JP2018106009A - 画像形成装置及び現像剤量の判定方法 - Google Patents

Abstract

【目的】現像剤（トナー）を用いて画像を形成する画像形成装置において、磁気センサを利用して収容ユニット内の現像剤の量を検出する際の、現像剤の量の判定精度を向上することができる画像形成装置を提供する。【構成】画像形成装置は、現像剤（トナー）を用いて画像を形成する。現像剤を収容する収容ユニット内で攪拌される現像剤の状態を検出する検出手段を有し、前記検出手段に検出される前記攪拌による変動値に基づいて前記収容ユニット内の現像剤の量を判定する。【選択図】 図５

Description

本発明は、現像剤を用いてシートに画像を形成する画像形成装置、及び現像剤量の判定方法に関する。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に形成した静電潜像を、現像器内の現像剤（トナー）を用いて現像することで、トナー画像を形成する。感光体上に形成されたトナー画像がシートに転写されることで、印刷物が生成される。このような画像形成装置では、トナーが無くなると、トナーを収容したボトル（収容ユニット）を新しいものに交換することで、継続的に印刷物を得ることができる。

操作者がボトル内のトナーの量（現像剤量）や、ボトル交換の時期を知ることができるようにするため、特許文献１では、トナーの透磁率を検出する磁気センサをボトルの外部に設けることで、ボトル内のトナーの量が判定できるようにした技術が提案されている。

特開２００２−３６５９０１号公報

上述の従来技術では、磁気センサの出力値からトナーの量を判定しているが、磁気センサの出力値は周辺環境の温度や湿度の影響を受けて変動するため、トナーの消費が進むと、図７に示すように、センサの出力値は上下しながら下がっていく。そうすると、ボトル内のトナーが空になるタイミングや、その手前のニアエンドのタイミングを判定する時に、誤検知する可能性がある。例えば、実際にはトナーがまだ充分あるにも関わらず、空が近いニアエンドと判定してしまうことがある。

本発明は、このような従来の技術に存在する課題に鑑みてなされたものであり、現像剤量の判定精度を向上させるための技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、現像剤を収容する収容ユニット内で攪拌される現像剤の状態を検出する検出手段と、前記検出手段に検出される前記攪拌による変動値に基づいて前記収容ユニット内の現像剤量を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤量の判定精度を向上させることができる。

画像形成装置の断面図である。 画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図である。 磁気センサの内部構成を表した図である。 攪拌動作中の磁気センサの出力値の変化を表した図である。 出力値の差分Ｘの変化を表した図である。 トナーの量の判定処理のフローチャートである。 従来の現像剤量の判定時の課題を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、画像形成装置の構成を示す概略断面図である。画像形成装置１００は、図１の下側（シート搬送方向上流）から上側（シート搬送方向下流）に向かって順に、シート給送部１０、画像形成部２０、定着部３０、シート排出部４０が設けられている。また、画像形成部２０、定着部３０の右側には、シート再給送部５０が設けられている。

制御部６００は、各部の動作を制御し、シートに画像を形成する。

シート給送部１０では、給送カセット１１や手差しトレイ１６に積載されたシートＰを画像形成部２０へ給送する。シート検知センサＳ１は、給送カセット１１にシートＰが収納されているかどうかを検知するセンサである。

給送カセット１１に収納されたシートＰは、ピックアップローラ１２が回転することによって分離ローラ対１３へ給送される。シートＰが重送している場合は、正転ローラと反転ローラとからなる分離ローラ対１３によって１枚に分離され、実線で示す給送パスＰＳ１に搬送される。給送パスＰＳ１に搬送されたシートＰはさらに給送ローラ対１４によって搬送され、回転を停止しているレジストローラ対１５のニップに先端が倣うことでシートＰの斜行が矯正される。

レジ前センサＳ２は、シートＰの先端がレジストローラ対１５のニップに到達するタイミングを検知する。

手差しトレイ１６からシートＰを給送する場合は、供給ローラ１７および分離パッド１８によってシートを１枚に分離して機内に引き込む。そして、供給ローラ対１９によって給送ローラ対１４に搬送され、レジストローラ対１５でシートＰの斜行が矯正される。
斜行が矯正されたシートＰは、所定のタイミングで回転するレジストローラ対１５によって画像形成部２０に搬送される。

画像形成部２０では、感光ドラム２１がその表面を帯電ローラ２２によって均一に帯電されている。レーザユニット２３から画像情報に対応したレーザ光が照射される。感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分は、帯電ローラ２２によって帯電されていた電荷が除去され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。ここで形成された静電潜像は、現像ローラ２４によって現像剤が付着されることで、現像剤像として可視化される。

