JP2006113197A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置における撹拌部材の回転速度が速い場合でも、トナー容器内のトナーを完全に使い切るまでトナー容器内のトナー残量を精度良く検知することを目的とする。
【解決手段】画像形成装置における撹拌部材の回転速度が速い場合、モノカラー画像形成モード時に、ブラック以外の現像ユニットにおけるトナー容器内の撹拌部材を、画像形成時の回転速度の１／２の回転速度で回転させることによって、良いトナー残量検知を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像剤収容容器内の現像剤残量を検知するための現像剤残量検知装置を有する、例えばカラー電子写真画像形成装置等の画像形成装置に関するものである。

ここで、電子写真画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するものである。そして、電子写真画像形成装置の例としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えば、レーザービームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置及びワードプロセッサ等が含まれる。

従来、電子写真画像プロセスを用いた電子写真画像形成装置においては、電子写真感光体ドラム及び電子写真感光体ドラムに作用する現像ユニット等のようなプロセス手段を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを電子写真画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンに頼らずユーザ自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができる。そこで、このプロセスカートリッジ方式は、電子写真画像形成装置において広く用いられている。

電子写真画像形成装置では、レーザ、ＬＥＤ或はランプ等の画像情報に対応した光をドラム状の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」と言う）に照射する。これによって、感光体ドラムに静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を、プロセスカートリッジに一体に組み込まれた現像ユニットにより現像する。更に、感光体ドラムに形成された現像像を記録メディアへ転写する。これによって、記録メディアに画像を形成している。

電子写真方式を用いた画像形成装置において、複数の画像形成ステーションを、搬送ベルトを兼ねた転写ベルトに沿って直列に配設して、各画像形成ステーションで形成した色の異なるトナー像を、転写ベルトに吸着されて搬送される記録メディアに準次に重ねて転写していく、所謂転写ベルトを用いたインライン方式のフルカラー電子写真画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１にインライン方式のフルカラー電子写真画像形成装置１００の概略図を示す。

転写ベルト１１の回転方向Ｒ７の上流側（同図下方）から順に４個の画像形成ステーションＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄが直列に配設されている。各画像形成ステーションＳは、感光ドラム（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）、帯電装置（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、現像装置（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、転写部材（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーニング装置（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）等を備えており、これらを一体的に組み込んで、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを構成している。

このような画像形成装置においては、記録メディア２００は、一般的に転写ベルト１１の上流側の転写入り口ガイド近傍に対抗して配置された２個のローラ、即ち吸着ローラ２２とその対抗ローラ１４ａに電圧を印加して、これらローラ間を通過させることで、電荷が付与されて転写ベルト１１表面に静電的に吸着される。吸着された記録メディア２００は、転写ベルト１１の矢印方向Ｒ７の回転に伴って準次に書く画像形成ステーションに搬送される。

図２に画像形成ステーションＳ（プロセスカートリッジＰ）の概略図を示す。

各プロセスカートリッジＰにおいては、先ず、感光ドラム１を駆動手段によって矢印方向Ｒ１に回転駆動して、帯電ローラ２を矢印方向Ｒ２に従動回転させる。不図示の直流電源によって帯電ローラ２に電圧を印加して、帯電ローラ２と感光ドラム１の間の放電によって感光ドラム１表面を一様に所定の電位に帯電させる。

一様に所定の電位に帯電された感光ドラム１は、レーザー光によって印字情報及び画像情報等に対応する露光を受け、静電潜像が形成される。この静電潜像はブレード４４によってトナー層厚が規制された現像ローラ４０によって現像されて可視像（トナー像）となる。このトナー像は転写部材１２によって、転写ベルト１１上を搬送されてきた記録メディア２００上に転写される。

各画像形成ステーションＳで、準次にトナー像を転写された記録メディア２００は、その後定着装置２０によって記録メディア２００上に定着され、画像形成装置本体外部に排出される。一方、転写後の感光ドラム１は、転写残りトナーがクリーニング手段のクリーニングブレード６０によって除去され、次の画像形成に備える。

一般的に、トナー搬送部は、棒状の部材の長手全域に可塑性のシート部材を取り付けたものであり、トナー容器の長手に亘って回転可能に支持され、トナー容器内に単数又は複数設けられている。１つのトナー容器内に複数のトナー搬送部が設けられている場合、トナー容器の長手と交差する方向に開口に近い側から並んで配設される。トナー搬送手段が回転することにより、トナー搬送部のシート部材によって、トナー容器底面に溜まったトナーがトナー容器の開口側に掻き出され、トナー容器外に排出される構成となっている。

更に、前記画像形成装置には、トナー容器内に収納されているトナーの残量を測定するためのトナー残量検出装置が設けられている。トナー残量検出装置には、様々な方式があるが、より安価で簡単な構成のものとして光透過式トナー残量検知がある。光透過式トナー残量検知とは、トナー容器内に検知光を通過させ、その検知光の通過時間によってトナー容器内に収納されているトナーの残量を検出する方式である。

次に、光透過式残量検出装置の構成について説明すると、発光素子等の発光部材から発せられた検知光は、光透過部材からなる第１のガイド部を通り、トナー容器に設けられた光透過性を有する第１の窓部材から容器内部に入射される。又、容器内に入射された検知光は、同じく容器に設けられた光透過性を有する第２の窓部材から容器外部に通過し、更にトナー容器外に出た検知光は、光透過部材から成る第２のガイド部を介して受光素子等の受光部材に至り、受光部材が検知光を受光した時間の長さによって容器内の現像剤残量を検知する構成となっている。

