(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置内の現像剤濃度が下がったことを検知した信号又は現像装置内の現像剤量が不足したことを示す信号に基づいて供給動作を行う画像形成装置のトナー残量検知装置において、
トナー貯蔵手段、前記トナー貯蔵手段から現像装置へトナーを供給するトナー供給手段であって、トナー供給のために作動する作動部分を有するトナー供給手段、前記作動部分の作動を検出する作動検出手段、記録される画像信号を検出する画像信号検出手段及び前記作動検出手段の出力と前記画像信号検出手段の出力から前記作動部分の作動量と画像信号の量を対比する演算手段を有し、前記演算手段は、前記作動量と前記画像信号の量との対応関係の比例関係に対するずれを算出し、且つ、前記比例関係からの前記ずれがしきい値を超えた場合に、トナー補給信号を出力することを特徴とするトナー残量検知装置。
【請求項２】
前記作動部分は回転によってトナー供給を行い、前記作動量は前記作動部分の回転量であることを特徴とする請求項１に記載のトナー残量検知装置。
【請求項３】
前記演算手段は、画像信号に対応するパルスをカウントする積算手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検知装置。
【請求項４】
前記トナー補給信号によって、トナー補給を警告する警告手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトナー残量検知装置。
【請求項５】
前記警告手段は、初期警告及びトナー補給警告を行うことを特徴とする請求項４に記載のトナー残量検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
電子写真方式による画像形成装置では、画像形成材料であるトナーは、画像形成によって消費された結果トナー不足になったときは、随時トナー貯蔵手段からトナーを補給することによって、常に画質が維持されるようになっている。そして、トナー貯蔵手段内のトナー残量が少なくなったときには、操作者にトナー補給を促す警告表示を行うように構成されている。本発明はこのような警告表示のためにトナー貯蔵手段内のトナー残量を検出するトナー残量検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナー残量検知装置としては、ピエゾ素子を用いて残量を検知するもの、或いは、光学的に残量を検知するものがあった。しかしながら、前者はコスト高になるという欠点があった。特に、カラー画像形成装置においては、シアン、マゼンタ、イエロー及び黒のトナー貯蔵手段にぞれぞれ残量検知装置が必要になって、コスト高の欠点が著しくなる。また、光学的に検出するものは、コスト高であるとともに信頼性、安定性に欠けるという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、低コストで性能のよいトナー残量検知装置が望まれており、本発明はこのようなニーズに応えて低コストで、安定して作動し、検出性能に優れたトナー残量検知装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、現像装置内の現像剤濃度が下がったことを検知した信号又は現像装置内の現像剤量が不足したことを示す信号に基づいて供給動作を行う画像形成装置のトナー残量検知装置において、
トナー貯蔵手段、前記トナー貯蔵手段から現像装置へトナーを供給するトナー供給手段であって、トナー供給のために作動する作動部分を有するトナー供給手段、前記作動部分の作動を検出する作動検出手段、記録される画像信号を検出する画像信号検出手段及び前記作動検出手段の出力と前記画像信号検出手段の出力から前記作動部分の作動量と画像信号の量を対比する演算手段を有し、前記演算手段は、前記作動量と前記画像信号の量との対応関係の比例関係に対するずれを算出し、且つ、前記比例関係からの前記ずれがしきい値を超えた場合に、トナー補給信号を出力することを特徴とするトナー残量検知装置、によって達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態１〉
以下本発明の実施の形態を説明する。
【０００６】
図１は実施の形態を示すブロック図である。作動検出部は、現像装置へのトナー供給を行うトナー供給手段の作動を検出する作動検出手段である。現像装置が２成分現像剤を使用する現像装置である場合には、現像剤中のトナー濃度検出装置が現像装置内の現像剤濃度が下がったことを検知した信号に基づいてトナー供給動作を行う。現像装置が１成分現像剤を使用するものであるときは、現像装置内の現像剤の量が不足したことを示す信号に基づいて供給動作を行う。本実施形態では、後に説明するように、回転するスクリュウによってトナーの供給を行う。そして、作動検出手段は上記の供給装置の供給動作を検出するもので、本実施形態では前記スクリュウの回転を検出する。具体的には、スクリュウの駆動ギヤにエンコーダを設け、エンコーダの回転をセンサで検出する。
【０００７】
