JP3720671B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、電子写真方式により像担持体に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置に収容した現像剤にて顕像化する電子写真画像形成装置、現像装置、及び、プロセスカートリッジに関する。
【0002】
ここで電子写真画像形成装置としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ(例えば、LEDプリンタ、レーザービームプリンタ等)、及び電子写真ファクシミリ装置等が含まれる。
【0003】
又、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段の少なくとも一つと、電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを電子写真画像形成装置本体に対して着脱可能とするものであるか、又は、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを電子写真画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。
【0004】
【従来の技術】
従来、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置において、電子写真感光体及び電子写真感光体に作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを電子写真画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユーザー自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができる。そこでこのプロセスカートリッジ方式は、電子写真画像形成装置において広く用いられている。
【0005】
このようなプロセスカートリッジ方式の電子写真画像形成装置ではユーザー自身がカートリッジを交換しなければならないため、現像剤が消費された場合にユーザーに報知する手段、即ち、現像剤量検出装置が必要となる。
【0006】
従来の現像剤量検出装置の一例として、現像手段の現像剤容器内に2本の電極棒を有し、2本の電極棒間の変化を検知して現像剤量の有無を検知する装置がある。この方式を「有無検知方式」と呼ぶ。有無検知方式は、この方法以外にも数多く提案され、その中のいくつかはすでに実用化されている。
【0007】
又、近年ではユーザビリティの観点から現像剤容器内の現像剤残量を逐次に検知する方式(この方式を「逐次残量検知方式」と呼ぶ)の必要性が高まっている。この方式では、現像剤残量状況をユーザに常に知らせることができるため、プロセスカートリッジの交換時期をより把握しやすくできる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の「有無検知方式」と呼ばれる構成では、プロセスカートリッジの「有無検知」しかできなかった。そこで、「逐次残量検知」を可能とする技術が望まれている。
【0009】
従って、本発明の目的は、現像剤の逐次残量検知を高精度で行なうことのできる現像装置、プロセスカートリッジ、及び電子写真画像形成装置を提供することである。
【0010】
【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装置、プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明による第1の態様によれば、電子写真画像形成装置に用いられる、電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置において、
前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記現像装置が前記電子写真画像形成装置に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記電子写真画像形成装置本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができることを特徴とする現像装置が提供される。一実施態様によれば、更に、前記現像ローラを有する現像室の底面に経路電極を有する、そして、前記現像ローラと前記第1の電極とを同電位ににして、また、前記第2の電極と前記経路電極とを同電位にする。
【0011】
本発明による第2の態様によれば、電子写真画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
(a)電子写真感光体と、
(b)前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記プロセスカートリッジが前記電子写真画像形成装置本体に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置本体によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記電子写真画像形成装置本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置本体において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
を有することを特徴とするプロセスカートリッジが提供される。一実施態様によれば、更に、前記現像ローラを有する現像室の底面に経路電極を有する、そして、前記現像ローラと前記第1の電極とを同電位ににして、また、前記第2の電極と前記経路電極とを同電位にする。
【0012】
