JPH0798538A - 現像剤残量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現像剤の所定の残量状態を、簡単で安価な装
置によって正確にかつ確実に検出できるようにする。 【構成】 水平軸線３８まわりの回動により収容されて
いる現像剤１２を攪拌ないしは搬送する回動部材２５を
有する現像剤容器２４内に、水平軸線３８まわりで単独
回動できて自重による下死点位置への下動習性を有しか
つ前記回動部材２５の一部に押動されて供回りされる可
動電極２８と、現像剤容器２４の底面に位置して所定の
下動範囲にある可動電極２８と接触する固定電極２７と
を設け、可動電極２８と固定電極２７との接触時間の違
いによって現像剤１２の所定の残量状態を検出する判別
手段２９を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は現像剤の残量検出装置に
関し、詳しくは、電子写真方式の画像形成装置における
現像装置に利用されてトナー等の現像剤の所定の残量状
態を検出する現像剤残量検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置は、複写
機、コンピュータ等の出力装置としてのプリンタ、ファ
クシミリと云った各種の記録装置として広く利用され、
感光体表面に形成される静電潜像を現像装置から供給す
るトナーにより現像して顕像とし、この顕像化されたト
ナー像を、記録シートに転写して画像を形成する。

【０００３】現像剤はトナーのみあるいはこれに流動剤
等を添加した一成分現像剤や、トナーとキャリアを混合
して用いる二成分現像剤に代表される。トナーは画像形
成によって消費されるので、現像器に備え付けのホッパ
ータイプのトナー容器、あるいは現像器に着脱できるよ
うに接続される交換可能なカートリッジタイプのトナー
容器に収容して、これらトナー容器から現像器にトナー
を補給することが行われている。

【０００４】また、これらトナー容器内のトナーが消費
されてしまうと、現像器にトナーが補給されなくなって
画像濃度の低下が始まり、終には画像形成不能となる。

【０００５】従来これを防ぐためにトナー容器内でのト
ナーの所定の残量状態を、発光素子および受光素子を用
いた光学センサや、トナー容器内のトナーを攪拌ないし
は搬送する回動部材の負荷トルクの変動によって検出
し、これが検出されたとき画像形成装置でトナーのエン
プティ表示を行い、ホッパータイプのトナー容器にトナ
ーを補給することや、カートリッジタイプのトナー容器
を新しいものと交換することを促すようにしている。

【０００６】一方、近時ではパーソナルコンピュータの
普及に伴い、これの出力装置としての簡易なプリンタが
要求され、低コスト化のために前記トナー残留検出装置
を持たないプリンタが提供されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記光学セ
ンサによるトナーの残量検出は、センサのトナー汚れ
や、トナー濃度の変動等によって誤検出が生じやすい。
また、負荷トルクの変動によるトナーの残量検出の場合
も、トナーにブロッキング現象が生じて残量が少ないに
もかかわらず、前記回動部材に強い抵抗を示して負荷ト
ルクを上昇させ、またはブリッジ現象によってトナーの
残量が十分であるのに負荷抵抗が無いか小さくなるよう
なことがあるので、これも誤検出を招きやすい。

【０００８】したがって、トナーの残量検出のために高
価につく割りには誤検出があって信頼性に乏しく問題で
ある。これに対処するにはさらに特別な機構や配慮が必
要になりさらなるコスト上昇の原因になるので、パーソ
ナルコンピュータの出力装置と云った低コストなプリン
タとしては実用的でない。

【０００９】これを、従来のようにトナー残量検出装置
を設けないことにより対応するのでは、トナーの残量が
無くなっているのに、それが分からず、画像濃度が異常
に低下してしまい、プリントが無駄になってしまった
り、二成分現像剤ではキャリアが感光体に付着してしま
うと云った不都合が生じる。

