JP3364520B2 - トナー残量検知方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、回転型現像装置を用い
た電子写真方式、静電記録方式の画像形成装置に適用さ
れるトナー残量検知方法及び装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】回転軸のまわりに回転可能に支持され、
それぞれ所定の粉体現像剤を収容した複数の現像器と、
その現像器にトナーを補給するため、各現像器に対応し
て設けられたトナーカートリッジとを備え、前記複数の
現像器を前記各トナーカートリッジとともに回転させ、
所定の現像器を潜像担持体に対向する現像位置にもたら
し、その現像器によって、前記潜像担持体に形成された
静電潜像をトナー像として可視像化する回転型現像装置
がある。 【０００３】又、電子写真方式を利用した単色の画像形
成装置におけるトナー残量レベルを透過光により検知す
る装置としては、複数のセンサーによるもの、例えば、
特開昭６１−１８０２２６号公報に開示の技術が公知で
ある。 【０００４】更に、残量検出部に相当する部分に付着し
たトナーによる誤検知を防ぐものとして清掃部材を備え
たもの、例えば、特開昭６３−２０８７号公報に開示の
技術、瞬時的に発光強度を上げるものとして、例えば特
開平２−１１４２８１号公報に開示の技術がそれぞれ公
知となっている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の単
色のトナー残量検知装置を回転型現像装置を備えたフル
カラーの画像形成装置に適用した場合に問題となること
は、清掃部材を残量検出部に設ける方法においては、検
出対象であるトナー貯蔵部が使い捨てのトナーカートリ
ッジの場合では、コストの上昇を招くということであ
る。 【０００６】又、瞬時的とはいえ、発光強度を上げた場
合においては、やはり発光素子に負担をかけることにな
り、寿命の低下を招きかねない。 【０００７】従って、本発明では、使い捨て型のトナー
カートリッジごと回転する回転型現像装置を備えた電子
写真方式のフルカラー画像形成装置のトナー残量レベル
の検知を、従来のごとく複数のセンサーを用いずに、た
だ１組のセンサーのみで、コストの上昇を招くことな
く、しかも確実に行うトナー残量検知装置を提供するこ
とを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は次のように構成した。 【０００９】回転軸のまわりに回転可能に支持され、そ
れぞれ所定の粉体現像剤を収容した複数の現像器と、そ
の現像器にトナーを補給するため、各現像器に対応して
設けられたトナーカートリッジとを備え、前記複数の現
像器を前記各トナーカートリッジとともに回転させ、所
定の現像器を潜像担持体に対向する現像位置にもたらし
その現像器によって、前記潜像担持体に形成された静電
潜像をトナー像として可視像化する回転型現像装置にお
いて、光方式の単一の検知手段をトナーカートリッジの
エッジ部を跨ぐようにし、トナーカートリッジ内のトナ
ーの表面レベルを該検知手段の発光部からトナーカート
リッジを介して受光部に達する透過光の有無で検知でき
るようにして前記カートリッジに非接触に、かつ、各現
像装置におけるトナーのニアエンドを検出可能なレベル
として設定された高さで画像形成装置本体の不動部材に
固定し、一つのトナーカートリッジについての異なる各
回転角度位置で前記検知手段から出力される前記透過光
の有無に係るそれぞれの検知信号に基き当該トナーカー
トリッジ内のトナーの残量レベルを表示手段により視覚
的に表示することとした（請求項１）。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【作用】回転によるトナーカートリッジ内のトナーレベ
ルの変化の状態が、定位置にて不動状に設けた検知手段
により、正確なトナー残量の把握に必要な情報として検
知できる。 【００１９】 【実施例】本発明では、回転型現像装置の駆動により変
化する位置データ、具体的にはトナーカートリッジの傾
き角度情報を利用してトナーの残量を判定する。即ち、
トナーの有無を検知する検知手段は不動状に適宜の部材
に固定しておいて、現像器回転中に検知している。回転
中の検知はあまり正確ではないが、停止させて検知する
場合に比べ、プリント速度を落さずにすむ利点がある。 【００２０】トナーカートリッジが現像器とともに回転
して検知手段を通過したときに、もし、トナー無しと検
知したら、その時点での傾き角度から、トナーカートリ
ッジ内のトナー残量を判定するものである。 【００２１】上記の如く、現像動作中に検知を行う以外
に、より確実に残量レベルを検知するために、正確検知
モードを設けてある。トナーの表面が予め決められた高
