JP6532246B2 - 現像剤容器、現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置および画像形成装置の装置本体 - Google Patents

現像剤容器、現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置および画像形成装置の装置本体 Download PDF

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Description

本発明は、現像剤容器と現像装置とプロセスカートリッジと画像形成装置と画像形成装置の装置本体とに関する。
従来、電子写真画像形成方式(電子写真プロセス)を用いた画像形成装置には、感光体ドラムに形成された静電潜像に現像剤を供給することで静電潜像を現像する現像装置が設けられている。近年では、感光体ドラムや帯電ローラなどのプロセス手段と現像装置とが一体となったプロセスカートリッジが実用化されている。プロセスカートリッジを画像形成装置に対して着脱可能とすることで、現像剤の補充などのメンテナンス作業を容易に行うことができる。
また、プロセスカートリッジには、現像装置内のトナー残留量を検知するトナー残留量検知手段が設けられていることが一般的である。ユーザは、現像装置内のトナー残留量が少なくなったことがトナー残留量検知手段によって検知された場合にプロセスカートリッジを交換することができる。
特許文献1で開示されている技術では、発光部から照射された検知光が、現像剤が収容される現像剤容器の内部を通過し、受光部に導かれている。現像剤容器内には現像剤を撹拌する撹拌部材が設けられており、撹拌部材によって検知光の光路に現像剤が搬送されることで、現像剤によって検知光が遮られる。そして、検知光が遮られる時間を検知することで、現像剤容器に収容されるトナー残留量を検知している。
また、特許文献2で開示されている技術では、現像ローラが設けられる現像室内に2つの電極が設けられており、電極間の静電容量を検知することによって現像剤容器内のトナー残留量を検知している。
特開2008−209897号公報 特開2002−091152号公報
しかし、特許文献1に開示される技術では、現像剤が撹拌部材によって撹拌されることで現像剤が飛散し、飛散した現像剤が検知光を遮ることによりトナー残留量の検知精度が低下してしまうおそれがある。
そこで、本発明は、現像剤の量を精度よく検出することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、
現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像室と、現像剤を収容する収容室であって前記現像室の下方で前記現像室と開口を介して連通し更に部を有する収容室と、を構成する枠体と、
回転することにより下方から前記開口へ向けて現像剤を搬送する搬送部材と、
前記収容室内に残っている前記現像剤の残量に応じた静電容量の信号を出力する第1検出部材と第2検出部材と、を備え、
前記凹部の一部は、前記搬送部材の回転半径内にあり、
前記第1検出部材は、前記現像剤担持体の長手方向に延び、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の下流側に設けられ、
前記第2検出部材は、前記現像剤担持体の長手方向に延び、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の上流側に設けられており、
前記凹部には、前記搬送部材により前記収容室の底部から前記開口に向けて搬送される前記現像剤の一部が入り込み、前記第1検出部材及び前記第2検出部材は前記凹部を形成する前記枠体により前記長手方向に沿って支持され、前記搬送部材によって搬送され前記凹部に入り込んだ前記現像剤は自重で下に落下することを特徴とする。
本発明によれば、現像剤の量を精度よく検出することができる。
実施例1に係る画像形成装置の概略図 実施例1に係るプロセスカートリッジと画像形成装置の斜視図 実施例1に係るプロセスカートリッジの概略図 現像剤が撹拌されている場合における現像剤の状態を示す図 実施例1に係る現像装置における現像剤容器の斜視図 実施例1に係るプロセスカートリッジの概略図 現像装置内の現像剤が多い場合における出力電圧の変化を示す図 現像装置内の現像剤が多い場合における出力電圧の変化を示す図 現像装置内の現像剤が多い場合において現像剤が撹拌される様子を示した図 現像剤が少ない場合に現像剤が撹拌される様子を示した図 現像剤が撹拌されている場合における出力電圧の変化を示す図 画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図 実施例2に係るプロセスカートリッジの概略図 実施例3に係る画像形成装置の概略図
以下に図面を参照して、本発明の実施形態を例示する。ただし、実施形態に記載されている構成部品の寸法や材質や形状やそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件などにより適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。
(実施例1)
<電子写真画像形成装置>
実施例1に係る電子写真画像形成装置(画像形成装置)の全体構成について図1と図2を用いて説明する。図1は、実施例1に係る画像形成装置100の概略図である。また、図2は、画像形成装置100にプロセスカートリッジ7を装着する状態を示す斜視図である。画像形成装置100は、複数の画像形成部として、イエロー(Y)とマゼンタ(M)とシアン(C)とブラック(K)の画像を形成するための第1〜4の画像形成部である画像形成部SY〜SKを有する。
実施例1では、第1〜4の画像形成部の構成と動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。したがって、以下において、特に区別を必要としない場合は、添え字であるY〜Kを省略して総括的に説明する。実施例1では、画像形成装置100は、4つの感光体ドラム1(1Y〜1K)(像担持体)を有する。感光体ドラム1は、図1における矢印A方向に回転する。感光体ドラム1の周囲には帯電ローラ2(2Y〜2K)とスキャナユニット(露光装置)3が配置されている。
