JP5705007B2 - 現像装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置において、トナー容器内に収納されているトナーの残量を測定するためのトナー残量検出装置が設けられることがある。トナー残量検出装置には、さまざまな方式があるが、例えば、特許文献１に記載するような、光透過式トナー残量検知がある。光透過式トナー残量検知とは、トナー容器内に検知光を通過させ、その検知光の通過時間によってトナー容器内に収納されているトナーの残量を検出する方式である。

特許文献１では、攪拌部材がトナー容器内で回転することでトナーを攪拌しており、この攪拌部材の回転周期ごとに検知光の通過時間を測定する。トナー容器内にトナーが大量に入っている状態では検知光はトナー容器内を通過せず、トナーが消費されるにつれて検知光が通過するようになるので、トナー消費とともに検知光が検知される時間が長くなることを利用してトナー残量を検知している。

特開２００３−２４１５００号公報

従来の画像形成装置において、印刷生産性（プリントスピード）を向上させるために、画像形成速度（プロセススピード）を高め、画像形成速度に応じて攪拌部材の回転速度も速めた状態で、上記のような光透過式トナー残量検出装置によるトナー残量検知を行った。すると、撹拌部材の撹拌駆動速度が速いためにトナー容器内のトナーが舞い上がってクラウド状態となり、検知光がトナー容器内を通過する時間が不安定になり、トナー残量の検出精度が低下した。

上記目的を達成するために、本出願に係る代表的な構成は、現像剤を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記現像剤収納部と隣接する第１の空間と前記現像剤収納部とを仕切るように配置され、前記攪拌部材に加圧された時に、前記第１の空間に形成された現像剤量検知用の光路の少なくとも一部を遮るように撓む可撓性部材と、を有することを特徴とする現像装置である。

現像剤収納部とは仕切られた空間に現像剤量検知用の光路が形成されるので、現像剤収納部において攪拌部材が高速で回転してトナーが舞い上がっても、簡易な構成で現像剤の残量を精度良く検知することができる。

本発明におけるカラーレーザプリンタの構成を示す概略図 第１の実施例における光センサユニットの断面図 第１の実施例におけるプロセスカートリッジの透視図および現像ユニットの断面斜視図 第１の実施例における回路図 第１の実施例における特性グラフ及び波形及びテーブルＴ 第１の実施例におけるシーケンスフローチャート 第２の実施例における現像ユニットの断面図および攪拌シートの斜視図 第２の実施例における特性グラフ及び波形及びテーブルＭ 第２の実施例におけるシーケンスフローチャート 第３の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図 第３の実施例における回路図 第３の実施例における波形 第３の実施例における特性グラフ及び波形及びテーブルＫ 第３の実施例におけるＬＥＤ光量初期設定のシーケンスフローチャート 第３の実施例におけるトナー残量検知のシーケンスフローチャート 第４の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図および遮光板と遮光板固定台の斜視図 第５の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図および仕組みの説明図 第６の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図および遮光板と遮光板固定台の斜視図

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。尚、以下の実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施例で説明されている特長の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜第１の実施例＞
図１は本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”の概略図である。
図１に示すカラーレーザプリンタ（以下、本体と称す）は、本体１０１に対して着脱自在なプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。これら４個のプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、同一構造であるものの、異なる色、すなわち、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによる画像を形成する点で相違している。プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像ユニットと画像形成ユニットと廃トナーユニットの大きく３つの構成で成り立っている。現像ユニットは、現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、トナー補給ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、トナー容器（現像剤収納部）２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ、攪拌シート３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋを有している。

また、画像形成ユニットは、像担持体である感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを有している。廃トナーユニットは、ドラムクリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、廃トナー容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋを有している。

プロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの下方にはレーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋが配置され、画像信号に基づく露光を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対して行う。感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって所定の負極性の電位に帯電された後、レーザユニット７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋによってそれぞれ静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋによって反転現像されて負極性のトナーが付着され、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像（現像剤像）が形成される。

中間転写ベルトユニットは、中間転写ベルト８、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０から構成されている。また、各感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対向して、中間転写ベルト８の内側に一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが配設されており、不図示のバイアス印加手段により転写バイアスを印加する構成となっている。

感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されたトナー像は、各感光ドラムが矢印方向に回転し、中間転写ベルト８が矢印Ａ方向に回転させる。さらに一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに正極性のバイアスを印加することにより、感光ドラム１Ｙ上のトナー像から順次、中間転写ベルト８上に一次転写され、４色のトナー像が重なった状態で二次転写ローラ１１まで搬送される。

