JP2006208622A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部の付加部品を用いることなくイナーシャ変化に対して安定したロータリー駆動を実現することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー残量検出部１０４は、現像装置に収納されたトナーの残量を検出し、重量換算部１０５は、トナー残量検出部１０４によって検出されたトナーの残量を重量に換算し、イナーシャ予測部１０８は、重量換算部１０５によって換算された重量に基づいてロータリーラック４のイナーシャを予測し、モータ制御値設定部１０９は、イナーシャ予測部１０８によって予測されたイナーシャに基づいてステッピングモータ３００を制御する制御値を設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ装置やプリンタ等の画像形成装置に関し、特に、複数の現像器が収納された回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置とを備える画像形成装置に関するものである。

従来、複数の現像器が収納されたロータリーラックと、このロータリーラックを回転駆動するステッピングモータとを備える画像形成装置が知られている。このような画像形成装置では、イメージ間のわずかな時間内に確実に現在の現像位置から次の現像位置へ切り替える必要がある。

ところが、ロータリーラック内の複数の現像器において、各ユニット内のトナー量によりロータリーラックのイナーシャが変化する。このため、ロータリーラックは、経時的に変化するイナーシャに対応することができず、ロータリーラックの回転動作において所定の位置に停止できなかったり、脱調してしまったりすることがあった。

そこで、下記の特許文献１では、トルク変化に対応するため、モータの位置検出にエンコーダなどの位置検出装置を用い、エンコーダの検出値からモータの脱調を検出してモータプロファイル及び電流値にフィードバックしている。
特開平７−６４３６５号公報

しかしながら、上記の特許文献１の画像形成装置では、エンコーダ等のロータリーラックの位置を検出するための位置検出装置が必要であり、部品点数の増加及び部品に要するコストアップが問題となる。

また、ステッピングモータの論理的位置とエンコーダの検出位置との補正を行うために、検知用回転動作が別途必要となる。この場合、刻一刻と変化するトナー残量に対するイナーシャ変化にリアルタイムに追従することは困難である。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、外部の付加部品を用いることなくイナーシャ変化に対して安定したロータリー駆動を実現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ものである。

本発明に係る画像形成装置は、複数の現像器が収納された回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置とを備える画像形成装置であって、各現像器に収納されたトナーの残量を検出するトナー残量検出手段と、前記トナー残量検出手段によって検出されたトナーの残量をトナーの重量に換算する重量換算手段と、前記換算手段によって換算された重量に基づいて前記回転体のイナーシャを予測するイナーシャ予測手段と、前記イナーシャ予測手段によって予測されたイナーシャに基づいて前記駆動装置を制御する駆動制御手段とを備える。

この構成によれば、トナー残量検出手段によって、各現像器に収納されたトナーの残量が検出され、重量換算手段によって、トナー残量検出手段により検出されたトナーの残量がトナーの重量に換算される。そして、イナーシャ予測手段によって、換算手段により換算された重量に基づいて回転体のイナーシャが予測され、駆動制御手段によって、イナーシャ予測手段により予測されたイナーシャに基づいて駆動装置が制御される。

したがって、回転体の脱調を検出するエンコーダなどの外部の付加部品を用いることなく、トナーが減少することによるイナーシャ変化に対して安定したロータリー駆動を実現することができる。

また、上記の画像形成装置において、前記重量と前記イナーシャとを対応付けるテーブルデータを予め記憶する記憶手段をさらに備え、前記イナーシャ予測手段は、前記記憶手段に記憶されているテーブルデータを参照し、前記換算手段によって換算された重量に対応するイナーシャを決定することが好ましい。

この構成によれば、トナーの重量とイナーシャとを対応付けるテーブルデータが予め記憶されており、イナーシャ予測手段によって、テーブルデータが参照され、換算手段により換算されたトナー重量に対応するイナーシャが決定される。したがって、予めトナー重量とイナーシャとが対応付けられているので、イナーシャを計算する処理に要する時間を短縮することができる。

また、上記の画像形成装置において、前記複数の現像器は、トナーの色毎に設けられており、印刷された画素をトナーの色毎にカウントする画素カウント手段をさらに備え、前記トナー残量検出手段は、光学的な手法を用いてトナー残量基準値を検出し、検出したトナー残量基準値と画素カウント手段によってカウントされた画素数とに基づいてトナー残量を検出することが好ましい。

