(57)【要約】【課題】  攪拌部材を備えた現像装置においても、攪拌部材の影響を受けることなく、正確なトナー残量を検出することの出来る画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像バイアスを印加する現像スリーブと、トナー残量検知電極間の静電容量の変化を検知して、トナー残量を検知する画像形成装置において、攪拌部材によってトナーが攪拌される周期Ａで検知される電圧値が上下する。画像形成期間Ｂは攪拌周期Ａよりも短いため、Ｂのタイミングによって検出される電圧値もばらつきを生じる。この場合に、Ｂよりも短い区間Ｄの平均値を検出し、それを攪拌周期Ａよりも長い区間Ｃの間繰り返す。その中で得られた平均値の内、最小を示すものを検出電圧値として採用し、この値に基づいてトナー残量を算出することで、正確なトナー残量検知を行う。【選択図】        図１
2005309145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、
前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期と、記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも短い区間での検出信号を平均化し、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間平均化を複数回繰り返し、平均化された複数の前記信号の中で、前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知すること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、
を特徴とする、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、
前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、
前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間所定のタイミングで検出信号を検知し、前記信号の中で前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知すること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、
を特徴とする請求項８又は９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、
を特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１５】
現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の周期に応じて前記現像剤残量検知手段の出力信号が変化し、変化幅が現像剤残量によって変わり、前記変化幅の大きさに応じて前記出力信号の処理を変えること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
前記出力信号の処理は、前記変化幅が所定の値より大きくなった場合に、前記攪拌手段の１周期よりも短い区間で検知された出力信号を平均化し、前記攪拌手段の１周期よりも長い期間平均化を複数回繰り返し、平均化された複数の前記信号の中で、前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知する処理であること、
を特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記出力信号の処理は、前記変化幅が所定の値より大きくなった場合に、前記攪拌手段の１周期よりも長い期間で出力信号を検知し、前記信号の中で前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知する処理であること、
を特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１８】
複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、
を特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２１】
前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２２】
前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、
を特徴とする請求項１５乃至２１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２３】
前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特にレーザービームプリンタ等の電子写真方式による電子写真画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホストコンピュータから送られる画像信号に基づいて画像を形成する画像形成装置には、電子写真方式、インクジェット方式、感熱方式等様々な方式の装置がある。これらの中で電子写真方式の画像形成装置は、高速、高画質、静粛性等の利点から近年大いに普及している。
【０００３】
