JP2005195885A - トナーカートリッジ、及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー残量の検出及び管理が可能なトナーカートリッジを提供する。
【解決手段】各検出用電極６１、６２からなるトナー残量センサとＰＩＣ６３をトナーカートリッジ２２に設けており、トナー残量センサによりトナー残量を検出し、ＰＩＣ６３によりトナー残量を判定して画像形成装置のＣＰＵ６４に送信している。このため、画像形成装置側にトナー残量センサを設けたり、画像形成装置側でトナー残量を判定する必要がなく、画像形成装置の負担を低減させることができ、画像形成装置のコストダウンを図ることができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式等の画像形成装置に着脱自在に装着されるトナーカートリッジ、及びそれを用いた画像形成装置に関する。

周知の様に電子写真方式あるいは静電記録方式等の画像形成装置としては、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等がある。この種の画像形成装置においては、静電潜像を感光体上に形成し、トナーを現像装置から感光体へと供給し、トナーにより感光体上の静電潜像を現像して、感光体上にトナー像を形成し、このトナー像を感光体から記録用紙に転写し、記録用紙を加熱及び加圧して、トナー像を記録用紙上に定着させている。

この様な画像形成装置においては、トナーが消費されることから、トナーを補給する必要がある。例えば、現像装置上にホッパーを設け、このホッパー上にトナーカートリッジを着脱自在に取り付け、トナーカートリッジからホッパーへとトナーを落下させ、ホッパーから現像装置へとトナーを供給している。

更に、トナーカートリッジ内のトナー残量を検出し、トナー残量が少なくなったときに、この旨を表示して、トナーカートリッジの交換を促し、これによりトナー供給の中断を未然に防いでいる。

例えば、特許文献１には、発光素子及び受光素子を有するトナー残量センサを用いて、トナーカートリッジ内のトナー残量を検出するという技術が開示されている。より具体的には、トナーカートリッジの底近くに垂直溝を設け、この垂直溝を挟んで、２組の発光素子及び受光素子を対向配置している。トナーが十分にあるときには、トナーが垂直溝に入り込むので、各発光素子の光がトナーにより遮断されて各受光素子で受光されない。また、トナーが少なくなって、垂直溝内のトナーが無くなると、各発光素子の光が各受光素子で受光される。従って、トナーがあるときと少ないときとでは、各受光素子の出力レベルが異なり、各受光素子の出力レベルに基づいて、トナー残量が無くなったと判定することができる。

一方、近年、トナーカートリッジが空になると、このトナーカートリッジを回収して、これにトナーを充填し、これを再利用するというリサイクルが盛んに行われている。このリサイクルに際しては、トナーカートリッジの耐久性等を考慮し、トナーカートリッジのリサイクル回数や寿命等を管理する必要がある。

例えば、特許文献２には、非接触通信ＩＣタグをトナーカートリッジに搭載し、トナーカートリッジのリサイクル回数や寿命等の情報をＩＣタグに書き込んだり、この情報をＩＣタグから読み出し、これによりトナーカートリッジ及びその周辺機器を管理するという技術が開示されている。
特開平０７−５６４３１号公報 特開２００１−２２２３０号公報

ところで、特許文献１では、トナーカートリッジのトナー残量を検出するための各発光素子及び各受光素子を画像形成装置側に設けており、トナー残量の検出や管理等を画像形成装置側で行なっている。

また、特許文献２では、非接触通信ＩＣタグをトナーカートリッジに搭載し、リサイクル回数や寿命等をトナーカートリッジ側で管理しているものの、トナーカートリッジ内のトナー残量を検出するセンサに関する記述がなく、トナー残量を非接触通信ＩＣタグに記憶して管理することも当然行なわれていない。

従って、従来は、トナーカートリッジ内のトナー残量の検出及び管理に関しては、画像形成装置側で全て行なっていたと言え、トナー残量の検出及び管理をトナーカートリッジ側で行なうまでには至っていない。

近年、画像形成装置には、カラー画像の記録や多機能が強く要求されており、画像形成装置の負担が増大する一方である。このため、トナーカートリッジ内のトナー残量の検出及び管理等を画像形成装置側で行なうのではなく、トナーカートリッジ側で行なえば、画像形成装置の負担を低減させることができ、画像形成装置のコストダウンも図ることができる。特に、カラー用の画像形成装置では、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等のトナーを用いることから、複数のトナーカートリッジを有しており、各トナーカートリッジ別に、トナー残量の検出及び管理を行なうので、その負担を軽視することができない。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、トナー残量の検出及び管理が可能なトナーカートリッジ及びそれを用いた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に、本発明は、画像形成装置に着脱自在に装着されるトナーカートリッジにおいて、トナーカートリッジの底近傍に設けられた複数の検出用電極を有し、各検出用電極間の静電容量に基づいて、トナーカートリッジ内のトナー残量の有無を検出するトナー残量センサと、トナー残量センサにより検出されたトナー残量を外部に送信する通信手段とを備えている。

