JP2003323037A

JP2003323037A - 現像剤量検出システム、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び現像装置

Info

Publication number: JP2003323037A
Application number: JP2002133064A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Hasegawa; 秀明長谷川; Kazumi Yamauchi; 和美山内; Yasuhisa Daiho; 靖尚大朋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の複雑化及びコスト面での不具合を生じ
ることなく、大容量の現像剤を収容した現像容器におい
ても、使用環境による検出値のばらつきが生ずることな
く、現像容器内の現像剤残量を逐次に精度よく検出でき
る現像剤量検出システム、現像装置、プロセスカートリ
ッジ、及び画像形成装置を提供する。【解決手段】現像剤Ｔを収納する現像容器４内の現像
剤量を検出する現像剤量検出システムにおいて、現像剤
量を検出するための検出電圧を印加する検出電圧印加手
段３４、３６と、現像容器４内部又は外部に設置され
た、検出電圧を入力する複数の入力側電極部材２、４２
と、現像容器４内に入力側電極部材２、４２に対向して
配設され、検出電圧を印加したときに現像剤量に応じた
入力側電極部材２、４２との間の静電容量を出力電流と
して出力する出力側電極部材４１と、出力電流を検知す
る検知手段３０と、を有し、検出電圧印加手段３４、３
６は、検出電圧を、複数の入力側電極部材２、４２に対
して、それぞれの入力側電極部材２、４２間で異なるよ
うに印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、おもに電子写真方
式を用いた画像形成装置、及び画像形成装置本体に着脱
自在なプロセスカートリッジや現像装置に関し、これら
プロセスカートリッジや現像装置の内部に配設されてい
る電極部材によって現像剤量を検出する現像剤量検出シ
ステムに関する。

【０００２】ここで、画像形成装置としては、例えば、
電子写真方式を用いた、電子写真複写機、電子写真プリ
ンタ（たとえば、ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリン
タ等）、電子写真ファクシミリ装置等が含まれる。又、
画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジと
は、帯電手段、現像装置及びクリーニング手段の少なく
とも一つ或いは全部と、電子写真感光体等の像担持体と
を一体的に構成し、画像形成装置本体に対して着脱可能
としたものである。

【０００３】

【従来の技術】複写機やレーザービームプリンタ等の電
子写真方式の画像形成装置は、画像情報に対応した光を
像担持体としての電子写真感光体（感光体）に照射して
潜像を形成し、この潜像に現像装置で記録材料である現
像剤（トナー）を供給して顕像化し、更に感光体から記
録紙へ画像を転写することで記録紙上に画像を形成して
いる。現像装置には、現像を行う現像部にトナー収納部
である現像容器（トナー容器）が連結しており、画像を
形成することでトナーは消費されていく。トナー容器を
有する現像装置、感光体、帯電手段等は、プロセスカー
トリッジとして一体に構成されていることが多く、トナ
ーが無くなったら使用者はプロセスカートリッジを交換
することで、再び画像を形成することができる。

【０００４】このプロセスカートリッジ内の画像形成に
供することができるトナーが、どれくらい残っているか
を随時知ることを可能とするために、トナー残量レベル
を逐次検出できる現像剤量検出システムを、プロセスカ
ートリッジや画像形成装置本体に備えていることがあ
る。

【０００５】特に、現像剤がなくなったことを使用者に
報知するだけでなく、現像剤の量を逐次に検知して報知
することによって、使用者の利便性を更に向上したもの
がある。このような画像形成装置では、現像剤が未使用
時の何％だけ残っているかを算出して使用者に逐次報告
したり、又、所定品位の画像形成を行えない程現像剤が
減ったことを示す「現像剤なし」表示を行い、画像不良
が起こる前に現像剤が残り少なくなったことを使用者に
警告したりするものがある。

【０００６】例えば、特開昭６１−１７６９６２号公報
には、ピエゾ素子やフォトカプラによって、複数のトナ
ー残量レベルを検出する方法が提案されている。又、特
開平１１−２７２０６０号公報には、板金状の電極間の
静電容量を測定することによりトナーの量を逐次に検出
する方法が開示されている。更に、特開２０００−２０
６７７４号公報には、画像形成装置内またはプロセスカ
ートリッジ内に配設された板金状の電極部材と、トナー
を感光体上の現像部へと搬送する現像剤担持体の間の静
電容量を測定することにより、トナーの量を逐次に検出
する方法が提案されている。

【０００７】これらの現像剤量検出システムの一方式と
して、プレートアンテナ方式がある。プレートアンテナ
とは、所定の間隔を持って対向する一対の電極部材であ
って、これらの電極部材間の現像剤量に応じてプレート
アンテナ間の静電容量が異なることを利用するものであ
り、所定の電圧を印加する入力側電極部材と、入力側電
極部材に電圧が印加された際に電極間に流れる電流を出
力する出力側電極部材と、で構成される。

【０００８】現像剤収用器内の現像剤が減少するに従っ
て、プレートアンテナ間の現像剤量とプレートアンテナ
間の静電容量との対応づけが可能となり、プレートアン
テナ間の静電容量を測定することにより、随時現像剤収
納容器内の現像剤量を知ることができる。プレートアン
テナ間の静電容量は、一方の導電部に一定の交流バイア
スを印加し、その際に他方の導電部に流れる電流から知
ることができる。

【０００９】ここで、感光体上の静電潜像を現像する方
法として、現像容器中のトナーを感光体上に搬送する現
像手段として用いられる現像剤担持体である現像ローラ
に交流バイアスを印加する方法が用いられることが多
い。

【００１０】この現像方式を用いた構成では、この現像
ローラを現像剤量検出システムのプレートアンテナの一
方の電極部材として、もう一方を現像ローラに平行に配
設した平面板金や棒形状のアンテナをもう一方の電極部
材にしたものが現像剤量検出システムとして一般的に採
用されている。

【００１１】このような現像剤量検出システムによって
検出したトナー量は、使用者が知ることができるように
表示手段に表示する。使用者はこれを見て、もうすぐト
ナーがなくなるから次のプロセスカートリッジを用意し
たほうがよさそうだとか、大量のプリントをするけどト
ナーは十分有るか等、プリント作業を効率よく、またプ
ロセスカートリッジを有効に使うことができる。

【００１２】上記の方法のうちでも、電極部材間の静電
容量を測定することによってトナーの残量を検出する方
法は、付加する回路が比較的簡単であり、精度的にも高
いので、いくつかの方法が提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極部
材間の静電容量を測定することによってトナーの残量を
検出することによる従来の方法には以下のような問題が
あり、正確なトナー残量を測定することに限界があっ
た。

【００１４】即ち、電極間で検出される静電容量は、そ
れぞれの取り付け誤差や、使用環境や、現像容器内に収
容されるトナーの種類等のばらつきによって左右され、
誤差が生じる場合があった。

【００１５】そのなかでも特に、使用環境によるトナー
残量検出値のばらつきは大きく、例えば、高温高湿環境
では低温低湿環境に比べ、電極間に存在する水分量が多
くなるため、トナー残量が同じでも検出される静電容量
の値が大きくなってしまう傾向がある。例えば、使用途
中で使用環境を低温低湿環境から高温高湿環境に変化さ
せた場合、プレートアンテナ表面への水分の付着或いは
トナーの吸湿によって、静電容量がトナー量の変化にと
もなわずに大きく変化してしまい、トナー残量検出の結
果が実際に現像容器に残っているトナー量とかけ離れて
しまう問題が発生する。

【００１６】特に、大容量のトナーを収容した現像容器
の場合、トナー残量を逐次に検出するためには電極間の
距離を大きくとることが必要であり、そうすると、電極
間で検出される静電容量の使用環境による誤差は更に大
きくなってしまう。

【００１７】そして、実際のトナー量に対して、検出さ
れたトナー量がより少ないと誤検出する装置では、その
検出値に応じてトナー残量表示がトナーなしを表示する
と、使用者は誤検出したことを知らないのでプロセスカ
ートリッジを新品に交換する。しかし、実際にはトナー
容器内にはまだトナーが残っているため、トナーを無駄
に捨ててしまい資源の無駄使いをしてしまうことにな
る。

【００１８】又、逆に実際のトナー量に対して検出され
たトナー量が多いと誤検出する装置では、プリント中に
トナーがなくなり、画像不良が生じたり、プリント紙が
無駄に使用されてしまうことになる。

【００１９】そこで、最近では、現像剤量を的確且つ正
確に検知するために、画像形成装置内、又はプロセスカ
ートリッジ内に入力側電極部材としてのプレートアンテ
ナを複数配設したものが用いられている。つまり、現像
剤量の多い時を検知するときの検知電極と、現像剤量が
少ない時を検知するときの検知電極を備えるものであ
る。