＜画像形成プロセスについて＞
図１６は、従来の電子写真方式を利用した画像形成装置の一例を示す構成概略図である。
【０００４】
この画像形成装置１１１は、プロセスカートリッジ１１０を着脱自在として備えている。感光ドラム１０１を矢印方向（時計方向）に回転駆動し、その表面を帯電バイアスが印加された帯電ローラ１０２で均一に帯電した後、レーザー露光装置１０３によって入力画像信号に応じた画像露光Ｌを行い、静電潜像を形成する。この静電潜像は、トナー１０４ａを表面に薄層担持した現像装置１０５の現像スリーブ１０６によりトナー像１０４ｂとして現像される。感光ドラム１０１上に形成されたトナー像１０４ｂは、感光ドラム１０１と転写ローラ１０７間の転写ニップ部Ｎに搬送される用紙などの転写材Ｐに、転写バイアスが印加された転写ローラ１０７によって転写される。
【０００５】
即ち、転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１０１に接する転写ローラ１０７には、トナーと逆極性の転写バイアスが印加され、転写材Ｐのトナー像が形成されていない背面側からトナーと逆極性の電荷が付与されることにより、感光ドラム１０１上のトナー像１０４ｂが転写材Ｐ表面に転写される。
【０００６】
転写材Ｐは転写されたトナー像１０４ｃを保持し定着装置１０８に搬送され、この定着装置１０８でトナー像を転写材Ｐ表面に熱定着した後、外部に排出される。また、上記転写後に感光ドラム１０１上に残留している転写残トナー１０４ｄは、クリーニングブレード１０９で除去されて回収される。これら一連の画像形成プロセスの内、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像装置１０５、現像スリーブ１０６、クリーニングブレード１０９を一体的に包含してプロセスカートリッジ１１０としている。
【０００７】
このようなレーザー露光方式による画像形成装置１１１は、外部情報処理機器（不図示）から送られた画像データに基づいてレーザーＯＮ／ＯＦＦ信号を生成し、これによって半導体レーザーダイオードを駆動して発光させることで画像露光Ｌを行い、入力した画像データに対応したレーザー露光によって静電潜像を形成し画像形成を行っている。
【０００８】
＜プロセスカートリッジについて＞
電子写真方式の画像形成装置の各構成部品は、画像形成を行う度に磨耗若しくは消耗していく為、一定量の画像形成を行った後にメンテナンスを行う必要がある。特にトナーは画像形成によって消費されていく為交換の必要性が生じてくる。
【０００９】
そこで、これら消耗品の交換を出来るだけ容易に行う為に、感光ドラムユニットとトナーカートリッジを独立に交換可能に構成した方式や、前述のように感光ドラム、帯電ローラ、現像装置、現像スリーブ、クリーニングブレード等をコンパクトに一体化したプロセスカートリッジ方式を採る場合が多い。前者は主に複写機等で用いられており、感光ドラムが寿命に達した場合は感光ドラムユニットのみ、トナーが無くなった場合はトナーカートリッジのみ交換する。各々の寿命は各寿命検知手段によって画像形成装置の表示パネル等によって警告を発するなどしてユーザーに知らしめる。
【００１０】
一方、後者のプロセスカートリッジ方式では、トナーが無くなった場合にプロセスカートリッジごと交換する為、扱いが容易であるという長所を有する。又、装置のメンテナンスをサービスマンによらずユーザー自身で行うことが出来る為操作性を格段に向上することが可能となる。近年、レーザービームプリンタをはじめとする小型の画像形成装置を中心に広く普及している。
【００１１】
このようなプロセスカートリッジではトナーの枯渇による画像不良発生を防ぐ為、何らかの手段によってトナー残量に関する情報を検知し、その結果を画像形成装置、若しくは接続しているホストコンピュータ等に報知し、ユーザーに知らしめることが多い。
【００１２】
＜トナー残量検知について＞
トナー残量の検知手段としては各種の方式があり、ピエゾ素子やフォトカプラによって、複数のトナー残量レベルを検出する方法（下記特許文献１）や、トナーを収容するトナー容器内部を透過する光量を検知する光学方式（下記特許文献２）、画像形成装置内またはプロセスカートリッジ内に配設された板金状の電極部材と、トナーを感光体上の現像部へと搬送する現像剤担持体の間の静電容量を測定することにより、トナーの量を逐次に検出する方法（下記特許文献３）が提案されている。
【００１３】
このような現像剤残量検出装置によって検出したトナー量は、ユーザーが認識出来るように表示手段に表示する。ユーザーはこれを確認し、トナーの残量が少ない為次のプロセスカートリッジを用意すべきか否か、又は多量のプリントをするがトナー残量は十分か、等を認識する事が出来、プリント作業を効率良く行え、プロセスカートリッジを有効に使うことが出来るのである。
【００１４】
上述の方法のうちでも、電極部材間の静電容量を測定することによってトナーの残量を検出する方法は、付加する回路が比較的簡単であり精度的にも高い為、広くプロセスカートリッジに用いられている。この方法を用いた場合にはトナー残量検知として、出力側となる電極たる板金を現像スリーブに対向する箇所に、入力側となる電極たる板金を出力側電極板金に対向する箇所等に設け、それぞれをコンデンサの電極として用い、静電容量がトナー量に応じて変化する事を利用している。即ち、この板金と現像スリーブで構成されたコンデンサ間の空間がトナーで埋まっていれば静電容量は大きくなり、トナー量の減少と共に上記空間に空気の占める割合が多くなり静電容量が小さくなることを利用するものである。
