JP2020187197A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー残検回路の異常を検出するまでに時間がかかる。【解決手段】 現像ＡＣ振幅を切り替える場合の変化率と、トナー残量検知部（１００）の検出出力の変化率から、現像ＡＣ振幅可変回路（３５）、カートリッジ（Ｃ）、トナー残量検知部（１００）の異常検出を行う。【選択図】 図３

Description

本発明は、 画像形成装置に関し、特にトナー残量検知部の異常検出に関する。

現像出力を用いて、トナー残量に応じたアンテナからの容量変化を検出する、トナー残量検知方式がある。

また、現像の交流電圧の振幅を切り替え可能な画像形成装置で、現像の交流電圧の振幅に応じてトナー残量検知出力値を補正することで、交流電圧の振幅による変化分を補正し、正しいトナー残量検知を行う提案がある（特許文献１参照）。

特許第４６６９３５６号公報

トナー残量検知部の異常検出方法として、以下の課題がある。
１）断線の検出
トナー残量検知部の配線に断線が発生した場合、トナー残量検知部の出力は、ある一定の出力となる。その出力が正しいか判定するには時間がかかる。例えば、プリントを継続してトナーが減っているにもかかわらず、変化が無いので異常と判断する等、異常を検出するまでにプリントジョブを継続しないと判定できず、判定に時間がかかるという課題がある。
２）回路素子異常の検出
トナー残量検知部の回路素子にＤＣ的な回路異常が発生した場合、正常な場合に出力される期待値との差を求める方法が考えられる。例えば、ＡＤの入力電圧が０Ｖ〜３．３Ｖの範囲となっている回路において、検知結果の期待値が１〜３Ｖの範囲に入っていればＯＫとする方法が考えられる。しかし、現在のトナー量が不明の状態では、ＤＣ的な回路異常が発生した場合、出力値が正しいと即座に判断できない。この場合も「１、断線の検出」と同様に、例えば、プリントを継続してトナーが減っているにもかかわらず、変化が無いので異常と判断する等、異常を検出するまでにプリントジョブを継続しないと判定できず、判定に時間がかかるという課題がある。

また、トナー残量検知部の回路素子にＡＣ的な回路異常が発生した場合、積分回路で積分できずに出力値がオフセットする等の可能性がある。この場合、プリントジョブを継続して時間をかけたとしても、異常の検出はできないという課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
トナー残量検知方式で、現像ＡＣ振幅を可変とする現像ＡＣ振幅可変回路を備え、現像ＡＣ振幅を切り替える場合の変化率と、トナー残量検知部の検出出力の変化率から、現像ＡＣ振幅可変回路、カートリッジ、トナー残量検知部の異常検出を行うようにした。また、現像ＡＣ振幅を出力してからトナー残量検知部の出力が安定するまでの時間を検出することで現像ＡＣ振幅可変回路、カートリッジ、トナー残量検知部の異常検出を行うようにした。

本発明に係る画像形成装置によれば、起動シーケンス中等の短時間で、トナー残量検知に係る回路部の断線や回路素子異常の検出を行うことができる。

画像形成装置の概略構成図 カートリッジの概略構成図 トナー残量検知ブロック図 トナー残量検出値の変化を示すグラフ 所定の出力範囲を示す図 現像ＡＣ振幅変化点を示す図 所定の時間範囲を示す図 フローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

＜画像形成装置の概略説明＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の実施例の概略構成を示す。

本実施例にて、画像形成装置は、電子写真方式のレーザービームプリンタとし、像担持体としてドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１が使用されている。

感光ドラム１は、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料を、アルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成して構成されており、駆動手段１ａにより、矢印ａの時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

回転する感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電ローラ２、本実施例では帯電ローラ２を使用した接触帯電装置が備えられている。又、画像情報露光手段、本実施例ではレーザービームスキャナ３は、半導体レーザ、ポリゴンミラー、Ｆ−θレンズ等で構成され、不図示のホスト装置から送られてきた画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬを出射する。そして、感光ドラム１の帯電ローラ２によって一様に帯電された表面を走査露光し、静電潜像を形成する。

感光ドラム１の回転方向でレーザービームスキャナ３によるレーザービームＬ照射位置の下流には、感光ドラム１上の静電潜像を現像剤像（トナー像）として現像する現像装置４が配置される。現像装置については、後に詳しく説明する。