給搬送装置は、転写材Ｐを収納する給紙カセット１３内から転写材Ｐを給紙する給紙ローラ１４と、給紙された転写材Ｐを搬送する搬送ローラ対１５とを有している。そして、給搬送装置から搬送された転写材Ｐはレジストローラ対１６によって二次転写ローラ１１に搬送される。

中間転写ベルト８から転写材Ｐへの転写においては、二次転写ローラ１１に正極性のバイアスを印加することにより、搬送された転写材Ｐに、中間転写ベルト８上の４色のトナー像を二次転写する。トナー像転写後の転写材Ｐは、定着装置１７に搬送され、定着フィルム１８と加圧ローラ１９とによって加熱、加圧されて表面にトナー像が定着される。定着された転写材Ｐは排紙ローラ対２０によって排出される。

一方、トナー像転写後に、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面に残ったトナーは、クリーニングブレード４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋへと回収される。また、転写材Ｐへの二次転写後に中間転写ベルト８上に残ったトナーは、転写ベルトクリーニングブレード２１によって除去され、除去されたトナーは、廃トナー回収容器２２へと回収される。

また、図１における８０は本体の制御を行うための電気回路が搭載された制御基板である。制御基板８０には１チップマイクロコンピュータ（以後ＣＰＵと記す）４０が搭載されている。ＣＰＵ４０は転写材Ｐの搬送に関る駆動源（不図示）やプロセスカートリッジの駆動源（不図示）の制御、画像形成に関する制御、更には故障検知に関する制御など、本体の動作を一括して制御しているものである。４２は、画像データからレーザユニット内のレーザの発光を制御するためのビデオコントローラである。このビデオコントローラ４２は、不図示のコントロールパネルを介して、ユーザとのインターフェイスも行う。このコントロールパネルには、各色のトナー残量が棒グラフ状に表示される。
記号のＹＭＣＫは、色を示しており、以後の説明では、色を示すＹＭＣＫの記号の記載を省略する。

トナー残量センサとして機能する光センサユニットについて説明する。図２（ａ）は本実施例の光センサユニットの断面図である。現像ユニット壁５０１に先端を対向するように２対のライトガイドであるライトガイド５０２とライトガイド５０３が配置されている。ライトガイドは夫々現像ユニット外壁と内壁に端面を有している。ライトガイド対を囲むように現像ユニット内壁にスペーサとして両面に粘着性のあるシートである両面テープ５０４が貼り付けられている。５０５は可撓性を有するシート状部材（可撓性部材）からなるＰＥＴフィルムであり、両面テープ５０４上に貼り付けられている。両面テープ５０４は現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５との間に空間（第１の空間）を形成するスペーサである。言い換えると、ＰＥＴフィルム５０５は、トナー容器２３と隣接する第１の空間とトナー容器とを仕切るように配置されている。また、両面テープ５０４はスペーサ以外にもＰＥＴフィルム５０５を貼り付ける機能も有している。

ライトガイド５０２の現像ユニット外壁側端面に対向する画像形成装置内に発光素子であるＬＥＤ５０６が備えられている。また、同様にライトイトガイド５０３の現像ユニット外壁側端面に対向する画像形成装置内に受光素子であるフォトトランジスタ５０７が設けられている。ＬＥＤ５０６から発光された赤外光は、ライトガイド５０２内を導光し、現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５との間に形成された空間を透過して、ライトガイド５０３を経由してフォトトランジスタ５０７によって受光される。

ＰＥＴフィルム５０５はトナー容器内のトナー残量を検知するための検知面である。ＰＥＴフィルム５０５に圧力が加わるとＰＥＴフィルム５０５が変形し、現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５間に形成された空間が狭くなるため、ＬＥＤ５０６とフォトトランジスタ５０７との間の現像剤量検知用の光路が遮断される。

図２（ａ）は、光センサユニットの検知面に圧力を与えていない様子を示している。現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５間の空間が最も大きいため、空間を透過する光量が多い。

図２（ｂ）は、光センサユニットの検知面に小さい圧力を与えている様子を示している。ＰＥＴフィルム５０５が変形し、現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５間の空間が狭くなる。そのため、空間を透過する光が一部遮光されて、図２（ａ）に比べて受光する光量が低下する。一方で図２（ｃ）は、光センサユニットの検知面に大きい圧力を与えている様子を示している。ＰＥＴフィルム５０５が大きく変形し、現像ユニット内壁５０１とＰＥＴフィルム５０５の一部が接触するため、ＬＥＤ５０６から発光された光の大部分が遮光される。

