JP3524317B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を用
いたプリンタ等のプロセスカートリッジが装着可能な画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子写真方式を用いた画像形成装
置では、画像に対応して像担持体上に露光して形成され
た静電潜像を現像剤で現像し、この現像像を記録紙上に
転写した後、像を定着して画像を得ている。このような
画像形成装置には、像担持体と像担持体上の潜像を現像
剤で現像する現像装置等を一体にしてプロセスカートリ
ッジとし、画像形成装置本体に着脱可能に構成したもの
がある。

【０００３】この画像形成装置で多数の画像を出力し
て、プロセスカートリッジに収容されていた現像剤が消
費されると、備えている現像剤残量検出手段が作動して
現像剤が消尽される前に警告を発したり画像形成動作の
受付を停止したりして、突然の現像剤無しによる画像不
良や未形成画像の発生を防止している。

【０００４】この現像剤残量検出手段には、例えば圧電
素子を用いるもの、現像剤が磁性トナーの場合はその磁
気を利用するもの、光を利用するもの、交流現像バイア
スを利用するものなどがある。しかし、いずれも現像剤
が無くなりかけていることを検知する所謂「現像剤ニア
エンド検知」である。

【０００５】この検知が働いた時点から実際に現像剤無
しによる画像不良が画像上に現れるまでには、通常は数
十枚の画像が得られるが、これは画像や装置の状況、状
態などに大きく依存する。そのため、上記の検知が働い
た時点ですぐに新しいプロセスカートリッジに交換した
り現像剤を補給するように勧められている。

【０００６】また、現像装置内の現像剤量を知るための
手段が、特開昭６３−２３７６６６号公報や特開昭５８
−２２４３６３号公報等で提案されている。これはレー
ザープリンターやＬＥＤプリンターなどのように露光手
段がデジタル信号に応じて発光する画像形成装置におい
て、発光時間すなわち印字ドット数を計数することで消
費現像剤量と、現像装置内の現像剤量を推測する方式で
ある。この方式によれば、現像装置内の現像剤量を随時
知ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
「ニアエンド検知」の場合は、あるとき突然にこの検知
が働くので、交換用の新しいプロセスカートリッジや補
給現像剤が用意されていないときには、至急それらを準
備しなければならないという欠点があった。これが深夜
であったり取扱店が近所にない場合は、画像が得られな
いことになり、著しく不便であった。

【０００８】一方前述の間接的に現像剤を計る発光時間
係数方式では、文字のような細線と面積のある画像とで
同じ発光時間でも像担持体上に現像される現像剤量が異
なるので、正確な現像剤消費量は得られないという欠点
がある。また、この方式は像担持体上に現像される現像
剤量が、その画像形成装置が使用される環境や使用状況
などによっても異なってくるので、実際の現像剤量との
誤差が大きいという欠点がある。

【０００９】そのため、印字ドットの連続性に応じて消
費現像剤量が異なるような処理をするなど誤差を小さく
する方法が提案されているが、直接現像剤量を測定する
方式に比べて信頼性がどうしても劣るという欠点を免れ
得なかった。

【００１０】従って、本発明の目的は、現像剤のニアエ
ンド検知と現像装置内の現像剤量レベル検知を正確で且
つ信頼性をもって行なうことのできるプロセスカートリ
ッジを取付ける画像形成装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
少なくとも像担持体と現像剤を前記像担持体に供給する
現像装置とを一体に構成したプロセスカートリッジが装
置本体に装着可能な画像形成装置において、前記プロセ
スカートリッジは前記現像装置に収容された現像剤の量
を検知する第１の現像剤量検知手段を有し、画像形成装
置本体は第２の現像剤量検知手段を有し、前記第２の現
像剤量検知手段は可動に構成されていることを特徴とす
る画像形成装置である。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】前記第１の現像剤量検知手段は圧電方式の
検知手段であり、前記第２の現像剤量検知手段は光検知
方式の検知手段であることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプロセスカー
トリッジが装着可能な画像形成装置を図面に則して更に
詳しく説明する。

