JPH09211960A

JPH09211960A - プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH09211960A
Application number: JP8034385A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Sasaki; 輝彦佐々木; Satoshi Kurihara; 敏栗原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー容器内のトナー量を逐次検出でき、寿
命時期を容易に予測でき、且つ検知精度の良好な現像剤
量検知装置を備えたプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】トナー容器１０ａ内に上下端が開口した
円筒管１５が配置され、円筒管１５の上部に音波発信器
１６及び受信器１７が設置される。円筒管１５には上下
端に亙ってスリット１５ｃが形成され、トナーが容易に
進入ができる。トナー消費に伴い、トナーの表面位置が
低下する。その変化を音波の変位量として逐次検知す
る。又、現像ローラ１０ｅ近傍にアンテナ２４を備えた
第２の現像剤量検知装置を配置し、トナー切れを検知す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、現像剤量検知装置
を備えたプロセスカートリッジ、及び前記プロセスカー
トリッジを着脱自在な画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザープリンタ、複写機、ファ
クシミリ装置等とされる画像形成装置には、着脱自在の
プロセスカートリッジが装着される形式のものがある。
このプロセスカートリッジは、現像剤を収容する現像容
器であるトナー容器と、現像剤担持体である現像ローラ
を備えた現像室とを有し、トナー容器内の現像剤を使い
切ると、新しいプロセスカートリッジと交換する必要が
あり、このためトナー容器内の現像剤の残量を検知する
現像剤残量検知装置が設けられていた。

【０００３】上記の現像剤残量検知装置は、トナー容器
から現像室内の現像ローラへ至る通路に現像ローラの長
手方向に対して平行に設けられた金属製のアンテナ線を
備えており、このアンテナ線と現像ローラ間に電圧を印
加し、両者間の静電容量を計測することにより、現像剤
の残量を検知することができる。すなわち両者間にトナ
ーがある場合には、両者間の静電容量が低く、トナーが
なくなると静電容量が高くなる。このようにして静電容
量の変化を検知することにより、トナー切れを検知して
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例の現像剤残量検知装置においてはトナーを使い切
る直前にトナーが残り少ないことを知ることができるだ
けで、トナー容器内にあとどのくらいトナーが残ってい
るかユーザーは知ることはできなかった。

【０００５】従って、本発明の目的は、現像容器内の現
像剤量を逐次検出でき、寿命時期を容易に予測でき、且
つ検知精度の良好な現像剤量検知装置を備えたプロセス
カートリッジ、及びこのようなプロセスカートリッジを
備えた画像形成装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
プロセスカートリッジ及び画像形成装置にて達成され
る。要約すれば、本発明は、画像形成装置本体に着脱自
在なプロセスカートリッジにおいて、少なくとも、現像
剤を収納し現像剤担持体へ現像剤を供給する現像容器
と、前記現像容器に取付けられ、前記現像容器内の現像
剤量を検知する現像剤量検知装置とを有し、前記現像剤
量検知装置は、前記現像容器内に開口部を有する円筒管
と、前記円筒管の上部に設けられ、前記円筒管内に進入
した現像剤の表面に向けて音波を発信する音波発信器
と、前記現像剤の表面から反射した音波を受信する受信
器とを有し、現像剤の消費に伴い移動する現像剤の表面
位置を前記音波の変位量として逐次検知することを特徴
とするプロセスカートリッジである。

【０００７】本発明による他の態様によれば、画像形成
装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
少なくとも、現像剤を収納し現像剤担持体へ現像剤を供
給する現像容器と、前記現像容器に取付けられ、前記現
像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検知装置とを有
し、前記現像剤量検知装置は、前記現像容器内に開口部
を有する円筒管と、前記円筒管の外周面に巻き付けられ
たコイルとを有し、現像剤の消費に伴い移動する現像剤
の表面位置を、前記コイルの自己インダクタンスの変
化、及びその変化に伴う前記コイルの誘導起電力として
逐次検知することを特徴とするプロセスカートリッジが
提供される。

【０００８】前記円筒管には、前記現像容器内の現像剤
の進入を容易化するためのスリットがその上端から下端
に延びるように形成されていることが好ましい。

【０００９】又、本発明による他の態様によれば、画像
形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおい
て、少なくとも、現像剤を収納し現像剤担持体へ現像剤
を供給する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に取
付けられ、現像剤を撹拌搬送するための撹拌部材と、前
記現像容器内の現像剤量を検知する現像剤量検知装置と
を有し、前記現像剤量検知装置は、前記撹拌部材の長手
方向中央部分に巻き付けられ、現像剤が進入可能な空間
を形成するコイルを有し、前記空間内の現像剤の消費に
伴い移動する現像剤の表面位置を、前記コイルの自己イ
ンダクタンスの変化、及びその変化に伴う前記コイルの
誘導起電力として逐次検知することを特徴とするプロセ
スカートリッジが提供される。

