JP5317670B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置であって、特に現像器への現像剤の補給を制御する画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置は、現像器に収容された現像剤の収容量を検知するための収容量検知センサを有し、当該収容量検知センサの検知結果に基づいて現像器に供給する現像剤の量を制御していた。

収容量検知センサの具体的な構成としては、収容量検知センサにピエゾ素子を設け、当該ピエゾ素子の周辺の現像剤から受ける圧力値を検知し、検知された圧力値に基づき現像剤の収容量を測定するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−０８４８４４号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、ピエゾ素子周辺の現像剤の検知しかできないため、ピエゾ素子の側に片寄って現像剤が積層されているような場合は、現像剤の収容量が実際よりも多くあると誤検知される可能性がある。

この誤検知によって、現像器への現像剤の補給量が少なくなるため、現像器内の現像剤量が低下し、記録紙に形成される画像の濃度が薄くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、現像剤の積層状態に関わらず、現像剤の収容量を精度良く検知することで、記録紙に形成される画像の濃度品質を一定に保つことのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、現像剤を収納する現像剤収納容器と、前記現像剤収納容器から現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤搬送手段により搬送された現像剤を一時的に貯蔵する現像剤貯蔵手段と、前記現像剤貯蔵手段に設けられ、振動波を発信する振動波発信手段と、前記現像剤貯蔵手段に設けられ、前記振動波発信手段により発信された振動波を受信する振動波受信手段と、前記振動波発信手段により発信された振動波の位相と、前記振動波受信手段により受信された振動波の位相との位相差が大きいほど、前記現像剤貯蔵手段内の現像剤の量が多い値となるように当該現像剤の量を算出する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤の積層状態に関わらず、現像剤の収容量を精度良く検知することで、記録紙に形成される画像の濃度品質を一定に保つことのできる画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は、画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

画像形成装置１００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の４つの画像形成部を備える。

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１７、２０を配置し、記録紙の搬送パス１８，１９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。そして、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）に所定のプロセス速度で回転駆動される。

一次帯電手段としての一次帯電器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手段、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成される。そして、レーザ露光装置７が各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに露光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。レーザ露光装置７の詳細構成に関しては後述する。

各現像器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの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する。

一次転写手段としての転写ローラ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おり、各感光ドラム上のトナー像を順次中間転写ベルト８上に転写していく。

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、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。

また、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、二次転写ローラ１２と二次転写対向ローラ１０とのニップ部において、給紙ユニット１７から搬送されてきた記録紙Ｐ上に転写される。以上に示したプロセスにより各トナーによる画像形成が行われる。

給紙ユニットは、記録紙Ｐを収納するための給紙ユニット１７及び手差しトレイ２０から構成される。また、給紙ユニット１７内もしくは手差しトレイ２０から送り出された記録紙Ｐを搬送するための給紙ローラ、搬送パス１８、画像形成部の画像形成タイミングに合わせて記録紙Ｐを二次転写領域へ送り出すためのレジストローラ１９が設けられている。

定着ユニット１６は、内部にアルミナヒータなどの熱源を備えた定着フィルム１６ａと、フィルムをはさんで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）から成る。また、定着ユニット１６から排出された記録紙Ｐを装置の外部に導き出すための外排紙ローラ２１が配設される。

図２は、現像器に現像剤を補給するための現像剤補給部を示す図である。

現像剤収納容器としてのトナーカートリッジ２０３に隣接して、一時的に現像剤を貯蔵する現像剤貯蔵手段としてのバッファ２０１が設けられている。

トナーカートリッジ２０３内の現像剤は、現像剤搬送手段としてのバッファ補給モータ２０５が駆動されることにより、バッファ２０１に補給される。また、バッファ２０１内の現像剤は、第２の現像剤搬送手段としての現像器補給モータ２０２が駆動されることにより、スクリュー２０８が回転し、現像器４に補給される。

このとき、スクリュー２０８の回転に応じて補給検知フラグ２０６が図の矢印方向に回転し、フォトインタラプタ２０７を横切る。このフォトインタラプタの出力信号を検知することで、バッファ２０１から現像器４への現像剤の補給量を検知することができる。

