JP2010186072A

JP2010186072A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010186072A
Application number: JP2009030439A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Ishii; 俊介石井; Satoru Suzuki; 悟鈴木; Keigo Nakajima; 敬悟中島
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】カートリッジの初期容量に応じて適切な劣化状態まで現像剤を使用できるようにする画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、トナーＴの初期容量が異なる複数種類の現像カートリッジ５Ｂが着脱可能であり、現像カートリッジ５Ｂ内のトナーＴの量を光学的に検出するように構成されている。画像形成装置は、発光素子８１と、受光素子８２と、受光素子８２の受光信号に基づいて現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する判定部１１０と、装着された現像カートリッジ５Ｂの初期容量を検出する検出手段２００と、検出手段２００で検出した現像カートリッジ５Ｂの初期容量に応じて発光素子８１の発光時間を変更する発光時間変更部１５０とを備えている。発光時間変更部１５０は、初期容量が少ない現像カートリッジ５Ｂの発光時間の方が相対的に短くなるように発光素子８１の発光時間を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学式の現像剤残量検知手段を用いて、装着されるカートリッジの交換時期を判定可能な画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置には、トナーを収容したカートッジを着脱可能に備え、カートリッジ内のトナーを感光体に供給して画像形成を行うものがある。このような画像形成装置では、カートリッジの側壁に対向する一対の光透過窓を設け、一方の光透過窓から入射した光を他方の光透過窓から検知することで得られる受光信号に基づいてカートリッジ内のトナーの量を推定する構成が用いられることがある（特許文献１参照）。

ところで、カートリッジ内のトナーは、繰り返し撹拌されることで徐々に劣化（帯電性能が低下）し、所定の印字枚数を超えると初期の帯電性能が得られなくなって、形成される画像の質が低下する。したがって、良好な画像を形成するためには、カートリッジ内のトナーをすべて使い切らずに、所定量残す必要がある。

特開２００１−００５２７６号公報

一方、カートリッジは、トナーの初期容量が異なる複数種類、例えば、大容量タイプと小容量タイプの２種類が設定され、販売されることが多い。しかし、従来の画像形成装置では、トナーの初期容量に拘わらず、トナーの量が一定量以下になったときにカートリッジの交換時期であると判定していた。

トナーの劣化の状態はおよそカートリッジの使用時間に応じるため、同じトナー残量であっても、大容量タイプに比較すると、小容量タイプの残トナーは画像の質を低下させるほど劣化が進行していない。そのため、トナーの初期容量に拘わらず、トナーの量が一定量以下になったときに交換時期であると判定すると、小容量タイプでは、残トナーが未だ使用に耐え得るにも拘わらず交換時期と判定してしまい、トナーを有効に使用できないという問題があった。

本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、カートリッジの初期容量に応じて適切な劣化状態まで現像剤を使用できるようにする画像形成装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、現像剤の初期容量が異なる複数種類のカートリッジが着脱可能であり、カートリッジ内の現像剤の量を光学的に検出するように構成された画像形成装置であって、カートリッジ内に光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射されてカートリッジ内を通った光を受光する受光素子と、前記受光素子の受光信号に基づいてカートリッジの交換時期を判定する判定手段と、装着されたカートリッジの初期容量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出したカートリッジの初期容量に応じて前記発光素子の発光時間を変更する発光時間変更手段とを備え、前記発光時間変更手段は、初期容量が少ないカートリッジの発光時間の方が相対的に短くなるように前記発光素子の発光時間を変更することを特徴とする。

ここで、初期容量に応じて発光素子の発光時間を変更するとは、初期容量に応じて個別に発光時間を変更する場合のほか、初期容量の範囲に応じて発光時間を変更する場合を含む。具体的には、例えば、装着可能なカートリッジが３種類ある場合において、初期容量が一の範囲に含まれる２つは発光時間を同じとし、初期容量が別の範囲に含まれる残り１つは発光時間を異なるようにする形態を含む。

このように構成された画像形成装置によれば、初期容量が少ないカートリッジの発光時間を相対的に短くなるように変更することで、受光素子が光を受光する時間を相対的に短くすることができる。言い換えると、受光素子が光を受光しない時間を相対的に長くすることができる。カートリッジ内の現像剤の量を光学的に検出するように構成された画像形成装置において、受光素子が光を受光しない時間が長くなると、カートリッジ内に十分な現像剤があると判定される。

これにより、トナーの初期容量に拘わらずトナーの量が一定量以下になったときに交換時期であると判定する従来の構成と比較して、初期容量が少ないカートリッジが交換時期であると判定されるまでに要する時間を長くすることができる。その結果、初期容量が少ないカートリッジの使用期間を長くすることができるので、従来は有効に使用できなかった初期容量が少ないカートリッジ内の現像剤を適切な劣化状態まで使用できるようにすることができる。

