JP5917018B2

JP5917018B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5917018B2
Application number: JP2011107370A
Authority: JP
Inventors: 英俊花本; 土谷　利一; 利一土谷; 昌文門出; 功石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: JP2012237898A

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おいて、現像ユニット内のトナーの量を検知する装置には、透磁率センサを用いたものがある。透磁率センサを用いた現像剤の量を検知する装置の一例として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、トナーの攪拌で回転方向後側に変形する可撓性のある第１の攪拌羽根と、第１の攪拌羽根の回転方向後側に配置された剛性のある第２の攪拌羽根と、現像ユニットの底部外側に配置された透磁率センサを用いたトナー量検知装置が開示されている。この装置は、それぞれの攪拌羽根に設置されている金属材料の回転動作の状態を現像ユニットの底部外側に配置された透磁率センサで検知している。また、この装置は現像ユニット内のトナー量が多い場合は、第１の攪拌羽根と第２の攪拌羽根が一体的に回転動作を行い、現像ユニット内のトナー量が少ない場合は、第１の攪拌羽根と第２の攪拌羽根が変形せずに分離して回転動作を行うように構成されている。このとき、透磁率センサを用いて検知すると、回転軸の１回転あたりの透磁率の変化は、現像ユニット内のトナーの量が多い場合は１回、現像ユニット内のトナーの量が少ない場合は２回検知する。トナー量検知装置は、この検知回数の変化に基づいて、現像ユニット内のトナー量の検知を行っている。

特開２００２−１３２０３６号公報

しかし、上記特許文献１では以下のような課題を含んでいる。トナーの量が多い場合、第１と第２の攪拌羽根が一体的に回転動作を行うため、透磁率センサで検知される信号は、回転軸の１回転当たり１回の透磁率の変化となる。一方、トナーの量が少ない場合、第１の攪拌羽根はほとんど変形せず、第１と第２の攪拌羽根は一体的に回転動作を行うことがない。このとき、透磁率センサで検知される信号は、回転軸の１回転あたり２回の透磁率の変化となる。このとき、透磁率センサが検知した磁界変化の回数（１回又は２回）によって、トナーの量の多少、又は有無の択一的な検知を行っている。このため、トナーの量の変化を逐次検知することは困難である。

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。

上記目的を達成するために、本発明は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、第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第一部材と、第二電極を有し、前記第一部材の回転軸に前記第一部材と所定の角度をなすように設けられた第二部材と、前記現像ユニットの外装側面または前記外装側面の近傍に配設された第三電極と、前記第一電極と前記第三電極の間または前記第二電極と前記第三電極の間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関する情報を出力する出力手段と、前記出力手段が前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量を検知し始めた時間と、前記出力手段が前記第二電極と前記第三電極との間の静電容量を検知し始めた時間との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、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、第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第一部材と、第二電極を有し、前記第一部材の回転軸に前記第一部材と所定の角度をなすように設けられた第二部材と、前記現像ユニットの外装側面または前記外装側面の近傍に配設された第三電極と、前記第一電極と前記第三電極の間または前記第二電極と前記第三電極の間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関する情報を出力する出力手段と、前記出力手段が出力した前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量に関する情報と、前記出力手段が出力した前記第二電極と前記第三電極との間の静電容量に関する情報との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、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、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、２の現像ユニットと静電容量センサ基板の構成図実施例１、２のトナー残量検知の回路図及び現像ユニットの断面図実施例１のトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＴ実施例１のトナー残量検知のフローチャート実施例２のトナー残量検知の特性グラフ、波形及びテーブルＬ実施例２のトナー残量検知のフローチャート実施例３の現像ユニット及び静電容量センサ基板の断面図

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は本実施例の画像形成装置の構成を有す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）の現像剤（以下、トナーという）による画像を形成する点で相違している。以下、特定の色の説明をする場合を除きＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略する。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、基準マイラ３０、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。更に、廃トナーユニットは、クリーニングブレード４、廃トナー回収容器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によって排紙される。

