JP2006011404A - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 トナー無しであると推測した時点から、実際にトナー無しとなったことを検知するまでの時間にバラツキが発生する。
【解決手段】 トナー供給ユニットから供給された現像材の量に基づいてトナー供給ユニットのトナー残量が略無くなったと推測された際(S13)、トナー供給ユニットから現像ユニットにトナーを供給する補給ローラ513を所定量回転駆動し(S15)、その回転駆動後、そのトナー供給ユニット内のトナー残量がない旨をユーザに報知する(S16)。
【選択図】 図4

Description

本発明は、現像剤の供給ユニットから供給される現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置及びその制御方法に関するものである。
従来、電子写真画像プロセスを用いた画像形成装置では、例えば現像ユニットと感光体及び、その感光体に作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれば、画像形成装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユーザ自身で行うことができ、格段に操作性を向上できる。このため画像形成装置において広く用いられている。
しかしながら、このプロセスカートリッジ方式は、そのカートリッジに収容できるトナー容量に制限があり、以下のような欠点もある。
使用頻度の高い画像形成装置の場合には、トナー容量が少ないプロセスカートリッジ方式では、そのカートリッジの交換頻度が増大し、ユーザビィリティーが悪くなる。また、カートリッジの交換に際しては、トナー以外のカートリッジ構成部品(感光ドラムや帯電ローラ、現像ユニット等)も一体で交換されるため、ランニングコストの上昇を招くことになる。
そこで、現像ユニット等を画像形成装置本体側に持たせ、カートリッジによりトナーのみを供給する、所謂、トナー補給用のカートリッジを用いること(トナー補給系)が、使用頻度の高い複写機等では主流となっている。このトナー補給系の短所は、消耗部品交換などといった、画像形成装置のメンテナンスがユーザでは殆ど不可能であるため、サービスマンによるメンテナンスが必要になり、その分、ユーザの負担が増える点にある。
近年、これらプロセスカートリッジ方式とトナー補給方式の、それぞれの長所を併せ持つ、トナー補給系プロセスカートリッジ方式が提案されている。この方式は、少なくとも像担持体(感光ドラム)上に形成された静電潜像をトナーによって顕像化する現像ユニットを備えるプロセスカートリッジと、その現像ユニットにトナーを補給するトナー供給ユニットとから構成されるものであり、これら2つのユニットを画像形成装置本体に着脱可能とすることにより、メンテナンス性、ユーザビィリティーの向上、低ランニングコスト等が実現される。
このようなトナー供給ユニットは、トナー残量を検知する手段を有しており、その検知結果によりトナー供給ユニットの交換をユーザに報知することができる。このトナー供給ユニット内のトナー量を検知する手段としては、(A)トナー供給ユニットに既知の各種のセンサ、例えば容器内壁にピエゾセンサを設けたり、トナーの静電容量を検出したり、光透過式のもの等がある。また、特許文献1に記載されているように、(B)トナーが補給される現像ユニット側に、例えば2成分現像剤のトナーとキャリアの混合比(トナー濃度)を検知する手段を持ち、このトナー濃度検知手段の検知出力が一定値以上(トナー濃度が一定値以下)となったときに、トナー補給がなされていないとしてトナー供給ユニットのトナー無しを検知する方法などもある。また(C)トナー濃度センサの検知出力、画像ドット情報などからのトナー消費情報により、供給されたトナーの総量をトナー供給ユニットのトナー供給スクリューの回転数などを積算して記憶することにより推測し、その推測結果によりトナー無し状態を検知する方法もある。
特許第2575404号公報
しかしながら、上記(A)の場合、トナー供給ユニットに直接トナー量を検知する検知手段を設けるため、使用途中でのトナーの残量表示、適切なタイミングでのトナー無し報知を行うことが可能であるが、検知手段を設ける分、交換ユニットであるトナー供給ユニットのコストが上昇するという問題がある。
また(B)の場合、本当にトナー供給ユニットのトナーがなくなった段階でトナー無しであることを報知できるが、使用途中でのトナー残量の表示、また後どれくらいでトナー供給ユニットの交換が必要になるかといった事前の警告を行うことができない。また(C)の場合は逆に、トナー使用量と関連性の大きいトナー供給用スクリューの回転数などを積算して記憶することにより、使用したトナー量を推測している。これにより使用途中におけるトナー供給ユニット内のトナーの残量を段階的に表示でき、ユーザにトナー供給ユニットの交換時期を知らせることができる点で非常に有効である。しかし、トナー無しと判断した段階で、実際のトナー残量との間に誤差が発生し、トナーが残っているにも拘わらずトナー供給ユニットを交換するように報知してしまう虞がある。また上述の(B)、(C)を組み合わせることで、使用途中でのトナーの残量の表示、及び実際にトナー供給ユニットのトナーがなくなった段階でトナー無しであると報知できるようになる。しかし、この場合にも、トナー無しであると推測した時点から、実際にトナー無しになったことを検知するまでの時間にバラツキが発生する。例えばトナー残量が残り1%であると表示してから、実際にトナーが無くなって印刷ができなくなるまでに長い時間がかかったり、或は短かい時間で印刷ができなくなることにより、ユーザの混乱を招く可能性があった。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解決することにある。
本願発明の特徴は、現像剤供給ユニット内の現像剤残量を推測し、現像剤残量が略無くなったと推測した後、確実に現像剤が無くなってから、その旨を示す情報を出力する画像形成装置及びその制御方法を提供することにある。
上記特徴は、独立クレームに記載の特徴の組み合わせにより達成され、従属項は発明の単なる有利な具体例を規定するものである。
本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
交換可能な現像剤供給ユニットから供給される現像剤を用いて現像ユニットにより画像を現像して像形成する画像形成装置であって、
前記現像剤供給ユニット内の現像剤供給用ローラを回転駆動する駆動手段と、
前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量を推測する推測手段と、
前記推測手段により前記現像剤残量が略無くなったと推測された際、前記駆動手段を所定量駆動する供給駆動手段と、
前記供給駆動手段の駆動後、前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量がない旨を示す情報を出力する出力手段とを有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置であって、
前記現像剤供給部から前記現像装置に現像剤を供給するための現像剤供給部材と、
前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する第1検知部と、
前記現像装置の現像剤量を検知する第2検知部と、
前記第2検知部の検知結果に基づいて前記現像剤供給部材を駆動する制御部とを有し、 前記制御部は、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記第2検知部の検知結果に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動することを特徴とする。
本発明の一態様に係る画像形成装置の制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
交換可能な現像剤供給ユニットから供給される現像剤を用いて現像ユニットにより画像を現像して画像形成する画像形成装置の制御方法であって、
前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量を推測する推測工程と、
前記推測工程で前記現像剤残量が略無くなったと推測された場合に、前記現像剤供給ユニット内の現像剤を前記現像ユニットに所定量供給する供給工程と、
前記供給工程の後、前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量がない旨を示す情報を出力する出力工程とを有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る画像形成装置の制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置の制御方法であって、
前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する第1検知工程と、
前記現像装置の現像剤量を検知する第2検知工程と、
前記第2検知工程の検知結果に基づいて、前記現像剤供給部から前記現像装置に現像剤を供給するための現像剤供給部材を駆動する第1駆動工程と、
前記第1検知工程において、現像剤供給部の現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記第2検知工程の検知結果に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動する第2工程とを有することを特徴とする。
この発明の概要は、必要な特徴の全てを列挙しているものでなく、よってこれら特徴群のサブコンビネーションも発明になり得る。
本発明によれば、現像剤供給ユニットの交換指示を適切なタイミングでユーザに出力できる。
