JP2008164838A - 画像形成装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易なセンサを用いて記録材の残量を推定することで、トナーの無駄な消費を抑制するとともに、画像形成のスループットを向上させる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、記録材を積載する記録材カセットと、記録材カセットに積載された記録材の残量を推定する推定部と、記録材カセットから供給された記録材を検出する検出部とを含む。画像形成装置は、推定された残量が予め定義された残量未満である場合に記録材カセットから供給された記録材が検出部により検出されたことに応じて像担持体上に画像を形成する画像形成部を含む。また、画像形成部は、推定された残量が予め定義された残量以上である場合に記録材カセットから記録材が供給される前に像担持体上に画像を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録材カセットに積載された記録材の残量を推定する画像形成装置に関する。

カラー画像形成装置は、各色毎に現像装置と感光体ドラムを有し、中間転写ベルトに順次画像を重ね合わせてカラー画像を形成するタンデム方式が用いられている。タンデム型のカラー画像形成装置は、搬送されてくる記録材の端をレジストセンサが検出するまで感光体ドラムへの画像形成を開始しない。さらに、中間転写ベルトが用いられる場合、レジストセンサから最も遠い位置の感光体ドラムから順番に画像が形成される。このような画像形成装置では、画像形成速度が低下し、さらに、連続プリントを行う場合に画像と画像との間隔が長くなり、画像形成速度が大きく低下することとなる。

この問題を解決する方式として、記録材の搬送に画像形成動作を同期させるのではなく、画像形成動作に記録材の搬送を同期させる方式がある。即ち、レジストセンサが記録材の端を検出するタイミングとは無関係に画像形成動作が開始され、中間転写ベルト上に形成されたトナー像の到着に合わせて記録材が供給される。しかしながら、画像形成動作を先行させると、トナーを無駄に消費する可能性が高い。画像形成動作を先行させる場合には、トナー画像を転写する記録材が存在するとは限らない。印刷ジョブの開始時点で記録材有無センサが記録材無しを示していれば画像形成は行わない。しかしながら、記録材の残量が１枚しかなく、かつ、２枚以上の印刷ジョブが実行されると、１枚目の画像形成後に記録材無しが検出されても、既に中間転写ベルト上に画像が形成されている。したがって、中間転写ベルト上に形成された２枚目のトナー像は無駄となり、記録材に転写されることなく廃棄されてしまう。

特許文献１は、記録材カセット内に積載された記録材の残量を検出する画像形成装置を示している。特許文献１に記載の画像形成装置は、記録材カセットに積載された記録材の透過光量を検出するセンサと、画像形成位置における記録材１枚の透過光量を検出するセンサとを用いて、記録材カセット内に残留する記録材の枚数を検出する。これにより、トナーの無駄な消費を低減している。
特開２００３−７２９８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の画像形成装置では、記録材カセットと、搬送路上との両方にセンサを設ける必要があり、コストが高くなってしまう。また、搬送路上に記録材センサを設けるためのスペースが必要となる。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、簡易なセンサを用いて記録材の残量を推定することで、トナーの無駄な消費を抑制するとともに、画像形成のスループットを向上させる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、画像形成装置として実現できる。画像形成装置は、記録材を積載する記録材カセットと、記録材カセットに積載された記録材の残量を推定する推定部と、記録材カセットから供給された記録材を検出する検出部とを含む。画像形成装置は、推定された残量が予め定義された残量未満である場合に記録材カセットから供給された記録材が検出部により検出されたことに応じて像担持体上に画像を形成する画像形成部を含む。また、画像形成部は、推定された残量が予め定義された残量以上である場合に記録材カセットから記録材が供給される前に像担持体上に画像を形成する。

本発明は、簡易なセンサを用いて記録材の残量を推定することで、トナーの無駄な消費を抑制するとともに、画像形成のスループットを向上させる画像形成装置を提供できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に記載された発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。また、ここでは、画像形成装置としてプリンタを用いて説明を記載する。しなかしながら、本発明における画像形成装置は、複合機、コピー機、ＦＡＸなど、記録材に画像を形成する装置であればよい。また、本発明は、一適用例として、電子写真方式のプリンタによって実現される。しかしながら、本発明は、インクジェットプリンタ等、他の画像印刷方式を採用したプリンタによって実現されてもよい。

［第１の実施形態］
以下では、図１乃至図１０を参照して第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係るプリンタの一例を示す断面図である。ここでは、本発明に関する主要な要素についてのみ説明を記載する。

プリンタ１００は、中間転写ベルト１１１を備えるタンデム型の画像形成装置である。プリンタ１００は、記録材カセット１０１、残量検出センサ１０２、給送ローラ１０３、レジストセンサ１０４、レジストローラ１０５、画像形成ステーション１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、中間転写ベルト１１１及び定着部１１２を含む。

記録材カセット１０１は、記録材を積載する。また、記録材カセット１０１は、記録材の有無を検知する不図示の記録材有無センサを備える。記録材有無センサは、メカ的なスイッチであり、記録材カセット１０１に記録材が積載されているか否かを検知する。残量検出センサ１０２は、光量検出部の一部として機能する。残量検出センサ１０２は、記録材カセット１０１に積載された記録材の上面に光を照射する発光素子及び記録材からの拡散反射光を受光する受光素子を有する。本実施形態に係るプリンタ１００は、残量検出センサ１０２を用いて、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量を推定する。給送ローラ１０３は、記録材カセット１０１に積載された記録材を１枚づつプリンタ１００内へ搬送する。

