JPH01281478A - トナー残量検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複写機、レーザビームプリンタ。ファクシミ
リ等の静電式画像形成装置における現像槽内のトナー残
量を検知する装置に関するものである。

〔従来技術〕

上記のような静電式画像形成装置では、現＠槽内にトナ
ーを収容し、この現像槽内で導電体の一例である現像ス
リーブを回転させることにより、この現像スリーブの外
周面に付着したトナーを現像槽外まで運び出し、現像槽
外において、感光ドラムにトナーを乗り移らせ、感光ド
ラム上にトナー像を形成するようにしている。

このような静電式画像形成！ＡＭ、における現像槽内の
トナー量を検出する手法としては、例えば特公昭６２−
６２３５２号公報、特開昭５９−５５４６２号公報、特
開昭５８−３１３６３号公軸。

特公昭５８−３１３６４号公報に記載されたものが知ら
れている。

これらのトナー残量検知装置は、現像槽内に設けられた
現像スリーブ（導電体）に対向して電極を設け、上記導
電体に交ｆＲｆｆ圧を印加することにより現像スリーブ
電極間のインピーダンスを測定し、上記導電体と上記電
極の間に介在するトナーの９を検出するようにしたもの
である。

即ち、これらの現像スリーブと電極間の静電容量は、両
者間に介在するトナー及び空気の量によって決定される
ので、両者間のトナーの量が変化したことを静電容量の
変化として検出し得るようにしたものである。

〔発明が解決しようとする３Ｂ〕 しかしながら、上記のような）ナー残ｉｌ検知装置では
、必然的に電極に接続される電線が電極の一部を構成し
、これがその周囲に付着したトナーや、空気を媒介とし
て静電容量を検出し、全静電容量に対する変動するトナ
ー残量に基づく静電容量の割合が比較的少なくなるため
、トナー残量の検出精度が低下するという問題点がある
。更には、機械毎に配線の配置やその長さのバラツキが
生じるため、機械毎に検知誤差が生じるという問題点も
ある。

従って、本発明が目的とするところは、配線の有無やそ
の配置、長さ等のバラツキ等に影響されず、現像槽内の
トナー残量のみを精度良く検出することのできるトナー
残ｆ１検知装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる手
段は、現像槽内に設けられた所定の４７！！体に対向し
て電極を設け、上記導電体に交流電圧を印加し、導電体
と電極間のインピーダンスを測定することにより、上記
導電体と上記電極の間に介在するトナーの量を検出する
ようにしたトナー残量検知装置において、上記電極を上
記４電体に対して周期的に移動させる１段と、上記周期
内における上記４１１体と電極間のインピーダンスの変
化量を検出する手段と、上記インピーダンスの変化量に
基づいてトナー残量が許容値を下まわったことを検出す
る検出手段と、を具備した点を要旨とするトナー残量検
知装置である。

〔作用〕

この発明では、電極の移動に基づく誘起電圧の変化量の
みを問題とするので、配線に基づいて誘起されるような
一定の静電容量はキャンセルされ、トナー残量の検知に
影響を与えない、従って、電極に対する配線の有無や、
その配置９長さのバラツキ等がトナー残量検知の精度に
全く影響を与えない。

〔実施例〕− 続いて添付した図面を参照して、本発明を具体化した実
施例に付き説明し、本発明の理解に供する。ここに第１
図１ａｌは本発明の一実施例に係るトナー残量検知装置
の一部を構成する現像槽を具備したいわゆるプロセスユ
ニットの要部側断面図、第１図（ｂｌは同図（ａ）にお
けるＡ−Ａ矢視断面図、第２図は同実施例のトナー残量
検知装置の回路図、第３図は同回路図に示した各要素に
おける出力信号の波形図、第４図はトナー残量の変化及
びトナーエンプティ信号の変化をプリント枚数との関係
で表示したグラフ、第５図はトナー残ｉｔ信号、トナー
エンプティ信号及び表示停止信号の変化をプリント枚数
に対して表示したグラフである。

まず第１図を参照して、この実施例に用いる電極を含む
現像槽の構造に付き説明する。尚、以下の実施例は本発
明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限
定する性格のものではない。

第１図に示した複写機等に用いられるいわゆるプロセス
ユニットの現像槽１は、現像スリーブ２と感光ドラム３
との間に交流電圧をかけ、現像部６におけるトナーを粉
霧状にする、いわゆるジャンピング形式を採用したもの
である。かかるプロセスユニットは、感光ドラム３に現
像槽１、クリーニング装置７、メインチャージャ８等の
一部又は全部を一体的に取り付けたもので、これらの部
品の保守交換を容易にしたものである。

