JP2009223144A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補給間隔から予測して補給された量を補正し、トナー使用量の積算精度を向上させることによりトナーニアエンドの精度を向上させる。
【解決手段】補給開始時にトナー補給量を計算し（Ｓ２０１）、補正設定を参照し（Ｓ２０２）、補正がある場合は（Ｓ２０２）、前回のトナー補給した時刻をＩＤチップから取得し（Ｓ２０３）、その時刻から補給間隔を計算し（２０４）、不揮発ＲＡＭ１４４に予め記憶されているテーブルを参照してトナー補給量を求め、トナー補給を行う（ステップＳ２０５）。そして、トナー補給量を加算し（Ｓ２０６）、精算された補給量をトナーニアエンドの閾値と比較し、ニアエンドかどうかを判断する。
【選択図】図６

Description

本発明は、トナー等の粉体を供給する粉体供給装置、及びプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの少なくとも２つの機能を複合して有するデジタル複合機等の画像形成装置に関する。

２成分現像装置を用いてトナー像を形成する電子写真方式の画像形成装置では、画像形成を重ねるにつれてトナーが消費されるため、その消費分を現像装置に逐次補給しなければならない。一般に、トナーはトナーカートリッジやトナーボトル等のトナー容器に収納したものを現像装置に補給するものが多く、そしてトナー容器は補給するトナーがなくなれば新しいトナー容器と交換するようにしている。

このようなトナー補給装置には、粉体ポンプを用いてトナーを現像装置に補給する形式のものがある。この補給に際しては、トナーエンドを検知する必要がある。トナーエンドを検知するいわゆるトナーエンドセンサとしては、例えばトナー補給装置のノズルの垂直部分に設けた光透過型センサによりトナー容器が空になったことを検知するようにしている。

一方、画像形成装置は常温常湿の環境下で常に稼動するのであれば問題にならないのであるが、高温高湿の環境下などで稼動する場合はトナーの流動性が低下するためトナー容器内でトナーブロッキングなどの現象が発生し易い。また、粉体ポンプを用いるトナー補給装置では１回当たりの粉体ポンプの駆動時間を一定にすることによって現像装置のトナー消費量を予測しており、このため単一の補給時間テーブルしか備えていないシステムにおいては、１回の粉体ポンプ駆動時間が短いため発生圧力も低く、ブロッキングを解消するには至らなかった。そのため、ひとたびブロッキングが発生してしまうと解消するのは困難であり、ブロッキングに起因する補給不良あるいはトナーエンド誤検知、すなわち、トナーがカートリッジ内にはあるのにないと判断する誤検知が発生してしまっていた。

このような問題点を解決するため、本出願人は特許文献１に記載された発明を提案した。この発明で粉体なしが検知された場合、前記粉体ポンプの１回当たりの駆動時間を増加させ、粉体収納容器内でブロッキングが発生したときでも、これを解消するようにしたものである。
特開２００７−１４８２７７号公報

一方、ポンプを有するトナー補給機構では、現像ユニットと補給ポンプが搬送経路（例えばチューブ）により繋がっている。補給ポンプのＯＮ、ＯＦＦによりトナーがトナーカードリッジから現像ユニットに補給されるが、前回トナーを補給した時間間隔により、補給経路内の圧力が損失している場合があり、実際のトナー補給量と計算による累積補給量の差がひらくことがある。この場合に、特許文献１記載の発明のように粉体ポンプの１回当たりの駆動時間を増加させると、トナーの供給量が増え、トナーエンドになる時間を遅延させることができたとしても、トナー補給量が正確には分からないので、トナーニアエンドの検知精度が落ちてしまう。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、トナーエンドを検知するセンサを使用せずに、またメカ機構を変更せずに、トナー使用量の積算精度を向上させ、トナーニアエンドの精度向上させることにある。

前記課題を解決するため、第１の手段は、トナー補給ポンプによってトナーを補給するトナー補給手段を備え、ある一定時間前記トナー補給ポンプを駆動することによりトナーを収容したトナー収容容器から一定の量のトナーを現像装置側に補給するトナー補給手段を有する画像形成装置において、前回のトナー補給終了時間からの間隔に応じて、予め設定されたトナーの補給量を補正する補正手段を備えていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記トナーの補給量が色毎に、かつ、前回のトナー補給終了時間からの間隔によって異なることを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段において、前記補正手段による補正を行うか否かを選択する選択手段を備えていることを特徴とする。

