JP5779932B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

画像形成装置には、補給用のトナーを収容したトナー容器が着脱自在に装着され、装着されているトナー容器から、現像器内のトナーの減少に合わせてトナーを現像器に補給するタイプの画像形成装置が存在する。このタイプの画像形成装置の場合、装着されたトナー容器の寿命（空）を検知してトナー容器の交換を促すことが必要である。また、トナー容器が寿命に至る前の段階であっても、残量が少なくなったことを警告したり、さらには、トナー容器内にトナーが何％残存しているかをユーザに知らせることが好ましい。

ここで、ピクセルカウントにて、現像剤残量を推定し、現像剤が空となる間際の現像剤残量を静電容量にて検出することが提案されている。

また、トナーカートリッジのライフにおいて、残量がある閾値以下になるまではトナー補給量累積値による残量予測を行い、空間際の現像剤残量を累積ピクセル数にて予測演算することが提案されている。

特開２００１−９２２３２号公報 特開２００５−１７３０８８号公報

本発明は、違和感のないトナー残量を算出することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１は、露光を受けて潜像を保持しトナーによる現像を受けてトナー像を保持する像保持体と、
像保持体上の潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像器と、
像保持体上のトナーを記録媒体上に転写する転写手段と、
転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
現像器への補給用のトナーを収容したトナー容器が着脱自在に装着される容器装着部と、
容器装着部に装着されているトナー容器内のトナーの残量を算出するトナー残量算出手段とを有し、
上記トナー残量算出手段が、
互いに異なる根拠に基づいてトナー容器内のトナーの残量をそれぞれ算出することにより複数の１次残量を求める１次算出部と、
複数の１次残量を変数とした残量空間上でのトナー容器が空である空領域が、該複数の１次残量のうちの１つの１次残量によって該トナー容器が空であると判定される値が該複数の１次残量のうちの該１つの１次残量以外の１次残量の値によって変化するように定義された、残量空間の空領域データを記憶する記憶部と、
記憶部に記憶された空領域データを参照し、残量空間上での、トナー容器が未使用の状態にある原点と１次算出部で算出された複数の１次残量で定められる現在の座標点とを通る直線上の、原点から空領域に達する点までの間の距離に対する、現在の座標点から空領域に達する点までの間の距離の比率を、現在のトナー残量として算出する２次算出部とを有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項２は、上記トナー残量算出手段が、１つのトナー容器について現在のトナー残量を異なる時刻毎に算出し、今回算出された現在のトナー残量が前回算出されたトナー残量より上回ったときは、前回算出されたトナー残量を現在のトナー残量として維持するものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置である。

請求項３は、画像データの入力を受けて像保持体を画像データに応じて露光することにより像保持体上に潜像を形成する露光器と、
容器装着部に装着されたトナー容器から現像器にトナーを補給するトナー補給部材とを有し、
１次算出部が、画像データとトナー補給部材のトナー補給動作とのそれぞれに基づいてトナー容器内のトナーの残量をそれぞれ算出することにより２つの１次残量を求めるものであって、
２次算出部が、容器装着部に新たなトナー容器が装着された後、上記２つの１次残量のうちの画像データに基づいて算出された１次残量が第１の閾値に達するまでの間は、上記２つの１次残量のうちの画像データに基づいて算出された１次残量のみに基づいて、現在のトナー残量を算出するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置である。

請求項４は、トナー残量算出手段で算出されたトナー残量が第２の閾値に達したことを警告するトナー残量警告手段を有することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の画像形成装置である。

請求項５は、上記第２の閾値を変更自在に設定する設定手段を有することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置である。

請求項１の画像形成装置によれば、本構成を有しない場合と比べ、違和感の少ないトナー残量算出が実現する。

請求項２の画像形成装置によれば、今回算出されたトナー残量に常に更新する場合と比べ、違和感がさらに少ないトナー残量算出が実現する。

請求項３の画像形成装置によれば、最初から２つの１次残量に基づいてトナー残量を算出する場合と比べ、初期のトナー残量算出値の大きな変動が抑えられる。

請求項４の画像形成装置によれば、本構成を有しない場合と比べ、ユーザに的確な情報を与えられる。

請求項５の画像形成装置によれば、本構成を有しない場合と比べ、ユーザの使い勝手が向上する。

画像形成装置の一例としての複写機の外観斜視図である。 図１に外観を示す複写機の内部構成図である。 トナー容器と現像器を示した模式断面図である。 トナー容器と現像器を示した模式断面図である。 本実施形態における制御系統を示したブロック図である。 図１に示す複写機への電源投入時に主制御部で実行される、トナー残量算出に関する処理を示すフローチャートである。 プリント要求があったときに実行される、トナー残量算出に関する処理を示すフローチャートである。 本実施形態におけるトナー残量の計算アルゴリズムの説明のための図である。 累積補給量計算値のみに基づいてトナー残量を求める場合の、残量空間を示す図である。 累積ピクセル値のみに基づいてトナー残量を求める場合の、残量空間を示す図である。 累積補給量計算値と累積ピクセル数との双方に基づくが、進みの速い方で警告表示を行なう場合の残量空間を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。

図１は、画像形成装置の一例としての複写機の外観斜視図である。

この複写機１は、原稿読取部１Ａと画像形成部１Ｂとを有する。

原稿読取部１Ａには、原稿が重ねられた状態に置かれる原稿給紙台１１が備えられている。この原稿給紙台１１上に置かれた原稿は１枚ずつ送り出され、その原稿に記録されている文字や画像が読み取られて原稿排紙台１２上に排出される。

