JP3484213B2 - トナー有無検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は複写機，プリンタ等の画
像形成装置のトナー有無検知装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、電子写真方式を利用した単色の画
像形成装置において、トナー貯蔵部内のトナーの有無を
透過光により検知するトナーエンド検知装置としては、
清掃部材を備えたもの（特開昭６３ー２０８７号公報参
照）や、瞬間的に検知手段の発光素子の発光強度を上
げるもの（特開平２ー１１４２８１号公報参照）等が
公知である。これらは、いずれもトナー残量検出部に相
当する部分に付着したトナーによる誤検知を防ぐもので
ある。 【０００３】また、画像形成装置には、回転軸線の回り
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、この複数の現像器に対応して設
けられ、この複数の現像器にそれぞれトナーを補給する
複数のトナーカートリッジとを有し、前記複数の現像器
を前記複数のトナーカートリッジとともに回転させて前
記複数の現像器のうち所定の現像器を現像位置へ移動さ
せ、この現像器によって潜像担持体上の静電潜像を現像
する回転型現像装置を具備するフルカラー画像形成装置
がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記単色の画像形成装
置において、トナー貯蔵部内のトナーの有無を透過光に
より検知するトナー有無検知装置（トナーエンド検知装
置）は、トナー貯蔵部に外側から光を照射する発光部
と、この発光部から照射されて前記トナー貯蔵部を通過
した光を受光する受光部とを有するが、この受光部が受
光する光は上記発光部からの光だけでなく外来光（例え
ば蛍光灯の５０Ｈｚの点滅光）を含み、発光部からトナ
ー貯蔵部を通過した微弱な光を確実に検知することが困
難であり、トナー貯蔵部内のトナーの有無の誤検知が生
じる。また、この誤検知を防止するためには、複雑な構
成とする必要がある。 【０００５】本発明は、上記欠点を改善し、簡易な構成
で良好にトナー収容部内のトナーの有無を検知すること
ができるトナー有無検知装置を提供することを目的とす
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、トナー収容部に外側から光
を照射する発光部と、この発光部から照射されて前記ト
ナー収容部を通過した光を受光する受光部とを有し、こ
の受光部からの受光信号に従って前記トナー収容部内の
トナーの有無を検知するトナー有無検知装置において、
所定の周期でオン／オフして該オン／オフを所定の期間
継続して所定の期間停止するという所定デューティ比の
バースト波によって前記発光部を点滅させるドライバ
と、前記受光部から受光量に応じて出力される出力信号
を増幅するアンプと、このアンプの出力信号の前記所定
の周期の成分のみを選択的に取り出すバンドパスフィル
タと、このバンドパスフィルタの出力信号を復調する復
調器と、この復調器の出力信号を積分する積分器と、こ
の積分器の出力信号をスレッシュホールド値と比較する
比較器とを備え、この比較器の出力信号を処理して前記
トナー収容部内のトナーの有無を検知するものである。 【０００７】 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【作用】請求項１記載の発明では、ドライバが所定の周
期でオン／オフして該オン／オフを所定の期間継続して
所定の期間停止するという所定デューティ比のバースト
波によって発光部を点滅させ、受光部の出力信号がアン
プにより増幅される。バンドパスフィルタはアンプの出
力信号の前記所定の周期の成分のみを選択的に取り出
し、このバンドパスフィルタの出力信号が復調器により
復調される。この復調器の出力信号は積分器により積分
され、この積分器の出力信号が比較器にてスレッシュホ
ールド値と比較される。この比較器の出力信号が処理さ
れてトナー収容部内のトナーの有無が検知される。 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【実施例】図１は本発明の一実施例に係る回転型現像装
置を示す。この回転型現像装置はイエロー現像器１１
Ｙ，マゼンタ現像器，シアン現像器，ブラック現像器が
筒状のケース１２内に収容され、これらの現像器は回転
軸１３の周りに一体に取り付けられて回転可能に支持さ
れている。また、使い捨て型のイエロートナーカートリ
ッジ１４Ｙ，マゼンタトナーカートリッジ１４Ｍ，シア
ントナーカートリッジ１４Ｃ，ブラックトナーカートリ
ッジ１４Ｋは、上述のイエロー現像器１１Ｙ，マゼンタ
現像器，シアン現像器，ブラック現像器にそれぞれ取り
付けられ、回転軸１３の周りに一体に取り付けられて回
転可能に支持されている。この回転型現像装置はステッ
ピングモータにより回転駆動され、イエロー現像器１１
Ｙ，マゼンタ現像器，シアン現像器，ブラック現像器が