【００１０】そこで本発明はこのような問題を解消する
ことを課題とし、現像剤の所定の残量状態を確実に検出
することができて、しかも構造が簡単で安価な現像剤残
量検出装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の現像剤残量検出
装置は、上記のような目的を達成するために、水平軸線
まわりの回動により収容されている現像剤を攪拌ないし
は搬送する回動部材を有する現像剤容器内に、水平軸線
まわりに単独回動できて自重による下死点位置への下動
習性を有しかつ前記回動部材の一部に押動されて供回り
される可動電極と、現像剤容器の底面に位置して所定の
下動範囲にある可動電極と接触する固定電極とを設け、
可動電極と固定電極との接触時間の違いによって現像剤
の所定の残量状態を検出する判別手段を備えたことを特
徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の現像剤残量検出装置の上記のような構
成では、回動部材は現像剤容器内の現像剤の状態や残量
の如何にかかわらず、所定の速度で水平軸線まわりに強
制回動されて、現像剤容器内の現像剤を攪拌ないしは搬
送する。一方、可動電極は、水平軸線まわりに単独回動
でき自重による下死点位置への下動習性を有している
が、現像剤容器内の現像剤と干渉する間、これに邪魔さ
れて自重では下死点位置へ向け下動できない。しかし可
動電極は回動部材の回動により押動されると現像剤との
干渉があってもこれに打ち勝って供回りさせられる。

【００１３】このため可動電極は、回動部材の一回転に
伴って現像剤の有無にかかわらず下死点位置から上死点
位置までは確実に供回りさせられ、上死点を過ぎたとき
自重により回動部材の回動速度を上回って下死点側に下
動しようとする。

【００１４】このとき、現像剤が固定電極が露出するま
でに減量していない間、可動電極は固定電極との接触位
置に到達する途中で現像剤と干渉してこの干渉位置に停
止され、回動部材の追いつきにて再度これに押動されて
下死点側に供回りさせられることにより現像剤の状態等
にかかわりなく固定電極との接触位置に確実に達し回動
部材の回動速度にて通過していくことになり、可動電極
は回動部材の一回転周期で、回動部材の回動速度に見合
った一定の時間の間だけ固定電極と接触する。

【００１５】しかもこの接触は、可動電極および固定電
極に現像剤が付着しているにしても、これを双方の相対
移動により強制的に拭いながら確実に達成することがで
きる。

【００１６】次に、固定電極が露出するまでに現像剤が
減量していると、可動電極は上死点を過ぎて自重により
回動部材の回動速度を上回って下死点側に下動する際、
現像剤との干渉なしに固定電極との接触位置にまで即座
に達し、回動部材の到達よりも早期に固定電極と接触し
て待機する状態となり、回動部材が到達により押動され
て供回りし固定電極を回動部材の所定の回動速度にて通
過するまで固定電極との接触を保つので、前記現像剤が
固定電極が露出するまでに減量していないときの場合よ
りも接触時間が格段に長い。

【００１７】そして、可動電極の固定電極との接触時間
が、固定電極が露出するような現像剤の残量状態に達し
たときに相当するかどうかを、判別手段にて判別するこ
とにより、現像剤の所定の残量状態を正確かつ確実に検
出することができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例としての現像剤残量検
出装置が採用された画像形成装置について、図１〜図７
を参照しながら説明する。

【００１９】本実施例の画像形成装置は、パーソナルコ
ンピュータの出力装置としての電子写真方式を採用した
簡易プリンタの場合を示し、電気的な画像信号を光信号
に変換して図７に示す感光性ドラム１に画像露光を行う
デバイスとして、半導体レーザやＬＥＤアレイを用いた
露光ヘッド８を有している。

【００２０】図７は本実施例の画像形成装置の作像部の
概略構成を示しており、感光性ドラム１は、有機光導電
性材料の層で表面がコーティングされた金属製シリンダ
にて構成され、図示しないモータにより矢印Ａで示す方
向に回転駆動されるようになっている。

