JP5640058B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置（Multi-Functional Peripheral）では、像担持体である感光体に形成した潜像をトナーで現像して得た可視像を媒体（用紙または樹脂シート）に転写する。このような画像形成装置で使用されるトナーカートリッジは消耗品として扱われ、トナーが消費されて残量が尽きた際は新たなトナーカートリッジに交換する必要がある。

ところで、トナー容器本体にトナー残量を検知する為のセンサが備えられていない場合は、トナーカートリッジ内のトナーの残量を演算によって推定していた。例えば、トナーの補給時間、プロセスユニット等の駆動時間、印字された画素数のカウント等によりトナーカートリッジ内のトナー使用量及び残量を間接的に推測し、トナー残量管理を行っていた。しかしながら、推測値との誤差が生じてしまうという問題があった。例えば、トナーを補給するモータの惰性回転によって、補給されるトナーの量は異なる。また、トナーカートリッジ毎にトナーを補給する性能が異なっている。従って、これらを考慮してトナー残量管理を行うことが望まれる。

特開２００４−３４７９３１号公報

本願は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、トナー残量を精度良く把握する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。

上記課題を解決するための実施形態によれば、画像形成装置本体に装着されるカートリッジに設けられる排出機構を駆動して前記カートリッジからトナーを排出させる駆動モータと、ジョブ実行中における前記駆動モータの惰性回転時間を含む駆動時間を求め、求めた駆動時間に対応する値を前記カートリッジについて積算し、積算された値に基づいて前記カートリッジから排出されたトナー量を取得する制御部とを備える画像形成装置が提供される。

本実施の形態の画像形成装置の概略の形状を示す斜視図である。 本実施の形態の画像形成装置の画像形成部を示す構成図である。 本実施の形態の画像形成装置のトナー残量検知に関連する構成と制御系の構成とを示すブロック図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるトナーカートリッジ側の記憶媒体に記憶されている情報を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置における本体側のＤＲＡＭに記憶されているファイルの情報を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるトナー残量管理手順を示すフロー図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるトナー残量管理手順を示すフロー図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるトナー補給動作例を示す図である。

図１は、本実施の形態の画像形成装置１の概略の形状を示す斜視図である。

画像形成装置１には、プリント部１３０、用紙トレイ２００、スキャン部１１０、オートフィード部１１２及びコントロールパネル１４０が設けられている。

プリント部１３０は、画像情報を、例えばハードコピーもしくはプリントアウトと称される出力画像として出力する。用紙トレイ２００は、画像出力に用いられる任意サイズの用紙である出力媒体をプリント部１３０に対して供給する。スキャン部１１０は、原稿から画像情報を画像データとして取り込む。オートフィード部１１２は、読み取りが終了した原稿を読み取り位置から排出位置に送り出し、次の原稿を読み取り位置に案内する。コントロールパネル１４０は、プリント部１３０における画像形成の開始や、スキャン部１１０による原稿の画像情報の読み取りの開始など画像形成装置１の動作を指示するための指示入力部である。このコントロールパネル１４０には、指示を入力し、操作者に対して情報を表示するための表示部１４１が設けられている。

図２は、本実施の形態の画像形成装置１の画像形成部１０を示す構成図である。

画像形成部１０の感光体ドラム１１は、φ６０ｍｍの支持部材表面に有機感光体（ＯＰＣ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を備える。感光体ドラム１１は矢印ｓ方向に駆動される。感光体ドラム１１周囲には、帯電チャージャ１２、レーザ露光装置１３、現像装置１４、転写チャージャ１６、剥離チャージャ１７、クリーニングブレード１８ａを有するクリーナ１８、除電ＬＥＤ１９が配置されている。

帯電チャージャ１２は、感光体ドラム１１の回転に従い順次感光体ドラム１１を−７５０Ｖに一様に帯電する。レーザ露光装置１３は、帯電された感光体ドラム１１上の照射位置１３ｂに画像情報に応じたレーザ光１３ａを照射する。

給紙カセット装置２０から記録媒体である用紙Ｐが給紙ローラ２１により取り出される。感光ドラム１１上にトナー像が形成されるのと同期して、用紙Ｐは、レジストローラ２２により、画像形成部１０の転写チャージャ１６の位置に搬送される。画像形成部１０により用紙Ｐにはトナー像が形成される。

