JP2020056940A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 収容容器のトナーの容量が残っている状態でリフィルされた場合であっても、リフィルされた収容容器であることを高精度に検知できない。【解決手段】 トナーを収容するプロセスカートリッジ215と、プロセスカートリッジ215に設けられた撹拌シート305、メモリ430、及び静電容量検出回路401と、CPU420とを有し、CPU420は、撹拌シート305の回転動作中の静電容量検出回路401の検出信号に基づいてトナー残量を検知し、検出信号の振幅ΔV1を参照値としてメモリ430に記録し、撹拌シート305を回転させながら静電容量検出回路401の検出信号の振幅ΔV2を取得し、検出信号ΔV2と参照値ΔV1とに基づいてプロセスカートリッジ215がリフィルされたか否かを判定する。【選択図】 図8
Description
本発明は、現像剤を収容する収容容器が着脱可能な画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、収容容器に収容されたトナーを用いて画像を形成する。収容容器のトナーが所定量未満になってしまうと、出力画像の濃度が薄くなってしまう。そのため、収容容器内のトナーが所定量未満になった場合、ユーザは画像形成装置の装着部に装着された収容容器をトナーが収容された別の収容容器に交換する。また、残量の少ない収容容器にトナーを再充填(リフィル)して使用することも考えられる。
そのため、従来から、装着部に装着されている収容容器がリフィルされた収容容器であるか否かを判定する画像形成装置が知られている(特許文献1)。この画像形成装置は、収容容器に設けられた記憶部に収容容器内のトナーの容量がない状態を示す情報が記録されており、且つ、センサを用いて収容容器内にトナーが有ることを検知した場合、当該装着された収容容器がリフィルされた収容容器であると判定する。
しかしながら、特許文献1に記載の画像形成装置は、トナーが使い切られる前に収容容器にトナーがリフィルされた場合に、トナーの容量が無い状態を示す情報が記憶されていないので、リフィルを検知できないという問題があった。例えば、大量印刷中にトナーがなくなって画像形成が中断してしまうことを防止するために、大量印刷前に収容容器にトナーをリフィルする場合が考えられる。
そこで、本発明は、収容容器のトナーの容量が残っている状態でリフィルされた場合であっても、リフィルされた収容容器であることを高精度に検知することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、収容容器に収容されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、収容容器が装着される装着部と、前記装着部に装着された収容容器に設けられた撹拌部材を回転する駆動手段と、前記装着部に装着された収容容器に設けられた複数の電極と電気的に接続され、前記装着部に装着された収容容器の複数の電極の間にあるトナーの量に応じて変化する出力値を出力する出力手段と、前記装着部に装着された収容容器内のトナーの量を、前記駆動手段による前記撹拌部材の回転動作中に前記出力手段から出力された前記出力値に基づいて検知する検知手段と、前記回転動作中に前記出力手段から出力された前記出力値の振幅の値を参照値として前記装着部に装着された収容容器の記憶部へ記憶する記憶手段と、前記参照値が記憶された収容容器が前記装着部に取り付けられた状態で、前記駆動手段によって前記撹拌部材を回転させながら前記出力手段から出力された前記出力値の振幅の値を取得し、前記取得された振幅の値と前記記憶部に記録された前記参照値とに基づいて前記装着部に装着された収容容器がリフィルされた収容容器であるか否かを判定する判定処理を実行する制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、収容容器のトナーの容量が残っている状態でリフィルされた場合であっても、リフィルされた収容容器であることを高精度に検知できる。
(第1実施形態)
