JP7363245B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

特許文献１には、像担持体に形成された静電潜像をトナーと磁性キャリアを用いて現像する現像装置と、補給用のトナーを収容したトナーボトルから現像装置へトナーを補給するトナー補給手段と、現像装置内のトナー濃度に関する情報を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段の検知結果に基づいてトナー補給手段によるトナー補給量を決定する通常モードを実行可能に制御する制御部と、トナーボトル内の残量に関する情報を検知する残量検知部と、トナーボトルの交換を判断するための情報を検知する交換検知手段と、を有する画像形成装置において、制御部は、残量検知部の検知結果に基づいて画像形成動作を禁止した後、交換検知手段の検知結果に基づいて直ちに画像形成動作を許可するかどうかを決定し、画像形成動作を許可する場合は、許可後の所定の初期期間において、通常モードよりもトナー補給手段によるトナー補給量を制限する補給制限モードを実行することを特徴とする画像形成装置が開示されている。

特許文献２には、静電像を担持可能な像担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて像担持体の静電像をトナー像に現像する現像装置と、交換可能に設けられた現像剤容器に収納された補給用現像剤を現像装置に補給する補給部と、現像装置内のトナー濃度に関する情報を検知可能な検知手段と、現像剤容器の交換動作が行われたかどうかを判断するための情報を検知する交換検知手段と、検知手段の検知結果に基づいて画像形成動作を禁止するとともに、交換検知手段の検知結果に基づいて画像形成動作の禁止を解除するように画像形成動作を制御する制御部と、を備えた画像形成装置において、制御部は、画像形成動作の禁止を解除した後、所定条件に到達するまでの間は検知手段の検知結果に関わらず画像形成動作を許可するとともに、所定条件に到達した時の検知手段の検知結果に基づいて、画像形成動作を禁止するか否か決定することを特徴とする画像形成装置が開示されている。

引用文献３には、トナー補給装置から現像器の現像槽にトナーを補給するトナー補給手段と、トナー補給手段によりトナーを補給された現像槽の現像剤を攪拌する現像剤攪拌手段と、現像剤攪拌手段により攪拌される現像剤を現像槽において一周させる現像剤搬送手段と、トナー補給手段によりトナーが補給される現像槽の位置から現像剤搬送手段により現像槽を一周する現像剤の現像剤搬送方向下流の所定位置において搬送中の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段により検知された現像剤のトナー濃度の最大値と最小値を取得する最大最小値取得手段と、最大最小値取得手段により取得された最大値と最小値との差分を取得する最大最小値差分取得手段と、最大最小値差分取得手段により取得された差分を所定の基準値と比較する差分基準値比較手段と、差分基準値比較手段による比較結果が、差分の基準値からのズレが許容値内に収斂したとき印字処理を進行させる印字処理進行手段と、を有することを特徴とする画像形成装置が開示されている。

特開２０１８－０８７９９７号公報 特許第６１８４２５９号公報 特開２０１５－１１８２１８号公報

本発明は、トナー濃度の予測値を用いない場合と比較して、トナー濃度の検知手段の誤検知の影響を抑制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。

第１態様に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像を、収容されたトナーとキャリアを含有する現像剤を用いて現像する現像手段と、前記現像手段内のトナーの濃度を検知して検知値を出力する検知手段と、前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、前記検知値に基づいてトナーを補給するように前記補給手段を制御する制御手段であって、前記現像手段内に残留するトナーの濃度を予測値として算出するとともに、前記予測値に関する予め定められた条件が充足された場合に、さらに前記予測値を用いて前記補給手段を制御する制御手段と、を含むものである。

第２態様に係る画像形成装置は、第１態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記検知値に基づいてトナーを補給する第１の補給モード、および前記検知値および前記予測値を用いて前記第１の補給モードにおける補給量よりも少ない補給量で補給する第２の補給モードを備え、前記予測値に関する予め定められた条件が充足された場合に前記第１の補給モードから前記第２の補給モードに切り替えて前記補給手段を制御するものである。

第３態様に係る画像形成装置は、第２態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記検知値と前記予測値との乖離が予め定められた乖離閾値を越えた場合に前記第２の補給モードに切り替えて前記補給手段を制御するものである。

第４態様に係る画像形成装置は、第３態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記検知値と前記予測値との乖離が予め定められた乖離閾値を越えた場合に前記第２の補給モードに切り替えてトナーの補給を停止させるように前記補給手段を制御するものである。

