JP4656241B2

JP4656241B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4656241B2
Application number: JP2009030398A
Authority: JP
Inventors: 悟鈴木; 俊介石井; 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: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: JP2010186071A

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、回転することで現像剤を撹拌する撹拌部材を有し、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、少なくともカートリッジの交換時期を判定するときにカートリッジの初期容量に応じて前記撹拌部材の回転速度を変更する速度変更手段とを備え、前記速度変更手段は、初期容量が少ないカートリッジの撹拌部材の回転速度の方が相対的に速くなるように前記撹拌部材の回転速度を変更することを特徴とする。

ここで、初期容量に応じて撹拌部材の回転速度を変更するとは、初期容量に応じて個別に回転速度を変更する場合のほか、初期容量の範囲に応じて回転速度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つは同じ回転速度で回転させ、初期容量が別の範囲に含まれる残り１つは異なる回転速度で回転させるような形態を含む。

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撹拌部材の回転速度を相対的に速くなるように変更することで、カートリッジ内を現像剤が流動しやすくなるので、カートリッジ内を光が通りにくくなる。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、カートリッジ内を光が通りにくくなると、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。

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撹拌部材の回転速度を変更するので、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。（ａ）はアジテータの回転速度を速くし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り、（ｂ）は（ａ）に示す受光信号の領域ＳＤにおけるトナーの動きを説明するための断面図である。本発明の第２実施形態に係る現像カートリッジの側面図であり、大容量タイプ（ａ）と小容量タイプ（ｂ）である。

［第１実施形態］
＜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、記録シートの一例としての用紙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を撹拌する撹拌部材の一例としてのアジテータ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内に設けられた駆動手段の一例としてのモータ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。アジテータ７０の回転速度は、後述する制御装置１００（速度変更部１２０）により、装着されている現像カートリッジ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）に応じて変更される。

（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、判定手段および速度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。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、「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や速度変更部１２０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。また、制御装置１００は、少なくとも、用紙Ｐに画像を形成する画像形成モードと、現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する判定モードとを実行可能に構成されている。

判定部１１０は、受光素子８２から入力された受光信号（一定時間ＴＡ分の受光信号）に基づいて現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定する。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。

速度変更部１２０は、モータＭの回転数（回転速度）を制御して、アジテータ７０の回転速度を変更する。詳細には、画像形成モード時に現像カートリッジ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）によらずにアジテータ７０を同じ回転速度で回転させ、判定モード時に後述する検出手段２００で検出した現像カートリッジ５Ｂの初期容量に応じてアジテータ７０の回転速度を変更する。

具体的に、速度変更部１２０は、判定モード時にモータの回転数を制御して、大容量タイプが装着されている場合にはアジテータ７０を回転速度Ｖ_LOWで回転させ、小容量タイプが装着されている場合にはアジテータ７０を回転速度Ｖ_LOWよりも速くなる回転速度Ｖ_HIGHで回転させる。なお、速度変更部１２０が変更可能な回転速度Ｖ_LOW，Ｖ_HIGHは、それぞれ一定時間ＴＡの間にアジテータ７０が整数回回転する速度、すなわち、図４および図７（ａ）に示すように、一定時間ＴＡ内に整数個の周期が含まれるような回転速度に設定されている。

ここで、回転速度Ｖ_LOW，Ｖ_HIGHは、予め試験などを行うことで設定した固定値を使用してもよいし、現像カートリッジ５Ｂの初期容量から、予め設定された計算式に基づいて算出した値を使用してもよい。また、回転速度Ｖ_LOW，Ｖ_HIGHは、一定の速度であってもよいし、所定の範囲（上限値と下限値）を持った速度であってもよい。また、回転速度Ｖ_LOW，Ｖ_HIGHは、いずれか一方が画像形成モード時のアジテータ７０の回転速度と同じ速度であってもよい。
アジテータ７０の回転速度を速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、その結果を速度変更部１２０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（判定モード時の動作）およびアジテータ７０の回転速度を速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。
判定モードは、公知の制御により、画像形成モード（詳細には、印刷ジョブが入力されてから用紙Ｐが本体筐体２の外部に排出されるまでの間）を除く期間に適宜実行される。

図６に示すように、判定モードが実行されると、制御装置１００（速度変更部１２０）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（速度変更部１２０）は、モータＭの回転数を制御して、アジテータ７０を回転速度Ｖ_LOWで回転させる（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（速度変更部１２０）は、モータＭの回転数を制御して、アジテータ７０を回転速度Ｖ_LOWよりも速くなる回転速度Ｖ_HIGHで回転させる（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、判定モードを終了する。

図７（ａ）に示すように、アジテータ７０の回転速度を速くすると、１周期の時間（アジテータ７０が１回転する時間）が短くなるので、一定時間ＴＡ内に含まれる受光信号の周期の数が増加する（図７（ａ）では６周期）。このとき、トナーＴは、現像カートリッジ５Ｂ内を流動しやすくなるので、現像カートリッジ５Ｂ（トナー収容室５８）内を光が通りにくくなる。

