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発明の名称 現像剤量検知装置と画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−2948
公開日 平成11年(1999)1月6日
出願番号 特願平9−169655
出願日 平成9年(1997)6月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】藤岡 徹
発明者 高橋 貢司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 画像形成装置内に設けられて現像剤を収容する現像剤容器中の現像剤の残量を検知する現像剤残量検知装置において、現像剤容器の外面に当接させられて現像剤容器の内部に対して音波を発する音波発生手段と、現像剤容器の外面に当接させられて音波発生手段から発せられた音波の反響音波を受信できる音波受信手段と、音波受信手段が受信した音波を解析して現像剤容器中の現像剤の残量を判定する音波解析手段とを有することを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項2】 音波発生手段から発せられる音波は、2万ヘルツ以上の周波数を有する超音波を用いないこととする請求項1に記載の現像剤量検知装置。
【請求項3】 音波解析手段は、現像剤容器内の現像剤量が所定量に達したときに音波受信手段が受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上の値に対応する規定値を有し、規定値に対応した現像剤の量を判定できることとする請求項1または請求項2に記載の現像剤量検知装置。
【請求項4】 音波解析手段は、複数の規定値を有し、複数の規定値に対応した現像剤の残量を判定できることとする請求項3に記載の現像剤量検知装置。
【請求項5】 音波解析手段は、音波受信手段で受信した音波を、その振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上を連続的に監視して現像剤の残量を連続的に検知することとする請求項1または請求項2に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項6】 音波発生手段は、現像剤容器の外面をたたいてその内部に音波を発生させる打付け部材が用いられていることとする請求項1から請求項5のうちいずれか1つに記載の現像剤量検知部材。
【請求項7】 音波発生手段が発生する音波は、所定量の現像剤があるときの現像剤容器と共振する周波数を有することとする請求項1または請求項2に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項8】 少なくとも、現像剤を収容する現像剤容器と、現像剤容器内の現像剤の量を検知できる現像剤量検知装置とを有する画像形成装置において、現像剤量検知装置として請求項1から請求項7のうちいずれか1つに記載の現像剤量検知装置が用いられていることを特徴とする画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真装置や静電記録装置などにおいて、現像装置内の現像剤の残量を検知できる現像剤残量検知装置と画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式等を用いた画像形成装置では、潜像担持体である感光体上に静電潜像を形成し、この潜像を現像装置で可視化し、感光体上の可視化された像を転写手段で転写材である記録紙上に転写し、定着手段で記録紙に画像を定着させて記録紙に画像を形成している。
【0003】感光体上の静電潜像を可視化する現像装置は、感光体と対向する位置の現像剤容器の開口部に設けられた現像剤担持体に、現像剤容器内に収容された現像剤を担持させるとともに、感光体と現像剤担持体とで形成する現像領域に搬送させて、現像領域において現像剤により感光体上の静電潜像を現像して可視化するようにしている。
【0004】上記の現像装置では、現像剤容器内の現像剤の残量を適切に把握して、適当な時期に現像剤を補充することにより、現像剤の不足によるミスプリントを防ぐようにしている。具体的には、現像装置に現像剤の残量を検知する現像剤量検知装置が設けられて、現像剤量検知装置からの検知信号をユーザー等に通知することにより、ユーザー等が現像剤の補充等を行うようにしている。
【0005】また、感光体、現像剤担持体、現像剤等を筐体内に配置したトナーカートリッジを用いたときも、トナーカートリッジ内の現像剤の残量不足によるミスプリントの防止等のため、トナーカートリッジの現像剤容器部分に現像剤量検知装置を設けて,現像剤量検知装置からの検知信号により、トナーカートリッジの交換を行うようにする場合もある。
【0006】現像剤容器に設けられる現像剤の残量検知装置としては、例えば、図8に示すように、光源と受光素子とを対向させて設けてフォトインタラプタを形成し、両者間の現像剤の残量を検知する光透過式の現像剤量検知装置が知られている。