【００１５】
図１７は、上述の静電容量によってトナー残量を検知する方式を用いた現像装置の概略断面図であり、１０６は像担持体たる現像スリーブ、１１３は現像容器１０５内のトナーを攪拌する為の攪拌部材、１１２は像担持体上のトナーを規制するための現像ブレード、１１４はトナー残量を検知する為の静電容量検知部材としての検知電極である。この場合、現像スリーブに印加される現像バイアスを静電容量の検知電圧として用いており、画像形成期間中にトナー残量を検知する。
【００１６】
攪拌部材１１３は図１７中の破線で示した軌跡に沿って矢印の方向に回転運動をする。攪拌部材としてシート状の部材を用いた場合、回転運動に伴ってトナーは攪拌、搬送される。その為、攪拌部材の回転周期で現像スリーブ１０６と検知電極１１４との間の静電容量が変化し、攪拌部材の位置によって検知されるトナー量が変化してしまうことがあった。
【００１７】
これを防止する為、攪拌部材の位置を検知する位置検知手段を有し、トナー残量検知に影響を与えない位置である時に検知を行う方法（下記特許文献４）や、記録媒体１枚に対する画像形成期間中に、少なくとも攪拌部材が１周期以上の周回運動をする場合に、出力のピーク値に基づいてトナー残量を検知する方法（下記特許文献５）が開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−１７６９６２号公報
【特許文献２】特許第２６０６８８６号公報
【特許文献３】特開２０００−２０６７７４号公報
【特許文献４】特開平８−２４８７５９号公報
【特許文献５】特開平９−２１１９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来技術では記録媒体１枚に対する画像形成期間中に攪拌部材が１周期以上の運動を行えば良いが、記録媒体１枚に対する画像形成期間中よりも攪拌部材の１周期の方が長い場合には対応できず、検出した信号が大きくばらついてしまうことがあった。
【００１９】
特に、攪拌部材がシート状部材等の搬送力の強い部材で構成されている場合、攪拌部材の動きに応じてトナーも大きく動く。従って、検知したトナー残量が攪拌部材の周期によって大きく振れ、トナー残量検知を行う記録媒体１枚に対する画像形成期間中に攪拌部材が動いた位置によって検出した信号にばらつきが生じてしまう。図１８に示したように、トナー残量出力値は攪拌周期Ａと同じ周期的な変化をする。画像形成期間Ｂは攪拌周期Ａよりも小さい為、１回目のトナー残量検出区間Ｂ１での検出値と２回目のトナー残量検出区間Ｂ２の検出値は大きく異なってしまう。これは、記録媒体１枚に対する画像形成期間と、攪拌部材１周期の時間の差が大きいほど顕著なものとなる。
【００２０】
そのため、実際のトナー残量に応じない静電容量値を検知してしまい、十分なトナー残量があるにもかかわらずトナー少量の表示がなされたり、反対に、画像に影響を及ぼす程度にトナーが消費されていてもトナー少量表示がなされないといったことが起きる可能性があった。
【００２１】
又、攪拌部材の位置を検知する位置検知手段を設ける場合は、装置が複雑、大型化してしまい好ましくない。
【００２２】
画像形成装置、プロセスカートリッジは高速化、長寿命化、大容量化が進んでおり、現像容器内のトナーへの負荷を小さくするためにも、攪拌部材を速く回転させることが困難となってきている。そのため、記録媒体１枚に対する画像形成期間と、攪拌部材１周期の時間の差が大きいことが多く起こり得る。
【００２３】
本発明は係る問題点に鑑みて為されたものであり、装置の複雑化及びコスト面での不具合を生じることなく、現像容器内の現像剤残量を攪拌部材の影響を極力排除し、精度よく検出できる画像形成装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記課題を解決するため、本発明に於いては、以下の構成を有する。
【００２５】
（１）現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、
前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期と、記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも短い区間での検出信号を平均化し、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間平均化を複数回繰り返し、平均化された複数の前記信号の中で、前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知すること、
を特徴とする画像形成装置。
【００２６】
（２）複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする前記（１）に記載の画像形成装置。
【００２７】
（３）前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、
を特徴とする前記（１）又は（２）に記載の画像形成装置。
【００２８】
（４）前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２９】
（５）前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３０】
