(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からの回転駆動力を受けて回転する連動部分と、該連動部分と係合時に少なくとも該連動部分からの回転力により連れ回り可能な前記駆動源とは非連動の回転軸をトナー容器内に備える回転伝達機構と、
前記回転軸の径方向に立設された弾性体と該弾性体の回転自由端側に固設された攪拌錘とを有し、前記トナー容器内のトナーを攪拌すべく回転する攪拌部材と、
前記トナー容器の鉛直上方且つ前記攪拌錘の回転軌跡内に配設されていて該攪拌錘と当接して該攪拌錘の回転を一時的に妨げるストッパ機構と、
前記回転軸の回転の遅速を検出することにより前記トナーの残量を検出する検出装置と、
を備え、
前記攪拌部材は前記連動部分からの回転力に基づいた回転中に、前記ストッパ機構により前記攪拌錘の回転を一時的に妨げられたのち、前記弾性体に蓄えられた弾性エネルギーの解放により前記連動部分との係合から外れ該連動部分からの回転力伝達に先行して自力で回転方向に回転して前記攪拌錘が落下してトナー上面にて一旦停止し、前記駆動源の回転駆動が継続して前記連動部分との係合により再び連れ回りすべく構成され、
前記検出装置は、前記攪拌部材の前記一旦停止から再び連れ回りするまでの少なくとも前記回転軸の回転の遅速とトナー残量の変化とを関連付けてトナーの残量を検出する、
ことを特徴とするトナー残量検出機構。
【請求項２】
前記検出装置は、前記回転軸を前記トナー容器外に延設した部分に形成したエンコーダと該エンコーダの回転速度を検出するセンサとを備える、ことを特徴とする請求項１記載のトナー残量検出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式の画像形成装置において簡単な構成で常にトナー残量を可及的に正しく検出するトナー残量検出機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成剤にトナーを用いる電子写真式の画像形成装置がある。このような画像形成装置においては、ユーザがトナー残量を適切なタイミングで知ることができれば、次に交換するトナーカートリッジを予め用意するなどの遅れのない対応をとることができるので便利である。
【０００３】
そこで、従来、非連動部分を設けた駆動ギアによって駆動されるトナー攪拌用の錘体が、重力により駆動ギアの回転に先行して落下し、トナー容器内に残るトナーの抵抗によって停止した後、駆動ギアの連動部が追いついて錘体が再度動き出すまでの時間をロータリーエンコーダで検出して、トナー残量を算出する方法が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
また、トナー送り部材（上記の錘体に相当）の端部と回転軸とをねじりコイルバネで連結し、エンコーダにより回転軸の回転速度の変化を読み取って回転軸の負荷の変動を検出することによりトナー残量を逐次検出する方法が知られている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】特開２００１−１９４８８３号公報（段落００３０〜００３６、図１８、図１９）
【特許文献２】特開平１１−０８４８５０号公報（段落００２９〜３６、００４６、図３、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のトナー残量算出方法は、トナー残量が少なくなってトナーの抵抗が低下すると、錘体がトナー内に沈み込む現象が発生し、トナーが残っているのにトナー切れを検出するという問題があった。これは、特に今日のように高速印刷向けの高流動性トナーにおいて顕著に表れる問題となった。
【０００５】
この問題に対しては、錘体の余分な重力加速度を、軸受部のトルクを変えることによって打ち消すという方法もあるが、そうすると錘体の落下の開始が遅くなり、結果的に検出の範囲が狭くなる上に、軸受部のトルク管理に困難を伴うという問題を有していた。
【０００６】
また、上記特許文献２のトナー残量検知方法も、トナー残量が少なくなってトナーの抵抗が低下すると、トナーからのトナー送り部材の退出が早まり、上記同様にトナーが残っているのにトナー切れを検出するという問題を有している。
【０００７】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、電子写真式の画像形成装置において、簡単な構成で常にトナー残量を可及的に正しく検出するトナー残量検出機構を提出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のトナー残量検出機構は、駆動源からの回転駆動力を受けて回転する連動部分と、該連動部分と係合時に少なくとも該連動部分からの回転力により連れ回り可能な上記駆動源とは非連動の回転軸をトナー容器内に備える回転伝達機構と、上記回転軸の径方向に立設された弾性体と該弾性体の回転自由端側に固設された攪拌錘とを有し、上記トナー容器内のトナーを攪拌すべく回転する攪拌部材と、上記トナー容器の鉛直上方且つ上記攪拌錘の回転軌跡内に配設されていて該攪拌錘と当接して該攪拌錘の回転を一時的に妨げるストッパ機構と、上記回転軸の回転の遅速を検出することにより上記トナーの残量を検出する検出装置と、を備え、上記攪拌部材は上記連動部分からの回転力に基づいた回転中に、上記ストッパ機構により上記攪拌錘の回転を一時的に妨げられたのち、上記弾性体に蓄えられた弾性エネルギーの解放により上記連動部分との係合から外れ該連動部分からの回転力伝達に先行して自力で回転方向に回転して上記攪拌錘が落下してトナー上面にて一旦停止し、上記駆動源の回転駆動が継続して上記連動部分との係合により再び連れ回りすべく構成され、上記検出装置は、上記攪拌部材の上記一旦停止から再び連れ回りするまでの少なくとも上記回転軸の回転の遅速とトナー残量の変化とを関連付けてトナーの残量を検出するように構成される。
【０００９】
このトナー残量検出機構において、上記検出装置は、上記回転軸を上記トナー容器外に延設した部分に形成したエンコーダと該エンコーダの回転速度を検出するセンサとを備える、ように構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転伝達機構とトナーを攪拌する攪拌錘とが弾性体を介して連動又は非連動となるので、攪拌錘が回転伝達機構との非連動から連動となるまでの時間がトナーの粗密の性状に係わり無くトナー残量変化に追随して線状的に安定して変化する。したがって、トナー残量を当該トナーの粗密の性状に係わり無く常に安定して検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるカラー画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。同図に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、４つの画像形成部２、中間転写ベルトユニット３、給紙部４、及び両面印刷用搬送ユニット５で構成されている。
【００１２】
上記４つの画像形成部２は、同図の右から左へ４個の画像形成ユニット６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ）を多段式に並設した構成からなる。
上記４個の画像形成ユニット６のうち上流側（図の右側）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット６Ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。
【００１３】
上記の各画像形成ユニット６は、トナー容器に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）用の画像形成ユニット６Ｋを例にしてその構成を説明する。
【００１４】
画像形成ユニット６は、最下部に感光体ドラム７を備えている。この感光体ドラム７は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム７の周面近傍を取り巻いて、クリーナ８、帯電器９、光書込ヘッド１１、及び現像器１２の現像ローラ１３が配置されている。
【００１５】
現像器１２は、上部のトナー容器に同図にはＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋで示すようにマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備え、下部には側面開口部に上述した現像ローラ１３を備え、内部にトナー撹拌部材、現像ローラ１３にトナーを供給するトナー供給ローラ、現像ローラ１３上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。
【００１６】
中間転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する転写ベルト１４と、この転写ベルト１４を掛け渡されて転写ベルト１４を図の反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ１５と従動ローラ１６を備えている。
【００１７】
上記の転写ベルト１４は、トナー像を直接ベルト面に転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットといっている。
【００１８】
この中間転写ベルトユニット３は、上記扁平なループ状の転写ベルト１４のループ内にベルト位置制御機構１７を備えている。ベルト位置制御機構１７は、転写ベルト１４を介して感光体ドラム７の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ１８を備えている。
【００１９】
