JP5777381B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置における現像剤であるトナーの残量検知に関する。

従来の画像形成装置には、トナー容器内のトナーの残量を静電容量検出装置によって検出している例がある。例えば、特許文献１に記載のトナー残量検出装置では、トナー容器内のトナーを攪拌する攪拌部材の一端に可撓性部材を連結固定し、更に、可撓性部材の先端に被検出体を固定し、トナー容器の下部に静電容量検出装置を配置している。そして、攪拌部材の回転に伴い、攪拌部材に連結された可撓性部材も追従回転し、トナー内に侵入する。トナー容器内のトナー表面が可撓性部材と攪拌部材との連結位置よりも高いと、可撓性部材は攪拌部材との連結箇所でトナー内へと侵入し、可撓性部材全体が柔軟に変形しつつ、トナー内では、連結箇所と同一の軌道（軌跡）を描いて回転移動する。従って、可撓性部材の先端の被検出体も、可撓性部材と同一軌道を描いて回転移動する。ところが、トナー量が減少して、トナー表面が可撓性部材と攪拌部材との連結位置よりも低くなり、攪拌部材の連結箇所がトナー内に侵入しなくなると、可撓性部材の先端近傍はトナー表面上を滑って行き、被検出体もトナー表面上を滑って移動することとなる。そして、トナーの残量が徐々に少なくなると、それに伴い、トナー容器内のトナー表面の高さも徐々に低下し、トナー表面上で滑って移動する被検出体の位置も徐々に低下する。すなわち、トナーが一定量よりも減少した時には、トナーの残量に応じて、トナー表面上を移動する被検出体の位置も低下し、トナー容器の底面に近づくことになる。

一方、静電容量検出装置は、静電容量検出装置とトナー表面上で移動する被検出体間の静電容量を検出することができる。そして、静電容量検出装置と被検出体間の静電容量は、両者間の距離に応じて変化する。静電容量検出装置はトナー容器の下部に配置されていることから、トナー量が減少してトナー表面の高さが徐々に低下すると、トナー表面上の被検出体の位置も低下し、その結果、静電容量検出装置と被検出体間の距離が縮まり、両者間の静電容量が小さくなる。すなわち、静電容量検出装置と被検出体間の静電容量は、トナーの残量に応じて変化することになる。

特許第４１３７７０３号公報

しかしながら、従来のトナー残量検出装置の構成では、以下のような課題を含んでいる。特許文献１に記載の通り、トナーが一定量以上ある場合には、可撓性部材と攪拌部材との連結箇所がトナー内に侵入するため、可撓性部材及び被検出体により描かれる軌道（軌跡）は殆ど同じである。その結果、トナーが一定量以上ある場合は、静電容量検出装置と被検出体との距離が殆ど変化しないため、検出される静電容量も殆ど変化せず、逐次正確にトナーの残量を検知することができない。

本発明はこのような状況でなされたもので、簡単な構成でトナー量の多寡にかかわらず、逐次残量を精度良く検知することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）現像剤を収納する着脱可能な現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第１の部材と、第１電極を備え、前記回転軸を中心に回転する際に、前記第１の部材と接触して回転し、その後、前記第１の部材と離間する第２の部材と、前記第１電極と前記現像ユニットの外装に配設された第２電極との間の静電容量を検知し、検知した結果に基づいて、前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する判断手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡単な構成でトナー量の多寡にかかわらず、逐次残量を精度良く検知することができる。

実施例１〜３の画像形成装置の全体構成を示す断面図 実施例１〜３の現像ユニット及び静電容量センサの断面図 実施例１〜３の現像ユニットの斜視図、静電容量センサ周辺の回路構成を示す図 実施例１〜３の現像ユニットの攪拌マイラ、検知マイラの動作を示す図 実施例１〜３のトナーが多い場合及び少ない場合の検知マイラの動作を示す図 実施例１の特性グラフ及びテーブルＴ１を示す図 実施例１のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート 実施例１の検知マイラの自由落下により静電容量センサの検知レベルが変化する様子を示すグラフ 実施例２のセンサ感度に応じた特性グラフ、及びトナー残量に応じてセンサ感度を変更した特性グラフを示す図 実施例２のセンサ感度に応じた特性テーブルを示す図 実施例２のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート 実施例３の特性グラフ及びテーブルＴ４を示す図 実施例３のトナー残量検知の処理シーケンスを示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。

［画像形成装置の概要］
図１は、本実施例の画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタの全体構成を示す断面図であり、図１を用いてカラーレーザプリンタの構成及び基本的な動作について説明する。図１に示すカラーレーザプリンタ（以下、本体と称す）は、本体１０１に対して着脱可能なプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。これら４個のプロセスカートリッジ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、同一構造であるが、異なる色、すなわち、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー（現像剤）による画像を形成する点で相違している。以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して表記する場合がある。プロセスカートリッジ５は、現像ユニットと画像形成ユニットと廃トナーユニットの３つのユニットで構成されている。現像ユニットは、現像ローラ３、トナー補給ローラ１２、トナー容器２３、攪拌マイラ３４を有している。また、画像形成ユニットは、像担持体である感光ドラム１、帯電ローラ２を有している。廃トナーユニットは、クリーニングブレード４、廃トナー容器２４を有している。