【００１７】参考例１ 本発明の参考例１について図１〜図５により説明する。
先ず、図２により画像形成装置の全体的構成について説
明する。本参考例の場合プリンターとされる画像形成装
置Ａは、その略中央に像担持体１を有し、その周りに帯
電手段６、現像装置２、転写手段１０、クリーニング部
材７ａを有するクリーニング装置７を備えている。又、
その上部にはレーザ発光露光手段２１、及び図中左方に
は定着器８を具備している。

【００１８】現像装置２は、トナー容器２ａに現像剤で
ある磁性一成分高抵抗トナーＴを収容し、トナー容器２
ａの開口部には像担持体１に対向し且つ非接触で回転可
能な現像ローラ３を備え、又現像ローラ３上に担持され
るトナー層厚を規制する現像剤層厚規制部材４を備えて
いる。又、現像ローラ３の内部には現像ローラ３の周面
にトナーＴを保持し、現像領域に搬送するための磁石３
ａが固定されている。

【００１９】本参考例においては、像担持体１、現像装
置２、クリーニング装置７、及び帯電手段６がプロセス
カートリッジＢとして一体に構成され、寿命による交換
などのため装置本体に対して着脱自在とされている。

【００２０】尚、装置本体には、図１に示すように、上
記のレーザ発光露光手段２１、転写手段１０、定着器８
の他、バイアス電源１３、１４、信号処理手段１６、不
図示の記録紙搬送系などが配設されている。

【００２１】感光体である像担持体１は帯電手段６によ
り表面が一様に帯電された後、画像に対応したレーザ露
光１１の照射を受けて静電潜像が形成される。現像装置
２においてトナーＴがトナー容器２ａ内の撹拌部材９に
より撹拌され、現像ローラ３に搬送される。現像ローラ
３の周面に保持されたトナーＴは、回転する現像ローラ
３との摩擦や現像剤層厚規制部材４との摩擦で所定の帯
電量を付与される。現像バイアス電源１３から現像ロー
ラ３に供給されるＡＣ＋ＤＣバイアスによって現像ロー
ラ３と像担持体１上の静電潜像との間に電位差を作り、
トナーＴを現像ローラ３上から静電潜像上に転移させ
る。

【００２２】トナーＴにより現像された像担持体１上の
画像は転写手段１０によって記録紙１２に転写する。記
録紙１２は定着器８に搬送され、ここでトナーＴが定着
されて、機外に排出される。像担持体１上の残トナーは
クリーニング部材７ａに清掃されクリーニング容器７内
に蓄積される。

【００２３】プロセスカートリッジＢのトナー容器２ａ
内に収容されたトナーＴは画像を形成するごとに徐々に
消費される。現像ローラ３上のトナーが無くなったり、
トナーコーティング状態が乱れたりする前に第１現像剤
残量検知手段５によって現像装置内トナーが残り少ない
ことを検知し、その旨を画像形成装置Ａの表示装置１８
やホストコンピューター１９などを通して使用者に報知
し、プロセスカートリッジＢを交換するように促す。

【００２４】このように、第１現像剤残量検知手段５
は、トナーＴがまもなく無くなることを検知する「ニア
エンド検知」であるため、像担持体１へ現像剤を供給す
る現像ローラ３の近傍のトナーの多寡を知ることが必要
なので、トナー容器２ａ内の現像ローラ３近傍に配置さ
れている。

【００２５】本参考例において、第１現像剤残量検知手
段５はアンテナ方式を用いた。これは、現像ローラ３に
平行に配設した導電性の棒５をアンテナとし、現像ロー
ラ３に印加される現像バイアスの交流成分の、アンテナ
５に流れ込む電流を測定する方式で、現像ローラ３と第
１現像剤残量検知手段５の回りのトナー量によって静電
容量が変化することを利用している。つまり、トナーＴ
がある程度以上ある場合には一定の信号を出し続ける
が、アンテナ５の近傍のトナーＴが少なくなってくると
信号が変化してくるので、この信号をモニターすればト
ナーが残り少ないことが分る。

【００２６】第１現像剤残量検知手段５に流れる電流ま
たはそれに代わるインピーダンスの測定、測定値が現像
剤が少なくなったことを示すか否かの判断、現像剤が少
ない場合の装置本体の表示部１８への表示の指示、ある
いはこの装置本体が接続しているコンピューターなどの
ホスト装置１９への通信などはすべて信号処理手段１６
が行なう。