転写終了後、感光体ドラム１１は、クリーナ１８により残留トナーをクリーニングされ、除電ＬＥＤ１９により残留電荷を除去され、画像形成プロセスを終了する。

図３は、本実施の形態の画像形成装置１のトナー残量検知に関連する構成と制御系の構成とを示すブロック図である。

図３の上部に示すように、現像装置１４の上部にはトナーカートリッジ３０が設けられている。トナー補給モータ３１の回転によって、トナーカートリッジ３０内の補給機構（供給オーガ）が駆動されて、トナーを現像装置１４内に落下させて供給する。

現像装置１４には、現像剤の透磁率を測定するトナー残量検知センサ３７が設けられている。現像装置１４中の二成分系現像剤のトナー濃度が変化すると、現像剤中の磁性キャリアの濃度が変化するため透磁率も変化する。従って、トナー残量検知センサ３７の測定値によってトナーが不足していることを検知することができる。

またトナーカートリッジ３０には、記憶媒体３５が設けられている。記憶媒体３５の内容についての詳細は後述するが、当該トナーカートリッジ３０に関する情報が記憶されている。そして、読取書込部３６が、記憶媒体３５に対して情報の読み出しと情報の書き込みとを実行する。

さらに、画像形成装置１には、温湿度センサ３８が設けられ画像形成装置１の環境の温度湿度を測定する。これは温湿度が変化することによって、トナー補給モータ３１の回転数が変動するためである。画像形成装置１では、温湿度センサ３８の測定値に従ってトナー補給モータ３１の回転数などを補正し、所定の回転数が得られるように制御する。

続いて、図３の下部に示す画像形成装置１の制御系について説明する。

画像形成装置１は、上述のプリント部１３０、スキャン部１１０、コントロールパネル１４０と共に、更に、制御部１００、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、内部記憶装置（ＨＤＤ）を備えている。そして、これらの各部はシステムバスを介して接続されている。

ＲＯＭは、画像形成装置１が動作するために必要な種々の制御プログラムを記憶する。このＲＯＭ内には、後述する画像形成動作及びトナー残量管理動作を制御するための各プログラムが記憶されている。各プログラムは、制御部１００によって実行が制御される。ＤＲＡＭは、各プログラムの実行時に発生するデータを一時的に記憶するバッファメモリである。

また、制御部１００は、少なくとも、トナー残量検知センサ３７、温湿度センサ３８、読取書込部３６、トナー補給モータ３１と直接または間接に接続している。制御部１００は、システムバスを介して接続される各部、及びトナー残量管理に関連する各部の動作を制御する。

なお、ＤＲＡＭには、画像形成装置１側でのトナー残量管理に関連した情報を格納したファイル３９が格納されている。

図４は、本実施の形態の画像形成装置におけるトナーカートリッジ側の記憶媒体３５に記憶されている情報を示す図である。情報の内容について詳細に説明する。

アドレスＢ００１に格納されている情報「識別コード」は、トナーカートリッジ３０を識別するための情報である。例えば、トナーが純正品であることの情報、トナー製造情報（例えば、製造場所、ロット番号など）、色に関する情報などが該当する。

アドレスＢ００２に格納されている情報「トナー残量表示閾値」は、画像形成装置１のコントロールパネル１４０に残量を表示するための閾値である。例えば、残量が２５％以下になったとき、１０％以下になったとき、５％以下になったときの、それぞれの場合で警告を表示したいときは、それぞれの場合のトナー使用量Ｗ１（残量が２５％に対応）、トナー使用量Ｗ２（残量が１０％に対応）、トナー使用量Ｗ３（残量が５％に対応）とするときのＷ１、Ｗ２、Ｗ３が格納されている。この値は、トナーカートリッジ３０の型式などによって異なるため、トナーカートリッジ３０ごとに指定されている。

アドレスＢ００３に格納されている情報「補正値α（モータ惰性回転分）」は、トナー補給モータ３１の惰性回転による補正値（詳細は後述）に対するトナーカートリッジ３０側の補正値である。トナーカートリッジ毎にトナー補給モータ３１の惰性回転量が異なり、トナーの補給能力が異なるためそのばらつきを補正するための値が格納されている。

アドレスＢ００４に格納されている情報「トナー補給モータカウンタ」は、このトナーカートリッジ３０に接続してトナー補給機構を駆動するトナー補給モータ３１の動作時間（カウンタ）の積算値である。なお、以下では動作時間の積算値をカウンタというが、カウンタは動作時間の積算値に限られず動作時間に対応する値の積算値であっても良いことに留意が必要である。

図５は、本実施の形態の画像形成装置における本体側のＤＲＡＭに記憶されているファイル３９の情報を示す図である。情報の内容について詳細に説明する。

アドレスＡ００１に格納されている情報「識別コード」は、トナーカートリッジ３０を識別するための情報である。この情報は、記憶媒体３５のアドレスＢ００１に格納されている情報「識別コード」を読み出した値である。

