JPH04356079A - 画像記録装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真技術を利用
したレーザプリンタ，複写機，ファクシミリ装置等の画
像記録装置に関し、特にトナーエンドを確実に検出する
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一成分トナーを用いた電子写真方式の画
像記録装置におけるトナーエンド検知手段として、以下
の２つの方法が一般的である。 （１）アジテータトルク検知タイプ 現像ホッパ内のアジテータの回転負荷（トナーがあれば
トルクが重くなり、なければ軽い）を検出して、トナー
エンドを検知するもの。 （２）圧電センサタイプ 圧電素子と金属板を張り合わせたセンサを用い、金属板
にトナーが触れているかいないかでトナーレベルを検知
するもの。

【０００３】しかしながら、（１）のアジテータトルク
検知タイプは精度があまりよくないうえに、構成が複雑
である。特に、アジテータをトナーカートリッジに内蔵
している機種では精度がさらに悪くなり、実使用に耐え
ない。（２）の圧電センサタイプは精度はよいが、金属
面にトナーが付着してしまうと使用できないため、何ら
かの清掃手段を設け、常にセンサにトナーが付着しない
ようにする必要があり、構成が複雑になる。また、カー
トリッジがホッパをも兼ねているものでは、センサを取
り付けるスペースもない。

【０００４】そこで、トナーエンド検知手段として音叉
型センサを音叉の開放側を下に向けて取り付け、その音
叉の各振動子にそれぞれ圧電素子を固着し、一方の圧電
素子で一方の振動子を振動させ、他方の圧電素子で他方
の振動状態を検出して、音叉（各振動子）の先端にトナ
ーが接触しているか否かを判断し、トナーエンドを検知
するようにしたものや、振動板の裏側に２つの圧電素子
を固着したセンサ（超音波センサ）を用い、一方の圧電
素子で振動板を振動させ、他方の圧電素子でその振動状
態を検出して、振動板にトナーが接触しているか否かを
判断し、トナーエンドを検知するようにしたものも提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トナー
エンドセンサとして上述のような圧電素子を用いたセン
サを備えた画像記録装置では、現像装置が持つ固有振動
数とセンサの発振周波数とが一致している場合、外部か
らのちょっとした振動が音叉あるいは振動板を振動させ
、誤動作を起こしてしまうことがあった。

【０００６】例えば、音叉型センサを使用した場合、ト
ナーエンドを検知した時のトナーの残量は音叉の先端の
位置に左右されるため、適切なトナーの残量を得るため
には音叉の先端位置が限定される。そして、音叉取付部
分から音叉の先端までの長さが決定すると、音叉の発振
周波数も決まることになる（振動子の長さより振動周波
数が決まるため）。

【０００７】この音叉の発振周波数が、現像装置自体が
持つ固有振動数と一致していると、装置で発生する振動
や外部から加わる振動がその固有振動数で増幅され、音
叉型センサに悪影響を及ぼし誤動作してしまう。つまり
、本来トナーがあり、音叉の振動が停止させられている
はずのところが、音叉取付部から音叉の発振周波数と同
じ周波数の振動が伝達され、トナーがある状態なのにト
ナーエンドと誤検知してしまう。

【０００８】一方、トナーは高温，高湿の環境下におい
ては常温，常湿時に比べて粘性が増すことは一般に知ら
れている。このため、上述のような圧電素子を用いたセ
ンサを備えた画像記録装置においては、振動子あるいは
振動板に粘性が増したトナーがこびり付くことにより、
トナーがなくなった状態でもトナー有りと誤検知してし
まうトラブルも多発していた。

【０００９】そこで、その対策として振動子や振動板を
アジテータに取り付けたマイラーやブラシ等の清掃部材
によって定期的に清掃することが行なわれているが、そ
のような手段を用いると構成が複雑になり、コスト高に
なるという問題があった。また、スプリングのバネ性を
利用したもの、すなわちセンサをスプリングを介して取
り付け、マイラーによって定期的にスプリングをたたく
ことによりセンサに衝撃を与え、こびり付いたトナーを
たたき落すことも行なわれているが、これだと構成が複
雑になるうえに、位置精度が落ちるという欠点もある。

