JP2009288352A - 画像形成装置、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙の残量が所定量以下になった場合に、印字スループットの低下を招くことなく、消耗品の無駄な消費や部品の劣化を抑制する画像形成装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る画像形成装置は、１つの給紙口から連続して用紙を搬送している間に、当該給紙口の残量を推定し、推定した残量が所定の閾値以下になった場合に、当該給紙口の用紙有無を検知するための検知時間を確保すべく、当該給紙口に加えて、他の給紙口からも用紙を搬送する。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、プリンタ、又はファックスなどの電子写真方式の画像形成装置及びその制御方法に関するものである。

まず、図１６を参照して、電子写真プロセスを利用した従来の画像形成装置について説明する。図１６は、従来の画像形成装置の構成を示す図である。

画像形成装置１６００は、イエローＹ用、マゼンタＭ用、シアンＣ用、及びブラックＢｋ用の４個の画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋを備えており、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋはそれぞれ感光ドラム１６０１を有する。各感光ドラム１６０１上に形成された画像は、中間転写体１６０６に連続的に多重転写され、フルカラープリント画像が形成される。このようなプリンタを４連ドラム方式（インライン）プリンタと称する。なお、各画像形成ステーションは、主に、感光ドラム１６０１、一次帯電ローラ１６０２、現像器１６０５、及びクリーニング装置１６０４からなる同一の構成を備えている。

また、画像形成装置１６００は、無端状の中間転写体１６０６が、駆動ローラ１６０６ａ、テンションローラ１６０６ｂ、及び二次転写対向ローラ１６０６ｃに図中矢印方向へ回転可能に張設されている。そして、各感光ドラム１６０１は、中間転写体１６０６の平面部分に対して直列に並置されている。

中間転写体１６０６の回転方向最上流側に配置されたイエロー用の画像形成ステーションにおいて、感光ドラム１６０１は回転過程で、一次帯電ローラ１６０２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。続いて、不図示のレーザスキャナによる画像露光１６０３を受けることにより、感光ドラム１６０１上には目的のカラー画像の第１の色成分像（イエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される。

次に、形成された静電潜像が現像器（イエロー現像器）１６０４によりイエロートナーにより現像される。感光ドラム１６０１上に形成されたイエロー画像は、中間転写体１６０６との一次転写ニップ部（一次転写部）Ｎ１へ進入する。一次転写ニップ部Ｎ１では中間転写体１６０６の裏側に可撓性電極１６０７を接触当接させている。可撓性電極１６０７には各ポートで独立にバイアス印加を可能とするため、一次転写バイアス電源１６０７ａを有している。中間転写体１６０６は、１色目のポートでまずイエローを転写し、次いで各色に対応する感光ドラム１６０１より順次マゼンタ、シアン、ブラックの各色を各ポートで多重転写する。

中間転写体１０６上で形成された４色フルカラー画像は、二次転写ローラ１６０８と二次転写対向ローラ１６０６ｃとが形成する二次転写ニップ部（二次転写部）Ｎ２にて二次転写ローラ１６０８により用紙Ｐに一括転写される。その後、不図示の定着装置によって溶融定着され、カラープリント画像を得る。また、二次転写終了後の中間転写体１６０６はトナー回収容器１６０９によりクリーニングされる。

このようなインラインタイプのカラー画像形成装置は、従来の一旦中間転写体に４色フルカラー画像を形成し、一括二次転写することによって、フルカラープリント画像を得るタイプと比較して、非常に高速に印刷できるという利点がある。しかしながら、上述したカラー画像形成装置には以下に記載する問題がある。例えば、Ｂ／Ｗプリンタなどの中間転写体を有していない画像形成装置の場合は、感光体上のレーザ露光位置から転写位置までの距離を、レジスト位置センサから転写位置までの距離よりも長くとることができる。したがって、用紙がレジスト位置に到達した時点でレーザ露光を行い、用紙と画像位置を合わせることができる。つまり、用紙がない場合、レジスト位置センサが反応しないためレーザ露光が行われない。

ここで、中間転写体を用いる画像形成装置の画像形成タイミングと給紙タイミングの関係を以下に説明する。中間転写体上に画像形成する場合、プリント開始直後の１枚目の給紙は、１色目のレーザ露光タイミングより前に実施することが可能である。しかし、連続プリント時の給紙は、最大スループットを得るためには装置構成上、１色目の画像露光タイミングより後になってしまう。実際には、中間転写体上に画像が形成されてから給紙されることになる。

特に、４連ドラムタイプの画像形成装置１６００は、１色目のレーザ露光位置から二次転写位置Ｎ２までの距離が、用紙カセット内の用紙の有無を検知する用紙有無検知センサの位置から二次転写位置Ｎ２までの距離よりも長くなる場合が多い。このような場合、用紙カセット内で用紙がないことを検知した時点では、すでに、感光体上、中間転写体上に画像が形成されていることになる。

上記中間転写体上に形成されたトナーは、転写させる用紙がないため、量の多い未転写トナー像をトナー回収容器で全て掻き取らねばならなくなり、飛散、トナーの無駄、トナー回収容器のサイズが無駄に大きくなるといった問題となる。

このような問題の解決策として、特許文献１には、中間転写体上に無駄に形成されるトナー像を低減するカラー画像形成装置が提案されている。特許文献１に記載の画像形成装置は、用紙カセットの残量が所定量以下になったことを検知すると、カラートナー像の画像形成間隔を変更し、用紙の残量が確定するまでの間は、画像形成を待機させ、印字スループットを下げることで対応している。
特開２００１−０５２５３号公報