図1は画像形成装置200の概略断面図である。画像形成装置200は、記録材を格納するカセット203、感光ドラム302を有するプロセスカートリッジ215が装着される装着部(不図示)、感光ドラム302に静電潜像を形成するために感光ドラム302を露光するスキャナユニット217を有する。感光ドラム302はアルミシリンダの表面に感光体として機能する感光層を有する。また、プロセスカートリッジ215は、感光ドラム302の他に、トナー容器308、帯電ローラ303、現像スリーブ304を備えている。トナー容器308はトナーを収容する収容容器に相当する。
図1は画像形成装置200の概略断面図である。画像形成装置200は、記録材を格納するカセット203、感光ドラム302を有するプロセスカートリッジ215が装着される装着部(不図示)、感光ドラム302に静電潜像を形成するために感光ドラム302を露光するスキャナユニット217を有する。感光ドラム302はアルミシリンダの表面に感光体として機能する感光層を有する。また、プロセスカートリッジ215は、感光ドラム302の他に、トナー容器308、帯電ローラ303、現像スリーブ304を備えている。トナー容器308はトナーを収容する収容容器に相当する。
画像形成装置200が記録材214に画像を形成する場合、感光ドラム302が所定方向への回転を開始し、帯電ローラ303が感光ドラム302を帯電する。次いで、スキャナユニット217内のレーザ光源211からのレーザ光が回転するポリゴンミラー212、反射ミラー213を介して感光ドラム302を走査する。これにより、感光ドラム302の表面に静電潜像が形成される。その後、現像スリーブ304が感光ドラム302上の静電潜像をトナー容器308内のトナーを用いて現像する。感光ドラム302には顕像化されたトナー像が形成される。
感光ドラム302の回転によって感光ドラム302上の画像が転写位置へ搬送されると共に、カセット203に格納された記録材214がピックアップローラ205の駆動によって給送され、搬送ローラ204によって転写位置に向けて搬送される。転写位置とは、感光ドラム302と転写ローラ208とのニップ部に相当する。記録材214はレジストレーションローラ207へ到達する。レジストレーションローラ207は、感光ドラム302上のトナー像が転写位置へ到達するタイミングに合わせて記録材214を転写位置へ搬送する。転写位置において転写ローラ208は記録材214へ転写電圧を印加し、感光ドラム302から記録材214へトナー像を転写する。
トナー像が転写された記録材214を定着ローラ対209に搬送される。記録材214が定着ローラ対209にて加熱、及び加圧されることによって、トナー像が記録材214に定着する。その後、記録材214は排紙ローラ210によって画像形成装置200の排紙部へ搬送され、一連の画像形成処理が終了する。なお、これらの一連の画像形成処理は後述する図3に示すコントローラ400によって制御される。
図2は装着部に装着されたプロセスカートリッジ215の概略断面図である。図2において、トナー容器308は、回転可能に配置された撹拌部材である攪拌シート305を有する。この攪拌シート305は、画像形成装置200に設けられた図示しないDCモータ(駆動手段)により回転駆動される金属軸309の周囲に取り付けられており、この金属軸309の回転により矢印A方向に回転する。なお、金属軸309の回転速度はDCモータによって目標回転速度となるように制御されている。
そして、このように攪拌シート305が回転することにより、トナー容器308内に収納されている図示しないトナーが攪拌され、トナーは現像スリーブ304に搬送されるようになる。なお、金属軸309を介して攪拌シート305を駆動する駆動力は、感光ドラム302、現像スリーブ304等を駆動する駆動部にも伝達されるようになっており、これによりプロセスカートリッジ215の全ての装置は同期して駆動される。
また、306、307はトナー容器内のトナー量を検出するために設けられた第1アンテナ電極及び第2アンテナ電極であり、この第1及び第2アンテナ電極306,307はトナー容器308の内面に対向して設置されている。
ところで、トナーの誘電率は空気に比べて大きい。そのため、第1及び第2アンテナ電極306,307間のトナーの量に応じて、2枚のアンテナ電極間の静電容量は変化する。つまり、画像形成装置200は、複数のアンテナ電極306、及び307間の静電容量を検出することによりトナー容器内のトナー量を検出することができる。
