JP5121579B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置（電子写真装置）に関し、特に、そのトナーボトルの回転駆動を行うモータ制御技術に特徴のある画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置におけるトナーボトルからのトナー補給部は、ブラシモータもしくはブラシレスモータで構成されるモータ（トナーボトルモータ）と、トナー補給されたサブホッパー部もしくは現像器内のトナー検知センサで構成される。また、トナー凝縮による停止を検知するために、トナーボトルや攪拌部材の回転を検知する回転検知手段を搭載する画像形成装置もある（特許文献１参照）。

上記構成の画像形成装置は、トナーボトルからのトナー補給は、モータを使用してトナーボトルを回転させるか、もしくはトナーボトル内の攪拌部材を回転させて行われている。

また、トナーボトル内のトナーの有無を検知するセンサを配置するには構成が複雑となり、コスト高となってしまうため、画像形成装置本体内に配置されるサブホッパー部もしくは現像器にトナーセンサを配置する。

そして、トナー無しを検知した場合に画像形成を停止させ、トナーボトルが交換されたらトナー有りになるまで、モータの回転を行って補給動作を続け、“有り”を検知したら画像形成を開始するような補給制御を行っている。

以下に、電源オン中に定期的に行っているトナー補給制御及びトナーボトル交換時の制御について説明する。

上記したサブホッパー部のトナーセンサによりトナーの有無の検知を行い、トナーが有る場合は画像形成ＯＫ状態となる。トナー無しを検知した場合は、トナーボトルもしくはトナーボトル内の攪拌部材をモータで回転させることでトナー補給を行う。トナー補給を行いながら、トナーの有無の検知を行う。

一定時間補給を続けてもトナー無しが継続し、さらに、現像器内のトナーの有無検知を行い、現像器内のトナーセンサがトナー無しと検知した場合は、画像形成動作を停止する。そして、トナーボトル内のトナーが無いことをユーザに通知する交換メッセージ等を表示部に表示する。

その後、トナーボトルが交換された可能性があるかの判断を行う。これは、トナーボトル交換の際に開閉されるドアの開閉センサを検知することで行う。トナーボトルが交換された可能性があると判断されたら、再びしたトナー補給動作を開始する。

サブホッパー部のトナーセンサがトナー有りを検知するまでトナー補給を続け、トナー有りを検知した時点で画像形成を再び開始する。

上記シーケンスを繰り返すことで、トナー無しの状態で画像形成が行われないように制御している。
特開２００１−３５６５７６号公報

上記従来のトナー無し時のリカバリー動作に際しては、まず、現像器のトナーセンサが“無し”を検知して、画像形成動作を停止した後、トナー交換表示を表示部に表示する。その後、ドア開閉動作を検知したら、トナー補給動作を開始し、サブホッパー部のトナーセンサが“有り”になるまで補給動作を続け、“有り”を検知した時点で画像形成動作を開始する。

即ち、ユーザがトナーボトルを交換した場合、サブホッパー部にトナーが満たされるまで画像形成動作を停止し続けるため、ボトル交換後の画像形成開始までのリカバリー時間が長くなってしまうという課題がある。

本発明の目的は、トナーボトル交換後の画像形成開始までの時間を短縮することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、トナーボトルからトナー貯蔵手段にトナーを搬送するためにトナーボトルを回転させるモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知手段と、前記トナー貯蔵手段におけるトナーの有無を検知するトナー有無検知手段と、前記トナーボトルの交換が行われた可能性があることを検知するトナーボトル交換検知手段と、前記トナー有無検知手段がトナー無しを検知し、前記トナーボトル交換検知手段が前記トナーボトルの交換が行われた可能性があることを検知した場合に、前記回転速度検知手段で検知した前記モータの回転速度からトナー補給量を算出し、算出した前記トナー補給量に応じて画像形成を開始するタイミングを決定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、トナーボトル交換後の画像形成開始までの時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。また、図２は、図１の画像形成装置において、トナーボトルの位置を示す外観透視斜視図、図３は、図１の画像形成装置において、トナーボトルの位置を示す外観透視側面図である。

図１の画像形成装置は、具体的には、電子写真方式でタンデム型の中間転写ベルトを有するカラー画像形成装置である。

この画像形成装置は、４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えている。具体的には、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋである。

これら４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは一定の間隔において一列に配置される。さらにその下方に、給紙ユニットとしてのカセット１７、手差しトレイ２０を配置し、記録媒体Ｐの搬送パス１８、レジストローラ１９を縦に配置し、その上方に定着ユニット１６を備えている。

