JP2000305348A - 現像剤量検知装置、現像装置及びこれらを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、現像剤容器内で二つの導体電極が
互いに所定間隔をもち現像剤容器内の現像剤の減少によ
る現像剤面の移動方向に延びて配設される導体電極対間
の静電容量に基づき現像剤容器内の現像剤量を連続的に
検知することのできる現像剤量検知装置及びこの現像剤
量検知装置を備える画像形成装置の提供を目的とする。 【解決手段】 導体電極対は、トナー容器内のトナーの
増減に応じて導体電極対間の静電容量を変化させるよう
上記移動方向に延びて配設される電極対１と、電極対１
よりもトナー減少時におけるトナー面移動方向先方位置
で上記移動方向に延びて配設される電極対２とを有し、
電極対１間の静電容量に基づく所定の周波数の信号を発
振する発振回路と、発振回路による発振信号を受けて、
電極対２間の静電容量に基づく所定の周波数の信号で共
振する共振回路とを構成することにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置に関するものであり、特に、現像剤を収容す
る現像剤容器内の現像剤量を検知する現像剤量検知装置
及びこの現像剤量検知装置を備える画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、かかる現像剤量検知装置にあって
は、様々な方式のものが提案されており、その中でも良
く知られ実用に供されているものの一例として、静電容
量検出方式の現像剤量検知装置について図６に基づき説
明する。

【０００３】図６において、１００は現像装置たる現像
器であり、１００ａは現像剤容器たるトナー容器であ
り、１０１は現像剤担持体たる現像スリーブであり、１
０２は現像器１００内の現像剤たるトナーであり、１０
３はトナー１０２が減少した時のレベルであり、１０４
はトナー容器１００ａ内に配設された金属電極であり、
１０５は電極１０４を適正な値に電圧調整するよう金属
電極１０４に接続される抵抗であり、１０６は整流器で
あり、１０７は平滑コンデンサであり、１０８は検出端
子である。

【０００４】トナー容器１００ａ内のトナー量が多い
時、金属電極１０４はトナーの中に埋まっており誘電体
であるトナーを介して現像スリーブ１０１と該トナーの
静電容量をもって結合している。

【０００５】現像スリーブ１０１には現像を行うために
現像バイアス１０９とトナーを効率よく感光体上の潜像
に付着させるべく交流高圧が重畳して印加されている。

【０００６】このような構成で金属電極１０４は現像ス
リーブ１０１からの電界を受けて電荷移動が生じ交流電
流が流れる。

【０００７】かかる交流電流は、電圧変換するために抵
抗１０５により適当な電圧に変換され整流器１０６によ
って整流されコンデンサ１０７で平滑され、出力端子１
０８から直流電圧として出力される。

【０００８】一連の動作で例えばトナー容器１００ａ内
のトナーレベルが減少してレベル１０３となり金属電極
１０４が空気中に露出している状態になった場合、金蔵
電極１０４と現像スリーブ１０１との誘電結合は粗とな
り従って、誘電電流が減少する結果、上述したように整
流した結果、出力端子１０８から得られる電圧は低下す
る。

【０００９】この検出電圧を比較検証することにより、
トナーの量を堆定しトナー残量として知ることが可能で
ある。

【００１０】図７にかかる現像剤量検知装置におけるト
ナーの減少に伴う検出電圧の変化を相対的に表した。

【００１１】図７に示したように、トナーの多い領域
（ａ）ではその構造から、現像スリーブ１０１と金属電
極１０４との間の静電容量の変化は少なく検出値の変化
量もトナーの減少に対して緩慢である。

【００１２】一方、トナーのレベルが、図６に示すレベ
ル１０３を割った場合も金属電極１０４が空気中に露出
してしまうため、現像スリーブ１０１と金属電極１０４
との間の静電容量が極めて少なくなる結果その変化量は
緩慢なものとなる。

【００１３】従って、図７に示す（ｂ）の領域では、ト
ナーのレベルが金属電極１０４の配置した高さに近接し
た時を表しており、トナーの減少の予告を行うよう、か
かる現像剤量検知装置を備える画像形成装置において
は、図６のＶｓを検出した時点で、ホスト部に通知する
ような構成が一般的に採られている。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、か
かる現像剤量検知装置にあっては、検出される現像スリ
ーブと金属電極との間の静電容量が極めて少ないため、
電極の感度を充分に得られる図７に示す（ｂ）の領域で
の、即ち、トナーの消費が進んだ状態での、あるポイン
トにおけるトナーの有無判定となってしまう。

