(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成された潜像の現像に使用される乾式粉体の現像剤が収容されている現像容器における現像剤残量検知装置であって、
前記現像容器の内部にそれぞれ配設された第一電極部材及び第二電極部材と、
前記現像容器の内部に配設されていて、前記第一電極部材と対をなして第一の静電容量を有するコンデンサを構成し、前記第二電極部材と対をなして第二の静電容量を有するコンデンサを構成する共通電極部材と、
前記第一の静電容量を検知する第一静電容量検知手段と、
前記第二の静電容量を検知する第二静電容量検知手段と、
制御手段と、
を有し、前記第一電極部材は前記共通電極部材との間の最近接距離が、前記第二電極部材よりも近い位置に配置され、前記制御手段は、前記第一静電容量検知手段の検知結果を前記第二静電容量検知手段の検知結果に基づいて補正した補正結果から、前記現像容器における現像剤残量を検知することを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項２】
前記共通電極部材は、前記現像剤を担持搬送して前記潜像に供給する現像剤担持体であることを特徴とする請求項１に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項３】
前記第一電極部材は、前記現像剤を担持搬送して前記潜像に供給する現像剤担持体であることを特徴とする請求項１に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項４】
前記共通電極部材は、前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給部材であることを特徴とする請求項３に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項５】
前記第一静電容量検知手段は、前記共通電極部材に交流電圧を印加した際に前記第一電極部材に誘起される交流電流を検知することによって前記第一の静電容量を検知し、前記第二静電容量検知手段は、前記共通電極部材に交流電圧を印加した際に前記第二電極部材に誘起される交流電流を検知することによって前記第二の静電容量を検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項６】
前記現像容器の内部に前記現像剤を搬送する移動可能な撹拌部材を有し、前記撹拌部材は、少なくとも一部が前記第二電極部材と前記共通電極部材の間に存在することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項７】
前記補正結果は、前記第二の静電容量に応じて補正量を決定し、第一の静電容量を大きくするように補正した補正結果であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項８】
前記補正結果は、前記第二電極部材と前記共通電極部材との間に静電容量が存在しないときの、前記第一電極部材と前記共通電極部材との間の静電容量とほぼ等しくなるように補正した補正結果であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置。
【請求項９】
像担持体に形成された潜像の現像に使用される乾式粉体の現像剤が収容されている現像容器と、前記現像容器における現像剤残量検知装置と、を有し、画像形成動作を行う画像形成装置において、前記現像剤残量検知装置が請求項１乃至８のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
像担持体に形成された潜像の現像に使用される乾式粉体の現像剤が収容されている現像容器と、前記現像容器における現像剤残量検知装置として、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の現像剤残量検知装置と、を有し、画像形成動作を行う画像形成装置であって、
少なくとも、前記第一電極部材と前記第二電極部材と前記共通電極部材を有する前記現像容器が画像形成装置の装置本体に対して取り外し可能に装着されるカートリッジとして構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は現像剤残量検知装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真画像形成装置においては、現像手段（現像装置）は乾式粉体の現像剤を収容している現像容器を有する。その容器内の現像剤は画像形成に使用されるにつれて逐次に消費される。そこで、現像剤残量検知手段を配設して、現像剤が消費された際には現像容器に現像剤を補充しなければならない。また、プロセスカートリッジ或いは現像カートリッジが画像形成装置の装置本体に着脱可能なカートリッジ方式の画像形成装置にあっては、現像剤残量検知手段を配設して、現像剤が消費された際にはカートリッジを新旧交換しなければならない。
【０００３】
ここで、プロセスカートリッジ及び現像カートリッジは、画像形成装置の装置本体に取り外し可能に装着されて、記録媒体に画像を形成する画像形成プロセスに寄与するものである。プロセスカートリッジは転写方式の画像形成装置において、像担持体と像担持体に作用するプロセス手段とをカートリッジ化して装置本体に取り外し可能に装着するものである。
【０００４】
像担持体と現像手段とを一体的に有するプロセスカートリッジを所謂一体型と称する。また、像担持体と、現像手段以外のプロセス手段とを一体的に有するプロセスカートリッジを所謂分離型と称する。即ち、現像手段はプロセスカートリッジとは別の現像ユニットに設けて、この現像ユニットと対となって画像を形成するプロセスカートリッジを所謂分離型と称する。
【０００５】
