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発明の名称 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11−174815
公開日 平成11年(1999)7月2日
出願番号 特願平9−362591
出願日 平成9年(1997)12月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 田 素琳
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を静電潜像が形成された像担持体へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス電源と、前記現像容器内で前記現像剤担持体と平行する回転軸を有する複数の現像剤撹拌棒と、前記現像容器内で前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、前記現像バイアスにより前記アンテナ部材に生じる誘起電圧を検出する手段と、検出された誘起電圧と予め定められた基準電圧とから現像容器内の現像剤の残量を検出する現像剤残量検出手段と、を備えた画像形成装置において、前記複数の現像剤撹拌棒は、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、最小になる位相で回転することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 1つの前記現像剤撹拌棒の回転中心に前記アンテナ部材が配置され、各前記現像剤撹拌棒は、同方向に回転し、同じ撹拌半径を有することを特徴とする請求項2の画像形成装置。
【請求項3】 前記現像剤残量検出手段は、所定の検出期間内において、現像剤の残量が所定値よりも少ないことを複数回検出した時点で現像剤残量を判断するように設定することを特徴とする請求項1又は2の画像形成装置。
【請求項4】 現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を静電潜像が形成された像担持体へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス電源と、前記現像容器内で前記現像剤担持体と平行する回転軸を有する複数の現像剤撹拌棒と、前記現像容器内で前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、前記現像バイアスにより前記アンテナ部材に生じる誘起電圧を検出する手段と、検出された誘起電圧と予め定められた基準電圧とから現像容器内の現像剤の残量を検出する現像剤残量検出手段と、を備えた画像形成装置において、前記複数の現像剤撹拌棒は、前記アンテナ部材に対して対称に配置され、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、ゼロになる位相で回転することを特徴とする画像形成装置。
【請求項5】 前記複数の現像剤撹拌棒は、前記現像剤担持体と前記アンテナ部材とを結ぶ直線の両側にそれぞれ位置し、同方向に回転し、同じ撹拌半径を有する少なくとも2つの現像剤撹拌棒を有することを特徴とする請求項4の画像形成装置。
【請求項6】 前記現像剤残量検出手段は、所定の検出期間内において、現像剤の残量が所定値よりも少ないことを一回検出した時点で現像剤残量を判断するように設定することを特徴とする請求項4又は5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、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置に関し、特に現像容器内に収容した現像剤の残量を検知する検知手段を備えた画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1に電子写真方式の画像形成装置の一例を示す。本例にて、画像形成装置は、回転自在に担持されたドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム1を有する。感光体ドラム1は、帯電ローラのような帯電装置2にて所定の電位に帯電され、露光装置3により画像情報に応じたレーザ光を照射するなどして所望のパターンを露光し、感光体ドラム面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像剤(以後「トナー」という。)を有する現像装置4にて現像処理を行うことによりトナー像を形成する。感光体ドラム1上のトナー像は、給紙カセット(図示せず)から所定のタイミングにて供給される転写材Pへと、転写ローラのような転写装置5により転写される。転写材P上に転写された未定着トナー像は、定着装置6にて加熱加圧されて転写材Pに永久定着され、その後、転写材Pは画像形成装置外へと排出される。
