JP2012128181A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動機構を搭載せずにトナー残量を検知する。
【解決手段】複合機は、磁性トナーを収容するトナーカートリッジと、ＬＣ共振回路とＬＣ共振回路のコイル４８ｂとコンデンサ４８ａとに並列接続された磁気抵抗素子４８ｃとを有し、磁気抵抗素子４８ｃがトナーカートリッジに取り付けられている無線タグ４８と、無線タグ４８から無線信号を受信する無線タグリーダと、無線タグリーダが受信した無線信号に基づいてトナーカートリッジのトナー残量を検出する演算制御部とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

コピー機、プリンタ及び複合機などの電子写真方式の画像形成装置では、画像形成の現像剤として用いるトナーをトナーカートリッジに収容している。例えば、このトナーカットリッジ内のトナーの残量を検出する方法として、下記特許文献１には、トナーカートリッジ内のトナー残量に応じて磁石を移動させることで磁界を変化させ、この磁界の変化により無線タグの共振周波数を変化させ、この共振周波数の変化に基づいてトナー残量を検出する画像形成装置が考案されている。また、下記特許文献２には、トナーカートリッジの底近傍に設けられたコイル及びトナーカートリッジ内のトナーレベルに追従して昇降する磁性体片を有し、トナーレベルの低下に伴って磁性体片が接近して来たときのコイルのインダクタンスに基づいて、トナーカートリッジ内のトナー残量を検出するトナー残量センサと、トナー残量センサにより検出されたトナー残量を外部に送信する通信手段とを備える画像形成装置が考案されている。

特開２００９−２５４９５号公報 特開２００５−１９５８８４号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の画像形成装置では、トナーカートリッジのトナー残量を検出するために、トナー残量に応じて磁石また磁性体片を移動させる移動機構が必要である。このような移動機構をトナーカートリッジの内部または外部に取り付けると、トナーカートリッジがどうしても大きくならざるをえないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、移動機構を搭載せずにトナー残量を検知することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、画像形成装置に係る第１の解決手段として、磁性トナーを収容するトナーカートリッジと、ＬＣ共振回路と前記ＬＣ共振回路のコイルとコンデンサとに並列接続された磁気抵抗素子とを有し、前記磁気抵抗素子が前記トナーカートリッジに取り付けられている無線タグと、前記無線タグから無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号に基づいて前記トナーカートリッジのトナー残量を検出するトナー残量検出手段とを具備するという手段を採用する。

本発明では、画像形成装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記トナー残量検出手段は、前記受信手段が受信した無線信号の周波数の電圧変化量に基づいてトナー残量を検出するという手段を採用する。

本発明では、画像形成装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記トナー残量検出手段は、前記無線信号の周波数を前記受信手段に掃引させることで周波数の電圧変化量を取得し、当該電圧変化量に基づいてトナー残量を検出するという手段を採用する。

本発明では、画像形成装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記トナー残量検出手段は、磁気抵抗素子の周辺温度に基づいてトナー残量を補正するという手段を採用する。

また、本発明では、画像形成装置に係る第１の解決手段として、トナーを収容するトナーカートリッジと、ＬＣ共振回路と前記ＬＣ共振回路のコイルとコンデンサとに並列接続された圧電素子とを有し、前記圧電素子が前記トナーカートリッジ内に所定量のトナーが収容されている場合に当該トナーによって押圧されるように取り付けられている無線タグと、前記無線タグから無線信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した無線信号に基づいて前記トナーカートリッジのトナー残量を検出するトナー残量検出手段とを具備するという手段を採用する。

本発明によれば、トナーカートリッジ内の磁性トナーの残量によって抵抗が変化する磁気抵抗素子を無線タグに搭載することで、無線タグの無線信号からトナー残量を検出する。また、別の方法として、トナーカートリッジ内のトナーの残量によってインピーダンスが変化する圧電素子を無線タグに搭載することで、無線タグの無線信号からトナー残量を検出する。このように、本発明は、移動機構を搭載せずにトナー残量を検知することができる。

本発明の実施形態に係る複合機Ａの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る複合機Ａのトナーカートリッジ４７、無線タグ４８及無線タグリーダ４９の配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る複合機Ａの無線タグ４８を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る複合機Ａのトナーカートリッジ４７が受信した無線信号の周波数に応じた電圧を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る複合機（画像形成装置）Ａは、コピー機能、プリント機能、スキャン機能、ファクシミリ送信受信機能及び電子メール送信機能を併せ持つ。複合機Ａは、図１に示すように、操作表示部１、画像読取部２、画像データ記憶部３、用紙搬送画像形成部４、通信部５及び演算制御部（トナー残量検出部）６を備える。