収容ユニット２７に収容された現像剤は、収容ユニット２７内の攪拌部材２８が回転することで現像器２６に供給される。現像剤検知センサＳ４は、収容ユニット２７内の現像剤の量を検知する。現像剤検知センサＳ４は、例えば磁気センサで構成される。

可視化された現像剤像は、感光ドラム２１の回転によって転写ニップ部Ｎ１に搬送される。このタイミングに合わせてレジストローラ対１５からシートＰが転写ニップ部Ｎ１に搬送される。搬送されたシートＰは、転写ニップ部Ｎ１において感光ドラム２１と接触する転写ローラ２５に挟持搬送されながら、転写ローラ２５によって感光ドラム２１に形成された現像剤像が転写される。

なお、レーザユニット２３から照射されるレーザ光は、外部から送信された画像データに基づいて制御される。

次に、現像剤像が形成されたシートＰは、定着部３０へと搬送される。定着部３０では、内部に配置されたハロゲンランプ等の熱源により所定の定着温度に加熱されたアルミローラ等で構成される定着ローラ３１と、定着ローラ３１に接触して所定の圧力で定着ローラ３１を加圧する加圧ローラ３２とによって定着ニップ部Ｎ２が形成されている。現像剤像が形成されたシートＰは、定着ニップ部Ｎ２に送り込まれて、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とで挟持搬送され加熱加圧されることで、現像剤像がシートＰ上に定着される。

定着センサＳ３は、シートＰの先端が定着ニップ部Ｎ２を抜けたことを検知する。

なお、定着部３０は、定着ローラ３１で加熱する加熱ローラ方式の替わりに、セラミックヒータ等の熱源が端部レスフィルムを介して加圧ローラ３２を加圧することで定着ニップ部Ｎ２を形成し、ニップ部Ｎ２にてシートＰを挟持搬送しながら加熱加圧するオンデマンド定着方式を用いても良い。

次に、現像剤像が定着されたシートＰは、シート排出部４０へと搬送され、排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。

シートＰの両面に画像を形成する場合は、１面目に画像形成されたシートＰの先端が定着センサＳ３を抜けたあと、シートＰの後端が排出ローラ対４１を抜ける前に排出ローラ対４１を一旦停止させ、さらに排出ローラ対４１を逆回転させることで、シートＰを反転させてシート再給送部５０へ搬送する。

シート再給送部５０へ搬送されたシートＰは、再給送ローラ対５１、５２によって破線で示す再給送パスＰＳ２を搬送され、再給送ローラ対５３によってレジストローラ対１５に搬送される。そして、レジストローラ対１５によって斜行が矯正された後、転写ニップ部Ｎ１に搬送されることで、シートＰの２面目に現像剤像が形成される。その後は、１面目に画像形成したときと同様に定着ニップ部Ｎ２を搬送されることで現像剤像がシートＰに定着され、両面に画像が形成されたシートＰは排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。

図２は、画像形成装置１００の制御部６００の構成を示すブロック図である。画像形成装置全体を制御するＣＰＵ６０１は、ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３を内蔵している。ＲＯＭ６０２は、画像形成を行うための各種プログラムやデータが書き込まれた読み取り専用の記憶素子である。ＲＡＭ６０３は、書き込み、消去が可能な記憶素子であって、ＲＯＭ６０２から読み出したプログラムが保持され、シート処理の過程で発生する処理データや演算結果が随時書き込み、消去される。ＥＥＰＲＯＭ６０４は装置やユーザの設定値を保持するための記憶領域である。

ＣＰＵ６０１は外部ＰＣなどから入力された画像情報を、画像処理回路２で、レーザユニット２３が照射する照射情報に変換する。ＣＰＵ６０１は画像処理回路２を介して帯電ローラ２２を駆動し、感光ドラム２１（図１）の表面を均一に帯電する。

ＣＰＵ６０１は照射情報に従って、レーザユニット２３を駆動し、レーザ光を感光ドラム２１（図１）に照射することで画像情報に対応した静電潜像を形成し、現像剤が付着されることで現像剤像として可視化される。

ＣＰＵ６０１は、画像処理と並行して、シート検知センサＳ１によりシートＰがカセットに収納されていることが検知されていると、モータドライバ１を介して給送モータ１０１を駆動してシートＰの給送を開始する。そして、レジ前センサＳ２でシートを検知したあと、レジストローラ対１５の位置でシートＰを停止させておく。

ＣＰＵ６０１は、現像剤像が転写ニップ部Ｎ１（図１）に到達するタイミングで、シートＰが転写ニップ部Ｎ１に到達するように再び給送モータ１０１を駆動し、現像剤像をシートＰに転写させる。

