JP7452256B2

JP7452256B2 - トナー補給装置、及び、画像形成装置

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Publication number: JP7452256B2
Application number: JP2020094644A
Authority: JP
Inventors: 有佑戸村; 勝史本美; 侑生大里; 孝一室田; 伸吾西崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN113741161B; JP2021189310A; CN113741161A

Description

本発明は、トナー補給装置、及び、画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、トナーボトル内のトナー残量を検知する技術が知られている。

例えば、トナー残量を検知するため、静電容量を求めるトナー残量検知手段が知られている。具体的には、高抵抗の絶縁材を用いるボトル支持部材上に、所定間隔で２つの検知用電極を設ける構成とする。そして、検知用電極の上に、着脱可能なトナーボトルを設置する。このようにして、電極間の電位差が所定の値になるまでの時間を測定して、トナー残量を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１等）。

従来の技術は、ガードアース等の部品を用いる構成である。そのため、従来の技術では、部品点数が多くなり、サイズアップ又はコストアップとなる場合がある。

本発明の一態様は、ガードアース等の部品を減らして、部品点数を少なくすることを目的とする。

本発明の一実施形態による、トナー補給装置は、
画像形成装置に対してトナー容器のトナーを補給するトナー補給装置であって、
前記トナー容器に対して設置される電極部と、
前記電極部で計測する静電容量値に基づいて、前記トナーの量を演算する演算部と、
前記静電容量値を計測するのに用いる電波を送信する送信電極、前記電波を受信する受信電極、又は、グランドのいずれかとなるように前記電極部を制御する制御部と
を備える。

ガードアース等の部品を減らして、部品点数を少なくできる。

トナー補給装置の例を示す図である。電極部の構成例を示す図である。電極部の比較例となる構成を示す図である。トナーが偏る例を示す図である。比較例における計測例を示す図である。演算部の構成例を示す図である。トナー容器を複数用いる例を示す図である。切り替え例を示す図である。比較例を示す図である。機能構成例を示す図である。

以下、発明を実施するための最適かつ最小限な形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の符号を付す場合には、同様の構成であることを示し、重複する説明を省略する。また、図示する具体例は、例示であり、図示する以外の構成が更に含まれる構成であってもよい。

＜第１実施形態＞
例えば、画像形成装置が以下のようなトナー補給装置を有する構成である場合を例に説明する。ただし、トナー補給装置、及び、画像形成装置は、一体である構成でもよいし、又は、取り外し可能等といった別の装置である構成であってもよい。

＜トナー補給装置の例＞
図１は、トナー補給装置の例を示す図である。例えば、トナー補給装置１００は、図示するようなトナー容器３２によって、画像形成装置に対してトナーを補給する。

以下、トナー容器３２の長手方向を「Ｙ軸」とする。一方で、Ｙ軸に対して、直交し、かつ、いわゆる重力方向となる方向を「Ｚ軸」とする。また、Ｙ軸に対して、直交し、かつ、いわゆる水平方向となる方向を「Ｘ軸」とする。

トナー容器３２は、ガイド部７２で支持される。また、トナー容器３２は、例えば、略円筒状のトナーボトルである。そして、トナー容器３２は、例えば、トナー容器収容部に非回転で保持されるキャップ３４と、ギヤ３３ｃが一体的に形成された容器本体３３とで構成する。

容器本体３３は、キャップ３４に対して相対的に回転可能に保持される。具体的には、ギヤ３３ｃが駆動出力ギヤ８１とかみ合う構成である。そして、駆動モータ９１が駆動出力ギヤ８１を回転させると、ギヤ３３ｃに駆動が伝達するため、容器本体３３は、外周面がガイドされながら容器本体３３が回転駆動する。

容器本体３３が回転すると、容器本体３３の内周面に螺旋状に形成された螺旋状突起３３１によって、容器本体３３の内部に収容されたトナーは、容器本体３３の長手方向に沿って搬送される。図示する例では、トナーは左から右へ搬送される。そして、搬送されたトナーは、トナー容器３２から排出されてホッパ部６１にトナーが補給される。すなわち、駆動モータ９１によって、容器本体３３が回転すると、ホッパ部６１にトナーが補給される。そして、トナー搬送スクリュー６２の回転により、画像形成装置にトナーが補給される。

トナー容器３２は、例えば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、及び、Ｋのように色ごとに別々に設置される。そして、トナー容器３２は、寿命に達すると（例えば、トナー容器３２内のトナーの量が一定以下となった場合等である。）、新品に交換される。