さよりも下にあることを、後述のようなある検知角にお
いて複数回連続で検知したとき、或は、ユーザーが指定
したときには、随時、正確検知モードに入るようにして
いる。 【００２２】正確検知モードに入ったら、プリント動作
を停止し、各現像器を順次所定の現像位置に位置させる
べく当該現像装置を回動させるステッピングモーターか
らなる駆動モーターを正・逆に小刻みに回動させて振動
を繰返し、トナーカートリッジ内のトナー表面を水平に
する。 【００２３】次に、トナーカートリッジの内壁に付着し
たトナーにより、トナーが無いにも拘らずトナーがある
ものと誤検知してしまうのを防ぐために、付着したトナ
ーを落すべく、トナーカートリッジを叩く機構、例えば
後述するソレノイドを動作させる。 【００２４】そして、実際の検知は、駆動モーターの振
動・叩く動作が終わって、一定時間が経過した後に、ト
ナーカートリッジ内でトナーが舞っているのがおさまっ
てから行う。 【００２５】以下の例では、所定の定位置に検出手段を
配置し、現像器の回動に伴って移動するトナーカートリ
ッジが順次検出手段を通過するようにして、ただ一つの
検出手段で４つのトナーカートリッジに入っているシア
ン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のトナーの残
量を検出する。上記の回転中の検知、正確検知モードと
もに、１つのトナーカートリッジに対して、検知を行う
角度を複数設定しておいて、その検知結果から残量を判
定する。 【００２６】以下図面により説明する。図１に本発明に
係る回転型現像装置の斜視図を示す。筒状のケース２内
には、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックのトナー
をそれぞれ収容したトナーカートリッジと連通している
現像器が筒状のケース２内に収まっており、回転軸Ｘの
まわりに回転可能に支持されている。 【００２７】現像する際には、イエロー、マゼンタ、シ
アン、ブラックのトナーをこれらの順に収容したトナー
カートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋも、現像器ととも
に回転し、潜像担持体に形成された潜像に対応する色の
現像器を現像位置に停止させて、トナー像として該潜像
を可視像化する。 【００２８】検知手段３はこの例では、各トナーカート
リッジのエッジ部を跨ぐようにして、画像形成装置本体
の不動部材に固定されている。 【００２９】図２（ａ）、（ｂ）に、検知手段３の配置
態様を示す。図２（ａ）は任意のトナーカートリッジ１
についての斜視図であり、図２（ｂ）はその部分的拡大
正面図である。 【００３０】これら図において、検知手段３は、コの字
状をした部材とともに構成されていて、トナーカートリ
ッジ１に非接触であり、円形の一部として形成されたエ
ッジ部分を跨ぐようにして、２つの対向部分である一方
には発光部４、他方には受光部５が設けられていて、１
組の検知手段を構成している。 【００３１】ここで、発光部４は赤外ＬＥＤ、受光部５
はフォトダイオードからなる。発光部４と受光部５とは
狭い間隔で対向しており、図１に示すようにトナーカー
トリッジの側部と周面とが交差するエッジの通過領域で
あって、重力方向の下部において位置不動に配置されて
いる。 【００３２】検知手段３は、図２（ｃ）に示すようにト
ナーカートリッジ１の全幅を跨ぐように構成したり、或
は、図２（ｄ）に示すようにトナーカートリッジ１の一
部を段付き形状とし、この幅狭部を検知手段３で跨ぐよ
うに構成することもできる。 【００３３】この検知手段との関係で、トナーカートリ
ッジ１の材質は光透過性のＰＣＢ、ポリエチレンのよう
な材料で形成されていて、発光部４と受光部５間におけ
るトナーカートリッジ内部におけるトナーの有無が検知
できるものとする。 【００３４】図３により、回転角を変化させることによ
るトナーの検知方法の一例を説明する。検知手段３は、
トナーのニアエンドを検出可能なレベルとして設定され
た図中の点線部分の高さにおいて、トナーの表面レベル
６を検知する。 【００３５】ここでトナーニアエンドとは、トナーが無
くなり、プリント動作が強制的に停止されてしまう前に
トナー切れを予告する表示のことで、例えば、あと５０
枚のプリントが可能な残量の状態にあるときをいう。 【００３６】図３（ａ）は鉛直線に対してトナーカート
リッジの基準ラインが６０°の回転位置、図３（ｂ）は
鉛直線に対して８０°の回転位置、図３（ｃ）は鉛直線
に対して９０°の回転位置、図３（ｄ）は鉛直線に対し
て１３５°の回転位置にある。 【００３７】このように、図３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）
→（ｄ）と回転が進むにつれて、トナーの点線部分に対