【００１０】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、上述のような問題を解消し、圧電素子を用いた
センサが誤動作するのを防止して、トナーエンドを常に
正確に検出できるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、第１の周波数（音叉あるいは振動板の発
振周波数）の電気信号を発生する手段と、該手段からの
電気信号を用いてトナーエンドを検出するトナーエンド
センサとを有し、画像記録装置本体が動作することによ
って発生される第２の周波数（固有振動数）の振動がト
ナーエンドセンサに伝搬される構造の電子写真方式の画
像記録装置において、第１の周波数と第２の周波数とを
異ならせるようにしたものである。

【００１２】また、第１の周波数の電気信号を発生する
手段と、該手段からの電気信号に共振して振動する第１
の振動子と該振動子の振動に共振して振動する第２の振
動子と該振動子の振動を検出する手段とからなり、該手
段の出力によりトナーエンドを検出するトナーエンドセ
ンサ（音叉型センサ）とを有し、画像記録装置本体が動
作することによって発生される第２の周波数の振動がト
ナーエンドセンサに伝搬される構造の電子写真方式の画
像記録装置において、第１，第２の振動子による共振周
波数と第２の周波数とを異ならせるようにしたものも提
供する。

【００１３】さらに、圧電素子にある周波数の電気信号
を与えてトナーエンドを検出するトナーエンドセンサを
備えた電子写真方式の画像記録装置において、圧電素子
に与える電気信号のパワーを切り換える手段を設けたも
のも提供する。

【００１４】

【作用】上記のように構成した画像記録装置によれば、
第１の周波数と第２の周波数、あるいは第１，第２の振
動子による共振周波数と第２の周波数とを異ならせるよ
うにしたので、トナーエンドセンサ（音叉型センサある
いは超音波センサ）の装置で発生する振動や外部からの
振動による誤動作を防止することができ、トナーエンド
の検出精度が向上する。

【００１５】また、圧電素子に与える電気信号のパワー
を切り換えることによって、振動子あるいは振動板にこ
びり付いたトナーを自己の振動で振り落とすことができ
るので、トナーエンドセンサのトナーのこびり付きによ
る誤動作を簡単な構成で防止することができ、やはりト
ナーエンドの検出精度が向上する。なお、上述の各発明
を組み合わせることによってトナーエンドの検出精度を
より高めることができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を添付図面に基づ
いて具体的に説明する。図２はこの発明を実施したレー
ザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタ１
は、ワードプロセッサやコンピュータ等の外部機器（ホ
ストコンピュータ）から与えられる情報に基づいて、図
示しない駆動モータにより感光体ドラム２が矢示Ｐ方向
に回転駆動され、その際帯電チャージャ３によってその
表面が一様に帯電され、レーザ書込ユニット４によって
ビデオ信号に応じて変調したレーザビームを感光体ドラ
ム２の軸方向に主走査しながら照射して露光し、感光体
ドラム２上に静電潜像を形成し、この感光体ドラム２上
に現像装置５の現像ローラ６によってトナーを付着して
静電潜像を現像して可視像化する。

【００１７】一方、上段給紙カセット７あるいは下段給
紙カセット８から給紙ローラ９等によって矢示Ａ方向に
用紙１０が供給され、レジストローラ対１１に挾持され
た位置で待機しており、所定のタイミングでレジストロ
ーラ対１１によって画像転写部に用紙１０が給紙され、
転写チャージャ１２の作用によって感光体ドラム２上の
トナー像が用紙１０上に転写される。

【００１８】その後、その用紙１０は定着装置１３に搬
送されて熱定着処理を施された後、矢示Ｂ方向に排紙さ
れて排紙トレイ１４上にストックされる。また、感光体
ドラム２上の残留トナーはクリーニングユニット１５の
クリーニングブレード１６によって除去されて次の画像
形成に備え、そのクリーニングブレード１６で除去され
たトナーはトナー回収タンク１７に回収される。

【００１９】なお、このレーザプリンタ１の下部には、
プリンタ全体の制御及び印字データの処理等を司どるコ
ントローラ１８とプリンタエンジンの制御を司るエンジ
ンドライバ１９の各基板を設けている。

