JP5814636B2

JP5814636B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5814636B2
Application number: JP2011127421A
Authority: JP
Inventors: 土谷　利一; 利一土谷; 昌文門出; 英俊花本; 功石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: JP2012255831A

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の残量検知に関する。

従来の画像形成装置には、トナー容器内のトナーの残量を静電容量検出装置によって検出している例がある。例えば、特許文献１に記載のトナー残量検出装置は、先端に被検出体を有する可撓性部材が攪拌部材に連結されて追従回転し、トナー内に侵入して回転する。このとき、可撓性部材と攪拌部材との連結箇所がトナー内へと侵入すると、可撓性部材全体が柔軟に変形しつつ同一箇所で連続的にトナー内へと侵入し、トナー内で同一軌道を描いて回転移動する。従って、可撓性部材先端の被検出体も、可撓性部材と同一軌道を描いて回転移動する。また、トナーが一定レベル未満まで減少して、攪拌部材の連結箇所がトナー内に侵入しなくなると、可撓性部材の先端近傍がトナー表面上を滑り、被検出体もトナー表面上を滑って移動する。ここで、トナーが一定レベル未満まで減少して、トナー表面の高さが徐々に低下すると、トナー表面上を滑って移動する被検出体の位置も徐々に低下する。つまり、トナーが一定レベル未満まで減少したときには、トナーの残量に応じて、トナー表面上を移動する被検出体の位置も低下する。

一方、静電容量センサは、トナー表面上を移動する被検出体との間の静電容量を検出し、この静電容量は両者間の距離に応じて変化する。そして、静電容量センサがトナー容器の下部に配置されていることから、トナーが一定レベル未満まで減少して、トナー表面上を移動する被検出体の位置が低下すると、静電容量センサと被検出体間の距離が短くなって、両者間の静電容量が大きくなる。つまり、静電容量センサと被検出体間の静電容量がトナー残量に応じて変化する。

特許第４１３７７０３号公報

しかしながら、上記のトナー残量検出装置では、以下のような課題を含んでいる。トナーが一定レベル以上満たされている場合、攪拌部材と可撓性部材の連結箇所がトナー内に侵入するため、可撓性部材及び被検出体により描かれる軌道は殆ど変化しない。つまり、トナーが一定レベル以上満たされている場合は、検出される静電容量も殆ど変化しない。よって、トナーが一定以上ある場合は、逐次正確にトナー残量を検知することはできない。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナーの残量を検知でき、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。

前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットを備える画像形成装置であって、第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸に配置され、前記回転軸を中心に回転して、現像剤の抵抗により撓む可撓性を有する回転部材と、現像剤が満載の場合であっても前記第一電極が現像剤の抵抗を受けない位置で、且つ、前記現像ユニットの外壁面近傍もしくは前記外壁面に設けられた第二電極と、現像剤が満載の場合に比べて少ない場合であっても前記第一電極が現像剤の抵抗を受ける位置で、且つ、前記現像ユニットの外壁面近傍もしくは前記外壁面に設けられた第三電極と、前記第一電極と前記第二電極との間又は前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量が予め定められた閾値以上になったタイミングから前記検知手段により検知された前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量が前記閾値以上になったタイミングまでの時間を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された前記時間に基づき、現像剤の量を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナーの残量を検知でき、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、２のカラーレーザプリンタの構成を示す概略図実施例１の現像ユニットの断面図実施例１、２の静電容量センサＩＣ周辺の回路図実施例１、２の特性グラフ、検知レベルの波形及びテーブルＴ実施例１、２のトナー残量検知処理を説明するフローチャート実施例２の現像ユニットの断面図

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。

［画像形成装置の概要］
図１は、実施例１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に対して着脱自在（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、同一構造であるが、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、検知マイラ３５１（回転部材）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、ドラムクリーニングブレード４、廃トナー容器２４を有している。

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、ドラム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回収容器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（不図示）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５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、各色のトナー残量が棒グラフ状に表示される。

