(57)【要約】【課題】トナー残量をより高精度に測定する。【解決手段】現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６とその間に滞留するトナーとにより形成されるコンデンサの静電容量を検出する静電容量検出装置７０７により、トナー満杯から画像不良の原因となるトナー残量までに応じて変化するこのコンデンサの静電容量をリニアに電圧に変換されるとともに、画像不良の原因となるトナー残量からトナー空状態までに応じて変化するこのコンデンサの静電容量をリニアに電圧に変換され、得られた電圧に基づきＣＰＵ７０８によりトナー残量が算出される。【選択図】　　　　図１
2004093699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤としてトナーを用いる電子写真方式の画像形成装置において、
少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第１変換手段と、
前記コンデンサの静電容量であって、前記画像不良が発生するレベルのトナー残量からトナー空状態までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第２変換手段と、
前記第１および第２変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー量を取得する取得手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１変換手段は、前記２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定し、
前記第２変換手段は、前記２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有し、該負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
着脱可能なカートリッジ内にトナー容器を有する電子写真方式の画像形成装置において、
前記トナー容器内に滞留するトナーと少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第１変換手段と、
前記コンデンサの静電容量であって、前記画像不良が発生するレベルのトナー残量からトナー空状態までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第２変換手段と、
前記第１変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー残量を取得する取得手段と、
前記第２変換手段による変換により得られた電圧に基づき前記カートリッジの装着状態を検知する検知手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第１変換手段は、前記２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定し、
前記第２変換手段は、前記２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有し、該負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記カートリッジの装着状態を検知する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５において、前記負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記カートリッジと画像形成装置を接続するための電気接点の異常状態を検出する異常状態検出手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項６において、前記異常状態検出手段により異常状態が検出された場合に、前記取得手段によるトナー残量の取得を禁止する禁止手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれかにおいて、前記２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
現像剤としてトナーを用いる電子写真方式の画像形成装置において、
少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する変換手段と、
該変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー残量を取得する取得手段と、
前記画像不良が発生するレベルのトナー残量に対応する前記コンデンサの静電容量を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記変換手段は、前記２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定し、
