JP6889859B2 - 粉体量検知装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知装置及び画像形成装置に関する。

一般に電子写真方式の画像形成装置は、画像形成に用いるトナーを補給するために交換可能なトナーボトルを備える。当該トナーボトルの交換に伴うユーザーのダウンタイムを低減するために、従来からトナーボトル内のトナー量を検知してボトル交換時期を予め把握できるようにする種々の装置が提案されている。例えば特許文献１（特開２００４−２８６７９２号公報）の装置は、トナーボトルの下部に一対のトナー量検知電極を配設し、電極相互間の静電容量の変化からトナーボトルのトナー量を検知する。

しかし、特許文献１の装置に限らず、電極間の静電容量の変化でトナー量を検知する従来の装置は、トナー切れ間際での正確なトナー量検知が困難であった。このためボトル交換時期を正確に把握することが困難であり、不測のトナー切れによりダウンタイムが長引く可能性があった。

本発明は、粉体容器内の粉体量を最後の粉体切れになるまで正確に検知することで容器交換時期を正確に把握し、不測の粉体切れによるダウンタイム発生を防止することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の粉体量検知装置は、画像形成装置に交換可能に装着される粉体容器の粉体量を検知する粉体量検知装置であって、前記粉体容器の外側に配設される外側電極と、前記外側電極と対向するように前記粉体容器の粉体供給口の内側に配設される内側電極と、前記外側電極と前記内側電極との間に電界をかけることにより電極相互間に生じる静電容量を検知する検知手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、粉体供給口の内側の内側電極と粉体容器の外側の外側電極とによって、粉体容器内の粉体量を最後の粉体切れになるまで正確に検知することができ、これにより容器交換時期を正確に把握して不測の粉体切れによるダウンタイム発生を防止することができる。

本発明の実施形態に係る粉体量検知装置を有する画像形成装置の概略図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る粉体量検知装置の側面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図である。 （ａ）は使用開始時のトナー量が多いトナーボトルの断面図、（ｂ）はトナー量が少ないトナーボトルの断面図である。 外側電極を画像形成装置側に配設した場合のトナーボトルとトナー搬送部の概略側面図である。 外側電極をトナーボトル側に配設した場合のトナーボトルとトナー搬送部の概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は外側電極をトナーボトルの一端から他端まで配設した変形実施形態の図２（ａ）（ｂ）と同様の図面である。

以下、本発明の実施の一実施形態に係る粉体量検知装置と当該粉体量検知装置を有する画像形成装置を図面を参照して説明する。
（画像形成装置）
まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図１に示す画像形成装置１００はカラーレーザープリンタであり、画像形成部Ａと、給紙部Ｂと、一対の排紙ローラ対１３と、排紙トレイ１４と、定着装置２０と、カール矯正装置２１等を有している。画像形成部Ａは、後述する４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、露光装置９と、転写装置３等を含んでいる。以下詳細に説明する。

画像形成装置１００の画像形成装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面に粉体としてのトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８と、を含む。

なお、図１においては、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃは、ブラックの作像部４Ｋと同様な構成なので、その符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、レーザー光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、複数の反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射し各感光体５の表面に静電潜像を形成するようになっている。

また、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、中間転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４と、ベルトクリーニング装置３５と、を備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３およびテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２を回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）又は所定の交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、上記一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。

画像形成装置本体の上部には、ボトル収容部２００が設けられており、ボトル収容部２００には、補給用のトナーを収容する粉体容器としての４つのトナーボトル２１０Ｙ，２１０Ｍ，２１０Ｃ，２１０Ｋが交換可能に装着されている。各トナーボトル２１０Ｙ，２１０Ｍ，２１０Ｃ，２１０Ｋと上記各現像装置７との間に設けた補給路を介して、各トナーボトル２１０Ｙ，２１０Ｍ，２１０Ｃ，２１０Ｋから各現像装置７に粉体としてのトナーが補給される。各トナーボトル２１０Ｙ，２１０Ｍ，２１０Ｃ，２１０Ｋの出口部分には、図２〜図５で後述する粉体量検知装置としてのトナー量検知装置が配設されている。

一方、画像形成装置本体の下部には、給紙部Ｂを備えている。給紙部Ｂは、シート状体（記録媒体）としての記録媒体Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から記録媒体Ｐを搬出する給紙ローラ１１等を有している。

なお、記録媒体Ｐには、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、手差し給紙機構を備えていてもよい。本実施形態において「厚紙」とは、坪量が１６０ｇ／ｍ２以上の紙を言うものとする。