【００１５】このように、かかる現像剤量検知装置のよ
うな回路構成において、単純に誘電電流を検出する従来
方式では、例え、一対の電極をトナーの深さ方向になら
べて配置した場合でも、その検出電圧の信頼性は低いも
のとなってしまう。

【００１６】又、かかる現像剤量検知装置にあっては、
生成される静電容量は大きくとも、数１０ｐＦ程度の値
であるため、誘電電流の検出値が低く、現像スリーブに
印加される高圧交流電圧を用いた時でも数μＡと低く、
トナーのアナログ的なレベル値検出には、ばらつきが多
く個別調整の対応が余儀なくされるものであった。

【００１７】そこで、本発明は、現像剤容器内で二つの
導体電極が互いに所定間隔をもち現像剤容器内の現像剤
の減少による現像剤面の移動方向に延びて配設される導
体電極対間の静電容量に基づき現像剤容器内の現像剤量
を連続的に検知することのできる現像剤量検知装置及び
この現像剤量検知装置を備える画像形成装置の提供を目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】主たる本出願にかかる発
明は、現像剤を収容する現像剤容器内の現像剤量を検知
する現像剤量検知装置であって、現像剤容器内で二つの
導体電極が互いに所定間隔をもち現像剤容器内の現像剤
の減少による現像剤面の移動方向に延びて配設される導
体電極対を有し、導体電極対間の静電容量に基づき上記
現像剤量を検知する現像剤量検知装置において、導体電
極対は、上記現像剤の増減に応じて導体電極対間の静電
容量を変化させるよう上記移動方向に延びて配設される
第一導体電極対と、第一導体電極対よりも現像剤減少時
における現像剤面移動方向先方位置で上記移動方向に延
びて配設される第二導体電極対とを有し、第一導体電極
対間の静電容量に基づく所定の周波数の信号を発振する
発振回路と、発振回路による発振信号を受けて第二導体
電極対間の静電容量に基づく所定の周波数の信号で共振
する共振回路とを構成して、共振回路における共振時の
発振回路での対応発振信号の強度に基づき、現像剤容器
内の現像剤量を検知するようになっていることを特徴と
する現像剤量検知装置である。

【００１９】又、他の主たる本出願にかかる発明は、潜
像を担持する潜像担持体に現像剤を付与することにより
該潜像を可視化する現像装置であって、現像剤を収容す
る現像剤容器と、上記現像剤量検知装置とを備えること
を特徴とする現像装置である。

【００２０】更に、他の主たる本出願にかかる発明は、
一連の画像形成プロセスにより形成された画像を記録媒
体に記録する画像形成装置であって、上記現像剤量検知
装置、若しくは、上記現像装置を備えることを特徴とす
る画像形成装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に関し
て、添付図面に基づき説明する。

【００２２】（第一の実施形態）図１は、本発明の第一
の実施形態にかかる画像形成装置の一例を示す概略構成
図である。

【００２３】かかる画像形成装置は、図１に示すよう
に、外周面に静電潜像が形成されるドラム状の潜像担持
体たる感光ドラム２１と、感光ドラム２１の外周面を規
定電位に帯電するためのローラ状の帯電体２２と、規定
電位に帯電せしめられた上記外周面に露光により画像情
報に応じた静電潜像を形成するレーザースキャナユニッ
ト２３と、上記静電潜像を現像剤により可視画像化する
現像装置２０と、上記外周面に形成された可視画像（顕
像）をシート状の記録媒体たる記録紙Ｐに転写するロー
ラ状の転写体２５と、定着装置たる定着器３０とを備え
ている。

【００２４】かかる画像形成装置にあっては、先ず、帯
電体２２にて規定電位に帯電せしめられた感光ドラム２
１の外周面にレーザースキャナユニット２３が露光する
ことにより、外部等から画像形成装置に与えられた画像
情報に応じた静電潜像が上記外周面に形成される。