【００２０】ここで、従来の現像剤量検出システムで
は、現像剤量が多い時の量を検知するための検知範囲で
ある静電容量は、現像剤量の少ない時の量を検知するた
めの検知範囲である静電容量よりも大きいため、現像剤
量が多い時の量を検知するための電極部材に流れる電流
量と現像剤量が少ない時の量を検知するための入力側電
極部材と出力側電極部材の間に流れる電流量は大きく異
なり、そのため、それぞれに流れる電流を検知するため
の検知手段を入力側検知電極毎に設けなければならなか
った。

【００２１】しかし、現像剤量検知手段を複数配設した
場合に各々に独立した検知手段を設けると、コストが多
大になり、その負担はユーザに直接降りかかることにな
る。

【００２２】従って、本発明の目的は、装置の複雑化及
びコスト面での不具合を生じることなく、大容量の現像
剤を収容した現像容器においても、検出値の使用環境に
よるばらつきを生ずることなく、現像容器内の現像剤残
量を逐次に精度よく検出できる現像剤量検出システム、
画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び現像装置を
提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
現像剤量検出システム、画像形成装置、プロセスカート
リッジ、及び現像装置にて達成される。要約すれば、第
１の本発明は、現像剤を収納する現像容器内の現像剤量
を検出する現像剤量検出システムにおいて、前記現像剤
量を検出するための検出電圧を印加する検出電圧印加手
段と、前記現像容器内部又は外部に設置された、前記検
出電圧を入力する複数の入力側電極部材と、前記現像容
器内に前記入力側電極部材に対向して配設され、前記検
出電圧を印加したときに現像剤量に応じた前記入力側電
極部材との間の静電容量を出力電流として出力する出力
側電極部材と、該出力電流を検知する検知手段と、を有
し、前記検出電圧印加手段は、前記検出電圧を、前記複
数の入力側電極部材に対して、それぞれの前記入力側電
極部材間で異なるように印加することを特徴とする現像
剤量検出システムを提供する。

【００２４】第２の本発明は、像担持体、及び該像担持
体上の静電潜像を現像する現像剤を収納する現像容器を
有する現像装置、を備えたプロセスカートリッジと、該
プロセスカートリッジを装置本体に着脱自在に装着する
装着手段と、前記現像容器内の現像剤量を逐次検出する
現像剤量検出システムと、を有し、記録媒体に画像形成
する画像形成装置において、前記現像剤量検出システム
は、前記現像剤量を検出するための検出電圧を印加する
検出電圧印加手段と、前記現像容器内部又は外部に設置
された、前記検出電圧を入力する複数の入力側電極部材
と、前記現像容器内に前記入力側電極部材に対向して配
設され、前記検出電圧を印加したときに現像剤量に応じ
た前記入力側電極部材との間の静電容量を出力電流とし
て出力する出力側電極部材と、該出力電流を検知する検
知手段と、を有し、前記検出電圧印加手段は、前記検出
電圧を、前記複数の入力側電極部材に対して、それぞれ
の前記入力側電極部材間で異なるように印加することを
特徴とする画像形成装置を提供する。

【００２５】第３の本発明は、像担持体と、該像担持体
上の静電潜像を現像する現像剤を収納する現像容器を有
する現像装置と、前記現像容器内の現像剤量を逐次検出
する現像剤量検出システムと、を有し、記録媒体に画像
形成する画像形成装置において、前記現像剤量検出シス
テムは、前記現像剤量を検出するための検出電圧を印加
する検出電圧印加手段と、前記現像容器内部又は外部に
設置された、前記検出電圧を入力する複数の入力側電極
部材と、前記現像容器内に前記入力側電極部材に対向し
て配設され、前記検出電圧を印加したときに現像剤量に
応じた前記入力側電極部材との間の静電容量を出力電流
として出力する出力側電極部材と、該出力電流を検知す
る検知手段と、を有し、前記検出電圧印加手段は、前記
検出電圧を、前記複数の入力側電極部材に対して、それ
ぞれの前記入力側電極部材間で異なるように印加するこ
とを特徴とする画像形成装置を提供する。

【００２６】第１〜３の本発明の一実施態様によると、
前記検知手段が検知した前記出力電流を電圧値に換算す
ることによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側
電極部材に前記各検出電圧を入力したときの前記出力側
電極部材の現像剤有無時の前記出力電流の電流値範囲
が、前記検知手段によって電圧値に変換可能である電流
値範囲と重複するように、前記検出電圧印加手段に印加
される前記検出電圧を設定するか、又は、前記検知手段
によって電圧値に変換可能である電流値範囲内にあるよ
うに、前記検出電圧印加手段に印加される前記検出電圧
を設定する。

【００２７】第４の本発明は、像担持体と、該像担持体
上の静電潜像を現像する、現像剤を収納する現像容器を
備えた現像装置と、を備え、画像形成装置に着脱自在に
設けられたプロセスカートリッジにおいて、前記現像容
器内部又は外部に設置された、前記検出電圧を入力する
複数の入力側電極部材と、前記現像容器内に前記入力側
電極部材に対向して配設され、前記検出電圧を印加した
ときに現像剤量に応じた前記入力側電極部材との間の静
電容量を出力電流として出力する出力側電極部材と、を
有し、前記複数の入力側電極部材に入力される前記検出
電圧がそれぞれの前記入力側電極部材間で異なることを
特徴とするプロセスカートリッジを提供する。

【００２８】第５の本発明は、現像剤にて像担持体上に
形成された静電潜像を現像する現像装置において、現像
剤を収容する現像容器と、該現像容器内部又は外部に配
設された、前記現像容器内の現像剤量を検出するための
検出電圧を入力する複数の入力側電極部材と、前記検出
電圧を印加したときに現像剤量に応じた前記入力側電極
部材との間の静電容量を出力電流として出力する出力側
電極部材と、を有し、前記複数の入力側電極部材に入力
される前記検出電圧がそれぞれの前記入力側電極部材間
で異なることを特徴とする現像装置を提供する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る現像剤量検出
システム、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び
現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。

【００３０】実施例１画像形成装置としては、本発明は、静電記録方式のもの
にも適用できるが、電子写真方式の画像形成装置に対し
て特に有効である。本実施例の画像形成装置は、図２に
示すように、ホストコンピューター、ネットワーク等か
ら画像情報を受け取り、それを記録紙上に画像出力する
レーザービームプリンタ１４であり、プロセスカートリ
ッジＣは、画像形成装置本体１４の所定部（装着手段１
５）に対して所定の要領で挿入装着され、又、装置本体
１４から着脱自在に抜き外しできるようにされている。

【００３１】本実施例では、この画像形成装置１４に
は、図１に示されるプロセスカートリッジＣが設けられ
ている。図１で示すように、プロセスカートリッジＣ
は、像担持体である電子写真感光体（感光体）１と、感
光体１を均一に帯電するための帯電手段７と、感光体１
に非接触で対向配置された現像装置４０として、現像剤
担持体としての現像ローラ２及びトナー規制部材５と連
結している現像剤（トナー）Ｔの収納部である現像容器
（トナー容器）４と、クリーニング手段８と、クリーニ
ング手段８により感光体１から除去された廃トナーを収
容する廃トナー容器９とが一体的に構成されている。

【００３２】次に、本実施例のプロセスカートリッジＣ
を装着する画像形成装置であるレーザープリンター１４
には、図２に示すようにプロセスカートリッジＣの上方
に、画像情報に対応してレーザー光１０を照射する露光
手段であるレーザースキャナー１１が、また下方には感
光体１に対向する転写手段１２が配設されている。

【００３３】上記構成において、感光体１が帯電手段７
によって均一に帯電され、その表面をレーザースキャナ
ー１１から照射されるレーザー光１０によって走査露光
なされ、目的の画像情報の静電潜像が形成される。感光
体１表面の静電潜像は、現像装置４０の現像ローラ２に
印加される現像バイアスの作用によって、トナー容器４
内のトナーＴが付着されて現像像（トナー像）として可
視化される。現像バイアスは、直流と交流の重畳電圧で
ある。

【００３４】尚、本実施例においては、トナーとして、
絶縁性磁性一成分トナーを用いるが、現像剤の種類に関
しては、これに限るものではない。感光体１上のトナー
像は、転写手段１２で記録媒体である記録紙へ転写され
る。記録紙は、定着手段１３を通って表面に画像が定着
され、本体外部へ排出される。