プロセスカートリッジ５の下方にはレーザユニット７が配置され、レーザユニット７は画像信号に基づく露光を感光ドラム１に対して行う。感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の負極性の電位に帯電された後、レーザユニット７によってそれぞれ静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像ローラ３によって反転現像されて負極性のトナーが付着され、それぞれの感光ドラム１上には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像が形成される。中間転写ベルトユニットは、中間転写ベルト８、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０から構成されている。また、中間転写ベルト８の内側には、各感光ドラム１に対向して、一次転写ローラ６が配設されており、バイアス印加手段（不図示）により転写バイアスが一次転写ローラ６に印加される。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１の矢印方向に回転し、中間転写ベルト８は矢印Ａ方向に回転する。更に、バイアス印加手段（不図示）により一次転写ローラ６に正極性のバイアスが印加されることにより、感光ドラム１上のトナー像がＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に、中間転写ベルト８上に一次転写され、４色のトナー像が重なった状態で二次転写ローラ１１まで搬送される。給搬送装置は、転写材Ｐを収納する給紙カセット１３内から転写材Ｐを給紙する給紙ローラ１４と、給紙された転写材Ｐを搬送する搬送ローラ対１５とから構成される。そして、給搬送装置により搬送された転写材Ｐはレジストローラ対１６によって二次転写ローラ１１に搬送される。

中間転写ベルト８から転写材Ｐへのトナー像の転写は、二次転写ローラ１１に正極性のバイアスを印加することにより、中間転写ベルト８上のトナー像が搬送された転写材Ｐに二次転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置１７に搬送され、定着フィルム１８と加圧ローラ１９とによって加熱、加圧されて、転写材Ｐの表面にトナー像が定着され、排紙ローラ対２０によって排出される。そして、中間転写ベルト８に転写後、感光ドラム１の表面に残ったトナーは、クリーニングブレード４によって除去され、除去されたトナーは廃トナー容器２４に回収される。また、転写材Ｐへ二次転写後、中間転写ベルト８上に残ったトナーは、転写ベルトクリーニングブレード２１によって除去され、除去されたトナーは廃トナー容器２２に回収される。

また、制御基板８０には、本体の制御を行うための１チップマイクロコンピュータ（以後、ＣＰＵと記す）４０、及びテーブルのデータ等が記憶されるＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部が搭載されている。ＣＰＵ４０は、転写材Ｐの搬送に関る駆動源（不図示）やプロセスカートリッジ５の駆動源（不図示）の制御、画像形成に関する制御、故障検知に関する制御など、本体の動作を一括して制御する。更に、ＣＰＵ４０は、その内部にタイマを備えている。記憶部のＲＯＭには、画像形成装置の画像形成動作を制御するプログラムや各種データが格納されている。記憶部のＲＡＭは、画像形成装置の画像形成動作を制御するのに必要なデータの演算や一時的な記憶等に使用される。また、タイマは、時間計測等に使用する。ビデオコントローラ４２は、画像データに基づいてレーザユニット内のレーザの発光を制御する。また、ビデオコントローラ４２は、コントロールパネル（不図示）を介して、ユーザとのインターフェイスも行い、このコントロールパネルには、各色のトナーの残量が棒グラフ状に表示される。

［現像ユニット、静電容量センサの構成］
図２は、プロセスカートリッジ５を構成する現像ユニットと現像ユニットの底面に設置された静電容量センサの断面図を示している。図２に示すプロセスカートリッジ５の現像ユニット内には、現像ローラ３、トナー補給ローラ１２があり、更に、トナー容器２３内には、各色に対応したトナー２８、トナー２８を攪拌する攪拌マイラ３４がある。攪拌マイラ３４（第１の部材）は、トナー容器２３内の回転軸２９に備えられており、不図示のモータにより回転動作する回転軸２９を中心に、周回動作を行う。また、回転軸２９には、トナー２８の残量を検知するための可撓性を有する検知マイラ３５１（第２の部材）も備えられ、検知マイラ３５１は、回転軸２９に対して回転自在である。更に、検知マイラ３５１は、周方向の先端付近に、導電性の被検知電極３６１（第１電極）を備えている。

また、図２に示すプロセスカートリッジ５の底面付近に設置された静電容量センサ基板３３１は、本体１０１に備えられており、静電容量センサ基板３３１には、静電容量センサ３３と静電容量センサ３３の周辺回路部品（不図示）が搭載されている。静電容量センサ３３は、静電容量センサ電極３２１による静電容量と基準電極３２０による静電容量の差分を用いて、静電容量センサ電極３２１による静電容量の変化の検知を行う。静電容量センサ基板３３１には、銅箔パターンで静電容量センサ電極３２１と基準電極３２０が設置されている。現像ユニットの外装の底面は、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に、静電容量センサ電極３２１（第２電極）に近接する。静電容量センサ３３は、この状態において、検知マイラ３５１に配設された被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１に近接することにより生じる静電容量を検知する。