例えば、電極部は、トナー容器３２に対して、１対で設置される。具体的には、電極部は、トナー容器３２のほとんどを覆うように、トナー容器３２の上下に設置される。この例では、トナー容器３２の上となる位置に「第１電極板６５」が設置され、かつ、トナー容器３２の下となる位置に「第２電極板６６」が設置される構成である。

電極部は、例えば、導電性部材で構成する。具体的には、第１電極板６５及び第２電極板６６は、鉄等の部材である。

なお、第１電極板６５及び第２電極板６６を設置する位置及び数は、図示する以外であってもよい。

図における「Ａ－Ａ」断面で電極部の構成を示すと、以下のような構成である。

図２は、電極部の構成例を示す図である。静電容量値計測装置１１１は、図示するような例では、第１電極板６５及び第２電極板６６の間における静電容量値を計測する。

例えば、静電容量値は、充電法等によって計測される。具体的には、充電法では、第１電極板６５及び第２電極板６６に、一定の電圧及び電流を印加する。そして、充電ポイントに到達するまでの時間と、電流及び電圧との関係により、静電容量値が計測される。

静電容量値は、第１電極板６５及び第２電極板６６の間における誘電率で値が変化する。そのため、トナー容器３２の内部において、トナーの量が変化すると、誘電率が変化するため、静電容量値を計測することで、トナーの量を演算して求めることができる。具体的には、空気に対して、トナーは、誘電率が高いため、トナーの量が多いと、誘電率が高くなる。

なお、静電容量値は、充電法以外の方法で計測されてもよい。

図示するような構成であると、例えば、特開平０７－０９２８０２号公報等で開示されている構成より、精度良く静電容量値が計測できる。

トナー容器３２は、回転する構成であるが、寸法公差等によって偏心のある回転となる場合が多い。図示するような構成であると、第１電極板６５及び第２電極板６６の間にトナー容器３２があれば、トナー容器３２の位置が変化しても、トナーの量が同じであれば、ほぼ同一の値を計測でき、精度良く静電容量値が計測できる。

また、第１電極板６５及び第２電極板６６は、平行板であるのが望ましい。以下、平行板の構成を以下のような円弧状の電極部を用いる構成と比較して説明する。

図３は、電極部の比較例となる構成を示す図である。図示するように、上部円弧板２０１、及び、下部円弧板２０２のような円弧状の電極部である比較例と比べて説明する。このような形状の電極部において、以下のようにトナーが偏る場合がある。

図４は、トナーが偏る例を示す図である。例えば、図示するようにトナーＴが一部の方向に偏って存在する場合（図示する例では、図における右方向へトナーＴが多く存在する偏りの例である。）がある。このような偏りがあると、例えば、以下のような計測結果となる。

図５は、比較例における計測例を示す図である。例えば、上部円弧板２０１が送信電極となり、かつ、下部円弧板２０２が受信電極となる場合には、上部円弧板２０１が送信する電波による電気力線は、図示するようになる。

円弧状の電極部であると、端部（例えば、図における「端部Ａ」で示す領域等である。）と、中央部（例えば、図における「中央部Ｂ」で示す領域等である。）とでは電気力線の密度が異なる。そのため、全体としてトナーＴの量が同じであっても、トナーＴに偏りがある場合と、トナーＴが一様である場合で異なる計測結果となる場合がある。

一方で、第１電極板６５及び第２電極板６６が平行板であると、トナーＴに偏りがあっても、全体として同じ量であれば、同じように精度良くトナーの量を計測できる。

演算装置１１２は、静電容量値計測装置１１１が計測する静電容量値に基づいて、トナーの量を演算する。例えば、演算装置１１２は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、電子回路、又は、これらの組み合わせ等である。なお、演算部は、以下のような構成であってもよい。

図６は、演算部の構成例を示す図である。例えば、図示するように、演算装置１１２は、検知用基板１０を有するハードウェア構成である。

検知用基板１０は、演算装置及び制御装置の例あるマイコン１０１を実装する電子回路基板である。また、検知用基板１０には、不揮発メモリ等の記憶装置１０２が実装される。したがって、マイコン１０１は、記憶装置１０２等のハードウェアと協働して動作することで、様々な処理を実行する。

なお、演算部は、マイコン１０１以外の演算装置等を用いる構成でもよい。例えば、図示するように、画像形成装置等の外部装置で演算を行う構成であってもよい。図示する例では、検知用基板１０及びエンジン制御基板１１が通信を行う構成である。すなわち、演算部は、エンジン制御基板１１に実装されるＣＰＵ１０３等を用いてもよい。