本発明による第3の態様によれば、記録媒体に画像を形成するための電子写真画像形成装置において、
(a)電子写真感光体と、
(b)前記電子写真感光体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、
(c)前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記現像装置が前記電子写真画像形成装置に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
(d)前記電気信号を測定することで、前記現像装置内の現像剤の残量を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする電子写真画像形成装置が提供される。
【0013】
本発明による第4の態様によれば、プロセスカートリッジを着脱可能であって、記録媒体に画像を形成するための電子写真画像形成装置において、
(a)電子写真感光体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、
(b)前記電子写真感光体と、
前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記プロセスカートリッジが前記電子写真画像形成装置の装置本体に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記装置本体によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記装置本体でもって測定することで、前記装置本体において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
を有するプロセスカートリッジを取外し可能に装着する装着手段と、
(c)前記電気信号を測定することで、前記現像装置内の現像剤の残量を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする電子写真画像形成装置が提供される。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ、及び電子写真画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0034】
実施例1
先ず、図1〜図3を参照して、本発明に従って構成されるプロセスカートリッジを装着可能な電子写真画像形成装置の一実施例について説明する。本実施例にて、電子写真画像形成装置は、電子写真式のレーザービームプリンタAとされ、電子写真画像形成プロセスによって記録媒体、例えば、記録紙、OHPシート、布などに画像を形成するものである。
【0035】
レーザービームプリンタAは、ドラム形状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム7を有する。感光体ドラム7は、帯電手段である帯電ローラ8によって帯電され、次いで、光源としての半導体レーザ1a、スキャナモータ1bによって回転する回転多面鏡1c、反射ミラー1dを有した静電潜像形成手段としての光学手段1から画像情報に応じたレーザ光を照射することによって、感光体ドラム7に画像情報に応じた潜像が形成される。この潜像は、現像手段9によって現像され、可視像、即ち、トナー像とされる。
【0036】
つまり、現像手段9は、現像部材としての現像ローラ9aを備えた現像室9Aを有している。そして、現像室9Aに隣接して形成された現像剤収容部としての現像剤容器11内の現像剤攪拌・搬送部材(現像剤攪拌手段)9bの回転によって、現像剤Tを現像室9Aの現像ローラ9aへと送り出す。現像室9Aには、現像ローラ9aの近傍に現像剤攪拌部材9eを備えており、現像室9A内の現像剤を循環させる。尚、本実施例で用いられる現像剤Tは、磁性現像剤である。
【0037】
又、現像ローラ9aは、固定磁石9cを内蔵しており、現像ローラ9aを回転することによって現像剤は搬送され、現像ブレード9dにて摩擦帯電電荷が付与されると共に所定厚の現像剤層とされ、感光体ドラム7の現像領域へと供給される。この現像領域へと供給された現像剤は、上記感光体ドラム7上の潜像へと転移され、トナー像を形成する。現像ローラ9aは、現像バイアス回路に接続されており、通常、交流電圧に直流電圧が重畳された現像バイアス電圧が印加される。
【0038】
一方、トナー像の形成と同期して給紙カセット3aにセットした、例えば普通紙のような記録媒体2をピックアップローラ3b、搬送ローラ対3c、3d及びレジストローラ対3eで転写位置へと搬送する。転写位置には、転写手段としての転写ローラ4が配置されており、電圧を印加することによって、感光体ドラム7上のトナー像を記録媒体2に転写する。
【0039】
トナー像の転写を受けた記録媒体2は、搬送ガイド3fで定着手段5へと搬送する。定着手段5は、駆動ローラ5c及びヒータ5aを内蔵した定着ローラ5b及び駆動ローラ5cを備え、通過する記録媒体2に熱及び圧力を印加して転写されたトナー像を記録媒体2上に定着する。
【0040】
記録媒体2は、排出ローラ対3g、3h、3iで搬送し、反転経路3jを経由トレイ6へと排出される。この排出トレイ6は、レーザービームプリンタAの電子写真画像形成装置本体14の上面に設けられている。なお、揺動フラッパ3kを動作させ、排出ローラ対3mによって反転経路3jを介することなく記録媒体2を排出することもできる。本実施例では、上記ピックアップローラ3b、搬送ローラ対3c、3d、レジストローラ対3e、搬送ガイド3f、排出ローラ対3g、3h、3i及び排出ローラ対3mによって搬送手段を構成している。
【0041】
