(57)【要約】【課題】画像形成装置において現像剤であるトナーの残量を検知する際、コストが低廉なアンテナ式のセンサを用いながら、より正確にトナーなしを検知することができるようにする。【解決手段】電源投入後や、感光ドラム８、攪拌部材２２を内部に設けた現像容器２１、及び現像スリーブ２４を有したプロセスカートリッジ１８若しくは現像装置の交換の際の画像形成装置本体１の開閉部を閉じた直後に、現像剤容器２１内の攪拌部材２２を規定時間動作させる。また、事前に行った現像剤の有無の検知内容に基づいて上記規定時間を可変させ、その後アンテナを用いた所定の現像剤残量検知手段により現像剤残量を検知する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像が形成される像担持体と、該像担持体上の潜像を現像剤により可視像にする現像部と、前記現像剤を収納する現像剤容器と、該現像剤容器内に設けられた攪拌機構と、前記現像剤の残量を検出する現像剤残量検知手段とを有し、
所定のタイミングで前記攪拌機構を規定時間動作させるとともに、前記現像剤残量検知手段の検知結果に基づいて前記攪拌機構を動作させる規定時間を可変する規定時間設定手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像担持体と、前記現像剤を担持し前記像担持体の方へ搬送する現像剤担持体を備えた前記現像部と、現像剤容器に収納された前記現像剤を現像部へ送り込む機能を少なくとも有した攪拌機構とを少なくとも有したプロセスカートリッジを備え、
電源投入後あるいは前記プロセスカートリッジの交換を行う際に開閉される開閉部が閉じられることを前記所定のタイミングとし、前記現像剤容器内の撹拌機構の動作終了後に前記現像剤残量検知手段によって前記現像剤の残量を検知するように制御する現像剤残量検知制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像部は、現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して配置されたアンテナとの間の静電容量の変化により現像剤の残量を検出する現像剤残量検知手段が設けられ、前記規定時間設定手段は、電源投入あるいは前記開閉部が閉じられる前に行われていた現像剤の有無の検知内容に基づいて前記規定時間を可変することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記規定時間設定手段は、現像剤がありのときに規定する規定時間より現像剤がなしのときに規定する規定時間を長くすることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
潜像が形成される像担持体と、現像剤を担持し像担持体の方へ搬送する現像剤担持体を備えることによって前記像担持体上の潜像を可視像にする現像部と、現像剤を現像部へ送り込む現像剤容器と、攪拌機構とを少なくとも有したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の現像剤検知方法であって、
電源投入後あるいは前記プロセスカートリッジの交換を行う際に開閉される開閉部が閉じられた直後に前記現像剤容器内の撹拌機構を規定時間動作させ、その後に前記現像剤の残量を検知するとともに、その現像剤の残量の検知結果により前記撹拌機構を動作させる規定時間を可変するようにしたことを特徴とする画像形成装置の現像剤検知方法。
【請求項６】
現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して配置されたアンテナとの間の静電容量の変化により現像剤の残量を検知し、電源投入あるいは前記開閉部が閉じられる前に行われていた現像剤の有無の検知内容に基づいて前記撹拌機構を動作させる規定時間を可変するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置の現像剤検知方法。
【請求項７】
現像剤がありのときに規定する規定時間より現像剤がなしのときに規定する規定時間を長くするようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置の現像剤検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式あるいは静電記録式などにより潜像を形成し、現像剤を用いて可視像となす画像形成装置、特に少なくとも現像剤担持体（現像スリーブ）及び現像剤容器を有するプロセスカートリッジを備えた例えば電子写真プロセスを用いるレーザビームプリンタなどの画像形成装置及びその現像剤検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（従来例１）