第４の手段は、第１の手段において、前記補正手段による補正補給量をユーザが設定する設定手段を備えていることを特徴とする。

第５の手段は、第１の手段において、前記補正手段は、トナー容器が新品に交換された場合は、前記前回のトナー補給終了時間からの間隔をクリアし、旧品に交換された場合は、前記間隔を継続して使用してトナー補給量の予測を補正することを特徴とする。

なお、後述の実施形態では、トナー補給ポンプは粉体ポンプ２０に、トナー補給手段はトナーカートリッジ３０、チューブ２５及び粉体ポンプ２０に、トナー収容容器はトナーボトル及びこのトナーボトルを収容したトナーカートリッジ３０に、補正手段はＣＰＵ１２１に、

本発明によれば、トナー補給間隔に基づいて予め設定されたトナーの補給量を補正し、その補正した補正量に基づいてトナー使用量を積算するので、トナーニアエンドの検知精度を、センサを使用することなく向上させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は間接転写方式のタンデム式画像形成装置であって、プリンタとして構成された例である。この画像形成装置の機械的構成自体は公知のものである。ここに示した画像形成装置の装置本体１内には４つの作像ユニット２が設けられている。各作像ユニット２に対向して無端ベルトよりなる中間転写体３が配置され、この中間転写体３は複数の支持ローラに巻き掛けられて矢印方向に走行する。また、４つの作像ユニット２には、それ自体公知の電子写真方式に基づいて感光体１０にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらトナー像が中間転写体３上に順次重ねて静電転写される。

画像形成装置本体１内の下部には、給紙装置４が配置され、給紙装置４から送り出された用紙が搬送路に沿って搬送され、レジストローラ５を介して中間転写体３と転写装置６との間に送り込まれる。用紙が中間転写体３と転写装置６の間を通るとき、中間転写体３上の重ね合わせられたトナー像が用紙上に転写される。次いで、この用紙は定着装置７を通り、このとき熱と圧力の作用によって用紙上の画像が用紙に定着される。定着装置７を通った用紙は排出部８に排出される。

本画像形成装置本体１の排出部８と中間転写体３の間には、トナーカートリッジ３０が装着されるセット部９が設けられている。トナーカートリッジ３０は、各作像ユニット２の現像装置１１に補給するトナーを収納した粉体収納容器であり、前記セット部９に脱着可能に装着される。

図２は、図１における現像装置１１にトナーカートリッジ３０からトナーを供給するトナー供給装置の構成を示す図である。図２において、従来公知の電子写真法による画像形成装置の現像装置１１により図１に示す感光体１０にトナー像を形成する。現像装置１１は粉体ポンプ２０を備え、粉体ポンプ２０の作動によりトナーカートリッジ３０のトナーがトナー移送部材であるチューブ２５を介して現像容器１２内に供給される。チューブ２５はノズル３１によってトナーカートリッジ３０の内部と連通している。

粉体ポンプ２０は、吸引型１軸偏芯粉体ポンプ（通称 モーノポンプ）等を用いる。その構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状につくられたロータ２１、ゴム材料で２条のスクリュー形状の孔が成形され、固定設置されるステータ２２、これらを包みかつ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで成形されたハウジング２３よりなる。ロータ２１の回転によりポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナーカートリッジ３０からトナーを吸引することが可能となる。

前記チューブ２５は、内径φ４〜１０ｍｍのチューブ状で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（exポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）を用いることが非常に有効である。吸引されたトナーは、現像装置１１の一部に設けられたトナー導入孔１２より、現像装置内に落下し、さらに不図示の撹拌スクリューにより現像部に移送される。２成分現像方式を用いた場合は、この移送行程中に補給されたトナー（吸引されたトナー）は現像装置内の現像剤と撹拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量となる。

トナーカートリッジ３０は、粉体ポンプ２０によりトナーを吸引搬送するためにはハッチングで示すトナー吸引部２９付近にトナーが常に存在していることが条件となるため、内部にコイルスプリングを備えたものや容器の内壁に螺旋状の突起を有し、カートリッジ本体の回転によりトナーを容器先端へと搬送するものがある。