【0007】具体的には、現像剤を収容する現像剤容器113の所定の対向位置に光を透過できる窓部114,115が設けられ、現像剤容器113の外方で現像剤容器113の窓部114と対向する位置に、光を発光する発光素子111が配置されているとともに、現像剤容器113の外方で現像剤容器113の窓部115と対向する位置に、発光素子111から発せられて窓部114,115を透過した光を検知する受光素子112が配置されて構成されている。
【0008】光透過式現像剤量検知装置は、現像剤容器113内に現像剤Dが十分にある間は、窓部114より現像剤容器113中に進入した発光素子の光は、現像剤Dに遮られて受光素子112に到達しない。しかし、現像剤の消費により現像剤容器113が空になると、発光素子111の光は窓部114,115を通過して受光素子112に到達する。このときの受光素子112の出力の変化によって、現像剤Dの残量を検知して現像剤が無くなったと判定し、画像形成装置のディスプレイなどを通じてユーザー等に現像剤の補充等を行うように通知するようになっている。
【0009】ところで、上記の現像剤容器113には、窓部114,115を清掃する可撓性の清掃シート118を有する窓部清掃部材116が設けられている。窓部清掃部材116は、回転軸117を回転中心にして、図示を省略した駆動源によって回動し、窓部清掃部材116の先端に設けられた清掃シート118が、窓部清掃部材116の回動に伴って所定方向に回転することにより、現像剤容器113の窓部114,115の内面と当接し、清掃シート118が窓部114,115の内面に付着した現像剤Dを拭き取ることができるようになっている。これにより、現像剤容器113内が空であるにも関わらず、窓部114,115に付着した現像剤Dによって発光素子111の光が遮られて、現像剤有りと判定されることを防止している。
【0010】さて、上記構成の光透過式の現像剤量検知装置においては、発光部と受光部へのごみの付着や、発光素子や受光素子の経時変化などによる検知精度の低下が問題になる。そこで、例えば、特開平2−284165号公報においては、発光部または受光部をフレキシブルに保持し、現像剤容器に対して密着させているため、発光部と受光部を単純に固設しているタイプに比べてごみ付着防止性能を向上させている。さらに同公報では、現像剤容器の着脱やドアの開閉に連動して発光部や受光部をクリーニングする機構も提示されている。
【0011】現像剤残量検知装置としては、上記構成の光透過式のもののほか、種々考案されている。例えば、特開平5−204247号公報に、以下の各現像剤量の検知方法が記載されており、例えば、トナーが与える負荷の変化からトナーの残量を検知する方法がある。これは、トナー容器内のトナー送りネジが、トナー量によってうけるスラスト負荷により移動可能に構成されており、トナーがあるときは送りネジがスイッチを押している。トナーがないときは、スラスト負荷が減少し、スイッチレバーのばね圧力で送りネジがスライドしてスイッチを開放することにより、トナーエンド信号を発信するようになっている。このほか、トナー残量を検知する方法としては、圧電振動子を用いる方法や、超音波を用いた方法等がある。
【0012】圧電振動子を用いる方法においては、トナータンクの底部にトナー残量センサとして圧電振動子を設けている。そして圧電振動子に電圧を印可し、振動させた直後に印可電圧を切る。その後、その圧電振動子の振幅によって出力される出力電圧を検知することによって、トナータンク内のトナー残量を検出する。つまり、トナータンク内のトナー残量の減少にともなう振幅の変化を出力電圧の変化としてとらえ、トナー残量を検知する。すなわち、トナータンク内にトナーが充填されているときは、圧電振動子の振幅は小さく、その振幅によって圧電振動子から出力される電圧は低いので、トナーエンド信号は発生しない。一方、トナータンク内にトナーが無いときは、圧電振動子の振幅は大きく、その振幅によって圧電振動子から出力される電圧は高いので、トナーエンド信号が発生する。
【0013】超音波を用いた方法においては、トナー残量検出装置はトナータンク内に設けられた超音波発信器と、トナータンク内のトナーが減少すると露出するトナータンク内に設けられた受信器とからなっている。トナータンク内にトナーが充分入っているときには、トナーによって超音波発信器からの超音波は遮られて、受信器によって受信されない。一方、トナータンク内のトナーが無くなると、超音波発信器からの超音波は受信器によって受信されるので、トナーエンド信号が発生する。