図３は現像ユニットの断面斜視図である。トナー容器２３内にはトナーを攪拌するための攪拌シート（攪拌部材）３４がある。ここで攪拌シート３４の厚さは１５０μｍであり、可撓性を有する。攪拌シート３４は、矢印Ｂ方向に約１周／ｓｅｃのスピードで周回回転を行う。

攪拌シート３４が回転動作を行うと、図３に示すように、攪拌シート３４はトナーの抵抗を受けて、回転方向後側に変形し、大きく撓む。トナーの残量が多い場合、攪拌シート３４の光センサユニット５０８上を通過する時間が長くなるため、光センサユニット５０８の検知面に対して、圧力を及ぼしている時間が長くなる。また、トナー量が多いと攪拌シート３４と光センサユニット５０８の間に押し付けられているトナー量も多くなるため、攪拌シート３４およびトナーが光センサユニット５０８の検知面に圧力を及ぼす時間が長くなる。一方、トナーの残量が少ない場合は、トナーの抵抗が小さくなるため、攪拌シート３４の撓み量が小さい。その結果、攪拌シート３４が光センサユニット５０８上を通過する時間が短くなり、光センサユニット５０８の検知面に対して、圧力を及ぼしている時間が短くなる。また、トナー量が少ないと、攪拌シート３４と光センサユニット５０８間のトナー量が少なくなるため、光センサユニット５０８の検知面に圧力を及ぼす時間が短くなる。この原理を使ってトナー２８の残量検知を行う。

図４は、トナー残量を検知する検知手段を表す回路図である。発光素子であるＬＥＤ５０６のアノードを電流制限抵抗となる固定抵抗器３７を介して（ＤＣ）３．３Ｖの電源電圧に接続し、ＬＥＤのカソードをＧＮＤに接地している。一方、３８は固定抵抗器であり、エミッタ接地したフォトトランジスタ５０７のコレクタに接続されている。フォトトランジスタ５０７のコレクタ電圧をＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。フォトトランジスタ５０７が光を受光すると、光電流であるコレクタ電流が流れて、フォトトランジスタ５０７のコレクタ電圧が低下する。

次に、図５を用いて本実施例におけるトナー残量検知の検知特性を説明する。
図５（ａ）は、トナー残量と攪拌シート３４によって押されたトナーが光センサユニット５０８の検知面に到達する時間から攪拌シート３４の先端が光センサユニット５０８の検知面を通過し終わる時間までの時間幅の特性グラフである。図５（ｂ）は、トナー残量が、６０％のときの波形データである。攪拌シート及び攪拌シートに押されたトナーは、ＰＥＴフィルムを加圧して変形させることで約５０．８ｍｓｅｃ間光センサユニット５０８を遮光する。

図５（ｃ）は、テーブルＴである。テーブル数値間のトナー残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間も変わる。トナー残量を算出するテーブルの数値も同様である。
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図６のシーケンスフローチャートを用いて説明する。フローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特性用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。

まず、攪拌シート３４を回転させる（Ｓ１０１）。ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、センサ値を読み取り開始する（Ｓ１０２）。光センサユニット５０８に圧力がかかっていない初期値を検知するために０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖを継続するかモニタする（Ｓ１０３）。攪拌シート３４の周期は、本実施例では、約１ｓｅｃである。Ｓ１０３で０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖが継続せず、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過してしまった場合には、（Ｓ１１４）光センサユニット５０８の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１５）。Ｓ１０３で０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖを継続した場合には、正常動作と判断し、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、１．２Ｖ以上になったときに（Ｓ１０４）センサの信号が立ち上がりと認識する（Ｓ１０５）。そして時間幅を計測するためのタイマをスタートさせる（Ｓ１０６）。次にＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、１．０Ｖ以下になったときに（Ｓ１０７）立ち下りと認識し、タイマをストップさせる（Ｓ１０８）。ここで立ち上がりの閾値を１．２Ｖとして、立ち下りの閾値を１．０Ｖとした理由は、ヒステリシスを持たせ、ノイズによる誤動作を防止するためである。

次にそのタイマの値を読み込み（Ｓ１０９）、テーブルＴと照合する（Ｓ１１０）。そして、照合した値に対応するトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１１）。Ｓ１０７でタイマースタート後２．０ｓｅｃ以上経過した場合には（Ｓ１１２）、異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１３）。
このように光センサユニット５０８が圧力を検知している時間幅でトナーの残量を逐次検知する。