一方、本実施例にて、プロセスカートリッジBは、図3に示すように、現像剤攪拌・搬送部材9bを有し、現像剤を収納する現像剤容器(現像剤収納部)11と、現像ローラ9a及び現像剤ブレード9dなどの現像手段9を保持する現像室9Aとを溶着して一体として現像ユニットを形成し、更にこの現像ユニットに、感光体ドラム7、クリーニングブレード10aなどのクリーニング手段10及び帯電ローラ8を取り付けたクリーニング容器13を一体に結合することによってカートリッジ化されている。
【0042】
このプロセスカートリッジBは、ユーザーによって電子写真画像形成装置本体14に設けたカートリッジ装着手段に対して矢印X方向に取り外し可能に装着される。本実施例によれば、カートリッジ装着手段は、図4に示す、プロセスカートリッジBの両外側面に形成したガイド手段13R(13L)と、図5に示す、このガイド手段13R(L)を装入可能に装置本体14に形成したガイド部16R(L)とにて構成される。
【0043】
本発明によれば、プロセスカートリッジBは、現像剤容器11内の現像剤の消費に従ってその残量を逐次検知することのできる現像剤量検出装置を備えている。
【0044】
本実施例によれば、現像剤量検出装置は、図6に示すように、現像剤攪拌・搬送部材9bによって送られた現像剤が入り込めるような、下方が開放された凹部80を形成する第1及び第2の電極81、82が設けられている。又、これらの電極81、82は略対向し、且つ現像ローラ9aとほぼ平行になるように配置されている。つまり、現像剤攪拌・搬送部材(攪拌部材)9bによって移動させられる現像剤Tの移動方向と交差する方向において、第1電極81と第2電極82は異なった位置に配置されている。尚、第1、第2電極81、82は現像室9Aを構成する枠体12に取り付けられている。これら電極81、82のより具体的な構成については、後で詳しく説明する。
【0045】
そして、第1及び第2の電極81、82のいずれかに交流電圧を印加することにより、これらの電極81、82間の静電容量に応じた電気信号を発生させ、それを測定することで現像剤量を検出するものである。
【0046】
次に、プロセスカートリッジの出荷前から、電子写真画像形成装置本体14に装着され、使用される際における現像剤の動きと減少状態について説明する。
【0047】
プロセスカートリッジを出荷する際には、図3において点線で示すように、現像室9Aと現像剤容器11との間に現像剤容器11内のトナーを密封するためのシール部材30を貼設し、搬送時の振動などによって現像剤が外部に漏れないようにしている。
【0048】
ユーザーがプロセスカートリッジを使用する際には、シール部材30を取り除いたうえで電子写真画像形成装置本体14に装着する。尚、近年では、電子写真画像形成装置本体14に装着した後、自動的にシール部材30を取り除く構成を備えたものもある。
【0049】
上記のように、現像剤容器11内には現像剤攪拌・搬送部材9bが設けられているが、この現像剤攪拌・搬送部材9bは攪拌軸9b1と、攪拌軸9bに取り付けられた弾性シート(マイラー)9b2とを備えており、その回転によって現像剤容器11内の現像剤を現像室9A側へと搬送する。この回転は、本実施例では、4秒間に1回転する。
【0050】
この現像剤攪拌・搬送部材9bの作用によって、プロセスカートリッジBが初めて使用され、シール部材30が取り除かれた直後であっても、現像剤は即座に現像室9A側に送り込まれるため、スムーズに印字可能状態となる。同時に、第1、第2電極81、82間にも現像剤が送り込まれるため、静電容量が変化する。
【0051】
第1、第2電極81、82近傍に分布する現像剤の状態を変化する力としては以下の4項目が挙げられる。
(1)現像剤攪拌・搬送部材9bによって送り込まれる際の上方向の力。
(2)現像剤の自重にて下方に落下する力。
(3)凹部80内の現像剤に蓋をし、留めようとする力。(凹部80の下方に現像剤が多量に存在すると、「自重によって落下しようする現像剤」に蓋をしてしまう。)
(4)現像剤自体の流動性が低いために現状位置に留まろうとする力。
【0052】
現像剤容器11内及び現像室9A内に現像剤が十分にある時には、項目(1)の力が極めて大きく、又、項目(3)の力によって凹部80が蓋する力によってしっかりと締められているため、第1、第2電極81、82間には現像剤が詰め込まれた状態が維持され、この場合、静電容量値として高い値を示し続ける。
【0053】
プロセスカートリッジBを使用し続けると、現像ローラ9a近傍の現像剤は現像のために消費されて減少するが、現像剤攪拌・搬送部材9bの作用によって現像ローラ9a近傍には現像剤容器11内の現像剤が常に補充される。その結果、プロセスカートリッジBを使用していくと、現像剤容器11内の現像剤の量が減少し、その高さは低くなっていく。
【0054】
図7に示すように、図7(a)、(b)、(c)、(d)の順に現像剤容器11内の現像剤の高さが低くなっていくと、上記項目(1)と(3)の力が小さくなり、そのため次第に第1、第2電極81、82間の現像剤残量も減少していき、その結果、静電容量も変化する。
【0055】
図7について説明すると、図7(a)には現像剤が現像剤容器11内に十分にあって第1、第2電極81、82が現像剤中に埋まって状態が示されている。図7(b)には現像剤容器11内の現像剤が減少し、現像剤の表面が第1電極81の下端と第2電極82の上端に接する高さになっている状態が示されている。図7(c)には現像剤が更に減少し、既に凹部80内にはなく、第1電極81の下端よりも低く、第2電極82の中程の高さになっている状態が示されている。図7(d)には第2電極82の下端にようやく接する程度の高さになっている状態が示されている。
【0056】
現像剤容器11内の現像剤高さ(現像剤残量)と静電容量値の変化の傾向は、使用している現像剤の流動性や現像剤攪拌・搬送部材9bの搬送能力にによって左右される。
【0057】