［プロセスカートリッジと現像ユニットの構成］
図２（ａ）は、プロセスカートリッジ５の一部透視図である。図２（ａ）で示しているプロセスカートリッジ５のトナー容器２３内には、以下のものを備える。現像ユニット内すなわちトナー容器２３内には、トナー（不図示）を攪拌するための攪拌マイラ３４を備える。ここで攪拌マイラ３４の厚さは１５０μｍであり可撓性を有する。攪拌マイラ３４は、トナー容器２３内の回転軸２９に備えられており、矢印Ｂ方向に約１秒（ｓｅｃ）／周のスピードで周回回転を行う。また、回転軸２９には、トナー残量を検知するための可撓性を有する検知マイラ３５１を備えている。検知マイラ３５１は、汎用のマイラフィルムを使用している。本実施例では、検知マイラ３５１の厚さを７５μｍとした。本実施例では、攪拌マイラ３４と検知マイラ３５１との厚さを変えることにより撓み量の差を実現している。従って、検知マイラ３５１は、攪拌マイラ３４より可撓性が大きい。尚、後述するように、トナー残量が多いときと少ないときとで、トナーから受ける抵抗に応じて検知マイラ３５１の撓み量が変化する構成であればよく、本実施例に限定されない。

検知マイラ３５１は、回転軸２９に、攪拌マイラ３４と所定の角度をなすように設けられる。所定の角度は、攪拌マイラ３４の攪拌動作の際に、検知マイラ３５１と攪拌マイラ３４が接触しない角度であればよい。本実施例では、検知マイラ３５１は、攪拌マイラ３４の回転方向１８０度後ろ側に配置される。攪拌マイラ３４によるトナーの攪拌後にトナーがある程度安定した状態で検知マイラ３５１により静電容量の検知が行える配置であればよく、角度を１８０°に限定するものではない。また、検知マイラ３５１は、回転軸２９を中心とした半径方向（以下、周方向ともいう）の先端付近（先端部）に被検知電極３６１（第一電極）を備えている。被検知電極３６１は、図２（ｂ）に示すように、検知マイラ３５１の先端部の中でも、回転軸２９に垂直なトナー容器２３の壁面側端部に、現像ユニットの側壁に平行な面を有するように設けられた導電性の電極である。尚、検知マイラ３５１の周方向の長さは、被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の面を通過することができる長さ、且つ、トナー量の多少にかかわらず被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｓ３２２の面を通過することができる長さに設定する。静電容量センサ電極Ｆ３２１，Ｓ３２２については次に説明する。

図２（ｂ）に、現像ユニットの一部と、本体１０１に備えられている静電容量センサ基板３３１の断面図を示す。静電容量センサ基板３３１には、静電容量センサＩＣ３３と静電容量センサＩＣ３３の周辺回路部品（不図示）が搭載されている。本実施例では、静電容量センサ電極による静電容量と基準電極による静電容量の差分を用いて静電容量センサ電極による静電容量の変化の検知を行う静電容量センサＩＣを用いて説明する。静電容量センサ基板３３１には、銅箔パターンで静電容量センサ電極Ｆ３２１（第二電極）と静電容量センサ電極Ｓ３２２（第三電極）と基準電極３２０が形成されている。ここで、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、静電容量センサ電極Ｆ３２１は、トナーが満載状態であっても、被検知電極３６１がトナーの抵抗を受けない位置で静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面を通過できるように配設する。一方、静電容量センサ電極Ｓ３２２は、トナーが少量であっても、被検知電極３６１がトナーの抵抗を受ける位置で静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面を通過できるように配設する。

現像ユニットの外装の側面（現像ユニットの外壁面であって、回転軸２９に垂直な面のうちの一方）は、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に、静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２に近接する。このように静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２は、現像ユニットの外壁面近傍、具体的には、回転軸２９に垂直な現像ユニットの壁面である側面近傍に配設される。この状態において、静電容量センサＩＣ３３は、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１に近接することによって発生する静電容量の変化を検知する。同様に静電容量センサＩＣ３３は、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｓ３２２に近接することによって発生する静電容量の変化を検知する。

