JP6819647B2

JP6819647B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6819647B2
Application number: JP2018077095A
Authority: JP
Inventors: 忠晴楠美
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019184884A

Description

本発明は、トナーコンテナを備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置は、トナーを収容していてトナーを感光体ドラム等の像担持体へ供給する現像装置と、現像装置へ補給するトナーを収容するトナーコンテナとを備える。トナーコンテナは、画像形成装置に対して交換可能であり、現像装置やトナーコンテナには、トナーの有無を検知するトナーセンサーが設けられる。

例えば、特許文献１の現像装置は、現像剤を収容する現像剤容器と、現像剤容器内に配設されその一方端を接点部として現像剤容器の外部に突出させて設けた第１の電極と、第１の電極に対向するように配設された第２の電極とを有し、両電極間の現像剤の有無による静電容量の変化を検知して現像剤の有無を検知する。

特開平８−３１４２６１号公報

上記のように静電容量を検知する静電容量センサーによって、トナーの有無を検知する画像形成装置がある。しかしながら、トナーコンテナ内のトナーを検知するために、トナーコンテナ内に静電容量センサーを備えると、トナーコンテナは、交換されるので、静電容量センサーの設置コストがかかる。また、トナーコンテナの外側に、静電容量センサーを備えると、静電容量センサーは、周囲の金属を含む機器や人の接近等の導電体の影響を受けて、トナーの有無を正確に検知できないおそれがある。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、周囲の導電体の影響に拘らず、適切にトナーの有無を検出することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、トナーを収容し、回転することでトナーを排出するトナーコンテナと、回転する前記トナーコンテナの一部分を検知領域として静電容量を検知する静電容量センサーと、トナーよりも大きい静電容量を有し、前記トナーコンテナの周方向の一部に設けられた基準板と、を備え、前記静電容量センサーによって前記基準板に対応する第１静電容量と前記基準板以外の第２静電容量とを検知し、前記第１静電容量及び前記第２静電容量の比が所定の比率以下である場合に、前記トナーコンテナのトナーなしを判定することを特徴とする。

上記の画像形成装置は、前記トナーコンテナの回転周期において、前記静電容量センサーによって検知された最大静電容量を前記第１静電容量とし、最小静電容量を前記第２静電容量とするとよい。

本発明によれば、周囲の導電体の影響に拘らず、適切にトナーの有無を検出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターを示す断面図である。本発明の一実施形態に係るプリンターのトナーコンテナ及びその周辺を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るプリンターの電気的構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るプリンターにおけるトナー判定の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るプリンターにおいて、導電体の影響がなく、トナーなしの場合に検知されたトナーコンテナの静電容量を示すグラフである。本発明の一実施形態に係るプリンターにおいて、導電体の影響がなく、トナーありの場合に検知されたトナーコンテナの静電容量を示すグラフである。本発明の一実施形態に係るプリンターにおいて、導電体の影響があり、トナーなしの場合に検知されたトナーコンテナの静電容量を示すグラフである。本発明の一実施形態に係るプリンターにおいて、導電体の影響があり、トナーありの場合に検知されたトナーコンテナの静電容量を示すグラフである。

先ず、本発明の実施形態に係るプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について図１を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図１における紙面手前側をプリンター１の前側とする。各図に適宜付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれプリンター１の左側、右側、上側、下側、前側、後側を示す。

プリンター１は、略箱型形状のプリンター本体２を備え、プリンター本体２の下部には用紙を収納する給紙カセットが設けられ、プリンター本体２の上部には排紙トレイが設けられる。

プリンター本体２内の中央部には、所定方向に回転する中間転写ベルト３が複数のローラー間に架設される。中間転写ベルト３の下側には、トナーの色（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色）毎に４つの画像形成部５が左右方向に並んで設けられる。即ち、プリンター１は、カラープリンターであり、例えば、トナー（例えば、非磁性トナー）とキャリア（例えば、磁性キャリア）とからなる二成分現像剤を利用する。