ベルト位置制御機構１７は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙに対応する３個の一次転写ローラ１８を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させ、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニット６Ｋに対応する１個の一次転写ローラ１８を上記３個の一次転写ローラ１８の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト１４を感光体ドラム７から離接させ、フルカラーモード（４個全部の一次転写ローラ１８が転写ベルト１４に当接）、モノクロモード（画像形成ユニット６Ｋに対応する一次転写ローラ１８のみが転写ベルト１４に当接）、及び全非転写モード（４個全部の一次転写ローラ１８が転写ベルト１４から離れる）に切換える。
【００２０】
上記の中間転写ベルトユニット３には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット６Ｍの更に上流側に、ベルトクリーナユニット１９が配置され、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器２０が着脱自在に配置されている。
【００２１】
給紙部４は、上下２段に配置された２個の給紙カセット２１を備え、２個の給紙カセット２１の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ２２、給送ローラ２３、捌きローラ２４、待機搬送ローラ対２５が配置されている。待機搬送ローラ対２５の用紙搬送方向（図の上鉛直方向）には、転写ベルト１４を介して従動ローラ１６に圧接する二次転写ローラ２６が配設されて、用紙への二次転写部を形成している。
【００２２】
この二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着装置２７が配置されて、ベルト式熱定着装置２７の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着装置２７から搬出する搬出ローラ対２８、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー２９に排紙する排紙ローラ対３１が配設されている。
【００２３】
両面印刷用搬送ユニット５は、上記搬出ローラ対２８と排紙ローラ対３１との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路３２ａ、それから下方に曲がる中間返送路３２ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路３２ｃ、及びこれらの返送路の途中に配置された３組の返送ローラ対３３ａ、３３ｂ、３３ｃを備えている。上記終端返送路３２ｃの出口には、本体装置内部側に搬入ローラ対３４が配設されている。
【００２４】
ところで、本例において中間転写ベルトユニット３の上面部に配置されるベルトクリーナユニット１９は、２段に配置した下部のクリーニングローラ３５、上部の取り込みローラ３６、及び搬送スクリュー３７を備えている。下部のクリーニングローラ３５は転写ベルト１４の上面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、取り込みローラ３６はクリーニングローラ３５が除去した廃トナーを引き継いでベルトクリーナユニット１９内に溜め込み、搬送スクリュー３７は溜め込まれた廃トナーを落下筒３８の上部まで搬送し、落下筒３８を介して廃トナー回収容器２０に送り込んでいる。
【００２５】
そして、上記のクリーニングローラ３５を適度の圧力で転写ベルト１４に圧接させるために、中間転写ベルトユニット３側には、下方から転写ベルト１４をクリーニングローラ３５に向けて押圧する押圧ローラ３９が設けられている。
【００２６】
このような廃トナーの回収には、本例のようにクリーニングローラ３５を用いると限るものではなく、例えばクリーニングブラシ、クリーニングブレードなども使用される。特にクリーニングブレードを用いる場合は、クリーニングブレードと転写ベルト間の摩擦抵抗が温湿度環境によって変化することに対応して摩擦抵抗を一定に保つように対処し、常に良好なクリーニング作用を維持することが必要となる。
【００２７】
図２は、上記実施形態１における画像形成ユニット６を単体で示す斜視図である。図２に示すように、画像形成ユニット６は、下部のハウジング本体４１に駆動部分を収容されている画像形成部４２と、この画像形成部４２の上部に、図の両方向矢印ａで示すように着脱自在に装着されて画像形成部４２と一体化して画像形成ユニット６の一部を構成するトナーカートリッジ４３から成る。
【００２８】
ハウジング本体４１の画像形成部４２の横に突設されたドラム上カバー４４には、この画像形成ユニット６がプリンタ１の装着部に挿入された後、上方から光書込ヘッド１１のヘッド部が嵌入して感光体ドラム７の上面に対向する長孔４５が形成されている。
【００２９】
この画像形成ユニット６は、プリンタ本体側の装着部に対し、同図の両方向矢印ａで示す方向に挿抜可能に構成されており、上部にはこの画像形成ユニット６の梱包を開梱して取り出したり、画像形成装置本体に装着するために持ち運ぶための取っ手４６が形成されている。そして、一方の端面（同図の右側側面）には、画像形成部４２の側面から感光体ドラム軸４７とトナー撹拌器軸４８が外部に突出して配置されている。