【００３５】プロセスカートリッジＣには、トナー容器
４内に図１に示すような、画像形成装置１４の現像剤量
検出システムの電極部材としての、プレートアンテナ
（以下ＰＡと略記する）板金４１（ＰＡ４１）とＰＡ板
金４２（ＰＡ４２）の２枚の平行板金が対向するように
固定配設されている。ＰＡ４２には、直流と交流の重畳
電圧（以下、「残検バイアス」と称す。）が印加され、
その際ＰＡ４１に誘起される電流量を測定することによ
って、この２枚の板金間の静電容量を測定することがで
きる。

【００３６】つまり、ＰＡ４２は、画像形成装置１４の
現像剤量検出システムにおける、残検バイアスである検
出電圧が入力される入力側電極部材であり、ＰＡ４１
は、ＰＡ４２との間に存在する現像剤量（トナー量）に
応じた静電容量を画像形成装置本体１４に出力する出力
側電極部材である。

【００３７】本実施例で用いた構成においては、ＰＡ４
１及びＰＡ４２として面積Ｓ＝１５ｃｍ²の非磁性のＳ
ＵＳ材を用いた。そして、ＰＡ４１を、トナー容器４内
壁の現像ローラ２近辺で現像ローラ２に平行に配置し、
ＰＡ４２を、ＰＡ４１に平行に、現像ローラ２からトナ
ー容器４の内部奥の位置で、トナー量が多い場合にその
大半が収容される位置の内壁に配置した。

【００３８】このように、本実施例においては、ＰＡ４
１が現像ローラ２と平行に配置されているので、現像ロ
ーラ２を、現像バイアスを残検バイアス（検出電圧）と
して入力する入力側電極部材とすることができる。この
場合も、ＰＡ４１を入力側電極部材としての現像ローラ
２に対する出力側電極部材とすることができる。

【００３９】現像ローラ２とＰＡ４１間の静電容量を測
定する場合、画像形成時に現像ローラ２に印加される現
像バイアスを残検バイアスとして用いることがコスト面
でも望ましく、「トナーなし」状態になる直前の状態を
精度良く検出することができる。

【００４０】そして、入力側電極部材であるＰＡ４２に
入力される残検バイアスは、検出電圧印加手段としての
電源３４から印加され、現像ローラ２に入力される残検
バイアスである現像バイアスは、検出電圧印加手段とし
て現像バイアス電源３６より印加される。

【００４１】このような電極部材ＰＡ４１、４２、及び
現像ローラ２を用いることによって、ＰＡ４１とＰＡ４
２間の静電容量により、現像剤が多い場合の現像剤量を
検出し、現像ローラ２とＰＡ４２間の静電容量により、
現像剤が少ない場合の現像剤量が検出でき、こうした２
ヶ所の検出部より現像剤量を、未使用状態から消費され
てなくなるまで広範囲に逐次検出できる。

【００４２】本実施例では現像容器４におけるトナー充
填量は１０００ｇである。トナー量が多いとき（１００
０ｇ〜３００ｇ）にはＰＡ４２にＡＣバイアス（以降、
残検バイアス）が印加され、その際ＰＡ４１に流れる電
流量から、この２枚の板金間の静電容量を測定すること
ができる。一方、トナー量が少ないとき（３００ｇから
白抜けまで）には、トナー量を精度良く検知するために
現像ローラ２に印加された現像バイアスを検出電圧とし
て、ＰＡ４１に流れる電流量から、ＰＡ４１と現像ロー
ラ２の間の静電容量を測定することができる。

【００４３】この２枚の板金４１、４２の間に、トナー
攪拌手段３がある。これは、現像ローラ２と同期して図
１に矢印で示した、トナーＴを現像ローラ２へと向かわ
せる方向に回転する。本実施例では、感光体１、現像ロ
ーラ２と同期して回転する。

【００４４】本実施例の現像剤量検出システムは、以上
に説明した現像ローラ２及びＰＡ４２である入力側電極
部材と、ＰＡ４１である出力側電極部材、入力側電極部
材に残検バイアス（検出電圧）を印加する検出電圧印加
手段３４、３６、及び出力側電極部材であるＰＡ４１よ
り現像剤量を装置本体１４に検出する、検知手段である
検出回路３０より構成される。

【００４５】ここで、検出回路３０は、図３に示すよう
に、電極部材ＰＡ４１からの電流量を検出し、トナー量
に換算される電圧値に変換する電流量検出部３１と、検
出された電圧値から、所定の演算処理を行い、ＰＡ４１
とＰＡ４２との間の静電容量Ｃａ’又はＰＡ４１と現像
ローラ２との間の静電容量Ｃａを求め、下記の式（１）
よりトナー量を求める演算制御部３２と、トナー残量検
出の結果を記憶する記憶手段３５と、例えば１００分率
表示に換算してプリンタ本体に表示する表示手段３３
と、から構成されている。

【００４６】２個の電極部材である、現像ローラ２とＰ
Ａ４１間の静電容量Ｃａ又はＰＡ４１とＰＡ４２との間
の静電容量Ｃａ’は、板金の面積Ｓ、距離Ｄ、２枚の板
金間の比誘電率Ｋεと、以下の式（１）の関係にあり、
比誘電率Ｋεは板金間に存在するトナー、水分、空気の
割合に影響される値であり、板金間でのトナーの割合が
多いとＫεは大きくなり、少ないとＫεは小さくなるこ
とから、トナー量と静電容量とが関係づけられ、演算制
御部３２において、トナー量が求められる。

【００４７】Ｃ＝Ｋε×Ｓ／Ｄ（１）

【００４８】本実施例で用いた構成においては、ＰＡ４
１及びＰＡ４２板金は、面積Ｓ＝１５ｃｍ²であり、現
像ローラ２とＰＡ４１板金間の距離が２ｍｍ、ＰＡ４１
板金とＰＡ４２板金間の距離が５０ｍｍである。

【００４９】又、本実施例においては、ＰＡ４１とＰＡ
４２の間の静電容量は、トナー有（Ｆｕｌｌ）のときに
１０ｐＦ、トナー無（Ｅｍｐｔｙ）のときに５ｐＦとな
っており、ＰＡ４１と現像ローラ２の間の静電容量は、
トナー有（Ｆｕｌｌ）のときに２０ｐＦ、トナー無（Ｅ
ｍｐｔｙ）のときに１０ｐＦであるとして説明する。

【００５０】次に図４を使って図３に示された検出回路
３０内の電流検出部３１についての説明をする。

【００５１】図４に示す電源は現像バイアス電源３６又
は残検バイアス電源３４に該当する。残検バイアス電源
３４に接続されたＰＡ４１−ＰＡ４２間の静電容量をＣ
ａ’とし、現像バイアス電源３６に接続されたＰＡ４１
−現像ローラ２間の静電容量をＣａとする。

【００５２】ここで、残検バイアス電源３４から電圧印
加時に、ＰＡ４１から出力されるＰＡ４１−ＰＡ４２間
の静電容量に対応した電流値ＩＣａは以下の式（２）で
表される。

【００５３】ＩＣａ＝α×ｆＶＣａ（２） α：係数、ｆ：残検バイアスの周波数、Ｖ：残検バイア
ス電圧

【００５４】又、同様に現像バイアス電源３６から電圧
印加時に、ＰＡ４１から出力される現像ローラ２−ＰＡ
４１間の静電容量に対応した電流値ＩＣａ’は以下の式
（３）で表される。

【００５５】ＩＣａ’＝β×ｆＶＣａ’ （３） β：係数、ｆ：現像バイアスの周波数、Ｖ：現像バイア
ス電圧

【００５６】尚、静電容量Ｃａ又はＣａ’に対応する基
準の静電容量Ｃｂ又はＣｂ’である基準電極部材（不図
示）が、レーザービームプリンタ本体１４に備えられて
いる。

【００５７】ここで、現像バイアス電源３６によってバ
イアスが印加されたときの現像ローラ２とＰＡ４１との
間の静電容量Ｃａが、トナー残量測定領域の静電容量で
ある。

【００５８】本実施例では現像バイアスは１６００Ｖ、
現像周波数は２５００ＨｚのＡＣ成分から成り立ってお
り、上記に述べたように、Ｃａの静電容量はトナー有の
ときに２０ｐＦ、トナー無のときに１０ｐＦとなる時に
ＰＡ４１に流れる電流Ｉ１は、８０μＡ〜４０μＡの範
囲で推移する。