ＣＰＵ６０１は、モータドライバ１を介して攪拌モータ１０３を駆動して攪拌部材２８（図１）を回転駆動させる。

ＣＰＵ６０１は、現像剤検知センサＳ４の出力値から収容ユニット２７（図１）内の現像剤の量を判定する。

ＣＰＵ６０１は、シートＰが定着部３０（図１）に到達するまでに、温度制御回路３を介して定着ローラ３１に内蔵するヒータ３３の温度が目標温度になるように制御する。ヒータ３３の温度はサーミスタ３４で検知される。

シートＰの先端が定着部３０（図１）を抜け、定着センサＳ３で検知されると、ＣＰＵ６０１は排出モータ１０２を駆動して、排出ローラ対４１（図１）を回転させ、画像が形成されたシートＰを排出トレイ４２（図１）へ排出させる。また、ＣＰＵ６０１は操作表示部６０５を介してユーザの指示を受け付けたり、画像形成装置１００の動作状態やトナーの量を通知する。

図３は現像剤検知センサＳ４の例としての磁気センサの内部構成を表した図である。現像剤としてのトナーは電気回路のインダクタンスＬと静電容量Ｃの成分に置換して表している。

磁気センサはＬＣ共振回路で構成されており、測定対象物の導体（トナー）が近付くと、導体に交錯する磁束の変化により導体には渦電流が生じ、相互誘導が起こる。この相互誘導により、共振回路のインダクタンスＬが変化したように見える。ＣＰＵ６０１は磁気センサのインダクタンスＬの値の変化をトナーの量の変化として検出する。

図４は、収容ユニット２７内の攪拌部材２８を回転駆動する撹拌動作中の磁気センサの出力値の変化を表した図である。

図４（ａ）は、攪拌部材２８を２回転させた時の磁気センサの出力値の変化を、トナーの量が６０％以下の状態について重ねて表している。

センサの出力値は、攪拌部材２８の回転周期に沿った増減があるものの、トナーの量が減るに従って平均値が下がってくるのが分かる。平均値の値は環境温度・湿度の影響を受けるため、ある環境では３０％を示していても、別の環境では１０％を示すといった可能性があり、収容ユニット２７の交換時期を誤判定する場合がある。一方、出力値の最大値と最小値の差分（変動値）は、トナーの量が減るに従って大きくなることが分かる。また、出力値の最大値と最小値の差分（変動値）は、複数の環境で測定しても同じ量だけ変化することが分かった。つまり変動値は環境の影響を受けずトナーの量に対応する。

図４（ｂ）は、トナーの量が６０％、４０％、１０％の時の、攪拌動作中の収容ユニット２７内の様子を表した模式図である。一点鎖線は磁気センサの検出範囲を表している。攪拌部材２８が回転すると、収容ユニット２７内のトナーが攪拌され、内部に対流が発生する。トナーの量が６０％までのときは、センサの検出範囲の内部のみでトナーの対流が起きるため、検出範囲の内外でトナーの出入りが少ない。よって、センサの出力値は大きく増減しない。トナーの量が４０％になると、攪拌部材２８によってセンサの検出範囲から外に掻き出されてから検出範囲内に戻るトナーが出てくるため、センサの出力値に周期的な増減が生じてくる。さらにトナーの量が１０％に達すると、センサの検出範囲内の多くのトナーが一旦外に掻き出されてから検出範囲に戻るため、センサの出力値が大きく増減する。本発明では、このように出力値の最大値と最小値の差分が、トナーの量が減るに従って大きくなるという特性に着目し、その差分に基づいて現像剤量（トナーの量）を判定することで現像剤量の判定精度を向上させるようにする。

図５は、出力値の最大値と最小値の差分Ｘの変化を、新品の収容ユニットを装着してトナーの量１００％から０％になるまで測定したグラフである。図５の測定結果によると、トナーの量１００％から６０％までは差分Ｘの変化はなく、１５ｋＨｚ以下で安定している。トナーの量が６０％以下になると差分Ｘが増加し始め、トナーの量１０％付近で４０ｋＨｚを超えピークに達し、その後は０％になるまで減少することが分かる。

図５に示す測定の結果から、本実施形態では、トナーの量１００％の状態から差分Ｘが１５ｋＨｚ以上になるまでの期間は出力値の平均値に基づいてトナーの量を判定する。次に差分Ｘが１５ｋＨｚから４０ｋＨｚに達するまでの期間は差分Ｘによる精度の良い判定が可能であるので、差分Ｘが増えるに従ってトナーの量が減るように判定する。差分Ｘが４０ｋＨｚ到達後再度４０ｋＨｚを下回るまではトナーの量は１０％であるとして、４０ｋＨｚを下回ってからトナーの量が０％になるまでの期間も差分Ｘによる精度の良い判定が可能であるので、差分Ｘが減るに従ってトナーの量が減るように判定する。これによって特にトナーの量が６０％以下になってからの判定精度を向上させるようにする。