また、本発明の画像形成装置は、現像剤の初期容量が異なる複数種類のカートリッジが着脱可能であり、カートリッジ内の現像剤の量を光学的に検出するように構成された画像形成装置であって、カートリッジ内に光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射されてカートリッジ内を通った光を受光する受光素子と、前記受光素子の受光信号に基づいてカートリッジの交換時期を判定する判定手段と、装着されたカートリッジの初期容量を検出する検出手段とを備え、前記判定手段は、前記検出手段で検出したカートリッジの初期容量に応じて、前記受光信号からサンプリングする一定時間内のサンプリング点の数を、初期容量が少ないカートリッジの方が相対的に小さくなるように変更することを特徴とする。

ここで、初期容量に応じてサンプリング点の数を変更するとは、初期容量に応じて個別にサンプリング数を変更する場合のほか、初期容量の範囲に応じてサンプリング数を変更する場合を含む。具体的には、例えば、装着可能なカートリッジが３種類ある場合において、初期容量が一の範囲に含まれる２つはサンプリング数を同じとし、初期容量が別の範囲に含まれる残り１つはサンプリング数を異なるようにする形態を含む。

このように構成された画像形成装置によれば、初期容量が少ないカートリッジの一定時間内のサンプリング点の数を相対的に小さくなるように変更する（相対的に減らす）ことで、受光素子が光を受光しない時間を長くしているのと同様の効果を得ることができる。これにより、前記したように、初期容量が少ないカートリッジの使用期間を長くすることができるので、従来は有効に使用できなかった初期容量が少ないカートリッジ内の現像剤を適切な劣化状態まで使用できるようにすることができる。

本発明の画像形成装置によれば、カートリッジの初期容量に応じて受光素子が光を受光しない時間を結果的に変更することになるので、適切な劣化状態まで現像剤を使用できるようにすることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の一例としてのレーザプリンタの断面図である。現像カートリッジの拡大断面図である。現像カートリッジ周辺の構成を示す図２のIII−III断面図である。受光素子の出力電圧値を示すタイムチャートである。（ａ）〜（ｄ）はアジテータの動作とトナーの動きを説明するための断面図である。制御装置による交換時期判定のフローチャートである。発光素子をパルス発光させた場合の受光素子の出力電圧値を示すタイムチャートである。本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。第２実施形態における交換時期の判定方法を説明するための受光素子の出力電圧値のタイムチャートである。

＜レーザプリンタの概略構成＞
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、方向はレーザプリンタを使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における左側を「前」、右側を「後」とし、手前側を「右」、奥側を「左」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に、用紙Ｐを供給する給紙部３と、露光装置４と、用紙Ｐ上にトナー像を転写するプロセスユニット５と、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱定着させる定着装置６とを主に備えている。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、用紙Ｐを収容する給紙トレイ３１と、用紙Ｐの前側を持ち上げる用紙押圧板３２およびリフトレバー３３と、ピックアップローラ３４と、給紙ローラ３５と、給紙パッド３６と、レジストローラ３７とを主に備えている。給紙トレイ３１内の用紙Ｐは、リフトレバー３３と用紙押圧板３２によってピックアップローラ３４に寄せられ、ピックアップローラ３４によって送り出される。送り出された用紙Ｐは、給紙ローラ３５と給紙パッド３６によって１枚ずつ分離され、レジストローラ３７を通り、感光体ドラム５１と転写ローラ５３との間に向けて搬送される。

露光装置４は、本体筐体２内の上部に設けられ、図示しないレーザ発光部と、回転駆動するポリゴンミラー４１と、レンズ４２，４３と、反射鏡４４，４５とを主に備えている。レーザ発光部から出射された画像データに基づくレーザ光（鎖線参照）は、ポリゴンミラー４１、レンズ４２、反射鏡４４、レンズ４３、反射鏡４５の順に反射または通過して、感光体ドラム５１の表面上に高速走査にて照射される。

プロセスユニット５は、露光装置４の下方に配置され、本体筐体２に設けられたフロントカバー２１を開いたときにできる開口から本体筐体２に対して着脱可能に装着される構成となっている。このプロセスユニット５は、感光体ユニット５Ａと、カートリッジの一例としての現像カートリッジ５Ｂとから構成されている。