また、本発明においては、トナーカートリッジに係わる情報を記憶する記憶手段を備えている。

更に、本発明においては、記憶手段は、トナーカートリッジに係わる情報として、トナー残量センサの検出感度、もしくはトナー残量の有無を判定するためにトナー残量センサにより検出されたトナー残量と比較される閾値を記憶している。

また、本発明においては、各検出用電極は、回路基板上の一部に形成されている。

更に、本発明においては、各検出用電極は、トナーカートリッジの内壁面に配置され、絶縁層により覆われている。

また、本発明においては、通信手段は、周辺機器接続制御用ＩＣに含まれている。

一方、本発明の画像形成装置は、上記本発明のトナーカートリッジを用いている。

本発明によれば、トナー残量センサ及び通信手段をトナーカートリッジに設けており、トナー残量センサによりトナー残量を検出し、通信手段によりトナー残量を外部に送信している。このため、画像形成装置側にトナー残量センサを設ける必要がなく、画像形成装置の負担を低減させることができ、画像形成装置のコストダウンを図ることができる。また、トナー残量センサの信号線を短くすることができるので、ノイズの影響を受け難くなる。これに対して、画像形成装置側にトナー残量センサを設けた場合は、トナー残量センサの信号線を引き回す必要があり、ノイズの影響を受け易くなる。

また、トナーカートリッジに係わる情報を記憶する記憶手段を備えている。このため、例えばトナー残量を記憶手段に記憶することができ、トナー残量の管理をトナーカートリッジで行なうことができる。

トナーカートリッジに係わる情報としては、トナー残量センサの検出感度、もしくはトナー残量の有無を判定するためにトナー残量センサにより検出されたトナー残量と比較される閾値等がある。例えば、トナーカートリッジの工場出荷時に、その様なトナー残量センサの検出感度や閾値等を記憶手段に記憶しておけば、トナー残量センサによるトナー残量の検出時に、検出感度や閾値等を参照して、トナー残量の検出を正確に行なうことができる。

尚、トナーカートリッジに係わる情報としては、他に、画像形成装置からの情報がある。例えば、トナーカートリッジ内のトナーの攪拌回数（トナーの劣化程度に対応する）や、記録枚数（トナーの使用量に対応する）等の履歴情報がある。これにより、トナーカートリッジが複数回交換されても、トナーカートリッジ内のトナーの履歴情報を画像形成装置に提供することが可能になる。画像形成装置では、この履歴情報に基づいて、トナー供給動作に関する各種の補正を行ない、トナーの安定供給を行なうことができる。

また、本発明によれば、各検出用電極を回路基板上の一部に形成しているので、各検出用電極と回路基板を一体化することができ、コストダウンを図ることができる。

更に、本発明によれば、各検出用電極をトナーカートリッジの内壁面に配置する場合は、トナーが各検出用電極に直接触れない様に該各検出用電極を絶縁層により覆っている。絶縁層としては、例えば１００μｍの絶縁エナメルコートがある。仮に、絶縁層が省略されると、トナーが各検出用電極に直接触れてしまい、輸送時等のトナーカートリッジの振動に伴い、トナーと各検出用電極が摩擦帯電して、各検出用電極に接続されている回路が静電破壊する虞がある。

また、本発明によれば、通信手段は、周辺機器接続制御用ＩＣに含まれている。この周辺機器接続制御用ＩＣは、ＰＩＣ（Peripheral Interface Controller）と称され、ＣＰＵと同様に、演算処理機能、データの送受信機能、及びメモリ等を有している。従って、このＰＩＣを通信手段だけではなく記憶手段としても利用することができる。このＰＩＣは、メインのＣＰＵとは別に周辺機器に設けられ、周辺機器の制御を行なうためのものである。人間にたとえると、頭脳がメインのＣＰＵに相当し、自律神経がＰＩＣに相当する。また、このＰＩＣが低コストで提供されているため、通信手段や記憶手段等を低コストで実現することができる。

尚、本発明の画像形成装置は、上記本発明のトナーカートリッジと同様の作用及び効果を達成することができる。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の実施例１を示す側面図である。本実施例の画像形成装置は、カラー画像を記録用紙に記録するカラーレーザープリンタであり、露光ユニット１、各画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、中間転写ベルトユニット２、定着ユニット３、用紙搬送装置４、給紙トレイ５、及び排紙トレイ６等を備えている。

この画像形成装置において、記録用紙は、給紙トレイ５に積載収容されており、ピックアップローラ７-1により１枚ずつ給紙トレイ５から引き出されて、搬送ローラ４-１によりレジストローラ８へと搬送される。あるいは、記録用紙は、手差しトレイ９に載置され、ピックアップローラ７-2により引き出されて、各搬送ローラ４-4〜４-6によりレジストローラ８へと搬送される。レジストローラ８は、記録用紙を一旦停止させて、記録用紙の先端を揃え、記録用紙の先端が中間転写ベルトユニット２の中間転写ベルト１１上に形成されるトナー像の先端に重なるタイミングで、記録用紙を２次転写ローラ３３へと搬送する。