【００５９】この時、１０ｐＦの基準静電容量Ｃｂを有
する基準電極部材を配設しているため、基準電極に流れ
る電流Ｉ２は８０μＡの一定値をとる。

【００６０】これらの電流Ｉ１、Ｉ２はダイオード３１
１、３１２を通して整流され直流になり、それらは電圧
値に換算するための演算増幅器３１３に入力される。

【００６１】演算増幅器３１３において、演算増幅器３
１３の抵抗Ｒ１とＩ１との積からＶ１が出力される。Ｖ
２は、Ｉ２をＶＲ２で分流し抵抗Ｒ２で生じる電圧降下
分を、抵抗Ｒ３、Ｒ４で設定された電圧Ｖ３に加算して
求められる。そして、Ｖ２からＶ１を引いた値であるＶ
ｄが検出される。

【００６２】同様にＣａ’はトナー有のときに１０ｐ
Ｆ、トナー無のときに５ｐＦであることから、Ｃａ’と
Ｃｂ’に電圧：２０Ｖ、周波数：４００ｋＨｚ残検を印
加して、同様にＶｄ’が検出された。このＶｄとＶｄ’
の値より、現像剤量を測定可能となる。

【００６３】ここで、ＰＡ４２及び現像ローラ２に印加
される検出電圧としては、トナーが多い場合の方が周波
数の高い電圧が必要であり、交流電圧が使用され、ＰＡ
４１からの距離が遠い位置にあるＰＡ４２に印加される
検出電圧である残検バイアスの周波数が、近い位置にあ
る現像ローラ２に印加される検出電圧である現像バイア
スの周波数よりも大きい。

【００６４】次に、実際にトナー量を測定する方法を説
明する。

【００６５】１：先ず、トナー量が多いとき（１０００
ｇ〜３００ｇ）のトナー量を測定する方法を説明する。
トナー残量検知手段としてＰＡ４１とＰＡ４２の２枚の
板金間の静電容量を、ＰＡ４２に残検バイアスを印加す
ることにより測っているが、これらの板金間には、図１
に示したように攪拌手段３があるため、全体のトナー量
に変化なくても攪拌手段３が回転すると板金間のトナー
量が回転周期で変動する。そこで、ＰＡ４１とＰＡ４２
の２枚の板金間の静電容量Ｃａ’を所定の時間内で平均
化等の統計処理を加えて確定する必要がある。

【００６６】これを図３のブロック図と図５のフローを
用いて説明する。まず、トナー量の測定が開始される
と、残検バイアスの印加手段３４からＰＡ４２に交流バ
イアスが印加される。ＰＡ４２とＰＡ４１の間のトナー
量即ち静電容量Ｃａ’に応じた電流が流れ、それを電流
検出部３１で電圧値Ｖｄ’として検出する（ステップＳ
１０１）。この測定値は、演算制御部３２によってトナ
ー量に換算されて記憶手段３５に記憶される（ステップ
Ｓ１０２）。本実施例では、攪拌周期は５秒で、０．５
秒毎に静電容量の測定データをサンプリングしている。
従って、攪拌１周分で１０回の測定を繰り返して（ステ
ップＳ１０３）、全ての測定値を記憶手段３５に記憶す
る設定にしている。攪拌１周分の測定値がそろったら、
演算制御部３２で平均化等の所定の統計処理を行い、測
定結果を確定する（ステップＳ１０４）。この確定値を
表示手段３３等で表示する形式、例えば１００分率表示
に換算して（ステップＳ１０５）、表示手段３３やネッ
トワーク等を通じて外部装置（不図示）等に表示する
（ステップＳ１０６）。その後、トナー量が３００ｇ以
下であるか否かを判断し（ステップＳ１０７）、３００
ｇ以下の場合は、現像ローラ２とＰＡ４２による、電源
３６より印加される現像バイアスを用いて、次に説明す
るトナー量測定を行う（ステップＳ１０８）。

【００６７】ここで、図５に示される、現像容器４中の
トナー量が多いときのＰＡ２に残検バイアスを印加する
トナー量測定は、現像バイアスが印加されているときに
は行えないため、攪拌手段３の回転１周にわたって連続
してトナー量を測定する機会は少ない。

【００６８】この際は、残検バイアスが印加されている
時間で０．５秒毎にトナー量を測定することになり、測
定データが１０個集まった時点で確定することになる。
本来は、攪拌手段３の影響断続的な測定を避けるため
に、測定値に平均処理等の統計処理を加えているが、残
検バイアスの印加タイミングと攪拌手段３の回転周期が
一致すると、常に攪拌手段３の一定の位置でトナー量を
測定することとなり、トナー量を実際より多く或いは少
なく検知することになってしまう。

【００６９】そこで、本実施例では残検バイアスの印加
タイミングと攪拌手段３の回転周期を不一致になるよう
に構成している。

【００７０】尚、トナー量が少ないとき（３００ｇ〜白
抜け）のトナー量を測定する方法も同様であるが、トナ
ー量が多いときとは異なり、攪拌位置３と測定領域が離
れているため攪拌周期の影響は考えなくて良い。

【００７１】２：次に、トナー量が少ないとき（３００
ｇ〜白抜け）のトナー量を測定する方法について説明す
る。

【００７２】トナー量が少ないときは、トナー残量検知
手段としてＰＡ４１と現像ローラ２の板金間の静電容量
Ｃａを測っている。攪拌位置３と測定領域が離れている
ため攪拌周期の影響は少ないが、ユーザの使用状態（カ
ートリッジの着脱等）を考慮して、ＰＡ４１と現像ロー
ラ２との静電容量Ｃａを所定の時間内で平均化の統計処
理を加えて確定する必要がある。

【００７３】具体的な測定方法について図６のフローを
用いて説明する。トナー量の測定が開始されると、現像
バイアス印加手段３６から現像ローラ２に交流バイアス
が印加される。現像ローラ２とＰＡ４１の間のトナー量
即ち静電容量Ｃａに応じた電流が流れ、それを出力検知
手段３１で電圧値Ｖｄとして検出する（ステップＳ２０
１）。この測定値は、演算制御部３２によって、トナー
量に換算されて記憶手段３５に記憶される（ステップＳ
２０２）。本実施例では、攪拌周期は５秒で、０．５秒
毎に静電容量の測定データをサンプリングしている。従
って、攪拌１周分で１０回の測定を繰り返して（ステッ
プＳ２０３）、全ての測定値を記憶手段３５に記憶する
設定にしている。攪拌１周分の測定値がそろったら（ス
テップＳ２０３）、演算制御部３２で平均化等の所定の
統計処理を行い、測定結果を確定する（ステップＳ２０
４）。この確定値を表示手段３３等で表示する形式、例
えば１００分率表示に換算して（ステップＳ２０５）、
表示手段３３やネットワーク等を通じて外部装置（不図
示）等に表示する（ステップＳ２０６）。

【００７４】本実施例では、検出回路３０において、電
流検出部３１の処理によって、図７に示すような、現像
容器４内の現像剤量に相関した電圧値Ｖｄ、Ｖｄ’（以
下、「出力電圧値」と称す。）が検出され、トナー量が
求められる。

【００７５】尚、本実施例での検知手段３１の検知範囲
は、ＣＰＵのポートの入力電圧の関係から３Ｖ〜０Ｖの
範囲であり、トナー量が多いとき（１０００ｇ〜３００
ｇ）には残検バイアスを入力することにより、０．８Ｖ
〜２．０Ｖの間で出力電圧値が推移し、トナー量が少な
いとき（３００ｇ〜０ｇ）には現像バイアスにより、
０．６Ｖ〜１．８Ｖの間で出力電圧値が推移する。

【００７６】このように、現像剤量を測定する測定領域
が２つ以上ある場合は、電流検出部３１の処理によって
こうした出力電圧値に変換される、各測定領域における
現像剤有無時の出力電流値の範囲が検知手段３０の検知
領域内にあるか、少なくとも重複していることによっ
て、１つの検知手段３０のみで正確な現像剤量を測定す
ることが可能となり、トナー量検出システムやそれを備
える画像形成装置の構成を複雑化させる必要がなくな
る。

【００７７】又、本実施例では、ＰＡ４２とＰＡ４１に
よる出力電圧値が０．８Ｖ〜２．０Ｖであり、現像ロー
ラ２とＰＡ４１による出力電圧値が０．６Ｖ〜１．８Ｖ
であり、これらの出力電圧値範囲は重複している。よっ
て、現像容器４内の現像剤量測定が２つの測定領域間で
断絶せずに逐次行うことができた。出力電圧値範囲が重
複することは即ち、ＰＡ４２や現像ローラ２からの出力
電流値範囲が重複することである。このように、逐次広
範囲な現像剤量を測定するには、複数の入力側電極部材
において、各検出電圧を入力したときの出力側電極部材
の現像剤有無時の出力電流の電流値範囲が、それぞれの
入力側電極部材の間で重複していることが望ましいとい
える。