各画像形成ステーション１０６（１０６ａ〜１０６ｄ）は、それぞれイエロー画像（Ｙ）、マゼンタ画像（Ｍ）、シアン画像（Ｃ）、ブラック画像（Ｂｋ）の各色ごとに設けられている。各画像形成ステーション１０６は、感光体ドラム１０８、クリーニングユニット１１０、スキャナユニット１０７及び現像部１０９を含む。スキャナユニット１０７は、露光することによって、像担持体として機能する感光体ドラム１０８に静電潜像を形成する。現像部１０９は、感光体ドラム１０８に形成された静電潜像をトナーで現像する。各感光体ドラム１０８に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１１へ順に１次転写される。また、中間転写ベルト１１１に転写されるトナー像は、画像形成ステーション１０６ｄ、画像形成ステーション１０６ｃ、画像形成ステーション１０６ｂ、画像形成ステーション１０６ａの順番で重ねて転写される。クリーニングユニット１１０は、１次転写が行われた後、感光体ドラム１０８に残留するトナーを除去する。中間転写ベルト１１１に転写されたトナー像は、２次転写位置で搬送されてくる記録材に転写される。

レジストセンサ１０４は、検出部として機能し、２次転写タイミングと同期させて記録材を搬送するために、記録材カセット１０１から供給された記録材の先端を検出するセンサである。レジストローラ１０５は、２次転写タイミングを調整して、記録材を搬送するためのローラである。定着部１１２は、加圧ローラ３０と加熱ローラ２９で構成され、トナー像を記録材に定着させる。

次に、図２を参照して、残量検出センサ１０２の構成について説明する。図２は、第１の実施形態に係る残量検出センサを示す図である。残量検出センサ１０２は、斜めに実装された発光素子であるＬＥＤ２０１と、受光素子であるフォトトランジスタ２０２を有している。本実施形態では、発光素子としてＬＥＤを使用しているが、例えば、キセノン管やハロゲンランプでもよい。また、受光素子としてフォトトランジスタを使用しているが、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサでもよい。また、ＬＥＤ２０１は、検出面に対して斜めに実装されているが、ライトガイドなどを用いて検出面に対して斜めに照射させる構成でもよい。

残量検出センサ１０２は、当該残量検出センサ１０２と記録材２０４の上面との間の距離を一定に保つための距離保持機構を有する。この距離保持機構は、図２に示すように、残量検出センサ１０２と記録材２０４の上面との間の中間部材２０３によって実現される。これは、常に同じ条件で記録材の残量を検知するために重要である。

また、本実施形態によれば、記録材カセット１０１に記録材２０４が積載されていないときに、残量検出センサ１０２からの光が照射されることになる当該記録材カセット１０１の底面領域２０５が光吸収部材で形成される。これにより、記録材２０４の残量が減少すると、底面領域２０５で吸収される光が増加するため、記録材２０４の残量を推定することができる。また、底面領域２０５は、一定の反射率を有する部材を用いて形成されてもよい。この場合、記録材２０４の残量が減少すると、底面領域２０５の反射率によって反射光量が変化することとなる。例えば、底面領域２０５の反射率より大きい反射率特性を持つ記録材が積載されている場合は、残量が減少すると反射光量が低下することとなる。

ＬＥＤ２０１は、記録材２０４の上面に対する光の入射角がα度になるように配置される。また、フォトトランジスタ２０２の入射角は、０°になるように配置されている。ＬＥＤ２０１から照射される光量は、一定の光量に調整されている。ＬＥＤ２０１から照射される光は、記録材２０４の上面に照射され、記録材２０４の表面性によって拡散反射する。フォトトランジスタ２０２は、記録材２０４の表面で拡散反射した拡散反射光量を検出するように構成されている。

図３は、第１の実施形態に係る残量検出センサを含むプリンタの概略回路構成を示す図である。ＣＰＵ３０１は、ＡＳＩＣ３０２を介して残量検出センサ１０２と、レジストセンサ１０４とに接続されている。また、ＣＰＵ３０１は、記録材有無センサ３０３とメモリ３０４に接続されている。記録材有無センサ３０３は、記録材カセット１０１内に積載されている記録材の有無を検知するためのセンサであり、記録材カセット１０１内に配置されている。また、メモリ３０４には、記録材の残量を検知するために必要なデータが格納されている。ＡＳＩＣ３０２は、残量検出センサ１０２を駆動するための信号を出力する出力ポート３０５及び残量検出センサ１０２で受光された光量を示す信号を受信するＡ／Ｄ変換部３０６を含む。また、ＡＳＩＣ３０２は、プリンタ１００内に配置されている各センサに接続される。

残量検出センサ１０２は、出力ポート３０５から出力される信号により、ＬＥＤ駆動用のトランジスタ３１１のベースに駆動電圧Ｖ＿ｃｔｒｌが与えられる。駆動電圧Ｖ＿ｃｔｒｌは、直接ＤＣ電圧が出力されてもよいし、ＰＷＭ信号を出力した後にＣＲフィルタ等で平滑したものが出力されてもよい。したがって、駆動電圧Ｖ＿ｃｔｒｌからトランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを差し引いたものを電流制限抵抗３１２で除した値の電流がＬＥＤ２０１へ流れることとなる。

記録材からの拡散反射光を受けたフォトトランジスタ２０２の出力電流は、フォトトランジスタのエミッタ−ＧＮＤ間のＩ／Ｖ変換抵抗３１３によって電圧信号Ｖ＿ｓｒに変換される。変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒは、Ａ／Ｄ変換部３０６に入力され、デジタル値に変換される。デジタル値に変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒは、拡散反射光量としてＡＳＩＣ３０２内のレジスタ（図示せず）、或いはメモリ３０４に格納される。

次に、図４を参照して、プリンタ１００の制御構成について説明する。図４は、第１の実施形態に係るプリンタの制御ブロックを示す図である。ここでは、図３で説明した内容に追加された構成要素についてのみ説明を記載する。

ＣＰＵ３０１は、各画像形成ステーション１０６に接続され、記録材への画像形成を制御する。また、ＣＰＵ３０１は、推定部４０１、画像形成部４０５及び閾値設定部４０６を含む。推定部４０１は、残量検出センサ１０２を用いて、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量を推定する。本実施形態では、光学センサを用いて記録材の残量を推定しているが、メカ的なセンサを用いて推定してもよい。また、推定部４０１は、光量検出部４０２、導出部４０３及び保持部４０４を含む。