また、この原稿読取部１Ａは、奥側を左右に延びるヒンジを有し、そのヒンジを回転中心として、原稿給紙台１１および原稿排紙台１２を一体的に持ち上げることができ、その下には、透明ガラス製の原稿読取板１３（図２参照）が広がっている。この原稿読取部１Ａでは、原稿給紙台１１に原稿を置くことに代えて原稿読取板１３上に原稿を１枚だけ下向きに置き、その原稿読取板１３上の原稿から文字や画像を読み取ることもできる。

この原稿読取板１３の前側には、ユーザに向けて様々なメッセージを表示し、また、様々な操作ボタンを表示して、ユーザからの、原稿読取りや画像形成の指示等の操作を受ける表示操作部１４が備えられている。

この原稿読取部１Ａは、その全体が支持フレーム１５により支持されている。

また、画像形成部１Ｂは、その上面に画像が形成された用紙が排出される排紙台２１が設けられている。またこの画像形成部１Ｂの前面には、内部の、トナー容器等の部品の交換や搬送中に詰まった用紙の除去のために開けられる前カバー２２を備えている。また、その下には、画像形成前の用紙が積み重ねられた状態に収容される引き出し型の３台の給紙台２３＿１，２３＿２，２３＿３が収容されている。

また、この画像形成部１Ｂの左側面には、搬送中に詰まった用紙を取り除くときに開かれる横カバー２４が設けられている。

さらに、この画像形成部１Ｂの底面には、この画像形成部１Ｂを移動可能とする車輪２５１が取り付けられている。

図２は、図１に外観を示す複写機の内部構成図である。

透明ガラス製の原稿読取板１３の下には、原稿読取光学系３０が配備されている。この原稿読取光学系３０は、ランプ３１１とミラー３１２とを有する第１ブロック３１と、２枚のミラー３２１，３２２を有する第２ブロック３２と、画像を表わす光を読み取って画像信号を生成する光電センサ３３とを有する。

第１ブロック３１と第２ブロック３２は、原稿読取板１３に沿って矢印Ａ−Ａ’方向に移動可能であり、初期状態では、図２に示す左寄りの位置にある。

原稿給紙台１１上に置かれた原稿Ｓは、１枚ずつ送り込まれ、搬送ローラ１６により原稿読取板１３に接する搬送経路１７上を搬送される。原稿Ｓは、原稿読取板１３に接して搬送される際にランプ３１１により照射され、原稿Ｓからの反射光がミラー３１２，３２１，３２２で反射されて光電センサ３３で読み取られ、その原稿Ｓに記録されていた文字や画像を表わす画像信号が生成される。ランプ３１１による照射を受けた原稿Ｓはさらに搬送されて原稿排紙台１２上に送り出される。

原稿が原稿読取板１３上に置かれたときは、第１ブロック３１および第２ブロック３２が、原稿読取板１３上の原稿の読取位置と光電センサ３３との間の光学的な距離を常に同一に保つように矢印Ａ方向に移動する。そして、その間、ランプ３１１が原稿を照射し、光電センサ３３でその原稿上の文字や画像が読み取られて画像信号に変換される。

光電センサ３３で得られた画像信号は画像処理部３４に入力される。光電センサ３３で得られた画像信号はＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、およびＢ（ブルー）の各色を表わす画像信号であり、画像処理部３４は、このＲＧＢの画像信号をＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（黒）の４色分からなる画像データに変換して一時的に記憶する。そして、後述する潜像形成のための露光の時期に合わせて露光制御部４１に送信される。

この画像形成部１Ｂには露光器４２が備えられており、潜像形式にあたっては、露光制御部４１から露光器４２にＹ、Ｍ，Ｃ，Ｋの画像データが送り込まれ、露光器４２から、各Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各画像データにより変調された各露光光４２１Ｙ，４２１Ｍ，４２１Ｃ，４２１Ｋが発せられる。

また、この図２には、露光制御部４１に隣接した位置に主制御部４０が示されている。この主制御部４０は、マイクロコンピュータと、そのマイクロコンピュータで実行されるプログラムとで構成されていて、露光制御部４１、表示操作部１４（図１参照）、画像処理部３４、その他図示しない各種電源回路や駆動回路等に接続され、この複写機１の全体の制御を担っている。

画像形成部１Ｂの下部には、前述した３台の給紙台２３＿１，２３＿２，２３＿３が左右の案内レール２４＿１，２４＿２，２４＿３に支持されて収容されている。各給紙台２３＿１，２３＿２，２３＿３には、用紙Ｐが積み重なった状態に収容されている。各給紙台２３＿１，２３＿２，２３＿３は、用紙Ｐの補給のために、案内レール２４＿１，２４＿２，２４＿３に案内されて引出し自在に構成されている。

それら３台の給紙台２３＿１，２３＿２，２３＿３のうちの、表示操作部１４（図１参照）の操作等により指定された給紙台（ここでは一例として給紙台２３＿１とする）からは、用紙Ｐがピックアップロール２５により送り出され、さばきロール２６により１枚ずつに分離され、その１枚の用紙Ｐが搬送ロール２７により上方に搬送され、待機ロール２８によりそれ以降の搬送のタイミングが調整されて、さらに上方に搬送される。この待機ロール２８以降の用紙の搬送については後述する。

この画像形成部１Ｂの中央部分には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナーによるトナー像を形成する４つの像形成ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋが配置されている。これら４つの像形成ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋは、使用するトナーの色が異なることを除き、互いに同一の構成を有するため、ここでは像形成ユニット５０Ｙを取り挙げてその構成を説明する。

この像形成ユニット５０Ｙは、図２に矢印Ｂで示す向きに回転する感光体５１を有し、その感光体５１の周囲に、帯電器５２、現像器５３、およびクリーナ５５が配置されている。また、後述する中間転写ベルト６１を感光体５１との間に挟んだ位置には、転写器５４が置かれている。