この構成によれば、画素カウント手段によって、印刷された画素がトナーの色毎にカウントされる。そして、トナー残量検出手段によって、光学的な手法を用いてトナー残量基準値が検出され、検出されたトナー残量基準値と画素カウント手段によりカウントされた画素数とに基づいてトナー残量が検出される。したがって、画素カウント手段によってカウントされた画素数に応じて消費したトナー分だけ、トナー残量基準値から減算されることで、印刷動作中のトナー残量の変化に対しても即座に対応することができる。

また、上記の画像形成装置において、前記現像器は、２成分方式のトナーを用いて現像し、前記トナー残量検出手段は、各トナーの透磁率を測定し、測定した透磁率に基づいてトナー残量を検出することが好ましい。

この構成によれば、トナー残量検出手段によって、各トナーの透磁率が測定され、測定された透磁率に基づいてトナー残量が検出されるので、トナー残量をより正確に測定することができる。

本発明によれば、回転体の脱調を検出するエンコーダなどの外部の付加部品を用いることなく、トナーが減少することによるイナーシャ変化に対して安定したロータリー駆動を実現することができる。

以下、本発明による画像形成装置の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態による画像形成装置の内部構成を示す図である。本画像形成装置は、給紙カセット１、記録紙搬送部２、露光部３、ロータリーラック４、感光部５、中間転写部６、及びトナーセンサ７を備えている。給紙カセット１は、画像形成装置の本体に対して引き出し可能に取り付けられ、記録紙束を収納する。

記録紙搬送部２は、ピックアップローラ２１、転写ローラ２２、搬送ローラ２３，２４等を備え、記録紙を記録紙搬送路に沿って搬送し、記録紙排出口２５から排出させる。ピックアップローラ２１は、給紙カセットに収納された記録紙束から１枚の記録紙をピックアップし、転写ローラ２２に搬送する。転写ローラ２２は、中間転写ベルト６１に形成されたカラーのトナー像を記録紙に転写させる。搬送ローラ２３，２４は、ピックアップローラ２１によりピックアップされた記録紙を用紙搬送経路に沿って搬送させる。

露光部３は、図略のスキャナによって読み取られた原稿の画像データに基づいて生成された変調信号をレーザ光に変換して出力し、感光体ドラム５１に各色別の静電潜像を形成する。

感光部５は、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１の周囲に配設された帯電部５２、クリーニングブレード５３、及びファーブラシ５４を備えている。帯電部５２は、矢印方向に回転する感光体ドラム５１の表面を一様に帯電させる。クリーニングブレード５３は、感光体ドラム５１の表面に所定の接触圧で当接してドラム表面上の残留トナーを掻き取る。ファーブラシ５４は感光体ドラム５１の表面を清掃する。

ロータリーラック４は、ステッピングモータ３００（図２参照）からの駆動力を受けて矢印Ａ方向に回転可能に装着された円筒状の装置であり、内部に、イエローのトナー像を形成する現像装置４Ｙ、シアンのトナー像を形成する現像装置４Ｃ、マゼンタのトナー像を形成する現像装置４Ｍ、及びブラックのトナー像を形成する現像装置４Ｋを備えている。

現像装置４Ｙ〜４Ｋは同一構成であるため、現像装置４Ｙのみ説明する。現像装置４Ｙは、トナータンク４１、トナー供給ローラ４２、現像ローラ４３、及び現像ブレード４４を備えている。トナータンク４１は、イエローのトナーを収容する。トナー供給ローラ４２は、矢印方向に回転してトナータンク４１に収容されたトナーを現像ローラ４３に供給する。現像ブレード４４は、現像ローラ４３の表面にトナーの薄膜を形成する。現像ローラ４３は、矢印方向に回転して表面に形成された薄膜のトナーを感光体ドラム５１に供給する。

ロータリーラック４は、イエローのトナー像を形成する際は、現像装置４Ｙの現像ローラ４３が感光体ドラム５１と対向するように位置決めされる。また、シアンのトナー像を感光体ドラム５１に形成する際は、現像装置４Ｃの現像ローラ４３が感光体ドラム５１と対向するように位置決めされる。また、マゼンタのトナー像を感光体ドラム５１に形成する際は、現像装置４Ｍの現像ローラ４３が感光体ドラム５１に対向するように位置決めされる。また、ブラックのトナー像を感光体ドラム５１に形成する際は、現像装置４Ｋの現像ローラ４３が感光体ドラム５１と対向するように位置決めされる。

中間転写部６は、中間転写ベルト６１、５個のローラ６２、及びクリーナ６３を備えている。中間転写ベルト６１は、無端ベルトであり、内周に配設されたローラ６２からの駆動力を受けて、矢印方向に回転される。そして、感光体ドラム５１で形成された各色別のトナー像が順次転写され、ベルト表面にカラーのトナー像を形成する。中間転写ベルト６１の周囲には、クリーナ６３が配設されている。クリーナ６３は中間転写ベルト６１表面を清掃する。