レーザビームプリンタなどの画像形成装置において、いわゆるアンテナ方式の現像剤残量検知手段を備えたものが知られている。このアンテナ方式の現像剤残量検知手段は、例えば特開平５−６０９２号公報に示されているように、現像剤担持体と対抗して配置された現像剤残量検知手段のアンテナを有している。そして、電源投入後あるいはプロセスカートリッジを交換する際に開閉される開閉部が閉じられた直後に現像剤容器内の攪拌板を規定時間動作させ、その後に現像剤の残量を検知している。このときの攪拌板を動作させる規定時間は常に一定であり、状況に応じて可変することはない。
【０００３】
（従来例２）
また、特開平１１−３１１８９７号公報においては、光電センサを用いた画像形成装置の現像剤検知装置において、トナー欠の検出後にカバーが開閉されたときに攪拌体を回転させる時間を通常より長くする構成が提案されている。
【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１では、特に上述のプロセスカートリッジの現像剤容器内に現像剤を補給することによって該プロセスカートリッジの長寿命化を図る構成をとる、いわゆる簡易型補給系の画像形成装置にあてはめようとすると、次のような問題点があった。
【０００５】
例えば、トナーなしの検知後にトナーの補給を行わずにカートリッジを振って再度画像形成装置本体に装着した場合、スリーブ−アンテナ間のトナーが崩れるため、トナーが補給されたものと誤検知することがあった。
【０００６】
一方、アンテナ形式のトナー検知制御は、トナーなしを検出しながらプリント枚数をカウントし、一定枚数になるとトナーなしでプリントをストップすることで、トナーがない状態で現像スリーブを回転させることによるドクターブレードの損傷を防止する構成としている。したがって、上記のようにトナー補給を行わないままカートリッジを振るような扱いを行っていると、ドクターブレードの損傷を招くことが懸念された。
【０００７】
また、このような状況を避けるために、常に攪拌板を長時間回転させてトナーを慣れさせた後に現像剤の検知を行う手法では、攪拌版の回転が終了するまでの間ユーザが常に待たされることや、攪拌板を回転させるためにエネルギーを多く消費するといった問題点があった。
【０００８】
また、従来例２に示されている提案では、光電センサを用いて攪拌体が回転している間常にトナーの検知を行うため、検知時に現像ＡＣを印加するなど高圧を駆動する必要があるアンテナ形式に当てはめようとすると、感光体ドラムの寿命を縮めるといった問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、トナーなしを検知した後の攪拌部材の回転時間を通常より長くすることにより、コストが低廉なアンテナ式のセンサを用いながら、より正確にトナーなしを検知することができるとともに、現像器を傷めることなく、感光ドラムの寿命を延ばすことも可能な画像形成装置及びその現像剤検知方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像形成装置は及びその現像剤検知方法は、次のように構成したものである。
【００１１】
（１）潜像が形成される像担持体と、該像担持体上の潜像を現像剤により可視像にする現像部と、前記現像剤を収納する現像剤容器と、該現像剤容器内に設けられた攪拌機構と、前記現像剤の残量を検出する現像剤残量検知手段とを有し、所定のタイミングで前記攪拌機構を規定時間動作させるとともに、前記現像剤残量検知手段の検知結果に基づいて前記攪拌機構を動作させる規定時間を可変する規定時間設定手段を備えた。
【００１２】
（２）上記（１）において、前記像担持体と、前記現像剤を担持し前記像担持体の方へ搬送する現像剤担持体を備えた前記現像部と、現像剤容器に収納された前記現像剤を現像部へ送り込む機能を少なくとも有した攪拌機構とを少なくとも有したプロセスカートリッジを備え、
電源投入後あるいは前記プロセスカートリッジの交換を行う際に開閉される開閉部が閉じられることを前記所定のタイミングとし、前記現像剤容器内の撹拌機構の動作終了後に前記現像剤残量検知手段によって前記現像剤の残量を検知するように制御する現像剤残量検知制御手段を備えた。
【００１３】
（３）上記（１）または（２）において、前記現像部は、現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して配置されたアンテナとの間の静電容量の変化により現像剤の残量を検出する現像剤残量検知手段が設けられ、前記規定時間設定手段は、電源投入あるいは前記開閉部が閉じられる前に行われていた現像剤の有無の検知内容に基づいて前記規定時間を可変するようにした。
【００１４】
（４）上記（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記規定時間設定手段は、現像剤がありのときに規定する規定時間より現像剤がなしのときに規定する規定時間を長くするようにした。
【００１５】
（５）潜像が形成される像担持体と、現像剤を担持し像担持体の方へ搬送する現像剤担持体を備えることによって前記像担持体上の潜像を可視像にする現像部と、現像剤を現像部へ送り込む現像剤容器と、攪拌機構とを少なくとも有したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の現像剤検知方法であって、