ここで、帯電ローラ2は、感光体ドラム1の表面を均一に帯電する帯電手段である。そして、スキャナユニット3は、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム1上に静電潜像を形成する露光手段である。また、感光体ドラム1の周囲には、現像ユニット4(4Y〜4K)(以下、現像ユニット8(現像装置)とする)とクリーニング手段としてのクリーニングブレード6(6Y〜6K)が配置されている。ここで、現像ユニット4(現像装置)は、少なくとも現像剤を担持する現像ローラ17(現像剤担持体)を有する。
さらに、4つの感光体ドラム1に対向して、感光体ドラム1上のトナー像(現像剤像)を記録材(記録媒体)に転写するための中間転写体として中間転写ベルト5が配置されている。また、実施例1では、現像ユニット4には、非磁性一成分現像剤であるトナーT(TY〜TK)が用いられる。なお、実施例1では、現像ユニット4は、現像剤担持体としての現像ローラ17を感光体ドラム1に対して接触させて接触現像を行う。
また、感光体ユニット13は、感光体ドラム1上に残留している転写残トナー(廃トナー)を収容する除去トナー収容部14a(14aY〜14aK)(図3を参照)と感光体ドラム1と帯電ローラ2とクリーニングブレード6とを有する。さらに、実施例1では、現像ユニット4と感光体ユニット13を、一体的にカートリッジ化することでプロセスカートリッジ7(7Y〜7K)を構成している。プロセスカートリッジ7は、画像形成装置100に設けられた不図示の装着ガイドや位置決め部材などの装着手段を介して画像形成装置100に着脱可能となっている。また、プロセスカートリッジ7は、少なくとも現像剤像を担持する感光体ドラム1(像担持体)を有する。
実施例1では、プロセスカートリッジ7は、感光体ドラム1の軸線方向である図2の矢印G方向に、画像形成装置100に装着可能である。実施例1では、各色用のプロセスカートリッジ7は全て同一形状となっている。ただし、これに限定されず、形状や大きさが異なっていてもよい。例えば、ブラックのカートリッジの容量を大きくするために他のカートリッジよりも大きくしてもよい。また、各色用のプロセスカートリッジ7内には、イエロー(TY)とマゼンタ(TM)とシアン(TC)とブラック(TK)の各色のトナーT(TY〜TK)がそれぞれ収納されている。中間転写ベルト5は、全ての感光体ドラム1に当接しており、図1の矢印B方向に移動する。中間転写ベルト5は、複数の支持部材(駆動ローラ26と二次転写対向ローラ27と従動ローラ28)によって掛け渡されている。
中間転写ベルト5の内周面側には、各感光体ドラム1に対向するように、一次転写手段として4つの一次転写ローラ8(8Y〜8K)が並設されている。また、中間転写ベルト5の外周面側において二次転写対向ローラ27に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ9が配置されている。
<画像形成プロセス>
画像形成時には、まず、感光体ドラム1の表面が帯電ローラ2によって一様に帯電される。次に、スキャナユニット3から照射されたレーザー光によって感光体ドラム1の表面が走査露光されることで、感光体ドラム1上に画像情報に基づいた静電潜像が形成される。感光体ドラム1上に形成された静電潜像は、現像ユニット4によってトナー像として現像される。感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ8によって中間転写ベルト5上に一次転写される。
例えば、フルカラー画像の形成時には、第1〜4の画像形成部である画像形成部SY〜SKにおいて上述したプロセスが順次に行われることで、中間転写ベルト5上に各色のトナー像が順次に重ね合わされる。その後、中間転写ベルト5の移動と同期して記録材が二次転写部へと搬送される。そして、記録材を介して中間転写ベルト5に当接している二次転写ローラ9によって、中間転写ベルト5上の4色トナー像は一括して記録材上に二次転写される。
その後、トナー像が転写された記録材は、定着手段としての定着装置10に搬送される。定着装置10において記録材が加熱・加圧されることで記録材にトナー像が定着する。一次転写工程後に感光体ドラム1上に残留した一次転写残トナーは、クリーニングブレード6によって除去される。また、二次転写工程後に中間転写ベルト5上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置11によって除去される。除去された転写残トナー(廃トナー)は、画像形成装置100の廃トナーボックス(不図示)に排出される。なお、画像形成装置100は、所望の単独またはいくつか(全てではない)の画像形成部のみを用いて、単色またはマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。
<プロセスカートリッジ>
次に、実施例1に係る画像形成装置100に装着されるプロセスカートリッジ7の全体構成について図3を用いて説明する。図3は、実施例1に係るプロセスカートリッジ7の概略図である。現像ユニット4は、現像ユニット4内の各種部材を支持する現像枠体18を有する。ここで、現像枠体18におけるトナーを収容する部分を容器本体19とし、容器本体19と撹拌部材23(搬送部材)と第1導電部材31(第1検出部材)と第2導電部材32(第2検出部材)とを有する構成を現像剤容器190とする。現像剤容器190は、少なくとも現像剤を収容する容器本体19を有する。ここで、第1導電部材31と第2導電部材32は、複数の導電部材に相当する。現像ユニット4には、感光体ドラム1と接触することで感光体ドラム1にトナーを搬送する現像剤担持体としての現像ローラ17が設けられている。現像ローラ17は、トナーを担持しており、図1の矢印D方向(反時計方向)に回転する。また、現像ローラ17は、その長手方向(回転軸線方向)の両端部において軸受を介して回転可能に現像枠体18に支持されている。ここで、第1導電部材31は、凹部18dにおいて、撹拌部材23の回転方向(F方向)における第2導電部材32よりも流側に設けられている。また、第2導電部材32は、凹部18dにおいて、撹拌部材23の回転方向(F方向)における第1導電部材31よりも流側に設けられている。なお、現像剤容器190は、現像ユニット4に対して着脱可能とすることもできる。
また、現像ユニット4は、容器本体19内の空間である現像剤収納室18a(以下、トナー収納室とする)(収容室)と、現像ローラ17が配設される現像室18bと、トナー収納室18aと現像室18bとを連通する開口18cを有する。実施例1では、トナー収納室18aは、現像室18bの下方に位置している。また、現像室18bには、現像ローラ17に接触して矢印E方向に回転する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ20と、現像ローラ17上に形成されるトナー層の厚みを規制する現像剤規制部材としての現像ブレード21とが配置されている。
