JP5748507B2 - 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おける現像剤であるトナーの残量検知に関する。

従来の画像形成装置では、トナー容器内のトナーの残量を圧電センサや超音波センサを用いて検知している例がある。例えば、特許文献１のトナー残量検知装置は、アジテータ回転時に、ホッパの底面の、アジテータの先端部に設けた薄板状部材が近接して通過する位置に、検知部を上に向けた圧電センサを設置している。そして、アジテータの１回転に要する時間と、圧電センサが薄板状部材により圧力を検知した時間との時間比よりトナー残量を検知する。このトナー残量検知装置では、トナー残量がある一定量以上の場合は、圧電センサの出力がトナー有りの論理に固定され、一定量以下になるとトナーの量が検知されなくなり、圧電センサの出力はトナー無しの論理に固定される。

特開平１−６９８６号公報

しかし、特許文献１では以下のような課題があった。すなわち、トナーの残量が多いときは、トナー重量を検知しない時間が生じないのでトナーが一定量まで少なくなるまで、トナー残量の検知ができない。また、近年の画像形成装置の高速化に伴い、攪拌部材が高速動作するとトナー容器内のトナーが舞い上がり、圧電センサの検知位置にトナーが存在する状態となるので、トナーの重量を検知しない時間の確保が困難である。

本発明はこのような状況でなされたもので、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を有する。

（１）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段によって圧力が検知されている時間幅を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された時間幅に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、前記現像ユニットの内部の温度を検知するための温度検知手段と、を備え、前記温度検知手段は、前記圧力検知手段と並列に接続されていることを特徴とする画像形成装置。

（２）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段によって圧力が検知されたときの電圧を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段で計測された電圧に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、前記判断手段により判断した前記現像剤の残量が所定量以下の場合に、前記電圧計測手段の感度を切り替える切り替え手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。

（３）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記現像剤を介して前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段によって圧力が検知されている時間幅を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された時間幅に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、前記現像ユニットの内部の温度を検知するための温度検知手段と、を備え、前記温度検知手段は、前記圧力検知手段と並列に接続されていることを特徴とする画像形成装置。

（４）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記現像剤を介して前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段によって圧力が検知されたときの電圧を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段で計測された電圧に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、前記判断手段により判断した前記現像剤の残量が所定量以下の場合に、前記電圧計測手段の感度を切り替える切り替え手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することができる。

実施例１〜３のカラーレーザプリンタの全体構成を示す断面図 実施例１〜３の感圧抵抗センサ及び現像ユニットの断面図 実施例１〜３のプロセスカートリッジの透視図 実施例１の回路図、特性グラフ、電圧波形及びテーブルＴを示す図 実施例１のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート 実施例２の特性グラフ、電圧波形及びテーブルＮを示す図 実施例２のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート 実施例２の分圧抵抗値の切り替えを行う回路構成を示した図 実施例３の回路図、特性グラフ、電圧波形及びテーブルＱを示す図 実施例３のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、実施例により詳しく説明する。

［画像形成装置の概要］
図１は、本実施例の画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタの全体構成を示す断面図であり、図１を用いてカラーレーザプリンタの構成及び基本的な動作について説明する。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に対して着脱可能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（現像剤）による画像を形成する点で相違している。以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して表記する場合がある。プロセスカートリッジ５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３つのユニットで構成されている。現像ユニットは、現像ローラ３、トナー補給ローラ１２、トナー容器２３、攪拌マイラ３４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１、帯電ローラ２を有している。廃トナーユニットは、クリーニングブレード４、廃トナー容器２４を有している。なお、現像ユニットに備えられた感圧抵抗センサ３０１については、後述する。

プロセスカートリッジ５の下方にはレーザユニット７が配置され、レーザユニット７は画像信号に基づく露光を感光ドラム１に対して行う。感光ドラム１は、帯電ローラ２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７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３によって反転現像されて負極性のトナーが付着され、それぞれの感光ドラム１上には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像が形成される。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、中間転写ベルト８の内側には、各感光ドラム１に対向して、一次転写ローラ６が配設されており、バイアス印加手段（不図示）により転写バイアスが一次転写ローラ６に印加される。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１の矢印方向に回転し、中間転写ベルト８は矢印Ａ方向に回転する。更にバイアス印加手段（不図示）により一次転写ローラ６に正極性のバイアスが印加されることにより、感光ドラム１上のトナー像がＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に、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とから構成される。そして、給搬送装置により搬送された転写材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へのトナー像の転写は、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、中間転写ベルト８上のトナー像が搬送された転写材Ｐに二次転写される。トナー像が転写された転写材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、転写材Ｐの表面にトナー像が定着され、排紙ローラ対２０によって排出される。そして、中間転写ベルト８に転写後、感光ドラム１の表面に残ったトナーは、クリーニングブレード４によって除去され、除去されたトナーは廃トナー容器２４に回収される。また、転写材Ｐへ二次転写後、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容器２２に回収される。