図２（ｃ）、図２（ｄ）は図２（ａ）に示す現像ユニットの断面図であり、図２（ｃ）はトナー残量が約５０％の状態を示し、図２（ｄ）はトナー残量が約１０％の状態を示している。検知マイラ３５１が回転動作を行うと、図２（ｃ）に示すように、トナー残量が多い場合、検知マイラ３５１はトナー２８の抵抗を受けて、回転方向後側に変形し、撓みながら回転動作を行う。このとき、検知マイラ３５１は、回転方向後側へ大きく変形する。この状態において、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面上に到達する時間（第一時間）から、静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面上に到達するまでの時間（第二時間）は長い。一方で、図２（ｄ）に示すように、トナー残量が少なくなると、検知マイラ３５１の撓み量が減少する。その結果として、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面上に到達する時間（第一時間）から、静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面上に到達するまでの時間（第二時間）は短くなる。上述したように、静電容量センサ電極Ｆ３２１は、トナーが満載状態であってもトナーの抵抗を受けない位置に配設されているため、トナーの多少にかかわらず時間差を計測する際の基準とできる。本実施例では、この原理を使って、トナー残量を検知する。

［静電容量センサＩＣの回路構成］
図３は、本実施例の静電容量センサＩＣ３３、ＣＰＵ４０、基準電極３２０、静電容量センサ電極Ｆ３２１、静電容量センサ電極Ｓ３２２の接続関係を示した図である。バイパスコンデンサ４６は、静電容量センサＩＣ３３のアナログ電源端子ＡＶＤＤのノイズを除去する。また、バイパスコンデンサ４７は、静電容量センサＩＣ３３のデジタル電源端子ＤＶＤＤのノイズを除去する。ＳＲＥＦ端子は、基準電極３２０が接続されている。ＳＩＮ０端子は、静電容量センサ電極Ｆ３２１が接続されている。また、ＳＩＮ２端子は、静電容量センサ電極Ｓ３２２が接続されている。基準電極３２０と静電容量センサ電極Ｆ３２１および静電容量センサ電極Ｓ３２２とは、同じ面積の銅箔パターンである。静電容量センサＩＣ３３は、検知した静電容量の値に対応するレベルデータを、シリアル通信ライン（ＳＣＬ、ＳＤＡ）を介して通信を行うことによりＣＰＵ４０へ送信する。

［トナー残量検知の特性］
次に、図４を用いて本実施例におけるトナー残量検知の特性を説明する。図４（ａ）は、本実施例のトナー残量検知の特性グラフであり、横軸がトナー残量（％）である。図４（ａ）のグラフの縦軸は、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面上に到達する時間から静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面上に到達するまでの時間差（以降、時間差Ｄと記す）（ミリ秒（ｍｓｅｃ））である。また、図４（ｂ）は、静電容量センサ電極Ｓ３２２により被検知電極３６１を検知した際の静電容量センサＩＣ３３の検知レベルの波形データである。トナー残量が２５．０％のときに時間差Ｄは４０３ミリ秒（図４（ｂ）の実線）、トナー残量が６６．７％のときに時間差Ｄは４２３ミリ秒（図４（ｂ）の点線）、トナー残量が８３．３％のときに時間差Ｄは４４３ミリ秒（図４（ｂ）の破線）となる。尚、静電容量センサ電極Ｆ３２１により被検知電極３６１を検知した際の静電容量センサＩＣ３３の検知レベルの波形データは図示しないが、波形のピークはトナー残量に関わらず同じ時間となる。

図４（ｃ）は、テーブルＴである。例えば、静電容量センサ電極Ｆ３２１で被検知電極３６１を検知してから静電容量センサ電極Ｓ３２２で被検知電極３６１を検知するまでの時間差Ｄが４２３ミリ秒であった場合、テーブルＴを参照することにより、トナーの残量が６６．７％であることがわかる。テーブルＴに記載された数値の間のトナー残量は、既知の線形補間を行い算出する。ここで、算出された検知レベルは、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検知レベルも変わる。トナー残量を算出するテーブルＴの数値も同様である。

