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発明の名称 現像剤残量検知装置および画像形成装置
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11−167268
公開日 平成11年(1999)6月22日
出願番号 特願平9−347292
出願日 平成9年(1997)12月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 高橋 貢司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 画像形成装置内の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であって、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、前記現像剤の残量を検知する基準を複数種類選択できるように構成したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項2】 受信した音波の振幅または周期または波長が規定値に達したことで現像剤の残量が所定量に達したと判定し、さらに、規定値を複数種類選択できるように構成したことを特徴とする請求項1の現像剤残量検知装置。
【請求項3】 発生する音波が、所定量の現像剤があるときの前記現像剤容器と共振する周波数を有し、さらに、その周波数を複数種類選択できるようにしたことを特徴とする請求項1の現像剤残量検知装置。
【請求項4】 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を具備した画像形成装置において、容量の異なる複数の現像剤容器を交換して使用でき、前記現像剤残量検知装置は、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、受信した音波の振幅または周期または波長が規定値に達したことで現像剤の残量が所定量に達したと判定し、さらに、規定値を複数種類選択できることを特徴とする画像形成装置。
【請求項5】 容量の異なる現像剤容器に交換したときに自動的に前記規定値が選択されるように構成したことを特徴とする請求項4の画像形成装置。
【請求項6】 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を具備した画像形成装置において、容量の異なる複数の現像剤容器を交換して使用でき、前記現像剤残量検知装置は、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、発生する音波が、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し、さらに、その周波数を複数種類選択できるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項7】 容量の異なる複数の現像剤容器を交換したときに自動的に前記周波数が選択されるように構成したことを特徴とする請求項6の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機あるいはプリンタなどとされる電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置、および該画像形成装置に用いられる現像剤残量検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真画像形成装置などにおける現像剤残量検知装置として、現像剤容器を挟んで発光素子と受光素子とを対向配置してフォトインタラプタを形成し、現像剤容器内の現像剤残量を検知する光透過式の現像剤残量検知装置が知られている。
【0003】図9に従来の光透過式現像剤残量検知装置の一例を示す。現像剤容器103の図中上下方向にそれぞれ発光素子101と受光素子102とが配置されている。現像剤容器103の、発光素子101と受光素子102とが対向する位置にはそれぞれ光を透過する上下窓104、105が設けられている。
【0004】現像剤容器103内に現像剤(トナー)Tが十分にある間は、上窓104から現像剤容器103中に進入した発光素子101の光は、現像剤Tに遮られて受光素子102に到達しない。現像剤の消費により現像剤容器103が空になると、発光素子101の光は上下窓104、105を通過して受光素子102に到達する。上記受光素子102の出力の変化によって現像剤Tの残量を検知している。
【0005】現像剤容器103内には、回転軸107を回転中心として不図示の駆動源によって回転し、上下窓104、105を清掃するための窓清掃部材106が配置されている。窓清掃部材106はその先端部ぶ可撓体からなる清掃シート108が備えており、窓清掃部材106の回動の伴い上下窓104、105の内面と当接し、清掃シート108が上下窓104、105の内面に付着した現像剤Tを拭き取るように構成している。これにより、現像剤容器103が空であるにも関わらず、上下窓104、105に付着した現像剤Tによって発光素子101の光が遮られ、現像剤有りと判定している。
【0006】さて、このような光透過式現像剤残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による検知精度の低下が問題になる。例えば、特開平2−284165号公報で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着しているタイプに比べてごみ付着防止性能が良くなっている。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。
【0007】上記の光透過式の装置構成では、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し得ない。
【0008】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に近傍に位置させることもしばしばである。特に、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ことになる。光透過式現像剤残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、発光部または受光部のいずれかを現像剤容器の真下に置く必要があるからである。
