JP5943550B2

JP5943550B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5943550B2
Application number: JP2011098088A
Authority: JP
Inventors: 昌文門出; 土谷　利一; 利一土谷; 英俊花本; 功石田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: JP2012230229A

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では、トナー容器内のトナーを攪拌する攪拌部材の一端に可撓性部材を連結固定し、更に、可撓性部材の先端に被検出体を固定し、トナー容器の下部に静電容量検出装置を配置している。そして、攪拌部材の回転に伴い、攪拌部材に連結された可撓性部材も追従回転し、トナー内に侵入する。トナー容器内のトナー表面が可撓性部材と攪拌部材とが連結された位置よりも高いと、可撓性部材は攪拌部材との連結箇所でトナー内へと侵入し、可撓性部材全体が柔軟に変形しつつ、トナー内では、連結箇所と同一の軌道（軌跡）を描いて回転移動する。従って、可撓性部材の先端の被検出体も、可撓性部材と同一軌道を描いて回転移動する。ところが、トナー量が減少して、トナー表面が可撓性部材と攪拌部材との連結位置よりも低くなり、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はトナー表面上を滑って行き、被検出体もトナー表面上を滑って移動することとなる。そして、トナーの残量が徐々に少なくなると、それに伴い、トナー容器内のトナー表面の高さも徐々に低下し、トナー表面上で滑って移動する被検出体の位置も徐々に低下する。すなわち、トナーが一定量よりも減少した時には、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し、トナー容器の底面に近づくことになる。

一方、静電容量検出装置は、静電容量検出装置とトナー表面上で移動する被検出体間の静電容量を検出することができる。そして、静電容量検出装置と被検出体間の静電容量は、両者間の距離に応じて変化する。静電容量検出装置はトナー容器の下部に配置されていることから、トナー量が減少してトナー表面の高さが徐々に低下すると、トナー表面上の被検出体の位置も低下し、その結果、両者間の静電容量が小さくなる。すなわち、静電容量検出装置と被検出体間の静電容量は、トナーの残量に応じて変化することになる。

特許第４１３７７０３号公報

しかしながら、従来のトナー残量検出装置の構成では、以下のような課題を含んでいる。特許文献１に記載の通り、トナーが一定量以上ある場合には、可撓性部材と攪拌部材と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（軌跡）は殆ど同じである。その結果、トナーが一定量以上ある場合は、静電容量検出装置と被検出体との距離が殆ど変化しないため、検出される静電容量も殆ど変化せず、逐次正確にトナーの残量を検知することができない。

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。

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と、前記現像ユニットの回転軸の近傍から前記回転軸方向に直交する方向の先端近傍までの長さで、所定の幅を有する第１電極を備え、前記回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、を備えた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１電極を備え、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、を備え、前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に前記出力手段から出力された前記データが所定の値以上であった時間に基づいて、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、第１電極を備え、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、を備え、前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に、前記第１電極と前記第２電極が重なる面積に応じて前記出力手段から出力されたデータに基づいて、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の画像形成装置の全体構成を示す断面図実施例１、２の現像ユニット及び静電容量センサの断面図実施例１、２の現像ユニットの斜視図、現像ユニットと静電容量センサ基板の構成図、及び静電容量センサ周辺の回路構成を示す図実施例１のトナーが多い場合及び少ない場合の検知マイラの動作を示す図実施例１における特性グラフ、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のトナーが多い場合及び少ない場合の検知マイラの動作を示す図実施例２における特性グラフ、波形及びテーブルＬ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３の現像ユニットと静電容量センサ基板の構成を示す図実施例３のトナーが多い場合及び少ない場合の検知マイラの動作を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、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を有している。トナー容器内の詳細については、後述する。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、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１０１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１０１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。

