JPH09204095A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、容量検知式のトナー残量検
出装置の環境による安定性の精度をも向上し、かつ現像
器内のトナー環境を損なうことなく、画像の濃度薄や濃
度ムラを防止することのできる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にある。 【解決手段】 アンテナ１２（スリーブ〜アンテナ間容
量をＣ_ANT）と、塗布ローラ１３（スリーブ〜塗布ロー
ラ間容量をＣ_ref）とを用い、現像スリーブ１１に交流
バイアスを印加した時に、塗布ローラ１３に誘起される
電圧を基準電圧Ｖ_refとし、アンテナ１２に誘起される
電圧Ｖ_ANTを、基準電圧Ｖ_refと比較することによってト
ナー残量を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機やペ
ージプリンタ等の電子写真式あるいは静電記録式の画像
形成装置、及びそれに使用されるプロセスカートリッジ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置等の画像形成装置において
は、動作中に現像剤であるトナーが不足すると、画像濃
度低下や画像消失等の不良が生じるので、通常、現像装
置内のトナー残量を検知し、トナー切れが生じたときに
それを表示し、警告する手段が装備されていて、画像濃
度低下等の不良が発生する前にトナー補給が行われるよ
うになっている。トナー残量を検知する手段としては、
例えば容量検知式のもの（特開昭６２−６２３５２号公
報）が知られている。

【０００３】図１２は従来の容量検知式の残量検知を行
う現像装置４の断面図である。１４は現像剤規制部材で
ある現像ブレード、１１は現像剤担持体である現像スリ
ーブ、１７は現像剤の撹拌及び供給を行う撹拌棒であ
る。現像容器１６内に装備された現像スリーブ１１の近
傍には、それと平行に静電容量検知部材であるアンテナ
１２が配置されており、現像スリーブ１１とアンテナ１
２との間におけるトナー量の変化を静電容量の変化とし
て捉えることによって、トナー残量の検知を行う。具体
的には、現像スリーブ１１にＡＣ（交番）電圧を印加し
たときに、アンテナ１２に誘起される電流を測定し、そ
れが現像スリーブ１１とアンテナ１２間のトナー量に応
じて変化することを利用してトナー残量検知を行ってい
る。

【０００４】また、従来から、このような容量検知式に
おけるトナー残量検知の検知精度を向上する方法につい
ても提案がなされており、特開昭６３−２１０８７０号
公報には、現像バイアスの変動によるトナー残検出力へ
の影響を無くすために、残量検出回路内に比較容量を設
けて現像バイアスを印加することによって基準電圧を作
り、アンテナ出力と比較してトナー残量検知する方法が
述べられている。さらに特開昭６３−２１０８７０号公
報には、温湿度環境によるトナー残検出力への影響を小
さくするために、比較容量として現像容器に別室を設け
第２の電極とアンテナを配して常にトナー量を一定にし
て基準電圧をつくり、アンテナ出力と比較してトナー残
量検知する方法が述べられている。

【０００５】この容量検知式のトナー残量検知手段は、
構成が簡単で、比較的安価であることから、感光ドラ
ム、現像装置、クリーナ、帯電器等をユニット化してカ
ートリッジとして交換可能に構成した小型の画像形成装
置に多く用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来の構成では、現像スリーブ近傍にアンテナを固定配置
しているので、撹拌棒１７により現像スリーブ１１近傍
に送り込まれたトナーが、アンテナ１２を核として斜線
部分Ｔ１のように凝集してしまうことがあった。

【０００７】このように現像容器１６内でトナーが部分
的に凝集し、その部分の流動性が悪くなる現象はトナー
パッキングと呼ばれ、アンテナ１２を核としてトナーパ
ッキングが起きると、図１２の矢印Ｔ２で示したトナー
の循環が丁度阻止される格好になるため、現像容器１６
内のトナーが現像スリーブ１１に供給されにくくなる。
すると、高濃度画像をプリンとしたときに、濃度薄や濃
度ムラとなって画像に表れることがあった。このような
トナーパッキングは、特に高温高湿環境下で連続印字を
行ったときに起こり易い。

【０００８】そこで、このトナーパッキングを防ぐため
に、アンテナの場所を他の場所に設置することが考えら
れるが、残量検知に必要な検知精度を得るためには、ど
うしてもトナー循環の経路上となる現像スリーブ１１近
傍にアンテナ１２を配置する必要があった。

【０００９】また、残量検知の温湿度環境による影響を
小さくして、精度を向上するために、現像容器内に基準
容量を設ける構成においては、例えば、特開昭６３−２
１０８７０号公報のように、現像容器に別室を設け第２
の電極とアンテナを配してこの間にトナーを配し基準容
量としているので、現像容器が大きくなることや、構成
も複雑になることがあった。

【００１０】さらに、第２のアンテナを現像容器内の現
像スリーブの極近傍に配置して基準容量とする構成も考
えられるが、比較容量は現像容器内のトナーがほぼ無く
なるまで静電容量が一定である必要があり、アンテナを
現像スリーブの極近傍に配置する必要があるため、さら
にトナーの循環が悪くなり、濃度ムラ、濃度薄等が発生
することがあった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、容量検知式のト
ナー残量検出装置の環境による安定性の精度をも向上
し、かつ現像器内のトナー環境を損なうことなく、画像
の濃度薄や濃度ムラを防止することのできる画像形成装
置及びプロセスカートリッジを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、上記目的は、現像剤を収容する現像容器と、
回転自在な現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像
剤量に応じた静電容量を検知する静電容量検知部材と、
上記現像剤担持体に交流電圧を印加する電源と、上記静
電容量検知部材により検知した静電容量に基づいて上記
現像容器内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知手段
とを有する画像形成装置において、上記静電容量検知部
材は、上記現像剤担持体に対向して配置した電極部材
と、上記現像剤担持体に近接して配置した導電性支持体
に誘電体層を設けた現像剤塗布部材であり、上記現像剤
残量検知手段は、上記現像剤担持体に交流電圧を印加し
た時に、上記現像剤塗布部材に誘起される電圧を基準電
圧とし、上記電極部材に誘記される電圧を、該基準電圧
と比較することによって現像剤残量を検知することによ
り達成される。