また、制御基板８０には、本体の制御を行うための１チップマイクロコンピュータ（以後、ＣＰＵと記す）４０、及びテーブルのデータ等が記憶されるＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部が搭載されている。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、故障検知に関する制御など、本体の動作を一括して制御する。更に、ＣＰＵ４０は、その内部にタイマを備えている。記憶部のＲＯＭには、画像形成装置の画像形成動作を制御するプログラムや各種データが格納されている。記憶部のＲＡＭは、画像形成装置の画像形成動作を制御するのに必要なデータの演算や一時的な記憶等に使用される。また、タイマは、時間計測等に使用する。ビデオコントローラ４２は、画像データに基づいてレーザユニット内のレーザの発光を制御する。また、ビデオコントローラ４２は、コントロールパネル（不図示）を介して、ユーザとのインターフェイスも行い、このコントロールパネルには、各色のトナーの残量が棒グラフ状に表示される。

［感圧抵抗センサの構成］
次に、トナー残量センサとして機能する感圧抵抗センサ３０１について説明する。本実施例の感圧素子である感圧抵抗センサ３０１は、１層の配線パターンと導電性インク層を有し、各層の間の周囲にスペーサを配置して、空間（ギャップ）を形成している。検知面の上面が押されると、上面の導電性インク面が変形し下面の配線パターンと接触する構成を有している。このような構成により、押された圧力に対応する接触面積に応じて抵抗値が変動する。本実施例ではＩＥＥ社の感圧抵抗センサ（ＣＰ１６４２）３０１を用いている。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の圧力検知を行う感圧抵抗センサ３０１の断面図である。シート３０５及びシート３０６は、シート状の部材であり、スペーサ３０７は、シート３０５とシート３０６との間の周囲に空間（ギャップ）を形成する。導電性インク３０８は、シート３０５の下面にあり、電極パターン３０９は、シート３０６上に形成されている。そして、シート３０５の上面が検知面であり、検知面に圧力が加えられると、シート３０５の上面が変形し、導電性インク３０８がその下の電極パターン３０９と接触する。

図２（ａ）は、感圧抵抗センサ３０１の検知面に圧力が加えられていない様子を示しており、中央の２箇所の電極パターン３０９は、導電性インク３０８と接触していない。図２（ｂ）は、感圧抵抗センサ３０１の検知面に小さい圧力が加えられている様子を示しており、中央の２箇所の電極パターン３０９が導電性インク３０８と接触している。図２（ｃ）は、感圧抵抗センサ３０１の検知面に大きい圧力が加えられている様子を示しており、４箇所の電極パターン３０９が導電性インク３０８と接触し、電極パターンの長手方向（紙面垂直方向）にも接触面積が増える。このような構成で、感圧抵抗センサ３０１は、圧力の大きさと抵抗値が反比例の特性、すなわち、圧力が小さいと抵抗値は大きくなり、圧力が大きいと抵抗値は小さくなる特性を示す。

［現像ユニットの構成］
図３は、プロセスカートリッジ５の透視図である。図３の感光ドラム１、現像ローラ３、トナー補給ローラ１２、トナー容器２３、廃トナー容器２４は、図１において説明しているので、説明を省略する。プロセスカートリッジ５のトナー容器２３内には、トナー容器２３内のトナー（不図示）を攪拌するための周回部材である攪拌マイラ３４がある。可撓性を有する攪拌マイラ３４は、トナー容器２３内の回転軸に備えられており、矢印Ｂ方向に約１秒間で１周するスピードで、周回動作を行う。また、攪拌マイラ３４は、周方向の先端付近に、容器内の回転軸方向の壁面を押し当てるための押し当て部位３４１を有している。押し当て部位３４１は、攪拌マイラ３４と一体構成であり、その部材は攪拌マイラ３４と同様の可撓性を有しているが、可撓性を有していれば、別の部材を攪拌マイラに取り付けても良い。

感圧抵抗センサ３０１は、攪拌マイラ３４の軸方向のトナー容器壁面にあり、攪拌マイラ３４の回転軸の重力方向下側において、攪拌マイラ３４の押し当て部位３４１によって押された圧力の検知を行う。また、感圧抵抗センサ３０１は、検知部と電線が一体構成となっている。圧力の検知面であるシート３０５が、トナー容器２３の内部側になるように接着固定されている。電線は、現像ユニットの外部に取り出され、取り出し口は密封されている。そして、感圧抵抗センサ３０１は、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に接触する２つの電極（不図示）を介して、本体１０１と接続されている。