第５態様に係る画像形成装置は、第３態様または第４態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記乖離が前記乖離閾値を越えてから再び前記乖離閾値以下になった場合に前記第１の補給モードに戻すように前記補給手段を制御するものである。

第６態様に係る画像形成装置は、第３態様または第４態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記乖離が前記乖離閾値を越えた時点から予め定められた時間が経過するまで前記第２の補給モードを実行するように前記補給手段を制御するものである。

第７態様に係る画像形成装置は、第３態様または第４態様に係る画像形成装置において、前記検知値には、前記現像手段にトナーを補給するに際して予め定められた補給閾値が設定されており、前記制御手段は、前記乖離が乖離閾値を越えてから前記検知値が前記補給閾値未満になった場合に前記第１の補給モードに戻すように前記補給手段を制御するものである。

第８態様に係る画像形成装置は、第２態様から第７態様のいずれかの態様に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記画像形成装置が稼働中の特定の期間において前記第２の補給モードを実行するものである。

第９態様に係る画像形成装置は、第８態様に係る画像形成装置において、前記補給手段は一定量のトナーを充填した状態で交換可能となっており、前記制御手段は、前記補給手段が交換された時点から第１の予め定められた時間が経過するまで前記第２の補給モードを実行するように前記補給手段を制御するものである。

第１０態様に係る画像形成装置は、第８態様または第９態様に係る画像形成装置において、前記補給手段は一定量のトナーを充填した状態で交換可能となっており、前記制御手段は、前記補給手段にトナーが残留していないと予測される時点から第２の予め定められた時間遡った時点の期間において前記第２の補給モードを実行しないものである。

第１態様、および第２態様によれば、トナー濃度の予測値を用いない場合と比較して、トナー濃度の検知手段の誤検知の影響を抑制することができる画像形成装置を提供することができる、という効果を奏する。

第３態様および第４態様によれば、制御手段が、乖離と乖離閾値との対比に基づかないで第２の補給モードに切り替えて補給手段を制御する場合と比較して、トナーの補給量の減少動作への変更のタイミングがより正確に設定される、という効果を奏する。

第５態様によれば、制御手段が、乖離閾値に基づかないで第１の補給モードに戻すように補給手段を制御する場合と比較して、トナーの補給量を減少させる時間がより正確に制御される、という効果を奏する。

第６態様によれば、制御手段が、乖離が乖離閾値を越えた時点から予め定められた時間が経過するまでの時間に基づかないで、第２の補給モードの実行期間を制御する場合と比較して、トナーの補給量を減少させる時間がより適格に制御される、という効果を奏する。

第７態様によれば、制御手段が、補給閾値に基づかないで第１の補給モードに戻すように補給手段を制御する場合と比較して、トナーの補給量を減少させる時間がより正確に制御される、という効果を奏する。

第８態様によれば、制御手段が、画像形成装置が稼働中の特に制限のない期間において第２の補給モードを実行する場合と比較して、稼働中の適切な期間において第２の補給モードが実行される、という効果を奏する。

第９態様によれば、制御手段が、補給手段が交換された時点からの予め定められた時間を考慮しないで第２の補給モードを実行するように補給手段を制御する場合と比較して、稼働中のより効果的な期間において第２の補給モードが実行される、という効果を奏する。

第１０態様によれば、制御手段が、補給手段にトナーが残留していないと予測される時点から第２の予め定められた時間遡った時点の期間を考慮しないで減少動作を実行しないようにする場合と比較して、補給手段の交換時における画像形成装置の誤動作が抑制される、という効果を奏する。

実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態に係る画像形成装置が備える現像器の構成の一例を示す図である。 実施の形態に係る画像形成装置におけるトナーの補給動作を説明する図である。 （ａ）はトナーカートリッジが空になる直前のＡＴＣセンサの検知値、および予測値を示すグラフであり、（ｂ）は併用補給モードと通常補給モードの適用区間を説明する図である。 実施の形態に係る画像形成装置におけるトナー補給処理の流れを示すフローチャートである。 ＡＴＣセンサによる現像器内のトナー濃度の検知原理を説明する図である。 実施の形態に係る画像形成装置のトナー補給動作における、（ａ）は通常補給モードを説明する図であり、（ｂ）はトナーカートリッジの交換直後におけるトナー濃度の誤検知を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示している。図１に示すように、画像形成装置１０は、無端ベルトからなる中間転写ベルト４０が、複数のロール４２により、所定の張力を持って支持されている。また、中間転写ベルト４０上には、中間転写ベルト４０のベルト走行方向Ｐに沿って、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した画像記録ユニット４４Ｃ、４４Ｍ、４４Ｙ、４４Ｋが順に配設されている。なお、各画像記録ユニットは同一の構成なので、以下の説明では、特に区別しない限り、各色に対応する符号を省略して説明する。