尚、トナー搬送部のシート部材は、長手領域の一部において、第１の窓部材と第２の窓部材に対して０．５〜４ｍｍ程度侵入しており、第１の窓部材と第２の窓部材の表面に付着したトナーを拭き取る働きも兼ねている。このような構成とすることで、窓部材の上にトナーが被っても、シート部材によって窓部材が清掃され、検知光がトナー容器内を通過することが可能となる。トナー容器内にトナーが大量に入っている状態では、シート部材が窓部材の表面を清掃しても、すぐにトナーが被り、窓部材を遮光してしまうため、検知光がトナー容器内を通過する時間は短い。

しかし、トナー容器内のトナーが消費されて残量が少なくなってくると、シート部材が窓部材を清掃した後に再度トナーが被ってくるまでの間隔が開いてくるため、それに対応して検知光がトナー容器内を通過する時間が長くなる。このようにして光透過式残量検出装置では、検知光がトナー容器内を通過する時間の長さの変化によってトナー容器内のトナー残量を測定する。

即ち、トナー容器内にトナーが大量に入っている状態であると検知光の通過時間は短く、逆にトナーが消費された状態の場合は、検知光の通過時間は長くなる。そして、トナー容器内のトナーがなくなったときの検知光の通過時間を予めしきい値として設定しておけば、トナー容器内を通過する検知光の通過時間がしきい値を超えたとき、プロセスカートリッジのトナーが無くなったことをユーザーに知らせることができる。

特開２０００―３３８７９１号公報

しかしながら、近年、電子写真方式のカラー画像形成装置に求められる画像印刷スピード（プロセススピード）は、年々速くなってきており、プロセススピードが速くなればそれだけ多くのトナーを現像ローラに搬送しなければならないため、攪拌部材４２ａ，４２ｂもプロセススピードに対応した速い回転速度に設定しなければならない（以下、図２参照）。

攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が速くなれば、前述した検知光Ｌがトナー容器４１を通過する時間にも影響が現われてくる。これは、攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度によって攪拌されるトナー容器４１内のトナーＴの流動性が変わるためである。

攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が遅ければ、トナーＴはそれほど撹拌されず、トナーＴに送り込まれる空気が少なくなり、トナーＴの流動性は低くなる。

逆に、攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が速ければ、トナーＴが多く攪拌され、その結果、トナーＴ内には、空気が大量に混入され、結果的に攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が遅い場合より、トナーＴの流動性が高くなる。

トナーＴの流動性が低いと、攪拌部材４２ａのシート部材４２ａ１が光透過窓２６ａ，２６ｂの表面上を覆っているトナーを拭き取ってから、トナーＴが光透過窓２６ａ，２６ｂを再度覆ってしまうまでの時間がトナーＴの流動性が高いときよりも比較的遅くなるため、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する時間が長くなり、トナー残量を精度良く検知することが可能となる（図３、グラフＢ参照）。

一方、トナー容器４１内に同じ量のトナーＴがあったとしても、トナーＴの流動性が高いと、攪拌部材４２ａのシート部材４２ａ１が光透過窓２６ａ，２６ｂの表面上を覆っているトナーを拭き取っても、トナーＴの流動性が高いため、すぐにトナーＴが光透過窓２６ａ，２６ｂを覆ってしまうため、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する時間は短くなるだけでなく、トナー残量検知精度にばらつきが多くなってしまう（図３、グラフＡ参照）。つまり、トナー容器４１内のトナー残量を正確に把握できなくなってしまう。

トナー残量を正確に把握できないと、トナー容器４１内に、未だトナーＴが充分に余った状態であるにも拘らず、トナーＴが無くなったとユーザーに知らせてしまったり、逆に、トナーＴが無くなっているにも拘らず、未だ画像をプリントできるとユーザーに誤認させてしまう。

特に、前述したフルカラー電子写真画像形成装置においては、どれか１つの画像形成ステーションのトナーが無くなっても、フルカラー画像を形成することができなくなってしまうだけでなく、トナー容器４１内にトナーＴが無くなっているにも拘らず、それをユーザーに知らせることができずにプリント動作を続けてしまうと、予期せぬ画像弊害を引き起こすことにもなり兼ねない。更に、ユーザーもプロセスカートリッジの交換時期も分からなくなってしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、撹拌部材の回転速度が速くなった場合でも、トナー容器内のトナーを完全に使い切るまでトナー容器内のトナー残量を検知することのできる現像剤残量検知装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、像担持体と、像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を収容した現像剤収容部と、該現像剤収容部内の前記現像剤を撹拌するための駆動が可変とされる撹拌手段と、前記撹拌手段の撹拌速度を制御する撹拌制御手段と、前記現像剤収容部内の前記現像剤の残量を検知するためのセンサー手段を有する現像剤残量検知装置と、を有する複数の画像形成ステーションを備え、前記複数の画像形成ステーションの像担持体上にそれぞれ形成された色の異なる現像剤像を、記録メディアを担持搬送して記録メディア上に順次転写して画像を形成する記録メディア搬送手段と、を有する画像形成装置において、単色で画像形成を行う単色画像形成モードと、複数色で画像形成を行う多色画像形成モードを有し、前記現像剤残量検知装置は、単色画像形成モードでの画像形成中に、画像形成に寄与していない画像形成ステーションの撹拌手段を動作させ、前記現像剤収容部内の現像剤残量を測定することを特徴とする。