操作表示部１は、操作キー１１及びタッチパネル１２を備えており、ユーザと複合機Ａとを関係付けるマンマシンインタフェースとして機能する。操作表示部１は、押下された操作キー１１またはタッチパネル１２に表示された操作ボタンに応じた操作指示を受け付け、操作指示を演算制御部（トナー残量検出手段）６に出力するとともに、演算制御部６の制御信号に基づいてタッチパネル１２に種々の画面を表示する。

画像読取部２は、演算制御部６から入力される制御信号に基づいてＡＤＦ（Automatic Document feeder：自動原稿送り装置）により自動給紙される原稿またはプラテンガラス上に載置された原稿用紙の画像（原稿画像）をラインセンサで読み取って原稿画像データに変換し、この原稿画像データを出力する。なお、画像読取部２は、原稿画像データを演算制御部６に出力し、一方、演算制御部６は、原稿画像データを画像データ記憶部３に記憶させる。

画像データ記憶部３は、半導体メモリまたはハードディスク装置などであり、演算制御部６から入力される制御信号に基づいて原稿画像データや、通信部５が外部のクライアントコンピュータ（図示略）から受信するプリント画像データや、通信部５がファクシミリ装置から受信したファクシミリ画像データを記憶する。

用紙搬送画像形成部４は、演算制御部６の制御の下、給紙カセット４４（図１参照）内に収容された記録用紙を搬送し、画像データ記憶部３に記憶されている画像データに基づいて記録用紙にトナー画像を形成するものであり、図１に示すように、各色（Ｋ，Ｙ，Ｃ，Ｍ）に対応するトナーからなる画像を形成する画像形成ユニット４１、中間転写ベルト４２、１次転写ローラ４３、給紙カセット４４、ピックアップローラ４５、搬送ローラ対４６、トナーカートリッジ４７、無線タグ４８、無線タグリーダ（受信手段）４９、２次転写ローラ５０、定着ローラ対５１、排紙ローラ５２及び排紙トレイ５３から構成されている。

各画像形成ユニット４１は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色に対応するトナーからなる画像を形成するものであり、複合機Ａの正面から視て水平方向に所定間隔で配置され、図１に示すようにそれぞれ感光体ドラム４１ａと、帯電部４１ｂと、レーザスキャニングユニット４１ｃと、現像ユニット４１ｄと、クリーナ４１ｅとを備えている。

感光体ドラム４１ａは、静電潜像に基づいて形成されたトナー画像を周面に担持する円筒部材からなり、複合機Ａの正面から視て奥行き方向に延在して配置され、演算制御部６の制御の下、モータ等の速度調整が可能な駆動源（図示なし）により画像形成時に周面方向に回転する。
帯電部４１ｂは、感光体ドラム４１ａに対して対向配置され、演算制御部６の制御の下、感光体ドラム４１ａの周面を帯電状態にするものである。
レーザスキャニングユニット４１ｃは、演算制御部６の制御の下、レーザ光を帯電状態の感光体ドラム４１ａの周面に照射することで静電潜像を形成するものである。

現像ユニット４１ｄは、トナーカートリッジ４７から供給された磁性トナーを内部に収容し、演算制御部６の制御の下、感光体ドラム４１ａの周面に対してトナーを供給することによって感光体ドラム４１ａの周面上に静電潜像に基づくトナー画像を形成（現像）するものである。
クリーナ４１ｅは、演算制御部６の制御の下、感光体ドラム４１ａから記録用紙にトナー画像が転写された後に、感光体ドラム４１ａに残存するトナーを除去する。

中間転写ベルト４２は、画像形成ユニット４１に接するように設けられ、画像形成ユニット４１に形成されたトナー画像が１次転写されるものである。
１次転写ローラ４３は、中間転写ベルト４２を挟むように画像形成ユニット４１に対向配置されており、演算制御部６の制御の下、回転駆動されながら電圧を中間転写ベルト４２に印加することにより画像形成ユニット４１の感光体ドラム４１ａから中間転写ベルト４２にトナー画像を１次転写させる。

給紙カセット４４は、トナー画像が形成される記録用紙の束を収容する容器である。
ピックアップローラ４５は、給紙カセット４４上において所定の高さで軸支され、モータ（不図示）等の駆動源により回転駆動され、給紙カセット４４に収容される記録用紙束の最上部に接触され、最上部の記録用紙をピックアップして搬送ローラ対４６に搬送する。
搬送ローラ対４６は、モータ（不図示）等の駆動源により回転駆動され、ピックアップローラ４５によりピックアップされた記録用紙を２次転写ローラ５０に向けて搬送する。