【００２７】本参考例では、第１現像剤残量検知手段５
に加えて、現像装置２のトナー容器２ａ内のトナー残量
レベルを知るために、第２現像剤残量検知手段１５を現
像装置２の所定位置に接するように装置本体Ａに設け
た。

【００２８】このレベルセンサーである第２現像剤残量
検知手段１５を現像装置２ではなく画像形成装置本体Ａ
に設けることで、着脱を行なうプロセスカートリッジＢ
と装置本体Ａとの間に残量検知信号や残量検知手段１５
の制御信号などの電気接点を省略できるので、接点不良
や他信号の混入による誤動作を排除することができ、ト
ナー残量レベル検知の信頼性を向上させることができ
る。

【００２９】また、第２現像剤残量検知手段１５を画像
形成装置本体Ｂに設けることで、消耗品であるプロセス
カートリッジのコストを抑える効果もある。

【００３０】本参考例では、第２現像剤残量検知手段１
５として磁気センサーを用いた。磁気センサーは磁性ト
ナーの残量変化による見かけ透磁率の変化を検知し、電
気信号に変化するものである。この検知手段１５の制御
もすべて信号処理手段１６が行なう。

【００３１】このようにトナー残量レベルセンサーとし
ての第２現像剤残量検知手段１５を画像形成装置本体Ａ
に、「ニアエンド検知」手段としての第１現像剤残量検
知手段５を現像装置２内に備えることにより、各検知結
果は図５のグラフに示したようにふるまう。

【００３２】先ず、図１のように現像装置２内にトナー
が十分多量にある場合は、第１現像剤残量検知手段５も
第２現像剤残量検知手段１５もそれぞれの発する検知信
号レベルは高いままである。次に、図３のようにトナー
容器２ａ内のトナー量が半分くらいになると、第２現像
剤残量検知手段１５の検知信号（図５の太線）は低くな
るが、第１現像剤残量検知手段５の検知信号レベルは高
いままである。そして、図４のようにトナー容器２ａ内
のトナーがほとんど無くなると、第１現像剤残量検知手
段５も第２現像剤残量検知手段１５も検知信号レベルは
低くなる。

【００３３】このようにして、現像装置内トナー量に応
じた検知信号が得られるので、この信号に基づいて随時
に使用者に現像装置内トナー量を知らせることが可能に
なった。

【００３４】本参考例では、第１現像剤残量検知手段５
として簡易な構成のアンテナ方式を用いているため、他
の方式の検知手段を用いるよりもプロセスカートリッジ
のコストが小さくできるという特長がある。また、第２
現像剤残量検知手段１５に磁気センサーを用いたので、
小型でプロセスカートリッジの構造に与える制約が少な
くて済むという特長がある。

【００３５】参考例２ 次に、本発明の参考例２について、図６及び図７により
説明する。

【００３６】本参考例は、図６に示すように、トナー容
器２ａ内トナー残量レベルセンサーである第２現像剤残
量検知手段を画像形成装置本体に複数配置し、トナー残
量レベルの検知精度を上げたものである。尚、この検知
手段の検知方式として光検知方式を用いた。

【００３７】図６において、プロセスカートリッジの現
像装置２には、その上面部分に１個の光透過窓２ｂ１を
設け、下面部分に２個の光透過窓２ｂ２、２ｂ３を設
け、これら光透過窓２ｂ１〜２ｂ３以外には光が透過し
ない構成とした。そして、上面部分の光透過窓２ｂ１の
上方に発光手段２２を装置本体に取付け、この発光手段
２２から発せられた光がトナーＴが無い時は下方の２個
の光透過窓２ｂ２、２ｂ３を通過できるように構成し
た。更に下方の２個の光透過窓２ｂ２、２ｂ３の装置本
体側近傍には受光手段２３ａ、２３ｂがそれぞれ配設さ
れている。

【００３８】トナーＴがトナー容器２ａ内に無い時は、
このトナー容器２ａを通過した光は受光手段２３ａ、２
３ｂに到達する。受光手段２３ａ、２３ｂは、発光手段
２２の発する光を受光した時としていない時で異なる信
号が得られる。また、この受光手段２３ａ、２３ｂの制
御等は、すべて信号処理手段１６で行なう。また、現像
装置２のトナー容器２ａ内にはトナー撹拌手段９が設け
られ、トナー容器２ａ内を所定の周期で図中矢印にて示
す方向に回転する。このトナー撹拌手段９には先端に弾
性体シート９ａがついていて、回転する際に弾性体シー
ト９ａが上下の光透過窓２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３を清掃
する。