現像カートリッジとは、像担持体に現像剤を適用する現像剤担持体と、像担持体に形成された潜像を現像剤担持体によって現像するのに用いられる乾式粉体現像剤を収容する現像容器と、を有していて、装置本体に取り外し可能に装着するものである。現像カートリッジの場合は、転写方式の画像形成装置における像担持体は装置本体或いはカートリッジ支持部材に取り付けられている。或いは、像担持体は所謂分離型のプロセスカートリッジに取り付けられている。
【０００６】
そして、装置本体に配設されている現像手段の現像容器、あるいは装置本体に装着されているプロセスカートリッジ若しくは現像カートリッジの現像容器における現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段としては、静電容量方式が広く知られている。
【０００７】
本出願人は静電容量方式の現像剤残量検知手段として、先に、特許文献１や２のような手段を提案している。特許文献１の技術は、プロセスカートリッジの現像容器内の現像剤担持体の近傍に導電性の電極棒を有し、現像剤担持体と電極棒と間の静電容量の変化を検知して現像剤残量を検知するものである。特許文献２の技術は、現像容器内に複数の電極部材を配し、現像剤担持体と電極部材、或いは、電極部材間の静電容量の変化を検知して現像剤量を検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−１３０８１７号公報
【特許文献２】特開２００３−３２３０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の技術は、現像容器内に複数の電極部材を配することで、検知できる現像剤残量のレンジが広く、逐次の現像剤残量を使用者に報知することができる。また、現像剤容量が大きいカートリッジに対しても、現像剤残量を使用者に逐次知らせることを可能としているため、有用な技術である。
【００１０】
本発明は特許文献２の技術についてより一層の機能向上を図るものである。その目的は、逐次の現像剤残量検知を行いつつも、より現像剤残量検知精度が高い現像剤残量検知装置及びその装置を用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明に係る現像剤残量検知装置の代表的な構成は、像担持体に形成された潜像の現像に使用される乾式粉体の現像剤が収容されている現像容器における現像剤残量検知装置であって、前記現像容器の内部にそれぞれ配設された第一電極部材及び第二電極部材と、前記現像容器の内部に配設されていて、前記第一電極部材と対をなして第一の静電容量を有するコンデンサを構成し、前記第二電極部材と対をなして第二の静電容量を有するコンデンサを構成する共通電極部材と、前記第一の静電容量を検知する第一静電容量検知手段と、前記第二の静電容量を検知する第二静電容量検知手段と、制御手段と、を有し、前記第一電極部材は前記共通電極部材との間の最近接距離が、前記第二電極部材よりも近い位置に配置され、前記制御手段は、前記第一静電容量検知手段の検知結果を前記第二静電容量検知手段の検知結果に基づいて補正した補正結果から、前記現像容器における現像剤残量を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第一静電容量検知手段の結果を、第二静電容量検知手段の結果に基づいて補正した補正結果から、現像剤の量を検知することによって、逐次のトナー残量検知を行いつつも、よりトナー残量検知精度が高い現像剤残量検知装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略図
【図２】図１の装置のプロセスカートリッジ部分と制御系統のブロック図
【図３】第一の静電容量と第二の静電容量の関係図
【図４】トナー量と第二の静電容量、第一の静電容量の関係図
【図５】トナー残量検知のシーケンス図
【図６】第二テーブル、第一テーブルの説明図
【図７】トナー残量検知結果の説明図
【図８】実施例２におけるプロセスカートリッジ部分と制御系統のブロック図
【図９】実施例３におけるプロセスカートリッジ部分と制御系統のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１５】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置１００の概略構成図、図２はプロセスカートリッジ部分と制御系統のブロック図である。この装置１００はプロセスカートリッジ着脱方式の転写式電子写真レーザープリンタである。即ち、装置１００はパソコン・イメージリーダ・相手方ファクシミリ装置等の外部ホスト装置３００からＣＰＵを有する制御手段（制御回路部）８３に入力する画像データ（電気的画像信号）に基づいて記録材（記録媒体）Ｐに対する電子写真画像形成動作を行う。
【００１６】
制御手段８３は操作部２００やホスト装置３００との間で各種の電気的情報の授受を行う、かつ、装置１００の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。
【００１７】
装置１００は像担持体としての回転可能な電子写真感光体ドラム４０を有する。ドラム４０は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。ドラム４０の周囲にはドラム回転方向に沿ってドラム４０に作用するプロセス手段としての、帯電手段４１、露光手段１１、現像手段３、転写手段１２、クリーニング手段４が配設されている。
【００１８】
本実施例において、帯電手段４１はドラム４０に接触させた帯電ローラ（導電性ローラ）であり、帯電バイアス印加手段８８から所定の帯電バイアスが印加される。これにより回転するドラム４０の表面が所定の極性（本実施例においては負極性）・電位に一様に帯電される。
【００１９】