又、本発明は、像担持体と、像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を収容した現像剤収容部と、該現像剤収容部内の前記現像剤を撹拌するための駆動が可変とされる撹拌手段と、前記撹拌手段の撹拌速度を制御する撹拌制御手段と、前記現像剤収容部内の前記現像剤の残量を検知するためのセンサー手段を有する現像剤残量検知装置と、を有する複数の画像形成ステーションを備え、前記複数の画像形成ステーションの像担持体上にそれぞれ形成された色の異なる現像剤像を、記録メディアを担持搬送して記録メディア上に順次転写して画像を形成する記録メディア搬送手段と、を有する画像形成装置において、単色で画像形成を行う単色画像形成モードと、複数色で画像形成を行う多色画像形成モードを有し、前記現像剤残量検知装置は、予め設定された現像剤残量検知しきい値と前記センサー手段の検出値とに基づいて前記現像剤の残量を検知し、単色画像形成モードでの画像形成中に、画像形成に寄与していない画像形成ステーションの撹拌手段を動作させ、前記現像剤残量検知しきい値を用いて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を測定することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置のプロセススピードが速くなり、トナー容器内の撹拌部材の回転速度が速くなった場合においても、トナー容器内のトナー残量を精度良く検出することができ、且つ、トナー容器内のトナーが無くなるまで行うことが可能となる。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるフルカラー電子写真画像形成装置の全体構成を示しており、先ず、図１を参照して、フルカラー電子写真画像形成装置の全体構成について説明する。
（画像形成装置の全体構成）
図１を参照すると、フルカラー電子写真画像形成装置１００は、垂直方向に並設した４個のプロセスカートリッジ装着部（不図示）を有する。そして、前記装着部に装着されたプロセスカートリッジＰ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ）は、それぞれ１個の電子写真感光体ドラム１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を備えている。感光体ドラム１は、駆動手段によって、同図中、時計回りに回転駆動される。

感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に従って順に、感光体ドラム１表面を均一に帯電する帯電手段２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、画像情報に基づいてレーザービームを照射し感光体ドラム１に静電潜像を形成するスキャナユニット３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、前記静電潜像を現像剤であるトナーを用いて現像し、可視像、即ち、トナー像を形成する現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、感光体ドラム１上のトナー像を記録メディアＳに転写させる静電転写手段１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）、転写後の感光体ドラム１表面に残ったトナーを除去するクリーニング手段６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）が配置されている。

ここで、本実施の形態では、感光体ドラム１と帯電手段２、現像ユニット４、クリーニング手段６は一体的にカートリッジ化されプロセスカートリッジＰを構成している。

感光体ドラム１は、例えば直径３０ｍｍのアルミシリンダの外周面に有機光導電体層（ＯＰＣ感光体）を塗布したものである。感光体ドラム１は、その両端部を支持部材（図示せず）によって回転自在に支持されている。本実施の形態では、その回転速度は感光体ドラム１外周面が１８０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。

帯電手段２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、本実施の形態では、図２に示すような接触帯電方式のものを使用する。帯電手段としての帯電部材２は、ローラ状に形成された導電性ローラであり、このローラ２を感光体ドラム１表面に当接させる。そして、このローラ２に帯電バイアス電圧を印加する。これにより、感光体ドラム１表面を一様に帯電させる。

スキャナユニット３（３ａ〜３ｄ）は、感光体ドラム１の略水平方向に配置されている。そして、レーザーダイオード（不図示）によって画像信号に対応する画像光が、スキャナモーター（不図示）によって回転されるポリゴンミラー９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に照射される。ミラー９に反射した画像光は、結像レンズ１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を介して帯電済みの感光体ドラム１表面を選択的に露光する。これによって、画像信号に応じた静電潜像を形成する。

図２をも参照すると理解されるように、現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）は、それぞれ、現像剤（トナー）を収納した現像剤収納部、即ち、トナー容器４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）及び現像枠体、即ち、現像容器４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を有する。

つまり、トナー容器４１に関して言えば、イエロー現像ユニット４ａはイエロー色のトナーを収納したトナー容器４１ａ、マゼンタ現像ユニット４１ｂはマゼンタ色のトナーを収納したトナー容器４１ｂ、シアン現像ユニット４１ｃはシアン色のトナーを収納したトナー容器４１ｃ及びブラック現像ユニット４１ｄはブラック色のトナーを収納したトナー容器４１ｄを有する。各トナー容器４１内には、感光ドラム１と対向して、現像剤を担持搬送する現像剤担持体としての現像ローラ４０が配置されている。

図２にて、トナー容器４１内の現像剤、即ち、トナーは、トナー搬送攪拌機構４２によってトナー供給ローラ４３へ送り込まれる。次いで、トナーは、トナー供給ローラ４３及び現像ローラ４０の外周に圧接された現像ブレード４４によって、現像ローラ４０の外周に塗布され、且つ、トナーに電荷が付与される。そして、現像ローラ４０に現像バイアスを印加することにより、感光体ドラム１に形成された潜像を現像し、トナー像とする。

一方、図１に示すように、画像形成装置１００には、全ての感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向し、接するように循環移動する静電転写ベルト１１が配設されている。前記転写ベルト１１は１０¹¹ 〜１０¹⁴ Ω・ｃｍの体積固有抵抗を有する厚さ約１５０μｍのフィルム状部材である。そして、記録メディアＳは、前記転写ベルト１１により転写位置まで搬送され、感光体ドラム１上のトナー画像を転写される。

つまり、前記転写ベルト１１は、駆動ローラ１３、従動ローラ１４ａ，１４ｂ、テンションローラ１５の４本のローラにより掛け渡され、図１の矢印方向Ｒ７に回動する。これにより、前記転写ベルト１１が循環移動して、記録メディア２００が従動ローラ１４ａ側から駆動ローラ１３側へ搬送される間にトナー画像を転写される。