［攪拌マイラと検知マイラの動作］
図２は、プロセスカートリッジ５を構成する現像ユニットと現像ユニットの側面に設置された静電容量センサ電極３２１の断面図を示している。図２に示すプロセスカートリッジ５の現像ユニット内には、現像ローラ３、トナー補給ローラ１２があり、更に、トナー容器２３内には、各色に対応したトナー２８、トナー２８を攪拌する攪拌マイラ３４がある。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、不図示のモータにより回転動作する回転軸２９を中心に周回動作を行う。また、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がある。検知マイラ３５１は、攪拌マイラ３４と同様に、トナー容器２３内の回転軸２９に備えられており、不図示のモータにより回転動作する回転軸２９を中心に周回動作を行う。検知マイラ３５１には、汎用のマイラフィルムが使用され、その厚さは攪拌マイラ３４と比べて薄い。そのため、検知マイラ３５１は、攪拌マイラ３４より撓り量が大きい。攪拌マイラ３４及び検知マイラ３５１は、矢印Ｂ方向に約１周／秒の速度で周回回転を行う。更に、検知マイラ３５１は、回転軸２９に直交する方向である周方向の先端近傍の、検知マイラ３５１の回転軸２９方向の現像ユニットの壁面側端部に導電性の被検知電極３６１を有している。静電容量センサ電極３２１については、後述する。

［検知マイラ、静電容量センサの構成］
図３（ａ）は、プロセスカートリッジ５の斜視図を示したものである。図３（ａ）で示しているプロセスカートリッジ５の現像ユニット内には、トナー容器２３内のトナー（不図示）を攪拌するための攪拌マイラ３４、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がある。攪拌マイラ３４及び検知マイラ３５１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周／秒の速度で周回回転を行う。また、検知マイラ３５１は、検知マイラ３５１の周方向の先端付近、かつ、検知マイラ３５１の軸方向の壁面側端部に導電性の被検知電極３６１（第１電極）を有している。

図３（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。図３（ｂ）に示すプロセスカートリッジ５の外装の側面付近に設置された静電容量センサ基板３３１は、本体１０１に備えられており、静電容量センサ基板３３１には、静電容量センサ３３と静電容量センサ３３の周辺回路部品（不図示）が搭載されている。静電容量センサ３３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、静電容量センサ電極３２１による静電容量の変化を検知する。静電容量センサ基板３３１には、銅箔パターンで同一面積の静電容量センサ電極３２１と基準電極３２０が設置されている。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、静電容量センサ電極３２１（第２電極）に近接する。静電容量センサ３３は、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３２１に近接することにより生じる静電容量を検知する。図３（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。被検知電極３６１の形状は、縦１０ｍｍ、横５ｍｍの長方形である。検知マイラ３５１が重力方向に向いている場合に、被検知電極３６１の電極面は、静電容量センサ電極３２１に近接する。

なお、静電容量センサ３３や周辺回路も、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。本実施例では、静電容量センサ電極３２１は本体１０１に備えられた静電容量センサ基板３３１上に成形されているが、現像ユニットの側面付近に設置されていればよく、例えば現像ユニット側面に静電容量センサ電極３２１を直接成形しても良い。その場合には、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、静電容量センサ基板３３１と静電容量センサ電極３２１が接続されるようにすると良い。

［静電容量センサの回路構成］
図３（ｄ）は、本実施例における静電容量センサ３３、ＣＰＵ４０、基準電極３２０、静電容量センサ電極３２１の接続関係を示した図である。図３（ｄ）において、静電容量センサ３３のＡＶＤＤはアナログ電源端子、ＤＶＤＤはデジタル電源端子であり、それぞれの電源端子のノイズを除去するために、バイパスコンデンサ４６、４７が設けられている。ＳＲＥＦ端子には基準電極３２０が接続され、ＳＩＮ端子には静電容量センサ電極３２１が接続されている。また、ＣＰＵ４０と静電容量センサ３３間では、シリアル通信によるデータの送受信が行われる。ＣＰＵ４０からは、静電容量センサ３３のＳＣＬ端子に通信同期用のクロック信号が供給され、ＳＤＡ端子を介して、静電容量センサ３３からは、検知した静電容量の値に対応した８ビットの検知データがＣＰＵ４０に出力される。逆に、静電容量センサ３３には、ＣＰＵ４０から、ＳＤＡ端子を介して、静電容量センサ３３を制御するための設定データが入力される。