尚、静電容量センサＩＣ３３や周辺回路は、静電容量が検知できるものであれば良く、アナログ集積回路でも代用可能である。また、本実施例では、静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２を本体１０１に備えている静電容量センサ基板３３１に成形している。しかし、現像ユニットの壁面付近（壁面近傍）にあればよく、例えば現像ユニット壁面に静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２を直接成形しても良い。その場合、静電容量センサ基板３３１と静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２に電気的接点を設けて、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に接続するような構成にすると良い。

［トナー残量検知処理］
本実施例のトナー残量検知処理を図５のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理はＣＰＵ４０により行われるものとする。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。

Ｓ１０１でＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４と検知マイラ３５１の回転を開始させる。Ｓ１０２でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３とシリアル通信して初期値を設定し、静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知レベルの読み取りを開始する。尚、ＣＰＵ４０は、後述するＳ１０３、Ｓ１１９、Ｓ１２０で参照するための不図示のタイマをスタートさせる。Ｓ１０３でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３により読み取った検知レベルが１４０以下となる時間が、不図示のタイマを参照して０．５秒以上続くか否かを判断する。Ｓ１０３でＣＰＵ４０は、０．５秒以上検知レベルが１４０以下であると判断した場合には、被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面上にまだ到達していない初期状態の検知レベルであると判断する。Ｓ１０４でＣＰＵ４０は、静電容量センサ電極Ｆ３２１の立ち上がりの突発ノイズを除去するためのカウンタＮをリセット（Ｎ＝０）する。

Ｓ１０５でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３の検知レベルが、１５０以上であるか否かを判断する。Ｓ１０５でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３の検知レベルが１５０以上であると判断すると、これを静電容量センサＩＣ３３の信号の立ち上がりと検知して、Ｓ１０６でカウンタＮに１を加える。Ｓ１０７でＣＰＵ４０は、突発ノイズかどうかを判断する。この検知レベル１５０の値は、いわゆる、立ち上がり閾値である。Ｓ１０７でＣＰＵ４０は、カウンタＮの値が例えば３であるか否かを判断する。Ｓ１０７でＣＰＵ４０は、カウンタＮの値が３より小さい値である場合に、突発ノイズであると判断しＳ１０５の処理に戻る。一方、Ｓ１０７でＣＰＵ４０は、カウンタＮが３であると判断した場合、すなわち、Ｓ１０５からＳ１０７の処理を３回連続して繰り返した場合に、Ｓ１０８で正しい信号の立ち上がりと認識する。そしてＳ１０８でＣＰＵ４０は、時間差Ｄを計測するためのタイマをリセットし、Ｓ１０９で、時間差Ｄを計測するためのタイマをスタートさせる。

Ｓ１１０でＣＰＵ４０は、静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知レベルの読み取りを開始する。Ｓ１１１でＣＰＵ４０は、静電容量センサ電極Ｆ３２１に対して行った処理と同様、静電容量センサ電極Ｓ３２２の立ち上がりの突発ノイズを除去するためのカウンタＭをリセット（Ｍ＝０）する。Ｓ１１２でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３が静電容量センサ電極Ｓ３２２により検知した検知レベルが、１５０以上であるか否かを判断する。Ｓ１１２でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３の検知レベルが１５０以上であると判断した場合に、静電容量センサＩＣ３３の信号の立ち上がりと検知し、その信号が突発ノイズかどうかの判断を開始する。Ｓ１１３でＣＰＵ４０は、カウンタＭに１を加える。Ｓ１１４でＣＰＵ４０は、カウンタＭの値と、カウンタＭの値に対応付けて時間差Ｄを計測しているタイマの値を不図示のメモリに記憶する。Ｓ１１５でＣＰＵ４０は、カウンタＭの値が例えば３であるか否かを判断する。Ｓ１１５でＣＰＵ４０は、カウンタＭが３であると判断した場合、すなわち、Ｓ１１２からＳ１１５の処理を３回連続して繰り返した場合に、Ｓ１１６で正しい信号の立ち上がりと認識する。また、Ｓ１１６でＣＰＵ４０は、Ｓ１１４でメモリに記憶したＭ＝１のときの時間差Ｄを計測したタイマの値をメモリから読み込む。Ｓ１１７でＣＰＵ４０は、テーブルＴを照合し、時間差Ｄからトナー残量を検知する。Ｓ１１８でＣＰＵ４０は、Ｓ１１７でテーブルＴを照合した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。尚、Ｓ１０７、Ｓ１１５に用いる値は、突発ノイズを除去でき、且つ、正しい信号を突発ノイズとして誤検知しない値に設定すればよく、本実施例の値に限定されるものではない。