前記検出手段は、前記２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項９において、前記検出手段により画像不良が発生するレベルのトナー残量が検出された場合に画像形成を停止させる停止手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれかにおいて、前記２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真方式の画像形成装置の中には、図１５に示すようなプロセスカートリッジ１０１を用いるタイプのものが知られている。プロセスカートリッジ１０１は、感光ドラム１０５、帯電ローラ１０３、現像スリーブ１０４、クリーナ、トナー容器１０２（アンテナ電極１０６が配置されている）がカートリッジ化されたもので、トナー容器１０２内のトナーが消費されてしまった場合等に交換される。そこで、プロセスカートリッジの交換時期をユーザに知らせる便宜上、トナー容器１０２内のトナー量が測定され、測定されたトナー量がユーザに通知されている。
【０００３】
トナー容器１０２内のトナー量の測定においては、トナーを構成する材料の誘電率が大気中に比べて大きく、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６との間に分布するトナー量が多いほど、その間の静電容量が大きくなることを利用しており、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６との間の静電容量が静電容量検出装置１０７により測定され、測定値と記憶されているデータとから、ＣＰＵ１０８により、トナー容器１０２内のトナー量が算出される。
【０００４】
静電容量検出装置１０７の動作を図１６を参照してより詳細に説明する。プロセスカートリッジ１０１が画像形成装置に装着されると、入力端子２１２は図示しない電気接点を介してアンテナ電極１０６に接続され、入力端子２０１は、現像バイアス電源の出力部に接続され、現像交流バイアスが印加される。
【０００５】
そして、現像交流バイアスが現像スリーブ１０４に印加されると、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６間の静電容量に応じた電流値の電流が入力端子２１２に流れ、ついでダイオード２１３を介して、オペアンプ２０４（抵抗２１１とコンデンサ２１０とともに積分回路２００を構成する）の反転端子に入力され、他方、現像バイアス電源の出力部に接続されている入力端子２０１には、コンデンサ２０２の容量に応じた電流値の電流が流れ、ついでダイオード２０３を介して、オペアンプ２０４の非反転端子に入力される。
【０００６】
すると、オペアンプ２０４の出力のレベルが、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６との間の静電容量と、コンデンサ２０２の容量との差に応じたレベルとなって、出力端子２１５から出力され、ＣＰＵ１０８（図１５）のアナログ入力端子に入力される。そして、ＣＰＵ１０８において、アナログ入力端子に入力されアナログ・デジタル変換されたデジタルデータと、記憶されているデータとが比較され、トナー容器１０２内のトナー量が算出される。
【０００７】
静電容量検出装置１０７の出力特性を図１７に示す。トナーがトナー容器１０２内に満杯状態の場合では、静電容量がＣｆとなり、検出電圧値がＶｆとなる。一方、静電容量値Ｃｅはトナー容器１０２内のトナーの不足によりプリント時の画像に画像不良が発生する場合の静電容量であり、この時の検出電圧値はＶｅとなる。
【０００８】
ここで、検出電圧の動作範囲は、接続するＣＰＵ１０８のアナログ入力電圧範囲に合わせて極力大きく設定する。
【０００９】
これにより、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６との間の静電容量のばらつき、ＣＰＵ１０８でのアナログ・デジタル変換時に発生する誤差、及び静電容量検出装置の特性ばらつき、といった画像形成装置内で発生する誤差の影響を小さくすることができる。
【００１０】
また、静電容量検出装置１０７は、画像形成装置へのプロセスカートリッジ１０１の着脱状態も検出している。プロセスカートリッジ１０１が未装着の場合には、現像スリーブ１０４とアンテナ電極１０６との間の静電容量値は、Ｃｎとなって、その静電容量はプロセスカートリッジ１０１が装着された場合よりも小さくなり、検出電圧Ｖｎが出力される。このように静電容量が小さくなるのは、プロセスカートリッジ１０１が未装着であれば、当然に、プロセスカートリッジ１０１内のアンテナ電極１０６が静電容量検出装置１０７の入力に接続されなくなるからである。このように、静電容量検出装置１０７のレベルを監視することにより、他に検出手段を設けることなく、プロセスカートリッジの装着状態を検出することが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