図３（ａ）は、プロセスカートリッジ５の斜視図を示したものである。検知マイラ３５１は、回転軸２９に対して回転自在である。そのため、攪拌マイラ３４が重力と反対方向（上昇する方向）に回転動作する場合は、検知マイラ３５１は、トナー２８と共に、攪拌マイラ３４に持ち上げられながら従動回転する。逆に、攪拌マイラ３４が重力方向（下降する方向）に回転動作する場合は、検知マイラ３５１はトナー２８が落下した後に、自重により攪拌マイラ３４よりも先に重力方向に自由落下する。なお、検知マイラ３５１の構成は、攪拌マイラ３４によって攪拌されたトナー２８が落下した後に続いて、トナー２８の上に落下する構成であれば良く、図３（ａ）の構成に限定されるものではない。

また、静電容量センサ３３や周辺回路も、静電容量が検知できるものであれば良く、アナログ集積回路でも代用可能である。本実施例では、静電容量センサ電極３２１は本体１０１に備えられた静電容量センサ基板３３１上に成形されているが、現像ユニットの底面付近に設置されていればよく、例えば現像ユニット底面に静電容量センサ電極３２１を直接成形しても良い。その場合には、静電容量センサ基板３３１と静電容量センサ電極３２１に電気的接点を設けて、プロセスカートリッジ５を本体１０１へ装着した際に、静電容量センサ基板３３１と静電容量センサ電極３２１が接続されるようにすると良い。

［静電容量センサの回路構成］
図３（ｂ）は、本実施例における静電容量センサ３３、ＣＰＵ４０、基準電極３２０、静電容量センサ電極３２１の接続関係を示した図である。図３（ｂ）において、静電容量センサ３３のＡＶＤＤはアナログ電源端子、ＤＶＤＤはデジタル電源端子であり、それぞれの電源端子のノイズを除去するために、バイパスコンデンサ４６、４７が設けられている。ＳＲＥＦ端子には基準電極３２０が接続され、ＳＩＮ端子には静電容量センサ電極３２１が接続されている。また、ＣＰＵ４０と静電容量センサ３３間では、シリアル通信によるデータの送受信が行われる。ＣＰＵ４０からは、静電容量センサ３３のＣＬ端子に通信同期用のクロック信号が供給され、ＳＤ端子を介して、静電容量センサ３３からは、検知した静電容量の値に対応した８ビットの検知データがＣＰＵ４０に出力される。逆に、静電容量センサ３３には、ＣＰＵ４０から、ＳＤ端子を介して、静電容量センサ３３を制御するための設定データが入力される。

前述したように、静電容量センサ３３は、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１との静電容量と基準電極３２０との静電容量の差分を検知することにより、静電容量センサ電極３２１の静電容量の変化を検知する。静電容量センサ３３は、その内部に、検知した静電容量の差分を増幅する増幅回路を備えている。増幅回路の増幅率を示す静電容量センサ３３の感度は、ＣＰＵ４０から静電容量センサに対して、シリアル通信により設定することが可能であり、１〜９２までの９２段階の設定ができる。静電容量センサ３３の感度を９２と高く設定した場合は、より微小な静電容量の変化を捉えることができるため、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１から遠くに離れていても、静電容量を検知することができる。一方、静電容量センサ３３の感度を１と低く設定した場合には、静電容量の変化が小さいと静電容量の変化を捉えることができないため、被検知電極３６１が静電容量センサ電極３２１から遠く離れていると、静電容量の変化を検知することができない。本実施例の静電容量センサ３３には、感度の調整を行う回路が搭載されている。静電容量センサとしては、静電容量センサ電極３２１と被検知電極３６１間の静電容量を検知する際の感度を変更できる構成を有していれば良く、本実施例で使用する静電容量センサに限定されるものではない。

［攪拌マイラと検知マイラの動作］
図４は、トナー容器２３内のトナー２８の残量を検知する攪拌マイラ３４、検知マイラ３５１の動作を示した図である。図４（ａ）は、回転動作の初期状態を示しており、攪拌マイラ３４は、その先端部分が最高点に位置している状態であり、検知マイラ３５１は、回転軸２９に対して回転自在のため、自重により自由落下して、トナー２８上で静止している状態を示している。図４（ｂ）は、攪拌マイラ３４が検知マイラ３５１と一緒に回転動作をしている途中を示した図である。図４（ａ）の状態から回転軸２９が回転し、それに伴い、攪拌マイラ３４が回転して、トナー２８上で静止している検知マイラ３５１に当接する。そして、攪拌マイラ３４は、検知マイラ３５１を伴って上方に向かって回転動作をすると共に、トナー２８も検知マイラにより上方へ押し上げられる。トナー２８は流動性を持っているため、攪拌マイラ３４が最高点に到達する前に、攪拌マイラ３４からトナー容器２３の底面へ自重でこぼれ落ち始め、トナー容器２３の底面に蓄積されていく。図４（ｃ）は、攪拌マイラ３４が最高点に到達した時の状態を示した図である。攪拌マイラ３４が検知マイラ３５１と一緒に最高点に到達し、更に回転軸２９が回転動作すると、検知マイラ３５１は回転軸２９に対して回転自在であるため、攪拌マイラ３４と離間し、自重によって蓄積されたトナー２８の表面へ降下（自由落下）を始める。一方、攪拌マイラ３４は回転軸２９と連結されているため、検知マイラ３５１の後を追って、回転軸２９の回転動作に追随しながら徐々に降下する。