画像形成装置本体内には、記録媒体Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。当該搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも記録媒体搬送方向上流側には、搬送タイミングを計って記録媒体Ｐを二次転写ニップへ搬送するタイミングローラとしての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも記録媒体搬送方向下流側には、未定着トナー画像を担持させた記録媒体Ｐを加圧・加熱してトナー画像を記録媒体Ｐに定着させる定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの記録媒体搬送方向下流側には、記録媒体Ｐを装置外へ排出するための一対の排紙ローラ対１３が設けられている。また、画像形成装置本体の上面部には、装置外に排出された記録媒体Ｐをストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

（画像形成装置の基本的動作）
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００の基本的動作について説明する。まず、作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。

このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像は画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色の画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上の画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。

このようにして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーの画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。そして、各感光体５の表面が除電装置によって除電され、表面電位が初期化される。

プリンタの下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から記録媒体Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された記録媒体Ｐは、レジストローラ１２によって搬送が一旦停止される。

その後、所定のタイミングでレジストローラ１２の回転駆動を開始し、中間転写ベルト３０上の画像が二次転写ニップに達するタイミングに合わせて、記録媒体Ｐを二次転写ニップへ搬送する。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上の画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

そして、この転写電界によって、中間転写ベルト３０上の画像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。また、このとき記録媒体Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、廃トナー収容器へと搬送される。

その後、記録媒体Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって記録媒体Ｐ上の画像が当該記録媒体Ｐに定着される。定着装置２０から搬送された記録媒体Ｐは、カール矯正装置２１を通過して機外の排紙トレイ１４上に排紙される。

以上の説明は、記録媒体Ｐ上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成し、また２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成することも可能である。

（トナー量検知装置）
次に、前述したトナーボトル２１０内のトナー量を検知するトナー量検知装置について説明する。トナーボトル２１０は詳しくは図２に示すように円筒状に成形され、その内部にトナーＴが収容されている。円筒状のトナーボトル２１０はその一端側に底部２１０ａを有し、他端側に粉体供給口としての円形のトナー供給口２１０ｂを有する。

このトナー供給口２１０ｂの軸線はトナーボトル２１０の軸線と同一であり、トナーボトル２１０は全体として回転対称形状である。またトナーボトル２１０の内周面には螺旋状のリブ又は溝部が形成され、ボトルの回転でトナーＴをトナー供給口２１０ｂ側に移動可能に構成している。

図２のトナーボトル２１０はその軸線を水平にして画像形成装置１００のボトル収容部２００に対してトナー供給口２１０ｂを先にして図２（ａ）で右向きで挿入されている。ボトル収容部２００にはトナーボトル２１０をその軸線回りの一方向に間欠回転するための駆動装置が配設されている。この間欠回転と前記螺旋状のリブ又は溝部の作用によって、トナーボトル２１０内のトナーＴが右方向、すなわちトナー供給口２１０ｂ側に移動されるようになっている。

ボトル収容部２００の奥側には、水平にセットされたトナーボトル２１０と同軸状に筒状のトナー搬送部２１２が水平に固定配置されている。このトナー搬送部２１２は、筒状ガイド部２１２ａと、当該筒状ガイド部２１２ａに回転可能に収容されて筒状ガイド部２１２ａの先端部分まで延びた搬送スクリュ２１２ｂとを有する。筒状ガイド部２１２ａの先端部分の上部壁は、軸線方向に所定長さで切り欠かれてトナー補給口２１２ｃとされている。

トナー搬送部２１２の筒状ガイド部２１２ａの外周面には内側電極２１６が配設されている。当該内側電極２１６は、シート状の導電性金属を円筒状に成形して筒状ガイド部２１２ａの外周面に接着することで構成することができる。また当該内側電極２１６の半径方向外側に位置するようにして、トナーボトル２１０の外周に外側電極２１５が配設されている。

当該外側電極２１５もシート状の導電性金属を円筒状に成形して構成することができる。内側電極２１６と外側電極２１５は、トナーボトル２１０又はトナー供給口２１０ｂの軸線に対して平行とされ、したがって電極相互も同軸状で平行に配置されている。

図２に示すように、これら内側電極２１６と外側電極２１５に対して電極間電圧測定手段２２０が接続されている。この電極間電圧測定手段２２０は、内側電極２１６と外側電極２１５との間に電界をかけることにより、電極相互間に生じる静電容量を検知する検知手段として機能する。

また電極間電圧測定手段２２０は残量判断手段２３０に接続されている。この残量判断手段２３０は、内側電極２１６と外側電極２１５との間の静電容量の大きさから、内側電極２１６と外側電極２１５との間に存在するトナー量を検知する。静電容量の大きさとトナー量の関係は、実験等により予め求めておくことができる。

外側電極２１５は、図２ではトナーボトル２１０の外周面の全周３６０°に亘って環状に連続して配設されているが、必ずしも環状に連続して配設する必要はない。外側電極２１５は、最低限、図３のように水平にセットされたトナーボトル２１０の底部付近に配設されていればよい。外側電極２１５が底部付近に配設されていれば、図３（ｂ）のようにトナーＴの残りが少なくなった状態でも、内側電極２１６との間の静電容量Ｃの大きさからトナー量を検知することができる。