（１）しかしながら、図１７に示すように、トナー容器１０２内のトナー残量が小の状態における静電容量検出装置１０７の出力電圧と、プロセスカートリッジ１０１が装着されていない状態での出力電圧Ｖｎとの差が小さいため、例えば静電容量検出装置１０７の出力特性にばらつきがあった場合には、トナー残量が少であるにも関わらず、プロセスカートリッジ１０１が装着されていないと誤って検出されることがあった。
【００１２】
このような問題点を解決するには、プロセスカートリッジ１０１が装着されていない状態における静電容量検出装置の出力電圧と、トナー残量が少の状態における出力電圧との差が大きくなるように設定することが考えられるが、このようにすると、トナー量が少の状態における出力電圧と、トナー量が大の状態における出力電圧との差が小さくなって、トナー量を誤って検出するという問題が生じることになる。
【００１３】
（２）また、アンテナ電極１０６と静電容量検出装置１０７との電気接点において接触不良が生じることがあるが、このような場合、プロセスカートリッジ１０１が装着されていないと誤って検出されていた。
【００１４】
（３）さらに、トナー容器１０２内のトナー量が不足すると、画像不良が発生するが、この画像不良発生の起因となるトナー量を高精度で検出することができなかった。
【００１５】
本発明の第１の目的は、上記のような問題点を解決し、トナー残量をより高精度に測定することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、上記のような問題点を解決し、プロセスカートリッジの装着異常を検出することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の第３の目的は、上記のような問題点を解決し、画像不良発生の起因となるトナー残量を高精度で検出することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、現像剤としてトナーを用いる電子写真方式の画像形成装置において、少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第１変換手段と、前記コンデンサの静電容量であって、前記画像不良が発生するレベルのトナー残量からトナー空状態までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第２変換手段と、前記第１および第２変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー量を取得する取得手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１において、第１変換手段は、２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定することができ、第２変換手段は、前記２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有し、該負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定することができる。
【００２０】
請求項１または２において、２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体とすることができる。
【００２１】
請求項４の発明は、着脱可能なカートリッジ内にトナー容器を有する電子写真方式の画像形成装置において、前記トナー容器内に滞留するトナーと少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第１変換手段と、前記コンデンサの静電容量であって、前記画像不良が発生するレベルのトナー残量からトナー空状態までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する第２変換手段と、前記第１変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー残量を取得する取得手段と、前記第２変換手段による変換により得られた電圧に基づき前記カートリッジの装着状態を検知する検知手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項４において、第１変換手段は、２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定することができ、第２変換手段は、２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有し、該負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記カートリッジの装着状態を検知することができる。
【００２３】