ここで検知マイラ３５１の周期は、本実施例では、約１秒である。そこで、Ｓ１０３でＣＰＵ４０は、０．５秒以上検知レベルが１４０以下にならないと判断した場合は、Ｓ１１９で２．０秒以上経過したかどうかを判断する。Ｓ１１９でＣＰＵ４０は、２．０秒以上経過していないと判断した場合はＳ１０３の処理に戻るが、２．０秒以上経過したと判断した場合は、Ｓ１２２の処理に進む。このような状態は、静電容量センサＩＣ３３の故障か被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知位置に留まっている状態、又は、ＣＰＵ４０と静電容量センサＩＣ３３間の通信異常の状態である。よって、Ｓ１２２でＣＰＵ４０は、何れかの異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。

また、Ｓ１０５でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３の検知レベルが１５０未満であると判断した場合、Ｓ１２０の処理に進む。Ｓ１２０でＣＰＵ４０は、そのような状態で２．０秒以上経過したか否かを判断する。Ｓ１２０でＣＰＵ４０は２．０秒以上経過していないと判断した場合はＳ１０４の処理に戻る。Ｓ１２０でＣＰＵ４０は、２．０秒以上経過したと判断した場合には、静電容量センサＩＣ３３で被検知電極３６１を検知できないので、Ｓ１２２で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。更にＳ１１２でＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３の静電容量センサ電極Ｓ３２２を検知する検知レベルが１５０未満の状態であると判断した場合、Ｓ１２１で、Ｓ１０９でスタートしたタイマにより２．０秒以上経過したか否かを判断する。Ｓ１２１でＣＰＵ４０は、２．０秒以上経過していないと判断した場合はＳ１１１の処理に戻る。Ｓ１２１でＣＰＵ４０は、タイマスタート後２．０秒以上経過したと判断した場合には、Ｓ１２２の処理に進む。このような状態は、被検知電極３６１が静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知位置に停滞しているか、又は、静電容量センサＩＣ３３が異常の状態である。よってＳ１２２でＣＰＵ４０は、何れかの異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。このように、Ｓ１１９、Ｓ１２０、Ｓ１２１の処理によって、静電容量センサＩＣ３３が異常の状態であるか否か、例えば故障であるか否かの判断を行うこともできる。

このようにしてＣＰＵ４０は、静電容量センサＩＣ３３が静電容量センサ電極Ｆ３２１又は静電容量センサ電極Ｓ３２２により被検知電極３６１を検知している時間差Ｄを計測し、テーブルＴと照合することでトナー残量を逐次検知する。尚、本実施例のシーケンスは、検知レベルの絶対値で時間差を計測する例を挙げた。しかしながら、安定した初期レベルを検知して、その初期レベル＋αを閾値として、時間差Ｄを計測した後、テーブルＴと照合するといったシーケンスでも適用可能である。また、本実施例では、検知レベルの立ち上がりを例に挙げたものの、何れかの信号の立ち下りを組み合わせて時間差を計測しても良い。

本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。まず、トナー残量が１００％から０％まで被検知電極を検知している時間差が単調増加するので、トナーが満載から空になるまで逐次残検ができる。また、静電容量センサ方式は、反応速度が速いので検知時間の高速化と画像形成動作と同時に行うことが可能である。更に、検知マイラの撓みは、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残量の逐次残検ができる。以上、本実施例によれば、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナーの残量を検知でき、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では、静電容量センサ基板３３１を攪拌マイラ３４と検知マイラ３５１の回転軸２９の軸方向に垂直な面であるトナー容器の側壁に配置する例を挙げた。それに対して、実施例２では、静電容量センサ基板３３１を攪拌マイラ３４と検知マイラ３５１の回転軸２９の周方向に配置する例、すなわち回転軸２９の回転の半径方向に垂直な面に配置する例を挙げる。尚、実施例１で説明した図１、図３、図４、図５の構成及び説明は、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。