【００２１】感光性ドラム１のまりには矢印Ａで示す回
転方向に沿って、感光性ドラム１の表面に摺接して残留
トナーを除去するクリーニングブレード４と、感光性ド
ラム１の表面の残留電荷を除去するイレーサランプ５と
が前後に位置するクリーニング部２、感光性ドラム１の
表面に画像露光のために一様に所定の電位に帯電するコ
ロナ帯電器６、感光性ドラム１の表面に画像露光を行う
前記露光ヘッド８、感光性ドラム１の表面の画像露光に
より形成される静電潜像をトナー現像する現像部１１、
感光性ドラム１の表面にトナー現像により形成されたト
ナー像を感光性ドラム１と対向した転写チャージャ１８
によって、これらの対向部に搬送されてくる記録シート
１７上に転写する転写部１６が順次配設されている。

【００２２】本実施例の画像形成装置は特に、簡易プリ
ンタであることに対応して、感光性ドラム１と、これの
まわりのクリーニング部２、コロナ帯電器６、現像部１
１を備えた作像カートリッジＢを形成し、この作像カー
トリッジＢを他のものを備えた画像形成装置本体Ｃに対
し着脱できるようにしてある。これによって、作像カー
トリッジＢはこれを新規なものと交換することにより画
像形成装置Ｃでのメンテナンスを簡略化することができ
る。この場合、作像カートリッジＢは使い捨てのものと
することができるし、回収した作像カートリッジＢをメ
ーカー側で補修してリサイクルを図ることもできる。

【００２３】画像形成の主な動作につき説明すると、感
光性ドラム１は径が小さく、印字中は回転し続け、１ペ
ージ分印字する間に数回回転する。感光性ドラム１の印
字を行う部分は画像露光に先立ってクリーニング部２で
物理的、電気的に清浄化することにより、感光性ドラム
１の表面３に静電潜像を保持するための前処理が施され
る。

【００２４】物理的清浄化は、ゴム製のクリーニングブ
レード４により、前回の画像形成サイクルで感光性ドラ
ム１の表面３に残留した残留トナーをこすり落とすこと
により行われ、このこすり落とされたトナーは、例えば
作像カートリッジＢ内の廃トナー収納部３０に収容され
る。廃トナー収納部３０は作像カートリッジＢに着脱さ
れる交換可能な廃トナーボトル等とすることもできる。

【００２５】静電的清浄化は、イレーサランプ５で感光
性ドラム１の表面３に光を照射し、感光性ドラム１の表
面３の層に前回の画像形成サイクルで残留した電荷を中
性化することにより行われる。

【００２６】次に、清浄化された感光性ドラム１の表面
３は、感光性ドラム１が回転してコロナ帯電器６によっ
て生じるイオン化領域を通過することによって負の電荷
が、コロナ帯電器６から感光性ドラム１の表面３に移動
し、例えば６００ボルト程度の負の電荷によって均一に
帯電される。

【００２７】この負の電荷によって均一に帯電された感
光性ドラム１の表面３に、露光ヘッド８から、例えば画
像に応じた位置のＬＥＤ素子を発光させかつ焦点を合わ
せたＬＥＤ光７を照射することにより、感光性ドラム１
の照射された領域の表面電位を放電させ、静電潜像が形
成される。

【００２８】感光性ドラム１へのＬＥＤ光７の照射後、
感光性ドラム１の表面３には不可視の静電潜像が形成さ
れる。つまり、ＬＥＤ光７で露光された部分は放電によ
って約１００ボルトの負電位になっており、ＬＥＤ光７
の照射により露光されなかった感光性ドラム１の表面３
の部分には、６００ボルトの負電位が存在している。

【００２９】図７の現像部１１では、感光性ドラム１の
表面３に形成された静電潜像に、現像剤であるトナー１
２を付着させる。このトナー１２は、例えば鉄の粒子と
結合した黒い合成樹脂からなる粉末状の物質で、このト
ナー１２を構成する鉄の粒子および合成樹脂が、永久磁
石を有する金属製の回転シリンダである現像ローラ１３
によって吸引されこれの表面に保持される。そして、ト
ナー１２を構成する合成樹脂は、図示しない負の直流電
源に接続された現像ローラ１３にこすり付けられること
によって、負の表面電荷を得る。