回転軸１３を中心として回転すると同時に、トナーカー
トリッジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋが回転軸１３
を中心として回転する。 【００２３】イエロー現像器１１Ｙ，マゼンタ現像器，
シアン現像器，ブラック現像器は、それぞれ回転駆動さ
れてケース１２の開口部１５と対向する現像位置にセッ
トされることにより現像可能となり、それぞれ粉体のイ
エロートナー，マゼンタトナー，シアントナー，ブラッ
クトナーといった各色のトナーとキャリアとからなる現
像剤（もしくは各色トナーのみからなる現像剤）が収容
されていてこれらの現像剤で現像を行う。 【００２４】回転型現像装置は複写機，プリンタ等の電
子写真方式，静電記録方式等のフルカラー画像形成装置
に用いられる。このフルカラー画像形成装置では、感光
体ドラム等からなる像担持体上に帯電装置及び露光装置
などからなる静電潜像形成装置でイエロー，マゼンタ，
シアン，ブラックの４色の各静電潜像を順次に形成して
これらの４色の静電潜像を回転型現像装置におけるイエ
ロー現像器１１Ｙ，マゼンタ現像器，シアン現像器，ブ
ラック現像器でそれぞれ現像した後に転写ベルト，転写
紙等の転写材上に重ね合わせて転写してフルカラーの画
像を形成する。この場合、イエロー現像器１１Ｙ，マゼ
ンタ現像器，シアン現像器，ブラック現像器は像担持体
上の各色の静電潜像に合わせて現像位置へセットされて
各色の静電潜像を現像して各色の画像とする。 【００２５】また、各トナーカートリッジ１４Ｙ，１４
Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内のトナーの有無を検知するための
１つの検知手段１６はトナーカートリッジ１４Ｙ，１４
Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの回転時にその外周部が描く軌跡の
近傍に配置され、回転型現像装置の回転時にトナーカー
トリッジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋが検知手段１
６の検知位置を順次に通過する。検知手段１６は、図２
（ａ）（ｂ）に示すようにトナーカートリッジ１４（１
４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ）に非接触であり、一組
の発光部１７と受光部１８とを有する。発光部１７は赤
外発光ダイオードであり、受光部１８はフォトダイオー
ドである。発光部１７と受光部１８は、狭い間隔で対向
しており、トナーカートリッジ１４の停止時にその重力
方向の下端部を挟み込むように配置される。発光部１７
から出射された光束はトナーカートリッジ１４の下端部
を透過して受光部１８で受光され、トナーカートリッジ
１４内のトナー１９の有無が非接触で検知される。 【００２６】図４は本実施例の回路構成を示す。方形波
発振回路２０は方形波を発生し、ＬＥＤドライバ２１は
方形波発振回路２０からの方形波により発光部１７を駆
動して発光させる。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２
２は、現像器回転パルス（ステッピングモータ駆動パル
ス）をモータドライバへ出力してこのモータドライバに
上述の回転型現像装置を回転させるためのステッピング
モータを回転させるが、回転型現像装置の駆動により変
化する位置データにより生成される検知タイミング信号
として、そのステッピングモータの回転角度を決定する
ステッピングモータ駆動パルスを用いてこれに同期して
ＬＥＤドライバ２１を制御する。このため、発光部１７
が発光するタイミングは図３に示すようになり、現像器
の回転に伴って回転するトナーカートリッジ１４が検知
手段１６の検知位置に来て止まった時に発光を開始して
次に現像器が回転を始める前に消灯する。このため、発
光部１７はトナーエンド検知が必要な時にのみ発光する
ことにより寿命が長くなり、トナーエンドの誤検知を防
ぐことができる。 【００２７】すなわち、ＣＰＵ２２はＬＥＤドライバ２
１を制御して上記ステッピングモータ駆動パルスのうち
最後のパルスの立ち下がりに同期して発光部１７の発光
を開始させ、次のステッピングモータ駆動パルスが立ち
上がる前に発光部１７を消灯させる。発光部１７はこの
ようなタイミングで発光することにより、トナーカート
リッジ１４内のトナー１９の有無検知に必要な時だけ発
光し、始終発光している場合に比べて寿命が長くなり、
また、トナーの空洞や隣合うトナーカートリッジ同志の
隙間を検知することが無くてトナー有無の誤検知を防ぐ
ことができる。 【００２８】なお、発光部１７の発光が開始するタイミ
ングは、上記のようにステッピングモータ駆動パルスに
同期させる必要は無く、現像器の回転が止まって現像器
が現像を行っている時間内で任意に発光部１７の発光を
開始するようにしてもよい。図３に示すようにＬＥＤド
ライバ２１は方形波発振回路２０からの方形波により発