【００１０】前記現像剤担持体の近傍に配置され、現像
剤切れを検知する第２の現像剤量検知装置を有すること
が好ましい。

【００１１】更に、本発明による他の態様によれば、上
記のプロセスカートリッジを着脱自在に装着する画像形
成装置において、前記現像剤量検知装置の検知結果を、
少なくとも画像形成装置本体の表示部、及び前記画像形
成装置本体に接続されたホストコンピューターの表示部
のうちいずれかに表示することを特徴とする画像形成装
置が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプロセスカー
トリッジ及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説
明する。

【００１３】実施例１本発明に係る実施例１について、図１〜図４を参照して
説明する。先ず、図１及び図２を参照して画像形成装置
及びプロセスカートリッジの全体構成を説明する。

【００１４】この画像形成装置Ａは、図１に示すよう
に、光学系１から画像情報に基づいたレーザービーム光
像を照射して像担持体である感光ドラム７にトナー像を
形成する。そして前記トナー像の形成と同期して、給送
トレイ３ａにセットした記録媒体２をピックアップロー
ラ３ｂで搬送し、且つプロセスカートリッジＢとしてカ
ートリッジ化された画像形成部において、感光ドラム７
に形成したトナー像を転写手段としての転写ローラ４に
電圧印加することによって記録媒体２に転写し、その記
録媒体２をガイド３ｃで定着手段５へと搬送する。

【００１５】この定着手段５は加圧ローラ５ａ及びヒー
タ５ｃを内蔵する定着ローラ５ｂからなり、通過する記
録媒体２に熱及び圧力を印加して転写トナー像を定着す
る。そしてこの記録媒体２を排出ローラ対３ｄで反転搬
送して排出トレイ６へと排出する。

【００１６】一方、画像形成部を形成するプロセスカー
トリッジＢは、図２に示すように、感光層を有する感光
体ドラム７を回転し、その表面を帯電手段である帯電ロ
ーラ８への電圧印加によって一様に帯電し、光学系１か
らの光像を露光開口部９を介して感光ドラム７に露光し
て潜像を形成し、現像手段１０によって現像するように
構成している。

【００１７】この現像手段１０は、現像容器であるトナ
ー室１０ａ内のトナーを現像室１０ｂへ供給し、現像室
１０ｂに取付けた現像剤担持体である現像ローラ１０ｃ
を回転させると共に、現像ブレード１０ｄによって摩擦
帯電電荷を付与したトナー層を固定磁石１０ｅを内蔵し
た現像ローラ１０ｃの表面に形成し、そのトナーを潜像
に応じて感光ドラム７へ転移させることによってトナー
像を形成して可視像化する。

【００１８】そして転写ローラ４にトナー像と逆極性の
電圧を印加してトナー像を記録媒体２に転写し、その
後、クリーニング手段１１において、クリーニングブレ
ード１１ａによって感光ドラム７に残留したトナーを掻
き落として廃トナー溜め１１ｂへ集める。

【００１９】感光ドラム７等の各部品は、トナー現像枠
体１２とトナー容器枠体１３、更にはクリーニング枠体
１４とを結合して構成するカートリッジ枠体内に収納し
てカートリッジ化している。即ち、トナー現像枠体１２
とトナー容器枠体１３を結合してトナー室１０ａ及び現
像室１０ｂを形成し、この現像室１０ｂに現像ローラ１
０ｂ及び現像ブレード１０ｃを取付けている。またクリ
ーニング枠体１４には感光ドラム７や帯電ローラ８、更
にはクリーニング手段１１を構成する各部材を取付けて
いる。そしてトナー現像枠体１２にクリーニング枠体１
４を結合することによってプロセスカートリッジＢを構
成する。

【００２０】このプロセスカートリッジＢには像露光を
するための露光開口部９及び感光ドラム７を記録媒体２
に対向するための転写開口部（不図示）が設けてある。

【００２１】次に、図３及び図４を参照して本発明の特
徴部分である現像剤量検知装置の構成について説明す
る。

【００２２】図３において、現像剤量検知装置３０は、
トナー室１０ａを形成するトナー容器枠体１３に取付け
た中空の円筒管１５、音波を発信する発信器１６、及び
発信器１６から発信され、現像剤表面から反射した音波
を受信する受信器１７を備えている。