また、画像形成装置200にはLED441、フォトトランジスタ442、プロセスカートリッジ215にはライトガイド450が設けられている。これにより、カートリッジが装着された際はLED441で発光された光がライトガイド450を通りフォトトランジスタ442で受光されるので、画像形成装置200はプロセスカートリッジ215の着脱を検知することが可能である。
図3は、画像形成装置200の制御ブロック図である。図3は、プロセスカートリッジ215、画像形成装置200を制御するコントローラ400、および上記アンテナ電極間の静電容量を検出するための静電容量検出回路401、カートリッジの着脱を検知するためのカートリッジ検知部との接続を示している。コントローラ400はCPU420を備える。静電容量検出回路401は上記のアンテナ電極306,307間の静電容量を検出するための回路であり、CPU420により制御される。430はプロセスカートリッジ215に設けられたメモリであり、CPU420により読み書きが可能である。カートリッジ検知回路440はLED441とフォトトランジスタ442で構成されており、CPU420により制御される。
図4は、静電容量検出回路401の回路図である。第1アンテナ電極306は静電容量検出回路401の端子415に、第2アンテナ電極307は端子414にそれぞれ接続されると共に、第1アンテナ電極306には発振回路402から出力されるクロック信号が印加されるようになっている。なお、本実施の形態において、このクロック信号は振幅Vc1が24V、周波数fc1が100KHzである。また、発振回路402は、コントローラ400(図3)から端子416を介して制御信号CLKON信号(LOWレベル信号)が入力されることに応じて出力状態となる。
ここで、第1アンテナ電極306にクロック信号が印加されると、2枚のアンテナ電極(306,307)間に形成された静電容量Ctによって第2アンテナ電極307には静電容量Ctの大きさに応じた交流電流Itが流れる。そして、この交流電流Itはダイオード407を介して抵抗412とコンデンサ411とで構成された積分回路に入力され、これによりコンデンサ411間には交流電流に応じた直流電圧Vtが発生する。なお、この直流電圧Vtは下記の式で表わされる。
Vt=α×Vc1×fc1×Ct 但し、αは所定の定数
Vt=α×Vc1×fc1×Ct 但し、αは所定の定数
一方、図4において、403は基準コンデンサであり、この基準コンデンサ403の定数はアンテナ電極間にトナーが無い場合の静電容量と同じ値に設定されている。また、基準コンデンサ403には第1アンテナ電極306と同様に発振回路402から出力されたクロック信号が印加される。このクロック信号に応じて流れる交流電流Irefはダイオード404を介し、抵抗409とコンデンサ410とで構成された積分回路に入力される。なお、この抵抗409とコンデンサ410の定数は、抵抗412とコンデンサ411と同じ定数のものである。
また、408は基準電圧回路であり、この基準電圧回路408は4.5Vの直流電圧を生成している。したがって、コンデンサ410間には基準電圧回路408からの4.5Vと、交流電流Irefに応じた直流電圧が重畳した電圧Vrが発生するようになっている。なお、この電圧Vrは下記の式で表わされる。
Vr=α×Vc1×fc1×Cref+4.5 但し、αは所定の定数
Vr=α×Vc1×fc1×Cref+4.5 但し、αは所定の定数
一方、これら2つの積分回路はオペアンプ418に接続されている。そして、このオペアンプ418の出力電圧Vsは下記の式で表わされる。
Vs=Vr−Vt=4.5−α×Vc1×fc1(Ct−Cref)
Vs=Vr−Vt=4.5−α×Vc1×fc1(Ct−Cref)
即ち、オペアンプ418の出力電圧Vsは、アンテナ電極間の静電容量Ctと基準コンデンサCrefの静電容量の差に応じた電圧となる。そして、このオペアンプ418の出力電圧Vsは、静電容量検出装置401の出力端子417を介し、図3に示すようにコントローラ400内のCPU420が持つアナログデジタル変換端子に入力されるようになっている。
図5はカートリッジ検知回路440の回路図である。端子443、及び444はコントローラ400と電気的に接続されている。プロセスカートリッジ215の着脱検知を行う場合、CPU420は、カートリッジ検知回路440に端子443を介して5Vの電圧を印加することでLED441が発光させる。