請求項５において、負サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記カートリッジと画像形成装置を接続するための電気接点の異常状態を検出する異常状態検出手段を有することができる。
【００２４】
請求項６において、異常状態検出手段により異常状態が検出された場合に、前記取得手段によるトナー残量の取得を禁止する禁止手段を有することができる。
【００２５】
請求項４ないし７のいずれかにおいて、２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体とすることができる。
【００２６】
請求項９の発明は、現像剤としてトナーを用いる電子写真方式の画像形成装置において、少なくとも２つの電極部材とにより形成されるコンデンサの静電容量であって、トナー満杯から画像不良が発生するレベルのトナー残量までに応じて変化する静電容量をリニアに電圧に変換する変換手段と、該変換手段による変換により得られた電圧に基づきトナー残量を取得する取得手段と、前記画像不良が発生するレベルのトナー残量に対応する前記コンデンサの静電容量を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項９において、変換手段は、２つの電極のうちの一方の電極からの交流電流の正サイクルの半波電流を検出する正サイクル半波電流検出手段を有し、該正サイクル半波電流検出手段による検出結果に基づき前記コンデンサの静電容量を測定することができ、検出手段は、２つの電極のうちの他方の電極からの交流電流の負サイクルの半波電流を検出する負サイクル半波電流検出手段を有することができる。
【００２８】
請求項９において、検出手段により画像不良が発生するレベルのトナー残量が検出された場合に画像形成を停止させる停止手段を備えることができる。
【００２９】
請求項９ないし１１のいずれかにおいて、２つの電極部材のうちの一方の電極部材は、トナー担持体とすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。これは、画像形成装置の例であり、その構造を図２に示す。
【００３２】
この画像形成装置においては、記録紙トレイ４０２上にセットされた記録紙が、ピックアップローラ４０３の駆動によって１枚だけ記録紙トレイ４０２から送出され、給紙ローラ４０４によって矢印Ａの方向でレジストローラ４０５に搬送される。記録紙はレジストローラ４０５の駆動によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ４１０に搬送され、電子写真の一連の処理によって未定着トナー像が記録紙上に形成される。
【００３３】
プロセスカートリッジ４１０は、図１に示すように、トナーを収納したトナー容器７０２と、像担持体である感光ドラム７０５と、帯電装置である帯電ローラ７０３と、トナー担持体である現像スリーブ７０４と、図示しない感光ドラムクリーニング装置と、アンテナ電極７０６により構成されている。
【００３４】
帯電ローラ７０３によって感光ドラム７０５上の表面感光体への帯電後、像露光手段により画像信号の基づいた像露光が行われる。像露光はスキャナユニット４１４内のレーザ光源４１２からのレーザ光を回転するポリゴンミラー４１１と、反射ミラー４１３を経て主走査がなされるもので、感光ドラム４１５の回転（副走査）によって潜像が形成される。感光ドラム７０５上に形成された潜像は、現像スリーブ７０４によって現像されトナー像となる。現像スリーブ７０４は高圧電源に接続されており、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。
【００３５】
アンテナ電極７０６は金属製部材で構成されていて、トナー容器内部７０２に現像スリーブ７０４と対向して配置されている。現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６の間にはトナーが分布する。トナーの誘電率は空気よりも大であることから、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６間の静電容量は、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６間に分布するトナーの量に応じて変化し、分布するトナーの量が多い程大きくなる。
【００３６】
図３は図２の高圧電源４０６内の現像バイアス生成回路の構成を示す。図３において、５１３は直流バイアスを生成するトランスであり、トランジスタ５１５のスイッチングによって駆動され、２次側のコンデンサ５１２とダイオード５１０により整流され、負サイクルの直流電圧が生成される。出力電圧は抵抗５１１及び抵抗５２０によって分圧され、オペアンプ５１８で基準電圧源５１７の基準電圧と比較される。オペアンプ５１８の出力はトランジスタ５０９に結合され、トランス５１３への印加電圧を制限する。このように構成することにより、出力が−３００Ｖの直流電圧となるように制御される。