感光体５１はロール形状を有し、帯電により電荷を保持し露光によりその電荷を放出してその表面に静電潜像を保持する。

帯電器５２は、感光体５１の表面をある帯電電位に帯電する。

また、この画像形成部１Ｂは、前述した露光器４２を有する。この露光器４２には、露光制御部４１から画像信号が入力され、その入力された画像信号に応じて変調された露光光４２１Ｙ，４２１Ｍ，４２１Ｃ，４２１Ｋを出力する。感光体５１は、帯電器５２による帯電を受けた後、露光器４２からの露光光４２１Ｙの照射を受け、感光体５１の表面に静電潜像が形成される。

感光体５１は、露光光４２１Ｙの照射を受けて表面に静電潜像が形成された後、現像器５３により現像され、その感光体５１の表面にトナー像（この像形成ユニット５０Ｙではイエロー（Ｙ）のトナーによるトナー像）が形成される。

現像器５３は、内部にトナーとキャリアとからなる現像剤を収容したケース５３１内に、現像剤を攪拌する２本のオーガ５３２＿１，５３２＿２と、現像剤を感光体５１に対向した位置に運ぶ現像ロール５３３とを有する。感光体５１上に形成された静電潜像の現像にあたっては、現像ロール５３３にバイアス電圧が印加され、そのバイアス電圧の作用により、現像剤中のトナーが、感光体５１上に形成された静電潜像に従って感光体５１上に付着し、トナー像が形成される。

現像器５３による現像により感光体５１上に形成されたトナー像は、転写器５４の作用により中間転写ベルト６１上に転写される。

この転写後に感光体５１上に残存するトナーは、クリーナ５５によって感光体５１上から取り除かれる。

中間転写ベルト６１は、複数のロール６２に架け回された、無端の、矢印Ｃ方向に循環移動するベルトである。

像形成ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋのそれぞれで形成された各色トナーによるトナー像は、順次重なるように中間転写ベルト６１上に転写され、転写器６３が配置された二次転写位置に搬送される。これと同期して、待機ロール２８にまで搬送されてきていた用紙が二次転写位置に搬送され、転写器６３の作用により、中間転写ベルト６１上のトナー像が、搬送されてきた用紙上に転写される。このトナー像の転写を受けた用紙は、さらに搬送され、定着器６４による加圧および加熱により用紙上のトナー像がその用紙上に定着され、定着されたトナー像からなる画像が用紙上に形成される。画像が形成された用紙はさらに搬送され、排出ローラ６５により、排紙台２１上に排出される。

転写器６３によりトナー像を用紙上に転写した後の中間転写ベルト６１はさらに循環移動し、その表面に残存するトナーがクリーナ６６によって中間転写ベルト６１上から取り除かれる。

また、画像形成部１Ｂの、中間転写ベルト６１よりも上方には容器装着部２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋが設けられている。これらの容器装着部２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋには、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）、および黒（Ｋ）の各色トナーを収容するトナー容器６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋが装着されている。これらのトナー容器６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋに収容されている各色トナーは、対応する各現像器５３におけるトナーの消費量に応じて各現像器５３に補給される。

また、この画像形成部１Ｂでは、例えば所定枚数の画像形成が行なわれたとき、あるいは温湿度環境が変化したとき、さらに部品交換が行なわれたときなど、様々な事象を契機として、「プロセス制御」が行なわれる。このプロセス制御では、あらかじめ定められた画像濃度の一様画像（トナーパッチ）を形成して、ここには図示しない検出器でそのトナーパッチの濃度を測定し、基準の濃度と比較し、そのパッチの濃度が基準となるように、様々な要素が調整される。この様々な要素としては、例えば、画像データ上での画像密度の変換、トナー容器から現像器へのトナー補給量、帯電器による帯電量、露光器による露光光量、現像器における現像バイアス電圧等がある。このプロセス制御により、画像濃度の経時変化が補正され、一定濃度の画像形成が行なわれる。プロセス制御を実行すべき事象が到来すると、その時点ではプリント動作実行中であるなど直ちにプロセス制御を実行できるとは限らないので、プロセス制御実施要求フラグが立てられ、その後プロセス制御を実行することができるタイミングでそのフラグが参照され、そのフラグが立っているときにプロセス制御が実行される。

図３，図４は、トナー容器と現像器を示した模式断面図である。ここで、図３は、側方から見たときの模式断面図、図４は、上方から見たときの模式断面図である。

ここでは、代表的に一系統のみ図示し、各構成要素を、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを省略した符号で指し示している。

現像器５３にはトナーとキャリアとを含む現像剤５３７（図３参照）が収容されており、２本のオーガ５３２＿１，５３２＿２により、図４に示す矢印Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉで示す向きに循環しながら攪拌されている。その現像剤５３７は、矢印Ｅで示す向きに回転する現像ロール５３３に保持され層厚規制部材５３４による層厚規制を受けて感光体５０に対面した現像位置に搬送される。一方、感光体５１は矢印Ｂで示す向きに回転し、帯電器５２により帯電を受け、露光器４２からの露光光の照射を受けて静電潜像が形成される。さらにその静電潜像が、現像ロール５３３により搬送されてきた現像剤中のトナーにより現像され、感光体５０上にトナー像が形成される。感光体５０上に形成されたトナー像のその後の処理については図２を参照して説明済であり、ここでの重複説明は省略する。

このようにして現像器５３内の現像剤５３７中のトナーが消費されると、現像剤５３７中のトナーが不足してくる。すると、トナー補給路６８内に配備されているオーガ６８１が回転して、トナー容器６７に収容されている補給用のトナー６７１がトナー補給路６８内を矢印Ｊで示す向きに搬送され、現像器５３内に供給される。現像器５３内に供給されたトナーは、２本のオーガ５３２＿１，５３２＿２により図４に示す矢印Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊに従って循環的に搬送されながら攪拌されてキャリアと混合される。

