JPH06167883A - 画像形成装置のトナー残量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリンタのホッパー内におけるトナー残量を、
高精度かつ安定的に検出する。 【構成】ホッパーの壁面に、厚みずり振動子145 によっ
て構成される残量検出センサ144 を配設する。ここで、
前記厚みずり振動子145 の振動方向と平行な面にトナー
が接触するようにし、前記接触面に対して空気が接触す
るときと、トナーが接触するときとで異なる粘性抵抗の
変化を、前記厚みずり振動子145 のインピーダンス変化
として検出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像形成装置のトナー残
量検出装置に関し、詳しくは、現像装置に供給するトナ
ーを貯留する容器内におけるトナー残量を、簡便な機構
によって高精度かつ安定的に検出し得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、露光光学系によって感光体ド
ラム上に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によ
ってトナーで現像した後、前記トナー像を記録紙に転写
して定着させる画像形成装置が知られている（特開昭５
７−３８４８２号公報，特開昭６２−１５７０７０号公
報等参照）。

【０００３】上記現像装置で現像に使用される現像剤に
は、１成分現像剤と２成分現像剤とがある。前記２成分
現像剤は、磁性のキャリア粒子と非磁性の合成樹脂製の
トナー粒子とが適度な混合比で混合して形成されるもの
であり、キャリア粒子に混じった適正混合比のトナー粒
子が現像装置の現像スリーブによって運ばれ、感光体面
上の潜像部にジャンピングして付着し、トナー像を形成
させるようになっている。

【０００４】そして、２成分現像剤を使う場合には、ト
ナーのみが消費され、キャリアは現像装置内で循環して
繰り返し使用されるので、現像装置内のトナー濃度を検
出するセンサを設け、該センサによる検出結果に基づい
てトナーをホッパーから随時補給して、現像装置内で適
度に帯電させ均一な混合比になるように攪拌するように
してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ホッパ
ー内におけるトナー残量を検出する方法としては、トナ
ーの重量に応じてマイクロスイッチをオン・オフさせる
方法や、トナーの誘電率を利用して電気的に検出する方
法などが用いられいる。しかしながら、トナー自体が元
々軽いものであり、また、トナーの誘電率がそれほど大
きくないために、前述の残量検出方法では、感度，安定
性及び信頼性に欠けるという問題があった。

【０００６】そこで、本出願人は先に、トナーホッパー
内部又はホッパー壁面に振動部材を配設し、該振動部材
に付着するトナー量を該振動部材の変位量（例えば共振
周波数等）で検知する方法を提案した（特開昭５５−３
６８７４号公報参照）。前記振動部材は、具体的には厚
み方向に振動する（縦波を発する）圧電振動子であり、
振動方向に直交する面にトナーを接触させるように配設
し、トナーの有無による振動特性の違いによってトナー
残量を検出させるようにしていた。

【０００７】しかしながら、上記の圧電振動子を用いた
残量検出方法は、振動方向に対して加わるトナーの圧力
（重さ）によってトナー量（トナーの有無）を検出する
ものであるため、トナーの種類や凝集状態などによって
検出特性が変化し、トナーの種類毎に振動子の重さ（大
きさ）を選択する必要が生じたり、また、湿気などによ
ってトナーが凝集した場合などに高い検出安定性を確保
することができなくなるという問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、トナーの種類や凝集状態などに影響されずに、高
い検出安定性を確保できるトナー残量検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため本発明では、感
光体上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装
置を備えて構成された画像形成装置において、前記現像
装置に供給するトナーを貯留する容器に対して、厚みず
り振動を行う圧電振動子を該圧電振動子の振動方向と平
行な面にトナーを付着させるべく配設し、該圧電振動子
のインピーダンス変化の測定によって前記容器内のトナ
ー残量を検出するようにした。

【００１０】

【作用】かかる構成の画像形成装置によると、厚みずり
振動を行う圧電振動子では、その振動方向と平行な面に
接触する媒質の粘性によってそのインピーダンスが変化
することになるから、前記接触面にトナーを接触させる
よう構成すれば、残量が所定以上の場合に接触するトナ
ーの粘性と、残量が所定以下になったときに接触する空
気の粘性との大きな違いによって、前記インピーダンス
が大幅に変化し、以て、トナーの残量を安定的に検出す
ることが可能である。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、本発明に係るトナー残量検出装置が適用さ
れる画像形成装置の一実施例としてレーザーカラープリ
ンタの構成を示す。構成と作動の概要を説明すると、Ｏ
ＰＣ感光層を表面に塗布した感光体ドラム10は一方向
(図では時計回り方向) に駆動回転され、ＰＣＬ (前帯
電露光) 11による除電を行って前回プリント時の帯電を
除去された後、帯電器12により周面に対し一様に帯電さ
れ、新たなプリントに備える。

