JP2020034780A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段100と、現像剤を収容する収容容器Tと、収容容器から現像手段へ現像剤を補給するために収容容器を回転させる駆動手段103、115と、収容容器の近傍に収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部116と、複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段106と、複数の検出値に基づいて収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、複数の検出値および閾値に基づいて境界位置を判断し、境界位置に基づいて収容容器の中の現像剤量を算出する制御部50と、を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、収容容器に収容された現像剤量を検出することができる画像形成装置に関する。
従来、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置において、現像剤量検出手段は、現像剤収容容器に収容された現像剤量を逐次検出する。現像剤量検出手段は、現像剤収容容器から現像剤を排出させた回数をカウントしたり、印刷する画像データから現像剤消費量を予測したりして、現像剤量を検出する。また、検出誤差が少ないことから、静電容量センサを用いた現像剤量検出手段も用いられている。特許文献1は、静電容量センサを用いた現像剤量検出手段を開示している。特許文献1の現像剤量検出手段は、現像剤収容容器に収容された現像剤に接触する第一の電極と現像剤に接触しない第二の電極を有しており、それぞれの電極が現像剤収容容器に設けられている。第一の電極から発生した静電容量は現像剤量を検出する役目を持ち、第二の電極から発生した静電容量は環境による出力の変化を検出する役目を持ち、第二電極の出力結果を基準とし、第一電極の検出結果から現像剤量が算出される。
しかしながら、現像剤と接触して現像剤量を検出する現像剤量検出手段は、交換ユニットである現像剤収容容器に検出電極及び電気的インターフェースが配置されているのでランニングコストが高くなるという問題がある。この問題を解決するために、検出電極及び電気的インターフェースを画像形成装置の本体に配置することによってランニングコストを低減することができる。しかし、現像剤収容容器自体が環境変化によって受ける影響を無視できないので、検出電極の検出結果に対する環境変化の影響を補正する必要がある。そのため、現像剤収容容器を検出できるように画像形成装置の本体に環境補正電極を配置すると、環境補正電極は現像剤収容容器内の現像剤も検出してしまう。そうすると、環境補正電極の検出結果に対する環境変化の影響と現像剤量の変化の影響を区別することができない。その結果、画像形成装置の本体に設けられた環境補正電極の検出結果に基づいて環境補正を行うことが困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出することができる画像形成装置を提供する。
本発明の一実施例による画像形成装置は、
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力された前記複数の検出値に基づいて前記収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、前記複数の検出値および前記閾値に基づいて前記境界位置を判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする。
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力された前記複数の検出値に基づいて前記収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、前記複数の検出値および前記閾値に基づいて前記境界位置を判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
(画像形成装置)
図1は、画像形成装置200の構成図である。図1(a)は、画像形成装置200の内部構成を示す。図1(b)は、画像形成装置200の外観を示す。画像形成装置200は、電子写真方式によりカラー画像を形成するプリンタ、複写機、複合機、ファクシミリ等により実現可能である。画像形成装置200は、4つの画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdを中間転写ベルト7上に並べて配置した、いわゆる中間転写タンデム方式の画像形成装置である。
図1は、画像形成装置200の構成図である。図1(a)は、画像形成装置200の内部構成を示す。図1(b)は、画像形成装置200の外観を示す。画像形成装置200は、電子写真方式によりカラー画像を形成するプリンタ、複写機、複合機、ファクシミリ等により実現可能である。画像形成装置200は、4つの画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdを中間転写ベルト7上に並べて配置した、いわゆる中間転写タンデム方式の画像形成装置である。
画像が形成されるシート等の記録材Sは、記録材収納庫60内に積載されており、画像形成部Pa〜Pdによる画像形成のタイミングに応じて、摩擦分離方式を採用した給送ローラ61により給送される。給送ローラ61は、搬送パスを介して記録材Pをレジストレーションローラ62へ搬送する。レジストレーションローラ62は、記録材Sの斜行を補正し、タイミングを調整して二次転写部T2へ記録材Sを搬送する。
画像形成装置200は、記録材S上に画像を形成する。画像形成部Pa〜Pdは、トナー像を形成する。画像形成部Pa〜Pdは、感光体1a、1b、1c、1d、帯電器2a、2b、2c、2d、露光器3a、3b、3c、3d、現像器100a、100b、100c、100d及び一次転写部T1a、T1b、T1c、T1dを備える。画像形成部Pa〜Pdは、更に、感光体クリーナ6a、6b、6c、6dを備える。本実施例において、感光体1a〜1dは、回転可能な感光ドラムである。帯電器2a〜2dは、回転する感光体1a〜1dの表面を一様に帯電させる。露光手段としての露光器3a〜3dは、一様に帯電された感光体1a〜1dの表面に、画像情報に従って変調された光を照射し、感光体1a〜1dの表面上に静電潜像を形成する。
現像手段としての現像器100a〜100dは、感光体1a〜1dの表面上に形成された静電潜像を現像剤で現像し、現像剤像を形成する。本実施形態では、現像剤としてトナーを用いる。現像器100a〜100dは、静電潜像が形成された感光体1a〜1dにトナーを付着させて現像し、トナー像を形成する。一次転写部T1a〜T1dは、所定の加圧量及び静電的負荷バイアスが与えられ、感光体1a〜1dから中間転写ベルト7へトナー像を転写する。この際、感光体1a〜1dの各々に形成されたトナー像は、中間転写ベルト7へ重畳するように転写される。
画像形成部Paは、イエローのトナー像を生成する。画像形成部Pbは、マゼンタのトナー像を生成する。画像形成部Pcは、シアンのトナー像を生成する。画像形成部Pdは、ブラックのトナー像を生成する。但し、形成されるトナー像の色数は、4色に限定されるものではない。本実施形態の現像器100a〜100dは、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を収容するが、磁性トナー又は非磁性トナーのみの一成分現像剤であってもよい。
中間転写ベルト7には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が重畳して転写されることで、フルカラーのトナー像が形成される。転写後に感光体1a〜1dに残留するトナーは、感光体クリーナ6a〜6dにより回収される。現像器100a〜100dは、内部に収容するトナーの量が所定量よりも低下すると、現像器100a〜100dへ補給するトナー(現像剤)を収容するトナー収容容器(現像剤収容容器)としてのトナーボトルTa〜Tdからトナーが補給される。
中間転写ベルト7は、中間転写ベルトフレーム(不図示)に設けられ、二次転写内ローラ8、テンションローラ17及び二次転写上流ローラ18によって張架される無端ベルトである。中間転写ベルト7は、二次転写内ローラ8、テンションローラ17及び二次転写上流ローラ18により矢印R7方向に回転される。フルカラーのトナー像が形成された中間転写ベルト7は、回転することで二次転写部T2へトナー像を搬送する。