【００７８】又、これらＰＡ４２及び現像ローラ２から
の出力電流値範囲は等しいこともある。そして、これら
の出力電流は、前記の式（２）、（３）に示したよう
に、それぞれに印加される検出電圧の周波数ｆと、電圧
値Ｖと、本実施例ではＣａ、Ｃａ’として説明した出力
側電極部材との間の静電容量と、の積で表される。つま
り、本実施例ではｆＶＣａとｆＶＣａ’で示される出力
電流範囲が等しいこともある。

【００７９】一方、ＰＡ４１とＰＡ４２板金間の静電容
量を測定する場合、ＰＡ４２に入力する残検バイアスを
現像バイアスと同一の電源にすると、コスト面で有利で
あるが、ＰＡ４１−ＰＡ４２間の距離が大きいため、使
用環境による温湿度変化の影響を受けやすい。

【００８０】それらの現像剤量検出システムの現像剤量
検出機構について説明する。前記に説明したように、電
極部材間の静電容量Ｃ、電極部材の面積Ｓ、電極部材間
の距離Ｄを用いて、上記の式（１）である「Ｃ＝Ｋε×
Ｓ／Ｄ」から求められる比誘電率Ｋεからトナー量が検
出されるが、Ｋεは、雰囲気の温湿度に影響されやす
く、即ち、同一のトナー量であっても、使用環境の温湿
度によって、水分の割合が多くなるとＫεは大きくな
り、少なくなるとＫεは小さくなってしまう。

【００８１】特に、大容量のトナーを収容したトナー容
器の場合、板金間の距離Ｄを大きくすることで、測定さ
れる静電容量Ｃの範囲が小さくなってしまい、誤差が大
きくなってしまう。

【００８２】図１８は、比較例となる現像剤量検出シス
テムにおける、プロセスカートリッジＣを示す。ここで
は、現像剤量検出システムは、図１に示されたものと同
様の構成のプロセスカートリッジＣにおいて、２つの入
力側電極部材であるＰＡ４２と現像ローラ２が、同一の
検出電圧印加手段である電源３６に連結されており、現
像ローラ２に入力される現像バイアスが切り替わって、
そのまま同じ電圧でＰＡ４２に入力される残検バイアス
として用いられる構成である。

【００８３】図１８に示した構成において、Ｈ／Ｈ環境
（３２℃，８０％）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃，３０％）、
Ｌ／Ｌ環境（１５℃，１０％）下で、ＰＡ４２板金に現
像バイアス（１．６ｋＶｐｐ，２．４ｋＨｚ）を印加し
て、ＰＡ４１板金とＰＡ４２板金間での静電容量とトナ
ー残量の関係を求めた。その結果を図１９に示す。

【００８４】図１９から分かるように、使用環境によっ
て、検出する静電容量の値にばらつきが生じてしまい、
正確にトナー残量を検出することができないことが分か
る。

【００８５】但し、比誘電率Ｋεは入力される残検バイ
アスの周波数によっても変化すものであり、周波数を高
くすることで、上記のような水分量の影響を最小限にす
ることができる。

【００８６】よって、本発明では、図１に示すように、
現像ローラ２とＰＡ４２板金とでは、入力される検出電
圧である残検バイアスを異なるようにすることを特徴と
した。即ち、ＰＡ４２板金に入力する残検バイアスの周
波数を上げることによって、板金間での静電容量に及ぼ
す使用環境（温湿度）影響を最小にすることを目的と
し、現像ローラ２に入力される残検バイアスとしての現
像バイアスが１６００Ｖ、２５００Ｈｚであるのに対し
て、ＰＡ４２板金に入力する残検バイアスを２０Ｖ、４
００ｋＨｚに設定した。

【００８７】このときの、ＰＡ４２とＰＡ４１板金間の
静電容量とトナー残量との関係を図８に示した。残検バ
イアスを最適化することによって、使用環境によらず安
定してトナー残量を検出することができた。ここの静電
容量は、電流値検出部３１によって出力された電圧値Ｖ
ｄ’から求められたものである。

【００８８】本発明では、更にＰＡ４１である１つの出
力側電極部材をＰＡ４２と現像ローラ２である２つの入
力側電極部材に対して共通化することによって、装置の
複雑化及びコスト面での不具合を生じることなく、複数
の電極間でトナー残量を検知することができる。

【００８９】又、本実施例のように、現像ローラ２とＰ
Ａ４１間の静電容量を測定する場合では画像形成時に現
像ローラ２に印加される現像バイアスを残検バイアスと
して用いることがコスト面でも望ましく、「トナーな
し」状態になる直前の状態を精度良く検出することがで
きる。

【００９０】実際に、Ｈ／Ｈ環境（３２℃，８０％）、
Ｎ／Ｎ環境（２５℃，３０％）、Ｌ／Ｌ環境（１５℃，
１０％）において、画像形成中に１．６ｋＶｐｐ、２．
４ｋＨｚの現像バイアスを現像ローラ２に印加し、ＰＡ
４２板金に入力する残検バイアスを２０Ｖ、４００ｋＨ
ｚとするとき、現像ローラ２とＰＡ４１板金間の静電容
量とトナー残量の関係を求めた結果を図９に示した。こ
この静電容量も、電流値検出部３１によって出力された
電圧値Ｖｄから求められたものである。いずれの環境に
おいても、トナー残量の減少とともに、静電容量が変化
しており、この結果から静電容量によって、トナー残量
を逐次に検出できることが分かる。

【００９１】又、本発明においては、現像剤量を測定す
る測定領域が２つ以上ある場合において、各測定領域に
おける現像剤有無時の出力電流値の範囲が検知手段３０
の検知領域内にあるか、少なくとも重複しているため、
１つの検知手段３０で正確な現像剤量を測定することが
可能となり、製造費廉価な現像剤量検出システム、画像
形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することが
できる。

【００９２】例えば、本実施例のように、静電容量が異
なる領域のトナー量を測定する場合であっても、トナー
量を測定するための検出電圧を印加する入力側電極部材
の入力電圧及び周波数を調整し、出力検知手段の検知可
能範囲内に納めることにより、唯一の検知手段ですませ
ることができる。

【００９３】又、本実施例のように、これらの複数の入
力側電極部材による複数の測定領域が存在する時、これ
らの測定領域間で断絶せずに逐次測定が行えるように、
複数の入力側電極部材に各検出電圧を入力したときの出
力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電流の電流値範
囲が、それぞれ重複していることが望ましい。

【００９４】又、複数の入力側電極部材に各検出電圧を
入力したときの出力側電極部材の現像剤有無時の前記出
力電流の電流値範囲が等しいこともあり、検出電圧とし
て交流電圧が使用された場合は、複数の入力側電極部材
のそれぞれの間において、図４において説明した、それ
ぞれに印加される検出電圧の周波数ｆと、電圧値Ｖと、
本実施例ではＣａ、Ｃａ’として説明した出力側電極部
材との間の静電容量と、の積、つまり、本実施例ではｆ
ＶＣａとｆＶＣａ’が等しいこともある。

【００９５】これにより、従来と比較して、製造費廉価
で、精度良くトナー容器内の現像剤量を検出できる現像
剤量検知システムを提供することができる。

【００９６】尚、ＰＡ４１とＰＡ４２板金間の静電容量
を測定する場合、ＰＡ４２に残検バイアス（２０Ｖ、４
００ｋＨｚ）を印加する際に、現像ローラ２に直流と交
流が重畳されている現像バイアス（１６００Ｖ、２５０
０Ｈｚ）が印加されていると、ＰＡ４１に流れる電流は
現像バイアスの影響も受けてしまい、トナー残量が正確
に測れない。そこで、ＰＡ４１とＰＡ４２板金間でのト
ナー残量測定は、現像ローラ２に現像バイアスが印加さ
れていないときに限定される。

【００９７】図１０に、本実施例での１枚プリントした
ときの現像バイアスと残検バイアスの印加状況を表すタ
イミングチャートを示す。ここで示されるように、ＰＡ
４２に入力する残検バイアスは、入力されてОＦＦにな
るのが、現像バイアスが印加される前であり、両バイア
スともに、現像ローラ２が回転しているときのみに印加
されるが、同時に印加されることはない。