光量検出部４０２は、記録材カセット１０１に配置される残量検出センサ１０２を用いて、積載された記録材に光を照射して拡散反射光量を検出する。保持部４０４は、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量が予め定義された残量以上であるときに検出された拡散反射光量を基準反射光量として保持している。導出部４０３は、基準反射光量に対する検出した拡散反射光量の変化率を導出する。導出部４０３は、基準反射光量からの変化量を導出してもよい。推定部４０１は、導出された変化率或いは変化量と、予め定義された閾値とを用いて、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量を推定する。この閾値は、メモリ３０４又は保持部４０４に予め格納されている。例えば、推定部４０１は、変化率が閾値以上となった場合に記録材の残量が少ないと推定し、変化率が閾値未満である場合に記録材の残量が多いと推定する。即ち、推定部４０１は、記録材カセット１０１に積載されている記録材の残量が少量であるか否かを判定する。本実施形態によれば、少量とは、例えば、記録材の枚数が４枚以下となった場合を想定している。

推定部４０１で推定された記録材の残量は、メモリ３０４に格納されるとともに、画像形成部４０５に出力される。画像形成部４０５は、推定された記録材の残量から感光体ドラム１０８に静電潜像を形成するタイミングを調整する。具体的に、画像形成部４０５は、推定された残量が予め定義された残量未満である場合に記録材カセット１０１から供給された記録材がレジストセンサ１０４で検出されたことに応じて感光体ドラム１０８に画像を形成する。一方、推定された残量が予め定義された残量以上である場合、画像形成部４０５は、記録材カセットから記録材が供給される前に感光体ドラム１０８に画像を形成する。

閾値設定部４０６は、記録材の種類、例えば、普通紙、厚紙、薄紙、グロス紙及びＯＨＴごとに閾値を設定する。閾値設定部４０６は、第２及び第３の実施形態で使用されるため、ここでは、詳細な説明を省略する。

次に、図５及び図６を参照して、残量検出センサ１０２を用いて記録材の残量を検出する方法について説明する。図５は、記録材が十分に積載されている状態の記録材カセットを示す図である。図６は、記録材が十分に積載されていない状態の記録材カセットを示す図である。

図５に示すように、記録材が十分に積載されている場合、ＬＥＤ２０１から照射される光は、最上面に位置する記録材５０１の表面で拡散反射する。さらに、ＬＥＤ２０１から照射される光は、記録材５０１を透過し、１枚下に積載された記録材５０２の表面で反射する。したがって、フォトトランジスタ２０２は、記録材５０１から反射する光だけでなく、記録材５０１の下に積載されている記録材５０２や記録材５０３から反射する光も検出することとなる。

一方、図６に示すように、記録材カセット１０１に積載される記録材が１枚である場合、ＬＥＤ２０１から照射される光の大半は、記録材５０１を透過し、底面領域２０５を形成する光吸収部材によって吸収される。したがって、フォトトランジスタ２０２が受光する光は、記録材５０１から反射する光が大半を占めることとなり、記録材が十分に積載されている場合と比べて、光吸収部材に吸収された光量だけ減少することとなる。

次に、図７を参照して、記録材の残量によって変化する拡散反射光量について説明する。図７は、記録材の残量とフォトトランジスタが検出する拡散反射光量の変化率を示した図である。横軸は、記録材カセット１０１内に積載される記録材の残量を２０枚から０枚まで示す。縦軸は、拡散反射光の変化率を示す。

ここでは、記録材カセット１０１に積載された記録材の枚数が２０枚の場合の拡散反射光量を１００％としている。以下では、このときの拡散反射光量を基準反射光量と称す。記録材に画像が形成されるごとに検出される拡散反射光量と、基準反射光量とを比較することで、拡散反射光量の変化率が求められる。また、図７では、記録材の種類ごとに代表される拡散反射光量の変化率を示している。

図７に示すように、記録材の残量が少量になるにつれて、記録材を透過して光吸収部材に吸収される光量が増加するため、フォトトランジスタ２０２が受光する拡散反射光量は減少していく。したがって、記録材の残量が少量になるにつれて、基準反射光量からの変化率が増加する。推定部４０１は、検出された拡散反射光量の変化率が予め定義された閾値Ａ％以上であるか否かを判定することにより、記録材カセット１０１内の記録材の残量が少量であるか否かを推定する。具体的に、推定部４０１は、検出した拡散反射光量が閾値Ａ％以上であれば記録材の残量が十分であると推定し、閾値Ａ％を下回ると残量が少ないと推定する。以下では、この閾値を残量閾値と称す。残量閾値Ａは、メモリ３０４や保持部４０４に予め格納されている。

次に、図８を参照して、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量を推定する制御について説明する。図８は、第１の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。残量閾値は、図７と同様にＡ％であり、メモリ３０４に格納されている。

プリンタ１００の電源が投入されると、ステップＳ８０１において、光量検出部４０２は、残量検出センサ１０２を用いて拡散反射光量を検出し、検出された拡散反射光量を基準反射光量として、メモリ３０４に格納する。その後、ステップＳ８０２において、ＣＰＵ３０１は、記録材カセット１０１が開閉されるか否かを監視する。記録材カセット１０１が開閉されると、再度、光量検出部４０２は、拡散反射光量を検出し、検出された拡散反射光量を基準反射光量としてメモリ３０４に格納する。

記録材カセット１０１が開閉されていない状態で、プリンタ１００が外部のホストコンピュータ等からプリントコマンドを受信すると、ステップＳ８０３において、ＣＰＵ３０１は、画像形成を開始させる。記録材カセット１０１から記録材が搬送されると、ステップＳ８０４において、光量検出部４０２は、拡散反射光量を検出する。ステップＳ８０５において、導出部４０３は、検出された拡散反射光量と基準反射光量とを比較し、検出された拡散反射光量の変化率を導出する。ステップＳ８０６において、推定部４０１は、導出された変化率が閾値Ａ以上であるか否かを判断する。検出された拡散反射光量が閾値Ａ以上である場合、即ち、変化率が小さい場合、ステップＳ８０７において、ＣＰＵ３０１は、引き続き画像形成動作を行う。一方、検出された拡散反射光量が閾値Ａ未満である場合、即ち、変化率が閾値Ａよりも大きい場合、推定部４０１は、記録材カセット１０１に積載された記録材が残り少ないと推定する。記録材の残量が少ないと推定すると、推定部４０１は、画像形成部４０５に伝達するとともに、メモリ３０４に記録材の残量が少ないという情報を格納する。