する高さが変化し、検知手段３によるトナー量の検知が
可能となる。 【００３８】図４に、残量レベル判定のタイミングチャ
ートを示す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示
す各時点は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の各
回転角度の態位に対応する。図４（ａ）〜（ｄ）のそれ
ぞれの、トナーカートリッジの回転角の情報、つまり位
置データは、回転型現像装置を駆動する駆動モーター、
例えば、ステッピングモーターの駆動パルス信号により
得られるので、この位置データと検知手段の出力とによ
り、図３（ａ）〜（ｄ）におけるトナーカートリッジ内
のトナー残量を判定することができる。 【００３９】本例では、６０°、８０°、９０°、１３
５°の各回転角のときにのみ検知手段３の発光部４を発
光させてトナー残量を検知する。トナー検知手段３のレ
ベルにトナーが存在しないときには光の透過光の光量が
増し、これがトナーが無いときの検知信号となり、図４
（ｄ）に示すように検知信号のパルスとして出力され
る。 【００４０】各回転角について、このような検知信号が
あればそれをカウントすることにより、トナーの残量を
知ることができる。図３に示す如きトナーの残量状態で
は、図３（ｄ）の状態のときに対応する図４（ｄ）のと
き１回のみ検知信号が出されることとなり、カウント値
は１となる。 【００４１】このカウント値の読み取りに応じて、トナ
ー残量を図８に示すＬＥＤ表示手段、或は、図形が描か
れた透明板とランプの組み合わせからなる残量レベル表
示手段７に表示し、トナーの残量状態をユーザーに知ら
せる。 【００４２】この残量レベル表示手段７では、上下方向
に４つの段階が識別可能であり、各段階に対応してラン
プが位置し、これらのランプの点灯に応じてトナーの残
量が視覚的に把握できる。かかる表示手段は、各トナー
カートリッジに対応させて４つ設けている。 【００４３】４つの角度位置の何れにおいても検知信号
が出力されないとき、つまり、カウント値が０のときは
何れの角度位置においても光が透過しなかったのである
からトナーカートリッジ内には当面、トナーカートリッ
ジの交換を必要としない程度のトナーがあることにな
る。 【００４４】この状態は、４段階に区切られた各レベル
に対応してランプを点灯制御してトナー量を知らせる図
８の表示手段において、全部が点灯し表示される。 【００４５】カウント値が１のときは１３５°の角度位
置において光が透過したのであるからトナーカートリッ
ジ内には、図８の表示手段７では、４つのランプのう
ち、下から３個目までが点灯し、図８のように表示され
る。 【００４６】カウント値が２のときは２つの角度位置に
おいて光が透過したのであるからトナーカートリッジ内
には、図８の表示手段７では、４つのランプのうち、下
から２個目までが点灯して表示される。 【００４７】カウント値が３のときは３つの角度位置に
おいて光が透過したのであるからトナーカートリッジ内
には、図８の表示手段７では、４つのランプのうち、下
から１個目までが点灯して表示される。 【００４８】カウント値が４のときは４つの角度位置に
おいて光が透過したのであるからトナーカートリッジ内
には、図８の表示手段７では、４つのランプの全部が消
灯して表示される。このときにはトナーカートリッジ内
には、例えばあと５０枚のプリントで空になる等、僅か
しかトナーは残っていない、つまり、トナーニアエンド
状態になっている。 【００４９】上記のような検知は、通常の現像動作中に
おいてトナーカートリッジが移動中に実行されるため、
検知手段３の位置に現像器が回転してきた際のトナーの
表面６はトナーの片寄りのために水平になっているとは
限らず、正確な検知ができないことが考えられる。 【００５０】又、トナーカートリッジが回転を繰り返す
うちに、トナーはトナーカートリッジ内で流動を繰り返
すために、トナーカートリッジの内壁にトナーが付着し
てしまい、トナーが無いにも拘らず、トナーがあると検
知してしまうことが考えられる。 【００５１】上記のような不具合を解消するために、正
確な残量を検知する正確検知モードを設けてある。この
モードでは、プリント動作を停止し、当該現像装置を駆
動する駆動モーターを通常の現像方向とその逆方向に小
刻みに回動を繰り返して振動させ、検知位置にあるトナ
ーカートリッジのトナー表面を水平にする。 【００５２】又、図５に示すように、ソレノイド８をト
ナーカートリッジ１の近傍の不動部材に設け、該ソレノ
イドを作動させて往復動により、トナーカートリッジを
叩くことによって、トナーカートリッジの内壁に付着し
ているトナー９を叩き落す。 【００５３】これらの動作を一つのトナーカートリッジ