【００９８】実施例２本実施例は実施例１のプロセスカートリッジＣと、検出
回路３０の回路構成を変更した以外は同様の構成のもの
である。本実施例で用いた回路構成を図１１を用いて説
明する。

【００９９】本実施例では、現像剤量検出システムにお
いて、ＰＡ４２に入力する残検バイアス用に、別に電源
を設けるのではなく、プリンタ動作時にプリンタ本体内
で発生する電圧を利用することを特徴とする。

【０１００】画像形成プロセスにおいて、感光体１上の
画像を記録紙へ転写する際、転写手段１２には転写バイ
アスが印加される。このとき、転写バイアス印加手段３
８には、転写バイアスを発生させるために、検知手段で
ある検知回路（ＣＰＵ）３７から３．３ｖ、４００ｋＨ
ｚのクロックバイアスによって高周波電流が入力され
る。

【０１０１】本実施例においても、現像ローラとＰＡ４
２板金に入力する残検バイアスが異なるようにしたこと
を特徴とした。即ち、ＰＡ４２板金に入力する転写バイ
アスである残検バイアスは、現像ローラ２に入力される
現像バイアスである残検バイアスと異なるものであり、
板金間での静電容量に及ぼす使用環境（温湿度）影響を
最小にすることを目的として設定した。

【０１０２】そして、ＰＡ４１である１つの出力側電極
部材を、ＰＡ４２と現像ローラ２である２つの入力側電
極部材に対して共通化することによって、装置の複雑化
及びコスト面での不具合を生じることなく、複数の電極
間でトナー残量を検知することができる。

【０１０３】又、転写バイアスは、図１２のタイミング
チャートで表されるように、現像ローラ２が回転を開始
し、転写手段１２に印加されОＦＦになるのが、現像バ
イアスが印加される直前であり、その時の転写手段１２
及び感光体１の抵抗値を測定し、転写バイアスを最適化
している。

【０１０４】そこで、本実施例では、この転写バイアス
を最適化するときに、本体回路（ＣＰＵ）から転写バイ
アス印加手段３８に印加される３．３ｖ、４００ｋＨｚ
のクロックバイアスである、高周波電流をＰＡ４２に入
力した。

【０１０５】本実施例における、静電容量とトナー残量
との関係を図１３に示した。いずれの環境においても、
トナー残量の減少とともに、静電容量が変化しており、
この結果から残検バイアスに転写バイアスを用いた構成
でも、静電容量によって、トナー残量を逐次に検出でき
ることが分かる。

【０１０６】本実施例によれば、残検バイアス用に別体
に電圧印加手段を設ける必要がなく、装置の複雑化及び
コスト面での不具合を生じることなく、トナー容器内の
トナー残量を検出することができた。

【０１０７】又、図１３から分かるように、残検バイア
スとして、画像形成時に画像形成のために印加される電
圧による高周波数電流を用いることで、実施例１と同様
に、使用環境によるばらつきなく、トナー残量を逐次に
検出することができた。

【０１０８】実施例３本実施例において、画像形成装置、トナー測定方法は実
施例１と同様である。

【０１０９】ただし、図１４のように、カートリッジＣ
内の現像ローラ２の近傍に棒状の導体（アンテナ棒）４
３を配設している。

【０１１０】本実施例では、トナー量が多いとき（１０
００ｇ〜３００ｇ）のときには実施例１と同様にＰＡ２
を入力手段、ＰＡ４１を出力手段としてトナー量を測定
し、トナー量が少ないとき（３００ｇ〜白抜け）のとき
は現像ローラ２を入力手段、アンテナ棒４３を出力手段
としている。

【０１１１】ここで、現像バイアスは実施例１と同様に
１６００Ｖ、現像周波数は２５００ＨｚのＡＣ成分から
成り立っており、ＰＡ４１−ＰＡ４２間の静電容量は、
１０ｐＦから５ｐＦで推移する。一方、アンテナ棒４３
−現像ローラ２間の静電容量は４０ｐＦ〜２０ｐＦで推
移する。そこで、ＰＡ２板金に入力する残検電圧を２０
Ｖ、残検周波数を２００ｋＨｚとすることにより、出力
電流の範囲は８０μＡ〜４０μＡの範囲で推移した。こ
の出力電流を実施例１の構成と同様に検知回路３０内部
の電流検出部３１に通すことにより、図１５のような、
トナー量に相関した出力電圧値を得ることができた。

【０１１２】本実施例での検知手段３０の検知範囲は３
Ｖ〜０Ｖの範囲であり、トナー量の多いとき（１０００
ｇ〜３００ｇ）には残検バイアスを入力することによ
り、１．０Ｖ〜２．２Ｖの間で出力電圧値が推移し、ト
ナー量が少ないとき（３００ｇ〜０ｇ）には、現像バイ
アスにより、０．８Ｖ〜２．０Ｖの間で出力電圧値が推
移する。

【０１１３】本実施例によっても、静電容量が異なる領
域のトナー量を測定する場合であって、ＰＡ２の入力電
圧及び周波数を実施例１と同様に調整し、所定の抵抗を
経由させることにより、出力検知手段の検知可能範囲内
に収め、唯一の出力検知手段ですませることができる。

【０１１４】これにより、従来と比較して、製造費廉価
で、精度良くトナー容器内の現像剤量を検出できる現像
剤量検出システムを提供することができる。

【０１１５】そして、本実施例においても、現像ローラ
２とＰＡ４２板金に入力する残検バイアスが異なるよう
にし、板金間での静電容量に及ぼす使用環境（温湿度）
影響を最小にすることができた。

【０１１６】実施例４本実施例においては、図１６のように、実施例１におい
てプロセスカートリッジ内にあるＰＡ４２をプロセスカ
ートリッジＣの現像容器４外部であるレーザビームプリ
ンタ本体１４に配設しており、その他、トナー測定方法
切り替えは同様である。

【０１１７】ここで、現像バイアスは実施例１と同様に
１６００Ｖ、現像周波数は２５００ＨｚのＡＣ成分から
成り立っており、ＰＡ４１−ＰＡ４２間の静電容量は１
０ｐＦ〜５ｐＦで推移する。一方、ＰＡ４１−現像ロー
ラ２間の静電容量は１５ｐＦ〜７．５ｐＦで推移する。
そこで、ＰＡ４２に入力する残検電圧を２０Ｖ、残検周
波数を３００ｋＨｚとすることにより、出力電流の範囲
は８０μＡ〜４０μＡの範囲で推移した。この出力電流
を５０ｋΩ程度のインピーダンスに通すことにより図１
７のような、トナー量に相関した出力電圧値を得ること
ができた。

【０１１８】本実施例での検知手段の検知範囲は、３Ｖ
〜０Ｖの範囲であり、トナー量が多いとき（１０００ｇ
〜３００ｇ）には残検バイアスを入力することにより、
１．２Ｖ〜２．４Ｖの間で出力電圧値が推移し、トナー
量が少ないとき（３００ｇ〜０ｇ）には、現像バイアス
により、０．８Ｖ〜２．０Ｖの間で出力電圧値が推移す
る。

【０１１９】本実施例によっても、静電容量が異なる領
域のトナー量を測定する場合であって、ＰＡ４２の入力
電圧及び周波数を調整し、検知手段３０の検知可能範囲
内に収めることにより、唯一の出力検知手段ですませる
ことができる。これにより、従来と比較して、製造費廉
価で精度良くトナー容器内の現像剤量を検出できる現像
剤量検出システムを提供することができる。

【０１２０】そして、本実施例においても、現像ローラ
２とＰＡ４２板金に入力する残検バイアスが異なるよう
にし、板金間での静電容量に及ぼす使用環境（温湿度）
影響を最小にすることができた。

【０１２１】更に、本実施例では、入力手段をレーザビ
ームプリンタ１４に配設することにより、消耗品である
プロセスカートリッジのコストを下げることができる。

【０１２２】尚、実施例１〜４の現像剤量検出システム
にては入力側電極部材を２個設けたものについて説明し
たが、それに限らずに、トナー容器の大きさによって個
数を増やしてもよい。そのときは、それぞれの電極部材
に対して、それぞれが異なる残検バイアスである検出電
圧を入力する。

【０１２３】又、プロセスカートリッジは、現像装置及
び感光ドラム等の潜像担持体以外に、帯電手段、クリー
ニング装置を備えたものを用いたが、帯電手段かクリー
ニング手段のいずれかを備えたもの、或いは帯電手段と
クリーニング手段を備えないものにおいても、本発明は
適用できる。

