JP5825774B2 - 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、ホッパの底面のアジテータ回転時に薄板状部材が近接して通過する位置に圧電センサをその検知部を上に向けて設置し、アジテータの１回転の時間に対するセンサの圧力を検知した時間の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、上記特許文献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、可撓性を有し、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壁面にあり、前記周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力に応じた値の信号を出力する圧力検知手段と、前記圧力検知手段から出力された信号の値に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する判断手段と、前記現像剤の残量が所定量以下の場合に前記圧力検知手段の感度を切り替える切り替え手段と、を有す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、前記現像ユニット内で周回動作する第１の周回部材及び第２の周回部材と、前記現像ユニット内壁面にあり、前記第１の周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力を検知し、または、前記第２の周回部材が周回動作することによって押された圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段が検知した前記第１の周回部材によって前記現像剤を介して押された圧力に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第１の判断モードと、前記圧力検知手段が検知した前記第２の周回部材によって押された圧力に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第２の判断モードとを切り替える切り替え手段と、を有する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、前記現像ユニット内で周回動作する第１の周回部材及び第２の周回部材と、前記現像ユニット内壁面にあり、前記第１の周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力を検知し、または、前記第２の周回部材が周回動作することによって押された圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段が検知した圧力が変化する時間幅を計測する計測手段と、を有し、前記計測手段が計測した、前記第１の周回部材によって前記現像剤を介して押された圧力が変化する時間幅に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第１の判断モードと、前記計測手段が計測した、前記第２の周回部材によって押された圧力が変化する時間幅に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第２の判断モードとを切り替える切り替え手段と、を有する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のカラーレーザプリンタの構成を示す断面図 実施例１の現像ユニットの断面図及び感圧抵抗センサの断面図 実施例１の感圧抵抗センサの抵抗値の変化を検知する回路図 実施例１のトナーの残量検知の特性グラフ及び波形及びテーブルＴ 実施例１のトナーの残量検知のフローチャート 実施例２のトナーの残量検知の特性グラフ及びテーブルＮ 実施例２のトナーの残量検知のフローチャート 実施例３の現像ユニットの断面図、トナーの残量検知の特性グラフ及びテーブルＭ 実施例４のトナーの残量検知の特性グラフ及びテーブルＴ 実施例５の現像ユニットの断面図 実施例６の感圧抵抗センサの抵抗値の変化を検知する回路図、トナーの残量検知の特性グラフ及びテーブルＸ 実施例６のトナーの残量検知のフローチャート 実施例７の感圧抵抗センサの抵抗値の変化を検知する回路図、トナーの残量検知の特性グラフ及び波形及びテーブルＱ 実施例７のトナーの残量検知のフローチャート

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徴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。

［画像形成装置の構成］
図１は本実施例の構成であるカラーレーザプリンタの構成図である。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つの構成で成り立っている。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。ここで攪拌マイラ３４の厚さは１５０μｍである。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。

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、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、各感光ドラム１に対向して、中間転写ベルト８の内側に一次転写ローラ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、各感光ドラム１の矢印方向に回転し、中間転写ベルト８が矢印Ｆ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、中間転写ベルト８上の４色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容器２２へと回収される。また、制御基板８０は本体の制御を行うための電気回路が搭載されている。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する。ビデオコントローラ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。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、各色のトナーの残量が棒グラフ状に表示される。

［現像ユニットの構成］
図２（ａ）は、プロセスカートリッジを構成する現像ユニットの断面図である。現像ユニット内の感圧抵抗センサ３０１は、現像剤であるトナー２８の残量センサとして機能する。本実施例の感圧抵抗センサ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（ｂ）は、本実施例の圧力検知を行う感圧素子である感圧抵抗センサ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る。スペーサ３０７は、シート３０５とシート３０６との間に空間（ギャップ）を形成する。導電性インク３０８は、シート３０５の下面にある。電極パターン３０９は、シート３０６上に形成されている。シート３０５の上面が検知面である。検知面が押されると、シート３０５の上面が変形し、その下の電極パターン３０９と接触する。