【0003】一方、転写時に感光体ドラム1上に残ったトナーや紙粉は、クリーニング装置7にて除去され、感光体ドラム1は次の画像形成プロセスに供される。
【0004】従来、上記現像装置4は、トナーを収容する現像容器41を備え、現像容器41の感光体ドラム1に近接する開口部には、現像容器41内のトナーを担持し感光体ドラム1の方へと搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ42が配置される。現像スリーブ42に担持されたトナーは、トナー層厚規制部材、即ち、現像ブレード43にて所定の層厚とされた後、感光体ドラム1へと供給される。
【0005】更に、現像容器41内には、トナーを現像スリーブ42方向に撹拌、搬送する撹拌部材10、11及び現像容器41内のトナーの残量を検出するアンテナ部材20などが設けられている。アンテナ部材による現像容器内のトナー残量の検出は、一定のサンプリング期間中に現像バイアスからアンテナ部材20に誘導される誘起電圧を検出し、それを回路で処理して得られる検出電圧と、予め定められた基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧よりも小さくなった場合、又は大きくなった場合に、トナー無し信号を発信し、現像剤無し表示や、現像剤補給表示を点灯する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の画像形成装置では、現像容器41内に現像剤を撹拌する撹拌部材10、11を配置しており、撹拌部材10、11による現像剤の動きで、検出電圧が変動するという問題があった。
【0007】つまり、撹拌部材10、11が移動するだけでも、検出電圧が変動し、又、ノイズが発生する原因とも成り、瞬間的に検出電圧が基準電圧よりも小さくなる場合、或いは大きくなる場合が発生し、検出電圧の変動分によってトナー無し信号が発信される場合が生じた。この現象は、検出電圧のノイズによる変動分が大きいほど顕著であり、従って、トナー無しが点灯した時点でのトナーの残量に幅が発生し、例えばトナー無しの基準40gに設定しても、±10g程度振れる場合があった。
【0008】図10に、検出電圧(V)と基準電圧(V0 )の関係を表すが、図10(A)は、トナー残量が減少していくときの検出電圧(V)の変化を示し、図10(B)は、検出電圧(V)が基準電圧(V0 )に近くなったときの状態を示す。
【0009】上述のように、検出電圧(V)が変動するために、一般にトナー残量検出では、1回のサンプリング期間中に複数回の検知を行い、トナー無し信号を複数回検出した時点で、トナー無し又はトナー補給の表示が点灯するように構成されている。
【0010】しかしながら、複数回のトナー無し信号を検出する場合、1回のサンプリング期間中に、必要なサンプリング数がとれないときには、データをメモリに保存しなければならず、装置が複雑化するという問題があった。
【0011】従って、本発明の目的は、検出電圧の瞬間時の変動を極力小さくすることにより、検知精度を向上させ、安定した現像剤の残量検出を行うことのできる画像形成装置を提供することである。
【0012】本発明の他の目的は、検出電圧の瞬間時の変動をゼロにすることにより、ノイズによるトナー無し信号の発信をなくし、1回のトナー無し信号の発信により、トナー無し、又はトナー補給の表示を行うことのできる簡易な装置構成とされる画像形成装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を静電潜像が形成された像担持体へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス電源と、前記現像容器内で前記現像剤担持体と平行する回転軸を有する複数の現像剤撹拌棒と、前記現像容器内で前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、前記現像バイアスにより前記アンテナ部材に生じる誘起電圧を検出する手段と、検出された誘起電圧と予め定められた基準電圧とから現像容器内の現像剤の残量を検出する現像剤残量検出手段と、を備えた画像形成装置において、前記複数の現像剤撹拌棒は、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、最小になる位相で回転することを特徴とする画像形成装置である。本発明の一実施態様によれば、1つの前記現像剤撹拌棒の回転中心に前記アンテナ部材が配置され、各前記現像剤撹拌棒は同方向に回転し、同じ撹拌半径を有する。又、前記現像剤残量検出手段は、所定の検出期間内において、現像剤の残量が所定値よりも少ないことを複数回検出した時点で現像剤残量を判断するように設定される。