【００１３】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記目的は、現像剤を収容する現像容器と、回転自在な
現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応じ
た静電容量を検知する静電容量検知部材とを有し、画像
形成装置本体に着脱自在に配設されたプロセスカートリ
ッジにおいて、上記静電容量検知部材は、上記現像剤担
持体に対向して配置した電極部材と、上記現像剤担持体
に近接して配置した導電性支持体に誘電体層を設けた現
像剤塗布部材であることにより達成される。

【００１４】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記目的は、上記第２の発明のプロセスカートリッ
ジと、該プロセスカートリッジの現像剤担持体に交流電
圧を印加する電源と、該現像剤担持体に交流電圧を印加
した時に、該プロセスカートリッジの現像剤塗布部材に
誘起される電圧を基準電圧とし、該プロセスカートリッ
ジの電極部材に誘記される電圧を、該基準電圧と比較す
ることによってプロセスカートリッジの現像剤残量を検
知する現像剤残量検知手段と、該現像剤残量検知手段の
出力によりプロセスカートリッジの画像形成装置本体へ
の装着の有無を判別するための判別手段とを有すること
により達成される。

【００１５】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明または第３の発明におい
て、現像剤担持体と電極部材との間の静電容量をＣ₁、
現像剤担持体と現像剤塗布部材との間の静電容量をＣ₂
とするとき、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ となるように設定されている画像形成装置とすることに
より達成される。

【００１６】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、上記目的は、上記第２の発明において、現像剤担持
体と電極部材との間の静電容量をＣ₁、現像剤担持体と
現像剤塗布部材との間の静電容量をＣ₂とするとき、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ となるように設定されているプロセスカートリッジとす
ることにより達成される。

【００１７】また、本出願に係る第６の発明によれば、
上記目的は、上記第２の発明または第５の発明におい
て、現像剤担持体と静電容量検知部材との間の静電容量
を記憶する記憶手段を有することにより達成される。

【００１８】さらに、本出願に係る第７の発明によれ
ば、上記目的は、上記第３の発明または第４の発明にお
いて、上記第６の発明のプロセスカートリッジを着脱自
在に備え、該プロセスカートリッジの記憶手段の情報に
基づいて現像剤残量検出手段を調整し、静電容量検知部
材による検知情報の補正を行う画像形成装置とすること
により達成される。

【００１９】また、本出願に係る第８の発明によれば、
上記目的は、現像剤を収容する現像容器と、回転自在な
現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応じ
た静電容量を検知する静電容量検知部材とを有し、画像
形成装置本体に着脱自在に配設されたプロセスカートリ
ッジにおいて、上記現像剤担持体と上記静電容量検知部
材との間の静電容量を記憶する記憶手段を有することに
より達成される。

【００２０】さらに、本出願に係る第９の発明によれ
ば、上記目的は、上記第８の発明のプロセスカートリッ
ジを着脱自在に備え、該プロセスカートリッジの記憶手
段の情報に基づいて現像剤残量検出手段を調整し、静電
容量検知部材による検知情報の補正を行うことにより達
成される。

【００２１】つまり、本出願に係る第１の発明において
は、現像剤塗布部材が回転することにより、トナーパッ
キングを発生させず、現像容器内の現像剤循環を改善し
て濃度ムラや濃度薄を防ぐ。そして、現像剤担持体と現
像剤塗布部材の導電性支持体との間にある現像剤量は常
に一定であり、静電容量が変化しないことから、安定し
た基準電圧として使用され、温湿度環境が変動しても、
現像剤担持体と電極部材間の静電容量は、現像剤担持体
と現像剤塗布部材との間の静電容量と同じ比率で変化す
るので、環境変動によって影響を受けない高精度な現像
剤残量検知が行われる。

【００２２】また、本出願に係る第２の発明において
は、現像剤塗布部材が回転することにより、トナーパッ
キングを発生させず、プロセスカートリッジの現像容器
内の現像剤循環を改善して濃度ムラや濃度薄を防ぐ。そ
して、現像剤担持体と現像剤塗布部材の導電性支持体と
の間にある現像剤量は常に一定であり、静電容量が変化
しないことから、安定した基準電圧として使用され、温
湿度環境が変動しても、現像剤担持体と電極部材間の静
電容量は、現像剤担持体と現像剤塗布部材との間の静電
容量と同じ比率で変化するので、プロセスカートリッジ
を画像形成装置に装着した際には、環境変動によって影
響を受けない高精度な現像剤残量検知が行われる。ま
た、プロセスカートリッジとすることにより、静電容量
検知部材等の段の構成部材を容易に交換することが可能
となり、画像形成装置のメンテナンス性を向上させる。

【００２３】さらに、本出願に係る第３の発明において
は、上述のような現像剤残量検知機構だけでなく、現像
剤残量検知手段の出力によりプロセスカートリッジの画
像形成装置本体への装着の有無を判別するための判別手
段を有するので、プロセスカートリッジの装着不良を警
告し、接点不良を避け、現像剤残量検出を正確に行う。

