現像ユニット、画像形成装置
【課題】 簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知する。
【解決手段】 現像ユニット内の攪拌シート３４の押圧力で被加圧シート３０１を変形させ、この被加圧シート３０１の変形にともなう被検知部材の変位に基づいて、トナー量を検知する。
【解決手段】 現像ユニット内の攪拌シート３４の押圧力で被加圧シート３０１を変形させ、この被加圧シート３０１の変形にともなう被検知部材の変位に基づいて、トナー量を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置における現像剤の残量検知に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、トナー容器内のトナーの残量を圧電センサや超音波センサを用いて検知している例がある。
【０００３】
例えば特許文献１に記載のトナー残量検知装置は、ホッパの底面でアジテータ回転時薄板状部材が近接して通過する位置に検知部を上に向けて圧電センサを設け、アジテータの１回転の時間に対するセンサの圧を検知した時間の比よりトナー残量を検知するものである。このトナー残量検知装置では、トナー残量がある一定量以上の場合は、圧電センサの出力がトナー有りの論理に固定され、一定量以下になるとトナーの量が検知されなくなり、圧電センサの出力はトナー無しの論理に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のトナー残量検知手段は、トナー有りかトナー無しかのどちらかしか検知することができず、トナー残量の変化を逐次検知することができない。また、近年の画像形成装置の高速化に伴い、高速で攪拌部材が動作するとトナーが舞い上がってしまい、トナーが完全に無くなるまでは、圧電センサの検知位置にトナーが存在するので、トナーの重量を検知しない時間が確保し難い。
【０００６】
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でトナーの量が多い状態から少ない状態まで逐次残量を検知し、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の現像ユニットは、現像剤を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記現像剤収納部に設けられ、前記攪拌部材に加圧されることで撓む可撓性部材と、前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材が撓んだ時に変位する被検知部材であって、前記変位に基づいて現像剤収納部の現像剤量を検知するための被検知部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構成によれば、簡単な構成で現像剤が多いときから少ないときまで、逐次残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、現像剤の残量を精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明におけるカラーレーザプリンタの構成を示す断面図
【図２】第１の実施例における現像ユニットの断面図と拡大図
【図３】第１の実施例における被加圧シートの動きを表す図
【図４】第１の実施例におけるトナーが多い場合及び少ない場合の現像ユニットの動きを表す図
【図５】第１の実施例における永久磁石の変位による磁界変化を検知する回路図
【図６】第１の実施例におけるトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＴ
【図７】第１の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図８】第２の実施例における現像ユニットの断面図
【図９】第２の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図１０】第３の実施例における現像ユニットの断面図
【図１１】第３の実施例における現像ユニット内の回転動作を説明する図
【図１２】第３の実施例におけるトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＫ
【図１３】第３の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図１４】第４の実施例における現像ユニットの断面図
【図１５】第４の実施例におけるフォトセンサの回路図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。尚、以下の実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施例で説明されている特長の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１１】
（第１の実施例）
図１は本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”の構成図である。
図１に示すカラーレーザプリンタ（以下、本体と称す）は、本体１０１に対して着脱可能なプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。これら４個のプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、同一構造であるものの、異なる色、すなわち、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによる画像を形成する点で相違している。プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像ユニットと画像形成ユニットと廃トナーユニットの大きく３つの構成で成り立っている。現像ユニットは、現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、トナー補給ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、トナー容器２３（現像剤収納部）Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ、攪拌シート（攪拌部材）３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋを有している。また、画像形成ユニットは、像担持体である感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを有している。廃トナーユニットは、ドラムクリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、廃トナー容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを有している。
【００１２】
プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの下方にはレーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋが配置され、画像信号に基づく露光を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対して行う。感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって所定の負極性の電位に帯電された後、レーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋによってそれぞれ静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋによって反転現像されて負極性のトナーが付着され、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像が形成される。
【００１３】
中間転写ベルトユニットは、中間転写ベルト８、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０から構成されている。また、各感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対向して、中間転写ベルト８の内側に一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが配設されており、不図示のバイアス印加手段により転写バイアスを印加する構成となっている。
【００１４】
感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されたトナー像は、各感光ドラムが矢印方向に回転し、中間転写ベルト８が矢印Ｆ方向に回転させる。さらに一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに正極性のバイアスを印加することにより、感光ドラム１Ｙ上のトナー像から順次、中間転写ベルト８上に一次転写され、４色のトナー像が重なった状態で二次転写ローラ１１まで搬送される。
【００１５】
給搬送装置は、転写材Ｐを収納する給紙カセット１３内から転写材Ｐを給紙する給紙ローラ１４と、給紙された転写材Ｐを搬送する搬送ローラ対１５とを有している。そして、給搬送装置から搬送された転写材Ｐはレジストローラ対１６によって二次転写ローラ１１に搬送される。
【００１６】