ここでは、トナー残量の検知シーケンス内に攪拌シート３４を回転動作させることを記載したものの、画像形成動作中などで攪拌シート３４が回転していれば、トナー残量を検知することができる。また、トナー残量を検知する前に、数回回転させて、攪拌シート３４の回転状態が安定した状態からはじめても良い。さらに、１回の測定結果を基にトナー残量を算出したものの、複数回測定し、その平均値からトナー残量を判断することで、より精度を向上させることができる。ここで定義した立ち上がり閾値や立ち下がり閾値、タイマの値は、本構成における１つの実施例である。それぞれの構成は、光センサユニット５０８の配置や攪拌シート３４の回転速度、回路定数、発光および受光素子の特性、ＰＥＴフィルム５０５および両面テープ５０４の厚みなどを総合的に考慮して決められるため、これに限定されるものではない。

このように、攪拌シート３４によって押されたトナーが光センサユニット５０８の検知面に到達する時間から攪拌シート３４の先端が光センサユニット５０８の検知面を通過し終わる時間までの時間に基づいて、トナー残量を判断する。これにより、トナーが満タンから空になるまで逐次残検ができる。また、光センサユニット５０８を用いることで、検知回路が簡素化することができるとともに、反応速度が速いため、検知時間の高速化を図ることができる。さらに、発光素子と受光素子を画像形成装置本体に設けることで、交換部品である現像ユニットの構成を簡略することが可能となる。尚、本実施例によれば、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧を検知した。しかしながら、コンパレータ等で電圧検知回路を構成することでデジタル化して、デジタルポートで時間を検知しても良い。本実施例では、スペーサとして両面テープ５０４の例を示した。ライトガイド対の周囲にある現像ユニット内壁５０１を一段高く形成することでもスペーサとすることができる。この場合はシートを熱溶着や接着剤、両面テープ５０４などで貼り付ける必要がる。

また、本実施例では可撓性部材としてＰＥＴフィルム５０５を用いる例を示したものの、これに限るものではなく、ポリエステルフィルムやポリウレタンシートでも同様の効果が得られる。すなわち、可撓性部材は、攪拌シート３４に加圧された時に現像剤量検知用の光路の少なくとも一部を遮るように撓めばよい。ただし、可撓性部材は経時的に変形量が変化しないものが望ましい。
また、本実施例で示したライトガイド５０２、５０３は光を透過する光ファイバーでも同様の効果が得られる。光ファイバーを利用する場合は、発光素子に半導体レーザを用いてもよい。

また、本実施例では、攪拌シート３４で押し当てる構成を示した。しかし、攪拌シート３４の可撓性が大きく、光センサユニット５０８の検知面を十分に押せない場合には、攪拌シート３４の軸方向の光センサユニット５０８付近において容器内の周方向の壁面を押し当てるための押し当て部位３４１を追加しても良い。押し当て部位３４１は可撓性を有すればよく、攪拌シート３４と一体構成でも、別の部材を攪拌シート３４に取り付けても良い。

＜第２の実施例＞
第１実施例では、攪拌シート３４によって押されたトナーが光センサユニット５０８の検知面に到達する時間から攪拌シート３４の先端が光センサユニット５０８の検知面を通過し終わる時間までの時間に基づいてトナー残量を検知しているのに対して、本実施例では、光センサユニット５０８が圧力を検知している圧力に対応する受光光量を変換した電圧値を検知して、トナー残量を検知する。

まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、実施例１で説明した図１、図２、図３の構成および、図４の回路図は、本実施例においても適用されるものとする。また、実施例１と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。ここで、本実施例においては、図４の回路図にある電源電圧は（ＤＣ）５．０Ｖである。

図７（ａ）は、トナーの残量が多いときの現像ユニットの断面図であり、図７（ｂ）は、トナーの残量が少ないときの現像ユニットの断面図である。
攪拌シート３４の軸方向の光センサユニット５０８付近において容器内の周方向の壁面を押し当てるための押し当て部位３４１を追加していることが実施例１と異なる点である。

図７（ａ）のようにトナーの残量が多いときは、攪拌シート３４は、光センサユニット５０８の検知面に接触しないでトナー容器２３内を周回動作する。一方で図７（ｂ）のようにトナーの残量が少ないときは、攪拌シート３４は、光センサユニット５０８の検知面に接触しながら、トナー容器２３内を周回動作する。

図７（ｃ）は、押し当て部位３４１と光センサユニット５０８の位置関係を表す斜視図である。押し当て部位３４１の長手方向の幅は、光センサユニット５０８のスペーサよりも内側の検知面に当る位置のみである。