また現像剤供給ユニットの交換指示を報知した時点で、確実に現像剤供給ユニット内の現像剤を使い切ることができるため、無駄に現像剤を捨ててしまうことがなくなる。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。また、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、本願発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る画像形成装置(レーザビームプリンタ)の画像形成部の概略構成を示す断面図である。尚、本実施の形態1では、黒単色で画像形成を行う画像形成装置の場合で説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、Y(イエロー),M(マゼンタ),C(シアン),Bk(黒)などの複数色の画像形成を行うカラー画像形成装置にも適用できる。
尚、以下に説明する本実施の形態1,2に係る画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するもので、例えば電子写真複写機、電子写真プリンタ(例えば、レーザービームプリンタ、LEDプリンタ等)ファクシミリ装置及びワードプロセッサ等が含まれる。また、プロセスカートリッジ゛とは、少なくとも現像ユニットを有し、例えば感光ドラムと一体的にカートリッジ化されており、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。また現像剤供給ユニットとは、プロセスカートリッジ内の現像ユニットに現像剤(トナー)を補給するユニットであって、画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。
本実施の形態1に係る画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体(以下、感光ドラム)と、静電潜像を現像する現像ユニットと、この現像ユニットに現像剤を補給する現像剤補給ユニット(以下、トナー補給ユニット)と、このトナー補給ユニットからの現像剤の補給を制御する制御部とを備える。
画像形成装置は、そのほぼ中心部に、ドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム110を、矢印R1方向に回転可能に支持している。画像形成動作が開始されると、帯電ローラ210により感光ドラム110の表面が一様に帯電される。その後、露光手段としてのレーザ照射部310から発光される画像情報に対応したレーザ光により、感光ドラム110の表面が露光されることにより、その感光ドラム110の表面に画像情報に対応する静電潜像が形成される。
本実施の形態1では、感光ドラム110の帯電電荷は負極性である。そして画像情報に対応した静電潜像は、レーザ照射部310からのレーザ光による露光により負極性の帯電電荷が減衰した部分に形成される。その後、静電潜像は、感光ドラム110の回転に伴って、現像ユニット410から供給される現像剤の一種であるトナーにより可視化されて感光ドラム110上にトナー像が形成される。
本実施の形態1では、現像方式は反転現像方式である。そのため、帯電電荷と同極性(負極性)のトナーが、感光ドラム110上の負極性の帯電電荷が減衰した部分(画像部)に付着する。又、トナーは、現像剤収容手段としてのトナー供給ユニット(トナーカートリッジ)510から現像ユニット410に補給される。
一方、不図示の用紙カセットに収容された記録材(記録シート)Pは、給紙ローラ910の回転によって感光ドラム110と転写手段としての転写ローラ610とが当接する転写領域へ、感光ドラム110上のトナー像が転写領域に到達するのに同期して搬送される。そして、感光ドラム110上のトナー像と記録シートPとが転写領域に至ると、転写ローラ610によって転写領域に形成される転写電界により、感光ドラム110上のトナー像が記録シートP上に転写される。その後、記録シートPに担持された未定着トナー像は、定着ユニット810の備える定着手段(ヒートローラ)810aによる加熱、及び、加圧ローラ810bによる加圧を受けて、記録シートP上に永久画像として定着される。
又、トナー像の転写を終了した感光ドラム110の表面に残存するトナーは、ブレード状のクリーニング手段を備えるクリーニングユニット710によって除去され、後続の画像形成動作に備える。
次に、現像ユニット410、トナー供給ユニット510について更に説明する。
図2は、本実施の形態1に係る現像ユニット410、トナー供給ユニット510の概略構成を示す要部断面図で、図1と共通する部分は同じ記号で示している。
本実施の形態1では、現像ユニット410は、現像剤(トナー)を担持搬送し、その現像剤を感光ドラム110に接触させて静電潜像を現像する現像剤担持体(以下、現像ローラ411)と、その現像ローラ411へ現像剤を供給する現像剤供給部(以下、供給ローラ413)と、供給ローラ413により供給された現像剤を規制して現像ローラ411上に現像剤の薄層を形成する現像剤規制部(以下、ブレード412)と、補給ローラ513の回転により現像剤供給ユニット510から供給された現像剤と現像ユニット410内の現像剤とを混合するために可動する現像剤攪拌部材(以下、攪拌部材414)と、攪拌部材近傍の現像剤の剤面高さを検知する剤面検知部(以下、トナー面検知ユニット415)とを有する。尚、この現像ユニット410は、現像ローラ411を感光ドラム110に当接させ、現像剤を感光ドラム110と「接触」させた状態で現像を行う接触現像方式を採用している。
また、本実施の形態1にて用いられる現像剤は、負帯電性の非磁性一成分現像剤(トナー)である。更に詳しくは、低軟化点物質を内包する内部構造を形成することで、定着ユニット810における省エネルギー化を図ったトナーである。このトナーの作製方法としては、例えば、特公昭63−10231号公報、特開昭59−53856号公報、特開昭59−61842号公報などに記載の懸濁重合方法による現像剤作製方法を用いることができる。
また本実施の形態1で用いられるトナーは、体積平均粒径6μmの球形トナーである。このトナーは、低軟化点物質を外殻樹脂で被覆した、所謂、コア/シェルの内部構造を有し、この構造中のシェル部分を重合法により形成したものである。常温下或は加圧下での懸濁重合方式によれば、粒径が3〜8μの球形微粒子をシャープな粒度分布で、比較的容易に得られる。そのため、重量比電荷の分布もシャープなものとなり、現像コントラストに応じた一様な現像が行われる。
尚、この懸濁重合法以外にも、単量体は可溶で、重合して得られる重合体は不溶であるような水系有機溶剤を用いて直接トナーを生成する分散重合方法、又は水溶性極性重合開始剤の存在下で直接重合してトナーを生成する、ソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法、などを用いて製造したトナーの使用が可能である。
尚、本実施の形態1にて現像剤として使用するトナーは、その形状係数SF−1が100〜140、形状係数SF−2が100〜120の範囲にある実質的に球状形状である。ここで、形状係数SF−1及びSF−2とは、日立製作所製FE−SEM(S−800)を用いてトナー像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luzex3)に入力して解析を行い、以下の式(1)、式(2)より算出して得られた値と定義する。即ち、
SF−1=(MXLNG)2/AREA×(π/4)×100 ...式(1)
SF−2=(PERI)2/AREA×(1/4π)×100 ...式(2)
ここでAREAはトナー投影面積、MXLNGは投影像の絶対最大長、PERIは投影像の周長を意味する。また形状係数SF−1は球形度合いを示し、これが140より大きいと球形から除々に離れて不定形となる。一方、形状係数SF−2は凹凸度合いを示し、これが120より大きいと表面の凹凸が顕著となる。
また本実施の形態1においては、上記のトナーには、帯電性及び流動性などの特性改善のためにシリカなどの添加剤を外添している。或は、同様の機能を有するものであれば別種の添加剤、例えば、酸化アルミニウム、酸化スズ、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、窒化ケイ素などの窒化物、炭化ケイ素などの炭化物及びカーボンブラック、グラファイトなどの炭素同素体、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの金属塩、及び脂肪酸金属塩なども適宜選択可能である。
このようなコア/シェル構造を含む、内部構造を有するトナーは、画像形成動作に伴う負荷によってその構造が破壊されることがある。その場合、トナーはその剛性が失われて、現像ローラ411及びブレード412などに融着し易くなる。
次に図2を参照して、実施の形態1に係る現像ユニット410に配置されている各部材について説明する。
現像ユニット410は現像容器416内にトナーを収容している。この現像容器416は、現像ローラ411と供給ローラ413とブレード412とが配置されている現像室416aと、攪拌部材414が配置されている攪拌室416bと、攪拌室416bから現像室416aへトナーが移動するために設けられた開口部416cとを有している。ここで攪拌室416bは、開口部416cを挟んで現像室416aの上方に配置されている。
また現像容器416は、感光ドラム110と対向する側の一部に開口部416dを設けている。そして現像ローラ411は、この開口部416dから一部露出し、かつ矢印R2方向に回転可能に現像容器416内に支持されている。現像ローラ411は弾性体を含み、所定の当接圧にて感光ドラム110に当接している。又、開口部416dには、現像ローラ411の下方からのトナーの飛散を防止するために、吹き出し防止シート417が設けられている。この現像ローラ411は、導電剤(カーボン等)を分散させた低硬度のゴム材(シリコーン、ウレタン等)或は発泡体、及びその組み合わせにより構成された半導電性弾性体ローラである。