各々の画像記録ユニット４４は、図示しない装置本体フレームに回転可能に軸支された感光体ドラム４６（像担持体）を有し、各感光体ドラム４６の周囲には、感光体ドラム４６の回転方向（図１の時計回り方向）に沿って、クリーナ４８、イレーズランプ（図示省略）、帯電器５０、レーザ走査装置１２、現像器５２、および１次転写ロール５４が順に配置されている。

すなわち、感光体ドラム４６に残留するトナーがクリーナ４８によって除去された後に、除電用のイレーズランプで感光体ドラム４６上の電荷が除電され、さらに帯電器５０によって帯電され、レーザ走査装置１２によって感光体ドラム４６の表面に光が照射されて潜像が形成される。そして、レーザ走査装置１２によって形成された潜像は、現像器５２によってトナー像に現像され、１次転写ロール５４によって中間転写ベルト４０に転写される。なお、各感光体ドラム４６によって副走査（図１に示すＹ軸方向の走査）が行われ、レーザ走査装置１２によって主走査（図１に示すＸ軸方向の走査）が行われる。

一方、画像形成の対象となる記録媒体（以下、「用紙」）は図示しない給紙カセットに収容され、その給紙カセットの用紙繰出側に設けられたピックアップロール５６により一枚ずつ繰り出される。繰り出された用紙は、所定数のロール対５８により図１中に破線で示す経路を辿って搬送され、２次転写ロール６０の圧接位置へと送られ、２次転写ロール６０で中間転写ベルト４０上のカラー画像が用紙に一括転写（２次転写）される。カラー画像が転写された用紙は、用紙搬送系６２によって定着器６４に搬送され、定着器６４によって画像の定着処理（加熱、加圧等）がなされた後、図示しないトレイに排出されるようになっている。

画像形成装置１０は、さらに画像形成装置１０を統括制御する制御部７０を備えている。制御部７０は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、ＲＯＭに記憶された画像形成装置１０の各種制御プログラムをＣＰＵが読み出し、ＲＡＭに展開して実行する。制御部７０は、後述する現像器５２内のトナー濃度を一定に維持するトナー補給処理も実行する。ただし、該トナー補給処理は制御部７０が実行するのみならず、例えば現像器５２を主として制御する制御部７０の配下の制御手段が実行するようにしてもよい。

ここで、図２を参照して、画像形成装置１０が備える本実施の形態に係る現像器５２について、より詳細に説明する。画像形成装置１０では、現像器５２で用いる現像剤の一例として、トナーに加えキャリアを成分として含む二成分現像剤を用いている。

現像器５２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、現像ロール５２Ａ、供給オーガ５２Ｂ、攪拌オーガ５２Ｃ、トナー供給部５２Ｄ、およびＡＴＣセンサ１４を備えている。

トナー供給部５２Ｄは、攪拌オーガ５２Ｃの主走査方向端部に設けられている。トナー供給部５２Ｄが設けられた主走査方向端部は、画像形成装置１０の前面側に位置し、図示しない扉を開閉することによってトナー供給部５２Ｄからトナーを供給する。トナー供給部５２Ｄへのトナーの補給は、トナー供給部５２Ｄと連結された図示しないトナーカートから行われる。該トナーカートリッジはモータにより駆動される供給部を備え、該モータを回転させてトナーの補給を行う。トナーの補給量の調整は、該モータの回転数、または回転時間を変えることによって行う。本実施の形態に係る画像形成装置１０では、以上のトナーの補給処理が制御部７０によって実行される。

ここで、トナーカートリッジには一定量のトナーが充填されており、トナーカートリッジのトナーが空になった場合は、新しいトナーカートリッジに交換することが可能となっている。なお、画像形成装置１０においては、トナーカートリッジと現像器５２との間にディスペンサ（搬送経路）を備える場合があり、この場合は該ディスペンサからトナーの補給を行ってもよい。