露光手段１１はレーザースキャナであり、制御手段８３から入力する画像データに対応して変調したレーザー光Ｌを出力して回転するドラム４０の帯電処理面をドラム母線方向に主走査露光する。これによりドラム４０の周面に走査露光した画像情報に対応した潜像（静電潜像）が形成される。本実施例においては画像情報部に対応して露光するイメージ露光方式である。
【００２０】
現像装置３は、乾式粉体現像剤として絶縁性磁性一成分ネガトナーを用いた、非接触現像方式（ジャンピング現像方式）の反転現像装置である。現像装置３は、トナーＴを担持搬送してドラム４０に適用する現像剤担持体としての現像スリーブ３０を有する。また、スリーブ３０の内部に配設した磁界発生手段としての固定（非回転）のマグネットローラ３０ａ、スリーブ３０に供給するトナーＴを収容している現像容器３３を有する。
【００２１】
また、容器３３内の現像剤Ｔを攪拌して搬送してスリーブ３０に供給する回転可能（移動可能）な攪拌部材３２、スリーブ３０に接触してスリーブ３０上に担持されたトナーＴの厚さを規制する現像剤層厚規制部材としての現像ブレード３１を有する。
【００２２】
スリーブ３０は導電性・非磁性のスリーブ基体の表面に導電性の樹脂コートを施した構成であり、ドラム４０に対して所定の僅少な隙間を存して非接触にドラム４０に並行に配列されて対向している。スリーブ３０は矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。このスリーブ３０に対して回転する攪拌部材３２で攪拌された容器３３内のトナーＴが供給され、その一部がローラ３０ａの磁力によりスリーブ３０の表面にトナー層として担持されてスリーブ３０の回転に伴い搬送される。
【００２３】
そして、上記のトナー層はブレード３１とスリーブ３０との間を通り抜けるときに層厚が所定に薄く規制されると共に、ブレード３１との摩擦によりトナーが所定の極性に帯電される。本実施例においてはドラム４０の帯電極性と同じ負極性に帯電される。そして、層厚規制と帯電を受けたトナー層が引き続くスリーブ３０の回転により、ドラム４０とスリーブ３０との非接触対向部である現像部Ｄに搬送される。スリーブ３０には、交流電圧印加手段８４と直流電圧印加手段８５を有する現像バイアス印加手段８６から所定の交流電圧と直流電圧が重畳された現像バイアス（現像電圧）が印加される。
【００２４】
上記の現像バイアスにより、現像部Ｄにおいてスリーブ３０側のトナーＴがドラム４０側の潜像の露光領域部に対して選択的に付着する。これにより潜像がトナー像として反転現像される。潜像の現像に供されなかったスリーブ３０上のトナーは引き続くスリーブ３０の回転により容器３３内に戻し搬送される。
【００２５】
一方、給紙ローラ１５ａが所定の制御タイミングにて駆動される。これにより、給紙カセット１５に積載して収容されている記録材Ｐが一枚分離給送され、搬送路６を通って転写手段１２に搬送される。本実施例において転写手段１２はドラム４０に接触させた転写ローラ（導電性ローラ）であり、ドラム４０とローラ１２との当接部が転写ニップ部Ｎ１である。このニップ部Ｎ１に記録材Ｐが所定の制御タイミングで給送されて挟持搬送される。
【００２６】
記録材Ｐがニップ部Ｎ１を挟持搬送されている間、ローラ１２に対して転写バイアス印加手段１２ａからトナーの帯電極性とは逆極性の所定の転写バイアスが印加される。これにより、ドラム４０側のトナー像が記録材Ｐに順次に静電転写される。ニップ部Ｎ１を通過した記録材Ｐはドラム４０の面から分離されて定着手段１３に導入される。本実施例において定着手段は熱ローラ定着装置であり、記録材Ｐは定着ニップ部Ｎ２を挟持搬送される。これにより記録材Ｐ上の未定着トナー像が熱と圧力で固着画像として定着され、画像形成物として排出部１４に排出される。
【００２７】
一方、記録材分離後のドラム４０はクリーニング手段４により転写残りトナーや紙粉等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返して画像形成に供される。本実施例において、クリーニング手段４はクリーニング部材として弾性ブレード（クリーニングブレード）４２を用いたブレードクリーニング装置である。
【００２８】
（２）プロセスカートリッジ
本実施例の装置１００は、ドラム４０、帯電ローラ４１、現像装置３、クリーニング装置４の４つの作像機器を一体的に装置本体１００Ａ内の装着部１００Ｂに対して所定の手順・要領にて着脱可能な一体型のプロセスカートリッジＣＲとしてある。カートリッジＣＲにはカートリッジに関する各種の情報を読み書き可能な不揮発性メモリである記憶手段（第二記憶手段）４３が設けられている。
【００２９】
カートリッジＣＲは装着部１００Ｂに対して所定に装着された状態において、カートリッジＣＲ側の駆動入力部（不図示）が装置本体１００Ａ側の駆動出力部（不図示）に対して所定に機械的に接続した状態になっている。また、カートリッジＣＲ側に配設されている各種の電気接点部ａが装置本体１００Ａ側の対応する電気接点部ｂに対して所定に電気的に接続した状態になっている。これによりカートリッジＣＲが装置本体１００Ａとが機械的・電気的に接続した状態となって装置１００が画像形成動作可能状態になる。
【００３０】
（３）現像剤残量検知装置
カートリッジＣＲは、画像形成に使用されるにつれて、容器３３に収容されているトナーが消費される。そこで、容器３３の現像剤残量を検知する手段を具備させる。そして、制御手段８３において、検知残量値を、予め設定したカートリッジ寿命予告や寿命警告のための閾値と比較する。検知残量値が閾値よりも少ない値となったら操作部２００の表示部あるいはホスト装置３００の表示部にカートリッジＣＲの寿命予告あるいは寿命警告をする。これにより使用者に、交換用のカートリッジＣＲの準備を促す。あるいはカートリッジＣＲの交換を促す。
【００３１】