【００３７】
他方、交流バイアスは不図示のエンジンコントローラから出力されたクロック信号ＤＥＶＣＬＫによってトランジスタ５２０、５２１を介して駆動されるトランス５０１で生成される。交流バイアスは振幅Ｖｄ（＝１５００Ｖｐｐ）、周波数ｆｄ（＝３ｋＨｚ）の矩形波である。
【００３８】
このような方法によって感光ドラム７０５上に形成されたトナー像は、転写ローラ４０６で記録紙上に転写され、記録紙上に未定着トナー像が形成される。続いて、記録紙は定着ローラ４０７と加圧ローラ４０８に搬送され、ここで加熱加圧処理され、記録紙上のトナーが記録紙上に定着される。記録紙はさらに排紙ローラ４０９によって画像形成装置４１４外に搬送され、一連の記録処理を終える。これらの一連の処理は不図示のコントローラによって制御される。
【００３９】
図４は図１の静電容量検出装置７０７の構成を示す。静電容量検出装置７０７は現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６間の静電容量を検出することにより、トナー容器内のトナー量を検出するものである。図４において、６０１はアンテナ電極７０６の接続端子であり、プロセスカートリッジ４１０のアンテナ電極７０６に接続されている。現像バイアスが現像スリーブ７０４に印加されると、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６との間の静電容量値Ｃｔに比例した大きさの交流電流Ｉｔが流れる。交流電流Ｉｔは互いに逆方向に接続されたダイオード６０４とダイオード６０６によって整流され、ダイオード６０４には半波整流された半波電流Ｉｔ１が流れ、ダイオード６０６には半波電流Ｉｔ１と逆極性の半波電流Ｉｔ２が流れる。図５に現像バイアスと交流電流Ｉｔ、半波電流Ｉｔ１、Ｉｔ２の波形を示す。
【００４０】
半波電流Ｉｔ１は積分回路６１（オペアンプ６１４、抵抗６１６、コンデンサ６１５により構成されている）に入力され、半波電流Ｉｔ２は積分回路６２（オペアンプ６０９、抵抗６１２、コンデンサ６１により構成されている）にそれぞれ入力される。半波電流Ｉｔ１の平均電流値Ｉｔ１（ａｖ）と、半波電流Ｉｔ２の平均電流値Ｉｔ２（ａｖ）とは、次式で近似して表せる。なお、積分回路に入力される方向の電流を正とする。
Ｉｔ１（ａｖ）＝ｆｄ×Ｖｄ×Ｃｔ　　　…（１１）
Ｉｔ２（ａｖ）＝−ｆｄ×Ｖｄ×Ｃｔ　　…（１２）
ここで、Ｖｄは現像交流バイアスの振幅、ｆｄは現像交流バイアスの周波数である。
【００４１】
６０２は端子であり、プロセスカートリッジ４１０内の現像スリーブ７０４に接続してある。６０３は基準コンデンサである。基準コンデンサ６０３の静電容量値Ｃｒｅｆは、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６間の静電容量値に合わせて設定される。本実施の形態では、トナー容器７０２内のトナーの不足により起こる画像不良が発生する状態における現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６間の静電容量値に相当する１０ｐＦのコンデンサを使用している。
【００４２】
現像バイアスが印加されると、コンデンサ６０３の静電容量値に応じた大きさの交流電流Ｉｒが流れる。
【００４３】
交流電流Ｉｒはダイオード６０５とダイオード６０７によって整流され、ダイオード６０５には半波整流された半波電流Ｉｒ１が流れ、ダイオード６０７にはＩｒ１とは逆極性の半波電流Ｉｒ２が流れる。半波電流Ｉｒ１は積分回路６１に、半波電流Ｉｒ２は積分回路６２にそれぞれ入力される。交流電流Ｉｔと同様に、半波電流Ｉｒ１の平均電流値Ｉｒ１（ａｖ）と、半波電流Ｉｒ２の平均電流値Ｉｒ２（ａｖ）とは次式で近似して表せる。
Ｉｒ１（ａｖ）＝−ｆｄ×Ｖｄ×Ｃｒｅｆ　　…（２１）
Ｉｒ２（ａｖ）＝　　ｆｄ×Ｖｄ×Ｃｒｅｆ　　…（２２）
次に、積分回路の動作を説明する。これら積分回路はオペアンプの反転端子に入力される電流を平滑して直流電圧へ変換する。積分回路６１にはＩｔ１（ａｖ）＋Ｉｒ１（ａｖ）が入力され、積分回路６２にはＩｔ２（ａｖ）＋Ｉｒ２（ａｖ）が入力されるから、積分回路６１、６２の出力値Ｖｓ１及びＶｓ２は、次式で表せる。
Ｖｓ１＝Ｖｒ−Ｒｓ×ｆｄ×Ｖｄ×（Ｃｔ−Ｃｒｅｆ）　　…（３１）
Ｖｓ２＝Ｖｒ＋Ｒｓ×ｆｄ×Ｖｄ×（Ｃｔ−Ｃｒｅｆ）　　…（３２）
ここで、Ｖｒはオペアンプの非反転端子に入力される基準電圧源６０８の電圧値、Ｒｓは抵抗６１２及び抵抗６１６の抵抗値である。本実施の形態では、Ｖｔは３．０Ｖに設定してある。上式（３１）、（３２）から分かるように、積分回路６１、６２の出力値Ｖｓ１とＶｓ２は、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６との間の静電容量値Ｃｔに応じて変化する。２つの出力信号は、静電容量検出装置７０７の出力信号として、画像形成装置４１４を制御するエンジンコントローラのＣＰＵ７０８のアナログ入力端子に結合される。また、オペアンプ６０９、６１４の出力には、それぞれダイオード６１７、６１８が接続してある。このダイオード６１７、６１８は出力信号のレベルを制限するものであり、ＣＰＵ７０８（図１）のアナログ信号に入力可能範囲を超えた電圧が入力されることを防止している。ここでは、出力信号のレベルは３．２Ｖに制限される。
