JP2007033505A

JP2007033505A - カラー画像形成装置

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Publication number: JP2007033505A
Application number: JP2005212513A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Nakamura; 和則中村; Tadahisa Kajiwara; 忠久梶原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】複数のトナーカセット内のトナー残量検出におけるコスト低減と小型化を図ることを目的とする。
【解決手段】トナー保持手段１０３ａ，１０３ｂに光照射を行う発光手段１０１ａ，１０１ｂと、発光手段１０１ａ，１０１ｂから照射されてトナー保持手段１０３ａ，１０３ｂを透過した光を受光する受光手段１０４ａと、発光手段１０１ａ，１０１ｂ、トナー保持手段１０３ａ，１０３ｂおよび受光手段１０４ａを光学的に結合する光誘導手段１０２ａ，１０２ｂと、受光手段１０４ａの受光量を電圧信号に変換する電圧変換手段１０８と、電圧変換手段１０８のゲインを切り替えるゲイン切替手段１０７とを備え、発光手段１０１ａ，１０１ｂに対応したゲインの切り替えを行い、電圧変換手段１０８が受光手段１０４ａで受光した光量から変換した電圧値からトナー保持手段１０３ａ，１０３ｂ内のトナー残量を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の露光ユニットを備えて複数の感光体を走査するカラー画像形成装置におけるトナー残量検出技術に関するものである。

従来より、電子写真方式を採用した画像形成装置においては、像担持体としての感光体を帯電器により帯電し、この感光体に画像情報に応じた光照射を行って潜像を形成し、この潜像を現像器によって現像し得た像をシート材等に転写して画像を形成することが行われている。

近年では、画像のカラー化にともなって、上記の各画像形成プロセスがなされる画像形成ステーションを複数備えて、シアン像、マゼンタ像、イエロー像、ブラック像の各色像をそれぞれの像担持体に形成し、各像担持体の転写位置にてシート材に各色像を重ねて転写することにより、フルカラー画像を形成するタンデム方式のカラー画像形成装置が普及している。かかるタンデム方式のカラー画像形成装置は各色ごとにそれぞれの画像形成部を有するため、高速化に有利である。

以下、従来のカラー画像形成装置の動作と、トナー残量検出動作について説明する。

図７は従来のカラー画像形成装置の構成を示す概略図、図８は従来のトナー保持手段のトナー残量検出を行う制御系を示すブロック図、図９は従来のトナーカセット内のトナー残量を検出する発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図、図１０は従来のトナー残量が所定の量以上の場合におけるの発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図、図１１は従来のトナー残量が所定の量以下の場合におけるの発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図、図１２は従来のトナーの残量レベルＡと同じ高さ位置に各色の反射ミラーを配置した場合の配置を示す説明図、図１３は従来の隣り合う各色の反射ミラーを上下方向に重ねて配置した場合の配置を示す説明図である。

図７において、画像形成装置は４つの画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが配置され、各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは像担持体としての感光体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄをそれぞれに有する。

また、感光体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの周りにはそれぞれ専用の帯電手段１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ、画像情報に応じたレーザ光１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄを各々の感光体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに照射するための走査光学系の露光手段１２２、現像手段１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ、転写器１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ、クリーニング手段１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄがそれぞれ配置されている。また、現像手段１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄそれぞれに対して供給するトナーを保持するトナー保持手段１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄが配置されている。

ここで、画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄはそれぞれブラック画像、シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像を形成するところである。

一方、各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを通過する態様で、感光体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの下方に無端ベルト状の中間転写ベルト１２７が配置され、矢印Ａ方向へ回転する。

以上のような構成において、まず第１画像形成ステーションＰａの帯電手段１２１ａおよび露光手段１２２ａ等の公知の電子写真プロセス手段により感光体１２０ａ上に画像情報のブラック成分色の潜像を形成した後、この潜像は現像手段１２３ａでブラックトナーを有する現像材によりブラックトナー像として可視像化され転写器１２４ａで中間転写ベルト１２７にブラックトナー像が転写される。

一方、ブラックトナー像が中間転写ベルト１２７に転写されている間に第２画像形成ステーションＰｂではシアン成分色の潜像が形成され、続いて現像手段１２３ｂでシアントナーによるシアントナー像が得られ、先の第１画像形成ステーションＰａで転写が終了した中間転写ベルト１２７にシアントナー像が第２画像形成ステーションＰｂの転写器１２４ｂにて転写され、ブラックトナー像と重ね合わされる。