現像剤残量検知は使用者が新しいカートリッジＣＲを準備する目安であり、その精度が低化すれば、準備が間に合わず装置１００が使用できない状況が起こりうる。特に、トナーＴを使い切る直前の残量検知精度は、カートリッジがまだ使用できるか否かを判断する目安であり、非常に高い精度が求められる。本実施例における現像剤残量検知装置は、逐次のトナー残量検知を行いつつも、よりトナー残量検知精度が高い性能を有する装置である。以下、その現像剤残量検知装置について説明する。
【００３２】
現像容器３３内には、ステンレススチールなどの導電性の第一電極部材１と、同じく導電性の第二電極部材２の２つの電極部材が配設されている。第一電極部材１及び第二電極部材２は、それぞれ、容器３３内において他の電極部材と対をなしてその間に存在するトナー量によって静電容量が変化するような位置、大きさに配置する。
【００３３】
本実施例においては、第一電極部材１は導電性の現像剤担持体であるスリーブ３０を他の電極部材としてこのスリーブ３０と対をなしてコンデンサを構成する。第二電極部材２も同じくスリーブ３０を他の電極部材としてこのスリーブ３０と対をなしてコンデンサを構成する。そして、第一電極部材１及び第二電極部材２の両方と対をなす共通電極部材としてのスリーブ３０との最近接距離が、第二電極部材２より近い位置に第一電極部材１を配置し、スリーブ３０との最近接距離が第一電極部材１より遠い位置に第二電極部材２を配置する。
【００３４】
本実施例においては、スリーブ３０に対する前記の現像バイアス印加手段８６は、他の電極部材としてのスリーブ３０に対してトナー残量検知のための検知電圧印加手段も兼ねている。検知電圧印加手段８６は少なくとも交流電圧印加手段８４を含む。本実施例においては、検知電圧印加手段８６は交流電圧印加手段８４と直流電圧印加手段８５から構成される。撹拌部材３２は、少なくとも一部が第二電極部材２と共通電極部材であるスリーブ３０の間に存在する。
【００３５】
１）第一電極部材１によるトナー量検知
第一電極部材１には第一静電容量検知手段８１が接続される。第一静電容量検知手段８１はスリーブ３０と第一電極部材１との間の第一の静電容量を検知する。本実施例における第一静電容量検知手段８１はスリーブ３０に少なくとも交流電圧を含む検知電圧が印加された際に、第一電極部材１に誘起された第一交流電流量を検知する電流検知回路を含む。第一静電容量検知手段８１で検知された第一交流電流量はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換されて、ＣＰＵを有する制御手段８３に入力される。
【００３６】
スリーブ３０と第一電極部材１との間の第一の静電容量は、スリーブ３０と第一電極部材１との間に存在するトナーの量によって変化する。具体的には、スリーブ３０と第一電極部材１との間に存在するトナーの量が減少すると、第一の静電容量は減少する。
【００３７】
第一の静電容量が変化すると、スリーブ３０に検知電圧が印加された際に、第一電極部材１に誘起される第一交流電流量が変化する。具体的には、第一の静電容量が減少すれば、第一の静電容量に応じて第一交流電流量は減少する。よって、この第一交流電流量を検知することによって第一の静電容量を検知することができ、この第一の静電容量から、スリーブ３０と第一電極部材１との間に存在するトナー量を検知することができる。
【００３８】
制御手段８３には装置本体１００Ａが有する読み書き可能な不揮発性メモリである第一記憶手段８７が接続されている。第一記憶手段８７は、容器３３内のトナー量と第一の静電容量との関係を表す第一テーブルを記憶している。制御手段８３は、この第一テーブルと第一静電容量検知手段８１の結果とを比較し、容器３３内のトナー量を判断する。
【００３９】
以下の説明において、第一ＰＡＦ、第二ＰＡＦとは、カートリッジが初期（トナーフル）時の第一静電容量、第二静電容量の値である。図４におけるＰ及びＱである。第一静電容量、第二静電容量の絶対値に関しては、装置本体の検知電圧や検出手段等の固体バラツキによりバラツキを持つ。初期のＰＡＦからの差分で静電容量を検知する。これにより、初期から減少したトナー量を検知し、上記のばらつきを抑制する。
【００４０】
本実施例においては、カートリッジＣＲが使用初期での第一静電容量検知手段８１の結果である第一ＰＡＦをカートリッジＣＲが有する読み書き可能な不揮発性メモリである第二記憶手段４３に記憶する。そして、この第一ＰＡＦと随時検知する第一静電容量検知手段８１の結果との差から容器３３内のトナー量を判断する。第一ＰＡＦと随時検知する第一静電容量検知手段８１の結果との差から容器３３内のトナー量を判断する方法は、検知電圧のばらつきなどによって第一の静電容量がばらついても、検知精度が安定する。
【００４１】
第一テーブルには、容器３３内のトナー量と、第一ＰＡＦと第一静電容量検知手段８１の検知結果との差と、の関係を表す情報が記憶されている。詳細については後述する。
【００４２】
２）第二電極部材２によるトナー量検知
第二電極部材２には第二静電容量検知手段８２が接続される。第二静電容量検知手段８２は、現像剤担持体３０と第二電極部材２との間の第二の静電容量を検知する。本実施例における第二静電容量検知手段８２は、スリーブ３０に少なくとも交流電圧を含む検知電圧が印加された際に、第二電極部材２に誘起された第二交流電流量を検知する電流検知回路を含む。第二静電容量検知手段８２で検知された第二交流電流量はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、ＣＰＵを有する制御手段８３に入力される。
【００４３】
スリーブ３０と第二電極部材２との間の第二の静電容量は、スリーブ３０と第二電極部材２との間に存在するトナーの量によって変化する。具体的には、スリーブ３０と第二電極部材２との間に存在するトナーの量が減少すると、第二の静電容量は減少する。
【００４４】