各画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のトナー像をそれぞれ形成して、各色のトナー像を中間転写ベルトユニット２の中間転写ベルト１１に転写する。これらの画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、各現像器２１ａ〜２１ｄ、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄ、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ、各帯電器２４ａ〜２４ｄ、及び各クリーナユニット２５ａ〜２５ｄ等を備えている。

各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄは、中間転写ベルト１１を介してそれぞれの１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄに押圧されており、矢印方向Ｂに回転移動する中間転写ベルト１１と同一の周速度で、中間転写ベルト１１と共に回転される。また、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄも、矢印方向Ｂに回転移動する中間転写ベルト１１と同一の周速度で、中間転写ベルト１１に追従回転する。

各帯電器２４ａ〜２４ｄは、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄに接触するローラ型やブラシ形のもの、あるいはチャージャー型のものであり、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面を一様に帯電させる。

露光ユニット１は、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄへのそれぞれのレーザー光を出射するレーザー光源１ａ、及び各レーザー光をそれぞれの感光体ドラム２３ａ〜２３ｄに導く複数のミラー１ｂ等を有しており、画像データに応じて各レーザー光を変調しつつ、各レーザー光をそれぞれの感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面に照射して、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面にそれぞれの静電潜像を形成する。

尚、露光ユニット１として、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書き込みヘッドを用いても良い。

各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄは、黒、イエロー、マゼンタ、シアンのトナーを収容している。各現像器２１ａ〜２１ｄは、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄからそれぞれの色のトナーを供給され、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面の静電潜像にそれぞれの色のトナーを付着させて、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面にそれぞれの色のトナー像を形成する。これらのトナー像は、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄから中間転写ベルト１１に転写されて重ね合わせられる。

中間転写ベルトユニット２は、中間転写ベルト１１、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄ、駆動支持ローラ３１と従動支持ローラ３２、及び２次転写ローラ３３等を備えており、中間転写ベルト１１を駆動支持ローラ３１と従動支持ローラ３２に掛け渡して回転移動可能に支持し、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄ及び２次転写ローラ３３を中間転写ベルト１１に押し付けている。

中間転写ベルト１１は、例えば厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度の合成樹脂フィルムにより形成される。２次転写ローラ３３は、左右に移動可能に支持されており、右方向に移動されたときに、駆動支持ローラ３１との間に中間転写ベルト１１を挟み込んで、ニップ域を形成する。駆動支持ローラ３１は、２次転写ローラ３３のバックアップローラとしての役目を果たしつつ、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄと各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ間のそれぞれのニップ域を下流側にして、回転駆動され、中間転写ベルト１１を引っ張って矢印方向Ｂに回転移動させる。これにより、各ニップ域が安定的に維持される。

尚、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄと各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ間のそれぞれのニップ域をより安定的に形成するために、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄ及び各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄのうちの一方を硬質材料で形成し、他方を弾性材料で形成するのが好ましい。

各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄは、例えば金属製の直径８mm〜１０mmの軸の外周を導電性の弾性材（ＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）により被覆したものである。各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄは、該各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄと各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ間のニップ域に中間転写ベルト１１を挟み込んだ状態で、トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス電圧を印加され、それぞれの電界を中間転写ベルト１１を介して各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面のトナーに作用させ、各感光体ドラム２３ａ〜２３ｄ表面のトナーを中間転写ベルト１１へと引き付けて転写させる。これにより、各色のトナー像が中間転写ベルト１１に転写されて重ね合わせられる。

尚、各１次転写ローラ２６ａ〜２６ｄとして、ローラの代わりに、ブラシ等を用いても構わない。

クリーニングユニット３４は、例えば中間転写ベルト１１表面に摺接するクリーニングブレードであり、中間転写ベルト１１表面に残留したトナーを除去して、次回に印字される画像のカブリ等を防止する。

こうして中間転写ベルト１１に転写され重ね合わせられた各色のトナー像は、該中間転写ベルト１１の回転移動に伴い、駆動支持ローラ３１と２次転写ローラ３３間のニップ域へと搬送される。そして、中間転写ベルト１１上の各色のトナー像の先端とレジストローラ８により搬送されて来た記録用紙の先端が重ねられ、各色のトナー像と記録用紙が重ね合わせられて、各色のトナー像が記録用紙に転写される。

引き続いて、記録用紙は、定着ユニット３へと搬送され、ここで加圧ローラ３ａと加熱ローラ３ｂ間に挟み込まれる。これにより、記録用紙上の各色のトナーが加熱溶融されて混合され、各色のトナー像が記録用紙上にカラー画像として定着される。

更に、記録用紙は、用紙搬送装置４により排紙トレイ６へと搬送されて、ここにフェイスダウンで排出される。

尚、画像形成ステーションＰａだけを用いて、モノクロ画像を形成し、モノクロ画像を中間転写ベルトユニット２の中間転写ベルト１１に転写することも可能である。このモノクロ画像も、カラー画像と同様に、中間転写ベルト１１から記録用紙に転写され、記録用紙上定着される。