（６）前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、
を特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３１】
（７）前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３２】
（８）現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、
前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間所定のタイミングで検出信号を検知し、前記信号の中で前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知すること、
を特徴とする画像形成装置。
【００３３】
（９）複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする前記（８）に記載の画像形成装置。
【００３４】
（１０）前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、を特徴とする前記（８）又は（９）に記載の画像形成装置。
【００３５】
（１１）前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする前記（８）乃至（１０）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３６】
（１２）前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする前記（８）乃至（１１）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３７】
（１３）前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、を特徴とする前記（８）乃至（１２）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３８】
（１４）前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする前記（８）乃至（１３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３９】
（１５）現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、
を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、
前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、
前記攪拌手段の周期に応じて前記現像剤残量検知手段の出力信号が変化し、変化幅が現像剤残量によって変わり、前記変化幅の大きさに応じて前記出力信号の処理を変えること、
を特徴とする画像形成装置。
【００４０】
（１６）前記出力信号の処理は、前記変化幅が所定の値より大きくなった場合に、前記攪拌手段の１周期よりも短い区間で検知された出力信号を平均化し、前記攪拌手段の１周期よりも長い期間平均化を複数回繰り返し、平均化された複数の前記信号の中で、前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知する処理であること、
を特徴とする前記（１５）に記載の画像形成装置。
【００４１】
（１７）前記出力信号の処理は、前記変化幅が所定の値より大きくなった場合に、前記攪拌手段の１周期よりも長い期間で出力信号を検知し、前記信号の中で前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知する処理であること、
を特徴とする前記（１５）に記載の画像形成装置。
【００４２】
（１８）複数の異なるサイズの記録媒体に画像形成を行うことが可能で、用いる記録媒体の内、最大サイズの記録媒体の画像形成期間よりも前記攪拌手段の１周期の方が長いこと、
を特徴とする前記（１５）乃至（１７）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００４３】
（１９）前記攪拌手段は回転軸を中心に回転するシート状の部材であること、を特徴とする前記（１５）乃至（１８）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００４４】
（２０）前記現像剤残量検知手段の前記電極の内、一方が現像剤担持体であること、
を特徴とする前記（１５）乃至（１９）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００４５】
（２１）前記現像剤残量検知手段は、所定の期間内で検出された信号の内、現像剤残量が最大と検知した時の出力からの、前記現像剤残量検知手段の出力の変化量に基づいて現像剤残量を検知すること、
を特徴とする前記（１５）乃至（２０）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００４６】
（２２）前記プロセスカートリッジは記憶手段を有し、前記記憶手段は読み込み、書き込み可能な不揮発性メモリ、又は電源を備えた揮発性メモリであること、を特徴とする前記（１５）乃至（２１）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００４７】