本発明が使用される画像形成装置は、画像信号に従って、画像記録を行う画像記録装置で、画像信号は原稿画像を読み取り、処理することによって得られた画像信号、入力作業によって作られた画像信号、或いは、送信されたデータから作られた画像信号等である。画像信号検出手段は画像信号の有無を検出する画像信号読み取り部で、画像記録装置の記録部への画像信号に対応して、制御部への入力信号を発生する回路である。具体的には、記録部への画像信号を一定周波数のクロックでサンプリングするサンプリング回路が使用される。
【０００８】
また後に説明するように本発明では画像信号の量が積算されるが、画像信号読み取り部は画像データを担持するパルスに対応した信号を出力するものでよい。画像信号が２値信号である場合には、画像信号をカウントするカウンタでよい。
【０００９】
制御部及び記憶部は作動検出手段及び画像信号検出手段からの信号のそれぞれを積算するとともに、それぞれの積算値を対比する演算手段を構成する。以下に、この積算及び対比について、図２に基づいて説明する。
【００１０】
図２において、横軸、縦軸はそれぞれ画像信号の積算数、トナー供給装置の作動量である。画像信号の積算値は画像信号の量である。作動量は具体的には供給スクリュウの回転数である。理論的には画像信号数とトナー供給手段の作動量は比例関係、即ち、直線関係にある。即ち、トナー消費量は画像信号の積算数に比例し、トナー補給手段の作動量（スクリューの回転量）はトナー消費量に比例する。図の曲線Ｌの直線部分はこのような比例関係を示している。ところが、トナー貯蔵手段内のトナー量が少なくなって、トナー供給手段のトナー搬送効率が低下してくると、この比例関係は崩れてくる。その結果、曲線Ｌの右端部のように、対応関係は直線ではなく曲線を示すようになる。
【００１１】
本発明は、画像信号の積算値とトナー供給手段の作動量のこのような関係に着目してなされたもので、両者の関係が直線から外れたときにトナー貯蔵手段内のトナー量が不足していると判断する判断システムを作って、トナー容器の交換等のトナー補給が確実に行えるようにした。
【００１２】
次に、図３によって、トナー補給判断システムの作動を説明する。
【００１３】
Ｓ1でスクリュウ回転数の積算、即ち、トナー供給手段の作動量の積算を行う。この積算はトナー貯蔵手段へトナー補給が行われて、トナー貯蔵手段内のトナーが満杯、即ち、初期状態になった時点からの積算である。従って、この積算値からトナー消費量、言い換えると、トナー貯蔵手段内のトナー残量がこのステップにおける積算から計測される。Ｓ2で上記の積算値から計測されたトナー残量が５０％以下か否かが判断される。５０％以下になると、初期化（Ｓ2′）の後、スクリュウ回転数の積算とともに画像信号の積算が行われる。この積算はトナー貯蔵部内のトナー残量が２０％以下になるまで継続される。トナー残量が２０％以下になったら、スクリュウ回転数／画像信号数＝α1が計算される（ステップＳ5）。このα1の算出はトナー貯蔵部内のトナー残量が十分な量である状態におけるスクリュウ回転数と画像信号の比を見る計算である。即ち、ステップＳ5までのプロセスは図２における線Ｌの直線部分の傾斜を見るプロセスである。ステップＳ6において、スクリュウ回転数、画像信号数及びβ（後に説明）は初期化される。そして、再び、スクリュウ回転数の積算及び画像信号数の積算が開始されるとともに（Ｓ7）β＝スクリュウ回転積算数−α1×画像信号数が計算される。この計算は図２におけるハッチングで示す差の計算である。次いで、βがしきい値を越えるか否かが判断され、越えたときにトナー補給信号が出力される（Ｓ10）。
【００１４】
このトナー補給信号によって、トナー補給の警告表示部（警告手段）が作動し、操作者にトナー補給を警告する。トナー補給警告の形態としては、単に１回の信号でトナー補給の警告を出すもの、初期警告として先ず、トナー残量が少ないことを警告し、次の段階でトナー補給警告とともに、画像形成装置の作動を禁止するもの、或いは、初期警告で予備警告を行い、これに次いで、トナー補給警告とともに１枚のプリントのみを可能にして連続プリントを禁止するもの等、画像形成装置の用途に適したトナー補給警告をするように設計される。
【００１５】
現像装置の現像性能は常に一定ではない。特に、２成分現像方式の現像装置においては、現像剤の疲労によって、現像剤中のトナー濃度と現像濃度（画像濃度）との関係が変化する。従って、ある場合には画像信号量に対するトナー供給手段の作動量を大きくして現像装置内の現像剤のトナー濃度を高めて所望の画像濃度を得ることになる。このような場合には上記の比、α1は変化することになる。従って、このような場合には、図３における積算或いは比率計算を行うステップにおいて、補正が行われる。この補正によって、トナー貯蔵手段内のトナー残量は正確に計測される。
【００１６】
なお、図示してはいないが、新しいトナー容器が装着されて、トナーの補給が行われた場合には、このトナー補給の信号を受けて、記憶部内に記憶されている作動量、画像信号量、及び比はキャンセルされ、初期化される。また、装置の故障等によって、トナー供給手段の作動量と画像信号量の関係が異常値を示す場合の対策として、制御部は異常検出手段を備えている。