一方、トナー像転写後に、感光ドラム１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回収容器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回収容器２２へと回収される。また、図１における制御基板８０に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、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５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。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。

［現像ユニットと静電容量センサ基板の構成］
プロセスカートリッジを構成する現像ユニットと静電容量センサ基板の構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）で示したプロセスカートリッジ５の現像ユニット内には、以下のものを備える。まず、トナー容器２３内のトナー（不図示）を攪拌するとともに、トナー残量を検知するための可撓性を有する攪拌マイラ３４（第二部材）を備える。また、攪拌マイラ３４よりも半径方向（回転軸２９に垂直な方向）の長さが短い基準マイラ３０（第一部材）を備える。攪拌マイラ３４の回転軸２９の方向（長手方向）の長さは、図２（ａ）に示したように回転軸２９と同程度の長さであり、半径方向の長さは、トナー容器２３の底面を摺動する程度の長さを有している。また、基準マイラ３０の回転軸２９の方向（長手方向）の長さは、回転軸２９と同程度の長さであっても、次に述べる被検知電極３６２を設置できる程度の長さであってもよい。基準マイラ３０の半径方向の長さは、上記したように攪拌マイラ３４よりは短く、トナー容器２３の底面を擦らない長さである必要がある。攪拌マイラ３４と基準マイラ３０は、汎用のマイラフィルムを使用する。基準マイラ３０の厚さは１５０μｍとし、攪拌マイラ３４の厚さは７５μｍとした。従って攪拌マイラ３４は、基準マイラ３０より反り量が大きい。基準マイラ３０および攪拌マイラ３４は、トナー容器２３内の回転軸２９に１８０度の角度だけ位相をずらして設置されており、矢印Ｂ方向に１周を約１秒（ｓｅｃ）の回転速度で周回回転（周回動作）を行う。また、基準マイラ３０は、その先端近傍且つトナー容器２３の壁面側端部に導電性の被検知電極３６１（第一電極）を有している。同様に、攪拌マイラ３４は、その先端近傍且つトナー容器２３の壁面側端部に導電性の被検知電極３６２（第二電極）を有している。半径方向の長さは、基準マイラ３０の方が攪拌マイラ３４より短いため、被検知電極３６１は被検知電極３６２よりも回転軸２９の近傍に設置されていることになる。

図２（ｂ）に、現像ユニットの一部と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。また、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３２１（第三電極）と基準電極３２０が形成されている。基準電極３２０と静電容量センサ電極３２１は、同じ面積の銅箔パターンである。本実施例では、静電容量センサ電極３２１による静電容量と基準電極３２０による静電容量の差分を用いて静電容量の変化の検知を行う静電容量センサＩＣ３３を用いる。現像ユニットの外装側面は、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に、図２（ｂ）に示す位置関係となるように、静電容量センサ電極３２１に近接する。この状態において、基準マイラ３０に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１に近接することによって発生する静電容量の変化を静電容量センサＩＣ３３で検知する。また、攪拌マイラ３４に配設された被検知電極３６２も同様に、静電容量センサ電極３２１に近接することによって発生する静電容量の変化を静電容量センサＩＣ３３で検知する。図２（ｃ）は、基準マイラ３０と被検知電極３６１、および攪拌マイラ３４と被検知電極３６２の位置関係を表す斜視図である。被検知電極３６１および被検知電極３６２の形状は、縦１０ｍｍ、横５ｍｍの長方形である。基準マイラ３０が重力方向下側に向いている場合に被検知電極３６１の電極面が、また攪拌マイラ３４が重力方向下側に向いている場合に被検知電極３６２の電極面が静電容量センサ電極３２１に近接する。

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３２１を本体１０１に備えられている静電容量センサ基板３３１に形成している。しかしながら、現像ユニットの壁面付近にあればよく、例えば現像ユニット壁面に静電容量センサ電極３２１を直接形成しても良い。その場合、静電容量センサ基板３３１と静電容量センサ電極３２１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へ装着した際にそれらの接点が接続するようにすると良い。