【００２０】図３は現像装置５の具体例を示す構成図、
図４はその駆動系の輪列を示す図である。この現像装置
５にトナーカートリッジ２１を装着する際は、現像装置
５に円筒形のトナーカートリッジ２１を開口部２１ａを
上に向けてセツトし、反時計方向に回転させその開口部
２１ａの位置を図３に示すようにトナー補給位置に合わ
せる。

【００２１】図示しない本体駆動手段により図４に示す
現像ローラ駆動ギヤ３１が駆動されると、その駆動力が
アイドルギヤ３２〜３４を介してアジテータギヤ３６に
、アイドルギヤ３２，３３，３５を介して現像ドクタロ
ーラ駆動ギヤ３７にそれぞれ伝達される。それによって
、トナーカートリッジ２１内のトナー２２がアジテータ
２３によって攪拌されて現像装置５内に供給され、供給
されたトナーはトナー補給ローラ２４により帯電されて
現像ローラ６に補給された後、現像ドクタローラ２５の
回転により現像ローラ６上で均一な薄層に形成される。 そして、感光体ドラム２への接触によりトナー像（可視
像）を形成する。

【００２２】ここで、アジテータ２３によりトナー２２
がトナーカートリッジ２１から現像装置５内に送り込ま
れ、トナーカートリッジ２１内と現像装置５内のトナー
量のバランスがとれるところで安定する。その後、プリ
ント動作の続行によりトナー消費が進んでいくと徐々に
トナー面が下がっていき、あるレベル以下になると画像
抜けが発生してしまう。そこで、画像抜けが発生する前
にトナーエンドを検知し、トナーカートリッジ２１を交
換する必要がある。このトナーエンドを検知するのがト
ナーエンドセンサ２６である。

【００２３】トナーエンドセンサ２６として、図６に示
すような音叉型センサを用いており、その音叉部４１の
振動子４２，４３にはそれぞれ圧電素子４４（発振側）
，４５（受信側）が固着されている。音叉部４１は、支
持部４６を介して音叉部４１を駆動する電気回路（後述
する）を含む各種の電気回路４７を実装したＰＣＢボー
ド４８に固定されている。

【００２４】図５はこのレーザプリンタの制御部の構成
例を示すブロック図である。コントローラ１８は、コン
ピュータ，ワードプロセッサ等の外部機器５０から送ら
れてくる文字データや各種命令に基づいて画像データ（
ビデオデータ）を作成し、その画像データが１ページ分
揃うと、各種情報をシリアルデータＴＸＤとして順次所
定のタイミングでエンジンドライバ１９へ送出し、エン
ジンドライバ１９から送られてくる主走査方向のゲート
信号ＬＧＡＴＥ，副走査方向のゲート信号ＦＧＡＴＥ，
主走査方向の同期信号ＬＳＹＮＣに応じて、１ページ分
の画像データを書込データＷＤＡＴＡとして順次エンジ
ンドライバ１９へ送出する。

【００２５】エンジンドライバ１９は、マイクロコンピ
ュータ（以下「ＣＰＵ」と略称する）５１，メインモー
タドライバ５２，ポリゴンモータドライバ５３，給紙ク
ラッチドライバ５４，レジストクラッチドライバ５５，
レーザ駆動回路５６，同期信号検出回路５７，及び光書
込制御回路５８等によって構成されており、コントロー
ラ１８からの各命令によりプリント動作をコントロール
する。

【００２６】ＣＰＵ５１は、マイクロプロセッサ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，カウンタ，Ｉ／Ｏ等からなるマイクロコン
ピュータであり、それらによってコントローラ１８から
の送信データＴＸＤを順次処理して、このエンジンドラ
イバ１９及びトナーエンドセンサ電気回路部５９を統括
的に制御する。また、ステータス情報等の各種の情報を
シリアルデータＲＸＤとしてコントローラ１８へ送出す
る。

【００２７】メインモータドライバ５２は、ＣＰＵ５１
からの信号ＭＭに応じて図２に示した感光体ドラム２及
び各ローラを回転させるためのメインモータ（Ｍ１）６
１を駆動する。