尚、この転写ベルト１１の内側に当接して、４個の感光体ドラム１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）に対向した位置に転写手段としての転写ローラ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が並設されている。これら転写ローラ１２から正極性の電荷が転写ベルト１１を介して記録メディア２００に印加される。これにより、記録メディア２００に感光体ドラム１上のトナー画像が転写される。

給送部１６は、画像形成部に記録メディア２００を給送搬送するものである。複数枚の記録メディア２００が給送カセット１７に収納されている。画像形成時には給送ローラ１８及びレジストローラ対１９が画像形成動作に応じて駆動回転する。これによって前記カセット１７内の記録メディア２００を１枚毎分離給送する。そして、記録メディア２００の先端は、前記ローラ対１９に突き当たり一旦停止する。記録メディア２００は、前記転写ベルト１１の回転とトナー画像との同期を取ってレジストローラ対１９によって転写ベルト１１へ給送される。

定着部２０は、記録メディア２００に転写された複数色のトナー画像を定着させるものである。回転する加熱ローラ２１ａと、これに圧接して記録メディア２００に熱及び圧力を与える加圧ローラ２１ｂとを有する。即ち、感光体ドラム１上のトナー画像を転写された記録メディア２００は、定着部２０を通過する際に、定着ローラ対２１（２１ａ，２１ｂ）で搬送される。そして、定着ローラ対２１によって熱及び圧力を与えられる。これによって複数色のトナー画像が記録メディア２００表面に定着される。（画像形成動作）
先ず、プロセスカートリッジＰ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ）が、画像形成のタイミングに合わせて順次駆動される。その駆動に応じて感光体ドラム１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）が回転駆動され、そして、各々のプロセスカートリッジＰに対応するスキャナユニット３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）が順次駆動される。この駆動により、帯電手段２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、感光体ドラム１の周面に一様な電荷を付与する。スキャナユニット３は、その感光体ドラム１周面に画像信号に応じて露光を行って、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。現像ローラ４０は、前記静電潜像を現像する。

本実施の形態においては、現像ローラ４０は不図示の揺動機構により現像ユニット４とともに揺動され、画像情報入力待機状態では感光体ドラム１と離間した状態とし、現像プロセスを行うに当たり現像ユニット４を揺動し現像ローラ４０を感光体ドラム１に当接させる構成とした。尚、本実施の形態の以下の説明において現像ローラ４０の回転駆動開始する場合は現像ローラ４０が回転した後、現像ローラ４０を感光体ドラム１に当接させた状態とし、現像ローラ４０の回転駆動停止した場合は現像ローラ４０が回転停止した後、感光体ドラム１と現像ローラ４０が離間した状態としている。

前述した通り、記録メディア２００は、各感光体ドラム１と転写ローラ１２との間に形成される電界によって、各感光体ドラム１のトナー画像を順次転写される。４色のトナー画像を転写された記録メディア２００は、駆動ローラ１３の曲率により転写ベルト１１から曲率分離される。そして、定着部２０に搬入される。記録メディア２００は、定着部２０で上記トナー画像を熱定着された後、排出ローラ対２３によって、排出部２４から本体外に排出される。

以上が、４つのプロセスカートリッジＰ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ）全てを用いて、画像形成を行う多色画像形成モード（フルカラー画像形成モード）の一連の動作である。

又、ブラックトナーを備える画像形成装置では、多くのオフィス文書類がそうであるように、ブラック１色のみ用いて出力を行う場合がある。このような１色（単色）のみを用いて画像形成を行う単色画像形成モード（モノカラー画像形成モード）が、本実施の形態におけるフルカラー電子写真画像形成装置には備え付けられている。

モノカラー画像形成モードにおける画像形成装置の動作の概略は、概ね前述した画像形成装置の全体構成と同じである。モノカラー画像形成モードにおいては、ブラック以外の現像ローラ４０（イエロー、マゼンタ、シアン）は、前述した揺動機構により現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）と共に揺動され、感光ドラム１と離間した状態となる。感光ドラム１と離間した状態では、現像ローラ４０や、トナー搬送撹拌機構４２等の現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の駆動は停止した状態である。これは、モノカラー画像形成モードの場合には、ブラック以外の色のトナーを内包した現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、画像形成に寄与しないため、現像ローラ４０の劣化防止などの観点から、現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の駆動は停止させる構成を採っている。
（プロセスカートリッジ）
次に、図２を参照して、本発明を実施したプロセスカートリッジＰ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ）について説明する。図２は、トナーを収納したプロセスカートリッジＰの主断面である。

尚、本実施の形態にて、イエロー色のトナーを収納したプロセスカートリッジＰａ、マゼンタ色のトナーを収納したプロセスカートリッジＰｂ、シアン色のトナーを収納したプロセスカートリッジＰｃ、ブラック色のトナーを収納したプロセスカートリッジＰｄは、同一構成とされる。

プロセスカートリッジＰは、感光体ドラム１と、帯電手段２、及びクリーニング手段６を備えた第１枠体としての感光体ドラムユニット５０及び現像手段を有する第２枠体としての現像ユニット４に分かれている。