感光体ユニット５Ａは、感光体フレーム５０Ａ内に、感光体ドラム５１と、帯電器５２と、転写ローラ５３とを主に備えている。また、現像カートリッジ５Ｂは、感光体ユニット５Ａに対して着脱可能に装着される構成となっており、現像フレーム５０Ｂ内に、現像ローラ５４と、供給ローラ５５と、層厚規制ブレード５６とを主に備え、現像剤の一例としてのトナーを収容するトナー収容室５８を有する。

プロセスユニット５では、感光体ドラム５１の表面が、帯電器５２により一様に帯電された後、露光装置４からのレーザ光の高速走査によって露光されることで、感光体ドラム５１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容室５８内のトナーは、供給ローラ５５を介して現像ローラ５４に供給され、現像ローラ５４と層厚規制ブレード５６との間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ５４上に担持される。

現像ローラ５４上に担持されたトナーは、現像ローラ５４から感光体ドラム５１上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム５１上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム５１と転写ローラ５３との間を用紙Ｐが搬送されることで感光体ドラム５１上のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。

定着装置６は、プロセスユニット５の後方に設けられ、加熱ローラ６１と、加熱ローラ６１との間で用紙Ｐを挟持する加圧ローラ６２とを主に備えている。用紙Ｐに転写されたトナー像は、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２との間を用紙Ｐが搬送されることで熱定着される。トナー像が熱定着された用紙Ｐは、定着装置６から排出経路２３に搬送され、排出経路２３から排出ローラ２４によって排紙トレイ２２上に排出される。

＜現像カートリッジの交換時期の判定＞
次に、現像カートリッジ５Ｂの交換時期の判定について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、まず交換時期の判定に拘わる現像カートリッジ５Ｂおよび本体筐体２の構成について説明した後、本実施形態の交換時期の判定について説明する。

（現像カートリッジの構成）
レーザプリンタ１に装着可能な現像カートリッジ５Ｂには、トナーの初期容量が異なる２種類のタイプがある。具体的には、例えば、印字可能枚数が６０００枚に設定された大容量タイプと、印字可能枚数が３０００枚に設定され、大容量タイプよりもトナーの初期容量が少ない小容量タイプである。なお、各タイプの現像カートリッジ５Ｂは、トナー収容室５８内に収容されるトナーＴの初期容量が異なるだけであり、構成は略同一である。

図２に示すように、現像カートリッジ５Ｂは、現像フレーム５０Ｂによって、供給ローラ５５などが配置される現像室５７と、トナーＴが収容されるトナー収容室５８とに区画されている。現像室５７とトナー収容室５８とは、連通部５９によって連通している。この連通部５９は、供給ローラ５５のローラ部分の軸方向における略全幅にわたって形成されており、トナーＴは、連通部５９を介して現像室５７とトナー収容室５８との間を相互に行き来できるようになっている。

トナー収容室５８には、回転することでトナーＴを撹拌するアジテータ７０が配置されている。また、図３に示すように、トナー収容室５８（現像フレーム５０Ｂ）の側壁５０Ｌ，５０Ｒには、左右方向において対向する透明な光透過窓６０（光透過部）が設けられている。

図２に示すように、アジテータ７０は、回転支軸７１と、シート取付部７２と、シート部材７３と、ワイパー取付部７４と、ワイパー７５とから主に構成されている。
回転支軸７１は、現像ローラ５４および供給ローラ５５の軸方向（左右方向）に沿って延びる軸であり、その両端が現像フレーム５０Ｂの側壁５０Ｌ，５０Ｒ（図２では一方のみ図示）に回転可能に支持されている。

シート取付部７２は、回転支軸７１から径方向外側に延びるように形成されており、その先端にシート部材７３が貼着などによって固定されている。
シート部材７３は、アジテータ７０の回転によって、先端がトナー収容室５８の底壁などに摺接しながらトナーＴを撹拌し、さらに現像室５７に向けて搬送する可撓性のシート状部材である。

ワイパー取付部７４は、回転支軸７１の軸方向両端付近にそれぞれ１箇所ずつ設けられている（図３参照）。このワイパー取付部７４は、側面から見て、シート取付部７２の回転方向後方において、シート取付部７２に対して略直角となる位置に、回転支軸７１から径方向外側に延びるように形成されている。ワイパー取付部７４には、回転支軸７１の軸方向外側の面にワイパー７５が貼着などによって固定されている。

ワイパー７５は、図３に示すように、光透過窓６０に摺接して光透過窓６０に付着したトナーＴを拭き取る部材であり、ウレタンゴムなどの可撓性を有する材料から形成されている。なお、図３はワイパー７５が光透過窓６０と摺接するときの位置を示している。

このように構成されるアジテータ７０は、回転支軸７１に対して、本体筐体２内に設けられたモータＭから回転駆動力が付与されることで、トナー収容室５８内を図２の反時計回り方向に回転し、シート部材７３によってトナーＴを撹拌・搬送する。