［トナー残量検知の回路図］
図３（ａ）は、本実施例におけるトナー残量検知の回路図である。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端子には、基準電極３２０が接続されており、ＳＩＮ端子には、静電容量センサ電極３２１が接続されている。静電容量センサＩＣ３３は、検知した静電容量の値に対応する８ｂｉｔのレベルデータ（情報）を、ＣＰＵ４０へシリアル通信ライン（ＳＣＬ、ＳＤＡ）で送信出力する。尚、詳細な動作原理は説明を省略する。

［トナー残量検知のシーケンス］
図３（ｂ）、図３（ｃ）はプロセスカートリッジ５内の現像ユニットの断面図であり、図３（ｂ）はトナー残量が比較的多い場合を示し、図３（ｃ）はトナー残量が比較的少ない場合を示す。図３（ｂ）、図３（ｃ）を用いて、トナー残量が比較的多い場合と比較的少ない場合の基準マイラ３０と攪拌マイラ３４の動作について説明する。図３（ｂ）に示すように、比較的トナー残量が多い場合は、攪拌マイラ３４の可撓性は大きいのでトナーの抵抗による反りは大きく、回転方向の後ろ側へ大きく変形する。一方、基準マイラ３０の可撓性は小さいのでトナーの抵抗による反りは小さく、回転方向の後ろ側へ大きくは変形しない。従って、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間は長い。一方、トナー残量が少ない場合は図３（ｃ）に示すように、攪拌マイラ３４の反り量はトナー残量が多い場合と比較すると少なくなる。よって被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間は短くなる。この原理を使って、トナー残量を検知する。

［トナー残量検知特性］
次に、図４を用いて本実施例におけるトナー残量検知特性を説明する。なお、本実施例では、静電容量センサＩＣ３３の検知レベル（８ｂｉｔのレベルデータ）を１０進数（ｄｅｃ）で表示して説明をする。図４（ａ）は、トナー残量（％）と、静電容量センサＩＣ３３で検知した基準マイラ３０の被検知電極３６１と攪拌マイラ３４の被検知電極３６２との検知開始の時間差（ミリ秒（ｍｓｅｃ））の特性グラフである。図４（ｂ）は、トナー残量が９０％のときの検知レベルの波形データである。この波形データにおいて、最初のピーク波形は基準マイラ３０の被検知電極３６１によるものであり、次のピーク波形は攪拌マイラ３４の被検知電極３６２によるものである。この波形データから、基準マイラ３０の被検知電極３６１と攪拌マイラ３４の被検知電極３６２との検知開始の時間差が５８３ｍｓｅｃであることがわかる。なお、基準マイラ３０の被検知電極３６１による検知レベルが、攪拌マイラ３４の被検知電極３６２による検知レベルよりも大きい理由は、基準マイラ３０は攪拌マイラ３４よりも厚い材料で構成されているためである。すなわち、基準マイラ３０は攪拌マイラ３４よりも腰が強く、被検知電極３６１が被検知電極３６２よりもより強くトナー容器２３の壁面に押し付けられるため、被検知電極３６１とトナー容器２３の壁面の間にトナー２８が侵入することはない。その結果、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１の間隔は小さく検知レベルは大きくなる。一方、攪拌マイラ３４の腰が弱いため、被検知電極３６２とトナー容器２３の壁面の間にトナー２８が侵入する。その結果、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１の間隔は大きく検知レベルは小さくなる。図４（ｃ）は、時間差（ｍｓｅｃ）とトナー残量（％）の関係を示したテーブルＴである。テーブル数値の間のトナー残量は、既知のトナー残量の線形補間で求める。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。トナー残量を判断するテーブルＴの数値も同様である。なお、テーブルＴは記憶部に記憶されている。