図５は、本実施形態における制御系統を示したブロック図である。この図５には、本実施形態の特徴部分の説明に必要な要素のみ示されている。

この図５には、図１又は図２にも示す主制御部４０、表示操作部１４、露光制御部４１、露光器４２、現像器５３、トナー容器６７、感光体５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ、および中間転写ベルト６１が示されている。ただし、この図５では、図２に示す４台の現像器をまとめて現像器５３とし、図２に示す４台のトナー容器をまとめてトナー容器６７としている。図１又は図２にも示したこれらの各要素についてはトナー容器６７と主制御部４０との間の通信に関する事項を除き説明済であるため、重複説明は省略し、この通信に関する事項のみの説明にとどめる。

トナー容器６７には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー容器６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋ（図２参照）ごとに不揮発性メモリ（不図示）が搭載されている。主制御部４０は、それら各トナー容器６７に搭載された不揮発性メモリと通信を行ない、その不揮発性メモリからそのトナー容器の種類や過去の使用履歴等の読み出しや、新たな使用履歴の書き込み等を行なう。

また、この図５にはさらに、画像密度算出部９１、補給量算出部９２、および像濃度検知部９３が示されている。

画像密度算出部９１では、図２に示す画像処理部３４から露光制御部４１に送信されてきた画像データに基づいて、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色ごとに、画像密度が算出される。すなわち、図１，図２に示す画像形成部１Ｂでは、トナーが付着する画素（ピクセル）の密度により画像の濃淡を表わす画像を形成しており、この画像密度算出部９１では、画像データに基づいて、各画像ごと、かつＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色ごとの、トナーの付着を受けるピクセル数が算出される。この算出されたピクセル数の情報は主制御部４０に送信され、主制御部４０では、これまでに作成された画像のピクセル数の累積値である累積ピクセル数がＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色ごとに算出される。

また、補給量算出部９２では、トナー容器６７から現像器５３へのトナー補給量が算出される。ただし、このトナー補給量の算出は、図３，図４に示すトナー補給路６８に配備されているオーガ６８１の回転数に基づいて行なわれるものであり、実際のトナー補給量とは異なる場合がある。例えば、環境温湿度によっても実際のトナー補給量は変動し、またトナー容器６７が補給用のトナーで満杯のときと空に近づいたときとでも実際のトナー補給量は変動する。この補給量算出部９２で算出されたトナー補給量の情報は主制御部４０に伝えられ、主制御部４０では、トナー補給量の累積値である累積補給量計算値が算出される。ここで、補給量算出部９２でのトナー補給量の算出も、画像密度算出部９１におけるピクセル数の算出と同様、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナーごとに行なわれ、主制御部４０では各色トナーごとの累積補給量計算値が算出される。

さらに、像濃度検知部９３では、前述のプロセス制御により作成された、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナーによる各トナーパッチの濃度が検知される。これらのトナーパッチの濃度の検知結果も主制御部４０に伝えられる。

以上の構成を踏まえ、次に、主制御部４０内で実行される、トナー容器内のトナー残量を算出するトナー残量算出処理について説明する。

図６は、図１に示す複写機への電源投入時に主制御部で実行される、トナー残量算出に関する処理を示すフローチャートである。

図１，図２に示す複写機１に電源が投入されると（ステップＳ０１）、図１に示す表示操作部１４にトナー容器内のトナーの残量が表示される（ステップＳ０２）。ここで表示されるトナー残量は、図７に示すステップＳ２３又はステップＳ２４で算出され、必要に応じて更新された（ステップＳ２６）、前回の電源オフ時に表示されていた残量である。トナー残量の算出方法については後述する。ただし、新品のトナー容器が装着された後の未使用の状態にあるときは、トナー残量は１００％と表示される。

次にそのトナー残量が閾値Ａ以下か否かが判定され（ステップＳ０３）、トナー残量が閾値Ａ以下であると判定されると、ステップＳ０２における残量表示に加え、警告が表示される（ステップＳ０４）。ここで、閾値Ａは、本発明にいう第２の閾値の一例に相当し、トナー容器内のトナー残量が例えば２５％にまで減少したことを判定するための閾値である。

さらに、ステップＳ０５において、トナー容器が寿命を迎えたか否か、すなわちトナー容器内のトナー残量が０％になったか否かが判定される。

トナー容器が寿命を迎えたと判定されると新たなトナー容器に交換するよう交換要求メッセージが表示され（ステップＳ０６）、さらに、プリント動作が一旦禁止される（ステップＳ０７）。トナー容器を交換すると、図示しないプリント動作再開のための処理が実行されて、プリント動作が再度許可される。

尚、図２に示すように、この複写機１には４台のトナー容器６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋが装着されており、ステップＳ０２〜ステップＳ０４、およびステップＳ０６については、各トナー容器ごとに処理や表示が行なわれる。ただし、ステップＳ０５では、４台のトナー容器のうちのいずれの１台が寿命を迎えた場合であっても寿命であると判定されてステップＳ０６に進み、ステップＳ０７では、いずれか１台のトナー容器が寿命を迎えたときであってもプリント動作が禁止される。

ステップＳ０５において、４台のトナー容器のいずれもが未だ寿命ではないと判定されると、ステップＳ１１に進み、プロセス制御実施要求フラグが立っているか否かが判定される。プロセス制御実施要求フラグが立っていないときは、そのまま、この図６に示す電源オン時の処理を終了する。

