JPH07120135B2

JPH07120135B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH07120135B2
Application number: JP63224518A
Authority: JP
Inventors: 敏生善本; 隆中原; 哲秋山; 謙治郎堀; 喜美倉持; 俊一増田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1995-12-20
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPH0273262A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は一般に画像形成装置に関し、特に例えば、画像
形成のプロセスに電子写真方式や静電記録方式等が採用
されている画像形成装置に関する。

従来の技術近年、電子写真方式等が採用されている画像形成装置に
あっては、該画像形成装置本体に対して着脱自在に構成
されている所謂像形成カートリッジと称されるカートリ
ッジを具備した形式のものが開発されている。上述した
像形成カートリッジは、画像形成のプロセスを実行する
のに必要な各種機器類即ち感光体ドラムを始め、一次帯
電器、現像器等が一体的に組み込まれた構成となってお
り、前記現像器は、一般的な画像形成装置に備えられて
いる現像器と同様に、トナーホッパを始め、現像スリー
ブ、現像剤撹拌翼等を有している。従来、前述したごと
き像形成カートリッジを形成している現像器のトナーホ
ッパ内の現像剤残量検知は、主として以下に記載するご
とき２つの方法のいずれかを採用することによって行な
われていた。第１の方法は、圧電素子のインピーダンス
が振動中の該素子に対する現像剤の付着の度合に応じて
可変することを利用したもので、圧電素子をトナーホッ
パ内に配設することによって圧電素子に付着した現像剤
の量からトナーホッパ内の現像剤残量を検知するもので
ある。第２の方法は、トナーホッパ内に２つの導電体を
互いに対向するようにして配設し（例えば平行平板のご
とき）、これら２つの導電体によって画定される間隙内
部に存する現像剤残量に応じて前記２つの導電体間の静
電容量が可変することを利用してトナーホッパ内の現像
剤残量を検知することとしたものである。

発明が解決しようとする課題ところで、上述したごとき第１、第２のいずれの方法を
採用した場合でも、圧電素子のインピーダンス可変を招
来する圧電素子に付着している現像剤の量や２つの導電
体間に存在することによってこれら２つの導電体間の静
電容量を可変する現像剤量が必らずしもトナーホッパ内
の現像剤残量を反映してはおらず、又、特に第２の方法
にあっては、２つの導電体間の現像剤による静電容量の
可変量は微少であるために誤検知しやすく、正確な現像
剤残量検知ができないという不具合がある。そのうえ、
前記いずれの方法においても、前述した像形成カートリ
ッジ内に圧電素子や導電体等を設ける必要があり、これ
によって像形成カートリッジの全体としてのコストが増
加してしまうという欠点もあった。

従って本発明は、上述したごとき問題点を解消するため
に創案されたものであって、その目的は、像形成カート
リッジを形成している現像器のトナーホッパ内の現像剤
残量を正確に検知することができ、且つ現像器或いは少
なくとも現像器を有した像形成カートリッジ自身のコス
トが増加するのを防止することが可能な画像形成装置を
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は、本発明に係る画像形成装置によって達成さ
れる。要約すれば、本発明は、現像剤を収容する現像剤
収容部と、この収容部内に設けられ現像剤を攪拌する攪
拌部材と、を有する現像器が着脱可能に構成された画像
形成装置において、上記現像剤収容部に設けられ光を入射する入射部と光を
透過する透過部と、入射部に向けて光を出射する光源
と、透過部を透過した光を受光する受光部材とを有し、
この受光部材の出力の変動から基準時点を検出し、この
基準時点から所定時間経過時の受光部材の出力に基づき
現像剤の残量を検知することを特徴とする画像形成装置
である。好ましい実施態様によれば、上記基準時点は受
光部材の出力のピーク時とされる。又、上記攪拌部材に
は入射部及び透過部を摺擦するふき取り部材を設けるの
が好ましい。