中間転写ベルト7に形成されたトナー像及び記録材Sは、それぞれ二次転写部T2で合致するタイミングで搬送される。二次転写部T2は、対向して配置される二次転写内ローラ8及び二次転写外ローラ9により形成される転写ニップ部であり、所定の加圧力及び静電的負荷バイアスを与えることで記録材S上にトナー像を吸着させる。このように二次転写部T2は、中間転写ベルト7上のトナー像を記録材Sへ転写する。転写後に中間転写ベルト7に残留するトナーは、転写クリーナ11により回収される。
トナー像が転写された記録材Sは、二次転写外ローラ9により二次転写部T2から定着器13へ搬送される。定着器13は、対向するローラにより形成される定着ニップ内で記録材Sに所定の圧力及び熱量を与えて記録材S上にトナー像を溶融固着させる。定着器13は、熱源となるヒータを備え、常に最適な温度が維持されるように制御される。トナー像が定着された記録材Sは、排出トレイ63上へ排出される。両面画像形成の場合、記録材Sは、反転搬送機構により反転してレジストレーションローラ62へ搬送される。
画像形成装置200は、トナーボトルTa〜Tdの格納部を開閉するための扉80を備える。扉80は、画像形成装置200の前面に配置される。図1(b)は扉80が閉じられた状態を表す。扉80は、トナーボトルTa〜Tdの交換時に開けられる。トナーボトルTa〜Tdは、画像形成装置200の本体200Aに着脱可能である。扉80が開かれて、画像形成装置200の本体200Aの装着部40a、40b、40c、40dから使用されたトナーボトルTa〜Tdが取外され、新たなトナーボトルTa〜Tdが装着部40a、40b、40c、40dに装着され、扉80が閉じられる。
(制御部)
以上の画像形成プロセス及び記録材Sの搬送プロセスは、制御部50により動作制御される。図2は、制御部50の構成図である。図2は、制御部50の構成のうち、トナーの補給機構を制御する構成を示している。制御部50の構成のうち、画像形成プロセス及び搬送プロセスを行う構成についての詳細は、図2から省略されている。トナーの補給機構の制御は、通常のトナーの補給動作制御、トナー量検出制御及びトナーボトルの挿抜検出制御がある。以下、トナーボトルTa〜Tdを区別せず、トナーボトルTとする。
以上の画像形成プロセス及び記録材Sの搬送プロセスは、制御部50により動作制御される。図2は、制御部50の構成図である。図2は、制御部50の構成のうち、トナーの補給機構を制御する構成を示している。制御部50の構成のうち、画像形成プロセス及び搬送プロセスを行う構成についての詳細は、図2から省略されている。トナーの補給機構の制御は、通常のトナーの補給動作制御、トナー量検出制御及びトナーボトルの挿抜検出制御がある。以下、トナーボトルTa〜Tdを区別せず、トナーボトルTとする。
制御部50は、トナーボトルTを回転させるトナーボトル駆動モータ115、トナーボトルの回転を検出する回転センサ203及び現像器100内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ119に電気的に接続されている。制御部50は、更に、扉80の開閉を検出する扉開閉センサ118及びトナーボトルTに設けられたEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)117に電気的に接続されている。制御部50は、更に、ユーザに情報を表示するユーザインターフェース(以下、UIという)120に電気的に接続されている。
制御部50は、トナーボトル駆動モータ115の駆動制御を行うことで、トナーボトルTの回転を制御する。トナーボトルTは、それの回転が制御されてトナーを現像器100へ補給する。制御部50は、回転センサ203を駆動し、その検出結果を取得する。制御部50は、トナー濃度センサ119を駆動し、その検出結果を取得する。制御部50は、扉開閉センサ118を駆動し、その検出結果を取得する。制御部50は、トナー量センサ116を駆動し、その検出結果を取得する。制御部50は、これらのセンサの検出結果により、トナーの補給動作制御、トナー量検出制御及びトナーボトルの挿抜検出を行う。制御部50は、現像剤量検出手段としてのトナー量センサ116の検出結果に基づいて、トナーボトルTの中に残っているトナー残量(以下、トナー量という)を検出する。制御部50は、検出したトナーボトルT内のトナー量(現像剤量)をUI120に表示する。制御部50は、トナーボトルTに設けられた記憶部としてのEEPROM117にトナーボトルTの補給数及びトナーボトルT内のトナー量を記憶する。補給数は、トナーボトルTの使用が開始されてからのトナーボトルTの回転によってトナーボトルTから現像器100へトナーを補給する補給動作を実行した回数の累積値である。
制御部50は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)112及びRAM(Random Access Memory)113を備える。CPU101は、ROM112から制御プログラムを読み込み、RAM113を作業領域に用いて実行することで画像形成装置200による画像形成プロセス、搬送プロセス等の動作を制御する。制御部50は、更に、ASIC102、モータ駆動部103、回転センサ出力検出部104、回転センサ駆動部105、トナー量センサ出力検出部106及びトナー量センサ駆動部107を備える。制御部50は、更に、トナー濃度センサ出力検出部108、トナー濃度センサ駆動部109、開閉センサ出力検出部110、開閉センサ駆動部111及びコントローラ114を備える。
ASIC(Application Specific Integrated Circuit)102は、トナーボトルTa〜Tdによる現像器100a〜100dへのトナーの補給動作にかかわる機能を実現する専用のハードウェアである。モータ駆動部103は、ASIC102を介してCPU101から入力されるモータ駆動信号に応じて、トナーボトル駆動モータ115の駆動力を制御しつつ駆動する。モータ駆動信号は、トナーの補給を指示する補給指示信号である。モータ駆動部103は、モータ駆動信号に応じて論理変化するモータ駆動電圧をトナーボトル駆動モータ115に印加することで、トナーボトル駆動モータ115を駆動する。トナーボトル駆動モータ115は、トナーの補給時にトナーボトルTを回転させる。トナーボトルTは、トナーボトル駆動モータ115により回転されることによって、1ストロークのトナーの補給動作を行い、所定量のトナーを排出して現像器100へ供給する。ASIC102、モータ駆動部103及びトナーボトル駆動モータ115は、トナーボトルTの駆動制御を行うトナーの補給機構を形成する。モータ駆動部103及びトナーボトル駆動モータ115は、トナーボトルTから現像器100へトナーを補給するためにトナーボトルTを回転させる駆動手段である。
回転センサ駆動部105は、ASIC102の制御に応じて回転センサ203に駆動電圧を供給する。回転センサ203は、発光部及び受光部を備えた光学センサである。回転センサ203は、回転センサ駆動部105から供給される駆動電圧により発光部が発光し、受光部が発光部から出射された光を受光する。回転センサ203は、受光量に応じて検出信号を出力する。回転センサ203は、トナーボトルTの回転により発光部と受光部との間が遮蔽されるように設けられる。詳細は後述するが、トナーボトルTは外周の一部に突起220を有している。トナーボトルTの回転位相に応じてこの突起220がフラグ204を押し上げ、フラグ204により回転センサ203の発光部と受光部との間が遮蔽される。回転センサ203は、トナーボトルTの回転によりフラグ204が受光部を遮蔽すると受光部の受光量が閾値未満になる。フラグ204が受光部を遮蔽しない位置に移動すると、受光部の受光量が閾値以上になる。
回転センサ出力検出部104は、回転センサ203の検出信号を受信し、この検出信号に応じた出力信号を、ASIC102を介してCPU101へ送信する。例えば、回転センサ出力検出部104は、回転センサ203の受光部の受光量が閾値以上のときの検出信号に応じてローレベルの出力信号をASIC102へ送信する。回転センサ出力検出部104は、回転センサ203の受光部の受光量が閾値未満のときの検出信号に応じてハイレベルの出力信号をASIC102へ送信する。すなわち、回転センサ出力検出部104は、トナーボトルTのフラグ204が受光部を遮蔽しない位置にあればローレベルの出力信号を出力し、遮蔽する位置にあればハイレベルの出力信号を出力する。CPU101は、回転センサ203の検出結果を回転センサ出力検出部104からの出力信号として取得する。
トナー量センサ駆動部107は、CPU101の制御に応じてトナー量センサ116へ駆動電圧を供給する。トナー量センサ116は、複数の銅箔パターン(以下、電極という)及び静電容量センサICによって構成される。トナー量センサ116へ駆動電圧が印加されると、電極間に電界が発生し、電界内の誘電率に応じて電極間の静電容量が変化する。トナー量センサ116内の静電容量センサICは、電極間の静電容量に応じた検出信号を出力する。詳細は後述するが、トナー量センサ116はトナーボトルTの周囲に配置されている。電界内のトナー量に応じて誘電率が変化し、これに応じて電極間の静電容量も変化する。トナー量センサ116の電極間の静電容量はトナーボトルT内のトナー量と相関関係があるように構成されている。