アドレスＡ００２に格納されている情報「トナー残量表示閾値」は、画像形成装置１のコントロールパネル１４０に残量を表示するための閾値である。この情報は、記憶媒体３５のアドレスＢ００２に格納されている情報「トナー残量表示閾値」を読み出した値である。

アドレスＡ００３に格納されている情報「補正値α（モータ惰性回転分）」は、トナー補給モータ３１の惰性回転によるトナーカートリッジ側の補正値である。この情報は、記憶媒体３５のアドレスＢ００３に格納されている情報「補正値α（モータ惰性回転分）」を読み出した値である。

アドレスＡ００４に格納されている情報「トナー補給モータカウンタ」は、このトナーカートリッジ３０に接続するトナー補給モータ３１の動作時間（カウンタ）の積算値である。例えば、画像形成装置の１ジョブ実行中に積算処理が行なわれ、当該ジョブが終了した後で、トナーカートリッジ側の記憶媒体３５のアドレスＢ００４に書き戻される。

アドレスＡ００５に格納されている情報「補正値β（モータ惰性回転分）」は、トナー補給モータ３１の惰性回転による補給モータ側の補正値である。この情報は、画像形成装置側（本体側）の機構に基づいた補正値である。補正値βは、画像形成装置１のコントロールパネル１４０から設定することができる。

続いて、本実施の形態のトナー残量管理方法について説明する。
図６、図７は、本実施の形態の画像形成装置におけるトナー残量管理手順を示すフロー図である。

アクト０１において、画像形成装置１の電源がオンされたとき、あるいはフロントカバーが開閉されたときは、トナーカートリッジ３０が交換された可能性がある。そこで、アクト０２において、本体側のＤＲＡＭに記憶されているファイル３９のアドレスＡ００１の「識別コード」と、トナーカートリッジ側の記憶媒体３５のアドレスＢ００１の「識別コード」とが一致するかどうかを調べる。

一致しなかった場合（アクト０２でＮＯ）は、トナーカートリッジ３０の製造メーカが異なる場合である。そこで、アクト０３において、以下に述べるトナー残量管理の処理を実行しないプリント／コピーモードに移行する。このモードは、プリント／コピーを従来の方法に従って実行するモードであるためその詳細の説明は省略する。

一致した場合（アクト０２でＹＥＳ）は、アクト０４において、制御部１００は、記憶媒体３５のアドレスＢ００２〜Ｂ００４のデータを、ＤＲＡＭのファイル３９のアドレスＡ００２〜Ａ００４に書き込む。これによって、本体側とトナーカートリッジ３０側との情報の同期化が図られる。

アクト０５において、制御部１００は、プリントまたはコピー要求があるかどうかを調べる。要求が無い場合（アクト０５でＮＯ）は、プリントまたはコピー要求があるまで待機する。要求が有った場合（アクト０５でＹＥＳ）は、アクト０６において、制御部１００は、要求のあったジョブを実行する。

ジョブ実行中において、トナー残量検知センサ３７が現像装置１４内におけるトナーの量が少ないことを検知すると、アクト０７において、制御部１００はトナーカートリッジ３０から現像装置１４へのトナー補給動作を実行する。

図８は、本実施の形態の画像形成装置におけるトナー補給動作例を示す図である。

トナー残量検知センサ３７の検知レベルがレベル１の場合、例えば、現像装置１４内のトナー比濃度が０〜０．３ＷＴ％減少したときは、制御部１００は、トナー補給モータ３１を１秒間回転させる動作を２回実施し、その間に３秒の停止期間を設ける。

トナー残量検知センサ３７の検知レベルがレベル２の場合、例えば、現像装置１４内のトナー比濃度が０．３〜０．６ＷＴ％減少したときは、制御部１００は、トナー補給モータ３１を３秒間回転させる動作を２回実施し、その間に３秒の停止期間を設ける。

トナー残量検知センサ３７の検知レベルがレベル３場合、例えば、現像装置１４内のトナー比濃度が０．６ＷＴ％以上減少したときは、制御部１００は、トナー補給モータ３１を９秒間回転させる動作を２回実施し、その間に３秒の停止期間を設ける。なお、レベル３のときは、他のジョブを受け付けない状態としてコントロールパネル１４０に「お待ち下さい」のメッセージを表示する。

アクト０８において、制御部１００は、トナー補給動作回数をカウントする。図８に示すように、トナー補給モータ３１は、いずれのレベルであっても２回動作する。従って、カウント数は２である。