［トナー残量検知のフローチャート］
本実施例におけるトナー残量検知を図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。なお、フローチャートのＳ１０８からＳ１１５までの処理で、図４（ｂ）に示した波形データにおける１つの立ち上りから次の立ち上りまでの時間をタイマＡにより計測する。また、Ｓ１１６からＳ１２３までの処理で、更に次の立ち上りまでの時間をタイマＢにより計測する。

ＣＰＵ４０は、ステップ（以下、Ｓとする）１０１で基準マイラ３０と攪拌マイラ３４を回転させる。続いて、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０２で静電容量センサＩＣ３３とシリアル通信して初期値を設定し、静電容量センサＩＣ３３の検知レベルの読み取りを開始する。ＣＰＵ４０は、Ｓ１０３で０．２秒以上検知レベルが１４０未満となったと判断した場合は、被検知電極３６１または被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に無い初期状態の検知レベルと判断し、Ｓ１０６の処理へ進む。ＣＰＵ４０は、Ｓ１０３で０．２秒以上検知レベルが１４０未満とならないと判断し、Ｓ１０４で２．０秒以上経過したと判断した場合、Ｓ１０５で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０４で２．０秒以上経過しないと判断した場合にはＳ１０３の処理を継続する。次にＣＰＵ４０は、Ｓ１０６で検知レベルが１５０以上となったと判断した場合はＳ１０８でセンサ信号の立ち上がりと判断し、タイマＡを０に設定する。この検知レベル１５０は、いわゆる立ち上がり閾値であり、ＣＰＵ４０は、検知レベルがこの立ち上り閾値を超えたと判断した場合には被検知電極３６１または被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達したと判断する。また、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０６で検知レベルが１５０以上とならずＳ１０７で２．０秒以上経過したと判断した場合、Ｓ１０５で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０７で２．０秒以上経過しないと判断した場合にはＳ１０６の処理を継続する。

そして、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０８で立ち上がりと判断した後、Ｓ１０９でタイマＡをスタートさせる。次にＣＰＵ４０は、Ｓ１１０で検知レベルが１５０未満となったと判断した場合は、Ｓ１１２で検知センサの信号の立ち下がりと判断する。この検知レベル１５０は、いわゆる立ち下がり閾値である。ＣＰＵ４０は、Ｓ１１０で検知レベルが１５０未満とならず、Ｓ１１１でタイマスタート後２．０秒以上経過したと判断した場合、Ｓ１０５で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１１でタイマスタート後２．０秒以上経過しないと判断した場合、Ｓ１１０の処理を継続する。

続いて、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１３で検知レベルが１５０以上となったと判断した場合は、Ｓ１１５で検知センサの信号の立ち上がりと判断し、タイマＡをストップさせる。ＣＰＵ４０は、Ｓ１１３で検知レベルが１５０以上とならず、Ｓ１１４でタイマスタート後２．０秒以上経過したと判断した場合、Ｓ１０５で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１４でタイマスタート後２．０秒以上経過しないと判断した場合には、Ｓ１１３の処理を継続する。

以降のＳ１１６からＳ１２３までの処理は、タイマＡをタイマＢとした以外は上記したＳ１０８からＳ１１５までの処理と同一であるので説明を省略する。次に、ＣＰＵ４０は、タイマＡで検知した時間とタイマＢで検知した時間のどちらが、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間かを判断する。基準マイラ３０と攪拌マイラ３４は、トナー容器２３内の回転軸２９に１８０度位相をずらして備えられているものの、攪拌マイラ３４はトナー容器２３内の壁面に接触しながら周回回転を行う。そのため、トナー容器２３内のトナー残量が比較的少ない場合でも、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間は５００ｍｓｅｃを超える。

まず、ＣＰＵ４０は、Ｓ１２４でタイマＡの値とタイマＢの値を比較する。ＣＰＵ４０は、Ｓ１２５で、比較した結果大きい方のタイマ値を検知時間ＴＤＥＴとする。次に、ＣＰＵ４０は、Ｓ１２６で検知時間ＴＤＥＴが５００ｍｓｅｃより大きいかを判断する。ＣＰＵ４０は、Ｓ１２６で検知時間ＴＤＥＴが５００ｍｓｅｃ以下と判断した場合には、Ｓ１０５で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。ＣＰＵ４０は、Ｓ１２６で検知時間ＴＤＥＴが５００ｍｓｅｃより大きいと判断した場合は、Ｓ１２７で検知時間ＴＤＥＴをテーブルＴと照合する。そして、ＣＰＵ４０は、Ｓ１２８で、照合した値に対応するトナー残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