第一記憶手段８７には、容器３３内のトナー量と第二の静電容量との関係を表す第二テーブルも記憶している。ＣＰＵを有する制御手段８３は、この第二テーブルと第二静電容量検知手段８２の結果とを比較し、容器３３内に存在するトナー量を判断する。
【００４５】
本実施例においては、カートリッジＣＲが使用初期での第二静電容量検知手段８２の結果である第二ＰＡＦも、カートリッジＣＲが有する読み書き可能な不揮発性メモリである第二記憶手段４３に記憶する。そして、この第二ＰＡＦと随時検知する第二静電容量検知手段８２の結果との差から容器３３内のトナー量を判断する。第二ＰＡＦと随時検知する第二静電容量検知手段８２の結果との差から容器３３内のトナー量を判断する方法は、検知電圧のばらつきなどによって第二の静電容量がばらついても、検知精度が安定する。
【００４６】
第二テーブルには、容器３３内のトナー量と、第二ＰＡＦと第二静電容量検知手段８２の検知結果との差と、の関係を表す情報が記憶されている。詳細については後述する。
【００４７】
３）検知結果の補正
現像容器３３内に複数の電極対１−３０、２−３０を配し、それぞれの静電容量を検知する際、互いの静電容量が互いの静電容量に影響を与える。一方の静電容量が大きくなれば、他方の静電容量は小さくなり、逆に、一方の静電容量が小さくなれば、他方の静電容量は大きくなる。言い換えれば、交流電圧を含む検知電圧を印加した際に、誘起電流が流れる電極部材が複数ある場合、静電容量に応じて誘起電流が複数に分割される。よって、一方の静電容量が大きくなれば、一方により大きい誘起電流が流れ、他方に流れる誘起電流は小さくなる。
【００４８】
図３は、第二の静電容量と第一の静電容量の関係を表す図である。ここで、容器３３内のトナー量はすべて略等しく、第二電極部材２の大きさを変えることで第二の静電容量を変えた。図中の第二の静電容量がゼロのポイントは第二電極部材２を設置しなかった際の第一の静電容量である。容器３３内のトナー量はすべて略等しいにも関わらず、第二の静電容量が増加すると、第一の静電容量が減少している。このように、第二の静電容量の大きさが異なると、スリーブ３０と第一電極部材１と間に存在するトナー量が同じであっても第一の静電容量の静電容量が変化する。
【００４９】
本実施例のように、スリーブ３０に交流電圧を含む検知電圧を印加し、第一交流電流、及び第二交流電流を検知する場合、第一の静電容量、及び第二の静電容量の大きさによって、電極部材に流れる交流電流が分割される。容器３３内のトナー量が同じであっても、第二交流電流量が増加すれば、それに伴って第一交流電流は減少する。
【００５０】
図３においては、便宜上、第二電極部材２の大きさを変えることで第二の静電容量の大きさを変えたが、他の要因で第二の静電容量の大きさが変化した場合も同様である。例えば、第二電極部材２の位置精度や撹拌部材３２等の容器３３内の他部材がもつ静電容量によって変化した場合でも同様の結果が得られる。
【００５１】
前述したように、第二電極部材２は、スリーブ３０との最近接距離が第一電極部材１よりも遠い位置に配置している。したがって、容器３３内の他部材による影響を受けやすい。本実施例のように、スリーブ３０と第二電極部材２間にトナーＴを撹拌する回転可能な撹拌部材３２を設置した場合は、撹拌部材３２の静電容量が材料または回転によってばらつき、結果として第二の静電容量に影響を与える。このように、第二の静電容量がばらつくことによって、第二の静電容量のみならず第一の静電容量にも影響が及んでしまう。
【００５２】
第一の静電容量は、トナーＴを使いきる直前、及びより少量のトナー量検知に用いる。第二の静電容量は、トナーＴがより多量のトナー量検知に用いる。
【００５３】
第二の静電容量を検知することによって、より多いトナー量からの逐次トナー残量検知が可能になる。しかし、その反面、第二の静電容量のばらつきによって、第一の静電容量に影響を与えてしまう。第一の静電容量が第二の静電容量のばらつきによってばらつくと、トナー量がより少ないときの、トナー残量検知精度が低下してしまう。特に、トナーＴを使い切る直前のトナー残量検知精度は、カートリッジＣＲがまだ使用できるか否かを判断する目安であり、より高い精度が求められる。
【００５４】
よって、第二の静電容量が第一の静電容量に与える影響を考慮して、第一の静電容量の検知結果を補正する必要がある。
【００５５】
そこで、図３の結果から、第二の静電容量の大きさが第一の静電容量に影響を及ぼしてしまうことを考慮して第一の静電容量の検知結果を補正すれば、容器３３内のトナー量をより高い精度で検知することできる。
【００５６】
図４に、容器３３内のトナー量と第二の静電容量、第一の静電容量の関係を示す。（ａ）は、現像容器３３内のトナー量と第二の静電容量の関係である。容器３３内には、第二電極部材２と共に第一電極部材１も配置している。トナーＴが消費されて容器３３内のトナー量が減少していくと、第二の静電容量も減少していく。破線示のトナー量Ｓよりトナーが少なくなると、第二の静電容量の変化が少なくなる。よって、第二の静電容量のみで、トナーを使い切る直前のトナー量を検知することは困難である。
【００５７】
（ｂ）は容器３３内のトナー量と第一の静電容量の関係である。図中の実線は、容器３３内に第一電極部材１と共に第二電極部材２を配置したときの第一の静電容量の推移、一点鎖線は、容器３３内に第二電極部材２は設置せず、第一電極部材１のみを設置したときの第一の静電容量の推移である。第一の静電容量は、実線、一点鎖線に示すように、容器３３内のトナー量が破線示のトナー量Ｓよりも多いときは、トナー量によってあまり変化しない。容器３３内のトナー量がＳ以下になると、急激に変化する。よって、第一の静電容量はトナーを使い切る直前のトナー量を検知するのに好適である。
【００５８】
また、実線と一点鎖線の差は、前述した第二の静電容量による影響である。この差を補正することによって、より高い精度で、トナーを使い切る直前のトナー量を検知することができる。