【００４４】
図６および図７はＶｓ１とＶｓ２の出力特性を示す図である。横軸は現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６との間の静電容量値Ｃｔであり、Ｃｆはトナー容器７０２内のトナーが満杯状態の時の静電容量値、Ｃｅはトナー容器７０２内のトナー量の不足によって起こる画像不良が発生するレベルの静電容量値である。また、Ｃｎはプロセスカートリッジ４１０が画像形成装置４１４に装着されていない状態の場合に相当する静電容量値である。出力信号Ｖｓ１はトナー容器７０２内のトナーが満杯状態から空状態までに０．３Ｖから３．０Ｖまで変動する特性となっている。
【００４５】
一方、ＣＰＵ７０８（図１）のアナログ端子の検出可能範囲は０Ｖから３．３Ｖであり、トナー容器７０２内のトナー量の変化に応じて、信号Ｖｓ１はアナログ端子の検出可能範囲のほぼ全域で変化する特性となっている。出力信号Ｖｓ１をＣＰＵ７０８内部でアナログ・デジタル変換し、図示しない記憶装置に予め記憶されているデータと比較することで、トナー容器７０２内のトナー残量を検出することができる。
【００４６】
これに対して、出力信号Ｖｓ２は、トナー容器７０２内のトナー量が変化する領域では、検出値の変化幅は少なく、トナーが空状態に近い状態における容量以下の領域で、検出値が変化し、プロセスカートリッジ４１０が画像形成装置４１４に装着されていない場合では、ほぼ０Ｖとなる特性となっている。出力信号Ｖｓ２をＣＰＵ７０８内部でアナログ・デジタル変換し、予め設定されたレベルと比較することで、プロセスカートリッジ４１０の装着状態を検知することができる。
【００４７】
図８はトナー容器７０２内のトナー量の検出手順の一例を示すフローチャートである。トナー量の検出は静電容量検出装置７０７の出力値Ｖｓ１を用いて行う。ステップＳ１００２において一連の処理で用いるパラメータの初期値設定を行う。ＣＰＵ７０８において行うタイマ動作のタイマ値Ｔａを０、静電容量検出装置７０７の出力値Ｖｓ１のＭＩＮ値Ｖｓ１（ｍｉｎ）３．３に設定する。
【００４８】
ここで、静電容量検出装置７０７の出力装置Ｖｓ１のＭＩＮ値について説明する。Ｖｓ１（ｍｉｎ）はトナー容器内のトナー攪拌手段によって周期的に変動する、現像スリーブ７０４とアンテナ電極７０６との間の静電容量値に伴って変化する静電容量検出装置７０７の出力値の最低値である。画像形成装置４１４では、Ｖｓ１（ｍｉｎ）からトナー量を判断する。
【００４９】
そして、ステップＳ１００３でタイマＡをスタートし、カウント動作を開始し、ステップＳ１００４でトナー検出が可能な状態かを表すフラグＴＳＥの状態を確認する。フラグＴＳＥは現像ＡＣバイアスが出力状態になり、出力信号Ｖｓ１が立ち上がった状態でのみ１となる。フラグＴＳＥが１の場合は、ステップＳ１００５に進み、出力信号Ｖｓ１の読み込みを行う。フラグＴＳＥが０の場合は、出力信号が有効でないと判断し、フラグＴＳＥが変化するまで処理を進めない。
【００５０】
ステップＳ１００６で読み込んだ出力値Ｖｓ１とＶｓ１（ｍｉｎ）の比較を行い、Ｖｓ１がＶｓ１（ｍｉｎ）よりも小さい場合は、Ｖｓ１（ｍｉｎ）の値を更新する。ステップＳ１００８ではタイマＡ値のチェックを行い、処理の時間が１５ｓｅｃ以上経過した場合は、ステップＳ１００９へ進み、１５ｓｅｃに達していない場合は、再び、ステップＳ１００４へ進み、出力値のサンプリングを続行する。ステップＳ１００９でタイマＡの動作を停止した後、ステップＳ１０１０でトナー量への換算を行う。トナー量への変換は図示しないエンジンコントローラ内の記憶装置に予め記憶されたデータテーブルを用いて行う。このデータテーブルは、図９に示すように構成してあり、出力電圧に対してのトナー量の関係が設定されている。例えば、Ｖｓ１（ｍｉｎ）が１．６３Ｖの場合は、データテーブルより、トナー量は３３％に変換される。
【００５１】
ステップＳ１０１１では変換されたトナー量の値を画像形成装置４１４のオペレーションパネル４０１に表示し、一連の処理を終了する。
【００５２】
図１０はプロセスカートリッジ４１０装着状態の検知を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。プロセスカートリッジ４１０装着状態の検知は静電容量検出装置７０７の出力値Ｖｓ２を用いて行う。ステップＳ１１０２において一連の処理で用いるタイマ値ＴＢの初期設定を行う。ついで、ステップＳ１１０３で現像交流バイアスを駆動した後、ステップＳ１１０４、ステップＳ１１０５でタイマＢによるカウントにより１０ｍｓｅｃウエイトする。この時間は現像交流バイアスが立ち上がる時間と、静電容量検出装置７０７の出力値Ｖｓ２の信号が立ち上がるのに要する時間である。