［検知マイラの動作］
図４（ａ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合の現像ユニットの断面図を示し、図４（ｂ）は、トナー２８の残量が比較的少ない場合の現像ユニットの断面図を示している。図４（ｃ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合に被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する様子を示した図である。図４（ｄ）は、トナー２８の残量が比較的少ない場合に被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する様子を示した図である。検知マイラ３５１が回転動作を行うと、検知マイラはトナー２８の抵抗を受けて回転方向後側に変形し、撓りながら回転し、検知マイラ３５１の先端付近に設けられた被検知電極３６１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する。図４（ａ）に示すように、トナー２８の残量が比較的多い場合、検知マイラ３５１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時に、トナーの抵抗を顕著に受ける。そのため、図４（ｃ）に示すように、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を矢印Ｄ方向に通過する時は、被検知電極３６１は水平方向に傾いている。この時、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ことにより、静電容量センサ３３が静電容量を検知している検知時間はＥとなる。

逆に、図４（ｂ）に示すように、トナー２８の残量が比較的少ない場合には、トナー２８の残量が多い場合に比べて、検知マイラ３５１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時のトナー２８の抵抗は小さくなる。そのため、図４（ｄ）に示すように、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を矢印Ｆ方向に通過する時は、被検知電極３６１の傾きは、図４（ｃ）と比べ、垂直方向に近い。この時、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ことにより、静電容量センサ３３が静電容量を検知している検知時間はＧとなる。

図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、トナー２８の残量が多い場合に静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間Ｅに比べて、トナー２８の残量が少ない場合に静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間Ｇは短い。すなわち、静電容量センサ電極３２１によって静電容量を検知可能な検知面上を被検知電極３６１が通過している時間は、トナー２８の残量に応じて変化する。本実施例では、この原理を使って、トナー２８の残量を検知する。

［トナー残量検知の検知特性］
次に、図５を用いて本実施例におけるトナー残量検知特性について説明する。本実施例では、静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知している時間幅ＰＷをＮ回測定し、それぞれの検知時間幅の合計値ＳＵＭを、測定回数Ｎで除することにより、平均時間幅を算出する。Ｎ回分の時間幅の平均値を算出する理由は、静電容量センサ３３の検知タイミングのばらつきによる時間幅のばらつきを低減し、検知精度を上げるためである。本実施例では、この平均時間幅を用いてトナー２８の残量を算出しているが、この平均値の算出方法は一例であり、これに限定されるわけではない。また、以下の実施例では、静電容量センサ３３の検知レベルは８ビットデータとしてＣＰＵ４０に出力され、検知レベルの数値は１０進数で表現される。

図５（ａ）は、トナー容器２３内のトナー２８の残量と静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知していた平均時間幅との関係を表した特性グラフであり、縦軸は平均時間幅（ｍｓｅｃ（ミリ秒））、横軸はトナー残量（％）を示す。図５（ａ）の特性グラフに示すように、トナー残量が０％の時の平均時間幅は、４５．５ｍｓｅｃ（ミリ秒）であり、トナー残量が１００％の時の平均時間幅は、１１３．６ｍｓｅｃ（ミリ秒）である。図５（ｂ）は、トナー残量が８０％の時に、静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力された検知レベルデータをプロットした波形データであり、縦軸は検知レベル、横軸は時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））を示す。本実施例では、静電容量センサ３３による検知レベルが１５０以上であれば、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過していると判断する。前述した時間幅ＰＷは検知レベルが１５０以上の時間幅を測定したものであり、図５（ｂ）では、検知レベルが１５０以上の平均時間幅は９１．９ｍｓｅｃ（ミリ秒）である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の特性グラフより、平均時間幅（ｍｓｅｃ）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平均時間幅に対応するトナー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、測定された平均時間幅は、本実施例における値であるため、測定条件が変われば測定される平均時間幅も変わる。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。テーブルＴの情報は、予め記憶部のＲＯＭやプロセスカートリッジ５に設けられたＲＯＭに工場にて書き込まれて出荷される。そして、プロセスカートリッジ５に設けられたＲＯＭに書き込まれたテーブルＴの情報は、プロセスカートリッジ５が本体１０１に装着された時に、ＣＰＵ４０によって読み出され、制御基板８０の記憶部のＲＡＭに格納される。後述する実施例２、３においても、テーブル情報はこれらの方法によって記録部のＲＯＭやＲＡＭに記録されるものとする。なお、前述したテーブル情報を出荷時に記録しておく方法は一例であり、これに限定されるものではない。