このようなトナー供給装置では、従来では、現像装置１１の一部に設けられた不図示の透磁率検出器に基づき現像装置１１内のトナーとキャリアの混合比の変化を検知し、トナー量が少ないと検知されると粉体ポンプ２０の駆動軸２４が回転駆動されて粉体ポンプ２０が作動し、粉体ポンプ２０により現像容器１２内に移送されてきたトナーがある一定量以上となると透磁率検出器の信号によって駆動を遮断し、粉体ポンプ２０の作動を停止する、という方法をとっていた。

以下、本実施形態におけるトナー補給制御の詳細について説明する。

図３は本実施形態に係る画像形成装置の制御ボードの回路構成を示すブロック図である。この制御回路は、エンジン制御部１２０を中心に、操作部１１０、画像処理部１３２、ハードディスク装置（ＨＤＤ）１３４、ネットワーク制御ユニット（ＮＣＵ）１３９、ファクシミリ制御ユニット（ＦＣＵ）１４０、各種センサ１３７、及び負荷１３８が接続されて構成されている。

エンジン制御部１２０は、ＣＰＵ１２１と、ＣＰＵ１２１に対してデータバス及びアドレスバスを介して接続されたＲＯＭ１２２、ＲＡＭ１２３、不揮発ＲＡＭ１２４、及びＩ／Ｏ制御部１２５とを備えている。ＲＯＭ１２２はＣＰＵ１２１が実行するプログラムのプログラムコードを記憶し、ＣＰＵ１２１はＲＡＭ１２３をワークエリアとして使用しながら前記プログラムを実行する。不揮発ＲＡＭ１２４はＣＰＵ１２１がプログラムを実行する際に必要なデータを記憶する。ＨＤＤ１３４はＨＤＤコントローラ１３１を介してＣＰＵ１２１と接続され、ＣＰＵ１２１によって制御される。

画像処理部１３２には、読み取り部１３５、書き込み部１３６、画像用ＲＡＭ１３３が接続され、読み取り部１３５で読み取られた画像データは画像処理部１３２に入力され、書き込み部１３６には画像処理部１３２から書き込み画像データが入力される。また、画像用ＲＡＭ１３３に一時的に記憶された画像データも画像処理部１３２で読み込まれ、あるいは画像用ＲＡＭ１３３に読み取り部１３５で読み取られた画像データが一時的に記憶される。画像処理部１３２は、ＨＤＤコントローラ１３１とも接続され、ＨＤＤ１３４に格納された画像データが読み出され、あるいはＨＤＤ１３４に画像処理された画像データが格納される。

本実施形態に係るトナーボトルには色毎にＩＤチップ(不揮発性メモリ−ＲＦＩＤチップ）が搭載され、エンジンのＣＰＵ１２１からデータの読書きが可能になっている。このトナーボトルは通常、キャップと組み合わされてトナーが充填された前記トナーカートリッジ３０とされる。セット部９にはＩＤチップ１４９との読み書きを行うための制御ボード（以下、ＩＤ−Ｒ／Ｗボードと称す）１５０が設けられ、トナーボトルがセット部９にセットされたとき、ＩＤチップ１４９と通信可能に構成されている。

図４はこのＩＤ−Ｒ／Ｗボード１５０の回路構成を示すブロック図である。ＩＤ−Ｒ／Ｗボード１５０は、ＣＰＵ１４１と、ＣＰＵ１４１に対してデータバス及びアドレスバスを介して接続されたＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４３、不揮発ＲＡＭ１４４、及びＩ／Ｏ制御部１４５とを備えている。ＲＯＭ１４２はＣＰＵ１４１が実行するプログラムのプログラムコードを記憶し、ＣＰＵ１４１はＲＡＭ１４３をワークエリアとして使用しながら前記プログラムを実行する。不揮発ＲＡＭ１４４はＣＰＵ１４１がプログラムを実行する際に必要なデータを記憶する。ＩＤチップ１４９は無線で相互に通信可能に接続され、データバス及びアドレスバスを介して情報の送受を行う。そのため、無線通信を行うための図示しないＩ／Ｏ制御部が設けられている。なお、ＩＤチップとＩＤ−Ｒ／Ｗボード１５０との無線通信に関する構成は公知（例えば特開２００７−１４８００６号公報）なので、ここでは詳細は省略する。また、本実施形態では、無線を使用してＩＤチップとセット部９の通信を行っているが、コネクタを使用して直接データバス及びアドレスバスに接続するように構成することも可能である。