【００３０】
また、トナーカートリッジ４３には、長手方向の画像形成部４２と係合する端面とは反対側の端面に、トナーシャッタをロックするロックレバー４９が設けられている。ロックレバー４９は、図２の実線位置でトナーシャッタを開にし、二点鎖線位置でトナーシャッタを閉にする。
【００３１】
図３(a),(b),(c) は、本例におけるトナー総残量の検知方法を示す図である。
先ず、図３(a) は、画像形成部４２及びトナーカートリッジ４３共にトナーＴが満タンに入っている状態を示しており、次に、同図(b) は、トナーカートリッジ４３内のトナーＴが１／３程度にまで減った状態、そして、同図(c) は、トナーカートリッジ４３内のトナーＴが空となり、画像形成部４２内のトナーＴも１／２程度に減っている状態を示している。
【００３２】
同図(a) に示すように、本例では、トナーカートリッジ４３には、トナーシャッタ５１の内側で、矢印ｈで示す時計回り方向に回転する攪拌錘支持腕５２が配設されている。攪拌錘支持腕５２の回転自由端には攪拌錘５３が取り付けられている。
【００３３】
また、本例では、トナーカートリッジ４３だけでなく、画像形成部４２にも矢印ｉで示す時計回り方向に回転するナー攪拌錘支持腕５４が配設されている。このナー攪拌錘支持腕５４の回転自由端にも攪拌錘５５が取り付けられている。
【００３４】
図３(a) はトナーカートリッジ４３内にトナーＴが矢印ｊで示す満タンの水準位置まで充分入っている状態であり、したがって、攪拌錘支持腕５２及び５４共に、トナーＴの抵抗によって回転トルクが最も大きい（重い）状態となっており、それぞれ規則正しく回転している。このときトナーＴの総残量は１００％であるとする。
【００３５】
図３(b) はトナーカートリッジ４３内でのトナーＴが矢印ｋで示す位置まで少量になった状態を示している。このときトナーカートリッジ４３の攪拌錘支持腕５２の回転トルクは、小さく（軽く）なっており、攪拌錘５３がトナーＴから抜け出したときと、トナーＴに入り込んでいくときとで、被駆動軸に形成されている遊びの分だけ回転むらを発生する。この回転むらの発生時間はトナーＴの残量に応じて変化する。尚、トナーカートリッジ４３内のトナー残量が同図(b) の矢印ｋで示す位置にある状態の画像形成ユニット６のトナーＴの総残量を５０％であると判断するようにする。
【００３６】
また、図３(a) から図３(b) になるまでの間においても、攪拌錘支持腕５２の回転トルクは、トナーＴの減量に比例して軽くなっていくので、その回転むらの発生時間を検出することによって、トナーＴの残量に比例した検出値を得ることができる。
【００３７】
図３(c) はトナーカートリッジ４３にはトナーＴが空で、画像形成部４２内のトナーＴも矢印ｍで示す位置まで少量残っている状態を示している。上のトナーカートリッジ４３内にはトナーＴがない状態であるので、攪拌錘支持腕５２の回転トルクは最も軽い状態である。
【００３８】
他方、画像形成部４２内においても、内部のトナーＴが少量のため、ナー攪拌錘支持腕５４の回転トルクが変化し始め、攪拌錘支持腕５２の場合と同様の回転むらを発生することにより、この回転むらの発生時間の変化を監視して、画像欠損を起こさない限界のトナー量となったとき、トレー無しを表示装置に表示させるように設定する。
【００３９】
このように、画像形成部４２だけでなくトナーカートリッジ４３にもトナー攪拌器を設けて、その回転トルクの変化を検出装置で検出し、画像形成ユニット６のトナー総残量を正確に検知することができる。
【００４０】
本例では、上記の攪拌錘支持腕５２及び５４の回転トルクの変化をエンコーダで検出して上述したトナー残量を検出するようにしている。
図４は、本例におけるトナーカートリッジ４３の攪拌錘支持腕５２の回転軸に係合するエンコーダとそのエンコーダ情報を検出する検知センサのみを取り出して示す斜視図である。
【００４１】
図４に示すエンコーダ５６は、図１ないし図３に示したトナーカートリッジ４３が画像形成ユニット６に、図２に示すように装着されたとき、トナーカートリッジ４３の攪拌錘支持腕５２の回転軸５７に係合する。
【００４２】
エンコーダ５６は、攪拌錘支持腕５４の回転支持軸５７の回転に伴われて、同図の矢印ｎで示す反時計回り方向に回転する。
このエンコーダ５６の円周部には、複数の被検知片５８が形成されている。そして、これらの被検知片５８を検知するための検知センサ５９がエンコーダ５６の円周部を挟んで配置されている。
【００４３】
検知センサ５９は、光透過型のフォトセンサからなり、回転するエンコーダ５６の被検知片５８により光路を遮断されることにより、被検知片５８の通過、幅、配置間隔等を検出する。これにより、エンコーダ５６の回転速度、ひいては攪拌錘支持腕５２の回転速度の変化が検出される。
【００４４】
尚、エンコーダ５６の被検知片５８を光反射性の面に構成し、検知センサ５６を光反射型のフォトセンサとしても良い。