トナー供給部５２Ｄから供給されたトナーは、攪拌オーガ５２Ｃによって攪拌されながら図２（ａ）に示す－Ｘ方向へ搬送され、Ｘ軸方向端部で供給オーガ５２Ｂへ受け渡される。供給オーガ５２Ｂから供給されたトナーは、さらに現像ロール５２Ａに供給される。
すなわち、トナー供給部５２Ｄから供給されたトナーは、図２（ａ）に符号「Ｒ」で示す矢印に沿って現像器５２内を移動する。

ＡＴＣセンサ１４は現像器５２の内部に存在するトナーの濃度を検知するセンサであり、現像器５２の－Ｘ方向端部に設けられている。ＡＴＣセンサ１４によって検知されたトナー濃度に基づいて、トナーカートリッジから現像器５２へのトナーの補給がフィードバック制御される。すなわち、ＡＴＣセンサ１４の出力値（以下、「センサ出力値」）が高いトナー濃度に対応するセンサ出力値であればトナーカートリッジからの補給は減らされ、低いトナー濃度に対応するセンサ出力値であればトナーカートリッジからの補給は増やされる。

上述したように、画像形成装置１０では、現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤を用いているが、このうちキャリアは磁性を有する材料を用いて形成されている。
ＡＴＣセンサ１４は、現像器５２内の単位体積Ｖ当たりのキャリアの透磁率を測定することによってトナー濃度を推定している。なお、トナー濃度は、トナー濃度＝トナーの量／（トナーの量＋キャリアの量）×１００（％）で定義される。本実施の形態に係る画像形成装置１０では、キャリアは画像形成において用いられることはなく現像器５２内に滞留し、キャリアの量はほぼ一定に保たれている。ただし、キャリアが補給される形態の画像形成装置であっても、本実施の形態は適用可能である。

図６を参照して、ＡＴＣセンサ１４によるトナー濃度の検知原理について説明する。図６は、トナー濃度（図６では「ＴＣ」と表記）が様々に変化した場合の、ＡＴＣセンサ１４と対向する現像器５２内の単位体積Ｖに含まれるトナーとキャリアの量を模式的に示している。図６では、通常の状態において、単位体積Ｖにトナーおよびキャリアが合計で１０個充填されるものとしている。

図６（ａ）はトナー濃度が通常の状態を示しており、トナーとキャリアが各々５個ずつ充填されている。一方、図６（ｂ）はトナー濃度が高い状態を示しており、トナーが７個、キャリアが３個充填されている。また、図６（ｃ）はトナー濃度が低い状態を示しており、トナーが３個、キャリアが７個充填されている。そして、画像形成装置１０では、センサ出力値とトナー濃度が、実験、シミュレーション等を用いて予め対応付けられている。

トナー濃度は、図６（ａ）の通常状態で一定に維持されていることが好ましい。しかしながら、例えばＡＴＣセンサ１４の誤検知等に起因して、トナー濃度が正常に維持されない場合がある。ＡＴＣセンサ１４においてトナー濃度の誤検知が発生する要因の一例として、現像器５２内における現像剤の圧縮状態が挙げられる。現像剤の圧縮状態とは、現像器５２内の単位体積Ｖ当たりの現像剤（トナーおよびキャリア）の総量が通常の状態よりも過剰に多くなっている状態をいう。図６（ｄ）は、この圧縮状態を模式的に示している。つまり、本実施の形態に係る現像器５２内の、単位体積Ｖ当たりのトナーとキャリアの合計量の通常値は１０個であるのに対し、図６（ｄ）ではトナー１０個、キャリア１０個で合計量が２０個となっている。なお、本実施の形態において「誤検知」とは、ＡＴＣセンサ１４が、トナー濃度の検知ばらつきを越えて実際のトナー濃度からずれた値を検知することをいう。

図６（ｄ）に示す状態においてもトナーの粒子数とキャリアの粒子数は等しく、図６（ａ）に示す通常状態と変わらない。ところが、キャリアの絶対量が多いので、ＡＴＣセンサ１４は高い透磁率を検知し、その結果トナー濃度が低い状態にあるという誤った制御値を制御部７０に送る。制御部７０はセンサ出力値に基づいてトナー補給処理を実行するので、低トナー濃度に対応するセンサ出力値を受け取った制御部７０は、トナーの補給量を増加させるようにトナーカートリッジを制御する。すなわち、センサ出力値が誤った値であることにより、トナー濃度が正常に維持できなくなる状態が発生する。

