JP2021047290A - Image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像形成装置に着脱可能なトナー容器のトナー残量を検知する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting the remaining amount of toner in a toner container that can be attached to and detached from an image forming apparatus.
電子写真方式の画像形成装置は、感光体に静電潜像を形成し、感光体上の静電潜像をトナーを用いて現像し、感光体上のトナー像をシートへ転写する。これによって、画像形成装置は成果物としての印刷物を作成する。そのため、画像形成装置は画像を形成することでトナーを消費する。そこで、一般的な画像形成装置は画像形成装置に着脱可能なトナー容器を交換することでトナーが補充される。たとえば、トナー容器内のトナー残量をセンサを用いて検知し、トナー容器の交換をセンサの検知結果に基づいて通知する画像形成装置がある。 The electrophotographic image forming apparatus forms an electrostatic latent image on the photoconductor, develops the electrostatic latent image on the photoconductor with toner, and transfers the toner image on the photoconductor to a sheet. As a result, the image forming apparatus creates a printed matter as a product. Therefore, the image forming apparatus consumes toner by forming an image. Therefore, in a general image forming apparatus, toner is replenished by exchanging a toner container that can be attached to and detached from the image forming apparatus. For example, there is an image forming apparatus that detects the remaining amount of toner in the toner container by using a sensor and notifies the replacement of the toner container based on the detection result of the sensor.
トナー容器内の残量を検知するセンサとして、静電容量センサがある。しかし、静電容量センサは周囲の環境(温度と湿度)の影響を受ける。特許文献1によれば、トナー量を検出する検出電極の出力を、補正電極を用いて、補正することが提案されている。
There is a capacitance sensor as a sensor that detects the remaining amount in the toner container. However, the capacitance sensor is affected by the surrounding environment (temperature and humidity). According to
ここで、湿度を変化させながら静電容量センサの出力値をモニタした実験結果によれば、静電容量センサの出力値は、湿度に応じてオフセットすることが分かった。つまり、湿度Aでの出力値は湿度B(湿度Aと異なる)での出力値よりもXだけ大きく、その一方で、出力値の波形(時系列データ)の形はほぼ同じであった。たとえば、予め、トナー残量ごとの時系列データの波形を学習しておけば、湿度に依存することなく、トナー残量を正確に求めることが可能となるであろう。そこで、本発明は、センサの出力値が湿度の変動によってオフセットしてしまう場合であっても、高精度にトナー残量を検知することを目的とする。 Here, according to the experimental result of monitoring the output value of the capacitance sensor while changing the humidity, it was found that the output value of the capacitance sensor is offset according to the humidity. That is, the output value at humidity A was larger than the output value at humidity B (different from humidity A) by X, while the shape of the waveform (time series data) of the output value was almost the same. For example, if the waveform of the time series data for each remaining amount of toner is learned in advance, it will be possible to accurately obtain the remaining amount of toner without depending on the humidity. Therefore, an object of the present invention is to detect the remaining amount of toner with high accuracy even when the output value of the sensor is offset due to the fluctuation of humidity.
上記目的を達成するため、本発明の請求項に記載の画像形成装置は、トナーを用いて画像を形成する画像形成手段と、トナーを収容するトナー容器が装着される装着部と、モータと、前記装着部に装着されたトナー容器からトナーを補給するために前記モータを回転させる制御手段と、前記トナー容器に対向する位置に設けられ、静電容量の検知結果に基づく出力値を出力する検知手段と、前記制御手段による前記モータの一度の補給動作の間に前記検知手段から出力される出力値を正規化する正規化手段と、前記正規化手段により正規化された出力波形に基づいてトナー残量を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the image forming apparatus according to the claim of the present invention includes an image forming means for forming an image using toner, a mounting portion on which a toner container for accommodating toner is mounted, a motor, and the like. A control means for rotating the motor to replenish toner from the toner container mounted on the mounting portion, and a detection provided at a position facing the toner container to output an output value based on a capacitance detection result. Toner based on the means, the normalizing means for normalizing the output value output from the detecting means during one replenishment operation of the motor by the controlling means, and the output waveform normalized by the normalizing means. It is characterized by having an estimation means for estimating the remaining amount.
上記目的を達成するため、本発明の他の請求項に記載の画像形成装置は、トナーを用いて画像を形成する画像形成手段と、トナーを収容するトナー容器が装着される装着部と、モータと、前記装着部に装着されたトナー容器からトナーを補給するために前記モータを回転させる制御手段と、前記トナー容器に対向する位置に設けられ、磁気の検知結果に基づく出力値を出力する検知手段と、前記制御手段による前記モータの一度の補給動作の間に前記検知手段から出力される出力値を正規化する正規化手段と、前記正規化手段により正規化された出力波形に基づいてトナー残量を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the image forming apparatus according to another claim of the present invention includes an image forming means for forming an image using toner, a mounting portion on which a toner container for containing toner is mounted, and a motor. A control means for rotating the motor to replenish toner from the toner container mounted on the mounting portion, and a detection provided at a position facing the toner container to output an output value based on a magnetic detection result. Toner based on the means, the normalizing means for normalizing the output value output from the detecting means during one replenishment operation of the motor by the controlling means, and the output waveform normalized by the normalizing means. It is characterized by having an estimation means for estimating the remaining amount.
本発明によれば、センサの出力値が湿度の変動によってオフセットしてしまう場合であっても、高精度にトナー残量を検知することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect the remaining amount of toner with high accuracy even when the output value of the sensor is offset due to the fluctuation of humidity.