続いて、図５は、トナー２８の残量が多い場合と少ない場合の検知マイラ３５１の状態を示した図である。図５（ａ）と図５（ｂ）は、トナー２８の残量が比較的多い場合の検知マイラ３５１の動作状態について示した図であり、図５（ａ）は図４（ｂ）の状態に該当し、図５（ｂ）は図４（ａ）の状態に該当する。図５（ａ）の状態では、攪拌マイラ３４は、回転軸２９の回転に合わせて、検知マイラ３５１に当接しながら、トナー２８を上方へ押し上げる。そして、トナー２８は流動性をもっているため、図５（ａ）に示すように、攪拌マイラ３４が最高点に到達する前に、攪拌マイラ３４からトナー容器２３の底面へ自重でこぼれ落ち始め、トナー容器２３の底面に蓄積されていく。その後、回転軸２９が回転し、攪拌マイラ３４が最高点に到達すると、検知マイラ３５１は回転軸２９に対して回転自在のため、自重で降下を始める。そして、検知マイラ３５１は、トナー２８がトナー容器２３の底面に蓄積された後に落下し、トナー２８の表面上で止まる。その時の検知マイラ３５１の状態を示したのが図５（ｂ）であり、トナー２８の残量が多い場合は、トナー容器２３の底面からトナー２８の表面までの高さは高くなるため、検知マイラ３５１の停止位置は、高さ９０１の位置となる。

次に、図５（ｃ）と図５（ｄ）は、トナー２８の残量が比較的少ない場合での検知マイラ３５１の動作状態について示した図であり、図５（ｃ）は図４（ｂ）の状態に該当し、図５（ｄ）は図４（ａ）の状態に該当する。図５（ｃ）の状態では、前述したように、攪拌マイラ３４は回転軸２９の回転に合わせて、検知マイラ３５１に当接しながら、トナー２８を上方へ押し上げる。トナー２８の残量が少ない場合は、より遅いタイミング、すなわち、トナーの残量が多い場合に比べて、攪拌マイラ３４の先端部がより高い位置で、トナーは攪拌マイラ３４からトナー容器２３の底面へこぼれ落ち始め、トナー容器２３の底面に蓄積されていく。その後、回転軸２９が回転し、攪拌マイラ３４が最高点に到達すると、検知マイラ３５１は回転軸２９に対して回転自在のため、自重で降下を始める。そして、検知マイラ３５１は、トナー２８がトナー容器２３の底面に蓄積された後に落下し、トナー２８の表面上で止まる。その時の検知マイラ３５１の状態を示したのが図５（ｄ）であり、トナー２８の残量が少ない場合は、トナー容器２３の底面からトナー２８の表面までの高さは低くなるため、検知マイラ３５１の停止位置は、高さ９０２の位置となる。

トナー容器２３内のトナー２８の残量に応じて、トナー容器２３の底面に蓄積されるトナー２８の表面の高さが変化するため、検知マイラ３５１が自重で落下し、停止した位置の高さに差異が生じる。これにより、検知マイラ３５１に備えられている被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１との間の静電容量にも差異が生じる。そして、静電容量センサ３３が静電容量の差異を検知し、ＣＰＵ４０は、検知マイラ３５１と静電容量センサ電極３２１との距離を静電容量センサ３３からの検知レベルによって検知でき、その結果、トナー２８の残量を算出することができる。

［トナー残量検知の検知特性］
次に、図６を用いて本実施例におけるトナーの残量の検知特性を説明する。なお、本実施例では、静電容量センサ３３の検知レベルは８ビットデータとしてＣＰＵ４０に出力される。以下の説明では、検知レベルは１０進数で表現するものとする。

図６（ａ）は、トナー容器２３内のトナー２８の残量と静電容量センサ３３の検知レベルの関係を表した特性グラフであり、縦軸は検知レベル、横軸はトナー残量（％）を示す。図６（ａ）における静電容量センサ３３の感度は、ＣＰＵ４０からシリアル通信を用いて、６９に設定されている。図６（ａ）の特性グラフに示すように、本実施例において、トナー容器２３内のトナー２８の残量が１００％の時、静電容量センサ３３の検知レベルは１３５である。一方、トナー２８の残量が０％の時、静電容量センサ３３の検知レベルは２５３となる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の特性グラフより、静電容量センサ３３の検知レベルとトナー残量（％）の対応関係を表にしたテーブルＴ１である。テーブルＴ１に明示されていない検知レベルに対応するトナー２８の残量は、テーブルＴ１に記載された既知のトナー２８の残量の線形補間により求めることができる。ここで、測定された検知レベルは、本実施例における値であるため、測定条件が変われば測定される検知レベルも変わる。また、トナー２８の残量を判断するテーブルＴ１の数値についても同様である。テーブルＴ１の情報は、予め記憶部のＲＯＭやプロセスカートリッジ５に設けられたＲＯＭに工場にて書き込まれて出荷される。そして、プロセスカートリッジ５に設けられたＲＯＭに書き込まれたテーブルＴ１の情報は、プロセスカートリッジ５が本体１０１に装着された時に、ＣＰＵ４０によって読み出され、制御基板８０の記憶部のＲＡＭに格納される。後述する実施例２、３においても、テーブル情報はこれらの方法によって記録部のＲＯＭやＲＡＭに記録されるものとする。なお、前述したテーブル情報を出荷時に記録しておく方法は一例であり、これに限定されるものではない。