また、現像剤容器190における容器本体19の内部(現像剤容器内)であるトナー収納室18aには、収納されたトナーTを撹拌するとともに、開口18cを介してトナー供給ローラ20へトナーを搬送するための撹拌部材23が設けられている。撹拌部材23は、現像ローラ17の回転軸方向に平行な回転軸23aと、可撓性シート上部材である撹拌シート23b(シート部材)とを有する。撹拌シート23bの一端が回転軸23aに取り付けられており、回転軸23aが回転して撹拌シート23bが回転することでトナーを撹拌する。撹拌部材23は、容器本体19の内壁面19Aの少なくとも底部18fを含む領域と摺動するように回転する。
撹拌部材23がトナーを撹拌する場合、容器本体19の内壁面19Aに撹拌シート23bが接触するため、撹拌シート23bが撓んだ状態で撹拌部材23は回転する。ここで、容器本体19の内壁面19Aは、撹拌シート23bが撓み状態から解放される位置である解放位置18eを有している。撹拌シート23bは解放位置18eを通過するときに撓み状態から解放され、撓み状態から解放された復元力によって撹拌シート上に載ったトナーが跳ね上がる。跳ね上がったトナーは、開口18cを介して現像室18b内のトナー供給ローラ20へ搬送される。
容器本体19の底部18fに積載されるトナーを撹拌搬送できるように、図3に示すように、回転軸23aから撹拌シート23b先端部までの長さW0は、回転軸23aから容器本体19の底部18fまでの長さW1よりも大きくなるように設定される。次に、撹拌部材23が1周する場合における撹拌シート23bとトナーの状態について図4を用いて説明する。図4(a)は、底部18fに積載されたトナーのトナー面を撹拌シート23bが押し始める場合におけるトナーの状態を示している。その後、図4(b)と図4(c)とに示すように、撹拌シート23bが矢印F方向に回転して、撹拌シート23bはトナーを上方に持ち上げる。
撹拌シート23bが矢印Fの方向にさらに回転した場合、図4(d)に示すように、撹拌シート23bの先端が解放位置18eに接触する。この状態において、撹拌シート23bにはトナーが載っており、撹拌シート23bの先端が解放位置18eを通過すると、撹拌シート23bは撓んだ状態から元の状態に復元する。その復元力によって撹拌シート23b上に載ったトナーは開口18cに向けて跳ね上げられ、開口18cを介してトナー供給ローラ20にトナーが供給される。撹拌シート23bがさらに回転した場合、図4(e
)に示すように、撹拌シート23bが開口18cに衝突し、撹拌シート23bによってトナーが現像室18bに押し込まれる。その後、撹拌シート23bが矢印Fの方向にさらに回転し、撹拌シート23bとトナーは再び図4(a)の状態に戻る。そして、撹拌シート23bは矢印Fの方向に回転し続け、撹拌シート23bの先端が解放位置18e通過するたびに、撹拌シート23b上に載るトナーが跳ね上げられ、開口18cを介して現像室18bにトナーが搬送される。
次に、図3に示すように、感光体ユニット13は、感光体ユニット13内の各種要素を支持する枠体としてのクリーニング枠体14を有する。クリーニング枠体14には、軸受部材を介して図1の矢印A方向に回転できるように感光体ドラム1が取り付けられている。また、クリーニング枠体14には帯電ローラ軸受け15が取り付けられており、帯電ローラ2の回転軸線と感光体ドラム1の回転軸線とが平行になるように帯電ローラ2は帯電ローラ軸受け15に取り付けられている。ここで、帯電ローラ軸受15は、図3の矢印C方向に移動できるようにクリーニング枠体14に取り付けられている。また、帯電ローラ2は、帯電ローラ軸受15に回転可能に取り付けられている。そして、帯電ローラ軸受15は、付勢手段としての帯電ローラ加圧バネ16により感光体ドラム1に向かって付勢される。
また、クリーニングブレード6は、一次転写後に感光体ドラム1の表面に残った転写残トナー(廃トナー)を除去するための弾性部材6aと、弾性部材を支持するための支持部材6bとから構成されている。クリーニングブレード6によって感光体ドラム1の表面から除去された廃トナーは、クリーニングブレード6とクリーニング枠体14により形成される除去トナー収容部14aに収容される。
<トナー残量検知の構成>
次に、トナー収納室18a内(収容室内)のトナー残留量(現像剤量)を検知するための構成について図3〜10を用いて説明する。図3と図4と図6と図9と図10は、プロセスカートリッジ7の概略図である。また、図5は、現像ユニットの斜視図である。図7と図8は、静電容量から導き出される出力電圧(静電容量に基づく信号)の波形である。実施例1では、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量を測定することでトナーの残量を検出する。
ここで、検出部材は、静電容量を検出できるものであれば何でもよく、SUSなどの金属板金や導電樹脂などのシート部材でもよい。本実施例では、樹脂に導電材であるカーボンブラックを分散させた導電樹脂シートを用いている。以下の説明では、検出部材の一形態である導電部材を用いて説明する。
<トナー収納室の凹部の構成>
図3に示すように、容器本体19の内壁面19Aには凹部18dが形成されている。凹部18dを形成する壁面18d1と壁面18d2において、壁面18d1には第1導電部材31が設けられ、壁面18d2には第2導電部材32が設けられている。ここで、壁面18d1は、凹部18dにおける撹拌部材23の回転方向下流側の壁であり、壁面18d2は、凹部18dにおける撹拌部材23の回転方向上流側の壁である。第1導電部材31と第2導電部材32と水平面に対して成す角度は、第1導電部材31と第2導電部材32とに載るトナーが自重で落下していく角度(安息角とする)である。つまり、凹部18dにトナーが入り込んだ場合、凹部に入り込んだトナーは自重で凹部から排出される。また、凹部18dの少なくとも一部は、撹拌部材23の回転半径内にある。現像ユニット4の長手方向(G方向)における凹部18dの長さは、G方向における撹拌シート23bの長さよりも長くなっている。さらに、現像ユニット4の長手方向(G方向)に沿って凹部18dを見た場合における凹部18dの形状は三角形状となっている。なお、図6において、点線よりも壁面18d1と壁面18d2側の領域が凹部18dである。