静電容量検出手段としてのトナー量センサ出力検出部106は、トナー量センサ116の検出信号を受信し、検出信号に応じたアナログ信号(検出値)をCPU101へ送信する。CPU101は、トナー量センサ116の検出結果をトナー量センサ出力検出部106からのアナログ信号として取得し、取得した複数のアナログ信号(複数の検出値)に基づきトナーボトルT内のトナー層と空気層の境界を特定する。CPU101は特定したトナー層と空気層の境界の位置に応じてトナーボトルT内のトナー量を算出する。
トナー濃度センサ駆動部109は、CPU101の制御に応じてトナー濃度センサ119に駆動電圧を供給する。トナー濃度センサ119は、現像剤の透磁率を検出することで現像剤中のトナーの割合を検出する磁気センサである。トナー濃度センサ119は、トナー濃度センサ駆動部109から供給される駆動電圧によって現像剤の透磁率を検出し、検出した透磁率に応じて検出信号を出力する。トナー濃度センサ出力検出部108は、トナー濃度センサ119の検出信号を受信し、この検出信号に応じたアナログ信号をCPU101へ送信する。CPU101は、トナー濃度センサ119の検出結果をトナー濃度センサ出力検出部108からのアナログ信号として取得し、取得したアナログ値に基づき現像器100内のトナー濃度を算出する。
開閉センサ駆動部111は、CPU101の制御に応じて扉開閉センサ118に駆動電圧を供給する。扉開閉センサ118は、発光部及び受光部を備えた光学センサである。扉開閉センサ118は、開閉センサ駆動部111から供給される駆動電圧により発光部が発光し、受光部が発光部から出射された光を受光する。扉開閉センサ118は、受光量に応じて検出信号を出力する。画像形成装置200は、扉80が閉じられた状態で扉開閉センサ118の発光部と受光部との間を遮蔽するフラグ(不図示)を備える。そのために扉開閉センサ118は、扉80が閉じられていると受光部の受光量が閾値未満になる。扉80が開けられると、フラグによる遮蔽がなくなるために、受光部の受光量が閾値以上になる。
開閉センサ出力検出部110は、扉開閉センサ118の検出信号を受信し、この検出信号に応じた出力信号をCPU101へ送信する。例えば、開閉センサ出力検出部110は、扉開閉センサ118の受光部の受光量が閾値以上のときの検出信号に応じてローレベルの出力信号をCPU101へ送信する。開閉センサ出力検出部110は、扉開閉センサ118の受光部の受光量が閾値未満のときの検出信号に応じてハイレベルの出力信号をCPU101へ送信する。すなわち、開閉センサ出力検出部110は、トナーボトルTの格納部の扉80が開いていればローレベルの出力信号を出力し、閉じていればハイレベルの出力信号を出力する。CPU101は、扉開閉センサ118の検出結果を開閉センサ出力検出部110からの出力信号として取得する。
(トナーボトル)
図3は、トナーボトルTの構成説明図である。図3(a)は、トナーボトルTの外観を示す図である。図3(b)及び図3(c)は、トナーボトルTのキャップ部の内部の説明図である。トナーボトルTは、トナーを収容する収容部207、トナーボトル駆動モータ115から駆動ギア223を介して回転駆動力が伝達される駆動伝達部206、及びキャップ部222を備える。収容部207とキャップ部222とは、駆動伝達部206を介して連通する。収容部207は、内側に向けて螺旋状の凸部205が設けられる。収容部207と駆動伝達部206とは連結されており、駆動伝達部206が回転すると、収容部207も一体となって回転する。キャップ部222は、トナーを排出する排出口211を有する排出部212、排出部212内のトナーを排出口211から排出するためのポンプ部210及びポンプ部210を伸縮させる往復動部材213を備える。
図3は、トナーボトルTの構成説明図である。図3(a)は、トナーボトルTの外観を示す図である。図3(b)及び図3(c)は、トナーボトルTのキャップ部の内部の説明図である。トナーボトルTは、トナーを収容する収容部207、トナーボトル駆動モータ115から駆動ギア223を介して回転駆動力が伝達される駆動伝達部206、及びキャップ部222を備える。収容部207とキャップ部222とは、駆動伝達部206を介して連通する。収容部207は、内側に向けて螺旋状の凸部205が設けられる。収容部207と駆動伝達部206とは連結されており、駆動伝達部206が回転すると、収容部207も一体となって回転する。キャップ部222は、トナーを排出する排出口211を有する排出部212、排出部212内のトナーを排出口211から排出するためのポンプ部210及びポンプ部210を伸縮させる往復動部材213を備える。
駆動伝達部206は、突起部220及びカム溝214が形成される。カム溝214は、駆動伝達部206の回転方向に一周にわたって形成される。カム溝214及び突起部220は、駆動伝達部206と一体に回転する。トナーボトル駆動モータ115が駆動ギア223を介して駆動伝達部206を回転させると、収容部207も従動して回転する。収容部207は、回転することで、凸部205に沿って収容するトナーをキャップ部222の排出部212へ搬送する。
キャップ部222は、回転が規制されており、駆動伝達部206の回転に従動して回転することはない。キャップ部222内の排出部212、ポンプ部210及び往復動部材213も同様に回転が規制されており、駆動伝達部206の回転に従動して回転することはない。キャップ部222の内側には、駆動伝達部206の回転による往復動部材213の回転を規制する規制溝が形成される。往復動部材213は、駆動伝達部206が回転することで規制溝に係合される。また、往復動部材213は、ポンプ部210に接続されるとともに、爪部(不図示)が駆動伝達部206のカム溝214に係合される。これにより往復動部材213は、駆動伝達部206の回転に応じて、回転を規制された状態でカム溝214に沿って移動することで、矢印X方向(トナーボトルTの長手方向)に往復動する。
ポンプ部210は、往復動部材213の往復動に応じて伸長と圧縮とを繰り返す。ポンプ部210は、往復動部材213が矢印X方向に移動することで伸長する。ポンプ部210の伸長によりトナーボトルTの内圧が低下する。これにより排出部212は、排出口211から空気を吸い込み、吸い込んだ空気によって内部のトナーを解す。ポンプ部210は、往復動部材213が矢印X方向の逆方向に移動することで圧縮する。ポンプ部210の圧縮によりトナーボトルTの内圧が上昇する。これにより排出部212は、内部に収容するトナーを排出口211からトナー搬送路を介して現像器100へ供給する。キャップ部222は、排出口211を封止するシール部材222bを備える。シール部材222bは、排出口211からのトナー漏れ防止する。シール部材222bは、トナーボトルTの画像形成装置200への装着時に除去される。
図3(b)は、ポンプ部210が最大限に伸長された状態を示す図である。図3(c)は、ポンプ部210が最大限に圧縮された状態を示す図である。ポンプ部210は、このように伸縮するために、例えば容積が可変の樹脂製の蛇腹状に形成される。ポンプ部210は、「山折り」部と「谷折り」部とがトナーボトルTの長手方向に沿って交互に繰り返し並んで形成される。カム溝214には、ピーク領域とボトム領域とが交互に、それぞれ2カ所ずつ形成される。往復動部材213の係合しているカム溝214の位置がピーク領域である場合、ポンプ部210が最大限に伸長する。往復動部材213の係合しているカム溝214の位置がボトム領域である場合、ポンプ部210が最大限に圧縮する。このような構成のトナーボトルTは、トナーボトル駆動モータ115によって回転されてトナーの補給動作を行う。1回の補給動作は、ポンプ部210が最大限に圧縮された状態から開始され、伸長した後に再び最大限に圧縮した状態で終了する。トナーボトルTが1回転すると、この補給動作が2回行われる。
(回転センサ)
図4及び図5は、回転センサ203の動作説明図である。トナーボトルTの近傍にはL形のフラグ204が設けられる。フラグ204は、自重により一部がトナーボトルTの駆動伝達部206に接触する。駆動伝達部206が回転して突起部220がフラグ204に当接すると、フラグ204は、突起部220に押されて回転軸204aを中心に揺動する。フラグ204は、突起部220に押し上げられることで、回転センサ203の発光部からの光を遮蔽する。発光部からの光が遮蔽されることで、回転センサ203は、フラグ204が突起部220に接触しているか否かを検出することができる。これにより回転センサ203は、突起部220の位置を検出し、トナーボトルTの回転位相を検出することができる。