中間転写ベルト８から転写材Ｐへの転写においては、二次転写ローラ１１に正極性のバイアスを印加することにより、搬送された転写材Ｐに、中間転写ベルト８上の４色のトナー像を二次転写する。トナー像転写後の転写材Ｐは、定着装置１７に搬送され、定着フィルム１８と加圧ローラ１９とによって加熱、加圧されて表面にトナー像が定着される。定着された転写材Ｐは排紙ローラ対２０によって排出される。
【００１７】
一方、トナー像転写後に、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面に残ったトナーは、クリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋへと回収される。また、転写材Ｐへの二次転写後に中間転写ベルト８上に残ったトナーは、転写ベルトクリーニングブレード２１によって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２２へと回収される。
【００１８】
また、図１における８０は本体の制御を行うための電気回路が搭載された制御基板である。制御基板８０には１チップマイクロコンピュータ（以後ＣＰＵと記す）４０が搭載されている。ＣＰＵ４０は転写材Ｐの搬送に関る駆動源（不図示）やプロセスカートリッジの駆動源（不図示）の制御、画像形成に関する制御、更には故障検知に関する制御など、本体の動作を一括して制御しているものである。４２は、画像データからレーザユニット内のレーザの発光を制御するためのビデオコントローラである。このビデオコントローラ４２は、不図示のコントロールパネルを介して、ユーザとのインターフェイスも行う。このコントロールパネルには、各色のトナーの残量（現像剤量）が棒グラフ状に表示される。
【００１９】
記号のＹＭＣＫは、色を示しており、以後の説明では、色を示すＹＭＣＫの記号の記載を省略する。
【００２０】
図２は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットである。図２（ａ）は現像ユニットの断面図を示しており、以下のものを備える。
２８は、トナーである。また、３０１は、攪拌シート３４の周回動作によってトナーを介して圧力をかけられると撓む被加圧シート（可撓性部材）である。被加圧シート３０１には、永久磁石３０２（被検知部材）が取り付けられており、被加圧シートの撓みに応じて永久磁石の空間位置も同様に変化する。３０５はホールセンサであり、ホール素子３０３とホールセンサ基板３０４から構成されている。ホール素子３０３は、永久磁石３０２の空間位置の変化によって生じる磁界の変化を検知する。また、ホールセンサ基板３０４はホール素子３０３が搭載されており、ホール素子３０３に入力電圧を加える回路や、ホール素子３０３の出力を差動増幅する差動増幅回路が搭載されている。
【００２１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）における被加圧シート部の拡大図である。
本実施例の被加圧シート３０１は、図２（ｂ）に示すようにＣＲＧ外装のケース窪み３０６の一部を覆う形状となっている。また永久磁石３０２は、被加圧シート３０１のケース窪み側に位置するように取り付けられている。
【００２２】
本実施例では、攪拌シート３４に厚さ１５０［μｍ］のＰＥＴシートを、被加圧シート３０１に厚さ１２５［μｍ］のＰＥＴシートを、永久磁石３０２にネオジム磁石を、ホール素子３０３に旭化成製のＨＷ−１０８Ａを用いている。
図３は、被加圧シート３０１に圧力を加えた時の様子を示している。
【００２３】
図３（ａ）は被加圧シート３０１に圧力が加わっていないため、撓んでいない状態である。これに対して図３（ｂ）のように、被加圧シート３０１に図の下方向の圧力が加えていくと、被加圧シート３０１は同じく下方向に撓んでいく。このように被加圧シート３０１が圧力によって撓むことで、永久磁石３０２も同様に空間位置が変化する。永久磁石３０２の空間位置が変化することで、ホール素子３０３に加わる磁界も変化するため、ホールセンサ３０５の出力も変化する。この出力波形を読み取ることで周回動作している攪拌シート３４によって加えられた圧力で被加圧シート３０１が撓むタイミングを検知することができる。
【００２４】
さらに図４は、トナーの残量に応じて被加圧シート３０１が攪拌シート３４から圧力を受けるタイミングに差があることを示す図である。
図４（ａ）はトナーの残量が比較的多い場合の動作を示した図で、図４（ｂ）はトナーの残量が比較的少ない場合の動作を示した図である。図４（ａ）に示すように、攪拌シート３４が周回動作する際、トナーの残量が多い場合は、よりトナー残量が少ない場合に比べて、トナーを介して被加圧シート３０１を押すタイミングが早くなる。そのため、被加圧シート３０１が撓み始めてから、被加圧シート３０１を攪拌シート３４が通過するまでの時間は長くなる。一方で図４（ｂ）のように、よりトナーの残量がより少ないと、被加圧シート３０１を押すタイミングが遅くなるため、被加圧シートが撓み始めてから、被加圧シート３０１を攪拌シート３４が通過するまでの時間は短くなる。本実施例では、この原理を使ってトナーの残量検知を行う。
【００２５】
図５は、被加圧シート３０１が撓み、永久磁石３０２が移動することで生じる磁界の変化を検知する回路である。本実施例では（ＤＣ）２４Ｖの電源電圧に、固定抵抗器３８、３９とホール素子３０３を直列に接続し、ホール素子３０３に一定電流が流れ込むように、定電流駆動を行っている。４６はオペアンプを用いた差動増幅回路である。ホール素子３０３から出力された微小な電圧差を差動増幅回路４６で増幅した信号を、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。この時差動増幅回路４６内の固定抵抗器４１〜４４を可変させてあげることで増幅率を変更することもできる。また、ＣＰＵ４０では、攪拌シート３４が被加圧シート３０１に圧力を及ぼしている時間幅を計測するために、入力されたホールセンサ３０５の出力に閾値を設けて時間幅を計測している。
次に、図６を用いて本実施例におけるトナーの残量検知の検知特性を説明する。
図６（ａ）は、トナーの残量とＣＰＵ４０で計測された時間幅の特性グラフである。図６（ｂ）は、トナーの残量が、１００％のときの波形データである。ＣＰＵ４０で時間幅を計測する際の閾値を２．４Ｖとすると、時間幅は１１０ｍｓｅｃとなる。図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様に閾値を２．４Ｖとした時の、時間幅とトナーの残量の関係を表したテーブルＴである。テーブル数値間のトナーの残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間幅は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間幅も変わる。トナーの残量を判断するテーブルの数値も同様である。
【００２６】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図７のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特性用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。
【００２７】
まず、ホールセンサ３０５の出力値をＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ１０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ１０２）。Ｓ１０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合には、ホールセンサ３０５の電源電圧異常もしくはホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１２）。Ｓ１０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合には、ホールセンサ３０５が正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ１０３）。
【００２８】
次に、センサ出力値を読み取り、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ１０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シート３４の回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１４）。センサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続した場合には、ホールセンサ信号の立ち下がりと認識し（Ｓ１０５）、時間幅を計測するためにＣＰＵ４０のタイマをスタートさせる（Ｓ１０６）。次にＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以上になったときに（Ｓ１０７）、ホールセンサ信号の立ち上がりと認識し、タイマをストップさせる（Ｓ１０８）。
【００２９】
次にそのタイマの値を読み込み（Ｓ１０９）、テーブルＴと照合する（Ｓ１１０）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１１）。
【００３０】
このように攪拌シート３４がトナーを介して被加圧シート３０１に圧力を与えている時間幅を検知することで、トナーの残量を逐次検知する。
【００３１】
尚、本実施例によれば、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートで電圧値を検知した。しかしながら、コンパレータ等で電圧検知回路を構成することでデジタル化して、デジタルポートで時間幅を検知しても良い。