【0014】また、トナータンクの側面下部に窓部を設けるとともに、トナータンク内の窓部と対向する位置に反射盤を設けて、光学的にトナー残量を検知する方法もある。この場合は、窓部と対向するトナータンクの外の位置に反射盤からの光を検出する検出器を設ける。このことにより、トナーがトナータンクに充填されているときは、検出器は反射盤からの光を検出しない。一方、トナータンク内にトナーが無くなると、窓部から入った光が反射盤に反射して、検出器によって検出されるので、トナーエンド信号が発生する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような光透過式の装置では、発光部または受光部を現像剤容器に密着させた場合についてはごみ付着防止の点で効果があるものの、装置のレイアウト上の制約から密着させられない場合には、当然ながらその効果を期待することができないという問題があった。この場合、装置のレイアウト上の制約として最も重要なのは記録紙の搬送路で、装置全体の小型化等のために現像剤容器の近傍に搬送路を位置させる事もしばしばあり、搬送路が現像剤容器の直下(鉛直方向真下)を通るときは、発光部または受光部のいずれかとバッティングするという問題があった。これは、光透過式の現像剤量検知装置では、現像剤容器の底に残った現像剤が無くなるのを検知するために、発光部または受光部のいずれかを現像剤容器の直下に置く必要があるからである。
【0016】このような場合、検知手段の発光部あるいは受光部を現像剤容器直下ではなく斜め下等に配置するか、あるいは搬送路の更に下に搬送路を横切るように光路をレイアウトすることになる。
【0017】前者については、現像剤容器の底に残った現像剤を最後の無くなる間近まで監視できないので、現像剤無しと検知した時点では、まだ少なからず現像剤を残すことになってしまい、不経済である。
【0018】一方、後者については、前者と違って現像剤を最後まで使い切ることができるので経済的であるというメリットがあるものの、検知手段を現像剤容器に密着させられないばかりか、検知手段と現像剤容器との間に搬送路があるため、検知手段へのごみ、特に紙粉の落下、付着が避けられず、検知精度の低下が起こるというデメリットがある。これを防ぐには複雑なクリーニング機構が必要で、製造コストが高く、故障し易い装置になってしまう。さらに、清掃シートの製造ばらつきによる長さの不均一さや端部の切断状況によって、窓部の内面の清掃も不安定になり易く、検知精度を高めることが困難であるという問題があった。
【0019】また、光透過式の方法では感光性トナーに用いることができないという問題がある。感光性トナーは光が当たると反応してしまうので、上述したような通常の光学的方法は使用できない。
【0020】さらに、振動子や超音波などを利用した方法を用いると、トナーに物理的負荷がかかり、特に感光性マイクロカプセルトナーを用いる場合にはトナータンク内のカプセルが破壊されてしまうという問題があるし、トナーが与える負荷によりトナー残量を検出する方法においてもトナーに負荷がかかるため、感光性マイクロカプセルトナーを用いる場合には、その負荷によって感光性マイクロカプセルトナーが破壊されてしまうという問題があった。
【0021】また、トナータンク内のトナーが無くなったときに初めて露出するトナータンクの底部に振動子や超音波の受信器を配置しているが、振動子や受信器の周辺にトナーが塊となったりして残っていると、トナータンク内のトナーがほとんどないにもかかわらず、トナー無の信号が発せられないこととなるし、トナー残量を複数の残量レベルに合わせて通知するには、トナータンク内に複数の振動子や複数対の超音波発信機と受信器が必要となり、その分トナータンクの容積が大きくなるという問題があった。
【0022】さらにまた、トナーが与える負荷の変化によってトナー残量を検出する方法においては、トナーにも負荷がかかるため、感光性マイクロカプセルトナーを用いた場合には、その負荷によって感光性マイクロカプセルトナーが破壊されてしまうという問題もある。
【0023】そこで、本発明は、現像容器内に何ら検知のための部材を配置せずに、比較的自由なレイアウトで設置できるとともに、現像剤容器内の現像剤に負荷をかけずに適切な現像剤の残量を検知できる現像剤量検知装置と画像形成装置を提供することを目的とする。
【0024】また、コストがかからないとともに、現像剤の減り具合を検知できる現像剤量検知装置と画像形成装置を提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】本出願にかかる第1の発明によれば、上記目的は、画像形成装置内に設けられて現像剤を収容する現像剤容器中の現像剤の残量を検知する現像剤残量検知装置において、現像剤容器の外面に当接させられて現像剤容器の内部に対して音波を発する音波発生手段と、現像剤容器の外面に当接させられて音波発生手段から発せられた音波の反響音波を受信できる音波受信手段と、音波受信手段が受信した音波を解析して現像剤容器中の現像剤の残量を判定する音波解析手段とを有するように構成することにより達成される。
【0026】また、本出願にかかる第2の発明によれば、上記目的は、音波発生手段から発せられる音波を、2万ヘルツ以上の周波数を有する超音波を用いないようにすることにより達成される。
【0027】また、本出願にかかる第3の発明によれば、上記目的は、音波解析手段が、現像剤容器内の現像剤量が所定量に達したときに音波受信手段が受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上の値に対応する規定値を有するようにして、規定値に対応した現像剤の量を判定することにより達成される。