実施例以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

第２図は、本発明の一実施例に従う画像形成装置を示し
たものである。本発明の一実施例に従う画像形成装置
は、ハウジング即ち装置本体に対して着脱自在な所謂像
形成カートリッジを備えた形式のものである。即ち、第
２図において、装置本体12によって図のごとく画定され
ている内部空間12aには、装置本体12に対して着脱自在
に構成されている像形成カートリッジ１が設けられてい
る。前記像形成カートリッジ１内は、断面が略Ｌ字形状
を呈する仕切板113aによって現像手段即ち現像器113部
分と、現像器113以外の空間部114とに区画されている。
前記空間部114には、第２図右方に開口部114aが形成さ
れていて、該開口部114aには、第１図矢印方向（即ち反
時計方向）に回転自在に軸支されている感光体ドラム２
が臨んでいる。前記感光体ドラム２の外周部近傍には、
前記感光体ドラム２の外周面を略均一に帯電する一次帯
電手段４を始め、感光体ドラム２の移動方向上流側に感
光体ドラム２上に残留している現像剤をかき取り回収す
るクリーナ115が設けられている。一方、前記一次帯電
手段４の感光体ドラム２の移動方向下流側には、前記感
光体ドラム２の外周面に対して図示しない像露光照射手
段から像露光が照射されるようになっている。なお、前
記開口部114aの近傍には、前記感光体ドラム２上に形成
された現像剤による可視画像を図示しない転写材に転写
するための転写装置（図示しない）が設けられている。
前述した仕切板113aによって空間部114と区画されてい
る現像器113には、該現像器113が前記空間部114に向け
て開口している開口部113bに、現像スリーブ３が取り付
けられており、一方、現像器113の内部、即ち、現像剤
収容部には、現像剤11と、現像剤撹拌翼５が夫々収容さ
れている。現像器113の第２図左寄りの部位と第２図下
方の部位には、夫々光の入射部及び透過部を構成する光
透過窓７、８が設けられている。現像スリーブ３は、内
部に円柱形状のマグネット（図示しない）が固定的に取
り付けられており、現像器113内部に収容されている現
像剤11を保持して感光体ドラム２方へと搬送すべく、第
２図矢印方向（即ち、第２図時計方向）に回転自在に軸
支されている。現像スリーブ３は、その外周部が前記感
光体ドラム２の外周部と近接するように、前記開口部11
3bに臨まされている。現像剤撹拌翼５は、現像器113の
略中央部に設けられている。現像剤攪拌部材５は、本実
施例では、略90゜の間隔で一端側が夫々回転自在に支持
されている２本の棒状部材5a、5bと、前記棒状部材5a、
5bの先端側に夫々取り付けられているふき取り部材とし
てのゴムブレード6a、6bとを有している。現像剤撹拌部
材５は、回転することによって２本の棒状部材5a、5bが
現像器113内に収容されている現像剤11を撹拌するとと
もに、ゴムブレード6a、6bが前記光透過窓７、８に夫々
附着している現像剤11をふき取るように構成されてい
る。前述した感光体ドラム２を始め、現像スリーブ３、
現像剤撹拌部材５は、画像形成装置が画像形成のシーケ
ンスを実行している間は、駆動モータにより回転動作を
継続するようになっている。前記光透過窓７、８には、
例えばアクリル材のごとき透明部材が取り付けられてい
る。前記装置本体12の前記光透過窓７、８と対向する部
位には、前記光透過窓７、８と近接せしめられて非接触
型の現像剤残量検知手段即ち、光源10及び受光部材９と
が夫々配設されている。光源10は、光透過窓８に対応し
て、又、受光部材９は、光透過窓７に対応して夫々前記
装置本体12に取り付けられている。光源10には、例えば
LEDが、受光部材９には、例えばフォトトランジスタが
夫々使用されている。上述した構成の画像形成装置の画
像形成のシーケンスについては、既に周知であるのでそ
の説明は省略する。又、１つの窓から光を入射させ、現
像剤で反射して同じ窓から出射して来る光を検出する反
射型のセンサも利用でき、これはキャリアとトナーを混
合し現像剤中のトナー濃度（トナー残量）の検出に便利
である。