ロータリーラック４の外周付近には、トナーセンサ７が配設されている。トナーセンサ７は、各色のトナータンク４１に収容されているトナーの残量を検出する。トナーセンサ７は、発光素子及び受光素子を備えて構成され、発光素子によって発光された光がトナーによって反射された光を受光素子によって検出することによって、トナー残量を検出する。なお、トナーセンサ７は、複数の現像装置のうちの１の現像装置が感光体ドラム５１と対向する位置に位置決めされた場合に、他の現像装置のうちの１の現像装置のトナータンクに対向する位置に配置される。例えば、図１に示すように、現像装置４Ｍが感光体ドラム５１に対向する位置に位置決めされている場合、トナーセンサ７は、現像装置４Ｃのトナータンク４１に対向する位置に配置され、シアンのトナーが収納されたトナータンク４１のトナー残量が検出される。

なお、本実施形態で用いられるトナーは、１成分方式のトナーである。１成分方式とは、最終的な現像像として紙などに付着するトナー（着色粒子）のみを現像剤とする方式である。

図２は、図１に示す画像形成装置の機能を概略的に示すブロック図である。本画像形成装置は、制御部１００、トナーセンサ７、ロータリーラック４、モータドライバ２００及びステッピングモータ３００を備えて構成される。なお、図２において、図１に示す画像形成装置の構成と同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。

トナーセンサ７は、反射光方式により、各色の現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのトナータンク４１内のトナー残量を検出するものであり、発光部７１と受光部７２とを備えて構成される。発光部７１は、トナータンク４１内のトナーに向けて光を照射する。受光部７２は、トナーによって反射された反射光を受光し、受光した反射光を光強度に応じた電気信号に変換して出力する。このように、受光部７２によって出力される検知信号のレベルは、トナーの残量に応じて変化し、この検知信号のレベルに基づいてトナー残量を検出することが可能である。

制御部１００は、センサ制御部１０１、ドットカウント部１０２、ドット数記憶部１０３、トナー残量検出部１０４、重量換算部１０５、トナー重量記憶部１０６、イナーシャデータ記憶部１０７、イナーシャ予測部１０８及びモータ制御値設定部１０９として機能する。

センサ制御部１０１は、トナーセンサ７の動作を制御する。すなわち、センサ制御部１０１は、発光制御信号をトナーセンサ７の発光部７１へ出力し、発光部７１は、発光制御信号に基づいて光をトナーに照射する。また、センサ制御部１０１には、トナーセンサ７の受光部７２によって出力された検知信号が入力される。センサ制御部１０１は、入力された検知信号のレベルに応じたトナー残量を求め、求めたトナー残量をトナー残量検出部１０４へ出力する。

ドットカウント部１０２は、画像データに含まれるトナーの各色のドット数をカウントしカウント値ＴＫ、ＴＹ、ＴＭ、ＴＣを求めると共に、各色（ここでは、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、及びシアン（Ｃ）の４色）のカウント値ＴＫ、ＴＹ、ＴＭ、ＴＣを、それぞれ、ドット数記憶部１０３に格納するものである。具体的には、ドットカウント部１０２は、露光部３によってレーザ光がＯＮされる（照射される）ドット数を、それぞれ、カウントするものである。

ドット数記憶部１０３は、ドットカウント部１０２から出力される各色のドットカウント値ＴＫ、ＴＹ、ＴＭ、ＴＣを積算して記憶する。

トナー残量検出部１０４は、ドット数記憶部１０３に記憶されている各色のドットカウント値の中から所定の色のドットカウント値を読み出し、読み出したドットカウント値と、センサ制御部１０１から出力されるトナー残量とに基づいてトナー残量を検出する。

本実施形態におけるトナーセンサ７は、反射光方式のセンサであるため、トナーの残量を１０％刻みで検出する分解能しか有していない。そこで、トナーセンサ７によりトナー残量を測定した検出値を基準値とし、この基準値からドット数記憶部１０３に記憶されているカウント値（積算値）に応じたトナー量を減算することによって正確なトナー残量を推測する。なお、基準値が設定されると、ドット数記憶部１０３に記憶されているカウント値がリセットされる。