【００２４】また、本出願に係る第４の発明において
は、現像剤担持体と電極部材の間の静電容量をＣ₁、現
像剤担持体と現像剤塗布部材の間の静電容量をＣ₂とし
て、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ としたことにより、画像形成装置本体の残量検出回路に
おいて正確に基準電圧の調整を行い、精度を向上させ
る。

【００２５】また、本出願に係る第５の発明において
は、現像剤担持体と電極部材の間の静電容量をＣ₁、現
像剤担持体と現像剤塗布部材の間の静電容量をＣ₂とし
て、 １０−¹×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ としたことにより、プロセスカートリッジを装着した際
の画像形成装置本体の残量検出回路において正確に基準
電圧の調整を行い、精度を向上させる。

【００２６】さらに、本出願に係る第６の発明において
は、現像剤担持体と静電容量検知部材との間の静電容量
を記憶する記憶手段を有するので、静電容量検知部材の
機械的精度、位置、容量のバラツキの情報を補正して、
プロセスカートリッジ製造時の静電容量検知部材の取り
付け精度等の許容度を大きくする。

【００２７】また、本出願による第７の発明において
は、上記第６の発明のプロセスカートリッジを着脱自在
に備え、該プロセスカートリッジの記憶手段の情報に基
づいて現像剤残量検出手段を調整し、静電容量検知部材
による検知情報の補正を行うので、基準電圧の補正によ
り、プロセスカートリッジ間での現像剤担持体と現像剤
塗布部材間の静電容量のバラツキを補正し、プロセスカ
ートリッジによらずに正確な現像剤残量検出を行う。

【００２８】さらに、本出願に係る第８の発明において
は、現像剤担持体と静電容量検知部材との間の静電容量
を記憶する記憶手段を有するので、静電容量検知部材の
機械的精度、位置、容量のバラツキの情報を補正して、
プロセスカートリッジ製造時の静電容量検知部材の取り
付け精度等の許容度を大きくする。

【００２９】また、本出願による第９の発明は、上記第
８の発明のプロセスカートリッジを着脱自在に備え、該
プロセスカートリッジの記憶手段の情報に基づいて現像
剤残量検出手段を調整し、静電容量検知部材による検知
情報の補正を行うので、プロセスカートリッジ間での現
像剤担持体と静電容量検知部材との静電容量のバラツキ
を補正し、プロセスカートリッジによらずに正確な現像
剤残量検出を行う。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００３１】（第１の実施形態）以下、図１ないし図７
を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。図６は本
発明を適用した画像形成装置の構成図である。図６にお
いて１は像担持体としての感光ドラムであり、該感光ド
ラム１はＯＰＣ感光体からなっている。該感光ドラム１
は、ローラ帯電器２によって一様に帯電された後、レー
ザースキャナー３によって画像信号に応じて露光され
る。つまり、レーザースキャナー３は半導体レーザーの
点滅をポリゴンスキャナーで走査し、光学系により感光
ドラム１上に結像させる。これにより感光ドラム１上に
は静電潜像が作られ、この静電潜像は、現像装置４で現
像される。現像はジャンピング現像法が用いられ、記録
することろにレーザーを点灯し、潜像の電荷を無くすイ
メージ露光と、電荷の少ない方にトナーを付着させる反
転現像が組み合わせて用いられる。

【００３２】現像された画像は転写材８に転写される
が、転写材８はカセット９に収められており、給紙ロー
ラー１０によって１枚ずつ給送される。そして、ホスト
からプリント信号が送られると、給紙ローラー１０によ
り給紙が行われ、画像信号と同期をとって転写ローラー
６で転写材８上にトナー像が転写される。転写ローラー
６は導電性の硬度の低い弾性体であり、感光ドラム１と
の間にニップ部を形成し、このニップ部に転写材８を挟
持しつつバイアス電界の作用により静電的に転写を行う
ようになっている。

【００３３】画像が転写された転写材は定着器７で定着
されて排出され、転写残りのトナーは、クリーナー５で
ブレード５０によりクリーニングされる。

【００３４】以上が本実施形態の装置における画像形成
プロセスの概略であるが、本実施形態では、図７に示す
ように、画像形成の中心となる部分、すなわち上記感光
ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーナ５をプ
ロセスカートリッジ１００として一体に形成し、画像形
成装置本体に着脱可能としている。プロセスカートリッ
ジ１００は、現像装置４内のトナー１５が消耗した場合
や、クリーナ５内の廃トナーが満杯になった場合には、
ユーザーが簡単に新しいカートリッジと交換できる。以
下、このプロセスカートリッジ１００の交換時期を知ら
せるトナー残量検知手段について説明する。

【００３５】図１は本発明の現像装置４の断面図であ
る。現像装置４は現像剤担持体である現像スリーブ１１
と、現像剤規制部材である弾性ブレード１４と、現像剤
塗布部材である塗布ローラ１３と、現像剤であるトナー
１５と、トナー１５の貯蔵を行うホッパー１６と、該ホ
ッパー１６内のトナーの撹拌を行う撹拌棒１７と、電極
部材であるアンテナ１２とからなる。ホッパー１６内の
トナー１５は、磁性一成分トナーであり、現像スリーブ
１１によって搬送され、感光ドラム１上の静電潜像の現
像に供される。そのため、現像スリーブ１１は中空の非
磁性スリーブからなり、内部にマグネットロール１８を
有している。