４つの画像形成部５の下方には、露光装置６が配置される。中間転写ベルト３の右端には、二次転写部が設けられ、中間転写ベルト３の左端には、中間転写ベルト３を清掃するクリーニングユニットが設けられる。二次転写部は、中間転写ベルト３の右端側の一部と二次転写ローラーとで構成される。

各画像形成部５は、同様に構成され、回転可能な感光体ドラム７（像担持体）を備える。感光体ドラム７は、前後方向に長い円柱状に形成され、前後方向が感光体ドラム７の軸方向である。感光体ドラム７の周囲には、帯電装置と、現像装置８と、一次転写部と、除電装置と、クリーニング装置とが、電子写真のプロセス順に配置される。なお、帯電装置、現像装置８、一次転写部、除電装置及びクリーニング装置は、前後方向に長い部材であり、本実施形態では、前後方向が、用紙や画像の幅方向である。

各画像形成部５の現像装置８は、例えば、各色のトナーを含有する現像剤を収容する筐体と、回転可能な現像ローラーとを備える。現像ローラーは、筐体内の現像剤に含まれるトナーを担持しつつ回転して、トナーを感光体ドラム７へ供給する。

プリンター本体２内の上部には、トナーの色（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色）毎に４つのトナーコンテナ１０が、各画像形成部５（各現像装置８）に対応して設けられる。プリンター本体２内には、４つのトナーコンテナ１０にそれぞれ対応する４つのコンテナ装着部１１が設けられ、各トナーコンテナ１０は、各コンテナ装着部１１に対して着脱可能（交換可能）に取り付けられる。各トナーコンテナ１０は、各現像装置８に補給される未使用トナーを収容していて、未使用トナーがなくなると交換される。なお、各コンテナ装着部１１には、各トナーコンテナ１０と各現像装置８とを連通するために補給口１１ａが形成される。

プリンター本体２内には、例えば、右側に、上下方向に延びた搬送経路１２が設けられる。搬送経路１２の上流端には給紙部が設けられ、搬送経路１２の中流部には上記の二次転写部が設けられる。搬送経路１２の下流部には定着装置が設けられ、搬送経路１２の下流端には排紙部が排紙トレイの近傍に設けられる。更に、プリンター本体２内には、プリンター１の各部を制御する制御装置１３が備えられている。

各トナーコンテナ１０について説明する。４つのトナーコンテナ１０は、トナーの色を除いて同様に構成されるので、以下では、１つのトナーコンテナ１０について説明する。トナーコンテナ１０は、例えば、図２に示すように、容器本体２０と、キャップ２１と、駆動ギア２２と、を備える。

容器本体２０は、静電容量の検知に影響のない樹脂材料で、前後方向に長い円筒状に形成される。容器本体２０の内周面には、螺旋状に突出した搬送リブ２０ａが形成され、容器本体２０の後端には、排出口２０ｂが開口している。容器本体２０内には、現像装置８に補給される未使用トナーが収容される。容器本体２０が前後方向に延びた回転軸周りに回転すると、容器本体２０の回転に伴って搬送リブ２０ａが回転する。容器本体２０内の未使用トナーは、所定の搬送回転方向に回転する搬送リブ２０ａによって排出口２０ｂに向かって移動し、排出口２０ｂから排出される。

また、容器本体２０の外周面には、周方向の一部且つ軸方向の一部に基準板２３が設けられ、基準板２３は、容器本体２０が回転するときに、下記の静電容量センサー２７の検知領域を通過するように配置される。基準板２３は、例えば、トナーよりも大きい静電容量（例えば、トナーの２倍以上の静電容量）を有する磁性体等の材料で形成される。