図６はＣＰＵ６０１のトナーの量の判定処理のフローチャートである。
ＣＰＵ６０１は、磁気センサの出力値を定期的にモニタリングしている。

新しい収容ユニット２７を装着した時、ＣＰＵ６０１は、図６のフローチャートに従ってトナーの量の判定処理を開始し、トナーが空になるまで継続する。

ステップＳ１０１でＣＰＵ６０１は、磁気センサの出力値の最大値と最小値の差分Ｘを算出する。

ステップＳ１０２でＣＰＵ６０１は、差分Ｘが図５の第１の閾値（１５ｋＨｚ）を超えているかどうかを判定する。ここで、差分Ｘが第１の閾値（１５ｋＨｚ）を超えていない場合は、トナーの量は新品状態の１００％から使い始めて６０％までの期間であるので、ステップＳ１０３に進み、出力値の平均値に基づいてトナーの量を判定する。そして、差分Ｘが第１の閾値（１５ｋＨｚ）を超えるまでステップＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返す。
ステップＳ１０２において、差分Ｘが第１の閾値（１５ｋＨｚ）を超えた場合は、トナーの量６０％未満の期間に入ったことになるので、ステップＳ１０４に進み、差分Ｘが図５の第２の閾値（４０ｋＨｚ）を超えているかどうかを判定する。差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を超えていない場合は、トナーの量６０％未満１０％以上の期間であるので、ステップＳ１０５に進み、出力値の差分Ｘに基づいて、差分Ｘの値が大きいほどトナーの量が少ないと判定する。そして、差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を超えるまでステップＳ１０４〜Ｓ１０５を繰り返す。

ステップＳ１０４において、差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を超えた場合は、ステップＳ１０６に進む。

差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を超えている期間は、図５の測定結果からトナーの量は１０％前後であることが分かっているため、差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を下回るまでトナー量を１０％と判定する（ステップＳ１０７）。このとき、収容ユニット２７内のトナーはニアエンドであると操作表示部６０５に通知しても良い。

Ｓ１０６において、差分Ｘが第２の閾値（４０ｋＨｚ）を下回った場合は、ステップＳ１０８に進み、出力値の差分Ｘに基づいて、差分Ｘの値が小さいほどトナーの量が少ないと判定する。

そして、ステップＳ１０９に進み、差分Ｘが０になった場合、トナーが空になったことになるので、トナーの量の判定処理を終了する。この時、操作表示部６０５にトナーが空であることを通知しても良い。差分Ｘが０でない場合は、Ｓ１０８に戻り差分Ｘに基づく判定処理を継続する。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、現像剤検知センサ（磁気センサ）Ｓ４の出力値の最大値と最小値の差分（変動値）が、現像剤量（トナーの量）が第１の所定量以下になると現像剤量が減るに従って大きくなり、現像剤量が第２の所定量以下になると現像剤量が減るに従って小さくなるという特性に着目し、その変動値に基づいて現像剤量を判定することで、現像剤量の判定精度を向上させることできる。

２７ 収容ユニット、２８ 攪拌部材、６０１ ＣＰＵ（判定手段）、Ｓ４ 現像剤検知センサ（磁気センサ、検出手段）

Claims (8)

1. 現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、
   現像剤を収容する収容ユニット内で攪拌される現像剤の状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段に検出される前記攪拌による変動値に基づいて前記収容ユニット内の現像剤量を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記判定手段は、新しい収容ユニット装着後、前記変動値が予め決めた閾値以上になるまでは、前記検出手段の検出値の平均値に基づいて前記収容ユニット内の現像剤量を判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. 前記判定手段は、前記変動値が前記閾値以上になると、前記変動値が増えるに従って前記収容ユニット内の現像剤量が少なくなるように判定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. 前記判定手段は、前記変動値が前記閾値よりも大きい予め決めた第２の閾値以上である間は、前記収容ユニット内の現像剤量が予め決めた所定の量であると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
5. 前記判定手段は、前記変動値が前記第２の閾値以上になった後、再び前記第２の閾値を下回った場合は、前記変動値が減るに従って前記収容ユニット内の現像剤量が少なくなるように判定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記変動値は、前記検出手段の検出値の最大値と最小値の差分であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記検出手段は磁気センサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置において実行される現像剤量の判定方法であって、
   現像剤を収容する収容ユニット内で攪拌される現像剤の状態を検出する検出手段に検出される前記攪拌による変動値に基づいて前記収容ユニット内の現像剤量を判定することを特徴とする判定方法。

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