【0028】また、本出願にかかる第4の発明によれば、上記目的は、音波解析手段が、複数の規定値を有するようにして、複数の規定値に対応した現像剤の残量を判定することにより達成される。
【0029】また、本出願にかかる第5の発明によれば、上記目的は、音波解析手段を、音波受信手段で受信した音波を、その振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上を連続的に監視して現像剤の残量を連続的に検知するようにすることにより達成される。
【0030】また、本出願にかかる第6の発明によれば、上記目的は、音波発生手段は、現像剤容器の外面をたたいてその内部に音波を発生させる打付け部材を用いることにより達成される。
【0031】また、本出願にかかる第7の発明によれば、上記目的は、音波発生手段が発生する音波を、所定量の現像剤があるときの現像剤容器と共振する周波数とすることにより達成される。
【0032】また、本出願にかかる第8の発明によれば、上記目的は、少なくとも、現像剤を収容する現像剤容器と、現像剤容器内の現像剤の量を検知できる現像剤量検知装置とを有する画像形成装置において、現像剤量検知装置として、第1の発明から第7の発明うちいずれか1つの現像剤量検知装置を用いることにより達成される。
【0033】つまり、本出願にかかる第1の発明によれば、現像剤容器の外面に当接させられた音波発生手段が現像剤容器の内部に対して音波を発することにより、現像剤容器内の空間の大きさに応じた反響音波が発生し、その反響音波を現像剤容器の外面に当接させられた音波受信手段で受信し、受信した音波を音波解析手段で解析し、解析結果に応じた現像剤容器中の現像剤の残量を判定することにより、現像剤容器内に検知装置を設けずに、トナーに負荷をかけずに精度よく現像剤の残量が検知される。
【0034】また、本出願にかかる第2の発明によれば、2万ヘルツ以上の周波数を有する超音波を用いないようにすることにより、感光性マイクロカプセルトナー等の高周波数の音波によって破壊されやすい現像剤が現像剤容器内に収容されていても、現像剤が破壊されることなくその残量が検知される。
【0035】また、本出願にかかる第3の発明によれば、音波解析手段に、現像剤容器内の現像剤量が所定量に達したときに音波受信手段が受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上の値に対応する規定値を設けて、音波解析手段により音波受信手段が受信した音波がその規定値に達したときに、現像剤の量が所定量であることを判定して通知することにより、現像剤容器内に検知装置を設けずに精度よく現像剤の残量が検知される。
【0036】また、本出願にかかる第4の発明によれば、音波解析手段に複数の規定値を設け、音波解析手段により複数の規定値に対応した現像剤の残量を判定することにより、コストをかけずに現像剤の減り具合が段階的に検知される。
【0037】また、本出願にかかる第5の発明によれば、音波解析手段により、音波受信手段で受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上を連続的に監視することにより、現像剤の残量が連続的に検知される。
【0038】また、本出願にかかる第6の発明によれば、現像剤容器の外面をたたいてその内部に音波を発生させる打付け部材で現像剤容器内に音波を発生させるようにすることにより、簡単な構成で現像剤容器内に音波を発生させられるので、コストをかけずに精度よく現像剤の残量が検知される。
【0039】また、本出願にかかる第7の発明によれば、所定量の現像剤があるときの現像剤容器と共振する周波数の音波を音波発生手段から発し、その反響音波を音波受信手段によって受信することにより、共振時の振動を、圧電素子のような安価な部材で拾って現像剤量の残量を判定できるので、コストをかけずに精度よく現像剤の残量が検知される。
【0040】また、本出願にかかる第8の発明によれば、画像形成装置内の現像剤量検知装置として、第1の発明から第7の発明うちいずれか1つの現像剤量検知装置を用いることにより、コストがかからず、現像剤容器内に検知装置を設けずに精度よく現像剤の残量が検知される画像形成装置が提供される。
【0041】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0042】(第1の実施形態)まず、本発明の第1の実施形態を図1〜図6により説明する。図1は、本実施形態の現像剤残量検知装置を利用した画像形成装置を示す概略構成図である。
【0043】本実施形態では、現像剤量検知装置をレーザービームプリント方式のファクシミリ装置に用いた。ファクシミリ装置Bは、例えば、像担持体である感光ドラム6、一次帯電器7、現像器8、クリーニング器9、現像剤であるトナーTを収容している現像剤容器10とが一体的に収納されて装置に対して着脱自在に設けられたプロセスカートリッジ5が収容され、プロセスカートリッジ5の現像剤容器10の外面に現像剤量検知装置の音波発生手段と音波受信手段とが当接されている。