また、凹部18dは、撹拌部材23によってトナーが撹拌されていない状態においてトナーが入り込まないような位置に容器本体19の内壁面19Aに設けられている。具体的には、凹部18dは、トナー収納室18aにおいて、開口18cと解放位置18eに対して撹拌部材23の回転方向上流側に位置するとともにトナー収納室18aの底部18fよりも撹拌部材23の回転方向下流側に位置している。
ここで、本実施例において、第1導電部材31と第2導電部材32と水平面に対して成す角度は安息角である。このため、容器本体19内のトナーが撹拌されていない状態において、凹部18d内にトナーが留まることがなく、凹部18dに入り込んだトナーが自重で凹部18dから排出される。また、凹部18dは、撹拌シート23bが底部18fを通過した後であって、撹拌シート23bに載せられたトナーが撹拌シート23bから落下する角度に撹拌シート23bの角度βが達する前に、撹拌シート23bが通過する位置に設けられている。
図3に示すように、容器本体19の内壁面19Aには搬送規制面18gが設けられており、撹拌部材23の回転軸23aから搬送規制面18gまでの距離W2は、回転軸23aから撹拌シート23bの先端までの距離W0よりも小さく設定される。また、壁面18d1と壁面18d2から回転軸23aまでの距離は距離W2よりも大きくなるように設定されている。壁面18d1における回転軸23aに近い側の一部と壁面18d2における回転軸23aに近い側の一部から回転軸23aまでの距離は、距離W0よりも小さくなるように設定される。
このように、壁面18d1と壁面18d2とから回転軸23aまでの距離を距離W2よりも大きく設定している。これにより、搬送規制面18gと撹拌シート23bとによってトナーを搬送する場合において、撹拌シート23bの軌跡を阻害することなくトナーを搬送することができる。また、上述したように、壁面18d1における回転軸23aに近い側の一部と壁面18d2における回転軸23aに近い側の一部から回転軸23aまでの距離を距離W0よりも小さく設定している。これにより、撹拌シート23b上に載るトナーが撹拌部材23によってトナーが凹部18dに押し込まれ、凹部18dにトナーを安定して満たすことができる。
<凹部へのトナー出入りの説明>
次に、撹拌部材23によって凹部18dにトナーが出入りする様子について図4を用いて説明する。図4(a)は、底部18fに積載されるトナーのトナー面を撹拌シート23bが押し始める状態である。この状態では、凹部18dにトナーは入り込んでいない。その後、撹拌シート23bが矢印F方向に回転し、図4(b)に示すように、撹拌シート23bによってトナーが上方に持ち上げられることで凹部18dにトナーが入り始める。撹拌シート23bが矢印F方向にさらに回転すると、図4(c)に示すように、凹部18dにトナーが入り込んだ状態となる。この状態では、凹部18d内のトナーが撹拌シート23bに押圧されているため、トナーが凹部18d内に入り込んだままの状態となる。
そして、撹拌シート23bがさらに回転すると、図4(d)に示すように、撹拌シート23bが凹部18dを通過する。撹拌シート23bが凹部18dを通過すると、凹部18dが開放され、凹部18d内のトナーは自重で落下する。そして、撹拌シート23bの先端が解放位置18eを通過すると、上述したように、撹拌シート23b上に載るトナーが開口18cに向けて跳ね上げられる。その後、図4(e)のように、撹拌シート23bは開口18cに衝突し、撹拌シート23bによってトナーが現像室18bに押し込まれる。
その後、撹拌シート23bが矢印F方向にさらに回転し、撹拌シート23bとトナーは
再び図4(a)の状態になる。このように、撹拌部材23が矢印F方向に回転することで凹部18dにトナーが出入りし、図4(b)→(c)→(d)の間で凹部18dにトナーが入り込んだ状態となる。また、図4(d)→(e)→(a)→(b)の間で凹部18dにトナーが入り込んでいない状態となる。
<凹部の配置>
このように、撹拌シート23bがトナー面を押圧した状態から、撹拌シート23bが解放位置18eを通過する前の状態において、凹部18d内にトナーが入り込んだ状態となる。撹拌シート23bが解放位置18eを通過した後は、撹拌シート23b上に載るトナーが跳ねあげられるため、容器本体19内のトナーの状態が安定せず、凹部18d内のトナー有無を検出するには適さない。ここで、仮に凹部18dが底部18fに位置する場合、凹部18dは上向きに開いた形状となるため、凹部18d内のトナーが自重によって落下することができず、凹部18d内に常にトナーが入り込んでいる状態となる。
よって、撹拌シート23bが凹部18dを通過した後に凹部18d内のトナーが凹部18dから排出されるためには、凹部18dが底部18fよりも上方に設けられている必要がある。また、凹部18dの内壁は、凹部18d内のトナーが自重で排出される角度(安息角)に形成されている必要がある。さらに、容器本体19内に収容されたトナーに凹部18dが埋まっている場合、撹拌シート23bが凹部18dを通過した後も凹部18d内にトナーが入り込んだ状態となるため、凹部18d内にトナーが入り込んでいるかどうかを検知することが困難となる。したがって、凹部18dは、撹拌部材23の回転方向(F方向)において解放位置18eの上流側かつ底部18fの下流側に設けられ、容器本体19の内壁面19Aにおいてできるだけ上方に設けられることが望ましい。
<導電部材の配置>
実施例1では、第1導電部材31と第2導電部材32は現像ローラ17の回転軸線方向と略平行に凹部18d内に設けられており、第1導電部材31と第2導電部材32は間隔を空けて設けられている。また、第1導電部材31と第2導電部材32は、図5に示すように、現像ローラ17の回転軸線方向における容器本体19の端部まで延びている。一般的に、導電部材の面積が大きくなると、それに伴って静電容量も大きくなる。そのため、第1導電部材31と第2導電部材32の長さを延ばすことで、導電部材の面積が広くなり、第1導電部材31と第2導電部材32の間をトナーが通過することによる静電容量の変化を大きくすることができる。静電容量の変化が大きくなることで、後述するトナー残留量検知方法においてトナー残留量を精度良く検知しやすくなる。
<画像形成装置との導通手段>