次に個々のユニットについて詳しく説明する。

各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋには、それぞれ像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設置されている。

各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ配置されている。

一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の下方には、レーザ露光装置７が設置されている。

各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、負帯電のＯＰＣ感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置（不図示）によって矢印方向（時計回り方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。

一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

感光ドラム２の下方に配置されるレーザ露光装置７は、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行うレーザ発光部、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成される。

レーザ露光装置７は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに露光（光書き込み）をすることによって、各一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで帯電された各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面に画像情報に応じた各色の静電潜像を形成する。

各現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されていて、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させてトナー像として現像（可視像化）する。

各現像器４に対して、図２、図３に示すような位置にセットされる各色のトナーボトル３０ａ〜３０ｄから、図４に示すサブホッパー部を経由してトナーの補給が行われる。

ここで、図４の構成を説明する。

図４は、トナー補給部と図１における現像器の構成図である。

トナー補給部は、トナーボトル３０（３０ａ〜３０ｄ）と、トナーボトルモータ３０１（３０１ａ〜３０１ｄ）とを備える。また、トナー補給部は、サブホッパー部３０２（３０２ａ〜３０２ｄ）と、サブホッパースクリュー３０３（３０３ａ〜３０３ｄ）と、トナーセンサ３０４（３０４ａ〜３０４ｄ）とを備える。

現像器４（４ａ〜４ｄ）もトナーセンサ４０１（４０１ａ〜４０１ｄ）を備える。

トナー補給制御に関する詳細は後述する。

図１に戻り、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに当接可能に配置されている。各転写ローラ５は、各感光ドラム２上のトナー像を順次中間転写ベルト８上に転写し重ね合わせていく。

ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、クリーニングブレード等で構成され、感光ドラム２上の一次転写時の残留した転写残トナーを、感光ドラム２から掻き落とし、ドラムの表面を清掃する。

中間転写ベルト８は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面側に配置されて、二次転写対向ローラ１０とテンションローラ１１間に張架されている。二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４において、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。

中間転写ベルト８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。

中間転写ベルト８に転写された画像は二次転写部３４において、給紙ユニットから搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。中間転写ベルト８の外側で、テンションローラ１１の近傍には、中間転写ベルト８の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置１３が設置されている。

定着ユニット１６は、内部にセラミックヒータ基板等の熱源を備えた定着ローラ１６ａと、定着ローラ１６ａに加圧される加圧ローラ１６ｂ（このローラに熱源を備える場合もある）からなる。定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂが当接するニップ部３１で、記録媒体上の未定着トナー像が溶融定着される。

また、定着ユニット１６の下流側（記録媒体搬送方向における）には、記録媒体Ｐを装置の外部に導き出すための外排紙ローラ２１が配設され、その下流側には排紙トレイ２２が設けられる。

図５は、図１の画像形成装置におけるトナー補給部に関連する制御ブロック図である。

トナーボトル３０は、トナーボトルモータ３０１とギア等で連結され駆動される。本実施の形態では、トナーボトルモータ３０１は、ＦＧ信号出力付きブラシレスモータとする（エンコーダ等で回転速度を検知できれば、駆動手段はブラシモータでもよい）。

トナーボトルモータ３０１は、モータ駆動制御部５０２（４つのトナーボトルモータ３０１に対応して４つ設けられる）を介してシーケンス制御部５０１と接続される。モータ駆動制御部５０２は、トランジスタ、ＦＥＴもしくはモータ専用ＩＣ等で構成され、シーケンス制御部５０１のオン／オフ信号に応じてトナーボトルモータ３０１の回転制御を行う。

回転速度検知部（回転状態検知手段）５０３（４つ設けられる）は、トナーボトルモータ３０１から出力されるＦＧ信号を、ＡＳＩＣ等を用いて回転速度に変換する（直接シーケンス制御部５０１に入力して検知を行うことも可能である）。

サブホッパー部３０２は、トナーボトル３０よりトナーが補給される。サブホッパー部３０２内のトナーの有無を検知するトナーセンサ（トナー有無検知手段）３０４は、シーケンス制御部５０１と接続され、シーケンス制御部５０１にトナーの有無を通知する。