【0014】本発明の他の態様によると、現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を静電潜像が形成された像担持体へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス電源と、前記現像容器内で前記現像剤担持体と平行する回転軸を有する複数の現像剤撹拌棒と、前記現像容器内で前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、前記現像バイアスにより前記アンテナ部材に生じる誘起電圧を検出する手段と、検出された誘起電圧と予め定められた基準電圧とから現像容器内の現像剤の残量を検出する現像剤残量検出手段と、を備えた画像形成装置において、前記複数の現像剤撹拌棒は、前記アンテナ部材に対して対称に配置され、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、ゼロになる位相で回転することを特徴とする画像形成装置が提供される。本発明の一実施態様によると、前記複数の現像剤撹拌棒は、前記像担持体と前記アンテナ部材とを結ぶ直線の両側に位置し、同方向に回転し、同じ撹拌半径を有する少なくとも2つの現像剤撹拌棒を有する。又、前記現像剤残量検出手段は、所定の検出期間内において、現像剤の残量が所定値よりも少ないことを一回検出した時点で現像剤残量を判断するように設定される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0016】実施例1本発明の画像形成装置は、先に図1に関連して説明した電子写真方式の画像形成装置とすることができる。
【0017】つまり、本実施例にても、画像形成装置は、図1に概略構成を示すように、回転自在に担持された像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム1を有し、感光体ドラム1は、帯電装置2にて所定の電位に帯電され、露光装置3により所望のパターンを露光し、感光体ドラム面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置4によりトナー像を形成する。
【0018】更に説明すると、感光体ドラム1は、アルミニウムなどの支持体を最下層として構成された感光体とすることができ、電荷発生層と電荷輸送層からなる機能分離タイプのものや、電荷発生層と電荷輸送層を同一の層で行う単層タイプのものなどを使用することができる。電荷発生層としては、例えばセレン−テルル、ピリリウム系顔料、フタロシアニン系顔料、アゾ顔料などを用いることができる。電荷輸送層としては、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリスチレンアントラセンなどの複素環や縮合多環芳香族を有する高分子化合物や、ピラゾリン、イミダゾール、オキサゾールなどの複素環低分子化合物などを用いることができる。
【0019】一次帯電に用いる帯電装置2としては、コロナ帯電器による非接触方式や、図示するように、帯電ローラによる接触方式などを使用することができる。
【0020】露光装置3としては、半導体レーザにレンズや回転ミラーを組み合わせたスキャナータイプ、LEDに光学シャッターを組み合わせたラインタイプなどを用い、レーザのON/OFFによる2値記録方式や、各画素を時間分解して中間調を形成するPWM方式などの露光装置を用いることができる。
【0021】現像装置4としては、摩擦帯電などにより帯電したトナー粒子を現像剤担持体としての現像スリーブ42上に拘束し、感光体ドラム1に対して非接触に配置した現像スリーブ42に電界をかけ、トナー粒子を飛翔させ、感光体ドラム上の電位分布或いは電界分布に対応したトナー像を形成する方式を使用することができる。
【0022】上記構成の本発明の画像形成装置の構成及び作用は上述したとおりであるので、更に詳しい説明は省略し、次に本発明の特徴部分を構成する現像装置について更に説明する。