しかしながら、従来技術においては、以下に記載する問題がある。例えば、特定の用紙カセットのみから連続で印字し、当該用紙カセットの用紙の有無が確定した後に画像形成を開始しているため、用紙の残量が所定量以下になった場合に、著しい印字スループットの低下を招くこととなる。また、画像形成間隔が拡がることにより、単位枚数当たりの消耗品の劣化が増大し、結果的にその消耗品を用いて印字可能な用紙枚数が減少する等の、画像形成装置本来の性能が達成できないといった問題が発生していた。

また、画像形成や給紙搬送の速度、印字スループットが向上するなか、用紙有無センサの反応速度が間に合わず、給紙を開始する前に用紙有無の確定ができないため、用紙無しにも関わらず、給紙を実施する必要が生じていた。このように、用紙なしで給紙することにより、給紙ローラや、分離パット等の給紙構成部品の劣化を早める問題が発生していた。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、用紙の残量が所定量以下になった場合に、印字スループットの低下を招くことなく、消耗品の無駄な消費や部品の劣化を抑制する画像形成装置及びその制御方法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、画像を形成する記録材を積載する複数の積載手段と、積載手段に積載された記録材の有無を検知する記録材有無検知手段と、積載手段に積載された記録材の残量を推定する残量推定手段と、連続して複数の記録材に画像を形成している間に、残量推定手段によって推定された使用中の積載手段における記録材の残量が所定の閾値以下になると、記録材有無検知手段が使用中の積載手段における記録材の有無を検知するための検知時間を確保すべく、使用中の積載手段に加えて他の積載手段からも記録材を搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、画像を形成する記録材を積載する複数の積載手段を備える画像形成装置の制御方法として実現できる。制御方法は、積載手段に積載された記録材の残量を推定する残量推定ステップと、連続して複数の記録材に画像を形成している間に、残量推定ステップにおいて推定された使用中の積載手段における記録材の残量が所定の閾値以下になると、積載手段における記録材の有無を検知するための検知時間を確保すべく、使用中の積載手段に加えて他の積載手段からも記録材を搬送する搬送ステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、例えば、用紙の残量が所定量以下になった場合に、印字スループットの低下を招くことなく、消耗品の無駄な消費や部品の劣化を抑制する画像形成装置及びその制御方法を提供できる。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

＜第１の実施形態＞
以下では、図１乃至図７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の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。以下では、カラー画像形成装置として、カラーレーザプリンタ１００（以下、省略して、プリンタ１００と称する。）を一例に説明する。本実施形態に係るプリンタ１００は、用紙を積載した複数の給紙口１４、２０を備え、例えば、給紙口１４から連続して複数の用紙に画像を形成している間に、使用中である給紙口１４の用紙残量が所定の閾値以下となると、給紙口２０からも用紙を搬送する。このような搬送パターンの切り替えは、後述する用紙有無検知センサ１５が給紙口１４の用紙の有無を検知するために必要となる検知時間を確保するために行われる。

プリンタ１００は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、及びブラックＢｋ用の４個の画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋを備える。各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは、それぞれ感光ドラム１を備え、各感光ドラム１上に形成された画像を中間転写体６に連続的に多重転写し、フルカラープリント画像を得る。プリンタ１００は、いわゆる４連ドラム方式（インライン）プリンタである。なお、図１では、各画像形成ステーションが主に感光ドラム１、一次帯電ローラ２、現像器５、及びクリーニング装置４を備えているため、各構成部材に同一符号を付している。

また、図１に示すように、無端状の中間転写体６は、駆動ローラ６ａ、テンションローラ６ｂ、及び二次転写対向ローラ６ｃに図中矢印方向に回転可能に張設されている。そして、各感光ドラム１は、中間転写体６の平面部分に対して直列に並置されている。

中間転写体６の回転方向に対して最上流側に配置された感光ドラム１は、回転過程で、一次帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。続いて、不図示の露光装置による画像露光３を受けることによりイエロー成分像に対応した静電潜像が形成される。露光装置には、例えば、カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタルが疎信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャンによる操作露光系などがある。

その後、当該静電潜像は、現像器（イエロー現像器）４によってイエロートナーで現像される。感光ドラム１上に形成されたイエローのトナー像は、中間転写体６との一次転写ニップ部（一次転写部）Ｎ１へ進入する。一次転写ニップ部Ｎ１では中間転写体６の裏側に可撓性電極７を接触当接させている。可撓性電極７には、各ポートで独立にバイアス印加を可能とするため、一次転写バイアス電源７ａが備えられる。中間転写体６には、１色目のポートでまずイエローのトナー像が転写され、次いで上述した工程を経たマゼンタ、シアン、ブラックの各トナー像が各ポートで多重転写される。

一方、用紙の積載手段である給紙口１４に収容された用紙Ｐが、ピックアップローラ１２によって１枚ずつ取り出され、給紙ローラ１３及び給紙ガイド１１によってレジストローラ１０まで搬送される。次いで、中間転写体６上で形成された４色フルカラー画像とタイミングを合わせて、二次転写ローラ８と二次転写対向ローラ６ｃとが形成する二次転写ニップ部（二次転写部）Ｎ２に給紙される。中間転写体６上の４色フルカラー画像は、二次転写ニップ部Ｎ２に給紙された用紙Ｐに二次転写ローラ８により一括転写され、不図示の定着装置によって溶融定着される。二次転写が行われた後、中間転写体６に残留する二次転写残トナーは、トナー回収容器９によってブレードクリーニングされ、次の作像工程に備えられる。また、以下では、用語「用紙」を、「紙」、「記録材」、又は「転写材」とも称するが、これらの用語は画像形成装置が画像を形成する媒体を示す。