【００２３】円筒管１５は、トナー室１０ａ内の現像室
１０ｂに近接して、その上端をトナー容器枠体１３の上
部に固定され、その下端をトナー容器枠体１３の底部に
近接するように配置されている。又、円筒管１５は、そ
の上下端に開口した上部開口部１５ａ、下部開口部１５
ｂ、及び上端から下端に延びるように形成されたスリッ
ト１５ｃを備え、トナー室１０ａ内に収容された現像剤
が下部開口部１５ｂ及びスリット１５ｃを介して容易に
円筒管１５の内外を移動できるようにされている。これ
により、円筒管１５内の現像剤の上部表面位置は、トナ
ー室１０ａ内部の現像剤の上部表面位置（円筒管１５外
部の現像剤上部表面位置）と同位置となる。そして、現
像剤が消費されると共に、円筒管１５内の現像剤の上部
表面位置は円筒管１５外部の上部表面位置に追従して減
少する。

【００２４】又、円筒管１５の上部開口部１５ｂには、
発信器１６及び受信器１７がそれらの上面がトナー容器
枠体１３から露出するように取付けられている。

【００２５】更に、トナー現像枠体１２の上部には、画
像形成装置本体の電源２３に接続された接続端子１８
が、発信器１６及び受信器１７と電気的に接続されるよ
うに取付けられている。

【００２６】図４のブロック図において、画像形成装置
本体には、音波を増幅する増幅器１９、音波を制御する
制御装置２０、発信音と受信音の周波数を比較検知する
コンパレーター２１、トナーの残量を表示する表示装置
２２、及び上記の各装置に電力を供給する電源装置２３
が設けられている。

【００２７】上記のような構成において、現像剤量検知
装置３０は、発信器１６から発信された音波が円筒管１
５内の現像剤表面に照射され、現像剤表面で反射してき
た音波を受信機１７で受信する。

【００２８】前記のように現像剤が消費されるととも
に、円筒管１５内の現像剤の表面位置は円筒管１５外部
の表面位置に追従して低下し、発信器１６及び受信器１
７から現像剤上部表面位置までの距離Ｌが変化すること
で、発信器１６より発信された定常波の周波数と現像剤
上部表面に反射して受信器１７で受信される周波数が変
化する。

【００２９】上記周波数の変化は、下記の式１〜式３に
より求められる。即ち、Ｔ：周波数、ｆ：固有振動数、
Ｖ：音速、ｎ：音波、Ｒ：波長、Ｌ：発信器１６及び受
信器１７から現像剤上部表面位置までの距離、としたと
き、Ｔ＝１／ｆ・・・（式１）ｆ＝Ｖ／Ｒ＝Ｖ×（２ｎ−１）／４Ｌ・・・（式２）Ｒ＝４Ｌ／（２ｎ−１）・・・（式３）であり、周波数Ｔをコンパレータレー２１で発信音と受
信音の周波数の変化量を比較し読み取ることで、現像剤
の残量を検知することができ、表示板２２への表示ある
いはホストコンピューターへのトナー消費量のデータ転
送及び表示が可能となる。

【００３０】さらに、トナーの消費が進み現像剤の上部
表面位置が円筒管１５の開口部１５ｂより下がりきった
後も、残る少量のトナーも完全に使いきった場合には、
アンテナ線２４と現像ローラ１０ｃとの間に電圧を印加
すると、両者間にトナーがある場合には両者間の静電容
量が低く、トナーがなくなると静電容量が高くなるた
め、前記静電容量の変化を検知することによって、トナ
ーが完全に消費されたことを検知できる。

【００３１】上記のように、本実施例においては、音波
を利用した現像剤量検知装置によりトナー室内の現像剤
量を逐次検出でき、プロセスカートリッジの寿命時期を
容易に予測できる。又、トナー室内の現像剤の残量検知
精度が良好で、ユーザーがプロセスカートリッジの使用
状態を正確に知ることができる。

【００３２】実施例２次に、本発明の特徴部分である現像剤量検知装置の実施
例２について、図５により説明する。

【００３３】図５において、現像剤量検知装置４０は、
トナー室１０ａを形成するトナー容器枠体１３に取付け
た中空の円筒管１５、及び円筒管１５に巻き付けられた
コイル２５を備えている。