図５はＩＤチップを備えたトナーボトルが交換されたときのエンジン制御部１２０のＣＰＵ１２１の処理手順を示すフローチャートである。
同図において、この処理が開始されると、まず、エンジン制御部１２０のＣＰＵ１２１からＩＤ−Ｒ／Ｗボード１５０のＣＰＵ１４１にアクセスし、ＣＰＵ１４１はＩＤチップ１４９のメモリに格納されているデータを読み出し、ＣＰＵ１２１に送信する。これによりＣＰＵ１２１はトナーボトルが新品かどうかをチェックする（ステップＳ１０１）。トナーボトルが新品であった場合は、ＩＤチップ１４１の累積トナー使用量を初期化する。すなわち、累積補給量をクリアし（ステップＳ１０２）、累積カウンタをクリアする（ステップＳ１０３）。一方、ＩＤチップ１４９から読み出したデータによりトナーボトルが旧品だった場合は、引き続きその使用量を使用する。すなわち、累積補給量を読み取り（ステップＳ１０４）、累積カウンタを読み取る（ステップＳ１０５）。そして、ＩＤチップ１４９を読み出したときにニアエンドの閾値以上であれば（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、トナーニアエンドを表示し（ステップＳ１０７）、補給終了時刻を保存して（ステップＳ１０８）処理を終える。一方ステップＳ１０６でトナーニアエンドの閾値未満であれば、そのまま補給終了時刻を保存して（ステップＳ１０８）処理を終える。補給終了時刻は、ＩＤチップ１４９のメモリに保存される。

図６はトナー補給時の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順では、まず、補給開始時に、まずトナー補給量を計算する（ステップＳ２０１）。例えば、予め設定されたトナー補給量として、デフォルトで、２００ｍｓオンで１２０ｍｇ補給されるとする。言い換えれば補給時間が２００ｍｓで１２０ｍｇのトナーが補給されるという状態が予め設定されたトナー補給量であるとする。その後、補正設定を参照し（ステップＳ２０２）、補正なしになっている場合は（ステップＳ２０２−ＮＯ）、前記デフォルトの条件でトナー補給を行い（ステップＳ２０５）、補正せずに補給量を加算する（ステップＳ２０６）。加算した値は、ＩＤチップ１４９に保存する。

補正ありになっている場合は（ステップＳ２０２−ＹＥＳ）、前回のトナー補給した時刻をＩＤチップ１４９から取得し（ステップＳ２０３）、その時刻から補給間隔を計算し（ステップＳ２０４）、不揮発ＲＡＭ１４４に予め記憶されているテーブルを参照してトナー補給量を求め、トナー補給を行う（ステップＳ２０５）。ここで求められるトナー補給量は前記テーブルに格納されている補給量である。そして、トナー補給量を加算し（ステップＳ２０６）、精算（加算）された補給量をトナーニアエンドの閾値と比較し、ニアエンドの閾値より多ければ（ステップＳ２０７ーＹＥＳ）、トナーニアエンドを通報した後（ステップＳ２０８）、補給終了時刻を保存して（ステップＳ２０９）処理を終える。ステップＳ２０７でニアエンドの閾値を越えていなければ、そのまま補給終了時刻を保存して（ステップＳ２０９）処理を終える。トナーニアエンドは操作部１１０の操作パネルにその旨表示される。

なお、テーブルに格納されているトナー補給量は、前回からの補給間隔に応じて必要な補給量を予測し、設定されたものである。すなわち、トナーは１枚の用紙への画像形成動作が終了するたびに必要であれば補給される。この実施例では、４色フルカラーの画像形成装置なので、それぞれの色のトナーについて２００ｍｓの時間だけトナー補給が行われる。このときの補給量のデフォルト量は本実施形態では前述のように１２０ｍｇである。したがってトナー補給量が多い場合には、トナー補給間隔が短くなる。そこで、トナー補給間隔と色毎のトナー補給量を設定する。トナー補給間隔については、印字率と各色の現像装置１１のトナー濃度センサの出力を勘案し、設定される。本実施形態の場合は、トナー補給量は図７に示すように、補給間隔と補給量との関係がＫ，Ｙ，Ｃ，Ｍ各色について定義され、テーブルとして不揮発ＲＡＭ１４４に記憶されている。