以下、マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様にして画像形成が行われ、中間転写ベルト１２７に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙ローラ１２８により給紙カセット１２９から給紙された紙等のシート材１３０上にシート材転写ローラ１３１によって４色のトナー像が一括転写搬送され、定着手段１３２で加熱定着され、シート材１３０上にフルカラー画像が得られる。

なお、転写が終了したそれぞれの感光体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄはクリーニング手段１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄで残留トナーが除去され、引き続き行われる次の像形成に備えられ、印字動作は完了する。

次に、各色のトナーカセット１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ内のトナー残量の検出と制御について、図８から図１３を参照しながら説明する。

図８に示すように、トナー残量の検出制御は、まず装置全体の動作を制御するＣＰＵ等の制御手段１００の制御信号により、公知の発光ダイオード等の発光手段１０１ａを点灯して放射光１０６ａを放射する。放射光１０６ａは、光誘導手段１０２ａによりトナー保持手段１０３ａに誘導して照射し、トナー保持手段１０３ａを透過した放射光１０６ａを光誘導手段１０２ａにより誘導して受光手段１０４ａで受光する。制御手段１００は受光手段１０４ａで受光した放射光１０６ａの受光量に基づいてトナー保持手段１０３ａ内に保持されているブラックトナーの残量を検出した後、発光手段１０１ａを消灯する。トナー保持手段１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄに保持されているシアン、マゼンタ、イエローのそれぞれのトナー残量ついても同様な方法で検出する。

図９に示すように、トナー保持手段であるトナーカセット１２６ａに対して、発光ダイオード１１１ａとフォトトランジスタ１１４ａをトナーカセット１２６ａの下部に配置し、反射ミラー１１２ａ，１１３ａの光誘導手段により、発光ダイオード１１１ａとトナーカセット１２６ａとフォトトランジスタ１１４ａとを光学的に結合する。すなわち、発光ダイオード１１１ａからの放射光１０６ａは、第１反射ミラー１１２ａに反射してトナーカセット１２６ａに照射される。トナーカセット１２６ａを透過した放射光１０６ａは、さらに第２反射ミラー１１３ａに反射して、フォトトランジスタ１１４ａに受光され、発光ダイオード１１１ａとフォトトランジスタ１１４ａが光学的に結合されている。

図９においては、発光ダイオード１１１ａとフォトトランジスタ１１４ａがトナーカセット１２６ａの下部に配置されているが、下部以外の例えば横に配置した場合でも、反射ミラー１１２ａ，１１３ａの反射方向を変えて発光ダイオード１１１ａとフォトトランジスタ１１４ａを光学的に結合すれば同様に可能である。

図１０に示すように、トナーカセット１２６ａ内に予め決められた所定の量以上のブラックトナー１１５ａが保持されていれば、放射光１０６ａはブラックトナー１１５ａにより遮光されてトナーカセット１２６ａを透過しないので、フォトトランジスタ１１４ａにおいて受光されず、制御手段１００はブラックトナー１１５ａが十分保持されていることを検出する。

一方、図１１に示すように、トナーカセット１２６ａ内に予め決められた所定の量以下のブラックトナー１１５ａしか保持されていなければ、放射光１０６ａはブラックトナー１１５ａにより遮光されずにトナーカセット１２６ａを透過して、フォトトランジスタ１１４ａに受光され、制御手段１００はブラックトナー１１５ａの残量が少ないことを検出する。この場合、ＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に表示することで、ユーザに対してトナー残量が少ないことを知らしめることができる。制御手段１００は、上記動作をシアン、マゼンタ、イエローのそれぞれのトナーカセット１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄに対しても同様に行うことで、各色のトナー残量の検出と制御を行う。

次に、トナーカセット１２６ａ〜ｄに対する放射光１０６の照射位置と検出されるトナーカセット１２６ａ〜ｄ内のトナー残量の検出および制御について、図１２および図１３を参照しながら説明する。

図１２に示すように、トナーカセット１２６ａ内のブラックトナー１１５ａの残量レベルＡと同じ高さ位置に反射ミラー１１２ａ，１１３ａを配置して放射光１０６ａを照射した場合、残量レベルＡ位置のブラックトナー１１５ａの有無を検出することができる。シアン、マゼンタ、イエローに対する他のトナーカセット１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄをブラックのトナーカセット１２６ａと同一高さで横方向に配列し、各色それぞれの第１反射ミラー１１２ａと第２反射ミラー１１３ａ、第１反射ミラー１１２ｂと第２反射ミラー１１３ｂ、第１反射ミラー１１２ｃと第２反射ミラー１１３ｃ、第１反射ミラー１１２ｄと第２反射ミラー１１３ｄを残量レベルＡと同じ高さの位置に直線状に配列する。これにより、全色に対して共通に残量レベルＡと同じ高さ位置に放射光１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを照射し、全色のトナーカセット１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄに対して共通に残量レベルＡの各色トナーの有無を検出することができる。