現＠漕ｌ内に収容されたトナーは、矢印Ｘの方向に回転
する攪拌装置４により攪拌乃至は補給され、矢印Ｙの方
向に回転する現像スリーブ２の表面に吸引され、矢印Ｙ
の方向に搬送される。

現像スリーブ２に付着して搬送されるトナーは、現像ド
クターブレード５によりその付着量が規制され、薄玖状
のトナー層となって、感光ドラふ３との間の現像部６へ
運ばれる。

現像部６では、前記したようにジャンピング現象が生じ
、−旦粉霧化されたトナーが、感光ドラム３表面の感光
体に形成された静ｍ潜像に応じて付着し、矢印２の方向
に搬送されていく、７は未転写のトナーを回収するため
のクリーニング装置で、８は感光ドラム３に正の電荷を
与えるためのメインチャージャである。

この実施例に用いられる前記１ｔｌｌ’装″ｉ！４は、
第１図（ｂｌに示す如＜！３１１１軸９に取り付けられ
たワイヤ状の攪拌羽根１０ｍ、１０ｂを具備して構成さ
れている。かかる攪拌羽根１０ａ、ＩＱｌ、は、撹拌軸
９の回転負荷が所定量以上に大きくなった場合に、攪拌
羽根１０ｉ、ｌＯｂを攪拌軸９に対してスリップさせ、
攪拌軸９の過負荷を防止するようにしたものである。

そのため、各攪拌羽根１０ｍ、１０１．の攪拌軸９に巻
き付いた根元Ｂ；也分は、共にコイルスプリング部１１
ｂ、ｌｌｂをなし、ｆｒｉｌ！ｌ！羽根１０．．１０ｂ
に大きい負荷を作用させた状態で攪（↑軸９を矢印１３
の方向に回動させると、そのコイルスプリング部ＩＬ、
ｌｌｂが、それぞれａｔｗ軸９を締め付ける方向に巻き
付いてｆｉｌｌ！！！軸９に固定され、逆方向に回転さ
せると、巻き付きが緩んで、攪拌羽根ＩＯ４，１０１，
と攪拌軸９との間でスリップが生じるように構成されて
いる。

この実施例では、図示せめモータにより上記撹ｌ牢軸９
が、コイルスプリング部１０．及び１０ｉ。

の緩む方向に常時回転され、トナーが塊状になるなどし
て回転負荷が所定値以上になると、撹拌羽根１０ａ、ｌ
Ｏｈが撹拌軸９に対してスリップし、撹拌軸９の過負荷
が防止されるように構成されている。

尚、ｌｊ！拌軸９及び撹１牢羽根１０ａ、１０ｂは全て
４電性のある材料により構成され、駆動軸９に摺接する
ブラシ９．を介して、第２図に示した検出回路１２に接
続されている。即ち、この実施例テハ、上記ｔｉｔ　１
１　羽根１０ａ、ｌＯｂが電極を構成している。この攪
拌羽根１０．、ｉｏ！、はいずれか一方を省略すること
もでき、両者を一体につないで形成することもできる。

一方、現像スリーブ２が現＠槽内の導電体の一例を構成
し、上記現像スリーブ２と、撹拌羽根１０、又はｆｏｂ
の間に介在するトナーによる静電容量の変化が後記する
検出回路１２により検出される。

尚、以下の説明では、攪拌羽根１０．、ｌｏｂのいずれ
か一方のみが電極として攪拌軸９に導通されている場合
について説明する。

次に、第２図を参照して、上記静１！１ｇ量の変化を検
出する検出回路１２の構成に付き説明する。

第２図に示すように現像スリーブ２には、交ｉ＊＊圧が
かけられている。ｔｌｌ拌軸９は周期的に撹拌羽根１０
ｍ　、１０ｙと現像スリーブ２との間の距離が変化する
ように一定速度で回転駆動される。

撹拌羽ｔｌａ’、０１又はｌＯｂに誘起される電荷に伴
って攪拌羽根１０ｍ、１０ｈと現像スリーブ間のインピ
ーダンスが変化する。このインピーダンスの変化に伴う
電圧信号は、バッファ１３を経てローパスフィルタ１４
に入力される。現像スリーブ２に与えられる交流電圧信
号Ａは、第３図に（Ａ）で示される如く、一定矩形形状
のパルス信号である。攪拌羽根１０１．１０−に接続さ
れたバンファ材路１３からの出力信号Ｂは、電極である
撹拌羽根ｌＯ，又は１０ｈが、現像スリーブ２に対して
周期的に近付いたり、遠ざかったりするように移動して
いるので、第３図に（Ｂ）で示す如（、そのピークの外
形線が正弦波形又はその変形波形を形成する。従って、
ローパスフィルタ１４からの出力信号Ｃは、第３図に（
Ｃ）で示す如きものとなり、この信号をピークホールド
回路１５で処理すると、第３図に（Ｄ）で示すような波
形図が得られる。第３図（Ｅ）はこのようなピークホー
ルド出力りに微分回路１６による微分処理を施したもの
で、０レベルを中心とする正弦波形に近いものとなる。