図２（ｃ）は、感圧抵抗センサ３０１の検知面に小さい圧力が付加された状態を示している。中央の２箇所の電極パターンが導電性インク３０８と接触している。また、図３（ｄ）は、感圧抵抗センサ３０１の検知面に大きい圧力が付加された状態を示している。４箇所の電極パターンが導電性インク３０８と接触している。更に電極パターンの長手方向にも接触面積が増える。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を有する。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。この検知部は、トナー２８を収納するトナー容器２３の内部（現像ユニット内壁面）にシート３０５がトナー容器２３の内部側になるように攪拌マイラ３４の周回方向（図２（ａ）矢印方向）に接着固定されている。また、電線は現像ユニットの外部に出ており、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２つの電極（不図示）で本体１０１と接続している。この電極は、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。図２（ａ）に示すように、第１の周回部材である攪拌マイラ３４が回転動作を行うと、攪拌マイラ３４は攪拌するトナー２８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２８の残量が多い場合、攪拌マイラ３４が感圧抵抗センサ３０１上を通過する時間が長くなるため、感圧抵抗センサ３０１の検知面に圧力を及ぼしている時間が長くなる。一方、トナー２８の残量が少ない場合は、トナー２８の抵抗が小さくなるため、攪拌マイラ３４の撓み量が小さい。その結果、攪拌マイラ３４が感圧抵抗センサ３０１上を通過する時間が短くなり、感圧抵抗センサ３０１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３は、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値の変化を検知する回路図である。ＤＣ３．３Ｖの電源電圧を感圧抵抗センサ３０１と分圧抵抗３７で分圧した信号をＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力している。

次に、図４を用いて本実施例におけるトナー２８の残量検知の検知特性を説明する。図４（ａ）は、トナー２８の残量と感圧抵抗センサ３０１のセンサオン時間の特性グラフである。図４（ｂ）は、トナー２８の残量が１６％のときの波形データである。感圧抵抗センサ３０１が、８ｍｓｅｃの間オンしている。図４（ｃ）は、図４（ａ）の特性グラフを表にしたテーブルＴである。テーブル数値間のトナー２８の残量は、既知のトナー２８の残量の線形補間により求める。このことは、以後のテーブルにおいても同様とする。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２８の残量を判断するテーブルの数値も同様である。

［トナー残量検知のシーケンス］
本実施例におけるトナー２８の残量検知の流れを図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。しかしながら、これに限定されず、例えば特定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、ＡＳＩＣに何れかのステップの機能を持たせても良い。

まず、ＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４の回転を開始させる（Ｓ１０１）。ＣＰＵ４０は、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、センサ値の読み取りを開始する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１に圧力がかかっていない初期値を検知するために、０．５秒以上３．３Ｖ±０．３Ｖが継続するかモニタする（Ｓ１０３）。攪拌マイラ３４の周期は、本実施例では約１秒である。そのため、Ｓ１０３で０．５秒以上３．３Ｖ±０．３Ｖが継続せず（Ｓ１０３、Ｎｏ）、読み取り開始から２．０秒以上経過した場合には（Ｓ１１４、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１５）。Ｓ１０３で０．５秒以上３．３Ｖ±０．３Ｖが継続した場合、ＣＰＵ４０は正常動作と判断し、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、２．０Ｖ以下になったときに（Ｓ１０４、Ｙｅｓ）センサの信号の立ち下がりと認識する。そして、不図示のタイマを０とし初期化する（Ｓ１０５）。そしてＣＰＵ４０は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は、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートをモニタして、２．３Ｖ以上になったときに（Ｓ１０７）信号の立ち上がりと認識し、タイマをストップさせる（Ｓ１０８）。ここで、立ち下がりの閾値を２．０Ｖとし、立ち上がりの閾値を２．３Ｖ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、ＣＰＵ４０は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、ＣＰＵ４０は照合した値に対応するトナー２８の残量（トナー量）をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１１）。Ｓ１０７で２．３Ｖ未満と判断され、タイマスタート後２．０秒以上経過した場合には（Ｓ１１２、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４０は異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ１１３）。このように感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅でトナー２８の残量を逐次検知する。上記の例では、出力が３．３Ｖに安定したことをＣＰＵ４０が検知してから、感圧抵抗センサ３０１の信号の立ち下りエッジを検知するシーケンスとしたものの、攪拌マイラ３４の回転開始から所定時間後に、立ち下りを検知するシーケンスにすることも可能である。尚、本実施例によれば、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートで電圧値を検知した。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幅を検知しても良い。また、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の代わりにスイッチ素子であるシートスイッチ（メンブレンスイッチ）（実施例７で説明）や汎用の圧力センサを使用しても良い。