ステップＳ１１において、プロセス制御実施要求フラグが立っていると判定されるとプロセス制御が実施される（ステップＳ１２）。そしてそのプロセス制御において作成されたトナーパッチの濃度が図５に示す像濃度検知部９３で検知され、そのトナーパッチの濃度が閾値Ｂを下回っているか否かが判定される（ステップＳ０６）。この閾値Ｂは、現像器内の現像剤のトナー濃度（キャリアに対するトナーの割り合い）が低下し過ぎていてそのトナー濃度を回復すべき状態にあることを判定するための閾値である。このステップＳ１３でトナー濃度が閾値Ｂを下回ってはいないと判定されると、この図６の処理が終了する。ここで、プロセス制御自体は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色について同時に行われるが、トナー濃度が閾値Ｂを下回っているか否かの判定（ステップＳ１３）や、その後の、以下に説明するリカバリー補給（ステップＳ１４）等の処理は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナーに対応する各現像器又は各トナー容器ごとに行なわれる。

一方、ステップＳ１３でトナー濃度が閾値Ｂを下回っていると判定されるとステップＳ１４に進み、リカバリー補給が実施される。すなわち、ここでは、現像器内の現像剤のトナー濃度を回復させるためにトナー容器から現像器にトナーを補給するための補給動作が行なわれる。ここでは具体的には図３，図４に示すトナー補給路６８内のオーガ６８１を回転させる処理が行なわれる。その後再度プロセス制御が実施され（ステップＳ１５）、トナー濃度の回復が判定される（ステップＳ１６）。トナー濃度が回復したときは、この図６の処理が終了する。尚、トナー補給動作は、プロセス制御を実行した場合のみ行なわれるのではなく、普段からトナーの使用量を推定してその使用量に見合った分だけ少しずつトナー補給が行なわれている。それでもなおトナー濃度が閾値Ｂを下回った場合（ステップＳ１３）にリカバリー補給（ステップＳ１４）が実施される。このようにこのリカバリー補給は、正常動作の範囲内であっても行なわれるが、本実施形態において関心のある、トナー容器内のトナー残量の観点からは、以下の状態にあるときに実施される。すなわち、例えばトナー容器に搭載されている不揮発性メモリのデータからは未だ寿命ではないと判定されるにもかからわず、その不揮発性メモリを搭載したトナー容器が何らかの原因で空になっていた場合にステップＳ１４以降の処理が実行される。すなわち、ステップＳ１４以降の処理は、トナー容器の寿命の観点では、万一の異常な事態が生じたときの安全を確保するための処理である。

ステップＳ１６においてトナー濃度が回復しないと判定されると、これは、上述の通り、装着されているトナー容器が未だ寿命とは判定されないにもかかわらず実際にはトナー残量が０％であったことを意味し、表示操作部１４（図１，図５参照）にトナー容器の交換要求のメッセージが表示される（ステップＳ１７）。

その後、新たなトナー容器が装着されると（ステップＳ１８）、リカバリー補給動作が再度実施される（ステップＳ１４）。トナー容器の装着は、例えば、図１に示す前カバー２２の開閉動作が検知されたことを契機として装着されたはずのトナー容器に搭載されている不揮発性メモリとの間で通信を試みることによって行なわれ、その通信が可能であることでトナー容器が装着されたことが判定される。

図７は、プリント要求があったときに実行される、トナー残量算出に関する処理を示すフローチャートである。この図７に示す処理も、ページプリントの実施（ステップＳ３２）、プロセス制御の実施（ステップＳ３６，Ｓ３９）、プリント禁止処理（ステップＳ３１）を除き、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナーに対応する各現像器又は各トナー容器ごとに行なわれる。

図１，図２に示す画像形成部１Ｂがプリント要求を受信すると（ステップＳ２１）、先ず、新たなトナー容器が装着された後の累積ピクセル数が閾値Ｃ未満であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。

閾値Ｃは、本発明にいう第１の閾値の一例に相当し、新たなトナー容器が装着されて使用開始されたばかりの初期段階にあるか否かを判定するための閾値である。この閾値Ｃとしては累積ピクセル数をトナー残量に換算して、例えばトナー残量９０％に対応する値が採用される。

ここで、後述する図８には、累積ピクセル数として０％から１００％を超えた値までが示されており、累積補給量計算値についても０％から１００％を超えた値まで示されている。これらの値のうち、累積ピクセル数０％、かつ累積補給量計算値０％は、新たなトナー容器が装着された直後の、トナー容器内のトナー残量が１００％の状態にあることを意味している。また、累積ピクセル数１００％および累積補給量計算値１００％は、標準的な動作環境の下で標準的な画像密度の画像をプリントし続けたときにトナー容器の寿命と見なすことのできる累積ピクセル数および累積補給量計算値である。ただし実際には、動作環境も様々に変化しプリントすべき画像の画像密度も様々に変化するため、１００％未満で寿命となる場合もあり、１００％を超えても未だ寿命を迎えた状態にはない場合もある。

ここでは図８についての説明は以上にとどめ、図７に戻って説明を続ける。

ステップＳ２２において累積ピクセル数が閾値Ｃ未満であると判定されると、ステップＳ２３に進み、累積ピクセル数に基づいてトナー残量が計算される。一方、ステップＳ２２において累積ピクセル数が閾値Ｃ以上であると判定されるとステップＳ２４に進み、累積ピクセル数と累積補給量計算値との双方に基づいてトナー残量が計算される。

累積ピクセル数が閾値Ｃ未満である、新たなトナー容器使用開始後の初期の段階では、現像器内の現像器中のトナー濃度の誤検知や検知のばらつきなどの結果、累積ピクセル数が増加してもトナー補給がほとんど行なわれないケースや、これとは逆に、累積ピクセル数はほとんど増えていないのに大量のトナー補給が行なわれるケースが発生することがある。そこで、本実施形態では、累積ピクセル数が閾値Ｃ未満の場合は、比較的安定している累積ピクセル数のみに基づいてトナー残量が計算される（ステップＳ２３）。ステップＳ２３，Ｓ２４における具体的なトナー残量算出アルゴリズムについては、図８を参照しながら後述することとし、ここでは図７のフローチャートの説明を先に進めることとする。

