JP5151261B2 - トナー補給装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はトナー補給装置および画像形成装置に関し、特にトナーを収納する収納容器内のトナー残量を推定することが可能なトナー補給装置およびこのようなトナー補給装置を備えてなる画像形成装置に関する。

画像形成装置では、感光体上に形成された静電潜像をトナーと磁性キャリアよりなる２成分現像剤を内蔵した現像装置によって現像してトナー画像としている。現像装置内の現像剤は現像部に搬送され、現像バイアスが印加されることによってトナーが静電潜像に付着してトナー画像となる。現像によってトナーが消費されるとトナー補給装置のトナーの貯留部内に設けられたトナー搬送スクリューにより現像装置の現像部にトナーが補給される。さらにトナーの収納容器の回転動作によりトナーが供給されて貯留部に必要量のトナーが補給される。

貯留部に設けられたトナー量を検知するセンサが、所定量のトナーより少ないことを検知すると、画像形成装置が有する制御部に検知信号が送信されて、収納容器からトナーが貯留部に供給されるようになっている。

しかし、収納容器内にトナーがどの位残っているかどうかについては、収納容器が消耗品のため、収納容器内にトナー残量を検知するためのセンサ等を設けることは少なく、他の手段が考案されている。

例えば、特許文献１には収納容器が回転可能で現像装置に着脱可能な構造を持ち、収納容器の回転数をカウントして、その回転数から収納容器内のトナー残量を推定する手段、あるいは収納容器の回転時間の累積時間に基づいて、収納容器内のトナー残量を推定する手段が記載されている。

また、特許文献２には、トナーカートリッジ内にフューズを設け、トナーカートリッジを交換後、パワーＯＮ時などにフューズカットを行い、トナー残量値を初期化し、以後トナーディスペンス時間を積算しトナー残量を求める技術が記載されている。

さらに、特許文献３には、画像形成部での累積転写画素数、または、現像部へトナーを供給するトナー供給モータが駆動した累積時間を計測することによりトナー残量を推定する技術が記載されている。
特開２００５−１４８２３８号公報 特開平４−２５１８７９号公報 特開平１０−１３３４６６号公報

しかし、上記特許文献に記載の技術は何れも最初に新品のトナー収容容器を装着したときからトナー残量の測定を開始している。しかも、特許文献１の方法では収納容器の１回転当たりのトナー供給量が、環境温度や湿度によるトナー密度の変化などにより必ずしも常に一定になるとは言えず、ある程度の誤差が生じてしまう。そして、一般にはこの誤差を考慮して、早めにトナー残量が無いという警告を表示している。このように、収納容器にまだトナーが残っているのに、トナーが無いと判断されるとユーザーには不満が残る。

また、連続画像形成中にトナーが無くなった場合、ユーザーは近くに新品の収納容器がないと、とりあえず今使っていた収容容器を取り外して、収納容器を振ったりして再び機械に装着し何とか印字してしまおうとする。この場合、ユーザーが途中で収容容器を抜き差ししたとき、上記特許文献に記載の手段では収納容器を装着したときが初期設定になるので、制御手段は収容容器にトナーが途中までしか無いにも拘わらず新品と判断してしまうという問題がある。