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、第一に感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間幅でトナー２８の残量を検知しているので、トナー２８が満載から空になるまで逐次トナー残量の検知ができる。第二に感圧抵抗センサ３０１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。更に、攪拌マイラ３４の反りは、高速で回転していてもトナー２８の残量に応じて安定しているため、画像形成動作と同時に行うことが可能である。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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では、感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間でトナー２８の残量を検知した。本実施例では、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１が検知している圧力に対応する抵抗値の変化を出力される電圧の変化として検知して、トナー２８の残量を検知する。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説明は省略する。

次に、図６を用いて本実施例におけるトナー２８の残量検知の検知特性を説明する。図６（ａ）は、トナー２８の残量（％）と感圧抵抗センサ３０１と分圧抵抗３７との分圧によって出力されるＡ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）との特性グラフである。図６（ｂ）は、Ａ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）とそれに対応するトナー残量（％）を示したテーブルＮである。ここで、算出された電圧出力値は、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電圧出力値も変わる。トナー２８の残量を判断するテーブルの数値も同様である。

［トナー量検知処理のシーケンス］
続いて、本実施例におけるトナー２８の残量検知の流れを図７のフローチャートを用いて説明する。本実施例のＳ２０１〜Ｓ２０３，Ｓ２１３，Ｓ２１４は実施例１の図５のＳ１０１〜Ｓ１０３，Ｓ１１４，Ｓ１１５と同じであるため説明を省略する。Ｓ２０３で０．５秒以上３．３Ｖ±０．３Ｖが継続した場合には、ＣＰＵ４０はその間の平均値を初期値と判断して不図示のメモリに記憶する（Ｓ２０４）。次に感圧抵抗センサ３０１へ圧力がかかり始めたことを検知するためにＣＰＵ４０は、初期値−０．４Ｖ以下になるかモニタする（Ｓ２０５）。もし、初期値−０．４Ｖ以下とならず（Ｓ２０５、Ｎｏ）２．０秒以上３．３Ｖ±０．３Ｖを継続した場合（Ｓ２１１、Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ４０はトナー無しと判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１２）。Ｓ２０５でモニタ中に初期値−０．４Ｖ以下になった場合には、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１へ圧力がかかり始めたと認識し、連続読み取りを開始して読み取った値を不図示のメモリ等に記憶する（Ｓ２０６）。初期値−０．４Ｖ以下の値が０．１秒間、±０．３Ｖを継続した場合には（Ｓ２０７、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４０は正常な値と判断し、平均値を算出してトナー量検出値とし（Ｓ２０８）、テーブルＮとその値を照合する（Ｓ２０９）。その後、ＣＰＵ４０は照合したトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ２１０）。このように、ＣＰＵ４０は感圧抵抗センサ３０１の圧力に対応する抵抗値の変化に基づく電圧出力でトナー２８の残量を逐次検知する。

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。実施例１で説明した時間幅検知でも十分な精度が得られるものの、本実施例で説明したように、検知圧力に対応する抵抗値の変化に基づく電圧出力を使えばトナー２８の残量の２０％以下をより高精度に検知できる。また、実施例１の検知制御でトナー２８の残量の２０％程度までを検知し、本実施例の検知制御でトナー２８の残量の２０％未満程度を検知するように制御を切り替えることもできる。その結果、それぞれの単独制御より、トナー２８の残量が０％から１００％までのどの領域でも更に検知精度を上げることが可能である。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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。

まず、実施例１，２との違いを記載する。実施例１，２では、攪拌マイラ３４がトナー２８を介して圧力を感圧抵抗センサ３０１へ付与している。本実施例では、更に可撓性の大きい第２の周回部材である検知マイラ３５１を攪拌マイラ３４とは別に備える。そして、トナー２８の残量が少量の場合に、その検知マイラ３５１が感圧抵抗センサ３０１へ直接圧力を与えている時間幅を検知して、トナー２８の残量を検知する検知方式を兼ね備える。

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３の構成及び図５のフローチャートは、本実施例においても適用されるものとする。但し、図５のフローチャートのＳ１１０は、「テーブルＭと照合」と読み替える。また、実施例１，２と同一の構成は、同一の記号を付して説明は省略する。