【００３２】
本実施例では、ホールセンサ３０５およびＣＰＵ４０を画像形成装置本体側が有するトナー残量検知手段として用いた。被加圧シート３０１に圧力を加わり、被加圧シート３０１の撓みが変化している時間幅を検知するために、永久磁石３０２を電極部材に変更し、ホールセンサ３０５の代わりに、静電容量センサを用いて時間幅を検知する構成にしても良い。
【００３３】
本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。まず、第一に攪拌シート３４によって被加圧シート３０１が圧力を加えている時間幅を検出することで、トナーの残量を検知しているので、トナーが満タンから空になるまで逐次残検が可能である。第二にホールセンサ３０５を用いることで、検知回路が簡素化することができるとともに、反応速度が速いため、検知時間の高速化を図ることができる。さらに、被加圧シートが撓んでいる時間幅は、高速で回転していてもトナーの残量に応じて安定しているため、画像形成動作と同時に行うことも可能である。
【００３４】
（第２の実施例）
第１の実施例との違いを記載する。第１の実施例では、攪拌シートがトナーを介して被加圧シートに圧力を与えた時の、被加圧シートが圧力を受けている時間幅を検出してトナーの残量を検知している。本実施例では、攪拌シートよりもさらに可撓性の大きい加圧シートを攪拌シートとは別に備えることで、トナーの残量が少なくなった時に、その加圧シートからの圧力が被加圧シートへ加わる構成とする。そして、その圧力を被加圧シートの撓み量（被加圧シートの変位量、本実施例においては最大変位量のことを表す）に対応するホールセンサの出力値として検出することでトナーの残量を検知する検知方式である。
【００３５】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１の実施例で説明した図１、図５の構成は本実施例においても適用されるものとする。また、第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００３６】
図８は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットの断面図である。第１の実施例における現像ユニットの断面図構成に対して、攪拌シート３４に比べて厚みが半分の可撓性の大きい加圧シート３５１が追加になっている。
【００３７】
図８（ａ）は、トナーの残量が多い時の現像ユニットの断面図であり、図８（ｂ）は、トナーの残量が少ない時の現像ユニットの断面図である。加圧シート３５１は可撓性が大きく攪拌シートよりも撓みやすいため、図８（ａ）のようにトナーの残量が多い時は、加圧シート３５１は、被加圧シート３０１に接触しないで攪拌シート３４との同軸でトナー容器内を周回動作する。一方で図８（ｂ）のようにトナーの残量が少ない時は、加圧シート３５１は撓みが小さいため、被加圧シート３０１に接触しながら、トナー容器内を周回動作する。このようにトナーの残量が少なくなってくると、加圧シート３５１が被加圧シート３０１に接触し始め、除々に被加圧シート３０１に加わる加圧シートの圧力も大きくなるため、トナーの残量が少ない状態において検知精度を上げることが可能である。
【００３８】
図８（ｃ）は、加圧シート３５１と被加圧シート３０１の形状を表す斜視図である。本実施例において加圧シート３５１の長手方向の幅は、被加圧シート３０１と同程度の幅であるものの、現像ユニットの長手方向の全体に構成しても良い。一方で攪拌シート３４の長手方向の幅は、トナー容器内の全体のトナーを攪拌する必要があるので長手方向の全域である。
【００３９】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図９のフローチャートを用いて説明する。
【００４０】
まず、ホールセンサ３０５の出力値をＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ２０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ２０２）。Ｓ２０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合、ホールセンサ３０５の電源電圧異常もしくはホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１２）。Ｓ２０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合は、ホールセンサ３０５が正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ２０３）。次に、センサ出力値を読み取り、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ２０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シート３４の回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１４）。センサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続した場合には、ホールセンサ信号の立ち下がりと認識し（Ｓ２０５）、センサ出力値の読み取りを開始し、読み取った値を記憶する（Ｓ２０６）。次にセンサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以上になったときに（Ｓ２０７）、ホールセンサ信号の立ち上がりと認識し、センサ出力値の読み取りを終了する（Ｓ２０８）。
【００４１】
次に、連続して読み込んだ被加圧シートの撓み量に対応するセンサ出力値の平均値を算出して（Ｓ２０９）、テーブルＭと照合する（Ｓ２１０）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１１）。本実施例で用いるテーブルＭは実施例１同様、実験から得られた波形データをもとに算出され、テーブル数値間のトナーの残量は既知の線形補間を行う。ここで作成されたテーブルは条件が変われば算出される値も変わる。
本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。
第１の実施例で説明した時間幅検知でも十分な精度が得られるものの、本実施例で説明したように、加圧シートが被加圧シートに与える圧力を、被加圧シートの撓み量に対応するホールセンサの出力値から検出すれば、トナーの残量が少ない状態において、より検知精度を上げることが可能である。
【００４２】
（第３の実施例）
まず、第１の実施例との違いを記載する。第１の実施例では、攪拌シートがトナーを介して被加圧シートに圧力を与え、被加圧シートを動かしている時間幅を検出している。本実施例では、攪拌シートよりも高い剛性を有し、攪拌シートの攪拌動作に連動して被加圧シートを加圧する基準シート（加圧部材）を用いることで、攪拌シートの撓みをより正確に検知する。
【００４３】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１の実施例で説明した図１、図５の構成は、本実施例においても適用されるものとする。第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００４４】
図１０は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットの断面図である。
第１の実施例における現像ユニットの断面図構成に対して、攪拌シートに比べて剛性が高い、基準シート３５２が追加になっている。攪拌シート３４は、攪拌機能を持たせるために現像ユニットの長手方向の全体に構成する必要がある。しかしながら、基準シート３５２は、現像ユニットの長手方向の全体に構成しても良いし被加圧シートの幅のみの構成としても良い。本実施例では、基準シート３５２として厚さ２００μｍのＰＥＴシートを用いた。
【００４５】
図１１は、本実施例におけるトナー容器内のトナー残量を検知する際の動作を説明する図である。図１１（ａ）は、攪拌シート３４がトナー２８を上方へ押し上げ、被加圧シート３０１に圧が与えられていない状態を示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の状態から回転動作し、基準シート３５２が被加圧シート３０１の上部に移動し、被加圧シート３０１に圧を与えている状態を示している。トナー２８は流動性をもっているため、攪拌シートが最上点に到達する前に、攪拌シート３４からトナー容器の底面へ自重でこぼれ落ち始め、トナー容器の底面に蓄積されていく。その後、図１１（ｂ）の状態からさらに回転動作すると、トナー容器の底面に蓄積したトナー２８を攪拌シート３４が押し始め、トナー２８を介して被加圧シート３０１に圧が加わり、被加圧シート３０１が撓み始める（図１１（ｃ））。そしてさらに回転動作すると、攪拌シート３４は被加圧シート３０１に圧をかけながら被加圧シート３０１上部を通過する（図１１（ｄ））。そして攪拌シート３４が通過後は被加圧シート３０１の撓みはもとの状態に戻る。
【００４６】
このように、剛性の高い基準シートが被加圧シート３０１を通過してから、攪拌シート３４が被加圧シートを通過するまでの時間差を検出することで、より正確な攪拌シートの撓み量を検出することが可能となる。
次に、図１２を用いて本実施例におけるトナーの残量検知の検知特性を説明する。
【００４７】