トナーカートリッジ４７は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫの各色に対応する画像形成ユニット４１の現像ユニット４１ｄに補給する磁性トナーＴを収容するものであり、各画像形成ユニット４１の現像ユニット４１ｄに着脱自在に装着されている。トナーカートリッジ４７の側面には、図２に示すように、無線タグ４８が取り付けられている。なお、このトナーカートリッジ４７のトナー供給口４７ａは、図２に示すように、下側に付いている。つまり、トナーカートリッジ４７の磁性トナーＴは、現像ユニット４１ｄに供給されると、下方向に減っていく。

無線タグ４８は、図２に示すように、無線タグリーダ４９に対向するようにトナーカートリッジ４７の側面にとりつけられており、図３に示すように、演算制御部６から無線タグリーダ４９を介して入力される電力を用いてトナーカートリッジ４７内の磁性トナーＴのトナー残量に応じた無線信号を無線タグリーダ４９に送信するものである。このような無線タグ４８は、図２及び図３に示すように、コンデンサ４８ａ、コイル４８ｂ、磁気抵抗素子４８ｃ及び抵抗素子４８ｄから構成されている。

コンデンサ４８ａは、コイル４８ｂと、直列接続されている磁気抵抗素子４８ｃ及び抵抗素子４８ｄと並列接続され、コイル４８ｂとともにＬＣ共振回路を構成している。
コイル４８ｂは、コンデンサ４８ａと、直列接続されている磁気抵抗素子４８ｃ及び抵抗素子４８ｄと並列接続され、コンデンサ４８ａとともにＬＣ共振回路を構成している。

磁気抵抗素子４８ｃは、抵抗素子４８ｄに直列接続されるとともに、コンデンサ４８ａとコイル４８ｂと並列接続され、コンデンサ４８ａ、コイル４８ｂ及び抵抗素子４８ｄとともにＬＣＲ共振回路を構成している。この磁気抵抗素子４８ｃは、磁界により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果 を利用した半導体素子である。具体的には、磁気抵抗素子４８ｃは、有磁界時には、電気抵抗が上がり、無磁界時には、電気抵抗が下がる。また、磁気抵抗素子４８ｃは、図２に示すように、トナーカートリッジ４７の側面、つまりトナーカートリッジ４７の磁性トナーＴの減少方向に沿って取り付けられている。磁気抵抗素子４８ｃは、このように取り付けられることで、磁性トナーＴの磁場の影響を大きく受け、磁性トナーＴの減少に伴って抵抗値が下がる。

抵抗素子４８ｄは、磁気抵抗素子４８ｃに直列接続されるとともに、コンデンサ４８ａとコイル４８ｂと並列接続され、コンデンサ４８ａ、コイル４８ｂ及び磁気抵抗素子４８ｃとともにＬＣＲ共振回路を構成している。抵抗素子４８ｄは、磁気抵抗素子４８ｃよりも大きな固定の抵抗値を有する抵抗素子であり、抵抗値の小さい磁気抵抗素子４８ｃだけでは、無線タグ４８の無線信号の電界強度が小さくなってしまために設置されている。

図１に戻り、２次転写ローラ５０は、演算制御部６の制御の下、駆動源によって回転駆動されながら電圧を記録用紙に印加することにより中間転写ベルト４２と２次転写ローラ５０との間に搬送される記録用紙に中間転写ベルト４２上のトナー画像を２次転写させる。

定着ローラ対５１は、内部にヒータを備えた加熱ローラと、加熱ローラに圧接される圧接ローラとから構成され、２つのローラでトナー画像が転写された記録用紙を挟持搬送することで記録用紙を加熱及び加圧して、トナー画像を記録用紙上に定着させる。
排紙ローラ５２は、モータ（不図示）により回転駆動され、定着ローラ対５１から搬送された記録用紙を排紙トレイ５３に排出する。
排紙トレイ５３は、排紙ローラ５２により排出された記録用紙を受け取るトレイである。

通信部５は、演算制御部６の制御信号に基づいて電話回線を介して外部の複合機あるいはファクシミリ装置、またローカルエリアネットワークを介してクライアントコンピュータなどと通信を行うものである。すなわち、この通信部５は、イーサネット（登録商標）などのＬＡＮ規格に準拠した通信機能と、Ｇ３などのファクシミリ規格に準拠した通信機能とを兼ね備えたものである。通信部５は、例えば、電子メールの送信またはファクシミリの送受信を行うことができる。

演算制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び上述の各部と信号の入出力を行うインタフェース回路などから構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて複合機Ａの全体動作を制御する。なお、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムには、トナー残量検出プログラムが含まれており、演算制御部６はこのトナー残量検出プログラムに基づいてトナーカートリッジ４７のトナー残量を報知する。なお、演算制御部６が実行する処理の詳細については、以下に複合機Ａの動作として説明する。