制御手段１００は、各色のトナー残量が残量レベルＡ以下となる状態を各色に対して監視し、いずれかのトナー残量が残量レベルＡ以下となった場合、ＬＣＤ等の表示装置（図示せず）にトナー残量が少ないことを表示して、ユーザに情報を伝達する。さらに、残量レベルＡ以下を検出後に印字を行った画素数をカウントし、あらかじめ設定された所定の画素数を印字後、トナーカセット内のトナーが全て消費されたと判断して印字動作を停止し、合わせてトナーカセットの交換を促すエラーメッセージをＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に表示する。ユーザによりトナーカセットが交換され、トナー残量が残量レベルＡ以上となったことを検出すると、エラーメッセージを解除して正常な印字動作を行う。

一方、図１３に示すように、隣り合う各色の反射ミラーを上下方向に重ねて配置することで、各色のトナーカセットの間隔を小さくして装置の小型化を図ることができる。

まず、ブラックに対する反射ミラー１１２ａ，１１３ａを残量レベルＢの高さ位置に配置して、残量レベルＢのブラックトナーの有無を検出する。隣り合うシアンに対する第１反射ミラー１１２ｂは、ブラックの第２反射ミラー１１３ａの下方の残量レベルＡの高さ位置に配置して、第２反射ミラー１１３ｂも同様に残量レベルＡの高さ位置に配置して、残量レベルＡのシアントナーの有無を検出する。以下同様に、隣り合う各色の反射ミラーを上下方向に重ねるようにして、マゼンタに対する反射ミラー１１２ｃ，１１３ｃは残量レベルＢの高さ位置、イエローに対する反射ミラー１１２ｄ，１１３ｄは残量レベルＡの高さ位置にそれぞれ配置する。これにより、ブラックとマゼンタに対するトナーカセット１２６ａ，１２６ｃに対しては残量レベルＢのトナー１１５ａ，１１５ｃの有無を検出し、シアンとイエローに対するトナーカセット１２６ｂ，１２６ｄに対しては残量レベルＡのトナー１１５ｂ，１１５ｄの有無を検出する。

制御手段１００は、ブラックとマゼンタに対しては残量レベルＡ、シアンとイエローに対しては残量レベルＢ以下となる状態を監視し、いずれかのトナー残量が残量レベルＡもしくは残量レベルＢ以下となった場合、ＬＣＤ等の表示装置（図示せず）にトナー残量が少ないことを表示して、ユーザに情報を伝達する。さらに、残量レベルＡもしくは残量レベルＢ以下を検出後に印字を行った画素数をカウントする。残量レベルＡと残量レベルＢとでは、トナーカセット１２６ａ〜ｄ内に保持されているトナー残量が異なるため、それぞれの残量トナーにより印字可能な画素数も異なる。このため、残量レベルＡと残量レベルＢに対応してそれぞれ異なる所定の印字可能な画素数を予め設定しておく。残量レベルＢまたは残量レベルＡを検出後に印字を行った画素数が、それぞれの所定の設定値に到達した場合、トナーカセット内の全てのトナーが消費されたと判断して印字動作を停止し、トナーカセットの交換を促すエラーメッセージをＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に表示する。

ユーザによりトナーカセットが交換され、トナー残量が残量レベルＡ以上となったことを検出すると、エラーメッセージを解除して正常な印字動作を行う。

なお、各色ごとにそれぞれの画像形成部を有するタンデム方式のカラー画像形成装置は、例えば特開平７−２８２９４号公報に記載がある。
特開平７−２８２９４号公報

しかしながら、前述したような従来のトナーカセット内に保持されているトナー残量の検出技術では、装置内のトナーカセットそれぞれに対して発光手段と受光手段と光誘導手段が必要となるため、フルカラー化に伴ってトナーカセットが増加すると部品点数が増加し、コストの低減を図ることが困難であった。

また、各色のトナーカセットを同一高さで横方向に配列して、各色それぞれの光誘導手段を所定の高さ位置に直線状に配列すれば、それぞれのトナーカセットが共通の所定トナー残量となった状態を検出できるので、トナー残量検出後のエラー処理を各色共通に行って処理の簡略化が図れる反面、各色それぞれの光誘導手段の間隔が大きくなり、装置の小型化を図ることができなかった。一方、隣り合う各色の光誘導手段を上下方向に重ねて配置すれば、各色それぞれの光誘導手段の間隔を小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることができる反面、光誘導手段の上下配置によってトナーカセットの検出位置が異なるために検出されるトナー残量が異なり、トナー残量検出後のエラー処理を各色共通に行うことができず、複雑な処理を行っていた。