【００３６】現像スリーブ１１には現像バイアス電源３
０より、直流電圧に交流電圧を重畳した交流電圧成分を
有するバイアス電圧が印加され、これにより現像部にお
いてトナーを振動運動させて潜像画像部に付着残留させ
る。上記直流バイアス成分は、かぶりを防止するため
に、潜像画像部の電位と非画像部の電位との間の値に設
定される。例えば、潜像の暗部電位Ｖ_dを−６００Ｖ、
明部電位Ｖ₁を−１００Ｖとすれば、現像バイアス電圧
の直流電圧成分Ｖ_dcとして−３００〜−５００Ｖ、交流
成分としてピーク間電圧Ｖ_PPが１６００Ｖ、周波数が１
８００Ｈｚ等に設定される。

【００３７】また、現像スリーブ１１には、現像剤塗布
部材としての塗布ローラ１３が当接するように配置され
ており、本実施形態では、塗布ローラ１３は導電性の芯
金上にウレタンスポンジ層を設けたものを使用する。塗
布ローラ１３は回転することにより、トナーを現像スリ
ーブ１１に塗布し、かつ現像残りトナーを剥ぎ取るよう
動作する。つまり、トナーは塗布ローラ１３の回転に従
って搬送され、現像スリーブ１１に供給されると共に、
その回転によるトナーの流れによって現像スリーブ近傍
でトナーの循環を良くしている。本実施形態の場合は、
塗布ローラ１３は、現像スリーブの回転に対してカウン
ター方向に、現像スリーブ１１の速度の５０％の速度で
回転させている。塗布ローラ１３が回転することによ
り、現像スリーブ１１とアンテナ１２間でトナーがパッ
キングを起こしたり、凝集することがなくなり、濃度薄
や濃度ムラの無い高品位な画像形成を行うことができ
る。

【００３８】次に、図１と図２を用いて本実施形態のト
ナー残量検知方法を説明する。本実施形態においては、
ホッパー１６内の現像スリーブ１１近傍に、現像スリー
ブ１１の軸方向と平行に第１の静電容量検知部材として
の電極部材であるアンテナ１２が配置されており、ま
た、第２の静電容量検知部材として塗布ローラ１３を使
用している。そして、現像スリーブ１１に交流バイアス
を印加した時に、第２の静電容量検知部材としての塗布
ローラ１３に誘起される電圧を基準電圧Ｖ_refとし、第
１の静電容量検知部材としてのアンテナ１２に誘起され
る電圧Ｖ_ANTを、基準電圧Ｖ_refと比較することによって
現像剤残量を検知する。

【００３９】図２の回路において、現像スリーブ１１と
アンテナ１２とは等価的にコンデンサＣ_ANTを構成して
いる。ＨＶは高圧電源であり現像スリーブ１１へ矩形波
状の交流電圧（Ｖ_PP＝約１６００Ｖ）を印加している。
この高圧電源ＨＶからの高電圧は実際には矩形波の立ち
上がり、立ち下がりの傾きをもち、現像スリーブ１１と
アンテナ１２の静電容量Ｃ_ANTと抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により微
分波形Ｖ_ANT’として検出される。尚、ダイオードＤ₁は
マイナス出力のクランプダイオードである。

【００４０】上記微分波形Ｖ_ANT’は抵抗Ｒ₁，Ｒ₂で分
圧され、オペアンプＯＡ₁、ダイオードＤ₂、コンデンサ
Ｃ₁からなる第１ピークホールド回路によりピーク検出
され、直流信号に変換される（出力電圧Ｖ_ANT）。尚、
抵抗Ｒ₃はコンデンサＣ₁のディスチャージ用である。

【００４１】この現像スリーブ１１とアンテナ１２の静
電容量Ｃ_ANTは、現像スリーブ１１とアンテナ１２間に
存在するトナー量に依存し、両導体間にトナーが存在す
る場合は、導体間の誘電率が高くなるために両者間の静
電容量は大きくなる。従って、トナーの減少と共に導体
間の誘電率が小さくなり、静電容量も小さくなるため
に、第１ピークホールド回路によって検出される電圧も
トナー量の減少に伴って低下する。

【００４２】一方、高圧電源ＨＶからの出力は現像スリ
ーブ１１と塗布ローラ１３の静電容量Ｃ_refと抵抗Ｒ₄，
Ｒ₅（ボリューム抵抗），Ｒ₆で構成される微分回路へも
供給される。尚、ダイオードＤ₃はマイナス出力のクラ
ンプダイオードである。

【００４３】ボリューム抵抗Ｒ₅を介して検出される微
分波形はオペアンプＯＡ₂、ダイオードＤ₄、コンデンサ
Ｃ₃とディスチャージ用抵抗Ｒ₇からなる第２ピークホー
ルド回路により、直流信号に変換される。この第２ピー
クホールド回路からの出力Ｖ_refが所望の基準値Ｖ_Sにな
るようにボリューム抵抗Ｒ₅を調整する。

【００４４】上記第１ピークホールド回路の出力Ｖ_ANT
（コンデンサＣ₁の電位→トナー残量に応じた値）と、
第２ピークホールド回路の出力Ｖ_ref（コンデンサＣ₃の
電位→基準値）は、コンパレータＣ Ｏ₁によって比較さ
れ、トナー残量を示す信号として出力される。従って現
像スリーブ１１とアンテナ１２間にトナーが充分存在す
る場合には、コンデンサＣ₁の電位がコンデンサＣ₃の電
位より高く、コンパレータＣ Ｏ₁の出力はハイレベルと
なる。また現像スリーブ１１とアンテナ１２間のトナー
が少なくなるに従ってコンデンサＣ₁の電位が低下して
いく。そしてコンデンサＣ₃の電位よりも低くなると、
コンパレータＣ Ｏ₁の出力はＬｏｗレベルとなる。従っ
て、コンパレータＣ Ｏ₁の出力によってトナー残量の検
出が可能となる。