図１２（ａ）は、トナーの残量とＣＰＵ４０で計測された時間差の特性グラフである。図１２（ｂ）は、トナーの残量が、１００％のときの波形データである。ＣＰＵ４０で時間差を計測する際の閾値を２．５Ｖとすると、時間差は６５９ｍｓｅｃとなる。図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）と同様に閾値を２．５Ｖとした時の、テーブルＫである。テーブル数値間のトナーの残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間幅は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間差も変わる。トナーの残量を判断するテーブルの数値も同様である。
【００４８】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図１３のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。
【００４９】
まず、ホールセンサの出力値をＣＰＵ４０Ａ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ３０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ３０２）。Ｓ３０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合には、ホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１４）。Ｓ３０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合には、ホールセンサが正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ３０３）。
【００５０】
次に、センサ出力値を読み取り、０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ３０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シートの回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１６）。センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下を継続した後、センサ出力値が閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３０５）、攪拌シート３４が被加圧シート３０１を通過したことになる。次に基準シートが被加圧シートを通過し、センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．５Ｖ以下になった後（Ｓ３０６）、閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３０７）、基準シートが通過したと判断し、ＣＰＵ４０のタイマーをスタートさせる（Ｓ３０８）。そして次に、攪拌シートによって被加圧シートに圧を与え始め、センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．５Ｖ以下になった後（Ｓ３０９）、閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３１０）、攪拌シートが被加圧シートを通過したと判断しタイマーをストップさせ時間差をＣＰＵ４０のレジスタに読み込む（Ｓ３１１）。検出した時間差を、テーブルＫと照合する（Ｓ３１２）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１３）。
【００５１】
このように本実施例では、剛性の高い基準シートが被加圧シート上を通過してから、攪拌シートが被加圧シート上を通過するまでの時間差を検知することで、トナーの残量を逐次検知する。
【００５２】
（第４の実施例）
第１の実施例との違いは、２点ある。１点目は、第１の実施例では、被加圧シートがトナー容器内に設置されているのに対して、本実施例では被加圧シート自体がトナー容器の外壁の一部である点である。また、２点目は被加圧シートが外壁の一部である構成から、現像ユニット外部から直接被加圧シートの動きを観測できるため、被加圧シートの動きを観測するセンサとして、実施例１で記載したホールセンサや静電容量センサ以外のフォトセンサ、光変位センサ、音波センサも用いることができる点である。
【００５３】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１乃至第３の実施例で説明した図１の構成は、本実施例においても適用されるものとする。また、第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００５４】
図１４は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットである。図１４（ａ）は現像ユニットの断面図を示している。本実施例における被加圧シート３０１は、トナー容器の外壁の一部となりＣＲＧ外部に剥き出しになっている点で実施例１と異なる。
【００５５】
図１４（ｂ）は被加圧シート部の拡大図である。被加圧シート３０１のＣＲＧ外側部分には、反射板３０７（反射材）が取り付けられている。３０８はフォトセンサであり、フォトセンサ基板に搭載されたＬＥＤ３０９から反射板３０７に向けて光が発光し、同じくフォトセンサ基板に搭載されたフォトトランジスタ３１０で、反射板３０７で反射した光を受光する。攪拌シート３４の周回動作によって圧力をかけられると被加圧シート３０１が撓むことで、反射板で反射する光の屈折率が変わり、フォトセンサの出力値が変化する。この原理を利用して実施例１のホールセンサ同様、被加圧シートの動きを観測することができる。
【００５６】
図１５はフォトセンサ３０８の回路図である。
発光素子であるＬＥＤ３０９のアノードを電流制限抵抗となる固定抵抗器３１１を介して（ＤＣ）３．３Ｖの電源電圧に接続し、ＬＥＤ３０９のカソードをＧＮＤに接地している。一方、３１２は固定抵抗器であり、エミッタ接地したフォトトランジスタ３１０のコレクタに接続されている。フォトトランジスタ３１０のコレクタ電圧をＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。フォトトランジスタ３１０が光を受光すると、光電流であるコレクタ電流が流れてフォトトランジスタ３１０のコレクタ電圧が低下する。
【００５７】
本実施例では反射板３０７とフォトセンサ３０８を用いて、被加圧シートの撓みを検知しているものの、現像ユニット外部から被加圧シート３０１の撓みを検知できる構成であれば良く、これに限定されるものではない。
【００５８】
本実施例ではこのような方法では、トナー容器の外壁の一部である被加圧シート３０６の撓みを外部から直接フォトセンサで検出することで、本実施例１と同様にトナーの残量を逐次検知できる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電ローラ
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 現像ローラ
４ ドラムクリーニングブレード
５ プロセスカートリッジ
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ 転写ローラ
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ レーザユニット
８ 中間転写ベルト
９ 駆動ローラ
１０ 二次転写対向ローラ
１１ 二次転写ローラ
１２ 補給ローラ
１３ 給紙カセット
１４ 給紙ローラ
１５ 搬送ローラ対
１６ レジストローラ対
１７ 定着装置
１８ 定着フィルム
１９ 加圧ローラ
２０ 排紙ローラ対
２１ 転写ベルトクリーニングブレード
２２ 廃トナー回収容器
２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ トナー容器
２４ 廃トナー容器
３０１ 被加圧シート
３０２ 永久磁石
３０３ ホール素子
３０４ ホールセンサ基板
３０５ ホールセンサ
３０６ ＣＲＧ外装のケース窪み
２８ トナー
３４ 攪拌シート
３７ 固定抵抗器１
３８ 固定抵抗器２
４１〜４４ 固定抵抗器３〜６
４６ 差動増幅回路
３５１ 加圧シート
３５２ 基準シート
３０７ 反射板
３０８ フォトセンサ
３０９ ＬＥＤ
３１０ フォトトランジスタ
３１１ 固定抵抗器７
３１２ 固定抵抗器８
４０ １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
４２ ビデオコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置における現像剤の残量検知に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、トナー容器内のトナーの残量を圧電センサや超音波センサを用いて検知している例がある。
【０００３】
例えば特許文献１に記載のトナー残量検知装置は、ホッパの底面でアジテータ回転時薄板状部材が近接して通過する位置に検知部を上に向けて圧電センサを設け、アジテータの１回転の時間に対するセンサの圧を検知した時間の比よりトナー残量を検知するものである。このトナー残量検知装置では、トナー残量がある一定量以上の場合は、圧電センサの出力がトナー有りの論理に固定され、一定量以下になるとトナーの量が検知されなくなり、圧電センサの出力はトナー無しの論理に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のトナー残量検知手段は、トナー有りかトナー無しかのどちらかしか検知することができず、トナー残量の変化を逐次検知することができない。また、近年の画像形成装置の高速化に伴い、高速で攪拌部材が動作するとトナーが舞い上がってしまい、トナーが完全に無くなるまでは、圧電センサの検知位置にトナーが存在するので、トナーの重量を検知しない時間が確保し難い。