（２３）前記記憶手段は、現像剤の最大を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値と、過去の現像剤残量の内、最小を検出した時の前記現像剤残量検知手段の出力値を記憶すること、
を特徴とする前記（１５）乃至（２２）のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００４８】
現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期と、記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも短い区間での検出信号を平均化し、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間平均化を複数回繰り返し、平均化された複数の前記信号の中で、前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知するので、検出電圧値は攪拌部材の影響を極力排除することが出来、その電圧値に基づいて精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。又、別途攪拌部材位置検知手段等を設けることなく、精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。
【００４９】
又、本出願に係る第８の発明によれば、現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、前記攪拌手段の１周期は記録媒体１枚に対する画像形成期間よりも長く、前記現像剤残量検知手段は、前記攪拌手段１周期よりも長い期間の間所定のタイミングで検出信号を検知し、前記信号の中で前記現像剤残量の最大に対応した値に基づいて、前記現像剤収容部内の現像剤残量を検知するので、検出電圧値は攪拌部材の影響を極力排除することが出来、その電圧値に基づいて精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。又、別途攪拌部材位置検知手段等を設けることなく、精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。
【００５０】
又、本出願に係る第１５の発明によれば、現像剤収容部と、前記現像剤を静電潜像に現像する為の現像剤担持体と、前記現像剤収容部の現像剤を攪拌する攪拌手段と、前記現像剤収容部内の現像剤残量に応じた信号を逐次出力可能な現像剤残量検知手段と、を有するプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成装置において、前記現像剤残量検知手段は、画像形成期間中に印加される前記現像剤を静電潜像に現像する為のバイアスによって、少なくとも２つの電極間の現像剤残量に応じた静電容量を測定することによって得られる信号を出力し、前記攪拌手段の周期に応じて前記現像剤残量検知手段の出力信号が変化し、変化幅が現像剤残量によって変わり、前記変化幅の大きさに応じて前記出力信号の処理を変えるので、検出電圧値は攪拌部材の影響を極力排除することが出来、その電圧値に基づいて精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。又、別途攪拌部材位置検知手段等を設けることなく、精度の良いトナー残量検知を行うことが出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００５２】
本発明に於ける第１の実施例について説明する。
【００５３】
＜画像形成装置及び画像形成プロセス説明＞
図２は本実施例の画像形成装置の概略機構を示す模式断面図である。電子写真技術を利用した画像形成装置１２は、像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には感光ドラム１の回転方向に沿って順に、帯電ローラ２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニングブレード５が配設されており、帯電ローラ２と現像装置３間の上方には露光装置６が配設されている。感光ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップＮの転写材搬送方向の下流側には、定着装置７が配設されている。そしてこれらの内、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、クリーニングブレード５が一体的に包含され、画像形成装置１２本体に着脱自在なプロセスカートリッジ１３を形成している。
【００５４】
感光ドラム１は、アルミニウム製のドラム基体上にＯＰＣ感光層を有しており、画像形成装置１２側に設けられた駆動手段（不図示）により所定の周速で矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。帯電手段としての帯電ローラ２は、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する。帯電バイアスとしては帯電ローラ２が十分に放電するＡＣ電圧Ｖｐｐに、ドラム上暗部電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧Ｖｐｒｄｃを重畳印加する。帯電バイアスの交流ＡＣ成分は、感光ドラム１、帯電ローラ２間に常に一定の電流が流れるような定電流制御を行っている。露光装置６は、入力される画像情報に基づいてレーザー出力部（不図示）から出力し、帯電された感光ドラム１表面を走査露光Ｌすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００５５】