光部１７を３８ＫＨＺの周期でオン／オフさせ、このオ
ン／オフを６００μＳ継続させて６００μＳ停止すると
いうようにデューティ比５０％のバースト波によって発
光部１７を点滅させる。したがって、検知手段１６は回
転型現像装置の回転に伴ってトナーカートリッジ１４
Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内の各トナーの有無を順次
に検知することになる。 【００２９】また、光量調節部２３はＬＥＤドライバ２
１を制御して発光部１７の発光量を制御し、ＣＰＵ２２
は検知手段１６の検知対象が現在どのトナーカートリッ
ジであるかを上記ステッピングモータ駆動パルスに同期
して判断しながら光量調節部２３を制御することによ
り、検知手段１６が各トナーカートリッジ１４Ｙ，１４
Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内のトナーの有無を正しく検知でき
るように発光部１７の発光量を検知手段１６の検知位置
に停止しているトナーカートリッジ１４内の色トナーの
光透過率（色トナーの有無検知に使用する光の透過率）
に応じて制御してトナーエンド検知レベルを調整し、こ
れによりトナーエンド検知精度を上げることができる。
また、随時発光強度がいちばん大きいブラックの発光強
度で検出せず、カートリッジによって発光強度を変える
ことによって、発光部の発光強度上昇による寿命低下を
最小限にとどめることができる。 【００３０】受光部１８の出力信号は、アンプ２４で増
幅されてコンデンサ２５を経てリミッタ２６により振幅
が制限され、コンデンサ２７を経てバンドパスフィルタ
２８により上記３８ＫＨＺの周波数の成分のみが選択的
に取り出される。このバンドパスフィルタ２８の出力信
号は、復調器２９により復調されて積分器３０で積分さ
れ、比較器３１で各色トナーに対して共通のスレッシュ
ホールド値と比較される。なお、このスレッシュホール
ド値は各色トナー毎に異なる最適な値としてもよい。カ
ウンタ３２は比較器３１の出力信号をカウントし、ＣＰ
Ｕ２２はカウンタ３２の値からトナーカートリッジ１４
Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内の各トナーの有無を順次
に判断する。この場合、ＣＰＵ２２は、検知手段１６の
検知対象が現在どのトナーカートリッジであるかを上記
ステッピングモータ駆動パルスに同期して判断しながら
カウンタ３２を検知手段１６による各トナーカートリッ
ジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内のトナー有無検知
毎にリセットする。このように、実施例では、所定の周
期（ここでは３５ＫＨＺの周波数）でオン／オフして該
オン／オフを所定の期間（ここでは６００μＳ）継続し
て所定の期間（ここでは６００μＳ）停止するという所
定デューティ比（ここでは５０％）のバースト波によっ
て発光部１７を点滅させるドライバ２１と、受光部１８
から受光量に応じて出力される出力信号を増幅するアン
プ２４と、このアンプ２４の出力信号の上記所定の周期
の成分のみを選択的に取り出すバンドパスフィルタ２８
と、このバンドパスフィルタ２８の出力信号を復調する
復調器２９と、この復調器２９の出力信号を積分する積
分器３０と、この積分器３０の出力信号をスレッシュホ
ールド値と比較する比較器３１とを備え、この比較器３
１の出力信号を処理してトナー収容部としてのカートリ
ッジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内のトナーの有無
を検知するので、受光部で受光される様々な周波数成分
を含む光の中で、外来光の周波数成分をバンドパスフィ
ルタでカットすることができ、受光部で受光された光に
よって生じる電圧を増幅するためのアンプのゲインを極
端に大きくすることができる。これにより、発光部から
カートリッジを通過して来た微弱な光でも確実に検知す
ることがてでき、誤検知を防ぐことができる。従って、
本実施例では、比較的発光量の小さな発光部を用いて
も、良好にトナー有無検知を行うことができ、誤検知を
防止するために複雑な構成とする必要がなく、簡易な構
成で実現できる。さらに、比較器からのパルス信号をデ
ジタル処理することが可能になって比較器からのパルス
信号の様々な処理が簡易に可能になる。 【００３１】図５は上記回転型現像装置を組み込んだフ
ルカラープリンタからなるフルカラー画像形成装置を示
す。トナーカートリッジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４
Ｋは、フルカラー画像形成装置において、トナーエンド
時には上カバー３３を開けて上側から取り出し消耗品と
して使い捨てにした後にトナーが入っている新しいトナ
ーカートリッジを装着するが、上カバー３３の開閉が上
カバー開閉検知器３４により検知される。図６及び図７
はＣＰＵ２２の処理フローの一部を示す。 【００３２】ＣＰＵ２２は、カウンタ３２の値からトナ