電源投入後あるいは前記プロセスカートリッジの交換を行う際に開閉される開閉部が閉じられた直後に前記現像剤容器内の撹拌機構を規定時間動作させ、その後に前記現像剤の残量を検知するとともに、その現像剤の残量の検知結果により前記撹拌機構を動作させる規定時間を可変するようにした。
【００１６】
（６）上記（５）において、現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して配置されたアンテナとの間の静電容量の変化により現像剤の残量を検知し、電源投入あるいは前記開閉部が閉じられる前に行われていた現像剤の有無の検知内容に基づいて前記撹拌機構を動作させる規定時間を可変するようにした。
【００１７】
（７）上記（５）または（６）において、現像剤がありのときに規定する規定時間より現像剤がなしのときに規定する規定時間を長くするようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に則して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施例の画像形成装置の構成を示す断面図であり、ここでは電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタの概略構成を示している。
【００２０】
同図において、１は画像形成装置本体で、本実施例ではこの装置本体１は、固定側１Ａと、この固定側１Ａと協同して転写材Ｐの搬送路を形成し必要に応じて転写材搬送路を分割する態様にて固定側１Ａに対して開閉する開閉側１Ｂとから構成され、開閉側１Ｂはヒンジ軸２を中心に開閉自在に支持されている。転写材Ｐはカセット３に収納されており、給紙ローラ４が回転することにより１枚ずつ分離される。
【００２１】
上記１枚ずつ分離された転写材Ｐは、ガイド板６によってレジストローラ対７に送られ、電子写真プロセスの像担持体である感光ドラム８に形成された画像と同期が取られ、転写部へ送られる。転写部には感光ドラム８と圧接する転写ローラ９が設けられており、感光ドラム８上のトナー像が転写材Ｐに転写され、この転写材Ｐはガイド１３により定着器１０へ送られる。
【００２２】
定着器１０は、ヒータを内蔵したヒータローラ１１と加圧ローラ１２とから構成され、転写材Ｐ上のトナー像はこの定着器１０により定着される。その後、転写材Ｐは排紙口よりトレイ１６上に積載される。
【００２３】
一方、本実施例の画像形成部は、ＯＰＣ（有機光導電体）を使用した感光ドラム８及び他の周知の画像形成プロセス機器を一つの支持枠に収納し、装置本体１の固定側１Ａに対して着脱自在に装着されたプロセスカートリッジ１８を備え、また、感光ドラム８にレーザ光を照射するレーザ光学系１９が固定側１Ａに設けられている。
【００２４】
図２は上記プロセスカートリッジ１８の構成を拡大して示す断面図である。また、図３はその現像部の詳細を示す拡大断面図である。
【００２５】
プロセスカートリッジ１８は、固定側１Ａの装置本体Ｄに着脱自在に支持されており、大きく分けて、感光ドラム８、現像剤ｔを収容する現像剤容器２１、現像を行う現像部２３、感光ドラム８の表面に残った余分な現像剤ｔを回収するクリーニング部１０２から構成されている。そして、これらの画像形成プロセス機器は支持枠１０３に支持され、ユニットとして一体化されている。
【００２６】
上記プロセスカートリッジ１８にて、感光ドラム８は図の矢印方向に回転し、帯電ローラ２０によって一様に帯電され、次いで装置本体Ｄに取り付けられた図１のレーザ光学系１９より画像信号に従って発せられたレーザビームＬが照射され、これにより感光ドラム８上に静電潜像が形成される。一方、現像剤ｔは現像剤容器２１から攪拌部材２２によって汲み上げられ、容器２１と現像部２３間の隔壁１０８に設けられた開口１０４から現像部２３内へ送り込まれる。
【００２７】
現像部２３には、現像剤担持体として内部に磁石ローラを備えた現像スリーブ２４が配置され、該現像スリーブ２４は、コーティング部１０５においてドクターブレード１０６により現像剤ｔが表面に薄く均一にコーティングされる。そして上記感光ドラム８上の潜像は、現像スリーブ２４の現像剤ｔにより可視像つまりトナー像となる。このトナー像は、上述の転写部で転写材Ｐに転写される。
【００２８】
一方、転写後に感光ドラム８の表面上に残った現像剤ｔは、クリーニングブレード１０７によって掻き落とされ、クリーニング容器１０２内に蓄えられる。
【００２９】
次に、本実施例で構成されている現像剤残量検知手段について図４により詳細に説明する。図４はその現像剤ｔの残量を検知する検知部材の形状を示す斜視図である。
【００３０】
本実施例の現像剤残量検知手段は、現像スリーブ２４と、この現像スリーブ２４と対向して配置されたアンテナ、つまり検知部材４０との間の静電容量を検出することで現像剤ｔの残量を検知するものである。その際、上記の静電容量は、現像スリーブ２４と検知部材４０との間に存在する物質の比誘電率に比例する。この比誘電率は、空気は１、現像剤ｔは１以上である。したがって、現像スリーブ２４と検出部材４０間に存在する現像剤ｔの量により、該静電容量は変化する。