感光ドラム１の回転方向で現像装置４の下流には、弾性層を有する回転体形状の接触帯電部材としての転写ローラ５が備えられている。転写ローラ５は、感光ドラム１に対して加圧接触させて転写ニップ部Ｎ１を形成しており、駆動手段５ａにより矢印ｂの反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

そして、手差し給紙部７やカセット給紙部１４等の給紙部から記録材Ｐが給紙され、プレフィードセンサ１０で待機した後に、レジストローラ１１、レジストセンサ１２、転写前ガイド１３を通過して、上記転写ニップ部Ｎ１に給紙される。つまり、記録材Ｐは、レジストセンサ１２によって感光ドラム１の表面に形成されたトナー像と同期取りされて、感光ドラム１と転写ローラ５とで形成される転写ニップ部Ｎ１に供給される。又、給紙部７、１４において記録材Ｐの給紙時に複数の記録材Ｐを誤って給紙してしまう重送と言った問題を解消するために、それぞれの給紙部７、１４に分離ローラ８、１５等が設けられている。

転写ニップ部Ｎ１において、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、給紙部７、１４から給紙された記録材Ｐに対して、順次静電転写される。

転写ニップ部Ｎ１においてトナー像の転写を受け、転写ニップ部Ｎ１を通過した記録材Ｐは、感光ドラム１の面から分離され、シートパス９を通って定着装置１８へ搬送される。

本実施例にて、定着装置１８は、加熱フィルムユニット１８ａと加圧ローラ１８ｂの圧接ローラ対で構成されるフィルム加熱方式の定着装置である。トナー像を保持した記録材Ｐは、加熱フィルムユニット１８ａと加圧ローラ１８ｂの圧接部である定着ニップ部Ｎ２で狭持搬送されて加熱・加圧を受けることで、トナー像が記録材Ｐ上に定着される。

トナー像が定着された記録材Ｐは、排紙ローラ１９に従って画像形成物として、フェイスアップ若しくはフェイスダウンにてそれぞれ排紙受け１６、１７へ排出される。

一方、記録材Ｐに対するトナー像転写後の感光ドラム１の表面は、クリーニング装置６により転写残留トナーの除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。本実施例のクリーニング装置６はブレードクリーニング装置であり、クリーニングブレード６ａが感光ドラム１に接触している。

ところで、本実施例の電子写真画像形成装置であるレーザービームプリンタは、ホストコンピュータからの画像情報を受け取り、可視化された画像として出力するレーザービームプリンタである。上記に説明した、感光ドラム１である電子写真感光体、現像剤を収容した現像装置４等の消耗部材が一体にカートリッジ化され、カートリッジＣとして装置本体Ａに対して着脱し、交換可能に設けられている。

＜トナー残量検知方式の説明＞
図２を用いて、本実施例のカートリッジＣについて、詳しく説明する。

図２に示すように、カートリッジＣは、感光ドラム１と、帯電ローラ２と、現像装置４と、クリーニング装置６とが一体化されて構成されている。クリーニング装置は、クリーニングブレード６ａ及びクリーニングブレード６ａにより感光ドラム１から除去された残留トナーを収容する廃トナー容器６ｂで構成されている。カートリッジＣは、電子写真画像形成装置本体Ａに着脱自在に装着される。

ここで、カートリッジＣに設けられた現像装置４は、現像剤収容部４０を備え現像剤Ｔが収容されている。

現像装置４は、現像剤（以下、「トナー」という）Ｔを収納するためのトナー収納部４１、及び、トナー収納部４１と連結された現像部４２を有する。現像部４２には、感光ドラム１に対向配置させて備えられた現像手段としての現像剤担持体である現像スリーブ４３と、現像スリーブ４３に当接し、現像スリーブ４３により搬送するトナー層厚を規制する現像剤規制部材である現像ブレード４４とが設けられる。現像装置４は、更に、トナー収納部４１内のトナーを攪拌して現像部４２内へトナーを送り込む攪拌部材４５、及び、現像部４２内のトナーを撹拌して現像スリーブ４３へと供給する撹拌部材４６、を備えている。

即ち、本実施例では、トナーＴは、トナー収納部４１と現像部４２とに収容可能であり、トナー収納部４１及び現像部４２にて現像剤収容部４０を構成している。そして、現像剤収容部４０にて、カートリッジＣの使用前には、トナー収納部４１と現像部４２との間に、トナー封止部材４７が貼着されている。このトナー封止部材４７は、例えばカートリッジＣの輸送中に激しい衝撃が発生した場合でもトナーが洩れることのないように設けられている。このトナー封止部材４７は、装置本体ＡにカートリッジＣを装着する直前にユーザによって開封される。