アクト０９において、制御部１００は、今次のトナー補給動作におけるモータの惰性回転時間を計算する。惰性回転時間Ｔは、カウント数Ｃ、補正値α、補正値βを用いて、式（１）で表される。
惰性回転時間Ｔ＝カウント数Ｃ×（補正値α＋補正値β） ・・・式（１）
トナー補給モータ３１は、モータ駆動電流が停止した場合であっても惰性で所定時間回転を継続する。高速度カメラを用いて撮影した画像から測定した結果では、１回あたりのトナー補給モータ３１の惰性回転時間は６０ｍｓであった。これは、トナー補給モータ３１とギアなどの伝達機構によって生ずる。このため、トナーはこの惰性回転時間にも現像装置１４に供給される。補正値βはこの惰性回転時間である。

上述の惰性回転時間は画像形成装置１側で単独で測定した値である。一方、トナーカートリッジ３０では、補給オーガの動作が惰性回転時間に影響する。即ち、オーガの動抵抗などの特性によって供給されるトナー量は変動する。この特性は、トナーカートリッジ３０毎に異なる。従って、上述の補正値βを更に補正値αで補正する。

なお、式（１）では、補正値αと補正値βとを加算して求めているが、補正値αと補正値βとを乗算して求めるものであっても良い。より一般的には補正値αと補正値βとを四則演算して求めるものであっても良い。

次にトナー補給動作のモータ時間ＭＴを、１回当りのモータ時間ｍＴ、カウント数Ｃ、及び式（１）で求めた惰性回転時間Ｔを用いて、式（２）で計算する。
トナー補給動作のモータ時間ＭＴ＝ｍＴ×Ｃ＋Ｔ ・・・式（２）
そして、ファイル３９のアドレスＡ００４の情報「トナー補給モータカウンタ」を式（３）に示すように、式（２）で求めたトナー補給動作のモータ時間ＭＴを加算して更新する。
トナー補給モータカウンタＭＣ＝ＭＣ＋ＭＴ ・・・式（３）
図７のアクト１１において、制御部１００は、式（３）のトナー補給モータカウンタＭＣから求めたトナー使用量積算値と、ファイル３９のアドレスＡ００２のトナー残量表示閾値（トナー使用量閾値Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）とを比較する。そして閾値超えがあるかどうかを調べる。閾値を超えている場合（アクト１１でＹＥＳ）は、アクト１２において、コントロールパネル１４０にトナー残量が少ない旨の警告メッセージを表示する。

アクト１３において、トナーカートリッジ交換の閾値を超えたかどうかを判断する。制御部１００は、トナー残量検知センサ３７がトナーの不足を検出し、トナーの補給動作が実行されて所定時間が経過した場合であってもトナー不足が解消されない場合は、トナーカートリッジ３０からのトナーがなくなりかけているとして、カートリッジ交換の閾値を超えたと判断する。そして、カートリッジ交換の閾値を超えたと判断したときは（アクト１３でＹＥＳ）、アクト１４において、コントロールパネル１４０にトナーカートリッジ３０を交換する旨の警告メッセージを表示する。

アクト１５において、ジョブが終了したかどうかを判断する。ジョブが終了していない場合は（アクト１５でＮＯ）、図６のアクト０６に戻って上述の処理を繰り返して実行する。ジョブが終了している場合は（アクト１５でＹＥＳ）、アクト１６においてトナー供給に異常が発生しているか否かを調べる。

トナー供給に異常が発生していないときは（アクト１６でＮＯ）、アクト１７において、制御部１００は、ＤＲＡＭのファイル３９のアドレスＡ００４のデータを、記憶媒体３５のアドレスＢ００４に書き込む。これによって、トナーカートリッジ３０のトナーの使用量積算値が更新される。そして、図６のアクト０５に戻って、次のジョブの要求まで待機する。

トナー供給に異常が発生している場合として、トナーカートリッジ３０内におけるトナーの詰まりが考えられる。トナー詰まりによってトナーの供給が行われていない状態にあることは、次のようにして判断することができる。即ち、アクト１３において、トナーの補給動作が実行されて所定時間が経過した場合であってもトナー量が増加せずにトナー不足が解消されない場合であって、かつアドレスＡ００４のカウント値が所定値以下の場合は、トナーカートリッジ３０内にトナーがまだ存在しているにもかかわらずトナーが供給されない状態であると判断できる。