感光体ドラムユニット５０は、感光体ドラム１が軸受（図示せず）を介してクリーニング枠体５１に回転自在に取り付けてられている。感光体ドラム１の周上には、上述のように、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させるための一次帯電手段２及び感光体ドラム１上に残った現像剤（トナー）を除去するためのクリーニングブレード６０が配置され、更にクリーニングブレード６０によって感光体ドラム１表面から除去された残留トナーは、トナー送り機構５２によってクリーニング枠体後方に設けられた廃トナー室５１ａに順次送られる。そして、不図示の駆動モータの駆動力を伝達することにより、感光体ドラム１を画像形成動作に応じて図示Ｒ１方向（時計回り）に回転駆動させる。

現像ユニット４は、図２にて、感光体ドラム１と接触して矢印Ｒ３方向に回転する現像剤担持体としての現像ローラ４０、現像ローラ４０を配置した現像容器（現像枠体）４５及びトナーが収容されたトナー容器４１とにて構成される。

現像ローラ４０は、回転自在に現像容器４５に支持され、又、現像ローラ４０の周上には、現像ローラ４０と接触して矢印Ｒ４方向に回転する現像材供給部材、即ち、トナー供給ローラ４３と現像剤規制部材としての現像ブレード４４がそれぞれ配置されている。更に、トナー容器４１内には、収容されたトナーを撹拌するとともにトナー供給ローラ４３に搬送するためのトナー搬送攪拌機構４２が設けられている。

トナー搬送撹拌機構４２は、トナー供給ローラに近い側から順に第１撹拌部材４２ａと第２撹拌部材４２ｂが、回転可能に支持されている。この第１撹拌部材４２ａと、第２撹拌部材４２ｂは棒部材に可撓性を有するシート部材４２ａ１，４２ｂ１を取り付けたものであり、トナー容器４１内で第１撹拌部材４２ａと第２撹拌部材４２ｂが回転することによって、第１撹拌部材４２ａと第２撹拌部材４２ｂのシート部材４２ａ１，４２ｂ１がトナー容器４１底面に溜まったトナーＴをトナー供給ローラ４３に搬送される。

又、画像形成中のトナー搬送撹拌機構４２の回転速度は、出力画像の画像品質を満足するような速度に設定されており、本実施の形態においては、６０ｍｍ／ｓｅｃである。

現像時、トナー搬送攪拌機構４２によって、収納されたトナーがトナー供給ローラ４３へ搬送されると、図中矢印Ｒ４方向に回転するトナー供給ローラ４３が、そのトナーを図中矢印Ｒ３方向に回転する現像ローラ４０との摺擦によって現像ローラ４０に供給し、現像ローラ４０上に担持させる。現像ローラ４０上に担持されたトナーは、現像ローラ４０の回転に伴い現像ブレード４４のところに至り、現像ブレード４４がトナーを規制して所定のトナー薄層に形成する。規制されたトナーは、現像ローラ４０の回転につれて、現像剤帯電手段としての帯電ローラ７０へ至り、所望の帯電電荷量が付与される。

更に、現像ローラ４０上のトナー薄層は、感光体ドラム１と現像ローラ４０とが接触した現像部に搬送され、現像部において、図示しない電源から現像ローラ４０に印加した直流現像バイアスにより、感光体ドラム１の表面に形成されている静電潜像に付着して、潜像を現像する。現像に寄与せずに現像ローラ４０の表面に残留したトナーは、現像ローラ４０の回転に伴い現像容器４５内に戻され、トナー供給ローラ４３との摺擦部で現像ローラ４０から剥離、回収される。回収されたトナーは、トナー搬送攪拌機構４２により残りのトナーと撹拌混合される。

本発明のように、感光体ドラム１と現像ローラ４０が接触して現像を行う接触現像方式においては、感光体ドラム１は剛体とし、現像ローラ４０は弾性体を有するローラとすることが好ましい。この弾性体としては、ソリッドゴム単層やトナーへの帯電付与性を考慮してソリッドゴム層上に樹脂コーティングを施したもの等が用いられる。

図１及び図２に示すように、プロセスカートリッジＰの画像形成装置本体１００への装着は、プロセスカートリッジＰを矢印方向から、装置本体１００に設けられたプロセスカートリッジガイド（図示せず）に沿って本体内部へとガイドして挿入し、所定位置に位置決めすることにより行われる。
（光透過式トナー残量検知装置）
次に、光透過トナー残量検知方法について図２及び図４に基づいて説明する。

図２に示すように、トナーＴを収納するプロセスカートリッジＰのトナー容器４１には、光透過窓２６ａと光透過窓２６ｂが設けられている。又、画像形成装置本体１００には、発光素子３０ａと受光素子３０ｂが配置されている。発光素子３０ａから出射された検知光Ｌは、図４に示すように、トナー容器４１の長手に渡って配設されたライトガイド３１ａを通って光透過窓２６ａからトナー容器４１内部に入射される。

そして、トナー容器４１内部に入射された検知光Ｌは、前記光透過窓２６ｂからトナー容器４１外部に通過する。トナー容器４１外部に通過した検知光Ｌは、同じくトナー容器４１の長手に亘って配設されたライトガイド３１ｂを介して受光素子３０ｂに至り、そこで受光素子３０ｂがどれだけの時間検知光Ｌを受光したかによってトナー容器４１内に収納されているトナーＴの残量を検知する構成となっている。

尚、第１攪拌部材４２ａのシート部材４２ａ２は、長手領域の一部において、光透過窓２６ａ，２６ｂに対して０．５〜４ｍｍ程度侵入しており、光透過窓２６ａ，２６ｂの表面に付着したトナーを拭き取る働きも兼ねている。このような構成とすることで、光透過窓２６ａ，２６ｂの上にトナーが被っても、シート部材４２ａ２によって光透過窓２６ａ，２６ｂの表面が清掃され、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過することが可能となる。トナー容器４１内にトナーＴが大量に入っている状態では、シート部材４２ａ２が光透過窓２６ａ，２６ｂの表面を清掃しても、すぐにトナーが被り、光透過窓２６ａ，２６ｂを遮光してしまうため、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する時間は短い。