また、演算部は、ネットワーク等を介して接続するクラウド上のサーバ等を用いて演算を行う構成であってもよい。

例えば、画像形成装置が４色カラーの画像形成を行う場合には、図示するように、トナー容器は、色ごとに別々に設置される。具体的には、この例では、イエロートナー容器３２１、マゼンタトナー容器３２２、シアントナー容器３２３、及び、ブラックトナー容器３２４の４つのトナー容器が用いられる構成である。

このように、複数のトナーを用いる場合には、トナーの量は、トナー容器ごとに別々に演算する。したがって、この例では、色ごとに別々にトナーの量が演算される。

トナーの量をトナー容器ごとに別々に演算するため、トナー容器には、１対の電極部が別々に設置される。具体的には、図示する例は、イエロートナー容器３２１に対して、第１１電極部３２１１、及び、第１２電極部３２１２を設置する構成である。同様に、マゼンタトナー容器３２２に対して、第２１電極部３２２１、及び、第２２電極部３２２２を設置する構成である。また、シアントナー容器３２３に対して、第３１電極部３２３１、及び、第３２電極部３２３２を設置する構成である。さらに、ブラックトナー容器３２４に対して、第４１電極部３２４１、及び、第４２電極部３２４２を設置する構成である。

以下、図示するようなトナー容器の数、種類、及び、電極部の構成を例に説明する。

図７は、トナー容器を複数用いる例を示す図である。図示するように、それぞれのトナー容器に対して、それぞれの一対の電極部が設置される。そして、すべてのトナー容器、及び、すべての電極部を含むように、全体に対してガードアース１２等が設置される。

そして、制御部は、それぞれの電極部を送信電極、受信電極、グランド（以下「ＧＮＤ」と記載する場合もある。）のいずれかに電極部を切り替える。具体的には、以下のような切り替えである。

図８は、切り替え例を示す図である。図示する例では、マゼンタトナー容器３２２内におけるトナーの量を演算する例である。以下、この例におけるマゼンタトナー容器３２２のように、トナーの量を演算する対象となるトナー容器を「第１トナー容器」という。一方で、第１トナー容器とは異なるトナー容器、すなわち、この例では、イエロートナー容器３２１、シアントナー容器３２３、ブラックトナー容器３２４、又は、これらの組み合わせを「第２トナー容器」という。

また、マゼンタトナー容器３２２を第１トナー容器とする例では、第１トナー容器に対して設置される電極部の対（この例では、第２１電極部３２２１、及び、第２２電極部３２２２の対である。）を「第１電極対Ｐ１」という。一方で、第２トナー容器の例であるイエロートナー容器３２１等に対して設置される電極部の対（この例では、第１１電極部３２１１、及び、第１２電極部３２１２の対である。ただし、他の色のトナー容器に対して設置される電極部でもよい。）を「第２電極対Ｐ２」という。

図示するように、マイコン１０１は、それぞれの電極部を送信電極、受信電極、グランドのいずれかになるように切り替える制御を行う。具体的には、この例は、第２電極対Ｐ２等をグランドとするように制御する例である。一方で、この例は、第１電極対Ｐ１のうち、第２１電極部３２２１を送信電極とし、かつ、第２２電極部３２２２を受信電極とするように制御する例である。

このような制御を行うと、図示するように、下記に示す比較例と比べると、トナー容器の間に設置するガードアース等の部品を減らすことができる。

また、図示するように、マイコン１０１による制御によって、送信電極、受信電極、又は、グランドが切り替えできると、電極部を検出用とするか、又は、電極部をガードアースとして用いるかを柔軟に変更できる。

このように、それぞれの電極部を送信電極、受信電極、グランドのいずれかに切り替えできるスイッチのある構成が望ましい。

なお、トナー容器を３つ以上用いる場合であって、２つ以上のトナーの量を同時に計測する場合には、演算は、複数のトナー容器のうち、１つ以上離れて設置する複数のトナー容器の組み合わせで行われるのが望ましい。

４つのトナー容器を用いる場合では、トナーの量を演算する組み合わせは、例えば、「Ｙ」と「Ｃ」という組み合わせ（「Ｍ」を飛ばした組み合わせである。）、及び、「Ｍ」と「Ｋ」という組み合わせ（「Ｃ」を飛ばした組み合わせである。）であるのが望ましい。すなわち、隣り合わないトナー容器におけるトナーの量を対象として、同時に演算されるのが望ましい。なお、特殊色が用いられる場合には、特殊色との組み合わせでもよい。