次に、図９及び図１０を参照して、推定された記録材の残量に基づいて、画像形成の開始タイミングを変更する方法について説明する。図９は、第１の実施形態に係る画像形成の制御を示すフローチャートである。なお、図９は、記録材カセット１０１に記録材が十分に積載されている場合を想定している。また、ここでは、ＣＰＵ３０１がプリンタ１００に接続されたホストコンピュータから２枚の画像形成要求を受信するものとする。

ステップＳ９０１において、プリンタ１００は、ホストコンピュータから画像形成の要求を受信すると、ＣＰＵ３０１へ１枚目のプリントコマンドを通知する。プリントコマンドを受信すると、ＣＰＵ３０１は、記録材有無センサ３０３によって記録材が記録材カセット１０１に積載されていることを確認するとともに、プリンタ状態にエラーが発生していないことを確認する。記録材が積載されており、かつ、プリンタ状態にエラーがない場合、ステップＳ９０２において、ＣＰＵ３０１は、画像形成部４０５へ１枚目の画像形成を開始する信号（以下、ＴＯＰ信号と称す。）を送信する。１枚目のＴＯＰ信号を受信すると、ステップＳ９０３において、画像形成部４０５は、１枚目の画像データの送信を開始し、画像形成を行う。これにより、まず、画像形成ステーション１０６ｄの感光体ドラム１０８ｄへ静電潜像が形成される。画像形成が開始した後、ステップＳ９０４において、ＣＰＵ３０１は、１枚目の記録材をレジストセンサ１０４の位置まで搬送させる。その後、ステップＳ９０５において、画像形成部４０５は、１枚目に形成されるトナー像を中間転写ベルトに１次転写する。

１枚目のトナー像が１次転写されると、ステップＳ９０６において、プリンタ１００は、２枚目のプリントコマンドをＣＰＵ３０１へ送信する。ステップＳ９０７において、ＣＰＵ３０１は、プリンタ状態がエラーでないことを確認した後、２枚目のＴＯＰ信号を画像形成部４０５へ送信する。ステップＳ９０８において、画像形成部４０５は、２枚目のＴＯＰ信号を受信すると、２枚目の画像データの送信を開始し、画像形成を行う。

１枚目のＴＯＰ信号の出力から一定期間が経過すると、ステップＳ９０９において、ＣＰＵ３０１は、レジストセンサ１０４の位置で待機している１枚目の記録材を搬送させる。これにより、２次転写位置で記録材に画像が転写される。ステップＳ９１０において、１枚目の記録材をレジストセンサ１０４から再送すると、ＣＰＵ３０１は、給送ローラ１０３を駆動させ、２枚目の記録材をレジストセンサ１０４の位置まで搬送させる。２枚目のＴＯＰ信号の出力から一定期間が経過すると、ステップＳ９１１において、ＣＰＵ３０１は、レジストセンサ１０４の位置で待機している２枚目の記録材を再送し、２次転写位置で記録材に画像を形成する。

このように記録材カセット１０１内に記録材が十分に積載されている場合、ＣＰＵ３０１は、プリントコマンドを受信するとすぐにＴＯＰ信号を出力して画像形成を開始させる。すなわち、記録材が十分に積載されている場合、本実施形態によれば、画像形成のタイミングに合わせて、記録材が給送される。これにより、画像形成のスループットを向上させうる。

図１０は、第１の実施形態に係る画像形成の制御を示すフローチャートである。なお、図１０は、記録材カセット１０１に記録材が十分に積載されていない場合を想定している。また、ここでは、図９と同様に、ＣＰＵ３０１がプリンタ１００に接続されたホストコンピュータから２枚の画像形成要求を受信するものとする。

ステップＳ１００１において、プリンタ１００は、ホストコンピュータから画像形成の要求を受信すると、ＣＰＵ３０１へ１枚目のプリントコマンドを通知する。ＣＰＵ３０１は、プリントコマンドを受信すると、記録材有無センサ３０３によって記録材カセット１０１に記録材が積載されているかを確認するとともに、プリンタ状態にエラーが発生していないことを確認する。記録材が積載されており、かつ、プリンタ状態にエラーがない場合、ステップＳ１００２において、ＣＰＵ３０１は、１枚目の記録材をレジストセンサ１０４の位置まで搬送させる。搬送された記録材は、レジストセンサ１０４の位置で一時的に待機する。レジストセンサ１０４で記録材の先端が検知されると、ステップＳ１００３において、ＣＰＵ３０１は画像形成部４０５へ１枚目のＴＯＰ信号を送信する。ステップＳ１００４において、画像形成部４０５は、１枚目のＴＯＰ信号を受信すると、１枚目の画像データの送信を開始し、画像形成を行う。その後、ステップ１００５において、画像形成部４０５は、１枚目の画像を中間転写ベルト１１１上に１次転写させる。

１枚目の１次転写が行われると、ステップＳ１００６において、プリンタ１００は、２枚目のプリントコマンドをＣＰＵ３０１に送信する。１枚目のＴＯＰ信号の出力から一定期間が経過すると、ステップＳ１００７において、ＣＰＵ３０１は、レジストセンサ１０４の位置で待機している１枚目の記録材を再送し、２次転写位置で記録材に画像を形成させる。さらに、１枚目の記録材を再送した後、ステップＳ１００８において、ＣＰＵ３０１は、記録材有無センサ３０３によって記録材カセット１０１内に記録材が積載されているか否かを確認する。