本実施例ではタイマＡおよびタイマＢをセンサの信号の立ち上がりでスタートさせたが、立ち下がりでスタートさせてもよい。また、本実施例のシーケンスでは、タイマＡおよびタイマＢをそれぞれ一回だけ測定して検知時間ＴＤＥＴを算出したが、タイマＡおよびタイマＢを複数回測定して平均化することでよりトナー残量検知の精度を向上させることができる。ここでは、トナー残量の検知シーケンス内に基準マイラ３０と攪拌マイラ３４を回転動作させるとしたが、画像形成動作中でも基準マイラ３０と攪拌マイラ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、基準マイラ３０と攪拌マイラ３４の回転状態が安定した状態からトナー残量検知を開始してもよい。ここで定義した立ち下がり閾値や立ち上がり閾値、タイマの値は、本構成における１つの例である。これらの値は、被検知電極３６１、被検知電極３６２の配置や基準マイラ３０、攪拌マイラ３４の回転速度、静電容量センサＩＣ３３などを総合的に考慮して決められるため、上記した値に限定されるものではない。また、本実施例では被検知電極３６２を攪拌マイラ３４に備えた例を示したものの、攪拌マイラ３４とは別に被検知電極３６２を設けても同様の効果が得られる。

このように、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間差に基づいて判断することで、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナー残量の検知ができる。また、被検知電極３６１、被検知電極３６２の接近に応じて静電容量が変化するため、検知時間の高速化と画像形成動作とを同時に行うことが可能である。さらに、攪拌マイラ３４の反りは、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ため、トナー残量の検知を逐次実施することができる。

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、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達してから被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に到達するまでの時間差に基づいて、トナー残量を検知している。本実施例では、静電容量センサＩＣ３３が検知する被検知電極３６１および３６２による静電容量の検知レベル（静電容量値）の差を基にトナー残量を検知する。

まず、実施例１で説明した図１、図２、図３（ｂ）、（ｃ）の構成及び図３（ａ）のトナー残量検知の回路図は、本実施例のカラーレーザプリンタ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省略する。基準マイラ３０、攪拌マイラ３４の回転軸方向の長さ、半径方向の長さ、可撓性等については、実施例１と同様とする。本実施例では、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように静電容量センサ電極３２１は、現像ユニットの重力方向下側にあり、現像ユニットの底から約５ｍｍ上方から２０ｍｍ上方までの位置に設置されている。

攪拌マイラ３４が回転動作を行うと、攪拌マイラ３４はトナー２８の抵抗を受けて回転方向後側に変形し、反りながら回転動作を行う。一方、基準マイラ３０の可撓性は小さいためトナーによる反りは小さく、回転方向の後ろ側へ大きくは変形しない。この状態において、被検知電極３６１，３６２は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する。基準マイラ３０の被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する際は、トナー残量に依らず静電容量センサＩＣ３３が静電容量を検知している時間幅は一定である。ここで、図３（ｂ）に示すように、トナー残量が多い場合、攪拌マイラ３４は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する際に、トナーの抵抗を顕著に受けて大きく反り、現像ユニットの底面から離れた位置を通過する。そのため、被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する面積は大きくなる。すなわち、静電容量センサＩＣ３３が検知する検知レベルは大きくなる。一方、図３（ｃ）に示すように、トナー残量が少ない場合、トナー残量が多い場合に比べて、攪拌マイラ３４は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する際に、トナー２８の抵抗は小さくなり、現像ユニットの底面に近い位置を通過する。そのため、トナー残量が多い場合に比べて、被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する面積は小さくなる。すなわち、静電容量センサＩＣ３３が検知する検知レベルは小さくなる。