以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一または同様の構成に同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although a plurality of features are described in the embodiment, not all of the plurality of features are essential to the invention, and the plurality of features may be arbitrarily combined. Further, in the accompanying drawings, the same or similar configurations are given the same reference numbers, and duplicate description is omitted.
●画像形成装置
図1が示すように、画像形成装置1は電子写真方式のフルカラープリンタである。しかし、本発明はモノクロプリンタにも適用可能である。ここではイエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックのトナーが使用されるため、四つの画像形成部が設けられている。各画像形成部の構成は共通しているため、参照符号を構成する数字も共通である。参照符号の末尾に付与されているabcdの文字は、四つの画像形成部を区別するために付与されている。
● Image forming apparatus As shown in FIG. 1, the
帯電器3は感光ドラム2の表面を一様に帯電させる。露光装置5は入力画像に応じた光を感光ドラム2に照射することで静電潜像を形成する。現像器8は、現像ユニット7から供給されるトナーを用いて静電潜像を現像し、トナー画像を形成する。一次転写器6は、トナー画像を中間転写ベルト9に転写する。中間転写ベルト9は駆動ローラ10、従動ローラ11および対向ローラ21に張架されており、駆動ローラ10により駆動された回転する。ドラムクリーナ4は感光ドラム2に残留したトナーを清掃する。
The
手差しトレイ13と給紙カセット17はシートSを収容する収容庫である。給送ローラ14、15は手差しトレイ13からシートSをレジストローラ16に給送する。給送ローラ18、19は給紙カセット17からシートSを、搬送ローラ20を経由して、レジストローラ16に給送する。レジストローラ16は、中間転写ベルト9により搬送されるトナー画像が二次転写部に到着するタイミングと、シートSが二次転写部に到着するタイミングとを整合させる。二次転写ローラ22は、中間転写ベルト9により搬送されるトナー画像をシートSに転写する。ベルトクリーナ12は中間転写ベルト9に残ったトナーを清掃する。定着器23は、熱と圧力をシートSおよびトナー画像に加えることで、トナー画像をシートSに定着させる。排出ローラ24、25によりシートSは排出トレイ26に排出される。
The
●トナー補給機構
図2が示すように、画像形成装置1は、トナーを収容したトナーボトル31が装着される装着部を有している。トナーボトル31は装着部に着脱可能に装着される。本実施形態の回転機構30はトナーボトル31を回転させることでトナーボトル31から現像ユニット7へトナーを補給させる。トナーボトル31の外側面には螺旋状の案内溝36が形成されている。トナーボトル31の内側面には、案内溝36が凸部を形成しており、この凸部がトナーを撹拌しつつ、トナーボトル31の排出口32へトナーを搬送する。トナーボトル31内のトナーは排出口32を介して現像器8へ排出される。なお、回転機構30は、例えば、トナーボトル31内のパドルを回転させることでトナーボトル31からトナーを補給させる構成であってもよい。
● Toner Replenishment Mechanism As shown in FIG. 2, the
●静電容量センサ
図3は静電容量センサ300を説明する図である。静電容量センサ300は、略円筒形状のトナーボトル31の側面に対して対向し、かつ、トナーボトル31に接触しない位置に配置される。静電容量センサ300は検知電極301と基準電極302とを有している。基準電極302と検知電極301とがコンデンサを形成している。検知電極301および基準電極302の近傍にトナーTが無いときのコンデンサの容量はC0である。トナーボトル31にトナーTが満載されているときの容量はC1=εt×C0である。εt(≒4)はトナーTの比誘電率である。検知電極301および基準電極302の近傍に存在するトナーTが減少すると、静電容量センサ300により検知される容量が減少する。静電容量センサ300は検知電極301と基準電極302とに交流電圧を印可し、検知電極301と基準電極302とにより形成されるコンデンサへの充電電流または両端電圧を検知して出力する。基準電極302は、静電容量センサ300の外部に存在する容量の変化の影響を受けにくい安定した電位を持った電極である。基準電極302はGND電位、または、所定の基準電源に接続されている。基準電極302は補正電極と呼ばれてもよい。
● Capacitance sensor FIG. 3 is a diagram illustrating the
図4(A)および図4(B)は120gのトナーTがトナーボトル31の内部に収容されているときのトナーTと静電容量センサ300との関係を示す概略図である。図4(A)はトナーボトル31が静止した状態を示している。図4(B)はトナーボトル31が回転している状態を示している。トナーボトル31が回転するとトナーTが案内溝36によって掻き上げられるため、静電容量センサ300に接近する。これにより、静電容量センサ300により検知される静電容量が変化する。トナーボトル31が所定回転する間にサンプリングされた静電容量の波形は、トナー残量に応じた波形となる。
4 (A) and 4 (B) are schematic views showing the relationship between the toner T and the
図5は駆動信号S1、サンプリングタイミングS2および波形S3の一例を示している。縦軸は駆動信号S1、サンプリングタイミングS2および波形S3の振幅を示す。横軸は時間を示す。時刻t0において、駆動信号S1がLoからHiに変化し、回転機構30はトナーボトル31の駆動を開始する。これにより、トナーボトル31が回転を開始する。時刻t1において静電容量センサ300の検知結果のサンプリングが開始される。時刻t0から時刻t1までの時間(待ち時間)は、トナーボトル31の内部に保持されているトナーTが静止状態から検知可能状態に変化するのに要する時間を考慮して決定される。サンプリング周期は、たとえば、5msに設定される。また、波形S3を得るためのサンプリング回数jは、たとえば、200に設定される。サンプリング周期とサンプリング回数jは、波形S3を示す十分な数のサンプリング値(時系列データ)が得られるように、予め決定される。十分な数のサンプリング値は、トナーボトル31の回転に伴い所定量のトナーTが案内溝36によって掻き揚げられ、静電容量センサ300により検知され、案内溝36の通過に伴い落下して再度検知されなくなるまでの時間を考慮して検討する。
FIG. 5 shows an example of the drive signal S1, the sampling timing S2, and the waveform S3. The vertical axis shows the amplitudes of the drive signal S1, the sampling timing S2, and the waveform S3. The horizontal axis shows time. At time t0, the drive signal S1 changes from Lo to Hi, and the
図6は120gのトナーTを収容したトナーボトル31が静止状態にあるときの、静電容量センサ300の波形S3を示している。縦軸は静電容量に応じた静電容量センサ300の出力値を示す。横軸は時間を示す。なお、図6において静電容量センサ300のサンプリング周期は0.01秒に1回である。トナーボトル31が静止している場合、静電容量はほぼ変化しない。そのため、トナー残量に依存することなく、波形S3はほぼ一定の形状となる。つまり、トナーボトル31がトナーTを満載しているときの波形S3と、トナーボトル31が空のときの波形S3とはほぼ同じである。