図８（ａ）は、トナーの残量と、攪拌シート３４の押し当て部位３４１が光センサユニット５０８を通過する過程で光センサユニット５０８の検知面に対して、最も圧力を及ぼしている時の検出電圧との特性グラフである。図８（ｂ）は、トナー残量が、７０％のときの波形データである。攪拌シート３４と押し当て部位３４１及び攪拌シート３４と押し当て部位３４１に押されたトナーによって最も遮光された際の検出電圧は約３．２１Ｖとなる。

続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図９のシーケンスフローチャートを用いて説明する。フローの処理はＣＰＵ４０により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特性用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、それに何れかのステップの機能を持たせても良い。

続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の流れを図８のシーケンスフローチャートを用いて説明する。
まず、攪拌シート３４を回転させる（Ｓ２０１）。ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、センサ値を読み取り開始する（Ｓ２０２）。光センサユニット５０８に圧力がかかっていない初期値を検知するために０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖを継続するかモニタする（Ｓ２０３）。攪拌シート３４の周期は、本実施例では、約１ｓｅｃである。Ｓ２０３で０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖが継続せず、読み取り開始から２．０ｓｅｃ以上経過してしまった場合には、（Ｓ２１１）光センサユニット５０８の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１２）。Ｓ２０３で０．５ｓｅｃ以上０．５Ｖ±０．３Ｖを継続した場合には、その間の平均値を初期値と判断して記憶する（Ｓ２０４）。次に光センサユニット５０８へ圧力がかり始めたことを検知するために、初期値＋１．０Ｖ以上になるかモニタする（Ｓ２０５）。もし、２．０ｓｅｃ以上経過しても＋１．０Ｖ以上とならない場合（Ｓ２０９）には、異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１０）。Ｓ２０５でモニタ中に初期値＋１．０Ｖ以上になった場合には、光センサユニット５０８へ圧力がかかり始めたことを認識し、連続読み取りを開始して０．３ｓｅｃ間の読み取った値を記憶する（Ｓ２０６）。記憶した値から最大電圧値を求め、テーブルＮとその値を照合する。（Ｓ２０７）
その後、照合したトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２０８）。
押し当て部位３４１は可撓性を有すればよく、攪拌シート３４と一体構成でも、別の部材を攪拌シート３４に取り付けても良い。
このように光センサユニット５０８が最も大きな圧力を検知した時の出力電圧でトナーの残量を逐次検知する。

＜第３の実施例＞
まず、本実施例の構成である“カラーレーザプリンタ”について説明する。なお、実施例１または実施例２で説明した図１、図２、図３、図７の構成は、本実施例においても適用されるものとする。また、実施例１または実施例２と同一の構成は、同一の記号を付して、詳しい説明は重複になるので省略する。

図１０（ａ）は、本実施例の構成を表す断面図である。５１１は、遮光板（遮光部材）である。遮光板５１１の材質は、０．５ｍｍ厚の黒色プラスチック板である。図１０（ｂ）は、遮光板５１１の外形図である。遮光板５１１は、現像ユニット壁５０１に接着固定している。そして、遮光板５１１とＰＥＴフィルム５０５との間の空間に現像剤量検知用の光路が形成される。また、遮光板５１１は、ＰＥＴフィルム５０５が動く範囲以外の光路を遮光するようなＵ字形状としている。言い換えると、ＰＥＴフィルム５０５は、現像剤量検知用の光路のうち、遮光板５１１によって遮られた光路以外の少なくとも一部を遮るように撓むことが可能である。

図１１は、本実施例における回路図である。ＬＥＤ５０６の光量を自動調整できるような構成である。まず回路図４に追加する部品を説明する。４４は、プルダウン抵抗、４５は、ベース抵抗、４６は、平滑コンデンサ、４７は、トランジスタである。
ここで、本実施例においても、電源電圧は（ＤＣ）５．０Ｖである。ＣＰＵ４０は、ＰＷＭポートからパルスを出して、そのパルスのハイレベルとローレベルの時間比率（以後ＤＵＴＹと記す）に応じてＬＥＤ５０６の光量を設定する。前記パルスは、ベース抵抗４５と平滑コンデンサ４６で積分して、ほぼ直流に変換し、トランジスタ４７のベース電流を変化させる。従って、ＤＵＴＹが大きいと、ベース電流が大きくなり、電流制限抵抗となる固定抵抗器３７の電圧が高くなり、ＬＥＤ５０６の電流は、大きくなる。一方でＤＵＴＹが小さいとベース電流が小さくなり、電流制限抵抗となる固定抵抗器３７の電圧も低くなり、ＬＥＤ５０６の電流は、小さくなる。