本実施例では、トナー残量が１００％の時に、攪拌マイラ３４がトナー２８の抵抗を受けて大きく反り、現像ユニットの底から約５ｍｍ浮いて回転動作を行う。その際、被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する面積は最大となる。そして、残量が少なくなるに従い、現像ユニットの底から浮く距離が短くなり、被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する面積は小さくなる。このように静電容量センサ電極３２１を被検知電極３６２が通過する面積がトナー残量に応じて変化する。一方、基準マイラ３０の可撓性は小さいためトナーの抵抗による反りは小さく、トナー残量に依らず被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する面積は一定である。また、被検知電極３６１の全面が、トナー残量にかかわらず静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過するため、検知するレベルはトナー残量に依存しない。よって、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する際の検知レベルと、被検知電極３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する際の検知レベルの差がトナー残量に応じて変化する。この原理を使って、トナー残量を検知する。

［トナー残量検知特性］
次に、図６を用いて本実施例におけるトナー残量の検知特性を説明する。図６（ａ）は、トナー残量（％）と静電容量センサＩＣ３３で検知した基準マイラ３０の被検知電極３６１と攪拌マイラ３４の被検知電極３６２それぞれの平均検知レベルの差を示した特性グラフである。図６（ｂ）は、トナー残量が８０％のときの検知レベルの波形データである。本実施例では、静電容量センサＩＣ３３が基準マイラ３０と攪拌マイラ３４に備えられた被検知電極３６１，３６２を検知した検知レベルの平均値をそれぞれ算出し、その算出された平均検知レベルの差を用いてトナー残量を判断する。被検知電極３６１，３６２を検知する検知レベルの閾値を１５０としたとき、被検知電極３６１による検知レベルの平均値は２０７．５であり、被検知電極３６２による検知レベルの平均値は１６８．０とそれぞれ算出される。よって、基準マイラ３０と攪拌マイラ３４の平均検知レベルの差が３９．５であることがわかる。図６（ｃ）は、平均検知レベルの差とトナー残量（％）との関係を示したテーブルＬである。テーブル数値間のトナー残量は、既知のトナー残量の線形補間で求める。ここで、算出された平均検知レベルの差は、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平均検知レベルの差も変わる。トナー残量を判断するテーブルの数値も同様である。また、本実施例においても、静電容量センサＩＣ３３の検知レベル（８ｂｉｔのレベルデータ）を１０進数（ｄｅｃ）で表示して説明をする。

［トナー残量検知のフローチャート］
本実施例におけるトナー残量を検知するシーケンスを図７のフローチャートを用いて説明する。なお、以下のＳ２０４からＳ２１２までの処理では、検知レベルの平均値ＬＶＡを求め、Ｓ２１３からＳ２２０までの処理では、次の検知レベルの平均値ＬＶＢを求める。

Ｓ２０１，Ｓ２０２の処理は、図５のフローチャートのＳ１０１，Ｓ１０２の処理と同一であるので省略する。ＣＰＵ４０は、Ｓ２０３で平均値ＬＶＡ、ＬＶＢをそれぞれ０に設定する。まず、ＣＰＵ４０は、Ｓ２０４で０．２秒以上検知レベルが１４０未満と判断した場合、被検知電極３６１、３６２が静電容量センサ電極３２１の検知面上に無い位置の初期状態のレベルと判断し、Ｓ２０７の処理へ進む。ＣＰＵ４０は、Ｓ２０４で０．２秒以上検知以上検知レベルが１４０未満でないと判断し、Ｓ２０５で２．０秒以上経過した場合、Ｓ２０６で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ２０５で２．０秒以上経過しないと判断した場合にはＳ２０４の処理を継続する。次にＣＰＵ４０は、Ｓ２０７で検知レベルが１５０以上と判断した場合には、Ｓ２０９でセンサの信号の立ち上がりと判断し、検知レベルの連続読み取りを行う。この検知レベル１５０は、いわゆる立ち上がり閾値である。ＣＰＵ４０は、Ｓ２０７で検知レベルが１５０以上でないと判断し、Ｓ２０８で２．０秒以上経過したと判断した場合は、Ｓ２０６異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ２０８で２．０秒以上経過しないと判断した場合にはＳ２０７の処理を継続する。