【０００６】
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でトナーの量が多い状態から少ない状態まで逐次残量を検知し、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の現像ユニットは、現像剤を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記現像剤収納部に設けられ、前記攪拌部材に加圧されることで撓む可撓性部材と、前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材が撓んだ時に変位する被検知部材であって、前記変位に基づいて現像剤収納部の現像剤量を検知するための被検知部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構成によれば、簡単な構成で現像剤が多いときから少ないときまで、逐次残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、現像剤の残量を精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明におけるカラーレーザプリンタの構成を示す断面図
【図２】第１の実施例における現像ユニットの断面図と拡大図
【図３】第１の実施例における被加圧シートの動きを表す図
【図４】第１の実施例におけるトナーが多い場合及び少ない場合の現像ユニットの動きを表す図
【図５】第１の実施例における永久磁石の変位による磁界変化を検知する回路図
【図６】第１の実施例におけるトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＴ
【図７】第１の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図８】第２の実施例における現像ユニットの断面図
【図９】第２の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図１０】第３の実施例における現像ユニットの断面図
【図１１】第３の実施例における現像ユニット内の回転動作を説明する図
【図１２】第３の実施例におけるトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＫ
【図１３】第３の実施例におけるトナー残量検知のフローチャート
【図１４】第４の実施例における現像ユニットの断面図
【図１５】第４の実施例におけるフォトセンサの回路図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。尚、以下の実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施例で説明されている特長の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１１】
（第１の実施例）
図１は本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”の構成図である。
図１に示すカラーレーザプリンタ（以下、本体と称す）は、本体１０１に対して着脱可能なプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。これら４個のプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、同一構造であるものの、異なる色、すなわち、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによる画像を形成する点で相違している。プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像ユニットと画像形成ユニットと廃トナーユニットの大きく３つの構成で成り立っている。現像ユニットは、現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、トナー補給ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、トナー容器２３（現像剤収納部）Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ、攪拌シート（攪拌部材）３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋを有している。また、画像形成ユニットは、像担持体である感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを有している。廃トナーユニットは、ドラムクリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、廃トナー容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを有している。
【００１２】
プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの下方にはレーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋが配置され、画像信号に基づく露光を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対して行う。感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって所定の負極性の電位に帯電された後、レーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋによってそれぞれ静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋによって反転現像されて負極性のトナーが付着され、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像が形成される。
【００１３】
中間転写ベルトユニットは、中間転写ベルト８、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０から構成されている。また、各感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対向して、中間転写ベルト８の内側に一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが配設されており、不図示のバイアス印加手段により転写バイアスを印加する構成となっている。
【００１４】
感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されたトナー像は、各感光ドラムが矢印方向に回転し、中間転写ベルト８が矢印Ｆ方向に回転させる。さらに一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに正極性のバイアスを印加することにより、感光ドラム１Ｙ上のトナー像から順次、中間転写ベルト８上に一次転写され、４色のトナー像が重なった状態で二次転写ローラ１１まで搬送される。
【００１５】
給搬送装置は、転写材Ｐを収納する給紙カセット１３内から転写材Ｐを給紙する給紙ローラ１４と、給紙された転写材Ｐを搬送する搬送ローラ対１５とを有している。そして、給搬送装置から搬送された転写材Ｐはレジストローラ対１６によって二次転写ローラ１１に搬送される。
【００１６】
中間転写ベルト８から転写材Ｐへの転写においては、二次転写ローラ１１に正極性のバイアスを印加することにより、搬送された転写材Ｐに、中間転写ベルト８上の４色のトナー像を二次転写する。トナー像転写後の転写材Ｐは、定着装置１７に搬送され、定着フィルム１８と加圧ローラ１９とによって加熱、加圧されて表面にトナー像が定着される。定着された転写材Ｐは排紙ローラ対２０によって排出される。
【００１７】
一方、トナー像転写後に、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面に残ったトナーは、クリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋへと回収される。また、転写材Ｐへの二次転写後に中間転写ベルト８上に残ったトナーは、転写ベルトクリーニングブレード２１によって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２２へと回収される。
【００１８】
また、図１における８０は本体の制御を行うための電気回路が搭載された制御基板である。制御基板８０には１チップマイクロコンピュータ（以後ＣＰＵと記す）４０が搭載されている。ＣＰＵ４０は転写材Ｐの搬送に関る駆動源（不図示）やプロセスカートリッジの駆動源（不図示）の制御、画像形成に関する制御、更には故障検知に関する制御など、本体の動作を一括して制御しているものである。４２は、画像データからレーザユニット内のレーザの発光を制御するためのビデオコントローラである。このビデオコントローラ４２は、不図示のコントロールパネルを介して、ユーザとのインターフェイスも行う。このコントロールパネルには、各色のトナーの残量（現像剤量）が棒グラフ状に表示される。
【００１９】
記号のＹＭＣＫは、色を示しており、以後の説明では、色を示すＹＭＣＫの記号の記載を省略する。
【００２０】