また、給紙口１４の近傍には記録材有無検知手段である用紙有無検知センサ１５が配置されている。用紙有無検知センサ１５は、用紙Ｐの有り無しを検知する。ここで、図２を参照して、給紙口１４の詳細な構成について説明する。図２は、第１の実施形態に係る給紙口の構成例を示す図である。

図２に示すように、給紙口１４には、用紙の残量が残り２ｍｍ（ここでは、閾値となる。）となったことを推定するための用紙残量推定部２０３が設けられる。用紙残量推定部２０３には、給紙口１４内の底板１６にフラグ２０１が直接設けられ、本体側にはフラグ２０１を検知するフォトセンサ２０２が配置されている。また、底板１６には、積載された用紙の重みによって沈むように下部にバネが設けられている。つまり、底板１６は用紙Ｐが給紙されて用紙残量が少なくなるにつれて、当該バネの付勢力によって上昇する構成である。したがって、ある時点でフラグ２０１がフォトセンサ２０２の光路を遮断することになる。本実施形態では、この時点の用紙残量がおよそ２ｍｍとなるように構成する。なお、２ｍｍとは底板１６から積載されている用紙の上面までの距離を意味している。

次に、図３及び図４を参照して、用紙残量推定部２０３の動作について説明する。図３は、給紙口に用紙が満載されている状態を示す図である。図４は、給紙口における用紙の残量が２ｍｍになった状態を示す図である。図３に示すように、給紙口１４に用紙が満載されている状態では、フラグ２０１と、フォトセンサ２０２とが離れ、フォトセンサ２０２において光が検知できる状態となっている。一方、図４に示すように、用紙の残量が２ｍｍとなると、フラグ２０１がフォトセンサ２０２に近接し、フォトセンサ２０２においてはフラグ２０１によって光が遮断されて受光できない状態となる。本実施形態に係るプリンタ１００は、このようにフォトセンサ２０２で光が受光できない状態となったことを検知することにより、用紙の残量が少なくなったことを検知する。

しかし、本発明における用紙残量検知部は、この形態に限定されない。例えば、用紙有無検知センサ１５で検出した用紙有無情報が紙無しから紙有りに変化したタイミングから、印字を行った用紙の枚数をカウントし、当該給紙口の用紙積載可能枚数と併せて、当該給紙口内の用紙残量を推定する方法によっても代替可能である。

また、図１に示すように、プリンタ１００は、給紙口１４とは別に、給紙口１４と同様の構成を有する給紙口１９を備える。給紙口１９には、ピックアップローラ１２、給紙ローラ１８、用紙有無検知センサ２０及び底板２１を備える。また、給紙口１９には、給紙口１４と同様に用紙残量推定部が設けられてもよい。なお、給紙口１４における上記の説明は、給紙口１９においても同様に適用される。

次に、図５を参照して、プリンタ１００の制御構成について説明する。図５は、第１の実施形態に係る画像形成の制御構成を示すブロック図である。ここでは、主に本発明に係るブロックについて説明する。したがって、本発明の画像形成装置は、他のブロックを含んで構成されてもよい。

プリンタ１００は、制御構成として、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、センサ５０４、アクチュエータ５０５及びＮＶＲＡＭ５０６を備える。ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２から読み出したプログラムを実行する。プログラムを実行する過程では、一時的に記憶すべき情報をＲＡＭ５０３に格納する。プログラムの実行の際に必要であり、変化しない情報は、ＲＯＭ５０２から読み出して使用する。プリンタ１００への電源供給が停止している間も保持すべき情報は、不揮発メモリであるＮＶＲＡＭ５０６に格納される。ＣＰＵ５０１は、各種センサ５０４から取得した情報に基いて、各種アクチュエータ５０５に対して出力を行うことによって、画像形成装置を動作させる。

次に、図６を参照して、中間転写体を用いたインラインタイプのカラーレーザプリンタにおけるトナー像の移動距離と用紙の搬送距離との関係について説明する。図６は、第１の実施形態に係るトナー像の移動距離と用紙の搬送距離との関係を示す図である。以下では、プリンタ１００のプロセス速度を１２０ｍｍ／ｓｅｃとし、普通紙スループットをレターサイズ横（２１６ｍｍ）送り／２４ｐｐｍとし、画像形成間隔を８４ｍｍとする。

プリンタ１００において、１色目イエローレーザ書き出し位置Ｌ１から二次転写ニップ位置Ｔ２までの距離はＬ１−Ｔ２＝７００ｍｍとなる。一方、給紙口１４の用紙有無検知センサ１５の検知位置Ｓから二次転写ニップ位置Ｔ２までの距離はＳ−Ｔ２＝４２０ｍｍとなる。以下では、この距離をＳ１４−Ｔ２と略す。また、給紙口１９の用紙有無検知センサ２０の検知位置Ｓから二次転写ニップ位置Ｔ２までの距離はＳ−Ｔ２＝６００ｍｍとなる。以下では、この距離をＳ１９−Ｔ２と略す。したがって、いずれもＬ１−Ｔ２＞Ｓ−Ｔ２の関係となる。