詳細には、アジテータ７０の回転速度が速くなると、図５（ａ）〜（ｃ）の過程において、トナーＴが現像室５７内に勢いよく送り込まれて急激に溜まるので、溜まったトナーＴはアジテータ７０の回転速度が遅い場合よりも崩れやすい状態となる。この状態において、崩れたトナーＴは、図７（ｂ）に示すように、アジテータ７０の回転速度が遅い場合よりも大量にトナー収容室５８内に流れ込む。そのため、短時間で光透過窓６０の大部分を覆い、トナー収容室５８内を光が急激に通りにくくなる。その結果、図７（ａ）に示すように、出力電圧値は領域ＳＤにおいてアジテータ７０の回転速度が遅い場合（図４参照）よりも急激に大きくなる。

また、トナー収容室５８内に流れ込む大量のトナーＴとアジテータ７０の速い回転によって、現像カートリッジ５Ｂ内に舞い上がるトナーＴの量も増えるので、全体的にトナー収容室５８内を光が通りにくくなり、出力電圧値は領域ＳＤ〜ＳＦにおいてアジテータ７０の回転速度が遅い場合よりも大きくなる。

これらにより、一定時間ＴＡ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、アジテータ７０の回転速度が遅い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。

以上のように、判定モード時に、小容量タイプのアジテータ７０の回転速度を、大容量タイプと比較して速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、アジテータ７０の回転速度を速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。

本実施形態では、画像形成モード時に初期容量によらずにアジテータ７０を同じ回転速度で回転させ、判定モード時に初期容量に応じてアジテータ７０の回転速度をＶ_LOWまたはＶ_HIGHに変更するので、画像形成モード時にアジテータ７０の回転速度を変更する場合と比較して、レーザプリンタ１の構成を簡略化できるとともに、コストを抑えることができる。

なお、画像形成モード時にアジテータ７０の回転速度を変更すると、例えば、露光や転写などのタイミングが変わるので画像形成モード時の制御を装着可能な現像カートリッジ５Ｂごとに設定したり、アジテータ７０の回転速度だけを変更可能とする機構を設けたりする必要がある。そのため、レーザプリンタ１の構成が複雑になるとともに、コスト上昇に繋がるおそれがある。

本実施形態では、速度変更部１２０が変更可能な複数の回転速度が、それぞれ一定時間ＴＡの間にアジテータ７０が整数回回転する速度に設定されているので、受光信号は、判定部１１０が交換時期の判定のために受光信号を取得する時間である一定時間ＴＡ内に整数個の周期が含まれることとなる。ここで、一定時間ＴＡ内に、例えば４．５周期とか６．２周期とかを含むような回転速度の場合には、正確な交換時期の判定のために、受光信号を取得する時間を一定時間ＴＡから適宜変更する必要がある。そこで、本実施形態のように、一定時間ＴＡ内に整数個の周期が含まれるように回転速度を設定することで、受光信号を取得する時間を変更することなく、交換時期の判定を行うことができる。

［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、速度変更手段を本体筐体２ではなく、現像カートリッジ５Ｂに設けたものである。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。

前記第１実施形態では、速度変更手段の一例としての制御装置１００（速度変更部１２０）を本体筐体２に設けた構成を示したが、これに限定されず、例えば、速度変更手段を現像カートリッジ５Ｂに設ける構成としてもよい。

具体的には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の速度変更手段は、現像カートリッジ５Ｂの右側面に設けられ、本体筐体２（モータＭ）から駆動力が入力されてその駆動力をアジテータ７０に伝達する歯車列の一例としてのギヤ機構１３０（１３０Ｌ，１３０Ｓ）である。なお、図８において、（ａ）は大容量タイプの現像カートリッジ５ＢＬを示し、（ｂ）は小容量タイプの現像カートリッジ５ＢＳを示している。

ギヤ機構１３０は、本体筐体２から駆動力が入力される入力ギヤ１３１と、入力ギヤ１３１（大径ギヤ部１３１Ａ）と噛み合って現像ローラ５４と供給ローラ５５をそれぞれ回転させる現像ローラギヤ１３２および供給ローラギヤ１３３と、大径ギヤ部１３４Ａが入力ギヤ１３１（小径ギヤ部１３１Ｂ）と噛み合う伝達ギヤ１３４（１３４Ｌ，１３４Ｓ）と、回転支軸７１に固定され、伝達ギヤ１３４から駆動力が伝達されることでアジテータ７０を回転させるアジテータギヤ１３５（１３５Ｌ，１３５Ｓ）とを備えている。