このように、従来のトナーカセット内に保持されているトナー残量の検出方式では、装置の小型化と制御の簡略化を両立することができないという問題点を有していた。

そこで、本発明は、装置の小型化と制御の簡略化を図ることのできるカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、トナー残量検出後のエラー処理処理の簡略化を図ることのできるカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のカラー画像形成装置は、感光体および当該感光体に形成された潜像をトナー画像として顕画化する現像手段を備えた複数の画像形成ステーションと、前記複数の画像形成ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記複数の画像形成ステーション内の前記感光体の各々に光を照射して潜像を形成する複数の露光手段とを有し、前記複数の画像形成ステーションに顕画化されたトナー画像を転写材に順次重ね合わせて合成像を形成するカラー画像形成装置であって、印字動作の制御を行う制御手段と、前記複数の画像形成ステーションに供給されるトナーを保持する複数のトナー保持手段と、前記トナー保持手段のそれぞれに対して光照射を行う複数の発光手段と、前記複数の発光手段から照射されて前記トナー保持手段を透過した照射光の少なくとも２種類以上を受光する受光手段と、前記複数の発光手段およびトナー保持手段と前記受光手段とを光学的に結合する光誘導手段と、前記受光手段の受光する受光量を電圧信号に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段が変換する変換ゲインを切り替えるゲイン切替手段とを有し、前記制御手段は、前記複数の発光手段を順次発光させ、前記トナー保持手段それぞれに対応して予め設定された前記ゲイン切替手段の変換ゲインの切り替えを行い、前記電圧変換手段が前記受光手段により受光した受光量から変換した電圧値に基づいて前記複数のトナー保持手段内のトナー残量を順次検出するようにしたものである。

本発明の好ましい形態において、前記電圧変換手段により変換した電圧値とそれに対応する前記トナー保持手段内に保持されているトナー残量との関係が全てのトナー保持手段に対して同一となるように、前記複数のトナー保持手段と前記光誘導手段とを配置する。

本発明によれば、トナー残量の検出を行う受光手段であるフォトトランジスタを２色ずつ共用化してトナー残量の検出を行っているので、コスト低減と装置の小型化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。

また、本発明によれば、各色のトナーカセットに対して検出するトナーの残量レベルを同等にしているので、検出時のトナー残量によって異なるエラー処理を各色に対して共通に行って処理の簡略化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、感光体および当該感光体に形成された潜像をトナー画像として顕画化する現像手段を備えた複数の画像形成ステーションと、複数の画像形成ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、複数の画像形成ステーション内の感光体の各々に光を照射して潜像を形成する複数の露光手段とを有し、複数の画像形成ステーションに顕画化されたトナー画像を転写材に順次重ね合わせて合成像を形成するカラー画像形成装置であって、印字動作の制御を行う制御手段と、複数の画像形成ステーションに供給されるトナーを保持する複数のトナー保持手段と、トナー保持手段のそれぞれに対して光照射を行う複数の発光手段と、複数の発光手段から照射されてトナー保持手段を透過した照射光の少なくとも２種類以上を受光する受光手段と、複数の発光手段およびトナー保持手段と受光手段とを光学的に結合する光誘導手段と、受光手段の受光する受光量を電圧信号に変換する電圧変換手段と、電圧変換手段が変換する変換ゲインを切り替えるゲイン切替手段とを有し、制御手段は、複数の発光手段を順次発光させ、トナー保持手段それぞれに対応して予め設定されたゲイン切替手段の変換ゲインの切り替えを行い、電圧変換手段が受光手段により受光した受光量から変換した電圧値に基づいて複数のトナー保持手段内のトナー残量を順次検出するするカラー画像形成装置であり、トナー残量の検出を行う受光手段であるフォトトランジスタを２色ずつ共用化してトナー残量の検出を行っているので、コスト低減と装置の小型化を図ることが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、電圧変換手段により変換した電圧値とそれに対応するトナー保持手段内に保持されているトナー残量との関係が全てのトナー保持手段に対して同一となるように、複数のトナー保持手段と光誘導手段とを配置するカラー画像形成装置であり、各色のトナーカセットに対して検出するトナーの残量レベルを同等にしているので、検出時のトナー残量によって異なるエラー処理を各色に対して共通に行って処理の簡略化を図ることが可能になるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。ここで、従来の技術と同一の構成については同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、装置の概略構成は既に説明した図７と同一である。