FIG. 6 shows the waveform S3 of the
図7(A)ないし図7(I)はトナーボトル31が回転しているときに取得された波形S3を示している。縦軸は静電容量に応じた静電容量センサ300の出力値を示す。横軸は時間を示す。図7(A)ないし図7(I)において静電容量センサ300のサンプリング周期も0.01秒に1回である。横軸は、サンプリング番号、サンプリングインデックス、或いはサンプリングカウント数と呼ばれてもよい。
7 (A) to 7 (I) show the waveform S3 acquired when the
図7(A)はトナーボトル31のトナー残量が680g(ほぼ満載状態)であるときの波形S3を示している。図7(B)はトナーボトル31のトナー残量が120gであるときの波形S3を示している。図7(C)はトナーボトル31のトナー残量が100gであるときの波形S3を示している。図7(D)はトナーボトル31のトナー残量が60gであるときの波形S3を示している。図7(E)はトナーボトル31のトナー残量が40gであるときの波形S3を示している。図7(F)はトナーボトル31のトナー残量が30gであるときの波形S3を示している。図7(G)はトナーボトル31のトナー残量が25gであるときの波形S3を示している。図7(H)はトナーボトル31のトナー残量が20gであるときの波形S3を示している。図7(I)はトナーボトル31のトナー残量が15g(ほぼ空状態)であるときの波形S3を示している。
FIG. 7A shows the waveform S3 when the remaining amount of toner in the
●学習データの作成対象となるトナー残量の選択
本実施例では、680g、120g、100g、60g、40g、30g、25g、20g、15gといった9種類のトナー残量が選択された。つまり、それぞれトナー残量の異なる9本のトナーボトル31が用意された。トナーボトル31の排出口32は無効化されている。これは、トナーTが排出されない状態で波形S3の時系列データを取得するためである。
● Selection of the remaining amount of toner for which the learning data is created In this embodiment, nine types of remaining amount of toner such as 680 g, 120 g, 100 g, 60 g, 40 g, 30 g, 25 g, 20 g, and 15 g were selected. That is, nine
ところで、本実施例では、9種類のトナー残量と対応する波形S3とについて機械学習が実行され、9種類のトナー残量についての学習データが作成される。9種類のトナー残量を選択する際には、トナー残量の検知の目的が考慮された。トナー残量を検知する理由は、トナーボトル31が空になる前に、新しいトナーボトル31の準備(発注と配達)を完了することにある。これにより、ユーザーは、画像形成装置1を利用した画像の形成を継続的に実行できるようになる。よって、トナー残量が少ないときのトナー残量の推定精度は相対的に高い必要があり、トナー残量が多いときのトナー残量の推定精度は相対的に低くてもよい。また、推定精度を向上させるために、推定器のレイヤーが多層化されると、推定器の特性を定義するために多数の学習データが必要となる。多数の学習データを記憶するには大容量の記憶装置が必要になる。そこで、9種類のトナー残量のうち、相対的に多量であるトナー残量の数は少ないが、相対的に少量であるトナー残量の数は多い。本実施例では、相対的に多量であるトナー残量の数は1である(例:680gのみ)。一方で、相対的に少量であるトナー残量の数は8個である。
By the way, in this embodiment, machine learning is executed for the nine types of toner remaining amount and the corresponding waveform S3, and learning data for the nine types of toner remaining amount is created. When selecting the nine types of toner remaining amount, the purpose of detecting the toner remaining amount was taken into consideration. The reason for detecting the remaining amount of toner is that the preparation (ordering and delivery) of a
さらに、相対的に少量である8個のトナー残量について、隣り合った二つのトナー残量の間隔も工夫されている。100g、60g、40g、30g、25g、20g、15gといった7個のトナー残量に着目すると、100g(第1のトナー残量)と60g(第2のトナー残量)との差は40gであるが、60gと40gとの差は20gである。40gと30gとの差は10gであり、30gと25gとの差は5gである。25gと20gとの差も5gである。つまり、トナー残量が少なくなるにつれて、隣り合った二つのトナー残量との差が小さくなるように、学習対象となる複数トナー残量が選択されている。換言すれば、トナー残量が多くなるにつれて、隣り合った二つのトナー残量との差が大きくなるように、学習対象となる複数トナー残量が選択されている。このように、学習対象となる複数トナー残量は、空から満量までの範囲内で、一定間隔で選択されていなくてもよい。少量のトナー残量については多く数のトナー残量が学習対象として選択され、多量のトナー残量については少ない数のトナー残量が学習対象として選択されている。これにより、学習データの数を削減しつつ、重要視される少量のトナー残量の推定精度が維持される。 Further, with respect to the remaining amount of eight toners, which is a relatively small amount, the interval between the remaining amount of two adjacent toners is also devised. Focusing on the remaining amount of seven toners such as 100g, 60g, 40g, 30g, 25g, 20g, and 15g, the difference between 100g (first toner remaining amount) and 60g (second toner remaining amount) is 40g. However, the difference between 60 g and 40 g is 20 g. The difference between 40g and 30g is 10g, and the difference between 30g and 25g is 5g. The difference between 25g and 20g is also 5g. That is, as the remaining amount of toner decreases, the remaining amount of a plurality of toners to be learned is selected so that the difference between the remaining amount of two adjacent toners becomes smaller. In other words, as the remaining amount of toner increases, the remaining amount of a plurality of toners to be learned is selected so that the difference