例えば、「Ｙ」と「Ｃ」という組み合わせでは、演算において「Ｍ」及び「Ｋ」に対して設置される電極部（具体的には、第２１電極部３２２１、第２２電極部３２２２、第４１電極部３２４１、及び、第４２電極部３２４２である。）がグランドのとなるように制御する。このようにすると、演算の対象となるトナー容器に対して隣接する電極がガードアースの役割となる。そのため、トナーの量を精度良く演算できる。

なお、演算を行うトナー容器は、１つ以上離れて設置されていればよく、２つ以上離れている組み合わせでもよい。具体的には、「Ｙ」と「Ｋ」という組み合わせであってもよい。

＜比較例＞
図９は、比較例を示す図である。この比較例では、それぞれの電極部は、送信電極又は受信電極で役割が固定される。このような構成では、図示するように、トナー容器の間等にガードアース３００を挿入して測定における外乱の影響を少なくする。そのため、ガードアース３００の部品が多い構成となる。

このように、部品点数が多いと、サイズが大きくなる、重量が増加する、又は、コストアップ等の原因となる。

図７に示す構成は、この比較例と比べると、ガードアース３００の部品を減らし、部品点数を少なくした構成である。そのため、比較例より、小型化、軽量化、又は、コストダウン等を行うことができる。さらに、ガードアース３００の部品がなくとも、外乱の影響を少なくして、精度良くトナーの量を計測できる。

＜変形例＞
なお、トナー補給装置１００は、温度センサ等を有する構成でもよい。すなわち、トナー容器３２の周辺温度が検知されて、トナーの量を演算するのに、温度に基づいて補正が行われてもよい。

第１電極板６５及び第２電極板６６が設置される、上壁面６７、及び、下壁面６８を構成する部材が熱によって伸縮すると、電極部の間が変化する場合がある。すなわち、上壁面６７、及び、下壁面６８の変形が、電極部で計測される静電容量値に影響する場合がある。したがって、温度を計測することで、このような温度の変化による影響を補正する構成であると、精度良く静電容量値が計測できる。

なお、トナー補給装置１００は、図示するように、出力装置１１５を有する構成でもよい。例えば、出力装置１１５は、操作パネル等である。すなわち、出力装置１１５は、演算装置１１２が演算して求めたトナーの量等を表示する装置である。このように、トナーの量が出力されると、トナー容器を交換するタイミングが分かる。

また、ハードウェア構成は、上記の例に限られない。例えば、上記の例に示した以外の演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置、又は、出力装置が用いられる構成でもよい。一方で、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置、又は、出力装置は、トナー補給装置と画像形成装置で共通して使用する構成であってもよい。

＜機能構成例＞
図１０は、機能構成例を示す図である。例えば、トナー補給装置１００は、複数の電極部Ｆ１、演算部Ｆ２、及び、制御部Ｆ３を備える機能構成である。また、画像形成装置１０００は、画像形成部Ｆ４を備える機能構成である。

電極部Ｆ１は、トナー容器３２に対して設置される。一対の電極部Ｆ１のうち、一方が静電容量値を計測するのに用いる電波を発信する送信電極となる。一対の電極部Ｆ１のうち、他方が電波を受信する受信電極となる。

演算部Ｆ２は、電極部で計測する静電容量値に基づいて、トナー容器３２にあるトナーの量を演算する。例えば、演算部Ｆ２は、マイコン１０１又はＣＰＵ１０３等で実現する。

制御部Ｆ３は、送信電極、受信電極、又は、グランドのいずれかとなるように電極部Ｆ１を制御する。例えば、制御部Ｆ３は、マイコン１０１又はＣＰＵ１０３等で実現する。

画像形成部Ｆ４は、トナー補給装置１００からトナーの補給を受けて画像を記録媒体に形成する。

＜画像形成装置の例＞
画像形成装置は、例えば、プリンタ等である。すなわち、プリンタは、トナー等の粉体を用いて、用紙等に対して画像を形成する装置である。

なお、画像形成装置は、プリンタに限られず、粉体を用いて、帯電、露光、現像、転写、定着、及び、クリーニング等の工程を行って画像を形成する装置であればよい。例えば、画像形成装置は、ＭＦＰ（ＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎＰｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、コピー機、複合機、複写機、又は、ＦＡＸ等である。