図4及び図5は、回転センサ203の動作説明図である。トナーボトルTの近傍にはL形のフラグ204が設けられる。フラグ204は、自重により一部がトナーボトルTの駆動伝達部206に接触する。駆動伝達部206が回転して突起部220がフラグ204に当接すると、フラグ204は、突起部220に押されて回転軸204aを中心に揺動する。フラグ204は、突起部220に押し上げられることで、回転センサ203の発光部からの光を遮蔽する。発光部からの光が遮蔽されることで、回転センサ203は、フラグ204が突起部220に接触しているか否かを検出することができる。これにより回転センサ203は、突起部220の位置を検出し、トナーボトルTの回転位相を検出することができる。
図4は、回転センサ203の動作説明図である。図4は、フラグ204が駆動伝達部206に接触している状態を示す。図4に示す状態においてフラグ204が回転センサ203の発光部の光を遮蔽しないので、回転センサ203の受光部は、発光部の光を受光する。受光量は閾値以上になるので、回転センサ出力検出部104は、ローレベルの出力信号をASIC102へ送信する。ASIC102は、受信したローレベルの出力信号をそのままCPU101へ送信する。
図5は、回転センサ203の動作説明図である。図5は、フラグ204が突起部220に当接している状態を示す図である。図5に示す状態においてフラグ204が回転センサ203の発光部の光を遮蔽するので、回転センサ203の受光部は、発光部の光を受光できない。受光部が閾値以上の光量の光を受光できないので、回転センサ出力検出部104は、ハイレベルの出力信号をASIC102へ送信する。ASIC102は、受信したハイレベルの出力信号をそのままCPU101へ送信する。
CPU101は、回転センサ出力検出部104から受信する出力信号のレベルにより、突起部220の位置を検出して、トナーボトルTの回転位相を検出する。本実施形態では、ポンプ部210が圧縮を開始して最大限に圧縮するまで、突起部220がフラグ204を押し上げる構成としている。そのために回転センサ出力検出部104は、この期間、ハイレベルの出力信号をCPU101へ入力する。ポンプ部210が伸長を開始してから最大限に伸長するまでの間、突起部220がフラグ204に当接しない。そのために回転センサ出力検出部104は、この期間、ローレベルの出力信号をCPU101へ入力する。1回の補給動作は、上記の通り、ポンプ部210が最大限に圧縮された状態から開始され、最大限に伸長した後に再び最大限に圧縮した状態で終了する。このとき回転センサ出力検出部104は、ハイレベルからローレベルへと変化し、再度ハイレベルへと変化する出力信号を出力する。
トナーボトルTから現像器100へのトナーの補給時の各信号について説明する。図6は、トナー補給時のタイミング図である。図6は、CPU101がASIC102を介してモータ駆動部103へ送信するモータ駆動信号、トナーボトル駆動モータ115に印加されるモータ駆動電圧及び回転センサ出力検出部104の出力信号を示す。図6は、正常動作時の3回分のトナー補給動作のタイミングを表す。モータ駆動部103は、モータ駆動信号がオンになるとモータ駆動電圧をハイレベル(H)にする。トナーボトル駆動モータ115は、モータ駆動電圧がハイレベルになるとトナーボトルTを回転させる。トナーボトルTが回転することで、1回のトナー補給動作により、回転センサ出力検出部104からの出力信号がハイレベル(H)からローレベル(L)へ変化し、再度ハイレベル(H)へ戻る。
CPU101は、回転センサ出力検出部104からの出力信号のローレベルからハイレベルへの変化を検出すると、トナーの補給動作が終了したと判断する。CPU101は、トナーの補給動作が終了したと判断すると、モータ駆動信号をオフにする。モータ駆動部103は、モータ駆動信号がオフになるとモータ駆動電圧をローレベル(L)にする。トナーボトル駆動モータ115は、モータ駆動電圧がローレベルになるとトナーボトルTの回転を停止する。以上のような制御により、ポンプ部210は最大限に圧縮している状態から動作を開始して伸長し、その後に圧縮する。ポンプ部210が最大限に圧縮された状態で動作を停止することで、1回のトナー補給動作が終了する。
トナーボトルT内のトナー量の推移について図7を用いて説明する。図7は、トナーボトルT内のトナー量の推移を示す図である。トナーボトルTは実際には透過せず、中のトナーの様子を見ることはできないが、図7では、トナーボトルT内のトナーの様子を説明するため、トナーボトルTを透過した状態で中のトナーの様子を示している。図7(a)は、トナーボトルT内のトナーが8割程残っている様子を示す図である。トナーは螺旋状の凸部205によってキャップ部222の排出口211へ搬送されるので、トナーボトルTの長手方向において、排出口211に近い位置におけるトナー量は、排出口211から遠い位置におけるトナー量より多い。また、トナーは自重によって重力方向下方へ偏るため、トナーボトルT内において重力方向上方におけるトナー量は、重力方向下方におけるトナー量より少ない。よって、排出口211から遠く、重力方向上方である領域には、トナーがない領域が存在する。
図7(b)は、トナーボトルT内のトナーが3割程度残っている様子を示す図である。図7(b)においても図7(a)を用いて説明した様子と同様に、トナーボトルTの長手方向において、排出口211に近い位置におけるトナー量は、排出口211から遠い位置におけるトナー量より多い。また、重力方向上方におけるトナー量は、重力方向下方におけるトナー量より少ない。以上のように、トナーボトルT内に存在するトナーは、長手方向において排出口211近傍へ偏るため、排出口211近傍にはトナーボトルT内のトナーがなくなるまで常にトナーが存在することになる。また、トナーボトルT内のトナーが少なくなるにつれ、排出口211近傍のトナーと空気の境界層は、重力方向下方へと下がっていくこととなる。このような排出口211及び重力方向下方へのトナーの偏りは、螺旋状の凸部205による搬送力及びトナーへの重力が及ぼす影響によるため、トナーボトルT内のトナー量によらず常に発生する。
(トナー量センサ)
トナー量センサ116の一部である電極の構成について説明する。図8は、トナー量センサ116の一部である複数の電極116a〜116lの構成説明図である。図8は、トナーボトルTa〜Td、画像形成装置200におけるトナーボトルTa〜Td周囲の内壁300a〜300d及び内壁300a〜300dに配置されたトナー量センサ116の一部である複数の電極116a〜116lを示す。トナーボトルTは回転動作をするため、トナーボトルTとの接触、摩擦が発生しないよう、トナーボトルT周囲の内壁300、及びトナーボトルT周囲の内壁300に配置された電極116a〜116lはトナーボトルTから一定の距離を空けて配置されている。電極116a〜116lは、トナーボトルTの長手方向において排出口211付近に配置される。図7を用いて説明したように、トナーボトルT内のトナーは、補給動作を実行すると長手方向において排出口211側へ偏る。電極116a〜116lを排出口211付近に配置することで、トナー量が少ない状態になってもトナーを検出することができる。電極116a〜116lのうち電極116a〜116jは、電圧が印加される検出電極である。複数の検出電極としての電極116a〜116jは、トナーボトルTの回転方向に沿って並んで配置されている。具体的には、電極116a〜116jは、図8(b)に示すようにトナーボトルTの1周に亘って等間隔に10分割され、所定の間隔を空けて配置される。電極116a〜116jは、全て等しい面積で構成される。電極116a〜116eの第一の群と電極116f〜116jの第二の群は、トナーボトルTを挟んで対向する対となるように配置されている。
トナー量センサ116の一部である電極の構成について説明する。図8は、トナー量センサ116の一部である複数の電極116a〜116lの構成説明図である。図8は、トナーボトルTa〜Td、画像形成装置200におけるトナーボトルTa〜Td周囲の内壁300a〜300d及び内壁300a〜300dに配置されたトナー量センサ116の一部である複数の電極116a〜116lを示す。トナーボトルTは回転動作をするため、トナーボトルTとの接触、摩擦が発生しないよう、トナーボトルT周囲の内壁300、及びトナーボトルT周囲の内壁300に配置された電極116a〜116lはトナーボトルTから一定の距離を空けて配置されている。電極116a〜116lは、トナーボトルTの長手方向において排出口211付近に配置される。図7を用いて説明したように、トナーボトルT内のトナーは、補給動作を実行すると長手方向において排出口211側へ偏る。電極116a〜116lを排出口211付近に配置することで、トナー量が少ない状態になってもトナーを検出することができる。電極116a〜116lのうち電極116a〜116jは、電圧が印加される検出電極である。複数の検出電極としての電極116a〜116jは、トナーボトルTの回転方向に沿って並んで配置されている。具体的には、電極116a〜116jは、図8(b)に示すようにトナーボトルTの1周に亘って等間隔に10分割され、所定の間隔を空けて配置される。電極116a〜116jは、全て等しい面積で構成される。電極116a〜116eの第一の群と電極116f〜116jの第二の群は、トナーボトルTを挟んで対向する対となるように配置されている。