【００３１】
図５は検知部材４０の出力を示す図であり、上記の静電容量の変化を出力電圧の変化としてプロットしたものを示している。
【００３２】
次に、現像部２３内の現像剤ｔの残量の検知方法の一例を図６を用いて説明する。図６は本実施例の検知回路の構成を示すブロック図である。
【００３３】
現像スリーブ２４には、カブリなく且つ高濃度で潜像を現像できるように、電源Ｖから交流電圧、あるいは直流電圧を交流電圧に重畳した電圧がバイアス電圧として印加されている。また、リファレンスコンデンサｒにも電源Ｖから上記の電圧が印加されている。
【００３４】
本実施例の検知回路には、図示のように２系統の検出回路ａ、ｂが形成されており、検出回路ａは現像スリーブ２４と検知部材４０間の静電容量を検出し、検出回路ｂはリファレンスコンデンサｒの基準静電容量を検出している。そして、両検出回路ａ、ｂからの電圧変換された出力電圧の電位差をコンパレータＣにて比較することにより、現像剤の有無を検知することができる。
【００３５】
ここで、現像剤ｔの有無の検知時期の設定方法としては、図５に示すように、検知目標となる現像剤量Ｘを決め、この現像剤量Ｘのときの静電容量と同じになるようにリファレンスコンデンサｒを設定する。そして、上述のように両検出回路ａ、ｂの電位差を比較することで、検知目標の現像剤量を検知できる。
【００３６】
上記コンパレータＣの出力はＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１１０に伝達され、ＣＰＵ１１０は現像剤量が検知目標値以下になったときにＬＥＤ等の表示部材ｄを作動させる。なお、図５の回路においては、ＡＣバイアスの変動や電源電圧の変動を除去できるので、精度良く検知することができる。
【００３７】
次に、現像剤残量検知手段の構成について説明する。図７に本実施例の現像部２３の詳細を拡大して示す。また、図８及び図９に現像部２３の他の構成例を示す。
【００３８】
プロセスカートリッジ１８の現像装置を構成する部位には、上述したように、現像部２３と現像剤容器２１が隔壁１０８を介して連設配置されている。現像剤容器２１内の現像剤ｔは、所定の速度で回転駆動する攪拌機構としての攪拌部材２２により回転搬送される。この現像剤ｔの一部は、攪拌部材２２の先端に設けた攪拌シート部材１０９により、開口１０４を通して現像部２３内に間欠的に送り込まれて補給される。
【００３９】
本実施例では、上述の検知部材４０は開口１０４の上端部より上方に配置され、隔壁１０８に熱カシメによって固定されている。したがって、該検知部材４０と現像スリーブ２４間の距離を一定に保つことができるので、精度良く検知することができる。
【００４０】
また、図７に示すように、現像部２３内の現像剤ｔは、境界ａから境界ｄのように消費されていく。したがって、現像剤量の減少の変化率が比較的大きいｂ〜ｃ領域に検知部材４０を配置しているので、出力電圧の勾配を大きくとることができる。これにより、検知目標となる設定出力電圧の規格のマージンを大きくできるので、検知回路の歩留りを上げることができる。
【００４１】
ここで、例えば、境界線ｂまでトナーを消費してトナーなしを検知した場合、プロセスカートリッジ１８に振動を与えるとトナーｔが崩れてアンテナ４０の間にもぐり込み、この状態で前述の手法で現像剤ｔを検知すると、トナーありと誤検知することがありうる。
【００４２】
なお、本実施例のドクターブレード１０６は非磁性体であるゴム等で構成されており、現像スリーブ２４に弾性的に当接されているが、図８に示すように、磁性体である鉄等を用いることも可能である。また、本実施例の検知部材４０は非磁性体の金属を用いているが、磁性体の金属を用いても良い。更に、本実施例の検知部材４０の形状は図４に示すように長板形状であるが、図９に示すように、断面円形状の丸いロッド材を用いても良い。
【００４３】
本実施例によれば、電源投入時及びプロセスカートリッジ１８の交換の際に開閉部が閉じられたときなど、プロセスカートリッジ１８の前状態が不明な状態においては必ずプロセスカートリッジ１８内の現像剤の残量が検知される。この現像剤残量検知を始め、攪拌部材２２を動作させる規定時間を可変する規定時間設定制御や、画像形成装置本体１の内部状態の検知及び記録動作の制御は、ＣＰＵ１１０で行われる。
【００４４】
次に、図１０のフローチャートを用いて、電源投入時及び開閉部が閉じられたときのプロセスカートリッジ１８内の現像剤残量検知手段の動作（現像剤検知方法）について説明する。このフローチャートに示す制御処理は、上記のＣＰＵ１１０によりあらかじめ記憶されたプログラムに従って実行されるものである。
【００４５】
電源投入時及び開閉部が閉じられたときは、プロセスカートリッジ１８が交換もしくはトナーが補給された可能性があり、プロセスカートリッジ１８内のトナー残量を検知する必要がある（ステップＳ１）。
【００４６】