＜その他の実施形態＞
また、上記に示す実施形態は組み合わせて実施されてもよい。すなわち、それぞれの実施形態の一部又は全体を組み合わせる実施形態であってもよい。

なお、全体処理の全部又は一部は、コンピュータ言語で記述され、コンピュータにトナー量計測方法を実行させるためのプログラムによって実現されてもよい。すなわち、プログラムは、コンピュータ、又は、２つ以上のコンピュータを用いるトナー量計測方法に各処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。

したがって、プログラムに基づいてトナー量計測方法が実行されると、コンピュータが有する演算装置及び制御装置は、各処理を実行するため、プログラムに基づいて演算及び制御を行う。また、コンピュータが有する記憶装置は、各処理を実行するため、プログラムに基づいて、処理に用いられるデータを記憶する。なお、処理の一部を電子回路で実行する構成等でもよい。

また、プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されて頒布することができる。なお、記録媒体は、磁気テープ、フラッシュメモリ、光ディスク、光磁気ディスク又は磁気ディスク等のメディアである。さらに、プログラムは、電気通信回線を通じて頒布することができる。

なお、本発明に係る実施形態は、画像形成システムによって実現されてもよい。また、画像形成システムは、各処理及びデータの記憶を冗長、分散、並列、仮想化又はこれらを組み合わせて実行してもよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

３２トナー容器
６５第１電極板
６６第２電極板
１０００画像形成装置
１００トナー補給装置
１０１マイコン
１０２記憶装置
１０３ＣＰＵ
３２１イエロートナー容器
３２２マゼンタトナー容器
３２３シアントナー容器
３２４ブラックトナー容器
３２１１第１１電極部
３２１２第１２電極部
３２２１第２１電極部
３２２２第２２電極部
３２３１第３１電極部
３２３２第３２電極部
３２４１第４１電極部
３２４２第４２電極部
Ｆ１電極部
Ｆ２演算部
Ｆ３制御部
Ｆ４画像形成部
Ｐ１第１電極対
Ｐ２第２電極対
Ｔトナー

特開２００４－２８６７９２号公報

Claims

画像形成装置に対してトナー容器のトナーを補給するトナー補給装置であって、
前記トナー容器に対して設置される電極部と、
前記電極部で計測する静電容量値に基づいて、前記トナーの量を演算する演算部と、
前記静電容量値を計測するのに用いる電波を送信する送信電極、前記電波を受信する受信電極、又は、グランドのいずれかとなるように前記電極部を制御する制御部と
を備え、
前記トナー容器を複数用いる場合であって、
複数の前記トナー容器のうち、第１トナー容器の前記トナーの量を演算する場合には、前記制御部は、前記第１トナー容器に対して設置される前記電極部の対である第１電極対を前記送信電極、及び、前記受信電極の対となるように制御し、かつ、複数の前記トナー容器のうち、前記第１トナー容器とは異なる第２トナー容器に対して設置される前記電極部の対である第２電極対のうち、少なくともいずれか一方の前記電極部を前記グランドとなるように制御する
トナー補給装置。
画像形成装置に対してトナー容器のトナーを補給するトナー補給装置であって、
前記トナー容器に対して設置される電極部と、
前記電極部で計測する静電容量値に基づいて、前記トナーの量を演算する演算部と、
前記静電容量値を計測するのに用いる電波を送信する送信電極、前記電波を受信する受信電極、又は、グランドのいずれかとなるように前記電極部を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
マイコンによる制御によって、前記送信電極、前記受信電極、又は、前記グランドの切り替えを行う
トナー補給装置。
前記制御部は、
スイッチによって、前記送信電極、前記受信電極、又は、前記グランドの切り替えを行う
請求項１に記載のトナー補給装置。
画像形成装置に対してトナー容器のトナーを補給するトナー補給装置であって、
前記トナー容器に対して設置される電極部と、
前記電極部で計測する静電容量値に基づいて、前記トナーの量を演算する演算部と、
前記静電容量値を計測するのに用いる電波を送信する送信電極、前記電波を受信する受信電極、又は、グランドのいずれかとなるように前記電極部を制御する制御部と
を備え、
前記トナー容器を３つ以上用いる場合であって、
前記演算部は、
複数の前記トナー容器のうち、１つ以上離れて設置する複数の前記トナー容器の前記トナーの量を演算する
トナー補給装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトナー補給装置を有する画像形成装置。