JP2021056360A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー残量検知専用の交流電源を設けること無く、静電容量検知方式を用いて現像剤残量検出が可能で、かつ、トナー残量検知のための交流電圧の電圧を調整するための回路も必要としない画像形成装置を提供する。【解決手段】トランス（１５１）の一次巻線（１５２）側に、直流電圧をスイッチングし一次巻線の他端に交流電圧を発生させる交流電圧発生回路（１５５）が設けられ、二次巻線（１５３）側に、整流平滑回路（１５８）が設けられている。整流平滑回路（１５８）からの出力が画像形成に用いられる。トナー容器（４３）には、第１電極（Ｅ１）と第２電極（Ｅ２）とが配置され、制御部（１００）は、第２電極（Ｅ２）から入力される信号より両電極間の静電容量（Ｃ０）を求めてトナー容器（４３）内のトナー残量を検知する。一次巻線（１５２）の他端は、さらに第１電極（Ｅ１）に接続されている。【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置におけるトナー残量検知の方式の１つに静電容量検知方式がある。該方式では、トナー容器に、所定の間隔を隔てて一対の電極が配置され、一方の電極に交流電圧を印加することで、一対の電極間は静電容量を持つ。トナー容器内のトナーが減少することにより、一対の電極間の静電容量が減少し、一対の電極間の静電容量が変化する。従来の画像形成装置は、一対の電極間の静電容量の変化から、トナー容器内のトナーの残量を検知していた。

これに対し、特許文献１の画像形成装置では、トナー容器内に電極を設け、電極は、現像ローラと所定間隔を隔てて並行に配列されている。そして、インバータ、変圧器および整流手段を備えている。インバータが直流電圧をスイッチングして交流電圧を生成し、生成された交流電圧を変圧器が昇圧する。そして、昇圧された交流電圧が分岐され、一方の交流電圧は整流手段に入力させて画像形成の各工程で用いられる直流バイアスを生成し、他方の交流電圧である整流前交流電圧が電極に印加される。現像ローラと検知電極との間の静電容量を検知することで、特許文献１の画像形成装置は、トナー容器内のトナーの残量を検出していた。

特開２００９−１６３２２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された画像形成装置においては、変圧器によって昇圧した後に分岐した整流前交流電圧が電極に印加されて、トナー残量検知に用いられている。トナー残量検知のための交流電圧としては電圧が高いため、電極の前段に、トナー残量検知のための交流電圧に適するようにするための調圧整形手段が必要となっている。

本発明の一態様は、トナー残量検知専用の交流電源を設けること無く、静電容量検知方式を用いて現像剤残量検出が可能で、かつ、トナー残量検知のための交流電圧の電圧を調整するための回路も必要としない画像形成装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像形成装置は、画像形成部と、現像剤を収容する現像剤容器と、前記現像剤容器に配置され、前記現像剤容器内の現像剤を間に挟んで対向する第１電極および第２電極と、一次巻線と二次巻線とを有し、前記一次巻線の一端は直流電源に接続されるトランスと、前記トランスの一次巻線側に設けられ、前記直流電源が出力する直流電圧を前記一次巻線を介してスイッチングし、前記一次巻線の他端に交流電圧を発生させる交流電圧発生回路と、前記トランスの二次巻線側に設けられ、前記二次巻線から出力される昇圧された交流電圧を整流および平滑を行い、画像形成用の直流電圧として前記画像形成部に入力する整流平滑回路と、前記第２電極から入力される信号によって、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求め、前記現像剤容器内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知部と、を備え、前記一次巻線の他端は、前記第１電極に接続されている。

上記構成によれば、交流電圧発生回路にて生成された交流電圧をトランスの一次巻線側から第１電極に印加する。つまり、昇圧する前の交流電圧を現像剤残量検知に用いる。したがって、特許文献１に開示された画像形成装置のように、現像剤残量検知用に用いる交流電圧の電圧を、第１電極の前段で低い値に調整する必要がなく、電圧を調整するための回路が不要となる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、定電流を出力する定電流回路を備え、前記トランスは、更に、前記トランスの一次巻線側に副巻線を有し、前記副巻線の一端は前記定電流回路に接続され、前記交流電圧発生回路は、前記トランスの一次巻線の他端と、前記副巻線の他端とにそれぞれ接続されるスイッチング素子を有する構成とすることもできる。

上記構成によれば、定電流回路を有し、トランスの一次巻線側に副巻線が設けられている。交流電圧発生回路のスイッチング素子はトランスの一次巻線の他端と副巻線の他端とがそれぞれ接続され、定電流回路が副巻線の一端に接続されている。定電流回路が出力する定電流がトランスの副巻線を通ってスイッチング素子に流れると、スイッチング素子はオン、オフのスイッチングを自発的に繰り返す自励発振を行う。上記構成によれば、トランスの一次巻線の他端に生じる交流電圧は正弦波に近い形状となる。