用紙有無検知センサ２０は、給紙口１４、１９内の用紙である用紙Ｐに対し、給紙出口側２０ｍｍのところに配置されている。

本実施形態におけるプリンタ１００で、なんら対策を講ずることなく連続プリントを行った場合、ラスト紙検知が遅れるため、（Ｌ−Ｔ２）−（Ｓ−Ｔ２）−８４ｍｍ（画像間距離）の画像が、中間転写体６及び感光ドラム１上に形成されることとなる。これらのトナーは、すべて中間転写体６に装着されているトナー回収容器９によって回収される。

給紙口１４より上流側に配置された給紙口１９から連続印字中に、給紙口１９において用紙なしを検知した場合に、下流の給紙口１４からの給紙に切り替えることで連続印字を継続することは容易に実現できる。よって、本実施形態では、下流側の給紙口１４内で用紙残量予測を行い、用紙残量が所定の枚数を切ったと推定される時点で、給紙口１４、１９から交互に給紙する。これにより、感光ドラム１への画像形成前に対応給紙口の用紙有無を検知可能とし、画像形成後に紙無しとなることを抑制し、無駄なトナー消費を回避することができる。

これを達成するためには、給紙口１４からの印字に対する画像間距離が２８０ｍｍ以上必要となる。つまり、本実施形態においては、給紙口１４から給紙した次に給紙口１９から給紙することにより、レターサイズ横（２１６ｍｍ）＋画像形成間隔（８４ｍｍ）＞＝２８０ｍｍとなる。これにより、画像形成装置としてスループットを低下させることなく画像形成前に用紙無しを検知することを実現する。また、給紙口１４において用紙無しを検知した際に、連続印字を中断することなく、給紙口１９からの給紙に切り替えることで画像形成を継続することも可能となる。

次に、図７を参照して、給紙口を決定する制御について説明する。図７は、第１の実施形態に係る給紙口の決定制御の処理手順を示すフローチャートである。以下で説明する処理は、ＣＰＵ５０１によって統括的に制御される。

まず、ステップＳ７０１において、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４から給紙が予定されている場合に、給紙口１４の用紙残量を確認する。具体的には、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４における用紙の残量が２ｍｍ以下になっているか否かを判定する。残量が十分に残っている場合、即ち、フォトセンサ２０２からの信号が受光を示している場合には、ステップＳ７０４において、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４からの給紙に決定する。一方、用紙の残量が少ない場合、即ち、フォトセンサ２０２からの信号が受光を示していない場合には、処理をＳ７０２に進む。

ステップＳ７０２において、ＣＰＵ５０１は、前回の給紙が給紙口１４からであったのか否かを判定する。前回の給紙が給紙口１４からの給紙でない場合には、ステップＳ７０４に進み、給紙口１４からの給紙に決定する。一方、前回の給紙が給紙口１４からの給紙であった場合には、ステップＳ７０３に進み、ＣＰＵ５０１は、給紙口１９からの給紙に決定する。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、１つの給紙口から連続して用紙を搬送している間に、当該給紙口の残量が所定の閾値以下になった場合に、当該給紙口と他の給紙口とから交互に用紙を搬送する搬送パターンに切り替える。これにより、画像形成装置のスループットを低下させることなく、当該給紙口の用紙無しを検知することが可能となる。また、トナー画像の形成を開始したにも関わらず用紙無しとなることが防止されることにより、無駄なトナーの消費を回避し、トナーを回収する回収容器のサイズを低減することができる。また、用紙無し時に用紙の搬送を行うことによって生じる給紙ローラや、分離パット等の給紙構成部品の劣化を防止することができる。さらに、本実施形態では、給紙口として、カセット給紙の場合についてのみ説明したが、マルチトレイなどでも同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形が可能となる。例えば、給紙口の用紙の残量を推定するために、記録材を積載し、用紙の重みによって沈むように下部にバネを有する底板と、底板に設けられたフラグと、フラグを検知するためのセンサとを給紙口に設けてもよい。これにより、本実施形態に係る画像形成装置は、容易に当該センサがフラグを検知することにより、容易に当該給紙口における用紙の残量が閾値以下となったことを推定できる。

＜第２の実施形態＞
次に、図８乃至図１２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１００は、第１の実施形態で説明した図１及び図５の構成と同一であるため説明を省略する。本実施形態においては、スループットを低下させることなく用紙無しを検知し、用紙無しを検知した場合に、用紙がある給紙口から給紙を行うことで、無駄なトナー消費を抑制し、画像形成間隔を広げることで発生する消耗品の劣化を防止する。

まず、図８を参照して、本実施形態の給紙口１４の構成について説明する。図８は、第２の実施形態に係る給紙口の構成例を示す図である。

本実施形態に係る給紙口１４は、第１の実施形態の用紙有無検知センサ１５の代わりに、用紙有無検知センサ８０１を備える。用紙有無検知センサ８０１は、発光素子、受光素子、及び、用紙の有無状態に応じて、その光路を遮光又は透過させるメカフラグを備える。

図９は、第２の実施形態に係る用紙有無検知センサの構成を示す図である。用紙有無検知センサ８０１は、上述したように、発光素子９０１、受光素子９０２及びメカフラグ９０３を備える。給紙口１４に用紙が満載されている状態において、メカフラグ９０３は、図９に示す状態Ａのように発光素子９０１からの光路を遮断する。一方、用紙が無くなると、メカフラグ９０３は、状態Ｂのように光路から外れる。これにより、受光素子９０２は、発光素子９０１から発光された光を受光し、信号を出力する。したがって、ＣＰＵ５０１は、受光素子９０２からの信号により給紙口に積載された用紙が無くなったことを検知する。