しかし、トナー容器４１内のトナーＴが消費され、残量が少なくなってくると、シート部材４２ａ２が光透過窓２６ａ，２６ｂを清掃した後に再度トナーＴが被ってくるまでの間隔が開いてくるため、それに対応して検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する時間が長くなる。このようにして光透過式残量検出装置では、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する時間の長さの変化によってトナー容器４１内のトナーＴの残量を測定する。

即ち、トナー容器４１内にトナーＴが大量に入っている状態だと検知光Ｌの通過時間は短く、逆にトナーＴが消費された状態においては、検知光Ｌの通過時間は長くなる。そして、トナー容器４１内のトナーＴが無くなったときの検知光Ｌの通過時間を予めしきい値Ｙとして設定しておけば、トナー容器４１内を通過する検知光Ｌの通過時間がしきい値Ｙを超えたとき、プロセスカートリッジ７のトナーＴが無くなったことをユーザーに知らせることができる。
（全体システム構成）
本実施の形態の画像形成装置のシステム構成について、図５のシステムブロック図を用いて説明する。

ホストコンピュータ６７からのプリント情報は、画像形成装置全体のシステム制御を行うエンジンコントローラ６１に送られる。エンジンコントローラ６１の内部には、不図示の中央演算処理装置（ＣＰＵ）が設けてあり、画像形成装置の一連のシステム処理は中央演算処理装置（ＣＰＵ）の内部に予め記憶されたプログラムに従って行われる。高圧電源６２は、帯電手段である帯電部材２に直流電圧である帯電バイアスを、現像手段である現像ローラ４０に直流電圧である現像バイアスを、転写手段である転写ローラ１２に直流電圧である転写バイアスを各色ごとに、又、定着手段２０に直流電圧である定着バイアスを生成する。装置内には、装置の状態を表示する表示部６４、駆動部６６を備えている。

次に、本実施の形態における本発明の特徴部分であるトナー残量検知シーケンスについて説明する。

図３はトナー容器内のトナー消費量と現像剤残量検出装置の検知光Ｌがトナー容器内を通過した通過時間との関係を示したグラフである。横軸のトナー消費量は、０％のとき、トナー容器４１内にトナーＴが所定の量詰められた初期の状態であり、１００％のとき、トナー容器４１内のトナーＴが完全に消費されて無くなった状態であることを示す。

縦軸の検知光Ｌの通過時間は、現像剤残量検出装置の検知光Ｌがトナー容器４１内を通過した通過時間を示し、トナー容器４１内のトナーＴが大量にある状態では、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する通過時間は少ない（＝短い）が、トナー容器４１内のトナーＴが消費され、トナー容器４１内にトナーＴが少なくなるに従って検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する通過時間は多く（＝長く）なる。

トナー残量検知シーケンスは、基本的にこのグラフを元に設定される。又、グラフＡは、画像形成時に動作している攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度でのグラフであり、一方、グラフＢは、攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度を画像形成時の１／２速でトナー容器４１内のトナーＴを消費した場合の、トナー容器４１内のトナー消費量と、現像剤残量検出装置の検知光Ｌがトナー容器４１内を通過した通過時間との関係を示したものである。

ここで、グラフＡとグラフＢを比較してみると、グラフＢは、トナー容器４１内のトナーＴが初期の量から約７５％消費されたときから、現像剤残量検出装置の検知光Ｌがトナー容器４１内を通過し始めて、トナーＴが完全に無くなる１００％の領域まで、ほぼ右肩上がりの直線を示している。しかしながら、グラフＢの場合は、現像剤残量検出装置の検知光Ｌに大幅なばらつきが生じており、トナーＴの消費量が１００％に達する前に、現像剤残量検出装置の検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する通過時間が最大値に達してしまっていたり、１００％に達しても、検知光Ｌがトナー容器４１内を通過する通過時間が最大値とならない場合が発生してしまっている。

つまり、攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が、画像形成時に動作している回転速度では、トナー容器４１内のトナーＴの残量を正確に検知することが困難となってしまう。

特に、前述したフルカラー電子写真画像形成装置においては、どれか１つの画像形成ステーションＳ（プロセスカートリッジ）のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン）が無くなっても、フルカラー画像を形成することができなくなってしまうだけでなく、トナー容器４１内にトナーＴが無くなっているにも拘らず、それをユーザーに知らせることができずにプリント動作を続けてしまうと、予期せぬ画像弊害を引き起こすことにもなり兼ねない。これはトナー残量検知としては、非常に問題である。更に、ユーザーもプロセスカートリッジの交換時期も分からなくなってしまう。

そこで、この問題を解決するために、モノカラー画像形成モードの場合に、本来ならば、回転駆動を停止している他の色（イエロー、マゼンタ、シアン）の攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度を画像形成時の１／２の回転速度で回転させるモノカラートナー残量検知モードを行い、精度の良いトナー残量検知を行う。

このとき、画像形成装置本体１００が有する駆動モータ（不図示）からの駆動力を駆動ギヤ列を通じてクラッチＣＬに伝達する。クラッチＣＬは、例えば電磁クラッチであり、画像形成装置１００の有するエンジンコントローラ６１により、駆動モータより更に下流の撹拌ギヤへ駆動を伝達し、トナー搬送撹拌機構を回転駆動させるか、駆動を伝達しないかの制御を行う。