次に、上記構成の本実施形態に係る複合機Ａの動作について説明する。
複合機Ａにおいて、演算制御部６は、常時、無線タグ４８に無線信号を送信させ、無線タグリーダ４９に無線信号を受信させる。演算制御部６は、無線タグリーダ４９が受信した受信信号の周波数の電圧変化量を取得する。つまり、演算制御部６は、無線信号の周波数を無線タグリーダ４９に掃引させることで周波数の電圧変化量を取得する。

周波数の電圧変化量とは、図４に示す共振ピークｆｐの傾きである。また、周波数の電圧変化量は、無線タグ４８のＱ値に対応している。この周波数の電圧変化量は、磁気抵抗素子の抵抗値、すなわちトナー残量に応じて変化する。演算制御部６は、これを利用して、無線タグリーダ４９が受信した無線信号の周波数の電圧変化量に基づいてトナーカートリッジ４７のトナー残量を検出する。

以上のように、本実施形態は、トナーカートリッジ４７内の磁性トナーの残量によって抵抗が変化する磁気抵抗素子４８ｃを無線タグ４８に搭載することで、無線タグ４８の無線信号からトナー残量を検出する。このように、本実施形態は、移動機構を搭載せずにトナー残量を検知することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態は、無線タグ４８に磁気抵抗素子４８ｃを搭載したが、本発明はこれに限定されない。例えば、磁気抵抗素子４８ｃの代わりに、圧力に応じてインピーダンスが変化する圧電素子を搭載するようにしてもよい。この場合、トナー残量に応じて圧電素子に加わる圧力が変わるようするために、圧電素子は、トナーカートリッジ４７内に所定量のトナーが収容されている場合に当該トナーによって押圧されるように取り付けられる。具体的には、トナーカートリッジ４７の側面に穴を空け、その穴に圧電素子を嵌めこみ、トナーが充填されている場合には、トナーにより圧電素子が押圧され、トナーが少ない場合には、トナーにより圧電素子が押圧されないようにする。

（２）上記実施形態のける磁気抵抗素子４８ｃは、周辺温度によりその抵抗特性が変化する。そのため、演算制御部６は、磁気抵抗素子４８ｃの周辺温度と、予め記憶した温度に応じた磁気抵抗素子４８ｃの補正係数とに基づいてトナー残量を補正するようにしてもよい。

Ａ…複合機、１…操作表示部、２…画像読取部、３…画像データ記憶部、４…用紙搬送画像形成部、５…通信部、６…演算制御部、４１…画像形成ユニット、４２…中間転写ベルト、４３…１次転写ローラ、４４…給紙カセット、４５…ピックアップローラ、４６…搬送ローラ対、４７…トナーカートリッジ、４８…無線タグ、４９…無線タグリーダ、５０…２次転写ローラ、５１…定着ローラ対、５２…排紙ローラ、５３…排紙トレイ、４１ａ…感光体ドラム、４１ｂ…帯電部、４１ｃ…レーザスキャニングユニット、４１ｄ…現像ユニット、４１ｅ…クリーナ、４７ａ…トナー供給口、４８ａ…コンデンサ、４８ｂ…コイル、４８ｃ…磁気抵抗素子、４８ｄ…抵抗素子

Claims (5)

1. 磁性トナーを収容するトナーカートリッジと、
   ＬＣ共振回路と前記ＬＣ共振回路のコイルとコンデンサとに並列接続された磁気抵抗素子とを有し、前記磁気抵抗素子が前記トナーカートリッジに取り付けられている無線タグと、
   前記無線タグから無線信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した無線信号に基づいて前記トナーカートリッジのトナー残量を検出するトナー残量検出手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー残量検出手段は、前記受信手段が受信した無線信号の周波数の電圧変化量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に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー残量検出手段は、前記無線信号の周波数を前記受信手段に掃引させることで周波数の電圧変化量を取得し、当該電圧変化量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２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー残量検出手段は、磁気抵抗素子の周辺温度に基づいてトナー残量を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. トナーを収容するトナーカートリッジと、
   ＬＣ共振回路と前記ＬＣ共振回路のコイルとコンデンサとに並列接続された圧電素子とを有し、前記圧電素子が前記トナーカートリッジ内に所定量のトナーが収容されている場合に当該トナーによって押圧されるように取り付けられている無線タグと、
   前記無線タグから無線信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した無線信号に基づいて前記トナーカートリッジのトナー残量を検出するトナー残量検出手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。