【００４５】図３にホッパー１６内のトナー残量に対す
る静電容量の関係、図４にトナー残量に対する図２の回
路の出力電圧の関係を示す。

【００４６】図３からわかるように、現像スリーブ１１
と塗布ローラ１３間の静電容量Ｃ_refは、アンテナ１２
でのトナー無し検出トナー量に対して極少量のトナーが
あればトナー残量によらず一定値になる。

【００４７】一方、現像スリーブ１１とアンテナ１２間
の静電容量Ｃ_ANTは、トナー量に従って変化する。そし
て、トナー無し判定量Ｔ_Sでトナー無し検出を行い、ト
ナー無し表示を出す。

【００４８】次に、図４を用いて、図２の回路の調整手
法を説明する。トナー無し判定量Ｔ_Sでトナー無し検出
を行うためには、Ｔ_Sの時のアンテナ出力Ｖ_SにＶ_refを
一致させるように図２の検知部４３の抵抗を調整する。
これにより、Ｖ_ANTをＶ_refと比較してＶ_ANT＜Ｖ_ref（＝
Ｖ_S）になったときにトナー無しを検出することができ
る。

【００４９】なお、本実施形態では、現像スリーブ１
１、塗布ローラ１３、アンテナ１２の位置関係は一定に
構成しているので、塗布ローラ１３の位置精度による静
電容量のバラツキは無い。

【００５０】図５に本発明のトナー残量検出装置が環境
の変化でどうなるかを示す。一般に温湿度環境によって
静電容量は変化する。低温低湿時の方が小さく、高温高
湿時の方が大きくなる。これは雰囲気中の水分による影
響が大きいと考えられる。本発明の場合、現像スリーブ
１１と塗布ローラ１３間の静電容量を比較容量Ｃ_refと
しているため、基準の出力電圧Ｖ_refも現像スリーブ１
１とアンテナ１３の出力Ｖ_ANTと同様に変化するため、
環境によらず正確な検知ができる。

【００５１】一般に、静電容量検知式の現像剤残量検出
装置では、電極と検知部材との間の静電容量、例えば図
２のＣ_ANTの変化を検知するが、次のような検出誤差が
生じる可能性がある。

【００５２】現像スリーブ１１に交流バイアス（ピーク
間電圧Ｖ_PP、周波数ｆ）が印加されると、Ｃ_ANTには(1)
のような電流が流れる。また、Ｃ_ANTは(2)のような関係
がある。

【００５３】 Ｉ_ANT ∝ ｆ×Ｖ_PP×Ｃ_ANT −−−−(1) Ｃ_ANT … （ε空気＋εトナー）×［Ｓ／ｄ］ −−−−(2) （［ ］は平行平板電極の場合）

【００５４】つまり、この方式は、Ｉ_ANTの変化を検知
するものであるから、 ・現像バイアスｆ，Ｖ_PPの変動 ・現像スリーブとアンテナの位置精度のバラツキ［Ｓ／
ｄ］ ・温湿度環境による誘電率の変動（ε空気＋εトナー） によって検出誤差が生じる場合がある。

【００５５】しかし、本発明においては、これらのどの
バラツキも抑えて、正確な現像剤残量検知を行うことが
できた。

【００５６】本実施形態では、塗布ローラ１３として次
のようなスポンジローラを使用する。まず、スポンジ層
の体積抵抗は１０⁸Ωｃｍ以上がよい。これより低い場
合、現像バイアスがスポンジ層の抵抗を介して流れてし
まい、静電容量が検知できなくなるからである。また、
現像スリーブ〜塗布ローラ間のトナー量は、スポンジの
セル数によって違うもののスポンジローラにトナーが詰
まるので常に一定になる。

【００５７】塗布ローラ１３は、これに限らず、容器内
のトナー循環を良くするものならば、使用できるが、次
の条件を満たす必要がある。

【００５８】現像スリーブとアンテナ１２との間の静電
容量をＣ ₁、現像剤担持体と現像剤塗布部材の導電性支
持体との間の静電容量をＣ₂として、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ ₁ であることを特徴とする。こうすることにより、比較容
量として用いることができる。これ以外の容量になる
と、有効数字がずれるので、図２の検知部４２の抵抗を
調整して基準電圧に調整することが困難になる。

【００５９】以上説明したように、本発明は比較容量を
現像装置内に有することを特徴とする。従って環境の変
動が小さい。

【００６０】また、塗布ローラは上述のように回転する
ので、現像装置内のトナーの流れを妨害することもな
く、循環不良による濃度ムラ等の画像不良なく行える。
その結果、従来のように現像スリーブ近傍にアンテナが
固定配置されていたときに発生することの多かった、ア
ンテナを核とするトナーパッキングを防止することがで
きる。また、トナーパッキングを防止することで、現像
装置内の現像スリーブに供給されるべきトナーの循環が
妨げられることがなくなり、常に新鮮なトナーが現像ス
リーブに供給されるようになるため、画像濃度ムラや、
濃度薄の発生を防ぐことができる。

【００６１】また、画像形成装置も本実施形態で説明し
た反転現像方式レーザープリンタに限るものではなく、
正規現像方式による複写機等の電子写真方式の画像形成
装置一般で使用することが可能である。

【００６２】（第２の実施形態）次に、図８を参照し
て、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、
第１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明
を省略する。