キャップ２１は、容器本体２０の後端で排出口２０ｂを塞ぐように取り付けられる。また、キャップ２１は、トナーコンテナ１０がコンテナ装着部１１に取り付けられるとき、補給口１１ａを塞ぐようにコンテナ装着部１１に固定される。キャップ２１の内部には、排出口２０ｂと補給口１１ａとを連通させるための連通路２１ａが形成されていて、容器本体２０の排出口２０ｂから排出される未使用トナーは、連通路２１ａ及び補給口１１ａを介して現像装置８に補給される。また、キャップ２１は、容器本体２０の回転に対して空転するように構成される。そのため、キャップ２１がコンテナ装着部１１に固定された状態で、容器本体２０はキャップ２１に対して自由に回転する。

駆動ギア２２は、容器本体２０よりも大きい外径を有する円環状に形成され、容器本体２０の後端に取り付けられる。駆動ギア２２は、少なくとも所定の搬送回転方向に回転するときに、駆動ギア２２の回転に伴って容器本体２０が同じ搬送回転方向に回転するように構成される。

各コンテナ装着部１１について説明する。４つのコンテナ装着部１１は、トナーの色を除いて同様に構成されるので、以下では、１つのコンテナ装着部１１について説明する。

コンテナ装着部１１は、トナーコンテナ１０を装着するための、前後方向に長い空間を有する。プリンター本体２の前カバー（図示せず）を開放することで、コンテナ装着部１１が露出され、トナーコンテナ１０を着脱することができる。コンテナ装着部１１の後端の下面には、上記したように、補給口１１ａが形成され、補給口１１ａは、現像装置８と連通している。コンテナ装着部１１は、取り付けられたトナーコンテナ１０のキャップ２１を固定する固定機構（図示せず）を備えてよい。

また、コンテナ装着部１１には、駆動ギア２２と噛合する駆動シャフト２５と、駆動シャフト２５を回転させるモーター等の駆動源２６とが設けられる。駆動源２６からの回転駆動力を、駆動シャフト２５を介して駆動ギア２２へ伝達することで、駆動ギア２２が容器本体２０と共に、搬送回転方向へ回転する。なお、駆動源２６は、コンテナ装着部１１におけるトナーコンテナ１０の収容空間の外部に設けられてよい。

更に、コンテナ装着部１１には、トナーコンテナ１０に収容される未使用トナーの静電容量を検知するための静電容量センサー２７が設けられる。静電容量センサー２７は、例えば、軸方向に所定間隔を空けて離間した一対の電極で構成され、トナーコンテナ１０に近接して配置される。静電容量センサー２７は、容器本体２０の周方向の一部分に対向して、軸方向において基準板２３に対応する位置で、容器本体２０の外周面に非接触に配置される。静電容量センサー２７は、コンテナ装着部１１におけるトナーコンテナ１０の収容空間内に設けられてよく、あるいは、収容空間の外部に設けられてもよい。

静電容量センサー２７は、周方向及び軸方向においてトナーコンテナ１０（容器本体２０）の一部分を検知領域として静電容量を検知する。なお、静電容量センサー２７に対向する容器本体２０の対向部分は、トナーコンテナ１０の回転に伴って周方向に変位し、このように変位する容器本体２０の対向部分が、静電容量センサー２７の検知領域となる。

制御装置１３について説明する。制御装置１３は、ＣＰＵ等で構成され、図３に示すように、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置１４に接続される。制御装置１３は、記憶装置１４に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて、制御装置１３に接続された各部を制御する。例えば、制御装置１３は、各コンテナ装着部１１の駆動源２６及び静電容量センサー２７等に接続される。図３では、一つの画像形成部５が図示されているが、制御装置１３は、４つの画像形成部５の各部に接続される。

制御装置１３は、プリンター１の印刷動作を制御する。また、制御装置１３は、各トナーコンテナ１０に収容されたトナーの有無を判定するトナー判定を制御する。

プリンター１の印刷動作について説明する。プリンター１の印刷動作では、先ず、４つの画像形成部５の画像形成動作が中間転写ベルト３の回転方向に従った順に行われる。４つの画像形成部５の画像形成動作は、同様に行われ、以下では、一の画像形成部５の画像形成動作について説明する。