［トナー残量検知の処理シーケンス］
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の処理シーケンスについて、図６のフローチャートを用いて説明する。図６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いずれかの処理を実行する機能をＡＳＩＣに持たせても良い。

ステップ１０１（以下、Ｓ１０１のように記す）では、ＣＰＵ４０は、検知マイラ３５１を回転動作させる。本実施例では、検知マイラ３５１が１回転するのに要する時間を約１秒としている。Ｓ１０２では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３とシリアル通信を行い、静電容量センサの初期設定を行い、センサ異常監視用のタイマをリセットし、スタートさせる。更に、ＣＰＵ４０は、測定回数を示す変数Ｎ、及び検知レベルが所定値以上の検知時間幅の合計値を示す変数ＳＵＭに０を設定する。

Ｓ１０３では、ＣＰＵ４０は、シリアル通信により、静電容量センサ３３からの検知レベルの読み取りデータを受信する。Ｓ１０４では、ＣＰＵ４０は、読み取りデータから検知レベルが０．５秒間以上、１４０未満かどうか判断する。ＣＰＵ４０は、検知レベルが０．５秒間以上、１４０未満であれば、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過していない初期状態のレベルと判断し、Ｓ１０６に進み、そうでない場合には、Ｓ１０５に進む。Ｓ１０５では、ＣＰＵ４０は、センサ異常監視用のタイマのタイマ値を読み出し、２秒以上かどうかを判断する。タイマ値が２秒未満であれば、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０３に戻り、２秒以上の場合には、ＣＰＵ４０はＳ１２１に進み、Ｓ１２１では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１０６では、ＣＰＵ４０は、測定回数を示す変数Ｎに１加算すると共に、センサ異常監視用のタイマをリセットし、スタートさせる。Ｓ１０７では、ＣＰＵ４０は、シリアル通信により、静電容量センサ３３からの検知レベルの読み取りデータを受信する。Ｓ１０８では、ＣＰＵ４０は、読み取りデータから検知レベルが１５０（立ち上がり閾値）以上かどうか判断する。ＣＰＵ４０は、検知レベルが１５０以上であれば、検知レベルの立ち上がり（被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面にさしかかった状態）と判断し、Ｓ１１０に進み、そうでない場合には、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９では、ＣＰＵ４０は、センサ異常監視用のタイマのタイマ値を読み出し、２秒以上かどうかを判断する。タイマ値が２秒未満であれば、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０７に戻り、２秒以上の場合には、ＣＰＵ４０はＳ１２１に進み、Ｓ１２１では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１１０では、検知レベルの立ち上がりを認識したＣＰＵ４０は、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面を通過するのに要する時間を計測するために、通過時間測定用のタイマをリセットし、スタートさせる。Ｓ１１１では、ＣＰＵ４０は、シリアル通信により、静電容量センサ３３からの検知レベルの読み取りデータを受信する。Ｓ１１２では、ＣＰＵ４０は、読み取りデータから検知レベルが１５０（立ち下がり閾値）未満かどうか判断する。ＣＰＵ４０は、検知レベルが１５０未満であれば、検知レベルの立ち下がり（被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面を通り過ぎた状態）と判断し、Ｓ１１４に進み、そうでない場合には、Ｓ１１３に進む。Ｓ１１３では、ＣＰＵ４０は、通過時間測定タイマのタイマ値を読み出し、２秒以上かどうかを判断する。タイマ値が２秒未満であれば、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１１に戻り、２秒以上の場合には、ＣＰＵ４０はＳ１２１に進み、Ｓ１２１では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１１４では、検知レベルの立ち下がりを検知したＣＰＵ４０は通過時間測定用タイマをストップさせ、Ｓ１１５では、通過時間測定用タイマから、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面を通過するのに要した時間であるタイマ値ＰＷを読み出す。Ｓ１１６では、ＣＰＵ４０は、検知時間幅の合計値を示す変数ＳＵＭに、読み出したタイマ値ＰＷを加算し、Ｓ１１７では、測定回数を示す変数Ｎの値が５かどうか判断し、５でなければＳ１０６に戻り、５であればＳ１１８に進む。本実施例では、測定回数を５回としているが、これは一例であり、検知時間幅の精度を上げるためには測定回数を増やし、トナー残量の算出に要する処理時間を短くするには、測定回数を減らせばよい。