現像装置３は、開口部に感光ドラム１表面と対向し配接され、所定の間隔を保持して回転自在な現像スリーブ８、現像剤としてのトナー９、トナーを攪拌する回転自在な攪拌部材１０、現像スリーブ８上のトナーを摩擦帯電する為の現像ブレード１１を備えている。攪拌部材１０は厚さ２００μｍのＰＰＳシートを用い、５秒で１回転する。この攪拌部材１０によって現像スリーブ８へと搬送され、トナー９は現像スリーブ８に取り込まれ、その際にトナー９は現像ブレード１１によって層厚を規制され、同時に摩擦によって帯電され現像領域に送られる。現像領域において感光ドラム１上の静電潜像にトナー９を付着させてトナー像として顕像化する。現像スリーブ８中には、磁極Ｎ・Ｓが交互に複数個形成されたマグネットローラ（不図示）が現像スリーブ８に対して不動に配設されている。マグネットローラは回転動作を行わず、常に一定の位置に保持され、同じ磁極の方向に保たれる。現像ブレード１１はトナー９に現像に必要な電荷を与え、現像スリーブ８上のトナーの層厚規制をする。トナー９には１成分磁性現像剤を用い、反転現像を行う。尚、トナーは１成分磁性現像剤を用いたが、これに限られたものではない。現像スリーブ８からは不図示の電源から直流ＤＣと交流ＡＣを重畳印加した現像バイアスにより、現像領域内に送られたトナーは感光ドラム１上に飛翔する。現像バイアスはＤＣ電圧をＶｄｃ＝−６００Ｖとして、ＡＣ電圧のＶｐｐはＶｐｐ＝１５００Ｖで、周波数２５００Ｈｚの矩形波を用いた。
【００５６】
転写手段としての転写ローラ４は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成し、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光ドラム１と転写ローラ４間の転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のトナー像を用紙などの転写材Ｐに転写する。定着装置７は、内部にハロゲンヒータ（不図示）を備えた加熱ローラと加圧ローラを有しており、定着ローラと加圧ローラ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱、溶融、加圧して熱定着させ、永久画像とする。定着が終了した転写材Ｐ上の永久画像は、画像形成装置１２外へと排出される。
【００５７】
クリーニング手段としてのクリーニングブレード５は、感光ドラム１上に転写されずに残留したトナーをクリーニングし、感光ドラム１は再度画像形成に供される。
【００５８】
プロセスカートリッジ１３は５００ｇのトナーを充填しており、Ａ４用紙４％印字で１０，０００枚の寿命としている。
【００５９】
又、プロセスカートリッジには記憶手段（メモリ）１４が設けられており、カートリッジ固有の情報が格納出来るようになっている。
【００６０】
＜トナー残量検知説明＞
次に図３を用いて、本実施例に使用される静電容量値の変化を利用したトナー残量検知手段について説明する。
【００６１】
プロセスカートリッジ１３には、現像装置３内に現像剤残量検知の為のプレートアンテナ板金（以下ＰＡと略記する）１５と、ＰＡ板金１６の２枚の平行板金がプロセスカートリッジ内の長手方向に伸び、互いが対向するように固定配設されている。
【００６２】
現像バイアスには電源１７から直流と交流成分を重畳した現像バイアスが印加され、トナーを感光ドラム１へと飛翔させる。ＰＡ１６には現像バイアスと同一の電源１７から残量検出バイアスを印加する。その際にＰＡ１５に誘起される電流値を測定し、トナー残量検知検出部１８によってＰＡ１５、１６間、又はＰＡ１５、現像スリーブ８間の静電容量を測定する事が出来る。
【００６３】
トナー残量は、トナー残量が多い場合には現像装置３内に十分にトナーが充填されている状態であるので、ＰＡ１５、１６間の静電容量を測定する事により検知し、トナー残量が少ない場合には現像装置３内にはトナーが少なく、現像スリーブ８近傍にある程度なので、ＰＡ１５、現像スリーブ８間の静電容量を測定する事により検知する事が出来る。
【００６４】
ＰＡ１６は画像形成装置１２の現像剤残量検知機構における、検出電圧が入力される入力電極部材であり、ＰＡ１５はＰＡ１６、又は現像スリーブ８との間に存在する現像剤量（トナー残量）に応じた静電容量を画像形成装置１２に出力する出力電極部材として機能するのである。
【００６５】
２枚の電極部材である板金間の静電容量Ｃは、板金の面積Ｓ、距離ｄ、２枚の板金間の比誘電率Ｋεと以下の式（１）の関係にある。
【００６６】
Ｃ＝Ｋε×Ｓ／ｄ                ・・・（１）
比誘電率Ｋεは板金間のトナーの量に応じて変化する値である。板金間でのトナーの割合が多いとＫεは大きくなり、少ないとＫεは小さくなる事からトナー残量と静電容量が関係付けられ、比誘電率Ｋεよりトナー残量を換算する。
【００６７】
本実施例で用いた構成としては、ＰＡ１５及びＰＡ１６に面積Ｓ＝１５ｃｍ２の非磁性のＳＵＳ板を用いた。現像スリーブ８とＰＡ１５の距離が２．５ｍｍ、ＰＡ１５とＰＡ１６の距離は３ｍｍである。本実施例ではＳＵＳ板を使用したが、導電性を持つ材料であれば特に限定されること無く使用することが出来る。