現像器４内のトナーセンサ４０１もシーケンス制御部５０１と接続され、シーケンス制御部５０１にトナーの有無を通知する。

ドアセンサ（トナーボトル交換検知手段）５０４は、トナーボトル３０の交換時に開閉されるドアの開閉を検知するセンサであり、シーケンス制御部５０１に接続される。

操作部（表示部）５０５は、シーケンス制御部５０１とシリアル通信等で接続され、画像形成装置の状態を表示する。トナーボトル３０の交換表示等も行われる。

画像形成部１は、シーケンス制御部５０１から画像形成開始信号を受信する。

図６は、図５のトナー補給部によって実行されるトナー補給制御処理の手順を示すフローチャートである。

図６のフローチャートを用いて、トナーボトル交換時の制御に関して説明する。尚、本フローチャートは、図５のシーケンス制御部５０１の制御の下に実行される。

画像形成装置は、電源がオンされている間は定期的に本シーケンスを行うことでトナー補給制御を行っている。

ステップＳ６０１で、シーケンス制御部５０１は、トナーセンサ３０４からのサブホッパー部３０２のトナーの有無の検知信号に基づきトナーの有無の判断を行う。シーケンス制御部５０１がトナー有りを検知（判断）している場合は、“画像形成ＯＫ”（ステップＳ６１０）のステータスを返す（出力する）ことで画像形成動作を続ける。

ステップＳ６０１でシーケンス制御部５０１がトナー無しを検知した場合は、シーケンス制御部５０１は、モータ駆動制御部５０２へオン信号を出力し、トナーボトルモータ３０１を回転させてトナー補給動作を行う（ステップＳ６０２）。

シーケンス制御部５０１は、トナーボトル３０の回転中も、サブホッパー部３０２内に配置されるトナーセンサ３０４によりトナーの有無検知を行う（ステップＳ６０３）。そして、トナー有りを検知した場合は、再び“画像形成ＯＫ”（ステップＳ６１０）のステータスを返すことで画像形成動作を続ける。

シーケンス制御部５０１は、トナー補給動作を行ってもサブホッパー部３０２内のトナーセンサ３０４が“有り”を検知しない場合、ステップＳ６０４に進み、現像器４内に配置されるトナーセンサ４０１の状態検知を行う。

シーケンス制御部５０１は、トナーセンサ４０１が“有り”を検知している場合は、ステップＳ６０２に戻り、トナー補給動作を続け、上記シーケンスを繰り返す。

シーケンス制御部５０１は、ステップＳ６０４で現像器４内のトナーセンサ４０１が“無し”を検知したら“画像形成動作の停止”のステータスを返すことで画像形成動作を停止させる（ステップＳ６０５）。

シーケンス制御部５０１は、シリアル通信等で接続される操作部５０５にトナーボトルの交換を促すメッセージを表示する（ステップＳ６０６）。

そして、ステップＳ６０７で、ユーザがトナーボトル３０の交換をした可能性があるかどうかの判断を行う。これは、トナーボトル３０を交換する際に開閉されるドアセンサ５０４の信号をシーケンス制御部５０１が検知することで行う。

トナーボトル３０が交換されたことを検知したら、ステップＳ６０８に進み、シーケンス制御部５０１は、モータ駆動制御部５０２へオン信号を出力し、トナーボトルモータ３０１を回転させる。その際に、トナーボトルモータ３０１から出力されるＦＧ信号を回転速度検知部５０３で監視し、回転速度の検知を行う。そして、検知された回転速度からトナー補給量を算出し、トナー補給量に応じて画像形成を開始するタイミングを決定する。

ここで、トナー補給量は、画像形成時のトナー消費量より多く、さらに一定時間内にトナーセンサ３０４がトナー有りを検知できる量である。

図７は、図５におけるトナーボトルモータの回転速度とトナー補給量との関係の一例を示す図である。

図７に示す両者の関係と、サブホッパー部３０２のトナーセンサ３０４がトナー無しを検知してから現像器４のトナーセンサ４０１がトナー無しを検知するまでのトナー容量と画像形成で消費されるトナー消費量の３つのパラメータより画像形成開始タイミングを決定する。

例えば、上記トナー容量を５０ｇとし、画像形成で消費されるトナー消費量を１分で１ｇとした場合（画像形成速度、想定原稿等で決定）は以下のようになる。

即ち、上記回転速度検知で、トナーボトルモータ３０１の回転速度が２０ｒｐｍ以下と検知された場合は、現像器４内のトナーセンサ４０１がトナー“有り”を検知したら、さらに５ｇ補給されたと検知した時点で画像形成開始をＯＫとする（ステップＳ６０９）。

この場合、画像形成開始５分後に本動作を続けても５分後にサブホッパー部３０２のトナーセンサ３０４がトナー“有り”を検知できるように設定する（５分と設定したのはあくまでも一例で回転速度、容量等により決定する）。