攪拌部材414は、開口部416dと反対側の上部に、矢印R3方向に回転可能に設けられている。また現像容器416内には、現像容器416内のトナーとトナー供給ユニット510から補給されるトナーとを攪拌混合する攪拌領域Rが形成されている。現像ユニット410は、この攪拌領域Rにおけるトナー面の高さを検知するための、発光部415a、透過窓415b、受光部415cからなる光学方式を用いたトナー面検知ユニット415を備えている。尚、ここで発光部415a及び受光部415cは攪拌領域Rを挟んでそれぞれ反対側に設けられている。また透過窓415bは、発光部415aから発する光を攪拌領域に導き、更に受光部415cに導くために現像容器416に設けられている。その際、2つの透過窓415bは、発光部415aと受光部415cとを結ぶ直線上に設けられている。このように配置されたトナー面検知ユニット415は、攪拌部材414の回転に伴ってトナー剤の面が変化するときの光の透過時間の割合を測定して攪拌領域Rにおけるトナー面の高さを検知している。即ち、トナーの残量が少なくなって、そのトナー面の高さが下位レベルγの近傍になると、攪拌部材414が時計回り方向に回転して発光部415aと受光部415cとを結ぶ光軸から外れた時点から、再びその光軸を遮るまでの時間が長くなり、逆に、トナー面の高さが高位レベルδ近くなると攪拌部材414が時計回り方向に回転しても、受光部415cにより光を検出できる時間が短くなる。このようにしてトナー面検知ユニット415によるトナー面の高さの検出が可能になる。
またこの攪拌領域Rの下方には、現像剤の供給及び回収を行う供給ローラ413が現像ローラ411に当接するように配置されている。この供給ローラ413は弾性発泡体からなる弾性ローラであり、現像ローラ411に対し当接点において逆方向に回転している。このような構成により、現像剤は、攪拌領域Rにおいて攪拌部材414により十分に攪拌され、その後、主に重力により移動されて開口部416cを通過し、供給ローラ413により現像ローラ411に供給される。
現像容器416には、現像剤の層厚を規制する規制部材としてのブレード412が、現像ローラ411を加圧するように設けられている。このブレード412は、板バネ状の金属薄板412bに現像ローラ411の当接面側表面に絶縁層412aを設けた弾性規制部材である。これにより現像ローラ411上に供給されたトナーは、ブレード412によってその層厚が規制され、且つ、塗布されて現像ローラ411上にトナーの薄層が形成される。更に、このときの現像ローラ411及びブレード412それぞれの表面との摩擦によって、トナーには現像に供するのに十分な電荷が付与される。その後、現像ローラ411上のトナーの薄層は、現像ローラ411の回転に伴って、感光ドラム110と現像ローラ411とが当接する現像領域(現像ニップ)へ搬送される。そして、現像剤(トナー)は感光ドラム110に接触した状態で現像に供される。即ち、感光ドラム110と現像ローラ411との間に現像電界を形成するために、電源(図示せず)が接続されている。その結果、現像電界の作用により現像ローラ411のトナーが感光ドラム110に転移し、感光ドラム110表面の静電潜像に対応してトナー像を形成し静電潜像を可視化する。
又、現像ローラ411上に塗布され、現像ニップへと担持搬送されたが、現像には寄与せずに現像ローラ411上に残存しているトナーは、供給ローラ413との摺擦で現像ローラ411から剥ぎ取られる。その後、剥ぎ取られたトナーの一部は、新たに供給ローラ413上に供給されたトナーと共に再び供給ローラ413によって現像ローラ411へ供給され、残りは現像容器416内へ戻される。
尚、実施の形態1では、供給ローラ413は、現像剤の供給及び回収手段として2つの機能を兼ねているが、実施の形態1はこれに限定されるものではなく、現像剤供給手段と現像剤回収手段とを別個に設けることも可能である。
実施の形態1における画像形成装置のプロセススピードは150mm/秒であり、これに対する、現像ローラ411の周速は225mm/秒である。
また、現像ユニット410は、この画像形成装置に対し着脱可能に構成されており、所定の寿命(本実施の形態1ではA4サイズ換算にて3万枚が印刷された時点)に達すると交換される。
この画像形成装置に備えられた制御部(図3参照)は、トナー面検知ユニット415から得たトナー面の高さ情報から、トナー剤面の高さが、攪拌部材414の可動範囲の鉛直方向下端から現像容器416の上面の容器壁の高さ未満の範囲(図中γからδの一定範囲)に保たれるように、トナー供給ユニット510からのトナーの補給量を制御する。
ここで、制御部としては、例えば、CPUや専用の電気回路を用いることができる。また、現像ユニット410の上面の容器壁とは、現像容器416の内壁のうち、最も高い場所に位置する内壁をいう。
トナー供給ユニット510内には、トナー供給ユニット510内のトナーをほぐすための攪拌部材514と、トナー供給ユニット510から現像ユニット410にトナーを補給するための補給ローラ513が配置されている。そして、この補給ローラ513は、現像ユニット410からの補給指令により、所定駆動時間当たり一定量のトナーを現像ユニット410に補給している。
次に、トナー量の検出及びトナーの補給動作について説明する。
本実施の形態1において、トナー面検知ユニット415は、少なくとも2つのトナー剤面の高さレベル(実施の形態1においては、図2に示すγ及びδ)を検知可能である。
本実施の形態1に係る画像形成装置が備える制御部300(図3)は、画像形成動作によりトナー剤面の高さが変化し、トナー面検知ユニット415が、2つのトナー剤面の高さのレベル(γ及びδ)のうち低い方のレベルγを検知した際に、トナー補給指令を発して補給ローラ513を一定速度で回転させる。これによりトナー供給ユニット510から単位時間当たりの決められた一定量でトナーの補給が行われる。また、トナー供給ユニット510からの連続したトナーの補給により、トナー面検知ユニット415が、2つのトナー剤面の高さレベルのうち高い方のレベルδを検知した際には、トナー補給指令を停止して補給ローラ513の回転を停止させ、トナー供給ユニット510からのトナーの補給を停止させる。
これにより現像容器416のトナー面の高さが、攪拌部材414の可動範囲の鉛直方向下端から現像容器416の上面の容器壁の高さ未満の範囲内(図中γからδの範囲)に保たれるように制御される。
尚、本実施の形態1では、γは攪拌部材414の可動範囲の中心より高い位置、δは攪拌部材414の可動範囲の鉛直方向上端より低い位置に設定されている。また補給ローラ513は、攪拌領域Rの鉛直上方に配置されており、補給ローラ513の回転により補給されたトナーが攪拌領域Rを確実に通過するように構成されている。
このような構成により、前述したように現像ユニット410内の攪拌領域Rにおいて、トナー面の高さは、攪拌部材414により現像装置内トナーと補給トナーとの混合攪拌が十分に行われる高さになるように制御されている。
また、補給されたトナーは、混合攪拌が十分なされた後に、攪拌領域Rと供給ローラ413、ブレード412の位置関係から画像形成によるトナー消費と、主に重力による移動により供給ローラ413近傍にゆっくりと供給される。これにより、補給されたトナーが現像ユニット410内のトナーと十分に混合されない状態で現像ローラ411に供給されてしまうことがなく、濃度ムラ、カブリ、トナーのボタ落ちの発生を防止できる。
また、攪拌領域Rにおけるトナー面の高さは、現像容器416の上面の容器壁に当たらないように制御されるため、トナーの補給過剰により現像容器416内にトナーが満タン状態となりトナー圧力が上がることもない。そのため、トナー圧力の上昇によるトナー劣化の促進、トナー漏れ、駆動トルクのアップや、トナー圧力の上昇により発生するトナーコートの不均一に起因する濃度ムラ等の問題の発生も防止することができる。
図3は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図で、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。
図において、制御部300は、この画像形成装置全体の動作を制御する。プリンタエンジン301は、前述の図1に示す構成を有し、電子写真法により記録用紙P上に画像を形成する。表示部302は、例えば操作パネルなどに設けられ、ユーザへのメッセージやエラーなどを表示すると共に、後述するトナー残量表示、トナーカートリッジ(トナー供給ユニット510)の交換予告、トナーカートリッジの交換要求等を表示する場合にも使用される。制御部300は、マイクロプロセッサなどのCPU310,CPU310により実行されるプログラムや各種テーブルやデータなどを記憶しているROM311,CPU310による制御処理に実行時にワークエリアとして使用され、各種データを一時的に格納するRAM312を備えている。このRAM312には、後述するトナー残量検知のためのカウンタ313も設けられている。
また、トナー供給ユニット510からトナーを供給する場合には、トナー面検知ユニットからの検知信号に基づいて、制御部300から駆動部314に駆動信号を出力し、駆動信号に基づき駆動部314によって補給ローラ513が所定量駆動される。
次に図4のフローチャートを参照して、本実施の形態に係る画像形成装置における、トナー供給ユニット510のトナー残量検知、トナー残量表示、トナーカートリッジの交換予告、トナーカートリッジの交換要求の報知、またトナーカートリッジの交換要求を報知する処理について説明する。尚、この処理を実行するプログラムはROM311に記憶されており、CPU310の制御の下に実行される。
尚、トナー供給ユニット510内のトナー残量は、トナー供給ユニット510の使用開始から形成された画像ドット数を画像ドット積算値Dとして積算し、その積算値Dと予め実験により得られている(画像ドット積算値D対(vs)トナー補給量)の関係からトナー使用量を推測し、そのトナー供給ユニット510の初期充填量と、推測したトナー使用量とを比較することにより求められる。また、この積算された画像ドット積算値Dは、トナー供給ユニット510に取り付けられている記憶手段であるEEPROM517にも記憶される。これにより、そのトナー供給ユニット510が使用途中で他の画像形成装置に装着されて使用された場合でも、正確にそのトナー残量を検出することができる。