トナー封止部材４７を開封後、カートリッジＣは、トナー収納部４１内に収容されているトナーＴを攪拌部材４５により攪拌しながら現像部４２に送る。現像部４２は、現像手段として、現像スリーブ４３を、感光ドラム１の回転方向ａと順方向に回転可能に支持している。そして、現像スリーブ４３の回転に伴って、現像スリーブ４３上を搬送されるトナーＴは、現像ブレード４４によって、その層厚を規制されると共に摩擦帯電電荷が付与される。

本実施例では、図３に示すように、トナー残量検知部１００として、プレートアンテナ残量検知による静電容量検知式のトナー残量検知手段を用いている。つまり、トナー残量検知部１００は、現像部４２に設けた現像スリーブ４３を一方の電極とした。そして、現像剤収容部４０内、本実施例ではトナー収納部４１内に、現像スリーブ４３と対となる電極として、トナーＴを介して導電板であるプレートアンテナＰＡを設置した。現像スリーブ４３とプレートアンテナＰＡでトナーＴを格納するような構成とされ、プレートアンテナＰＡは現像スリーブ４３と共にコンデンサ構造を形成する。

しかし、現像スリーブ４３と共にコンデンサ構造を形成する電極部材としては、プレートアンテナＰＡを用いた構成に限定されず、静電容量を用いる電極構成であれば、電極部材としては、他の導電性の検知部材の組み合わせでも良い。

本実施例ではプレートアンテナＰＡは、図２に示すように、トナーＴの減少度が直接分かるように現像剤収容部４０内でもトナーＴが流動的であるトナー収納部４１内に設置されている。プレートアンテナＰＡの材質は、良導電性で板状のものであればどのようなものでも良いが、トナー収納部４１内へ設置する場合は、トナー粒子に影響を及ぼさない材質であり、湿度等の環境条件に強い材質が望まれる。そして、プレートアンテナＰＡの少なくとも一側面は、外部より通電可能な形状に形成されている。この接続可能な箇所では、導線等で直接接続するものでもよく、又、カートリッジＣ側面より導電性のピン形状のもので串刺しにする形態をとるのも良い。本実施例では、ピン形状のもので、カートリッジＣ側壁を介してプレートアンテナＰＡの引き起こし部３４へ突き刺す形態とした。

又、現像スリーブ４３とプレートアンテナＰＡによるトナー残量検知は、直流電圧と交流電圧を重畳したバイアスを現像スリーブ４３に印加して、トナー残量を計測する。

つまり、トナー残量検知部１００は、現像スリーブ４３に印加された現像バイアスによって、プレートアンテナＰＡに誘起された誘起電圧値を読む。現像スリーブ４３とプレートアンテナＰＡ間に存在するトナー残量に応じて誘電率が変化するので、プレートアンテナＰＡに誘起される誘起電圧値もトナー残量によって異なる。この誘起電圧値を読み取ることによって、トナー残量検知を行う。

本実施例にて、レーザービームプリンタは、現像スリーブ４３に印加する直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加する。交流電圧の振幅を切り換える現像ＡＣ振幅可変回路３５と、直流電圧の振幅を切り換える現像ＤＣ振幅可変回路３６と、を有している。また、高圧回路部１１０は、ＣＰＵに接続されている。画像形成モードに応じたバイアスが高圧回路部１１０から出力されるよう、切り換え命令が出力される。

本実施例におけるトナー残量検知部１００の回路構成を、図３を用いて説明する。
装置本体ＡとカートリッジＣには不図示の電気接点が設けられており、カートリッジＣが装置本体Ａ内に装着された際に該電気接点を通じてカートリッジＣのプレートアンテナＰＡと装置本体Ａ内の検出回路３７ａが電気的に接続される。

図３において、高圧回路部１１０の現像ＡＣ振幅可変回路３５から所定のＡＣバイアスを出力すると、その印加バイアスは、現像スリーブ４３に印加される。そして、プレートアンテナＰＡ上の電極パターンの静電容量に応じて発生する誘起電圧値を、プレートアンテナＰＡから装置本体Ａへ出力し、トナー残量検知部１００の検出回路３７ａにて出力されたアナログ電圧をデジタル変換する。そして、その結果を演算回路３７ｂに送り、残量閾値テーブル３８と比較して、現像装置４内のトナー残量に換算する。トナー残量信号は、上記の画像形成工程を制御する中央処理演算装置ＣＰＵに送信し、例えばトナー残量を％表示や、残りの印字可能枚数といった形でユーザに提供する。