図２は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットである。図２（ａ）は現像ユニットの断面図を示しており、以下のものを備える。
２８は、トナーである。また、３０１は、攪拌シート３４の周回動作によってトナーを介して圧力をかけられると撓む被加圧シート（可撓性部材）である。被加圧シート３０１には、永久磁石３０２（被検知部材）が取り付けられており、被加圧シートの撓みに応じて永久磁石の空間位置も同様に変化する。３０５はホールセンサであり、ホール素子３０３とホールセンサ基板３０４から構成されている。ホール素子３０３は、永久磁石３０２の空間位置の変化によって生じる磁界の変化を検知する。また、ホールセンサ基板３０４はホール素子３０３が搭載されており、ホール素子３０３に入力電圧を加える回路や、ホール素子３０３の出力を差動増幅する差動増幅回路が搭載されている。
【００２１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）における被加圧シート部の拡大図である。
本実施例の被加圧シート３０１は、図２（ｂ）に示すようにＣＲＧ外装のケース窪み３０６の一部を覆う形状となっている。また永久磁石３０２は、被加圧シート３０１のケース窪み側に位置するように取り付けられている。
【００２２】
本実施例では、攪拌シート３４に厚さ１５０［μｍ］のＰＥＴシートを、被加圧シート３０１に厚さ１２５［μｍ］のＰＥＴシートを、永久磁石３０２にネオジム磁石を、ホール素子３０３に旭化成製のＨＷ−１０８Ａを用いている。
図３は、被加圧シート３０１に圧力を加えた時の様子を示している。
【００２３】
図３（ａ）は被加圧シート３０１に圧力が加わっていないため、撓んでいない状態である。これに対して図３（ｂ）のように、被加圧シート３０１に図の下方向の圧力が加えていくと、被加圧シート３０１は同じく下方向に撓んでいく。このように被加圧シート３０１が圧力によって撓むことで、永久磁石３０２も同様に空間位置が変化する。永久磁石３０２の空間位置が変化することで、ホール素子３０３に加わる磁界も変化するため、ホールセンサ３０５の出力も変化する。この出力波形を読み取ることで周回動作している攪拌シート３４によって加えられた圧力で被加圧シート３０１が撓むタイミングを検知することができる。
【００２４】
さらに図４は、トナーの残量に応じて被加圧シート３０１が攪拌シート３４から圧力を受けるタイミングに差があることを示す図である。
図４（ａ）はトナーの残量が比較的多い場合の動作を示した図で、図４（ｂ）はトナーの残量が比較的少ない場合の動作を示した図である。図４（ａ）に示すように、攪拌シート３４が周回動作する際、トナーの残量が多い場合は、よりトナー残量が少ない場合に比べて、トナーを介して被加圧シート３０１を押すタイミングが早くなる。そのため、被加圧シート３０１が撓み始めてから、被加圧シート３０１を攪拌シート３４が通過するまでの時間は長くなる。一方で図４（ｂ）のように、よりトナーの残量がより少ないと、被加圧シート３０１を押すタイミングが遅くなるため、被加圧シートが撓み始めてから、被加圧シート３０１を攪拌シート３４が通過するまでの時間は短くなる。本実施例では、この原理を使ってトナーの残量検知を行う。
【００２５】
図５は、被加圧シート３０１が撓み、永久磁石３０２が移動することで生じる磁界の変化を検知する回路である。本実施例では（ＤＣ）２４Ｖの電源電圧に、固定抵抗器３８、３９とホール素子３０３を直列に接続し、ホール素子３０３に一定電流が流れ込むように、定電流駆動を行っている。４６はオペアンプを用いた差動増幅回路である。ホール素子３０３から出力された微小な電圧差を差動増幅回路４６で増幅した信号を、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。この時差動増幅回路４６内の固定抵抗器４１〜４４を可変させてあげることで増幅率を変更することもできる。また、ＣＰＵ４０では、攪拌シート３４が被加圧シート３０１に圧力を及ぼしている時間幅を計測するために、入力されたホールセンサ３０５の出力に閾値を設けて時間幅を計測している。
次に、図６を用いて本実施例におけるトナーの残量検知の検知特性を説明する。
図６（ａ）は、トナーの残量とＣＰＵ４０で計測された時間幅の特性グラフである。図６（ｂ）は、トナーの残量が、１００％のときの波形データである。ＣＰＵ４０で時間幅を計測する際の閾値を２．４Ｖとすると、時間幅は１１０ｍｓｅｃとなる。図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様に閾値を２．４Ｖとした時の、時間幅とトナーの残量の関係を表したテーブルＴである。テーブル数値間のトナーの残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間幅は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間幅も変わる。トナーの残量を判断するテーブルの数値も同様である。
【００２６】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図７のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特性用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。
【００２７】
まず、ホールセンサ３０５の出力値をＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ１０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ１０２）。Ｓ１０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合には、ホールセンサ３０５の電源電圧異常もしくはホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１２）。Ｓ１０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合には、ホールセンサ３０５が正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ１０３）。
【００２８】
次に、センサ出力値を読み取り、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ１０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シート３４の回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１４）。センサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続した場合には、ホールセンサ信号の立ち下がりと認識し（Ｓ１０５）、時間幅を計測するためにＣＰＵ４０のタイマをスタートさせる（Ｓ１０６）。次にＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以上になったときに（Ｓ１０７）、ホールセンサ信号の立ち上がりと認識し、タイマをストップさせる（Ｓ１０８）。
【００２９】
次にそのタイマの値を読み込み（Ｓ１０９）、テーブルＴと照合する（Ｓ１１０）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１１）。
【００３０】
このように攪拌シート３４がトナーを介して被加圧シート３０１に圧力を与えている時間幅を検知することで、トナーの残量を逐次検知する。
【００３１】
尚、本実施例によれば、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートで電圧値を検知した。しかしながら、コンパレータ等で電圧検知回路を構成することでデジタル化して、デジタルポートで時間幅を検知しても良い。
【００３２】
本実施例では、ホールセンサ３０５およびＣＰＵ４０を画像形成装置本体側が有するトナー残量検知手段として用いた。被加圧シート３０１に圧力を加わり、被加圧シート３０１の撓みが変化している時間幅を検知するために、永久磁石３０２を電極部材に変更し、ホールセンサ３０５の代わりに、静電容量センサを用いて時間幅を検知する構成にしても良い。
【００３３】
本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。まず、第一に攪拌シート３４によって被加圧シート３０１が圧力を加えている時間幅を検出することで、トナーの残量を検知しているので、トナーが満タンから空になるまで逐次残検が可能である。第二にホールセンサ３０５を用いることで、検知回路が簡素化することができるとともに、反応速度が速いため、検知時間の高速化を図ることができる。さらに、被加圧シートが撓んでいる時間幅は、高速で回転していてもトナーの残量に応じて安定しているため、画像形成動作と同時に行うことも可能である。
【００３４】
（第２の実施例）
第１の実施例との違いを記載する。第１の実施例では、攪拌シートがトナーを介して被加圧シートに圧力を与えた時の、被加圧シートが圧力を受けている時間幅を検出してトナーの残量を検知している。本実施例では、攪拌シートよりもさらに可撓性の大きい加圧シートを攪拌シートとは別に備えることで、トナーの残量が少なくなった時に、その加圧シートからの圧力が被加圧シートへ加わる構成とする。そして、その圧力を被加圧シートの撓み量（被加圧シートの変位量、本実施例においては最大変位量のことを表す）に対応するホールセンサの出力値として検出することでトナーの残量を検知する検知方式である。