（本体筐体の構成）
図３に示すように、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に、発光素子８１と、受光素子８２と、判定手段および発光時間変更手段の一例としての制御装置１００と、装着された現像カートリッジ５Ｂの初期容量を検出する検出手段２００と、ユーザにメッセージを報知する報知手段３００とを備えている。

発光素子８１と受光素子８２とは、本体筐体２に装着された現像カートリッジ５Ｂの一対の光透過窓６０を挟むようにして対向して配置されている。このような発光素子８１および受光素子８２としては、公知の光センサを採用することができる。

図３に破線で示すように、発光素子８１から出射された光は、一方の光透過窓６０を通って現像カートリッジ５Ｂ（トナー収容室５８）内に入り、他方の光透過窓６０を通って受光素子８２で受光される。発光素子８１は、制御装置１００から入力される発光信号によって発光時間が変更可能な素子である。受光素子８２は、受光した光の強度に応じて出力電圧値が変化する素子であり、光を受光することで図４に示すような受光信号を制御装置１００に出力する。

ここで、受光信号について図４および図５を参照しながら説明する。本実施形態では、受光した光の強度が最小のときに出力電圧値が最大となり、受光した光の強度が最大のときに出力電圧値が最小となる受光素子８２を採用しているため、図４において、出力電圧値が大きいほど受光した光の強度が小さく、出力電圧値が小さいほど受光した光の強度が大きくなる。なお、図４は、発光素子８１を連続発光させた場合の受光信号であり、「Ｖ０」は、受光素子８２が光を受光していない状態における出力電圧値（受光した光の強度が最小のときの出力電圧値）である。

図５（ａ）に示すように、アジテータ７０の回転によってシート部材７３がトナー収容室５８の底壁に摺接しながらトナーＴを掻き集め現像室５７側に搬送する過程において、掻き集められたトナーＴが光透過窓６０を完全に覆うと、受光素子８２はほぼ光を受光していない状態となるので、出力電圧値は最大となる（図４ではＶ０付近で推移する）（領域ＳＡ）。

図５（ｂ）に示すように、アジテータ７０の回転によってシート部材７３が一対の光透過窓６０の間を通過すると、シート部材７３に搬送されることで一対の光透過窓６０の間のトナーＴの量が急激に減るので、受光素子８２が受光する光の強度が急激に強くなる。これにより、出力電圧値は急激に小さくなる（領域ＳＢ）。

領域ＳＢの時点では、光透過窓６０にトナーＴが付着しているが、図５（ｃ）に示すように、ワイパー７５によって光透過窓６０に付着したトナーＴが拭き取られることで、受光素子８２が受光する光の強度が最大となるので、出力電圧値は最小となる（領域ＳＣ）。

図５（ａ）〜（ｃ）の過程で、トナーＴは現像室５７内に溜まるが、図５（ｄ）に示すように、その一部が崩れることで、トナーＴは連通部５９を通ってトナー収容室５８内に流れ込んでくる。この流れ込んだトナーＴが、光透過窓６０の少なくとも一部を覆うことにより、受光素子８２が受光する光の強度が小さくなるので、出力電圧値は大きくなる（領域ＳＤ）。

その後、図２に示すように、シート部材７３がトナー収容室５８の上壁や前壁に摺接している間は、光透過窓６０付近のトナーＴの移動量が小さいので出力電圧値は略一定のレベルで推移する（領域ＳＥ）。そして、シート部材７３がトナー収容室５８の底壁に溜まったトナーＴに入り込んで、トナー収容室５８の底壁に摺接しながらトナーＴを徐々に掻き集め現像室５７側に搬送することで、トナーＴによって光透過窓６０が徐々に覆われるので出力電圧値は大きくなっていき（領域ＳＦ）、光透過窓６０が完全に覆われることで出力電圧値は最大となる（領域ＳＡ）。

なお、受光信号における各領域の時間的な割合は現像カートリッジ５Ｂ内のトナーＴの残量に応じて変化する。すなわち、トナーＴの残量が多いと、ワイパー７５によって光透過窓６０に付着したトナーＴが拭き取られても、直後に大量のトナーＴが流れ込んで光透過窓６０を覆うので領域ＳＣの時間が短くなる。また、現像カートリッジ５Ｂ内を光が通りにくいので、領域ＳＥの出力電圧値が全体的に大きくなる。

ちなみに、現像カートリッジ５Ｂを交換した直後など、トナーＴの量が十分に多い場合には、シート部材７３が現像室５７にトナーＴを搬送した直後からトナーＴがトナー収容室５８に流れ込んで光透過窓６０を覆うので、領域ＳＢの出力電圧値が全体的に大きくなるとともに、領域ＳＣがほぼなくなる。