例えば、現像剤が水のような流動性を有している場合、現像剤容器9b内の現像剤高さと第1、第2電極81、82間の現像剤高さは完全に一致するが、実際の現像剤の流動性は水の流動性に比べてはるかに低く、現像剤攪拌・搬送部材9bによって現像室9A側に搬送された状態をある程度維持するため、図7(a)〜(d)に示したように、現像剤容器11内の現像剤高さの変化に若干遅れて第1、第2電極81、82間の現像剤高さが変化する傾向がある。
【0058】
又、現像剤攪拌・搬送部材9bの搬送力が弱すぎても強すぎても、第1、第2電極81、82間への現像剤の入り込みが変わり、現像剤残量の変化と静電容量値の変化との関係が異なったものとなる。
【0059】
従って、現像剤の流動性及び現像剤搬送能力に応じて第1、第2電極の位置や形状を適正化する必要がある。
【0060】
上述のように、第1、第2電極81、82間の静電容量は、凹部80やその下側近傍における第1、第2電極81、82の感度に影響を与える領域の現像剤分布状態によって変化する。しかし、凹部80における現像剤は、上記項目(1)〜(4)などのさまざまな力を受けているため、現像剤がある程度平衡状態に達するまでは安定した静電容量値を示さない傾向がある。つまり、この静電容量値は上記領域に一時的に入り込み過ぎる場合や、入り込みが遅くなるなどの場合によって異なる。
【0061】
図8のグラフに、第1、第2電極81、82の近傍に現像剤が供給されてから消尽されるまでの現像剤残量とそれに対応する第1、第2電極81、82間の静電容量との関係を示す。図8(b)は、第1、第2電極81、82の感度に影響を与える領域に現像剤が入り込み過ぎた場合、図8(c)は入り込みが遅くなった場合、及び図8(a)は正常な推移の場合を示す。
【0062】
図8(b)に示すように、現像剤が入り込み過ぎた場合には、静電容量値が突出する部位pが生じる。また、図8(c)に示すように、入り込みが遅くなった場合には、平衡状態bに達するまでに時間のかかる部位qが生じる。
【0063】
この問題を解決する手段の一つとして、現像剤の搬送方向に対して凹部80を浅い構成とすることがある。つまり、現像ローラ9aから遠い側の第1電極81を、その下端を上方に上げるようにして、短くするのがよい。しかし、短くし過ぎると、第1、第2電極81、82が構成するコンデンサの面積が小さくなるため、感度が低下してしまうので、適当な長さが必要となる。
【0064】
又、現像ローラ9aに近い側の第2電極82を凹部80の上端まで延設した場合には、凹部80における第1、第2電極81、82の距離が近すぎるため、感度が極めて大きくなり、上記の平衡状態になるまでのバラツキも感度良く検知してしまい、その結果、検出精度を下げてしまう可能性があるため、望ましくない。
【0065】
そこで、図9に示すように、第2電極82の凹部80に対応する部位をカットし、電極自体を短くする構成、つまり、第2電極82の上端が第1電極81の下端より低く目になる構成、更に換言すると、プロセスカートリッジBあるいは現像装置9が電子写真画像形成装置本体に装着された際に、第2電極82の少なくとも下端が第1電極81よりも下方に配置された構成によって、バラツキの感度を極めて低く抑えることが可能となる。尚、短くし過ぎると感度が低くなるなどの問題が発生するので、好適な長さにカットする必要がある。又、本実施例では、第1電極81及び第2電極82は板状であって、現像ローラ9aの長手方向と公差する方向における長さは、第1電極81の方が第2電極82よりも長い。
【0066】
上記構成以外に、例えばプロセスカートリッジに記憶手段を備えている場合は印字枚数やプロセスカートリッジの駆動時間などを記憶させておき、平衡状態に達すると考えられる時間以上を経過した時に初めて検知をスタートする方法もある。
【0067】
又、現像剤量を逐次に検知する際に、検知精度を向上させるためには、静電容量の変化量を増やせばよい。これは、具体的には第1、第2電極81、82のそれぞれの表面積を増やすこと、あるいは第1、第2電極81、82間の距離を近づけることなどによって達成できる。電極の表面積を増やす際には、図10に示すように、波打ち形状にしてもよく、あるいは図11に示すように、絞り形状にしてもよい。
【0068】
尚、設計上の都合により、電極のスペースが確保できない、あるいはコストダウンを図らなければならないというときには、図12、及び図13に示すように、第1、第2電極81、82のいずれか一方を丸棒などによって構成してもよい。
【0069】
次に、電極の長手方向の配置について図14と図15により説明する。
【0070】
図14に示すように、第1、第2電極81、82の長手方向の長さは画像領域とほぼ同じ範囲とすることによって、検知精度の向上を図ることができる。但し、検知精度を比較的必要としない場合には、例えば画像領域中央部、あるいは端部付近などに幅の狭い電極を配置してコストダウンを図ってもよい。しかしこの場合、長手方向の現像剤量のバラツキを検知できないので、それを防ぐために、図15に示すように、幅の狭い電極を画像領域の両端部、中央の複数箇所に配置することが望ましい。
【0071】
画像形成を続けることによって、現像剤の消費が進み、最終的に、現像ローラ9a表面の現像剤量を規制する現像ブレード9dの先端と第2電極82の間、即ち、現像ローラ9aと第2電極82の間の現像剤が消費されることで画像上に白抜けが発生し、現像剤エンド、つまり現像剤無しの状態になる。
【0072】
このとき更に現像ローラ9aをコンデンサの電極の一つとして用い(対となるのは第2電極82である)、図16に示すように、第1、第2電極81、82が構成するコンデンサと並列に接続することによって白抜けの検知精度を大幅に向上させることができる。
【0073】
図17のグラフに、現像ローラ9aをもコンデンサの一つとして用いた場合(図17(b))と、用いない場合(図17(a))とについての検知精度を模式的に示す。図17(b)の方が、図17(a)に比して、白抜け間際の単位トナー変化量(消費量)に対する静電容量の変化量が劇的に大きくなっていることが分かる。