また、図5に示すように、プロセスカートリッジ7の装着方向(図2を参照)下流側における容器本体19の側面には第1接点部33と第2接点部34とが設けられている。プロセスカートリッジ7が画像形成装置100の装置本体に装着された状態において、第1接点部33は、装置本体に設けられた第1本体側接点37と電気的に接続され、第2接点分34は、装置本体に設けられた第2本体側接点38と電気的に接続される。また、第1本体側接点37は電圧印加手段35に電気的に接続されており、第2本体側接点38は、電圧検出手段36に電気的に接続されている。第1接点部33には第1本体側接点37を介して電圧印加手段35(電圧印加部)によって電圧が印加されており、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量に基づく電圧が第2接点部34を介して電圧検出手段36によって検知される。実施例1では、電圧印加手段35と電圧検出手段36は、画像形成装置100の装置本体100A側に設けられている。なお、第2接点部34に電圧を印加して、第1接点部33から電圧を検知してもよい。なお、実施例1では、図3に示すように、第1導電部材31と第2導電部材32は容器本体19の内壁面19Aに設けられているが、図6に示すように、第1導電部材31と第2導電部材32は容器本体19の外
壁面に設けられていてもよい。なお、電圧印加手段35によって第1接点部33に電圧が印加される際に第1接点部33に流れる電流は交流電流となっている。また、DCにACを印加するような構成でもよい。また、DCでも検出可能であるが、静電容量を変化させるための特殊回路が必要になってくる。
<トナー残量検知の方法>
トナーの誘電率は空気の誘電率よりも高いため、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込むと、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が増加する。したがって、撹拌部材23によって搬送されたトナーが第1導電部材31と第2導電部材32との間を通過する場合、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が増加する。一方、撹拌部材23が凹部18dを通過し、第1導電部材31と第2導電部材32との間のトナーが自重により落下すると、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が減少する。そして、上述したように、第1接点部33を介して第1導電部材31に電圧が印加され、静電容量の変化に基づく電圧変化を第2導電部材32と接続された第2接点部34を介して検知する。ここで、図7と図8は、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が増加するときに出力電圧が減少し、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が減少するとき出力電圧が増加することを示している。
次に、容器本体19内のトナー残留量が変化することで、第1導電部材31と第2導電部材32との間をトナーが通過する時間が変化することについて説明する。図9(a)と図9(b)は、容器本体19内のトナー残留量が多い場合におけるプロセスカートリッジ7の状態を示している。図9(a)は、撹拌シート23bがトナー面を押し、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込み始める状態を示している。この状態は図7における時間t1aのタイミングに対応しており、このタイミングで静電容量に基づく出力電圧が低下し始める。一方、図9(b)は、撹拌シート23bが凹部18dを通過した直後のプロセスカートリッジ7の状態を示している。撹拌シート23bが凹部18dを通過すると、凹部18d内に入り込んだトナーが自重で落下し、第1導電部材31と第2導電部材32との間からトナーが排出される。この状態は図7における時間t1bのタイミングに対応しており、このタイミングで静電容量に基づく出力電圧が高くなり始める。
同様に、図10(a)と図10(b)は、容器本体19内のトナー残留量が少ない場合におけるプロセスカートリッジ7の状態を示している。図10(a)は、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込み始める状態を示している。この状態は図8における時間t2aのタイミングに対応しており、このタイミングで静電容量に基づく出力電圧が低下し始める。一方、図10(b)は、撹拌シート23bが凹部18dを通過した直後のプロセスカートリッジ7の状態を示している。この状態において、第1導電部材31と第2導電部材32との間からトナーが排出される。この状態は図8における時間t1bのタイミングに対応しており、このタイミングで静電容量に基づく出力電圧が高くなり始める。
図7と図8に示すように、容器本体19内のトナー残留量が多い場合において出力電圧が変化する時間幅は、トナー残留量が少ない場合において出力電圧が変化する時間幅よりも長くなっている。実施例1では、第1導電部材31と第2導電部材32との間をトナーが通過する時間幅tがトナー残留量によって変化することを利用して容器本体19内のトナー残留量を検知する。
次に、静電容量に基づく出力電圧の波形からトナーが凹部を通過する時間幅tを計測する方法について図11を用いて説明する。図11は、静電容量の変化に基づく出力電圧の変化を示した波形である。図11に示すように、第1導電部材31と第2導電部材32と
の間にトナーが無い状態のときの静電容量に基づく出力電圧と、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが有る状態のときの静電容量に基づく出力電圧とは大きく異なっている。この場合において、閾値Vcを設定し、閾値Vcを基準として第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込んでいるか否かについて検知する。
ここで、図11において、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込むことで、出力電圧が閾値Vcに達したときの時間をtcとする。また、第1導電部材31と第2導電部材32との間のトナーが排出されることで、出力電圧が閾値Vcに達したときの時間をtdとする。そして、出力電圧が閾値Vcを下回っている時間tcから時間tdまでの時間幅t(t=tc−td)を、第1導電部材31と第2導電部材32との間にトナーが入り込んでいる時間として計測する。上述したように、容器本体19内のトナー残留量によって時間幅tが変化するため、時間幅tを計測することでトナー残留量を推定することができる。