上述のように、トナー残量検知部１００などは、プレートアンテナＰＡのような検知部材によって出力される値に基づいて現像剤収容部４０内の現像剤量を求める処理部を構成する。

上記構成の画像形成装置では、装置の設置環境や記録材Ｐの厚み等に対して設けられた画像形成モードに応じて、現像バイアスの交流電圧の振幅を複数に切り換えることが考えられる。この場合、現像バイアスを用いて現像装置内のトナー残量を検知しているトナー残量検知回路の出力値にズレが生じる。例えば、記録材Ｐが普通紙の場合に設定されたトナー残量検知から、記録材Ｐが厚紙の場合におけるトナー残量検知に切り替えたとする。すると、この切り替えた時、両者におけるトナー残量検出値がズレる。

そこで、それぞれの画像形成モードにおける現像バイアスの交流電圧の振幅に応じて、トナー残量検知によって得られる出力値に補正を加え、現像バイアスの交流電圧の振幅によらず、一定の出力が得られるようにしている。

図４に、画像形成を繰り返し、トナー収納部４１及び現像部４２に収容されたトナーＴを満載時から空になるまで消費させた場合のトナー残量とトナー残量検知出力の変化の一例を示す。

ここでは現像スリーブ４３とプレートアンテナＰＡとの間において、現像剤収容部４０内のトナーＴが空の状態では静電容量が例えば２ｐＦ、満載の状態で例えば６ｐＦを示すように現像装置４内でプレートアンテナＰＡの位置を調整している。

現像スリーブ４３に印加されるバイアスの交流電圧の振幅が２．０ＫＶの場合、トナーが空の状態である２ｐＦを示すときに３Ｖ、トナーが満載の状態である６ｐＦを示すとき２Ｖの電圧がトナー残量検出回路３７ａに生じるように、回路を構成している。

現像バイアスの交流電圧の振幅が、例えば２．０ＫＶ（Ｖａｃ１とする）の状態でトナーの満載から空になるまでの電圧推移を見てみると、図４の２．０ＫＶのラインのように、現像装置４内のトナーの減少に伴い出力電圧も徐々に変化する。また、現像バイアスの交流電圧の振幅が、例えば２．５ＫＶ（Ｖａｃ２とする）の状態でトナーの満載から空になるまでの電圧推移を見てみると、図４の２．５ＫＶのラインのように、現像装置４内のトナーの減少に伴い、２．０ＫＶのラインとはシフトした出力電圧で徐々に変化する。交流電圧の振幅値が２．０ＫＶと２．５ＫＶの時の、トナー残量検出値の差を読み取り、トナー残量の出力値に、その差分の補正を行うことでトナー残量検出値の精度を保つことができる。

＜異常検知の方法＞
以上のような構成で、トナー残量検知回路の異常検知を行う方法に関して説明する。

まず、ＤＣ的な回路異常を検出する方法について説明する。

回路の断線、が発生した場合、トナー残量検知出力はある一定値を示す。そこで、所定のタイミングで、現像ＡＣの振幅を所定レベル変化させ、現像ＡＣの振幅に応じたトナー残量検知出力を検出し、所定の範囲内の変化であることを確認することで断線の有無を判断することができる。例えば図５において、現像ＡＣの振幅を２．０ＫＶから ０．５ｋＶ変化させ、現像ＡＣの振幅を２．５ＫＶとした場合、トナー残量検知出力が所定の範囲Ｂに入る場合、断線は発生していないと判断する。範囲Ｂから外れる場合、断線が発生していると判断する。

同様に、抵抗値異常、増幅器異常等が発生した場合、トナー残量検知出力は所定の範囲から外れる。そこで、所定のタイミングで、現像ＡＣの振幅を所定レベル変化させ、現像ＡＣの振幅に応じたトナー残量検知出力を検出し、所定の範囲内の変化であることを確認することで、抵抗値、増幅器の正常・異常を判断できる。回路の断線の場合と同様に、例えば図５において、現像ＡＣの振幅を２．０ＫＶから０．５ｋＶ変化させ、現像ＡＣの振幅を２．５ＫＶとした場合、トナー残量検知出力が範囲Ｂに入っておれば、抵抗値、増幅器は正常であると判断する。範囲Ｂから外れた場合、異常と判断する。以上のように、現像ＡＣ振幅を切り替える場合の変化率と、アンテナ出力の変化率で判定を行う。