【００６３】本実施形態は、図７のようような、現像装
置と感光ドラム、一次帯電器、クリーナを一体としたプ
ロセスカートリッジを、本体に着脱自在にした画像形成
装置に適用されるが、カートリッジが本体に装着されて
いるか否か、装着が正しく行われているか否かの検出を
行うものである。

【００６４】図８の回路において、検知部４２，４３等
は第１の実施形態と同様である。そして、残量検出回路
の出力電圧Ｖ_ANT、Ｖ_refのどちらがカートリッジ無し基
準電圧Ｖ₀₀未満、即ちＶ_ANT＜Ｖ₀₀またはＶ_ref＜Ｖ₀₀の
場合に、コンパレータ４７，４９の出力がＬｏｗレベル
となり、カートリッジが画像形成装置に装着されていな
いと判別し、カートリッジ無し表示を表示部４５，４８
で行う。

【００６５】例えば、本体電源ＯＮ時、またはカートリ
ッジ装着後に本体蓋を閉じた時には、装着を制御するコ
ントローラは、高圧電源３０から現像スリーブ１１に交
流バイアスを出力するが、カートリッジがない場合に
は、Ｖ_ANT、あるいはＶ_refはゼロレベルになるためカー
トリッジの有無を検知できる。但し、接点部にゴミ等が
入って接点不良が生じた時にも、Ｖ_ANT、あるいはＶ_ref
はゼロレベルになるので、基準電圧Ｖ₀₀をゼロレベルに
対してある程度マージンを持ったプラス電位で、かつ現
像器内のトナーが空の場合の出力よりも、低い電位に設
定することが必要である。図４にトナー残量有無の検出
レベルと、カートリッジ装着有無の検出レベルの関係を
示す。

【００６６】本発明のように比較容量をカートリッジ内
に有する装置においては、二つの検知部材の両方ともに
確実に接触していないと、トナー残量検知の不良を生じ
てしまうので、二つの検知部材の両方ともに有無検知が
必要である。

【００６７】以上のように構成することによって、カー
トリッジの装着の有無を確実に検出することができる。
また、トナー残量検知不良を生じることもなく、正確な
検知を行うことができる。

【００６８】（第３の実施形態）本実施形態は、現像ス
リーブと塗布ローラ芯金との距離が現像装置によってば
らついた場合に、それを補正するものである。

【００６９】第１の実施形態及び第２の実施形態では、
異なるカートリッジを画像形成装置本体に装着する場
合、カートリッジによってスリーブ〜塗布ローラ間の容
量Ｃ_refがばらつくと、トナー残量検出の際の基準電圧
Ｖ_refがばらつき、従ってトナー検出量がばらついてし
まう。即ち、トナー残量検出が不正確になる虞がある。

【００７０】また、第１の実施形態及び第２の実施形態
では、現像スリーブと塗布ローラ芯金との位置関係は一
定であって容量も一定であるが、現像装置の製造時に高
精度が要求される。特に、プロセスカートリッジを画像
形成装置本体に着脱自在にした装置においては、複数の
カートリッジを使用するので、全ての現像装置について
Ｃ_refを一定に製造するのは困難となることも考えられ
る。

【００７１】そこで、本実施形態では、図９に示すよう
に少なくとも現像装置を含むプロセスカートリッジ１０
０にメモリー手段６０を設ける。本実施形態ではＮＶＲ
ＡＭを使用した。そしてカートリッジ製造時に現像スリ
ーブ〜塗布ローラ芯金間の静電容量Ｃ_mを測定し、その
情報をメモリーしておく。また、この時の温湿度環境で
の、設計中心設定の静電容量Ｃ_cもメモリーしておく。
ここで、静電容量はトナー満杯時の値とする。

【００７２】そして、本体に装着したとき、カートリッ
ジのメモリー手段の接点が本体の接点部と接続するの
で、その情報を読みとり、補正を行う。

【００７３】図９において、６１は画像形成装置全体の
制御を行う制御部であり、ＣＰＵと、該ＣＰＵの制御プ
ログラムや各種データを格納するＲＯＭと、該ＣＰＵの
ワークエリアとして使用されるとともに各種データの一
時保存等を行うＲＡＭ等を備えている。制御部６１は、
カートリッジの記憶手段たるメモリー手段６０の信号を
受け、その情報に従ってトナー残量検出回路６６の制御
を行う。

【００７４】図１０に本実施形態の現像スリーブ〜塗布
ローラ間の静電容量の変化を示し、図１１に本実施例の
操作を行った結果の検出電圧を示す。以下、これらを用
いて本実施形態の残量検出回路の補正を説明する。

【００７５】図９の残量検出回路内の検知部６３には、
塗布ローラから電流Ｉ_refmが入力し、その後、第１の実
施形態と同様の回路で直流信号Ｖ_refmに変換される。本
実施形態では、そのＶ_refmを演算回路でＶ_refm×Ｃ_c／
Ｃ_m→Ｖ_refcに増幅する。

【００７６】従って、現像スリーブ〜塗布ローラ間の静
電容量がＣ_cで一定であれば、第１の実施例形態の回路
によって出力電圧はＶ_refmで一定の値になる。ところ
が、図１０のように現像スリーブに近く、静電容量が大
きいＣ_mの場合、第１の実施形態の回路によれば、図１
１の点線で示すように出力電圧Ｖ_refmも大きくなってし
まう。すると、アンテナの検知レベルが大きくなるの
で、トナー無し警告時のトナー量も大きくなってしま
う。