図７を参照して、上記のトナー濃度が正常に維持できなくなる場合について、正常なトナー補給動作と併せ、より詳細に説明する。図７（ａ）は正常な（通常の）トナー補給動作を示す図であり、＜１＞はセンサ出力の時間に対する変化、＜２＞は補給動作の実行（図７（ａ）＜２＞では「ＯＮ」と表記）、停止（図７（ａ）＜２＞では「ＯＦＦ」と表記）のタイミングを示している。図７（ａ）において、センサ出力は透磁率の大小に対応しているので、センサ出力の増加する方向がトナーの減少する方向に対応している。また、制御部７０がトナー補給処理を実行するに際し、補給閾値ＴＣｔｈが設定されており、制御部７０は補給閾値ＴＣｔｈを目標値としてトナーカートリッジのモータを制御することにより現像器５２内のトナー量（トナー濃度）を調整する。

図７（ａ）では、現像器５２内のトナー濃度が比較的高く、トナー補給動作を停止させている状態を初期状態としている。続いてトナーが徐々に消費され、時刻ｔ１で補給閾値ＴＣｔｈを越えたことをＡＴＣセンサ１４が検知している。すると、制御部７０はトナーカートリッジの補給用のモータを回転させ、時刻ｔ２までトナー補給動作を実行する。次に、時刻ｔ２でトナー補給動作が停止するとトナー濃度は徐々に減少し、時刻ｔ３で再び補給閾値ＴＣｔｈに達すると、制御部７０が再度トナー補給動作を実行する。以上が、正常な場合（通常の場合）の制御部７０によるトナー補給動作である。

次に図７（ｂ）を参照して、ＡＴＣセンサ１４がトナー濃度の誤検知を発生する場合の一例について説明する。図７（ｂ）は、ＡＴＣセンサ１４による誤検知の一例として、トナーカートリッジ交換直後の状態を例示している。図７（ｂ）＜１＞はセンサ出力の時間変化を示しており、図７（ｂ）＜２＞はトナー補給動作の実行（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）を示している。

トナーカートリッジの交換直後は、現像器５２内にトナーがほぼ残留していない状態であるため、ＡＴＣセンサ１４は低トナー濃度に対応するセンサ出力を出力する。制御部７０は低トナー濃度の状態から通常のトナー濃度に早急に復帰させるべく、トナーカートリッジが備えるモータの回転数（または回転時間）を上げ、急激にトナーを補給しようとする。このような状態においては、上記した現像剤の圧縮状態が発生しやすい。

図７（ｂ）＜１＞に示す例では、時刻ｔ１において圧縮状態に起因するＡＴＣセンサ１４の誤検知Ｄｅが発生している。すなわちトナーが補給され、現像器５２内のトナー濃度は上昇しているにもかかわらず、センサ出力は低トナー濃度に対応した値に維持される状態が発生している。一旦このような状態になると悪循環に陥り、現像器５２内の攪拌が間に合わずトナー濃度が制御不能になり、しいては画像形成装置１０の故障に至る場合もある。なお、現像剤の圧縮状態に起因するＡＴＣセンサ１４の誤検知は、トナーカートリッジの交換直後のみならず、例えば非常に高い画像密度の画像を連続して印刷した後等の急激にトナーを補給する場合にも発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、ＡＴＣセンサ１４のセンサ出力に加え、センサ出力の予測値を用いることとした。すなわち、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、制御部７０がトナー濃度の予測値を算出し、実際のセンサ出力との差分（乖離値）を推定し、該乖離値が予め定められた乖離閾値を越えた場合にトナー補給動作を停止させる。このことにより、トナー濃度の予測値を用いない場合と比較して、トナー濃度の検知手段の誤検知の影響を抑制することができる画像形成装置が提供される。

ここで、本実施の形態では、現像器５２内のトナー濃度の予測値は、トナーカートリッジからのトナー補給量からトナー消費量を減じて現像器５２内の残留トナー量を推定し、この残留トナー量をトナー濃度に換算して算出する。トナーの補給量は、例えばトナーカートリッジが備えるモータの回転数（または回転時間）から算出する。該モータの回転数（または回転時間）とトナーの補給量との関係は、実験、シミュレーション等によって予め対応付けられている。一方、消費量は、例えば印字された画素（ピクセル）の数から算出する。なお、以下では、現像剤の圧縮に起因してトナー補給を停止させる補給動作（ＡＴＣセンサ１４の検知値と予測値の双方を用いる補給動作）と、通常の補給動作（例えば、予測値を使わず、検知値と補給閾値に基づいて行う動作）の双方を実行するモードを「併用補給モード」、通常の補給動作のみを実行するモードを「通常補給モード」と称して区別する。