【００１２】かかる一様帯電の後、像露光手段13により
画像信号に基づいた像露光が行われる。像露光手段13は
図示しないレーザー光源から発光されるレーザー光をポ
リゴンミラー131 により回転走査され、ｆθレンズ132
等を経て反射ミラー133 により光路を曲げられ、予め前
記帯電がなされた感光体ドラム10の周面上に投射され感
光体ドラム10表面に潜像が形成される感光体ドラム10の
周縁にはイエロー (Ｙ) 、マゼンタ (Ｍ) 、シアン
(Ｃ) 、黒色 (Ｋ) 等のトナー (塗料) とキャリア (磁
性体) との混合剤で構成される現像剤（２成分現像剤）
を夫々充填した現像器（現像装置）14が設けられてい
る。各色の現像器14Ａ〜14Ｄには夫々マグネットを内蔵
し現像剤を保持しつつ回転する現像スリーブ141 と、こ
れに同期して回転する複数本の攪拌スクリュー142 とが
備えられ、これら現像スリーブ141 及び攪拌スクリュー
142 は、各色のもの毎に切り換えられて回転駆動され
る。

【００１３】かかる現像器14により、現像がまず１色目
(例えばイエローＹ) の現像スリーブ141 によって行わ
れる。現像剤は、層形成棒によって現像スリーブ141 上
に所定の厚さに規制されて現像域へと搬送される。感光
体ドラム10と現像スリーブ141 との間にはＡＣバイアス
Ｖ_ACとＤＣバイアスＶ_DCとが重畳して印加される。ここ
で、感光体ドラム10の露光された部分の電位 (接地電
位) をＶ_L 、露光部分以外の帯電された感光層表面電位
をＶ_H とし、ＤＣバイアスの電位Ｖ_DCをＶ_H＞Ｖ_DC＞Ｖ
_L が成立するように設定することにより、ＡＣバイアス
Ｖ_ACによってキャリアから離脱するきっかけを与えられ
たトナーはＶ_DCより電位の高いＶ_H の部分には付着せ
ず、Ｖ_DCより電位の低い電位Ｖ_L の露光部分に付着し、
静電潜像がトナー像として顕像化される。

【００１４】尚、各現像器14Ａ〜14Ｄには、各色の現像
剤におけるトナー濃度を検出する濃度センサ143 が設け
られている。このようにして１色目の現像が終わった
後、２色目 (例えばマゼンタＭ) の画像形成行程に入
り、再び感光体ドラム10が一様帯電され、２色目の画像
データによる潜像が像露光手段13によって形成される。
３色目 (シアンＣ) 、４色目 (黒色ＢＫ) についても同
様の画像形成行程が行われ、感光体ドラム10周面上には
計４色のトナー像が重ねて形成される。

【００１５】一方、給紙カセット21により給紙機構22に
よって給送された記録紙Ｐは、転写ベルト31を張架した
転写ベルト装置30によって感光体ドラム10と転写ベルト
31との間に形成されるニップ部 (転写域) 35へと給送さ
れ、感光体ドラム10周面上の多色トナー像が一括して記
録紙Ｐに移される。ここで、転写ベルト31の上流側保持
ローラ32の軸32ａに対して高電圧が印加され、この軸32
ａに転写ベルト31を挟んで対向する位置に設置された導
電性ブラシ34は接地されており、給送されてきた記録紙
はブラシ34と転写ベルト31との間に進入し、ブラシ34よ
り記録紙Ｐに注入される電荷により転写ベルト31に吸引
されつつ転写域へ進入する。

【００１６】感光体ドラム10より分離した記録紙Ｐは、
転写ベルト31を張架する下流側の保持ローラ32の軸32ｂ
を対向電極として除電されながら転写ベルト31から分離
する。転写ベルト31に付着したトナーはクリーニングブ
レード37により除去する。尚、転写ベルト31は多色像形
成中は下流側の保持ローラ33の軸33ａを回動中心として
感光体ドラム10より離間されている。