図８（ａ）は、本実施例におけるプロセスカートリッジ５を構成する現像ユニットの断面図である。実施例１，２における現像ユニットの構成に対して、攪拌マイラ３４に比べて厚みが半分程度の可撓性の大きい検知マイラ３５１が追加されている。攪拌マイラ３４は、攪拌機能を持たせるために現像ユニットの長手方向の全体に対応する幅にする必要がある。しかし、検知マイラ３５１は現像ユニットの長手方向の全体に対応する幅にしても良いし感圧抵抗センサ３０１の検知部のみに対応する幅にしても良い。図８（ａ）は、トナー２８の残量が多いときの現像ユニットの断面図であり、図８（ｂ）は、トナー２８の残量が少ないときの現像ユニットの断面図である。図８（ａ）のようにトナー２８の残量が多いときは、検知マイラ３５１は、感圧抵抗センサ３０１に接触しないで攪拌マイラ３４と同軸でトナー容器２３内を周回動作する。一方で図８（ｂ）のようにトナー２８の残量が少ないときは、検知マイラ３５１は、感圧抵抗センサ３０１に接触しながら、トナー容器２３内を周回動作する。図８（ｃ）は、検知マイラ３５１と感圧抵抗センサ３０１の位置関係を表す斜視図である。検知マイラ３５１の長手方向の幅は、感圧抵抗センサ３０１の検知面の幅に対応する長さである。一方で攪拌マイラ３４の長手方向の幅は、トナー容器内の全体のトナー２８を攪拌する必要があるので長手方向の全域に対応する長さである。

図８（ｄ）は、トナー２８の残量（％）と、検知マイラ３５１が感圧抵抗センサ３０１へ直接圧力を与えているセンサオン時間（ｍｓ）との特性グラフである。図８（ｅ）は、図８（ｅ）の特性グラフを表にしたテーブルＭである。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２８の残量を判断するテーブルＭの数値も同様である。本実施例も実施例２と同様に、実施例１の検知制御でトナー２８の残量が所定量である３０％程度までを検知する（第１の判断モード）。その後、本実施例の検知制御でトナー２８の残量が所定量以下である３０％以下を検知する（第２の判断モード）ように制御を切り替えることで、それぞれの単独制御より、トナー２８の残量が０％から１００％までのどの領域でも検知精度を上げることが可能である。

本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、次のような実施例２と同様の効果がある。すなわち、トナー２８の残量が約３０％以下になったところで感圧抵抗センサ３０１を検知マイラ３５１が押す圧力に対応する抵抗値に基づく出力電圧の変化でトナー２８の残量を検知しているので、トナー２８の残量の検知精度が上がる。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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２との違いは、トナー２８の残量が多いときは、実施例２の検知方式で検知し、トナー２８の残量が少なくなってくると本実施例の検知方式に切り替える点である。トナー２８の残量が少なくなると、検知マイラ３５１が感圧抵抗センサ３０１へ与える圧力による抵抗値の変化に基づく電圧出力の変化を検知して、トナー２８の残量を検知する制御に切り替える。

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１〜３のいずれかで説明した図１、図３、図８（ａ）の構成及び図７のフローチャートは、本実施例においても適用されるものとする。但し、図７のフローチャートのＳ２０９は、「テーブルＴと照合」と読み替える。また、実施例１乃至３と同一の構成は、同一の記号を付して説明は省略する。

次に、図９を用いて本実施例におけるトナー２８の残量検知の検知特性を説明する。図９（ａ）は、トナー２８の残量（％）と、感圧抵抗センサ３０１と分圧抵抗３７との分圧によって出力されるＡ／Ｄポート入力電圧（Ｖ）との特性グラフである。図９（ｂ）は、図９（ａ）の特性グラフを表にしたテーブルＴである。ここで、算出された電圧出力値は、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。