【００５３】
ステップＳ１１０６でＶｓ２を読み込み、ステップＳ１１０７で読み込んだＶｓ２のレベルを所定レベルと比較することで、プロセスカートリッジ４１０装着状態を判断する。Ｖｓ２が１Ｖ以下であるならば、プロセスカートリッジ４１０は装着されていないと判断し、１Ｖ以上であるならばプロセスカートリッジ４１０は装着されていると判断する。ステップＳ１１０８、ステップＳ１１１２ではステップＳ１１０７での結果に基いてプロセスカートリッジの装着状態を示すフラグＣＲＧＤをセットする。続いてステップＳ１１０９で現像交流バイアスをオフし、タイマＢを停止して一連の処理を終了する。画像形成装置４１４は、全ての制御においてプロセスカートリッジ４１０の装着状態を、フラグＣＲＧＤの状態で判断する。プロセスカートリッジ４１０が装着状態の場合はプリント動作可能な状態とし、非装着の場合はオペレーションパネル４０１に情報を表示してユーザに通知する。
【００５４】
以上説明したとおり、本実施の形態では、トナー量に応じて変化するアンテナ電極７０６からの電流を半波電流に分離し、分離した電流をそれぞれ特性の異なる検出回路で検出し、トナー量の検出とプロセスカートリッジ装着の検出を異なる検出回路を用いて行った。これにより、トナー量検出精度を良好に維持しつつ、プロセスカートリッジ装着状態を高い信頼性で検知することが可能となった。
【００５５】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、従来例との比較でいえば、プロセスカートリッジと静電容量検出装置の電気的な接触不良を検知することができるようにした点が異なる。
【００５６】
本実施の形態に係る画像形成装置は、第１の実施の形態に係る画像形成装置と同一構成を有する。そして、本実施の形態に係る静電容量検出装置は、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置７０７と同一構成を有し、トナー容器内に設けたアンテナ電極と静電容量検出装置が電気的に導通状態となっていない場合には、静電容量検出装置の一方の入力端子からは電流が入力しなくなるが、他方の入力端子には、現像バイアスが入力され、静電容量検出装置の出力は、例えば、出力値Ｖｓ１が３．２Ｖ、出力値Ｖｓ２が０．３Ｖとなる。
【００５７】
本実施の形態における処理手順を図１１を参照して説明する。ステップＳ１３０２で静電容量検出装置の出力値Ｖｓ２を読み込み、ステップＳ１３０３で読み込んだ出力値を１Ｖ（所定レベル）と比較する。そして、読み込んだ出力値Ｖｓ２が０．３Ｖであって、１Ｖ以下の場合には、アンテナ電極７０６と静電容量検出装置７０７が電気的に導通状態となっていないと判断して、ステップＳ１３１５に進み、静電容量検出装置が異常状態であることをオペレーションパネルに表示してユーザに通知する。その後、この処理を終了し、トナー量の検出は行わない。
【００５８】
他方、ステップＳ１３０３で出力値Ｖｓ２が１Ｖ以上の場合は、ステップＳ１３０４〜Ｓ１３１３において、図８のステップＳ１００３〜Ｓ１０１１の手順と同様にして、トナー容器内のトナー量を検出し、トナー量情報をオペレーションパネルに表示する。
【００５９】
以上説明したとおり、本実施の形態では、トナー量に応じて変化するアンテナ電極７０６からの電流を半波電流に分離し、分離した電流をそれぞれ特性の異なる検出回路で検出し、一方の検出回路の結果に基いてトナー量の検出を行い、他方の検出回路の結果に基いてプロセスカートリッジ４１０の接点の異常を検知し、プロセスカートリッジ４１０の接点の異常を検知した場合は、トナー量の検出処理を停止するようにした。
【００６０】
これにより、トナー量検出精度を良好に維持しつつ、プロセスカートリッジの接点異常を高い信頼性で検出することができ、さらに異常を検出した場合にはトナー量検出処理を停止するようにしたので、接触不良が発生した場合におけるトナー量誤検知を防止することができる。
【００６１】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、従来例との比較でいえば、トナー容器内のトナー量が画像不良の原因となるトナー量になったとき、プリント動作を停止できるようにした点が異なる。
【００６２】
本実施の形態に係る画像形成装置は、第１の実施の形態に係る画像形成装置とは、静電容量検出装置を除き同一構成を有する。本実施の形態に係る静電容量検出装置は、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置７０７との比較でいえば、抵抗６１２に相当する抵抗の抵抗値を異ならせて、トナー容器内のトナー量不足による画像不良が発生する静電容量Ｃｅで出力信号Ｖｓ２が急激に変化するようにした点が異なる。
【００６３】
図１２は本実施の形態における静電容量に対するＶｓ１の特性の一例を示し、図１３は本実施の形態における静電容量に対するＶｓ２の特性の一例を示す。
【００６４】