【００２８】ポリゴンモータドライバ５３は、ＣＰＵ５
１からの記録密度（回転数）選択信号ＤＰＩＳＥＬによ
り、低密度（例えば２４０ＤＰＩ）あるいは高密度（例
えば３００ＤＰＩ）に対応する２種類の回転数のうちの
いずれかを選択し、ＣＰＵ５１からの信号ＰＭに応じて
選択された回転数でポリゴンミラーを回転させるポリゴ
ンモータ（Ｍ２）６２を駆動する。また、ポリゴンモー
タ６２が正規回転数に達すると、それを示す信号ＰＭＬ
ＫをＣＰＵ５１へ出力する。

【００２９】給紙クラッチドライバ５４は、ＣＰＵ５１
からの信号ＦＣにより給紙クラッチ（ＣＬ１）６３をオ
ン状態にして、メインモータ６１の駆動力を給紙ローラ
９に伝達させる。なお、図２に示した上下２段の給紙カ
セツト７，８からの給紙に対応して実際には２個の給紙
クラッチドライバ及び給紙クラッチを必要とするが、こ
こでは他方の給紙クラッチドライバ及び給紙クラッチの
図示を省略する。ただし、給紙クラッチドライバ５４及
び給紙クラッチ６３を上段給紙カセット７からの給紙に
対応するものとする。

【００３０】レジストクラッチドライバ５５は、ＣＰＵ
５１からの信号ＲＣによりレジストクラッチ（ＣＬ２）
６４をオン状態にして、メインモータ６１の駆動力をレ
ジストローラ対１１に伝達させる。

【００３１】レーザ駆動回路５６は、ＣＰＵ５１からの
信号ＬＤＰによりレーザダイオード（ＬＤ）６５の発光
強度を設定し、光書込制御回路５８から変調信号ＶＩＤ
ＥＯが送られてくると、それに応じてレーザダイオード
６５の発光をオン・オフ制御する。

【００３２】同期信号検出回路５７は、同期検知センサ
（ＰＤ）６６からの同期信号を検出し、それを増幅及び
波形整形した同期信号ＤＥＴＰを光書込制御回路５８へ
出力する。なお、同期検知センサ６６はフォトトランジ
スタ等からなり、感光体ドラム２上を走査する直前のレ
ーザビームを入射して検知する。

【００３３】光書込制御回路５８は、ＣＰＵ５１からの
信号ＦＳＹＮＣ及び同期信号検出回路５７からの同期信
号ＤＥＴＰに基づいて、１ライン（水平走査線）毎にそ
の有効書込期間中オン状態となる主走査方向のゲート信
号ＬＧＡＴＥと、副走査方向の有効書込期間（用紙の給
紙方向長に対応する）オン状態となる副走査方向のゲー
ト信号ＦＧＡＴＥと、その間に１ライン毎に書込位置の
同期をとるための主走査方向の同期信号ＬＳＹＮＣとを
それぞれコントローラ１８へ出力する。また、コントロ
ーラ１８からの書込データＷＤＡＴＡを内部で生成した
書込同期クロックＷＣＬＫで同期をとつて変調信号ＶＩ
ＤＥＯとしてレーザ駆動回路５６へ出力する。

【００３４】トナーエンドセンサ電気回路部５９は、図
７に示すように発振側圧電素子４４を一定の周波数で振
動させるような電気信号を発する発振回路６７と、受信
側圧電素子４５が振動しているかどうかを検出する振動
検出回路６８とによって構成されている。

【００３５】発振回路６７により一定の周波数（音叉を
安定して振動させるために音叉の共振周波数に発振周波
数を合わせることが必要である）で発振側圧電素子４４
が振動を始めると、音叉部４１の一方の振動子４２も同
時に振動を開始する。

【００３６】そして、音叉部４１が図８の（イ）に示す
ように拘束状態（トナー有りの状態）にある時には、振
動子４３は振動することができないため受信側圧電素子
４５からは電気信号が発生されず、振動検出回路６８へ
はフィードバックされない。