この処理は、画像形成装置の電源オン、或はジャムなどのエラー復旧、又はトナー供給ユニット510が交換されること等により開始され、まずステップS1で、画像処理装置の初期化等を行う。次にステップS2で、トナー供給ユニット510に設けられているメモリ(EEPROM)517に記憶されている、そのトナー供給ユニット510により形成された画像ドット数の積算値Dを読み出して、そのトナー供給ユニット510の初期充填量(EEPROM517に記憶されている)と比較することにより、そのトナー供給ユニット510におけるトナー残量を求めて%で表示部302に表示する。
次にステップS3で、不図示のホストコンピュータなどからの印刷指示に応じてプリントジョブが開始されるとステップS4に進み、トナー面検知ユニット415により検知されたトナー剤の高さ面が、前述の下位レベルγ以下かどうかをみる。そうであればステップS5に進み、補給ローラ513の回転駆動を開始して、トナー供給ユニット510からトナー剤を現像容器416内に移動させる。またステップS6では、トナー面検知ユニット415により検知されたトナー剤の高さ面が、前述の上位レベルδ以上かどうかをみる。そうであればステップS7に進み、補給ローラ513の回転駆動を停止(既に停止していた場合は、その停止状態を維持)して、トナー供給ユニット510からのトナー剤の供給を停止する。こうしてプリント動作中はステップS8で、形成されたドット数をモニタし、トナー供給ユニット510のEEPROM517から読み出した画像ドット積算値Dに追加積算する。尚、プリントジョブの実行中の画像ドット積算値Dは、RAM312のカウンタ313を用いて積算しておき、そのプリントジョブが完了した時点、或はジャムなどのエラーなどが発生した時点でEEPROM517を更新するようにしても良い。これによりEEPROM517へのアクセス回数を減らすことができる。
次にステップS9で、トナー供給ユニット510のトナー残量が15%以下になったかをみる。15%以下でない場合はステップS10に進み、プリントジョブの実行が終了したかを調べ、終了していないときはステップS4に戻り前述の処理を実行する。ステップS10で、プリントジョブが終了するとステップS11に進み補給ローラ513の回転駆動を停止(既に停止していた場合、その停止状態を維持)して、ステップS12にて、画像ドットの積算値DをEEPROM517に記憶して、さらにステップS13に進み、電源がオフされるか、ジャムなどのエラーが発生したかを調べ、その場合はこの処理を終了するが、そうでないときはステップS3に戻る。
またステップS9でトナー残量が15%以下になった時はステップS14に進み、トナー供給ユニット510のトナー残量が0%になったかをみる。そうでないときはステップS15に進んで、制御部300からトナー残量が所定量以下である旨を示す情報を表示部302に出力することによって、トナー供給ユニット510の交換予告(トナー残量が所定量以下である旨)を表示部302に表示して報知してステップS10に進む。
またステップS14で、トナー供給ユニット510のトナー残量が0%のときはステップS16に進み、トナー供給ユニット510の交換要求を報知する前に、後述する一定量のトナーが補給できる時間だけ補給ローラ513を強制的に回転駆動する。これは、実験によって求められた(画像ドット積算値D対トナー補給量)の関係からトナー残量を推測した場合には、その推測値と実際のトナー残量には若干の差が出てしまう。このため画像ドット積算値Dによってトナー残量が0%であると判断した時点では、場合によってはバラツキ等により、ある量のトナーが残っていることが考えられる。従って、トナー供給ユニット510のトナー残量が0%であると推測した時点で、直ちにトナー供給ユニット510の交換要求を表示すると、そのトナー供給ユニット510に若干量のトナーが残っているにも拘わらずトナー供給ユニット510が交換されてしまい、その内部に残っていたトナー剤を無駄にしてしまう可能性がある。そこでステップS16で、バラツキにより発生し得る最大量のトナーが残していても、その残存しているトナーを現像容器416に確実に供給できるだけの時間だけ補給ローラ513を強制的に回転駆動することにより、トナー供給ユニット510に残っているトナーを完全に現像容器416に移動させるようにしている。この時の回転駆動時間は数分以内であり、実際の使用状況においては、実際に残量0%になった場合とほぼ同じ時間しか要しないため、ユーザに違和感を与えることがない。本実施の形態では、この補給ローラ513の強制回転駆動をプリント動作とは違う別の動作シーケンスを、一時的にプリント動作の途中に挿入して行っている。この補給ローラ513の強制回転駆動の実施方法には、他に実際のプリント動作中に行うこと、又はプリントジョブが継続している間はプリント動作中に行い、プリントジョブが終了してさらに強制回転を継続する必要がある場合には別の動作シーケンスを用いて補給ローラ513の強制回転駆動を継続する等を行ってもよい。
そしてステップS17に進み、制御部300からトナーが無い旨を示す情報を表示部302に出力することによって、トナー供給ユニット510の交換要求を表示部302に表示してユーザに報知する。次にステップS18で、現在のプリントジョブが終了するか、一定枚数以上の画像形成(プリント)が連続して実行された場合には、そのプリント動作を一旦停止し、ステップS19で、ユーザがトナー供給ユニット510を交換するまで画像形成動作を禁止する。またステップS18では、動作停止と共に、それまで積算した画像ドット積算値Dをトナー供給ユニット510のEEPROM517に記憶して、その積算値Dを更新する。こうしてステップS19で、トナー供給ユニット510が交換されるとステップS1に戻って、前述の処理を実行する。
本実施の形態1のトナー供給ユニット510には、初期状態で約300gのトナーが収容されており、このトナー量で印刷面積比5%の画像を約1万枚を印刷(画像形成)できるように設定されている。前記した実験によって求められた(画像ドット積算値D対トナー補給量)の関係からトナー残量を推測した場合、残量0%と推測した時点で、最大30gのトナーが残っている場合があった(本実施の形態1では、画像ドット積算値Dとトナー補給量との関係を複数測定し、その結果から一番補給量の多い場合を、この(ドット積算値D対トナー補給量)の関係と設定したため、バラツキは、残存するトナーがある場合だけ(推測したトナーの残存量が実際のトナーの残量より少なくなることはない)で発生するように構成されている)。
本実施の形態1の現像ユニット410では、前述のように、トナー面検知ユニット415から得た攪拌領域Rでのトナー面の高さ情報から、トナーの剤面の高さが、攪拌部材414の可動範囲の鉛直方向下端から現像容器416の上面の容器壁の高さ未満の範囲内(γからδまで)の一定範囲(許容範囲)に保たれるように制御されている。このとき制御するトナー面の上位面δから現像容器416の上面までの長さを、更に50gのトナーが収容できるように設定している。このため前述のように、トナー供給ユニット510のトナー残量が0%であると検知された場合、バラツキで最大となる30gの量のトナーを現像容器416に強制的に補給しても現像ユニット410がトナーで溢れてしまうことがない。これにより、現像容器416内のトナー量の増大による圧力アップによるトナーの劣化、トナー漏れなどの弊害も起こらないように設定されている。
また本実施の形態1の構成では、30gのトナーを強制的に、トナー供給ユニット510から現像ユニット内に供給するのに約2分弱を要した。この量のトナーを用いて印刷面積比5%でA4サイズの用紙に印刷すると約1000枚に相当する。従って、トナー無しであると推測した時点から、実際にトナー無しとなるまでには、最大約1000枚の用紙が印刷できることになり、ユーザはトナー無しと表示されてから、実際にトナー無しになるまでには相当余裕があり、トナー無しの表示は当てにならないと判断してしまう。これに対して本実施の形態1によれば、トナー無しであると推測した時点から、そのトナー供給ユニット510に残存している可能性がある最大量のトナーを現像ユニット410に供給してしまってから(約2分後)トナー無し表示を行うので、トナー無しの表示時点では確実にトナー供給ユニット510の実際のトナー残量が「0」になっており、ユーザにとって、そのトナー無し表示は信頼できるものとなる。
また本実施の形態1に係る画像形成装置は、トナー供給ユニット510の交換要求をユーザに報知し、トナー供給ユニット510が交換されると、再び画像形成動作が可能な状態に復帰してユーザからのプリント要求を待つ。また別のトナー供給ユニット510に交換されると、前回の最後にて現像ユニット410に強制的に補給したトナー分が残っているため、現像ユニット410内のトナー面検知ユニット415から得たトナー剤面の高さが、前述のγレベルを検知するまで、その交換されたトナー供給ユニット510からのトナー補給動作は行わない。また、この画像形成装置は、トナー供給ユニット510のトナー残量検知を、トナー供給ユニット510の使用開始からの画像ドット積算値からの推測により行うため、現像ユニット410内のトナー面検知ユニット415が、下位のγレベルを検知してトナーの補給動作が開始されると、トナーの使用を検知し始める(印刷された画像ドット数を積算し始める)。
以上のような構成により、トナー供給ユニット510にトナー残量を検知するための装置を設けることなく、ユーザの使用度合いに応じたトナー残量の変化を報知できる。
また、トナー無しによるトナーカートリッジの交換警告、トナーカートリッジの交換要求を適切なタイミングで報知することができる。
また、トナー供給ユニット510の交換時に、トナー供給ユニット510内のトナーを全て使い切ることができる。即ち、トナー残量が少ないことを知らされてからトナー無しとなるタイミングが予測より早かったり遅かったりすることがなくなる。また、その交換が適切なタイミングで行われても、トナー供給ユニット510の交換時にトナーが残ってしまい、無駄に交換してしまうといった問題も発生しない。