一方、トナーＴの残量が少なくなってくると、領域ＳＣの時間が徐々に長くなるとともに、領域ＳＤ，ＳＥの時間が短くなる。また、現像カートリッジ５Ｂ内を光が通りやすくなるので、領域ＳＡ，ＳＥの出力電圧値が全体的に小さくなる。

図３に示すように、制御装置１００は、判定部１１０や発光時間変更部１５０などを有している。この制御装置１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力回路などを備え、受光素子８２や検出手段２００から情報が入力され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することで各部の機能を実現する。

判定部１１０は、受光素子８２から入力された受光信号に基づいて現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する。交換時期の判定の一例を簡単に説明すると、図４に示すように、まず、１個または複数個の周期（１周期はアジテータ７０が１回転する時間であり、図４では４周期）が含まれる一定時間ＴＡ内において、出力電圧値が予め設定された受光基準値Ｖ１を超えた時間（図４では出力電圧値がＶ１を下回る時間）を算出する。次に、一定時間ＴＡに占める、出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えた時間の割合を算出する。そして、予め設定された判定閾値と比較して、算出した割合が判定閾値を超えた場合に現像カートリッジ５Ｂが交換時期であると判定する。

例えば、一定時間ＴＡに占める、出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えた時間の割合が１３％であり、判定閾値が１２％に設定されていた場合には、出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えた時間の割合が判定閾値を超えるので、判定部１１０は、現在装着されている現像カートリッジ５Ｂの交換時期であると判定する。

なお、出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えたか否かの判定方法は特に限定されない。例えば、一定時間内の受光信号を微小な時間に区切って単位時間ごとに出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えたか否か判定してもよいし、一定時間内の受光信号を連続的にモニタリングして出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超えたか否か判定してもよい。また、一定時間ＴＡ内の受光信号から、所定時間ごとに出力電圧値をいわば点として取得（サンプリング）し、所定時間ごとの出力電圧値（各サンプリング点）が受光基準値を超えたか否かを判定してもよい。この場合は、全サンプリング点の数に占める、判定基準値を超えたサンプリング点の数の割合を算出し、この割合が判定閾値を超えたか否かで交換時期を判定することができる。

発光時間変更部１５０は、後述する検出手段２００で検出した現像カートリッジ５Ｂの初期容量（大容量タイプであるか、小容量タイプであるか）に応じて発光素子８１の発光時間を変更する。詳細には、小容量タイプの発光時間の方が短くなるように発光素子８１の発光時間を変更する。

具体的に、発光時間変更部１５０は、大容量タイプが装着されている場合には発光素子８１を連続発光させ、小容量タイプが装着されている場合には発光素子８１を所定の発光間隔でパルス発光させる。なお、発光時間（例えば、パルス発光の発光間隔など）は、予め試験などを行うことで、現像カートリッジ５Ｂの初期容量やトナーＴの劣化時間などの相関関係を求めておき、この相関関係に基づいて設定することができる。発光素子８１の発光時間を短くした場合の作用については後述する。

検出手段２００は、本体筐体２に装着されている現像カートリッジ５Ｂが、大容量タイプであるか小容量タイプであるかを検出し、その結果を発光時間変更部１５０に出力するものである。このような検出手段２００は、本体筐体２に装着されている現像カートリッジ５Ｂの仕様を検知する公知の構成を広く採用することができる。例えば、現像カートリッジ５Ｂに設けられたＩＣチップなどから初期容量の情報を読み取る装置や、検知状態の変化により装着された現像カートリッジ５Ｂの初期容量を検出するセンサなどを採用することができる。

報知手段３００は、レーザプリンタ１を使用するユーザに対してメッセージを報知するものである。本実施形態では、報知手段３００は、判定部１１０が「現像カートリッジ５Ｂの交換時期である」と判定した場合に、その旨のメッセージをユーザに対して報知する。このような報知手段３００としては、例えば、文字や絵などでメッセージを報知する液晶ディスプレイや、音でメッセージを報知するスピーカ、光の点滅でメッセージを報知するランプなどを採用することができる。また、液晶ディスプレイ、スピーカ、ランプなどを２つ以上組み合わせた報知手段を採用してもよい。

（現像カートリッジの交換時期の判定）
次に、本実施形態における現像カートリッジ５Ｂの交換時期の判定および発光素子８１の発光時間を短くした場合の作用について、適宜図面を参照しながら説明する。
図６に示すように、制御装置１００（発光時間変更部１５０）は、まず、検出手段２００で検出された現像カートリッジ５Ｂのタイプ（初期容量）の情報に基づいて、本体筐体２に装着されている現像カートリッジ５Ｂが小容量タイプであるか、大容量タイプであるかを判定する（ステップＳ１１０）。