図３を参照して、制御部７０が実行する本実施の形態に係るトナー補給処理について説明する。図３（ａ）は、本実施の形態に係る併用補給モードを説明する図である。図３（ａ）＜１＞は、センサ出力の時間変化を示し、図３（ａ）＜２＞はトナー補給動作の実行（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）を示している。

図３（ａ）＜１＞では、画像形成装置１０は併用補給モードを動作させ、トナー濃度が低い状態から始まり、トナー補給動作が実行され（つまり、併用補給モードで動作している）、時刻ｔ１においてＡＴＣセンサ１４の誤検知Ｄｅが発生したものとしている。図３（ａ）＜１＞において、「検知値」（実線）がセンサ出力の実際の値であり、「予測値」（一点鎖線）が予測されたセンサ出力の値であり、検知値と予測値の差分が「乖離値ΔＴＣ」である。図３（ａ）＜１＞に示すように、それまでほぼ同じ値であった検知値と予測値は、誤検知Ｄｅの発生後乖離している。乖離値ΔＴＣには乖離閾値ΔＴＣｍａｘが設定されており、制御部７０は、乖離値ΔＴＣが乖離閾値ΔＴＣｍａｘを越えた場合に、トナーの補給を停止するようにトナーカートリッジを制御する。図３（ａ）＜１＞の例では、時刻ｔ２において乖離値ΔＴＣが乖離閾値ΔＴＣｍａｘを越えたので現像器５２内の現像剤に圧縮状態が発生していると推定し、制御部７０はトナーの補給を停止させている。なお、トナーの補給を停止させる際、現像器５２内のトナー濃度自体は高い状態にあるので、印刷（画像形成）動作を停止させる必要はない。しかしながら、必要に応じ印刷（画像形成）を停止させてもよい。

トナーカートリッジからのトナーの補給を停止させると現像器５２内の現像剤の攪拌が進むので、現像剤の圧縮状態は解消されると考えられる。そのため、図３（ａ）＜１＞の例では、時刻ｔ３にトナーの補給を再開している。トナーの補給を停止させる期間は、現像剤の圧縮状態が問題とならない程度に解消されるまでの期間とすればよいが、本実施の形態ではトナーの補給を停止させてから、予め定められた停止時間Ｔｓの間、トナーの補給を停止させるようにしている（Ｔｓ＝ｔ３－ｔ２）。ただし、トナーの補給の停止時間はこれに限られず、例えば、トナーの補給を停止させてから乖離値ΔＴＣが乖離閾値ΔＴＣｍａｘ以下になるまでの期間、あるいは、検知値が補給閾値ＴＣｔｈ未満になるまでの期間等としてもよい。

次に、図４を参照して、併用補給モードの適用期間について説明する。上述したように、トナーカートリッジの交換直後は現像剤の圧縮状態が発生しやすいので、併用補給モードはトナーカートリッジの交換からあまり間を置かずに動作させるのが好ましい。

一方、併用補給モードの実行に際しては、トナーカートリッジが空になる直前の状態も考慮する必要がある。図４（ａ）は、トナーカートリッジが空になる直前の検知値と予測値の時間変化を示している。図４（ａ）において、画像形成装置１０は併用補給モードで動作しており、時刻ｔ１においてトナーカートリッジが空、または空とみなしてよい状態になったものとする。この時トナーカートリッジが空に近い状態なのでトナーが補給されず、ＡＴＣセンサ１４の検知値は補給閾値ＴＣｔｈを越え、トナー濃度が徐々に低くなっていることを示している。このとき画像形成装置１０は併用補給モードで動作しているので、予測値は逆に徐々にトナー濃度が高くなっていること示している。そのため、検知値と予測値との間に乖離値ΔＴＣが発生し、ΔＴＣ＞ΔＴＣｍａｘの条件が充足されると、制御部７０はトナーの補給を停止するようにトナーカートリッジを制御する。