【００３５】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１の実施例で説明した図１、図５の構成は本実施例においても適用されるものとする。また、第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００３６】
図８は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットの断面図である。第１の実施例における現像ユニットの断面図構成に対して、攪拌シート３４に比べて厚みが半分の可撓性の大きい加圧シート３５１が追加になっている。
【００３７】
図８（ａ）は、トナーの残量が多い時の現像ユニットの断面図であり、図８（ｂ）は、トナーの残量が少ない時の現像ユニットの断面図である。加圧シート３５１は可撓性が大きく攪拌シートよりも撓みやすいため、図８（ａ）のようにトナーの残量が多い時は、加圧シート３５１は、被加圧シート３０１に接触しないで攪拌シート３４との同軸でトナー容器内を周回動作する。一方で図８（ｂ）のようにトナーの残量が少ない時は、加圧シート３５１は撓みが小さいため、被加圧シート３０１に接触しながら、トナー容器内を周回動作する。このようにトナーの残量が少なくなってくると、加圧シート３５１が被加圧シート３０１に接触し始め、除々に被加圧シート３０１に加わる加圧シートの圧力も大きくなるため、トナーの残量が少ない状態において検知精度を上げることが可能である。
【００３８】
図８（ｃ）は、加圧シート３５１と被加圧シート３０１の形状を表す斜視図である。本実施例において加圧シート３５１の長手方向の幅は、被加圧シート３０１と同程度の幅であるものの、現像ユニットの長手方向の全体に構成しても良い。一方で攪拌シート３４の長手方向の幅は、トナー容器内の全体のトナーを攪拌する必要があるので長手方向の全域である。
【００３９】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図９のフローチャートを用いて説明する。
【００４０】
まず、ホールセンサ３０５の出力値をＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ２０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ２０２）。Ｓ２０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合、ホールセンサ３０５の電源電圧異常もしくはホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１２）。Ｓ２０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合は、ホールセンサ３０５が正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ２０３）。次に、センサ出力値を読み取り、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ２０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シート３４の回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１４）。センサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以下を継続した場合には、ホールセンサ信号の立ち下がりと認識し（Ｓ２０５）、センサ出力値の読み取りを開始し、読み取った値を記憶する（Ｓ２０６）。次にセンサ出力値が０．１ｍｓｅｃ以上２．４Ｖ以上になったときに（Ｓ２０７）、ホールセンサ信号の立ち上がりと認識し、センサ出力値の読み取りを終了する（Ｓ２０８）。
【００４１】
次に、連続して読み込んだ被加圧シートの撓み量に対応するセンサ出力値の平均値を算出して（Ｓ２０９）、テーブルＭと照合する（Ｓ２１０）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１１）。本実施例で用いるテーブルＭは実施例１同様、実験から得られた波形データをもとに算出され、テーブル数値間のトナーの残量は既知の線形補間を行う。ここで作成されたテーブルは条件が変われば算出される値も変わる。
本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。
第１の実施例で説明した時間幅検知でも十分な精度が得られるものの、本実施例で説明したように、加圧シートが被加圧シートに与える圧力を、被加圧シートの撓み量に対応するホールセンサの出力値から検出すれば、トナーの残量が少ない状態において、より検知精度を上げることが可能である。
【００４２】
（第３の実施例）
まず、第１の実施例との違いを記載する。第１の実施例では、攪拌シートがトナーを介して被加圧シートに圧力を与え、被加圧シートを動かしている時間幅を検出している。本実施例では、攪拌シートよりも高い剛性を有し、攪拌シートの攪拌動作に連動して被加圧シートを加圧する基準シート（加圧部材）を用いることで、攪拌シートの撓みをより正確に検知する。
【００４３】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１の実施例で説明した図１、図５の構成は、本実施例においても適用されるものとする。第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００４４】
図１０は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットの断面図である。
第１の実施例における現像ユニットの断面図構成に対して、攪拌シートに比べて剛性が高い、基準シート３５２が追加になっている。攪拌シート３４は、攪拌機能を持たせるために現像ユニットの長手方向の全体に構成する必要がある。しかしながら、基準シート３５２は、現像ユニットの長手方向の全体に構成しても良いし被加圧シートの幅のみの構成としても良い。本実施例では、基準シート３５２として厚さ２００μｍのＰＥＴシートを用いた。
【００４５】
図１１は、本実施例におけるトナー容器内のトナー残量を検知する際の動作を説明する図である。図１１（ａ）は、攪拌シート３４がトナー２８を上方へ押し上げ、被加圧シート３０１に圧が与えられていない状態を示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の状態から回転動作し、基準シート３５２が被加圧シート３０１の上部に移動し、被加圧シート３０１に圧を与えている状態を示している。トナー２８は流動性をもっているため、攪拌シートが最上点に到達する前に、攪拌シート３４からトナー容器の底面へ自重でこぼれ落ち始め、トナー容器の底面に蓄積されていく。その後、図１１（ｂ）の状態からさらに回転動作すると、トナー容器の底面に蓄積したトナー２８を攪拌シート３４が押し始め、トナー２８を介して被加圧シート３０１に圧が加わり、被加圧シート３０１が撓み始める（図１１（ｃ））。そしてさらに回転動作すると、攪拌シート３４は被加圧シート３０１に圧をかけながら被加圧シート３０１上部を通過する（図１１（ｄ））。そして攪拌シート３４が通過後は被加圧シート３０１の撓みはもとの状態に戻る。
【００４６】
このように、剛性の高い基準シートが被加圧シート３０１を通過してから、攪拌シート３４が被加圧シートを通過するまでの時間差を検出することで、より正確な攪拌シートの撓み量を検出することが可能となる。
次に、図１２を用いて本実施例におけるトナーの残量検知の検知特性を説明する。
【００４７】
図１２（ａ）は、トナーの残量とＣＰＵ４０で計測された時間差の特性グラフである。図１２（ｂ）は、トナーの残量が、１００％のときの波形データである。ＣＰＵ４０で時間差を計測する際の閾値を２．５Ｖとすると、時間差は６５９ｍｓｅｃとなる。図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）と同様に閾値を２．５Ｖとした時の、テーブルＫである。テーブル数値間のトナーの残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間幅は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間差も変わる。トナーの残量を判断するテーブルの数値も同様である。
【００４８】
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図１３のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。
【００４９】
まず、ホールセンサの出力値をＣＰＵ４０Ａ／Ｄ入力ポートをモニタして読み取り開始する（Ｓ３０１）。攪拌シート３４が周回動作していない状態で出力値が０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ上を継続するかモニタする（Ｓ３０２）。Ｓ３０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続しなかった場合には、ホールセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１４）。Ｓ３０２で０．５ｓｅｃ以上１．５Ｖ以上継続した場合には、ホールセンサが正常動作していると判断し、攪拌シート３４を回転させ始める（Ｓ３０３）。
【００５０】