更に、本実施の形態に係る画像形成装置では、このような制御により、カブリ、トナー漏れ等の弊害も発生しなかった。
また本実施の形態1では、トナー面検知ユニット415は、光学方式のものが採用されているが、例えば圧電振動子センサを用いても良い。また実施の形態1で述べた、所定範囲内に一定高さのトナー面が存在するか否かの識別が可能な検知手段としては、例えば歪みゲージ、加圧導電性シートなどを用いた任意の検出素子や、静電アンテナ方式の検知手段等で代替することが可能である。
また、トナー供給ユニット510のトナー残量を検知する手段としては、本実施の形態における、プリントした画像の画素数を計測し、その数を積算するピクセルカウント法の他に、レーザやLEDなどの露光手段の発光量を積算する発光量積算法からトナー消費量を推測する方法や、トナー補給用ローラの回転数などのトナー補給手段の駆動量を積算して推測する方法、更にはトナー供給ユニットのトナー残量によりトナー補給ローラなどのトナー補給手段から補給される一定駆動量当りのトナー量が変化する場合、その相関関係からトナー補給手段の駆動量を逐次補給トナー量に換算し、その補給トナー量を積算する方法などがある。また、トナー面検知手段として紹介されている種々の検知方式をトナー供給ユニットのトナー量検知手段として別途設けている場合でも、本実施の形態に係る制御を実施することで、トナー供給ユニット510に特別にトナー量検知手段を設けないというコスト的なメリットは受けることはできないが、最終的にトナー供給ユニット510の交換要求の報知を適切なタイミングで、且つトナーを使い切った状態で行うことができるという実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
尚、本実施の形態1では、記憶手段としてのEEPROM517をトナー供給ユニット510に取り付け、トナー供給ユニット510の途中抜き差し等でも正確に残量報知ができるようにしているが、使用途中のトナー供給ユニット交換防止など適切な対策を講じ、記憶手段自体を画像形成装置本体に設けることでトナー供給ユニット510のコストダウンを図ることも可能である。
[実施の形態2]
次に本発明の実施の形態2について説明する。
この実施の形態2は、前述の実施の形態1に対し、(1)現像ユニットが感光ドラム、帯電ローラ、クリーナーユニットと一体的に構成され、所定の耐久寿命に達すると画像形成装置に対し交換可能とされているプロセスカートリッジとして構成されていること、(2)画像形成装置が、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4色のプロセスカートリッジが一列に並び、画像を形成するインラインフルカラー画像形成装置であること、(3)トナー供給ユニットのトナー残量推測方法、トナー供給ユニット交換要求時の画像形成装置の停止制御の方法が違うことなどの特徴がある。
図5は、本発明の実施の形態2に係る画像形成装置の画像形成部の構成を示す図である。この画像形成装置は、フルカラーのレーザビームプリンタで、各色に対応する感光ドラム上に形成された各色トナー像を多重転写してフルカラートナー像を形成する第二の像担持体である中間転写体620が配置されている。
また、前述の実施の形態1と同形態の各現像ユニット420(Y、M、C、K)は、それぞれ感光ドラム120(Y、M、C、K)、帯電ローラ220(Y、M、C、K)、クリーナーユニット720(Y、M、C、K)とを一体的に収容するプロセスカートリッジPCを構成している。このプロセスカートリッジPCは、所定の耐久寿命で、画像形成装置に対し交換可能に構成されている。また画像形成装置は、画像形成装置本体に着脱可能なイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色のトナーをそれぞれ収容した4つのプロセスカートリッジPC(Y、M、C、K)(図6にブラックのプロセスカートリッジPC−Bkを示す)を備えている。ここで、各プロセスカートリッジPC(−Y、M、C、K)内の感光ドラム、現像ローラ、帯電ローラ等の構成及びその動作等は、前述の実施の形態1と同じであるため、その説明を省略する。
尚、図5において、425Y〜425Kのそれぞれは、各色のトナーに対応するトナー面検知ユニット、520Y〜Kのそれぞれは、各色に対応するトナー供給ユニットを示している。また621Y〜621Kのそれぞれは、各色のプロセスカートリッジ内の感光ドラム上のトナー像を中間転写体620に転写するための一次転写ローラを示し、ローラ622は中間転写体620上のフルカラー画像を記録シートPに転写するための二次転写ローラを示している。クリーニングユニット623は、中間転写体620上の残留トナーを除去して回収する。
図6は、ブラックのプロセスカートリッジPC−Bkの構成を示す断面図である。ここでは、ブラックの場合のみを示しているが、他の色のプロセスカートリッジの構成も基本的に同じであるため、それらの説明を省略する。
図において、感光ドラム120Kの表面は帯電ローラ220Kにより一様に帯電され、そこに照射されたレーザ光により画像信号に応じた静電潜像が形成される。トナーの供給及び回収を行う供給ローラ423Kが現像ローラ421Kに当接するように配置されており、攪拌領域のトナーが供給ローラ423Kにより現像ローラ421Kに供給される。ここで現像ローラ421K上に供給された黒のトナーは、ブレード422Kによってその層厚が規制され、且つ、塗布されて現像ローラ421K上にトナーの薄層が形成される。こうして感光ドラム120Kの表面には、その静電潜像に応じた黒のトナー画像が形成される。トナー面検知ユニット425は、発光部425aと受光部425cとを有し、前述の実施の形態1に係るトナー面検知ユニット415と同様にして、攪拌領域内の黒のトナー面の高さを検出している。攪拌部材424Kは、攪拌領域内のトナーを攪拌している。
この構成は他の色のトナーのプロセスカートリッジの場合も同様である。
こうして各色に対応する感光ドラム120の表面に形成されたトナー像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのプロセスカートリッジPC(Y、M、C、Bk)の配置順に従って中間転写体620上にカラートナー像として多重転写される。中間転写体620上のカラートナー像は、給紙ローラ920により搬送される記録シートPに転写され、次いで不図示の定着器によって加熱及び加圧定着され、フルカラー画像となって排出される。
図7は、ブラックトナー用のトナー供給ユニット520Kの構成を示す図で、前述の実施の形態1と同様のトナー供給ユニット520(Y、M、C、K)が、この画像形成装置に着脱可能に設けられている。
図7に示すトナー供給ユニット520Kには、トナー供給ユニット520Kの黒のトナーをほぐすための攪拌部材524Kと、トナー供給ユニット520Kから現像ユニット420K(図6)にトナーを補給するための補給スクリュー523Kが配置されている。そして、この補給スクリュー523Kは、前述の制御部300(図3)からの補給指令により、黒のトナーをトナー供給ユニット520Kの長手一部にある補給口に移動させるとともに、現像ユニット420Kに供給している。また、各色それぞれのトナー供給ユニット520(Y、M、C、K)も同様の構成であり、それぞれ記憶手段としてのEEPROM527(Y、M、C、K)を有している。図7のEEPROM527Kには、そのトナー供給ユニット520Kの使用開始からの補給スクリュー523Kの回転数が積算されて記憶されている。他の色に対応するEEPROM527(Y、M、C)も同様である。この画像形成装置は、各色のトナー供給ユニット520の使用開始からの補給スクリュー523の回転数の積算値Sと、初期状態でのトナー充填量とを基に、各色のトナー供給ユニット520内のトナー残量を推測する。
図8は、本発明の実施の形態2に係る画像形成装置における処理を説明するフローチャートである。尚、この実施の形態2に係る画像形成装置の構成は、基本的には前述の図3の構成と同じであり、この実施の形態2では、プリンタエンジン301は図5に示すような画像形成部を備えている点が前述の実施の形態1とは異なっている。
次に図8のフローチャートを参照して、本実施の形態2に係る画像形成装置における、トナー供給ユニット520のトナー残量検知、トナー残量表示、トナーカートリッジの交換予告、トナーカートリッジの交換要求の報知、またトナーカートリッジの交換要求を報知する処理について説明する。尚、この処理を実行するプログラムはROM311に記憶されており、CPU310の制御の下に実行される。尚、このフローチャートは、Y,M,C,Bkのそれぞれの画像形成部において実行される処理を説明したもので、実際の装置では、各色の画像形成部ごとに、このフローチャートで示す処理が実行される。
各色のトナー供給ユニット520内の残存するトナー量は、トナー供給ユニット520の補給スクリュー523の回転数を積算し、同じくトナー供給ユニット520に取り付けられている記憶手段であるEEPROM527にその積算値Sを記憶し、その積算値Sと予め実験により得られている(補給スクリューの回転数の積算値S対トナー補給量)の関係からトナー使用量を推測し、そのトナー供給ユニットの初期充填量と比較することにより求められる。
この処理は、画像形成装置の電源オン、或はジャムなどのエラーからの復旧、又はトナー供給ユニット520が交換されること等により開始され、まずステップS21で、画像処理装置の初期化等を行う。次にステップS22で、各色のトナー供給ユニット520に設けられているメモリ(EEPROM)527に記憶されている、そのトナー供給ユニット520における補給スクリューの回転数の積算値Sを読み出して、各トナー供給ユニット510の初期充填量(EEPROM527に記憶されている)と比較することにより、各色のトナー供給ユニット520におけるトナー残量を求めて%で表示部302に表示する。