この時の微分出力Ｅの波の高さＩ（は、撹拌羽根１０．
又は１０トが１回転した時の静電８９の変化率の大きさ
に対応した値となっている。

微分回路１６からの出力信号Ｅが、ピークホールド回路
１７を通ることにより、上記波の高さＨが検出される。

第３図の（Ｆ）は、このようなピークホールド回路１７
からのトナーレベル出力信号Ｆの変化を示している。

上記ピークホールド回路１７の出力を、時間軸（横軸）
を圧縮して表示したのが第４ｆｆｉ（５１である。

このような出力Ｆは、前記のように撹拌羽根１０ａ又は
ｌＯｂが１回転する間の静電容量の変化率の大きさの変
化を示している。出力信号Ｆは図示の如く最初の状態か
ら徐々に増加し、途中の状態ではある程度の高い値を維
持し、最終的には急激な減少傾向をたどる。これは現像
槽１内にほぼ満杯状態にトナーが収容された初期状態で
は、回転羽根１０．又は１０Ｉ、がトナー層に埋もれた
状態で回転するため、１回転内における静電容量の変化
があまり大きくならないのに対し、コピー処理が繰り返
されることによりトナーが消費され、現像槽内のトナー
層上面のレベルが下降していくと、撹拌羽根ｌＯ１又は
１０ｈが１回転する間に、途中で回転羽根１０ｍ又は１
０トがトナー層内から空気中へ出て、再度トナー層内に
戻るような動きをするため、撹拌軸９の１回転内におけ
る静電容量の変化が大きくなるためである。

更に、トナーが消費され、現像槽１内にほとんどトナー
が無い状態では、撹拌羽根１０．又はｌＯｔ、は、その
１回転中において、僅かな部分トナーと接触するか、又
はほとんど接触しない状態となり、撹拌羽根１０．又は
１０トがその１回転全体にわたって空気とのみ接触する
ので、静電容量の変化が激減するためである。

従って、上記のようなトナーレベル出力Ｆの値が所定（
Ａ以下にまで低下したことを検出すれば、現ｒＲＭｌ内
にトナーがほとんど残留していない、即ちトナー残量が
著しく低下したことが検出できる。比較器１８はこのよ
うなトナー残量が許容値を下回ったことを検出する検出
手段の一例であり、出力値Ｆを所定の許容値に対応する
スレシホールド電圧ＶＴＩ−１１と比較し、出力値Ｆが
電圧ＶＴＩ−ｔ、より下回った時に、マイクロコンピュ
ータのＣＰＵにトナーエンプティ信号Ｔ９゜２を出力す
る。ＣＰＵはこの信号の人力に応じてトナーエンプティ
表示を行ったり、警報を発つする等の処理を行う。

第４図山月よこのようなトナーエンプティ信号ＴＥＭＰ
の出力状況を示す。

また、撹拌羽根１０１又は１０ｂは、前記したようにト
ナー粉末が塊状となることにより、その回転負荷が所定
値以上に増大すると、スリップを生じて、ｌｊｔ＋牢軸
９０回転にもかがねらず、回転しなくなる。このように
撹拌羽根１０．又は１ｏトにより構成されるＭ極の回転
が停止すると、当然ながら第３図に示した微分出力Ｅの
波形が無くなり、トナーレベル出力Ｆは０レベルを維持
する。