【００３７】音叉部４１が図８の（ロ）に示すように自
由状態（トナー無しの状態）の時には、これに追従して
他方の振動子４３も振動するため、同時に受信側圧電素
子４５も振動して電気信号が発生され、それが振動検出
回路６８にフィードバックされる。

【００３８】この両者の違いにより、音叉部４１が拘束
されているか否か、つまりトナーの有無を判定すること
ができる。なお、音叉部４１の先端は、現像装置５のト
ナーカートリッジ２１に収容されているトナーの量が多
い時はそのトナーに接触され、トナーの量が残り少なく
なった時に接触されなくなるような位置に設置されてい
る。

【００３９】さて、図１の（イ）（ロ）にそれぞれに示
す音叉部４１はともに音叉取付部Ｃから音叉部４１の先
端までの長さＬは同じであるが、振動子４２，４３の長
さは（イ）の方が短いので、両者の発振周波数を比較す
ると（イ）の方が周波数が高くなる。すなわち、音叉取
付部Ｃから音叉部４１の先端までの長さＬが限定されて
も、支持部４６の長さを変えて振動子４２，４３の長さ
を変えることにより、発振周波数を変えることができ、
現像装置５から伝達される振動に対して強い周波数帯に
設定することができる。

【００４０】例えば、ある現像装置において発生する振
動の周波数とその振動の強さを測定したところ、図９に
示すような結果を得たとする。これを見ると、（ａ）３
００〜７００Ｈｚ，（ｂ）１．１〜１．３ＫＨｚ，（ｃ
）１．９〜２．０ＫＨｚの各周波数帯にて振動が増幅さ
れる固有振動数が認められる。外部からの振動及び衝撃
や現像装置内で発生する振動は、この周波数において最
もよく伝達され、また増幅され、現像装置に設置されて
いる音叉型のトナーエンドセンサを誤動作させてしまう
。

【００４１】このような現像装置に音叉型のトナーエン
ドセンサを取り付ける場合は、例えば図１を用いて説明
したように、音叉部４１の振動子４２，４３の長さを変
更し、８００〜１ＫＨｚ，１．５〜１．８ＫＨｚ付近に
音叉の発振周波数を設定することにより、外的な振動に
対して誤動作を起こさないようにすることができる。

【００４２】なお、音叉部の振動子の長さを変える以外
に、振動子の板厚を変えたり、振動子の材質を変えるこ
とによっても、上記と同様な効果を得ることができる。 また、音叉型センサの代わりに超音波センサを使用した
場合には、振動板の板厚あるいは材質を変えることによ
って、やはり上記と同様な効果を得ることができる。さ
らに、この手法は現像装置に限って用いられるわけでは
なく、廃トナーを回収するクリーニング装置など、振動
する装置に音叉型センサや超音波センサが取り付けられ
る場合全般に利用できる。

【００４３】図１０はこの発明の他の実施例であるレー
ザプリンタの制御部の構成例を示すブロック図、図１１
はそのトナーエンドセンサ２６の詳細を示すブロック図
であり、それぞれ図５及び図７と対応する部分には同一
符号を付している。図１０の制御部において、ＣＰＵ５
１はメインモータ６１を駆動している間トナーエンドセ
ンサ電気回路部７０へ出力するパワー切り換え信号ＢＰ
ＷＳを定期的にハイレベル“Ｈ”にする。

【００４４】図７に示すトナーエンドセンサ電気回路部
７０内の発振回路７１は、ＣＰＵ５１からのパワー切り
換え信号ＢＰＷＳがローレベル“Ｌ”の時に発振側圧電
素子４４に与える電気信号（周波数信号）のパワー（振
幅）を小さくし、ハイレベル“Ｈ”の時に発振側圧電素
子４４に与える電気信号のパワーを大きくする。すなわ
ち、図１２に示すようにメインモータ６１が駆動してい
る間は発振側圧電素子４４への電気信号（周波数信号）
のパワー（振幅）が定期的に大きくなり、そのパワーの
増大により音叉部４１の振動子４２が激しく振動する。