Ｓ１１８では、ＣＰＵ４０は、５回分の検知時間幅の合計値である変数ＳＵＭの値を５で除して、検知時間幅の平均値を算出する。Ｓ１１９では、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１８で算出した検知時間幅の平均値と、記憶部のＲＯＭに格納されたテーブルＴの平均時間幅を照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。Ｓ１２０では、ＣＰＵ４０は、Ｓ１１９において算出したトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

なお、本実施例の制御シーケンスでは、検知レベルの閾値を１５０とし、検知レベルが１５０以上となる時間幅を計測する例について説明した。検知レベルの閾値としての１５０は一例であり、安定した検知レベルの初期レベルを検知して、そのレベル＋αを閾値として、検知レベルが閾値以上の時間幅を計測した後、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。

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。前述した構成と動作により、トナーの残量が１００％から０％まで被検知電極を静電容量センサが検知している時間幅は単調に減少する。その結果、静電容量センサが被検知電極を検知している時間幅を計測し、テーブルと照合することにより、トナーが満載された状態から空になるまで、トナーの残量を逐次検知することができる。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、検知マイラの撓りは、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、トナーの残量を逐次検知することができる。

実施例１では、静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知している時間幅により、トナーの残量を検知する実施例について説明した。本実施例では、実施例１と同じ構成で、静電容量センサ３３が、被検知電極３６１を検知する静電容量の検知レベル（静電容量値）の平均値により、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。

［検知マイラの動作］
図７（ａ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合の現像ユニットの断面図を示し、図７（ｂ）は、トナー２８の残量が比較的少ない場合の現像ユニットの断面図を示している。本実施例では、図７（ａ）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にあり、現像ユニットの底から上方向に約５ｍｍ〜１５ｍｍの位置に配置されている。検知マイラ３５１が回転動作を行うと、検知マイラはトナー２８の抵抗を受けて回転方向後側に変形し、撓りながら回転し、検知マイラ３５１の先端付近に設けられた被検知電極３６１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する。図７（ａ）に示すように、トナー２８の残量が比較的多い場合、検知マイラ３５１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時に、トナーの抵抗を顕著に受けて大きく撓り、被検知電極３６１は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３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時に、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１とが重なる面積（図７（ａ）斜線部）が広くなり、その結果、静電容量センサ３３による静電容量の検知レベルは大きくなる。

逆に、図７（ｂ）に示すように、トナー２８の残量が比較的少ない場合には、検知マイラ３５１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時のトナー２８の抵抗は小さくなり、被検知電極３６１は現像ユニットの底面に近い位置を通過する。そのため、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時に、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１とが重なる面積（図７（ｂ）斜線部）が狭くなり、その結果、静電容量センサ３３による静電容量の検知レベルは小さくなる。

本実施例では、トナー残量が１００％の時には、検知マイラ３５１はトナー２８の抵抗を受けて大きく撓り、現像ユニットの底から約５ｍｍ浮いた位置で、回転動作を行う。その時、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１の検知面との重なる面積が最大となる。そして、トナー２８の残量が少なくなるに従い、検知マイラ３５１が現像ユニットの底から浮く位置が低くなり、その結果、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１の検知面とが重なる面積も狭くなる。すなわち、静電容量センサ電極３２１によって静電容量を検知可能な検知面上を被検知電極３６１が通過する際に、検知面と被検知電極３６１とが重なる面積は、トナー２８の残量に応じて変化する。本実施例では、この原理を使って、トナー２８の残量を検知する。