【００５９】
本実施例においては、容器３３内のトナー量がＳよりも多いときは、第二静電容量検知手段８２の検知結果を用い、トナー量がＳ以下のときは、第一静電容量検知手段８１の検知結果を用いる。なお、第一静電容量検知手段８１の検知結果は、第二静電容量検知手段８２の検知結果に基づいて補正する。
【００６０】
具体的には、第二の静電容量の検知結果をＹ、補正前の第一の静電容量の検知結果をＺ、補正後の第一の静電容量の検知結果をＸとして、
Ｘ＝ａＹ＋Ｚ
と補正する。ここで、ａは定数であり、あらかじめ決定し、第一記憶手段８７に記憶しておく。
【００６１】
本実施例では、定数ａは、Ｘが第二電極部材２を設置していないときのＺの値と略同一であるように定めた。しかし、補正の計算式はこの限りではなく、第二の静電容量の検知結果Ｙに基づいて、補正前の第一の静電容量の検知結果Ｚを補正すればよい。
【００６２】
４）トナー残量検知シーケンス
本実施例におけるトナー残量検知のシーケンスについて図５を参照しながら説明する。まず、ＳＴＥＰ１００において、スリーブ３０に交流電流を含む検知電圧が印加される。本実施例においては、前記のように現像電圧と兼用している。現像電圧と兼用とすると、画像形成中であっても検知が可能となり、リアルタイムでトナー残量検知ができるため好適である。しかし、この限りではない。
【００６３】
続いて、ＳＴＥＰ１０１で第一の静電容量Ｚを検知する。ＳＴＥＰ１０２で第二の静電容量Ｙを検知する。ＳＴＥＰ１０３で第一記憶手段８７から読み込んだ定数ａ読み込み、第二の静電容量Ｙに基づいて第一の静電容量Ｚを補正して補正第一の静電容量Ｘを得る。補正は前述したように、（Ｘ＝ａＹ＋Ｚ）で行う。
【００６４】
続いて、ＳＴＥＰ１０４で第二記憶手段４３に第一ＰＡＦが格納されているかどうかの判断を行う。第一ＰＡＦ（Ｐとする）はカートリッジＣＲの使用初期、すなわち、容器３３内のトナーＴが最大での補正第一の静電容量Ｘの値である。第一ＰＡＦが格納されていた場合、ＳＴＥＰ１０６に進み、第一ＰＡＦを読み込む。第一ＰＡＦが格納されていなかった場合、ＳＴＥＰ１０５に進み、第二記憶手段４３にＳＴＥＰ１０３で補正した補正第一の静電容量Ｘを書き込む。続いて、ＳＴＥＰ１０６に進み、書き込んだ第一ＰＡＦを読み込む。
【００６５】
続いて、ＳＴＥＰ１０７で第二記憶手段４３に第二ＰＡＦが格納されているかどうかの判断を行う。第二ＰＡＦ（Ｑとする）はプロセスカートリッジの使用初期、すなわち、現像容器３３内のトナーが最大での第二の静電容量Ｙの値である。第二ＰＡＦが格納されていた場合、ＳＴＥＰ１０９に進み、第二ＰＡＦを読み込む。第二ＰＡＦが格納されていなかった場合、ＳＴＥＰ１０８に進み、第二記憶手段４３にＳＴＥＰ１０２で検知した第二の静電容量Ｙを書き込む。続いて、ＳＴＥＰ１０９に進み、書き込んだ第二ＰＡＦを読み込む。
【００６６】
続いて、ＳＴＥＰ１１０で、補正第一の静電容量Ｘと第一ＰＡＦとの差、（Ｘ−Ｐ）を求める。ＳＴＥＰ１１１で、第一記憶手段８７に記憶された第一テーブルと補正第一の静電容量Ｘと第一ＰＡＦとの差、（Ｘ−Ｐ）を比較し、トナー量を求める。ここで、第一テーブルとは、容器３３内のトナー量と（Ｘ−Ｐ）の関係を表すテーブルである。図６の（ｂ）に容器３３内のトナー量と（Ｘ−Ｐ）の関係を示す。この関係が第一テーブルとして、第一記憶手段８７に記憶されている。
【００６７】
続いてＳＴＥＰ１１２で、ＳＴＥＰ１１１で求めたトナー量がトナー量Ｓ以下かどうかを判断する。トナー量Ｓは、第一静電容量検知手段８１で検知できる最大のトナー量としてあらかじめ設定される。ＳＴＥＰ１１１で求めたトナー量がトナー量Ｓ以下であった場合、ＳＴＥＰ１１５に進み、ＳＴＥＰ１１１で求めたトナー量がそのままプロセスカートリッジのトナー残量であると決定される。ＳＴＥＰ１１１で求めたトナー量がトナー量Ｓよりも多い場合は、ＳＴＥＰ１１３に進む。
【００６８】
ＳＴＥＰ１１３では、第二の静電容量Ｙと第二ＰＡＦとの差、（Ｙ−Ｑ）を求める。続いて、ＳＴＥＰ１１４に進み、第一記憶手段８７に記憶された第二テーブルと第二の静電容量Ｙと第二ＰＡＦとの差、（Ｙ−Ｑ）を比較し、トナー量を求める。ここで、第二テーブルとは、現像容器３３内のトナー量と（Ｙ−Ｑ）の関係を表すテーブルである。図６の（ａ）に容器３３内のトナー量と（Ｙ−Ｑ）の関係を示す。この関係が第二テーブルとして、第一記憶手段８７に記憶されている。
【００６９】
続いてＳＴＥＰ１１５に進み、ＳＴＥＰ１１４で求めたトナー量がそのままカートリッジＣＲのトナー残量であると決定される。ＳＴＥＰ１１５で決定されたトナー残量は、適宜、操作部２００の表示部或いはホスト装置３００の表示部に表示される。さらには、カートリッジＣＲの寿命予告あるいは寿命警告をする。また、カートリッジＣＲがもつ第二記憶手段４３にトナー残量が書き込まれる。
【００７０】
上記のトナー残量検知シーケンスをまとめると次のとおりである。制御手段８３は、第一静電容量検知手段８１の検知結果を第二静電容量検知手段８２の検知結果に基づいて補正した補正結果から、容器３３における現像剤残量を検知する。補正結果は、第二の静電容量に応じて補正量を決定し、第一の静電容量を大きくするように補正した補正結果である。補正結果は、第二電極部材２と共通電極部材３０との間に静電容量が存在しないときの、第一電極部材１と共通電極部材３０との間の静電容量とほぼ等しくなるように補正した補正結果である。
【００７１】
図７に、本実施例に基づいて行った場合のトナー残量検知の結果と、比較例として、第一静電容量検知手段８１の結果を補正しなかった場合のトナー残量検知の結果を示す。実際の容器３３内のトナー量と検知したトナー量との関係である。本実施例に基づいてトナー残量検知を行った場合は、実線で示すように、実際の容器３３内のトナー量と検知したトナー量がほぼ一対一の関係を示しており、常に精度が高いトナー残量検知を行えた。これに対して、第一静電容量検知手段８１の結果を補正せずにトナー残量検知を行った場合は、一点鎖線で示すように、トナー量が少ない領域で検知精度がよくないことがあった。