先ず、ステップＳ２にて、電源投入時及び開閉部が閉じられたときにプロセスカートリッジ１８が装置本体１内に存在するか否かの検知を行う。この検知機構はスイッチあるいは光センサ等により検知で、その検知信号はＣＰＵ１１０へ入力される。その結果、プロセスカートリッジ１８がない場合は、ステップＳ３においてカートリッジ１８なしと判断する。
【００４７】
ステップＳ２においてカートリッジありと判断した後、ステップＳ４において本画像形成装置がステップＳ１に至る前のプリント動作中などにトナーなしを検知したかしなかったかで場合分けを行う。これは、あらかじめＣＰＵ１１０に記憶されたデータに基づいて行うものであり、トナーなしでなかった場合（トナーありであった場合）は、攪拌棒を通常の回転数である規定時間１の期間回転させる（ステップＳ５）。また、ステップＳ４において直前にトナーありであると判断された場合は、攪拌棒を通常の回転数より長い規定時間２の期間回転させる。
【００４８】
ここで、上記の規定時間１としては、少なくとも攪拌板２２が一回転を行い現像部２３に十分な現像剤ｔが補給されるのに十分な時間を設定する。これによって、現像剤ｔが存在する場合には、現像剤ｔは現像部２３に十分供給される。一方、規定時間２としては、攪拌板２２のみならず、現像スリーブ２４が回転し、現像部２３にある現像剤が十分にこなれてトナーなし時にトナーなしを検知できる状態となるのに十分な時間を設定する。
【００４９】
次に、ステップＳ７においてプロセスカートリッジ１８内に現像剤があるかどうかを検知する。この検知方法としては、前述のように現像スリーブ２４に少なくとも現像バイアスのＡＣ成分を印加し、現像部２３内の検知部材４０による検知出力と、リファレンスコンデンサｒからの出力とをコンパレータＣにより比較して検知を行う。このようにして、ステップＳ７において現像剤ありと判断できれば、ステップＳ８で現像剤ありとする。また、ステップＳ７において現像剤なしと判断すれば、ステップＳ９にて現像剤なしとする。
【００５０】
このように、本実施例ではコストが低廉なアンテナ式のセンサを用いながら、電源投入時及び開閉部が閉じられたときにカートリッジありと判断した場合には、攪拌板２２を回転させた後、現像剤残量検知を行うことによって、より正確な現像剤残量検知を行うことが可能となる。また、トナーなしを検知した後の前述の攪拌板２２の回転時間を長く取ることにより、現像剤が崩れ落ちることによる誤検知も防ぐことができる。
【００５１】
なお、以上説明した実施例では、感光ドラムと現像装置を含むプロセスカートリッジを画像形成装置本体に着脱できるようにした例を示したが、本発明は感光ドラムとは独立して現像装置を画像形成装置本体に着脱できるようにしたものや、現像剤を現像装置に補給できるようにしたものにも適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源投入後やプロセスカートリッジ若しくは現像装置の交換の際に開閉部を閉じた直後などの所定のタイミングで現像剤容器内の撹拌機構を規定時間動作させ、しかも事前に現像剤の有無の検知内容に基づいてその規定時間を可変させ、その後所定の現像剤残量検知手段により現像剤残量を検知する構成としているので、場合に応じたより正確な現像剤残量検知が可能となり、現像器を傷めることなく、常に高品質の画像を得ることができる。更に本発明によれば、感光ドラムのような像担持体の回転作動を極力少なくして現像剤残量を検知することができるので、感光ドラムの寿命を長くすることができるという効果も奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の画像形成装置の構成を示す断面図
【図２】実施例のプロセスカートリッジの構成を示す拡大断面図
【図３】実施例の現像部の詳細を示す拡大断面図
【図４】実施例の検知部材の形状を示す斜視図
【図５】実施例の検知部材の出力を示すグラフ
【図６】実施例の検知回路の構成を示すブロック図
【図７】実施例の現像部の詳細を示す拡大断面図
【図８】現像部の他の構成例を示す拡大断面図
【図９】現像部の他の構成例を示す拡大断面図
【図１０】実施例の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１　像担持体（感光ドラム）
１Ａ　固定側
１Ｂ　開閉側
１８　プロセスカートリッジ
２１　現像容器
２２　攪拌部材
２３　現像部
２４　現像剤担持体（現像スリーブ）
４０　検知部材（アンテナ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004029131.tif 000006
【図５】
2004029131.tif 000007
【図６】
2004029131.tif 000008
【図７】
2004029131.tif 000009
【図８】
2004029131.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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