［トナー残量検知の検知特性］
次に、図８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。本実施例では、静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知した時の検知レベルの平均値ＬＶを算出する。平均値を算出する理由は、ノイズによって誤検知した検知レベルの影響を低減し、検知精度を上げるためである。これをＮ回測定し、それぞれの検知レベルの平均値ＬＶを加算した合計値ＳＵＭを、測定回数Ｎで除することにより、検知レベルの平均値を算出する。Ｎ回分の検知レベルの平均値を算出する理由は、静電容量センサ３３の検知タイミングのばらつきによる検知レベルのばらつきを低減し、検知精度を上げるためである。本実施例では、この検知レベルの平均値を用いてトナー２８の残量を算出しているが、この平均値の算出方法は一例であり、これに限定されるわけではない。

図８（ａ）は、トナー容器２３内のトナー２８の残量と静電容量センサ３３の検知レベルの平均値との関係を表した特性グラフであり、縦軸は検知レベルの平均値、横軸はトナー残量（％）を示す。図８（ａ）の特性グラフに示すように、トナー残量が０％の時の検知レベルの平均値は、１５６．１であり、トナー残量が１００％の時の検知レベルの平均値は、１７２．２である。図８（ｂ）は、トナー残量が８０％の時に、静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力された検知レベルデータをプロットした波形データであり、縦軸は検知レベル、横軸は時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））を示す。本実施例では、静電容量センサ３３による検知レベルが１５０以上であれば、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過していると判断する。前述した検知レベルの平均値は、検知レベルが１５０以上の間に測定された検知レベルの平均値であり、図８（ｂ）では、静電容量センサ３３の検知レベルが１５０以上となる検知レベルの平均値は、１６９．４と計測されている。図８（ｃ）は、図８（ａ）の特性グラフより、検知レベルの平均値とトナー残量（％）の対応関係を表にしたテーブルＬである。テーブルＬに明示されていない検知レベルの平均値に対応するトナー２８の残量は、テーブルＬ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、測定された検知レベルの平均値は、本実施例における値であるため、測定条件が変われば測定される平均値も変わる。また、トナー２８の残量を判断するテーブルＬの数値についても同様である。

［トナー残量検知の処理シーケンス］
続いて、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９のフローチャートを用いて説明する。図９のＳ２０１〜２０９の処理は、実施例１の図６のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０９と同じであるため、説明を省略する。

Ｓ２１０では、ＣＰＵ４０は、読み出した検知レベルデータの合計値を保存するメモリに０を設定し、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面を通過する時間を測定するタイマをリセットし、スタートさせて、検知レベルの連続読み取りを開始する。Ｓ２１１では、ＣＰＵ４０は、シリアル通信により、静電容量センサ３３からの検知レベルの読み取りデータを受信する。Ｓ２１２では、ＣＰＵ４０は、読み取りデータから検知レベルが１５０（立ち下がり閾値）未満かどうか判断する。ＣＰＵ４０は、検知レベルが１５０未満であれば、検知レベルの立ち下がり（被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面を通り過ぎた状態）と判断し、Ｓ２１４に進み、そうでない場合には、Ｓ２１３に進む。Ｓ２１３では、ＣＰＵ４０は、検知レベルデータの合計値を保存するメモリに、Ｓ２１１で読み取った検知レベルデータを加算すると共に、通過時間測定タイマのタイマ値を読み出し、２秒以上かどうかを判断する。タイマ値が２秒未満であれば、ＣＰＵ４０は、Ｓ２１１に戻り、２秒以上の場合には、ＣＰＵ４０はＳ２２０に進み、Ｓ２２０では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ２１４では、ＣＰＵ４０は、検知レベルデータの合計値を保存したメモリから合計値を読み出し、保存した検知レベルデータの件数で除して、検知レベルデータの平均値ＬＶを算出する。Ｓ２１５では、ＣＰＵ４０は、検知レベルの合計値を示す変数ＳＵＭに、Ｓ２１４で算出した平均値ＬＶを加算し、Ｓ２１６では、測定回数を示す変数Ｎの値が５かどうか判断し、５でなければＳ２０６に戻り、５であればＳ２１７に進む。