［現像ユニットの構成］
図６（ａ）、図６（ｂ）は、本実施例における現像ユニットの断面図であり、図６（ａ）はトナー残量が約５０％の状態を示し、図６（ｂ）はトナー残量が約１０％の状態を示している。静電容量電極基板３３２は、静電容量センサ基板３３１と不図示のコネクタで接続されている。静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２は、被検知電極３６１が回転する円周方向に設けられる。本実施例では、例えば静電容量センサ電極Ｆ３２１は回転軸２９に平行な現像ユニットの側面側に設けられ、静電容量センサ電極Ｓ３２２は現像ユニットの底面側に設けられている。尚、本実施例においても、静電容量センサ電極Ｆ３２１は、トナーが満載状態であっても、被検知電極３６１がトナーの抵抗を受けない位置で静電容量センサ電極Ｆ３２１の検知面を通過できるように配設する。一方、静電容量センサ電極Ｓ３２２は、トナーが少量であっても、被検知電極３６１がトナーの抵抗を受ける位置で静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面を通過できるように配設する。

図６（ｃ）は、検知マイラ３５１と被検知電極３６１の位置関係を表す斜視図である。検知マイラ３５１と被検知電極３６１の軸方向の長さは、少なくとも静電容量センサＩＣ３３により検知される静電容量センサ電極Ｆ３２１及び静電容量センサ電極Ｓ３２２の検知面上を通過する長さにすれば良い。

本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような効果がある。まず、静電容量センサ方式は、反応速度が速いので検知時間の高速化と画像形成動作と同時に行うことが可能である。また、攪拌マイラの撓みは、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残量の検知ができる。更に実施例１で挙げたような、攪拌マイラの回転軸の軸方向へ静電容量センサ電極を構成する場合と攪拌マイラの回転軸の周方向へ静電容量センサ電極を構成する場合とを組み合わせることにより、様々なプロセスカートリッジの構成に対応できる。尚、実施例１、２においては、理解し易いように１回の時間差Ｄの計測でテーブルＴ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Ｔを参照するような制御にすると、更に検知精度をあげることが期待できる。また、実施例１、２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被検知電極と検知マイラを設けることにより、本発明が適用可能である。また、検知マイラがトナーを攪拌する機能を有する構成でもよい。

以上本実施例によれば、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナーの残量を検知でき、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。

５プロセスカートリッジ
２３トナー容器
３３静電容量センサＩＣ
３４攪拌マイラ
３５１検知マイラ
３６１被検知電極
４０ＣＰＵ

Claims

現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットを備える画像形成装置であって、
第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸に配置され、前記回転軸を中心に回転して、現像剤の抵抗により撓む可撓性を有する回転部材と、
現像剤が満載の場合であっても前記第一電極が現像剤の抵抗を受けない位置で、且つ、前記現像ユニットの外壁面近傍もしくは前記外壁面に設けられた第二電極と、
現像剤が満載の場合に比べて少ない場合であっても前記第一電極が現像剤の抵抗を受ける位置で、且つ、前記現像ユニットの外壁面近傍もしくは前記外壁面に設けられた第三電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間又は前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知された前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量が予め定められた閾値以上になったタイミングから前記検知手段により検知された前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量が前記閾値以上になったタイミングまでの時間を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記時間に基づき、現像剤の量を判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記第一電極は、前記回転軸を中心とした半径方向の前記回転部材の先端部に、前記回転軸に垂直な前記現像ユニットの壁面である側面に平行に設けられ、
前記第二電極及び前記第三電極は、前記側面近傍に設けられることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第一電極は、前記回転軸を中心とした半径方向の前記回転部材の先端部の面上に設けられ、
前記第二電極及び前記第三電極は、前記第一電極が回転する円周方向に設けられることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記回転部材は、現像剤の攪拌動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記判断手段は、前記検知手段により検知した結果に基づき前記検知手段が異常であるか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。