また、画像形成部４２側の攪拌錘支持腕５４の回転軸４８（図２のトナー撹拌器軸４８参照）にも、図２では斜め左上方向で陰になって見えない面側で他のエンコーダが係合し、他のフォトセンサが配設されている。
【００４５】
本例のトナーカートリッジ４３において、トナー残量検出機構は、攪拌錘５３、攪拌錘支持腕５２、回転軸５７、エンコーダ５６、検知センサ５９、及び後述するストッパによって構成されている。
【００４６】
また、この構成は画像形成部４２側も同様であるが、画像形成部４２及びトナーカートリッジ４３のいずれにおいても同様の機構及び動作であるので、以下、トナーカートリッジ４３のトナー残量検出機構についてのみ説明する。
【００４７】
図５(a),(b),(c) は、トナーカートリッジ４３のトナー残量検出機構の主要部の構成とその動作を説明する図である。尚、特には図示しないが、攪拌錘支持腕５２は回転軸５７に対し、順回転連動部分と回転非連動部分により逆回転禁止機構を介して係合している。
【００４８】
本例において、先ず、同図(a) に示すように、攪拌錘支持腕５２に支持される攪拌錘５３が、一番高い位置にある状態で、その攪拌錘５３に接触するようにしてストッパ６１がトナーカートリッジ４３の上部に設けられる。
【００４９】
攪拌錘支持腕５２は適宜の剛性と弾性を有する部材で構成し、その剛性を保てる範囲で出来るだけ軽くする。攪拌錘５３には弾性は不要であり剛性のみあれば良いが、重量は上記に準じて出来るだけ軽くする。
【００５０】
攪拌錘支持腕５２が回転して、攪拌錘５３が一番高い位置で、同図(a) に示すように、ストッパ６１に接触し、その後の回転をストッパ６１に抑えとどめられる。
そのあと、攪拌錘５３をストッパ６１に抑えとどめられた攪拌錘支持腕５２は、攪拌錘５３を支持する上端部が停止状態のまま、その下端部を回転軸５７の回転に伴われて回転を続け、同図(b) に示すように攪拌錘支持腕５２が腕全体をしならせて弾性エネルギーを蓄える。
【００５１】
このように攪拌錘支持腕５２の腕全体が或る程度しなることにより、攪拌錘支持腕５２の上下の直線距離が収縮して、同図(c) に示すように、攪拌錘５３がストッパ６１から解放され、攪拌錘支持腕５２は、順回転連動部分から外れて回転非連動部分において、上記蓄えた弾性エネルギーを速度に変換して高速で回転する。
【００５２】
その後、攪拌錘支持腕５２は、攪拌錘５３がトナーから受ける抵抗により減速して停止し、回転軸５７の順回転連動部分のギアが追いついて駆動伝達係合部に係合するまでそのまま停止している。
【００５３】
図６(a),(b) は、それぞれ参考のため従来構成のトナー攪拌器（以下、アジテータという）の動作特性を示す図である。
この従来構成のアジテータは、特には図示しないが、剛性の攪拌錘支持腕と攪拌錘のみ、つまり攪拌錘支持腕はしなやかな弾性を持たず、攪拌錘を一時停止させるストッパが無く、攪拌錘が頂点位置で回転軸からの係合を外れて自由回転で落下する形式のアジテータである。
【００５４】
同図(a),(b) は、横軸に時間（秒）を示し、縦軸にアジテータ角度（°）を示している。また、各線グラフは、図の左に示す０°〜１７０°までの角度で示すトナー上面へのアジテータの接触開始角度ごとの、アジテータの角度と時間の関係を示している。
【００５５】
アジテータの接触開始角度は、攪拌錘が頂点位置から自由回転で落下してトナー上面に接触したときのアジテータの回転軸に立てた垂直線と攪拌錘支持腕とが成す角度を示している。この接触開始角度は、トナーの残量によって変化する。
【００５６】
すなわち、接触開始角度０°のときは、攪拌錘がトナーに埋もれている状態を示している。接触開始角度９０°のときは、回転軸の位置までトナーが残っている状態を示している。そして、接触開始角度１８０°のときは、トナーがほとんどない状態を示している。
【００５７】
また、それらの中間の接触開始角度は、それぞれの角度に応じた位置にトナーが残っていることを示している。
そして、各線グラフは、アジテータの攪拌錘が頂点位置にあるときを時間０として、そこからアジテータが自由回転して攪拌錘が落下状態となり、その攪拌錘がトナー面に当接し、更に惰性でトナー内に埋まってトナーの抵抗によりアジテータが停止し、アジテータ回転軸のギア係合部がアジテータの係合部に追いついてアジテータに係合し、再びアジテータを強制的に１８０°の位置まで回転させるときの、アジテータの角度と時間の関係を示している。
【００５８】
尚、同図(a) は、アジテータ回転軸のギア回転速度を５．８２５０４ｒａｄ／ｓ、アジテータの攪拌錘支持腕の長さを４ｍｍ、攪拌錘の重量を０．０３Ｋｇ、軸トルクを９６ｍＨｍ、アジテータ自由回転初速度を５．８２５０４ｒａｄ／ｓ、重力加速度を９．８ｍ／ｓ^2、計測間隔ｄｔを２０μｓｅｃとして、トナートルク係数が１００，０００，０００の通常のトナーを用いるとしたときの力学的シミュレーションによる動作グラフを示している。
【００５９】
また、同図(b) は、トナーの条件のみ、トナートルク係数が３０，０００，０００のものを用いるものとして、その他は上記と同一条件に設定したときの、力学的シミュレーションによる動作グラフを示している。
【００６０】