これに対し、特許文献１に開示された画像形成装置は、スイッチング素子を発振させる発振器を別にもつ他励方式である。他励方式では、生成される交流電圧の波形は矩形波のような形状となり、高周波成分も含む。そのため、現像剤残量の検知精度を向上させるには、波形を整形する回路が必要であったが、上記構成として自励発振させることでこのような回路も不要となる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、前記第２電極とグランドとの間に設けられた第１コンデンサを備え、前記第２電極と前記第１コンデンサとを接続する第１接点を有し、前記現像剤残量検知部には、前記第２電極から入力される信号として、前記第１接点と前記グランドとの間の電圧である第１電圧が入力され、前記現像剤残量検知部は、前記第１電圧の値、前記交流電圧発生回路にて発生した交流電圧の値、および予め定められた前記第１コンデンサの静電容量値を用いて、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求め、求めた静電容量を用いて、予め有する静電容量と現像剤残量との関係式から現像剤残量を求める構成とすることもできる。

上記の構成によれば、第１電極および前記第２電極によるコンデンサ成分と第１コンデンサとによって、第１電極に印加される交流電圧が分圧された電圧である、第１接点とグランドとの間の電圧が、第１電圧として、現像剤残量検知部に入力される。

したがって、現像剤残量検知部は、入力された第１電圧の値と、交流電圧発生回路にて生成された交流電圧の値、および予め定められた第１コンデンサの静電容量値を用いて、第１電極と第２電極との間の静電容量を求めることができる。現像剤残量検知部は、静電容量と現像剤残量との関係式を有しているので、求めた静電容量を該関係式に当てはめることで、現像剤残量を求めることができる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、前記定電流回路に制御信号を出力する制御部と、前記一次巻線の他端に一端が接続される第２コンデンサと、前記第２コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３コンデンサと、を備え、前記現像剤残量検知部は前記制御部に設けられ、前記制御部は、前記一次巻線の他端の交流電圧が前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとによって分圧され、前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとの間の第２接点とグランドとの間の電圧である第２電圧が入力され、前記第２電圧が目標値となるように前記制御信号を調整するフィードバック制御を行い、前記現像剤残量検知部は、前記第２電圧から前記一次巻線の他端の交流電圧の値を求め、その求められた交流電圧の値と、前記第１電圧の値、予め定められた前記第１コンデンサの静電容量値を用いて、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求める構成とすることもできる。

上記構成によれば、整流平滑回路から出力され、画像形成に用いられる直流電圧が目標値となるように、制御部は、定電流回路に入力される信号を調整してフィードバック制御を行う。これにより、画像形成部に入力される直流電圧は目標値に維持される。

しかしながら、フィードバック制御を行うと信号によって直流電圧の値が調整されるので、交流電圧発生回路にて生成される交流電圧の値は変動する。そのため、上述したように、第１電極と第２電極との間の静電容量を求めて、現像剤残量を求めるには、交流電圧発生回路にて生成される交流電圧を制御部に入力することが好ましい。

上記構成によれば、一次巻線の他端に一端が接続される第２コンデンサと、該第２コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３コンデンサとを備える。そして、一次巻線の他端の交流電圧が、第２コンデンサと第３コンデンサとによって分圧され、第２コンデンサと第３コンデンサとの間の第２接点とグランドとの間の電圧である第２電圧をフィードバック制御に用いている。この第２電圧は、第２コンデンサの静電容量値と第３コンデンサの静電容量値とのコンデンサ分圧の式にて算出可能であり、該式より交流電圧発生回路にて生成される交流電圧を算出することができる。

したがって、現像剤残量検知部を有する制御部へ、交流電圧発生回路にて生成される交流電圧を入力させる回路を設けずとも、制御部に入力する第２電圧から正確な値を求めて現像剤残量検知に用いることができる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、前記画像形成部は、像担持体を帯電させる帯電器を備え、前記整流平滑回路から出力される前記画像形成用の直流電圧は前記帯電器に入力される構成とすることもできる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、前記現像剤を前記像担持体に供給する現像ローラを備え、前記整流平滑回路から出力される前記画像形成用の直流電圧が分圧されて現像ローラに入力される構成とすることもできる。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、更に、前記現像剤容器は複数備えられ、前記一次巻線の他端は、前記複数の現像剤容器のそれぞれに配置された前記第１電極に共通の配線にて接続されている構成とすることもできる。上記構成によれば、共通の配線にて複数の現像剤容器のそれぞれに配置された第１電極が接続されるので、複数の配線を用いる必要がない。

本発明の一態様によれば、トナー残量検知専用の交流電源を設けること無く、静電容量検知方式を用いて現像剤残量検出が可能で、かつ、トナー残量検知のための交流電圧の電圧を調整するための回路も必要としない画像形成装置を実現することができる。

本発明の実施形態１に係るプリンタの内部構成を表す模式図である。 本発明の実施形態１に係るプリンタの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係るプリンタの高圧電源部の回路図である。 本発明の実施形態１に係るプリンタのトナー残量検知機構の構成を示す回路図であり、図３よりトナー残量検知に関わる部分を抜き出している。 本発明の実施形態１に係るプリンタの制御部に保持されている静電容量とトナー残量との関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係るプリンタの高圧電源部の回路図である。 本発明の実施形態２に係るプリンタの制御部による帯電電圧印加回路の直流電圧のフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係るプリンタの制御部によるトナー残量を求める手順を示すフローチャートである。 は、本発明の実施形態３に係るプリンタのトナー残量検知機構の構成を示す回路図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１から図５を用いて詳細に説明する。