重量換算部１０５は、トナー残量検出部１０４によって検出されたトナー残量を重量に換算する。具体的に、重量換算部１０５は、トナー残量とトナー重量とを対応付けるテーブルデータを予め記憶しておき、トナー残量検出部１０４によって検出されたトナー残量に対応付けられているトナー重量をテーブルデータから読み出すことによって、トナー残量を重量に換算する。そして、重量換算部１０５は、換算したトナー重量をトナー重量記憶部１０６に記憶する。トナー重量記憶部１０６は、各色のトナー重量を記憶する。

イナーシャデータ記憶部１０７は、各色のトナーの重量と、イナーシャ情報とを対応付けるテーブルデータを予め記憶する。なお、トナーの重量とイナーシャとを対応付けるテーブルデータは、各色のトナーの重量と、各色のトナーの配置位置とに基づいて予め算出されたイナーシャと、各色のトナー重量とを対応付けることにより作成される。また、配置位置は、各色のトナー毎に或る一点を予め定め、各点に重量が集中しているとして、イナーシャを算出する。例えば、円筒状のロータリーラック４の断面（円）を四等分する線と、ロータリーラック４の外周が交わる各点を各トナーの配置位置とする。また、複数の現像器に応じて円を扇形状に等分し、それぞれの扇形の重心がトナーの配置位置となるようにしてもよい。なお、イナーシャの算出方法については、公知であるので説明を省略する。

イナーシャ予測部１０８は、トナー重量記憶部１０６に記憶されている各色のトナーの重量を読み出し、読み出した各色のトナー重量に基づいてイナーシャデータ記憶部１０７に記憶されているテーブルデータを参照し、各色のトナーの重量に対応するイナーシャを特定することにより、イナーシャを予測する。

モータ制御値設定部１０９は、イナーシャ予測部１０８によって予測されたイナーシャに応じたステッピングモータの起動パルス、スローアップ及びスローダウン等のプロファイル及び駆動電流値を決定し、決定したプロファイル及び駆動電流値をモータドライバ２００へ出力する。

モータドライバ２００は、モータ制御値設定部１０９によって出力されるプロファイル及び駆動電流値に基づいてステッピングモータ３００を駆動する。ステッピングモータ３００は、ロータリーラック４を回転駆動し、複数の現像装置を切り替える。

次に、図２に示す画像形成装置の動作について説明する。図３は、図２に示す画像形成装置の動作について説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、トナーセンサ７はトナー残量を測定する。具体的に、センサ制御部１０１は、ロータリーラック４が停止したとき、光をトナーに向けて照射する発光制御信号を発光部７１に出力する。発光部７１は、センサ制御部１０１から出力される発光制御信号に基づいて光を照射する。受光部７２は、トナーによって反射された反射光を受光し、受光した反射光の光強度に応じた検出信号をセンサ制御部１０１へ出力する。センサ制御部１０１は、受光部７２から出力された検出信号のレベルに応じたトナー残量を測定する。

次に、ステップＳ２において、トナー残量検出部１０４は、ドット数記憶部１０３からドットカウント値を取得する。このとき、トナー残量検出部１０４は、ロータリーラック４の停止位置により、トナーセンサ７により測定されたトナーが何色であるかわかっているので、トナーセンサ７によって測定されたトナーの色と同じ色のドットカウント値をドット数記憶部１０３から取得する。

次に、ステップＳ３において、トナー残量検出部１０４は、トナーセンサ７によって測定された検出値を基準レベルとして、当該基準レベルからドットカウント部１０２によってカウントされたドット数に対応するトナー量を減算して、より正確なトナー残量を検出する。

次に、ステップＳ４において、重量換算部１０５は、トナー残量検出部１０４によって検出されたトナー残量を重量に換算し、換算したトナー重量をトナー重量記憶部１０６に記憶する。このとき、重量換算部１０５は、予め記憶されているテーブルデータを参照し、トナー残量検出部１０４によって検出されたトナー残量に対応付けられているトナー重量を読み出すことによって、トナー残量をトナー重量に換算する。

次に、ステップＳ５において、イナーシャ予測部１０８は、重量換算部１０５によって換算された重量に基づくイナーシャを予測する。具体的に、イナーシャ予測部１０８は、イナーシャデータ記憶部１０７に記憶されているテーブルデータを参照し、トナー重量記憶部１０６に記憶されているトナー重量に対応するイナーシャを特定する。

次に、ステップＳ６において、モータ制御値設定部１０９は、イナーシャ予測部１０８によって予測されたイナーシャに応じたステッピングモータ３００のプロファイル及び駆動電流値を決定し、決定したプロファイル及び駆動電流値を制御信号としてモータドライバ２００へ出力する。モータドライバ２００は、モータ制御値設定部１０９によって出力されたプロファイル及び駆動電流値に基づいてステッピングモータ３００を駆動する。なお、トルクが低くなった場合、駆動電流設定値も小さくすることでステッピングモータ３００の温度上昇を抑えることができるとともに、消費電力を低減することができる。