これらの問題は、新品の収納容器を装着することを前提に収容容器のトナー残量を検出することに起因している。

本発明は新品の収納容器であることを前提にせず、収容容器内にトナーがなくなる前にトナー残量を推定するトナー補給装置、及び、このようなトナー補給装置を備えてなる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成によって達成できる。
１．補給用のトナーを収納し、着脱可能に装着される収納容器と、
当該収納容器から供給されるトナーを収容する貯留部と、
貯留部内のトナーを搬送し、前記貯留部から現像部にトナーを補給するトナー搬送部と、
前記貯留部に設けられ、前記貯留部内のトナー残量を検知するセンサと、
予め、前記センサにより検知されるまで前記収納容器から前記貯留部にトナーを補給し、その後、前記トナー搬送部により前記貯留部から前記現像部に所定時間までトナーを搬送した後に、前記収納容器から前記貯留部へのトナーの補給を開始し、前記収納容器からトナーの補給を開始してから、前記貯留部内のトナー残量が所定量になったことを前記センサが検知するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて、前記収納容器に残存するトナー残量を推定する制御部と、
を有することを特徴とするトナー補給装置。
２．前記収納容器に残存するトナー残量と、
前記収納容器から前記トナーの供給を開始してから、前記センサが所定量のトナーを検知するまでの時間との関係を表すテーブルを備え、
前記制御部は、前記テーブルを参照して、計測した時間に基づいて前記収納容器に残存するトナー残量を推定することを特徴とする前記１に記載のトナー補給装置。
３．前記制御部は、前記収納容器に残存するトナー残量の推定結果に基づき、トナー収納容器のトナー残量が少ないことを表示部に表示することを特徴とする前記１又は前記２に記載のトナー補給装置。
４．前記１から３の何れか１項に記載のトナー補給装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、収納容器に残存するトナーの量と、収納容器から供給されるトナーの量とは一定の関係にあり、一定容量のトナーを貯留する時間を測定することにより残存するトナー量を推定することができるので、新品の収納容器であることを前提とせず、収納容器内のトナー残量を推定することができる。

本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
（画像形成装置）
図１は、画像形成装置本体ＧＨと、画像読取装置ＹＳとから構成された本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるカラー複写機の全体構成を示す図である。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と給紙部と定着装置２４とからなる。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング装置８Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング装置８Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング装置８Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング装置８Ｋを有する。帯電装置２Ｙと露光装置３Ｙ、帯電装置２Ｍと露光装置３Ｍ、帯電装置２Ｃと露光装置３Ｃ及び帯電装置２Ｋと露光装置３Ｋとで、感光体１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃのそれぞれに静電潜像を形成する潜像形成手段を構成する。

中間転写体６は、駆動ローラ９Ａ及び従動ローラ９Ｂ〜９Ｅに張架され、画像形成時に矢印で示すように循環移動する。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋにより形成された各単色画像は、中間転写体６上に転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより逐次１次転写されて、重ね合わされたカラー画像が形成される。中間転写体６上にカラー画像を形成する画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ及び転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは像形成部を構成する。

複数の給紙カセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に収容された用紙Ｐは、繰り出しローラ及び捌き部材からなる給紙部２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、レジストローラ１０２等を経て、電源７Ｂにより転写電圧が印加された転写ローラ７Ａにより用紙Ｐ上にカラー画像が２次転写される。

カラー画像が形成された用紙Ｐは、分離手段としての駆動ローラ９Ａにより中間転写体６から分離される。分離手段は小ローラで構成された駆動ローラ９Ａからなり、中間転写体６を駆動ローラ９Ａにより小さな曲率半径で強度に屈曲させることにより、紙の直進性を利用して用紙Ｐを中間転写体６から分離する。

給紙カセット２０ｂ及び２０ｃには符号を省略しているが、それぞれ給紙部２１及び搬送ローラ２２Ａが設けられている。給紙カセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、手差し給紙台２０ｄ又は両面画像形成用の反転搬送部からの用紙搬送路はループ形成ローラ１０１の上流で合流し、ループ形成ローラ１０１には単一の用紙搬送路から用紙Ｐが送り込まれる。

カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。定着装置２４は、それぞれ内側にヒータが配置された上下ローラ２４Ａ、２４Ｂ、クリーニングローラ２４Ｃ等で構成される。

一方、転写ローラ７Ａにより用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを分離した中間転写体６は、クリーニング装置８Ａによりクリーニングされる。

５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにそれぞれ新規トナーを補給する収納容器である。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿を露光する露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送ローラにより搬送され、露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤにより読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、書き込み装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力する。