【００４５】それによって、音叉部４１へのトナーのこ
びり付きが防止され、トナーエンドセンサ２６の誤動作
を防止することができる。また、ＣＰＵ５１は発振側圧
電素子４４への電気信号のパワーが小さい時にのみ、図
１２に示すようにトナーエンドセンサ電気回路部７０か
ら出力されるトナーエンド信号ＴＥＮＤの入力を許可す
る。

【００４６】これは、発振側圧電素子４４への電気信号
のパワーが大きい時にＣＰＵ５１がトナーエンド信号Ｔ
ＥＮＤを取り込むと、その時音叉部４１の先端にトナー
が接触していても、音叉部４１の振動子４２が激しく振
動しようとするため、トナーをはねのけて振動子４２も
発振することがあり、トナーエンド信号ＴＥＮＤの取り
込みによりトナーがないものと判断してしまう恐れがあ
るからである。

【００４７】以上、この発明をレーザプリンタに適用し
た実施例について説明したが、この発明はこれに限らず
、ＬＥＤプリンタ，液晶シャッタプリンタ，等の他の光
プリンタには勿論、複写機，フアクシミリ装置等の画像
記録装置にも適用し得るものである。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、トナーエンドセンサとして圧電素子を用いたセンサを
使用した場合でも、そのセンサが誤動作を起こすような
ことがなくなり、トナーエンドを常に正確に検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図５の音叉部の異なる例を示す要部説明図であ
る。

【図２】この発明の一実施例であるレーザプリンタの概
略構成図である。

【図３】図２の現像装置の具体例を示す構成図である。

【図４】図３の駆動系の輪列を示す図である。

【図５】図２のレーザプリンタの制御部の構成例をブロ
ック図である。

【図６】図２のトナーエンドセンサ周辺を示す図である
。

【図７】図６のトナーエンドセンサの詳細を示すブロッ
ク図である。

【図８】音叉型トナーエンドセンサによるトナーエンド
検知の原理を説明するための説明図である。

【図９】現像装置において発生する振動の周波数とその
振動の強さとの関係を示す線図である。

【図１０】この発明の他の実施例であるレーザプリンタ
の制御部の構成例をブロック図である。

【図１１】図１０のトナーエンドセンサの詳細を示すブ
ロック図である。

【図１２】図１０及び図１１に示した実施例の作用説明
に供するタイミング図である。

【符号の説明】

２２　　トナー　　　　　　　　　　　　　　　　２６
　　トナーエンドセンサ ４１　　音叉部　　　　　　　　　　　　　　　　４２
　　振動子４３　　振動子　　　　　　　　　　　　　
　　　４４　　発振側圧電素子４５　　受信側圧電素子
　　　　　　　　４６　　支持部４７　　電気回路部　
　　　　　　　　　　　４８　　ＰＣＢボード５１　　
マイクロコンピュータ　　５９，７０　　トナーエンド
センサ電気回路部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の周波数の電気信号を発生する手
   段と、該手段からの電気信号を用いてトナーエンドを検
   出するトナーエンドセンサとを有し、画像記録装置本体
   が動作することによって発生される第２の周波数の振動
   が前記トナーエンドセンサに伝搬される構造の電子写真
   方式の画像記録装置において、前記第１の周波数と前記
   第２の周波数とを異ならせたことを特徴とする画像記録
   装置。
2. 【請求項２】　　第１の周波数の電気信号を発生する手
   段と、該手段からの電気信号に共振して振動する第１の
   振動子と該振動子の振動に共振して振動する第２の振動
   子と該振動子の振動を検出する手段とからなり、該手段
   の出力によりトナーエンドを検出するトナーエンドセン
   サとを有し、画像記録装置本体が動作することによって
   発生される第２の周波数の振動が前記トナーエンドセン
   サに伝搬される構造の電子写真方式の画像記録装置にお
   いて、前記第１，第２の振動子による共振周波数と前記
   第２の周波数とを異ならせたことを特徴とする画像記録
   装置。
3. 【請求項３】　　圧電素子にある周波数の電気信号を与
   えてトナーエンドを検出するトナーエンドセンサを備え
   た電子写真方式の画像記録装置において、前記圧電素子
   に与える電気信号のパワーを切り換える手段を設けたこ
   とを特徴とする画像記録装置。