また、記録用紙の表面だけではなく、両面の印字を行なう場合は、記録用紙の表面の画像を定着ユニット３により定着した後に、記録用紙を用紙搬送装置４の搬送ローラ４-3により搬送する途中で、搬送ローラ４-3を停止させてから逆回転させ、記録用紙を用紙搬送装置４の反転経路４ｒに通して、記録用紙の表裏を反転させてから、記録用紙をレジストローラ８へと導き、記録用紙の表面と同様に、記録用紙の裏面に画像を記録して定着し、記録用紙を排紙トレイ６に排出する。

ところで、本実施例の画像形成装置では、図２に示す様に各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄを各現像器２１ａ〜２１ｄから取り外すことができ、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄを新たなものに交換することにより、各色のトナーを補給している。

次に、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄについて詳述する。図３は、トナーカートリッジ２２（各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄの共通符号を２２とする）を現像器２１（各現像器２１ａ〜２１ｄの共通符号を２１とする）に装着する前の状態を正面側から見て示す斜視図である。また、図４は、装着前のトナーカートリッジ２２及び現像器２１を裏面側から見て示す斜視図である。更に、図５は、装着後のトナーカートリッジ２２及び現像器２１を裏面側から見て示す斜視図である。また、図６は、装着前のトナーカートリッジ２２及び現像器２１を側方から見て示す縦断面図であり、図７は、装着後のトナーカートリッジ２２及び現像器２１を側方から見て示す縦断面図である。また、図８は、装着後のトナーカートリッジ２２及び現像器２１を正面側から見て拡大して示す断面図であり、図９は、現像器２１を正面側から見て拡大して示す斜視図である。

トナーカートリッジ２２は、その奥行きｔを現像器２１の奥行きＴよりも十分に短くされているものの、その高さｈを奥行きｔよりも十分に長くされて、その容積を確保されている。トナーカートリッジ２２の奥行きｔを短くしたことから、トナーカートリッジ２２を画像形成装置の前面寄りに装着した状態では、トナーカートリッジ２２が画像形成装置の奥の部品に干渉することはない。また、画像形成装置のフロントドアを開けると、トナーカートリッジ２２が最も手前にあるので、トナーカートリッジ２２の交換が容易である。

トナーカートリッジ２２は、図８に示す様にその底のトナー供給口２２ｆ、及びトナー供給口２２ｆ周囲の鍔２２ｇを有している。また、現像器２１は、その天板のトナー受け入れ口２１ｆ、及びトナー受け入れ口２１ｆ両側の案内溝２１ｇを有しており、図９に示す様に各案内溝２１ｇにガイド板４１を挿入し、ガイド板４１をバネ（図示せず）により画像形成装置の手前の方（矢印方向Ｃ）に付勢して、ガイド板４１の一端４１ａをトナー受け入れ口２１ｆの縁に当接させ、ガイド板４１を閉じている。

トナーカートリッジ２２を装着するときには、トナーカートリッジ２２を現像器２１の天板に載せて、トナーカートリッジ２２の鍔２２ｇを現像器２１の案内溝２１ｇに差し込んで、トナーカートリッジ２２を画像形成装置の奥の方（図３の矢印方向Ｄ）へとスライドさせ、ガイド板４１をトナーカートリッジ２２の鍔２２ｇにより押して、ガイド板４１を開き、トナーカートリッジ２２のトナー供給口２２ｆと現像器２１のトナー受け入れ口２１ｆを重ね合わせる。この後、図７に示す様にトナーカートリッジ２２のトナー供給口２２ｆを封止している二つ折りのシール４２を引っ張り剥して除去し、トナーカートリッジ２２のトナー供給口２２ｆと現像器２１のトナー受け入れ口２１ｆ間を通じさせて、トナーカートリッジ２２から現像器２１へのトナー供給を可能にする。

トナーカートリッジ２２内のトナーが無くなったときには、トナーカートリッジ２２を画像形成装置の手前の方へとスライドさせて取り外す。

こうしてトナーカートリッジ２２が装着及び取り外されて、その交換が行なわれる。

また、トナーカートリッジ２２の側壁に凹部２２ｉを形成し、凹部２２ｉの上縁に庇２２ｊを突設している。図１０は、トナーカートリッジ２２内側に突出した凹部２２ｉ近傍を拡大して示す縦断面図である。図１０に示す様にトナーカートリッジ２２の底には、凹部２２ｉからトナーカートリッジ２２の壁を介して該トナーカートリッジ２２内側に至る範囲で、プリント基板４３を貼り付けている。プリント基板４３は、その上面に配線パターン４３ｂを有しており、凹部２２ｉ側で配線パターン４３ｂの一部により複数の接続用パッド４３ａを形成し、凹部２２ｉ側で配線パターン４３ｂ上に周辺機器接続制御用ＩＣ６３を搭載し、またトナーカートリッジ２２内側で配線パターン４３ｂの一部により複数の検出用電極６１、６２を形成している。絶縁層４４は、例えば１００μｍの絶縁エナメルコートがあり、各接続用パッド４３ａを除くプリント基板４３の部分を覆い、かつトナーカートリッジ２２内側の各検出用電極６１、６２を覆っている。このため、各検出用電極６１、６２は、トナーカートリッジ２２内のトナーに直接接触しない。仮に、絶縁層４４が省略されると、トナーが各検出用電極６１、６２に直接触れてしまい、輸送時等のトナーカートリッジ２２の振動に伴い、トナーと各検出用電極６１、６２が摩擦帯電して、各検出用電極６１、６２に接続されている周辺機器接続制御用ＩＣ６３等の回路が静電破壊する虞がある。