（実施の形態１）
図１は本発明のトナー保持手段内のトナー残量検出を行う制御系を示すブロック図、図２は本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置における発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図、図３は本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置において４色のトナー残量を検出する発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図、図４は本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置においてブラック、シアンのトナーカセット内のトナー残量検出処理を示すフローチャート、図５は本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置におけるゲイン切替手段の具体的な構成を示す回路図、図６は本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置におけるトナー残量検出後の処理を示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施の形態のカラー画像形成装置では、制御手段１００の制御信号により、ブラックに対応する発光手段１０１ａのみを点灯して放射光１０６ａを放射し、またゲイン切替手段１０７に設定されている電圧変換手段１０８の変換ゲインを予め設定されたブラックに対応する設定値に切り替える。

放射光１０６ａは、光誘導手段１０２ａによりブラックのトナー保持手段１０３ａに誘導されてこれを照射する。そして、トナー保持手段１０３ａを透過した放射光１０６ａは光誘導手段１０２ａにより誘導されて受光手段１０４ａに受光される。

電圧変換手段１０８は、ゲイン切替手段１０７で設定された変換ゲインで放射光１０６ａの受光量を電圧信号に変換する。これにより、変換された電圧値に基づいてトナー保持手段１０３ａ内に保持されているブラックトナーの残量を検出し、発光手段１０１ａを消灯する。

次に、シアンに対応する発光手段１０１ｂのみを点灯して放射光１０６ｂを放射し、またゲイン切替手段１０７に設定されている電圧変換手段１０８の変換ゲインを予め設定されたシアンに対応する設定値に切り替えて、ブラックトナーの残量検出と同様に、トナー保持手段１０３ｂ内のシアントナーの残量を受光手段１０４ａの受光量により検出し、発光手段１０１ｂを消灯する。

このように、制御手段１００は発光手段１０１ａと発光手段１０１ｂとを順次単独に発光させ、またゲイン切替手段１０７に設定されている電圧変換手段１０８の変換ゲインを各色に対応した設定値に切り替えて、共通の受光手段１０４ａが受光した受光量を電圧信号に変換し、変換した電圧値に基づいてトナー保持手段１０３ａとトナー保持手段１０３ｂ内のトナー残量を順次検出する。

発光手段１０１ａ，１０１ｂ、光誘導手段１０２ａ，１０２ｂ、受光手段１０４ａのそれぞれの配置は、図２に示すように、トナー保持手段であるブラックのトナーカセット１２６ａとシアンのトナーカセット１２６ｂの下部中間位置に受光手段１０４ａのフォトトランジスタ１１４ａを配置し、ブラックのトナーカセット１２６ａに対してフォトトランジスタ１１４ａの反対の位置にブラックの発光手段１０４ａである発光ダイオード１１１ａを配置し、シアンのトナーカセット１２６ｂに対してフォトトランジスタ１１４ａの反対の位置にシアンの発光手段１０４ｂである発光ダイオード１１１ｂを配置する。

ブラックの発光ダイオード１１１ａからの放射光１０６ａは、光誘導手段１０２ａを構成する第１反射ミラー１１２ａに反射してトナーカセット１２６ａに照射される。トナーカセット１２６ａを透過した放射光１０６ａは、さらに光誘導手段１０２ａを構成する第２反射ミラー１１３ａに反射してフォトトランジスタ１１４ａに受光され、発光ダイオード１１１ａとフォトトランジスタ１１４ａが光学的に結合される。

また、シアンの発光ダイオード１１１ｂからの放射光１０６ｂは、第１反射ミラー１１２ｂに反射してトナーカセット１２６ｂに照射される。トナーカセット１２６ｂを透過した放射光１０６ｂは、さらに第２反射ミラー１１３ｂに反射して、フォトトランジスタ１１４ａに受光され、発光ダイオード１１１ｂとフォトトランジスタ１１４ａが光学的に結合される。

したがって、フォトトランジスタ１１４ａは、ブラックの発光ダイオード１１１ａとシアンの発光ダイオード１１１ｂの両方に対して光学的に結合される。

図２においては、発光ダイオード１１１ａ，１１１ｂおよびフォトトランジスタ１１４ａがトナーカセット１２６ａ，１２６ｂの下部に配置されているが、下部以外の例えば横に配置した場合でも、反射ミラー１１２ａ，１１３ａ、反射ミラー１１２ｂ，１１３ｂの反射方向を変えて発光ダイオード１１１ａ，１１１ｂとフォトトランジスタ１１４ａを光学的に結合すれば同様に可能である。