図６はトナー残量検知シーケンスの流れを示す図である。

先ず、画像形成装置本体１００のエンジンコントローラ６１に、プリント情報に対応した画像信号が、ホストコンピュータから入力される（Ｆ１１）。入力された画像信号から、ブラックのみのモノカラー情報であるか、若しくはフルカラー情報であるかの判断を行う（Ｆ１２）。フルカラー情報であれば、通常モードでのトナー残量検知に備える（Ｆ１３）。モノカラー情報であれば、電磁クラッチによりイエロー、マゼンタ、シアンの現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）のトナー搬送撹拌機構４２を回転駆動させ、モノカラートナー残量検知モードでトナー残量検知を行う（Ｆ１４）。その後、このモードで得られた結果を予め設定されたしきい値と比較する（Ｆ１５）。得られた結果がしきい値を超えていれば、残量結果をユーザーに報知し（Ｆ１６）、超えていなければ、再び次のプリント情報に対応した画像信号に応じてトナー残量検知を実行するかの判断を行う。

このようなシーケンスを適応することで、画像形成動作中における攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が速い場合においても、ブラック以外の現像ユニット４ａ，４ｂ，４ｃにおけるトナー容器４１内のトナー残量を、モノカラー画像形成モードの画像形成中に精度良く検知できるモードで検知することができ、トナー容器４１内のトナーを完全に使い切ることが可能となる。

ここでは、イエロー、マゼンタ、シアンの現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）を全て同時にトナー残量検知する場合を示したが、トナー残量検知結果に応じて、１つだけの現像ユニット４に対して適応しても構わない。その場合には、対応する現像ユニット４のトナー搬送撹拌機構を回転駆動させる電磁クラッチを動作させ、トナー搬送撹拌機構４２を回転駆動させ、トナー残量検知を行う。

又、フルカラー画像形成モード及びブラック現像ユニット４ｄのトナー残量を測定するには、フルカラートナー残量検知モードを行う。このフルカラートナー残量検知モードは、非画像形成中（例えば、画像を出力した後の後回転工程）等に、トナー搬送撹拌機構４２の回転速度を画像形成時の１／２の回転速度で回転させることによって、精度の良いトナー残量検知を行う。これにより、トナー容器４１内のトナーを完全に使い切るまでトナー容器４１内のトナー残量を検知することができる。

＜実施の形態２＞
図７は本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるフルカラー電子写真画像形成装置の全体構成を示しており、先ず、図７を参照して、フルカラー電子写真画像形成装置の全体構成について説明する。

本実施の形態におけるカラー電子写真画像形成装置３００の概要は、概ね実施の形態１で示した画像形成装置１００と同じである。

図７に示すように、転写ベルト１１を感光体ドラム１から接離可能な転写ベルト接離機構７１が備え付けられており、ブラック以外の画像形成ステーションＳａ，Ｓｂ，Ｓｃの感光体ドラム１から、転写ベルト１１及び転写ローラ１２が共に離間可能となる構成となっている。本実施の形態においては、モノカラー画像形成モードの際には、この転写ベルト接離機構７１を動作させて、画像形成を行う。このとき、ブラック以外の現像ローラ４０（イエロー、マゼンタ、シアン）は、実施の形態１と同様に、前述した揺動機構により現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）と共に揺動され、感光ドラム１と離間した状態となる。感光ドラム１と離間した状態では、現像ローラ４０や、トナー搬送撹拌機構４２等の現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の駆動は停止した状態である。これは、モノカラー画像形成モードの場合には、ブラック以外の画像形成ステーションＳａ，Ｓｂ，Ｓｃは、画像形成に寄与しないため、感光体ドラム１及び現像ローラ４０の劣化防止等の観点から、転写ベルト１１から離間し、感光体ドラム１及び現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の駆動は停止させる構成を採っている。

次に、本実施の形態における本発明の特徴部分であるトナー残量検知シーケンスについて説明する。

実施の形態１で示したように、攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が、画像形成時に動作している回転速度では、検知光Ｌのばらつきが大きいため、トナー容器４１内のトナーＴの残量を正確に検知することが困難となってしまう。

そこで、この問題を解決するために、モノカラー画像形成モードの場合に、転写ベルト接離機構７１を動作させ、感光体ドラム１から転写ベルト１１及び転写ローラ１２を共に離間させた状態で、本来ならば、回転駆動を停止している他の色（イエロー、マゼンタ、シアン）の攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度を画像形成時の１／２速の回転速度で回転させるモノカラートナー残量検知モードを行い、精度の良いトナー残量検知を行う。

このとき、画像形成装置本体１００が有する駆動モータ（不図示）からの駆動力を駆動ギヤ列を通じてクラッチＣＬに伝達する。クラッチＣＬは、例えば電磁クラッチであり、画像形成装置１００の有するエンジンコントローラ６１により、駆動モータより更に下流の撹拌ギヤへ駆動を伝達し、トナー搬送撹拌機構を回転駆動させるか、駆動を伝達しないかの制御を行う。