【0023】現像装置4は、本実施例では、現像容器41に、トナーを収容したトナーカートリッジ44が着脱自在に配置されており、トナーカートリッジ44内には、トナー室45のトナーを開口部46を通して、現像室47へ送る回転式の搬送部材12が設けられている。現像室47には、感光体ドラム1との近接位置に、マグネットローラ(図示せず)を内蔵した現像剤担持体である現像スリーブ42が回転自在に配置されている。
【0024】更に、現像室47の内部には、現像スリーブ42の回転軸と平行する回転軸を有する撹拌部材10、11が配置されている。撹拌部材10、11は、トナーを撹拌すると同時に、トナーを現像スリーブ42の方向へ搬送する機能を有する。本実施例では一方の撹拌部材10は、その回転中心位置にアンテナ部材20が配置されている。
【0025】前記現像スリーブ42には、図2に示すように、サイン波或いは台形波などとされる現像バイアス電圧、例えばVpp=1300V、周波数2000Hzがバイアス電源100により印加されており、これによって、アンテナ部材20には誘起電圧が生じる。この誘起電圧の値は、現像スリーブ42とアンテナ部材20の間に存在するトナーの量によって変動するため、本実施例では、このアンテナ部材20に誘起される電圧を図3に示す回路にて処理し、トナー残量の検出を行う。
【0026】図3に示す回路について簡単に説明すると、上述のようにしてアンテナ部材20に生じた誘起電圧は、ダイオードD1 、D2 によって整流し、この整流信号を抵抗R1 、R2 、R3 、トランジスタQ2 及びダイオードD3 によってインピーダンス変換した後、コンデンサC1 によって平滑化し、検出信号Va を求める。この検出信号Va と基準信号VR とを比較器Q1 によって比較して、トナー基準残量に対して多いか少ないかを出力する。本実施例では、トナー無し信号の基準が、残トナー40gとなるように基準信号を設定した。又、本実施例では、スイッチSW1 及び抵抗R7 、R8 を用いて基準信号VR のレベルを切り換えているが、これは、個々の現像装置の検出信号のばらつきを補正するものである。
【0027】図4に、図1にて示す現像装置4の現像室47を拡大して示す。アンテナ部材20を回転中心として撹拌部材、即ち、撹拌棒10が配置され、本実施例では30rpmで矢印方向に回転している。撹拌棒10の上側には他の撹拌棒11が配置され、本実施例では30rpmで撹拌棒10と同方向に回転している。撹拌棒10と撹拌棒11の撹拌半径は同じとされる。
【0028】撹拌棒10及び撹拌棒11が回転する際、アンテナ部材20の検出電圧(Va)に及ぼす影響による検出電圧(Va )の振れを図5(A)、(B)に示す。撹拌棒10が回転すると、撹拌棒10は、aの位置で現像スリーブ42の中心とアンテナ部材20とを結んだ直線を横切るため、検出電圧(Va )が最大となる。そして、撹拌棒10がcの位置にきたときに検出電圧(Va )は最小となり、検出電圧(Va )は、図5(A)に示すように、サイン波形にて示される。
【0029】又、撹拌棒11が回転すると、撹拌棒11は、dの位置でアンテナ部材20と最接近し、検出電圧(Va )が最大となる。そして、撹拌棒11がbの位置にきたときに検出電圧(Va )は最小となり、検出電圧(Va )は、図5(B)に示すように、サイン波形にて示される。本実施例にて、撹拌棒11は、撹拌棒10に比べて、アンテナ部材20から離れた位置に配置されているため、撹拌棒11による検出電圧(Va )の振れは、撹拌棒10により検出電圧(Va )の振れよりも小さかった。
【0030】本発明に従えば、上記構成にて、撹拌棒10の影響で検出電圧(Va )が最大となる位置に撹拌棒10があるときに、撹拌棒11の影響で検出電圧(Va )が最小になる位置に撹拌棒11がくるように、2本の撹拌棒10、11の位相を決定し、撹拌棒10、11が同時に回転したときに、検出電圧(Va )の振れが最小になるように設定した。即ち、撹拌棒10がaの位置にあるときに、撹拌棒11がbの位置にあるように設定した。撹拌棒10及び11が同時に回転したときの、検出電圧(Va )は、図6のようになり、穏やかなサイン波形となった。図6にて、V0は基準電圧である。
【0031】上記構成の現像装置4を使用してトナー残量の検出を行った。本実施例では、比較器Q1の出力信号をサンプリングする期間を定め、このサンプリング期間中において複数回信号を検出し、トナー無し信号が3回発生した時点でトナー無しと判定して表示することにした。サンプリング期間は2secとし、その間200ms毎に信号の検出を行った。
【0032】本実施例の現像装置4では、撹拌棒10及び11の影響により、検出電圧(Va )が撹拌棒10、11の回転周期で若干変動を起こしていたが、変動自体が微少であるため、変動分によってトナー無し信号が発信された場合でも、検知精度は40g±5gとなり、かなりの精度が得られた。