マゼンタとイエローのトナーカセット１２６ｃ，１２５ｄについても、上記説明と同様に、発光ダイオード１１１ｃ，１１１ｄ、フォトトランジスタ１１４ｂ、反射ミラー１１２ｃ，１１３ｃ、および反射ミラー１１２ｄ，１１３ｄを用いて構成し、フォトトランジスタ１１４ｂをマゼンタの発光ダイオード１１１ｃとイエローの発光ダイオード１１１ｄの両方に対して光学的に結合する。

次に、各色のトナーカセット１２６ａ〜１２６ｄに対する放射光１０６ａ〜１０６ｄの照射位置と、トナーカセット１２６ａ〜１２６ｄ内のトナー残量の検出と制御について図３から図６を参照しながら説明する。

図３に示すように、予め決められた所定の残量レベルＡを全色に対して共通に検出するために、トナーカセット１２６ａ〜１２６ｄのトナー容量に応じてそれぞれを配置する高さを調整する。ブラックのトナー消費量は他色に比べて大きくなるため、ブラックのトナーカセット１２６ａのトナー容量を多色に比べて大きくし、所定の残量レベルＡと同じ高さ位置に反射ミラー１１２ａ，１１３ａを配置して放射光１０６ａを照射して、残量レベルＡの位置のブラックトナー１１５ａの有無を検出する。

一方、ブラック以外のトナーは消費量が比較的少ないため、トナーカセット１２６ｂ〜１２６ｄの容量も少なくカセットの大きさも小さいため、所定の残量レベルＡがブラックのトナーカセット１２６ａと異なる。そこで、トナーカセット１２６ｂ〜１２６ｄの高さ方向の位置を調整して、全色トナーカセット１２６ａ〜１２６ｄの残量レベルＡが同一高さに揃うように装置内に配置する。そして、ブラックと同様に、各色それぞれの第１反射ミラー１１２ａと第２反射ミラー１１３ａ、第１反射ミラー１１２ｂと第２反射ミラー１１３ｂ、第１反射ミラー１１２ｃと第２反射ミラー１１３ｃ、第１反射ミラー１１２ｄと第２反射ミラー１１３ｄを残量レベルＡと同じ高さの位置に直線状に配置する。

これにより、全色に共通して残量レベルＡと同じ高さ位置に放射光１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄが照射され、全色のトナーカセット１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄに対して共通に残量レベルＡの各色トナーの有無を検出することができる。

図４に示すように、制御手段１００は、フォトトランジスタ１１４ａによりブラックのトナーカセット１２６ａとシアンのトナーカセット１２６ｂ内のトナー残量を順次検出する。

まず、ブラックのトナー残量を検出するために、ブラックの発光ダイオード１１１ａを点灯し（Ｓ１）、ゲイン切替手段１０７に設定されている電圧変換手段１０８の変換ゲインを予め設定されたブラックに対応する設定値に切り替える（Ｓ２）。そして、トナーカセット１２６ａを透過した放射光１０６ａをフォトトランジスタ１１４ａで受光し、その受光量を変換ゲインの設定値に基づいて変換した電圧値を検出することで、ブラックのトナー残量を検出する（Ｓ３）。ブラックのトナー残量を検出後、ブラックの発光ダイオード１１１ａを消灯する（Ｓ４）。

続いて、シアンのトナー残量を検出するために、シアンの発光ダイオード１１１ｂを点灯し（Ｓ５）、ゲイン切替手段１０７に設定されている電圧変換手段１０８の変換ゲインを予め設定されたシアンに対応する設定値に切り替えて（Ｓ６）、トナーカセット１２６ｂを透過した放射光１０６ｂをブラックと共通のフォトトランジスタ１１４ａで受光し、その受光量を変換ゲイン設定値に基づいて変換した電圧値を検出することで、シアンのトナー残量を検出する（Ｓ７）。シアンのトナー残量を検出後、シアンの発光ダイオード１１１ｂを消灯する（Ｓ８）。

マゼンタのトナーカセット１２６ｃとイエローのトナーカセット１２６ｄ内のトナー残量についても、同様にして、マゼンタの発光ダイオード１１１ｃとイエローの発光ダイオード１１１ｄを順次に点灯と消灯を行い、共通のフォトトランジスタ１１４ｂにより順次検出する。