【００２５】次に、感光ドラム２１の外周面に形成され
た静電潜像は、現像装置２０から現像剤を付与されるこ
とにより、顕像に可視化される。

【００２６】一方、与えられた画像情報に応じた画像情
報を記録される記録紙Ｐは、画像形成装置の本体に取外
し自在に支持されたカセット２７、或いは、画像形成装
置の一方の側面に配置されたマルチペーパートレイ２８
から、感光ドラム２１と転写体２５との間に形成される
転写ニップ部ＴＮへと、所定タイミング等にて給紙され
る。

【００２７】よって、転写ニップ部ＴＮに達した記録紙
Ｐは、感光ドラム２１の外周面に形成され、担持された
顕像を転写体２５から電気的相互作用により転写され
る。

【００２８】次に、顕像を一方の面に未定着状態に担持
せしめられた記録材Ｐは（以下、未定着状態にある顕像
を未定着像と称する）、定着器３０において熱供給及び
圧力付与されることにより、未定着像が溶融して定着せ
しめられ、以て、記録紙Ｐは、与えられた画像情報に応
じた画像が記録され、画像形成された記録紙Ｐは、画像
形成装置の本体の他方の側面に配置された排紙トレイ２
９上に排紙される。

【００２９】現像装置２０は、現像剤たるトナーを収容
する現像剤容器たるトナー容器２０ａと、トナーを担持
する現像剤担持体たる現像スリーブ２０ｂとを有してお
り、トナー容器２０ａ内のトナーを現像スリーブ２０ｂ
が感光ドラム２１に付与して感光ドラム２１上の潜像を
可視化するようになっている。

【００３０】又、現像装置２０は、トナー容器２０ａ内
のトナー量を検知するための現像剤量検知装置を備えて
いる。

【００３１】本発明の第一の実施形態にかかる現像剤量
検知装置の概略構成を図２に示す。

【００３２】かかる現像剤量検知装置は、図２に示すよ
うに、トナー容器２０ａ内で二つの導体電極が互いに所
定間隔をもちトナー容器２０ａ内のトナーの減少による
トナー面の移動方向に延びて配設される第一導体電極た
る電極対２及び第二導体電極対たる電極対１を有し、電
極対１，２間の静電容量に基づき上記現像剤量を検知す
るようになっている。

【００３３】電極対２は、トナー容器２０ａ内のトナー
の増減に応じて電極対２間の静電容量を変化させるよう
上記移動方向に延びて配設されている。

【００３４】つまり、電極対２は、図３に示す２つの導
体電極たる電極５２，５３が、トナー容器２０ａ内のト
ナー量に応じて誘電体であるトナーを介して互いに誘電
結合されて、電極対２間の静電容量が変化するようにな
っている。

【００３５】電極対１は、電極対２よりもトナー減少時
におけるトナー面移動方向先方位置で上記移動方向に延
びて配設されている。

【００３６】つまり、電極対１は、図３に示す２つの導
体電極たる電極５３，５４が、トナー容器２０ａ内で電
極対２よりも深いところで、且つ、トナー容器２０ａ内
のトナーの減少に影響を受け難いところに配置され、互
いにトナー容器２０ａ内のトナーを介して誘導結合され
ている。

【００３７】又、かかる現像剤量検知装置は、図２に示
すように、コンデンサＣ２，Ｃ１を構成する電極対１，
２と、高周波トランス３と、ダイオード４，５と、抵抗
６〜８と、フィルタコンデンサ１０，１１と、インバー
タ１２とを備えて、電極対２間の静電容量に基づく所定
の周波数の信号を発振する発振回路たる発振回路部と、
発振回路による発振信号を受けて電極対１間の静電容量
に基づく所定の周波数の信号で共振する共振回路たるハ
ートレー回路部とを構成している。

【００３８】本実施形態にかかる現像剤検知装置にあっ
ては、ハートレー回路部における共振時の発振回路部で
の対応発振信号たる検出電圧信号が出力端子９から出力
され、該検出電圧信号の強度に基づき、トナー容器２０
ａ内のトナー量を検知するようになっている。