図２（ｄ）、図２（ｅ）は、図３に示した現像ユニットの断面図であり、図２（ｄ）はトナー残量が多い場合を示し、図２（ｅ）はトナー残量が少ない場合を示す。周回回転している押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に到達すると、押し当て部位３４１は感圧抵抗センサ３０１に圧力を加える。更に、周回回転すると、攪拌マイラ３４がトナー２８に到達し、押し当て部位３４１と感圧抵抗センサ３０１との間にトナー２８が入り込む。入り込んだトナー２８は緩衝材として働くため、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に加える圧力は低下する。周回回転し、更に、押し当て部位３４１と感圧抵抗センサ３０１との間にトナー２８が入り込むと、感圧抵抗センサ３０１に加わる圧力は無くなる。その結果、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１を通過して、再度、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に到達するまでの間は、押し当て部位３４１によって感圧抵抗センサ３０１に加えられる圧力は無い。

トナー残量が多い場合、図２（ｄ）に示すように、押し当て部位３４１と感圧抵抗センサ３０１の間にトナー２８が介在する時間が長いため、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に圧力を加えている時間幅は短くなる。逆に、トナー残量が少ない場合は、図２（ｅ）に示すように、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１の間にトナー２８が介在する時間が短いため、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に圧力を加えている時間幅は長くなる。本実施例では、この原理を使ってトナー残量検知が行われる。

［トナー残量検知の回路構成］
図４（ａ）は、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値の変化をＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力される電圧により検出する回路図である。抵抗３７は、固定抵抗である。ＤＣ３．３Ｖの電源電圧が、加えられた圧力により抵抗値が変化する感圧抵抗センサ３０１の抵抗値と抵抗３７の抵抗値で分圧され、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力される。

［トナー残量検知の検知特性］
次に、図４（ａ）の回路を用いて測定した本実施例のトナー残量の検知特性について説明する。図４（ｂ）は、トナー残量と感圧抵抗センサ３０１のセンサがオン状態の時間の対応関係を示す特性グラフであり、縦軸は時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））、横軸はトナー残量（％）を示す。図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるトナー残量が６０％の時の、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力された電圧波形を示したグラフである。図４（ｃ）において、縦軸はＡ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）を、横軸は時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））を示し、感圧抵抗センサ３０１が１１４ミリ秒の間、オン状態であることを示している。図４（ｃ）より、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１に直接圧力を加えた時から、トナー２８が次第に押し当て部位３４１と感圧抵抗センサ３０１との緩衝材として働き始めるまでの間、感圧抵抗センサ３０１がオン状態であることが分かる。逆に、トナー２８が緩衝材として働いている間と、押し当て部位３４１が感圧抵抗センサ３０１の領域外を通過している時には、感圧抵抗センサ３０１はオフ状態となっている。図４（ｄ）は、図４（ｂ）の特性グラフより、感圧抵抗センサ３０１のセンサオン時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））とトナー残量（％）の対応関係を表にしたテーブルＴである。テーブルＴに明示されていないセンサオン時間に対応するトナー２８の残量は、テーブルＴに記載された既知のトナー２８の残量の線形補間により求めることができる。ここで、計測された感圧抵抗センサ３０１のセンサオン時間は、本実施例における計測値であり、計測条件が変われば、計測される時間も変わる。また、トナー２８の残量を判断するテーブルＴの数値についても同様である。

［トナー残量検知のシーケンス］
続いて、本実施例におけるトナー残量検知の処理シーケンスについて、図５のフローチャートを用いて説明する。図５に示す処理は、記憶部のＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいてＣＰＵ４０により実行され、以降の実施例におけるフローチャートの処理も同様にＣＰＵ４０により実行される。なお、フローチャートに示す全ての処理をＣＰＵ４０が行うのではなく、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、フローチャート中の何れかの処理を実行する機能をＡＳＩＣに持たせても良い。