大容量タイプである場合（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、制御装置１００（発光時間変更部１５０）は、発光素子８１を連続発光させる（ステップＳ１２１）。一方、小容量タイプである場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）には、制御装置１００（発光時間変更部１５０）は、発光素子８１をパルス発光させる（ステップＳ１２２）。

その後、制御装置１００（判定部１１０）は、現像カートリッジ５Ｂの交換時期であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。そして、交換時期であると判定する場合（ステップＳ１３０，Ｙｅｓ）には、報知手段３００にその旨のメッセージを報知させ（ステップＳ１４０）、交換時期であると判定しない場合（ステップＳ１３０，Ｎｏ）には、交換時期の判定を終了する。

図７に示すように、発光素子８１をパルス発光させる（発光素子８１の発光時間を短くする）と、発光素子８１が発光していないとき（ＯＦＦ時）の出力電圧値がＶ０となる。そうすると、一定時間ＴＡ内に占める、出力電圧値が受光基準値Ｖ１を超える時間の割合が、図４に示す発光素子８１を連続発光させた場合と比較して小さくなるので、当該割合が判定閾値を超えるまでに要する時間を長くすることができる。その結果、現像カートリッジ５Ｂが交換時期であると判定されるまでに要する時間を長くすることができる。

このように、小容量タイプが装着されているときに発光素子８１の発光時間を、大容量タイプと比較して短くなるように変更することで、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂが交換時期であると判定されるまでに要する時間を長くすることができる。これにより、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂの使用期間を長くすることができる。

前記したように、大容量タイプにおいて交換時期と判定されるトナーＴの残量と同じ残量であっても、小容量タイプの残トナーＴは画像の質を低下させるほど劣化が進行していない。したがって、発光素子８１の発光時間を短くして小容量タイプの使用期間を長くすることで、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂ内のトナーＴを適切な劣化状態まで使用できるようにすることができる。

これによれば、小容量タイプのトナーＴを有効に利用することができるようになるので、小容量タイプの印字可能枚数を増やすことが可能となる。また、印字可能枚数を例えば３０００枚のままにして、小容量タイプに収容するトナーＴの量（トナーＴの初期容量）を減らすことが可能となる。

なお、本実施形態では、大容量タイプ装着時に発光素子８１を連続発光させ、小容量タイプ装着時に発光素子８１を所定の発光間隔でパルス発光させる構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、大容量タイプ装着時に発光素子８１を第１の発光間隔でパルス発光させ、小容量タイプ装着時に発光素子８１を第１の発光間隔より発光時間が短くなる第２の発光間隔でパルス発光させる構成としてもよい。

また、レーザプリンタ１に装着可能な現像カートリッジ５Ｂが、大容量タイプ、中容量タイプ、小容量タイプと３種類ある場合において、大容量タイプ装着時に発光素子８１を連続発光させ、中容量タイプ装着時に発光素子８１を第１の発光間隔でパルス発光させ、小容量タイプ装着時に発光素子８１を第１の発光間隔より発光時間が短くなる第２の発光間隔でパルス発光させる構成としてもよい。

本実施形態では、発光時間を変更する（短くする）方法として、発光素子をＯＦＦとする（発光させない）例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、発光素子を弱い光で発光させてもよい。これによれば、カートリッジ内を通過して受光素子で受光されたときの出力電圧値が受光基準値を超えないので、実質的には発光素子を発光させない場合と同様の効果を得ることができる。なお、弱い光とは、発光素子と受光素子との間にカートリッジがない状態において、受光素子の出力電圧値が受光基準値を超えない強度の光である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、発光素子８１の発光時間を変更する代わりに、受光信号から取得する一定時間内の出力電圧値（サンプリング点。図９に示す黒丸「●」および白丸「○」）の数を変更する形態である。なお、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略することとする。

図８に示すように、本実施形態に係るレーザプリンタ１は、本体筐体２内に、発光素子８１と、受光素子８２と、現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する判定手段１６０と、検出手段２００と、報知手段３００とを備えている。

判定手段１６０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力回路などを備えて構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムやデータ、受光素子８２や検出手段２００からの出力などに基づいて現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する。