ーカートリッジ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋのいず
れかのトナーエンド（トナーが無くなって空となったこ
と：トナーＥＮＤ）を検知した場合には、まず、そのト
ナーエンドを検出したトナーカートリッジ１４のトナー
の色の情報をメモリに記憶し、そのトナーの色が上記４
色の重ねの最後の色（４色画像を転写材に重ねて転写す
る４色重ね転写で最後に転写材に３色の画像と重ねて転
写する画像の色）であるか否かを判断し、そのトナーの
色が上記４色の重ねの最後の色ではない場合には４色す
べての静電潜像の現像が終わるまで作像プロセス（像担
持体上に４色の静電潜像を形成して現像するというプリ
ント動作）を継続させる。 【００３３】さらに、ＣＰＵ２２は、複数枚のフルカラ
ーのプリント動作を連続的に繰り返しているリピート
(Ｒepeat)の途中であるか否かを判断し、リピートの途
中であればプリント動作を継続させる。ＣＰＵ２２は、
トナーエンドを検出したトナーカートリッジ１４のトナ
ーの色が４色の重ねの最後の色であってリピートの途中
でない場合にはエンド表示部３５にトナーエンドの警告
表示を行わせ、上記モータドライバにステッピングモー
タを回転させて空のトナーカートリッジ１４を交換し易
い位置、例えば最上部へ強制的に移動させる。これによ
って、トナーエンド検知後にトナーエンド（空）のトナ
ーカートリッジ１４の交換を容易かつ迅速に行うことが
可能となり、トナーカートリッジ１４の交換でトナーが
こぼれ落ちるのを最小限に抑えることができる。 【００３４】次に、ＣＰＵ２２は、上カバー開閉検知器
３４からの入力信号より上カバー３３が開けられた（ド
アＯＰＥＮ）か否かを判断し、上カバー３３が開けられ
た場合には上カバー開閉検知器３４からの入力信号より
上カバー３３が再び閉じられた（ドアＣＬＯＳＥ）か否
かを判断する。ＣＰＵ２２は、上カバー３３が再び閉じ
られた場合には、上記モータドライバにステッピングモ
ータを回転させて最上部にあったトナーカートリッジ１
４を検知手段１６の検知位置まで移動させることにより
検知手段１６にそのトナーカートリッジ１４内のトナー
の有無を優先的に検知させ、カウンタの値からトナーカ
ートリッジ１４内のトナーの有無を判断する。 【００３５】ＣＰＵ２２は、トナーカートリッジ１４内
のトナーが有れば、空のトナーカートリッジが新しいも
のと交換されたと判断してエンド表示部３５のトナーエ
ンドの表示を消灯させ、元に復帰する。また、ＣＰＵ２
２は、トナーカートリッジ１４内のトナーが無ければ、
ユーザが空のトナーカートリッジを未だ新しいものと交
換していないと判断し、上記モータドライバにステッピ
ングモータを回転させて検知手段１６の検知位置にある
トナーカートリッジ１４を再び最上部へ移動させて以降
同様な処理を行う。このため、ユーザが空になったトナ
ーカートリッジを取り外した後に新しいトナーカートリ
ッジを取り付けることを忘れたままフルカラー画像形成
の開始を指令してプリント動作に入らせて画像の劣化を
招く前に、ユーザにトナーエンド表示で警告できる。ま
た、これは特別な装置を追加することなく行うことがで
き、低コストで実現できる。 【００３６】本実施例では４色作像プロセスの終了とト
ナーエンド検知の終了とが対応しているが、４色作像プ
ロセスの途中でトナーエンドを検知した場合にその都度
トナーカートリッジの交換を要求していたのではフルカ
ラーの画像形成を終了しないままプリント動作を停止す
ることになって画像形成の効率が悪い。本実施例では、
この不具合を解消するために、すでに開始実行中のフル
カラー画像形成が完了するのを待ってプリント動作を停
止し、トナーエンド検知後の後処理としてトナーエンド
表示をエンド表示部３５に行わせるとともにトナーカー
トリッジを交換位置まで移動させてトナーカートリッジ
の交換を要求する。 【００３７】図８は本発明の他の実施例の回路構成を示
し、図４と同一部分には同一符号が付してある。この実
施例では、上記実施例において、ＣＰＵ２２は、ステッ
ピングモータによる回転型現像装置の回転を検知するエ
ンコーダ３７（現像器の回転検出）の出力パルスを上記
ステッピングモータ駆動パルスの代りに用いて検知手段
１６の検知対象が現在どのトナーカートリッジであるか
をエンコーダ３７の出力パルスに同期して判断し、エン
コーダ３７の出力パルスに同期してＬＥＤドライバ２１
を上記実施例と同様に制御する。また、周波数変更部３
８は方形波発振回路２０の発振周波数を制御し、ＣＰＵ
２２は検知手段１６の検知対象が現在どのトナーカート
リッジであるかをエンコーダ３７の出力パルスに同期し
て判断しながら周波数変更部３８を制御して発光部１７
の点滅周波数を制御することにより検知手段１６の検知
対象となるトナーカートリッジ内のトナーの有無検知に
使用する光の透過率に応じて発光部１７の点滅周波数を
変更する。受光側のバンドパスフィルタ２８を通過する
信号電圧は、発光部１７の点滅周波数の変更に応じてレ
ベル（ゲイン）が変化するので、発光部１７の点滅周波