図１２は、本実施例におけるトナー残量０％時の波形である。図５（ｂ）と比較して波形の変化が急峻なので、信号線に重畳するノイズの影響が小さくなることがわかる。

図１３（ａ）は、トナー残量に対する時間幅の特性グラフである。図１３（ｂ）は、テーブルＫである。テーブル数値間のトナー残量は、既知の線形補間を行う。ここで、算出された時間は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間も変わる。トナー残量を算出するテーブルの数値も同様である。

図１４は、新品のプロセスカートリッジを検出した場合のＬＥＤ５０６の光量を設定するＣＰＵ４０のシーケンスフローチャートである。最初に攪拌シートを回転開始する（Ｓ３０１）。次にＡ／Ｄ入力ポートの値を読み取り開始する（Ｓ３０２）。ＰＷＭポートの出力ＤＵＴＹを２％に設定する（Ｓ３０３）。Ａ／Ｄ入力ポートが０．５ＳＥＣ以上１．４Ｖ以下であることを確認する（Ｓ３０４）。もし、１．４Ｖより大きい値が２．０ＳＥＣ以上経過した場合は、異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１０）。本実施例においても攪拌シート３４の１回転周期（攪拌周期）は、１ＳＥＣであるからである。Ｓ３０４で０．５ＳＥＣ以上１．４Ｖ以下となった場合は、ＰＷＭ ＤＵＴＹを＋２％して光量を少し上げる（Ｓ３０５）。この状態でもＡ／Ｄ入力ポートが０．５ＳＥＣ以上１．４Ｖ以下であるか検知する（Ｓ３０６）。同様にしてＰＷＭ ＤＵＴＹを＋２％しながら、光量を上げていき、１．４Ｖより大きくなるＰＷＭ ＤＵＴＹを探す。もし途中で、ＰＷＭ ＤＵＴＹが１００％となった場合は、（Ｓ３１１）異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ３１２）。Ｓ３０６で、１．４Ｖより大きくなるＰＷＭ ＤＵＴＹが見つかった場合には、その−２％した値をプロセスカートリッジのタグメモリに記憶する（Ｓ３０７）。

従って、このタグメモリに記憶したＰＷＭ ＤＵＴＹを設定すれば、攪拌シート３４がトナーを介してＰＥＴフィルム５０５を押していないときに１．４Ｖ未満となる。

図１５は、トナー残量検知のシーケンスフローチャートである。最初に攪拌シートを回転開始する（Ｓ５０１）。次にＡ／Ｄ入力ポートの値を読み取り開始する（Ｓ５０２）。プロセスカートリッジのタグメモリからＰＷＭ ＤＵＴＹの値を読み出し、ＰＷＭポートの出力ＤＵＴＹをその値に設定する（Ｓ５０４）。Ａ／Ｄ入力ポートが０．５ＳＥＣ以上１．５Ｖ以下であることを確認する（Ｓ５０５）。もし、１．５Ｖより大きい値が２．０ＳＥＣ以上経過した場合は（Ｓ５０６）、異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ５０７）。Ｓ５０５でＡ／Ｄ入力ポートが０．５ＳＥＣ以上１．５Ｖ以下となったら、次にＡ／Ｄ入力ポートの値が２．０Ｖ以上になったときに（Ｓ５０８）立ち上がりを認識する（Ｓ５０９）そして、タイマをスタートさせる（Ｓ５１０）。その後、Ａ／Ｄ入力ポートの値が１．９Ｖ以下になったときに立ち下がりを認識する（Ｓ５１１）。ここで立ち上がりを２．０Ｖとして立下りを１．９Ｖで検知する理由は、０．１Ｖのヒステリシスを持たせてノイズによるチャタリングを防止するためである。もし、Ｓ５１１でタイマースタート後０．９５ＳＥＣ以上経過した場合には、異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ５１３）。ここで０．９５ＳＥＣとした理由は、本実施例では、攪拌シート３４の周期が、１ＳＥＣで、かつ５０ｍＳＥＣ以下のパルス幅は、存在しないためである。Ｓ５１１で立ち下がりが認識できた場合は、タイマをストップさせる（Ｓ５１４）。そして、タイマの値を読み込み（Ｓ５１５）、テーブルＫと照合し（Ｓ５１６），線形補完によってトナー残量を算出し、報知する（Ｓ５１７）。