【００１７】転写ベルト装置30から分離した記録紙Ｐ
は、少なくとも一方のローラ内部にヒータを有する２本
の圧着ローラで構成される定着装置23へと搬送され、該
２本の圧着ローラ間で熱と圧力とを加えられることによ
り付着トナーは溶融し、記録紙Ｐ上に定着された後、装
置外へ搬出される。転写後の感光体ドラム10周面上に残
ったトナーは除電器15により除電を受けた後、クリーニ
ング装置16に至り、感光体ドラム10に当接したクリーニ
ングブレード16ａによってクリーニング装置16内に掻き
落とされ、スクリュー等により搬出後、回収ボックスへ
貯留される。クリーニング装置16により残留トナーを除
去された感光体ドラム10はＰＣＬ (前帯電露光) 11によ
る露光を受けた後、帯電器12によって一様帯電を受け、
次の画像形成サイクルに入る。

【００１８】また、記録紙Ｐが転写ベルト31から分離さ
れず感光体ドラム10に巻きついて除電器15より上方に進
入すると、前記クリーニングブレード16や電極ワイヤを
破損させたりすることがあるため、該記録紙Ｐの巻きつ
きを検出するＪＡＭセンサ36が前記除電器15の近傍に装
着されている。また、イエロー色，マゼンタ色，シアン
色，黒色の各トナーを各現像器14Ａ〜14Ｄに補給するた
め、各色のトナーを貯留するホッパー40〜43（トナーの
貯留容器）と、これら各ホッパー40〜43内のトナーを内
蔵の搬送スクリュー44ａ〜47ａの回転駆動により各現像
器14Ａ〜14Ｄに搬送する搬送パイプ44〜47が装着されて
いる (図２参照) 。

【００１９】そして、通常のプリントモードで前記濃度
センサ143 により各現像器14Ａ〜14Ｄ内のトナー濃度を
検出し、現像器内のトナー濃度が低下してくると対応す
る色のトナーを充填したホッパーから搬送パイプ内の搬
送スクリュー44ａ〜47ａを駆動回転させることにより搬
送パイプ44〜47を介して現像器14にトナーを補給し、現
像に適したトナー濃度に制御するようになっている。

【００２０】また、前記各ホッパー40〜43それぞれの壁
面には、トナー残量を検出するための残量検出センサ14
4 が配設されている。前記残量検出センサ144 は、図３
に示すように、横波超音波を発する厚みずり振動子（圧
電振動子）145 と該圧電振動子の両面に設けられた一対
の電極146 とからなるセンサ素子と、該センサ素子が取
付けられる筐体147 とからなり、前記電極146 が設けら
れる一方面（振動方向と平行な面）を、ホッパー40〜43
内に臨ませるように、各ホッパー40〜43それぞれの壁面
の所定高さ位置に取付けられる。

【００２１】これにより、図４（ａ）に示すように前記
取付け高さ以上にトナー残量がある場合には、トナーが
前記残量検出センサ144 の厚みずり振動子145 における
振動方向と平行な面に接触し、また、図４（ｂ）に示す
ように前記取付け高さ以下にトナー残量が減少すると、
前記厚みずり振動子145 の面には空気が接触することに
なる。

【００２２】図５は、前記厚みずり振動子145 の電気的
なインピーダンスを等価的に示した図である。厚みずり
振動子145 は、厚さや素材の性質によって決まる固有周
波数に対して機械的な振動を発生し、そのときの素子の
電気的なインピーダンスが図示のように近似される。前
記電気的なインピーダンスは、振動子表面（振動方向に
平行な面）の媒質の影響を受ける。振動方向が縦（媒質
との境界面に直交する方向）の場合は、媒質の圧力によ
ってインピーダンスが変化するが、本実施例のように、
振動方向が媒質との境界面に対して平行な場合は、電気
的インピーダンスは振動方向と平行な境界面に接触する
媒質の粘性によって変化する。ここで、トナーの粘性抵
抗が空気の粘性抵抗と比較して極めて大きいため、前記
図４に示すように、トナーが接触するときと空気が接触
するときとでは、大きな電気的インピーダンス変化が生
じることになる。

【００２３】前記厚みずり振動子145 は、発振回路と組
み合わせた場合にある共振周波数において振動し、かか
る共振状態において、振動子の表面つまり電極面にある
機械インピーダンスの媒質が付着した場合、振動子の電
気インピーダンスが増加する。その結果、振動子の共振
周波数の低下と、尖鋭度Ｑの減少が起こる。従って、こ
れらの現象を検知回路により取り出せば、前記機械イン
ピーダンスがトナーと空気とで異なるから、厚みずり振
動子145 の電極面にトナーが接触しているか否か、換言
すれば、トナー残量が所定以下であるか否かを検出でき
ることになる。