第５図における（ａｔ、　（ｂｌ、　（ｃｌは、このよ
うな撹拌側ｍｌ　Ｏ，又は１０にの回転停止が当初から
生じた場合を示している。

このような回転停止は、現像槽１内にトナーを満杯状態
に入れた場合に往々にして生じるもので、その後、コピ
ー処理を継続し、トナーが減少していくと、やがて回転
負荷が少なくなり、撹拌羽根１０ｍ、１．０１．が回転
し得るようになるものである。従って、撹拌羽根１０．
又は１０トが回転しないために、トナーレベル出力信号
Ｆが第５図（δ）のように最初からθレベルまで低下し
たからといって、第５１！１（ｂｌのように出力さ１れ
たトナーエンプティ信号によりトナーエンプティー表示
を出すことは適当でない、このような撹拌羽根ｌＯ１又
はｌｏｈが全く回転しない場合には、トナーレベル出力
信号Ｆは、第５図（ａｌのように完全に０レベルとなる
ので、比較器１９においてトナーレベル出力信号Ｆを、
前記スレシホールドレベル電圧■ア８゜よりかなり低い
スレシホールドレベル電圧ＶＴ＋−１２と比較し、これ
より低い場合には、トナーエンプティ信号Ｔ□、が第５
図（ｂｌのように出力されてもその表示が出ないように
、トナーエンプティ表示ストップ信号Ｔｔｓ（ローレベ
ル）を第５図（Ｃ１のようにマイクロコンビエータＣＰ
Ｕに出力する。マイクロコンピュータＣＰＵは、このト
ナーエンプティー表示ストップ信号ＴＥＳ　　を入力す
ると、トナーエンプティ信号Ｔ　Ｅｌ−ＩＰ　の入力に
もかかわらず、トナーエンプティ表示や、ＷＩＧの出力
を中止する。

尚、上記実施例では、撹拌装置の一部を構成するワイヤ
状の撹拌羽根１０ｍ、１０ｈを電極としたが、このよう
な電極は、かかる撹拌羽根等の撹！宇装置の一部のみで
なく、適当な回転する軸状体の一部に電極を設けたもの
や、螺旋状のワイヤや羽根等の一部として構成する等種
々の態様が考えられる。

また、本発明を構成する導電体は、上記実施例では、現
像スリーブによって構成されているが、必ずしも現像ス
リーブによって構成する必要はなく、例えば現像槽内に
設けられた適当な他の電極や、現像槽の壁部の一部によ
り構成しても良い。

また上の実施例では微分出力Ｅのピーク値Ｇトナー残量
検出の指標として採用したが、第３図（１元）の波形ピ
ッチしもトナー残量を表示しうるちのであることが、実
験により確認された。従って上記ピッチＬの値が許容値
以下になった時、トナーエンプティー信号Ｔｔｈρを出
力するようにしてもよい。

更に、上記実施例はジャンピング効果を用いた複写機に
ついてのものであるが、本発明は当然に通常の穂切板を
用いた複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ等
の静電式画像形成装置に等しく通用可能である。

当然ながら、本発明は、上記実施例のようなプロセスユ
ニットのみでな（、複写機等に設けられる通常の現像装
置についても通用可能であり、１についても通用可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上述べたように、現像槽内に設けられた所
定の導電体に対向して電極を設け、上記導電体に交流電
圧を印加し、導電体と電極間のインピーダンスを測定す
ることにより、上記導電体と上記電極の間に介在するト
ナーの量を検出するようにしたトナー残量検知装置にお
いて、上記電極を上記導電体に対して周期的に移動させ
る手段と、上記周期内における上記導電体と電極間のイ
ンピーダンスの変化量を検出する手段と、上記インピー
ダンスの変化量に基づいてトナー残量が許容値を下まわ
ったことを検出する検出手段と、を具備したことを特徴
とするトナー残量検知装置であるから、電極に接続され
る電線に影響されることなく、精度の高いトナー残量検
知を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ＋は本発明の一実ｊｆ！例に係るトナー残量
検知装置の一部を構成する現像槽を具備したいわゆるプ
ロセスユニットの要部側断面図、第１Ｉ！１（ｂｌは同
図１８＋におけるＡ−Ａ矢視断面図、第２図は同実施例
のトナー残量検知装置の回路図、第３図は同回路図に示
した各要素における出力信号の波形図、第４図はトナー
残量の変化及びトナーエンプティ信号の変化をプリント
枚数との関係で表示したグラフ、第５図はトナー残量信
号、トナーエンプティ信号及び表示停止信号の変化をプ
リント枚数に対して表示したグラフである。 〔符号の説明〕 ｌ・・・現像槽 ２・・・現像スリーブ（導電体） ３・・・感光ドラム　４・・・撹拌装置９・・・ｉｔ拌
軸 １０ｍ　、　　１０６・・・撹拌羽根（電極）１２・・
・検出回路 １３・・・バッファ回路 １４・・・ローパスフィルタ １５・・・ピークホールド回路 １６・・・微分回路 １７・・・ピークホールド回路 １８．１９・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、現像槽内に設けられた所定の導電体に対向して電極
   を設け、上記導電体に交流電圧を印加し、導電体と電極
   間のインピーダンスを測定することにより、上記導電体
   と上記電極の間に介在するトナーの量を検出するように
   したトナー残量検知装置において、 上記電極を上記導電体に対して周期的に移動させる手段
   と、 上記周期内における上記導電体と電極間のインピーダン
   スの変化量を検出する手段と、上記インピーダンスの変
   化量に基づいてトナー残量が許容値を下まわったことを
   検出する検出手段と、 を具備したことを特徴とするトナー残量検知装置。