【0044】また、画像をプリントする記録紙Pと記録紙Pを収容する給紙カセット1,2および記録紙Pを所定のプロセスへ搬送する記録紙搬送路3,4、記録紙P上の現像剤を定着させる定着器14、ファクシミリ装置B内の各構成部材を制御するとともに、現像剤量検知装置の音波解析手段として機能する制御部等が設けられて、制御部、音波発生手段、音波受信手段で現像剤量検知装置を構成して、トナーに負荷をかけずに現像剤容器10内のトナーの残量を検知できるようになっている。
【0045】上記のファクシミリ装置Bでは、所定の画像形成信号により給紙カセット1または2から繰り出された記録紙Pが、記録紙搬送路3または4を通り、以下の所定のプロセスを経て画像形成され、装置外に排出される。
【0046】本ファクシミリ装置における作像のプロセスは、感光ドラム6が一次帯電器7によって一様に帯電された後、感光ドラム6上に光源11より画像光であるレーザービーム12が照射されると、感光ドラム6上に静電潜像が形成される。
【0047】感光ドラム6上に形成された静電潜像は、現像器8で現像剤容器10内のトナーTにより現像されて顕像化され、トナー像に変えられる。このとき、現像剤容器10内のトナーTが消費される。感光ドラム6上のトナー像は、装置本体側の転写帯電器13によって記録紙P上に転写される。そして、トナー像が担持された記録紙Pは、定着器14方向に搬送され、定着器14によってトナー像が定着された後、装置外に排出される。一方転写が終了した感光ドラム6は、クリーニング器9によって残留トナーが清掃され、次の静電潜像が形成されるための準備が完了する。
【0048】図2に、本実施形態のトナー残量検知装置の概略構成図を示す。現像剤容器10内のトナーの残量を検知する現像剤量検知装置100は、音波発生手段として、例えば、約15ヘルツから2万ヘルツの間の周波数を有する音波を発することができる残検スピーカ101と、所定の周波数帯域の音波を受信することができる残検マイク102とが、ファクシミリ装置Bの開閉可能なカートリッジカバー21の支持架台21aに取り付けられている。そして、カートリッジカバー21に取り付けられた、残検スピーカ101と残検マイク102とが、所定位置に設けられている制御部300に接続されて、制御部300からの作動信号により残検スピーカ101が音波を発するとともに、残検マイク102からの検知信号が制御部300に入力され、制御部300で検知信号を解析できるようになっている。
【0049】また、プロセスカートリッジ5をファクシミリ装置B内に設置するとともにカートリッジカバー21を閉じた状態で、残検スピーカ101の音波発生部と残検マイク102の音波受信部とがプロセスカートリッジ5の現像剤容器10の上面に当接できるように、支持架台21aの設置位置と大きさが調節されて、残検スピーカ101から現像剤容器10内に所定の音波を発することができるとともに、残検スピーカ101から発せられて現像剤容器10内で反響した音波を残検マイク102で受信できるようになっている。
【0050】なお、図2に示すように、現像剤容器10内に攪拌板22が設けられており、攪拌軸23を中心に振り子運動をする攪拌アーム24によって矢印Yの方向に往復運動してトナーTを現像器8に送り込むとともに、トナーTの擬集や遍在を防止することができるようになっている。また、図3に示すように、残検スピーカ101と残検マイク102とは、プロセスカートリッジ5の交換の際に、カートリッジカバー21とともに上方に退避するようになっている。
【0051】図4に、ファクシミリ装置の制御部の概略説明図を示す。本ファクシミリ装置は、上記の作像プロセスに関する部材のほかに、画像読取部、記録部、操作部、通信制御部、表示用LCD、アラーム等の警報用スピーカと、上記各装置が接続された中央演算処理回路であるCPU、MPU、RAM、ROM、画像処理部で構成された制御部300とからなっている。具体的には、ファクシミリ装置全体を制御するとともに、残検スピーカ101の作動制御や残検マイク102からの検知信号を解析できるCPU301が設けられており、CPU301に、MPU311、MPU311の制御プログラム等を格納するROM312、各種データ処理のワークエリアや画像情報の一時的記憶部として使用されるRAM313、画像の変倍や解像度変換等を行う画像処理部314等が接続されているとともに、画像読取部、記録部、操作部等を接続するインタフェース308,309がCPU301に接続されて制御部300が構成されている。
【0052】なお、CPU301には、公知の構成からなるカレンダ、時計機能などが備えられている。また、RAM313には、ワンタッチキー宛先情報、ソフトウェアスイッチ情報等の重要なシステム設定情報を格納する領域が設けられているとともにそれらはバッテリーバックアップによって停電等の不慮の障害から保護されている。
【0053】CPU301に接続されたインターフェイス308には、画像読取部304、記録部305、操作部302、通信制御部306、表示用LCD303、警報用スピーカ307等が接続されている。
【0054】画像読取部304は、読取モータ等の駆動部、画像の読取を行う読取センサ、読取った画像のシェーディングや2値化を行う画像処理部、原稿検知等を行う各種センサ等から構成されている。