図８はトナー残量検知シーケンスの流れを示す図である。

先ず、画像形成装置本体１００のエンジンコントローラ６１に、プリント情報に対応した画像信号が、ホストコンピュータから入力される（Ｆ２１）。入力された画像信号から、ブラックのみのモノカラー情報であるか、若しくはフルカラー情報であるかの判断を行う（Ｆ２２）。フルカラー情報であれば、通常モードでのトナー残量検知に備える（Ｆ２３）。モノカラー情報であれば、転写ベルト接離機構７１を動作させ、感光体ドラム１から転写ベルト１１及び転写ローラ１２を共に離間させる（Ｆ２４）。その後、電磁クラッチによりイエロー、マゼンタ、シアンの現像ユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ）のトナー搬送撹拌機構４２を回転駆動させ、モノカラートナー残量検知モードでトナー残量検知を行う（Ｆ２５）。その後、このモードで得られた結果を予め設定されたしきい値と比較する（Ｆ２６）。得られた結果がしきい値を超えていれば、残量結果をユーザーに報知し（Ｆ２７）、超えていなければ、再び次のプリント情報に対応した画像信号に応じて、トナー残量検知を実行するかの判断を行う。

このようなシーケンスを適応することで、画像形成動作中における攪拌部材４２ａ，４２ｂの回転速度が速い場合においても、ブラック以外の現像ユニット４ａ，４ｂ，４ｃにおけるトナー容器４１内のトナー残量を、モノカラー画像形成モードの画像形成中に精度良く検知できるモードで検知することができ、トナー容器４１内のトナーを完全に使い切ることが可能となる。

又、フルカラー画像形成モード及びブラック現像ユニット４ｄのトナー残量を測定するには、フルカラートナー残量検知モードを行う。このフルカラートナー残量検知モードは、転写ベルト接離機構７１を動作させずに、転写ベルト１１及び転写ローラ１２を感光体ドラム１に当接させた状態で、非画像形成中（例えば、画像を出力した後の後回転工程）等に、トナー搬送撹拌機構４２の回転速度を画像形成時の１／２の回転速度で回転させることによって、精度の良いトナー残量検知を行う。これにより、トナー容器４１内のトナーを完全に使い切るまでトナー容器４１内のトナー残量を検知することができる。

フルカラー電子写真画像形成装置模式図である。 プロセスカートリッジ模式図である。 トナー消費量と検知光の通過時間の関係を示した図である。 光透過式トナー残量検知の構成を示す図である。 本発明に係るフルカラー電子写真画像形成装置のシステムブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るトナー残量検知のフローチャート図である。 本発明の実施の形態２に係るフルカラー電子写真画像形成装置の模式図である。 本発明の実施の形態２に係るトナー残量検知のフローチャート図である。

符号の説明

１（１ａ〜１ｄ） 感光体ドラム
２（２ａ〜２ｄ） 帯電手段
３（３ａ〜３ｄ） スキャナユニット
４（４ａ〜４ｄ） 現像ユニット
６（６ａ〜６ｄ） クリーニング手段
１２（１２ａ〜１２ｄ） 転写ローラ
Ｓ（Ｓａ〜Ｓｄ） 画像形成ステーション
Ｐ（Ｐａ〜Ｐｄ） プロセスカートリッジ
１１ 転写ベルト
４２ トナー搬送撹拌機構
７１ 転写ベルト接離機構

Claims (5)

1. 像担持体と、像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を収容した現像剤収容部と、該現像剤収容部内の前記現像剤を撹拌するための駆動が可変とされる撹拌手段と、前記撹拌手段の撹拌速度を制御する撹拌制御手段と、前記現像剤収容部内の前記現像剤の残量を検知するためのセンサー手段を有する現像剤残量検知装置と、を有する複数の画像形成ステーションを備え、前記複数の画像形成ステーションの像担持体上にそれぞれ形成された色の異なる現像剤像を、記録メディアを担持搬送して記録メディア上に順次転写して画像を形成する記録メディア搬送手段と、を有する画像形成装置において、
   単色で画像形成を行う単色画像形成モードと、複数色で画像形成を行う多色画像形成モードを有し、前記現像剤残量検知装置は、単色画像形成モードでの画像形成中に、画像形成に寄与していない画像形成ステーションの撹拌手段を動作させ、前記現像剤収容部内の現像剤残量を測定することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を収容した現像剤収容部と、該現像剤収容部内の前記現像剤を撹拌するための駆動が可変とされる撹拌手段と、前記撹拌手段の撹拌速度を制御する撹拌制御手段と、前記現像剤収容部内の前記現像剤の残量を検知するためのセンサー手段を有する現像剤残量検知装置と、を有する複数の画像形成ステーションを備え、前記複数の画像形成ステーションの像担持体上にそれぞれ形成された色の異なる現像剤像を、記録メディアを担持搬送して記録メディア上に順次転写して画像を形成する記録メディア搬送手段と、を有する画像形成装置において、
   単色で画像形成を行う単色画像形成モードと、複数色で画像形成を行う多色画像形成モードを有し、前記現像剤残量検知装置は、予め設定された現像剤残量検知しきい値と前記センサー手段の検出値とに基づいて前記現像剤の残量を検知し、単色画像形成モードでの画像形成中に、画像形成に寄与していない画像形成ステーションの撹拌手段を動作させ、前記現像剤残量検知しきい値を用いて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を測定することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記単色画像形成モードでの画像形成中に、画像形成に寄与していない画像形成ステーションの撹拌手段を動作させる際には、画像形成中の撹拌手段の回転速度とは異なる回転速度で、撹拌手段を動作させることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤残量検知装置は、前記現像剤収容部内を前記現像剤残量検知装置から発せられる検知光が通過する時間に基づいて前記現像剤の残量を検知する光検知方式を用い、前記現像剤収容部内の現像剤残量を測定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤残量検知しきい値は、前記現像剤残量検知装置から発せられる検知光が前記現像剤収容部内を通過する光透過時間であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。

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