【００３０】この動作を詳述すると、トナー１２は、現
像部１１に着脱自在に接続された図１に示すようなカー
トリッジタイプのトナー容器２４から現像部１１の現像
バケット４１内に補給される。トナー容器２４は前記作
像カートリッジＢの一部として設けてもよく、この場
合、現像部１１の一部に一体形成することもできる。現
像部１１の現像バケット４１内に補給されたトナー１２
は、トナー搬送部材１４によってブロッキング現象やブ
リッジ現象等を防止され、かつ補給ローラ１５上に搬送
される。

【００３１】ステンレス鋼等の金属を材料としてその外
周面上にウレタン等の導電性部材が層状に形成された補
給ローラ１５は、矢印方向に回転されてトナー搬送部材
１４により搬送されてきたトナー１２を現像ローラ１３
の表面に補給する。

【００３２】現像ローラ１３は、具体例としてはスレン
レス鋼等の金属材料を素材とし、外周面上にシリコンあ
るいはウレタン等の導電性部材が層状に形成され、矢印
の方向に回転できるように支持されている。そして、シ
リコンまたはウレタン等の導電性部材からなるトナー規
制ブレード３５により現像ローラ１３の表面に担持して
いるトナーを押圧してこれを薄層状態にするとともに荷
電する。

【００３３】現像ローラ１３の表面上のトナー１２が得
た静電荷は、トナー１２がＬＥＤ光７によって露光され
た感光性ドラム１の表面３には付着するが、露光されな
かった領域からは反発するような静電荷である。これに
より、現像ローラ１３が表面に担持したトナー１２を搬
送して感光性ドラム１の表面に対向させると、感光性ド
ラム１の表面に形成されている静電潜像の画像部分にの
みトナー１２が付着し、静電潜像をトナーにより顕像化
するトナー現像が行われる。

【００３４】転写部１６では、感光性ドラム１の表面３
に形成されたトナー像が記録シート１７に転写される。
この転写されるとき、記録シート１７は感光性ドラム１
の表面３の速度と同じ速度で進行しながら感光性ドラム
１の表面３に接触する。コロナアセンブリである転写チ
ャージャ１８は、記録シート１７の感光性ドラム１側と
は反対から正の電荷を与え、感光性ドラム１の表面３か
ら負に帯電しているトナー１２を引き離し、記録シート
１７の側に付着させる。

【００３５】転写チャージャ１８の直ぐ下流には静電荷
除去器１９が設けられていて、負の電荷を有する感光性
ドラム１の表面３と、正の電荷を有する記録シート１７
との吸引力を弱めて、記録シート１７が感光性ドラム１
に静電的に巻きつくのを防止する。トナー１２が転写さ
れた記録シート１７は転写部１６から定着部２０に搬送
ベルト３６により搬送され、感光性ドラム１は回転して
クリーニング部２により、次の静電潜像を保持するため
の前処理が施される。

【００３６】定着部２０では、熱と圧力とによってトナ
ー１２が融解して記録シート１７に押しつけられ、記録
シート１７上にトナー像が定着される。この定着部２０
は、高輝度ランプ２１によって内部加熱される非粘着性
の加熱ローラ２２と、この加熱ローラ２２により押圧す
ると僅かに縮み、加熱ローラ２２との接触面積が広くな
るような軟らかい部材で構成された加圧ローラ２３とか
らなり、加熱ローラ２２と加圧ローラ２３との間を記録
シート１７が通過するとき、記録シート１７に付着した
トナー１２が融解して記録シート１７の繊維に押し込ま
れる。

【００３７】ところで、トナー容器２４内のトナー１２
が無くなり、現像部１１にトナー１２を補給できなくな
ると、感光性ドラム１の表面に形成される静電潜像を現
像することはできず、画像形成が不能となる。

【００３８】トナー１２の不足は記録シート１７上に形
成される画像の濃度に影響する。したがって、画像濃度
を観察するとトナー１２が不足していく状態を判断する
ことはできる。しかし、画像濃度からトナー１２の不足
を的確に知るのは常に相当な注意を傾けて使用しなけら
ればならないので面倒である。また時には忘れたり、画
像濃度が低下しているのを見逃してしまって、トナー１
２がなく正常な画像形成ができないのに、画像形成をし
てこれが無駄になったり、トラブルを起こしたりするこ
とがある。