【0033】実施例2図7に、他の実施例に係る現像装置の現像室47を拡大して示す。本実施例によると、現像スリーブ42に平行して現像室47内にアンテナ部材20が配置される。
【0034】又、本実施例では、撹拌棒10、11は、現像スリーブ42の中心とアンテナ部材20とを結んだ直線の両側に位置し、アンテナ部材20に対して上下方向に対称に配置されている。二つの撹拌棒10、11は共に、矢印で示す同方向に30rpmで回転しており、両撹拌棒10、11の撹拌半径は同じとされる。
【0035】撹拌棒10及び撹拌棒11が回転する際、アンテナ部材20の検出電圧(Va)に及ぼす影響による検出電圧(Va)の振れを図8(A)、(B)に示す。撹拌棒10が回転すると、撹拌棒10は、aの位置で現像スリーブ42の中心とアンテナ部材20とを結んだ直線に最接近し、検出電圧(Va )が最大となる。そして、撹拌棒10がbの位置にきたときに検出電圧(Va )は最小となり、検出電圧(Va )は、図8(B)に示すように、サイン波形にて示される。
【0036】又、撹拌棒11が回転すると、撹拌棒11は、bの位置で現像スリーブ42の中心とアンテナ部材20とを結んだ直線に最接近し、アンテナ部材20と最接近し、検出電圧(Va )が最大となる。そして、撹拌棒11がaの位置にきたときに検出電圧(Va )は最小となり、検出電圧(Va )は、図8(A)に示すように、サイン波形にて示される。本実施例にて、撹拌棒11は、撹拌棒10と同じ撹拌半径を有し、同じ回転数で、アンテナ部材20に対称に配置されているために、この図8(A)に示すサイン波は、図8(B)に示すサイン波と同様のものとされる。
【0037】本発明に従えば、上記構成にて、撹拌棒10の影響で検出電圧(Va )が最大となる位置に撹拌棒10があるときに、撹拌棒11の影響で検出電圧(Va )が最小になる位置に撹拌棒11がくるように、2本の撹拌棒10、11の位相を決定した。即ち、撹拌棒10と撹拌棒11の回転を同じ位相とした。この設定で検出電圧(Va )を測定したところ、その波形は、図9に示すようになった。つまり、図8(A)と図8(B)とが加算された形となり、ノイズのないきれいな直線であった。図9にて、V0は基準電圧である。
【0038】上記構成の現像装置4を使用してトナー残量の検出を行った。本実施例では、比較器Q1 の出力信号をサンプリングする期間を定め、このサンプリング期間中において複数回信号を検出し、トナー無し信号が発生した時点でトナー無しと判定して表示することにした。サンプリング期間は2secとし、その間200msに設定した。
【0039】上記条件で検討したところ、検出電圧(Va )にノイズがなく直線であるために、検出電圧(Va )による影響を排除し、基準電圧トナー無し表示時のトナー残量を安定させることができ、その検知精度は40g±2gであった。尚、サンプリング期間、サンプリング周期は、本実施例のものに限定されるものではなく、任意に設定可能である。
【0040】又、トナー無し表示タイミングも、本実施例のものに限定されず、任意に設定することが可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成装置は、現像容器内に複数の現像剤撹拌棒と現像剤残量検知のためのアンテナ部材とを有する現像装置において現像剤残量検出の検出電位を検知する場合に、複数の現像剤撹拌棒は、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、最小になる位相で回転する構成とされるので、検出電圧の瞬間時の変動を極力小さくすることができ、検知精度を向上させ、安定した現像剤の残量検出を行うことができ、信頼性の高い現像剤無し表示が可能となる。
【0042】更に、本発明では、現像容器内に複数の現像剤撹拌棒と現像剤残量検知のためのアンテナ部材とを有する現像装置において現像剤残量検出の検出電位を検知する場合に、複数の現像剤撹拌棒は、アンテナ部材に対して対称に配置され、同じ回転数で、且つ、それぞれの現像剤撹拌棒が回転したときに生じる誘起電圧の変動の和が、ゼロになる位相で回転する構成とされるので、検出電圧の瞬間時の変動をゼロにすることができ、ノイズによるトナー無し信号の発信をなくし、1回のトナー無し信号の発信により、十分な精度で残量の検知が可能となり、複数回のトナー無し信号の検知の必要がなくなり、トナー無し、又はトナー補給の表示を行うことのできる簡易な装置構成とすることが可能となる。




 

 


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