【００６８】
＜トナー残量検知回路説明＞
次に、図４及び図５を用いて本実施例に使用されるトナー残量検知回路の一例を説明する。
【００６９】
図４にカートリッジ１３が画像形成装置１２に正常に装着されたときのトナー残量検知部１８の回路構成を示す。画像形成装置１２とプロセスカートリッジ１３には不図示の電気接点が設けられており、プロセスカートリッジ１３が画像形成装置１２に装着された際にこの電気接点を通じてＰＡ板金１５、１６と画像形成装置１２内のトナー残量検知検出部１８が電気的に接続される。
【００７０】
現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源１７から所定のＡＣバイアスを出力すると、その印加バイアスは、リファレンス用コンデンサ１９（静電容量Ｃ１；固定値）と、現像スリーブ８と、入力用ＰＡ板金１６とにそれぞれ印加される。これによって、リファレンス用コンデンサ１９の両端には電圧Ｖ１が発生する。そして、現像スリーブ８とＰＡ板金１５間の静電容量（静電容量Ｃ２；トナー残量によって可変）と、ＰＡ板金１５、１６間の静電容量（静電容量Ｃ３；トナー残量によって可変）との合成容量（Ｃ４＝Ｃ２＋Ｃ３）に対しては電圧Ｖ２が発生する。検出回路２０はこの電圧Ｖ１、Ｖ２との電圧差から測定値である電圧Ｖ３を生成し、ＡＤ変換部２１に出力し、ＡＤ変換部２１はアナログ電圧Ｖ３をデジタル変換した結果を制御部２２に出力する。制御部２２は、このデジタル値に変換された電圧値Ｖ（以下この値を検出値と呼ぶ、単位はＶ）からプロセスカートリッジ内の現像剤量を求める。測定には現像バイアスを用いている為、現像プロセスと同時にトナー残量の測定も行っている。
【００７１】
以上のようにトナー残量検知検出部１８によって、検出された検出値は画像形成装置本体の制御部２２にて電圧に変換され、通常の場合図５のような電圧値Ｖで出力されている。このトナー残量検知機構によって、画像形成装置１２は現像装置３内のトナー９の消費に応じて逐次にその残量を検知する。本実施例の方式では、図５の領域Ａまでは検出値は大きく変化せず、トナー残量がある程度少量となった時点から、即ち領域Ｂからの逐次の残量検知が可能となるトナーニアエンド方式である。又、本実施例ではトナーの残量が少量となり、静電容量が減少すると、出力電圧値が増加する回路を用いたが、トナーが少量となった場合に、出力電圧値が減少する回路を採用しても問題はない。
【００７２】
＜記憶手段（メモリ）＞
次に図４及び図６に示すように記憶手段について述べる。
【００７３】
プロセスカートリッジ１３には記憶手段（メモリ）１４が設けられている。このメモリ１４への情報の書き込み、読み込みを制御する為のプロセスカートリッジ側の伝達部２５を備えている。プロセスカートリッジ１３が画像形成装置１２本体に装着された場合は、カートリッジ伝達部２５と本体制御部２６が互いに対向して配置される。この本体制御部２６は本体側の伝達手段としての機能も含んでいる。
【００７４】
本体制御部２６は、残量検知検出部１８、演算部２１、制御部２２、本体側メモリ２３、残量検知補正テーブル２４を含んでおり、カートリッジ側メモリ１４の情報の書き込み、呼び出しを行う為の制御手段が構成される。
【００７５】
本実施例においてはメモリ１４として接触型の不揮発性メモリを用いたが、データの通信を電磁波によって行う非接触型のメモリ、又は揮発性メモリとバックアップ電源を組み合わせたもの等を用いても問題ない。
【００７６】
カートリッジ側のメモリ１４に書き込まれている情報は、プロセスカートリッジ１３の使用開始時に本体側メモリ２３へと送られる。
【００７７】
＜トナー残量算出＞
図５に示すようにトナー残量の変化に応じて検出電圧が変化していくが、検出電圧の殆ど変化をしない領域Ａの値をトナー残量検知の基準値とし、この基準値からの変化量を用いてトナー残量検知を行う。
【００７８】
基準値としては、トナーが十分に充填されている状態（静電容量値としては最大値）の検出電圧値の最小値（以後「Ｆ（プレート・アンテナ・フル）」と呼び、Ｆ値と記す）を用いる。本実施例では後述する通り、所定の区間での平均値をＦ値として採用する。このＦ値は、画像形成装置が稼働中に検出電圧値Ｖが最小（静電容量は最大値）を示すと、随時更新されていく。
【００７９】
それぞれのプロセスカートリッジ１３、及び画像形成装置１２は製造公差を持っており、この基準値となるＦ値に個体差が生じる。この差は、現像バイアス、コンデンサの容量、ＰＡ板金の大きさ、設置された位置のずれ等によって生じているものである。よって、このＦ値をカートリッジ毎に測定し、その値からの変化量に応じてトナー残量を検知することで精度の良いトナー残量検知が可能となる。トナー残量の演算は本体制御部２６内の残量検知補正テーブル２４にあらかじめ保持されている変化量の割合と表示残量の関係を示す補正テーブルにより行う。
【００８０】
本実施例においてはトナー残量検知を残量１５％（トナー量約７５ｇ）以下を１％刻みで行い、白抜け画像が発生するポイントをトナー残量０％としてトナー残量１％を検知した際にユーザーに対してトナーの残りが僅かであることを通知する「トナーＯＵＴ」表示を画像形成装置１２本体の表示手段２７に行うものとした。
【００８１】
本体制御部２６ではＦ値からトナーＯＵＴ表示を行う検出電圧値（以後「Ｅ（プレート・アンテナ・エンプティ）」と呼び、Ｅ値と記す）が下記式（２）により算出される。
【００８２】