【0009】このような場合、検知手段(発光部あるいは受光部)を現像剤容器真下ではなく斜め下等に配置するか、あるいは搬送路のさらに下に配置する(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。
【0010】前者については、現像剤容器の底に残った現像剤を最後まで(無くなる間近まで)監視できないので、”現像剤無し”を検知した時点で未だ少なからぬ現像剤を残すことになってしまい、不経済である。
【0011】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、故障しやす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、窓の内面も清掃も不安定になりやすく、検知精度を高めることが困難である。
【0012】また上述したような従来の装置では、感光性トナーを検知対象とす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。また、振動子や超音波などを利用した方法を用いると、トナーに負担がかかり、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。
【0013】そこで、上記問題を解決するため、本発明者により、現像剤容器内に何ら検知するための構造体を持たず、現像剤に負荷をかけずに、比較的自由なレイアウトに配置できる現像剤残量検知装置が提案された。
【0014】この現像剤残量検知装置は、現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、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検知する手段とを備えた構成とされており、音波発生手段から現像剤容器に向けて発せられた所定周波数の矩形波の音が、現像剤容器内のトナー残量に応じた空き容積の違いに応じて反響し、音波受信手段から取り込まれる。そしてこの反響音の波長の長さに注目してこれを監視し、トナーが減っていって波長が所定値になったときに「トナー無し」の判定を行う。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提案のような装置構成では、元々の容量の異なる複数種類の現像剤容器に対しては同じ現像剤残量検知装置を適用することができなかった。これは現像剤容器の残容積の変化を、あらかじめ定めた基準により判定しているためである。
【0016】従って、本発明の目的は、現像剤容器内に何ら検知のための構造体を持たず、現像剤に負荷をかけずに、比較的自由なレイアウトに配置でき、かつ、容積の異なる複数種類の現像剤容器に用いることができる現像剤残量検知装置および画像形成装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る現像剤残量検知装置および画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、画像形成装置内の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であって、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、前記現像剤の残量を検知する基準を複数種類選択できるように構成したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【0018】受信した音波の振幅または周期または波長が規定値に達したことで現像剤の残量が所定量に達したと判定し、さらに、規定値を複数種類選択できるように構成することが好ましい。別の態様によれば、発生する音波が、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し、さらに、その周波数を複数種類選択できるようにすることが好ましい。
【0019】本発明の他の態様によれば、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を具備した画像形成装置において、容量の異なる複数の現像剤容器を交換して使用でき、前記現像剤残量検知装置は、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、受信した音波の振幅または周期または波長が規定値に達したことで現像剤の残量が所定量に達したと判定し、さらに、規定値を複数種類選択できることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0020】容量の異なる現像剤容器に交換したときには自動的に規定値が選択されるのが好ましい。
【0021】また本発明の他の態様によれば、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を具備した画像形成装置において、容量の異なる複数の現像剤容器を交換して使用でき、前記現像剤残量検知装置は、前記現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波受信手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、発生する音波が、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し、さらに、その周波数を複数種類選択できるようにしたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0022】容量の異なる複数の現像剤容器を交換したときに自動的に周波数が選択されるのが好ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る現像剤残量検知装置および画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0024】実施例1本発明の第1実施例について図1〜図7により説明する。