【０１２４】又、画像形成装置は図２に示された構成に
限るものではなく、現像装置や像担持体等のプロセス手
段をプロセスカートリッジ化せず、それぞれが独立して
設けられているものに関してもこの発明は適用できる。
又、現像装置は着脱自在であってもなくてもよい。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、現像剤
を収納する現像容器内の現像剤量を検出する現像剤量検
出システムにおいて、現像剤量を検出するための検出電
圧を印加する検出電圧印加手段と、現像容器内部に設置
された、検出電圧を入力する複数の入力側電極部材と、
現像容器内に入力側電極部材に対向して配設され、現像
剤量に応じた静電容量を出力する出力側電極部材と、を
有し、検出電圧印加手段は、検出電圧を、複数の入力側
電極部材に対して、それぞれの入力側電極部材間で異な
るように印加することを特徴とする現像剤量検出システ
ム、この現像剤量検出システムを備えた画像形成装置、
この画像形成装置に備えられたプロセスカートリッジ、
及び現像装置であるので、（Ａ）出力部を共通化することによって装置の複雑化及
びコスト面での不具合を生じることなく、安価な構成
で、複数の電極間でトナー残量を検知することができ、
それぞれの電極間の距離に応じて、大容量の現像剤を収
容した現像容器においても、使用環境によるばらつきが
最小となるような電圧を設定することができ、安定し
て、現像剤残量を逐次に精度よく測定することができ
る。（Ｂ）又、出力側電極部材の現像剤有無時の出力電流の
電流値範囲が、検知手段によって電圧値に変換可能であ
る電流値範囲と重複するか、好ましくは電流値範囲内の
ため、現像剤量を検知するための出力側電極部材を複数
有する場合においても検知手段を１つで済ませることに
より、現像剤残量を全体にわたって逐次に正確に検出
し、安価に適切なカートリッジ交換時期を示し、画像不
良の発生を防止し、現像剤や記録媒体の無駄をなくす画
像形成装置を提供することができる。（Ｃ）その結果、プロセスカートリッジにおいては、使
用者はプロセスカートリッジ内の正確な現像剤量を随時
知ることができるので、プロセスカートリッジの交換時
期（購入時期）を的確に把握し、不良画像（トナーなし
白抜け画像）の発生、及びトナーを無駄に捨てるような
資源の無駄使いを防ぐ効果がある。（Ｄ）更に、複数の入力側電極部材のうち少なくとも一
つが現像剤担持体であることによって、トナー残量が少
ない状態のときに、現像ローラ近傍でのトナー残量を精
度良く検知することができ、又、検出電圧として、入力
側電極部材に、画像形成動作時に印加する電圧を入力す
ることで、更に装置が簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセスカートリッジにおける実施例
１の現像剤量検出システムを示す概略構成断面図であ
る。