このギヤ機構１３０は、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）に応じて変速比が異なるように構成されている。具体的には、伝達ギヤ１３４の小径ギヤ部１３４Ｂとアジテータギヤ１３５との変速比が異なるように構成されている。

伝達ギヤ１３４（小径ギヤ部１３４Ｂ）とアジテータギヤ１３５との変速比は、小容量タイプの方が大容量タイプよりもアジテータ７０の回転速度が速くなる（回転数が大きくなる）ように設定されている。具体的に、下記式（１）において求められる変速比が、小容量タイプの方が大容量タイプよりも小さくなるように設定されている。
変速比＝アジテータギヤの歯数／伝達ギヤ（小径ギヤ部）の歯数・・・（１）

具体的に、図８に示す形態においては、大容量タイプの変速比はおよそ２となっており、小容量タイプの変速比は１となっている。したがって、大容量タイプでは伝達ギヤ１３４が２回転することでアジテータギヤ１３５（アジテータ７０）が１回転するが、小容量タイプでは伝達ギヤ１３４が２回転することでアジテータギヤ１３５（アジテータ７０）が２回転するので、アジテータ７０の回転速度が速くなる。

このようなギヤ機構１３０（速度変更手段）を現像カートリッジ５Ｂに設けることで、本体筐体２に速度変更手段や検知手段が設けられていない構成（判定手段を有する従来の画像形成装置）においても本発明を適用することが可能となる。すなわち、小容量タイプのアジテータ７０の回転速度を大容量タイプと比較して速くなるように変更することができる。これにより、前記第１実施形態と同様に、小容量タイプの使用期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、本実施形態においても、ギヤ機構１３０（１３０Ｌ，１３０Ｓ）によって決まるアジテータ７０の回転速度は、それぞれ一定時間（判定手段が現像カートリッジ５Ｂの交換時期を判定するために受光信号を取得する時間）の間にアジテータ７０が整数回回転する速度に設定されることが望ましい。これによれば、受光信号を取得する時間を現像カートリッジ５Ｂの初期容量に応じて変更することなく、交換時期の判定を行うことができる。

本実施形態において、ギヤ機構１３０を構成するギヤの大きさ（径）や個数、配列、変速比などは適宜変更可能である。また、２つのギヤ間の駆動力の伝達にベルトを採用してもよい。

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、撹拌部材の回転速度は、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撹拌部材の回転速度をＶ_LOWとし、３０００枚以下のカートリッジの撹拌部材の回転速度をＶ_MEDIUMとし、６０００枚から３０００枚の間のカートリッジの撹拌部材の回転速度をＶ_HIGHとする（Ｖ_LOW＜Ｖ_MEDIUM＜Ｖ_HIGH）。

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。

前記実施形態で示したアジテータ７０（撹拌部材）の構成は一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シート部材７３（シート取付部７２）とワイパー７５（ワイパー取付部７４）との位置関係が前記実施形態と異なるものであってもよいし、ワイパー７５を取り付けるための構成が前記実施形態と異なるものであってもよい。また、シート部材の長さが前記実施形態とは異なるものであってもよいし、シート部材を備えない構成であってもよい。

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。
前記実施形態では、記録シートの一例として、いわゆる普通紙やはがきなどの用紙Ｐを示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＯＨＰシートなどであってもよい。

１レーザプリンタ
５Ｂ現像カートリッジ
７０アジテータ
８１発光素子
８２受光素子
１００制御装置
１１０判定部
１２０速度変更部
１３０ギヤ機構
２００検出手段
Ｍモータ
Ｐ用紙
Ｔトナー
ＴＡ一定時間

Claims

回転することで現像剤を撹拌する撹拌部材を有し、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、
少なくともカートリッジの交換時期を判定するときにカートリッジの初期容量に応じて前記撹拌部材の回転速度を変更する速度変更手段とを備え、
前記速度変更手段は、初期容量が少ないカートリッジの撹拌部材の回転速度の方が相対的に速くなるように前記撹拌部材の回転速度を変更することを特徴とする画像形成装置。
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、
前記撹拌部材に駆動力を付与する駆動手段とをさらに備えるとともに、記録シートに画像を形成する画像形成モードと、カートリッジの交換時期を判定する判定モードとを実行可能に構成され、
前記速度変更手段は、前記駆動手段を制御して、画像形成モード時にカートリッジの初期容量によらずに前記撹拌部材を同じ回転速度で回転させ、前記判定モード時に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撹拌部材の回転速度を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記速度変更手段は、前記カートリッジに設けられ、装置本体から駆動力が入力されて当該駆動力を前記撹拌部材に伝達する歯車列であり、
前記歯車列は、カートリッジの初期容量に応じて変速比が異なることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記判定手段は、一定時間分の前記受光信号に基づいてカートリッジの交換時期を判定し、
前記速度変更手段が変更可能な複数の回転速度は、それぞれ前記一定時間の間に整数回回転する速度に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。