１．プリンタの全体構成
図１は、本発明の実施形態１に係るプリンタ１の内部構成を表す模式図である。なお、プリンタ１が、本発明の「画像形成装置」の一例である。プリンタ１は、給紙部３、画像形成部５、搬送機構７、定着部９、ベルトクリーニング機構２０を含む。

給紙部３は、プリンタ１の下部に設けられており、シート１５を収容するトレイ１７と、ピックアップローラ１９とを備える。トレイ１７に収容されたシート１５は、ピックアップローラ１９により１枚ずつ取り出され、搬送経路Ｙを介して搬送機構７に送られる。搬送経路Ｙには、搬送ローラ１１、レジストレーションローラ１２が設けられている。シート１５としては、用紙、ＯＨＰ等がある。

搬送機構７は、シート１５を搬送するものであり、プリンタ１内において給紙部３の上方に設置されている。搬送機構７は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２およびベルト３４を含み、ベルト３４は、駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に架け渡されている。駆動ローラ３１が回動すると、ベルト３４は、後述する感光ドラム４１と対向する側である表面が、図１中の右方向から左方向へ移動する。これにより、レジストレーションローラ１２から送られてきたシート１５が、画像形成部５の下方へと搬送される。ベルト３４の内側には、転写ローラ３３が設けられている。転写ローラ３３は、ベルト３４を間に挟みつつ感光ドラム４１に対して向かい合う位置に配置されている。

画像形成部５はプロセスユニット４０および露光装置４９を含む。プロセスユニット４０は、感光ドラム４１、トナーを収容するトナー容器４３、現像ローラ４５および帯電器５０を含む。なお、感光ドラム４１が本発明の「感光体」の一例であり、トナーが本発明の「現像剤」の一例であり、トナー容器４３が本発明の「現像剤容器」の一例である。

感光ドラム４１は、例えばアルミニウム製の基材上に、正帯電性の感光層が形成されたものであり、基材がプリンタ１のグラウンドに接続されている。

現像ローラ４５は、トナー容器４３の下部にて供給ローラ４６と対向配置されており、後述する現像電圧印加回路１８０（図３参照）により現像電圧Ｖｄが印加される。現像ローラ４５は、供給ローラ４６を通じて供給されるトナーを、現像電圧Ｖｄの作用により正極性に帯電させながら、感光ドラム４１上へ供給する。

トナー容器４３はトナーを収容するものである。トナー容器４３には、後述する第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２（図３参照）が配置されている。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、トナー容器４３のトナー残量検知に用いられる。

帯電器５０は、スコロトロン帯電器であり、シールドケース５１、ワイヤ５３および金属製のグリッド５５を有する。シールドケース５１は、感光ドラム４１の回転軸方向に長い角筒型をしている。シールドケース５１のうち、感光ドラム４１との対向面は放電口として開口している。

ワイヤ５３は例えばタングステン線からなる。ワイヤ５３は、シールドケース５１内において回転軸方向に張り渡されており、後述する帯電電圧印加回路１５０（図３参照）により直流電圧Ｖｃが印加される。ワイヤ５３は高電圧の印加により、シールドケース５１内においてコロナ放電を生じさせる。そして、コロナ放電により生じたイオンが放電口から感光ドラム４１側に放電電流として流れることで、感光ドラム４１の表面を一様に正極性に帯電させる。このとき、グリッド５５に電圧を加え、その加えた電圧を制御することで、感光ドラム４１の帯電電圧を制御することが可能となっている。

露光装置４９は、例えば、感光ドラム４１の回転軸の方向に沿って一列状に並んだ複数の発光素子を有している。露光装置４９は、外部より入力される画像データに応じて発光することにより、感光ドラム４１の表面に静電潜像を形成する。発光素子としては、例えばＬＥＤやレーザ光源を用いることができる。

２．プリンタの動作説明
上記のように構成されたプリンタ１による一連の画像形成処理について、簡単に説明する。プリンタ１は印刷データをパソコン等の情報端末装置や原稿を読み取る画像読取装置などから受信すると、印刷処理を開始する。これにより、感光ドラム４１の表面は、その回転に伴って帯電器５０により一様に正帯電される。そして、露光装置４９から感光ドラム４１に向けてレーザ光がそれぞれ照射される。これにより、感光ドラム４１の表面には、印刷データに応じた所定の静電潜像が形成される。すなわち一様に正帯電された感光ドラム４１の表面のうち、レーザ光が照射された部分は電位が下がる。

次いで、現像ローラ４５の回転により、現像ローラ４５上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光ドラム４１の表面上に形成される静電潜像に供給される。これにより、感光ドラム４１の静電潜像は、現像され、感光ドラム４１の表面には、反転現像によるトナー像が担持される。

また、上記したトナー像を形成するための処理と並行して、シート１５を搬送する処理が行われる。すなわち、ピックアップローラ１９の回動により、トレイ１７からシート１５が一枚ずつ搬送経路Ｙへと送り出される。搬送経路Ｙに送り出されたシート１５は、搬送ローラ１１、ベルト３４により、感光ドラム４１と転写ローラ３３とが接触する転写位置に運ばれる。

そして、転写位置を通るときに、転写ローラ３３に印加される転写バイアスによって、感光ドラム４１の表面上に担持されたトナー像がシート１５の表面に転写され、シート１５上にトナー像が形成される。その後、ベルト３４の後方に設けられた定着部９を通過するときに、転写されたトナー像は熱定着され、シート１５は排紙トレイ６０上に排紙される。