そこで、例えば、前回のトナー補給終了時刻から今回のトナー補給を行うまでの補給間隔がａのとき（補給間隔が３秒以内）であれば、今回の補給は黒トナー（Ｋ）については、デフォルトが２００ｍｓオンで１２０ｍｇの補給量であったのを２００ｍｓオンで１２５ｍｇの補給量に補正してトナー補給を行う。また、ｄのとき（補給間隔が２０秒から３０秒の間）で、イエロートナー（Ｙ）については、２００ｍｓオンで１０８ｍｇの補給量に補正してトナー補給を行う。トナー補給量は、このようにしてテーブルを参照して算出され、補給される。

端的に言えば、１回の補正で補給される補給量はデフォルト値で予め設定され、通常、そのデフォルト値に基づいて、消費された量に応じた間隔でトナー補給が行われる。すなわち、トナー補給量とトナー補給間隔とから、トナーニアエンドが予測できるが、本実施形態では、補給間隔が短いときと長いときとで前記印字率などの関係で消費トナー量が異なることから、その異なるトナー量を補正するようにしている。そのため、印字率と各色の現像装置１１のトナー濃度センサの出力とから設定される補給量（例えばデフォルトの１２０ｍｇ／２００ｍｓのトナー補給量）に対して、さらに補給間隔を勘案してトナー補給量を補正（図７で示される補給量）し、補正した補給量を積算することにより、精度良くトナーニアエンドを予測するようにしている。

補給量の補正は前述のようにデフォルトの値が基準となるが、補正するか否かはユーザが操作部１１０の操作パネルから設定することができる。図８（ａ）は補給量補正画面１１０ａを示し、図８（ｂ）は補給量設定画面１１ｂである。図８（ａ）の補給量補正画面で補正をする、を選択した場合、図８（ｂ）の補給量設定画面１１０ｂに移行し、今度は、トナー補給量をユーザ設定することができる。例えばイエロートナーの補給量を補給間隔が０秒から３秒のときに１２０ｍｇから他の値に設定したければ、補給量設定画面１１０ｂからテンキー１１０ｃにより、他の値を入力すれば、その値が表示欄１１０ｄに表示され、図７に示したテーブルの補正量が変更される。次の３秒以上、６秒未満の場合もテンキー１１０ｃからの入力によりその値が表示欄１１０ｅに表示され変更される。

このように本実施形態によれば、各色のトナーの実使用量と予測使用量の差が減少し、トナーニアエンドセンサがなくとも精度の高いニアエンド検知を実現することができる。これにより、コスト削減も可能になる。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１における現像装置にトナーカートリッジからトナーを供給するトナー供給装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る画像形成装置の制御ボードの回路構成を示すブロック図である。 セット部に設けられたＩＤ−Ｒ／Ｗボード１５０の回路構成を示すブロック図である。 ＩＤチップを備えたトナーボトルが交換されたときの処理手順を示すフローチャートである。 トナー補給時の処理手順を示すフローチャートである。 補給間隔と補給量との関係が各色について定義され、テーブル化された状態を示す図である。 補給量補正画面（ａ）と補給量設定画面（ｂ）が表示された操作パネルの表示画面を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体
２ 作像ユニット
３ 中間転写体
９ セット部
１０ 感光体
１１ 現像装置
１２ 現像容器
２０ 粉体ポンプ
３０ トナーカートリッジ
１１０ 操作部
１１０ａ 補給量補正画面
１１０ｂ 補給量設定画面
１２０ 制御ボード
１２１ ＣＰＵ
１４１ ＣＰＵ
１４９ ＩＤチップ
１５０ ＩＤ−Ｒ／Ｗボード

Claims (5)

1. トナー補給ポンプによってトナーを補給するトナー補給手段を備え、ある一定時間前記トナー補給ポンプを駆動することによりトナーを収容したトナー収容容器から一定の量のトナーを現像装置側に補給するトナー補給手段を有する画像形成装置において、
   前回のトナー補給終了時間からの間隔に応じて、予め設定されたトナーの補給量を補正する補正手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記トナーの補給量が色毎に、かつ、前回のトナー補給終了時間からの間隔によって異なることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記補正手段による補正を行うか否かを選択する選択手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記補正手段による補正補給量をユーザが設定する設定手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記補正手段は、トナー容器が新品に交換された場合は、前記前回のトナー補給終了時間からの間隔をクリアし、旧品に交換された場合は、前記間隔を継続して使用してトナー補給量の予測を補正することを特徴とする画像形成装置。

Images