【0055】記録部305は、記録モータ等の駆動部、レーザースキャナや電子写真プロセスの制御等を行う記録ユニット、記録する画像のスムージング等を行う画像処理部、記録紙等の検知を行う各種センサ、および、トナーの残量検知に用いられる残検スピーカ101と残検マイク102から構成されている。
【0056】上記記録部305の残検スピーカ101は、CPU301からの司令に応じて、所定のタイミングで任意の周波数の音をプロセスカートリッジ5の現像剤容器10に対して発するようになっている。
【0057】このとき、プロセスカートリッジ5内では、トナーの残量に応じた空き容積の違いによって、残検スピーカ101の発した音が反響し、その反響音が残検マイク102に取り込まれ、CPU301において音波の解析が行われトナー残量が判定されるようになっている。
【0058】通信制御部306は、発呼、着呼、画像データの符号化等を行うMODEM、NCU等からなる接続部を有し、接続部に、通信網やハンドセットが接続されるようになっている。
【0059】また、CPU301に接続された外部インタフェース309は、CPU301から直接データの送受信を行うインタフェースであり、例えばRS232C、SCSI、LAN等の回線を通じて装置外部のコンピュータと接続することで装置を外部のコンピュータのスキャナプリンタ等として使用することができ、一例として、図4に示したHDD310は大容量の不揮発性メモリとして画像情報等の保存に使用することができる。
【0060】図5に示す、現像剤容器内の反響音波を表すグラフにより、上記構成のファクシミリ装置Bの現像剤量の残量検知を説明する。まず、制御部300のCPU301からの司令に応じて、所定のタイミングで残検スピーカ101から任意の周波数の矩形波状の音が、プロセスカートリッジ5の現像剤容器10に対して発せられる。残検スピーカ101から音が発せられると、プロセスカートリッジ5内では、トナーの残量に応じた空き容積の違いによって音が反響し、反響した音が残検マイク102から取り込まれ、反響音を取り込んだ残検マイク102から検知信号がインターフェイス308を介してCPU301に送信されてCPU301で検知信号の解析が行われる。
【0061】ここで、残検マイク102からの検知信号は、トナー残量が多いとき、すなわち現像剤容器10内の空き容積が小さいときには、容器の固有振動数が大きくなって、図5(a)に示すように、反響音の振幅A−FULL、波長T−FULLは小さくなり、反響音の周期が大きくなる。逆に、トナー残量が少ないとき、すなわち現像剤容器10内の空き容積が大きいときには、容器の固有振動数が小さくなって、図5(b)に示すように、反響音の振幅A−EMPTY、波長T−EMPTYは大きくなり、反響音の周期が小さくなるのである。
【0062】そこで、図6に示すように、本実施形態においては、反響音の波長Tに注目して、残検マイク102からの検知信号のうちCPU301で反響音の波長Tを監視し、トナーが減っていって、波長Tがあらかじめ定めた規定値SLに達したところで、トナー無し、の判定をし、CPU301からインターフェース部308を介して表示用LCD等に信号を送信して、ユーザー等にトナーが無くなったことを通知するようにしている。
【0063】ここで、規定値SLは、通知したい量のトナーを収容した現像剤容器に残検マイクから音を発し、その反響音を残検マイクで拾い、残検マイクからの検知信号をCPUで解析して、通知したいトナー量に対応する反響音の波長を検出して規定値SLとする。これを、ROM312に格納しておき、実際のトナー消費時に、残検マイク102からの検知信号による反響音の波長と規定値SLとを比較し、規定値SLと残検マイク102からの検知信号による反響音の波長とが一致したときに、トナーの残量が所定値、例えばトナー無しの状態、となったことを通知する。
【0064】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において残検マイクで拾った反響音の波長Tの変化に注目して現像剤の残量を検知したが、これに代えて、周期あるいは振幅の変化に注目して現像剤の残量を検知するようにしたものである。なお、音波解析手段でもある制御部において周期あるいは振幅を検知・監視するほかは、装置の構成は第1の実施形態と同様である。
【0065】具体的には、反響音の周期あるいは振幅に注目して、残検マイク102からの検知信号のうち制御部300のCPU301で反響音の周期あるいは振幅を監視し、トナーが減っていって、周期あるいは振幅があらかじめ定めた規定値SLに達したところで、トナー無し、の判定をし、CPU301からインターフェース部308を介して表示用LCD等に信号を送信して、ユーザー等にトナーが無くなったことを通知するようにしている。