図8(a)に示すによう、電極116a〜116lのうち電極116k及び116lは、電極116a〜116jの両端に平行となるようにトナーボトルTの1周に亘って配置される接地(GND)電極である。詳細は後述するが、トナー量センサ116は、電圧が印加される検出電極としての電極116a〜116jと接地(GND)電極としての電極116k及び116lとの間に電界が発生することを利用し、電界内の誘電率の変化を検出してトナー量検出を行う。このため、電圧が印加される電極116a〜116jの近傍に接地(GND)される電極116k及び116lを配置する必要がある。電極116a〜116lは、トナーボトルTの近傍に設けられ、電圧が印加されるとトナーボトルTの中のトナー量(現像剤量)に従って静電容量を発生する複数の静電容量発生部である。
図9は、トナー量センサ116の電気力線を示す図である。図9において、電界の様子を電気力線で示す。図9は、トナーボトルTの電極116e及び116l付近、かつ重力方向下方の断面を拡大した図である。電極116eに電圧が印加されることにより、電極116eとGNDである電極116lとの間に電界が発生する。電極116e及び116lはトナーボトルT内のトナーが電界内に入るように配置されている。トナーボトルTに収容されているトナー量が変化することにより、空気量とトナー量の比率が変化する。空気とトナーでは誘電率が異なるため、空気量とトナー量の比率が変化することで検出される静電容量が変化する。この原理を用いてトナー量の変化を静電容量の変化として検出する。
(トナー量算出方法)
図10を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する手法を説明する。図10は、実施例1によるトナー量算出方法の説明図である。図10及び図11と以降の記載については、電極116aを電極A、電極116bを電極B、以下同様に電極116c〜116jを電極C〜Jと記載することとする。図10は、電極A〜Jの検出値、即ち検出した静電容量に相当する値を縦軸にとった棒グラフである。縦軸の値が0の場合にはトナーが空の状態の時の検出値を表している。図10では、説明のためにトナーを検出したことによる検出値の変化分(以下、トナー検出分という)と、環境の影響を受けたことによる検出値の変化分(以下、環境影響分という)を分けて表している。トナー検出分とは、トナーボトルT内のトナー量に応じて検出値が変化した量である。環境影響分とは、トナー量センサ116が水分を検出することによって変化する検出値の変化量である。環境影響分は、主にトナーボトルTの容器が吸湿することによって水分を含むこと又は放湿することによって水分が減ることによる水分の変化が誘電率の変化となって検出される検出値の変化分である。
図10を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する手法を説明する。図10は、実施例1によるトナー量算出方法の説明図である。図10及び図11と以降の記載については、電極116aを電極A、電極116bを電極B、以下同様に電極116c〜116jを電極C〜Jと記載することとする。図10は、電極A〜Jの検出値、即ち検出した静電容量に相当する値を縦軸にとった棒グラフである。縦軸の値が0の場合にはトナーが空の状態の時の検出値を表している。図10では、説明のためにトナーを検出したことによる検出値の変化分(以下、トナー検出分という)と、環境の影響を受けたことによる検出値の変化分(以下、環境影響分という)を分けて表している。トナー検出分とは、トナーボトルT内のトナー量に応じて検出値が変化した量である。環境影響分とは、トナー量センサ116が水分を検出することによって変化する検出値の変化量である。環境影響分は、主にトナーボトルTの容器が吸湿することによって水分を含むこと又は放湿することによって水分が減ることによる水分の変化が誘電率の変化となって検出される検出値の変化分である。
環境影響分は、トナーボトルTが置かれた環境の湿度に大きく影響し値が変化する。実際にはトナー検出分と環境影響分を切り分けることは困難であり、各電極の検出値は両方の変化分を含んだものとして検出される。また、環境影響分は、どの電極の検出値であっても同じ値となっている。これは、本発明において、トナーボトルTのどの位置であってもほぼ同じ環境影響を受けるように、トナーボトルT及び電極が構成されているためである。具体的には、トナーを収容している収容部207は、単一の材料でつくられている。また、収容部207は、厚みが一定の形状となっている。さらに、トナーボトルTは画像形成装置200の内部に配置され、収容部207全体が比較的均一な温湿度環境に置かれている。よって、収容部207の吸湿の度合いは比較的むらが小さく、どの箇所でも均一な吸湿の度合いとなっている。加えて電極A〜Jは収容部207からの距離が等しい位置に配置され、その面積は各々等しくなっているため、各電極A〜Jが検出する環境影響分はほぼ等しい値となっている。ここでのほぼ等しい値とは、トナー検出分と比較して十分小さい値のことを指している。各電極において等しい環境影響を受けるように構成することは不可能であるが、トナー検出分よりも十分小さい差分となる構成をとることで、トナー量検出を行うにあたって各電極での環境影響の差は無視することができる。
本実施例では、各電極の検出値に基づき、トナー粉面(以下、トナー表面という)の高さ(以下、トナー表面高さという)がどの位置にあるかを検出し、トナーボトルT内のトナー量を推定する。本発明の特徴について説明する前に、図10(a)及び図10(b)を用いてトナー表面高さを検出する場合の課題について説明する。
図10(a)は、画像形成装置200が高湿の環境に置かれた場合の各電極の検出値を示している。トナー表面は、電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間に存在している。ここで、トナー表面高さを検出するために各電極の検出値が所定の閾値以上か閾値未満かを判断し、所定値以上であればトナー有、所定値未満であればトナー無と判断することとする。トナーが検出された位置を特定するためのトナー有無判断の閾値を図10(a)に示したように設定したと仮定する。この場合、図10(a)の状態では電極A、電極B及び電極Jでは検出値が閾値を下回っているためトナー無と判断する。電極C、電極D、電極E、電極F、電極G、電極H及び電極Iでは検出値が閾値を上回っているためトナー有と判断する。この結果からトナー表面高さは、トナーが有る箇所とトナーが無い箇所の境界、即ち電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間であると検出することができる。
図10(b)は、画像形成装置200が低湿の環境に置かれた場合の各電極の検出値を示している。高湿の環境の時に比べ環境影響分は小さい値となっている。トナー表面は、図10(a)と同様に電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間に存在している。この場合、図10(a)を用いて説明した時と同様の閾値を設定していたとすると、閾値を上回る検出値は存在せず、どの電極の箇所においてもトナーは無いと判断し、トナー量が残り少ない状態だと誤検出してしまう。以上のように、各電極の検出値に対してトナー有無判断の閾値を一意に決めてしまうと、環境影響分が変化した時にトナー量が変化したと誤検出してしまう。
そこで、本実施例では、電極の検出結果に基づきトナー有無判断の閾値を決定することで環境変化による影響を低減する。具体的には、全ての電極A〜Jからの複数の検出値のうちの最も大きい値と最も小さい値の平均値に基づいて閾値が決定される。隣り合う電極の検出値の内、間に閾値を含む箇所をトナー層と空気層の境界であると判断してトナー表面高さを特定する。図10(a)の状態において、電極A〜Jの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値とした場合のグラフを図10(c)に示す。図10(c)では、隣り合う電極の検出値のうち間に閾値を含む箇所は、電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間である。この結果から電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間にトナー層と空気層の境界位置があると判断でき、トナー表面高さを特定することができる。