ステップＳ２３，Ｓ２４でトナー容器内のトナー残量が計算されると、その計算結果としてのトナー残量が前回計算したトナー残量よりも減少しているか否かが判定され（ステップＳ２５）、前回よりもトナー残量が減少していた場合のみトナー残量が更新されて、その更新されたトナー残量が表示操作部１４上の表示にも反映される（ステップＳ２６）。こうすることにより、表示上一旦減ったトナー残量が途中で増加するという違和感が排除される。

その後のステップＳ２７〜Ｓ３１の処理は、図６に示すフローチャートのステップＳ０３〜Ｓ０７の処理と同一であり、説明は省略する。

ステップＳ２９において、４台のトナー容器６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋ（図２参照）のいずれもが未だ寿命には至っていないと判定されると、１ページ分のプリントが実施され（ステップＳ３２）、さらに累積ピクセル数がその１ページ分だけ更新される（ステップＳ３３）。

尚、累積補給量計算値は、この図７にフローチャートを示す処理とは別に、トナー補給動作が行なわれるたびに更新される。

さらに今回プリントを行なった１ページを含む、１回のプリント要求で行なわれる１又は複数ページ分のプリントからなるジョブが終了したか否かが判定され（ステップＳ３４）、そのジョブが未だ終了していないときはステップＳ２２以降の処理が繰り返される。ステップＳ３４においてジョブが終了したことが判定されると、ステップＳ３５以降の処理に進む。ステップＳ３５〜ステップＳ４２の処理は、図６に示すフローチャート中のステップＳ１１〜ステップＳ１８の処理と同一であり、重複説明は省略する。

次に、図７のステップＳ２３，Ｓ２４で実行されるトナー容器内のトナー残量の計算アルゴリズムについて説明する。

図８は、本実施形態におけるトナー残量の計算アルゴリズムの説明のための図である。

ここには、横軸が累積補給量計算値（％）、縦軸が累積ピクセル数（％）の二次元空間である、トナー残量を表わす残量空間が示されている。この残量空間のうちの空領域（領域１０３Ａ）についてはあらかじめ定義されて主制御部４０（図１，図５参照）内の記憶部に記憶されている。

本実施形態では主制御部４０内の記憶部に記憶しているが、この実施形態に限られるものではなく、主制御部の外部に記憶部を設け、その記憶部に記憶させておいてもよい。

累積補給量計算値（％）および累積ピクセル数（％）は、それぞれが本発明にいう１次残量の各一例に相当する。％の意味は、前述の通りである。また、この図８において、ハッチングや網掛けのない領域１０１Ａは十分なトナー残量がある領域、ハッチングを施した領域１０２Ａは、トナー残量が２５％以下となった領域、網掛けを施した領域１０３Ａは、トナー容器が寿命を迎えた、トナー残量が０％であると定義される空領域である。

ここでは先ず、図７のステップＳ２４における、累積ピクセル数と累積補給量計算値との双方に基づくトナー残量の計算アルゴリズムを説明する。

ステップＳ２４では、図８に示す残量空間上での、トナー容器が未使用の状態にある原点（０％，０％）と、算出された累積ピクセル数と累積補給量計算値とで定められる現在の座標（ｘ％，ｙ％）とを通る直線上の、原点から空領域（領域１０３Ａ）に達するまでの間の距離に対する、現在の座標点（ｘ％，ｙ％）から空領域（領域１０３Ａ）に達するまでの間の距離の比率Ｒが現在のトナー残量として算出される。

すなわち、その直線が空領域（領域１０３Ａ）に達した点の座標を（ｘ_０％，ｙ_０％）とすると、比率Ｒは、式

により算出される。

すなわち、現在の座標点が図８に示すポイント＿Ａのときは、上記（１）式に基づいて、原点（０，０）とそのポイント＿Ａとを結ぶ直線が空領域（領域１０３Ａ）に到達する点との間の距離に対する、ポイント＿Ａと空領域（領域１０３Ａ）に到達する点との間の距離の比率Ｒ_Ａが算出され、これが現在のトナー残量となる。

またこれと同様に、現在の座標点が図８に示すポイント＿Ｂのときは、上記（１）式に基づいて、原点（０，０）とそのポイント＿Ｂとを結ぶ直線が空領域（領域１０３Ａ）に到達する点との間の距離に対する、ポイント＿Ｂと空領域（領域１０３Ａ）に到達する点との間の距離の比率Ｒ_Ｂが算出され、これが現在のトナー残量となる。

現在、ポイント＿Ａにあって、現在のポイントが原点とそのポイント＿Ａとを結ぶ直線上をそのまま移動して領域１０１Ａと領域１０２Ａとの境界であるポイント＿Ｃに達すると、その時点でトナー残量が少なくなった旨、警告が表示される（図７ステップＳ２８）。このポイント＿Ｃは、トナー残量が２５％にまで減少した点である。

またこれと同様に、現在、ポイント＿Ｂにあって、現在のポイントが原点とそのポイント＿Ｂとを結ぶ直線上をそのまま移動して、領域１０１Ａと領域１０２Ａとの境界であるポイント＿Ｄに達すると、その時点でトナー残量が少なくなった旨、警告が表示される。このポイント＿Ｄも、トナー残量が２５％にまで減少した点である。

尚、現在のポイント（座標点）は一本の直線上を辿って移動するとは限らず、その時その時の動作環境等に応じて様々に蛇行しながら空領域（領域１０３Ａ）に近づいていくことになる。トナー残量は、その時点その時点の現在のポイント（座標点）を上記（１）式にあてはめて算出される。