カートリッジが画像形成装置200に装着されている場合、LED441から発せられた光はプロセスカートリッジ215のライトガイド450の内部を通過してフォトトランジスタ442に向けて導かれる。フォトトランジスタ442はライトガイド450を介して導かれた光を受光するとON状態となる。そして、端子444を通して3.3Vの信号(電圧)がコントローラ400に入力された場合、CPU420はプロセスカートリッジ215が画像形成装置200の装着部に装着されていると判断する。
カートリッジが画像形成装置200に装着されていない場合、LED441から発せられた光はフォトトランジスタ442に受光されない。そのため、フォトトランジスタ442はOFF状態となる。そして、端子444を通して0Vの信号がコントローラ400に入力された場合、CPU420はプロセスカートリッジ215が画像形成装置200の装着部に装着されていないと判断する。
図6はトナー容器308のトナー残量に応じて変化する静電容量検出回路401の検出信号(出力値)の例示図である。図6(a)がトナー容器308に430gのトナーが収容された状態の検出信号の波形を示している。トナー容器308に430gのトナーが収容された状態は、トナー容器308にトナーが十分に蓄積された状態に相当しており、トナー満タン状態と称す。図6(b)はトナー容器308のトナー残量が108gである状態の検出信号の波形を示している。トナー容器308のトナー残量が108gである状態とは、例えば、トナー満タン状態から20000枚の記録材に画像を形成した状態に相当する。図6(c)はトナー容器308のトナー残量が30gである状態の検出信号の波形を示している。トナー容器308のトナー残量が30gである状態とは、例えば、トナー容器308のトナーが所定量以下の状態に相当しており、トナーアウト状態と称す。
複数のアンテナ電極306、及び307間のトナー密度が大きいほど検出電圧が低くなるため、トナーが減少するほど検出電圧は高くなる。また、撹拌シート305の回転に同期して電極間のトナー密度が変動するため、トナー残検の検出電圧波形は所定の周期で振幅する。
トナーが満タンの場合は電極間にトナーが詰め込まれた状態が継続しているため、図6(a)に図示するように低めの電圧(最大で2.05V)が出力される。また、撹拌動作により電極間のトナー密度がほとんど変動しないため検出電圧の変動もほとんどない(電圧変動幅ΔV=0.05V)。
トナー消費が進むと図6(b)に示すように電極間のトナー密度が減少するため検出電圧が上昇し、最大で2.35Vとなる。また、撹拌動作によるトナー密度の変化が大きくなるため検出電圧の変動幅も大きくなり、ΔV=0.25Vとなる。更に、メモリ430に随時更新されるカートリッジの使用状況(プリント枚数等)の情報や、検出波形(図5(b))における“Low”パルスの幅も組合せるなどして残量を測定している。
さらに、トナーアウト状態では、現像スリーブにトナーが十分に供給できない。そのため、トナーアウト状態では電極間にトナーが存在しない時間がさらに増え、検出電圧波形は図6(c)に示すように検出電圧値がさらに高くなる。図6(c)では、最大で2.44Vまで上昇する。これによって、検出電圧におけるHighレベルの比率(デューティー比)も増加する。なお、トナーアウト状態でもトナーが完全には空にならず、撹拌動作に同期して電極間にトナーが存在するタイミングがあるので、検出電圧が低くなるタイミングが存在する。
図7はリフィル前後のトナー残量検知信号を示した図である。図7(a)はトナーフルの状態からプリント動作によりトナーが減少した状態でのトナー残量検知信号の例示図である。図7(a)において検出信号の振幅ΔV1は0.25Vである。図7(b)は図7(a)のトナー容器308にトナーがリフィルされ、トナーフル状態になった状態でのトナー残量検知信号の例示図である。図7(b)において検出信号の振幅ΔV2は0.05Vである。
そこで、CPU420は、振幅ΔV1と振幅ΔV2との差が閾値より大きければ、プロセスカートリッジ215がリフィルされたと判定する。なお、閾値Vthは、撹拌動作を行うモータやカートリッジのガタによるカートリッジ内のトナーの偏りや、トナー容器内の不純物による静電容量の変動により生じるトナー残量検知信号の誤差を考慮して0.10Vとした。図7において、ΔV1(0.25V)−ΔV2(0.05V)>Vth(=0.10V)であるので、CPU420はプロセスカートリッジ215がリフィルされたと判断できる。
次に、図8は画像形成装置200の装着部(不図示)にプロセスカートリッジ215が着脱された際に実行されるリフィル検知処理を説明するためのフローチャート図である。