ここで、閾値Vcが固定された値の場合、第1導電部材31と第2導電部材32との間の静電容量のばらつきによって出力電圧もばらつくため、閾値Vcを基準として時間幅tを計測できない場合がある。例えば、非磁性体現像剤のような誘電率の低いトナーが用いられている場合、第1導電部材31と第2導電部材32との間の静電容量変化が小さくなることで、検知される出力電圧変化も小さくなってしまう。この場合、閾値Vcが出力電圧の最大値Vmaxを上回る場合(Vc>Vmax)、または、閾値Vcが最小値Vminを下回る場合(Vc<Vmin)があり、安定して時間幅tを計測できないおそれがある。
また、画像形成装置100が使用される温度や湿度などの環境の変化によってトナーの誘電率が変化した場合、出力電圧のばらつきが大きくなることで設定された閾値Vcが検知した出力電圧の範囲から外れ、安定して時間幅tを計測できないおそれがある。そのため、閾値Vcは、出力電圧の波形に応じて適切に設定される変動値(可変値)であることが望ましい。そこで、次に、閾値Vcの設定方法について説明する。
まず、容器本体19内のトナー残留量を取得するタイミングにおいて、検知した出力電圧の波形から最大値Vmaxまたは最小値Vminを計測し、その値に基づいて基準値Vdを設定する。実施例1では、基準値Vdを出力電圧の最大値Vmaxと等価(Vd=Vmax)として定義する。次に、あらかじめ設定されている固定値αを基準値Vdから減算した値を閾値Vc(Vc=Vd−α)とする。ここで、基準値VdをVd=Vminとする場合、閾値VcはVc=Vd+αとする。なお、実施例1では、基準値Vdの出力電圧の最大値Vmaxまたは最小値Vminとしているが、基準値Vdは、必ずしも、VmaxまたはVminである必要はない。基準値Vdは、例えば、数秒間における平均出力電圧の最大値または最小値であってもよい。
ここで、固定値αは、第1導電部材31と第2導電部材32との配置関係のばらつきや、使用するトナーの特性(誘電率)のばらつきなどに基づいてあらかじめ算出された値である。このようにして閾値Vcを設定し、閾値Vcを基準として時間幅tを計測することで容器本体19内のトナー残留量を検知する。閾値Vcは、容器本体19内のトナー残留量が検知されるたびにリセットされ、検知された出力波形に基づいて新たに設定される。
このように、容器本体19内のトナー残留量を検知するたびに閾値Vcが新たに設定されるため、精度よく時間幅tを計測することができ、安定してトナー残留量を検知することができる。このようなトナー残留量の取得方法は、現像ユニット4が未使用である状態であって容器本体19内にトナーが十分に収容されている状態から、容器本体19内のトナーがなくなるまで所定のタイミングで実行される。
しかし、容器本体19内のトナー残留量が多く、凹部18dにトナーが常に入り込んでいる状態である場合、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が変化せず、出力電圧はほぼ一定の値を保つこととなる。そのため、閾値Vcを設定したとしても時間幅tの値はゼロとなる。また、容器本体19内にトナーがなくなり、撹拌部材23が回転しても凹部18dにトナーが全く入らない場合も、第1導電部材31と第2導電部材32間の静電容量が変化せず、時間幅tの値はゼロとなる。この場合、凹部18dがトナーに埋もれている状態と容器本体19内のトナーがなくなった状態とを区別することができない。このような状況を回避するために、時間幅tが所定の時間以下である場合は、トナー残留量を検知する処理が実行されないようになっている。
図12は、実施例1に係る画像形成装置におけるハードウェア構成を示すブロック図である。画像形成装置100において、感光体ドラム1と定着装置10と現像ローラ17と取得部210と制御部220と記憶部230とその他の画像形成プロセス手段は、バス240を介して互いに接続されている。取得部210は、上述したトナー量の取得を実行する。制御部220は、記憶部230に記憶されたプログラムを実行することで、画像形成装置100内の機器を制御する。また、記憶部230には、制御部220が実行するプログラムが記憶されるとともに、後述する感光体ドラム1の総回転数などが記憶される。
トナー量の取得が所定のタイミングで実行される流れについて説明する。ここで、所定のタイミングとは、例えば、感光体ドラム1の回転数や定着装置10の定着回数や現像ローラ17の回転数などが閾値に達したタイミングである。実施例1において、感光体ドラム1の総回転数などは記憶部230に記憶される。そして、感光体ドラム1の総回転数などが所定の回数の達した場合に、制御部220は、取得部210がトナー量の取得を実行するように取得部210を制御する。
また、実施例1では、上述したように、時間幅tが所定の時間以下である場合は、取得部210はトナー量の取得を実行しない。上述したように、取得部210は、所定のタイミングでトナー量を取得するように制御されており、トナー量を取得する場合に時間幅tを測定する。実施例1では、取得部210が測定した時間幅tが所定の時間以下であった場合、制御部220は、検出した時間tに基づいてトナー量を取得しないように取得部210を制御する。
以上のように、実施例1では、凹部に設けられた複数の導電部材の間をトナーが通過することで静電容量に基づく電圧が変化する。そして、電圧出力の波形から、凹部にトナーが入り込んでいる時間を計測し、容器本体内のトナー量を取得することができる。これにより、容器本体内に収容されたトナーが誘電率の低いトナーであっても出力電圧に変化が生じ、凹部にトナーが入り込んでいる時間を計測できるため、容器本体内のトナー量を安定して取得することができる。さらに、撹拌部材の回転によって容器本体内でトナーが飛散する場合であっても、容器本体内のトナー量を安定して取得することができる。
また、実施例1では、凹部の内壁面は、トナーが自重で排出されるような角度に形成されている。これにより、撹拌部材によって凹部内にトナーが送り込まれても、凹部内からトナーが自重で排出される。凹部内のトナーが自重で排出されない場合、凹部内に常にトナーが入り込んでいる状態となるため、導電部材間の静電容量に基づく電圧が変化せず、容器本体内のトナー量を取得することができなくなる。実施例1では、このような不具合を抑制することができる。
(実施例2)
次に、実施例2について図13を用いて説明する。ここで、実施例2では、実施例1と