【００７２】
以上説明したように、本実施例によれば、逐次のトナー残量検知を行いつつも、よりトナー残量検知精度が高い画像形成装置の提供が可能となる。特に、トナーがなくなる直前のトナー残量検知精度がより高い画像形成装置の提供が可能となる。
【００７３】
［実施例２］
本発明の第２の実施形態について説明する。カートリッジＣＲに対する使用者のニーズは様々である。装置を頻繁に使用する使用者は、カートリッジを交換する手間や予備のカートリッジを用意する手間をできるだけ少なくしたいというニーズをもっているため、トナー量がより多く入ったカートリッジを好む。装置をそれほど頻繁に使用しない使用者は、トナーをあまり消費しないため、トナー量が少なく、安価で重量が軽いカートリッジを好む。
【００７４】
このようなニーズに応えるため、トナー量の異なる複数のカートリッジを使用可能とする画像形成装置がある。本実施例においては、実施例１で説明したカートリッジ（カートリッジＡとする）と、カートリッジＡよりもトナー量の少ないカートリッジＢとが使用可能な画像形成装置について説明する。
【００７５】
カートリッジＢの初期のトナー量は、カートリッジＡを使用した際、第一静電容量検知手段８１で検知できる最大のトナー量Ｓとした。もちろん、カートリッジＢの初期のトナー量はこれに限らない。カートリッジＢの概略図とトナー残量検知に関わる画像形成装置の概略図を図８に示す。カートリッジＢには第二電極部材を設置しない。その他の構成については、カートリッジＡと同様である。第二電極部材を設置しないので、第二静電容量検知手段８２も接続されない。よって、第二静電容量検知手段８２の検知結果は、常に静電容量がない、即ち略ゼロを検知する。
【００７６】
カートリッジＢは、最大のトナー量がＳのため、第二電極部材は必要としない。もし、カートリッジのトナー量がトナー量Ｓより大きいカートリッジであっても、トナー量Ｓより多いトナー量のとき、トナー残量検知を行わないのであれば、第二電極部材は必要としない。また、第二電極部材を設置しないため、より安価なカートリッジを提供が可能となる。
【００７７】
本実施例における第一の静電容量の補正について説明する。第一静電容量検知手段８１の検知結果は、第二静電容量検知手段８２の検知結果に基づいて補正する。具体的には、第二の静電容量の検知結果をＹ、補正前の第一の静電容量の検知結果をＺ、補正後の第一の静電容量の検知結果をＸとして、Ｘ＝ａＹ＋Ｚ、と補正する。ここでａは定数であり、あらかじめ決定し、第一記憶手段８７に記憶しておく。補正の計算式はこの限りではない。
【００７８】
本実施例では、定数ａは、プロセスカートリッジＡでの補正第一の静電容量Ｘが、プロセスカートリッジＡに第二電極部材２を設置していないときの第一の静電容量Ｚの値と略同一であるように定めておく。第一の静電容量の補正を第二電極部材がなかったときと略同一であるように補正すれば、第二電極部材を有するプロセスカートリッジＡと、第二電極部材を有さないプロセスカートリッジＢの補正後の補正第一の静電容量Ｘは略同一になる。なお、カートリッジＢの補正後の補正第一の静電容量Ｘは、第二の静電容量Ｙが略ゼロであるため、補正前の第一の静電容量Ｚと略同一である。
【００７９】
このように補正すれば、カートリッジＢを使用した場合でも、第一記憶手段８７に記憶する第一テーブル、及び第二テーブルはプロセスカートリッジＡと同一のものでよい。
【００８０】
その他の構成および制御については実施例と同一なので、同一の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
カートリッジＢを使用した場合でも、カートリッジＡと同様に、精度が高いトナー残量検知が得られる。
【００８２】
以上説明したように、本実施例によれば、トナー量が異なる複数のカートリッジが使用可能な画像形成装置において、すべてのカートリッジで、逐次のトナー残量検知を行いつつも、よりトナー残量検知精度が高い画像形成装置の提供が可能となる。特に、トナーがなくなる直前のトナー残量検知精度がより高い画像形成装置の提供が可能となる。
【００８３】
複数の電極対を有するカートリッジ、及び単一の電極対を有するカートリッジ共に、より精度の高いトナー残量検知が可能となる。
【００８４】
単一の電極対を有するカートリッジにおいても、より高い精度のトナー残量検知が可能となるため、より安価なプロセスカートリッジ、及び画像形成装置の提供が可能となる。
【００８５】
複数のカートリッジが使用可能であっても、それぞれに対応したテーブルを記憶する必要がないため、記憶手段のメモリ容量を抑えることができ、より安価な画像形成装置の提供が可能となる。
【００８６】
［実施例３］
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施例のカートリッジの概略図とトナー残量検知に関わる画像形成装置の概略図を図９に示す。
【００８７】
本実施例では、ドラム４０、帯電ローラ４１、クリーニング装置４、第一電極部材１を兼ねる現像剤担持体３０、現像剤層厚規制部材３１、現像剤供給部材３４、撹拌部材３２、現像容器３３、トナーＴ、を含んだユニットとしてカートリッジＣＲを構成した。カートリッジＣＲは更に導電性の第二電極部材２、記憶手段４３を備える
現像剤担持体（現像ローラ）３０は第一電極部材１を兼ねる。本実施例での現像ローラ３０は、導電性のローラ基体上に半導電性のウレタンゴムなどの弾性部材を施した構成であり、トナーＴを担持、及び搬送する。トナーＴには、絶縁性非磁性一成分トナーを用いた。現像ローラ３０は、ドラム４０に接触して対向し、接触現像動作を行う。現像ローラ３０には直流電圧からなる現像電圧８５が印加され、静電潜像を現像する。