S101でプリントジョブが入力された場合、CPU420はリフィル検知処理を実行する。CPU420はS102でプリントジョブに基づき画像形成処理を実行し、S103で撹拌シート305の撹拌動作を実行する。次いで、CPU420はS104で撹拌動作が安定するまで所定時間待機した後、S105で撹拌シート305の回転動作中にトナー残量検知信号の変動幅(ΔV1)を測定する。そして、CPU420はS106でメモリ430にΔV1を記録する。CPU420は、ステップS106において、メモリ430にΔV1を参照値として記録する記録手段である。さらに、S106において、CPU420はメモリ430に記憶された識別情報を読み出し、EEPROM(不図示)に記憶する。
続いて、CPU420はS107でカートリッジ検知回路440の端子444からの信号が3.3Vから0Vに切り替わったか否かを判定する。S107において、信号が3.3Vのままであれば、CPU420は処理をS101へ移行する。
一方、S107において端子444からの信号が3.3Vから0Vに切り替わったら、CPU420はプロセスカートリッジ215が装着部から取り外されたと判断する。そして、CPU420はS108でカートリッジ検知回路440の端子444からの信号が0Vから3.3Vに切り替わるまで画像形成動作を停止する。
S108においてカートリッジ検知回路440の端子444からの信号が0Vから3.3Vに切り替わったら、CPU420はプロセスカートリッジ215が装着部に装着されたと判断する。そして、CPU420はS109でメモリ430からプロセスカートリッジ215の識別情報を読み出し、S110で識別情報に基づいて前回取り外されたプロセスカートリッジ215が再び装着部に装着されたか否かを判定する。S110において、CPU420は、S106にてEEPROMに記憶された識別情報とS109において読み出した識別情報とが等しければ、前回取り外されたプロセスカートリッジ215が再び装着部に装着されたと判定する。そして、CPU420は、S110において前回取り外されたプロセスカートリッジ215が再び装着部に装着されたと判定したら、S111で撹拌シート305の撹拌動作を開始する。なお、CPU420が前回取り外されたプロセスカートリッジ215が再び装着部に装着されたと判定しなければ、リフィル検知処理を終了させる。
続いて、S111で撹拌シート305の撹拌動作が実行された後、CPU420は、プロセスカートリッジ215がリフィルされたプロセスカートリッジ215であるか否かを判定する判定処理を実行する。CPU420はS112で撹拌動作が安定するまで所定時間待機した後、S113で撹拌シート305の回転動作中にトナー残量検知信号の変動幅(ΔV2)を測定する。CPU420はメモリ430からΔV1を読み出し、S114でΔV1とΔV2の差を求め、閾値Vthと比較する。ΔV1とΔV2の差がVthより大きい場合、CPU420はリフィルされていると判断し、S115でメモリ430に記録されているトナー残量検知に使用するプリント枚数などのプロセスカートリッジ215の使用量に関する情報を基準値へ変更する。
一方、ΔV1とΔV2の差がVth以下である場合、CPU420はリフィルされていないと判断し、S116でメモリ430のΔV1にΔV2を上書きして、リフィル検知動作を終了する。
画像形成装置200は、トナーを消費するプリント動作後にトナー残量検知信号の変動幅(ΔV1)を測定、カートリッジ着脱後に再度トナー残量検知信号の変動幅(ΔV2)を取得する。そして、画像形成装置200はトナーアウト状態に至る前にリフィルされた場合でもΔV1とΔV2を比較することでリフィルされたか否かを検知することが可能となる。またトナー残量検知信号の変動幅(ΔV1)をカートリッジのメモリ430に記録することで、リフィルされたカートリッジが別の画像形成装置に装着された際にもリフィルされたことを検知することが可能となる。更には、リフィルされたことを検知したところでカートリッジに装着されたメモリに記録されている一部のパラメータ情報をクリアすることにより、その後のトナー残量を精度よく検出することが可能となる。
(第2実施形態)