同一の機能を有する部分については同一の符号を付すことでその説明を省略する。実施例2では、実施例1において、プロセスカートリッジの構成が異なっている。実施例2では、プロセスカートリッジ60における現像ユニット80(現像装置)に対して、トナーを補給するトナーカートリッジ90を着脱することができ、トナーカートリッジ90内のトナー量を精度よく取得することができる。
プロセスカートリッジ60とトナーカートリッジ90には画像形成装置100から回転駆動力が伝達される。また、プロセスカートリッジ60には、画像形成装置100からバイアス(帯電バイアスや現像バイアスなど)が印加される。また、プロセスカートリッジ60とトナーカートリッジ90は、それぞれ独立して、画像形成装置100に対して着脱可能である。
図13に示すように、プロセスカートリッジ60は、クリーニングユニット70と現像ユニット80から形成されている。クリーニングユニット70は、感光体ドラム72(像担持体)と帯電ローラ73とクリーニングブレード74とを有する。クリーニングユニット70の構成は実施例1における感光体ユニット13と同様の構成であるため、クリーニングユニット70についての詳細な説明は省略する。また、現像ユニット80は、現像ローラ82とトナー供給ローラ83と現像ブレード84とを有し、現像ユニット80内の各種要素を支持する現像枠体81を有する。現像ユニット80の構成は実施例1における現像ユニット4と同様の構成であるため、現像ユニット80についての詳細な説明は省略する。なお、現像枠体81には、トナーを収納するトナー容器81aが設けられる。また、プロセスカートリッジ60における現像手段とクリーニング手段は実施例1と同様であるため詳細な説明は省略する。
トナーカートリッジ90は、トナーを収納する補給トナー容器90aを有している。補給トナー容器90aには、プロセスカートリッジ60にトナーを補給するための補給開口90cが設けられている。また、プロセスカートリッジ60のトナー容器81aには受入開口81cが設けられており、補給開口90cと受入開口81cとを介して、補給トナー容器90aの内部とトナー容器81aの内部とが連通している。画像形成装置100にプロセスカートリッジ60とトナーカートリッジ90が装着されると、補給開口90cと受入開口81cとが連通し、トナーカートリッジ90から現像ユニット80内にトナーが補給される。
次に、トナーカートリッジ90の補給トナー容器90a内のトナー残量を検知する構成について説明する。図13に示すように、補給トナー容器90a内には、トナーを撹拌するとともに補給開口90cにトナーを搬送する補給トナー撹拌部材92が設けられている。また、補給トナー容器90aには、凹部90dが形成され、凹部90dを形成する壁面90d1及び壁面90d2には、第1導電部材41と第2導電部材42が設けられている。補給トナー撹拌部材92が回転することで、凹部90dにトナーが入り込み、第1導電部材41と第2導電部材42との間の静電容量が変化する。なお、補給トナー撹拌部材92と実施例1における撹拌部材23は同様の構成であり、凹部90dと実施例1における凹部18dは同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。実施例2においても、実施例1と同様の方法で補給トナー容器90a内のトナー量を取得する。
以上のように、実施例2では、実施例1と同様の効果を生じさせることができる。また、実施例2では、補給トナー容器90aは現像ユニット80に対して着脱可能であるため、補給トナー容器90aを交換することで、現像ユニット80内にトナーを補給することができる。
(実施例3)
次に、実施例3について説明する。実施例3では、実施例1と同様の機能を有する部分については同一の符号を付すことでその説明を省略する。実施例3では、実施例1において、第1導電部材と第2導電部材とが画像形成装置側に設けられている。実施例3における画像形成装置とプロセスカートリッジなどの構成は実施例1と同様である。実施例3では、図14に示すように、第1導電部材51と第2導電部材52とが画像形成装置100側に設けられている。
実施例3では、実施例1と同様に、プロセスカートリッジ7は画像形成装置100に対して着脱可能となっている。ここで、上述したように、実施例3では、第1導電部材51(51Y〜51K)と第2導電部材52(52Y〜52K)とが、容器本体19側ではなく、画像形成装置100の本体側に設けられている。第1導電部材51と第2導電部材は、凹部18d内の空間を挟むように画像形成装置100側に設けられている。これにより、第1導電部材51と第2導電部材52間に静電容量に基づく電圧によって、実施例1と同様に、凹部18d内にトナーが入り込んでいるかどうかを検出し、容器本体19内のトナー量を取得する。
以上のように、実施例3では、実施例1と同様の効果を生じさせることができる。また、実施例3では、プロセスカートリッジ側ではなく画像形成装置の装置本体100A側に第1導電部材と第2導電部材とが設けられていることで、プロセスカートリッジを交換した場合でも、第1導電部材と第2導電部材とをそのまま使用することができる。これにより、プロセスカートリッジの部品数を削減でき、リサイクル性を向上させることができる。
なお、各実施例では、基準値から固定値を減算または合算することで閾値を求めているが、固定値は必ずしも一定の値でなくてもよい。例えば、固定値は、現像剤担持体の回転数などによって変化する値であってもよい。
また、各実施例では、基準値から固定値を減算または合算することで閾値を求めているが、必ずしも固定値を用いて閾値を求めなくてもよい。例えば、基準値と閾値との対応関係に関するテーブルから閾値を求めてもよい。
また、各実施例では、電圧の最大値または最小値を基準値として閾値を変化させているが、必ずしもこの方法で閾値を求める必要はない。例えば、現像剤残量を取得している時間における電圧の平均値から閾値を求めてもよい。
4…現像装置、17…現像剤担持体、18a…収容室、18b…現像室、
18c…開口、18d…凹部、23…搬送部材、31…第1検出部材、
32…第2検出部材

Claims (12)

  1. 現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像室と、現像剤を収容する収容室であって前記現像室の下方で前記現像室と開口を介して連通し更に部を有する収容室と、を構成する枠体と、
    回転することにより下方から前記開口へ向けて現像剤を搬送する搬送部材と、
    前記収容室内に残っている前記現像剤の残量に応じた静電容量の信号を出力する第1検出部材と第2検出部材と、を備え、