記録材が積載されていない場合、ステップＳ１００９において、プリンタ１００は、記録材が無いことを操作者に報知する。その後、ステップＳ１０１０において、ＣＰＵ１０１０は、記録材が補充されたか否かを記録材有無センサ３０３を用いて監視する。記録材が補充されるまで、Ｓ１００９及びＳ１０１０の処理が定期的に繰り返される。一方、Ｓ１００８又はＳ１０１０で記録材が積載されていると判定されると、ステップＳ１０１１において、ＣＰＵ３０１は、プリンタ状態にエラーが発生していないことを確認し、２枚目の記録材をレジストセンサ１０４の位置まで搬送させる。

レジストセンサ１０４が記録材の先端を検出すると、ステップＳ１０１２において、ＣＰＵ３０１は、画像形成部４０５へ２枚目のＴＯＰ信号を送信する。ステップＳ１０１３において、画像形成部４０５は、２枚目のＴＯＰ信号を受信すると、２枚目の画像データの送信を開始し、画像形成を行う。その後、ステップＳ１０１４において、画像形成部４０５は、２枚目の画像を中間転写ベルト上に１次転写させる。２枚目のＴＯＰ信号の出力から一定期間が経過すると、ステップＳ１０１５において、ＣＰＵ３０１は、レジストセンサ１０４の位置で待機している２枚目の記録材を再送し、２次転写位置で記録材に画像を形成させる。

このように、記録材カセット１０１に積載された記録材の残量が少量である場合、本実施形態によるプリンタ１００は、レジストセンサ１０４で記録材の先端を検出した後に、画像形成を開始する。したがって、画像形成のスループットを低下させることにより、プリンタ１００は、確実に記録材の有無を検出した後に画像形成を行うことができる。よって、プリンタ１００は、記録材カセット１０１に積載されている記録材の残量よりも多い枚数の画像形成要求を受信した場合であっても、廃棄されることとなるトナー像を形成することがないため、トナーの無駄な消費を抑制しうる。本実形態では、レジストセンサ１０４で記録材を検知した後にＴＯＰ信号を出力しているが、ＣＰＵ３０１は、記録材有無センサ３０３で記録材が積載されていると検知した後にＴＯＰ信号を出力してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、プリンタ１００は、発光素子と受光素子とを設けた簡易な構成のセンサによって、記録材カセット１０１に積載されている記録材の残量を推定し、残量に応じて画像形成を開始するタイミングを変更する。具体的に、プリンタ１００は、記録材カセット１０１に積載されている記録材の残量が十分であると推定すると、画像形成に合わせて記録材を給送する。一方、プリンタ１００は、記録材の残量が十分でないと推定すると、レジストセンサで記録材の先端を検出した後、即ち、記録材の存在を確認した後に当該記録材に形成するトナー像を形成し始める。よって、記録材が給送されない場合に発生する無駄なトナー消費を抑制しうる。また、記録材の残量が十分である場合、プリンタ１００は、画像形成に合わせて記録材を搬送するため、画像形成のスループット向上しうる。

［第２の実施形態］
次に、図１１乃至図１７を参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るプリンタ１１００は、記録材の種類を判別して、種類ごとに閾値を設ける。記録材を透過する光量と、拡散反射する光量とは、記録材の種類ごとに異なる。そのため、記録材ごとに閾値を設けることにより、本実施形態によるプリンタ１１００は、画像形成における無駄なスループットの低下を低減させる。無駄なスループットの低下とは、記録材が十分に積載されているにもかかわらず、レジストセンサ１０４で記録材を検知した後に画像形成を開始することを示す。図１１は、第２の実施形態に係るプリンタの一例を示す断面図である。ここでは、本発明に関する主要な要素についてのみ説明を記載する。なお、第１の実施形態と同様の説明については省略する。

図１に示す構成に加えて、プリンタ１１００は、記録材判別センサ１１０１を含む。記録材判別センサ１１０１は、図１１に示すように、記録材カセット１０１からレジストセンサ１０４の間の搬送路に配置される。これは、１枚の記録材に対して、光を照射し、その光の拡散反射光量、正反射光量及び透過光量を検出するため搬送路に配置されている。プリンタ１１００は、記録材判別センサ１１０１を用いることで、記録材の種類を判別する。

図１２は、第２の実施形態に係る記録材判別センサの概略構成を示す図である。記録材判別センサ１１０１は、発光素子であるＬＥＤ１２０１、ＬＥＤ１２０２と、受光素子であるフォトトランジスタ１２０３、フォトトランジスタ１２０４を有している。ＬＥＤ１２０１は、記録材１２０５の上面に対してα度に配置されており、フォトトランジスタ１２０３の入射角は０°に配置される。フォトトランジスタ１２０４は、ＬＥＤ１２０１と対向するように検出面に対してα度で配置される。また、ＬＥＤ１２０２は、記録材１２０５の裏面からフォトトランジスタ１２０３と対向する位置に配置される。

ＬＥＤ１２０１から照射される光量は、光量検出部４０２によって一定量に調整される。記録材判別センサ１１０１は、搬送されてきた記録材がレジストローラ１０５で待機している間に、当該記録材の表面性を検出できる位置に配置される。ＬＥＤ１２０１から照射される光は、記録材１２０５の上面に対して照射され、記録材の表面性によって正反射光と拡散反射光に分かれて反射する。記録材１２０５からの正反射光及び拡散反射光は、それぞれフォトトランジスタ１２０３及びフォトトランジスタ１２０４に入射される。このときのＬＥＤ１２０１の照射光量とフォトトランジスタ１２０４とフォトトランジスタ１２０３の受光光量の関係について図１３を用いて説明する。

図１３は、記録材判別センサにおける発光光量と受光光量との関係を示す図である。図１３は、横軸に発光光量を示し、縦軸に受光光量を示す。また、フォトトランジスタ１２０３及びフォトトランジスタ１２０４で受光した光量を示す。