本実施の形態における処理手順を図１４のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１５０２において一連の処理で用いるパラメータの初期値設定を行う。ＣＰＵ７０８において行うタイマ動作のタイマ値Ｔａを０、静電容量検出装置７０７の出力値Ｖｓ１のＭＩＮ値Ｖｓ１（ｍｉｎ）３．３に設定する。そして、ステップＳ１５０３でタイマＡをスタートし、カウント動作を開始し、ステップＳ１５０４でトナー検出が可能な状態かを表すフラグＴＳＥの状態を確認する。ステップＳ１５０５で出力値Ｖｓ２を読み込み、続いてステップＳ１５０６で読み込んだ値が２Ｖ以上であるかを判断する。
【００６５】
出力値Ｖｓ２が２Ｖ以下でない場合はステップＳ１５０７へ進み、トナー量の検出を行う。一方、出力値Ｖｓ２が２Ｖ以下の場合は、トナー量が画像不良を発生するレベル以下であると判断し、ステップＳ１５１４でタイマＡを停止した後、ステップＳ１５１５へ進みプリント動作停止処理を行う。更に、ステップＳ１５１６でプロセスカートリッジ７０１のトナーが空状態であることをオペレーションパネル４０１に表示することで、ユーザに新しいプロセスカートリッジへの交換を促す。
【００６６】
以上説明したとおり、トナー量に応じて変化するアンテナ電極からの電流を半波電流に分離し、分離した電流をそれぞれ特性の異なる２つの検出回路で検出する。２つの検出回路の特性は異なっており、一方の検出回路ではトナー容器内のトナー量が満杯状態から空状態で変化する検出特性に設定し、トナー容器内のトナー量の検出に用いる。他方の検出回路ではトナー量が画像不良を発生するレベルで急激に変化する特性に設定し、出力レベルを検出することで画像不良の発生を防止する構成とした。
【００６７】
これにより、トナー量検出精度を良好に維持しつつ、プロセスカートリッジのトナー容器内トナーが画像不良を発生するレベルであるか否かの検出が可能となった。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように構成したので、トナー残量をより高精度に測定することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、上記のように構成したので、プロセスカートリッジの装着異常を検出することができる。
【００７０】
さらに、本発明によれば、上記のように構成したので、画像不良発生の起因となるトナー残量を高精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】画像形成装置４１４の構造を示す断面図である。
【図３】図２の高圧電源４０６内の現像バイアス生成回路の構成を示す回路図である。
【図４】図１の静電容量検出装置７０７の構成を示す回路図である。
【図５】現像バイアスと交流電流Ｉｔと半波電流Ｉｔ１、Ｉｔ２の波形を示す図である。
【図６】第１の実施の形態における静電容量に対するＶｓ１の特性の一例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態における静電容量に対するＶｓ２の特性の一例を示す図である。
【図８】トナー容器７０２内のトナー量の検出手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】出力電圧とトナー量との対応関係をテーブルにして示す図である。
【図１０】プロセスカートリッジ４１０装着状態の検知を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施の形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施の形態における静電容量に対するＶｓ１の特性の一例を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における静電容量に対するＶｓ２の特性の一例を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態における処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１５】従来例においてトナー量の検出を説明するための説明図である。
【図１６】図１５の静電容量検出装置１０７の構成を示す回路図である。
【図１７】従来例における静電容量に対する静電容量検出装置１０７の出力電圧の特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
４０６　高圧電源
４１０　プロセスカートリッジ
７０２　トナー容器
７０３　帯電ローラ
７０４　現像スリーブ
７０５　感光ドラム
７０６　アンテナ電極
７０７　静電容量検出装置
７０８　ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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