【００３４】円筒管１５は、実施例１と同様に、トナー
室１０ａ内の現像室１０ｂに近接して、その上端をトナ
ー容器枠体１３の上部に固定され、その下端をトナー容
器枠体１３の底部に近接するように配置されている。
又、円筒管１５は、トナー室１０ａ内の上端近傍に開口
した上部開口部１５ａ’、下端に開口した下部開口部１
５ｂ、及び上端から下端に延びるように形成されたスリ
ット１５ｃを備え、トナー室１０ａ内に収容された現像
剤が下部開口部１５ｂ及びスリット１５ｃを介して容易
に円筒管１５の内外を移動できるようにされている。こ
れにより、円筒管１５内の現像剤の上部表面位置は、ト
ナー室１０ａ内部の現像剤の上部表面位置（円筒管１５
外部の現像剤上部表面位置）と同位置となる。そして、
現像剤が消費されると共に、円筒管１５内の現像剤の上
部表面位置は円筒管１５外部の上部表面位置に追従して
減少する。

【００３５】又、円筒管１５の外周面上には、上述の如
く、コイル２５が略上端から下端に至るまで巻き付けら
れている。

【００３６】ところで、コイルは、コイルを流れる電流
が変化するときコイル自身に誘導起電力Ｖｅが、下記の
式に示されるように、生じる特性を備えている。

【００３７】Ｖｅ＝−Ｌ×ΔＩ／Δｔ・・・（式４） ΔＩ：単位時間当たりの電流、Δｔ：単位時間、Ｌ：自
己インダクタンスＶｅ：誘導起電力自己インダクタンスＬは、コイルの巻き数を多くした
り、コイルの内側に鉄心を入れると大きくなる特性を持
っている。

【００３８】そこで本実施例では、コイル２５内側の磁
性体の現像剤を前記コイル内の鉄心と同様に考え、現像
剤が消費され、コイル２５が巻かれた円筒管１５内の現
像剤の量が減少すると、あたかも、前記コイル内の鉄心
が抜き取られるように、自己インダクタンスＬが減少
し、誘導起電力Ｖｅが変化することを利用する。

【００３９】この誘導起電力Ｖｅの変化量を読み取るこ
とで、現像剤の残量を逐次検知することができ、表示板
（不図示）への表示あるいはホストコンピューターへの
トナー消費量のデータ転送及び表示が可能となる。

【００４０】さらに、トナーの消費が進み現像剤の上部
表面位置が円筒管１５の開口部１５ｂより下がり切った
後も、残る少量のトナーも完全に使い切った場合には、
アンテナ線２４と現像ローラ１０ｃとの間に電圧を印加
すると、両者間にトナーがある場合には両者間の静電容
量が低く、トナーがなくなると静電容量が高くなるた
め、静電容量の変化を検知することによって、トナーが
完全に消費されたことを検知できる。

【００４１】上記のように、本実施例には、コイルの誘
電起電力を利用した現像剤量検知装置により、実施例１
と同様に、トナー室内の現像剤量を逐次検出でき、プロ
セスカートリッジの寿命時期を容易に予測できる。又、
トナー室内の現像剤の残量検知精度が良好で、ユーザー
がトナーカートリッジの使用状態を正確に知ることがで
きる。

【００４２】実施例３次に、本発明の特徴部分である現像剤残量検知装置の実
施例３について、図６及び図７を参照して説明する。

【００４３】本実施例の現像剤量検知装置４０は、図６
及び図７に示すように、トナー室１０ａ内に、現像ロー
ラ１０ｃに対して平行に配置され、トナーを撹拌しつつ
現像室１０ｂに送り出すための撹拌部材２６と、撹拌部
材２６に巻き付けられたコイル２５と、撹拌部材２６に
配設され、コイル２５に給電するための電極２７とから
構成されている。

【００４４】撹拌部材２６は、従来の撹拌部材（不図
示）が１本のクランク状の棒状部材から構成されていた
のに対し、本実施例においては、４本のクランク状部材
を側面視にて十字状になるように組み合わされて構成さ
れている。

【００４５】又、撹拌部材２６の略中央部分には、コイ
ル２５が断面略正方形の角柱体の空間を形成するように
巻き付けられ、このコイル２５による角柱体の空間内部
には、コイル２５の両側開口部分から現像剤が容易に進
入することができる。

【００４６】そして、トナー室１０ａ内の現像剤が消費
されるとと共に、コイル２５内の現像剤の上部表面位置
はコイル２５外部の上部表面位置に追従して減少する。
これにより、コイル２５の自己インダクタンスが減少
し、誘電起電力が変化するため、実施例２と同様な効果
が得られる。