まず、ステップ１０１（以下、Ｓ１０１のように記す）では、ＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４を回転させる。Ｓ１０２では、ＣＰＵ４０は、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートをモニタして、Ａ／Ｄポートの入力電圧の読み取り（センサ値読み取り）を行うと共に、所定の入力電圧値の継続時間をタイマにより測定する。Ｓ１０３では、ＣＰＵ４０は、感圧抵抗センサ３０１に圧力がかかっていない初期状態を検知するために、Ａ／Ｄポートの入力電圧が３．０〜３．３Ｖの状態が０．５秒間以上継続しているかどうか、入力電圧値とタイマ値により判断する。入力電圧値が３．０〜３．３Ｖで、０．５秒間以上継続したことを検知した場合には、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１が正常動作中と判断し、Ｓ１０４に進み、検知しなければＳ１１５に進む。Ｓ１１５では、ＣＰＵ４０は、入力電圧値が３．０〜３．３Ｖで、０．５秒間以上継続せずに、入力電圧値の読み取り開始から２秒以上経過したかどうか判断する。本実施例における攪拌マイラ３４の周期は約１秒であり、ＣＰＵ４０は、３．０〜３．３Ｖの入力電圧値が０．５秒以上継続せずに、入力電圧値の読み取り開始から２秒以上経過したことを検知した場合にはＳ１１４に進み、検知しなければＳ１０２に戻る。Ｓ１１４では、ＣＰＵ４０は、感圧抵抗センサ３０１に圧力がかかっていない初期状態を検知できなかったことにより、感圧抵抗センサ３０１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１０４では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧を読み取り、Ｓ１０５では入力電圧値が２．６Ｖ以下になったかどうかを判断し、２．６Ｖ以下になったことを検知した場合にはＳ１０６に進み、検知しない場合にはＳ１１６に進む。Ｓ１１６では、ＣＰＵ４０は、入力電圧値の読み取り開始から２秒以上経過したかどうか判断し、経過時間が２秒未満の場合には、Ｓ１０４に戻る。Ｓ１１６において、２秒以上経過したことを検知した場合にはＳ１１４の処理に進み、ＣＰＵ４０は、圧力がかかっていない初期状態しか検知できなかったことにより、感圧抵抗センサ３０１の異常と判断して、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１０６では、ＣＰＵ４０は、入力電圧値が２．６Ｖ以下になったことを検知したことにより、感圧抵抗センサ３０１の信号の立ち下がり（オン状態の開始）を認識し、感圧抵抗センサ３０１のオン状態である時間幅を計測するためにタイマをスタートさせる。次に、Ｓ１０７では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧値を読み取り、Ｓ１０８では電圧値が２．８Ｖ以上になったかどうかを判断し、２．８Ｖ以上であることを検知した場合には、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０８において、入力電圧値が２．８Ｖ未満の場合にはＳ１１３に進み、ＣＰＵ４０は、タイマをスタートさせてから２秒以上経過したかどうかを判断し、２秒未満であれば、Ｓ１０７に戻る。Ｓ１１３において、タイマスタートから２秒以上経過したことを検知した場合には、ＣＰＵ４０はＳ１１４に進み、感圧抵抗センサ３０１の異常と判断して、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１０８において、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧値が２．８Ｖ以上であることを検知したことにより、感圧抵抗センサ３０１の信号の立ち上がり（オン状態の終了）を認識し、Ｓ１０９では、タイマによる時間計測をストップする。Ｓ１０５でＡ／Ｄポートの入力電圧値の立ち下がりの閾値を２．６Ｖとし、Ｓ１０８で立ち上がりの閾値を２．８Ｖとしているのは、ヒステリシス（閾値間の電圧差）を持たせることにより、ノイズによる誤動作を防止するためである。続いて、Ｓ１１０では、ＣＰＵ４０は、感圧抵抗センサ３０１がオン状態であった時間をタイマから読み込み、Ｓ１１１では、読み込んだタイマ値と、記憶部のＲＯＭに格納されたテーブルＴのセンサオン時間を照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。そして、Ｓ１１２では、ＣＰＵ４０は、タイマ値に対応したトナー残量をビデオコントローラ４２へ報知する。このように、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧をモニタすることにより、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅を計測し、時間幅に対応したトナー残量をテーブルＴから逐次算出することができる。

上記処理シーケンスでは、感圧抵抗センサ３０１の信号の立下りエッジの検知を、Ａ／Ｄポートへの入力電圧が３．３Ｖで安定した後に行ったが、攪拌マイラ３４の回転開始から所定時間が経過した後に、立下りエッジの検知を行うようにすることも可能である。

なお、本実施例では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートを介してアナログ電圧値を検知していたが、コンパレータ等で電圧検知回路を構成することにより入力電圧をデジタル化し、デジタルポート経由で時間幅を検知しても良い。また、本実施例では、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅が検知できれば良いので、感圧抵抗センサ３０１の代わりに、後述するシートスイッチ（メンブレンスイッチとも呼ぶ）や、汎用の圧力センサを使用しても良い。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次、トナーの残量を検知することができ、かつ攪拌部材が高速で動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することができる。すなわち、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅に基づいてトナーの残量の検知を行っているので、トナー２８が満載された状態から空になるまで逐次、トナーの残量の検出ができる。更に、感圧抵抗センサ３０１を用いることにより、検知回路を簡素化することができると共に、反応速度が速いため検知時間の高速化も図ることができる。また、攪拌マイラ３４の撓みは高速で回転していてもトナー残量に応じて安定しているので、トナー２８の残量検出を画像形成動作と同時に行うことが可能である。

実施例１では、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅に基づいて、トナーの残量を検知する例について説明した。本実施例では、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値は検知した圧力に応じて変化するので、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力される電圧の変化を検知することにより、トナーの残量を検知する例について説明する。なお、実施例１で説明した図１〜図３及び図４（ａ）の構成は、本実施例においても適用する。また、実施例１と同一の構成については同じ符号を付し、実施例１で詳しい説明を行っているので、本実施例での説明は省略する。