３．プリンタ１の電気的構成
図２は、本発明の実施形態１に係るプリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、プリンタ１は、商用電源７０より供給される交流電圧を２４Ｖと３．３Ｖの直流電圧に変換する電源回路７１（直流電源の一例）を備える。２４Ｖの直流電圧は高圧電源部１１０に送られ、３．３Ｖの直流電圧はメイン基板７２に送られる。

高圧電源部１１０は、後述するように、２４Ｖの直流電圧をスイッチングして交流電圧Ｖｉｎを発生させ、発生させた交流電圧Ｖｉｎを昇圧した後、整流および平滑して高電圧の直流電圧を生成する。生成した高電圧の直流電圧は、画像形成部５のプロセスユニット４０に出力され、画像形成の各工程で用いられる。本実施形態では、高圧電源部１１０は帯電電圧印加回路１５０（図３参照）と現像電圧印加回路１８０（図３参照）とを含む。帯電電圧印加回路１５０が高電圧の直流電圧を生成し、帯電器５０のワイヤ５３に印加する。

メイン基板７２には、ＡＳＩＣで構成された制御部１００が搭載されている。制御部１００は、高圧電源部１１０に対して制御信号を出力し、またフィードバック信号（ＦＢ）等を受信する。本実施形態では、制御信号としてＰＷＭ信号を用いる。

４．高圧電源部１１０の回路構成
図３は、本発明の実施形態１に係るプリンタ１の高圧電源部１１０の回路図である。高圧電源部１１０は、帯電電圧印加回路１５０と現像電圧印加回路１８０を含む。帯電電圧印加回路１５０は、スイッチング電源であり、２４ＶのＤＣから６ｋＶ〜８ｋＶ程度の高電圧の直流電圧Ｖｃを生成して帯電器５０に印加する。

図３に示すように、帯電電圧印加回路１５０は、トランス１５１と交流電圧発生回路１５５と整流平滑回路１５８とを備えている。トランス１５１は、一次巻線１５２と二次巻線１５３とを有し、一次巻線１５２の一端は２４Ｖの直流電圧ラインに接続されている。

交流電圧発生回路１５５は、トランス１５１の一次巻線１５２側に設けられ、電源回路７１から入力される２４Ｖの直流電圧を、一次巻線１５２を介してスイッチングして、一次巻線１５２の他端に交流電圧Ｖｉｎを発生させる。トランス１５１は、一次巻線１５２の他端に発生した交流電圧Ｖｉｎを昇圧して二次巻線１５３から出力する。さらに、トランス１５１の一次巻線１５２の他端は、トナー容器４３に配置された第１電極Ｅ１にも接続されており、一次巻線１５２の他端に発生した交流電圧Ｖｉｎをトナー残量検知にも用いるようになっている。これについては後述する。

本実施形態では、帯電電圧印加回路１５０として、フライバック方式のうち自励式のＲＣＣ（Ｒｉｎｇｉｎｇ Ｃｈｏｋｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いている。具体的には、定電流を出力する定電流回路１３０を備え、トランス１５１は、一次巻線１５２側に副巻線１５７を有し、該副巻線１５７の一端が定電流回路１３０に接続されている。交流電圧発生回路１５５は、トランス１５１の一次巻線１５２の他端と、副巻線１５７の他端とにそれぞれ接続されるトランジスタＴｒ１を備える。なお、このトランジスタＴｒ１が、本発明の「スイッチング素子」の一例である。

トランジスタＴｒ１は、ＮＰＮトランジタであり、エミッタはグランドに接続され、コレクタはトランス１５１の一次巻線１５２の他端に接続されている。トランジスタＴｒ１のベースには、副巻線１５７の他端が接続されている。

定電流回路１３０は、副巻線１５７の一端に平滑回路１４５を介して接続されている。定電流回路１３０は、ＰＷＭ信号平滑回路１４０とトランジスタＴｒ０とを備える。ＰＷＭ信号平滑回路１４０は、制御部１００のＰＷＭポートＰ１から出力されるＰＷＭ信号を平滑化する。ＰＷＭ信号平滑回路１４０の出力は、トランジスタＴｒ０のベースに接続され、平滑化されたＰＷＭ信号がトランジスタＴｒ０のベースに入力される。トランジスタＴｒ０からは、一定電流が平滑回路１４５を介して副巻線１５７の一端に入力される。

定電流回路１３０が出力する定電流がトランス１５１の副巻線１５７を通ってトランジスタＴｒ１に流れることで、トランジスタＴｒ１は、オン，オフのスイッチングを自発的に繰り返す自励発振を行う。自励発振を行うことで、トランス１５１の一次巻線１５２の他端に生じる交流電圧Ｖｉｎは正弦波に近い形状となる。

整流平滑回路１５８は、トランス１５１の二次巻線１５３側に設けられ、二次巻線１５３から出力される昇圧された交流電圧を整流および平滑して高電圧の直流電圧Ｖｃを生成して出力する。整流平滑回路１５８は、整流用ダイオードと平滑用コンデンサとから構成される。なお、この整流平滑回路１５８が、本発明の「整流平滑回路」の一例である。本実施形態では、帯電電圧印加回路１５０からの出力ラインは帯電器５０のワイヤ５３に接続されている。これにより、帯電電圧印加回路１５０から出力される高電圧の直流電圧Ｖｃが帯電器５０のワイヤ５３に印加される。