同図(a) において、各グラフが、逆コサイン曲線を描きながら約０．１秒でトナー面に当接してから水平（アジテータが停止）になるまでに凸状の曲線を描いているのは、トナー面に当接してからの攪拌錘がトナー内にやや潜り込んで停止したことを示している。
【００６１】
水平線の右端部で、斜線と交わる点は、停止中のアジテータに回転軸のギア係合部が追いついた時間を示し、その交点から０．５５秒までの間にアジテータ角度１８０°まで延びる斜線は、回転軸がアジテータを強制的に回転駆動している期間を示している。
【００６２】
接触開始角度が小さいほど回転軸がアジテータに追いつく時間が早く（水平な線が短い）、接触開始角度が大きいほど回転軸がアジテータに追いつく時間が長くなる。
アジテータが自由回転を始めたときと、停止したアジテータに回転軸が追いついたときに、それぞれ回転軸のトルクが変化する、この変化がエンコーダによって検出され、トナー残量が算出されるのは前述したとおりである。
【００６３】
水平線の右端部で斜線と交わる点（時間）が、接触開始角度ごとに、ばらつきがやや見られるものの、比較的正確に異なっているので、トナー残量をほぼ正確に算出することができる。
【００６４】
ところが、同図(b) に示すトナートルク係数が３０，０００，０００の近年の高速印刷向けの高流動性トナーの場合では、接触開始角度が３０°以下と小さいものはともかくとして、接触開始角度が４０°以上の大きいものは、ほぼ全て同一の曲線に集約されている。すなわち、時間０から自由回転を開始して０．１秒でトナー面に当接してから、グラフが水平（アジテータが停止）になるまで、更に０．０２〜０．０８秒間の短時間の経過で一気に１７０°前後までアジテータが回転している。
【００６５】
これは、アジテータの自由回転による惰性で攪拌錘がトナー内部に深く埋没していくことを示している。同図(b) では、接触開始角度が４０°以上の場合、回転軸がアジテータに追いつくのは、ほぼ一律に０．５秒後であり、その後、０．５５秒までの間に回転軸がアジテータを強制的に回転駆動している。
【００６６】
上記の接触開始角度が４０°以上ということは、トナー残量が全体の約７５％以下の場合である。トナーが７５％近く残量が十分あるときでも、攪拌錘がトナー内部に深く埋没して、トナー残量が０に近い位置までアジテータが回転してしまうのでは、正確なトナー残量を算出ことはできない。
【００６７】
しかし、図５(a),(b),(c) に示した、本発明のトナー残量検出機構によれば、トナートルク係数の大小にかかわりなく、正確にトナー残量を計測することができる。
図７(a),(b) は、図５(a),(b),(c) に示した実施形態１におけるトナー残量検出機構によるトナー攪拌器（アジテータ）の動作特性を示す図である。
【００６８】
同図(a),(b) も、横軸に時間（秒）を示し、縦軸にアジテータ角度（°）を示している。また、各線グラフも、図の左に示す０°〜１７０°までの角度で示すトナー上面へのアジテータの接触開始角度ごとの、アジテータの角度と時間の関係を示している。
【００６９】
本例では、図５(b) に示したようにアジテータの攪拌錘支持腕５２に蓄えられた弾性エネルギーが解放されて、攪拌錘が頂点位置から急速にトナー面に向かって移動する。この場合も、触開始角度０°は攪拌錘がトナーに埋もれている状態を示し、接触開始角度９０°のときは、回転軸の位置までトナーが残っている状態を示し、接触開始角度１８０°のときは、トナーがほとんどない状態を示している。
【００７０】
また、それらの中間の接触開始角度は、それぞれの角度に応じた位置にトナーが残っていることを示している。
また、同図(a) は、アジテータ回転軸のギア回転速度を５．８２５０４ｒａｄ／ｓ、アジテータの攪拌錘支持腕の長さを４ｍｍ、攪拌錘の重量を０．０１Ｋｇ、軸トルクを９６ｍＨｍ、アジテータ自由回転初速度を５８．２５０４ｒａｄ／ｓ、重力加速度を９．８ｍ／ｓ^2、計測間隔ｄｔを２０μｓｅｃとして、トナートルク係数が１００，０００，０００の通常のトナーを用いるとしたときの力学的シミュレーションによる動作グラフを示している。
【００７１】
すなわち、図６(a) の場合と比較して、攪拌錘の重量が１／３となっている一方で、攪拌錘支持腕の弾性エネルギーの作用によって、アジテータ自由回転初速度が１０倍になっている。
【００７２】
また、同図(b) は、トナーの条件のみ、トナートルク係数が３０，０００，０００のものを用いるものとして、その他は上記と同一条件に設定したときの、力学的シミュレーションによる動作グラフを示している。
【００７３】
同図(a),(b) 共に、各グラフは、時間０から直線的に移動して、急角度に、つまり図６(a) の場合にように凸状の曲線で表される遊びがなく、直接水平線（アジテータが停止）の状態に変化している。これは、攪拌錘がトナー面に到達した時点で直ちにアジテータが停止したことを示している。
【００７４】
この場合も、水平線の右端部で、斜線と交わる点は、停止中のアジテータに回転軸のギア係合部が追いついた時間を示し、その交点から０．５５秒までの間にアジテータ角度１８０°まで延びる斜線は、回転軸がアジテータを強制的に回転駆動している期間を示している。