between the remaining amount of two adjacent toners increases. As described above, the remaining amount of the plurality of toners to be learned does not have to be selected at regular intervals within the range from empty to full. For a small amount of toner remaining, a large number of toner remaining amount is selected as a learning target, and for a large amount of toner remaining amount, a small number of toner remaining amount is selected as a learning target. As a result, the estimation accuracy of a small amount of toner remaining amount, which is regarded as important, is maintained while reducing the number of learning data.
なお、少量のトナー残量の推定精度は高く、多量のトナー残量の推定精度は低くてもよいため、学習データを作成する際のサンプリング数と波形S3の数も工夫されてもよい。たとえば、少量のトナー残量に関してはサンプリング数および波形S3の数が多くされ、多量のトナー残量に関してはサンプリング数および波形S3の数が少なくされてもよい。 Since the estimation accuracy of the small amount of toner remaining amount is high and the estimation accuracy of the large amount of toner remaining amount may be low, the number of samples and the number of waveforms S3 when creating the learning data may be devised. For example, the number of samples and the number of waveforms S3 may be increased for a small amount of toner remaining, and the number of samples and the number of waveforms S3 may be decreased for a large amount of toner remaining.
●正規化処理
図8(A)は静電容量センサ300のサンプリングデータDataXの一例を示している。図8(B)はサンプリングデータDataXを正規化することで得られた正規化データDataYの一例を示している。正規化データDataYは学習用データと呼ばれてもよい。上述されたように、周囲の環境(温度および湿度)の影響を受けて静電容量センサ300のサンプリングデータDataXは変動する。そこで、この影響を低減するために、正規化処理が適用される。
● Normalization process FIG. 8A shows an example of sampling data DataX of the
サンプリングデータDataXを構成する複数の出力値のうちで最大値はDataXmaxであり、最小値はDataXminである。この場合、正規化データDataYは、次式から演算される。 Of the plurality of output values constituting the sampling data DataX, the maximum value is DataXmax and the minimum value is DataXmin. In this case, the normalized data DataY is calculated from the following equation.
DataY = (DataX − DataXmin)/(DataXmax − DataXmin)・・・(1)
これにより、正規化データDataYを用いて学習を実行して学習結果を演算することで、学習時における周囲の環境(温度および湿度)の変動による出力値の変動の影響が軽減され、波形S3の特徴が顕著に表れる。なお、学習結果と対比される入力データについても同様に正規化処理が適用されてもよい。これにより、トナー残量の推定時の周囲の環境(温度および湿度)の影響が軽減される。
DataY = (DataX-DataXmin) / (DataXmax-DataXmin) ... (1)
As a result, by executing learning using the normalized data DataY and calculating the learning result, the influence of the fluctuation of the output value due to the fluctuation of the surrounding environment (temperature and humidity) at the time of learning is reduced, and the influence of the fluctuation of the output value is reduced, and the waveform S3 The features are noticeable. Similarly, the normalization process may be applied to the input data to be compared with the learning result. This reduces the influence of the surrounding environment (temperature and humidity) when estimating the remaining amount of toner.
学習対象の各トナー残量について、繰り返し波形S3の正規化データDataYが取得され、トナー残量の学習が繰り返されることで、よりロバストな学習データが得られるようにあろう。 For each toner remaining amount to be learned, the normalized data DataY of the repetitive waveform S3 is acquired, and the learning of the toner remaining amount is repeated, so that more robust learning data can be obtained.
正規化データDataYは二次元の配列として定義されてもよい。これは正規化データCi(n,j)と記載される。ここで、iはトナー残量(680g、120g、100g、60g、40g、30g、25g、20g、15g)を示す。nは時系列データ(波形S3)の取得回数(例:1〜100)を示す。jはサンプリング番号(例:1〜200)を示す。 The normalized data DataY may be defined as a two-dimensional array. This is described as normalized data Ci (n, j). Here, i indicates the remaining amount of toner (680 g, 120 g, 100 g, 60 g, 40 g, 30 g, 25 g, 20 g, 15 g). n indicates the number of acquisitions (example: 1 to 100) of time series data (waveform S3). j indicates a sampling number (example: 1 to 200).