Ｓ２１７では、ＣＰＵ４０は、５回分の検知レベルデータの平均値の合計である変数ＳＵＭの値を５で除して、検知レベルの平均値を算出する。Ｓ２１８では、ＣＰＵ４０は、Ｓ２１７で算出した検知レベルの平均値と、記憶部のＲＯＭに格納されたテーブルＬの検知レベルの平均値を照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。Ｓ２１９では、ＣＰＵ４０は、Ｓ２１８において算出したトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

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。前述した構成と動作により、トナーの残量が１００％から０％まで、静電容量センサが被検知電極を検知している間の検知レベルの平均値は、単調に減少する。その結果、静電容量センサが被検知電極を検知している間の検知レベルの平均値を計測し、テーブルと照合することで、トナーが満載された状態から空になるまで、トナーの残量を逐次検知することができる。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、検知マイラの撓りは、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、トナーの残量を逐次検知することができる。更に、実施例１の静電容量が変化するタイミングの時間幅検知と本実施例の静電容量が変化するレベル検知の処理シーケンス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も対応することができる。

実施例１では、静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知している時間幅により、トナーの残量を検知する実施例について説明した。それに対して、本実施例では、検知マイラに、回転軸から周方向先端までの長さの被検知電極を設けることにより、実施例１に比べて、より精度良くトナー２８の残量を検知できる例について説明する。トナー２８の残量が多い場合、検知マイラに設けられた被検知電極３６１は、大きく撓ることにより、静電容量センサ電極３２１の検知面と重なる面積は小さくなるが、検知面と重なっている時間は長くなる。その結果、実施例１と比べて、静電容量センサ３３が検知する検知レベルの最大値は下がるものの、被検知電極３６１を検知している時間幅を大きくすることができる。そのため、静電容量センサ３３の静電容量を検知できる感度が確保できる場合には、本被検知電極の構成は適用可能である。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。

［検知マイラ、静電容量センサの構成］
図１０（ａ）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。図１０（ａ）に示すプロセスカートリッジ５の側面付近に設置された静電容量センサ基板３３１は、本体１０１に備えられており、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と基準電極３２０が設置されている。静電容量センサ電極３２１は、回転軸２９の近傍から現像ユニットの周方向底面に向かって配置されている。基準電極３２０は、静電容量センサ電極３２１と同じ面積を有する銅箔パターンであり、被検知電極３６１の影響を受けないように、現像ユニットから離れた位置に配置されている。図１０（ｂ）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。被検知電極３６１の形状は、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍの長方形である。検知マイラ３５１が重力方向に向いている場合に、被検知電極３６１の電極面は、静電容量センサ電極３２１に近接する。ここでは、被検知電極３６１の横幅は２０ｍｍとしたが、静電容量センサ３３が検知する検知レベルが十分であれば、被検知電極３６１の横幅を小さくしても良い。

［検知マイラの動作］
図１１（ａ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合の現像ユニットの断面図を示し、図１１（ｂ）は、トナー２８の残量が比較的少ない場合の現像ユニットの断面図を示している。図１１（ｃ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合とトナー２８の残量が比較的少ない場合において、静電容量センサ電極３２１が被検知電極３６１を検知している時間幅を示している。図１１（ａ），（ｂ）におけるトナー量は、不図示であるが、それぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）に示す量と同等である。トナー２８の残量が比較的多い場合には、検知マイラ３５１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時に、トナーの抵抗を顕著に受ける。そのため、図１１（ａ）に示すように、検知マイラ３５１は、回転軸２９に近い側から静電容量センサ電極３２１に近づき、静電容量センサ電極の検知面上を矢印Ｈ方向に進み、最後に検知マイラ３５１の周方向先端が、静電容量センサ電極の検知面から離れていく。図１１（ｃ）の時間Ｊは、図１１（ａ）において、静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間幅を示している。