また、例えば、トナーボトルモータ３０１の回転速度が３０ｒｐｍと検知した場合は、現像器４内のトナーセンサ４０１がトナー“有り”を検知したら、さらに３０ｇ補給されたと検知した時点で画像形成開始をＯＫとする（ステップＳ６０９）。

これも、画像形成開始５分後に本動作を続ければ５分後にサブホッパー部３０２のトナーセンサ３０４がトナー“有り”を検知できるためである。

以上に挙げた２例のように、シーケンス制御部５０１は、補給量、トナー容量、消費量から画像形成開始がＯＫであるか否かをステップＳ６０９で判断する。そして、シーケンス制御部５０１は、ＯＫと判断された時点で“画像形成ＯＫ”（ステップＳ６１０）のステータスを返すことで画像形成動作を開始する。

本実施の形態では、トナー貯蔵部をサブホッパー部３０２と現像器４で構成しているが、サブホッパー部３０２もしくは現像器４のどちらか一方であっても同様の制御が可能である。

また、本実施の形態では、トナーボトルモータ３０１の回転速度を検知しているが、回転時の電流を検知しそれに応じて制御することも可能である。

また、本実施の形態では、トナーボトル交換検知手段はドアセンサ５０４としているが、トナーボトル３０の脱着を検知することでも同様の制御が可能である。

また、本実施の形態では、サブホッパー部３０２と現像器４の両方にトナーセンサ３０４と、トナーセンサ４０１を設けているが、サブホッパー部３０２と現像器４のいずれか一方にトナーセンサを設けてもよい。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図１の画像形成装置において、トナーボトルの位置を示す外観透視斜視図である。 図１の画像形成装置において、トナーボトルの位置を示す外観透視側面図である。 トナー補給部と図１における現像器の構成図である。 図１の画像形成装置におけるトナー補給部に関連する制御ブロック図である。 図５のトナー補給部によって実行されるトナー補給制御処理の手順を示すフローチャートである。 図５におけるトナーボトルモータの回転速度とトナー補給量との関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成部
２ 感光ドラム
４ 現像器
３０ トナーボトル
３０１ トナーボトルモータ
３０２ サブホッパー部
３０４ トナーセンサ
４０１ トナーセンサ
５０１ シーケンス制御部
５０２ モータ駆動部
５０３ 回転速度検知部
５０４ ドアセンサ
５０５ 操作部

Claims (9)

1. トナーボトルからトナー貯蔵手段にトナーを搬送するためにトナーボトルを回転させるモータと、
   前記モータの回転速度を検知する回転速度検知手段と、
   前記トナー貯蔵手段におけるトナーの有無を検知するトナー有無検知手段と、
   前記トナーボトルの交換が行われた可能性があることを検知するトナーボトル交換検知手段と、
   前記トナー有無検知手段がトナー無しを検知し、前記トナーボトル交換検知手段が前記トナーボトルの交換が行われた可能性があることを検知した場合に、前記回転速度検知手段で検知した前記モータの回転速度からトナー補給量を算出し、算出した前記トナー補給量に応じて画像形成を開始するタイミングを決定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー貯蔵手段は、前記トナーボトルと現像器の間に配置されるサブホッパー部であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー貯蔵手段は、現像器であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記トナー貯蔵手段は、現像器と、前記トナーボトルと前記現像器との間に配置されるサブホッパー部であり、前記現像器及び前記サブホッパー部の両方に前記トナー有無検知手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記モータの回転速度と前記トナー補給量との関係、前記サブホッパー部に設けられたトナー有無検知手段がトナー無しを検知してから前記現像器に設けられたトナー有無検知手段がトナー無しを検知するまでのトナー容量、及び、画像形成で消費されるトナー消費量の３つのパラメータにより、前記画像形成を開始するタイミングを決定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記トナーボトル交換検知手段は、前記トナーボトルの交換の際に開閉されるドアの開閉を検知することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記トナーボトル交換検知手段は、前記トナーボトルの脱着を検知することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 前記トナー補給量は、画像形成時のトナー消費量より多く、一定時間内に前記トナー有無検知手段がトナー有りを検知することができる量であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
9. 前記トナーボトルを交換する必要のあることをユーザに通知する表示部を有し、
   前記制御手段は、前記トナー有無検知手段がトナー無しを検知したときに、前記表示部に前記トナーボトルの交換を促すメッセージを表示することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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