●コントローラ
図9はコントローラ900のブロック図である。コントローラ900はCPU901などを実装された制御基板である。CPU901はメモリ950のROM領域に記憶された制御プログラムを実行することで、画像形成装置1の各部を制御する。たとえば、CPU901は、トナー補給が必要になると、駆動信号S1をLoからHiに切り替える。駆動信号S1がLoからHiに切り替わると、駆動回路903はボトルモータ904の駆動を開始する。ボトルモータ904は駆動電流を駆動回路903から供給されて回転する。CPU901は、トナー補給が終了すると、駆動信号S1をHiからLoに切り替える。駆動信号S1がHiからLoに切り替わると、駆動回路903はボトルモータ904の駆動を終了する。ボトルモータ904への駆動電流の供給が停止されるので、トナーボトル31の回転は停止する。検知モジュール905は、静電容量センサ300から出力される検知結果をサンプリングしてCPU901に出力する。CPU901は、検知モジュール905から出力されるサンプリング結果(時系列データ)を推定モジュール906に出力する。この際に、CPU901は、時系列データに正規化処理やノイズ低減処理を施して推定モジュール906に出力する。推定モジュール906は、時系列データ(波形S3)と、メモリ950に記憶されている学習データ951とに基づきトナー残量を推定し、CPU901に渡す。CPU901は、トナー残量を操作部910の表示装置に表示する。CPU901は、例えば、トナー残量がトナーボトル31の発注条件を満たしている場合、通信モジュール907を介して外部装置(サーバーなど)に電子発注書を送信してもよい。なお、これらの各モジュールは、ASICまたはFPGAなどの論理回路により実現されてもよいし、CPU901が制御プログラムを実行することで実現されてもよい。ASICは特定用途集積回路の略称である。FPGAはフィールドプログラマブルゲートアレイの略称である。
● Controller FIG. 9 is a block diagram of the
●推定モジュール
図10は推定モジュール906のブロック図である。推定モジュール906は、推定モードと学習モードとを有している。CPU901により推定モードに設定されると、入力部1001はCPU901から渡された時系列データを判定部1002に渡す。学習データ951はパターンマッチング用の波形データであってもよい。この場合、判定部1002は、メモリ950から学習データ951を読み出し、時系列データと比較する。判定部1002は、それぞれトナー残量が異なる複数の学習データ951のうち、入力された時系列データに最も近い一つの学習データ951を特定し、特定された学習データ951に関連付けられているトナー残量をCPU901に出力する。なお、判定部1002は、入力された時系列データに近い二つの学習データ951を特定し、これらに対する二つのトナー残量を特定してもよい。さらに、判定部1002は、二つのトナー残量を補間演算することで一つのトナー残量を求めてもよい。補間演算の簡単な例は二つのトナー残量の平均値を求める演算である。
● Estimation module FIG. 10 is a block diagram of the
学習データ951は、判定部1002におけるニューラルネットワークを定義する重みデータであってもよい。この場合、それぞれ異なるトナー残量について、共通の学習データ951が作成される。
The learning
CPU901により学習モードに設定されると、入力部1001はCPU901から渡された時系列データを学習部1003に渡す。学習部1003は、入力された時系列データと、操作部910の入力装置から入力されたトナー残量とを対応付けて学習を実行して学習データ951を作成または更新する。学習方法としては、1DCNNなどの機械学習などが採用されてもよい。1DCNNは一次元畳み込みニューラルネットワークの略称である。判定部1002がニューラルネットワークで構成されている場合、学習部1003は学習結果(重みデータ)を判定部1002に設定する。これにより、判定部1002がトナー残量の判定器となる。このように、学習部1003はトナー残量の判定器を作成する作成部として機能してもよい。なお、判定部1002がパターンマッチングを採用している場合、学習モードでは、各トナー残量について代表的な波形の形状を示す時系列データが学習データとして作成される。つまり、学習データは、トナー残量ごとに異なる学習データ(クラスタデータ)となる。
When the learning mode is set by the
判定部1002は、入力された時系列データC(n,j)から特徴を抽出し、抽出された特徴に基づきトナー残量を推定してもよい。この場合、学習部1003もそれぞれトナー残量が異なる時系列データCi(n,j)について特徴を抽出し、抽出された特徴について学習を実行して学習データ951を作成する。
The
学習部1003は画像形成装置1の外部に設けられていてもよい。この場合、CPU901は、通信モジュール907を介して学習結果を取得したり、持ち運び可能なメモリカードから学習結果を取得したりする。CPU901は、取得された学習結果を判定部1002に設定する。
The
ところで、CPU901が時系列データC(n,j)を形成する波形値を一つずつ入力部1001に渡す場合、入力部1001にバッファーメモリが設けられてもよい。この場合、時系列データC(n,j)が完成すると、入力部1001は時系列データC(n,j)をバッファーメモリから読み出して、判定部1002または学習部1003に出力する。あるいは、判定部1002と学習部1003とにバッファーメモリが設けられてもよい。
By the way, when the
●フローチャート
図11はコントローラ900により実行されるトナー推定方法を示すフローチャートである。S1101でCPU901は静電容量センサ300などの初期化を実行する。たとえば、CPU901は静電容量センサ300に初期化を実行するよう命令する。静電容量センサ300はこの命令を受け取ると、検知電極301へ検知パルスを送信する。静電容量センサ300は、検知電極301と基準電極302とにより形成されたコンデンサの出力電圧が飽和しないように、出力電圧を調整する。これにより、出力電圧が有効範囲内に収まるようになる。
● Flowchart FIG. 11 is a flowchart showing a toner estimation method executed by the
S1102でCPU901はトナーボトル31の回転を開始する。CPU901は駆動信号S1をLoからHiに切り替える。これにより、駆動回路903はボトルモータ904の駆動を開始する。ボトルモータ904はトナーボトル31の1を回転させる。ここで、CPU901は、図5で説明された時刻t0から時刻t1までの待機時間を計測するためにカウンタまたはタイマーをスタートさせてもよい。
At S1102, the
S1103でCPU901は測定開始条件が満たされたかどうかを判定する。測定開始条件は、たとえば、時刻t1が到来したことである。測定開始条件が満たされると、CPU901は処理をS1104に進める。
In S1103, the
S1104でCPU901はサンプリングタイミングが到来したかどうかを判定する。サンプリング周期が5msであれば、5msごとにサンプリングタイミングが到来する。サンプリングタイミングは、カウンタまたはタイマーを用いて管理される。サンプリングタイミングが到来すると、CPU901は処理をS1105に進める。
In S1104, the
S1105でCPU901は静電容量のサンプリングを実行する。たとえば、CPU901は検知モジュール905を通じて静電容量センサ300の検知結果(サンプリング結果)を取得する。CPU901はサンプリング結果を推定モジュール906に出力する。