実施例２の検知制御でトナー２８の残量が２０％程度になるまでを検知し、本実施例の検知制御で残りのトナー２８の残量が２０％未満を検知するように制御を切り替える。そうすることで、それぞれの単独制御よりも、トナー２８の残量が０％から１００％までのどの領域でも検知精度を上げることが可能である。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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では、攪拌マイラ３４が可撓性を有しており、その反りによってトナー２８を介して感圧抵抗センサ３０１が圧力を検知している時間でトナー２８の残量を検知している。本実施例では、攪拌部材が剛体である場合の適用例を説明する。本実施例では、トナー２８の残量検知用に設けた剛体の三角柱が攪拌棒軸と同軸に回転してその斜面でトナー２８を押し、感圧抵抗センサ３０１が検知している圧力に対応する抵抗値に基づく出力電圧の変化を検知して、トナー２８の残量を検知する。まず、図１０を用いて本実施例の構成であるプロセスカートリッジ５について説明する。図１０（ａ）は、本実施例におけるプロセスカートリッジ５の断面図である。なお、実施例１と同一の構成は、同一の記号を付して説明は省略する。攪拌棒２６は、回転軸を中心として回転運動しトナー２８を攪拌する。トナー押し部材２７は、攪拌棒２６と同軸で回転運動を行う三角柱形状をした部材である。フローチャート及び検知特性は、実施例１と同様である。図１０（ｂ）は、感圧抵抗センサ３０１と、三角柱形状をしたトナー押し部材２７の位置関係を表した斜視図である。本実施例によれば、前述のような構成と動作によって、攪拌部材が金属棒のような剛体の場合でも適用可能である。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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２との違いは、トナー２８の残量が少なくなったときに、より精度が上がるように分圧抵抗を切り替える制御を追加したことである。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１，２で説明した図１、図２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と同一の構成は、同一の記号を付して説明は省略する。図１１（ａ）は、感圧抵抗センサ３０１の抵抗値の変化を検知する回路図である。ＣＰＵ４０のデジタル出力ＤＯポートからアナログスイッチ３９をオン／オフする構成である。アナログスイッチ３９は、オンすると固定抵抗３８が分圧抵抗３７と並列接続され、感圧抵抗センサ３０１との分圧比が変わる。

次に、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）を用いて本実施例におけるトナー２８の残量検知の検知特性を説明する。図１１（ｂ）のＧ１（Ｖ）は、トナー２８の残量と、感圧抵抗センサ３０１と分圧抵抗３７との分圧によって得られるＡ／Ｄポートの入力電圧の特性グラフである。また、Ｇ２（Ｖ）は、トナー２８の残量と、感圧抵抗センサ３０１と、分圧抵抗３７及び固定抵抗３８の並列接続との分圧によって得られるＡ／Ｄポート入力電圧との特性グラフである。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の特性グラフを表にしたテーブルＸである。ここで、算出された電圧値は、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２８の残量を判断するテーブルの電圧値も同様である。

ＣＰＵ４０は、トナー２８の残量が多いときにＤＯポート出力をローレベルに設定する。プロセスカートリッジ５が新品でトナー２８の残量が１００％からプリント枚数を重ねていくと、まず図１１（ｃ）の矢印Ａの方向に推移する。次にトナー２８の残量が３０％となったときに、ＣＰＵ４０は、ＤＯポート出力をハイレベルに切り替えてアナログスイッチ３９をオンすると、固定抵抗３８が分圧抵抗３７と並列接続され感度が切り替えられ、出力電圧がＧ１（Ｖ）からＧ２（Ｖ）に変化する。そうすると、矢印Ｂの方向に推移する。もし、感度を切り替えないときは、出力電圧Ｇ１（Ｖ）の特性を推移するので０％から３０％までの電圧変化量は、１．２８６Ｖである。感度を切り替えると出力電圧Ｇ２（Ｖ）の特性に切り替わり、０％から３０％までの電圧変化量は、１．５１５Ｖと大きくなり、トナー２８の残量検知の分解能が上がる。

［トナー残量検知のシーケンス］
図１２は、本実施例の感度切り替えによるトナー残量検知処理のフローチャートである。まず、図７で説明したフローチャートでＣＰＵ４０はトナー２８の残量を検知する（Ｓ４０１）。但し、図７のＳ２０９では、図１１（ｃ）のテーブルＸの出力電圧Ｇ１（Ｖ）を参照する。ＣＰＵ４０はトナー２８の残量が３０％以下かどうかを判断する（Ｓ４０２）。もし、３０％より多いときは、ＣＰＵ４０はトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知して（Ｓ４０７）終了する。Ｓ４０２でトナー２８の残量が３０％以下と判断した場合には、ＣＰＵ４０はアナログスイッチ３９をオンする（Ｓ４０３）。その後、再度、ＣＰＵ４０は図７で説明したフローチャートでトナー２８の残量を検知する（Ｓ４０４）。但し、図７のＳ２０９では、図１１（ｃ）のテーブルＸの出力電圧Ｇ２（Ｖ）を参照する。ＣＰＵ４０はトナー無しかどうかを判断する（Ｓ４０５）。このときトナー無しの場合は、ＣＰＵ４０はトナー無しをビデオコントローラ４２へ報知して（Ｓ４０６）終了する。一方でトナー２８が残っている場合には、ＣＰＵ４０はトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知して（Ｓ４０７）終了する。