本実施例による効果は、攪拌シート３４がトナーを介してＰＥＴフィルム５０５を押す圧力が小さい場合でも光路を遮光するために、波形の変化する時間が小さくなり、信号に重畳するノイズの影響が小さくなるので、トナー残量検知精度をより向上させることができることである。

＜第４の実施例＞
本実施例は、第３の実施例と光センサユニット５０８の構成が異なる。
図１６（ａ）は、本実施例の構成を表す断面図である。第３の実施例との違いは、遮光板５１１が、ＰＥＴフィルム５０５に対して、約３０度の角度を付けて、遮光板固定台５１２に接着固定されていることである。ここで遮光板５１１は、黒色のＰＥＴフィルムで厚みは、２００μｍである。図１６（ｂ）は、遮光板５１１をライトガイド５０２側から見た外形図である。ＰＥＴフィルム５０５が可動する範囲以外を遮光する形状である。図１６（ｃ）は、遮光板５１１と遮光板固定台５１２の斜視図である。回路図１１と図１３（ａ）のトナー残量に対する時間幅の特性グラフと、図１３（ｂ）のテーブルＫは、同じである。また、シーケンスフローチャートの図１４と図１５も、第３の実施例と同じである。これらの説明も同じなので省略する。

このような構成とすることで、以下のような効果がある。ＰＥＴフィルム５０５と遮光板５１１との距離が公差等によって小さくなることがある。このときＰＥＴフィルム５０５を攪拌シート３４がトナーを介して押すことによって、遮光板５１１とＰＥＴフィルム５０５との光路が遮光されるばかりでなく、さらに遮光板５１１を押す力がかかることになる。このときに、遮光板５１１が遮光板固定台５１２の方向へ撓み圧力を分散させるので、ＰＥＴフィルム５０５と遮光板５１１に余分なストレスをかけることがない。従って、光センサユニット５０８の構成部品の寸法公差が緩和でき、よりコストの安い構成でも高精度なトナー残量検知構成の実現が可能となる。

＜第５の実施例＞
第４の実施例では、遮光板５１１をライトガイド５０２とライトガイド５０３の間の中央に配置した。しかし、本実施例では、遮光板５１１をライトガイド５０２とライトガイド５０３の間の中央からずれた位置に配置する。

図１７は、第５の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図および仕組みの説明図である。
図１７（ａ）は、本実施例の構成を表す断面図である。図１７（ｂ）は、遮光板５１１の外形図である。遮光板５１３も同じ形状である。遮光板５１１及び遮光板５１３は、現像ユニット壁５０１に接着固定している。また、遮光板５１１は、ＰＥＴフィルム５０５が動く範囲より小さい範囲が空間となるようなＵ字形状としている。ここで遮光板５１１と遮光板５１３は、黒色のＰＥＴフィルムで厚みは、２００μｍである。

そして、ＰＥＴフィルム５０５に荷重がかかっていない状態では、遮光板５１１及び遮光板５１３とＰＥＴフィルム５０５で光路を構成している。
遮光板５１１は、図１７（ａ）のようにライトガイド５０２とライトガイド５０３間の約４等分した１／４の位置付近に配置し、遮光板５１３は、３／４の位置付近に配置している。

図１７（ｃ）は、本実施例の仕組みを説明するための断面図である。攪拌シート３４がトナーを介してＰＥＴフィルム５０５を押している状態を破線で示している。また、図１７（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、それぞれ図１７（ｃ）のＡ−Ａ’から見た断面図である。ここで図１７（ｄ）および図１７（ｅ）のＰＥＴフィルム５０５と遮光板５１１の上部１辺で囲まれた射線部が光の透過エリアである。攪拌シート３４がトナーを介してＰＥＴフィルム５０５を押していない状態が図１７（ｄ）であり、ＰＥＴフィルム５０５を押している途中の状態が図１７（ｅ）である。さらにＰＥＴフィルム５０５を最大に押している状態が図１７（ｆ）である。このとき、ＰＥＴフィルム５０５の中央が遮光板５１１のＵ字形状部より大きく撓み、図１７（ｆ）の破線でしめしているようにＰＥＴフィルム５０５でも遮光する。この状態では、透過光がほぼ無くなる。そうすると、図１２に示した波形より、遮光時に電源電圧５Ｖになるので、さらに信号に重畳するノイズの影響が小さくなり、トナー残量検知精度をより向上させることができることである。