In S1105, the
S1106でCPU901は測定終了条件が満たされたかどうかを判定する。測定終了条件とは、たとえば、200個のサンプリング結果の取得が完了したことである。これにより、時系列データC(n,j)が完成する。
In S1106, the
S1107でCPU901はトナーボトル31を停止する。CPU901は駆動信号S1をHiからLoに切り替える。これにより、駆動回路903はボトルモータ904の駆動を停止する。
At S1107, the
S1108でCPU901は推定モジュール906を用いてトナー残量を推定する。推定モジュール906は時系列データC(n,j)と学習データ951とに基づきトナー残量を推定し、トナー残量をCPU901に出力する。
In S1108, the
S1109でCPU901はトナー残量を出力する。たとえば、CPU901はトナー残量を表示装置に表示したり、通信モジュール907を介してサーバー等に送信したりする。
In S1109, the
●表示画面
図12は操作部910の表示装置に表示される表示画面1200a〜1200dの一例を示している。表示画面1200aは、残量表示部1201aと、メッセージ表示部1202aとを有している。残量表示部1201aは、推定されたトナー残量(単位はg)を表示する。メッセージ表示部1202aは、推定されたトナー残量に対応したメッセージを表示する。メモリ950は、複数のトナー残量にそれぞれ対応したメッセージを記憶していてもよい。CPU901は、推定されたトナー残量に対応するメッセージをメモリ950から読み出してメッセージ表示部1202aに表示する。この例では、メッセージ表示部1202aは、トナーボトル31の準備を促すメッセージを表示している。
● Display screen FIG. 12 shows an example of
表示画面1200bは、メッセージ表示部1202bを有している。CPU901は、推定されたトナー残量が0gであるため、これに対応するメッセージをメモリ950から読み出してメッセージ表示部1202bに表示する。メッセージ表示部1202bは、トナーボトル31の交換を促すメッセージを表示している。なお、トナーボトル31が空になっても、現像器8はトナーを蓄積している。よって、推定されたトナー残量が0gであっても、ユーザーは画像の形成を継続できる。
The
表示画面1200cは、トナー残量をパーセント表示する残量表示部1201cを有している。推定部1106は、推定されたトナー残量(例:40g)と、トナーボトル31の収容能力(例:800g)とから残量の割合(単位は%)を求め、CPU901に渡す。CPU901は、推定部1106から渡された残量の割合を残量表示部1201cに表示する。
The
表示画面1200dは、トナー残量を表示するグラフオブジェクト1203を有している。グラフオブジェクト1203に表示されている斜線部がトナー残量を示している。トナーボトル31がトナーで満杯であれば、グラフオブジェクト1203の全体が斜線で表示される。
The
●学習処理
図13はCPU901が実行する学習処理を示すフローチャートである。たとえば、画像形成装置1の工場出荷時またはユーザーの居室に設置された画像形成装置1の操作部910から学習指示が入力されたときに、学習処理が開始される。ここでは、上述されたそれぞれトナー残量の異なる9種類のトナーボトル31が用意されており、画像形成装置1に順番に装着されて、学習が指示される。
● Learning process FIG. 13 is a flowchart showing a learning process executed by the
S1301でCPU901(学習部1003)は操作部910の入力装置を通じて入力される情報に基づき学習対象のトナー残量の指定を受け付ける。トナー残量は、たとえば、680g、120g、100g、60g、40g、30g、25g、20g、15gのいずれかであってもよい。
In S1301, the CPU 901 (learning unit 1003) accepts the designation of the remaining amount of toner to be learned based on the information input through the input device of the
S1302でCPU901はトナーボトル31の回転を開始する。CPU901は駆動信号S1をLoからHiに切り替える。これにより、駆動回路903はボトルモータ904の駆動を開始する。ボトルモータ904はトナーボトル31の1を回転させる。
In S1302, the
S1303でCPU901は波形S3を取得する。CPU901は上述されたS1103ないしS1106を実行することで波形S3に相当する時系列データを取得する。
In S1303, the
S1304でCPU901は波形S3を正規化する取得する。正規化はオプションである。S1305でn個の波形S3(時系列データC(n,j))の取得が完了したかどうかを判定する。S1306でCPU901はn個の波形S3(時系列データC(n,j))について学習し、学習データ951を作成または更新する。
In S1304, the
なお、ユーザーの居室に設置された画像形成装置1が学習を実行すると、ユーザーの環境に応じて学習データ951が作成されるため、トナー残量の推定精度が向上しよう。上述されたように静電容量センサ300は環境条件の影響を受けやすい。そのため、ユーザーの環境に応じた学習データ951が作成されると、トナー残量の推定精度が向上しよう。
When the
<まとめ>
[観点1]
現像器8はトナーを用いて画像を形成する画像形成手段として機能する。図3が示すように回転機構30はトナーを収容するトナー容器が装着される装着部として機能する。トナーボトル31はトナーを収容する着脱可能に構成されたトナー容器の一例である。ボトルモータ904はトナー容器を回転させる駆動手段の一例である。駆動回路903は装着部に装着されたトナー容器からトナーを補給するためにモータを回転させる制御手段として機能する。静電容量センサ300は、トナー容器に関する物理量(例:静電容量、インダクタンス)を検知する検知手段の一例である。静電容量センサ300は、トナー容器に対向する位置に設けられ、静電容量の検知結果に基づく出力値を出力する検知手段として機能する。CPU901は制御手段によるモータの一度の補給動作の間に検知手段から出力される出力値を正規化する正規化手段として機能する。CPU901は正規化手段により正規化された出力波形に基づいてトナー残量を推定する推定手段として機能する。
<Summary>
[Viewpoint 1]
The
本実施例によれば、トナー残量に相関した物理量の時系列データの波形に基づきトナー残量が検知可能となる。また、検知手段を構成する複数の電極間や配線に容量ばらつきが存在しても、学習データによって精度よく、トナー残量が推定可能となる。その結果、トナーボトル31の交換タイミングが適切になろう。また、トナー切れによる画像不良も発生しにくくなろう。
According to this embodiment, the remaining amount of toner can be detected based on the waveform of the time-series data of the physical quantity correlated with the remaining amount of toner. Further, even if there is a capacitance variation between a plurality of electrodes constituting the detection means or in the wiring, the remaining amount of toner can be estimated accurately by the learning data. As a result, the replacement timing of the