一方、トナー補給口２１２ｃの部分には内側電極がないので、当該トナー補給口２１２ｃに対応する部分のみ部分的に切り欠いた外側電極形状にしてもよい。このような外側電極形状は図３で上向きに開口した断面Ｃ字形状となる。外側電極形状が周方向上方に長く延びているほど、トナー量の正確な減少推移を継続的に検知することができる。

前述した外側電極２１５は、図４Ａのように本体側に配設したり、或いは図４Ｂのようにトナーボトル側に配設したりすることができる。図４Ａと図４Ｂとも、外側電極２１５は周方向に連続した円筒状である。

外側電極２１５を図４Ａのように本体側に固定的に配設すると、トナーボトル２１０が外側電極でコストアップするのを回避することができる。また、トナーボトル２１０の交換に関わらず、外側電極２１５と内側電極２１６の間隔を常に一定に維持することができ、電極間隔の変動によるトナー量の検知誤差をなくすことができる。

一方、図４Ｂのように外側電極２１５をトナーボトル側に配設すると、１）外側電極２１５をボトル周面に密着させることでトナー量の検知精度を高めることができる、２）ボトル収容部２００のスペースをコンパクト化することができる、３）トナーボトル２１０の装着時におけるトナーボトル２１０回転位置の制限が無くなる、といった利点が得られる。

また、画像形成装置内でのトナー飛散などで外側電極２１５表面が汚れてしまった場合でも、トナーボトル２１０の交換と共に外側電極２１５を交換することができる。外側電極２１５と電極間電圧測定手段２２０との接続は、トナーボトル２１０装着時に外側電極２１５が接触する例えば接触点２２０ａで確保することができる。

外側電極２１５の具体的な取り付け方は、トナーボトル２１０の外周面に貼り付けられる品番等の表示ラベルに外側電極２１５を一体的に設置する方法などが考えられる。外側電極２１５を表示ラベルに一体化することで外側電極２１５の取り付けの手間を省略することができる。

（トナー量検知装置の作用）
トナーボトル２１０が図２（ａ）においてボトル収容部２００に右向きに挿入・セットされると、ボトル収容部２００の奥側に配置されたトナー搬送部２１２の筒状ガイド部２１２ａが、トナーボトル２１０のトナー供給口２１０ｂに挿入される。この状態でトナーボトル２１０が間欠的に回転されると、トナー搬送部２１２のトナー補給口２１２ｃにトナーＴが補給される。

すなわち、トナーボトル２１０内のトナーＴは、トナーボトル２１０が回転することで周方向に巻き上げられながら、前述した螺旋状のリブ又は溝部の作用で図２（ａ）で右方向に徐々に移動される。そしてトナー供給口２１０ｂの付近で周方向に巻き上げられたトナーＴが、トナー搬送部２１２の上部のトナー補給口２１２ｃから内側に落下する。トナーＴが落下した位置には搬送スクリュ２１２ｂの先端部分が位置しており、当該トナーＴは搬送スクリュ２１２ｂによって画像形成装置１００の現像装置７へと搬送される。

トナーＴがボトル外に搬送されるにつれて、ボトル内のトナーＴの表面が低下し、それに対応して残量判断手段２３０がトナー量の低下を検知する。内側電極２１６は本体側のトナー搬送部２１２の先端表面に位置し、トナーボトル２１０をボトル収容部２００に装着した際にトナーボトル２１０のトナー供給口２１０ｂ内に挿入される。これにより、内側電極２１６と外側電極２１５との間にトナーＴを挟み込む電極配置になる。この電極配置を取ることでトナー切れの直前まで正確にトナー量の検知を行うことができる。

すなわち、図３（ａ）のようにトナー量が多い場合は電極間の静電容量Ｃが大きいため残量判断手段２３０でトナー量が多いと判断される。これに対して図３（ｂ）のようにトナー量が少ない場合は電極間の静電容量Ｃも少ないため、残量判断手段２３０でトナー量が少ないと判断される。この際、外側電極２１５と内側電極２１６を共にトナーボトル２１０と同じ中心軸をとる同軸円筒状にすることで、トナー補給のためにトナーボトル２１０が回転することによる電極間のトナー量変動を無くすことができる。

トナーボトル２１０のトナー供給口２１０ｂ付近には、トナー量がゼロになる直前までトナーＴが常に滞留している。つまりトナー量が少なくなってきてトナーボトル２１０の底部２１０ａ側でトナーＴがまったくなくなっても、図３（ｂ）のようにトナー供給口２１０ｂ付近の外側電極２１５と内側電極２１６との間には、トナー量がゼロになる直前まで必ずトナーＴが存在している。