庇２２ｊは、プリント基板４３の各検出用電極６１、６２の上方に配置されており、庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間にスペースＳ１を設けている。

更に、トナーカートリッジ２２では、従動軸４６を一対の軸受け４７により回転自在に支持し、従動軸４６に攪拌部材４８を固定支持している。従動軸４６の一端は、トナーカートリッジ２２の側壁から突出しており、その端面に十字溝４６ａを形成している。攪拌部材４８は、各棒体４８ａを略矩形状に組み合わせて相互に固定したものである。各棒体４８ａのうちの従動軸４６に平行な１本は、トナーカートリッジ２２の側壁近傍まで突出しており、この棒体４８ａの一端に可撓性フィルム片４９を取り付けている。図１１に拡大して示す様に、この棒体４８ａの一端にスリット４８ｂを形成し、このスリット４８ｂに可撓性フィルム片４９を差し込んで接着剤で固定し、この棒体４８ａの回転軌跡である円柱周面に対して可撓性フィルム片４９を垂直に立てている。

可撓性フィルム片４９は、例えば厚みが０．１ｍｍの可撓性を有するフィルムであり、その材質としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミド等がある。

従動軸４６が回転すると、攪拌部材４８が回転され、トナーカートリッジ２２内のトナーが攪拌される。また、攪拌部材４８の回転に伴い、可撓性フィルム片４９も回転する。このとき、トナーカートリッジ２２の側壁近傍まで突出した棒体４８ａの一端は、図１２に示す様にその回転途中で庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１を略水平方向に通過し、可撓性フィルム片４９もスペースＳ１を通過する。

一方、現像器２１上方の画像形成装置の本体側には、カートリッジ駆動部５１を設けている。カートリッジ駆動部５１では、駆動軸５２を軸支し、駆動軸５２の十字型先端５２ａを画像形成装置の手前側に突出させている。駆動軸５２は、モータ及びギヤユニット（図示せず）により回転駆動される。また、カートリッジ駆動部５１の側壁にコネクタ５５を突設し、コネクタ５５を駆動軸５２下方に配置している。コネクタ５５は、複数のコネクタピン５５ａを有している。

先に述べた様にトナーカートリッジ２２を現像器２１の天板に載せて画像形成装置の奥の方へとスライドさせ装着し、トナーカートリッジ２２のトナー供給口２２ｆと現像器２１のトナー受け入れ口２１ｆを重ね合わせた状態では、カートリッジ駆動部５１の駆動軸５２の十字型先端５２ａがトナーカートリッジ２２の従動軸４６の十字溝４６ａに嵌合し、駆動軸５２と従動軸４６が相互に連結され、かつコネクタ５５がトナーカートリッジ２２の凹部２２ｉに嵌合する。

そして、駆動軸５２の十字型先端５２ａと従動軸４６の十字溝４６ａが嵌合すると、駆動軸５２と従動軸４６間が連結され、駆動軸５２の回転が従動軸４６に伝達される。従って、カートリッジ駆動部５１の駆動軸５２が回転駆動されると、トナーカートリッジ２２の従動軸４６が回転し、攪拌部材４８も回転する。この攪拌部材４８の回転によりトナーカートリッジ２２内のトナーが攪拌され、可撓性フィルム片４９も回転して庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１を周期的に通過する。

また、コネクタ５５がトナーカートリッジ２２の凹部２２ｉに嵌合した状態では、コネクタ５５の各コネクタピン５５ａがプリント基板４３の各接続用パッド４３ａに接触する。

ここで、図１３（ａ）に示す様にトナーカートリッジ２２内のトナーが十分にあり、庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１がトナーで満たされているものとする。このとき、各検出用電極６１、６２がトナーで覆われる。また、可撓性フィルム片４９は、攪拌部材４８と共に回転し、トナーに侵入して、トナー内で抵抗を受けて撓んで吹き流される。このため、庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１の通過のときにも、可撓性フィルム片４９が吹き流され、可撓性フィルム片４９がプリント基板４３に接近することはない。

また、図１３（ｂ）に示す様にトナーカートリッジ２２内のトナーが減少して、トナーレベルが庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間にあるものとする。このとき、各検出用電極６１、６２がトナーで覆われる。また、庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１の通過のときに、可撓性フィルム片４９が撓んで各検出用電極６１、６２上のトナーをなでて行くので、スペースＳ１のトナーレベルが均される。