このように、各現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋに収納されたトナーの残量が検出され、検出されたトナーの残量が重量に換算される。そして、換算されたトナー重量に基づいてロータリーラック４のイナーシャが予測され、予測されたイナーシャに基づいてステッピングモータ３００を制御する制御値が設定される。

したがって、ロータリーラック４の脱調を検出するエンコーダなどの外部の付加部品を用いることなく、トナーが減少することによるイナーシャ変化に対して安定したロータリー駆動を実現することができる。

また、トナーの重量とイナーシャとを対応付けるテーブルデータが予め記憶されており、イナーシャ予測部１０８によって、テーブルデータが参照され、重量換算部１０５により換算されたトナー重量に対応するイナーシャが決定される。したがって、予めトナー重量とイナーシャとが対応付けられているので、イナーシャを計算する処理に要する時間を短縮することができる。

さらに、ドットカウント部１０２によって、印刷された画素がトナーの色毎にカウントされる。そして、トナーセンサ７によって、光学的な手法を用いてトナー残量基準値が検出され、検出されたトナー残量基準値とドットカウント部１０２によりカウントされた画素数とに基づいてトナー残量が検出される。したがって、ドットカウント部１０２によってカウントされた画素数に応じて消費したトナー分だけ、トナー残量基準値から減算されることで、印刷動作中のトナー残量の変化に対しても即座に対応することができる。なお、光学的な手法には、本実施形態のような反射光方式の他に、光をトナーに照射し、トナーを透過した透過光を受光することでトナー残量を検出する透過光方式が含まれる。

なお、本実施形態において用いられるトナーは、１成分方式のトナーであるが、本発明は特にこれに限定されず、２成分方式のトナーを用いてもよい。２成分方式とは、トナーとキャリア（磁性粒子）とを混合した現像材を使用する方式である。この場合、トナーセンサ７としては、上述の反射型のセンサではなく、透磁率を測定する透磁率センサを用いてもよい。なお、透磁率センサは、トナーに接触させる必要がある。そのため、透磁率センサは、ロータリーラック４に設けられた各現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのトナータンク４１に配置される。また、透磁率センサは、出力値がアナログ値であるので、反射型のセンサに比して測定精度が高い。したがって、トナーセンサ７が透磁率センサである場合、上記の画像形成装置は、ドットカウント部１０２とドット数記憶部１０３とを備えない態様であってもよい。

本実施の形態による画像形成装置の内部構成を示す図である。 図１に示す画像形成装置の機能を概略的に示すブロック図である。 図２に示す画像形成装置の動作について説明するためのフローチャートである。

符号の説明

４ ロータリーラック
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 現像装置
７ トナーセンサ
７１ 発光部
７２ 受光部
１００ 制御部
１０１ センサ制御部
１０２ ドットカウント部
１０３ ドット数記憶部
１０４ トナー残量検出部
１０５ 重量換算部
１０６ トナー重量記憶部
１０７ イナーシャデータ記憶部
１０８ イナーシャ予測部
１０９ モータ制御値設定部
２００ モータドライバ
３００ ステッピングモータ

Claims (4)

1. 複数の現像器が収納された回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置とを備える画像形成装置であって、
   各現像器に収納されたトナーの残量を検出するトナー残量検出手段と、
   前記トナー残量検出手段によって検出されたトナーの残量をトナーの重量に換算する重量換算手段と、
   前記換算手段によって換算された重量に基づいて前記回転体のイナーシャを予測するイナーシャ予測手段と、
   前記イナーシャ予測手段によって予測されたイナーシャに基づいて前記駆動装置を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記重量と前記イナーシャとを対応付けるテーブルデータを予め記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記イナーシャ予測手段は、前記記憶手段に記憶されているテーブルデータを参照し、前記換算手段によって換算された重量に対応するイナーシャを決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記複数の現像器は、トナーの色毎に設けられており、
   印刷された画素数をトナーの色毎にカウントする画素カウント手段をさらに備え、
   前記トナー残量検出手段は、光学的な手法を用いてトナー残量基準値を検出し、検出したトナー残量基準値と画素カウント手段によってカウントされた画素数とに基づいてトナー残量を検出す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. 前記現像器は、２成分方式のトナーを用いて現像し、
   前記トナー残量検出手段は、各トナーの透磁率を測定し、測定した透磁率に基づいてトナー残量を検出す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。

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