光データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 現像用のトナー容器と、
   画像形成を行う現像ユニットと、
   前記現像ユニット内のトナーを検知する検知部と、
   前記検知部による前記トナーの検知履歴から、前記現像ユニット内のトナーが満杯であるか、空であるかを測定する測定部と、
   前記トナー容器から前記現像ユニットへと前記トナーを補給する補給部と、
   印刷する画像データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出するトナー量算出部と、
   印刷が行われるごとに、前記トナーの消費量を累積して累積トナー消費量を算出する累積部と、
   前記トナー容器の交換後から次の交換までの間の前記累積トナー消費量に基づいて前記トナーが空であるかの測定結果が正常か否かを判定する異常判定部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記異常判定部は、前記測定部が前記現像ユニット内のトナーの空を検出した際に、前記累積トナー消費量が所定の第２の閾値より大きい場合は、前記トナー容器のトナー切れとして正常な測定結果とし、第２の閾値より小さい場合は異常な測定結果であると判断する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記補給部は、前記異常判定部による判定が実施される前に、前記トナー容器から前記現像ユニットに対して前記トナーを補給し、
   前記異常判定部は、前記補給部による前記トナーの補給後に、判定を実施する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記補給部は、前記トナー容器から前記現像ユニットへの前記トナーの補給の結果、前記測定部による測定結果が、空ではなくなった場合に、前記トナーの補給量の不足と判定して、次回補給量を大きくする補正を行う
    ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
11. 前記検知部は、発光部と受光部からなり、前記現像ユニット内を光が透過する場合に、前記トナーがない、透過しない場合に、前記トナーがある旨を示す出力を行う
    ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
12. 前記トナー量算出部は、画像形成を行う際の露光部がライン状の露光部である場合は、スキュー補正前の前記画像データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出する
    ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
13. トナー量算出部は、画像形成を行う際の露光部が走査を行う露光部である場合は、前記画像データの発光データから、印刷に要する前記トナーの消費量を算出する
    ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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