また、バッファ２０１の一方の側壁には発信側ピエゾセンサ２０４ａが設けられ、当該側壁と対向する側の他方の側壁には受信側ピエゾセンサ２０４ｂが設けられている。これらのピエゾセンサ２０４ａ及び２０４ｂによってバッファ２０１内の現像剤量を検知し、この検知結果に応じてバッファ補給モータ２０５を動作させることにより、トナーカートリッジ２０３からバッファ２０１へと現像剤を補給する。

図３は、バッファ内に設けられたピエゾ素子の構成図である。

ピエゾセンサ２０４は、圧電素子としての高分子ピエゾ素子３０１と、高分子ピエゾ素子３０１に備えられた一組の電極３０２とによって構成されている。高分子ピエゾ素子３０１はポリフッ化ビニリデンで生成され、電極３０２は高分子ピエゾ素子３０１の各面に備えられている。

ピエゾセンサ２０４で振動波を発信させる場合は、電極３０２間に電圧を印加することで、高分子ピエゾ素子３０１を振動させ、振動エネルギーを発生させることができる。

また、ピエゾセンサ２０４で振動波を受信する場合は、高分子ピエゾ素子３０１が受けた振動エネルギーにより発生する電極３０２間の電圧を検知することで、振動波を受信することができる。

図４は、画像形成装置の制御ブロック図である。

ＣＰＵ４０３は、画像形成装置１００全体を制御する制御回路である。ＲＯＭ４０４には、画像形成装置１００で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ４０５は、ＣＰＵ４０３が動作するためのシステムワークメモリであり、また画像データを一時記憶するための画像メモリとしても機能する。

Ｉ／Ｆ４０６は、パーソナルコンピュータ４０１から画像データや画像形成命令を受信するためのインターフェースである。操作部４０２には、ユーザからの操作入力を受け付ける入力キーや表示部が設けられており、ＣＰＵ４０３と通信可能に接続されている。

ピエゾセンサ２０４は、振動波発信手段としての発信側ピエゾセンサ２０４ａと、振動波受信手段としての受信側ピエゾセンサ２０４ｂとから構成されている。

現像剤量の検知動作を行う場合には、発信側ピエゾセンサ２０４ａより振動波を発信し、発信された振動波によって受信側ピエゾセンサ２０４ｂで電圧が発生する。ＣＰＵ４０３は、受信側ピエゾセンサ２０４ｂで発生した電圧に基づき、現像剤量の算出を行う。この点についての詳細は後述する。

ＣＰＵ４０３は、バッファ２０１内の現像剤量と受信側ピエゾセンサ２０４ｂにより検知される電圧値との関係を示すテーブルをＲＯＭ４０４から取得し、このテーブルを参照することで現像剤量を算出する。また、受信側ピエゾセンサ２０４ｂの受信結果に応じて、予め定められた閾値よりもバッファ２０１内の現像剤量が少ない場合は、ＣＰＵ４０３はバッファ補給モータ２０５を駆動して現像剤の補給を開始する。

現像器４に現像剤を補給する場合は、ＣＰＵ４０３は現像器補給モータ２０２を駆動して現像剤の補給を開始する。ＣＰＵ４０３は、フォトインタラプタ２０７が補給検知フラグ２０６を検知した回数に基づき、現像器４へ補給した現像剤の量を検知する。

図５は、発信した振動波と受信した振動波の特性を示す図である。

図５（ａ）における実線は発信側ピエゾセンサ２０４ａから発信された振動波の波形を示し、破線は受信側ピエゾセンサ２０４ｂで受信した振動波の波形を示す。

現像剤の量を検知するための振動波のエネルギー伝達量は、発信側ピエゾセンサ２０４ａと受信側ピエゾセンサ２０４ｂとの間の現像剤量によって変化する特性を持つ。空気に対し、現像剤は振動波の伝達効率が低い特性を有するため、現像剤量が多いほど低い電圧値を示す。