［トナー残量検知の検知特性］
次に、図４（ａ）の回路を用いて測定した本実施例のトナー残量の検知特性について説明する。図６（ａ）は、トナー２８の残量と、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値と抵抗３７によって分圧されたＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧との対応関係を示す特性グラフであり、縦軸は入力電圧（Ｖ（ボルト））、横軸はトナー残量（％）を示す。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるトナー残量が６０％の時の、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力された電圧波形を示したグラフである。図６（ｂ）において、縦軸はＡ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）を、横軸は時間（ｍｓｅｃ）を示し、感圧抵抗センサ３０１がオン状態である時の出力電圧は１．４９５Ｖであることを示している。図６（ｃ）は、図６（ａ）の特性グラフより、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧値（Ｖ）とトナー２８の残量（％）の対応関係を表にしたテーブルＮである。テーブルＮに明示されていない入力電圧に対応するトナー２８の残量は、テーブルＮに記載された既知のトナー２８の残量の線形補間により求めることができる。ここで、計測されたＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧値は、本実施例における電圧計測値であり、条件が変われば計測される電圧値も変わる。また、トナー２８の残量を判断するテーブルＮの数値についても同様である。

［トナー残量検知のシーケンス］
続いて、本実施例におけるトナー残量検知の処理シーケンスについて、図７のフローチャートを用いて説明する。図７のＳ２０１〜Ｓ２０３、Ｓ２１４、Ｓ２１５の処理は、実施例１の図５のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ１１５、Ｓ１１４と同じであるため、説明を省略する。Ｓ２０３において、０．５秒間以上継続して、Ａ／Ｄポートの入力電圧が３．０〜３．３Ｖであることを検知した場合にはＳ２０４に進み、ＣＰＵ４０は読み取った入力電圧値の平均値を算出し、入力電圧の初期値として、記憶部内のＲＡＭに保存する。

Ｓ２０５では、ＣＰＵ４０は、感圧抵抗センサ３０１へ圧力がかかり始めたことを検知するためにＡ／Ｄポートの入力電圧を読み取り、Ｓ２０６では電圧値が（初期値−０．４）Ｖ以下になったかどうか判断し、（初期値−０．４）Ｖ以下の場合にはＳ２０７に進む。Ｓ２０６において、電圧値が（初期値−０．４）Ｖよりも高い場合には、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１へ圧力がかかっていないと判断し、Ｓ２１２に進む。Ｓ２１２では、ＣＰＵ４０は、Ｓ２０４の処理の後、入力電圧値が３．０〜３．３Ｖの状態が２．０秒間以上継続しているかどうか判断し、継続していない場合にはＳ２０５に戻る。Ｓ２１２で、ＣＰＵ４０は、入力電圧値が３．０〜３．３Ｖの状態が２．０秒間以上継続していると判断した場合にはＳ２１３に進み、感圧抵抗センサ３０１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ２０７では、ＣＰＵ４０は、入力電圧値が（初期値−０．４）Ｖ以下になったことを検知したことにより、感圧抵抗センサ３０１へ圧力がかかり始めたことを認識し、Ａ／Ｄポートの入力電圧の連続読み取りを行う。ＣＰＵ４０は、入力電圧値が（初期値−０．４）Ｖ±０．３Ｖである間、入力電圧の読み取りを継続し、読み取った電圧値をＲＡＭに一旦蓄積し、入力電圧値が（初期値−０．４）Ｖ±０．３ＶでなくなるとＳ２０８に進む。Ｓ２０８では、ＣＰＵ４０は、入力電圧の読み取りが０．１秒間以上継続して行われたかどうかを判断し、継続していなければＳ２０５に戻る。継続していた場合には、ＣＰＵ４０は読み取った電圧値は正常と判断してＳ２０９に進み、Ｓ２０９ではＲＡＭに蓄積した電圧値の平均値を算出し、Ｓ２１０では、ＲＯＭに格納されたテーブルＮのＡ／Ｄポート入力電圧と算出した平均値とを照合する。そして、Ｓ２１１では、ＣＰＵ４０は、照合の結果、得られたトナー残量をビデオコントローラ４２へ報知する。このように、押し当て部位３４１が、トナー２８を介して、感圧抵抗センサ３０１に加えた圧力に対応する抵抗値の変化に基づく電圧値により、トナー残量を逐次検知する。