処理Ｓ３およびＳ７の動作について、さらに詳細に図５を用いて説明する。

図５に示すように、トナーカセット１２６ａを透過した放射光１０６ａをフォトトランジスタ１１４ａで受光すると、受光量に対応した光電流Ｉｃがコレクタ電流として通電され、光電流Ｉｃは電圧変換手段１０８の電源Ｖｃｃからゲイン切替手段１０７において設定された抵抗Ｒ１またはＲ２を介して供給される。

抵抗Ｒ１とＲ２の切り替えは、公知のアナログスイッチ等により制御手段１００の制御信号に基づいて切替制御を行う。

まず、ブラックのトナー残量を検出する場合、制御手段１００は、ゲイン切替手段１０７により抵抗Ｒ１に切り替える。これにより、電圧変換手段１０８からの出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ−Ｒ１×Ｉｃ
となる。したがって、フォトトランジスタ１１４ａでの受光量に対応した光電流Ｉｃが電圧値Ｖｏｕｔに変換されて出力される。ブラックのトナー残量が十分にあれば、光電流Ｉｃはほとんど流れないのでＶｏｕｔ＝Ｖｃｃとなるが、トナー残量が少なくなると光電流Ｉｃが増加してＶｏｕｔが低下するため、Ｖｏｕｔが所定の電圧値以下となったときにブラックトナー１１５ａが所定の残量レベルＡになったことを検出することができる。

次に、シアンのトナー残量を検出する場合、制御手段１００は、ゲイン切替手段１０７により抵抗Ｒ２に切り替える。これにより、電圧変換手段１０８からの出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ−Ｒ２×Ｉｃ
となる。ブラックと同様にして、Ｖｏｕｔが所定の電圧値以下となったときにシアンのトナー１１５ｂが所定の残量レベルＡになったことを検出することができる。シアンのトナーカセット１２６ｂはブラックのトナーカセット１２６ａに比べて小さく、トナーカセット１２６ａの幅も小さいため、発光ダイオード１１１ｂとフォトトランジスタ１１４ａ間の放射光１０６ｂの光路長が短くなるが、光電流Ｉｃは光路長の２乗に反比例するので、光電流Ｉｃが大きくなる。そこで、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ１に比べて小さくして、所定の残量レベルＡのトナー残量を検出時の出力電圧Ｖｏｕｔが、ブラックに対する出力電圧Ｖｏｕｔと同等になるように予め設定を行う。

マゼンタとイエローのトナー残量についても、上記のブラックとシアンに対する回路と同様に、電圧変換手段１０８からの出力電圧Ｖｏｕｔを検出して、所定の残量レベルＡになったことを検出することができる。

次に、各色のトナー残量検出後の処理は、図６に示すように、上記Ｓ１〜Ｓ８の処理を行って各色のトナー残量を検出後（Ｓ１０）、トナー残量が残量レベルＡ以下のトナーカセットがないか検出する（Ｓ１１）。

Ｓ１１において残量レベルＡ以下のトナーカセットが無ければ各色のトナー残量を継続して検出し（Ｓ１０）する。一方、Ｓ１１においていずれかのトナー残量が残量レベルＡ以下となった場合には、ＬＣＤ等の表示装置（図示せず）にトナー残量が少ないことを表示してユーザに情報を伝達する（Ｓ１２）。そして、残量レベルＡ以下を検出後に印字を行った画素数をカウントし（Ｓ１３）、カウント値があらかじめ設定された所定の画素数に到達したか判断し（Ｓ１４）、到達していなければ各色のトナー残量の検出（Ｓ１０）から処理を繰り返し行い、到達していれば印字後にトナーカセット内のトナーが全て消費されたと判断して印字動作を停止し、合わせてトナーカセットの交換を促すエラーメッセージをＬＣＤ等の表示装置（図示せず）に表示する（Ｓ１５）。あらかじめ設定された所定の画素数は、カウント開始からトナーカセット内のトナーが全て消費されるまでの画素数に対応して予め設定し、検出時のトナー残量を各色に共通して残量レベルＡとしているので、１つの設定値を４色に対して共通に適用することができる。

ユーザによりトナーカセットが交換されトナー残量が残量レベルＡ以上となったか検出を行い（Ｓ１６）、残量レベルＡ以上となった場合はエラーメッセージを解除して正常な印字動作を行うが（Ｓ１７）、残量レベルＡ以上にならなければエラーメッセージの表示と印字動作の停止状態を継続する（Ｓ１５）。

以上のように、本発明の実施の形態では、トナー残量の検出を行う受光手段であるフォトトランジスタを２色ずつ共用化してトナー残量の検出を行っているので、コスト低減と装置の小型化を図るとともに、各色のトナーカセットに対して検出するトナーの残量レベルを同等にしているので、検出時のトナー残量によって異なるエラー処理を各色に対して共通に行って処理の簡略化を図ることが可能になる。