【００２４】図６は、前記発振及び検知回路の構成例を
示す。図６において、前記厚みずり振動子145 を用いて
自励発振回路148 を構成しており、前記自励発振回路14
8 からの出力信号ＳＩＧのレベルに基づいてトナーの有
無（トナー残量）を検出できるようになっている。即
ち、図４（ｂ）に示すように、トナーが残量検出センサ
144 が設けられる高さ位置よりも低下して厚みずり振動
子145 に空気が接触するようになると、前記空気の粘性
抵抗（インピーダンス）は小さいから、図７に示すよう
に高い出力信号ＳＩＧが得られるが、図４（ａ）に示す
ように、トナー残量が残量検出センサ144 にトナーを接
触させ得るだけ存在する場合（残量検出センサ144 が設
けられる高さよりも残量が多い場合）には、前記トナー
の粘性抵抗が空気に比して大幅に大きいから、図７に示
すように出力信号ＳＩＧのレベルは低下する。

【００２５】従って、前記出力信号ＳＩＧのレベルを所
定のスレッシュホールドレベルによって判別すること
で、トナーの有無を判別できることになる。そして、前
記残量検出センサ144 によりトナー残量が所定以下であ
ることが検出されたときには、プリンタに設けられた残
量警告ランプを点灯させるなどして、使用者にトナー残
量の不足を警告する。

【００２６】ここで、例えは湿気などによってトナーの
流動性に変化が生じた場合や、トナーの種類が変化した
場合であっても、前記出力信号ＳＩＧにおいて、空気の
接触状態におけるレベルとは明確に差異が生じることに
なるから、トナーの種類が変化したり、湿気によるトナ
ーの凝集が生じてもこれらに影響されずに残量検出が行
える。

【００２７】このため、トナーの種類毎にセンサ調整を
行う必要がなく、また、トナーが湿気によって凝集する
ことがあっても、高い検出精度を維持でき、汎用性に優
れた高い安定性の残量検出が可能である。ここで、図６
に示した検出方法に代えて、厚みずり振動子145 に入力
した交流信号の振幅と、振動子145 を経由した振幅の比
を周波数を変化させて測定し、トナーの有無によるイン
ピーダンスの変化を入出力振幅比 (＝入力振幅／出力振
幅) の変化として検出させる構成としても良い。

【００２８】更に、厚みずり振動子145 の共振周波数を
検出する検知回路を設け、トナーの有無による共振周波
数の変化によって残量を検出させる構成としたり、ま
た、共振時の尖鋭度Ｑを測定させ、トナーの有無による
前記尖鋭度Ｑの変化によって残量を検出させる構成とす
ることもできる。尚、厚みずり振動子145 にトナーが接
触している状態では、トナーの粘性抵抗の変化がインピ
ーダンスに影響することになるから、トナーの粘性抵抗
（流動性）を前記残量検出センサ144 で検出させること
も可能である。

【００２９】また、本実施例では、カラープリンタを例
としたが、この他、原稿の光画像を直接的に感光体ドラ
ム10に導き像露光させる複写機や、モノクロのプリンタ
などであっても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、厚
みずり振動を行う圧電振動子の振動方向と平行な面に対
して接触する媒質の変化によって、前記振動子の電気的
インピーダンスが変化することを利用し、トナーと空気
との粘性抵抗の大きな違いによってトナー残量を検出す
るようにしたので、トナーの種類や状態に影響されずト
ナー残量を安定的かつ高精度に検出できるようになると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の画像形成装置の構成を示す図。

【図２】同上実施例の画像形成装置におけるトナー補給
機構を示す図。

【図３】実施例の残量検出センサを示す図。

【図４】ホッパーにおける残量検出センサの位置関係を
示す図。

【図５】残量検出センサに用いる厚みずり振動子の等価
回路を示す図。

【図６】残量検出センサにおける検出回路を示す図。

【図７】トナー残量に応じた検出信号レベルの違いを示
す図。

【符号の説明】

10 感光体ドラム 13 像露光手段 14 現像器 40〜43 ホッパー 44〜47 搬送パイプ 44ａ〜47ａ 搬送スクリュー 143 濃度センサ 144 残量検出センサ 145 厚みずり振動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体上に形成された静電潜像をトナーで
   現像する現像装置を備えて構成された画像形成装置にお
   いて、前記現像装置に供給するトナーを貯留する容器に
   対して、厚みずり振動を行う圧電振動子を該圧電振動子
   の振動方向と平行な面にトナーを付着させるべく配設
   し、該圧電振動子のインピーダンス変化の測定によって
   前記容器内のトナー残量を検出することを特徴とする画
   像形成装置のトナー残量検出装置。