次にＣＰＵ４０は、Ｓ２１０で、検知レベルが１５０未満となったと判断した場合には、Ｓ２１２でセンサの信号の立ち下がりと判断し、連続読み取りした値の平均値ＬＶＡの算出を行う。検知レベル１５０は、いわゆる立ち下がり閾値である。ＣＰＵ４０は、Ｓ２１０で検知レベルが１５０未満でないと判断し、Ｓ２１１で連続読み取り開始後２．０秒以上経過したと判断した場合には、Ｓ２０６で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。なお、ＣＰＵ４０は、Ｓ２１１で連続読み取り開始後２．０秒以上経過しないと判断した場合にはＳ２１０の処理を継続する。

以降のＳ２１３からＳ２２０までの処理は、平均値ＬＶＡを平均値ＬＶＢとした以外は上記したＳ２０４からＳ２１２までの処理と同一であるので説明を省略する。ここで、全てのトナー残量において、基準マイラ３０の被検知電極３６１の検出レベルは、攪拌マイラ３４の被検知電極３６２の検出レベルよりも高い。そこで、ＣＰＵ４０は、ＬＶＡ−ＬＶＢの絶対値を算出する。ＣＰＵ４０は、Ｓ２２１で算出した絶対値が３０より大きいかをＳ２２２で判断する。ＣＰＵ４０は、Ｓ２２１で算出した絶対値が３０以下と判断した場合には、Ｓ２０６で異常と判断してビデオコントローラ４２へ報知する。ＣＰＵ４０は、Ｓ２２２で算出した絶対値が３０より大きいと判断した場合は、Ｓ２２３でその絶対値をテーブルＬと照合する。そして、ＣＰＵ４０は、Ｓ２２４で、照合した値に対応するトナー残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

本実施例のシーケンスでは、平均値ＬＶＡおよび平均値ＬＶＢをそれぞれ一回だけ測定してＬＶＡ−ＬＶＢの絶対値を算出したものの、平均値ＬＶＡおよび平均値ＬＶＢを複数回測定して平均化することで、よりトナー残量検知の精度を上げることができる。本実施例では、トナー残量の検知シーケンス内に基準マイラ３０と攪拌マイラ３４を回転動作させるとしたが、画像形成動作中に基準マイラ３０と攪拌マイラ３４が回転していても、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、基準マイラ３０と攪拌マイラ３４の回転状態が安定した状態からトナー残量検知を開始してもよい。ここで定義した立ち下がり閾値や立ち上がり閾値、平均値ＬＶＡや平均値ＬＶＢは一例であり、被検知電極３６１、被検知電極３６２の配置や基準マイラ３０等の回転速度などを総合的に考慮して決められるため、これらの値に限定されるものではない。また、本実施例では被検知電極３６２を攪拌マイラ３４に設置した例を示したものの、攪拌マイラ３４とは別に検知用マイラを設けても同様の効果が得られる。

このように、基準マイラ３０、攪拌マイラ３４それぞれに備えられている被検知電極３６１，３６２と静電容量センサ電極３２１との間の静電容量の差に基づいて、トナー残量を判断することで、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナー残量検知ができる。また、基準マイラ３０、攪拌マイラ３４の接近に応じて静電容量が変化するため、検知時間の短縮化と画像形成動作とを同時に行うことが可能である。さらに、基準マイラ３０、攪拌マイラ３４の反りは、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ため、トナー残量を逐次検知することができる。