装置内の各種印字動作の制御を行う制御手段と、トナーを保持する複数のトナー保持手段と、トナー保持手段のそれぞれに対して光照射を行う複数の発光手段と、複数の発光手段から照射されてトナー保持手段を透過した照射光の少なくとも２種類以上を受光する受光手段と、複数の発光手段およびトナー保持手段と受光手段とを光学的に結合する光誘導手段と、受光手段の受光する受光量を電圧信号に変換する電圧変換手段と、電圧変換手段が変換する変換ゲインを切り替えるゲイン切替手段によって、複数の発光手段を順次発光し、発光手段それぞれに対応して予め設定されたゲイン切替手段の変換ゲインの切り替えを行い、電圧変換手段が受光手段により受光した受光量から変換した電圧値に基づいて、複数のトナー保持手段内のトナー残量を順次検出するもので、受光手段を共用化してコスト低減と装置の小型化を図るという効果を奏し、また、複数のトナー保持手段に対して同等のトナー残量を検出することでトナー残量検出後のエラー処理を共通に行って処理の簡略化を図るという効果との両立が必要なカラー画像形成装置の用途に適用できるものである。

本発明のトナー保持手段内のトナー残量検出を行う制御系を示すブロック図本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置における発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置において４色のトナー残量を検出する発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置においてブラック、シアンのトナーカセット内のトナー残量検出処理を示すフローチャート本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置におけるゲイン切替手段の具体的な構成を示す回路図本発明の実施の形態１のカラー画像形成装置におけるトナー残量検出後の処理を示すフローチャート従来のカラー画像形成装置の構成を示す概略図従来のトナー保持手段のトナー残量検出を行う制御系を示すブロック図従来の発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図従来のトナー残量が所定の量以上の場合におけるの発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図従来のトナー残量が所定の量以下の場合におけるの発光手段と光誘導手段と受光手段の配置を示す説明図トナーの残量レベルＡと同じ高さ位置に各色の反射ミラーを配置した場合の配置を示す説明図隣り合う各色の反射ミラーを上下方向に重ねて配置した場合の配置を示す説明図

符号の説明

１００制御手段
１０１ａ〜１０１ｄ発光手段
１０２ａ〜１０２ｄ光誘導手段
１０３ａ〜１０３ｄトナー保持手段
１０４ａ〜１０４ｄ受光手段
１０７ゲイン切替手段
１０８電圧変換手段
１１１ａ〜１１１ｄ発光ダイオード
１１２ａ〜１１２ｄ第１反射ミラー
１１３ａ〜１１３ｄ第２反射ミラー
１１４ａ〜１１４ｄフォトトランジスタ
１１５ａ〜１１５ｄトナー
１２０ａ〜１２０ｄ感光体
１２６ａ〜１２６ｄトナー保持手段（トナーカセット）

Claims

感光体および当該感光体に形成された潜像をトナー画像として顕画化する現像手段を備えた複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記複数の画像ステーション内の前記感光体の各々に光を照射して潜像を形成する複数の露光手段とを有し、前記複数の画像ステーションに顕画化されたトナー画像を転写材に順次重ね合わせて合成像を形成するカラー画像形成装置であって、
印字動作の制御を行う制御手段と、
前記複数の画像ステーションに供給されるトナーを保持する複数のトナー保持手段と、
前記トナー保持手段のそれぞれに対して光照射を行う複数の発光手段と、
前記複数の発光手段から照射されて前記トナー保持手段を透過した照射光の少なくとも２種類以上を受光する受光手段と、
前記複数の発光手段およびトナー保持手段と前記受光手段とを光学的に結合する光誘導手段と、
前記受光手段の受光する受光量を電圧信号に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段が変換する変換ゲインを切り替えるゲイン切替手段とを有し、
前記制御手段は、前記複数の発光手段を順次発光させて前記トナー保持手段それぞれに対応して予め設定された前記ゲイン切替手段の変換ゲインの切り替えを行い、前記電圧変換手段が前記受光手段により受光した受光量から変換した電圧値に基づいて前記複数のトナー保持手段内のトナー残量を順次検出する、
ことを特徴とするカラー画像形成装置。
前記電圧変換手段により変換した電圧値とそれに対応する前記トナー保持手段内に保持されているトナー残量との関係が全てのトナー保持手段に対して同一となるように、前記複数のトナー保持手段と前記光誘導手段とを配置することを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。