一方、画像形成装置１０は、トナーカートリッジが空になった場合には、そのことを検知してその旨をユーザに報知する等の他の処理を行っている。従って、トナーカートリッジが空になる間際まで併用補給モードを動作させていると、トナーカートリッジの空を検知するタイミングがずれる等の本来想定していない誤動作が発生する可能性がある。そこで、トナーカートリッジが空または空に近い状態となった時点から、予め定められた時間遡った時点まで（以下、「空検知期間」）は併用補給モードを動作させない（つまり、通常補給モードで動作させる）ことが好ましい。なお、トナーカートリッジが空または空に近い状態となる時点は、例えばトナーカートリッジが交換されてからのトナー供給用モータの回転数（または回転時間）を用いて推定される。

以上の検討を踏まえ、併用補給モードの適用期間と、通常補給モードの適用期間を図示したのが図４（ｂ）である。すなわち、図４（ｂ）に示すように、トナーカートリッジを交換してから予め定められた期間は、ＡＴＣセンサ１４の誤検知が発生しやすい期間なので、併用補給モードを適用する併用補給モード期間Ｔｃとする。一方、ＡＴＣセンサ１４の誤検知が発生しにくい期間、または併用補給モードを適用することが好ましくない期間は、通常補給モードを適用する通常補給モード期間Ｔｏとする。上記のように、空検知期間もこの通常補給モード期間Ｔｏに含まれる。ここで、併用補給モード、通常補給モードの各々のモードで、制御部７０は、予測値の算出は常時実行している。換言すれば、併用補給モードでは予測値の適用を有効化し、通常補給モードでは予測値の適用を無効化するということである。

次に、図５を参照して、画像形成装置１０において実行されるトナー補給処理について説明する。図５は画像形成装置１０において実行されるトナー補給処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本トナー補給処理プログラムは画像形成装置１０の図示しないＲＯＭ等の記憶手段に記憶されており、画像形成装置１０の電源が投入されたタイミング、あるいは実行開始が必要と判断したタイミングで、図示しないＣＰＵがＲＯＭ等の記憶手段から本トナー補給処理プログラムを読み込み、ＲＡＭ等に展開して実行する。本実施の形態では、画像形成装置１０のトナーカートリッジが交換され、制御部７０が該交換を検知した直後から開始するものとする。

ステップＳ１００で、併用補給モードを実行する。つまり、予測値の適用を有効化する。すなわち、制御部７０は、ＡＴＣセンサ１４の検知値と予測値の双方を用いてトナーカートリッジからのトナー補給を制御する。なお、以下の説明ではＡＴＣセンサ１４の検知値と予測値の双方を用いるトナー補給動作について説明するが、図７（ａ）に示す検知値のみを用いるトナー補給動作も同時に実行している。

ステップＳ１０１で、乖離値ΔＴＣが乖離閾値ΔＴＣｍａｘを越えたか否か判定する。
当該判定が否定判定となった場合はステップＳ１０５に移行し、肯定判定となった場合はステップＳ１０２に移行する。

ステップＳ１０２で、トナー補給動作を停止させるようにトナーカートリッジを制御する。ステップＳ１０１で現像剤の圧縮状態を検知したためである。

ステップＳ１０３で、トナー補給動作の停止時間Ｔｓが経過したか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合はステップＳ１０２に戻りトナー補給動作の停止を継続する。一方、当該判定が肯定判定となった場合は、ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４で、トナー補給動作を開始（再開）する。現像器５２内の圧縮状態が、攪拌により解消されたと推定されるためである。

ステップＳ１０５で、併用補給モードの期間が経過したか否か判定する。該併用補給モードの期間は、例えば上記の併用補給モード期間Ｔｃである。当該判定が否定判定となった場合はステップＳ１００に移行し、併用補給モードの実行を継続する。一方、当該判定が肯定判定となった場合は、ステップＳ１０６に移行する。

ここで、ステップＳ１００からステップＳ１０５の区間におけるトナー補給動作についてより詳細に説明する。すなわち、本区間においては、基本的に検知値を用いたトナー補給動作が実行されている。ところが、併用補給モード期間Ｔｃの途中で、例えば高密度の画像を連続して印刷した場合等の要因により圧縮が発生し、乖離値ΔＴＣが乖離閾値ΔＴＣｍａｘを越える場合がある。このような場合は、検知値と予測値を用いたトナー補給動作に切り替えて実行し、実行時点で併用補給モード期間Ｔｃが未了であればステップＳ１００に戻り、併用補給モードの実行を継続する。つまり、上述したように、制御部７０は予測値の算出を常時実行している。