続いて、図10(b)の状態において、電極A〜Jの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値とした場合のグラフを図10(d)に示す。図10(d)では、隣り合う電極の検出値のうち間に閾値を含む箇所は、電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間である。この結果から電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間にトナー層と空気層の境界位置があると判断でき、トナー表面高さを特定することができる。以上のように、電極A〜Jの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値に設定することで、環境の影響によらずトナー表面高さを検出し、トナー量を推定することができる。
図11は、境界位置とトナー量の関係を示す図である。図11に示す表は、検出したトナー層(現像剤層)と空気層の境界位置と、推測されるトナー量の関係を表している。トナー量は、トナーボトルTの使用開始時の満タン状態のトナー量を100%として百分率(%)で表される。電極はトナーボトルTの1周に亘って配置されているため、境界位置は2箇所存在している。図11(a)は、電極A〜Eの第一の群によって発生された第一の複数の静電容量から検出される境界位置を示す図である。図11(b)は、電極F〜Jの第二の群によって発生された第二の複数の静電容量から検出される境界位置を示す図である。トナー層と空気層の境界は、トナーボトルT内において必ずしも水平にはならないので、トナーボトルTを挟んで対向するように電極A〜Eの第一の群と電極F〜Jの第二の群が配置されている。対となる第一の群と第二の群の検出結果に基づいてトナー量を算出することによって、トナー層と空気層の境界(トナー表面)が水平ではなく傾いている場合であっても高精度にトナー量を検出することができる。図11に示す表に基づいて、検出した境界位置のトナー量を求める。
トナー量は、以下の式(1)によって算出される。
トナー量 = {(電極A〜Eから推測されるトナー量)
+(電極F〜Jから推測されるトナー量)}/2 ・・・式(1)
例えば、図10(c)に示す状態におけるトナー量は、式(1)から、以下のように算出される。
トナー量 = {65% + 90%}/2 = 77.5%
トナー量 = {(電極A〜Eから推測されるトナー量)
+(電極F〜Jから推測されるトナー量)}/2 ・・・式(1)
例えば、図10(c)に示す状態におけるトナー量は、式(1)から、以下のように算出される。
トナー量 = {65% + 90%}/2 = 77.5%
電極A〜Eから推測されるトナー量又は電極F〜Jから推測されるトナー量のどちらか一方からトナー量を算出するのではなく、両方の値を用いて算出するのは、トナー表面が水平ではなく、傾きを持つことを考慮している。トナーボトルTはトナー排出時には回転するため、回転によって図8(b)に示したようにトナー表面が傾くことが多い。このような状態でもトナー量の検出精度を落とさないようにするため、トナーボトルTの1周に亘って電極を配置し、2箇所の境界位置を検出して、その結果からトナー量の算出を行う。
(トナー量検出処理)
以下、図12を用いて、トナーボトルT内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図12は、CPU101によって実行される実施例1のトナー量検出処理を示す流れ図である。CPU101は、ROM112に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。トナー量検出処理が開始されると、CPU101は、トナー濃度センサ119の検出結果に基づき、現像器100のトナー濃度を算出し、トナー補給が必要か否かを判断する(S101)。トナー補給が不要と判断した場合(S101でNO)、トナーボトルT内のトナー量は変化しないため、トナー量の検出は行わず処理を終了する。トナー補給が必要と判断した場合(S101でYES)、CPU101は、トナーボトル駆動モータ115を駆動し、トナーボトルTを回転させて現像器100へトナー補給を行う(S102)。トナー補給実行後、CPU101は、各電極A〜Jにより静電容量の検出を行う(S103)。
以下、図12を用いて、トナーボトルT内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図12は、CPU101によって実行される実施例1のトナー量検出処理を示す流れ図である。CPU101は、ROM112に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。トナー量検出処理が開始されると、CPU101は、トナー濃度センサ119の検出結果に基づき、現像器100のトナー濃度を算出し、トナー補給が必要か否かを判断する(S101)。トナー補給が不要と判断した場合(S101でNO)、トナーボトルT内のトナー量は変化しないため、トナー量の検出は行わず処理を終了する。トナー補給が必要と判断した場合(S101でYES)、CPU101は、トナーボトル駆動モータ115を駆動し、トナーボトルTを回転させて現像器100へトナー補給を行う(S102)。トナー補給実行後、CPU101は、各電極A〜Jにより静電容量の検出を行う(S103)。
CPU101は、複数の検出値のばらつきが所定値Vp以下であるか否かを判断する(S104)。複数の検出値のばらつきが所定値以下であるか否かを判断する理由は、複数の検出値に基づいてトナー層と空気層の境界がある境界位置を特定できる状態であるか否かを判断するためである。トナーボトルT内にトナーがほとんど無い時又はトナーが容量一杯に近い程度ある時、各電極A〜Jの間にトナー層と空気層の境界が存在しないので、複数の検出値に基づいてトナー層と空気層の境界位置を特定しようとしても正しく特定することができない。よって、トナーボトルTが各電極A〜Jの間にトナー層と空気層の境界が存在するような状態にあるか否かを、複数の検出値のばらつき量に基づいて判断する。複数の検出値のばらつきが所定値Vp以下である場合、トナーボトルT内にトナーがほとんど無い(少ない)状態か容量一杯に近い程度トナーがある(多い)状態かのどちらかである。そこで、複数の検出値のばらつきが所定値Vp以下である場合(S104でYES)、CU101は、トナーボトルTが使用開始されてからの補給数の値に基づき、容量一杯に近い程度トナーがある状態であるか否かを判断する。具体的には、CPU101は、補給数が所定値(第一の所定値)V1以下であるか否かを判断する(S110)。補給数が所定値V1以下である場合(S110でYES)、CPU101は、トナー量が90%以上である(容量一杯に近い程度トナーがある)と判断し(S111)、トナー量をEEPROM117に記憶する(S108)。CPU101は、記憶したトナー量に基づいてUI120のトナー量表示を更新し(S109)、トナー量検出処理を終了する。
図13は、UI120に表示されるトナー量画面を示す図である。図13(a)は、トナー量をバーで表示しており、塗りつぶされたバーの本数がトナー量と対応している。図13(a)では、一例としてトナー量が30%の状態を示しており、10本あるバーの内、3本が塗りつぶされることで30%の状態であることを表している。また、トナー量は数字で示しても良い。図13(b)は、トナー量を数字で示したUIの例として、トナー量が30%である状態を示している。トナー量表示のUIは、以上のような表示に限る必要はなく、トナーボトルT内のトナー量を表すものであればどんな表示であってもよい。
補給数が所定値V1よりも大きい場合(S110でNO)、CPU101は、トナーボトルTが使用開始されてからの補給数の値に基づいてトナーボトルT内にトナーがほとんど無い状態であるか否かを判断する。具体的には、CPU101は、補給数が所定値(第二の所定値)V2以上であるか否かを判断する(S112)。所定値V2は、所定値V1より大きい。補給数が所定値V2以上である場合(S112のYES)、CPU101は、トナー量が5%以下である(ほとんどない)と判断し(S113)、トナー量をEEPROM117に記憶する(S108)。記憶したトナー量に基づいてUIのトナー量表示を更新して(S109)、トナー量検出処理を終了する。