この判定手段１６０による交換時期の判定の基本的な流れを説明すると、図９に示すように、まず、一定時間ＴＡ内の受光信号から、時間ＴＢごとに出力電圧値を取得（サンプリング）する。そして、取得した出力電圧値（サンプリング点の出力電圧値）が予め設定された受光基準値Ｖ１を超えたか否かを判定する。具体的には、例えば、サンプリング点の出力電圧値がＶ１を超えない場合（Ｖ１より大きい場合）を「０」と判定し、Ｖ１を超える場合（Ｖ１より小さい場合）を「１」と判定する。

その後、全サンプリング点の数（図９では４０個）に対して、「１」と判定されたサンプリング点の数（図９では８個）の割合を算出する。そして、予め設定された判定閾値と比較して、算出した割合が判定閾値を超えた場合に現像カートリッジ５Ｂが交換時期であると判定する。例えば、図９に示す状態のときには、受光基準値Ｖ１を超えた割合が８÷４０×１００＝２０％となるので、仮に判定閾値が１２％に設定されていた場合には、算出した割合が判定閾値を超えるので、交換時期であると判定される。

本実施形態の判定手段１６０は、交換時期を判定するときに、検出手段２００で検出した現像カートリッジ５Ｂの初期容量に応じて、受光信号からサンプリングする一定時間ＴＡ内のサンプリング点の数を、小容量タイプの方が小さく（少なく）なるように変更する。具体的には、大容量タイプが装着されている場合には前記したように一定時間ＴＡ内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点（４０個）をサンプリングし、小容量タイプが装着されている場合には一定時間ＴＡ内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点のうちから一定の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングする。

ここで、一定の割合は、例えば、１つのサンプリング点を取得したら次の１つのサンプリング点は取得しない場合や、４つサンプリング点を取得したら次の１つのサンプリング点は取得しない場合、３つのサンプリング点を取得したら次の２つのサンプリング点は取得しない場合などのような規則的なものとすることができる。また、一定時間ＴＡを区切り、この区切った時間内で取得可能なすべてのサンプリング点の内からランダムに例えば１０％は取得しないというような不規則的なものとしてもよい。

なお、本実施形態では、一定の割合として、４つサンプリング点を取得したら次の１つのサンプリング点は取得しない場合を図９に示している。具体的には、小容量タイプが装着されている場合において、一定時間ＴＡ内にサンプリングされるサンプリング点を「●」で示し、間引かれるサンプリング点を「○」で示している。

図９に示すように、一定の割合でサンプリング点を間引いて（○を除いて）サンプリングすることで、間引かれた部分は、受光素子８２が光を受光していない状態と同じ意味を持つことになる。これによれば、前記第１実施形態のように、発光素子８１の発光時間を短くして、受光素子８２が光を受光しない時間を長くすることと同様の効果を得ることができる。

すなわち、小容量タイプが装着されているときにサンプリング点を間引いて（減らして）サンプリングすることで、一定時間ＴＡ内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点の数（４０個）に占める、受光基準値Ｖ１を超える（「１」と判定された）サンプリング点の数の割合を、すべてのサンプリング点をサンプリングした場合と比較して小さくすることができる。その結果、受光基準値Ｖ１を超えるサンプリング点の数の割合が、判定閾値を超えるまでに要する時間を長くすることができる

具体的には、小容量タイプ装着時にサンプリングされるサンプリング点（●）のうち、受光基準値Ｖ１を超えるサンプリング点の数（４個）の割合が４÷４０×１００＝１０％となるので、判定閾値が１２％に設定されていた場合には、算出した割合が判定閾値を超えず、交換時期であるとは判定されない。

これにより、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂが交換時期であると判定されるまでに要する時間を長くすることができるので、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂの使用期間を長くすることができる。その結果、小容量タイプの現像カートリッジ５Ｂ内のトナーＴを適切な劣化状態まで使用できるようにすることができる。

なお、本実施形態では、大容量タイプ装着時に一定時間ＴＡ内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点をサンプリングし、小容量タイプ装着時にすべてのサンプリング点のうちから一定の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングする構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、大容量タイプ装着時にすべてのサンプリング点のうちから第１の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングし、小容量タイプ装着時合にすべてのサンプリング点のうちから第１の割合より大きい第２の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングする構成としてもよい。

また、レーザプリンタ１に装着可能な現像カートリッジ５Ｂが、大容量タイプ、中容量タイプ、小容量タイプと３種類ある場合において、大容量タイプ装着時にすべてのサンプリング点をサンプリングし、中容量タイプ装着時に第１の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングし、小容量タイプ装着時合に第１の割合より大きい第２の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングする構成としてもよい。