【００１７】
図４は、本実施形態に使用されるトナー供給手段を示す。３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋはそれぞれ、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、黒トナーの収納容器である。４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋはそれぞれイエローマゼンタ、シアン、黒の色トナーを収容するトナー貯蔵部である。
【００１８】
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは各色の現像装置である。収納容器装着部４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋは、それぞれ４種の収納容器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋをほぼ同一平面上に平行設置し、着脱可能にする。前記現像器２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ内のトナーの量が減少した際に、前記収納容器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ内の各トナーを制御して補給するように構成されている。これらの収納容器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、ほぼ同じ構成をなすから、以下、これらの収納容器３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋを代表して収納容器３０と称して説明する。
【００１９】
本実施形態における収納容器３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ及び３０Ｋ内のトナーはこれら容器の装着時に一時にトナー貯蔵部に移動するのではなく、トナー供給手段の作動に従って、次第に現像装置に搬送される。従って、本実施形態では、トナー残量はトナー貯蔵部４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋ内の残量ではなく、容器と貯蔵部全体におけるトナー残量が検知の対象になる。従って、本実施形態では、トナー貯蔵部及び収納容器がトナー貯蔵手段である。
【００２０】
トナー貯蔵手段の他の形態としては、トナー容器の画像形成装置本体への装着時に一時にトナーを装置本体へ移動させて、トナーを装置本体へ移し終えたら、トナー容器を取り除く方式のものもある。この実施形態では、画像形成装置本体のトナー貯蔵部がトナー貯蔵手段として機能する。本発明はこのような方式のトナー貯蔵手段にも適用できることは勿論である。
【００２１】
図５は、前記収納容器３０を収納容器装着部４１に装着した状態の収納容器３０、収納容器装着部４１、トナー貯蔵部４２、トナー搬送部４３を示す断面図である。前記トナー貯蔵部（トナーホッパ）４２を構成する平行した２つの直立壁４２１，４２２には、回転力伝達部材４４が回転可能に支持されている。該回転力伝達部材４４のには、トナー補給装置開閉蓋４５が装填されていて、その右端部はコイルスプリング４６により右方に付勢されている。回転力伝達部材４４の図示右端部に突出した複数の腕部の先端部には係止爪を有し、収納容器抜け止め部４４４を形成している。該収納容器抜け止め部４４４は、前記収納容器３０の第３の突起爪部３２９に係脱可能に係合する。また、回転力伝達部材４４の回転中心軸方向のほぼ中央部には、複数の開口部（トナー排出口）４４１が穿設されている。さらに、前記回転力伝達部材４４の図示左端部付近の軸端部には収納容器回転用歯車４７が固定されている。該収納容器回転用歯車４７は図示しない駆動源により駆動回転される。
【００２２】
操作者は前記収納容器３０を把持して収納容器装着部４１の案内台４１１上に載置して図示左方向に移動させ、収納容器３０の最先端部を前記トナー補給装置開閉蓋４５の右端面に当接させる。引き続き収納容器３０を図示左方向に移動させると、トナー補給装置開閉蓋４５がコイルスプリング４６に抗して圧縮され、前記開口部（トナー排出口）４４１が次第に開放され、前記回転力伝達部材４４と収納容器３０の第３の突起爪部３２９とが係合、接続されると、開口部４４１は全開状態になる。
【００２３】
この収納容器３０の移動過程で、前記伸縮自在な容器開閉蓋３３の左方端が、前記回転力伝達部材４４の内壁部に当接して進行が妨げられ、さらに収納容器３０が移動すると、容器開閉蓋３３の最先端の係合部３３１が収納容器３０の最先端の第１の突起爪部３２７から離脱して、収納容器３０側の開口部（補給口）３２４が次第に開放され、前記回転力伝達部材４４と収納容器３０の第３の突起爪部３２９とが係合、接続されると、開口部３２４は全開状態になる。
【００２４】