次に、図１０を参照して、用紙の搬送状態について説明する。図１０は、第２の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。本実施形態では、例えば、給紙口１４から用紙を搬送した後に、用紙有無検知センサ８０１が給紙口１４の用紙の有無を検知するために必要となる検知時間が経過する間に、給紙口１９から搬送可能な用紙の枚数を算出し、搬送パターンを決定する。この給紙口１９から搬送可能な用紙の枚数は、後述する給紙口１４からの給紙枚数ａ（枚）に相当する。

ここでは、各パラメータを以下のように想定し、搬送パターンの決定方法について説明する。
搬送速度：ＦＳ
給紙口１４の出口からレジストローラ１０までの距離：Ｌ１４
給紙口１９の出口からレジストローラ１０までの距離：Ｌ１９
用紙有無検知センサ８０１から各給紙口出口までの距離：Ｌｅｘ
用紙有無検知センサ８０１が紙有りから紙無しに変化する際の移動時間：Ｔｏｕｔ
印字する用紙サイズの搬送方向長さ：Ｌｐ
プリンタ１００の画像形成間隔の距離：Ｌｉｍｇ
給紙口１４の給紙間隔の距離：Ｌｐｃｋ１４
画像形成枚数に対する給紙口１４からの給紙枚数（枚）：ａ
また、図１０の横軸は時間を示し、縦軸は給紙口１９からの相対距離として、搬送路上の特定位置における用紙の搬送（存在）状態を示す。

プリンタ１００のスループットを満たすためには、レジストローラ１０の位置でＬｉｍｇの間隔で通紙することが必要となる。具体的には、図１０に示す任意のｘ枚目の用紙を、ピックアップタイミング１０００−ｘ又は１００１−ｘの何れかのタイミングで給紙する必要がある。図１０のａは、給紙口１４から給紙する場合の、タイミング１００１−１を０枚目とした、画像形成枚数に対する給紙口１４からの給紙枚数（枚）を示している。

給紙口１４が給紙口１９に対して搬送方向の下流に位置することを除いて給紙口間の違いがないため、連続印字を継続しつつ給紙口１４からの用紙無しを検知することに着目して以降を説明する。

給紙口１４の用紙残量が所定値以下となった後、画像形成間隔Ｌｉｍｇを低下させることなく給紙口１４からの印字を継続し、用紙無しを検知するためには、給紙口１４からの給紙のタイミング１００１−ｘまでに用紙有無が確定している必要がある。確定しない場合には、タイミング１０００−ｘで給紙口１９から給紙することで、スループットを満たすことが必要となる。つまり、給紙口１４からのスループットを下げない連続給紙は以下の式を満たすことで実現される。
（Ｌｐｃｋ１４−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ）＞＝（Ｌ１９−Ｌ１４）……（式１）
即ち、Ｌｐｃｋ１４＞＝（Ｌ１９−Ｌ１４）−（−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ）……（式１’）
Ｌｐｃｋ１４＝ａ（Ｌｐ＋Ｌｉｍｇ）……（式２）
よって、ａ＞＝（（Ｌ１９−Ｌ１４）−（−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ））／（Ｌｐ＋Ｌｉｍｇ）
ここで、ａは２以上の整数とする。

式１の左辺は、給紙口１４の紙有無が確定してから実際に次に給紙口１４から給紙するまでの間隔を示す。また、式１の右辺は、給紙口１４と給紙口１９の間の距離を示す。したがって、左辺が右辺以上であるということは、給紙口１４で紙無しを検知してから、給紙口１９からの給紙に切り替えることが可能な距離関係であることを示す。給紙口１４の給紙間隔（距離）Ｌｐｃｋ１４の制約が明確になるように式を変形すると、式１’となる。

式２は、Ｌｐｃｋ１４がとりうる離散値に関する式である。また、式２の右辺は、ａが２以上の整数であるとすると、Ｌｐｃｋ１４が、通紙する紙の長さと画像形成間隔を加えた値の整数倍となることを示す。式１’と、式２及びａが２以上の整数である条件を満たすようにａを求めることで、多様な給紙形態、給紙口の組み合わせに対応し、連続印字を継続しつつ給紙口１４からの用紙無しを検知する搬送パターンが可能となる。例えばａが２である場合には、図１０で示すところのタイミング１００１−１で１枚目を給紙した後に、ａが２となるタイミング１００１−３で給紙が可能であることを示している。

次に、図１１を参照して、本実施形態における給紙タイミングを決定する制御について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る用紙を給紙するタイミングを決定する処理手順を示すフローチャートである。以下で説明する処理は、ＣＰＵ５０１によって統括的に制御される。

まず、ステップＳ１１０１において、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４から給紙が予定されている場合に、給紙口１４の用紙残量を確認する。具体的には、ＣＰＵ５０１は、第１の実施形態と同様に、用紙残量推定部２０３を用いて用紙の残量を確認する。残量が十分残っている場合には、ステップＳ１１０６に進み、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４からの給紙に決定する。続いて、ステップＳ１１０７において、ＣＰＵ５０１は、給紙した枚数カウンタをクリアする。

一方、Ｓ１１０１で残量が十分残っていないと判定した場合には、ステップＳ１１０２に進み、ＣＰＵ５０１は、給紙口１４からの給紙枚数（枚）ａを求める。次に、ステップＳ１１０３において、ＣＰＵ５０１は、前回の給紙で給紙枚数（枚）ａに到達したか否かを判定する。ここで、前回の給紙で給紙枚数（枚）ａに到達したと判定した場合には、ステップＳ１１０６に進み、給紙口１４からの給紙に決定し、ステップＳ１１０７において給紙した枚数カウンタをクリアする。