逆に、トナー２８の残量が比較的少ない場合には、トナー２８の残量が比較的多い場合に比べて、検知マイラ３５１は、静電容量センサ電極３２１の検知面上を通過する時に、トナー２８の抵抗は小さくなる。そのため、図１１（ｂ）に示すように、検知マイラ３５１は、回転軸２９に近い側から静電容量センサ電極３２１に近き、静電容量センサ電極の検知面上を矢印Ｉ方向に進み、最後に検知マイラ３５１の周方向先端が、静電容量センサ電極の検知面から離れていく。図１１（ｃ）の時間Ｋは、図１１（ｂ）において、静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間幅を示している。

図１１（ｃ）に示すように、トナー２８の残量が多い場合に静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間幅Ｊに比べて、トナー２８の残量が少ない場合に静電容量センサ３３が静電容量を検知している時間幅Ｋは短い。すなわち、静電容量センサ電極３２１によって静電容量を検知可能な検知面上を被検知電極３６１が通過している時間は、トナー２８の残量に応じて変化する。この原理を使って、トナー２８の残量を検知することができる。

本実施例では、検知マイラ３５１の回転軸２９に近い側の被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１の検知面上にかかった時を検知開始タイミングとし、検知マイラ３５１の周方向先端側の被検知電極３６１が検知面を外れた時を検知終了タイミングとしている。被検知電極３６１の縦長が大きくなったことにより、被検知電極が静電容量センサ電極３２１の検知面と重なっている時間が実施例１と比較して長くなる。その結果、検知面が被検知電極３６１を検知している時間幅が大きくなり、トナー２８の残量の検知精度を向上させることができる。

本実施例におけるトナーの残量検知の処理シーケンスについて、実施例１において説明した図６のフローチャートを援用することにより、トナー残量を算出することができるので、本実施例での処理シーケンスについての説明は省略する。なお、検知レベルの平均時間幅とトナー残量についての対応関係を示すテーブルについては、被検知電極３６１の構成が実施例１と実施例３とでは異なるため、実施例１のテーブルＴを使用することはできない。そのため、本実施例の構成を有した現像ユニットと静電容量センサ基板を用いて、トナー２８の残量と静電容量センサ３３が被検知電極３６１を検知していた平均時間幅との関係を表した特性グラフを求め、これに基づいて新たにテーブルを作成する必要がある。

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。前述した構成と動作により、静電容量センサが被検知電極を検知している時間幅を計測し、テーブルと照合することで、トナーが満載された状態から空になるまで、トナーの残量を逐次検知することができる。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、検知マイラの撓りは、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、トナーの残量を逐次検知することができる。

３３静電容量センサ
４０１チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
３２１静電容量センサ電極
３５１検知マイラ
３６１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、
前記現像ユニットの回転軸の近傍から前記回転軸方向に直交する方向の先端近傍までの長さで、所定の幅を有する第１電極を備え、前記回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、
前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記第１電極は、前記部材の前記回転軸方向に直交する方向の先端近傍であって、前記回転軸方向の前記現像ユニットの壁面側端部に設けられた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２電極は、前記回転軸の近傍から前記現像ユニットの底面の近傍までの長さを有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記第１電極は、前記部材の前記回転軸の近傍から前記第２電極の検知面に近づいて前記第２電極の検知面を通過し、前記部材の前記先端近傍が前記第２の電極の検知面から離れていくことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に前記出力手段から出力された前記データが所定の値以上であった時間に基づいて、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。
前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に、前記第１電極と前記第２電極が重なる面積に応じて前記出力手段から出力されたデータに基づいて、前記現像ユニット内の現像剤の量を判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
現像剤を収納する着脱可能な現像ユニットと、
第１電極を備え、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、
前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、
を備え、
前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に前記出力手段から出力された前記データが所定の値以上であった時間に基づいて、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１電極を備え、前記現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する可撓性を有する部材と、
前記現像ユニットの外装側面に配設された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した静電容量に関するデータを出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された前記データに基づいて、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、
を備え、
前記判断手段は、前記第１電極が前記第２電極の検知面上を通過する際に、前記第１電極と前記第２電極が重なる面積に応じて前記出力手段から出力されたデータに基づいて、前記現像ユニット内の現像剤の量を判断することを特徴とする画像形成装置。