第１図は、本発明の一実施例に従う画像形成装置が具備
している制御系の構成を示したものである。本発明の一
実施例に従う画像形成装置が具備している制御系は、第
１図を参照して明らかなように、演算処理手段即ちマイ
クロコンピュータ13を始め、前述した現像剤残量検知手
段を構成するLED10及びフォトトランジスタ９、A/D変換
器19等のマイクロコンピュータ13の入力側に接続される
機器類、モータ14、モータドライバ15、LEDドライバ2
1、LED22等のマイクロコンピュータ13の出力側に接続さ
れる機器類等によって構成されている。前記現像剤残量
検知手段を構成するLED10は、発光量制限抵抗16を介し
て電源V_DDと接続されており、電源V_DDからの給電によっ
て所定量の光を照射するようになっている。フォトトラ
ンジスタ９は、前記第２図にて図示した光透過窓８、７
を介してLED10から照射された光が該フォトトランジス
タ９に到達することによって導通し、前記到達した光量
に応じて電流増幅された光電流を抵抗17に流すことによ
り、該抵抗17の両端に電圧降下を発生させるようになっ
ている。A/D変換器19は、抵抗17の両端に発生した電圧
信号を受けてこれを８ビットのディジタル信号に変換し
た後出力するようになっている。モータ14は、前述した
感光体ドラム２を始め、現像スリーブ３、現像剤撹拌部
材５を駆動するもので、マイクロコンピュータ13からモ
ータドライバー15に駆動指令信号が出力されることによ
って駆動されるようになっている。LED22は、電流制限
抵抗23を介して電源V_DDと接続されており、マイクロコ
ンピュータ13からLEDドライバ21に対して駆動指令信号
が出力されることによって点灯されるようになってい
る。マイクロコンピュータ13は、CPUを始め、制御プロ
グラムを内蔵しているROM、必要データを記憶するRAM及
び入出力インターフェース等を具備している。前述した
RAMに記憶されるデータとしては、例えば、第５図
（ａ）にて示されるごとき現像器113内に現像剤が残存
していないとき（例えば現像剤残量が現像器113容積の3
0％程度になったとき）に、A/D変換器19を介してフォト
トランジスタ９から出力される実線にて示す電圧波形曲
線上の信号値データVb、現像器113内に現像剤が残存し
ているとき（例えば現像剤残量が現像器113容積の50％
程度のとき）に、A/D変換器19を介してフォトトランジ
スタ９から出力される破線にて示す電圧波形曲線上の信
号値データVaを始め、前記フォトトランジスタ９から出
力される電圧信号のピークからの立下り（第５図（ｂ）
矢印にて図示）が検出された時点を起算点、即ち、基準
時点として、CPUが予め設定されたプログラムによりタ
イマ機能を営む時間Toデータ（即ち、前記起準時点から
前記Vb又はVaの値が得られるまでの時間値データ、第５
図（ｃ）にて図示）等がある。CPUは、算術演算及び論
理演算を行なう。CPUは、フォトトランジスタ９から出
力され、A/D変換器19にてディジタル化された現像剤残
量検出値データとRAMに記憶されている前記データとを
比較演算し、該比較演算の結果、現像剤残量なしと判断
したときには、LEDドライバ21に駆動指令信号を出力す
ることによってLED22を点灯せしめ、現像器113内の現像
剤11がなくなっていることを報知するようになってい
る。CPUは、モータドライバ15に駆動指令信号を出力す
ることによってモータ14を駆動し、感光体ドラム２を始
め、現像スリーブ３、現像剤撹拌翼５を回転せしめるよ
うになっている。ここで、現像器113内の現像剤残量が
該現像器113容積の90％のときには、前記フォトトラン
ジスタ９からは、第４図（ａ）にて示すごとき極めて低
電圧の電圧信号が出力され、前記現像剤残量が該現像器
113容積の70％のときには、前記フォトトランジスタ９
からは、第４図（ｂ）にて示すごとき電圧信号が出力さ
れ、前記現像剤残量が該現像器113容積の50％のときに
は、前記フォトトランジスタ９からは、第４図（ｃ）に
て示すごとき電圧信号が出力され、同様にして前記現像
剤残量が該現像器113容積の30％のときには第４図
（ｄ）にて示すごとき電圧信号が、又、前記現像剤残量
が該現像器113容積の10％以下のときには第４図（ｅ）
にて示すごとき電圧信号が、夫々前記フォトトランジス
タ９から出力される。即ち、現像器113内に残存してい
る現像剤量が多いときには、ゴムブレード6a、6bによっ
て光透過窓７、８に付着した現像剤11が拭き取られて
も、すぐに現像剤11が付着してしまうのでLED10から照
射された光が現像剤11によってフォトトランジスタ９に
到達せずに、遮光される時間が長くなり、そのためフォ
トトランジスタ９からの出力電圧も低くなる。一方、上
記とは逆に、現像器113内に残存している現像剤量が少
なくなれば、現像剤11によるLED10から照射された光を
遮光する時間は次第に短くなるので、フォトトランジス
タ９からの出力電圧は上昇し、現像剤11が殆んどない状
態では、前記LED10から照射された光を遮光するのは現
像剤撹拌部材５のみによることとなり、従って第４図
（ｅ）のような電圧波形となるわけである。上述した事
実に鑑みて、前記RAMに、第４図（ｄ）にて示した現像
剤11の残量が30％のときの電圧波形曲線上の点Vbと、第
４図（ｃ）にて示した現像剤11の残量が50％のときの電
圧波形曲線上の点Vaとを記憶させ、点Vbに対応する検知
データが得られたときには、CPUが現像剤残量なしと判
定し、一方、点Vaに対応する検知データが得られたとき
には、CPUが現像剤ありと判定するようにしたものであ
る。上記データ以外の別の電圧波形曲線上の値を、基準
データとして前記RAMに記憶させるようにしても差支え
ない。