【００３９】また、本参考例では、第１現像剤残量検知
手段５として圧電素子を採用した。圧電素子のセンサー
面に触れるトナー量によって、圧電素子が発する信号が
異なる。図６には示していないが、撹拌手段などに付随
したワイパーなどで定期的にセンサー面を清掃し、清掃
前後の信号のレベル差によってトナー量の多少を判断す
る。

【００４０】上記の構成による本参考例において、現像
装置内のトナー残量レベルセンサーとしての第２現像剤
残量検知手段２３は以下のように作用する。

【００４１】先ず、トナーがたくさんあるときは、トナ
ー撹拌手段９が下方の光透過窓２ｂ２、２ｂ３を清掃し
てもすぐにトナーで覆われるので、発光手段２２が発光
しても受光手段２３ａ、２３ｂには光が入射しない。

【００４２】次に、図６に示すように、ある程度のトナ
ーを消費すると、トナー撹拌手段９が下方の光透過窓２
ｂ２、２ｂ３を清掃したあとは、しばらく図中右方の光
透過窓２ｂ２を通して受光手段２３ａに光が入る。しか
し、更に図中右方の現像ローラ３側の光透過窓２ｂ３に
はトナーがあるので、そこを通して受光手段２３ｂには
光が入らない。更に、トナーを消費すると、両方の受光
手段２３ａ、２３ｂに光が入るようになる。

【００４３】なお、トナー撹拌手段９の弾性体シート９
ａで周期的に光透過窓２ｂ２、２ｂ３を清掃しているた
め、カートリッジを振ったりしてトナー容器２ａ内のト
ナー状態が変わっても、やがて光透過窓２ｂ１、２ｂ
２、２ｂ３を清掃して元の状態に戻るため、トナー量レ
ベルの検知に大きな影響を与えることはない。

【００４４】この際、各現像剤残量検知手段５、２３
ａ、２３ｂの検知信号は図７のグラフに示すようにな
る。参考例１の図５と同様のグラフであるが、検知手段
を増やしたことにより、トナー量をきめ細かく計れるこ
とがわかる。

【００４５】このようにして、第２現像剤残量検知手段
を複数配設することで、現像装置内トナー量レベルを細
分化できるので、より正確に現像装置内トナー量を知る
ことができる。

【００４６】本参考例では、第１現像剤残量検知手段５
として圧電素子方式を用いているため、現像バイアスが
ＤＣ成分のみの現像方式でも使用できるという特長があ
る。また、第２現像剤残量検知手段１５に光検知方式を
用いたので、非磁性トナーでも使用できるという特長が
ある。

【００４７】実施例１ 次に、本発明に係る実施例１について図８及び図９によ
り説明する。本実施例は、装置本体に設けた現像装置内
トナー残量レベルセンサーである第２現像剤残量検知手
段を可動にすることで、第２現像剤残量検知手段を複数
配置したのと同等の効果を得るものである。

【００４８】本実施例では、参考例２と同じく圧電素子
を用いた第１現像剤残量検知方式と光検知方式の第２現
像剤残量検知手段を採用している。

【００４９】図８において、現像装置２のトナー容器２
ａ下面には３個の光透過窓２ｂ４、２ｂ５、２ｂ６が設
けられ、第２現像剤残量検知手段である受光手段２３Ｍ
が、発光手段２２から出て現像装置２の光透過窓２ｂ
４、２ｂ５、２ｂ６を透過する光を受光できる領域を矢
印にて示すように往復移動できるように配設している。
受光手段２３Ｍは、撹拌手段９の透過窓２ｂ４、２ｂ
５、２ｂ６を清掃する周期に同期して、移動領域を往復
運動するようにして、一定時間に何回受光したかを計測
することで、トナー容器２ａ内のトナー量を知ることが
できる。この受光手段２３Ｍの受光シーケンスを示した
のが図９のグラフである。