ステップＳ１０６では、通常補給モードに切り替えて実行する。つまり、予測値の適用を無効化する。

ステップＳ１０７で、通常補給モードの期間が経過したか否か判定する。該通常補給モードの期間は、例えば上記の通常補給モード期間Ｔｏである。当該判定が否定判定となった場合は、ステップＳ１０６に戻って通常補給モードを継続する一方、肯定判定となった場合はステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０８では、本トナー補給処理プログラムの終了の指示があったか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合はステップＳ１００に戻って併用補給モードを再開し、肯定判定となった場合は本トナー補給処理プログラムを終了する。本トナー補給処理プログラムは、例えば、画像形成装置１０の電源が遮断された場合に終了させる。

なお、上記実施の形態では、現像剤の圧縮状態が検知された場合にトナーの補給を停止させる形態を例示して説明したが、これに限られず、現像器５２内における攪拌で圧縮状態が速やかに解消される程度にトナーの補給を通常の補給量から減少させる形態としてもよい。

１０ 画像形成装置
１２ レーザ走査装置
１４ ＡＴＣセンサ
４０ 中間転写ベルト
４２ ロール
４４、４４Ｃ、４４Ｍ、４４Ｙ、４４Ｋ 画像記録ユニット
４６ 感光体ドラム
４８ クリーナ
５０ 帯電器
５２ 現像器
５２Ａ 現像ロール
５２Ｂ 供給オーガ
５２Ｃ 攪拌オーガ
５２Ｄ トナー供給部
５４ １次転写ロール
５６ ピックアップロール
５８ ロール対
６０ ２次転写ロール
６２ 用紙搬送系
６４ 定着器
７０ 制御部
Ｄｅ 誤検知
Ｐ 走行方向
ＴＣｔｈ 補給閾値
Ｔｓ 停止時間
Ｔｃ 併用補給モード期間
Ｔｏ 通常補給モード期間
Ｖ 単位体積
ΔＴＣ 乖離値
ΔＴＣｍａｘ 乖離閾値

Claims (10)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を、収容されたトナーとキャリアを含有する現像剤を用いて現像する現像手段と、
   前記現像手段内のトナーの濃度を検知して検知値を出力する検知手段と、
   前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、
   前記検知値に基づいてトナーを補給するように前記補給手段を制御する制御手段であって、前記現像手段内に残留するトナーの濃度を予測値として算出するとともに、前記検知値と前記予測値の差分に関する予め定められた条件が充足された場合に、さらに前記予測値を用いて前記補給手段を制御する制御手段と、
   を含む画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記検知値に基づいてトナーを補給する第１の補給モード、および前記検知値および前記予測値を用いて前記第１の補給モードにおける補給量よりも少ない補給量で補給する第２の補給モードを備え、
   前記差分に関する予め定められた条件が充足された場合に前記第１の補給モードから前記第２の補給モードに切り替えて前記補給手段を制御する
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記検知値と前記予測値との乖離が予め定められた乖離閾値を越えた場合に前記第２の補給モードに切り替えて前記補給手段を制御する
   請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記検知値と前記予測値との乖離が予め定められた乖離閾値を越えた場合に前記第２の補給モードに切り替えてトナーの補給を停止させるように前記補給手段を制御する
   請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記乖離が前記乖離閾値を越えてから再び前記乖離閾値以下になった場合に前記第１の補給モードに戻すように前記補給手段を制御する
   請求項３または請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記乖離が前記乖離閾値を越えた時点から予め定められた時間が経過するまで前記第２の補給モードを実行するように前記補給手段を制御する
   請求項３または請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記検知値には、前記現像手段にトナーを補給するに際して予め定められた補給閾値が設定されており、
   前記制御手段は、前記乖離が乖離閾値を越えてから前記検知値が前記補給閾値未満になった場合に前記第１の補給モードに戻すように前記補給手段を制御する
   請求項３または請求項４に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記画像形成装置が稼働中の特定の期間において前記第２の補給モードを実行する
   請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記補給手段は一定量のトナーを充填した状態で交換可能となっており、
   前記制御手段は、前記補給手段が交換された時点から第１の予め定められた時間が経過するまで前記第２の補給モードを実行するように前記補給手段を制御する
   請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記補給手段は一定量のトナーを充填した状態で交換可能となっており、
    前記制御手段は、前記補給手段にトナーが残留していないと予測される時点から第２の予め定められた時間遡った時点の期間において前記第２の補給モードを実行しない
    請求項８または請求項９に記載の画像形成装置。