本実施例も実施例２の検知制御でトナー２８の残量が３０％程度になるまでを検知し、本実施例の検知制御でトナー２８の残量が３０％未満程度を検知するように制御を切り替える。そうすることで、それぞれの単独制御より、トナー２８の残量が０％から１００％までのどの領域でも検知精度を上げることが可能となる。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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との違いは、２点ある。１点目は、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でトナー２８の残量を検知しているのに対して、本実施例では、シートスイッチ３１１（図１３（ａ））が圧力を検知している時間幅を検知して、トナー２８の残量を検知する点である。また２点目は、シートスイッチ３１１が圧力を検知していないタイミングを使用して、プロセスカートリッジ５の温度を検知する点である。このプロセスカートリッジ５の温度データは、不図示の冷却ファンの制御等に使用する。本実施例は、この温度検知の信号ラインとトナー２８の残量検知の信号ラインを共用することが特徴である。

次に、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の構成は、本実施例においても適用されるものとする。但し、感圧抵抗センサ３０１はシートスイッチ３１１とする。これらは、同形状であり、同じ位置に配置される。本実施例のシートスイッチ３１１は、２層の配線パターンを有し、各層の間の周囲にスペーサを用いて、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、上面の配線パターン面が変形し、下面の配線パターンと接触する構成を有している。このような構成で一定以上の圧力が検知面の上面にかかると、圧力の大小にかかわらず、抵抗値がほぼ０オームとなる。また、実施例１と同一の構成は、同一の記号を付して説明は省略する。

図１３（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の圧力を検知してトナー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。図１３（ｂ）は、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートに入力されるサーミスタ４１と分圧抵抗３７により分圧したＡ／Ｄ入力電圧と温度の特性グラフである。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）の特性グラフを表にしたテーブルＱである。図１３（ｄ）は、カラーレーザプリンタがプリント中にＣＰＵ４０のＡ／Ｄポートへ入力されるＡ／Ｄ入力電圧（Ｖ）の波形である。図１３（ｂ）はプロセスカートリッジ５の温度が２５℃であり、トナー２８の残量が１００％の条件のグラフである。ローレベルの時間幅のテーブルは、図４（ｃ）のテーブルＴを参照する。

［トナー量残量検知のシーケンス］
図１４は、本実施例の温度検知兼用のトナー残量検知処理を説明するフローチャートである。まず、ＣＰＵ４０は攪拌マイラ３４を回転させ（Ｓ５０１）、Ａ／Ｄポート入力電圧を読み取る（Ｓ５０２）。ＣＰＵ４０はシートスイッチ３１１に圧力がかかっていないプロセスカートリッジ５の温度に対応する電圧の初期値を検知するために１．５Ｖ以上となる時間が０．５秒以上継続したかを判断する（Ｓ５０３）。継続した場合は、ＣＰＵ４０は０．５秒間のカートリッジ温度に対応する電圧の平均値を算出する（Ｓ５０４）。ＣＰＵ４０はテーブルＱを照合し、プロセスカートリッジ５の温度を検知する（Ｓ５０５）。ＣＰＵ４０はトナー２８の残量検知用のタイマＥをリセットする（Ｓ５０６）。ＣＰＵ４０はＡ／Ｄポートを読み取り、１．０Ｖ以下かどうかを判断する（Ｓ５０７）。１．０Ｖ以下になった場合には、ＣＰＵ４０はシートスイッチ３１１に圧力がかかっていると判断し、タイマＥをカウントアップする（Ｓ５０８）。ここでタイマＥが１．０秒以上になった場合には、ＣＰＵ４０はセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ５１８）。ＣＰＵ４０はタイマＥが１．０秒以上になり（Ｓ５０９、Ｎｏ）、Ａ／Ｄポートが１．３Ｖ以上になった場合（Ｓ５１０、Ｙｅｓ）には、タイマＥの値を読み取りトナー量検出値に対応する電圧値とし（Ｓ５１１）、テーブルＴと照合する（Ｓ５１２）。その後、ＣＰＵ４０はトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ５１３）。ここでＳ５０３の処理中に１．５Ｖ未満（Ｓ５０３、Ｎｏ）を２．０秒間継続した場合には（Ｓ５１４、Ｙｅｓ）、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（Ｓ５１５）。また、Ｓ５０７でＣＰＵ４０のＡ／Ｄポート入力電圧が、２．０秒以上１．０Ｖ以下にならない場合には（Ｓ５１６、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４０はトナー無しあるいはセンサ異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する（Ｓ５１７）。