【0074】
白抜け間際の単位トナー変化量(消費量)に対する静電容量の変化量が劇的に大きくなるのは、上述のように白抜けが現像ローラ9a表面上のトナー量が減り始めることによって発生するからであり、従って、現像ローラ9a表面上の現像剤量をより正確に測定することが検出精度アップの必須条件となる。
【0075】
上記のように、現像ローラ9aをコンデンサの電極の一つとして用い、対となる第2電極82が現像ローラ9a表面の近傍にあることによって、現像ローラ9a近傍における「検知感度」を高くすることが可能となり、図17(a)、(b)における検知精度の差が生じることとなった。
【0076】
更に白抜け近傍の「検知感度」を高めるためには、現像ローラ9a表面近傍における「検知感度」を高める必要がある。
【0077】
現像ローラ9a表面上に現像剤がほとんどなくても、図18に示すように、現像ブレード9d近傍領域に現像剤Tがあると現像が可能となることから、上記領域における現像剤Tを感度良く検知することによって白抜け検知精度を向上させることができる。
【0078】
そのため本実施例では、図19に示すように、第2電極82の先端に、現像ブレード9dの先端に接近し、且つ現像ローラ9aに対して平行に延在する第3の電極としての曲折部83を設ける構成とした。その結果、白抜け検知精度の更なるアップが可能となった。
【0079】
尚、上記曲折部83は第2電極82と必ずしも一体である必要はなく、単体の電極としても白抜けレベル検知精度の観点から差はない。この場合、板金ではなく丸棒などでもよい。
【0080】
又、曲折部83を単体の構成とした場合には、逐次残量検知手段ではなく、現像剤有無検知手段としても検知精度の極めて高い構成として応用可能である。
【0081】
従って、現像室9A内における現像剤量の測定は第1、第2電極81、82間の現像剤量を測定することによって行なわれ、これは第1、第2電極81、82間の静電容量を逐次に検出することによって行なうことができる。
【0082】
又、第2電極82と一体に第3電極83を設け、現像ローラ9aをコンデンサの片側の電極とすることによって白抜けの検知精度を高めることができる。
【0083】
現像剤残量を早くから検知するためには現像剤容器側に検知手段を設けることが必要で、逆に白抜け間際を精度良く検知するためには現像ローラ近傍に検知手段が必要となる。この相反する条件を1つの検知手段で達成しているのが本実施例の特徴で、現像ローラ近傍に検知手段を設け、同時に現像剤の減少していく高さ方向に対して感度を有するように配置する。そして現像剤容器内の現像剤量情報は現像剤容器11内の現像剤攪拌・搬送部材9bから送られてくる現像剤の情報を基に判断可能な構成としている点がポイントである。
【0084】
これによって、白抜けの検知精度が高い状態を保ちつつ、且つ逐次残量検知を可能にした。また、本構成では上記の条件を現像容器側に一つの検出手段のみを設けることによって達成しているためコストダウンが可能となる。
【0085】
尚、上記の電極81、82、83は導電性部材であれば、すべて同等の作用をするが、本実施例では、現像剤の循環に影響を出さないように、非磁性SUS材などの非磁性金属材料を用いている。
【0086】
又、電極81、82、83を、現像室9Aを構成する枠体12に直接、蒸着、印刷などの処理を施したり、導電性樹脂を2色成形すれば、別部材からなる電極に比べ、取り付け公差、部品公差がへるため、位置精度の向上を図ることができる。
【0087】
上記説明では、現像剤として磁性現像剤を用いた現像剤逐次検知の構成について説明したが、非磁性現像剤を用いた現像器構成にも適用できる。
【0088】
次に、かかる本発明の原理を具現化する現像剤量検出装置を、図20を参照して更に説明する。図20は、プロセスカートリッジB内の現像ローラ9a及び測定側電極部材としての第1、第2電極81、82と、画像形成装置本体側の現像剤量検出回路100との接続状態をも示している。
【0089】
第1電極81及び現像ローラ9aは、それぞれ、第1接点92(装置本体側接点17)及び第2接点91(装置本体側接点19)を介して現像バイアス印加手段としての現像バイアス回路101に接続されている。又、測定側電極部材のうち出力側の第2電極82は第3接点93(本体側接点18)を介して制御回路102と接続されている。尚、ここでは省略しているが、前述のように第2電極82には第3の電極83を一体的に形成することができる。
【0090】
現像バイアス回路101は制御回路102内の基準容量部材88と接続されており、現像バイアス回路101から印加されるAC(交流)電流I1を用い、現像剤残量を検出する上での基準電圧V1を設定する。
【0091】
制御回路102は、基準容量部材88、即ち、インピーダンス素子に印加されるAC電流I1をボリュームVR1で分流した値であるAC電流I11と抵抗R2で生じる電圧降下分V2を、抵抗R3、R4で設定されたV3に加算し、基準電圧V1を決めている。
【0092】
従って、測定電極部材である第1、第2電極81、82に印加されるAC(交流)電流I2は増幅回路103に入力され、現像剤残量の検出値V4(V1−I2×R5)として出力される。そして、この出力値を現像剤残量の検出値として利用する。
【0093】
本実施例の電子写真画像形成装置によれば、上述のように、第1、第2電極間の現像剤量を逐次に検知して、その情報を基に現像剤量の消費量を表示することにより、ユーザーに新規プロセスカートリッジ或いは現像剤補給カートリッジの準備を促し、更に、第3の電極と現像部材間の現像剤量を検知し、その情報を基に現像剤エンドの情報を高精度に表示し、現像剤の補給を促すことができる。このため、本実施例では電圧印加側が現像ローラと第1電極、信号検出側が第2と第3電極としているが、電圧印加側が現像ローラと第2電極、信号検出側が第1と第3電極としても同様の効果を持つ。