【0025】まず図1により本発明に係る現像剤残量検知装置を備えた画像形成装置であるLBP記録方式のファクシミリ装置について説明する。
【0026】給紙カセット1(または2)から繰り出された記録紙Pは、記録紙搬送路3(または4)を通り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。
【0027】本ファクシミリ装置はプロセスカートリッジ5が着脱自在に装着される構成とされている。プロセスカートリッジ5には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、および現像剤Tを収容している現像剤容器10が一体的に収納されている。
【0028】つぎに本ファクシミリ装置における作像過程を以下に説明する。
【0029】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から画像光(レーザービーム)12が照射されると、感光ドラム6上には静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器8内の現像剤(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。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、さらにトナー像を担持する記録紙Pは定着器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。
【0030】一方、転写が収容した感光ドラム6は、クリーニング器9によって残留トナーが清掃され、つぎの静電潜像が形成されるための準備が完了する。
【0031】つぎに図4のブロック図によりファクシミリ装置の制御系について説明する。
【0032】制御系120は、読取部304、記録部305、操作部302、通信制御部306、LCD(表示部)303、スピーカ(装置のアラーム等を発するためのものであって、後述する現像剤残量検知用のスピーカとは異なる)337、CPU(中央演算処理回路)301、MPU311、ROM312、RAM313、および画像処理部314で構成される。
【0033】CPU301はファクシミリ装置全体を制御するものであり、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録部として使用されるRAM313、画像の変倍、解像度変換等を行う画像処理部314等により構成されている。また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、RAM313のうちワンタッチキー宛先情報、ソフトウエ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。
【0034】ファクシミリ装置の制御系120は、上述のCPU301と以下の各要素302〜310をインターフェース330を通じて結合した構成をとるものである。
【0035】読取部304は、読取モータ等の駆動部、画像の読取りを行う読取センサ、読み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なる。
【0036】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、そして、本発明に係るトナーの残量検知用のスピーカとマイク(以下「残検スピーカ」、「残検マイク」という)からなる。
【0037】CPU301からの指令に応じて、所定のタイミングで残検スピーカ(音波発生手段)101から所定の周波数の音がプロセスカートリッジ5に対して発せられる。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、残検マイク(音波受信手段)102から取り込まれ、CPU301においてトナー残量について判定される。なお、残検スピーカ101と残検マイク102の取り付け方法およびトナー残量の判定方法については後で詳しく説明する。
【0038】発呼、着呼、画像データの符号化等を行う通信制御部306はMODEM、NCU等からなる接続部を有し、接続部には通信網、ハンドセットが接続される。
【0039】CPU外部インターフェース309はCPU301から直接データの送受信を行うインターフェースであり、例えばRS232C、SCSI、LANなどの回線を通じて装置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。また外部インターフェース309には、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されるHDD310が接続されている。
【0040】つぎに本発明の要部を示した図2により、トナー(現像剤)残量検知装置について説明する。
【0041】トナー残量検知装置の残検スピーカ101および残検マイク102は、装置本体に対して開閉可能なカートリッジカバー21に取り付けられており、プロセスカートリッジ5の交換の際には、図3に示すように、カートリッジカバー21と共に上方に退避する構成とされている。
【0042】残検スピーカ101および残検マイク102は、ともにカートリッジカバー21からプロセスカートリッジ5の現像剤容器10のふた10aの部分に上部から接するように取り付けられており、このふた10aを介して現像剤容器10の内部に音を発受信する。この方式は、光透過方式や圧電素子用いた残量検知方式と違って、光透過窓やセンサを現像剤容器の内部や底部に設ける必要はない。
【0043】図2において、現像剤容器10の内部には攪拌板22が設けられ、攪拌軸23を中心に振り子運動を行う攪拌アーム24によって矢印Y方向に往復運動してトナー(現像剤)Tを現像器8に送り込むとともに、トナーTの凝集や偏在を防止する。
【0044】さて、図5を用いて、本発明のトナー残量検知の構成について説明する。
【0045】前述のように、CPU301からの指令に応じて所定のタイミングで残検スピーカ101から所定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(トナー室)10に対して発せられる。現像剤容器10内では、トナー残量に応じた空き容積の違いに応じて異なる音が反響し、残検マイク102に取り込まれる。