画像形成部５の画像形成動作では、帯電装置によって感光体ドラム７の表面が帯電された後、露光装置６からのレーザー光により感光体ドラム７に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置８によってトナー像に現像される。

感光体ドラム７の表面に現像されたトナー像は、一次転写部によって中間転写ベルト３へ一次転写される。一次転写の後、感光体ドラム７の表面に残存した電荷及び廃トナーは、除電装置及びクリーニング装置によって除去される。

以上の画像形成動作を４つの画像形成部５が順次行うことによって、中間転写ベルト３上にフルカラーのトナー像（カラートナー像）が形成される。カラートナー像は、中間転写ベルト３の回転によって、所定のタイミングで二次転写部へと供給される。

一方、給紙カセットに収納された用紙は、給紙部によって取り出されて搬送経路１２上を搬送され、カラートナー像とタイミングを合わせて二次転写部へと搬送される。二次転写部では、中間転写ベルト３上のカラートナー像が用紙に二次転写される。カラートナー像を二次転写された用紙は、搬送経路１２において定着装置へと搬送されて、定着装置によってカラートナー像が用紙に定着される。その後、カラートナー像が定着された用紙は、排紙部から排紙トレイへと排出される。

各トナーコンテナ１０のトナー判定について図４のフローチャートを参照して説明する。４つのトナーコンテナ１０のトナー判定は、同様に行われるので、以下では、一のトナーコンテナ１０のトナー判定について説明する。トナー判定は、例えば、印刷終了時や、トナーコンテナ１０の着脱時、プリンター本体２の前カバーの開閉時に行われる。

先ず、制御装置１３は、駆動源２６によって、駆動シャフト２５及び駆動ギア２２を回転させて、トナーコンテナ１０の容器本体２０を回転させる（ステップＳ１）。このとき、トナーコンテナ１０から現像装置８へのトナー補給は停止してもよい。トナーコンテナ１０を回転させる間、周方向に変位するトナーコンテナ１０の一部分の検知領域の静電容量を、静電容量センサー２７によって検知する。

ところで、空気とトナーコンテナ１０（容器本体２０、即ち、樹脂材料）とトナーと基準板２３との静電容量の比は、例えば、１：１：２：４となる。静電容量センサー２７による検知結果は、図５〜図８に示すように、基準板２３が通過する区間での静電容量が最大値（ピーク）となり、基準板２３以外が通過する区間を含むトナーコンテナ１０の一回転が周期となるように出力される。

制御装置１３は、トナーコンテナ１０の一回転に相当する静電容量センサー２７の検知結果の内、最大静電容量Ｃｍａｘを基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓとし、最小静電容量Ｃｍｉｎを基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとして検出してよい（ステップＳ２、Ｓ３）。また、制御装置１３は、トナーコンテナ１０を一回転させると、トナーコンテナ１０の回転を停止させる（ステップＳ４）。なお、トナーコンテナ１０の回転は、一回転以上であって、基準板２３が静電容量センサー２７の検知領域を少なくとも２回通過するまで行われてもよい。

例えば、静電容量センサー２７に対して周囲の金属を含む機器や人の接近等の導電体の影響がない場合であって、トナーコンテナ１０にトナーが収容されていない場合（図５参照）には、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃａとの比は、約１：４となる。これに対して、静電容量センサー２７に対して導電体の影響がない場合であって、トナーコンテナ１０にトナーが収容されている場合（図６参照）には、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃｂとの比は、約２：４となる。

また、静電容量センサー２７に対して導電体の影響がある場合（図７及び図８参照）には、導電体の影響がない場合（図５及び図６参照）に比べて、静電容量センサー２７によって検知される静電容量は、基準板２３に拘らず、同じ比率（例えば、約１／２）に減少して出力される。即ち、導電体の影響がある場合であって、トナーコンテナ１０にトナーが収容されていない場合（図７参照）には、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓ／２と基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ／２との比は、約１：４となる。また、導電体の影響がある場合であって、トナーコンテナ１０にトナーが収容されている場合（図８参照）には、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓ／２と基準板２３以外の第２静電容量Ｃｂ／２との比は、約２：４となる。