次にステップS23で、不図示のホストコンピュータなどからの印刷指示に応じてプリントジョブが開始されるとステップS24に進み、各プロセスカートリッジ(PC)のトナー面検知ユニット425により検知されたトナー面の高さに基づいて、その高さが前述の下位レベルγ以下のものがあるかどうかをみる。あればステップS25に進み、そのPCの補給スクリュー523の回転駆動を開始して、そのトナー供給ユニット520からトナーを現像ユニット420内に移動させる。またステップS26では、各PCのトナー面検知ユニット425により検知されたトナー面の高さに基づいて、その高さが前述の上位レベルδ以上のものがあるかどうかをみる。あればステップS27に進み、そのPCの補給スクリュー523の回転駆動を停止(既に停止していた場合、その停止状態を維持)して、そのトナー供給ユニット520からのトナー剤の供給を停止する。こうしてプリント動作中はステップS28で、各PCにおける補給スクリュー523の回転数の積算値Sを求め、各PCのトナー供給ユニット520のEEPROM527から読み出した補給スクリュー積算回転数Sに追加積算する。尚、プリントジョブの実行中の積算値Sは、RAM312のカウンタ313を用いて各色のトナーに対応する補給スクリュー523の回転数を積算しておき、そのプリントジョブが完了した時点、或はジャムなどのエラーなどが発生した時点で、それぞれ対応するEEPROM527の内容を更新するようにしても良い。これにより各EEPROM527へのアクセス回数を減らすことができる。
次にステップS29で、トナー供給ユニット520のトナー残量が15%以下になったかトナー供給ユニット520があるかをみる。残量が15%以下のトナー供給ユニット520がない場合はステップS30に進み、プリントジョブの実行が終了したかを調べ、終了していないときはステップS24に戻り前述の処理を実行する。ステップS30で、プリントジョブが終了するとステップS31に進み、補給スクリュー523の回転駆動を停止(既に停止していた場合、その停止状態を維持)して、ステップS32にて、各色のトナー(PC)に対応する補給スクリュー523の回転数の積算値Sを、それぞれ対応するEEPROM527に記憶してステップS33に進み、電源がオフされるか、ジャムなどのエラーが発生したかを調べ、その場合はこの処理を終了するが、そうでないときはステップS23に戻る。
またステップS29でトナー残量が15%以下になったトナー供給ユニット520がある時はステップS34に進み、そのトナー供給ユニット520のトナー残量が0%になったかどうかをみる。そうでないときはステップS35に進んで、制御部300からトナー残量が所定量以下である旨を示す情報を表示部302に出力することによって、そのトナー供給ユニット520の交換予告を表示部302に表示して報知してステップS30に進む。
またステップS34で、そのトナー供給ユニット520のトナー残量が0%のときはステップS36に進み、トナーアウトビットが立っているか、即ち、既に、そのPCの補給スクリュー523の強制回転駆動を実施完了しているかどうかを調べ、実施完了していればステップS40に進み、制御部300から、そのトナー供給ユニット520にトナーが無い旨を示す情報を表示部302に出力することによって、表示部302にトナー供給ユニット520の交換を要求するメッセージを表示する。ステップS36で、補給スクリュー523の強制回転駆動が実施完了していないときはステップS37に進み、補給スクリュー523の回転駆動を強制的に開始するとともに、その回転数を補給スクリュー積算回転数Sに追加積算する。次にステップS38で、後述する一定量のトナーを補給するだけ、そのPCの補給スクリュー523が強制的に回転駆動されたかどうかを判断する。即ち、補給スクリュー積算回転数Sと予め決められた閾値L(トナー残量が0%になる回転数に後述する一定量のトナーを補給するための回転数を足したもの)以上であるかを判断する。これは、前述した実験によって求められた(補給スクリュー積算回転数S対トナー補給量)の関係から、トナー供給ユニット520のトナー残量を推測した場合、その推測値と実際のトナー残量には若干の差が出てしまう。そのため補給スクリュー523の回転数の積算値Sによってトナー残量が0%であると判断した時点では、場合によってはバラツキによる最大量のトナーが残っている場合もあり、直ぐにトナー供給ユニット520の交換要求を出してしまうと、そのトナーを無駄にしてしまう可能性がある。そこで前述した様に、バラツキによる最大量のトナーが現像ユニット420に補給されるだけの回数だけ補給スクリュー523を強制的に回転駆動することにより、トナー供給ユニット520内に残存しているトナーを完全に現像ユニット420に送り出すことができる。この駆動回転数は、本実施の形態ではA4サイズの印字で約30枚分プリント後で終了するため、実際の使用状況においては残量0%に到達した場合とほぼ同じタイミングで実行される。
つまり本実施の形態2では、プリント動作を実行しながらトナーを強制的に補給する制御を行って補給動作を行う。このような動作を行わず、例えばプリント動作を一時停止した状態で、補給スクリュー523を所定時間(所定回数)強制的に駆動させてトナーを補給すると、現像ユニット420内のトナー量が急に変動(増加)する可能性がある。その場合には、既に現像ユニット内にあるトナーと十分に混合されない状態でトナーが現像ローラ411に供給されてしまい、画像にカブリや濃度ムラ等が発生するおそれがある。これを防ぐために、プリント動作を実行中に、現像ユニット内のトナーを消費しつつ、補給スクリューを所定量強制的に駆動してトナーを強制的に補給する動作を実行するのである。
具体的には、例えばプリント毎に補給スクリューを1回転ずつ回転させて、補給を行う。1回転あたりの補給量が約0.5グラムであるため、30枚プリントを行った時点(0.5×30=15グラム)でカートリッジに残っているトナーが排出されて空の状態になる。
尚、本実施の形態2では、1枚プリントする毎に補給スクリュー523を所定回転数、回転するようにしたが、例えば2枚プリントするごとに所定回転数、回転するような制御にしても良い。但し、既にこれら一連のトナー残量が0%と判定された場合の補給スクリュー523の一定回転数の回転動作は、各トナー供給ユニット520の使用において一度だけ行えばよい。このため、この強制回転動作の実行完了後、ステップ39にて、そのトナー供給ユニット520のEEPROM527に記憶されているトナーアウトビットを真「1」にすることにより、本動作を実行したことを記憶させる。そして、次回以降は、ステップS36で、このトナーアウトビットが真「1」かどうかを判定し、「1」であった場合にはステップS37、S38、S39をスキップして、このトナー残量が0%と推測した場合の補給スクリュー523の所定強制回転動作を省略している。
そしてステップS40で、ユーザに、そのトナー供給ユニット520の交換要求を報知する。更にステップS41で、そのPCの現像ユニット420のトナー面検知ユニット425の出力を比較し、図7のレベルγ'(後述)以下であった場合はステップS42で、プリント動作を停止し、再度ユーザにトナー供給ユニット520の交換要求を報知する。そして、そのトナー供給ユニット520が交換されるまで画像形成動作を禁止する。それ以外(トナー面検知ユニット425の出力がレベルγ'以下となっていない)の場合、プリント動作は継続される。これによりユーザにとっては、ほぼ今までのトナー減少率のままトナー無しの報知が行われることとなる。
尚、通常状態、及びトナー残量でのプリント動作停止とともに、画像形成装置は、その積算した補給スクリュー523の積算回転数Sを、それぞれ対応するトナー供給ユニット520のEEPROM527に更新記憶する(ステップS32,S42)。
ここで、本実施の形態2に係るトナー供給ユニット520も、前述の実施の形態1と同じ構成のため、初期状態で約300gのトナーが収容されている。このトナー量で印刷面積比5%の画像を約1万枚印刷できる様に設定されている。前述の実験によって求められた(補給スクリューの積算回転数S対トナー補給量)の関係から、トナー供給ユニット520内のトナー残量を推測した場合、最大で予定より15g多い量のトナーが残っている場合、又は15gのトナーを補給する時間前にトナー無しとなってしまっている場合があった。
本実施の形態2では、補給スクリューの積算回転数Sとトナー補給量との関係を複数測定し、その結果の平均値を、この(補給スクリュー523の回転数の積算値S対トナー補給量)の関係と設定したため、バラツキはトナーが残存する場合、およびトナーが不足する場合の両方の場合が均等に発生する。実施の形態2の現像ユニットでは、前述のように、トナー面検知ユニット425から得たトナー面の高さ情報から、トナー面の高さが、攪拌部材424の可動範囲の鉛直方向下端から現像容器426の上面の容器壁の高さ未満の範囲(図中γからδ)の一定範囲に保たれるように制御している。
更に、このとき制御するトナー面の上位面δから現像ユニット420の容器の上面壁の高さまでの間を、更に30gのトナーが収容できる長さに設定している。また、トナー面の高さの制御範囲の下端γを、トナーの混合効果が非常に良好である領域γ'よりトナー20g分だけ高い位置に設定している。このため前述のように、トナー供給ユニット520のトナー残量が0%であると検知した時に、バラツキにより最大となる+15gの量のトナーを現像ユニット420に強制的に補給しても現像ユニット420がトナーで溢れてしまうことがない。また圧力アップによるトナーの劣化、トナー漏れなどの弊害も起こらないように設定されている。
また、トナー残量が0%であると推測した時に、バラツキで最大15gのトナーが不足しているような場合にも、そのトナー剤の高さがトナー混合効果が非常に良好である領域に対応するレベルγ'まで低下することがないため、トナーの攪拌不良による補給時カブリ等を起こすこともない。
また、前述のステップS41で、現像ユニット420のトナー面検知ユニット425の出力を見ることにより、仮に前記した補給スクリューの強制回転が完了していないときであっても、図7のレベルγ'以下であった場合にはステップS42でプリント動作を停止させるため、現像ユニット内のトナーがレベルγ'を下回ってしまうことはない。