トナー供給に異常が発生しているときは（アクト１６でＹＥＳ）、アクト１８においてコントロールパネル１４０にトナーが詰まっている旨の警告メッセージを表示する。アクト１９において、アドレスＡ００４のカウント値を加算前の値に戻す。例えば、加算した値をカウント値から除く。そして、図６のアクト０５に戻って、次のジョブの要求まで待機する。従って、トナー供給に異常が発生しているときは、当該ジョブでカウントした値は誤った値であるとして加算されないため、正しいカウント値を保持することができる。

なお、上述の実施の形態では、モノクロタイプの画像形成装置について説明したが、この形態に限定されず、複数の現像装置を備える、例えば、４連タンデムタイプの画像形成装置についても適用できることは明らかである。

なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
画像形成装置本体に装着されるカートリッジに設けられる排出機構を駆動して前記カートリッジからトナーを排出させる駆動モータと、
ジョブ実行中における前記駆動モータの惰性回転時間を含む駆動時間を求め、求めた駆動時間に対応する値を前記カートリッジについて積算し、積算された値に基づいて前記カートリッジから排出されたトナー量を取得する制御部と
を備える画像形成装置。
［２］
前記制御部は、前記惰性回転時間を前記カートリッジと前記駆動モータとの組み合わせに基づいて求める、［１］に記載の画像形成装置。
［３］
前記カートリッジに備わる記憶装置には、前記積算された値が格納され、
前記制御部は、
前記画像形成装置の電源投入の際、またはフロントカバーの開閉の際に、前記記憶装置から前記積算された値を読出し、
前記ジョブ実行後に、新たに求めた積算された値を前記記憶装置に書き込む、
［２］に記載の画像形成装置。
［４］
前記制御部は、
前記カートリッジから前記現像装置へのトナーの排出がされているか否かを判断し、
トナーの排出がされていないと判断したときは、前記求めた駆動時間に対応する値を前記積算された値から除算する、［３］に記載の画像形成装置。
［５］
前記現像装置内のトナー残量を検出するトナー残量検出センサを有し、
前記制御装置は、前記トナーの排出が実行されて所定時間経過した場合であっても、前記トナー残量検知センサによるトナー残量が増加せず、かつ前記積算された値が所定値以下であるときは、トナーの排出がされていないと判断する、
［４］に記載の画像形成装置。

Ｔ…惰性回転時間、ＭＴ…モータ時間、ＭＣ…トナー補給モータカウンタ、１…画像形成装置、１０…画像形成部、１１…感光体ドラム、１４…現像装置、３５…記憶媒体、３６…読取書込部、３７…トナー残量検知センサ、３９…ファイル、１００…制御部。

Claims (5)

1. 画像形成装置本体に装着されるカートリッジに設けられる排出機構を駆動して前記カートリッジからトナーを排出させる駆動モータと、
   ジョブ実行中における前記駆動モータの惰性回転時間を含む駆動時間を求め、求めた駆動時間に対応する値を前記カートリッジについて積算し、積算された値に基づいて前記カートリッジから排出されたトナー量を取得する制御部と
   を備える画像形成装置であって、
   前記制御部は、
   前記カートリッジから現像装置へのトナーの排出がされているか否かを判断し、
   トナーの排出がされていないと判断したときは、前記求めた駆動時間に対応する値を前記積算された値から除く、画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記惰性回転時間を前記カートリッジと前記駆動モータとの組み合わせに基づいて求める、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記カートリッジに備わる記憶装置には、前記積算された値が格納され、
   前記制御部は、
   前記画像形成装置の電源投入の際、またはフロントカバーの開閉の際に、前記記憶装置から前記積算された値を読出し、
   前記ジョブ実行後に、新たに求めた積算された値を前記記憶装置に書き込む、
   請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像装置内のトナー残量を検出するトナー残量検出センサを有し、
   前記制御装置は、前記トナーの排出が実行されて所定時間経過した場合であっても、前記トナー残量検知センサによるトナー残量が増加せず、かつ前記積算された値が所定値以下であるときは、トナーの排出がされていないと判断する、
   請求項３に記載の画像形成装置。
5. 画像形成装置本体に装着されるカートリッジに設けられる排出機構を駆動して前記カートリッジからトナーを排出させる手順と、
   ジョブ実行中における前記駆動モータの惰性回転時間を含む駆動時間を求め、求めた駆動時間に対応する値を前記カートリッジについて積算し、積算された値に基づいて前記カートリッジから排出されたトナー量を取得する手順と、
   をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記トナー量を取得する手順は、前記カートリッジから現像装置へのトナーの排出がされているか否かを判断し、トナーの排出がされていないと判断したときは、前記求めた駆動時間に対応する値を前記積算された値から除く手順を備える、プログラム。

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