【0066】ここで、規定値SLは、通知したい量のトナーを収容した現像剤容器に残検マイクから音を発し、その反響音を残検マイクで拾い、残検マイクからの検知信号をCPUで解析して、通知したいトナー量に対応する反響音の周期あるいは振幅を検出して規定値SLとする。これを、ROM312に格納しておき、実際のトナー消費時に、残検マイク102からの検知信号による反響音の周期あるいは振幅と規定値SLとを比較し、規定値SLと残検マイク102からの検知信号による反響音の周期あるいは振幅とが一致したときに、トナーの残量が所定値となったことを通知する。
【0067】なお、本実施形態と第1の実施形態とでは、反響音の振幅、周期、波長のうちいずれか1つを監視して、トナーの残量検知に用いているが、このほか、振幅、周期、波長のうちのいずれか2つ以上を組み合わせて監視するようにしてもかまわない。
【0068】また、上記の各実施形態では、レーザープリント方式のファクシミリ装置に用いられた現像剤容器内のトナー残量を検知するようにしているが、レーザープリンターなどの画像形成装置に用いられた現像剤容器内のトナー残量を検知できるようにしてもかまわない。
【0069】さらに、現像剤としてインクを用いるインクジェットプリンタであっても、現像剤容器としてのインクタンクに対して上記の各実施形態の現像剤量検知装置をそのまま適用することができ、その場合は、インクタンクの外面に音波発生手段である残検スピーカと、音波受信手段である残検マイクとを当接させ、残検スピーカと残検マイクとを制御部に設けられた音波解析手段に接続する。
【0070】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において所定の規定値SLを1つだけ設けて現像剤の有無を検知したが、これに代えて、規定値を複数設けることで、現像剤が段階的に減っていく過程を逐次検知することができるようにしたものである。なお、音波解析手段でもある制御部において規定値を複数設けるほかは、装置の構成は第1の実施形態と同様である。
【0071】具体的には、規定値を、通知したい量のトナーを収容した現像剤容器に残検マイクから音を発し、その反響音を残検マイクで拾い、残検マイクからの検知信号をCPUで解析して、通知したいトナー量に対応する反響音の周期あるいは振幅を検出して規定値とする。この作業を、トナーが減っていく過程が分かるように、トナーの残量を段階的に減らした各状態において行い、それぞれの規定値を求めて、制御部300のROM312に格納しておく。
【0072】実際のトナー消費時には、残検マイク102からの反響音に対する検知信号を各規定値とを比較し、規定値と残検マイク102からの検知信号の振幅あるいは周期あるいは波長とが一致したときに、トナーの残量が一致した規定値に対応したトナー残量となったことを通知する。
【0073】このようにすると、現像剤が全くなくなる以前に、現像剤が少なくなっていることをユーザー等に伝えることができるので、装置の操作性が向上する。
【0074】(第4の実施形態)本発明の第4の実施形態を説明する。本実施形態は、上記の各実施形態において規定値を1つまたは複数設けて、規定値と音波受信手段で受信した反響音の信号と比較して逐次判定しているが、これに代えて、反響音による検知信号を連続して監視して現像剤の残量を連続的に判定するようにしたものである。
【0075】これは、現像剤容器内のトナーの残量と、反響音による検知信号の振幅、波長等が比例することによる。このことにより、現像剤容器内のトナー量を少量ずつ減らしながら反響音を発し、その時の反響音による振幅、波長等を検出した結果から、振幅、波長等とトナー残量との比例式を求め、その演算式を制御部に記憶させておく。そして、実際のトナー消費時に、反響音による検知信号を連続して監視し、その検知信号による振幅、波長等を用いて制御部で演算することにより、現像剤の量を連続的に判定するようにするものである。このようにすることにより、装置の操作性が、上記第3の実施形態に比べてさらに向上する。
【0076】(第5の実施形態)本発明の第5の実施形態を説明する。本実施形態は、上記の各実施形態において現像剤容器に対してスピーカを用いて音波を入力したが、これに代えて、ソレノイド等を用いた打付け部材で現像剤容器の一部をたたくことにより現像剤容器内に音波を発するようにしたものである。
【0077】この場合は、現像剤容器の外面に、打付け部材としてソレノイドを配置しておき、ソレノイドを所定間隔で作動させて現像剤容器の外面をたたくことにより、現像剤容器内に音波を発生させ、その反響音をマイクでひろい、反響音の振幅、周期、波長のうちいずれか1つまたは選ばれた2つ以上の値により現像剤の残量を判定する。なお、反響音の振幅、周期、波長の減衰に要する時間から現像剤の残量を検知することもできる。
【0078】また、記録紙搬送用のクラッチ機構などに連動するように、打付け部材を設けれるようにして、所定間隔で現像容器の外面をたたくことができるようにしてもよい。本実施形態では、スピーカにかかるだけのコストを削減することができるので、安価な装置とすることができる。
【0079】(第6の実施形態)本発明の第6の実施形態を図7により説明する。本実施形態は、反響音の振幅、周期、波長を用いて現像剤量を判定していたが、これに代えて、共振を利用して現像剤量を判定するようにしたものである。