自動原稿送り装置２０１は両面原稿搬送手段を備えている。露光装置２０２は原稿載置台上から給送される多数枚の原稿ｄの画像を、連続して読み取り、記憶部に記憶する事から（電子ＲＤＨ機能）、複写機能により多数枚の原稿内容を複写することが可能であり、また、ファクシミリ機能により多数枚の原稿ｄの画像データを送信することが可能である。
（トナー補給装置）
次に、本発明に係るトナー補給装置について図２を用いて説明する。図２は感光体１、現像部４、及び、トナー補給装置５を示す。トナー補給装置５はトナーを貯留する貯留部５６、トナーを搬送する搬送部５７、及び、トナーを収納する収納容器５０から構成される。なお、現像装置は現像部４とトナー補給装置５から構成されている。

収納容器５０は外周に螺旋状の溝が設けられた円筒形状をしており、現像装置に設けられた容器受け部５２に着脱可能に装着される構造となっている。収納容器５０内にトナーが収容され、トナーが消費され無くなったと推定されたときに容器受け部５２から取り出され、新品と交換される。

収納容器５０は、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーについてはそれぞれ４６０ｇのトナーを内蔵し、黒トナーについては６８０ｇのトナーを内蔵している。収納容器５０は、トナーの排出口５３を有しその先端はトナー補給装置本体の駆動軸（図示せず）と結合され歯車５５を介してモータＭ５０からの駆動力で収納容器５０が回転し、収納容器５０に設けられた螺旋状の溝（容器内壁に突出している）でトナーを搬送する推力が生じ、トナーを矢印Ｘの方向に搬送し、排出口５３から貯留部５６に供給される。収納容器５０からトナーを排出する機構の詳細は、特開２００１−６６８７０号公報や特開２００１−１８３８９６号公報に記載されている。

貯留部５６内には、内壁に沿って回転する弾性薄板の撹拌羽根を有した撹拌部材５８が緩やかに回転し、貯留されたトナーが壁面に固着したり固化したりするのを防止している。また、貯留部５６の内壁にはピエゾ素子を用いたトナー量を検知するセンサＳ５６が設けられている。センサＳ５６の検知部も撹拌部材５８によって適時摺擦されていて、トナー残量の検知にあたって誤検知がなされるのを防止している。センサＳ５６の貯留部５６内における検知位置はトナー量として５０〜５５ｇ程度のトナー量を検知する位置に設けられている。このトナー量はＡ４サイズ転写紙に黒化率５．５％のプリントを行うと、約３０００枚見当のトナー量に相当する。

貯留部５６の底部近傍にはトナーを搬送するトナー搬送スクリュー５９を有するトナー搬送部５７が設けられている。搬送スクリュを駆動するモータＭ５９の駆動によってトナー搬送スクリュー５９が回転し、貯留部５６内のトナーがトナー搬送部５７に沿って現像部４に搬送される。
（トナー残量．検知）
次に本実施の形態に係る収納容器５０内にあるトナー残量の検知について、図３〜図６を用いて説明する。

図３はトナー補給の電気制御系を示すブロック図である。図４は、トナー補給装置の収納容器５０と、貯留部５６を示す断面図である。図５は収納容器５０内のトナー残量の検知を行う制御部の制御フロー図である。

図３において、制御部１００は演算制御処理を行うＣＰＵ１０１と、各種動作プログラムを記憶するＲＯＭと、測定結果データをメモリするＲＡＭ等が接続されている。

本発明のトナー残量を推定する制御は、
１）センサＳ５６が所定量を検知した時点から、トナー搬送スクリュー５９の累積回転時間が所定時間を経過するまでの時間、収納容器５０から貯留部５６へのトナーの供給を停止する第１のトナー供給の停止の制御、
２）前記所定時間を経過した時点で、収納容器５０から貯留部５６へのトナーの供給を開始する制御、
３）センサＳ５６が所定量のトナーを検知した時点で、収納容器５０から貯留部５６へのトナーの供給を停止する第２のトナー供給の停止の制御、
４）トナーの供給を開始してから、センサＳ５６が所定量のトナーを検知するまでの時間を計測する制御、
５）計測した時間に基づいて、収納容器５０に残存するトナーの量を推定する制御、
を有している。