[観点2]
メモリ950はそれぞれ異なる複数のトナー残量について予め取得された学習データ951を記憶する記憶手段の一例である。つまり、メモリ950はそれぞれ異なる複数のトナー残量の出力波形に関する学習データが記憶された記憶手段の一例である。CPU901および推定モジュール906は、トナー容器が回転している間に検知手段から出力される時系列データの波形と、学習データとに基づき、検知手段から出力される時系列データの波形に対応するトナー残量を推定する推定手段の一例である。つまり、CPU901および推定モジュール906は、正規化手段により正規化された出力波形と学習データとに基づいて、トナー残量を推定してもよい。
[Viewpoint 2]
The
[観点3〜4]
記憶手段(例:メモリ950)において、相対的に多量のトナー残量についての学習データは少なく、相対的に少量のトナー残量についての学習データは多い。これはパターンマッチング等で有効であろう。
[Viewpoints 3-4]
In the storage means (eg, memory 950), there is little learning data about a relatively large amount of toner remaining, and there is a lot of learning data about a relatively small amount of toner remaining. This will be effective in pattern matching and the like.
一方、記憶手段に記憶されている複数のトナー残量のうち、相対的に多量のトナー残量の数は少なく、相対的に少量のトナー残量の数は多くてもよい。記憶手段に記憶されている複数のトナー残量のうち、第1のトナー残量と当該第1のトナー残量の次に少ない第2のトナー残量との差が求められてもよい。この差は、第2のトナー残量より少ない第3のトナー残量と当該第3のトナー残量の次に少ない第4のトナー残量との差より大きい。たとえば、メモリ950に学習データ951を記憶されるトナー残量は、たとえば、680g、120g、100g、60g、40g、30g、25g、20g、15gであってもよい。トナーボトル31の交換の必要性を判断するには、相対的に多量のトナー残量よりも、相対的に少量のトナー残量の推定が重要となる。相対的に少量のトナー残量の数を多くすることで、精度よくトナー残量が推定される。また、相対的に多量のトナー残量の数を少なくすることで、メモリ950を有効に活用することが可能となろう。
On the other hand, among the plurality of remaining toners stored in the storage means, the number of remaining toners having a relatively large amount may be small, and the number of remaining amounts of toner having a relatively small amount may be large. Of the plurality of remaining toners stored in the storage means, the difference between the remaining amount of the first toner and the remaining amount of the second toner next to the remaining amount of the first toner may be obtained. This difference is larger than the difference between the third toner remaining amount, which is less than the second toner remaining amount, and the fourth toner remaining amount, which is next to the third toner remaining amount. For example, the remaining amount of toner for storing the learning
相対的に多量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データの数は少なくてもよい。相対的に少量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データの数は多くてもよい。相対的に多量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データのサンプリング間隔は広くてもよい。相対的に少量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データのサンプリング間隔は狭くてもよい。相対的に多量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データのサンプル値は、相対的に少量のトナー残量についての学習データを生成するために使用された時系列データのサンプル値と比較して、多く間引かれていてもよい。これにより、学習に要する時間が短縮されてもよい。 The number of time series data used to generate training data for a relatively large amount of toner remaining may be small. The number of time series data used to generate training data for a relatively small amount of toner remaining may be large. The sampling interval of the time series data used to generate training data for a relatively large amount of toner remaining may be wide. The sampling interval of the time series data used to generate training data for a relatively small amount of toner remaining may be narrow. The sample values of the time series data used to generate the training data for the relatively large amount of toner remaining are the time series used to generate the training data for the relatively small amount of toner remaining. It may be thinned out a lot compared to the sample value of the data. As a result, the time required for learning may be shortened.