【００５０】図９のグラフにおいて、横軸が時間
（ｔ）、縦軸が信号強度（Ｓ）を表す。図９（Ａ）は、
受光手段２３Ｍが周期的に３回続けて信号を発してい
る。これは、図８において、現像装置２の３カ所の透過
窓２ｂ４、２ｂ５、２ｂ６を通過した光を検知したこと
を示しており、現像装置内のトナーがおよそ３分の１以
下しか残っていないことがわかる。

【００５１】同様に、図９（Ｂ）は、現像装置２の２カ
所の透過窓２ｂ４、２ｂ５を通過した光を検知したこと
を示しており、すなわち現像装置内のトナーがおよそ３
分の２以下しか残っていないことがわかる。

【００５２】又、図９（Ｃ）は 現像装置２の透過窓２
ｂ４を通過した光を１カ所で検知したことを示してお
り、すなわち現像装置２内のトナーが２分の１残ってい
ることが分る。

【００５３】このようにして、第２現像剤残量検知手段
２３Ｍを移動可能に配設することで、複数の現像剤残量
検知手段を配置したのと同様の効果がある。そして配置
する現像剤残量検知手段が一つで済むことにより、各現
像剤残量検知手段の特性のばらつきが無くなるので検知
精度が上がり、検知手段の数が少ない分コストも低下す
るという特長がある。

【００５４】尚、本実施例では、第２現像剤残量検知手
段２３Ｍに光検知方式を用いたので、トナーの種類によ
らず使用でき、第２現像剤残量検知手段２３Ｍに光が届
けばよいので現像装置２との距離が不問であり、この現
像剤残量検知手段２３Ｍの配置構成がしやすいという固
有の特長がある。

【００５５】上記の実施例のプロセスカートリッジは、
像担持体１、現像装置２、クリーニング装置７、及び帯
電手段６を一体とした構成を備えているが、これに限定
されないことはもちろんであり、少なくとも像担持体１
と現像装置２とを備えていればよい。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、プロセスカートリッジが現像装置に収容され
た現像剤の量を検知する第１の現像剤量検知手段を有
し、画像形成装置本体が第２の現像剤量検知手段を有す
ることにより、正確に且つ信頼性のあるニアエンド検知
と現像剤量レベル検知とを、コストを上げることなく行
なうことができる。

【００５７】更に、単一の現像剤量検知手段を可動配置
することにより現像装置内の現像剤量レベルを高精度に
検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例１のプロセスカートリッジ回り
を示す構成図である。

【図２】参考例１のプロセスカートリッジが装着された
画像形成装置を示す概略構成図である。

【図３】参考例１にてトナーを半分くらい消耗した状態
のプロセスカートリッジを示す断面図である。

【図４】参考例１にてトナーをほとんど消耗した状態の
プロセスカートリッジを示す断面図である。

【図５】参考例１の現像剤残量検知信号の発信状況を示
すグラフである。

【図６】参考例２のプロセスカートリッジ回りを示す構
成図である。

【図７】参考例２の現像剤残量検知信号の発信状況を示
すグラフである。

【図８】実施例１の現像装置回りを示す構成図である。

【図９】実施例１の現像剤残量検知信号の発信状況を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ 像担持体 ２ 現像装置 ２ａ トナー容器 ５ 第１現像剤量検知手段 １５ 第２現像剤量検知手段 Ａ 画像形成装置 Ｂ プロセスカートリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星加 令久 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−237478（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−78778（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316766（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−202135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−72175（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−221762（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362978（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−309980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−2087（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 303 G03G 15/08 114 G03G 15/08 506 G03G 21/00 370 - 512 G03G 21/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも像担持体と現像剤を前記像担
   持体に供給する現像装置とを一体に構成したプロセスカ
   ートリッジが装置本体に装着可能な画像形成装置におい
   て、 前記プロセスカートリッジは前記現像装置に収容された
   現像剤の量を検知する第１の現像剤量検知手段を有し、
   画像形成装置本体は第２の現像剤量検知手段を有し、前
   記第２の現像剤量検知手段は可動に構成されていること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記第１の現像剤量検知手段は圧電方式
   の検知手段であり、前記第２の現像剤量検知手段は光検
   知方式の検知手段であることを特徴とする請求項１の画
   像形成装置。