【００３９】本実施形態にかかる発振回路及び共振回路
を構成する回路にあっては、３巻き線トランスである高
周波トランス３を構成する巻線１３，１４，１５がそれ
ぞれ互いに粗結合しており、ハートレー回路部は、イン
バータ１２によってインバータ１２の出力からトナー容
器２０ａ内に配置された電極対１間に形成される静電容
量Ｃ２（以下、コンデンサ容量Ｃ２という）を含み、巻
線１３，１４との共振回路を介して、インバータ１２の
入力に帰還する回路により発振するようになっており、
一方、共振回路部は、巻線１５と、トナー容器２０ａ内
で電極対１よりも深いところで且つ、トナーの減少に影
響を受け難いところに配置された電極対２間の静電容量
Ｃ１（以下、コンデンサ容量Ｃ１という）とにより共振
するようになっている。

【００４０】次に、本実施形態における、コンデンサ容
量Ｃ１を形成する電極対２（以下、コンデンサ２とい
う）と、コンデンサ容量Ｃ２を形成する電極対１（以下
コンデンサ１という）とについて、その一例を図３に示
す。

【００４１】図３において、５１は回路基板であり、５
２〜５４はエッチング処理等により基板上に形成した導
体電極たる電極である。

【００４２】本実施形態にあっては、図３に示すよう
に、電極５２及び電極５３によってコンデンサ１が構成
され、電極５３及び電極５４によってコンデンサ２が構
成されている。

【００４３】尚、本実施形態において、図３に示すよう
に、コンデンサ１及びコンデンサ２を構成する電極のう
ち、電極５３は接地共通とすることが可能なため３本の
電極でコンデンサ１及びコンデンサ２を構成することが
可能である。

【００４４】上記構成の回路における動作について説明
する。

【００４５】例えば、図３の上面迄、即ち、トナー容器
２０ａ内のトナーが満タンの状態であったとする。

【００４６】するとインバータ１２及びコイル１３，１
４、コンデンサ２で構成されたハートレー発振回路部
は、トナーの誘電率で生成されたコンデンサ容量Ｃ１を
含み、発振周波数１／（２π√（Ｌ×Ｃ））で回路発振
する公知の回路である。

【００４７】このハートレー発振回路部に粗結合された
コイル１５には、その発振信号が誘導結合され、コイル
１５とトナーレベルによって変化するコンデンサ容量Ｃ
２とによって構成される共振回路部にハートレー発振回
路部からの発振周波数が印加されるようになっている。
ハートレー発振回路部と共振回路部との状態を図４に
示す。

【００４８】図４において、５５はコンデンサ容量Ｃ１
に基づき発振される発振周波数を示しており、５６〜５
８はコンデンサ容量Ｃ２に基づく共振回路部の共振特性
を示している。

【００４９】即ち、本実施形態にかかる現像剤量検知装
置は、発振回路部で発振する周波数ｆ１をトナーの増減
で変化する共振特性５６〜５８に印加し、その回路共振
の尖鋭度の特性上で電圧変換を行うようにしたものであ
る。

【００５０】図４に示すように、トナーのレベルが高い
時はコンデンサ容量Ｃ２はコンデンサ容量Ｃ１に比較し
て相対的に高く、従って、共振回路部の共振周波数は低
くなる。

【００５１】即ち、図４に示す５８の特性となり、発振
周波数ｆ１による尖鋭度カーブに照合すると検出電圧は
低い値を示す。

【００５２】同様にトナー量が減少し、コンデンサ容量
Ｃ２が、センサ底部に形成されたコンデンサ２のコンデ
ンサ容量Ｃ１と同等なレベルになると、コンデンサ容量
Ｃ１による発振周波数と共振回路周波数が近似する為、
出力は最大の値を示す様に動作することとなる。

【００５３】上述したように、本実施形態にかかる現像
剤量検知装置にあっては、トナーの量に応じて変わる静
電容量を用いて高周波の発振回路を構成しているため、
微少容量のコンデンサであっても比較的大きな電流を流
すことが可能となり、目的とするＳ／Ｎ比を向上させる
ことが可能となり、環境変化に強く、ガスゲージのごと
くトナー残量をレベルで検出することが可能になる。

【００５４】（第二の実施形態）次に、本発明の第二の
実施形態について図４に基づき説明する。尚、第一の実
施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その
説明を省略する。