本実施の形態2に係る構成では、15gのトナーを強制的に補給するのにA4サイズのジョブを約30枚分プリントする時間であった。これを従来のように印刷率5%で、A4サイズの用紙に印刷した場合、つまり、従来はプリント動作を実行しながらトナーを強制的に補給する動作を行っていないため、トナー無しであると推測した時点から、実際にトナー無しとなるまでには約500枚の用紙が印刷されることとなり、ユーザはトナー無しの表示から、なかなか実際にはトナー無しにならないという感覚を持ってしまう。しかし実施の形態2では、トナー無しであると推測した時点から、実際にトナー無しを表示するまでが短時間であり、そのトナー無しが表示された時点では確実に、そのトナー供給ユニット内のトナーを使い切っているため、そのような事は起こらない。
画像形成装置は、トナー供給ユニット520の交換要求をユーザに報知し、そのトナー供給ユニット520が交換されると、再び画像形成動作が可能な状態に復帰し、ユーザからのプリント要求を待つ。他のトナー供給ユニット520に交換されて使用される場合には、前回の最後に、現像ユニット420に強制的に補給したトナー分が現像ユニット420内に残っているため、現像ユニット420のトナー面検知ユニット425から得たトナー剤面の高さが、γレベル以下を検知するまでは、トナーの補給動作を行わない。画像形成装置は、現像ユニット420内のトナー面検知ユニット425が、γレベル以下を検知してトナーの補給動作を開始すると、トナーの使用量を検知し始め、補給スクリュー523の回転数を積算し始める。
以上のような構成により、トナー供給ユニット520に特別にトナー残量検知装置を設けることなく、ユーザの使用度合いに応じたトナー残量の変化を報知できる。
また、実際のトナーの使用度合いに応じてトナーカートリッジの交換警告、交換要求を報知することができる。即ち、ユーザはトナー残量が少ないことを知らされてから、実際にトナー供給ユニットのトナー残量がなくなるまでのタイミングが予測より早かったり遅かったりすることが無い。
また、トナー供給ユニット520の交換要求を知らされることで、ユーザが交換するタイミングが、要求を発してから実際に画像形成装置がプリント禁止状態(トナー面検知ユニット425がレベルγ'以下を検知)となるまでの、どのタイミングであってもトナー供給ユニット520のトナーを全て使い切った状態で交換できる。即ち、トナー供給ユニット520の交換時に、その中にトナーが残存していて、無駄に交換してしまうといった問題も発生しない。また、実施の形態2に係る画像形成装置では、上述の制御による濃度ムラ、カブリ、トナー漏れ等の弊害も発生しなかった。
従って、本実施の形態2においても実施の形態1と同様に、記憶手段としてのEEPROM527をトナー供給ユニット520に取り付け、画像形成動作に基づいて、そのEEPROM527の内容を更新しておくことにより、トナー供給ユニット520の使用途中で抜き差しされても、正確にトナーの残量報知ができる。
更に、トナー残量が0%と推測した場合に、補給スクリュー523を所定回転数だけ回転駆動するようにしているが、使用途中のトナー供給ユニット520の交換防止など適切な対策を講じることにより、記憶手段を画像形成装置本体に設けることで、トナー供給ユニットのコストダウンを図ることも可能である。
なお、本実施の形態2においては上述したように、トナー検知面ユニット425によって検知されたレベルに応じてトナー補給スクリュー523を駆動してトナー補給動作を行うようにしたが、これに加えて、例えば、印字した画像の画像ドット数をカウントして、カウント値に応じたトナー量を補給するように補給スクリューの回転数(又は回転時間)を算出して、算出した回転数(回転時間)に基づいて補給スクリュー523を回転させてトナー補給するようにしても良い。この制御を本実施の形態で行う場合にはプリント動作中に1枚プリントする毎の画像ドット数をカウントして、カウント値に応じたトナー量を補給するように補給スクリュー523を回転制御するようにすればよい。この場合には図3のカウンタ313で、画像のドット数をカウントしてRAM312に記憶して、記憶したカウント値からトナー使用量をCPU310で算出する。算出した値に基づいてトナー補給スクリュー523の回転数(又は回転時間)を算出して、算出した値によって補給スクリューを回転制御することになる。
本発明の実施の形態1に係る画像形成装置の画像形成部の概略構成を示す断面図である。 実施の形態1に係る現像ユニット、トナー供給ユニットの概略構成を示す要部断面図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る画像形成装置における処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る画像形成装置の画像形成部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係るブラックプロセスカートリッジの概略断面図である。 本発明の実施の形態2に係るブラックトナー用のトナー供給ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る画像形成装置における処理を説明するフローチャートである。

Claims (29)

  1. 交換可能な現像剤供給ユニットから供給される現像剤を用いて現像ユニットにより画像を現像して像形成する画像形成装置であって、
    前記現像剤供給ユニット内の現像剤供給用ローラを回転駆動する駆動手段と、
    前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量を推測する推測手段と、
    前記推測手段により前記現像剤残量が略無くなったと推測された際、前記駆動手段を所定量駆動する供給駆動手段と、
    前記供給駆動手段の駆動後、前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量がない旨を示す情報を出力する出力手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記推測手段は、
    前記現像剤供給ユニットを使用して画像形成された画像のドット数を計数する計数手段と、前記計数手段による計数値に対応する現像剤の使用量を求める演算手段とを有し、前記現像剤供給ユニットの初期現像剤量と前記演算手段により演算された前記現像剤の使用量とに基づいて前記現像剤残量を推測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. 前記推測手段は、
    前記現像剤供給ユニットから現像材を供給するために前記駆動手段による駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段により計数された駆動回数に対応する現像剤の使用量を求める演算手段とを有し、前記現像剤供給ユニットの初期現像剤量と前記演算手段により演算された前記現像剤の使用量とに基づいて前記現像剤残量を推測することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記現像剤供給ユニットは、前記計数手段により計数されたドット数の積算値を不揮発に記憶するメモリを有し、前記演算手段は前記メモリに記憶されている前記積算値に基づいて前記現像剤の使用量を求めることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  5. 前記現像剤供給ユニットは、前記計数手段により計数された前記駆動回数の積算値を不揮発に記憶するメモリを有し、前記演算手段は前記メモリに記憶されている前記積算値に基づいて前記現像剤の使用量を求めることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  6. 前記現像ユニット内の現像剤量が所定範囲量であるかどうかを判別する判別手段と、
    前記判別手段により前記所定範囲量でないと判別された場合、前記駆動手段を駆動して前記現像ユニット内の現像剤量を前記所定範囲量に維持するように制御する制御手段とを更に有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないことを検知する検知手段を更に有し、前記報知手段による報知の後、前記検知手段が前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないことを検知すると画像形成動作を禁止することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記検知手段は、
    前記現像ユニット内の現像剤量が所定範囲量であるかどうかを判別する判別手段と、
    前記判別手段により前記所定範囲量でないと判別された場合、前記駆動手段を駆動して前記現像ユニット内の現像剤量を前記所定範囲量に維持するように制御する制御手段とを有し、前記制御手段による制御にも拘わらず前記判別手段により判別される現像剤量が変化しない場合に、前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないと検知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. 前記現像ユニットは前記現像剤を攪拌するための攪拌室を有し、前記攪拌室の容積は前記所定範囲量の最大量よりも更に所定量の現像剤を収容できる容積であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
  10. 前記駆動手段による所定量の駆動は、前記推測手段による推測量の最大誤差に相当する量に対応する現像剤を、前記現像剤供給ユニットから前記現像ユニットに供給するための駆動であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 交換可能な現像剤供給ユニットから供給される現像剤を用いて現像ユニットにより画像を現像して画像形成する画像形成装置の制御方法であって、