プリンタ１１００は、フォトトランジスタ１２０３の受光光量とフォトトランジスタ１２０４の受光光量との比率によって記録材の種類を判別する。記録材判別センサ１１０１で判別可能な記録材の種類は、ＯＨＴ、グロス紙及び普通紙である。図１３に示すように、この３種類の中では、ＯＨＴが最も光沢度が高いため、正反射光に対する拡散反射光の比率が最も低くなる。また、グロス紙、普通紙の順に、正反射光に対する拡散反射光が大きくなる。このように、記録材の正反射光量と拡散反射光量の比率を検出することによって、記録材の種類を判別することができる。

また、ＬＥＤ１２０１、フォトトランジスタ１２０４及びフォトトランジスタ１２０３を用いて判別された普通紙は、ＬＥＤ１２０２とフォトトランジスタ１２０３とを用いて、厚紙、普通紙、薄紙に種類を細分化できる。記録材１２０５がレジストローラ１０５の位置で待機している間に、ＬＥＤ１２０２から照射された光は、記録材１２０５を透過し、フォトトランジスタ１２０３に受光される。フォトトランジスタ１２０３は、ＬＥＤ１２０２からそのまま受光した場合の光量と、記録材１２０５を透過した光の受光光量とを比較することにより、記録材１２０５の透過率を検出することができる。記録材の種類とフォトトランジスタ１２０４を用いて検出された透過率との関係について図１４を用いて説明する。

図１４は、記録材の種類ごとの照射された光の透過率を示す図である。図１４は、横軸に記録材の種類を示し、縦軸に照射された光の透過率を示す。図１４に示すように、厚紙は、最も透過率が低く、普通紙、薄紙の順に透過率が高くなる。このように、記録材の透過率を検出することによって、さらに記録材の種類を詳細に判別することができる。したがって、記録材判別センサ１１０１は、記録材の種類をＯＨＴ、グロス紙、普通紙、厚紙及び薄紙とに判別することが可能である。

次に、図１５を参照して、記録材判別センサ１１０１の回路構成について説明する。図１５は、第２の実施形態に係る記録材判別センサの回路構成の一例を示す図である。

ＡＳＩＣ３０２は、出力ポート３０５から信号を出力し、ＬＥＤ１２０１を駆動するためのトランジスタ１５０１のベースに電圧Ｖ＿ｃｔｒｌ１を与える。この電圧Ｖ＿ｃｔｒｌ１は、直接ＤＣ電圧であってもよいし、ＰＷＭ信号を出力した後にＣＲフィルタ等で平滑したものでもよい。したがって、電圧Ｖ＿ｃｔｒｌ１からトランジスタ１５０１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥを差し引いたものを電流制限抵抗１５０２で除した値の電流がＬＥＤ１２０１に流れる。同様に、ＡＳＩＣ３０２は、出力ポート３０５から信号を出力し、ＬＥＤ１２０２を駆動するためのトランジスタ１５０３のベースに電圧Ｖ＿ｃｔｒｌ２を与える。電圧Ｖ＿ｃｔｒｌ２からトランジスタ１５０３のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥを差し引いたものを電流制限抵抗１５０４で除した値の電流がＬＥＤ１２０２に流れる。

記録材からの拡散反射光を受光したフォトトランジスタ１２０３の出力電流は、フォトトランジスタのエミッタ−ＧＮＤ間のＩ／Ｖ変換抵抗１５０５によって電圧信号Ｖ＿ｓｒ１に変換される。変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒ１は、ＡＳＩＣ３０２のＡ／Ｄ変換部３０６に入力され、デジタル変換される。デジタル変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒ１は、ＡＳＩＣ３０２内のレジスタに格納される。同様に、記録材からの正反射光を受光したフォトトランジスタ１２０４の出力電流は、フォトトランジスタのエミッタ−ＧＮＤ間のＩ／Ｖ変換抵抗１５０６によって電圧信号Ｖ＿ｓｒ２に変換される。変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒ２は、ＡＳＩＣ３０２のＡ／Ｄ変換部３０６に入力され、デジタル変換される。デジタル変換された電圧信号Ｖ＿ｓｒ２は、ＡＳＩＣ３０２内のレジスタに格納される。

次に、図１６を参照して、本実施形態における記録材の種類ごとに定義された残量閾値について説明する。図１６は、記録材の種類と残量検出センサによって検出された拡散反射光量の関係を示す図である。本実施形態では、残量閾値を複数の種類ごとに設けており、厚紙及びグロス紙を閾値Ａ、普通紙及び薄紙を閾値Ｂ、ＯＨＴを閾値Ｃに設定している。これらの閾値Ａ、Ｂ、Ｃは、予めメモリ３０４に格納されている。また、記録材ごとの拡散反射光量も予めメモリ３０４に格納されている。閾値は、記録材の種類ごとに設定してもよいし、本実施形態のようにいくつかの種類にまとめて同じ閾値を設定してもよい。図１６に示すように、記録材の種類ごとに閾値を設定することにより、例えば、ＯＨＴにおいても、無駄に画像形成時のスループットを低下させることを抑制できる。

図１７は、第２の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。なお、記録材の種類ごとに設定された基準反射光量及び残量閾値は、それぞれメモリ３０４に格納されている。

ステップＳ１７０１において、プリンタの電源が投入され、プリントコマンドを受信すると、ＣＰＵ３０１は、画像形成を開始させる。画像形成が開始されると、ステップＳ１７０２において、ＣＰＵ３０１は、レジストローラ１０５の位置まで搬送された記録材の種類を、記録材判別センサ１１０１を用いて判別する。続いて、ステップＳ１７０３において、閾値設定部４０６は、判別された記録材の種類に応じて、メモリ３０４に格納されている拡散反射光量と残量閾値を選択する。