［トナー残量検知の処理シーケンス］
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の処理シーケンスについて、図７のフローチャートを用いて説明する。図７に示す処理は、記憶部のＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいてＣＰＵ４０により実行され、以降の実施例におけるフローチャートの処理も同様に、ＣＰＵ４０により実行される。なお、フローチャートに示す全ての処理をＣＰＵ４０が行うのではなく、例えば特性用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）が画像形成装置に実装されている場合には、フローチャート中のいずれかの処理を実行する機能をＡＳＩＣに持たせても良い。

ステップ１０１（以下、Ｓ１０１のように記す）では、ＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４を回転動作させる。本実施例では、攪拌マイラ３４が１回転するのに要する時間を約１秒としている。Ｓ１０２では、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３とシリアル通信を行い、静電容量センサの感度を６９に設定する。そして、ＣＰＵ４０はタイマをリセットし、スタートさせると共に、静電容量センサ３３による検知レベルの読み取りを開始する。

Ｓ１０３では、ＣＰＵ４０は、シリアル通信により、静電容量センサ３３からの検知レベルの読み取りデータを受信する。Ｓ１０４では、ＣＰＵ４０は、検知マイラ３５１に備えられている被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１間の静電容量に応じた検知レベルより、検知マイラ３５１が自重で自由落下を始めたかどうか判断する。ここで、図８を用いて、検知マイラ３５１の自重による自由落下で、静電容量センサ３３の検知レベルが変化する様子について説明する。図８は、検知マイラ３５１の自由落下により、時間の経過と共に静電容量センサ３３の検知レベルが推移する様子を示したグラフであり、縦軸は静電容量センサの検知レベルを、横軸は時間（秒）を示す。図８において、ｔ１は攪拌マイラ３４を回転させて、静電容量センサ３３による検知動作を開始したタイミングを示し、ｔ２は攪拌マイラ３４によって最高点まで持ち上げられた検知マイラ３５１が自重で自由落下を始めたタイミングを示す。ｔ２までは、検知マイラ３５１に備えられた被検知電極３６１は静電容量センサ電極３２１と離れているため、静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力される検知レベルはローレベル（１０以下）を示している。ところが、検知マイラ３５１が自由落下を始めると、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１間の距離が急速に縮まるため、それに伴い、静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力される検知レベルも上昇する。そして、検知マイラ３５１がトナー２８上に落下し、停止すると、被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１間の距離が一定となるため、静電容量センサ３３の検知レベルも一定値で安定する。本実施例では、図８のｔ３に示すように、ＣＰＵ４０は検知マイラ３５１が自由落下を始めたことを示す検知レベルの立ち上がり閾値を５０と設定している。そして、ローレベル（１０以下）から、立ち上がり閾値を上回ったタイミング（ｔ３）の検出により、ＣＰＵ４０は検知マイラ３５１が自重による自由落下を始めたことを検知する。

Ｓ１０４で、ＣＰＵ４０は被検知電極３６１と静電容量センサ電極３２１間の静電容量が一定値以上にならず、検知レベルの立ち上がりを検知していないと判断した場合には、Ｓ１０８に進む。Ｓ１０４で、ＣＰＵ４０は検知レベルの立ち上がりを検知したと判断した場合には、Ｓ１０５に進む。Ｓ１０５では、ＣＰＵ４０は、自由落下を始めた検知マイラ３５１がトナー２８上に落下して、トナー表面上に停止したかどうかについて判断する。本実施例では、ＣＰＵ４０は、０．０５秒（５０ミリ秒）以上、静電容量センサ３３から出力される検知レベルの変動が２以下になると、検知マイラ３５１がトナー表面上に停止したと判断する。なお、検知マイラ３５１がトナー表面上で止まったタイミングを検知するための、静電容量センサ３３の検知レベルの変動幅及び時間の設定は、現像ユニット構成、静電容量センサ及び周辺回路によって変化するため、これに限定されるものではない。Ｓ１０５で、静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力される検知レベルの変動幅が２以下の状態が０．０５秒以上継続していた場合には、ＣＰＵ４０はＳ１０６に進み、継続していなければ、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８では、ＣＰＵ４０はタイマからタイマ値を読み出し、静電容量センサ３３による検知レベルの読み取り開始から２秒以上経過したかどうか判断し、２秒未満であればＳ１０３に戻る。２秒以上経過していた場合には、ＣＰＵ４０はＳ１０９に進み、Ｓ１０９では、静電容量センサ３３の検知レベルが立ち上がり閾値を２秒以上、上回らなかったことから、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ１０６では、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０３で静電容量センサ３３から出力された検知レベルと、記憶部のＲＯＭに格納されたテーブルＴ１の検知レベルを照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。Ｓ１０７では、ＣＰＵ４０は、Ｓ１０６において算出したトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を精度良く検知することができる。本実施例は、検知マイラの被検知電極と、現像ユニット底面に設置されている静電容量センサ電極間の静電容量を検知することで、静電容量に対応したトナーの残量を算出することができ、その結果、トナーが満載された状態から空になるまで逐次残量の検出ができる。