【００５５】図５は、本実施形態にかかる現像剤量検知
装置の概略構成を説明するための図である。 図５にお
いて、４はハートレー発振回路で発振している発振信号
を検出するダイオードであり、１１はフィルタであり、
６〜８は第一の実施形態と同様の現像剤量検知装置で出
力された検出電圧と本ハートレ一発振信号とを検出し、
フィルタした検出電圧を合成（加算）するための加算回
路である。

【００５６】本実施形態にあっては、本回路によって得
られる出力が、ハートレー発振回路で発振したサンプリ
ング周波数の強さのレベルをダイオード４により正の整
流を行ない、ダイオード５では負の整流を行なった後加
算しているところが特徴である。

【００５７】このように、本実施形態によれば、逆極性
で加算、即ち減算することによって、サンプリングする
発振周波数の強さの環境変化の影響を極力経減すること
も可能である。

【００５８】尚、本実施形態において、現像剤量検知装
置による出力特性は、図５（ｂ）に示すように、第一の
実施形態とは反対にトナーの減少に伴い電圧は低下す
る。

【００５９】

【発明の効果】以上にて説明したように、本出願にかか
る発明によれば、現像剤容器内に配設される第一電極対
に基づく発振回路からの微少な発振信号の変化を正確に
検知することができ、現像剤容器内のトナーの静電容量
に基づき現像剤容器内の現像剤量を連続的に検知するこ
とのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の第一の実施形態にかかる現
像剤量検知装置の概略構成図であり、（ｂ）は、その現
像剤料検知装置による現像剤量検知信号強度と現像剤容
器内の現像剤量との関係を示す図である。

【図３】図２の現像剤量検知装置に備えられた第一導体
電極対及び第二導体電極対の概略構成図である。

【図４】図３の第一導体電極対及び第二導体電極対に対
する現像剤容器内の現像剤面レベルと、第一伝導電極対
によって構成されるコンデンサを有する発振回路の発振
周波数と、第二伝導電極対によって構成されるコンデン
サを有する共振回路の共振特性との関係を示す図であ
る。

【図５】（ａ）は、本発明の第二の実施形態にかかる現
像剤量検知装置の概略構成図であり、（ｂ）は、その現
像剤料検知装置による現像剤量検知信号強度と現像剤容
器内の現像剤量との関係を示す図である。

【図６】従来の現像装置の概略構成図である。

【図７】図６の現像装置に備えられた現像剤量検知装置
による現像剤量検知信号強度と現像剤容器内の現像剤量
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 電極対（第二導体電極対） ２ 電極対（第一導体電極対） ３ 高周波トランス ４，５ ダイオード ２０ 現像装置 ２０ａ トナー容器（現像剤容器） ５２，５３，５４ 電極（導体電極）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤を収容する現像剤容器内の現像剤
   量を検知する現像剤量検知装置であって、現像剤容器内
   で二つの導体電極が互いに所定間隔をもち現像剤容器内
   の現像剤の減少による現像剤面の移動方向に延びて配設
   される導体電極対を有し、導体電極対間の静電容量に基
   づき上記現像剤量を検知する現像剤量検知装置におい
   て、導体電極対は、上記現像剤の増減に応じて導体電極
   対間の静電容量を変化させるよう上記移動方向に延びて
   配設される第一導体電極対と、第一導体電極対よりも現
   像剤減少時における現像剤面移動方向先方位置で上記移
   動方向に延びて配設される第二導体電極対とを有し、第
   一導体電極対間の静電容量に基づく所定の周波数の信号
   を発振する発振回路と、発振回路による発振信号を受け
   て第二導体電極対間の静電容量に基づく所定の周波数の
   信号で共振する共振回路とを構成して、共振回路におけ
   る共振時の発振回路での対応発振信号の強度に基づき、
   現像剤容器内の現像剤量を検知するようになっているこ
   とを特徴とする現像剤量検知装置。
2. 【請求項２】 潜像を担持する潜像担持体に現像剤を付
   与することにより該潜像を可視化する現像装置であっ
   て、現像剤を収容する現像剤容器と、請求項１に記載の
   現像剤量検知装置とを備えることを特徴とする現像装
   置。
3. 【請求項３】 一連の画像形成プロセスにより形成され
   た画像を記録媒体に記録する画像形成装置であって、請
   求項１に記載の現像剤量検知装置、若しくは、請求項２
   に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装
   置。