次に第１図にて図示した構成の制御系のフローを、主と
して第３図にて図示するフローチャートを併用しながら
説明する。オペレータが画像形成装置の駆動電源を投入
することにより、マイクロコンピュータ13に駆動電源が
給電され、CPUはその制御動作を開始する。フォトトラ
ンジスタ９よりA/D変換器19を介して現像剤残量検出値
データVnが与えられると、該検出値データVnを読み込ん
で（ステップ201）、前回のルーチンにて読み込んだ現
像剤残量検出値データVn−１と比較する（ステップ20
2）。ステップ202において、Vn−１≦Vnであるとすれ
ば、即ち、前回のルーチンの検出値データVn−１よりも
今回のルーチンの検出値データVnの方が等しいか大きい
と判定されれば、前記検出値データVnが増加中であるこ
とを示すフラグをセットする（ステップ203）。ステッ
プ203にて検出値データVnが増加中であることを示すフ
ラグをセットした後、RAMに前記検出値データVnを記憶
させ（ステップ204）、信号モニタ回数（即ち、マイク
ロコンピュータ13が、フォトトランジスタ９から出力さ
れる現像剤残量検出信号をサンプリングする回数）を保
持する内部カウンタをインクリメントし（ステップ20
5）、ステップ201に移行する。ステップ202において、V
n−１＞Vnであると判断すれば、前記検出値データVnが
増加中であることを示すフラグがセットされているか否
かを判断し（ステップ206）、該フラグがセットされて
いないと認識したときには前記検出値データVnが減少中
であるとみなしてステップ204に移行する。ステップ206
において、前記フラグがセットされていると認識したと
きには、前記フォトトランジスタ９から出力される電圧
信号の波形が第５図（ｂ）矢印にて示すピークの立下り
に達したものと認識して、前記フラグをリセットする
（ステップ207）。ステップ207において前記フラグをリ
セットした後、該時点を起算点、即ち、基準時点として
前記第５図（ｃ）にて示す時間Toを計数するためのタイ
マ機能に移行し（ステップ208）、前記時間Toをカウン
トアップすると（ステップ209）、ステップ210に移行す
る。前記時間Toをカウントアップした時点で、前記フォ
トトランジスタ９から出力されA/D変換器19にてディジ
タル化された現像剤残量検出値データVnを読み込み（ス
テップ210）、該読み込んだ検出値データVnが前記デー
タVbよりも大きいか否か（或いはVb＞Vn＞Vaか否か）を
判断する（ステップ211）。ステップ211において、前記
検出値データVnが前記データVbよりも大きいと認識した
ときには、現像器113内に現像剤11が殆んどないものと
判断してLEDドライバ21に駆動指令信号を出力する（ス
テップ213）。ステップ211において、Vn＜Vbであると認
識したときには、現像器113内には現像剤11がかなり残
存しているものと判断して、前記内部カウンタを１に復
帰せしめる（ステップ212）。