【００８８】
現像剤供給部材（供給ローラ）３４は、現像ローラ３０に接触し、現像ローラ３０とカウンター方向に所定の周速比をもって回転し、現像ローラ３０にトナーＴを供給する。本実施例での供給ローラ３１は、導電性のローラ基体の表面に発泡ウレタンなどの弾性部材を施した構成である。第二電極部材２は実施例１と同様、ステンレススチールなどの導電性部材である。
【００８９】
現像ローラ３０が兼ねる第一電極部材１は、導電性の供給ローラ３４と対をなし、コンデンサを構成する。第二電極部材２も導電性の供給ローラ３４と対をなし、コンデンサを構成する。第一電極部材１、及び第二電極部材２の両方と対をなす供給ローラ３４との最近接距離が第二電極部材２より近い位置に第一電極部材１を配置し、供給ローラ３４との最近接距離が第一電極部材１より遠い位置に第二電極部材２を配置する。
【００９０】
供給ローラ３４には検知電圧印加手段８６が接続される。検知電圧印加手段８６は少なくとも交流電圧印加手段８４を含む。本実施例においては、検知電圧印加手段８６は交流電圧印加手段８４と直流電圧印加手段８９から構成される。
【００９１】
現像ローラ３０が兼ねる第一電極部材１には、第一静電容量検知手段８１と現像電圧印加手段８５が接続される。第二電極部材２には第二静電容量検知手段８２が接続される。
【００９２】
第一静電容量検知手段８１は、供給ローラ３４と現像ローラ３０が兼ねる第一電極部材１との間の第一の静電容量を検知する。本実施例における第一静電容量検知手段８１は、現像ローラ３０に少なくとも交流電圧を含む検知電圧が印加された際に、第一電極部材１に誘起された第一交流電流量を検知する電流検知回路を含む。第一静電容量検知手段８１で検知された第一交流電流量はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、ＣＰＵを有する制御手段８３に入力される。
【００９３】
供給ローラ３４と現像ローラ３０（第一電極部材１）との間の第一の静電容量は、供給ローラ３４と現像ローラ３０との間に存在するトナーの量によって変化する。具体的には、供給ローラ３４と現像ローラ３０との間に存在するトナーの量が減少すると、第一の静電容量は減少する。
【００９４】
第二静電容量検知手段８２は、供給ローラ３４と第二電極部材２との間の第二の静電容量を検知する。本実施例における第二静電容量検知手段８２は、供給ローラ３４に少なくとも交流電圧を含む検知電圧が印加された際に、第二電極部材２に誘起された第二交流電流量を検知する電流検知回路を含む。第二静電容量検知手段８２で検知された第二交流電流量はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、ＣＰＵを有する制御手段８３に入力される。
【００９５】
供給ローラ３４と第二電極部材２との間の第二の静電容量は、供給ローラ３４と第二電極部材２との間に存在するトナーの量によって変化する。具体的には、供給ローラ３４と第二電極部材２との間に存在するトナーの量が減少すると、第二の静電容量は減少する。
【００９６】
その他の構成および制御については実施例１と同一なので、同一の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
本実施例によれば、逐次のトナー残量検知を行いつつも、よりトナー残量検知精度が高い画像形成装置の提供が可能となる。特に、トナーがなくなる直前のトナー残量検知精度がより高い画像形成装置の提供が可能となる。
【００９８】
［その他の構成］
１）カートリッジは実施例の一体型のプロセスカートリッジに限られない。本発明の現像剤残量検知装置は分離型のプロセスカートリッジの現像ユニットや現像カートリッジにおける現像容器内の現像剤残量を検知する場合にも有効に適用できる。また、本発明の現像剤残量検知装置は、現像装置が作り付けで、現像容器に現像剤を補給するタイプの画像形成装置において現像容器内の現像剤残量を検知する場合にも有効に適用できる。
【００９９】
２）画像形成装置は電子写真画像形成装置に限られない。像担持体と、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像を乾式粉体現像剤で現像する現像手段と、を有する画像形成装置であればよい。潜像が形成される像担持体の代表例としては電子写真画像形成方式における感光体以外にも、静電記録画像形成方式における誘電体や磁気記録画像形成方式における磁性体などが挙げられる。
【０１００】
画像形成装置には転写方式或いは直接方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、それ等の機能を兼ね備える複合機、ワークステーション等の出力機器が含まれる。転写方式は像担持体に形成された現像剤像を記録媒体（記録材）に転写して又は中間転写体を介して記録媒体に転写して記録媒体に画像を形成する方式である。直接方式は像担持体を直接記録媒体として画像を形成する方式である。
【符号の説明】
【０１０１】
４０・・像担持体、Ｔ・・現像剤、３３・・現像容器、１・・第一電極部材、２・・第二電極部材、３０・・共通電極部材、８１・・第一静電容量検知手段、８２・・第二静電容量検知手段、８３・・制御手段
【図１】
0005541730.tif 000002
【図２】
0005541730.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005541730.tif 000005
【図５】
0005541730.tif 000006
【図６】
0005541730.tif 000007
【図７】
0005541730.tif 000008
【図８】
0005541730.tif 000009
【図９】
0005541730.tif 000010