更に、図１３（ｃ）に示す様にトナーカートリッジ２２内のトナーがより減少して、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下になると、スペースＳ１のトナーが殆ど無くなる。また、庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１の通過のときに、可撓性フィルム片４９が適宜に撓み、可撓性フィルム片４９が各検出用電極６１、６２上の絶縁層４４部分に摺接して、この部分のトナーを払い除く。このため、各検出用電極６１、６２上のトナーが無くなる。また、攪拌部材４９の回転により僅かに残っているトナーが攪拌され、トナーが上方に跳ね上げられてから下方に落下するものの、庇２２ｊが該庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１の屋根となって、トナーがスペースＳ１に降り掛かることが防止される。

この様にトナーカートリッジ２２内のトナーレベルが各検出用電極６１、６２を超える場合は、各検出用電極６１、６２がトナーで覆われ、またトナーレベルが各検出用電極６１、６２以下の場合は、可撓性フィルム片４９が各検出用電極６１、６２上の絶縁層４４部分のトナーを払い除き、各検出用電極６１、６２上のトナーが無くなる。

ここで、各検出用電極６１、６２は、プリント基板４３上で離間して対向配置されており、該各検出用電極６１、６２間に静電容量を形成している。また、トナーは、合成樹脂等の誘電体成分を含む。このため、トナーレベルが各検出用電極６１、６２を超え、各検出用電極６１、６２がトナーで覆われているときと、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下となり、各検出用電極６１、６２上のトナーが無くなったときとでは、各検出用電極６１、６２間の静電容量が変化する。従って、各検出用電極６１、６２間の静電容量の変化を検出すれば、トナーカートリッジ２２内のトナー残量を判定することができる。

このため、各検出用電極６１、６２は、トナーカートリッジ２２内のトナー残量を検出するトナー残量センサを構成していると言える。

また、庇２２ｊが屋根となって、トナーが庇２２ｊと各検出用電極６１、６２間のスペースＳ１に降り掛ることが防止されるので、スペースＳ１でトナーレベルが安定する。その上、可撓性フィルム片４９がスペースＳ１で略水平方向に通過するので、スペースＳ１でトナーが均される。また、トナーカートリッジ２２の奥行きｔを現像器２１の奥行きＴよりも十分に短く設定していることから、攪拌部材４９の攪拌によるトナーカートリッジ２２内のトナーの均しが容易になり、トナーカートリッジ２２全体のトナーの偏りが少なくなる。このため、各検出用電極６１、６２によるトナー残量の検出を正確に行なうことができる。

更に、各検出用電極６１、６２を攪拌部材４９の攪拌中心の直下に配置しているので、トナーカートリッジ２２内のトナーが攪拌部材４９により攪拌されつつ攪拌中心の直下に落下し、トナーレベルが各検出用電極６１、６２近傍で安定する。このため、トナー残量が極めて少なくなったときでも、各検出用電極６１、６２によるトナー残量の検出が確実に行なわれる。尚、攪拌部材４９の攪拌中心の直下ではなくても、各検出用電極６１、６２を攪拌中心の下方に配置すれば、略同様の効果が得られる。

図１４は、トナーカートリッジ２２のプリント基板４３上の各検出用電極６１、６２及び周辺機器接続制御用ＩＣ６３を示す回路図である。

周辺機器接続制御用ＩＣ６３（以下ＰＩＣと称す（ＰＩＣ；Peripheral Interface Controller））は、画像形成装置のＣＰＵ６４と同様に、演算処理機能、データの送受信機能、及びメモリ等を有している。このＰＩＣ６３は、画像形成装置のＣＰＵ６４とは別に、トナーカートリッジ２２に設けられ、トナーカートリッジ２２内のトナー残量の判定や管理等を行なうためのものである。

ＰＩＣ６３は、複数の端子ピンＲＡ０〜ＲＡ４、ＲＢ０〜ＲＢ７、ＶＤＤ、ＯＳＣ等を有している。各端子ピンＲＡ０〜ＲＡ４、ＲＢ０〜ＲＢ５、ＶＤＤ、ＯＳＣは、プリント基板４３上で各接続用パッド４３ａに接続されており、各接続用パッド４３ａとコネクタ５５の各コネクタピン５５ａ間の接触により、少なくともＰＩＣ６３の各端子ピンＲＢ０〜ＲＢ２が画像形成装置のＣＰＵ６４に接続され、ＰＩＣ６３と画像形成装置のＣＰＵ６４間のデータ通信が可能になる。同時に、ＰＩＣ６３の端子ＶＤＤが画像形成装置の電源に接続され、画像形成装置の電源からＰＩＣ６３へと電力が供給され、またＰＩＣ６３の端子ＯＳＣが画像形成装置のクロック発生部に接続され、画像形成装置のクロック発生部からＰＩＣ６３へとクロックが供給される。

また、ＰＩＣ６３の端子ピンＲＢ６を検出用電極６１に接続し、端子ピンＲＢ７を抵抗６５を介して検出用電極６１に接続し、検出用電極６２を接地している。

さて、ＰＩＣ６３は、その端子ピンＲＢ７から方形波信号Ｓｇを周期的に出力して、この方形波信号Ｓｇを抵抗６５を介して検出用電極６１に印加しつつ、その端子ピンＲＢ６に入力した検出用電極６１の電圧Ｖｇを監視している。