【００７７】そこで、本実施例の図９の回路によれば、
出力電圧Ｖ_refmに対してＶ_refm×Ｃ_c／Ｃ_mの演算を行う
ことによって図１１のように出力電圧をＶ_refcに補正で
きる。

【００７８】即ち、塗布ローラの位置にバラツキを生
じ、容量が異なるカートリッジでも、出力電圧Ｖ_refを
一定にすることができる。

【００７９】以上説明したように、容量が異なったカー
トリッジを本体に装着しても、検出回路での電圧値を補
正することによって、正確なトナー残量検知を行うこと
ができる。

【００８０】以上の手段によりカートリッジ間で現像ス
リーブ、塗布ローラ、アンテナの容量にバラツキがあっ
た場合においても、簡単に補正ができ、高精度なトナー
残量検出ができる。

【００８１】本実施形態では、塗布ローラについて説明
したが、アンテナの容量バラツキの補正も同様の方法で
行うことができる。

【００８２】また、本発明をアンテナ容量のバラツキに
適用する場合には、塗布ローラが無く、比較容量を従来
のようにコンデンサ素子とする画像形成装置においても
適用できる。その場合は、環境変動によるバラツキにつ
いては補正できないが、アンテナの容量バラツキの補正
に関しては、本実施形態と同様に行うことができる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように本出願に係る第１の
発明によれば、電極部材と、導電性支持体に誘電体層を
設けた現像剤塗布部材とを現像剤担持体に近接して配置
し、上記現像剤担持体に交流電圧を印加した時に、現像
剤塗布部材の導電性支持体に誘起される電圧を基準電圧
とし、電極部材に誘起される電圧を基準電圧と比較する
ことによって現像剤残量を検知することにより、現像剤
塗布部材の回転でトナーパッキングを防止して現像器内
の現像剤循環を改善して濃度ムラや濃度薄を防ぐことが
できるだけでなく、現像剤担持体と現像剤塗布部材の導
電性支持体との間にあるトナー量は常に一定で静電容量
が変化しないことから、安定した基準電圧を使用するこ
とができ、温湿度環境が変動しても、上記静電容量は現
像剤担持体と現像剤残量検出部材との間の静電容量と同
じ比率で変化するので、環境変動によって影響を受けな
い高精度なトナー残量検知を行うことができる。

【００８４】また、本出願に係る第２の発明によれば、
現像剤を収容する現像容器と、回転自在な現像剤担持体
と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応じた静電容量を
検知する静電容量検知部材とを有し、画像形成装置本体
に着脱自在に配設されたプロセスカートリッジにおい
て、現像剤塗布部材である現像剤塗布部材が回転するこ
とにより、トナーパッキングを発生させず、プロセスカ
ートリッジの現像容器内の現像剤循環を改善して濃度ム
ラや濃度薄を防ぐ。そして、現像剤担持体と現像剤塗布
部材の導電性支持体との間にある現像剤量は常に一定で
あり、静電容量が変化しないことから、安定した基準電
圧として使用され、温湿度環境が変動しても、現像剤担
持体と電極部材間の静電容量は、現像剤担持体と現像剤
塗布部材との間の静電容量と同じ比率で変化するので、
プロセスカートリッジを画像形成装置に装着した際に
は、環境変動によって影響を受けない高精度な現像剤残
量検知が行われる。また、プロセスカートリッジとする
ことにより、静電容量検知部材等の段の構成部材を容易
に交換することが可能となり、画像形成装置のメンテナ
ンス性を向上させることかできる。

【００８５】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上述のような現像剤残量検知気候だけでなく、現像
剤残量検知手段の出力によりプロセスカートリッジの画
像形成装置本体への装着の有無を判別するための判別手
段を有するので、プロセスカートリッジの装着不良を警
告し、接点不良を避け、現像剤残量検出を正確に行うこ
とができる。

【００８６】また、本出願に係る第４の発明によれば、
現像剤担持体と電極部材の間の静電容量をＣ₁、現像剤
担持体と現像剤塗布部材の間の静電容量をＣ₂として、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ としたことにより、画像形成装置本体の残量検出回路に
おいて正確に基準電圧の調整を行い、精度を向上させる
ことができる。

【００８７】また、本出願に係る第５の発明によれば、
現像剤担持体と電極部材の間の静電容量をＣ₁、現像剤
担持体と現像剤塗布部材の間の静電容量をＣ₂として、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ としたことにより、プロセスカートリッジを装着した際
の画像形成装置本体の残量検出回路において正確に基準
電圧の調整を行い、精度を向上させることができる。

【００８８】さらに、本出願に係る第６の発明によれ
ば、現像剤担持体と静電容量検知部材との間の静電容量
を記憶する記憶手段を有するので、静電容量検知部材の
機械的精度、位置、容量のバラツキの情報を補正して、
プロセスカートリッジ製造時の静電容量検知部材の取り
付け精度等の許容度を大きくすることができる。

【００８９】また、本出願による第７の発明によれば、
上記第６の発明のプロセスカートリッジを着脱自在に備
え、該プロセスカートリッジの記憶手段の情報に基づい
て現像剤残量検出手段を調整し、静電容量検知部材によ
る検知情報の補正を行うので、基準電圧の補正により、
プロセスカートリッジ間での現像剤担持体と現像剤塗布
部材間の静電容量のバラツキを補正し、プロセスカート
リッジによらずに正確な現像剤残量検出を行うことがで
きる。