【００３９】そこで本実施例では、トナー容器２４にて
トナー１２の補給やこれの交換が必要となる所定の残量
状態となったときを自動的に検出し、これを表示するよ
うにしてある。具体的には、トナー容器２４は図１に示
すように、水平な駆動軸３８の両端部に両脚部が取付け
られて、この駆動軸３８を中心としてこれとの一体な回
動により、トナー容器２４に収容されているトナー１２
を強制的に攪拌、搬送して底部の補給口２６から送り出
す回動部材としてのアディテータ２５を有し、トナー容
器２４内に収容しているトナー１２の全量を現像部１１
に補給できるようにしている。

【００４０】そしてトナー容器２４内にはさらに、前記
駆動軸３８を共用してこれの中央部に両脚部を枢支され
て単独回動でき自重による下死点位置への下動習性を有
する可動電極２８を設けてある。アディテータ２５はト
ナー容器２４のほぼ全長に亘る長さを有しているのに対
し、可動電極２８はそれのほぼ１／４程度の長さを持つ
とともに、アディテータ２５よりも大きなスイング径を
持ちトナー容器２４の底部内面に極く近い位置を回動さ
れるようにしている。このスイング径の違いによって、
可動電極２８は両脚部にアディテータ２５の押動を受け
てこれに供回りさせられるようにもなっている。

【００４１】トナー容器２４の底面には、所定の下動範
囲にある可動電極２８と接触する固定電極２７を、前記
補給口２６の両側に設け、可動電極２８と固定電極２７
との接触時間の違いによってトナー１２の所定の残量を
検出する信号判別手段２９を設けてある。

【００４２】信号判別手段２９は、可動電極２８と固定
電極２７との接触、非接触の電気的信号を受けるのに、
図１に示すように前記２つの固定電極２９からのリード
線３１、３２の双方を接続し、２つの固定電極２７が可
動電極２８の接触により電気的な導通状態にされるかど
うかによって、前記接触、非接触を判別し、導通時間に
よって接触時間を判別する。

【００４３】なお固定電極２７を２つ設けないで、１つ
の固定電極２７と１つの可動電極２８との間で前記接
触、非接触を検出することもできるが、この場合は可動
電極２８とのブラシ等を介した接続が必要となる。

【００４４】トナー容器２４でのトナー１２の残量検出
動作につき説明すると、アディテータ２５はトナー容器
２４内のトナー１２の状態や残量の如何にかかわらず、
図２、図３に示すように所定の速度で駆動軸３８まわり
に強制回動されて、トナー容器２４内のトナー１２を攪
拌しないしは搬送する。一方、可動電極２８は、駆動軸
３８まわりに単独回動でき自重による下死点位置への下
動習性を有しているが、トナー容器２４内のトナー１２
と図２、図３、図４に示すように干渉する間はこれに邪
魔されて、自重ではトナー１２との干渉位置から下死点
位置へ向け下動できない。しかし可動電極２８はアディ
テータ２５が回動するときに押動されるとトナー１２と
の干渉が図２〜図４のようにあっても強制的に供回りさ
せられる。

【００４５】このため可動電極２８は、アディテータ２
５の一回転に伴ってトナー１２の有無にかかわらず下死
点位置から上死点位置までは確実に供回りさせられ、上
死点を過ぎたとき自重によりアディテータ２５の回動速
度を上回って下死点側に下動しようとする。

【００４６】このとき、トナー１２が固定電極２７が露
出するまで減量していない間、可動電極２８は固定電極
との接触位置に到達する途中で図４に示すようにトナー
１２と干渉してこの干渉位置に停止され、アディテータ
２５の追いつきにて再度これに押動されてトナー１２の
ブリッジ現象等の状態の如何にかかわりなく下死点側に
強制的に供回りさせられることにより固定電極２７との
接触位置に達しアディテータ２５の回動速度にて通過し
ていくことになり、可動電極２８はアディテータ２５の
図６に時間Ｔで示す一回転周期で、アディテータ２５の
回動速度に見合った図６（ａ）に示す一定の時間ｔ１の
間だけ固定電極２７と接触する。しかもこの接触は、固
定電極２７および可動電極２８の双方にトナー１２が付
着していても、これを双方の相対移動により強制的に拭
いながら確実に行われる。