【0094】
尚、プロセスカートリッジ(現像剤容器)の内側に導電部材の対を配置する場合は、場所、形状、面積ともに自由度が低く設計が比較的困難であるが、対となる導電部材の距離は上記の場合と比較できないほど近づけることが可能となる。また、現像部材近傍に導電部材の対を配置することも可能であるため白抜け時の検知精度を高めることも可能となる。
【0095】
現像剤残量表示方法について説明すると、例えば、上述の現像剤量検出装置による検知情報は、図21に示すようにユーザーのパソコン44などの端末画面45上に、直接現像剤残量を数値(例えば10%残)で示す方法や図22(a)及び図22(b)に示すように表示される。図22(a)及び図22(b)においては、現像剤量に応じて動く針41がゲージ42のどの部分を指しているかによって現像剤量がユーザーに報知される。又、図23に示すように、電子写真画像形成装置本体に直接、LEDなどによる表示部43を設け、現像剤量に応じてLEDを点滅させてもよい。
【0096】
参考実施例
次に、本発明の参考実施例について図24〜図28により説明する。
【0097】
本実施例においても、第1実施例にて説明したものと同様の構成及び作用をなす電子写真画像形成装置を用い、同一部材については同一符号を付す。又、長手方向の配置、電極周辺構成など、第1実施例と重複する構成の説明は省略する。
【0098】
本実施例では、図24に示すように電極84を現像室9Aの底面に配置している。即ち、電極84は、現像剤容器11に収納されている現像剤Tが現像ローラ9aへ至る経路に沿って設けられている。従ってこの電極84は以下、経路電極84という。この経路電極84は、図24に示す断面形状で長手方向全領域について同じ形状をしている。
【0099】
本実施例では、電気的には前出の図20に示すように、現像ローラ9aを現像バイアス回路101に接続し、経路電極84を現像剤量検出回路100の制御回路102に接続する。
【0100】
現像室9Aの底面近傍の磁性現像剤は現像ローラ9aの中に配置されたマグネット9cの磁力によって現像ローラ9aに引き付けられる力が常に働いている。そのため現像剤量が少なくなり現像剤容器11からの現像剤の供給が減少すると、まず現像室9Aの床面近傍の現像剤から消費されていく傾向がある。
【0101】
具体的には、図26に示すように、現像剤容器11内の現像剤残量が多いと現像室9A内の現像剤を自重で押し込むため上記のように現像剤が消費されてもすぐに押し込まれるが(図26(a))、現像剤容器11内の現像剤残量が少なくなっていくと、消費された現像剤の分を押し込む力が強く働かずに、現像室9Aの底面近傍から空洞ができて(図26(b)、(c))、最終的には現像ブレード9d先端周りに現像剤が残るようになる(図26(d))。
【0102】
このように現像剤が消費されていくので、本構成によれば、現像室9Aの底面近傍の現像剤量を検知できる逐次残量検知が可能となる。
【0103】
図27のグラフに、現像剤残量が減少していく時の静電容量の変化を模式的に示す。図27に示すように、本構成を用いても逐次残量検知が可能であることが分かる。しかし、本構成では第1実施例と比較すると白抜け精度がそれほど高くはない。
【0104】
そこで、白抜けの検知精度を高める必要がある場合には、第1実施例で示した第3の電極83などを別途用いる方法があるが、例えば現像室9Aの底部分の感度を上げるために、図25に示すように現像ローラ9a及び経路電極84とほぼ平行になるように長手方向全体にわたって中間電極としての電極棒87を設けてもよい。即ち、経路電極84と電極棒87との間でコンデンサとすることによって電極間の距離が近づけられるため検知感度を高めることができる。中間電極87を配置し、現像ローラ9aと第3の電極83とを同電位として、現像バイアス印加手段としての現像バイアス回路101に接続し、中間電極87を現像剤量検出回路100の制御回路102に接続するような構成とすることによって逐次残量検知の検知感度と、白抜けの検知感度を大幅なコストアップを招かずに高めることが可能となる。即ち、現像剤残量の減少に伴う静電容量の変化は図28のグラフに示すような推移となる。この構成に限らず現像室底面の検知感度を高められるのであれば電極はどこにあってもよい。
【0105】
実施例2
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0106】
本実施例においても、第1実施例及び参考実施例にて説明したものと同様の構成及び作用をなす画像形成装置を用い、同一部材にては同一符号を付す。又、長手配置、電極の周辺構成など、第1実施例及び参考実施例と重複する構成は説明を省略する。
【0107】
本実施例によれば、第1実施例及び参考実施例よりも更に正確な逐次残量検知を行なうことができる。
【0108】
より正確に検知するための一つの方法として、検知感度をアップすることが考えられるが、第1実施例や参考実施例に示した構成を基に電極の形状や配置を多少変更する程度では大きく感度を上げることは難しい。
【0109】
そこで本実施例では、図29に示すように、第1実施例の構成、すなわち図19に示した第1電極81、第2電極82、第3電極83を備えた構成、及び参考実施例の構成、すなわち図24に示した、現像室9Aの底面に設けた経路電極84を備えた構成とを併用する構成とした。
【0110】
この際、白抜け検知精度に関しては、第1実施例の第3電極83と現像ローラ9aとのコンデンサの部分で十分な精度を達成しているため、本実施例では中間電極87を用いていない。但し、場合によっては中間電極87を用いてもなんら問題はなく本実施例と同様の効果を得ることができる。
【0111】