に対して、図３（ａ）〜（ｄ）の４つの回転角に対して
行い、ほかのトナーカートリッジについても同様に行う
ことによって、正確に残量を検知することができる。 【００５４】上記のように、駆動モーターの振動や、ソ
レノイドの叩き動作を行った後は、トナーがトナーカー
トリッジ内で舞っていて、誤検知しかねない。そこで、
該モーターの振動及びソレノイドの叩き動作が止んでか
ら一定の時間、ここでは３秒おいてトナーが舞うのがお
さまってから、検知を行うようにする。 【００５５】上記のような、残量を正確に検知する正確
検知モードは次の２つのケースの何れかで適用される。 ．〔回転中の通常検知で、ある角度においてトナー無
しを複数回連続で検知したとき〕 回転中の通常検知では、各トナーカートリッジについて
回動中に各角度について検知するから検知精度は低い。
任意の１トナーカートリッジについて４回検知した結
果、ある角度においてトナー無しであることを、この場
合連続５回検知したならば、現在行われているプリント
動作の終了を当該トナーカートリッジについて正確検知
モードに移行する。その検知結果を図８の表示手段７に
表示し、次回の正確検知モードに入るまで保持してお
く。 【００５６】又、図３（ａ）の角度において、トナーが
検知されなかったらニアエンド状態であり、図８の表示
手段７の４つのランプは全て消灯される。この状態から
でもまだ、トナーカートリッジは完全に空になっていわ
けではなく、約５０枚のプリントが可能である。よっ
て、該トナーニアエンド状態になっても更に、プリント
を続け、トナーカートリッジが空になって機械が停止し
てからトナーカートリッジを交換してもよいし、余裕を
みて該トナーニアエンド状態になったらすぐにトナーカ
ートリッジをトナーが充填されたものとして交換しても
よい。 【００５７】正確検知モード中は現像が行えないため、
プリント命令が入力されてもユーザーは正確検知モード
が終わるまで待たねばならず、平均したプリント速度は
遅くなる。よって、この不具合をできるだけ解消するた
めに、通常は、振動や叩き動作を加えることなく回転中
に検知を行い、必要なときのみ振動や叩き動作を加える
正確検知モードにはいるようにした。 【００５８】．〔ユーザーの指定に応じ、正確検知モ
ードが指定された場合〕 この場合は、指定されたトナーカートリッジについて正
確検知モードが実行され、検出結果によって上記に準
じた手順で対処する。 【００５９】次に、正確検知モードによる手順を図６の
フローチャートにより説明する。図６において、ステッ
プ１では先ず、駆動モーターを駆動して、回転角６０°
の位置までトナーカートリッジを移動させる。 【００６０】ステップ２では、通常の現像時の回転方向
である順方向に現像装置を１（ｓｅｃ）回動させる。ス
テップ３では、逆方向に１（ｓｅｃ）回動させる。 【００６１】ステップ４では、ステップ２、３の動作を
３回繰り返したかを判断する。ステップ５では、図５で
説明したソレノイドによりトナーカートリッジの内壁に
付着しているトナーを除去する。 【００６２】ステップ６では、トナーが舞っているのが
落ち着くまで３（ｓｅｃ）待機する。ステップ７では、
発光部４を発光させて実際のトナーエンド検知を行う。
ステップ８では、４種類の回転角に対し、トナーエンド
検知を行ったかを判断する。もし、終わっていなければ
ステップ１より繰り返す。ステップ９では、トナーカー
トリッジを元の位置に復帰させる。 【００６３】このような正確検知モードに入った際に
は、図７に示すような表示を操作パネルのＬＥＤ或はラ
ンプにより表示し、又はブザーによるビープ音を発する
ことにより、プリント動作が中断していることをユーザ
ーに知らせる。 【００６４】回転する各トナーカートリッジ内のトナー
の残量レベルを、回転型現像装置の回転により移動しな
いただ１組の光方式の検知手段により、カートリッジに
非接触に検知するトナー残量検知装置であって、回転し
ている最中に検知する構成の例によれば、回転している
トナーカートリッジを連続的に検知することによって、
ただ１組の検知手段のみで、残量を検知することがで
き、装置の簡素化及びコストを低減することができ、
又、プリント速度の低下を抑えることができる。 【００６５】トナーの表面が予め決められた高さよりも
下であることを複数回連続で検知したときに、残量の正
確な検知を行う正確検知モードにはいる構成の例によれ
ば、正確に残量を検知することができ、又、回転してい
るトナーカートリッジを連続的に検知し、必要なときの
み正確検知モードにはいるため、プリント速度の低下を
最小限に抑えることができる。 【００６６】ユーザーの指定に応じて正確検知モードに
はいる構成の例によれば、ユーザーが任意の時に、正確
にトナーカートリッジ内のトナー残量を検知することが
できる。 【００６７】トナーカートリッジ内のトナー残量を回転