図9は画像形成装置200の主電源がオフ状態からオン状態になった際に実行されるリフィル検知処理を説明するためのフローチャート図である。S201でユーザにより電源がON状態になり、S202で端子443に5Vの電圧を印加し、端子444からの信号が3.3Vである場合、S203でメモリ430からΔV1を読み出す。S204〜S210は実施例1のS110〜S116と同様であるため説明を割愛する。
図9は画像形成装置200の主電源がオフ状態からオン状態になった際に実行されるリフィル検知処理を説明するためのフローチャート図である。S201でユーザにより電源がON状態になり、S202で端子443に5Vの電圧を印加し、端子444からの信号が3.3Vである場合、S203でメモリ430からΔV1を読み出す。S204〜S210は実施例1のS110〜S116と同様であるため説明を割愛する。
本実施形態で説明したように、主電源がオフ状態からオン状態になった際にもリフィル検知処理が実行されることで、画像形成装置200が主電源がオフ状態でプロセスカートリッジ215がリフィルされた場合でもリフィルを検知することが可能である。
215 プロセスカートリッジ
305 撹拌シート
401 静電容量検出回路
420 CPU
430 メモリ
305 撹拌シート
401 静電容量検出回路
420 CPU
430 メモリ
Claims (7)
- 収容容器に収容されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、
収容容器が装着される装着部と、
前記装着部に装着された収容容器に設けられた撹拌部材を回転する駆動手段と、
前記装着部に装着された収容容器に設けられた複数の電極と電気的に接続され、前記装着部に装着された収容容器の複数の電極の間にあるトナーの量に応じて変化する出力値を出力する出力手段と、
前記装着部に装着された収容容器内のトナーの量を、前記駆動手段による前記撹拌部材の回転動作中に前記出力手段から出力された前記出力値に基づいて検知する検知手段と、
前記回転動作中に前記出力手段から出力された前記出力値の振幅の値を参照値として前記装着部に装着された収容容器の記憶部へ記憶する記憶手段と、
前記参照値が記憶された収容容器が前記装着部に取り付けられた状態で、前記駆動手段によって前記撹拌部材を回転させながら前記出力手段から出力された前記出力値の振幅の値を取得し、前記取得された振幅の値と前記記憶部に記録された前記参照値とに基づいて前記装着部に装着された収容容器がリフィルされた収容容器であるか否かを判定する判定処理を実行する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記装着部に装着された収容容器の着脱を検知する着脱検知手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記着脱検知手段により前記装着部に収容容器が装着されたことが検知された場合に前記判定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記記憶手段は、前記装着部に装着された収容容器が取り外される前に前記出力手段により出力された前記出力値を前記参照値として記憶することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記画像形成装置の主電源がオンされた場合に前記判定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記判定処理において前記取得された振幅の値と前記参照値との差が閾値よりも大きければ、前記装着部に装着されている収容容器がリフィルされたと判定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記検知手段により検知された前記トナーの量が所定量より少なければ、前記記憶部に所定の情報を記録する記録手段をさらに有し、
前記記録手段は、前記制御手段がリフィルされた収容容器であると判定した場合、前記記憶部に記憶された使用量に関する情報を変更す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。 - 前記使用量に関する情報は、前記装着部に装着された収容容器を用いて記録材に画像を形成した数に関する情報を含むことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
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