    前記凹部の一部は、前記搬送部材の回転半径内にあり、
    前記第1検出部材は、前記現像剤担持体の長手方向に延び、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の下流側に設けられ、
    前記第2検出部材は、前記現像剤担持体の長手方向に延び、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の上流側に設けられており、
    前記凹部には、前記搬送部材により前記収容室の底部から前記開口に向けて搬送される前記現像剤の一部が入り込み、前記第1検出部材及び前記第2検出部材は前記凹部を形成する前記枠体により前記長手方向に沿って支持され、前記搬送部材によって搬送され前記凹部に入り込んだ前記現像剤は自重で下に落下することを特徴とする現像装置。
  2. 前記搬送部材は、回転軸とシート部材とを有し、
    前記シート部材の一端が前記回転軸に取り付けられることで、前記回転軸の回転によって前記シート部材が前記収容室内の現像剤を搬送することを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記凹部の一部は、前記搬送部材の回転軸よりも上方に位置していることを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
  4. 前記現像装置の長手方向における前記凹部の長さは、前記長手方向における前記搬送部材が有する前記シート部材の長さよりも長いことを特徴とする請求項2又は3に記載の現像装置。
  5. 前記凹部は、前記現像装置の長手方向に沿って見た場合に三角形状であることを特徴と
    する請求項1から4のいずれか1項に記載の現像装置。
  6. 前記凹部は、前記搬送部材の回転方向における前記現像剤担持体よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の現像装置。
  7. 前記第1検出部と電気的に接続され第1接点と、
    前記第2検出部と電気的に接続され第2接点と、を有し、
    画像形成装置の装置本体に現像装置が装着された状態において、前記第1接点と前記第2接点とが、前記第1検出部と前記第2検出部とに電圧を印加するための電圧印加部であって前記装置本体に設けられる電圧印加部に電気的に接続されることで、前記第1接点または前記第2接点を介して前記第1検出部と前記第2検出部とに電圧が印加されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の現像装置。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の現像装置を有し、
    現像剤像を担持する像担持体を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
  9. 請求項1から7のいずれか1項に記載の現像装置または請求項8に記載のプロセスカートリッジを有し、
    現像剤により記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項7に記載の現像装置と、
    前記第1接点と電気的に接続される第1本体側接点と、
    前記第2接点と電気的に接続される第2本体側接点と、
    前記第1検出部と前記第2検出部とに電圧を印加するための電圧印加部であって、前記第1本体側接点または前記第2本体側接点に電気的に接続されている電圧印加部と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  11. 現像剤担持体を有する現像ユニットと着脱可能である現像剤容器であって、
    現像剤を収容する収容室であって、前記現像ユニットに設けられた現像室と開口を介して連通し、更に部を有する収容室を構成する容器本体と、
    回転することにより下方から前記開口へ向けて現像剤を搬送する搬送部材と、
    前記収容室内に残っている前記現像剤の残量に応じた静電容量の信号を出力する第1検出部材と第2検出部材と、を備え、
    前記凹部の一部は、前記搬送部材の回転半径内にあり、
    前記第1検出部材及び前記第2検出部材は、前記凹部に沿って配置されるよう、
    前記第1検出部材は、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の下流側に設けられ、
    前記第2検出部材は、前記凹部内で、前記搬送部材の回転方向の上流側に設けられており、
    前記凹部には、前記搬送部材により前記収容室の底部から前記開口へ向けて搬送される前記現像剤の一部が入り込み、前記第1検出部材及び前記第2検出部材は前記凹部を形成する前記容器本体により支持され、前記搬送部材により搬送され前記凹部に入り込んだ前記現像剤は自重で下に落下することを特徴とする現像剤容器。
  12. 現像剤を収容する収容室であって、現像剤担持体を有する現像室の下方で前記現像室と開口を介して連通し、更に部を有する収容室と、回転することにより現像剤を搬送する搬送部材と、を備え、前記凹部の一部は、前記搬送部材の回転半径内にある現像剤容器を、着脱可能な画像形成装置の装置本体であって、
    前記装置本体は、
    前記現像剤容器が前記装置本体に装着された際に、前記収容室内に残っている前記現像剤の残量に応じた静電容量の信号を出力する第1検出部材と第2検出部材と、
    前記第1検出部材と第2検出部材に電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
    前記第1検出部材及び前記第2検出部材は、前記凹部に沿って配置されるよう、
    前記第1検出部材は、前記現像剤容器の外壁面の前記凹部に対応した領域における、前記搬送部材の回転方向の下流側に位置するように前記装置本体に設けられ、前記第2検出部材は、前記現像剤容器の外壁面の前記凹部に対応した領域における、前記搬送部材の回転方向の上流側に位置するように前記装置本体に設けられており、
    前記凹部には、前記搬送部材により前記収容室の底部から前記開口に向けて搬送される前記現像剤の一部が入り込み、前記搬送部材により搬送され前記凹部に入り込んだ前記現像剤は自重で下に落下することを特徴とする装置本体。
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