ＣＰＵ１０１はインターフェース１０２を介して外部機器に接続されている。インターフェース１０２の入力側には、貯留部５６内の所定量のトナーを検知するセンサＳ５６等が接続され、インターフェース１０２の出力側にはトナー収容容器５０を回転する駆動モータＭ５０、貯留部５６内のトナーを搬送するトナー搬送スクリュを駆動するモータＭ５９、装置本体の操作部に設けられ、表示を行う表示部２００Ａ等の各々が接続されている。

図４において、レベル１は、収納容器５０から貯留部５６に供給されたトナーが、センサＳ５６によって検知された所定のトナー量の位置を示す。またレベル２は、トナー搬送スクリュー５９の累積回転時間が所定時間経過したときに貯留部５６内にあるトナー量の位置を示す。

ここで、トナーレベル１からレベル２までに要する時間Ｔ０を予め設定しておき、その間では、第１のトナー供給の停止の制御によってトナー供給が行われないので、潜像を現像するためにトナーが消費され、トナー量は時間Ｔ０とともに減少する。

また、レベル２からトナーの供給が開始され、再び、センサＳ５６がレベル１の位置になるトナー量を検知して、第２のトナー供給の停止の制御によってトナーの供給が停止するまでに要する時間Ｔ１を計測することにより、単位時間当たりの収納容器５０のトナー供給能力Ｆ（ｇ／時間）を求めることができる。

実際には、時間Ｔ１のときに収納容器内のトナー量Ｒを測定するという方法で実験的に求め、単位時間当たりの供給量（トナー供給能力Ｆ）として算出し、その値をテーブルとして制御部内のＲＯＭ等のメモリに格納しておく。

図５は、縦軸に収納容器のトナー供給能力Ｆ、横軸に収納容器の残存トナー量Ｒをとり、実験によって求めたＦ値とＲ値をプロットしたときの曲線を示す。この曲線は、収納容器５０内に充分トナーが残存しているときには、トナー供給能力Ｆは一定であり、収納容器５０内の残存トナー量Ｒが少なくなるとトナー供給能力Ｆが徐々に落ちてくることを示す。

このように、残存トナー量を推定する制御と、トナー補給装置を備えた画像形成装置は、例えば、ユーザがトナー残量を確認する確認釦（不図示）などを操作すると、制御部１００は残存トナー量を推定するモードに入り、時間Ｔ１を測定する動作を開始する。時間Ｔ１から算出されたトナー供給能力Ｆが図５のａ値であるときは、収納容器５０内のトナー量は充分にあると判断し、表示部２００Ａに「トナー有り」などと表示する。

また、トナー供給能力Ｆが、図５のｂ、ｃ値のときは、例えば、トナーが少なくなっている、または、後何％しかないので新しい収納容器を準備する、等のメッセージを表示する。また、図５のｄ値になったらトナー無し等の警告を出すようにしても良い。

次に、残存トナー量を推定する制御内容について図６のフローチャートを用いて説明する。

残存トナー量の推定は、図６のステップＳ１からステップＳ７のフローに基づいて行われる。すなわち、
制御部１００は、収納容器５０をモータＭ５０の駆動により回転させて、トナーを貯留部５６に供給させ、貯留部５６内のトナー量が所定のレベル１に達したことをセンサＳ５６により検知する（ステップＳ１）。

このとき、センサＳ５６の信号に基づき、第１のトナー供給の停止の制御により収納容器５０の回転を停止する（ステップＳ２）。

制御部１００は、収納容器５０の回転が停止した時点から、さらに画像形成動作（ＪＯＢ）を継続し、トナー搬送スクリュー５９を設定された累積回転時間Ｔ０になるまで回転させる。累積回転時間Ｔ０になったときの貯留部５６内のトナー量をレベル２とする（ステップＳ３）。

なお、累積回転時間Ｔ０はトナー搬送スクリュー５９の単位時間当たりの供給量が一定なところを実験的に求めて決める。

次に、トナー搬送スクリュー５９の累積回転時間がＴ０になったとき、再び制御部１００のトナー供給の開始の制御により駆動モータＭ５０を駆動させて収納容器５０を回転させ、貯留部５６へトナーを供給させる。