記録材カセット１０１から記録材が搬送されるごとに、ステップＳ１７０４において、光量検出部４０２は、残量検出センサ１０２を用いて拡散反射光量を検出する。続いて、ステップＳ１７０５において、導出部４０３は、検出された拡散反射光量と選択された基準反射光量とを比較し、検出された拡散反射光量の変化率を導出する。さらに、ステップＳ１７０６において、推定部４０１は、導出された拡散反射光量の変化率が選択された残量閾値以上であるか否かを判定する。

導出された拡散反射光量の変化率が選択された残量閾値よりも小さい場合、ステップＳ１７０７において、ＣＰＵ３０１は、画像形成を継続する。一方、導出された拡散反射光量の変化率が選択された残量閾値以上である場合、ステップＳ１７０８において、推定部４０１は、記録材カセット１０１内に積載されている記録材が少量であると推定する。記録材の残量が少量であると推定した後の画像形成動作については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係るプリンタは、記録材の種類ごとに残量閾値を設定する。これにより、本プリンタは、無駄に廃棄されるトナーを低減させるとともに、記録材の残量を推定する精度が向上され、無駄に発生するスループットの低下を抑制しうる。

［第３の実施形態］
次に、図１８乃至図２２を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、残量検出センサ１０２に記録材の種類を判断する構成を設ける。なお、以下では、第１及び第２の実施形態と重複する説明は省略する。図１８は、第３の実施形態に係る残量検出センサの概略構成を示す図である。

残量検出センサ１８００は、第１の実施形態で説明した残量検出センサ１０２と同じ位置に配置されており、記録材カセット１０１に積載されている記録材の残量を推定するために用いられるとともに、記録材の種類を判別するために用いられる。残量検出センサ１８００は、残量検出センサ１０２の構成に加えて、受光素子であるフォトトランジスタ１８０１をさらに含む。記録材の種類を判別する精度を向上させるため、底面領域２０５には光吸収部材ではなく、光反射部材を使用する。本実施形態によれば、この光反射部材は、普通紙と同等の反射効率を有する部材を用いる。フォトトランジスタ１８０１は、ＬＥＤ２０１の入射角α度と同じ角度で、ＬＥＤ２０１の対向に配置される。これにより、第２の実施形態で説明した記録材判別センサ１１０１からＬＥＤ１２０２を削除した構成となる。

残量検出センサ１８００は、記録材カセット１０１の開閉直後に当該記録材カセット１０１内に積載された記録材の中で、最上面にある記録材の表面性を検出する。記録材カセット１０１内の記録材の種類を判別する場合、光量検出部４０２は、ＬＥＤ２０１、フォトトランジスタ２０２及びフォトトランジスタ１８０１を用いて、正反射光量及び拡散販社光量を検出する。一方、記録材カセット１０１内に積載された記録材の残量を推定する場合、光量検出部４０２は、ＬＥＤ２０１及びフォトトランジスタ２０２を用いて、拡散反射光量を検出する。

残量検出センサ１８００を用いて記録材の残量を推定する方法については、第１の実施形態と重複するため、説明を省略する。また、残量検出センサ１８００を用いて記録材の種類を判別する方法については、第２の実施形態と重複するため、説明を省略する。残量検出センサ１８００を用いて判別可能な記録材の種類は、普通紙、グロス紙、ＯＨＴとなる。これは、検出される光量が正反射光量及び拡散反射光量に限られるためである。

図１９は、第３の実施形態に係る残量検出センサの回路構成を示す図である。ここでは、図３の説明と異なる部分についてのみ説明を記載する。フォトトランジスタ１８０１は、ＬＥＤ２０１から照射された光が記録材の上面で正反射した光を受光する。正反射光を受光したフォトトランジスタ１８０１は、受光量に応じて光電流を流す。この光電流は、フォトトランジスタのエミッタ−ＧＮＤ間のＩ／Ｖ変換抵抗１９０１によって電圧信号に変換される。変換された電圧信号は、ＡＳＩＣ３０２のＡ／Ｄ変換部３０６に入力され、デジタル変換される。デジタル変換された値は、正反射光量としてレジスタに格納される。

次に、図２０及び図２１を参照して、記録材の種類ごとに設定する残量閾値について説明する。図２０は、普通紙及びグロス紙において残量検出センサが検出する拡散反射光量を示す図である。本実施形態では、底面領域２０５に普通紙と同等の光反射部材を用いるため、光吸収部材を用いるときよりも拡散反射光量の変化率が小さくなる。また、本実施形態では、普通紙、グロス紙の残量閾値を閾値Ａに設定する。推定部４０１は、検出した拡散反射光量がこの閾値Ａを下回ると積載されている記録材の残量が少なくなったと推定する。

図２１は、ＯＨＴにおいて残量検出センサが検出する拡散反射光量を示す図である。ＯＨＴの場合、記録材の残量が減少するほど、拡散反射光量が高くなる。この拡散反射光量が高くなる理由は、ＯＨＴ表面の反射率よりも透過率が高いためである。本実施形態では、ＯＨＴの残量閾値を閾値Ｂに設定する。推定部４０１は、検出した拡散反射光量がこの閾値Ｂを超えると積載されている記録材の残量が少なくなったと推定する。

図２２は、第３の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。ここでの残量閾値の設定は、図２０及び図２１と同様である。また、記録材の種類ごとに設定された残量閾値は、それぞれメモリ３０４に格納されている。

プリンタの電源が投入されると、ステップＳ２２０１において、光量検出部４０２は、検出した拡散反射光量を基準反射光量として、メモリ３０４に格納する。また、ステップＳ２２０２において、ＣＰＵ３０１は、記録材カセット１０１に積載されている記録材の種類を判別する。電源投入時からプリントコマンドが受信されるまでの間、ステップＳ２２０３において、ＣＰＵ３０１は、記録材カセット１０１の開閉を監視する。記録材カセット１０１が開閉されると、ＣＰＵ３０１は、処理をＳ２２０１に遷移させる。一方、記録材カセット１０１が開閉されていない状態で、プリントコマンドを受信すると、ステップＳ２２０４において、ＣＰＵ３０１は、画像形成を開始させる。