実施例１、２では、基準マイラ３０は可撓性を有しており、トナー２８の抵抗によって撓む。本実施例では、基準マイラ３０の代わりに高い剛性を有する攪拌棒２６１を使用する。まず、図８を用いて本実施例におけるプロセスカートリッジについて説明する。図８は、本実施例におけるプロセスカートリッジ５と静電容量センサ基板３３１の断面図である。トナー容器２３には、各色に対応したトナー２８（不図示）が収納されている。また、トナー２８をトナー補給ローラ１２へ供給する攪拌棒２６が設置されている。攪拌棒２６は、回転軸２９を中心として回転し、トナー２８を攪拌する。トナー補給ローラ１２に最も近い回転軸２９には、トナー残量を検知するための攪拌棒２６１及び検知マイラ３５２が設置されている。攪拌棒２６１は、高い剛性を有し、トナー２８の抵抗に影響されず一定の回転速度で回転動作を行う。検知マイラ３５２は、攪拌棒２６１から位相を１８０度ずらして配置され、可撓性を有している。また、攪拌棒２６１は導電性を有する部材で構成されている。検知マイラ３５２の半径方向（回転軸２９と直交する方向）の先端付近に、導電性の被検知電極３６２が設置されている。

トナー容器２３内のトナー残量を検知する静電容量センサＩＣ３３、静電容量センサ電極３２１、基準電極３２０を備えた静電容量センサ基板３３１を、攪拌棒２６１及び検知マイラ３５２近傍の現像ユニットの外壁付近に設置する。静電容量センサ電極３２１は、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際にトナー容器２３の外装に近接する。この状態において、現像ユニット内に備えられた導電性の攪拌棒２６１または被検知電極３６２によって発生する静電容量を静電容量センサＩＣ３３で検知する。本実施例におけるトナー残量検知の回路図は、実施例１、２で説明した図３（ａ）と同様であり、詳細な説明は省略する。

トナー残量検知のフローチャート及び検知特性は、実施例１、２と同様である。攪拌棒２６１は、高い剛性を有しトナー２８の抵抗に影響されず一定回転するため、静電容量センサＩＣ３３で検知される時間、検知レベルは常に一定となる。よって、攪拌棒２６１及び検知マイラ３５２によって検知されるそれぞれの時間の差分、または検知レベルの差分を算出することで、より高精度にトナー残量を検知することができる。

２９回転軸
３０基準マイラ
３４攪拌マイラ
３６１被検知電極
３６２被検知電極

Claims

現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第一部材と、
第二電極を有し、前記第一部材の回転軸に前記第一部材と所定の角度をなすように設けられた第二部材と、
前記現像ユニットの外装側面または前記外装側面の近傍に配設された第三電極と、前記第一電極と前記第三電極の間または前記第二電極と前記第三電極の間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関する情報を出力する出力手段と、
前記出力手段が前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量を検知し始めた時間と、前記出力手段が前記第二電極と前記第三電極との間の静電容量を検知し始めた時間との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
第一電極を有し、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第一部材と、
第二電極を有し、前記第一部材の回転軸に前記第一部材と所定の角度をなすように設けられた第二部材と、
前記現像ユニットの外装側面または前記外装側面の近傍に配設された第三電極と、前記第一電極と前記第三電極の間または前記第二電極と前記第三電極の間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関する情報を出力する出力手段と、
前記出力手段が出力した前記第一電極と前記第三電極との間の静電容量に関する情報と、前記出力手段が出力した前記第二電極と前記第三電極との間の静電容量に関する情報との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
前記第一部材は可撓性を有し、前記第二部材は前記第一部材とは異なる可撓性を有することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記第一部材の前記回転軸と直交する方向の長さが、前記回転軸を中心に周回回転する場合に前記現像ユニットの底面に達しない長さであり、前記第二部材の前記回転軸と直交する方向の長さが、前記回転軸を中心に周回回転する場合に前記現像ユニットの底面を摺動する長さであり、かつ、前記第一電極は前記第一部材の先端に設置され、前記第二電極は前記第二部材の先端に設置されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の画像形成装置。
前記第一部材または前記第二部材は、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。