次に、ＡＣ的な回路異常を検出する方法について説明する。

ＡＣ的な回路素子の異常に関しては、所定のタイミングで、現像ＡＣの振幅を所定レベル変化させ、トナー残量検知出力が安定するまでの時間を検知することで、正常・異常を判断できる。例えば図６において、現像ＡＣの振幅を２．０ＫＶから０．５ｋＶさせ、現像ＡＣの振幅を２．５ＫＶとした場合、図７に示すように、トナー残量検知出力の安定までの時間が範囲Ｄ（図７の場合、５ｍｓｅｃ〜１５ｍｓｅｃ）に入っておれば、回路の容量値は正常であると判断する。範囲Ｄから外れた場合、異常と判断する。

＜全体のフロー＞
次に図８のフローチャートを用いて全体の動作を説明する。

装置の電源をＯＮ（Ｓ１０１）すると、装置は立ち上げ処理（Ｓ１０２）を行う。立ち上げ処理としては、各駆動系の動作確認や、装置状態の確認等を行う。「トナー残検回路の異常検知」は立ち上げ処理の一部であり、本フローチャートではＳ１０３〜Ｓ１０８、Ｓ１２０〜Ｓ１２１で「トナー残検回路の異常検知」の詳細を説明する。

まず、現像ＡＣ出力を所定の電圧（例えば２．０ＫＶ）で出力し、その際のトナー残量検知出力Ｖ１（図６における２．５Ｖ）を取得する。

次に、現像ＡＣ出力を変化させ（例えば２．０ＫＶ→２．５ｋＶ）、トナー残量検知出力Ｖ２（図６における２．０Ｖ）を取得する。（Ｓ１０３）。変化率が所定の比率に入っているか確認する（Ｓ１０４）。例えば、Ｖ２／Ｖ１＝αとして、取得したトナー残量検知出力の変化率が、所定の変化率の範囲に入っておればＯＫと判断する。本実施例の場合、所定の変化率の範囲として例えば０．６５〜０．９５の範囲を設定し、取得したトナー残量検知出力の変化率が入っているかを確認する。図６の例ではＶ２／Ｖ１＝０．８と求められる。

変化率が所定の比率に入っている場合（Ｓ１０４のＹ）、ＤＣ的な回路異常は無いと判断する（Ｓ１０５）。次に、現像ＡＣ出力を２．０ＫＶから２．５ＫＶに変化させた時のトナー残検出力が安定するまでの時間が所定時間範囲Ｄ内かを確認する（Ｓ１０７）。トナー残検出力が安定するまでの時間が所定時間内の場合（Ｓ１０７のＹ）、ＡＣ的な回路異常は無いと判断する（Ｓ１０８）。Ｓ１０４で変化率が所定の比率に入っていない場合（Ｓ１０４のＮ）、あるいは、Ｓ１０７でトナー残検出力が安定するまでの時間が所定時間内ではない場合（Ｓ１０７のＮ）、トナー残検回路に異常があると判断し（Ｓ１３０）、異常報知を行う（Ｓ１３１）。

トナー残検回路が正常であることが確認できた場合（Ｓ１０８）、すでに取得済みのトナー残量検知出力を元に、トナー残検を判定し（Ｓ１０９）、「トナー有り」の場合（Ｓ１１０）、スタンバイとなる（Ｓ１１１）。「トナー無し」の場合（Ｓ１０９のＮ）、「トナー無し」を報知する（Ｓ１２０）。その後、プリントＪＯＢ（Ｓ１１２）を受けると、プリント動作を行い（Ｓ１１３）、終了する。

３５ 現像ＡＣ振幅可変回路、１００ トナー残量検知部、１１０ 高圧回路部

Claims (2)

1. トナー残量検知方式で、現像ＡＣ振幅を可変とする現像ＡＣ振幅可変回路を備え、現像ＡＣ振幅を切り替える場合の変化率と、トナー残量検知部の検出出力の変化率から、現像ＡＣ振幅可変回路、カートリッジ、トナー残量検知部の異常検出を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像ＡＣ振幅を出力してからトナー残量検知部の出力が安定するまでの時間を検出することで現像ＡＣ振幅可変回路、カートリッジ、トナー残量検知部の異常検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。