補給数が所定値V2より小さい場合、トナーがほとんど無い状態でも容量一杯に近い程度トナーがある状態でもないにも関わらずトナー量を検出できない状態である。そこで、補給数が所定値V2より小さい場合(S112でNO)、CPU101は、トナー量検出は行わず、前回算出したトナー量と今回補給したトナー量に基づき、トナー量を予測する(S114)。具体的には、今回の補給数と、予めROM112に記憶しておいた1回の補給で消費されるトナー量の予測値に基づき、今回の補給で減った分のトナー量を算出し、これを前回算出したトナー量から減算することでトナー量を算出する。CPU101は、算出したトナー量をEEPROM117に記憶し(S108)、記憶したトナー量に基づいてUIのトナー量表示を更新し(S109)、トナー量検出処理を終了する。
検出値のばらつきが所定値Vpよりも大きい場合(S104でNO)、CPU101は、検出電極の検出値に基づきトナー層と空気層の境界を判断する閾値を決定する(S105)。全ての電極A〜Jの検出値のうち最も値が大きい検出値と最も値が小さい検出値の平均値を閾値として決定する。CPU101は、決定した閾値からトナー層と空気層の境界位置を特定する(S106)。CPU101は、特定した境界位置に基づき、図11及び式(1)からトナー量を算出する(S107)。CPU101は、算出したトナー量をEEPROM117に記憶し(S108)、算出したトナー量に基づいてUIのトナー量表示を更新し(S109)、処理を終了する。
以上のように、トナーボトルTの回転方向に複数の電極A〜Jを配置してトナー層と空気層の境界を検出しトナー量を算出する。複数の電極A〜Jからの複数の検出値に基づいてトナーボトルTの中のトナー層と空気層の境界位置を判断するための閾値が決定される。複数の検出値および閾値に基づいて境界位置を判断し、境界位置に基づいてトナーボトルTの中のトナー量を算出する。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。
以下、図14及び図15を用いて、実施例2を説明する。実施例2において、実施例1と同様の構造には同様の参照符号を付して説明を省略する。実施例2の画像形成装置200、制御部50、トナーボトルT、回転センサ203及びトナー量センサ116は、実施例1と同様であるので説明を省略する。実施例2は、実施例1とトナー量算出方法及びトナー量検出処理が異なる。以下、実施例1と異なる点を主に説明する。
(トナー量算出方法)
図14を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する実施例2によるトナー量算出方法を説明する。図14は、実施例2によるトナー量算出方法の説明図である。図14(a)及び図14(b)は、実施例1の図10(a)及び図10(b)と同様であるので説明を省略する。実施例2では、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断し、トナー表面高さを特定する。図14(a)の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにしたものを図14(c)に示す。各電極検出値の差分で最も大きい値は、電極Bと電極Cの検出値の差分及び電極Iと電極Jの検出値の差分である。この結果から、トナー表面高さは、電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間であると検出することができる。続いて 図14(b)の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにすると、図14(a)の時と同じく図14(c)に示したグラフとなる。つまり、実施例2によれば、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断することで、環境の影響によらずトナー表面高さを検出し、トナー量を推定することができる。実施例2においても、実施例1と同様に、検出された境界位置から図11及び式(1)を用いてトナー量を算出する。
図14を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する実施例2によるトナー量算出方法を説明する。図14は、実施例2によるトナー量算出方法の説明図である。図14(a)及び図14(b)は、実施例1の図10(a)及び図10(b)と同様であるので説明を省略する。実施例2では、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断し、トナー表面高さを特定する。図14(a)の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにしたものを図14(c)に示す。各電極検出値の差分で最も大きい値は、電極Bと電極Cの検出値の差分及び電極Iと電極Jの検出値の差分である。この結果から、トナー表面高さは、電極Bと電極Cの間及び電極Iと電極Jの間であると検出することができる。続いて 図14(b)の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにすると、図14(a)の時と同じく図14(c)に示したグラフとなる。つまり、実施例2によれば、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断することで、環境の影響によらずトナー表面高さを検出し、トナー量を推定することができる。実施例2においても、実施例1と同様に、検出された境界位置から図11及び式(1)を用いてトナー量を算出する。
以上のように、トナーボトルTの回転方向に複数の電極A〜Jを配置して隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断することによってトナー表面高さを決定し、トナー量を算出する。差分を算出することによって環境変化の影響を相殺し、高精度に現像剤層と空気層の境界を検出することができる。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。隣り合う電極の検出値の差分が所定値以上となる箇所をトナー層と空気層の境界位置であると判断することによってトナー表面高さを特定する手法を用いても同様の効果を得ることができる。
(トナー量検出処理)
以下、図15を用いて、トナーボトルT内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図15は、CPU101によって実行される実施例2のトナー量検出処理を示す流れ図である。CPU101は、ROM112に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。図15に示す実施例2のステップS201、S202及びS203の処理は、図12に示す実施例1のステップS101、S102及びS103の処理と同様であるので説明を省略する。
以下、図15を用いて、トナーボトルT内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図15は、CPU101によって実行される実施例2のトナー量検出処理を示す流れ図である。CPU101は、ROM112に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。図15に示す実施例2のステップS201、S202及びS203の処理は、図12に示す実施例1のステップS101、S102及びS103の処理と同様であるので説明を省略する。
CPU101は、各電極A〜Jの検出結果に基づいて、隣り合う電極の検出値の差分の値を算出する(S204)。CPU101は、算出した差分の値が所定値V0以上か否かを判断する(S205)。所定値V0は、算出した差分に基づいてトナー層と空気層の境界を特定できる状態であるか否かを判断するための閾値である。算出した差分の値が所定値V0以上でない場合、即ち隣り合う電極の検出値に大きな差が無い場合、トナーボトルTは、どの電極の箇所にもトナーが有る状態にあるか又はどの電極の箇所にもトナーが無い状態にある。このような状態では、各電極間にトナー層と空気層の境界は存在せず、トナー層と空気層の境界を特定することはできない。よって、算出した差分の値が所定値V0以上ではない場合(S205でNO)、CPU101は、EEPROM117に保存されたトナーボトルTの補給数に基づいてトナー量を推測する。具体的には、CPU101は、補給数が所定値V1以下であるか否かを判断する(S210)。補給数が所定値V1以下である場合(S210でYES)、CPU101は、トナーボトルTがまだほとんどトナーを排出していない新品に近い状態であると推測し、トナー量は90%以上であると判断する(S211)。補給数が所定値V1以下ではない場合(S210でNO)、CPU101は、補給数が所定値V2以上であるか否かを判断する(S212)。補給数が所定値V2以上である場合(S212でYES)、CPU101は、トナーボトルTがほとんど空の状態であると推測し、トナー量は5%未満であると判断する(S213)。補給数が所定値V2以上でない場合、トナーボトルTはトナー量が検出できない状態であると判断される。そこで、補給数が所定値V2以上でない場合(S212でNO)、CPU101は、今回の補給数(S202で補給した数)と、前回算出したトナー量(トナー量検出処理が開始される前のトナー量)に基づいてトナー量を算出する。具体的には、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算し、トナー量を算出する(S214)。補給によってトナーボトルTから排出されるトナー量は予めEEPROM117に記憶されている。CPU101は、算出したトナー量をEEPROM117に記憶し(S208)、算出したトナー量に基づいてUIのトナー量表示を更新し(S209)、トナー量検出処理を終了する。