実施例１では、静電容量センサの感度が一定の状態で、検知マイラの被検知電極と、現像ユニット底面の静電容量センサ電極間の静電容量の大きさを検知して、トナーの残量の算出を行った。これに対して、本実施例では、トナーの残量に応じて静電容量センサの感度を変更することにより、実施例１よりもトナーの残量の検知精度を更に向上させた例について説明する。なお、実施例１で説明した図１、図２、図３の構成、及び図４、図５の検知動作は、本実施例においても適用されるものとする。また、実施例１と同一の構成については同じ符号を付し、実施例１で詳しい説明を行っているので、本実施例での説明は省略する。

［トナー残量検知の検知特性］
図９（ａ）は、静電容量センサ３３に設定した感度別の、トナー２８の残量と静電容量センサの検知レベルの特性グラフであり、縦軸は検知レベル、横軸はトナー残量（％）を示す。図９（ａ）において、実線でプロットされたグラフは感度４６、二点鎖線でプロットされたグラフは感度６９、破線でプロットされたグラフは感度９２での、トナー２８の残量と静電容量センサ３３の検知レベルの特性を示したグラフである。図９（ａ）の感度６９の場合の特性グラフを見ると、トナー２８の残量が２５％以下の領域と６０％以上の領域では、トナー残量の変化に対する静電容量センサ３３の検知レベルの変化の割合が小さくなり、高精度にトナー残量を判別することが難しいことが分かる。

感度９２の場合の特性グラフをみると、感度６９の特性グラフに比べて、トナー２８の残量の多い領域９０３（トナー２８の残量が６０％〜１００％）では、トナーの残量の変化に対する静電容量センサ３３の検知レベルの変化の割合が大きい。また、感度４６の場合の特性グラフをみると、感度６９の特性グラフに比べて、トナー２８の残量が少ない領域９０４（トナーの残量が０％〜２５％）では、トナーの残量の変化に対する静電容量センサ３３の検知レベルの変化の割合が大きい。そこで、図９（ａ）の領域９０３ではより大きい感度を静電容量センサ３３に設定し、領域９０４ではより小さい感度を静電容量センサ３３に設定して、静電容量を検知すれば、実施例１の場合よりもトナー２８の残量の検知精度を向上させることができる。

図９（ｂ）は、図９（ａ）の特性グラフを、静電容量検知の際に設定する感度によって、領域を分割した図である。本実施例では、静電容量センサ３３に設定する感度を、トナーの残量が２５％未満の領域９０５では感度４６に、トナーの残量が２５％以上６０％未満の領域９０６では感度６９に、トナーの残量が６０％以上の領域９０７では感度９２に設定している。なお、トナーの残量に応じて設定した感度は、現像ユニット構成、静電容量センサ３３及び周辺回路によって変化するため、本実施例で設定した数値に限定されるものではない。

図１０のテーブルＴ１ないしＴ３は、図９（ａ）の特性グラフより、静電容量センサ３３の検知レベルとトナー残量（％）の対応関係を表にしたテーブルである。図１０（ａ）のテーブルＴ１は感度６９、図１０（ｂ）のテーブルＴ２は感度４６、図１０（ｃ）のテーブルＴ３は感度９２の特性グラフをテーブル化したものである。各テーブルに明示されていない検知レベルに対応するトナー２８の残量は、テーブルに記載された既知のトナー２８の残量の線形補間により求めることができる。ここで、測定された検知レベルは、本実施例における値であるため、測定条件が変われば測定される検知レベルも変わる。また、トナー２８の残量を判断する各テーブルの数値についても同様である。

［トナー残量検知の処理シーケンス］
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の処理シーケンスについて、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１１のＳ２０１〜Ｓ２０５、Ｓ２１２、Ｓ２１３の処理は、実施例１の図７のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同じであるため、説明を省略する。

Ｓ２０６では、前述したように、トナー２８の残量に応じて静電容量センサ３３の感度を設定するために、ＣＰＵ４０は、Ｓ２０３で静電容量センサ３３から出力された検知レベルから感度６９におけるトナーの残量を判断する。検知レベルが２２５より大きく、感度６９におけるトナー２８の残量が２５％未満と判断した場合には、ＣＰＵ４０はＳ２０７に進み、Ｓ２０７では静電容量センサ３３の感度を４６に切り替え、Ｓ２１０に進む。Ｓ２０６で検知レベルが２２５以下と判断すると、ＣＰＵ４０はＳ２０８に進み、Ｓ２０８では検知レベルが１５５より大きいかどうかを判断する。検知レベルが１５５より大きい場合には、トナー２８の残量が２５％以上で６０％未満であるので、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３の感度を６９のままで切り替え動作は行わず、Ｓ２１０に進む。検知レベルが１５５以下の場合には、トナー２８の残量が６０％以上であると判断し、ＣＰＵ４０はＳ２０９に進み、Ｓ２０９では静電容量センサ３３の感度を９２に切り替え、Ｓ２１０に進む。

Ｓ２１０では、Ｓ２０６〜Ｓ２０９までの処理で決定されたトナー２８の残量に応じた感度を用いて、ＣＰＵ４０は、再度、静電容量センサ３３から検知レベルを読み取る。そして、ＣＰＵ４０は、読み取った検知レベルと、記憶部のＲＯＭに格納された該当感度に対応したテーブルの検知レベルとを照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。Ｓ２１１では、ＣＰＵ４０は、Ｓ２１０において算出したトナー２８の残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を精度良く検知することができる。すなわち、トナーの残量に応じて、静電容量センサの感度を切り替えて、その感度に応じたテーブルと、静電容量センサからの検知レベルによりトナーの残量を算出することにより、実施例１の場合よりも、更にトナーの残量の検知精度を向上させることが可能となる。