本実施例においても、実施例１と同様のトナー残量の検知精度が得られる。更にプロセスカートリッジ５の温度を検知する信号ラインとシートスイッチ３１１の信号ラインを共通にできるので、それぞれを別の信号ラインとする構成と比較した場合に以下の効果がある。まず、信号ラインの本数を２本削減することができるので電線とコネクタが削減できる。更にＣＰＵ４０のＡ／Ｄ入力ポートも削減できる。よって、コストを下げることができる。本実施例においては、温度検知として、サーミスタ４１を用いた。しかしながら、既知のポジスタ（登録商標）でも適用可能である。

実施例１〜７においては、基準電位の信号ラインを単独で備える形態を説明した。しかしながらプロセスカートリッジと、画像形成装置本体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ので、その基準電位となる信号ラインと感圧抵抗センサ３０１やシートスイッチ３１１の基準電位は、共通にすることもできる。そうすることによって、信号ラインを１本削減することできるので電線とコネクタが削減でき、その分のコストを下げることができる。

また、実施例１〜７においては、圧力を電圧に変換する例を挙げた。しかしながら、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１〜７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、更に検知精度をあげることができる。

更に、実施例１〜７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２３の内部に圧力センサ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。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置は、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。

２８ トナー
３４ 攪拌マイラ
４０ ＣＰＵ
３０１ 感圧抵抗センサ
３５１ 検知マイラ

Claims (11)

1. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   可撓性を有し、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壁面にあり、前記周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力に応じた値の信号を出力する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段から出力された信号の値に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する判断手段と、
   前記現像剤の残量が所定量以下の場合に前記圧力検知手段の感度を切り替える切り替え手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記圧力検知手段から出力された前記信号の値は電圧値であり、
   前記判断手段は、前記電圧値が高いほど前記現像剤の量が少ないと判断することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記圧力検知手段は、圧力に応じて出力が変化する感圧素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記圧力検知手段は、圧力に応じて出力がオン／オフす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２に記載の画像形成装置。
5. 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乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成装置の内部の温度を検知するための温度検知手段を備え、
   前記温度検知手段と前記圧力検知手段が並列接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 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乃至６のいずれか１項に記載された画像形成装置。
8. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   前記現像ユニット内で周回動作する第１の周回部材及び第２の周回部材と、
   前記現像ユニット内壁面にあり、前記第１の周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力を検知し、または、前記第２の周回部材が周回動作することによって押された圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段が検知した前記第１の周回部材によって前記現像剤を介して押された圧力に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第１の判断モードと、前記圧力検知手段が検知した前記第２の周回部材によって押された圧力に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第２の判断モードとを切り替える切り替え手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
9. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
   前記現像ユニット内で周回動作する第１の周回部材及び第２の周回部材と、
   前記現像ユニット内壁面にあり、前記第１の周回部材が周回動作することによって前記現像剤を介して押された圧力を検知し、または、前記第２の周回部材が周回動作することによって押された圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記圧力検知手段が検知した圧力が変化する時間幅を計測する計測手段と、
   を有し、
   前記計測手段が計測した、前記第１の周回部材によって前記現像剤を介して押された圧力が変化する時間幅に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第１の判断モードと、前記計測手段が計測した、前記第２の周回部材によって押された圧力が変化する時間幅に基づいて前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する第２の判断モードとを切り替える切り替え手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
10. 前記第１の周回部材及び前記第２の周回部材は、可撓性を有することを特徴とする請求項８または９に記載の画像形成装置。
11. 前記切り替え手段は、前記第１の判断モードにおいて前記現像剤の量が所定量以下と判断された場合には、前記第２の判断モードに切り替えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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