これによって、検知感度は大幅に増え逐次残量検知をより正確に行なうことが可能となる。更には現像室9Aのほぼ全域に渡って検知感度を有している構成であるため、例えば画像形成装置本体からプロセスカートリッジを取り出し振るなどして現像剤容器11内の現像剤状態を一時的に変えた場合などでも、元の静電容量値から大きく離れてしまうことは少ない。
【0112】
本実施例では、電気的には現像ローラ9aと第1電極81とを同電位にし現像バイアス回路101に接続し、第2電極82と経路電極84とを同電位にし現像剤量検出回路100の制御回路102に接続する。
【0113】
これら電極の回路的接続態様は、この他にも現像室の底面部分及び第1、第2電極81、82部分に対して特に強い「検知感度」を有していればどのような構成でもよい。
【0114】
この時、同電位にする電極同士をプロセスカートリッジ内で接続して同電位にすることによって本体電源との接点を増やすことなくコストアップを避けることが可能となる。
【0115】
ここで図30(a)、(b)に、第1実施例の構成、及び参考実施例の構成における現像剤量の変動とそれに伴う静電容量の変化との関係をそれぞれ示し、更には、本実施例の構成における関係を図30(c)に模式的に示す。
【0116】
この図より本実施例の構成を用いることによってより正確な検知を行なうことができることがわかる。
【0117】
本実施例において経路電極84は、板状の導電部材を容器内壁に固定して使用したが、必ずしもこの形状だけに限らず、外壁に固定したり、壁から一定距離れた位置に設置したり、更には棒状の導電部材を複数本並べるような構成でも、現像剤攪拌搬送部材によって現像部材に送られる現像剤の搬送経路に沿って配置されていれば同様な効果を得ることができる。
【0118】
尚、上述した実施例において、当初、容器内に収納されている現像剤の量を100%としたときに、現像剤の残量を約30%〜0%までの全領域にわたって逐次に検出することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、容器内の現像剤の残量が50%〜0%まで、或いは、40%〜0%までの領域にわたって逐次に検出するようにしてもよい。ここで、現像剤の残量が0%とは、現像剤が完全になくなったことのみを意味するものではない。例えば、現像剤の残量が0%とは、容器内に現像剤が残っていたとしても、所定の画像品質(現像品質)が得られなくなる程度まで現像剤の残量が減ったことも含まれる。
【0119】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置によれば、現像剤の逐次残量検知を高精度で行なうことができ、ユーザビリティの向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電子写真画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図2】 本発明に係る電子写真画像形成装置の外観斜視図である。
【図3】 本発明に係るプロセスカートリッジの一実施例の縦断面図である。
【図4】 本発明に係るプロセスカートリッジの下方より見た外観斜視図である。
【図5】 プロセスカートリッジを装着するための装置本体の装着部を示す外観斜視図である。
【図6】 本発明に従った現像剤量検出装置における第1及び第2電極の配置及び凹部を示す図である。
【図7】 現像剤が消費されていく時の現像剤の減少状態と第1及び第2電極の位置関係を示す図である。
【図8】 本発明の現像剤量検出装置におけるトナー量と静電容量のとの観系を示す図であって、(a)正常な推移を示す図、(b)凹部に現像剤が入り込み過ぎた場合の推移を示す図、そして、(c)凹部に現像剤が入り込むのに時間がかかり過ぎた場合の図である。
【図9】 第2の電極を凹部に対応しないようにカットした場合を示す図である。
【図10】 第1及び第2の電極の一実施例を示す斜視図である。
【図11】 第1及び第2の電極における他の実施例を示す斜視図である。
【図12】 他の実施例におけるプロセスカートリッジを示す縦断面図である。
【図13】 更に他の実施例におけるプロセスカートリッジを示す縦断面図である。
【図14】 現像室内に配置された第1及び第2の電極における他の実施例を示す斜視図である。
【図15】 現像室内に配置された第1及び第2の電極における他の実施例を示す斜視図である。
【図16】 第1、第2の電極及び現像ローラの電気回路の一実施例を示す図である。
【図17】 (a)現像部材をコンデンサとして用いない場合と、(b)現像部材をコンデンサとして用いた場合とについて、トナー量と静電容量の推移をそれぞ示した図である。
【図18】 現像ブレード近傍のみに現像剤がある状態を示す説明図である。
【図19】 第2の電極に曲折部を延設した状態を示す要部縦断面図である。
【図20】 現像剤量検出装置の電気回路の一実施例を示す図である。
【図21】 現像剤残量表示の一実施例を示す図である。
【図22】 現像剤残量表示の他の実施例を示す図である。
【図23】 現像剤残量表示の他の実施例を示す図である。
【図24】 現像剤量検出装置の参考実施例を示す要部縦断面図である。
【図25】 図24の現像剤量検出装置に中間電極を設けた他の参考実施例を示す要部縦断面図である。
【図26】 現像室内の現像剤が減少していくときの底面電極と現像剤の状態を示す説明図である。
【図27】 図24の現像剤量検出装置におけるトナー量と静電容量との関係を示す図である。
【図28】 図24の現像剤量検出装置に中間電極を付設した時のトナー量と静電容量との関係を示す図である。
【図29】 現像剤量検出装置の他の実施例を示す要部縦断面図である。
【図30】 図19、図24及び図29に示した現像剤量検出装置によるトナー量と静電容量との関係を示す図である。
【符号の説明】
7 感光体ドラム(電子写真感光体)