実施例１では、静電容量センサの感度が一定の状態で、検知マイラの被検知電極と、現像ユニット底面の静電容量センサ電極間の静電容量の大きさを検知して、トナーの残量の算出を行った。また、実施例２では、トナーの残量に応じて静電容量センサの感度を変更することにより、実施例１よりもトナーの残量の検出精度を向上させた。本実施例では、トナー表面上に検知マイラが停止した状態で、静電容量センサの感度をスイープさせ、検知レベルの目標値と測定値が一致した時の感度の値から、トナーの残量を算出することにより、トナーの残量の検知精度をより向上させる例について説明する。また、実施例１及び実施例２では、攪拌マイラが回転動作を行っている状態で、逐次、トナーの残量の検知を行った。ところが、本実施例では、静電容量センサの感度をスイープさせるのに時間がかかるため、検知マイラがトナー表面上に停止した状態で、攪拌マイラの回転動作を停止させ、残量検知を行うこととする。

なお、実施例１で説明した図１、図２、図３の構成、及び図４、図５の検知動作は、本実施例においても適用されるものとする。また、実施例１と同一の構成については同じ符号を付し、実施例１で詳しい説明を行っているので、本実施例での説明は省略する。

［トナー残量検知の検知特性］
図１２（ａ）は、感度をスイープさせた時に静電容量センサ３３の検知レベルの目標値と測定値が一致するトナー２８の残量と静電容量センサの感度の関係を表した特性グラフであり、縦軸は感度、横軸はトナー残量（％）を示す。本実施例では、静電容量センサ３３の検知レベルの目標値は１５０に設定している。例えば、図１２（ａ）の点９０８は、トナー２８の残量が６６％の時に静電容量センサ３３の感度をスイープさせて、静電容量センサの検知レベルが目標値１５０になる時の静電容量センサの感度が６９であることを示している。点９０９と点９１０も同様であり、点９０９はトナー２８の残量が３５％の時に静電容量センサ３３の感度が４６であることを、点９１０はトナー２８の残量が１００％の時に静電容量センサ３３の感度が９２であることを、それぞれ示している。その結果、各トナー２８の残量に応じて、静電容量センサ３３の検知レベルが１５０になる時の、トナーの残量と静電容量センサの感度の関係をプロットしていくと、図１２（ａ）の特性グラフとなる。この特性グラフは、トナー２８の残量と、検出される静電容量センサ３３の感度の関係に線形性があるため、トナーが満載された状態から空になるまで、実施例１及び実施例２よりも精度良く、逐次トナーの残量の検知が可能となる。なお、ここで用いた静電容量センサ３３の検知レベルの目標値、及びトナーの残量と感度の関係は、現像ユニット構成、静電容量センサ及び周辺回路によって変化するため、前述した数値や特性グラフに限定されるものではない。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の特性グラフより、静電容量センサ３３の感度とトナー残量（％）の対応関係を表にしたテーブルＴ４である。テーブルＴ４に明示されていない感度に対応するトナー２８の残量は、テーブルＴ４に記載された既知のトナー２８の残量の線形補間により求めることができる。ここで、測定された静電容量センサ３３の感度は、本実施例における値であるため、静電容量センサ及び周辺回路等の条件が変われば測定される静電容量センサの感度も変化する。また、トナー２８の残量を判断するテーブルＴ４の数値についても同様である。

［トナー残量検知の処理シーケンス］
続いて、本実施例におけるトナーの残量検知の処理シーケンスについて、図１３のフローチャートを用いて説明する。図１３のＳ３０１〜Ｓ３０４、Ｓ３１４、Ｓ３１６の処理は、実施例１の図７のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同じであるため、説明を省略する。

Ｓ３０４において、ＣＰＵ４０は検知レベルの立ち上がりを検知したと判断した場合には、Ｓ３０５に進む。Ｓ３０５では、ＣＰＵ４０は、攪拌マイラ３４が回転して、検知マイラ３５１に当接する前に、攪拌マイラ３４の回転を停止させる。攪拌マイラ３４の回転を停止させるのは、検知マイラ３５１がトナー容器２３のトナー表面上に停止している状態で、ＣＰＵ４０が静電容量センサ３３の感度を１から９２までスイープさせて、静電容量センサの検知レベルを読み取るのに時間を要するためである。なお、ＣＰＵ４０が、静電容量センサ３３の感度をスイープさせ、検知レベルを読み取るのに要する時間が、トナー表面上に検知マイラ３５１が停止している時間よりも短い場合は、攪拌マイラ３４を回転させながら、トナー２８の残量検知を行ってもよい。