したがって、トナー切れの直前まで正確にトナー量の検知を行うことができ、トナー量の誤検知によりトナーボトル２１０の交換時期が早過ぎたり遅過ぎたりするのを防止することができる。

図５は、軸線方向で長い円筒状の外側電極２１５をボトル収容部２００の内壁に配設したものである。この外側電極２１５によってトナーボトル２１０の外周面の殆どすべてが覆われている。外側電極２１５以外は図２の構成と同じである。

図５では外側電極２１５によってトナーボトル２１０の外周面の殆どすべてが覆われているため、トナーボトル２１０のトナー量が多い使用開始時からトナー切れに至るまで、トナー量の正確な減少推移を継続的に検知することができる。したがってボトル交換時期をより正確に把握することができる。この外側電極２１５は、図４Ｂと同じように、トナーボトル２１０の外周面に貼り付けられる品番等の表示ラベルに一体的に設置することも可能である。

以上、本発明をその実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば前記実施形態ではトナーボトル２１０の形状や外側電極２１５、内側電極２１６の形状を円筒状としたが、外側電極２１５と内側電極２１６を請求項１のように配設できれば必ずしもこれらを円筒状に限定する必要はなく、任意の形状を採用可能である。

３：転写装置 4Y,4M,4C,4K：作像部
５：感光体 ６：帯電装置
７：現像装置 ８：クリーニング装置
９：露光装置 １０：給紙トレイ
１１：給紙ローラ １２：レジストローラ
１３：排紙ローラ対 １４：排紙トレイ
２０：定着装置 ２１：カール矯正装置
３０：中間転写ベルト ３１：一次転写ローラ
３２：二次転写バックアップローラ ３３：クリーニングバックアップローラ
３４：テンションローラ ３５：ベルトクリーニング装置
３６：二次転写ローラ １００：画像形成装置
２００：ボトル収容部 210Y,210M,210C,210K：トナーボトル
２１０ａ：ボトル底部 ２１０ｂ：トナー供給口
２１２：トナー搬送部 ２１２ａ：筒状ガイド部
２１２ｂ：搬送スクリュ ２１２ｃ：トナー補給口
２１５：外側電極 ２１６：内側電極
２２０：電極間電圧測定手段 ２２０ａ：接触点
２３０：残量判断手段 Ａ：画像形成部
Ｂ：給紙部 Ｃ：静電容量
Ｐ：記録媒体 Ｒ：搬送路
Ｔ：トナー

特開２００４−２８６７９２号公報

Claims (8)

1. 画像形成装置に交換可能に装着される粉体容器の粉体量を検知する粉体量検知装置であって、
   前記粉体容器の外側に配設される外側電極と、
   前記外側電極と対向するように前記粉体容器の粉体供給口の内側に配設される内側電極と、
   前記外側電極と前記内側電極との間に電界をかけることにより電極相互間に生じる静電容量を検知する検知手段とを有する粉体量検知装置において、
   前記内側電極が前記画像形成装置側に固定的に配設され、前記画像形成装置に前記粉体容器を装着することにより前記内側電極が前記粉体供給口に挿入されることを特徴とする粉体量検知装置。
2. 前記粉体容器が円筒状に成形されると共に当該円筒状の軸線方向一端部に前記粉体供給口が配設され、前記外側電極が前記粉体容器の軸線と同心状の円筒状電極として前記画像形成装置側に固定的に配設されていることを特徴とする請求項１の粉体量検知装置。
3. 前記内側電極が前記粉体容器の軸線と同心状の円筒状電極として配設されていることを特徴とする請求項１又は２の粉体量検知装置。
4. 前記外側電極が前記粉体容器の一端部の前記粉体供給口から他端部にかけて連続して配設されていることを特徴とする請求項２又は３の粉体量検知装置。
5. 前記粉体容器の外周面に配設される表示ラベルの一部分又は全面を使用して前記外側電極が配設されていることを特徴とする請求項１の粉体量検知装置。
6. 前記画像形成装置に対する前記粉体容器の装着により前記粉体供給口に挿入される粉体搬送部が前記画像形成装置側に固定的に配設され、当該粉体搬送部に前記内側電極が配設さ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項の粉体量検知装置。
7. 前記粉体搬送部が筒状ガイド部と、当該筒状ガイド部に収容された搬送コンベアを有し、前記内側電極が前記筒状ガイド部に配設されていることを特徴とする請求項６の粉体量検知装置。
8. 電子写真方式の画像形成部が配設されると共に、当該画像形成部の粉体容器収容部に前記請求項１から７のいずれか１項の粉体量検知装置が配設されていることを特徴とする画像形成装置。

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