具体的には、図５（ｂ）に示されるように、発信側ピエゾセンサ２０４ａと受信側ピエゾセンサ２０４ｂとの間の現像剤量が多くなるほど、受信側ピエゾセンサ２０４ｂに発生する実効電圧が小さくなる。

そこで、図５（ｂ）に示される現像剤量と実効電圧との関係をテーブルとして予めＲＯＭ４０４に保持しておき、ＣＰＵ４０３は、検知した受信波の実効電圧に基づき、当該テーブルを参照することで、バッファ２０１内の現像剤量を算出する。

現像剤量の検知手法としては、振動波の伝達速度差によって検知を行ってもよい。具体的には、発信側ピエゾセンサ２０４ａから発信した振動波、及び受信側ピエゾセンサ２０４ｂで受信した振動波の位相差に基づき、現像剤量の検知を行ってもよい。

空気と現像剤とは振動波の伝達速度が異なることから、図５（ａ）に示されるように、発信側ピエゾセンサ２０４ａと受信側ピエゾセンサ２０４ｂとの間の現像剤量に応じて位相差が発生する。

具体的には、図５（ｃ）に示されるように、発信側ピエゾセンサ２０４ａと受信側ピエゾセンサ２０４ｂとの間の現像剤量が多くなるほど、位相差が大きくなる。

そこで、ＣＰＵ４０３は、発信側ピエゾセンサ２０４ａから発信した振動波のピークタイミングと受信側ピエゾセンサ２０４ｂで受信した振動波のピークタイミングとを比較し、伝達によって発生する位相差を検知する。

そして、図５（ｃ）に示される現像剤量と位相差との関係をテーブルとして予めＲＯＭ４０４に保持し、ＣＰＵ４０３は、検知した位相差に基づき、当該テーブルを参照することで、バッファ２０１内の現像剤量を算出する。

図６は、現像器への現像剤の補給動作を示すフローチャートである。

このフローチャートを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ４０４に記憶されており、ＣＰＵ４０３により読み出されることにより実行される。本制御フローは、現像器４に現像剤を補給する場合に実行される。

まず、ＣＰＵ４０３は、バッファ２０１内の現像剤量を検知するために、発信側ピエゾセンサ２０４ａに振動波を発信させる（Ｓ６０１）。発信された振動波を受信することにより、受信側ピエゾセンサ２０４ｂで電圧が発生する。

次に、ＣＰＵ４０３は、受信側ピエゾセンサ２０４ｂで発生した電圧に基づき、ＲＯＭ４０４に保持されている前述のテーブルを参照することで、所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に有るかどうかどうかを判断する（Ｓ６０２）。ここでいう所定量は、補給に必要な現像剤の量として予め設定されている量である。

ステップＳ６０２において、所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に有ると判断された場合には、ＣＰＵ４０３は、現像器補給モータ２０２を駆動して、現像器４に現像剤を所定量補給する（Ｓ６０３）。

具体的には、ＣＰＵ４０３は、フォトインタラプタ２０７が補給検知フラグ２０６を所定回数検知するまで現像器補給モータ２０２を駆動することで、現像器４に現像剤を所定量補給する。補給が終わると、ＣＰＵ４０３は、この制御フローを終了する。

一方、ステップＳ６０２において、所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に無いと判断された場合には、ＣＰＵ４０３は、所定時間バッファ補給モータ２０５を駆動して、バッファ２０１に現像剤を補給する（Ｓ６０４）。

次に、ＣＰＵ４０３は、再度発信側ピエゾセンサ２０４ａに振動波を発信させる（Ｓ６０５）。そして、ＣＰＵ４０３は、前述のステップＳ６０２と同様に、受信側ピエゾセンサ２０４ｂで発生した電圧に基づき、所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に有るかどうかどうかを判断する（Ｓ６０６）。

所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に有ると判断された場合には、前述のステップＳ６０３に移行する。一方、所定量以上の現像剤がバッファ２０１内に無いと判断された場合には、操作部４０２上の表示部に、トナーカートリッジ２０３にトナーが無い旨の表示を行う（Ｓ６０７）。