上記したように、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとの比は、静電容量センサー２７の周囲の導電体に依存しない。そこで、本実施形態では、制御装置１３は、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとの比Ｃａ／Ｃｓ、Ｃｂ／Ｃｓを所定の比率と比較する（ステップＳ５）。そして、この比Ｃａ／Ｃｓ、Ｃｂ／Ｃｓが所定の比率以下（例えば、２／４未満で、好ましくは、１／４以下）である場合、即ち、最小静電容量Ｃｍｉｎ／最大静電容量Ｃｍａｘ≦１／４の場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）に、トナーコンテナ１０のトナーなし（ステップＳ６）を判定し、それ以外の場合（ステップＳ５：ＮＯ）に、トナーコンテナ１０のトナーあり（ステップＳ７）を判定する。

本実施形態によれば、上述のように、プリンター１（画像形成装置）は、トナーを収容し、回転することでトナーを排出するトナーコンテナ１０と、回転するトナーコンテナ１０の一部分を検知領域として静電容量を検知する静電容量センサー２７と、トナーよりも大きい静電容量を有し、トナーコンテナ１０の周方向の一部に設けられた基準板２３と、を備える。プリンター１の制御装置１３は、静電容量センサー２７によって基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとを検知し、第１静電容量Ｃｓ及び第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとの比Ｃａ／Ｃｓ、Ｃｂ／Ｃｓが、所定の比率以下である場合に、トナーコンテナ１０のトナーなしを判定する。

これにより、トナーの静電容量を検知するための静電容量センサー２７が周囲の導電体の影響を受けて、その検知結果（静電容量の大きさ）が変動する場合でも、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓと基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとの比は導電体に依存しない。そのため、この比を利用してトナーの有無を判定することにより、周囲の導電体の影響に拘らず、トナーコンテナ１０内のトナーの有無を適切に検出することができる。

例えば、制御装置１３は、トナーコンテナ１０の回転周期において、静電容量センサー２７によって検知された最大静電容量Ｃｍａｘを第１静電容量Ｃｓとし、最小静電容量Ｃｍｉｎを第２静電容量Ｃａ、Ｃｂとする。これにより、トナーコンテナ１０の回転周期内で、基準板２３に対応する第１静電容量Ｃｓや、基準板２３以外の第２静電容量Ｃａ、Ｃｂが変動する場合でも、それらの変動に左右されることなく、トナーコンテナ１０内のトナーの有無を適切に検出することができる。

なお、上記した実施形態では、基準板２３がトナーコンテナ１０の外周面に設けられる例を説明したが、本発明はこれに限定されず、基準板２３がトナーコンテナ１０の内周面に設けられてもよい。

本実施形態では、モノクロのプリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、カラープリンター、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１プリンター（画像形成装置）
５画像形成部
７感光体ドラム（像担持体）
８現像装置
１０トナーコンテナ
１１コンテナ装着部
１３制御装置
２０容器本体
２１キャップ
２２駆動ギア
２３基準板
２５駆動シャフト
２６駆動源
２７静電容量センサー

Claims

トナーを収容し、回転することでトナーを排出するトナーコンテナと、
回転する前記トナーコンテナの一部分を検知領域として静電容量を検知する静電容量センサーと、
トナーよりも大きい静電容量を有し、前記トナーコンテナの周方向の一部に設けられた基準板と、を備え、
前記静電容量センサーによって前記基準板に対応する第１静電容量と前記基準板以外の第２静電容量とを検知し、前記第１静電容量及び前記第２静電容量の比が所定の比率以下である場合に、前記トナーコンテナのトナーなしを判定することを特徴とする画像形成装置。
前記トナーコンテナの回転周期において、前記静電容量センサーによって検知された最大静電容量を前記第１静電容量とし、最小静電容量を前記第２静電容量とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。