次に、センサ出力値を読み取り、０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下を継続するかモニタする（Ｓ３０４）。本実施例では、攪拌シート３４の周期は約１ｓｅｃであり、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過しても、０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下が継続しなかった場合には、攪拌シートの回転異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１６）。センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．２Ｖ以下を継続した後、センサ出力値が閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３０５）、攪拌シート３４が被加圧シート３０１を通過したことになる。次に基準シートが被加圧シートを通過し、センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．５Ｖ以下になった後（Ｓ３０６）、閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３０７）、基準シートが通過したと判断し、ＣＰＵ４０のタイマーをスタートさせる（Ｓ３０８）。そして次に、攪拌シートによって被加圧シートに圧を与え始め、センサ出力値が０．０１ｍｓｅｃ以上２．５Ｖ以下になった後（Ｓ３０９）、閾値２．５Ｖ以上になった場合（Ｓ３１０）、攪拌シートが被加圧シートを通過したと判断しタイマーをストップさせ時間差をＣＰＵ４０のレジスタに読み込む（Ｓ３１１）。検出した時間差を、テーブルＫと照合する（Ｓ３１２）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１３）。
【００５１】
このように本実施例では、剛性の高い基準シートが被加圧シート上を通過してから、攪拌シートが被加圧シート上を通過するまでの時間差を検知することで、トナーの残量を逐次検知する。
【００５２】
（第４の実施例）
第１の実施例との違いは、２点ある。１点目は、第１の実施例では、被加圧シートがトナー容器内に設置されているのに対して、本実施例では被加圧シート自体がトナー容器の外壁の一部である点である。また、２点目は被加圧シートが外壁の一部である構成から、現像ユニット外部から直接被加圧シートの動きを観測できるため、被加圧シートの動きを観測するセンサとして、実施例１で記載したホールセンサや静電容量センサ以外のフォトセンサ、光変位センサ、音波センサも用いることができる点である。
【００５３】
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、第１乃至第３の実施例で説明した図１の構成は、本実施例においても適用されるものとする。また、第１の実施例と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。
【００５４】
図１４は、本実施例におけるプロセスカートリッジを構成する現像ユニットである。図１４（ａ）は現像ユニットの断面図を示している。本実施例における被加圧シート３０１は、トナー容器の外壁の一部となりＣＲＧ外部に剥き出しになっている点で実施例１と異なる。
【００５５】
図１４（ｂ）は被加圧シート部の拡大図である。被加圧シート３０１のＣＲＧ外側部分には、反射板３０７（反射材）が取り付けられている。３０８はフォトセンサであり、フォトセンサ基板に搭載されたＬＥＤ３０９から反射板３０７に向けて光が発光し、同じくフォトセンサ基板に搭載されたフォトトランジスタ３１０で、反射板３０７で反射した光を受光する。攪拌シート３４の周回動作によって圧力をかけられると被加圧シート３０１が撓むことで、反射板で反射する光の屈折率が変わり、フォトセンサの出力値が変化する。この原理を利用して実施例１のホールセンサ同様、被加圧シートの動きを観測することができる。
【００５６】
図１５はフォトセンサ３０８の回路図である。
発光素子であるＬＥＤ３０９のアノードを電流制限抵抗となる固定抵抗器３１１を介して（ＤＣ）３．３Ｖの電源電圧に接続し、ＬＥＤ３０９のカソードをＧＮＤに接地している。一方、３１２は固定抵抗器であり、エミッタ接地したフォトトランジスタ３１０のコレクタに接続されている。フォトトランジスタ３１０のコレクタ電圧をＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。フォトトランジスタ３１０が光を受光すると、光電流であるコレクタ電流が流れてフォトトランジスタ３１０のコレクタ電圧が低下する。
【００５７】
本実施例では反射板３０７とフォトセンサ３０８を用いて、被加圧シートの撓みを検知しているものの、現像ユニット外部から被加圧シート３０１の撓みを検知できる構成であれば良く、これに限定されるものではない。
【００５８】
本実施例ではこのような方法では、トナー容器の外壁の一部である被加圧シート３０６の撓みを外部から直接フォトセンサで検出することで、本実施例１と同様にトナーの残量を逐次検知できる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電ローラ
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 現像ローラ
４ ドラムクリーニングブレード
５ プロセスカートリッジ
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ 転写ローラ
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ レーザユニット
８ 中間転写ベルト
９ 駆動ローラ
１０ 二次転写対向ローラ
１１ 二次転写ローラ
１２ 補給ローラ
１３ 給紙カセット
１４ 給紙ローラ
１５ 搬送ローラ対
１６ レジストローラ対
１７ 定着装置
１８ 定着フィルム
１９ 加圧ローラ
２０ 排紙ローラ対
２１ 転写ベルトクリーニングブレード
２２ 廃トナー回収容器
２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ トナー容器
２４ 廃トナー容器
３０１ 被加圧シート
３０２ 永久磁石
３０３ ホール素子
３０４ ホールセンサ基板
３０５ ホールセンサ
３０６ ＣＲＧ外装のケース窪み
２８ トナー
３４ 攪拌シート
３７ 固定抵抗器１
３８ 固定抵抗器２
４１〜４４ 固定抵抗器３〜６
４６ 差動増幅回路
３５１ 加圧シート
３５２ 基準シート
３０７ 反射板
３０８ フォトセンサ
３０９ ＬＥＤ
３１０ フォトトランジスタ
３１１ 固定抵抗器７
３１２ 固定抵抗器８
４０ １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
４２ ビデオコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収納する現像剤収納部と、
前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、
前記現像剤収納部に設けられ、前記攪拌部材に加圧されることで撓む可撓性部材と、
前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材が撓んだ時に変位する被検知部材であって、前記変位に基づいて現像剤収納部の現像剤量を検知するための被検知部材と、
を有することを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】
攪拌部材より剛性が高く、前記攪拌部材の攪拌動作に連動して前記可撓性部材を加圧する加圧部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の現像ユニット。
【請求項３】
前記被検知部材は、電極、磁石、反射材のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像ユニットを着脱可能な画像形成装置であって、
前記変位に基づいて前記現像剤収納部の現像剤量を検知する検知手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
現像剤を収納する現像剤収納部と、
前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、
前記現像剤収納部に設けられ、前記攪拌部材に加圧されることで撓む可撓性部材と、
前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材が撓んだ時に変位する被検知部材であって、前記変位に基づいて現像剤収納部の現像剤量を検知するための被検知部材と、
を有することを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】
攪拌部材より剛性が高く、前記攪拌部材の攪拌動作に連動して前記可撓性部材を加圧する加圧部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の現像ユニット。
【請求項３】
前記被検知部材は、電極、磁石、反射材のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像ユニットを着脱可能な画像形成装置であって、
前記変位に基づいて前記現像剤収納部の現像剤量を検知する検知手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−３７２８０（Ｐ２０１３−３７２８０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５００４（Ｐ２０１１−１７５００４）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]