図１５は、端子ピンＲＢ７から出力される方形波信号Ｓｇ、及び端子ピンＲＢ６に入力される検出用電極６１の電圧Ｖｇを示す信号波形図である。図１５から明らかな様に、検出用電極６１に印加される方形波信号Ｓｇが立ち上がると、検出用電極６１の電圧Ｖｇが徐々に立ち上がる。そして、方形波信号Ｓｇが立ち下がると、検出用電極６１の電圧Ｖｇが徐々に低下して行く。

ここで、方形波信号Ｓｇの立ち上がり時点ｔ１から電圧Ｖｇが一定値Ｖｈに達する時点ｔ２までの時間をＴ１とする。この時間Ｔ１は、抵抗６５と各検出用電極６１、６２間の静電容量からなる直列回路の時定数に依存しており、各検出用電極６１、６２間の静電容量が大きくなる程、この時間Ｔ１が長くなり、各検出用電極６１、６２間の静電容量と時間Ｔ１が対応関係にある。

一方、先に述べた様にトナーレベルが各検出用電極６１、６２を超え、各検出用電極６１、６２がトナーで覆われているときと、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下となり、各検出用電極６１、６２上のトナーが無くなったときとでは、各検出用電極６１、６２間の静電容量が変化することから、各検出用電極６１、６２間の静電容量の変化を検出すれば、トナーカートリッジ２２内のトナー残量を判定することができる。

そこで、ＰＩＣ６３は、その端子ピンＲＢ７から方形波信号Ｓｇを出力しつつ、その端子ピンＲＢ６に入力した検出用電極６１の電圧Ｖｇを監視して、方形波信号Ｓｇの立ち上がり時点ｔ１から電圧Ｖｇが一定値Ｖｈに達する時点ｔ２までの時間Ｔ１を計時し、時間Ｔ１に対応する各検出用電極６１、６２間の静電容量を求める。

そして、ＰＩＣ６３は、各検出用電極６１、６２間の静電容量を求めると、この静電容量と該ＰＩＣ６３のメモリに予め記憶されている閾値を比較し、この静電容量が閾値を超えれば、トナーカートリッジ２２内のトナーレベルが各検出用電極６１、６２を超えると判定し、また、この静電容量が閾値以下であれば、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下になったと判定する。そして、ＰＩＣ６３は、このトナーレベルの判定結果を該ＰＩＣ６３のメモリに記憶しておく。

尚、ＰＩＣ６３のメモリ内の閾値は、トナーカートリッジ２２の工場出荷に際して求められて設定されたものであり、トナーカートリッジ２２が空のときの各検出用電極６１、６２間の静電容量よりも適宜に低く設定されたものである。これにより、複数のトナーカートリッジ２２間のトナー残量センサの検出精度のバラツキを抑えることができる。

また、閾値の代わりに、トナーカートリッジ２２のトナー残量センサの検出感度をＰＩＣ６３のメモリに記憶しておき、このトナー残量センサの検出感度を参照して、トナーレベルの判定を行なっても良い。トナー残量センサの検出感度は、例えばトナーカートリッジ２２が空のときの各検出用電極６１、６２間の静電容量そのものであり、この静電容量とトナーカートリッジ２２の使用中にトナー残量センサにより検出された静電容量を比較することにより、トナーレベルの判定を行なう。

あるいは、各検出用電極６１、６２間の静電容量と時間Ｔ１が対応関係にあることから、時間Ｔ１が予め設定された閾値以下になったときに、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下になったと判定しても良い。この場合は、時間Ｔ１と比較される閾値をＰＩＣ６３のメモリに記憶しておく。

また、この閾値の代わりに、トナーカートリッジ２２が空のときの時間Ｔ１そのものをトナー残量検出センサの検出感度としてＰＩＣ６３のメモリに記憶しておき、この時間Ｔ１とトナーカートリッジ２２の使用中に計時された時間Ｔ１を比較することにより、トナーレベルの判定を行なっても良い。

この様なトナーレベルの判定及び記憶は、画像形成装置における各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄ別に、該各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのＰＩＣ６３により行われる。画像形成装置のＣＰＵ６４は、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのＰＩＣ６３の端子ピンＲＢ２にそれぞれのデータ要求信号を送信して、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのＰＩＣ６３を順次繰り返し呼び出し、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのＰＩＣ６３によるトナーレベルの判定結果を要求する。各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのＰＩＣ６３は、データ要求信号を順次受信して、それぞれの端子ＲＢ１から画像形成装置のＣＰＵ６４へとトナーレベルの判定結果を順次送信する。

画像形成装置のＣＰＵ６４は、トナーレベルの判定結果として、トナーレベルが各検出用電極６１、６２以下になったという判定結果を受信すると、このトナーレベルが低下したトナーカートリッジ内の色のトナー像について、印字ドット数（該色のトナーの消費量に対応する）の計数を開始し、この印字ドット数が既定値に達すると、このトナーカートリッジ内のトナーが無くなったものとみなし、このトナー残量が無くなったトナーカートリッジを表示ユニット（図示せず）に表示したり、音声メッセージをスピーカ（図示せず）により発音して、このトナーカートリッジの交換を促し、これによりトナー供給の中断を未然に防ぐ。