この図８を参照して説明したトナー残量算出アルゴリズムによれば、違和感のないトナー残量が算出される。

次に、図７のステップＳ２３における、累積ピクセル数のみに基づくトナー残量算出アルゴリズムについて説明する。

ここでは、累積ピクセル数が参照され、累積補給量計算値も累積ピクセル数と同じ％であるとみなしてトナー残量が算出される。すなわち、例えば累積ピクセル数が５％のときは累積補給量計算値も５％であり、累積ピクセル数が１０％のときは累積補給量計算値も１０％であるとみなす。これはすなわち、現在のポイントが図８に示す斜め４５°の直線に沿って移動するものとみなすことを意味している。ここではこのようにみなして、上述の（１）式に基づく比率Ｒが算出され、この比率Ｒがトナー残量であるとみなされる。累積ピクセル数のみに基づいてトナー残量を算出する理由は、前述の通り、初期のトナー補給量は大きくばらつく可能性があるからである。

次に、トナー残量算出アルゴリズムの各種の比較例について説明する。

図９は、累積補給量計算値のみに基づいてトナー残量を求める場合の、残量空間を示す図である。

各領域１０１Ｂ，１０２Ｂ，１０３Ｂは、それぞれ、図８に示す各領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａに対応する。領域１０３Ｂは、トナー残量が０％であると定義されている空領域であり、この領域１０３Ｂは、図８に示す空領域１０３Ａと同一の広がりをもっている。これに対し、ここでは累積補給量計算値のみに基づいてトナー残量が算出されるため、トナー残量が多い領域１０１Ｂとトナー残量が少ない領域１０２Ｂとの境界は、図８の２つの領域１０１Ａ，１０２Ａの境界とは異なっている。

累積補給量計算値のみに基づいてトナー残量を計算した場合、累積補給量計算値と累積ピクセル数が同一に変化するときは、直線Ａに示すように正しいトナー残量が算出され、残量２５％に達した時点で残量が少ない旨警告が表示される。

これに対し、累積補給量計算値の方が変化が大きく累積ピクセル数の変化が小さいときは、例えば直線Ｂを辿って進み、残量が未だ４５％もあるときに、残量が少ないという警告が表示される。この場合、直線Ａに従って変化しているか直線Ｂに従って変化しているかは装置にとっては不明であり、したがって、この場合も残量２５％と表示することになる。ところが残量２５％と表示した後、かなり多量のプリント枚数分使用することができ、ユーザに違和感を与えることになる。

一方、これとは逆に、累積補給量計算値の変化が小さく累積ピクセル数の変化が大きく、直線Ｃに従って進んだ場合を考えると、残量５％の時点で残量２５％の警告が表示される。この場合、ユーザは残量２５％分のプリント枚数を期待することになるが、実際の残量は５％であって、直ぐに空領域になってしまい、この場合もユーザに違和感を与える結果となる。

図１０は、累積ピクセル値のみに基づいてトナー残量を求める場合の、残量空間を示す図である。

各領域１０１Ｃ，１０２Ｃ，１０３Ｃは、それぞれ、図８に示す各領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａに対応する。領域１０３Ｃは、トナー残量が０％であると定義されている空領域であり、この領域１０３Ｃは、図８，図９に示す空領域１０３Ａ，１０３Ｂと同一の広がりをもっている。これに対し、ここでは累積ピクセル数のみに基づいてトナー残量が算出されるため、トナー残量が多い領域１０１Ｃとトナー残量が少ない領域１０２Ｃとの境界は、図８に示す２つの領域１０１Ａ，１０２Ａの境界、および図９に示す２つの領域１０１Ｂ，１０２Ｂの境界とは異なっている。

累積ピクセル数のみに基づいてトナー残量を計算した場合、累積補給量計算値が累積ピクセル数と同一に変化するときは、直線Ａに示すように正しいトナー残量が算出され、残量２５％に達した時点で残量が少ない旨、警告が表示される。

これに対し、累積補給量計算値の方が変化が大きく累積ピクセル数の変化が小さいときは、例えば直線Ｂを辿って進み、残量が１０％にまで減少した時点で、残量が少ないという警告が表示される。この場合、直線Ａに従って変化しているか直線Ｂに従って変化しているかは装置にとっては不明であり、したがって、この場合も残量２５％と表示することになる。ユーザは、残量２５％分のプリント枚数を期待することになるが、実際の残量は１０％であって、警告表示があってから少ないプリント枚数でトナー容器が寿命となり、ユーザに違和感を与える結果になる。

これとは逆に、累積補給量計算値の変化が小さく累積ピクセル数の変化が大きい、直線Ｃに従って進んだ場合も、今度は残量が５０％もある段階で残量２５％の警告が表示され、これも違和感を与える結果となる。

図１１は、累積補給量計算値と累積ピクセル数との双方に基づくが、進みの速い方で警告表示を行なう場合の残量空間を示す図である。

ここでも、各領域１０１Ｄ，１０２Ｄ，１０３Ｄは、図８に示す各領域１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃに対応する。領域１０１Ｄは、トナー残量０％であると定義されている空領域であり、この領域１０３Ｄは図８〜図１０に示す空領域である領域１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃと同一の広がりをもっている。これに対し、トナー残量が多い領域１０１Ｄと少ない領域１０２Ｄとの境界は、トナー残量算出アルゴリズムの違いにより図８〜図１０の各２つの領域１０１Ａ，１０２Ａ；１０１Ｂ，１０２Ｂ；１０１Ｃ，１０２Ｃの各境界とは異なっている。