［トナー残量検知の回路構成］
本実施例において、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力される電圧値は、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値と分圧抵抗３７との分圧によって決定される。そのため、トナー残量が１００％から０％までの範囲において、入力電圧値が飽和することなく得られるように、分圧抵抗３７の抵抗値は選択される。トナー残量が少ない時の検知精度を上げるためには、トナー残量に対する電圧の変化が更に大きくなるように、分圧抵抗３７の抵抗値を選択することにより、感度を向上させることができる。その場合、入力電圧値が飽和する場合が考えられるため、トナー残量に応じて分圧抵抗値を切り替えることにより、入力電圧値が飽和しないような回路構成が考えられる。図８は、分圧抵抗値の切り替えを行う回路構成を示した図である。図８において、アナログスイッチ３９は、ＣＰＵ４０のデジタル出力ポートＤＯからの出力によりオン／オフ状態が制御される。ＣＰＵ４０は、トナー残量が多い場合には、アナログスイッチ３９をオフ状態にし、トナー残量が少ない場合（例えば２０％以下）には、アナログスイッチをオン状態に設定し、トナー残量に対する電圧の変化が大きくなるようにする。すなわち、アナログスイッチ３９がオフの場合には、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートには、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値と固定抵抗３７の抵抗値との分圧による電圧が入力される。アナログスイッチ３９がオンの場合には、固定抵抗３８が固定抵抗３７と並列接続されることにより、その合成抵抗値は、固定抵抗３７の抵抗値よりも小さくなるため、感圧抵抗センサ３０１との分圧比が変わり、トナー残量に対する電圧の変化が大きくなる。ただし、この場合には、入力電圧値からトナー２８の残量を算出するためには、図６（ｃ）のテーブルＮは使用できないため、新たな入力電圧値とトナー残量の対応テーブルを予め記憶部のＲＯＭに設けておく必要がある。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナー量の多寡にかかわらず、逐次、トナーの残量を検知することができ、かつ攪拌部材が高速で動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することができる。すなわち、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅に基づいてトナーの残量の検知を行っているので、トナーが満載された状態から空になるまで逐次、トナーの残量の検出ができる。更に、感圧抵抗センサ３０１が圧力に対応する抵抗値の変化でトナーの残量を検知しているので、トナーの残量が所定量以下（例えば約２０％以下）となった場合には、図８に示した固定抵抗の切り替えにより、トナーの残量の検知精度を上げることができる。また、感圧抵抗センサ３０１を用いることにより、検知回路を簡素化することができると共に、反応速度が速いため、検知時間の高速化も図ることができる。そして、攪拌マイラ３４の撓みは高速で回転していてもトナーの残量に応じて安定しているので、トナーの残量の検出を画像形成動作と同時に行うことが可能である。

実施例１では、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間に基づいて、トナー残量の検知を行っていた。本実施例では、感圧抵抗センサ３０１の代わりに、スイッチ素子であるシートスイッチ３１１を用い、シートスイッチ３１１が圧力を検知している時間に基づいて、トナー残量の検知を行う。更に、シートスイッチ３１１が圧力を検知しないタイミングで、プロセスカートリッジ５の温度検知を行い、検知された温度データに基づいて、不図示の冷却ファンの制御等が行われる。また、温度検知信号は、トナー残量の検知データと同じ信号線を介して、Ａ／Ｄポートより取り込まれる。なお、実施例１で説明した図１〜図３の構成は、本実施例においても適用する。但し、シートスイッチ３１１は、感圧抵抗センサ３０１と同一形状であり、感圧抵抗センサ３０１と同じ位置に配置され、本実施例では、図１〜図３の感圧抵抗センサ３０１は、シートスイッチ３１１に入れ替えられているものとする。本実施例のシートスイッチ３１１は、感圧抵抗センサ３０１と同様に、２層（上部・下部）の接点シートを有し、層と層の間の周囲にはスペーサを挟むことで、空間（ギャップ）を形成している。シートスイッチ３１１は、検知面が押されると上部の接点シート面が変形し、下部の接点シート面と接触し導通する構成であり、一定以上の圧力が検知面にかかると、圧力の大小にかかわらず、接点シートが接触して導通状態となり抵抗値がほぼ０オームとなる。また、実施例１と同一の構成については同じ符号を付し、実施例１で詳しい説明を行っているので、本実施例での説明は省略する。

［トナー残量検知の回路構成］
図９（ａ）は、シートスイッチ３１１の抵抗値の変化を検知する回路図である。シートスイッチ３１１は、トナー２８の圧力によりトナー２８の残量を検知し、サーミスタ４１は、プロセスカートリッジ５の温度を検知する。また、シートスイッチ３１１とサーミスタ４１は並列に接続されている。

［トナー残量検知の検知特性］
図９（ｂ）は、シートスイッチ３１１が圧力を検知しないタイミングにおけるプロセスカートリッジ５の温度と、サーミスタ４１の抵抗値と抵抗３７によって分圧されたＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧との対応関係を示す特性グラフである。図９（ｂ）の縦軸は入力電圧（Ｖ（ボルト））、横軸は温度（℃）を示す。図９（ｃ）は、図９（ｂ）におけるプロセスカートリッジ５の温度が２２℃で、攪拌マイラ３４が回転している時のＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートへ入力された電圧波形を示している。図９（ｃ）において、縦軸はＡ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）を、横軸は時間（ｍｓｅｃ）を示し、シートスイッチ３１１が圧力を検知していない場合の出力電圧が２．５０５Ｖであることを示している。図９（ｄ）は、図９（ｂ）の特性グラフより、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧値（Ｖ）とプロセスカートリッジ５の温度（℃）の対応関係を表にしたテーブルＱである。テーブルＱに明示されていない入力電圧に対応した温度は、テーブルＱに記載された既知の温度の線形補間により求めることができる。ところで、計測されたＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧値は、本実施例における計測値であり、条件が変われば計測される電圧値も変わる。また、プロセスカートリッジ５の温度を判断するテーブルＱの数値についても同様である。