9a 現像ローラ(現像部材)
9b 現像剤攪拌・搬送部材(現像剤攪拌手段)
9e 攪拌部材
9A 現像室
11 現像剤容器
80 凹部
81 第1の電極
82 第2の電極
83 曲折部(第3の電極)
84 経路電極
87 電極棒(中間電極)
92 第1の電気接点
93 第2の電気接点
Claims (6)
- 電子写真画像形成装置に用いられる、電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置において、
前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記現像装置が前記電子写真画像形成装置に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記電子写真画像形成装置本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができることを特徴とする現像装置。 - 更に、前記現像ローラを有する現像室の底面に経路電極を有する、そして、前記現像ローラと前記第1の電極とを同電位ににして、また、前記第2の電極と前記経路電極とを同電位にすることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 電子写真画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
(a)電子写真感光体と、
(b)前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記プロセスカートリッジが前記電子写真画像形成装置本体に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置本体によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記電子写真画像形成装置本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置本体において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 更に、前記現像ローラを有する現像室の底面に経路電極を有する、そして、前記現像ローラと前記第1の電極とを同電位ににして、また、前記第2の電極と前記経路電極とを同電位にすることを特徴とする請求項3に記載のプロセスカートリッジ。
- 記録媒体に画像を形成するための電子写真画像形成装置において、
(a)電子写真感光体と、
(b)前記電子写真感光体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、
(c)前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤 を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記現像装置が前記電子写真画像形成装置に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記電子写真画像形成装置によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記本体でもって測定することで、前記電子写真画像形成装置において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
(d)前記電気信号を測定することで、前記現像装置内の現像剤の残量を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。 - プロセスカートリッジを着脱可能であって、記録媒体に画像を形成するための電子写真画像形成装置において、
(a)電子写真感光体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、
(b)前記電子写真感光体と、
前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、前記電子写真感光体に形成された静電潜像を現像するために、前記電子写真感光体へ現像剤を供給するための現像ローラと、
前記現像ローラの長手方向に沿って設けられた導電性の第1の電極と、
前記プロセスカートリッジが前記電子写真画像形成装置の装置本体に装着された状態で、前記第1の電極よりも少なくとも下端が下方に配置された第2の電極であって、前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第1の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第2の電極と、
前記現像ローラの長手方向に沿って及び前記第2の電極よりも前記現像ローラの近くに設けられた導電性の第3の電極と、
を有し、
前記装置本体によって、前記第1の電極、又は、第2の電極に電圧を印加されて、及び、前記現像ローラに電圧を印加されて、前記第1の電極と、第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第2の電極間、及び、前記現像ローラと前記第3の電極間の静電容量に応じた電気信号を発生する現像装置であって、前記電気信号を前記装置本体でもって測定することで、前記装置本体において前記現像装置内の現像剤の残量を検出することができる現像装置と、
を有するプロセスカートリッジを取外し可能に装着する装着手段と、
(c)前記電気信号を測定することで、前記現像装置内の現像剤の残量を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
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