記録材が搬送されるごとに、ステップＳ２２０５において、光量検出部４０２は、拡散反射光量を検出する。続いて、ステップＳ２２０６において、導出部４０３は、検出された拡散反射光量と基準反射光量とを比較し、拡散反射光量の変化率を導出する。さらに、ステップＳ２２０７において、閾値設定部４０６は、判別された記録材の種別により、閾値Ａ又は閾値Ｂの何れかを選択する。ステップＳ２２０８において、推定部４０１は、導出された拡散反射光量の変化率と、選択された閾値とを比較して、残量を推定する。導出された拡散反射光量の変化率が選択された閾値よりも小さい場合、ステップＳ２２０９において、ＣＰＵ３０１は、画像形成動作を継続させる。一方、導出された拡散反射光量の変化率が選択された閾値以上となる場合、ステップＳ２２１０において、推定部４０１は、記録材カセット１０１内に積載された記録材の残量が少なくなったと推定する。記録材の残量が少なくなったと推定された後の画像形成動作については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係るプリンタは、残量検出センサを記録材の残量を推定するためと、記録材の種類を判別するためとに用いる。これにより、大幅なコストアップを招くことなく、記録材の種類を判別しうる。したがって、本プリンタは、トナーの無駄な消費及び画像形成時の無駄なスループット低下を抑制しうる。

第１の実施形態に係るプリンタの一例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る残量検出センサを示す図である。 第１の実施形態に係る残量検出センサを含むプリンタの概略回路構成を示す図である。 第１の実施形態に係るプリンタの制御ブロックを示す図である。 記録材が十分に積載されている状態の記録材カセットを示す図である。 記録材が十分に積載されていない状態の記録材カセットを示す図である。 記録材の残量とフォトトランジスタが検出する拡散反射光量の変化率を示した図である。 第１の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る画像形成の制御を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る画像形成の制御を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るプリンタの一例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る記録材判別センサの概略構成を示す図である。 記録材判別センサにおける発光光量と受光光量との関係を示す図である。 図１４は、記録材の種類ごとの照射された光の透過率を示す図である。 第２の実施形態に係る記録材判別センサの回路構成の一例を示す図である。 記録材の種類と残量検出センサによって検出された拡散反射光量の関係を示す図である。 第２の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る残量検出センサの概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る残量検出センサの回路構成を示す図である。 普通紙及びグロス紙において残量検出センサが検出する拡散反射光量を示す図である。 ＯＨＴにおいて残量検出センサが検出する拡散反射光量を示す図である。 第３の実施形態に係る記録材の残量を推定する制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１００：プリンタ
１０２：残量検出センサ
１０４：レジストセンサ
１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄ：画像形成ステーション
３０１：ＣＰＵ
３０２：ＡＳＩＣ
３０３：記録材有無センサ
３０４：メモリ
３０５：出力ポート
３０６：Ａ／Ｄ変換部
４０１：推定部
４０２：光量検出部
４０３：導出部
４０４：保持部
４０５：画像形成部
４０６：閾値設定部

Claims (9)

1. 画像形成装置であって、
   記録材を積載する記録材カセットと、
   前記記録材カセットに積載された記録材の残量を推定する推定部と、
   前記記録材カセットから供給された記録材を検出する検出部と、
   前記推定された残量が予め定義された残量未満である場合は前記記録材カセットから供給された記録材が前記検出部により検出されたことに応じて像担持体上に画像を形成し、前記推定された残量が前記予め定義された残量以上である場合は前記記録材カセットから記録材が供給される前に像担持体上に画像を形成する画像形成部と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記推定部は、
   前記記録材カセットに配置される残量検出センサを用いて、該記録材カセットに積載された記録材に光を照射して拡散反射光量を検出する第１の光量検出部と、
   前記記録材カセットに積載された記録材の残量が前記予め定義された残量以上であるときに検出された拡散反射光量を基準反射光量として保持する保持部と、
   前記第１の光量検出部により検出された拡散反射光量の、前記基準反射光量に対する変化率を導出する導出部とを含み、
   前記導出された変化率と、予め定義された閾値とを用いて、前記記録材カセットに積載された記録材の残量を推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記残量検出センサは、
   前記記録材カセットに積載された記録材の上面に光を照射する発光素子と、
   前記記録材からの拡散反射光を受光する第１受光素子と
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記記録材カセットに積載された記録材が使用されるたびに、該記録材の上面と、前記残量検出センサとの間の距離を一定に保つための距離保持機構を
   さらに含むことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記記録材カセットから前記検出部までの間の搬送路に配置される記録材判別センサを用いて、搬送される記録材に光を照射して、正反射光量、拡散反射光量及び透過光量を検出する第２の光量検出部と、
   前記検出された正反射光量、拡散反射光量及び透過光量から記録材の種類を判定し、該記録材の種類ごとに前記閾値を設定する閾値設定部と
   をさらに含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記残量検出センサは、正反射光量を検出するために正反射光を受光する第２受光素子をさらに含み、
   前記検出された正反射光量及び拡散反射光量から記録材の種類を判定し、該記録材の種類ごとに前記閾値を設定する閾値設定部と
   をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
7. 前記記録材カセットは、
   該記録材カセットに記録材が積載されていないときに、前記残量検出センサからの光が照射されることになる該記録材カセットの底面領域が光吸収部材で形成された
   ことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記推定部は、前記画像形成装置の電源投入時、前記記録材カセットが開閉されたとき、及び記録材へ画像を形成するごとの何れかのときに残量を推定する
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像形成装置。
9. 画像形成装置を制御する制御方法であって、
   記録材を積載する記録材カセットに積載された記録材の残量を推定するステップと、
   前記記録材カセットから供給された記録材を検出するステップと、
   前記推定された残量が予め定義された残量未満である場合は前記記録材カセットから供給された記録材が検出されたことに応じて像担持体上に画像を形成し、前記推定された残量が前記予め定義された残量以上である場合は前記記録材カセットから記録材が供給される前に像担持体上に画像を形成するステップと
   を含むことを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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