本実施形態では、サンプリング点を受光信号上の１つの点として扱った例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、一定時間内の受光信号を微小な時間に区切って単位時間ごとに出力電圧値が受光基準値を超えたか否か判定する場合において、単位時間それぞれをサンプリング点（サンプリング単位）として扱ってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に装着可能な現像カートリッジ５Ｂの種類を２種類とした例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、３種類以上に設定してもよい。なお、３種類以上にする場合、例えば、発光素子の発光時間は、カートリッジの種類ごとに個別に設定してもよいし、カートリッジの初期容量の範囲ごとに設定してもよい。後者の具体例としては、印字可能枚数が６０００枚以上のカートリッジの場合は発光素子を連続発光させ、６０００枚から３０００枚の間のカートリッジの場合は発光時間が長くなる間隔で発光素子をパルス発光させ、３０００枚以下のカートリッジの場合は発光時間が短くなる間隔で発光素子をパルス発光させる。

前記実施形態では、受光した光の強度が最小のときに出力電圧値が最大となり、受光した光の強度が最大のときに出力電圧値が最小となる受光素子８２を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、受光した光の強度が最小のときに出力電圧値が最小となり、受光した光の強度が最大のときに出力電圧値が最大となる受光素子を採用してもよい。

前記実施形態では、現像カートリッジ５Ｂ（カートリッジ）を、感光体ユニット５Ａに装着された状態（プロセスユニット５の状態）で本体筐体２に着脱可能な構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、現像カートリッジ５Ｂを、本体筐体２に対して直接着脱可能な構成（詳細には、本体筐体２に固定された感光体ユニット５Ａに着脱可能な構成）としてもよい。

前記実施形態では、カートリッジの一例として、現像ローラ５４、供給ローラ５５およびトナー収容室５８を有する現像カートリッジ５Ｂを採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主にトナー収容室を有するトナーカートリッジを採用してもよいし、前記実施形態の感光体ユニット５Ａと現像カートリッジ５Ｂとが一体（着脱不能）に構成されたプロセスユニット（プロセスカートリッジ）を採用してもよい。

前記実施形態では、画像形成装置の一例としてレーザプリンタ１を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば、複写機や複合機などを採用してもよい。

１レーザプリンタ
５Ｂ現像カートリッジ
８１発光素子
８２受光素子
１１０判定部
１５０発光時間変更部
１６０判定手段
２００検出手段
Ｔトナー

Claims

現像剤の初期容量が異なる複数種類のカートリッジが着脱可能であり、カートリッジ内の現像剤の量を光学的に検出するように構成された画像形成装置であって、
カートリッジ内に光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されてカートリッジ内を通った光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光信号に基づいてカートリッジの交換時期を判定する判定手段と、
装着されたカートリッジの初期容量を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出したカートリッジの初期容量に応じて前記発光素子の発光時間を変更する発光時間変更手段とを備え、
前記発光時間変更手段は、初期容量が少ないカートリッジの発光時間の方が相対的に短くなるように前記発光素子の発光時間を変更することを特徴とする画像形成装置。
前記発光時間変更手段は、第１のカートリッジが装着された場合に前記発光素子を連続発光させ、前記第１のカートリッジよりも初期容量が少ない第２のカートリッジが装着された場合に前記発光素子をパルス発光させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記発光時間変更手段は、第１のカートリッジが装着された場合に前記発光素子を第１の発光間隔でパルス発光させ、前記第１のカートリッジよりも初期容量が少ない第２のカートリッジが装着された場合に前記発光素子を前記第１の発光間隔より発光時間が短くなる第２の発光間隔でパルス発光させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
現像剤の初期容量が異なる複数種類のカートリッジが着脱可能であり、カートリッジ内の現像剤の量を光学的に検出するように構成された画像形成装置であって、
カートリッジ内に光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されてカートリッジ内を通った光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光信号に基づいてカートリッジの交換時期を判定する判定手段と、
装着されたカートリッジの初期容量を検出する検出手段とを備え、
前記判定手段は、前記検出手段で検出したカートリッジの初期容量に応じて、前記受光信号からサンプリングする一定時間内のサンプリング点の数を、初期容量が少ないカートリッジの方が相対的に小さくなるように変更することを特徴とする画像形成装置。
前記判定手段は、第１のカートリッジが装着された場合に一定時間内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点をサンプリングし、前記第１のカートリッジよりも初期容量が少ない第２のカートリッジが装着された場合に一定時間内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点のうちから一定の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングすることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記判定手段は、第１のカートリッジが装着された場合に一定時間内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点のうちから第１の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングし、前記第１のカートリッジよりも初期容量が少ない第２のカートリッジが装着された場合に一定時間内にサンプリング可能なすべてのサンプリング点のうちから前記第１の割合より大きい第２の割合でサンプリング点を間引いてサンプリングすることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。