【００７５】
接触開始角度が小さいほど回転軸がアジテータに追いつく時間が早く（水平な線が短い）、接触開始角度が大きいほど回転軸がアジテータに追いつく時間が長くなることも、図６(a) の場合と同様である。
【００７６】
水平線の右端部で斜線と交わる点（時間）が、接触開始角度ごとに、それぞれ明確かつ均等に異なっているので、トナー残量を正確に算出することができる。
そして、本例の場合は、図７(b) に示すように、トナートルク係数が３０，０００，０００の高速印刷向けの高流動性トナーの場合でも、同図(a) の場合と全く同様のアジテータの動作特性が得られることが判明する。すなわち、トナーの種類つまり流動性の高低にかかわりなく、常にトナー残量を正しく検出できることが判明する。
【００７７】
このように、本例においては、アジテータの錘重量を軽くして重力による慣性力の増大を防ぎつつ、アジテータの腕そのものに弾性的な加速機構を備えてトナー面までの到達時間を短縮し、トナーの粗密（流動性）で検出性がほとんど変化しない、安定した残量検出を行うことができるようになる。
【００７８】
図８は、観点を変えて、本発明のトナー残量検出機構と従来のトナー残量検出機構の機能を比較した特性図である。同図は、縦軸にアジテータの停止時間（秒）を示し、縦軸にトナー残量の嵩高（アジテータの腕の長さが４ｍｍであるので、その倍の８ｍｍを頂点として、その頂点を初期位置、つまりグラフの原点としている）を示し、それぞれ、トナー残量によるアジテータの停止時間をプロットしたものである。
【００７９】
図８に示すグラフＰt10 は図６(a) の場合を示し、グラフＰt03 は図６(b) の場合を示している。このように従来のトナー残量検出機構では、流動性の低いトナーに対しては、グラフＰt10 が示すようにトナー残量の減少に応じて停止時間が徐々に長くなっていくが、流動性の高いトナーに対しては、グラフＰt03 が示すように、トナー残量が７．５ｍｍ未満では、アジテータは一定の動作しか示さなくなる。
【００８０】
これに対して、図８に示すグラフＡt10 は図７(a) の場合を示し、グラフＡt03 は図７(b) の場合を示している。図８に示すように、本発明のトナー残量検出機構では、グラフがやや上下に離れるものの、トナーの流動性にかかわりなく、トナー残量の減少に応じて停止時間が徐々に長くなっていくように変動する。
【００８１】
このように、見方を変えてみると、更に、本発明のナー残量検出機構がトナーの粗密（流動性）で検出性がほとんど変化しない、安定した残量検出を行うことができることが判明する。
【００８２】
尚、本発明のナー残量検出機構を用いると、ストッパ６１によって攪拌錘５３の回転が止められ、攪拌錘支持腕５２が撓りから開放されて攪拌錘５３が瞬発的に動き出すときの振動を、トナーカートリッジ４３から画像形成部４２へとトナーを落とす固結防止板の機能として利用することが出来る。
【００８３】
（実施形態２）
上記実施の形態では、攪拌錘の重量を軽くすることによって、アジテータがトナーにめり込む慣性力を調整しているが、アジテータの回転を検出するエンコーダ部分に、ゼンマイ式オルゴールなどに用いられる調速機構の構造を取り入れて、その空気抵抗によって、攪拌錘の落下速度を制限し、攪拌錘がトナーにめり込む慣性力を抑えて、トナーの粗密によらず安定した残量検出を行うようにすることもできる。以下、これを実施形態２として説明する。
【００８４】
図９(a) は、実施形態２における、アジテータとその調速機構を示す側面図であり、同図(b) は、その斜視図である。
同図(a),(b) に示すように、本例のアジテータ６２は、直径４ｍｍの錘支持部６３と、その中心から３．５ｍの偏心を有して取り付けられた錘６４と、錘支持部６３と一体に形成され錘支持部６３を回転させる回転軸６５とからなる通常型のアジテータである。
【００８５】
そして、本例では、このアジテータ６２を、１２０°の非連動部をもつギア６６に係合させ、ギア６６を５．８ｒａｄ／ｓで回転させる。そして、ギア６６に調速羽根車６７のギア６８を歯合させて構成する。
【００８６】
この構成において、アジテータ６２の回転とともに、調速羽根車６７の羽根の回転にかかる空気抵抗が増大し、アジテータ６２の回転速度を制限する。ギア比はアジテータ重量が重いほど高くする必要があり、本例では１：９のギア比でアジテータ６２の最大速度が２０ｒａｄ／ｓとなるように、羽根面積が調整されている。
【００８７】
また、羽根自体は、オルゴールの調速羽と同じように、慣性モーメントの低いものとして、出来るだけ軽量に設計する必要があり、０．１ｇとした。
これにより、アジテータ６２に回転速度が制限され、余分な慣性力が打ち消され、トナーの粗密によるアジテータ６２への影響を低減させることができ、したがって、トナー残量を調速機構の無い場合よりも、より正確に検出することができるようになる。
【００８８】
（実施形態２の変形例）