この図１１においても、累積補給量計算値と累積ピクセル数が標準通りに変化するときは傾き４５°の直線Ａに従って進み、トナー残量が２５％に達した時点で警告が表示される。これに対し、累積補給量計算値の方が累積ピクセル数よりも先に進んだときは、累積補給量計算値の方が採用され、例えば直線Ｂに沿って進むとすると、残量４５％のときに残量２５％であるとの警告が表示される。また、累積ピクセル数の方が累積補給量計算値よりも先に進んだときは累積ピクセル数の方が採用され、例えば直線Ｃに従って進んだとすると残量５０％のときに残量２５％という警告が表示される。

すなわち、累積補給量計算値と累積ピクセル数のうちの速く進んだ方を採用するという、この図１１のアルゴリズムの場合も、ユーザに大きな違和感を与えることになる。

図示は省略するが、累積補給量計算値と累積ピクセル数のうちの遅く進む方を採用するアルゴリズムの場合は、トナー残量が僅かしかなくなった段階になって始めて残量２５％という警告が表示され、この場合もユーザに大きな違和感を与える。

これら図９〜図１１等のアルゴリズムと比べ、図８を参照して説明した本実施形態のアルゴリズムによれば、ユーザに違和感を与えない自然なトナー残量の算出や表示が行なわれる。

ここで、上記実施形態では、現像器内の現像剤中のトナーが不足した状態にあるか否かをプロセス制御を使って判定している。ただし、トナー容器の寿命の観点からは、プロセス制御に代えて、現像器内にトナー濃度を検知するセンサを備え、そのセンサからの信号に基づいて、現像器内の現像剤中のトナーが不足した状態にあるか否かを判定してもよい。

またここでは、本発明にいう複数の１次残量の一例として、累積補給量計算値と累積ピクセル数が採用されているが、例えば前掲の特許文献１に示されているような静電容量に基づく１次残量を採用してもよい。さらに上述の本実施形態では累積補給量計算値と累積ピクセル数という２つの１次残量を採用しているが、例えば静電容量に基づく１次残量も含め３つの１次残量を採用し、残量空間としてそれら３つの１次残量を変数とする３次元空間を採用してもよい。

さらに、ここでは、本発明を図１，図２に示す複写機に適用した例について説明したが、本発明は複写機にのみ適用されるものではなく、プリンタやファクシミリ装置など、画像形成機能を有する様々な形態の装置に適用することができる。

１ 複写機
１Ａ 原稿読取部
１Ｂ 画像形成部
１４ 表示操作部
１５ 支持フレーム
１６ 搬送ローラ
１７ 搬送経路
２１ 排紙台
２２ 前カバー
２３＿１，２３＿２，２３＿３ 給紙台
２４ 横カバー
２４＿１，２４＿２，２４＿３ 案内レール
２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋ 容器装着部
３３ 光電センサ
３４ 画像処理部
４０ 主制御部
４１ 露光制御部
４２ 露光器
５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ 像形成ユニット
５１ 感光体
５２ 帯電器
５３ 現像器
５４，６３ 転写器
６１ 中間転写ベルト
６４ 定着器
６７，６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ，６７Ｋ トナー容器
６８ トナー補給路
９１ 画像密度算出部
９２ 補給量算出部
９３ 像濃度検知部
５３２＿１，５３２＿２，６８１ オーガ
５３３ 現像ロール
５３４ 層厚規制部材
５３７ 現像剤
６７１ トナー

Claims (5)

1. 露光を受けて潜像を保持しトナーによる現像を受けてトナー像を保持する像保持体と、
   前記像保持体上の潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像器と、
   前記像保持体上のトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、
   転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
   前記現像器へのトナー補給用のトナーを収容したトナー容器が取替自在に装着される容器装着部と、
   前記容器装着部に装着されているトナー容器内のトナーの残量を算出するトナー残量算出手段とを有し、
   前記トナー残量算出手段が、
   互いに異なる根拠に基づいて前記トナー容器内のトナーの残量をそれぞれ算出することにより複数の１次残量を求める１次算出部と、
   前記複数の１次残量を変数とした残量空間上での前記トナー容器が空である空領域が、該複数の１次残量のうちの１つの１次残量によって該トナー容器が空であると判定される値が該複数の１次残量のうちの該１つの１次残量以外の１次残量の値によって変化するように定義された、該残量空間の空領域データを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された空領域データを参照し、前記残量空間上での、前記トナー容器が未使用の状態にある原点と前記１次算出部で算出された複数の１次残量で定められる現在の座標点とを通る直線上の、該原点から前記空領域に達する点までの間の距離に対する、該現在の座標点から該空領域に達する点までの間の距離の比率を、現在のトナー残量として算出する２次算出部とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー残量算出手段が、１つのトナー容器について現在のトナー残量を異なる時刻毎に算出し、今回算出された現在のトナー残量が前回算出されたトナー残量より上回ったときは、前回算出されたトナー残量を現在のトナー残量として維持するもの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. 画像データの入力を受けて前記像保持体を該画像データに応じて露光することにより該像保持体上に潜像を形成する露光器と、
   前記容器装着部に装着されたトナー容器から前記現像器にトナーを補給するトナー補給部材とを有し、
   前記１次算出部が、前記画像データと前記トナー補給部材のトナー補給動作とのそれぞれに基づいて前記トナー容器内のトナーの残量をそれぞれ算出することにより２つの１次残量を求めるものであって、
   前記２次算出部が、前記容器装着部に新たなトナー容器が装着された後、前記２つの１次残量のうちの前記画像データに基づいて算出された１次残量が第１の閾値に達するまでの間は、該２つの１次残量のうちの該画像データに基づいて算出された１次残量のみに基づいて、現在のトナー残量を算出するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記トナー残量算出手段で算出されたトナー残量が第２の閾値に達したことを警告するトナー残量警告手段を有することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記第２の閾値を変更自在に設定する設定手段を有することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。

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