Ｓ３０６では、ＣＰＵ４０は、自由落下を始めた検知マイラ３５１がトナー２８上に落下して、トナー表面上に停止したかどうかについて判断を行う。本実施例でも、実施例１、２と同様に、ＣＰＵ４０は、０．０５秒（５０ミリ秒）以上、静電容量センサ３３から出力される検知レベルの変動が２以下になると、検知マイラ３５１がトナー表面上に停止したと判断する。なお、検知マイラ３５１がトナー表面上で止まったタイミングを検知するための、静電容量センサ３３の検知レベルの変動幅及び時間の設定は、現像ユニット構成、静電容量センサ及び周辺回路によって変化するため、これに限定されるものではない。静電容量センサ３３からＣＰＵ４０に出力される検知レベルの変動幅が２以下の状態が０．０５秒以上継続していた場合には、ＣＰＵ４０はＳ３０７に進み、継続していなければ、Ｓ３１５に進む。Ｓ３１５では、ＣＰＵ４０はタイマからタイマ値を読み出し、静電容量センサ３３による検知レベルの読み取り開始から２秒以上経過したかどうか判断し、２秒未満であればＳ３０６に戻る。２秒以上経過していた場合には、ＣＰＵ４０はＳ３１６に進み、Ｓ３１６では、静電容量センサ３３の検知レベルが２秒以上、立ち上がり閾値を上回らなかったことから、静電容量センサ３３の異常と判断し、ビデオコントローラ４２へ報知する。

Ｓ３０７では、静電容量センサ３３の感度をスイープさせ、静電容量センサの検知レベルを連続的に読み取るために、ＣＰＵ４０は、静電容量センサ３３とシリアル通信を行い、静電容量センサの感度を初期値の１に設定する。

Ｓ３０８では、ＣＰＵ４０は静電容量センサ３３にシリアル通信で設定した感度が９２以下であるか判断し、設定した静電容量センサ３３の感度が９２より大きい場合はＳ３１６に進み、Ｓ３１６では静電容量センサ３３の異常をビデオコントローラ４２へ報知する。感度が９２以下の場合には、Ｓ３０９に進み、Ｓ３０９では、ＣＰＵ４０は、再度、静電容量センサ３３から検知レベルを読み取り、Ｓ３１０では検知レベルの目標値１５０との比較を行う。ここで、静電容量センサ３３の検知レベルの測定値と目標値が一致した場合は、ＣＰＵ４０はＳ３１２に進む。Ｓ３１０で検知レベルの測定値と目標値が一致しない場合には、ＣＰＵ４０はＳ３１１に進み、静電容量センサ３３とシリアル通信を行い、静電容量センサ３３の感度を１増加させて、Ｓ３０８に戻る。

Ｓ３１２では、ＣＰＵ４０は、その時に設定されていた静電容量センサ３３の感度の値と、記憶部のＲＯＭに格納されたテーブルＴ４の感度とを照合して、対応するトナー２８の残量を算出する。Ｓ３１３では、ＣＰＵ４０は、Ｓ３１２において算出したトナーの残量をビデオコントローラ４２へ報知する。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成でトナーの量の多寡にかかわらず、逐次残量を精度良く検知することができる。すなわち、トナー表面上に検知マイラが停止した状態で、静電容量センサの感度をスイープさせ、検知レベルの目標値と測定値が一致した時の感度からトナーの残量を算出することにより、実施例１、実施例２よりもトナーの残量の検知精度を向上させることができる。

なお、実施例１ないし実施例３においては、理解し易いように１回の検知で得た静電容量センサの検知レベルとテーブルの照合を行う説明をした。しかし、複数回のデータを平均化した後に、それぞれのテーブルと照合するような制御にすると、更に検知精度をあげることが期待できる。また、実施例１ないし実施例３においては、現像ユニットが一体構成の例を挙げたが、現像ローラとトナー容器が別体となった補給系のトナー容器においても、トナー容器の内部に被検知電極と検知マイラを設けることにより、本発明が適用可能である。

３２１ 静電容量センサ電極
３３ 静電容量センサ
３４ 攪拌マイラ
３５１ 検知マイラ
３６１ 被検知電極
４０ １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）

Claims (10)

1. 現像剤を収納する着脱可能な現像ユニット内の回転軸を中心に周回動作する第１の部材と、
   第１電極を備え、前記回転軸を中心に回転する際に、前記第１の部材と接触して回転し、その後、前記第１の部材と離間する第２の部材と、
   前記第１電極と前記現像ユニットの外装に配設された第２電極との間の静電容量を検知し、検知した結果に基づいて、前記現像ユニット内の現像剤の量を判断する判断手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の部材は、前記第２の部材が離間したあと、前記第２の部材に遅れて回転することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２の部材は、自重により自由落下することにより回転して前記第１の部材と離間することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１の部材は、前記現像ユニット内の現像剤を攪拌する機能を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記第２の部材は、前記第１の部材と離間して、前記第１の部材によって攪拌された現像剤の上に落下することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第１電極は、前記第２の部材の周方向の先端付近に備えられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に関するデータを出力する出力手段を備え、
   前記出力手段は、前記データの増幅率を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された前記増幅率に応じて前記データを増幅する増幅手段と、を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記出力手段は、前記データの増幅率を、前記現像剤の残量に応じて変更することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記出力手段は、前記第２の部材の回転が停止した状態で、前記データの増幅率を変更することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記判断手段は、前記第２の部材が停止した状態において、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検知し、検知した結果に基づいて、前記現像ユニット内の現像剤の量を判断することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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