一方、Ｓ１１０３で前回の給紙で給紙枚数（枚）ａに到達していないと判定した場合には、ステップＳ１１０４に進み、ＣＰＵ５０１は、給紙口１９からの給紙に決定する。さらに、ステップＳ１１０５において、ＣＰＵ５０１は、枚数カウンタに１を加算する。

次に、図１２を参照して、画像形成枚数に対する給紙口１４からの給紙枚数（枚）がａ＝３となる場合について説明する。図１２は、第２の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。図１２に示す例では、図１０と比較してＬ１４の距離（レジストローラ１０と給紙口１４との距離）が短い点で異なる。

図１２では、タイミング１２０１−１で給紙口１４から給紙した後に、タイミング１２０１−３まで給紙口１４の用紙有無が確定しない。したがって、確実に連続印字を継続するためには、タイミング１２００−２及び、タイミング１２００−３において給紙口１９から給紙しておく必要がある。

図１０で説明した式１、式２、及び条件を、同様に図１２の距離関係に対して適用すると、ａ＝３が最小であることが求められる。なお、本実施形態においては、上述のパラメータを用いて搬送パターンをプリンタ１００がその都度決定する例について述べたが、搬送パターンを、プリンタを開発する段階で計算してもよい。この場合、その結果又はその計算の中間結果をプリンタの制御として組み込む場合においても、同様の制御が実現可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、給紙口の残量が所定の閾値以下になると、用紙有無を検知するための検知時間が経過するまでの間に他の給紙口から搬送可能な用紙の枚数を算出し、算出した枚数に従って搬送パターンを決定する。これにより、画像形成装置のスループットを低下させることなく、当該給紙口の用紙無しを検知することが可能となる。また、トナー画像の形成を開始したにも関わらず用紙無しとなることが防止されることにより、無駄なトナーの消費を回避し、トナーを回収する回収容器のサイズを低減することができる。また、用紙無し時に用紙の搬送を行うことによって生じる給紙ローラや、分離パット等の給紙構成部品の劣化を防止することができる。さらに、本実施形態では、給紙口として、カセット給紙の場合についてのみ説明したが、マルチトレイなどでも同様の効果を得ることができる。

なお、用紙残量が減少したことを検知した際に、用紙サイズや、用紙の種類等の互換性と、各給紙口の用紙有無を考慮して、記録材の搬送パターンを決定することが望ましい。その際に、交互給紙可能な給紙口の用紙がないと判断した場合には、特定の例外処理として、画像形成を中断したり、画像形成間隔を広げたりしてもよい。このような例外処理を実行することで、様々な用紙サイズ、用紙種類がセットされた画像形成装置においても、弊害無く最適な制御が可能となる。

また、本実施形態に係る画像形成装置は、用紙の残量が所定の閾値以下であると推定された場合の記録材の搬送パターンを予め記憶するメモリをさらに備えてもよい。これにより、記録材の搬送パターンを算出するための処理負荷を低減することができ、スループットを向上することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、図１３乃至図１６を参照して、第３の実施形態について説明する。図１３は、第３の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。以下では、カラー画像形成装置として、カラーレーザプリンタ１３００（以下、省略して、プリンタ１３００と称する。）を一例に説明する。プリンタ１３００は、プリンタ１００と比較して、中間転写体を備えていない点が異なる。また、プリンタ１３００の制御構成は、図５で説明したプリンタ１００の制御構成と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態で用いる用紙有無検知センサは、図８に示す用紙有無検知センサ８０１と同様の構成であるため説明を省略する。

プリンタ１３００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋ各色毎に一定速度で回転する感光ドラム１３０１とカラー現像器１３０４を有する画像形成部を備える。さらに、プリンタ１３００は、画像形成部で現像されたトナー像を順次転写材Ｓに多重転写するため給送部から給送された転写材Ｓを画像形成部へ順次搬送するための中間搬送ベルト１３１１を備える。トナー像が転写された転写材Ｓは、定着部１３２０へ搬送されカラー画像が定着され、排出ローラ対１３２３によって装置上面の排出トレイ１３２４へ排出される。なお、上記４色のカラー現像器を含む各プロセスカートリッジ１３０７ａ〜ｄは、プリンタエンジンに対して個別に着脱可能である。

中間搬送ベルト１３１１は、画像形成時において各現像器１３０４ａ〜ｄにより可視化された感光ドラム１３０１ａ〜ｄ上のトナー像を転写材Ｓ上に多重転写するため感光ドラム１３０１の外周速度と同期して図１３に示す矢印方向に回転する。また、給紙部から搬送された転写材Ｓは中間搬送ベルト１３１１上に静電的に保持され順次各転写部に搬送される。感光ドラム１３０１上に形成されたトナー像は、各感光ドラム１３０１ａ〜ｄに対して中間搬送ベルト１３１１を挟んで対向位置に配置された転写ローラ１３１２ａ〜ｄとの接点である転写部で中間搬送ベルト１３１１上の転写材Ｓ上に多重転写される。ここで、転写ローラ１３１２ａ〜ｄは、各感光ドラム１３０１ａ〜ｄ上のトナーを転写材Ｓに転写させるために、電圧が印加されている。中間搬送ベルト１３１１は、本体に駆動ローラ１３１３を支点とし４軸（１３１３，１３１４ａ，１３１４ｂ，１３１５）で支持され、駆動ローラ１３１３に接続された駆動モータの駆動力が伝達されて矢印方向に回転する。