【図２】本発明の画像形成装置の実施例１〜３を示す概
略構成断面図である。

【図３】本発明の実施例１における現像剤量検出システ
ムの検出回路を示す回路図である。

【図４】本発明の実施例１における検出回路内部の電流
検出部を示す回路図である。

【図５】本発明の実施例１における現像剤量検出動作を
示すフローチャートである。

【図６】本発明の実施例１における現像剤量検出動作を
示すフローチャートである。

【図７】本発明の実施例１における現像剤量と出力側電
極部材から検出される電圧値との関係を示すグラフであ
る。

【図８】本発明の実施例１における現像剤量と出力側電
極部材から検出される静電容量との関係を示すグラフで
ある。

【図９】本発明の実施例１における現像剤量と出力側電
極部材から検出される静電容量との関係を示すグラフで
ある。

【図１０】本発明の実施例１における検出電圧印加のタ
イミングチャートである。

【図１１】本発明のプロセスカートリッジにおける実施
例２の現像剤量検出システムを示す概略構成断面図であ
る。

【図１２】本発明の実施例２における検出電圧印加のタ
イミングチャートである。

【図１３】本発明の実施例２における現像剤量と出力側
電極部材から検出される静電容量との関係を示すグラフ
である。

【図１４】本発明のプロセスカートリッジにおける実施
例３の現像剤量検出システムを示す概略構成断面図であ
る。

【図１５】本発明の実施例３における現像剤量と出力側
電極部材から検出される電圧値との関係を示すグラフで
ある。

【図１６】本発明の画像形成装置の実施例４を示す概略
構成断面図である。

【図１７】本発明の実施例４における現像剤量と出力側
電極部材から検出される電圧値との関係を示すグラフで
ある。

【図１８】本発明の比較例であるプロセスカートリッジ
における現像剤量検出システムを示す概略構成断面図で
ある。

【図１９】本発明の比較例における現像剤量と出力側電
極部材から検出される静電容量との関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１感光体（像担持体）２現像ローラ（現像剤担持体、入
力側電極部材）４トナー容器（現像容器）７帯電手段８クリーニングブレード（クリー
ニング手段）１２転写手段（検出電圧印加手段）１４レーザービームプリンタ（画像
形成装置）１５装着手段３０検出回路３２演算制御部３３表示手段３４残検バイアス電源（検出電圧印
加手段）３５記憶手段３６現像バイアス電源（検出電圧印
加手段）３７ＣＰＵ３８転写バイアス電源（検出電圧印
加手段）４０現像装置４１ＰＡ（入力側電極部材）４２ＰＡ（出力側電極部材）４３アンテナ棒（出力側電極部材）Ｃプロセスカートリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大朋靖尚東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2F014 AC07 EA01 GA01 2H077 AA12 AA35 AB01 AB14 AC03 AD06 AD13 AD36 AE03 BA08 BA09 DA15 DA36 DA43 DA58 DA59 DA80 DA86 DB10 EA13 FA26 GA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤を収納する現像容器内の現像剤量
を検出する現像剤量検出システムにおいて、前記現像剤量を検出するための検出電圧を印加する検出
電圧印加手段と、前記現像容器内部又は外部に設置され
た、前記検出電圧を入力する複数の入力側電極部材と、
前記現像容器内に前記入力側電極部材に対向して配設さ
れ、前記検出電圧を印加したときに現像剤量に応じた前
記入力側電極部材との間の静電容量を出力電流として出
力する出力側電極部材と、該出力電流を検知する検知手
段と、を有し、前記検出電圧印加手段は、前記検出電圧を、前記複数の
入力側電極部材に対して、それぞれの前記入力側電極部
材間で異なるように印加することを特徴とする現像剤量
検出システム。
【請求項２】前記検知手段が検知した前記出力電流を
電圧値に換算することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、前記検知手段によって電圧値に変換
可能である電流値範囲と重複するように、前記検出電圧
印加手段に印加される前記検出電圧を設定することを特
徴とする請求項１の現像剤量検出システム。
【請求項３】前記検知手段が検知した前記出力電流を
電圧値に変化することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、前記検知手段によって電圧値に変換
可能である電流値範囲内にあるように、前記検出電圧印
加手段に印加される前記検出電圧を設定することを特徴
とする請求項１の現像剤量検出システム。
【請求項４】前記検知手段が検知した前記出力電流を
電圧値に変化することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、それぞれ重複していることを特徴と
する請求項１、２又は３の現像剤量検出システム。
【請求項５】前記複数の入力側電極部材のうち少なく
とも１つは前記現像容器内の現像剤を担持搬送する現像
剤担持体であり、前記現像剤量検出動作の際、前記現像
剤量が多いときは、前記現像剤担持体以外の前記入力側
電極部材を用い、前記現像剤量が少ないときは、前記現
像剤担持体を用いることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかの項に記載の現像剤量検出システム。
【請求項６】前記複数の入力側電極部材のうち少なく
とも１つは、前記検出電圧として、画像形成装置の画像
形成時に印加される現像バイアスを入力することを特徴
とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の現像剤量検
出システム。
【請求項７】前記検出電圧印加手段は画像形成装置内
に備えられたものであり、前記入力側電極部材のうち少
なくとも１つは、前記検出電圧として、画像形成時に画
像形成のために印加される電圧を入力することを特徴と
する請求項１〜６のいずれかの項に記載の現像剤量検出
システム。
【請求項８】前記検出電圧印加手段は、前記検出電圧
を、前記複数の入力側電極部材に対して、それぞれに対
する印加のタイミングが重ならないように印加すること
を特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の現像
剤量検出システム。
【請求項９】前記検出電圧として交流電圧が使用さ
れ、前記出力側電極部材からの距離が遠い位置にある前
記入力側電極部材に印加される前記検出電圧の周波数
が、近い位置にある前記入力側電極部材に印加される前
記検出電圧の周波数よりも大きいことを特徴とする請求
項１〜８のいずれかの項に記載の現像剤検出システム。
【請求項１０】前記検出電圧として交流電圧が使用さ
れ、前記複数の入力側電極部材のそれぞれの間におい
て、それぞれに印加される前記検出電圧の周波数と、電
圧値と、前記出力側電極部材との間の静電容量と、の積
が、等しいことを特徴とする請求項１〜９のいずれかの
項に記載の現像剤量検出システム。
【請求項１１】像担持体、及び該像担持体上の静電潜
像を現像する現像剤を収納する現像容器を有する現像装
置、を備えたプロセスカートリッジと、該プロセスカー
トリッジを装置本体に着脱自在に装着する装着手段と、
前記現像容器内の現像剤量を逐次検出する現像剤量検出
システムと、を有し、記録媒体に画像形成する画像形成
装置において、前記現像剤量検出システムは、前記現像剤量を検出する
ための検出電圧を印加する検出電圧印加手段と、前記現
像容器内部又は外部に設置された、前記検出電圧を入力
する複数の入力側電極部材と、前記現像容器内に前記入
力側電極部材に対向して配設され、前記検出電圧を印加
したときに現像剤量に応じた前記入力側電極部材との間
の静電容量を出力電流として出力する出力側電極部材
と、該出力電流を検知する検知手段と、を有し、前記検出電圧印加手段は、前記検出電圧を、前記複数の
入力側電極部材に対して、それぞれの前記入力側電極部
材間で異なるように印加することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項１２】前記プロセスカートリッジは、更に、
前記像担持体に作用する帯電手段及び／又はクリーニン
グ手段を含むことを特徴とする請求項１１の画像形成装
置。
【請求項１３】像担持体と、該像担持体上の静電潜像
を現像する現像剤を収納する現像容器を有する現像装置
と、前記現像容器内の現像剤量を逐次検出する現像剤量
検出システムと、を有し、記録媒体に画像形成する画像
形成装置において、前記現像剤量検出システムは、前記現像剤量を検出する
ための検出電圧を印加する検出電圧印加手段と、前記現
像容器内部又は外部に設置された、前記検出電圧を入力
する複数の入力側電極部材と、前記現像容器内に前記入
力側電極部材に対向して配設され、前記検出電圧を印加
したときに現像剤量に応じた前記入力側電極部材との間
の静電容量を出力電流として出力する出力側電極部材
と、該出力電流を検知する検知手段と、を有し、前記検出電圧印加手段は、前記検出電圧を、前記複数の
入力側電極部材に対して、それぞれの前記入力側電極部
材間で異なるように印加することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項１４】前記検知手段が検知した前記出力電流
を電圧値に変化することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、前記検知手段によって電圧値に変換
可能である電流値範囲と重複するように、前記検出電圧
印加手段に印加される前記検出電圧を設定することを特
徴とする請求項１１、１２又は１３の画像形成装置。
【請求項１５】前記検知手段が検知した前記出力電流
を電圧値に変化することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、前記検知手段によって電圧値に変換
可能である電流値範囲内にあるように、前記検出電圧印
加手段に印加される前記検出電圧を設定することを特徴
とする請求項１１、１２又は１３の画像形成装置。
【請求項１６】前記検知手段が検知した前記出力電流を
電圧値に変化することによって、現像剤量を測定し、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、それぞれ重複していることを特徴と
する請求項１１〜１５のいずれかの項に記載の現像剤量
検出システム。
【請求項１７】前記現像装置は前記現像容器内に現像
剤を担持搬送する現像剤担持体を有し、前記複数の入力
側電極部材のうち少なくとも１つは前記現像剤担持体で
あり、前記現像剤量検出動作の際、前記現像剤量が多い
ときは、前記現像剤担持体以外の前記入力側電極部材が
用いられ、前記現像剤量が少ないときは、前記現像剤担
持体が用いられることを特徴とする請求項１１〜１６の
いずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１８】前記検出電圧印加手段は、前記複数の
入力側電極部材のうち少なくとも１つに対して、前記検
出電圧として、画像形成時に印加される現像バイアスを
印加することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか
の項に記載の画像形成装置。
【請求項１９】前記入力側電極部材のうち少なくとも
１つは、前記検出電圧として、画像形成時に画像形成の
ために印加される電圧を入力することを特徴とする請求
項１１〜１８のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項２０】前記検出電圧印加手段は、前記検出電
圧を、前記複数の入力側電極部材に対して、それぞれに
対する印加のタイミングが重ならないように印加するこ
とを特徴とする請求項１１〜１９のいずれかの項に記載
の画像形成装置。
【請求項２１】前記検出電圧として交流電圧が使用さ
れ、前記出力側電極部材からの距離が遠い位置にある前
記入力側電極部材に印加される前記検出電圧の周波数
が、近い位置にある前記入力側電極部材に印加される前
記検出電圧の周波数よりも大きいことを特徴とする請求
項１１〜２０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項２２】前記検出電圧として交流電圧が使用さ
れ、前記入力側電極部材のそれぞれの間において、それ
ぞれに印加される前記検出電圧の周波数と、電圧値と、
前記出力側電極部材との間の静電容量と、の積が、等し
いことを特徴とする請求項１１〜２１のいずれかの項に
記載の画像形成装置。
【請求項２３】像担持体と、該像担持体上の静電潜像
を現像する、現像剤を収納する現像容器を備えた現像装
置と、を備え、画像形成装置に着脱自在に設けられたプ
ロセスカートリッジにおいて、前記現像容器内部又は外部に設置された、前記検出電圧
を入力する複数の入力側電極部材と、前記現像容器内に
前記入力側電極部材に対向して配設され、前記検出電圧
を印加したときに現像剤量に応じた前記入力側電極部材
との間の静電容量を出力電流として出力する出力側電極
部材と、を有し、前記複数の入力側電極部材に入力され
る前記検出電圧がそれぞれの前記入力側電極部材間で異
なることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２４】前記出力側電極部材が出力する前記出
力電流が電圧値に変化されることによって、前記現像容
器内の現像剤量が測定され、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、検知手段による電圧値に変換可能で
ある電流値範囲と重複するように、前記検出電圧が前記
入力側電極部材に印加されることを特徴とする請求項２
３のプロセスカートリッジ。
【請求項２５】前記出力側電極部材が出力する前記出
力電流が電圧値に変化されることによって、前記現像容
器内の現像剤量が測定され、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、検知手段による電圧値に変換可能で
ある電流値範囲内にあるように、前記検出電圧が前記入
力側電極部材に印加されることを特徴とする請求項２３
のプロセスカートリッジ。
【請求項２６】前記現像装置は前記現像容器内の現像
剤を担持搬送する現像剤担持体を有し、前記複数の入力
側電極部材のうち少なくとも１つは前記現像剤担持体で
あることを特徴とする請求項２３、２４又は２５のプロ
セスカートリッジ。
【請求項２７】更に、前記像担持体に作用する帯電手
段及び／又はクリーニング手段を含むことを特徴とする
請求項２３〜２６のいずれかの項に記載のプロセスカー
トリッジ。
【請求項２８】現像剤にて像担持体上に形成された静
電潜像を現像する現像装置において、現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内部又は外部
に配設された、前記現像容器内の現像剤量を検出するた
めの検出電圧を入力する複数の入力側電極部材と、前記
検出電圧を印加したときに現像剤量に応じた前記入力側
電極部材との間の静電容量を出力電流として出力する出
力側電極部材と、を有し、前記複数の入力側電極部材に
入力される前記検出電圧がそれぞれの前記入力側電極部
材間で異なることを特徴とする現像装置。
【請求項２９】前記出力側電極部材が出力する前記出
力電流が電圧値に変化されることによって、前記現像容
器内の現像剤量が測定され、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、検知手段による電圧値に変換可能で
ある電流値範囲と重複するように、前記検出電圧が前記
入力側電極部材に印加されることを特徴とする請求項２
８の現像装置。
【請求項３０】前記出力側電極部材が出力する前記出
力電流が電圧値に変化されることによって、前記現像容
器内の現像剤量が測定され、前記複数の入力側電極部材に前記各検出電圧を入力した
ときの前記出力側電極部材の現像剤有無時の前記出力電
流の電流値範囲が、検知手段による電圧値に変換可能で
ある電流値範囲内にあるように、前記検出電圧が前記入
力側電極部材に印加されることを特徴とする請求項２８
の現像装置。
【請求項３１】前記現像容器内の現像剤を担持搬送す
る現像剤担持体を有し、前記複数の入力側電極部材のう
ち少なくとも１つは前記現像剤担持体であることを特徴
とする請求項２８、２９又は３０の現像装置。