また、本実施形態では、帯電器５０のグリッド５５は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２を介してグラウンドに接続されている。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点と制御部１００の入力ポートＰ２とが接続されている。これにより、制御部１００は、入力ポートＰ２の電圧レベルに基づいて、帯電器５０のグリッド５５に流れるグリッド電流Ｉｇの大きさを検出することができる。

制御部１００は、入力ポートＰ２の電圧レベルを基に帯電器５０のグリッド５５に流れるグリッド電流Ｉｇを算出し、算出値が目標値（一例として２５０μＡ）になるようにＰＷＭポートＰ１から出力されるＰＷＭ信号を調整するフィードバック制御を行う。つまり、グリッド電流Ｉｇの算出値が目標値となるように、定電流回路１３０に入力されるＰＷＭ信号を調整して、帯電電圧印加回路１５０から出力される直流電圧Ｖｃを制御する。

現像電圧印加回路１８０は、帯電電圧印加回路１５０から出力される高電圧の直流電圧Ｖｃを分圧して、６００Ｖ程度の現像電圧Ｖｄを現像ローラ４５に印加する。現像電圧印加回路１８０は、抵抗Ｒ３と制御トランジスタＴｒ２とを備える。抵抗Ｒ３の一端は帯電電圧印加回路１５０の出力ラインに接続されている。制御トランジスタＴｒ２は、ＮＰＮトランジタであり、コレクタが抵抗Ｒ３の他端に接続され、エミッタはグラウンドに接続されている。そして、制御トランジスタＴｒ２と抵抗Ｒ３との接続点と現像ローラ４５のローラ軸とが接続されている。これにより、制御トランジスタＴｒ２のベースに印加する電圧を調整することで、現像ローラ４５に印加される現像電圧Ｖｄを制御できる。なお、印加される現像電圧Ｖｄは、帯電電圧印加回路１５０の直流電圧Ｖｃから抵抗Ｒ３による電圧降下分を差し引いた電圧となる。

また、本実施形態では、現像電圧印加回路１８０から出力される現像電圧Ｖｄを、ＰＷＭ信号平滑回路１６０、現像電圧検出回路１８５およびアンプ１７０を用いてハード的にフィードバック制御する。制御部１００は、ＰＷＭポートＰ３から、現像電圧Ｖｄの目標電圧をＰＷＭ信号にて出力する。ＰＷＭ信号平滑回路１６０は、制御部１００のＰＷＭポートＰ３から出力されるＰＷＭ信号を平滑化する。

現像電圧検出回路１８５は、現像電圧Ｖｄを検出するもので、帯電電圧印加回路１５０の出力ラインとグランドとの間に直列接続された抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とから構成されている。現像電圧Ｖｄを抵抗比により分圧した電圧が各抵抗Ｒ４、Ｒ５に発生する。

アンプ１７０のうち、−（マイナス）側の入力端子には、ＰＷＭ信号平滑回路１６０が接続される一方、＋（プラス）側の入力端子には信号線を介して抵抗Ｒ４、Ｒ５の接続点に接続されている。アンプ１７０の出力は、平滑回路１９０を介して制御トランジスタＴｒ２のベースに接続されている。アンプ１７０は、現像電圧検出回路１８５により検出される現像電圧Ｖｄと、制御部１００にて設定される目標電圧との差分を増幅した信号を、制御トランジスタＴｒ２のベースに対して出力する。例えば、検出される現像電圧Ｖｄが目標電圧より高い場合には、制御トランジスタＴｒ２が、抵抗Ｒ３に流れる電流を増加させるように働く。その結果、現像電圧Ｖｄは下がり、目標電圧に調整される。一方、検出される現像電圧Ｖｄが目標電圧より低い場合には、制御トランジスタＴｒ２が、抵抗Ｒ３に流れる電流を減少させるように働く。その結果、現像電圧Ｖｄは上がり、目標電圧に調整される。以上のことから、現像電圧ＶＤを目標電圧に自動調整できる。

さらに、制御部１００は、トナー容器４３に配置された第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の間の静電容量Ｃ０に基づいてトナー容器４３内のトナー残量を検知するトナー残量検知部の機能を有する。なお、制御部１００のトナー残量検知部の機能が、本発明の「現像剤残量検知部」の一例である。

５．トナー残量検知機構の構成
トナー容器４３に配置された第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の間の静電容量Ｃ０に基づいて、制御部１００がトナー容器４３内のトナー残量を検知するための回路構成を説明する。図４は、本発明の実施形態１に係るプリンタ１のトナー残量検知機構の構成を示す回路図であり、図３よりトナー残量検知に関わる部分を抜き出している。

図４に示すように、トナー残量検知機構は、前述した制御部１００、帯電電圧印加回路１５０、定電流回路１３０、トナー容器４３に配置された第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を含む。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、トナー容器４３内のトナーを挟んで対向するように配置されている。

第１電極Ｅ１には帯電電圧印加回路１５０のトランス１５１の一次巻線１５２の他端が接続されている。これにより、帯電電圧印加回路１５０の交流電圧発生回路１５５にて発生させた交流電圧Ｖｉｎは、トランス１５１の一次巻線１５２に入力すると共に、第１電極Ｅ１にも印加される。