【0046】トナー残量が多いとき、すなわち空き容積が小さなときには現像剤容器10の固有振動数が大きくなって、図5(a)に示すように、この反響音の振幅AFULL、波長TFULLは小さくなり(周波数は大きくなり)、トナー残量が少ないとき、すなわち空き容積が大きなときには現像剤容器10の固有振動数が小さくなって、図5(b)に示すように、この反響音の振幅AEMPTY 、波長TEMPTY は大きくなる(周波数は小さくなる)。
【0047】本実施例においては、図6に示すように、反響音の波長Tに注目してこれを監視し、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」の判定を行うようにしている。なお、上記の規定値SLはROM312に格納されている。
【0048】さらに本実施例では、第2の規定値SL2がROM312に格納されている。
【0049】本実施例のファクシミリ装置は、現像剤容器の容積の異なる大小2つのプロセスカートリッジが使用できるように構成されており、プロセスカートリッジの枠体に設けられたアクチュエータ部(図示せず)が装置本体のセンサ(図示せず)によって検知されることで大小いずれのプロセスカートリッジがセットされたかが判明する。
【0050】そして上記のようにしてプロセスカートリッジの大小が判明した時点で、規定値SLを用いるのか、あるいは第2の規定値SL2を用いるのかがCPU301によって自動的に決定される。
【0051】例えば、図7に示すように、現像剤容器の容積が大のときには規定値SLでトナー無しを検知し、容積が小のときには規定値SL2にてトナー無しを検知する。
【0052】現像剤容器の容積の異なる大小2つのプロセスカートリッジでは、トナーエンド状態の空き容積が異なるため、固有振動数が異なって反響音の波長(周波数)が変わってしまうが、本装置では上述した構成によって自動的に規定値を選択でき、よって、同一のトナー残量検知装置で容積の異なる現像剤容器のトナー残量検知に対応することができる。
【0053】実施例2第1実施例では、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、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してもよい。
【0054】また、第1実施例では、本発明をLBP記録方式のファクシミリ装置に適用したが、LBP単体に適用してももちろん構わない。
【0055】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本発明の残量検知の原理はそのまま適用できる。
【0056】また、第1実施例では大小2つの現像剤容器を備えたプロセスカートリッジに対応するように2つの規定値を設定したが、3つ以上の種類に増やしてもよい。
【0057】また、第1実施例では、CPUが規定値を自動的に選択するように構成したが、操作者が自由に選択できるようにしてもよい。この場合は操作者の好みあるいは用途に応じてトナーエンドのタイミングを選ぶことができ、操作性、利便性が向上するという効果がある。
【0058】実施例3第1実施例においては、現像剤容器の大小を対象に2つの規定値SL、SL2を設けたが、第3実施例として、さらに、各大小の規定値についてそれぞれ複数の規定値と組み合わせることによって、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。
【0059】これにより、本実施例では、第1実施例と同様の効果に加えて、現像剤が全く無くなる以前に、現像剤が少なくなっていることを操作者に伝えることができるので、装置の操作性が向上するという効果をも得ることができる。
【0060】実施例4つぎに、本発明の第4実施例について図8により説明する。
【0061】第1実施例では反響音の波長により「トナー無し」を判定していたが、本実施例では、共振を利用することにより判定を行うものである。
【0062】これは、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の正弦波を残検スピーカから発信すると、トナーが減ってきて所定量になったときに、図8に示すように、共振点にて残検マイクから受信する信号の振幅Aが極大化するので、規定のスライスレベルを設けて判定することにより、トナー無しの状態を検知するものである。
【0063】この方法においても、大小複数種類の現像剤容器について、現像剤容器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複数種類発信できるようにしておき、現像剤容器(プロセスカートリッジ)の種類に応じて自動的に選択するようにすることにより、反響音の受信用にマイクを用いることなく、例えば圧電素子のようなデバイスで現像剤容器の振動を拾ってやればよいので、第1実施例と同様の効果に加えて、安価な装置とすることができるという効果をも得ることができる。
【0064】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の現像剤残量検知装置および画像形成装置によれば、現像剤容器に対して音波を発生する手段と、その反響音波を受信する音波手段と、受信した音波を解析して前記現像剤容器中の現像剤の残量を検知する手段とを有し、前記現像剤の残量を検知する基準を複数種類選択できるように構成したことにより、前記現像剤容器内に何ら検知のための構造体を持たず、現像剤に負荷をかけずに、比較的自由なレイアウトに配置でき、かつ、容積の異なる複数種類の現像剤容器を用いることができる。
【0065】また、高精度に検知でき、現像剤の使い残しが少なく、故障も少なく、現像剤が傷まず高品質の画像を得ることができる。
【0066】さらに、装置の小型化が容易で製造コストを下げることができ、さらに複数機種で本発明に係る装置を採用することによる量産効果により製造コストをさらに下げることができ、また、ユーザーにおいては容量の異なる複数種類のプロセスカートリッジを適宜使い分けることができるので、利便性が向上する。




 

 


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