回路図１１と図１３（ａ）のトナー残量に対する時間幅の特性グラフと、図１３（ｂ）のテーブルＫは、同じである。また、シーケンスフローチャートの図１４と図１５も、第３の実施例と同じである。これらの説明も同じなので省略する。
尚、本実施例では、遮光板５１１と遮光板５１３は、２枚の構成で説明した。しかしながら、どちらか一方の遮光板でも同様の効果が期待できる。

＜第６の実施例＞
図１８は、第６の実施例における光センサユニットの断面図および遮光板の外形図である。
図１８（ａ）は、本実施例の構成を表す断面図である。遮光板５１１が、ＰＥＴフィルム５０５に対して、約３０度の角度を付けて、遮光板固定台５１２に接着固定している。また、遮光板５１３が、ＰＥＴフィルム５０５に対して、約−３０度の角度を付けて、遮光板固定台５１４に接着固定している。ここで遮光板５１１と遮光板５１３は、黒色のＰＥＴフィルムで厚みは、２００μｍである。図１８（ｂ）は、遮光板５１１の外形図である。また、遮光板５１３も同じ形状である。図１８（ｃ）は、遮光板５１１と遮光板固定台５１２の関係を示す斜視図である。

このような構成でＰＥＴフィルム５０５を攪拌シート３４がトナーを介して押すことによって、遮光板５１１とＰＥＴフィルム５０５との光路が遮光されるばかりでなく、さらに遮光板５１１を押す力がかかることになる。このときに、遮光板５１１が遮光板固定台５１２の方向へ撓み圧力を分散させるので、ＰＥＴフィルム５０５と遮光板５１１に余分なストレスをかけることがない。また、ＰＥＴフィルム５０５の中央部でも遮光する。この状態では、透過光がほぼ無くなる。そうすると、図１２に示した波形より、遮光時に電源電圧の５Ｖになるので、さらに信号に重畳するノイズの影響が小さくなり、トナー残量検知精度をより向上させることができる。こうような構成と動作で、光センサユニット５０８の構成部品の寸法公差が緩和でき、よりコストの安い構成でも高精度なトナー残量検知構成の実現が可能となる。

尚、本実施例では、遮光板５１１と遮光板５１３は、２枚の構成で説明した。しかしながら、どちらか一方の遮光板でも同様の効果が期待できる。本実施例でも回路図１１と図１３（ａ）のトナー残量に対する時間幅の特性グラフと、図１３（ｂ）のテーブルＫは、同じである。また、シーケンスフローチャートの図１４と図１５も、第３の実施例と同じである。これらの説明も同じなので省略する。

第１の実施例乃至第６の実施例においては、理解し易いように１回の検知でテーブルを参照するような説明をしている。しかし、複数回のデータを平均化した後に、それぞれのテーブルを参照するような制御にすると、さらに検知精度をあげることが期待できる。

また、第１の実施例乃至第４の実施例においては、現像ユニットが一体構成の例を挙げた。しかし、現像ローラ３とトナー容器２３が別体となった補給系のトナー容器においても、トナー容器の内部に光センサユニット５０８を設けることにより、本発明が適用可能である。

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光ドラム
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 現像ローラ
５ プロセスカートリッジ
２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ トナー容器
２８ トナー
１０１ 本体
３４ 攪拌シート
４０ １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
５０１ 現像ユニット壁
５０５ ＰＥＴフィルム
５０６ ＬＥＤ
５０７ フォトトランジスタ
５０８ 光センサユニット
５１１ 遮光板
５１３ 遮光板
５１５ 第１の空間

Claims (5)

1. 現像剤を収納する現像剤収納部と、
   前記現像剤を担持して静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する攪拌部材と、
   前記現像剤収納部に隣接する空間と前記現像剤収納部とを仕切るように配置され、前記攪拌部材に現像剤を介して加圧された時に、前記空間に形成された現像剤量検知用の光路の少なくとも一部を遮るように撓む仕切り部材と、を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記攪拌部材は、前記現像剤収納部の現像剤を攪拌する際に前記仕切り部材に接触可能な長さを有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 更に、前記光路の一部を遮るように前記空間に設けられた遮光部を有し、
   前記仕切り部材は、前記光路のうち、前記遮光部によって遮られた光路以外の少なくとも一部を遮るよう撓むことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置と、
   前記現像装置によって現像剤像を形成される像担持体と、
   を備え、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置と、
   該現像装置によって現像剤像を形成される像担持体と、
   発光素子、及び該発光素子との間に前記光路を形成する受光素子を備え、前記仕切り部材が前記攪拌部材に加圧された時の前記受光素子の出力に基づいて、前記現像剤収納部の現像剤量を検知する検知手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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