数の変更により、上記実施例の光量調節部２３による光
量調節と同様に検知手段１６が各トナーカートリッジ１
４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ内のトナーの有無を正し
く検知できるようにトナーエンド検知レベルを調整して
トナーエンド検知精度を上げることができる。 【００３８】 【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、トナー収容部に外側から光を照射する発光部と、こ
の発光部から照射されて前記トナー収容部を通過した光
を受光する受光部とを有し、この受光部からの受光信号
に従って前記トナー収容部内のトナーの有無を検知する
トナー有無検知装置において、所定の周期でオン／オフ
して該オン／オフを所定の期間継続して所定の期間停止
するという所定デューティ比のバースト波によって前記
発光部を点滅させるドライバと、前記受光部から受光量
に応じて出力される出力信号を増幅するアンプと、この
アンプの出力信号の前記所定の周期の成分のみを選択的
に取り出すバンドパスフィルタと、このバンドパスフィ
ルタの出力信号を復調する復調器と、この復調器の出力
信号を積分する積分器と、この積分器の出力信号をスレ
ッシュホールド値と比較する比較器とを備え、この比較
器の出力信号を処理して前記トナー収容部内のトナーの
有無を検知するので、簡易な構成で良好にトナー収容部
内のトナーの有無を検知することができ、さらに、比較
器からのパルス信号をデジタル処理することが可能にな
って比較器からのパルス信号の様々な処理が簡易に可能
になる。 【００３９】 【００４０】 【００４１】 【００４２】 【００４３】 【００４４】 【００４５】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例に係る回転型現像装置を示す
斜視図である。 【図２】同実施例を示す斜視図及び正面図である。 【図３】同実施例のトナーエンジ検知時の動作タイミン
グを示すタイミングチャートである。 【図４】同実施例の回路構成を示すブロック図である。 【図５】同実施例を組み込んだプリンタを示す斜視図で
ある。 【図６】同実施例におけるＣＰＵの処理フローの一部を
示すフローチャートである。 【図７】同実施例におけるＣＰＵの処理フローの他の一
部を示すフローチャートである。 【図８】本発明の他の実施例の回路構成を示すブロック
図である。 【符号の説明】１４，１ ４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ トナーカ
ートリッジ １６ 検知手段 １７ 発光部 １８ 受光部２４ アンプ ２８ バンドパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｇ 21/00 ５１２ Ｇ０３Ｇ 21/00 ５１２ (56)参考文献 特開 昭60−260967（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−213677（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261048（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−296925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−10907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83434（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/095 G01N 21/00 - 21/01 Z G01N 21/17 - 21/61

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】トナー収容部に外側から光を照射する発光
   部と、この発光部から照射されて前記トナー収容部を通
   過した光を受光する受光部とを有し、この受光部からの
   受光信号に従って前記トナー収容部内のトナーの有無を
   検知するトナー有無検知装置において、所定の周期でオ
   ン／オフして該オン／オフを所定の期間継続して所定の
   期間停止するという所定デューティ比のバースト波によ
   って前記発光部を点滅させるドライバと、前記受光部か
   ら受光量に応じて出力される出力信号を増幅するアンプ
   と、このアンプの出力信号の前記所定の周期の成分のみ
   を選択的に取り出すバンドパスフィルタと、このバンド
   パスフィルタの出力信号を復調する復調器と、この復調
   器の出力信号を積分する積分器と、この積分器の出力信
   号をスレッシュホールド値と比較する比較器とを備え、
   この比較器の出力信号を処理して前記トナー収容部内の
   トナーの有無を検知することを特徴とするトナー有無検
   知装置。