[観点5〜7]
CPU901などが、検知手段から出力される時系列データを正規化する正規化手段(例:)として機能してもよい。推定手段(例:推定モジュール906)は、当該正規化された時系列データを用いてトナー残量を推定してもよい。これにより、周囲環境(温度または湿度)に起因したオフセットが時系列データに加算されていてもよい、精度よく、トナー残量が推定されるようになろう。正規化手段は、検知手段から出力される時系列データのうちで最小値と最大値とを特定し、当該最大値と当該最小値との差に基づき時系列データを正規化してもよい。正規化手段は、時系列データを構成する各出力値について最小値に対する差分を求め、当該差分を最大値と最小値との差で除算することで、時系列データを正規化してもよい。正規化手段は、駆動手段の駆動開始から所定時間が経過したあとに検知手段から出力される一連の出力値を正規化してもよい。CPU901は、モータの一度の補給動作の間に検知手段から出力される複数の出力値のうちで最小値と最大値とを特定してもよい。CPU901は、最大値と最小値との差に基づき検知手段から出力される出力値を正規化してもよい。CPU901は複数の出力値のなかの各出力値について最小値に対する差分を求め、当該差分を最大値と最小値との差で除算することで、検知手段から出力される出力値を正規化してもよい。
[Viewpoints 5-7]
The
[その他]
検知手段は、トナー容器の側面から離間して配置されたセンサを含んでもよい。このように検知手段がトナー容器に対して非接触であれば、検知手段の摩耗が生じにくくなり、検知手段の寿命が延びよう。センサは静電容量を検知するセンサであってもよい。トナーTが磁気を帯びる成分を有している場合、センサは磁気を検知するセンサであってもよい。この場合、上記の説明における静電容量はインダクタンスに置換されることになろう。このように、検知手段は、トナー容器に対向する位置に設けられ、磁気の検知結果に基づく出力値を出力する磁気センサにより実現されてもよい。CPU901は磁気センサの出力値および出力波形を用いてトナー残量を推定してもよい。
[Other]
The detecting means may include a sensor disposed away from the side surface of the toner container. If the detecting means is not in contact with the toner container in this way, wear of the detecting means is less likely to occur, and the life of the detecting means will be extended. The sensor may be a sensor that detects capacitance. When the toner T has a magnetic component, the sensor may be a sensor that detects magnetism. In this case, the capacitance in the above description will be replaced by the inductance. As described above, the detection means may be realized by a magnetic sensor provided at a position facing the toner container and outputting an output value based on the magnetic detection result. The
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。 The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the invention.
1:画像形成装置、31:トナーボトル、300:静電容量センサ、901:CPU、904:ボトルモータ 1: Image forming device, 31: Toner bottle, 300: Capacitance sensor, 901: CPU, 904: Bottle motor
Claims (8)
トナーを収容するトナー容器が装着される装着部と、
モータと、
前記装着部に装着されたトナー容器からトナーを補給するために前記モータを回転させる制御手段と、
前記トナー容器に対向する位置に設けられ、静電容量の検知結果に基づく出力値を出力する検知手段と、
前記制御手段による前記モータの一度の補給動作の間に前記検知手段から出力される出力値を正規化する正規化手段と、
前記正規化手段により正規化された出力波形に基づいてトナー残量を推定する推定手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。 An image forming means for forming an image using toner, and
The mounting part where the toner container that stores the toner is mounted and the mounting part
With the motor
A control means for rotating the motor to replenish toner from the toner container mounted on the mounting portion, and
A detection means provided at a position facing the toner container and outputting an output value based on a capacitance detection result, and a detection means.
A normalization means for normalizing the output value output from the detection means during one replenishment operation of the motor by the control means, and a normalization means.
An image forming apparatus comprising an estimation means for estimating the remaining amount of toner based on an output waveform normalized by the normalization means.
前記推定手段は、前記正規化手段により正規化された出力波形と前記学習データとに基づいて、前記トナー残量を推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。 It further has a storage means for storing learning data regarding output waveforms of a plurality of different toner remaining amounts.
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the estimation means estimates the remaining amount of toner based on the output waveform normalized by the normalization means and the learning data.
トナーを収容するトナー容器が装着される装着部と、
モータと、
前記装着部に装着されたトナー容器からトナーを補給するために前記モータを回転させる制御手段と、
前記トナー容器に対向する位置に設けられ、磁気の検知結果に基づく出力値を出力する検知手段と、
前記制御手段による前記モータの一度の補給動作の間に前記検知手段から出力される出力値を正規化する正規化手段と、
前記正規化手段により正規化された出力波形に基づいてトナー残量を推定する推定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。 An image forming means for forming an image using toner, and
The mounting part where the toner container that stores the toner is mounted and the mounting part
With the motor
A control means for rotating the motor to replenish toner from the toner container mounted on the mounting portion, and
A detection means provided at a position facing the toner container and outputting an output value based on a magnetic detection result,
A normalization means for normalizing the output value output from the detection means during one replenishment operation of the motor by the control means, and a normalization means.
An image forming apparatus comprising: an estimation means for estimating the remaining amount of toner based on an output waveform normalized by the normalization means.
Priority Applications (1)
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