【００９０】さらに、本出願に係る第８の発明によれ
ば、現像剤担持体と静電容量検知部材との間の静電容量
を記憶する記憶手段を有するので、静電容量検知部材の
機械的精度、位置、容量のバラツキの情報を補正して、
プロセスカートリッジ製造時の静電容量検知部材の取り
付け精度等の許容度を大きくすることができる。

【００９１】また、本出願による第９の発明によれば、
上記第８の発明のプロセスカートリッジを着脱自在に備
え、該プロセスカートリッジの記憶手段の情報に基づい
て現像剤残量検出手段を調整し、静電容量検知部材によ
る検知情報の補正を行うので、プロセスカートリッジ間
での現像剤担持体と静電容量検知部材間の静電容量のバ
ラツキを補正し、プロセスカートリッジによらずに正確
な現像剤残量検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施形態の現像装置の構
成図である。

【図２】本発明の第１の実施形態における現像剤残量検
知回路の一例である。

【図３】本発明の第１の実施形態におけるトナー残量と
静電容量の関係を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態におけるトナー残量と
残量回路出力電圧の関係を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態におけるトナー残量と
出力電圧の関係（温湿度特性）を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態における画像形成装置
を示す図である。

【図７】本発明の第１及び第２の実施形態におけるプロ
セスカートリッジを示す図である。

【図８】本発明の第２の実施形態における現像器の構成
図である。

【図９】本発明の第３の実施形態における制御ブロック
図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態におけるトナー残量
と静電容量の関係を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態におけるトナー残量
と残量回路出力電圧の関係を示す図である。

【図１２】従来の容量検知方式の現像器の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 感光ドラム（像担持体） １１ 現像スリーブ（現像剤担持体） １２ アンテナ（電極部材、静電容量検知部材） １３ 塗布ローラ（現像剤塗布部材、静電容量検知部
材） １６ ホッパー（現像容器） ３０ 現像バイアス電源（現像剤担持体に交流電圧を印
加する電源） ４６，６６ トナー残量検出回路（現像剤残量検知手
段） １００ プロセスカートリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 和美 東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 山口 誠士 東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 松本 英樹 東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤を収容する現像容器と、回転自在
   な現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応
   じた静電容量を検知する静電容量検知部材と、上記現像
   剤担持体に交流電圧を印加する電源と、上記静電容量検
   知部材により検知した静電容量に基づいて上記現像容器
   内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知手段とを有す
   る画像形成装置において、上記静電容量検知部材は、上
   記現像剤担持体に対向して配置した電極部材と、上記現
   像剤担持体に近接して配置した導電性支持体に誘電体層
   を設けた現像剤塗布部材であり、上記現像剤残量検知手
   段は、上記現像剤担持体に交流電圧を印加した時に、上
   記現像剤塗布部材に誘起される電圧を基準電圧とし、上
   記電極部材に誘記される電圧を、該基準電圧と比較する
   ことによって現像剤残量を検知することを特徴とする画
   像形成装置。
2. 【請求項２】 現像剤を収容する現像容器と、回転自在
   な現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応
   じた静電容量を検知する静電容量検知部材とを有し、画
   像形成装置本体に着脱自在に配設されたプロセスカート
   リッジにおいて、上記静電容量検知部材は、上記現像剤
   担持体に対向して配置した電極部材と、上記現像剤担持
   体に近接して配置した導電性支持体に誘電体層を設けた
   現像剤塗布部材であることを特徴とするプロセスカート
   リッジ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のプロセスカートリッジ
   と、該プロセスカートリッジの現像剤担持体に交流電圧
   を印加する電源と、該現像剤担持体に交流電圧を印加し
   た時に、該プロセスカートリッジの現像剤塗布部材に誘
   起される電圧を基準電圧とし、該プロセスカートリッジ
   の電極部材に誘記される電圧を、該基準電圧と比較する
   ことによってプロセスカートリッジの現像剤残量を検知
   する現像剤残量検知手段と、該現像剤残量検知手段の出
   力によりプロセスカートリッジの画像形成装置本体への
   装着の有無を判別するための判別手段とを有することを
   特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 現像剤担持体と電極部材との間の静電容
   量をＣ₁、現像剤担持体と現像剤塗布部材との間の静電
   容量をＣ₂とするとき、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ となるように設定されていることとする請求項１または
   請求項３に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 現像剤担持体と電極部材との間の静電容
   量をＣ₁、現像剤担持体と現像剤塗布部材との間の静電
   容量をＣ₂とするとき、 １０^-1×Ｃ₁＜Ｃ₂＜１０×Ｃ₁ となるように設定されていることとする請求項２に記載
   のプロセスカートリッジ
6. 【請求項６】 現像剤担持体と静電容量検知部材との間
   の静電容量を記憶する記憶手段を有することとする請求
   項２または請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のプロセスカートリッジ
   を着脱自在に備え、該プロセスカートリッジの記憶手段
   の情報に基づいて現像剤残量検出手段を調整し、静電容
   量検知部材による検知情報の補正を行うこととする請求
   項３または請求項４に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 現像剤を収容する現像容器と、回転自在
   な現像剤担持体と、該現像剤担持体近傍の現像剤量に応
   じた静電容量を検知する静電容量検知部材とを有し、画
   像形成装置本体に着脱自在に配設されたプロセスカート
   リッジにおいて、上記現像剤担持体と上記静電容量検知
   部材との間の静電容量を記憶する記憶手段を有すること
   を特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のプロセスカートリッジ
   を着脱自在に備え、該プロセスカートリッジの記憶手段
   の情報に基づいて現像剤残量検出手段を調整し、静電容
   量検知部材による検知情報の補正を行うことを特徴とす
   る画像形成装置。