前記回転力伝達部材４４の図示左方に突出した回転軸部４４５の外径部には、前記収納容器回転用歯車４７が着脱可能に一体化される。回転力伝達部材４４の軸心部には貫通穴４４６が形成されていて、中空状になっている。該貫通穴４４６は、前記収納容器３０を収納容器装着部４１に装着するとき、収納容器３０の先端部の突当部により圧縮されるトナー補給装置開閉蓋４５内の空気を排出して、トナー補給装置４０の機外に排出する。従って、収納容器３０を装着するとき、トナー補給装置開閉蓋４５の開閉動作時の空気流がトナーホッパ４２内に流れ込まないから、トナーを飛散させることはない。
【００２５】
このようにして、収納容器３０と回転力伝達部材４４とが係合、接続されると、前記収納容器３０側の開口部３２４と、トナー補給装置４０側の開口部４４１とが開放状態になる。駆動源により歯車４７が駆動回転されると、該歯車４７と一体をなす収納容器３０と回転力伝達部材４４とは一体になって駆動回転され、収納容器３０の容器本体３１内に収容されたトナーは、螺旋状の突起３１１によって、開口部３１２の方向、即ち、左方に推進され、掻き上げ部（パドル）３２５により上方に掻き上げられ、トナー案内部４２６の傾斜面を重力によって滑落して、開口部３２４から排出され、さらに、回転力伝達部材４４の開口部（トナー排出口）４４１を通過してトナー貯蔵部４２のホッパ内に収容される。なお、前記収納容器３０は回転伝達部材４４により回転されて、トナーはトナー貯蔵部４２に補給されるが、トナー貯蔵部４２内に一定量のトナーが貯蔵されると、収納容器３０が回転してもトナーは補給されないから、この状態で収納容器３０が回転し続けても問題は発生しない。
【００２６】
トナー貯蔵部４２のホッパ内に収容されたトナーは、図示しない駆動源に接続した搬送スクリュウ用歯車４３２に固定された搬送スクリュウ４３１に送り込まれ、トナー搬送部４３内で搬送されて、前記現像器２０に補給される。歯車４７と搬送スクリュウ４３１は同一の駆動源によって駆動される。
【００２７】
〈実施の形態２〉
次に演算手段の他の実施形態を図６及び図７によって説明する。
【００２８】
この実施形態では演算部において、画像信号数に対してα１＝スクリュウ回転数／画像信号積算数が対比される。ステップＳ1〜ステップＳ5は実施形態１と同じである。ステップＳ6において、画像信号積算数及びスクリュウ回転数が初期化される（Ｓ7）。この実施形態ではβの初期化はない。というのは、この実施形態ではβは使用されないからである。ステップＳ8において、積算された画像信号数が予め設定した画像信号数（単位画像信号数）に達したか否かが判断される。積算画像信号数が単画像信号数に達したら、ステップＳ9において、スクリュウ回転数／画像信号積算数の比α２が計算される。次いで、α２とα１に定数Ｃを乗じたものが比較され、α２がより大となったときにトナー補給信号が出力される（Ｓ10）。
【００２９】
定数Ｃは実施形態１における定数βのしきい値に相当するもので、スクリュウ回転数と画像信号積算数の比例関係からのずれがトナー補給警告を行う値に達したか否かを判断するしきい値である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明においては、ピエゾ素子等の高価なセンサを用いることなく、トナー補給用のトナー貯蔵手段内のトナー残量を検知することを可能にしたもので、画像形成装置を安価に製造するのに極めて有用である。特に、本発明は、カラー画像形成装置においては、各色トナーの貯蔵手段にトナー残量検知手段を設ける必要があったが、本発明によれば、安価にトナー残量検知手段を設けることが可能になり、カラー複写機、カラープリンター等を安価に提供するのに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のブロック図である。
【図２】上記実施形態１における演算手段の演算を説明するグラフである。
【図３】上記実施形態１における演算手段の作動を示すフローチャートである。
【図４】本発明に使用されるトナー貯蔵手段及びトナー供給手段の斜視図である。
【図５】トナー貯蔵手段及びトナー供給手段の断面図である。
【図６】実施形態２における演算手段の演算を説明するグラフである。
【図７】実施形態２における演算手段の作動を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
２０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）  現像装置
３０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）  収納容器
４２（Ｙ，Ｍ，ＣＭＫ）  トナー貯蔵部
４３  トナー搬送部
４３１  搬送スクリュウ
【図１】
0004000630.tif 000002
【図２】
0004000630.tif 000003
【図３】
0004000630.tif 000004
【図４】
0004000630.tif 000005
【図５】
0004000630.tif 000006
【図６】
0004000630.tif 000007
【図７】
0004000630.tif 000008