【００４７】また、固定電極２７が図５に示すように露
出するまでにトナー１２が減量していると、可動電極２
８は上死点を過ぎて自重によりアディテータ２５の回動
速度を上回って下死点側に下動する際、トナー１２との
干渉なしに固定電極２７との接触位置にまで即座に達
し、アディテータ２５の到達よりも早期に固定電極２７
と接触し、アディテータ２５が所定の回動速度にて到達
してこれに押動されて供回りし固定電極２７を通過する
まで固定電極２７との接触を保つので、このときの固定
電極２７との接触時間は、前記トナー１２が固定電極２
７が露出するまでに減量していないときの前記ｔ１より
も図６（ｂ）にｔ２で示すように格段に長い。

【００４８】そして、可動電極２８の固定電極２７との
接触時間が、固定電極２７が露出するまでのトナー１２
の残量状態に達したときに相当するかどうかを、信号判
別手段２９にて判別することにより、トナー１２による
汚れあるいは、トナー１２のブリッジ現象等による影響
のない接触、非接触状態をもとに、正確かつ確実に、し
かもトナー容器２４内に必須のアディテータ２５の動き
を利用して可動電極２８を固定電極２７に離接させ通過
させるだけの簡単な構造にて検出することができ、コス
トも低減する。

【００４９】信号判別手段２９は、例えば、プリンタの
動作制御用マイクロコンピュータの制御機能の１つに置
き換えることができ、トナー１２が所定の残量状態を検
出したとき、トナー１２の補給ないしはトナー容器２４
の交換を促すために所定残量状態信号を発し、画像形成
装置Ｃでこれの表示を行う。

【００５０】

【発明の効果】本発明の現像剤残量検出装置によれば、
現像剤容器内に設けた可動電極の、残留する現像剤との
干渉による自重での下動限界と、現像剤容器内の現像剤
を攪拌ないし搬送する回動部材による前記下動限界を越
えた強制回動とにより、現像剤が所定の残留状態かどう
かに対応した固定電極との接触時間の明瞭な違いを、現
像剤の状態や現像剤による汚れには関係なく得、接触時
間が現像剤の所定の残量状態に達したときに相当するか
どうかを判別することにより所定の残量状態を検出する
ので、正確かつ確実に検出することができるし、現像剤
容器内に必須の回動部材の動きを利用して可動電極を固
定電極に離接させ通過させるだけで検出でき、構造が簡
単で安価のものとなり、パーソナルコンピュータの出力
装置に適した簡易プリンタ等に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのトナー残量検出機構
を備えたトナー容器を示す斜視図である。

【図２】図１のトナー残量検出機構の動作状態を示す説
明図である。

【図３】図１のトナー残量検出機構の動作状態を示す説
明図である。

【図４】図１のトナー残量検出機構の動作状態を示す説
明図である。

【図５】図１のトナー残量検出機構の動作状態を示す説
明図である。

【図６】図１のトナー残量検出機構から出力される電気
信号の出力線図である。

【図７】図１のトナー残量検出機構を備える画像形成装
置の一例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１２ 現像剤 ２４ 現像剤容器 ２５ 回動部材 ２７ 固定電極 ２８ 可動電極 ２９ 判別手段 ３８ 水平軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平軸線まわりの回動により収容されて
   いる現像剤を攪拌ないしは搬送する回動部材を有する現
   像剤容器内に、水平軸線まわりに単独回動できて自重に
   よる下死点位置への下動習性を有しかつ前記回動部材の
   一部に押動されて供回りされる可動電極と、現像剤容器
   の底面に位置して所定の下動範囲にある可動電極と接触
   する固定電極とを設け、可動電極と固定電極との接触時
   間の違いによって現像剤の所定の残量状態を検出する判
   別手段を備えたことを特徴とする現像剤残量検出装置。