【0080】本実施形態は、トナーの残量が所定量になったときの現像剤容器の固有振動数に共振する周波数を有する正弦波を残検スピーカから発信するようにする。このようにすると、トナーの消費によりトナーが所定量になったときに、図7に示すように、共振によって残検マイクから受信する信号の振幅が極大化するので、規定のスライスレベルを設けて、それ以上に振幅が大きくなったところを判定すれば、トナーなし状態等のトナー残量を検知することができる。
【0081】なお、共振を利用した場合は、反響音の音波受信手段としてマイクを用いる代りに、圧電素子のような振動検知部材を現像剤容器の外面に係止させ、現像剤容器の振動を振動検知部材で拾い、所定量以上の振動となったときにトナーの残量を判定することができるので、安価な現像剤量検知装置とすることができる。
【0082】上記の各実施形態では、音波発生手段から発する音波として、約15ヘルツから2万ヘルツの周波数帯の音波としたが、このようにすることにより、感光性マイクロカプセルトナー等の高周波数の音波によって破壊されやすいトナーであっても、トナーを破壊することなくトナーの残量を検知することができる。また、感光性マイクロカプセルトナー等の高周波数の音波によって破壊されやすいトナーを用いていない場合は、2万ヘルツ以上の高周波数の超音波を音波発生手段から発生させてトナーの残量を検知するようにしてもかまわないし、15ヘルツ以下の周波数の音波を用いるようにしてもかまわない。この場合は、トナーの残量検知に用いられる音波がオフィス内等の騒音となることがない。
【0083】
【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる第1の発明によれば、音波発生手段が現像剤容器の内部に対して発した音波の、現像剤容器内の空間の大きさに応じた反響音波を音波受信手段で受信し、受信した音波の解析結果に応じた現像剤容器中の現像剤の残量を判定することにより、現像剤容器内に検知装置が設けられておらず、現像剤に負荷をかけることなく精度よく現像剤の残量を検知することができるので、現像剤を効率よく消費することができるとともに、音波発生・受信手段を比較的自由に配置できるので、装置の小型化が容易で製造コストを下げることができる。
【0084】また、本出願にかかる第2の発明によれば、2万ヘルツ以上の周波数を有する超音波を用いないようにすることにより、感光性マイクロカプセルトナー等の高周波数の音波によって破壊されやすい現像剤が現像剤容器内に収容されていても、現像剤が破壊されることなくその残量を検知することができ、現像剤に負荷がかからないので、現像剤が傷まない高画質の画像形成を行うことができる。
【0085】また、本出願にかかる第3の発明によれば、音波解析手段に、現像剤容器内の現像剤量が所定量に達したときに音波受信手段が受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上の値に対応する規定値を設けて、音波解析手段により音波受信手段が受信した音波がその規定値に達したときに、現像剤の量が所定量であることを判定して通知することにより、現像剤容器内に検知装置を設けずに精度よく現像剤の残量を検知することができる。
【0086】また、本出願にかかる第4の発明によれば、音波解析手段に複数の規定値を設け、音波解析手段により複数の規定値に対応した現像剤の残量を判定することにより、コストをかけずに精度よく現像剤の減り具合を段階的に検知することができる。
【0087】また、本出願にかかる第5の発明によれば、音波解析手段により、音波受信手段で受信する音波の振幅、周期、波長のうちいずれか1つもしくは2つ以上を連続的に監視することにより、コストをかけずに精度よく現像剤の残量を連続的に検知することができる。
【0088】また、本出願にかかる第6の発明によれば、現像剤容器の外面をたたいてその内部に音波を発生させる打付け部材で現像剤容器内に音波を発生させるようにすることにより、簡単な構成で現像剤容器内に音波を発生させられるので、コストをかけずに精度よく現像剤の残量を検知することができる。
【0089】また、本出願にかかる第7の発明によれば、所定量の現像剤があるときの現像剤容器と共振する周波数の音波を音波発生手段から発し、その反響音波を音波受信手段によって受信することにより、共振時の振動を、圧電素子のような安価な部材で拾って現像剤量の残量を判定できるので、コストをかけずに精度よく現像剤の残量を検知することができる。
【0090】また、本出願にかかる第8の発明によれば、画像形成装置内の現像剤量検知装置として、第1の発明から第7の発明うちいずれか1つの現像剤量検知装置を用いることにより、コストがかからず、現像剤容器内に検知装置を設けずに精度よく現像剤の残量を検知できるので、現像剤を効率よく消費することができるとともに、音波発生・受信手段を比較的自由に配置でき、装置の小型化が容易で製造コストのかからない画像形成装置となるとともに、現像剤に負荷をかけずに現像剤量を検知して、現像剤が傷まない高画質の画像形成装置となる。




 

 


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