次に、プリンタ１３００の画像形成動作について説明する。まず、給紙ローラ１３１８を回転させて給紙口１３１７内の転写材Ｓを一枚分離し、レジストローラ１３１９へと搬送する。一方、感光ドラム１３０１ａ〜ｄと中間搬送ベルト１３１１とは、各々所定の外周速度Ｖで回転する。

帯電器１３４９ａ〜ｄによって表面を均一に帯電された感光ドラム１３０１ａ〜ｄには、スキャナ部ａ〜ｄ１３０３により画像データに応じたレーザ照射が行われ、潜像が形成される。この潜像形成と同時に現像ローラ１３０４ａ〜ｄを駆動し、感光ドラム１３０１の帯電極性と同極性で略同電位の電圧をトナーに印加して潜像を現像する。同時に現像部の下流の転写位置で感光ドラム１３０１ａ〜ｄ上のトナー像を中間搬送ベルト１３１１上の転写材Ｓに転写する。ここで、転写部にはトナー像と逆特性の電圧が印加される。

以上の工程をそれぞれ４色のトナー像に対して別々に、かつ、転写材Ｓ上のトナー像の先端が一致するタイミングで行う。これにより、４色のトナー像を転写材Ｓ上に多重転写することでフルカラーの画像を形成することができる。フルカラー画像を転写された転写材Ｓは、中間搬送ベルト１３１１から剥離され定着部１３２０へ搬送されトナー定着を行った後に排出ローラ対１３２３を介して本体上部の排出トレイ１３２４上へ画像面を下向きにして排出され、画像形成動作を終了する。

本実施形態においては、スループットを低下させることなく用紙無しを検知することで、中間転写体を用いない構成においても、給紙間隔を広げることで発生する消耗品の劣化を防止する。さらに給紙を開始する前に確実に用紙無しを検知することで、用紙なしで給紙するために生じる給紙ローラや、分離パット等の給紙構成部品の劣化を防止すること、を目的とする。

次に、図１４を参照して、本実施形態における用紙の搬送状態について説明する。図１４は、第３の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。

ここでは、各パラメータを以下のように想定し、搬送パターンの決定方法について説明する。
搬送速度：ＦＳ、
給紙口１３１７の出口からレジストローラ１３１９までの距離：Ｌ１３１７
給紙口１３５１の出口からレジストローラ１３１９までの距離：Ｌ１３５１
用紙有無検知センサ８０１から各給紙口出口までの距離：Ｌｅｘ
用紙有無検知センサ８０１が紙有りから紙無しに変化する際の移動時間：Ｔｏｕｔ
印字する用紙サイズの搬送方向長さ：Ｌｐ
プリンタ１３００の画像形成間隔の距離：Ｌｉｍｇ
給紙口１３１７の給紙間隔の距離：Ｌｐｃｋ１３１７
画像形成枚数に対する給紙口１３１７からの給紙枚数（枚）：ａ
また、図１４の横軸は時間を示し、縦軸は給紙口１３５１からの相対距離として、搬送路上の特定位置における用紙の搬送（存在）状態を示す。

プリンタ１３００のスループットを満たすためには、レジストローラ１３１９位置でＬｉｍｇの間隔で通紙することが必要となる。具体的には、図１４に示す任意のｘ枚目の用紙を、ピックアップタイミング１４００−ｘ又は１４０１−ｘの何れかのタイミングで給紙する必要がある。図１４のａは、給紙口１３１７から給紙する場合の、タイミング１４０１−１を０枚目とした、画像形成枚数に対する給紙口１３１７からの給紙枚数（枚）を示している。

給紙口１３１７が給紙口１３５１に対して搬送方向の下流に位置することを除いて給紙口間の違いはないため、連続印字を継続しつつ給紙口１３１７からの用紙無しを検知することに着目して以降を説明する。

給紙口１３１７の用紙残量が所定値以下のとなった後、画像形成間隔Ｌｉｍｇを低下させることなく給紙口１３１７からの印字を継続し、用紙無しを検知するためには、給紙口１３１７からの給紙のタイミング１４０１−ｘまでに用紙有無が確定している必要がある。確定しない場合には、タイミング１４００−ｘで給紙口１３５１から給紙することで、スループットを満たすことが必要となる。つまり、給紙口１３１７からのスループットを下げない連続給紙は以下の式を満たすことで実現される。
（Ｌｐｃｋ１３１７−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ）＞＝（Ｌ１３５１−Ｌ１３１７）……（式３）
即ち、Ｌｐｃｋ１３１７＞＝（Ｌ１３５１−Ｌ１３１７）−（−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ）……（式３’）
Ｌｐｃｋ１３１７＝ａ（Ｌｐ＋Ｌｉｍｇ）……（式４）
よって、ａ＞＝（（Ｌ１３５１−Ｌ１３１７）−（−Ｌｐ−ＦＳ＊Ｔｏｕｔ＋Ｌｅｘ））／（Ｌｐ＋Ｌｉｍｇ）
ここで、ａは２以上の整数とする。

式３の左辺は、給紙口１３１７の紙有無が確定してから実際に次に給紙口１３１７から給紙するまでの間隔を示す。また、式３の右辺は、給紙口１３１７と給紙口１３５１の間の距離を示す。したがって、左辺が右辺以上であるということは、給紙口１３１７で紙無しを検知してから、給紙口１３５１からの給紙に切り替えることが可能な距離関係であることを示す。給紙口１３１７の給紙間隔Ｌｐｃｋ１３１７の制約が明確になるように式を変形すると、式３’となる。