貯留部５９にトナーを供給させながら、センサＳ５６がレベル１を検知するまでの時間を測定（ステップＳ４）し、そのときの時間をＴ１とする。レベル１に達したとき第２のトナー供給の停止の制御により収納容器５０の回転を停止する。

残存トナー量の推定は、計測された時間Ｔ１に基づいて求めたトナー供給能力Ｆが、収納容器５０内の残存トナー量Ｒが充分あるときのトナー供給能力Ｆ０と比較して能力が低下した（Ｆ＜Ｆ０）かどうかを判断する（ステップ６）。Ｆ＜Ｆ０のとき（ステップＳ６においてＹＥＳの場合）、制御部１００にあるテーブルを用いて、その変化した時間に相当するＦから収納容器内のトナー残量Ｒを推定する。さらに推定した結果からトナー収容容器５０内のトナー残量が少ないことを表示部２００Ａに表示する（ステップＳ７）。

Ｆ＝Ｆ０の場合（ステップＳ６においてＮＯの場合）、収納容器には充分トナーがあると判断してそのままＪＯＢを継続する。さらに、トナー残量が十分あるというメッセージを表示部２００Ａに表示しても良い。

このような残存トナー量の推定を行うことにより、安価な構成で、新品の収納容器であることを前提にしなくても確実に、収容容器内にトナーがなくなる前にメッセージ（警告）を発することができる。

さらに、ユーザーが途中でトナー収容容器５０を抜き差ししたときにおいても、例えば、トナー補給扉などに開閉スイッチを取り付け、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号を制御部１００が認識し、残存トナー量の推定を行うことにより、収容容器にトナーが途中までしか無いにも拘わらず新品と判断してしまうという問題も解決できる。

画像形成装置の一例であるカラー複写機の全体構成図。 トナー補給の大要を示す展開図。 トナー補給の電気制御系を示すブロック図。 トナー補給装置の収納容器と貯留部を示す断面図。 収納容器内のトナー供給能力と、収納容器内のトナー残量を示す曲線図。 収納容器内のトナー残量の検知を行う制御部の制御フロー図。

符号の説明

４ 現像部
４２ 現像剤搬送スクリュ
５ トナー補給装置
５０ 収納容器
５２ 容器受け部
５６ 貯留部
５７ 搬送部
５９ トナー搬送スクリュー
Ｓ５６ センサ
Ｍ５０ 収納容器を駆動するモータ
Ｍ５９ トナー搬送スクリュを駆動するモータ

Claims (4)

1. 補給用のトナーを収納し、着脱可能に装着される収納容器と、
   当該収納容器から供給されるトナーを収容する貯留部と、
   貯留部内のトナーを搬送し、前記貯留部から現像部にトナーを補給するトナー搬送部と、
   前記貯留部に設けられ、前記貯留部内のトナー残量を検知するセンサと、
   
   予め、前記センサにより検知されるまで前記収納容器から前記貯留部にトナーを補給し、その後、前記トナー搬送部により前記貯留部から前記現像部に所定時間までトナーを搬送した後に、前記収納容器から前記貯留部へのトナーの補給を開始し、前記収納容器からトナーの補給を開始してから、前記貯留部内のトナー残量が所定量になったことを前記センサが検知するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて、前記収納容器に残存するトナー残量を推定する制御部と、 を有することを特徴とするトナー補給装置。
2. 前記収納容器に残存するトナー残量と、
   前記収納容器から前記トナーの供給を開始してから、前記センサが所定量のトナーを検知するまでの時間との関係を表すテーブルを備え、
   前記制御部は、前記テーブルを参照して、計測した時間に基づいて前記収納容器に残存するトナー残量を推定することを特徴とする請求項１に記載のトナー補給装置。
3. 前記制御部は、前記収納容器に残存するトナー残量の推定結果に基づき、トナー収納容器のトナー残量が少ないことを表示部に表示することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー補給装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のトナー補給装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。

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