第２電極Ｅ２とグランドの間には第１コンデンサＣ１が設けられている。第２電極Ｅ２と第１コンデンサＣ１との接続点Ｊ１と制御部１００の入力ポートＰ４とが接続されている。なお、接続点Ｊ１が、本発明の「第１接点」の一例である。これにより、制御部１００には、第２電極Ｅ２から入力される信号として、接続点Ｊ１とグランドとの間の電圧である第１電圧Ｖｏｕｔが入力される。接続点Ｊ１とグランドとの間の電圧である第１電圧Ｖｏｕｔは、第１電極Ｅ１に印加される交流電圧Ｖｉｎが、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２によるコンデンサ成分と第１コンデンサＣ１とによって分圧された電圧である。接続点Ｊ１と制御部１００の入力ポートの間には、第１電圧Ｖｏｕｔは整流平滑回路２００にて整流および平滑化された後、制御部１００に入力される。なお、接続点Ｊ１が、本発明の「第１接点」の一例である。

制御部１００は、第１電圧Ｖｏｕｔの値、交流電圧発生回路１５５にて発生された交流電圧Ｖｉｎの値、および予め定められた第１コンデンサＣ１の静電容量値を用いて、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間の静電容量Ｃ０を求める。静電容量Ｃ０は、下記の式（１）をもとに算出することができる。

Ｃ０：第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２との間の静電容量値
Ｃ１：第１コンデンサＣ１の予め定められた静電容量値
Ｖｉｎ：交流電圧発生回路１５５にて発生された交流電圧Ｖｉｎの値
Ｖｏｕｔ：制御部１００の入力ポートＰ４に入力される第１電圧Ｖｏｕｔの値
制御部１００は、入力された第１電圧Ｖｏｕｔを基に、式（１）を用いて、静電容量Ｃ０を算出する。静電容量Ｃ０が算出されると、予め有している静電容量Ｃ０とトナー残量との関係式からトナー残量を求める。

図５は、本発明の実施形態１に係るプリンタ１の制御部１００に保持されている静電容量Ｃ０とトナー残量との関係の一例を示すグラフである。制御部１００は、このような静電容量Ｃ０とトナー残量との関係を関係式で保持している。制御部１００は、求めた静電容量Ｃ０を該関係式に当てはめることでトナー残量を求める。

６．効果
上記構成では、交流電圧発生回路１５５にて発生された交流電圧Ｖｉｎをトランス１５１の一次巻線１５２側から第１電極Ｅ１に印加している。つまり、昇圧する前の交流電圧Ｖｉｎをトナー残量検知に用いている。したがって、前述した特許文献１に開示された画像形成装置のように、トナー残量検知に用いる交流電圧を、第１電極Ｅ１の前段で低い値に調整する必要がなく、電圧を調整するための回路が不要となる。

また、前述した特許文献１に開示された画像形成装置は、スイッチング素子を発振させる発振器を別にもつ他励方式を採用している。他励方式では、生成される交流電圧の波形は矩形波のような形状となり、高周波成分も含む。そのため、現像剤残量の検知精度を向上させるには、波形を整形する回路が必要である。

これに対し、上記構成では、定電流回路１３０を備え、トランス１５１は一次巻線１５２側に副巻線１５７を有している。そして、交流電圧発生回路１５５のトランジスタＴｒ１は、トランス１５１の一次巻線１５２の他端と副巻線１５７の他端とにそれぞれ接続され、定電流回路１３０が副巻線１５７の一端に接続されている。このような構成とすることで、定電流回路１３０が出力する定電流がトランス１５１の副巻線１５７を通ってトランジスタＴｒ１に流れると、トランジスタＴｒ１はオン、オフのスイッチングを自発的に繰り返す自励発振を行う。自励発振を行うことで、トランス１５１の一次巻線１５２の他端に生じる交流電圧Ｖｉｎは正弦波に近い形状となり、波形を整形する回路が必要ない。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

実施形態１のプリンタ１では、図３に示すように、帯電器５０のグリッド５５は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２を介してグラウンドに接続され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点と制御部１００の入力ポートＰ２とが接続されている。制御部１００は、入力ポートＰ２の電圧レベルをモニタして帯電器５０のグリッド５５に流れるグリッド電流Ｉｇを算出し、算出値が目標値になるように、定電流回路１３０に出力するＰＷＭ信号を調整するフィードバック制御を行っている。なお、実施形態１のプリンタ１では、定電流制御を例示しているが、帯電電圧を一定電圧にするフィードバック制御の場合でもよい。

フィードバック制御を行うと、直流電圧の値が調整されるので、交流電圧発生回路にて生成される交流電圧Ｖｉｎの値が変動する。変動する交流電圧Ｖｉｎを制御部１００にて検出することで、トナー残量をより正確に求めることができる。しかしながら、その場合、交流電圧Ｖｉｎを制御部１００に入力させる入力ライン、入力ポート、および整流平滑回路等が必要となり、部品点数が増加する。

そこで、実施形態２のプリンタでは、交流電圧発生回路１５５にて発生される交流電圧Ｖｉｎを分圧して第２電圧ＶｏｕｔＦＢを取得し、第２電圧ＶｏｕｔＦＢが目標値となるように定電流回路１３０に出力するＰＷＭ信号を調整するフィードバック制御を行う。これにより、第２電圧ＶｏｕｔＦＢの値から交流電圧Ｖｉｎの値を求めることができるので、部品点数を増加させることなく、正確な交流電圧Ｖｉｎの値を用いてトナー残量を求めることができる。