【００４７】上記のように、本実施例においては、トナ
ー室内の撹拌部材を現像剤量検知装置４０の構成要素の
一部とし、実施例２と同様に、コイルの誘電起電力を利
用して、トナー室内の現像剤量を逐次検出でき、プロセ
スカートリッジの寿命時期を容易に予測できる。又、ト
ナー室内の現像剤の残量検知精度が良好で、ユーザーが
プロセスカートリッジの使用状態を正確に知ることがで
きる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
現像容器内の現像剤量を逐次検出でき、寿命時期を容易
に予測でき、且つ検知精度の良好な現像剤量検知装置を
備えたプロセスカートリッジ、及びこのようなプロセス
カートリッジを備えた画像形成装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置本体の縦
断面図である。

【図２】実施例１に係るプロセスカートリッジの縦断面
図である。

【図３】実施例１に係る現像容器の縦断面図である。

【図４】実施例１に係る現像剤量検知装置のブロック図
である。

【図５】本発明の実施例２に係るプロセスカートリッジ
の要部を示す断面図である。

【図６】本発明の実施例３に係るプロセスカートリッジ
の要部を示す断面図である。

【図７】図６の現像剤量検知装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

７感光ドラム（像担持体）１０現像装置１０ａトナー容器（現像容器）１０ｂ現像室１０ｃ現像ローラ（現像剤担持体）１５円筒管１５ａ上部開口部１５ｂ下部開口部１５ｃスリット１６音波発信器１７受信器２４第２の現像剤量検知装置２５コイル３０、４０現像剤量検知装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像形成装置本体に着脱自在なプロセス
カートリッジにおいて、少なくとも、現像剤を収納し現
像剤担持体へ現像剤を供給する現像容器と、前記現像容
器に取付けられ、前記現像容器内の現像剤量を検知する
現像剤量検知装置とを有し、前記現像剤量検知装置は、
前記現像容器内に開口部を有する円筒管と、前記円筒管
の上部に設けられ、前記円筒管内に進入した現像剤の表
面に向けて音波を発信する音波発信器と、前記現像剤の
表面から反射した音波を受信する受信器とを有し、現像
剤の消費に伴い移動する現像剤の表面位置を前記音波の
変位量として逐次検知することを特徴とするプロセスカ
ートリッジ。
【請求項２】画像形成装置本体に着脱自在なプロセス
カートリッジにおいて、少なくとも、現像剤を収納し現
像剤担持体へ現像剤を供給する現像容器と、前記現像容
器に取付けられ、前記現像容器内の現像剤量を検知する
現像剤量検知装置とを有し、前記現像剤量検知装置は、
前記現像容器内に開口部を有する円筒管と、前記円筒管
の外周面に巻き付けられたコイルとを有し、現像剤の消
費に伴い移動する現像剤の表面位置を、前記コイルの自
己インダクタンスの変化、及びその変化に伴う前記コイ
ルの誘導起電力として逐次検知することを特徴とするプ
ロセスカートリッジ。
【請求項３】前記円筒管には、前記現像容器内の現像
剤の進入を容易化するためのスリットがその上端から下
端に延びるように形成されていることを特徴とする請求
項１又は２のプロセスカートリッジ。
【請求項４】画像形成装置本体に着脱自在なプロセス
カートリッジにおいて、少なくとも、現像剤を収納し現
像剤担持体へ現像剤を供給する現像容器と、前記現像容
器内に回転可能に取付けられ、現像剤を撹拌搬送するた
めの撹拌部材と、前記現像容器内の現像剤量を検知する
現像剤量検知装置とを有し、前記現像剤量検知装置は、
前記撹拌部材の長手方向中央部分に巻き付けられ、現像
剤が進入可能な空間を形成するコイルを有し、前記空間
内の現像剤の消費に伴い移動する現像剤の表面位置を、
前記コイルの自己インダクタンスの変化、及びその変化
に伴う前記コイルの誘導起電力として逐次検知すること
を特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】前記現像剤担持体の近傍に配置され、現
像剤切れを検知する第２の現像剤量検知装置を有するこ
とを特徴とする請求項１、２、又は４のプロセスカート
リッジ。
【請求項６】請求項１、２、又は４に記載のプロセス
カートリッジを着脱自在に装着する画像形成装置におい
て、前記現像剤量検知装置の検知結果を、少なくとも画
像形成装置本体の表示部、及び前記画像形成装置本体に
接続されたホストコンピューターの表示部のうちいずれ
かに表示することを特徴とする画像形成装置。