式４は、Ｌｐｃｋ１３１７がとりうる離散値に関する式である。また、式４の右辺は、ａが２以上の整数であるとすると、Ｌｐｃｋ１３１７が、通紙する紙の長さと画像形成間隔を加えた値の整数倍となることを示す。式３’と、式４及びａが２以上の整数である条件を満たすようにａを求めることで、多様な給紙形態、給紙口の組み合わせに対応し、連続印字を継続しつつ給紙口１３１７からの用紙無しを検知する搬送パターンが可能となる。例えばａが２である場合には、図１４で示すところの１４０１−１で１枚目を給紙した後に、ａが２となるタイミング１４０１−３で給紙が可能であることを示している。

また、本実施形態における給紙タイミングを決定する制御については、図１１と同様であるため説明を省略する。なお、図１１のフローチャートを本実施形態に適用する場合は、給紙口１４が給紙口１３１７に相当し、給紙口１９が給紙口１３５１に相当する。 次に、図１５を用いて、画像形成枚数に対する給紙口１３１７からの給紙枚数（枚）給紙枚数（枚）がａ＝３となる場合について説明する。図１５は、第３の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。図１５に示す例では、図１４と比較してＬ１３１７の距離が短い点で異なる。

図１５では、タイミング１５０１−１で給紙口１３１７から給紙した後に、１５０１−３まで給紙口１３１７の用紙有無が確定しない。したがって、確実に連続印字を継続するためには、タイミング１５００−２及び、タイミング１５００−３において給紙口１３５１から給紙しておく必要がある。

図１４で説明した式３、式４、及び条件を、同様に図１５の距離関係に対して適用すると、ａ＝３が最小であることが求められる。なお、本実施形態においては、上述のパラメータを用いて搬送パターンをプリンタ１３００がその都度決定する例について述べたが、搬送パターンを、プリンタを開発する段階で計算してもよい。この場合、その結果又はその計算の中間結果をプリンタの制御として組み込む場合においても、同様の制御が実現可能である。

以上説明したように、本発明は、第１及び第２の実施形態と異なり、中間転写体を有しない画像形成装置であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る給紙口の構成例を示す図である。 給紙口に用紙が満載されている状態を示す図である。 給紙口における用紙の残量が２ｍｍになった状態を示す図である。 第１の実施形態に係る画像形成の制御構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るトナー像の移動距離と用紙の搬送距離との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る給紙口の決定制御の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る給紙口の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る用紙有無検知センサの構成を示す図である。 第２の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。 第２の実施形態に係る用紙を給紙するタイミングを決定する処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。 第３の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。 第３の実施形態に係る用紙の搬送状態を説明する図である。 従来の画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１：感光ドラム
２：一次帯電ローラ
３：画像露光
４：クリーニング装置
５：現像器
６：中間転写体
６ａ：駆動ローラ
６ｂ：テンションローラ
６ｃ：二次転写対向ローラ
１４、１９：給紙口
１５：用紙有無検知センサ
１６：給紙口
１９：用紙残量推定部

Claims (9)

1. 画像形成装置であって、
   画像を形成する記録材を積載する複数の積載手段と、
   前記積載手段に積載された記録材の有無を検知する記録材有無検知手段と、
   前記積載手段に積載された記録材の残量を推定する残量推定手段と、
   連続して複数の記録材に画像を形成している間に、前記残量推定手段によって推定された使用中の積載手段における記録材の残量が所定の閾値以下になると、前記記録材有無検知手段が前記使用中の積載手段における記録材の有無を検知するための検知時間を確保すべく、前記使用中の積載手段に加えて他の積載手段からも記録材を搬送する搬送手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記積載手段は、
   記録材が積載される底板と、
   前記底板に設けられたフラグと、
   前記フラグを検知するためのセンサとを備え、
   前記残量推定手段は、
   前記センサが前記フラグを検知すると、記録材の残量が所定の閾値以下であると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. 前記残量推定手段によって記録材の残量が所定の閾値以下であると推定された場合の前記搬送手段による記録材の搬送パターンを決定する決定手段をさらに備え、
   前記搬送手段は、
   前記決定手段によって決定された前記搬送パターンに従って記録材を搬送することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記決定手段は、
   前記搬送パターンとして、２つの前記積載手段から交互に記録材を搬送するパターンに決定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記決定手段は、
   所定の積載手段から記録材を搬送した後に、前記検知時間が経過するまでの間に他の積載手段から搬送可能な記録材の枚数を算出し、該算出した枚数に従って前記搬送パターンを決定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記残量推定手段によって記録材の残量が所定の閾値以下であると推定された場合の前記搬送手段による記録材の搬送パターンを予め記憶する記憶手段とをさらに備え、
   前記搬送手段は、
   前記記憶手段に記憶された前記搬送パターンに従って記録材を搬送することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
7. 前記記録材有無検知手段によって前記積載手段に記録材が無いことが検知された場合に、特定の例外処理を実行する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記特定の例外処理とは、画像形成を中断する処理、記録材が積載された他の積載手段からの搬送に切り替える処理、及び、画像形成間隔を広げる処理の少なくとも１つであることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 画像を形成する記録材を積載する複数の積載手段を備える画像形成装置の制御方法であって、
   前記積載手段に積載された記録材の残量を推定する残量推定ステップと、
   連続して複数の記録材に画像を形成している間に、前記残量推定ステップにおいて推定された使用中の積載手段における記録材の残量が所定の閾値以下になると、前記積載手段における記録材の有無を検知するための検知時間を確保すべく、前記使用中の積載手段に加えて他の積載手段からも記録材を搬送する搬送ステップと
   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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