図６は、本発明の実施形態２に係るプリンタの高圧電源部１１０Ａの回路図である。高圧電源部１１０Ａでは、帯電電圧印加回路１５０のトランス１５１の一次巻線１５２の他端に一端が接続された第２コンデンサＣ２と、該第２コンデンサＣ２の他端とグランドとの間に設けられた第３コンデンサＣ３とを備える。第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３との間の接続点Ｊ２と制御部１００Ａの入力ポートとが接続されている。

これにより、制御部１００Ａには、接続点Ｊ２とグランドとの間の電圧である第２電圧ＶｏｕｔＦＢが入力される。なお、接続点Ｊ２が、本発明の「第２接点」の一例である。接続点Ｊ２とグランドとの間の電圧である第２電圧ＶｏｕｔＦＢは、トランス１５１の一次巻線１５２の他端の交流電圧Ｖｉｎが、第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３とによって分圧された電圧である。接続点Ｊ２と制御部１００Ａの入力ポートの間には、整流平滑回路２０１が配設されており、第２電圧ＶｏｕｔＦＢは、整流平滑回路２０１にて整流および平滑化された後、制御部１００Ａに入力される。

制御部１００Ａは、第２電圧ＶｏｕｔＦＢが目標値となるように、ＰＷＭポートＰ１から定電流回路１３０へと出力されるＰＷＭ信号を調整するフィードバック制御を行う。帯電電圧印加回路１５０から出力される直流電圧Ｖｃは、トランス１５１の巻線比をＮとすると、交流電圧Ｖｉｎ×Ｎ倍となる。したがって、直流電圧Ｖｃは、第２電圧ＶｏｕｔＦＢより交流電圧Ｖｉｎを求めることで算出することができる。

制御部１００Ａの入力ポートＰ２に入力される第２電圧ＶｏｕｔＦＢは、下記の式（２）にて表される。

Ｃ２：第２コンデンサＣ２の予め定められた静電容量値
Ｃ３：第３コンデンサＣ３の予め定められた静電容量値
Ｖｉｎ：交流電圧発生回路１５５にて発生された交流電圧Ｖｉｎの値
制御部１００Ａは、第２電圧ＶｏｕｔＦＢより、式（２）を用いて交流電圧Ｖｉｎの値を算出する。制御部１００Ａは、算出したＶｉｎの値にトランス１５１の巻線比Ｎを掛け算して帯電電圧印加回路１５０の直流電圧Ｖｃを求め、定電流回路１３０に出力するＰＷＭ信号を調整しながら、直流電圧Ｖｃを目標値に制御する。

図７は、本発明の実施形態２に係るプリンタの制御部１００Ａによる帯電電圧印加回路１５０の直流電圧Ｖｃのフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、制御部１００Ａは入力ポートＰ２の電圧である第２電圧ＶｏｕｔＦＢを取得する（Ｓ１）。次に、制御部１００Ａは取得した第２電圧ＶｏｕｔＦＢより上述した（式２）の関係式を用いて交流電圧Ｖｉｎを求め、帯電電圧印加回路１５０の直流電圧Ｖｃを算出する（Ｓ２）。次に、制御部１００ＡはＳ２で算出した直流電圧Ｖｃと目標値とを比較して差分を算出する（Ｓ３）。次に、制御部１００Ａは、算出した差分に基づいて定電流回路１３０に出力するＰＷＭ信号を調整する（Ｓ４）。その後、印刷が終了したかを判断し（Ｓ５）、Ｓ５でＹＥＳと判断するまでＳ１〜Ｓ５を繰り返す。

図８は、本発明の実施形態２に係るプリンタの制御部１００Ａによるトナー残量を求める手順を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、制御部１００Ａは、入力ポートＰ２の電圧である第２電圧ＶｏｕｔＦＢを取得する（Ｓ１１）。次に、制御部１００Ａは入力ポートＰ４の電圧である第１電圧Ｖｏｕｔを取得する（Ｓ１２）。次に、制御部１００Ａは第２電圧ＶｏｕｔＦＢより上述した（式２）の関係式を用いて交流電圧Ｖｉｎを算出する（Ｓ１３）。次に、制御部１００Ａは算出した交流電圧Ｖｉｎを用いて、（式１）の関係式から静電容量Ｃ０を算出する（Ｓ１４）。その後、算出した静電容量Ｃ０より予め有している関係式（図５参照）を用いてトナー残量を算出する（Ｓ１４）。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図９は、本発明の実施形態３に係るプリンタのトナー残量検知機構の構成を示す回路図である。本発明の実施形態３に係るプリンタは、フルカラー対応のプリンタである。前述した図１を参考に説明すると、図１中の右方向から左方向へ移動する搬送機構７のベルト３４の移動方向に沿って、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４つの画像形成部５が配設されている。

４つの画像形成部５はそれぞれトナー容器４３を備えている。図９では、ブラックのトナーを収容したトナー容器４３Ｂ、イエローのトナーを収容したトナー容器４３Ｙ、マゼンタのトナーを収容したトナー容器４３Ｍ、シアンのトナーを収容したトナー容器４３Ｃを示している。