図９（ｃ）において、サーミスタ４１の検知結果である電圧２．５０５Ｖと、テーブルＱから、プロセスカートリッジ５の温度は２２℃であることが分かる。更に、図９（ｃ）において、シートスイッチ３１１が圧力を検知しオン状態である時間（Ａ／Ｄポート入力電圧がローレベル（約０．２Ｖ）である時間）が１１４ｍｓｅｃであることと、図４（ｄ）のテーブルＴから、トナー２８の残量が６０％であることが分かる。すなわち、シートスイッチ３１１が圧力を検知していないタイミングにおける、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートの入力電圧がサーミスタ４１の検知結果であるため、この値に基づいてプロセスカートリッジ５の温度を判断する。攪拌マイラ３４が回転している状態では、攪拌マイラ３４がシートスイッチ３１１に圧力を及ぼし終わったタイミング後の電圧値をモニタすることで、サーミスタ４１の電圧値を検知することができる。ただし、シートスイッチ３１１の立ち上がり閾値及び立ち下がり閾値は、例えば、１．３Ｖと１．０Ｖのように、サーミスタ４１の電圧出力範囲よりも小さくする必要がある。

［トナー残量検知のシーケンス］
続いて、本実施例におけるトナー残量検知の処理シーケンスについて、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、Ｓ５０１では、ＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４を回転させる。Ｓ５０２では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧の読み取り（センサ値読み取り）を行うと共に、所定の入力電圧値の継続時間をタイマにより測定し、Ｓ５０３では、入力電圧値と継続時間により、サーミスタが正常動作しているかどうか判断する。Ｓ５０３では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧が１．５Ｖ以上の状態が、０．５秒間以上継続したかどうか判断し、継続した場合にはＳ５０４の処理に進む。継続していない場合には、ＣＰＵ４０はＳ５１５に進み、２．０秒間以上、入力電圧が１．５Ｖ未満の状態が継続したかどうか判断し、継続していなければＳ５０２に戻る。Ｓ５１５において、２．０秒間以上、入力電圧が１．５Ｖ未満の状態が継続した場合にはＳ５１６に進み、ＣＰＵ４０はサーミスタ４１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ５０４では、ＣＰＵ４０は、サーミスタは正常動作していると判断し、プロセスカートリッジ５の温度を求めるため、読み取った入力電圧の平均値を算出する。そして、Ｓ５０５では、ＣＰＵ４０は、算出した入力電圧の平均値をテーブルＱのＡ／Ｄポート入力電圧と照合し、入力電圧に対応するプロセスカートリッジ５の温度を検知する。次に、Ｓ５０６では、ＣＰＵ４０は、トナー残量検知用のタイマのタイマ値をクリアし、時間測定をスタートさせる。

Ｓ５０７では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧の読み取りを行う。Ｓ５０８では、ＣＰＵ４０は、読み取った入力電圧値が１．０Ｖ以下かどうかを判断し、１．０Ｖ以下であれば、Ｓ５０９に進む。入力電圧値が１．０Ｖよりも高ければ、ＣＰＵ４０はトナー残量検知用のタイマのタイマ値をクリアすると共にＳ５１７に進み、入力電圧値が１．０Ｖよりも高い状態が２秒以上継続したかどうか判断し、２秒未満であれば、Ｓ５０７に戻る。Ｓ５１７において、入力電圧値が１．０Ｖよりも高い状態が２秒以上継続していた場合の場合には、ＣＰＵ４０はＳ５１８に進み、センサであるシートスイッチ３１１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ５０９では、ＣＰＵ４０は入力電圧が１．０Ｖ以下であることを検知したので、シートスイッチ３１１にトナー２８による圧力がかかり、オン状態であると判断し、トナー残量検知用のタイマによる時間測定を継続する。そして、Ｓ５１０では、ＣＰＵ４０は、タイマからタイマ値を読み出し、１．０秒以上になっていると判断した場合にはＳ５１９に進み、センサであるシートスイッチ３１１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。Ｓ５１０において、タイマ値が１秒未満であると判断した場合には、ＣＰＵ４０はＳ５１１に進み、Ａ／Ｄポートの入力電圧が１．３Ｖ以上かどうかを判断し、１．３Ｖ以上であればＳ５１２に進み、１．３Ｖ未満であればＳ５０７に戻る。