算出した隣り合う電極の検出値の差分の値が所定値V0以上である場合(S205でYES)、CPU101は、算出した差分からトナー層と空気層の境界を特定する(S206)。トナー層と空気層の境界位置の特定は、隣り合う電極の検出値の差分のうち、最大となる箇所に基づいて特定するか又は所定値以上となる箇所に基づいて特定することによって行われる。CPU101は、特定した境界位置に基づいて、図11及び式(1)からトナー量を算出する(S207)。CPU101は、算出したトナー量をEEPROM117に記憶し(S208)、算出したトナー量に基づいてUIのトナー量表示を更新し(S209)、トナー検出処理を終了する。
以上のように、トナーボトルTの回転方向に複数の電極A〜Jを配置して隣り合う電極の検出値の差分が所定値以上となる箇所をトナー層と空気層の境界位置であると判断し、トナー量を算出する。差分を算出することによって環境変化の影響を相殺し、高精度に現像剤層と空気層の境界を検出することができる。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。
200・・・画像形成装置
1a、1b、1c、1d・・・感光体
3a、3b、3c、3d・・・露光器(露光手段)
100a、100b、100c、100d・・・現像器(現像手段)
Ta、Tb、Tc、Td・・・トナーボトル(収容容器)
103・・・モータ駆動部(駆動手段)
115・・・トナーボトル駆動モータ(駆動手段)
116a〜116l・・・電極(静電容量発生部)
106・・・トナー量センサ出力検出部(静電容量検出手段)
50・・・制御部
1a、1b、1c、1d・・・感光体
3a、3b、3c、3d・・・露光器(露光手段)
100a、100b、100c、100d・・・現像器(現像手段)
Ta、Tb、Tc、Td・・・トナーボトル(収容容器)
103・・・モータ駆動部(駆動手段)
115・・・トナーボトル駆動モータ(駆動手段)
116a〜116l・・・電極(静電容量発生部)
106・・・トナー量センサ出力検出部(静電容量検出手段)
50・・・制御部
Claims (13)
- 感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力された前記複数の検出値に基づいて前記収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、前記複数の検出値および前記閾値に基づいて前記境界位置を判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御部は、前記複数の検出値のうちの最も大きい値と最も小さい値の平均値に基づいて前記閾値を決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。
- 前記複数の静電容量発生部は、前記収容容器を挟んで対向する第一の群と第二の群からなり、
前記制御部は、前記第一の群によって発生された第一の複数の静電容量と前記第二の群によって発生された第二の複数の静電容量に基づいて前記現像剤量を算出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。 - 前記収容容器の回転によって前記収容容器から前記現像手段へ前記現像剤を補給する動作が実行された回数としての補給数を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量のばらつきが所定値以下である場合において、前記補給数が第一の所定値以下である場合に前記現像剤量が多い状態であると判断し、前記補給数が第二の所定値以上である場合に前記現像剤量が少ない状態であると判断することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記複数の静電容量の前記ばらつきが前記所定値以下であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前記複数の検出値に基づいて前記現像剤量を算出できない状態であると判断することを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記複数の静電容量の前記ばらつきが前記所定値以下であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算することによって前記トナー量を算出することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力される隣り合う静電容量発生部の検出値の差分を算出し、前記差分が最も大きい隣り合う静電容量発生部の間に現像剤層と空気層の境界位置があると判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力される隣り合う静電容量発生部の検出値の差分を算出し、前記差分が所定の閾値以上である隣り合う静電容量発生部の間に現像剤層と空気層の境界位置があると判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記複数の静電容量発生部は、前記収容容器を挟んで対向する第一の群と第二の群とからなり、
前記制御部は、前記第一の群によって発生された第一の複数の静電容量と前記第二の群によって発生された第二の複数の静電容量に基づいて前記現像剤量を算出することを特徴とする請求項7又は8に記載の画像形成装置。 - 前記収容容器の回転によって前記収容容器から前記現像手段へ前記現像剤を補給する動作が実行された回数としての補給数を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の全ての差分が所定の閾値より小さい場合において、前記補給数が第一の所定値以下である場合に前記現像剤量が多い状態であると判断し、前記補給数が第二の所定値以上である場合に前記現像剤量が少ない状態と判断することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の前記全ての差分が前記所定の閾値より小さい場合であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前記複数の検出値に基づいて前記現像剤量を算出できない状態であると判断することを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の前記全ての差分が前記所定の閾値より小さい場合であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算することによって前記トナー量を算出することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
- 前記収容容器は、前記画像形成装置の本体に着脱可能であり、
前記複数の静電容量発生部は、前記本体に設けられていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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Cited By (3)
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US11774878B2 (en) | 2021-06-15 | 2023-10-03 | Ricoh Company, Ltd. | Amount-of-remaining-toner detecting device, image forming apparatus, method for detecting amount of remaining toner, and non-transitory recording medium |
JP7447570B2 (ja) | 2020-03-11 | 2024-03-12 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像形成装置 |
-
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