トナー容器４３Ｂ〜４３Ｃに、上述した第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２が配置されている。そして、トナー容器４３Ｂ〜４３Ｃの各第１電極Ｅ１に、帯電電圧印加回路１５０のトランス１５１の一次巻線１５２の他端が共通の配線を用いて共通接続され、各第１電極Ｅ１に一次巻線１５２の他端に発生した交流電圧Ｖｉｎが共通に印加される構成となっている。トナー容器４３Ｂ〜４３Ｃの各第２電極Ｅ２とグランドの間には第１コンデンサＣ１が設けられ、整流平滑回路２００を介して制御部１００Ｂに入力されている。

このような構成とすることで、画像形成部５を複数備える構成においても、共通の配線にて複数のトナー容器４３Ｂ〜４３Ｃのそれぞれに配置された第１電極Ｅ１が接続されるので、複数の配線を用いる必要がない。

１ プリンタ（画像形成装置）
５ 画像形成部
４０ プロセスユニット
４１ 感光ドラム
４３、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｍ、４３Ｙ トナー容器
４５ 現像ローラ
５０ 帯電器
１００、１００Ａ、１００Ｂ 制御部
１１０、１１０Ａ 高圧電源部
１３０ 定電流回路
１５０ 帯電電圧印加回路
１５１ トランス
１５２ 一次巻線
１５３ 二次巻線
１５５ 交流電圧発生回路
１５７ 副巻線
１５８ 整流平滑回路
１８０ 現像電圧印加回路
Ｃ０ 静電容量
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｃ３ 第３コンデンサ
Ｅ１ 第１電極
Ｅ２ 第２電極
Ｉｇ グリッド電流
Ｊ１ 接続点（第１接点）
Ｊ２ 接続点（第２接点）
Ｐ２、Ｐ４ 入力ポート
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 抵抗
Ｔｒ１ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｖｃ 直流電圧
Ｖｉｎ 交流電圧
Ｖｏｕｔ 第１電圧
ＶｏｕｔＦＢ 第２電圧

Claims (7)

1. 画像形成部と、
   現像剤を収容する現像剤容器と、
   前記現像剤容器に配置され、前記現像剤容器内の現像剤を間に挟んで対向する第１電極および第２電極と、
   一次巻線と二次巻線とを有し、前記一次巻線の一端は直流電源に接続されるトランスと、
   前記トランスの一次巻線側に設けられ、前記直流電源が出力する直流電圧を前記一次巻線を介してスイッチングし、前記一次巻線の他端に交流電圧を発生させる交流電圧発生回路と、
   前記トランスの二次巻線側に設けられ、前記二次巻線から出力される昇圧された交流電圧を整流および平滑を行い、画像形成用の直流電圧として前記画像形成部に入力する整流平滑回路と、
   前記第２電極から入力される信号によって、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求め、前記現像剤容器内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知部と、を備え、
   前記一次巻線の他端は、前記第１電極に接続されていること、を特徴とする画像形成装置。
2. 更に、定電流を出力する定電流回路を備え、
   前記トランスは、更に、前記トランスの一次巻線側に副巻線を有し、前記副巻線の一端は前記定電流回路に接続され、
   前記交流電圧発生回路は、前記トランスの一次巻線の他端と、前記副巻線の他端とにそれぞれ接続されるスイッチング素子を有すること、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電極とグランドとの間に設けられた第１コンデンサを備え、
   前記第２電極と前記第１コンデンサとを接続する第１接点を有し、
   前記現像剤残量検知部には、
   前記第２電極から入力される信号として、前記第１接点と前記グランドとの間の電圧である第１電圧が入力され、
   前記現像剤残量検知部は、前記第１電圧の値、前記交流電圧発生回路にて発生した交流電圧の値、および予め定められた前記第１コンデンサの静電容量値を用いて、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求め、求めた静電容量を用いて、予め有する静電容量と現像剤残量との関係式から現像剤残量を求めることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 更に、前記定電流回路に制御信号を出力する制御部と、
   前記一次巻線の他端に一端が接続される第２コンデンサと、
   前記第２コンデンサの他端とグランドとの間に設けられた第３コンデンサと、を備え、
   前記現像剤残量検知部は前記制御部に設けられ、
   前記制御部は、
   前記一次巻線の他端の交流電圧が前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとによって分圧され、前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとの間の第２接点とグランドとの間の電圧である第２電圧が入力され、前記第２電圧が目標値となるように前記制御信号を調整するフィードバック制御を行い、
   前記現像剤残量検知部は、前記第２電圧から前記一次巻線の他端の交流電圧の値を求め、その求められた交流電圧の値と、前記第１電圧の値、予め定められた前記第１コンデンサの静電容量値を用いて、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を求める、ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成部は、像担持体を帯電させる帯電器を備え、
   前記整流平滑回路から出力される前記画像形成用の直流電圧は前記帯電器に入力されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記現像剤を前記像担持体に供給する現像ローラを備え、
   前記整流平滑回路から出力される前記画像形成用の直流電圧が分圧されて現像ローラに入力されることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤容器は、複数備えられ、
   前記一次巻線の他端は、前記複数の現像剤容器のそれぞれに配置された前記第１電極に共通の配線にて接続されている請求項１から６の何れか１項に記載の画像形成装置。

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