Ｓ５１２では、ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄポートの入力電圧が１．３Ｖ以上になったことを検知したことにより、シートスイッチ３１１がオン状態からオフ状態になったと判断し、オン状態の時間幅を検知するために、トナー残量検知用のタイマの値を読み取る。次に、Ｓ５１３では、ＣＰＵ４０は、ＲＯＭに格納されたテーブルＴのセンサオン時間と読み取ったタイマ値とを照合し、Ｓ５１４では、照合の結果、得られたトナー残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナー量の多寡にかかわらず、逐次、トナーの残量を検知することができ、かつ攪拌部材が高速で動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することができる。すなわち、本実施例においても、実施例１と同等のトナーの残量の検知精度が得られる。更に、プロセスカートリッジの温度検知の信号ラインとシートスイッチの信号ラインを共通にできるので、別々に信号ラインを設けた場合に比べ、信号ラインの本数を２本削減できる。その結果、リード線とコネクタが削減でき、更に、ＣＰＵのＡ／Ｄポート数も削減でき、コストが削減できる。

本実施例においては、温度検知センサとして、サーミスタを用いた。本実施例で使用したサーミスタは、温度の上昇に対して抵抗値が減少するタイプのものであるが、温度の上昇に対して抵抗値が増大するタイプのサーミスタでも適用可能である。

また、本実施例では、トナーの残量検知にシートスイッチを使用したが、実施例１、２と同様に、感圧抵抗センサを使用することもできる。ただし、サーミスタは温度によりその抵抗値が変化し、感圧抵抗センサも圧力によりその抵抗値が変化する。そのため、ＣＰＵ４０がＡ／Ｄポートへの入力電圧波形からトナーの残量の検知を行う際に、入力電圧値からトナーの残量を算出することはできず、トナーの残量を算出するには、感圧抵抗センサが圧力を検知している時間幅を用いる必要がある。また、サーミスタによる温度検知については、Ａ／Ｄポートへ入力される電圧波形のオン状態（感圧抵抗センサが圧力を検知しないタイミング）の電圧を検知することにより、テーブルＱを用いて、プロセスカートリッジの温度検知を行うことができる。

［その他の実施例］
実施例１ないし実施例３においては、トナー残量検知の回路図に示したように、基準電位（グランド）の信号ラインを制御基板８０とプロセスカートリッジ５との間に設け、基準電位を合わせている。しかしながら、プロセスカートリッジ５と、画像形成装置の本体１０１の基準となる電位は、同電位となるように接続されている。従って、信号ラインを介して供給される制御基板８０の基準電位と、感圧抵抗センサ３０１やシートスイッチ３１１の基準電位は、共通にすることができる。これによって、制御基板８０とプロセスカートリッジ５との間に設けられた信号ラインの削除ができるので、コスト削減ができる。

また、実施例１ないし実施例３では、感圧抵抗センサ３０１やシートスイッチ３１１を用いて圧力を電圧に変換する例について説明したが、感圧抵抗センサやシートスイッチの代わりに、その他の電流、抵抗値、周波数に変換する圧力センサでも代用可能である。

更に、実施例１ないし実施例３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行った。しかし、複数回のデータを平均化した後に、それぞれ該当するテーブルとの照合を行うことにより、検知精度が更に上がることが期待できる。

また、実施例１ないし実施例３においては、現像ローラ３とトナー容器２３が一体となった構成の現像ユニットを例として挙げた。しかし、現像ローラとトナー容器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感圧抵抗センサと攪拌マイラを設けることにより、本発明を適用することができる。

２８ トナー
３４ 攪拌マイラ
４０ １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
３０１ 感圧抵抗センサ
３４１ 押し当て部位

Claims (8)

1. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、
   前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段によって圧力が検知されている時間幅を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段で計測された時間幅に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、
   前記現像ユニットの内部の温度を検知するための温度検知手段と、を備え、
   前記温度検知手段は、前記圧力検知手段と並列に接続されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、
   前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段によって圧力が検知されたときの電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電圧計測手段で計測された電圧に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、
   前記判断手段により判断した前記現像剤の残量が所定量以下の場合に、前記電圧計測手段の感度を切り替える切り替え手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、
   前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記現像剤を介して前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段によって圧力が検知されている時間幅を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段で計測された時間幅に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、
   前記現像ユニットの内部の温度を検知するための温度検知手段と、を備え、
   前記温度検知手段は、前記圧力検知手段と並列に接続されていることを特徴とする画像形成装置。
4. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   回転軸方向の壁面を押し当てる押し当て部位を有し、前記現像ユニット内で周回動作する周回部材と、
   前記現像ユニット内の前記周回部材の回転軸方向の壁面に設けられ、前記現像剤を介して前記周回部材の前記押し当て部位により押し当てられた圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段によって圧力が検知されたときの電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電圧計測手段で計測された電圧に基づいて、前記現像ユニット内の前記現像剤の量を判断する判断手段と、
   前記判断手段により判断した前記現像剤の残量が所定量以下の場合に、前記電圧計測手段の感度を切り替える切り替え手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記圧力検知手段は、圧力に応じてオン状態又はオフ状態となるスイッチ素子であることを特徴とする請求項１または３に記載の画像形成装置。
6. 前記圧力検知手段は、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記周回部材は、前記現像ユニット内の現像剤を攪拌することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記圧力検知手段の基準電位を前記現像ユニットの基準電位と同じにすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載された画像形成装置。

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