    前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量を推測する推測工程と、
    前記推測工程で前記現像剤残量が略無くなったと推測された場合に、前記現像剤供給ユニット内の現像剤を前記現像ユニットに所定量供給する供給工程と、
    前記供給工程の後、前記現像剤供給ユニット内の現像剤残量がない旨を示す情報を出力する出力工程と、
    を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
  12. 前記推測工程は、
    前記現像剤供給ユニットを使用して画像形成された画像のドット数を計数する計数工程と、前記計数工程で計数した前記計数値に対応する現像剤の使用量を求める演算工程とを有し、前記現像剤供給ユニットの初期現像剤量と前記演算工程で演算された前記現像剤の使用量とに基づいて前記現像剤残量を推測することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置の制御方法。
  13. 前記推測工程では、
    前記現像剤供給ユニット内の現像剤を前記現像ユニットに供給する供給回数を計数する計数工程と、
    前記計数工程で計数した供給回数に対応する現像剤の使用量を求める演算工程とを有し、前記現像剤供給ユニットの初期現像剤量と前記演算工程で演算された前記現像剤の使用量とに基づいて前記現像剤残量を推測することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置の制御方法。
  14. 前記現像剤供給ユニットは、前記計数工程で計数されたドット数の積算値を不揮発に記憶するメモリを有し、前記演算工程では前記メモリに記憶されている前記積算値に基づいて前記現像剤の使用量を求めることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置の制御方法。
  15. 前記現像剤供給ユニットは、前記計数工程で計数された前記供給回数の積算値を不揮発に記憶するメモリを有し、前記演算工程では前記メモリに記憶されている前記積算値に基づいて前記現像剤の使用量を求めることを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置の制御方法。
  16. 前記現像ユニット内の現像剤量が所定範囲量であるかどうかを判別する判別工程と、
    前記判別工程で前記所定範囲量でないと判別された場合、前記現像剤供給ユニットの現像剤の供給を制御して前記現像ユニット内の現像剤量を前記所定範囲量に維持するように制御する制御工程とを更に有することを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の画像形成装置の制御方法。
  17. 前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないことを検知する検知工程を更に有し、前記報知工程での報知の後、前記検知工程で前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないことを検知すると画像形成動作を禁止することを特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載の画像形成装置の制御方法。
  18. 前記検知工程は、
    前記現像ユニット内の現像剤量が所定範囲量であるかどうかを判別する判別工程と、
    前記判別工程で前記所定範囲量でないと判別された場合、前記現像剤供給ユニットの現像剤の供給を制御して前記現像ユニット内の現像剤量を前記所定範囲量に維持するように制御する制御工程とを有し、前記制御工程による制御にも拘わらず前記判別工程で判別される現像剤量が変化しない場合に、前記現像剤供給ユニットから現像剤が供給されていないと検知することを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置の制御方法。
  19. 前記供給工程における所定量供給は、前記推測工程での推測量の最大誤差に相当する量に対応する現像剤を、前記現像剤供給ユニットから前記現像ユニットに供給するものであることを特徴とする請求項11乃至19のいずれか1項に記載の画像形成装置の制御方法。
  20. 現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置であって、
    前記現像剤供給部から前記現像装置に現像剤を供給するための現像剤供給部材と、
    前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する第1検知部と、
    前記現像装置の現像剤量を検知する第2検知部と、
    前記第2検知部の検知結果に基づいて前記現像剤供給部材を駆動する制御部とを有し、
    前記制御部は、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記第2検知部の検知結果に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動することを特徴とする画像形成装置。
  21. 前記制御部は、前記第2検知部によって検知された現像剤量が所定量よりも小さい場合に画像形成動作を停止することを特徴とする請求項20に記載の画像形成装置。
  22. 前記現像剤供給部は情報を記憶する記憶部を有し、前記制御部は、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合、前記現像剤供給部材を所定量駆動した後に、前記記憶部に現像剤残量がなくなったことを示す情報を記憶することを特徴とする請求項20又は21に記載の画像形成装置。
  23. 前記現像剤供給部は前記画像形成装置に着脱可能であって、前記制御部は、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合、前記現像剤供給部材を所定量駆動した後に、前記現像剤供給部の交換を示す情報を出力することを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  24. 現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置の制御方法であって、
    前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する第1検知工程と、
    前記現像装置の現像剤量を検知する第2検知工程と、
    前記第2検知工程の検知結果に基づいて、前記現像剤供給部から前記現像装置に現像剤を供給するための現像剤供給部材を駆動する第1駆動工程と、
    前記第1検知工程において、現像剤供給部の現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記第2検知工程の検知結果に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動する第2工程と、
    を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
  25. 更に、前記第2検知部によって検知された現像剤量が所定量よりも小さい場合に、画像形成を停止する工程を有することを特徴とする請求項24に記載の画像形成装置の制御方法。
  26. 更に、前記現像剤供給部は情報を記憶する記憶部を有し、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合、前記現像剤供給部材を所定量駆動した後に、前記記憶部に現像剤残量がなくなったことを示す情報を記憶する工程を有することを特徴とする請求項24又は25に記載の画像形成装置の制御方法。
  27. 前記現像剤供給部は前記画像形成装置に着脱可能であって、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記現像剤供給部材を所定量駆動した後に、前記現像剤供給部の交換を示す情報を出力する工程を有することを特徴とする請求項24乃至26のいずれか1項に記載の画像形成装置の制御方法。
  28. 現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置であって、
    前記現像剤供給部から前記現像装置に現像剤を供給するための現像剤供給部材と、
    前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する第1検知部と、
    現像される画像の画像情報に基づいて前記現像剤供給部材を駆動して前記現像装置に前記現像剤を供給する制御部とを有し、
    前記制御部は、前記第1検知部により前記現像剤残量が略無くなったと検知された場合に、前記画像情報に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動することを特徴とする画像形成装置。
  29. 現像剤供給部から供給される現像剤を用いて現像装置により画像を現像して像形成する画像形成装置の制御方法であって、
    前記現像剤供給部の現像剤残量を検知する残量検知工程と、
    現像される画像の画像情報に基づいて前記現像剤供給部材を駆動して前記現像装置に前記現像剤を供給する第1供給工程と、
    前記残量検知工程において、前記現像剤の残量が略無くなったと検知された場合に、前記画像情報に拘わらず、画像形成を実行しながら前記現像剤供給部材を所定量駆動して前記現像装置に現像剤を供給する第2供給工程と、
    を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
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