これによって、トナー無し状態を報知することができ、ユーザにトナーカートリッジ２０３の交換を促すことができる。なお、画像形成装置１００に対してネットワークを介して接続されたパーソナルコンピュータ４０１等に、トナー無しの通知を行っても構わない。

また、上記の実施形態では、発信側ピエゾセンサ２０４ａ及び受信側ピエゾセンサ２０４ｂをバッファ２０１内に設けた構成について説明したが、これに限られるものではない。例えば、現像器４やトナーカートリッジ２０３のような、現像剤を収納する筐体の内部の側壁に設けて、当該筐体に収納されている現像剤の残量を算出するように構成してもよい。

以上で説明したように、本実施形態の画像形成装置１００によれば、例え現像剤が受信側ピエゾセンサ２０４ｂの側に片寄って積層されていても、現像剤の収容量の誤検知を防止することができる。

したがって、現像剤の積層状態に関わらず、現像剤の収容量を精度良く検知することができ、記録紙Ｐに形成される画像の濃度品質を一定に保つことができる。

画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 現像器に現像剤を補給するための現像剤補給部を示す図である。 バッファ内に設けられたピエゾ素子の構成図である。 画像形成装置の制御ブロック図である。 発信した振動波と受信した振動波の特性を示す図である。 現像器への現像剤の補給動作を示すフローチャートである。

符号の説明

４ 現像器
１００ 画像形成装置
２０１ バッファ（現像剤貯蔵手段）
２０２ 現像器補給モータ（第２の現像剤搬送手段）
２０３ トナーカートリッジ（現像剤収納容器）
２０４ａ 発信側ピエゾセンサ（振動波発信手段）
２０４ｂ 受信側ピエゾセンサ（振動波受信手段）
２０５ バッファ補給モータ（現像剤搬送手段）
３０１ 高分子ピエゾ素子（圧電素子）
４０２ 操作部（表示手段）
４０３ ＣＰＵ（制御手段）

Claims (8)

1. 現像剤を収納する現像剤収納容器と、
   前記現像剤収納容器から現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、
   前記現像剤搬送手段により搬送された現像剤を一時的に貯蔵する現像剤貯蔵手段と、
   前記現像剤貯蔵手段に設けられ、振動波を発信する振動波発信手段と、
   前記現像剤貯蔵手段に設けられ、前記振動波発信手段により発信された振動波を受信する振動波受信手段と、
   前記振動波発信手段により発信された振動波の位相と、前記振動波受信手段により受信された振動波の位相との位相差が大きいほど、前記現像剤貯蔵手段内の現像剤の量が多い値となるように当該現像剤の量を算出する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
   前記現像剤貯蔵手段から現像剤を搬送する第２の現像剤搬送手段と、
   前記第２の現像剤搬送手段により搬送された現像剤を用いて、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像器と、を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記振動波受信手段の受信結果に応じて、前記現像剤貯蔵手段に所定量以上の現像剤が有るかどうかを判断することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記所定量以上の現像剤が前記現像剤貯蔵手段に有ると判断した場合は、前記第２の現像剤搬送手段を駆動して前記現像剤貯蔵手段から前記現像器へと現像剤を搬送させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記所定量以上の現像剤が前記現像剤貯蔵手段に無いと判断した場合は、前記現像剤搬送手段を駆動して前記現像剤収納容器から前記現像剤貯蔵手段へと現像剤を搬送させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
6. 画像形成装置に関する情報を表示する表示手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記現像剤搬送手段を駆動してもなお前記所定量以上の現像剤が前記現像剤貯蔵手段に無いと判断した場合は、前記現像剤収納容器に現像剤が無い旨を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記振動波発信手段及び前記振動波受信手段は、圧電素子により構成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 前記振動波発信手段は、前記現像剤貯蔵手段の一方の側壁に設けられ、
   前記振動波受信手段は、前記現像剤貯蔵手段の一方の側壁に対向する側の他方の側壁に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。

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