第６図は、本発明の他の実施例に従う画像形成装置が具
備している制御系の構成を示したものである。本発明の
他の実施例に従う画像形成装置が具備している制御系
は、第１図にて図示したA/D変換器19を除去してその代
りにコンパレータ24、カウンタ27、発振器28を新たに付
加した点にその特徴を有している。コンパレータ24は、
その非反転入力端子にフォトトランジスタ９の出力電圧
が印加されるようになっているとともにその反転入力端
子には直流電源25から一定の大きさの直流電圧が印加さ
れるようになっている。コンパレータ24は、フォトトラ
ンジスタ９から印加される電圧信号と直流電源25から印
加される直流電圧とを比較し、該比較の結果前者が後者
よりも大きいときには論理レベル“H"の電圧信号を出力
し、又、後者が前者よりも大きいときには論理レベル
“L"の電圧信号を出力するようになっている。カウンタ
27は、コンパレータ24からの出力信号が論理レベル“H"
のときにのみ、発振器28から出力されるパルス信号を計
数してその計数値データをマイクロコンピユータ13に出
力し、コンパレータ24からの出力信号が論理レベル“L"
のときには、前記計数動作を行なわないようになってい
る。CPUは、カウンタ27から出力される計数値データが
所定値以上に達すると、現像器113内に現像剤11がなく
なったと判断することとなる。

上述した２つの実施例において使用される光源、受光部
材は、LED、フォトトランジスタに限定されるものでは
なく、LED、フォトトランジスタ以外の手段を用いても
差支えないのは勿論である。又、第１の実施例において
は、フォトトランジスタ９から出力される電圧信号の波
形のピークからの立下りの検出や、該ピークからの立下
りを検出した時点を起算点（基準時点）とする時間Toの
計数を、ソフト処理によって行なうこととしたが、ハー
ド的な手段を用いることによって行なうこととしても差
支えなく、時間Toの値は、ピークの高さに応じて可変す
ることとしても差支えない。更に前記第１の実施例にお
ける第５図にて図示したごとき態様の電圧レベル比較、
前記第２の実施例における計数値データの比較の結果、
何回か連続して現像剤残量なしを検知したときに始めて
現像剤残量なしと認識したり、或いは何回か連続して現
像剤残量ありを検知したときに始めて現像剤残量ありと
認識するようにすれば、より高精度に且つ確実に現像剤
残量の検知を行なうことができる。なお、現像剤残量検
知の判定基準を複数設定し、現像器13内の現像剤残量が
なくなる以前に予告することが可能なシステムとするこ
ともできる。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、現像器の現像剤
収容部に、光の入射する入射部と光を透過する透過部と
を設け、一方、装置本体に入射部に向けて光を出射する
光源と、透過部を透過した光を受光する受光部材とを設
け、光学的に現像剤の残量を検知する構成とされるの
で、実質的に全ての現像剤残量検知機構が装置本体側に
設置されることとなり、現像剤の残量を正確に検知でき
ると共に、消耗品とされる現像器のコストの増大を防止
することができる。又、本発明は、受光部材の出力の変
動から基準時点を検出し、この基準時点から所定時間経
過時の受光部材の出力に基づき現像剤の残量を検知す
る、構成とされるので、常に攪拌部材が同じ位置にある
ときに現像剤の残量を検知することができ、従って、受
光部材の出力が攪拌部材の移動により影響を受けること
はなく、このような攪拌部材の移動に起因した誤検知を
防止でき、より正確な残量検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に従う画像形成装置が具備
している制御系の構成を示すブロック図である。第２図は、本発明の一実施例に従う画像形成装置を示す
部分縦断面図である。第３図は、第１図にて図示した構成の制御系のフローチ
ャートである。第４図、第５図は、本発明に従うフォトトランジスタ９
から出力される電圧信号波形を示した図である。第６図は、本発明の他の実施例に従う画像形成装置が具
備している制御系の構成を示すブロック図である。 1:像形成カートリッジ７、8:光透過窓 9:フォトトランジスタ 10:LED 12:装置本体 13:マイクロコンピユータ 113:現像器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀謙治郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者倉持喜美東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者増田俊一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭61−77070（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−58243（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−176853（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−60776（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤を収容する現像剤収容部と、この収
容部内に設けられ現像剤を攪拌する攪拌部材と、を有す
る現像器が着脱可能に構成された画像形成装置におい
て、上記現像剤収容部に設けられ光を入射する入射部と光を
透過する透過部と、入射部に向けて光を出射する光源
と、透過部を透過した光を受光する受光部材とを有し、
この受光部材の出力の変動から基準時点を検出し、この
基準時点から所定時間経過時の受光部材の出力に基づき
現像剤の残量を検知することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】上記基準時点は受光部材の出力のピーク時
であること特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】上記攪拌部材には入射部及び透過部を摺擦
するふき取り部材が設けられていることを特徴とする請
求項１又は２の画像形成装置。