上記実施形態２では、特には図示しなかったが、トナー残量検出機構（アジテータ６２の回転検出機構）として、図外他方の錘支持部に連動するエンコーダが配設されている。しかし、上記のように調速機構を設けた場合は、その調速機構に回転検出機構を持たせることが出来る。そうすれば、エンコーダの配設は不要となる。
【００８９】
図１０は、実施形態２におけるアジテータのトナー残量検出機構の変形例を示す図である。本例では、発光部７１と受光部７２からなる反射型光学センサ７３を調速羽根車６７の近傍に設け、発光部７１から調速羽根車６７の羽根に照射した照射光７４の反射光７５を受光部７２で受光する強弱とタイミングで、アジテータ６２の回転状態を検出する。
【００９０】
この場合、光検出器を複数用意し、反射光の位置を複数箇所で検出することで、実質的な速度変化をより細かく取得することが出来る。またアジテータそのもののエンコーダを残しておくと、アジテータの位置を知ることが出来、印字速度で変化する停止時間ではなく、実際の位置を検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施形態１におけるカラー画像形成装置（プリンタ）の内部構成を説明する断面図である。
【図２】実施形態１における画像形成ユニットを単体で示す斜視図である。
【図３】(a),(b),(c) は実施形態１におけるトナー総残量の検知方法を示す図である。
【図４】実施形態１におけるトナーカートリッジのトナー攪拌錘支持腕の回転軸に取り付けられたエンコーダとそのエンコーダ情報を検出する検知センサのみを取り出して示す斜視図である。
【図５】(a),(b),(c) は実施形態１におけるトナーカートリッジのトナー残量検出機構の主要部の構成とその動作を説明する図である。
【図６】(a),(b) はそれぞれ参考のため従来構成のトナー攪拌器（アジテータ）の動作特性を示す図である。
【図７】実施形態１におけるトナー残量検出機構によるトナー攪拌器（アジテータ）の動作特性を示す図である。
【図８】観点を変えて本発明のトナー残量検出機構と従来のトナー残量検出機構の機能を比較した特性図である。
【図９】(a) は実施形態２におけるアジテータとその調速機構を示す側面図、(b) はその斜視図である。
【図１０】実施形態２におけるアジテータのトナー残量検出機構の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      プリンタ
２      画像形成部
３      中間転写ベルトユニット
４      給紙部
５      両面印刷用搬送ユニット
６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ）  画像形成ユニット
７      感光体ドラム
８      クリーナ
９      帯電器
１１    光書込ヘッド
１２    現像器
１３    現像ローラ
１４    転写ベルト
１５    駆動ローラ
１６    従動ローラ
１７    ベルト位置制御機構
１８    一次転写ローラ
１９    ベルトクリーナユニット
２０    廃トナー回収容器
２１    給紙カセット
２２    用紙取出ローラ
２３    給送ローラ
２４    捌きローラ
２５    搬送ローラ対
２６    二次転写ローラ
２７    ベルト式熱定着装置
２８    搬出ローラ対
２９    排紙トレー
３１    排紙ローラ対
３２ａ  開始返送路
３２ｂ  中間返送路
３２ｃ  終端返送路
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  返送ローラ対
３４    搬入ローラ対
３５    クリーニングローラ
３６    取り込みローラ
３７    搬送スクリュー
３８    落下筒
３９    押圧ローラ
４１    ハウジング本体
４２    画像形成部
４３    トナーカートリッジ
４４    ドラム上カバー
４５    長孔
４６    取っ手
４７    感光体ドラム軸
４８    トナー撹拌器軸
４９    ロックレバー
５１    トナーシャッタ
５２    トナー攪拌錘支持腕
５３    攪拌錘
５４    攪拌錘支持腕
５５    攪拌錘
５６    エンコーダ
５７    回転軸
５８    被検知片
５９    検知センサ
６１    ストッパ
６２    アジテータ
６３    錘支持部
６４    錘
６５    回転軸
６６    ギア
６７    調速羽根車
６８    ギア
７１    発光部
７２    受光部
７３    反射型光学センサ
【図１】
0004730151.tif 000002
【図２】
0004730151.tif 000003
【図３】
0004730151.tif 000004
【図４】
0004730151.tif 000005
【図５】
0004730151.tif 000006
【図６】
0004730151.tif 000007
【図７】
0004730151.tif 000008
【図８】
0004730151.tif 000009
【図９】
0004730151.tif 000010
【図１０】
0004730151.tif 000011