この様に本実施例では、各検出用電極６１、６２からなるトナー残量センサとＰＩＣ６３をトナーカートリッジ２２に設けており、トナー残量センサによりトナー残量を検出し、ＰＩＣ６３によりトナー残量を判定して画像形成装置のＣＰＵ６４に送信している。このため、画像形成装置側にトナー残量センサを設けたり、画像形成装置側でトナー残量を判定する必要がなく、画像形成装置の負担を低減させることができ、画像形成装置のコストダウンを図ることができる。また、各検出用電極６１、６２とＰＩＣ６３間の配線を極めて短くすることができるので、ノイズの影響を受け難く、トナー残量検出の信頼性が高くなる。これに対して、画像形成装置側にトナー残量センサを設けた場合は、各トナーカートリッジ２２ａ〜２２ｄのトナー残量センサからＣＰＵ６４へとそれぞれの信号線を引き回す必要があり、ノイズの影響を受け易くなる。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、トナーレベルの判定結果、トナーレベルの判定に用いられる閾値やトナー残量センサの検出感度をＰＩＣ６３内のメモリに記憶するだけではなく、トナーカートリッジ２２に係わる他の種類の情報を記憶しても良い。この他の種類の情報としては、画像形成装置からの情報がある。例えば、トナーカートリッジ２２内のトナーの攪拌回数（トナーの劣化程度に対応する）や、記録枚数（トナーの使用量に対応する）等の履歴情報がある。これにより、トナーカートリッジ２２が複数回交換されても、トナーカートリッジ２２内のトナーの履歴情報を画像形成装置に提供することが可能になる。画像形成装置では、この履歴情報に基づいて、トナー供給動作に関する各種の補正を行ない、トナーの安定供給を行なうことができる。

本発明の画像形成装置の実施例１を示す側面図である。 図１の画像形成装置における各トナーカートリッジを取り外した状態を示す側面図である。 トナーカートリッジを現像器に装着する前の状態を正面側から見て示す斜視図である。 装着前のトナーカートリッジ及び現像器を裏面側から見て示す斜視図である。 装着後のトナーカートリッジ及び現像器を裏面側から見て示す斜視図である。 装着前のトナーカートリッジ及び現像器を側方から見て示す縦断面図である。 装着後のトナーカートリッジ及び現像器を側方から見て示す縦断面図である。 装着後のトナーカートリッジ及び現像器を正面側から見て拡大して示す断面図である。 現像器を正面側から見て拡大して示す斜視図である。 トナーカートリッジ内側に突出した凹部近傍を拡大して示す縦断面図である。 トナーカートリッジの攪拌部材に取り付けられた可撓性フィルム片を拡大して示す正面図である。 トナーカートリッジの攪拌部材の攪拌に伴い、可撓性フィルム片が庇と各検出用電極間のスペースを通過する様子を示す正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、トナー残量センサによるトナーカートリッジ内のトナー残量の検出を説明するために用いた正面図である。 トナーカートリッジのプリント基板上の各検出用電極及び周辺機器接続制御用ＩＣを示す回路図である。 図１４の周辺機器接続制御用ＩＣの入出力信号を示す信号波形図である。

符号の説明

１ 露光ユニット
２ 中間転写ベルトユニット
３ 定着ユニット
４ 用紙搬送装置
５ 給紙トレイ
６ 排紙トレイ
２１、２１ａ〜２１ｄ 現像器
２２、２２ａ〜２２ｄ トナーカートリッジ
４３ プリント基板
４４ 絶縁層
４８ 攪拌部材
４９ 可撓性フィルム
５５ コネクタ
６１、６２ 検出用電極
６３ 周辺機器接続制御用ＩＣ（ＰＩＣ）
６４ ＣＰＵ
６５ 抵抗
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ 画像形成ステーション

Claims (7)

1. 画像形成装置に着脱自在に装着されるトナーカートリッジにおいて、
   トナーカートリッジの底近傍に設けられた複数の検出用電極を有し、各検出用電極間の静電容量に基づいて、トナーカートリッジ内のトナー残量の有無を検出するトナー残量センサと、
   トナー残量センサにより検出されたトナー残量を外部に送信する通信手段と
   を備えることを特徴とするトナーカートリッジ。
2. トナーカートリッジに係わる情報を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
3. 記憶手段は、トナーカートリッジに係わる情報として、トナー残量センサの検出感度、もしくはトナー残量の有無を判定するためにトナー残量センサにより検出されたトナー残量と比較される閾値を記憶することを特徴とする請求項２に記載のトナーカートリッジ。
4. 各検出用電極は、回路基板上の一部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
5. 各検出用電極は、トナーカートリッジの内壁面に配置され、絶縁層により覆われたことを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
6. 通信手段は、周辺機器接続制御用ＩＣに含まれることを特徴とする請求項１に記載のトナーカートリッジ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のトナーカートリッジを用いた画像形成装置。

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