現像装置の駆動により変化する位置データを利用して判
定するただ１組の検知手段のみで、残量を検知すること
ができ、装置の簡素化及びコストを低減することができ
る。 【００６８】正確検知モードに入ったことをユーザーに
知らせる手段を備えた構成の例によれば、正確検知モー
ドにはいり、プリント待機中となっている理由をユーザ
ーは知ることができる。 【００６９】複数の現像器が所定の現像位置に位置する
ように現像位置を回動させる駆動モータを、通常の現像
方向及び逆方向に小刻みに繰り返し振動する構成の例に
よれば、トナーの表面を水平にすることによってトナー
カートリッジ内のトナー残量を正確に検知することがで
きる。 【００７０】正確検知モードにおいて、トナーカートリ
ッジを叩く機構をトナーカートリッジの外部に設けた構
成の例によれば、トナーカートリッジの内壁に付着した
トナーを落すことによって、誤検知を防ぐことができ
る。 【００７１】構成の例に正確検知モードにおいて、駆動
モーターの振動及び叩く動作が止まってから一定時間を
経た後に検知を行う構成の例によれば、トナーカートリ
ッジ内でトナーが舞っているのがおさまってから検知を
行うことによって、誤検知を防ぐことができる。 【００７２】１つのトナーカートリッジに対して複数回
検知を行なう構成の例によれば、ただ１組の検知手段の
みでトナー残量を検知することができ、装置の簡素化及
びコストを低減することができる。 【００７３】 【発明の効果】本発明によれば、トナー残量レベルの検
知を単一の検知手段のみで、コストの上昇を招くことな
く、しかも確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施に適する回転型現像装置を検知手
段とともに説明した斜視図である。 【図２】図２（ａ）は任意のトナーカートリッジについ
て、検知手段とともに説明した斜視図、図２（ｂ）は図
２（ａ）の正面図、図２（ｃ）はトナーカートリッジ及
び検知手段の他の例を説明した図、図２（ｄ）はトナー
カートリッジ及び検知手段の更に他の例を説明した斜視
図である。 【図３】トナーカートリッジの各回転角毎のトナー表面
レベルの変化を検知手段とともに説明した図である。 【図４】トナーカートリッジの回転角毎の検知信号を図
３の角度と対応して説明した図である。 【図５】トナーカートリッジを叩く機構を模視的に説明
した図である。 【図６】トナー残量を正確に検知する正確検知モードで
のプロセスを説明したフローチャートである。 【図７】正確検知モードにおいて、プリント動作が停止
していることを知らせる表示内容を説明した図である。 【図８】トナーの残量レベルの表示例を説明した図であ
る。 【符号の説明】 １ トナーカートリッジ ３ 検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 孝一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭60−260967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−10907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−93384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−246778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】回転軸のまわりに回転可能に支持され、そ
   れぞれ所定の粉体現像剤を収容した複数の現像器と、そ
   の現像器にトナーを補給するため、各現像器に対応して
   設けられたトナーカートリッジとを備え、前記複数の現
   像器を前記各トナーカートリッジとともに回転させ、所
   定の現像器を潜像担持体に対向する現像位置にもたらし
   その現像器によって、前記潜像担持体に形成された静電
   潜像をトナー像として可視像化する回転型現像装置にお
   いて、光方式の単一の検知手段をトナーカートリッジの
   エッジ部を跨ぐようにし、トナーカートリッジ内のトナ
   ーの表面レベルを該検知手段の発光部からトナーカート
   リッジを介して受光部に達する透過光の有無で検知でき
   るようにして前記カートリッジに非接触に、かつ、各現
   像装置におけるトナーのニアエンドを検出可能なレベル
   として設定された高さで画像形成装置本体の不動部材に
   固定し、一つのトナーカートリッジについての異なる各
   回転角度位置で前記検知手段から出力される前記透過光
   の有無に係るそれぞれの検知信号に基き当該トナーカー
   トリッジ内のトナーの残量レベルを表示手段により視覚
   的に表示することを特徴とする回転型現像装置。