Ｅ＝ａ×Ｆ＋ｂ    ・・・式（２）
式中にある定数ａ、ｂは実験データの蓄積により求められる値である。本実施例ではａ＝１．０、ｂ＝５０とした。
【００８３】
次に、そのときの残量検知出力値ＶのＦ値からの変化量の割合Ｚを以下の式（３）によって求める。
【００８４】
変化量の割合Ｚ＝（残量検知出力置Ｖ−Ｆ）／（Ｅ−Ｆ）      ・・・式（３）
そして、式（３）で求めた変化の割合Ｚと残量検知補正テーブル２４に保持されている補正テーブルによって、対応する残量を表示する。
【００８５】
プリント時（現像バイアスの印加時）には上述の方法によってトナー残量が計算され、画像形成装置１２に備えられた表示手段２７にトナー残量を表示する。トナー残量が変化し更新された場合には随時表示手段２７の表示を更新していく。これらの計算値、トナー残量は計算される毎にカートリッジ側メモリ１４に記憶させる。
【００８６】
しかし、これらの手段を用いても常にトナー残量を完全に検知することは困難であり、カートリッジの傾きによるトナーの偏り、測定の誤差等の原因によって実際のトナー残量と検知した残量との間に誤差が生じる可能性がある。この結果トナー量が全く同じであるのに検出値が上下動したり、実際のトナー量は減少しているのに検出値は変化しない、若しくは増加するという可能性も考え得る。
【００８７】
本実施例においては、これらの事態が起きてもユーザーを惑わせることが無いように、トナー残量が最大の場合に対応するＦ値と共に、トナー残量の最小値を表示した際の検出電圧値はカートリッジ側のメモリ１４にも記憶させる。又、トナー残量の表示値及びメモリ値は減少方向にしか変化しないような一方向の書き込み制御を用いている。即ち過去に記憶された値、及び算出された表示値の中の最小値を採用している。例えば、上記のようにトナー残量１０％を表示した後に、測定誤差等により１２％となる値を検出しても、１２％と表示は行わず、１０％の値を保持するのである。
【００８８】
＜Ｔ攪拌の影響＞
図７に示すように、現像容器内のトナーは攪拌部材によって攪拌されるため、攪拌部材の位置によってトナーの存在する場所は大きく異なる。
【００８９】
図７−ａに示すように、トナーが十分に充填されている状態では、現像スリーブ−ＰＡ１間、ＰＡ１−２間に空間が存在しない程度にトナーが充填されている。従って攪拌部材によってトナーが攪拌されても、その間の静電容量値は変化することがなく、ほぼ一定の値（本実施例においてはＦ値）を取る。図７−ｂに示すように、トナーがある程度現像容器内から減った場合、現像スリーブ−ＰＡ１間、ＰＡ１−２間に空間が存在し、静電容量値が変化し始める。図７−ｂの場合のような攪拌部材の位置であれば、トナーの位置は水平面に対してほぼ並行になり、静電容量値も攪拌部材の影響を受けることがない。しかし、攪拌部材は破線で示したような軌跡を描いて回転運動を行うため、図７−ｃや、図７−ｄに示すような位置に攪拌部材が移動した場合、トナーは攪拌部材によって大きく動かされる。図７−ｃのように、現像スリーブに近い位置に攪拌部材が動いた場合、トナーは現像スリーブ−ＰＡ１間、ＰＡ１−２間に多く存在する。逆に図７−ｄのように、現像スリーブから離れた位置に攪拌部材が動いた場合、トナーは現像スリーブ−ＰＡ１間、ＰＡ１−２間に少なく存在する。
【００９０】
従って、トナー残量検知回路によって検知される検出電圧値は、図８に示すように、攪拌周期Ａの振れを持つことになる。本実施例では攪拌周期Ａを５ｓｅｃ．で構成しているため、５ｓｅｃ．周期で出力電圧値も上下する。図７−ｃで示したような位置に攪拌部材がいる場合、静電容量値としては見かけ上大きくなっている為、図８中の出力値の下限値を示すことになる。逆に図７−ｄで示したような位置に攪拌部材がいる場合、静電容量値としては見かけ上小さくなっている為、図８中の出力値の上限値を示すことになる。
【００９１】
記録媒体１枚に対する画像形成期間（現像バイアスが現像スリーブ、ＰＡ２に印加されている時間）Ｂは１．５ｓｅｃ．で構成されているために、攪拌周期Ａよりも画像形成期間Ｂは短いものとなる。図８では連続でプリントした場合を示しており、それぞれ１枚目から３枚目の画像形成期間をＢ１〜３としている。プリント間の時間は０．３ｓｅｃ．としており、攪拌部材が１周する間に画像形成期間Ｂは３回弱行われる。Ｂ１〜Ｂ３の検出電圧値を比較すると大きくばらつきを持っていることが分かる。従って期間Ｂ内で平均化処理等を行っている場合、図５のように安定した推移が得られず、図９に示したように、検出電圧は大きくばらつきを持ってしまう。結果として本来のトナー残量とは異なる表示を行ってしまう可能性がある。
【００９２】
そこで、本実施例においては図１に示すように、攪拌部材の１周する期間Ａよりも長い期間Ｃ（本実施例では６．５ｓｅｃ．＝攪拌周期の５／４倍）の間、検出電圧値を検知する。検知するタイミングは画像形成期間Ｂ内で３０ｍｓｅｃ．毎に検出電圧値を検知し、それを画像形成期間Ｂよりも短い区間Ｄ（本実施例では０．３ｓｅｃ．）繰り返し、得られた１０個の検出値を平均化する。従って画像形成期間Ｂ中に平均化した５個の検出値を得る。これを期間Ｃの間繰り返し、連続プリントの場合得られた１８個の平均値の内、最小値を採用する。
【００９３】
検出電圧値の最小値は、静電容量値としては最大を示しており、現像容器内のトナーの状態は図７−ｃのようになっている。図７−ｄの場合には検出電圧値は最大値を示すが、この場合は攪拌部材によって搬送されたトナーが、ＰＡ１、２近傍から、重力によって下に落下していく状態であり、トナー量は常に安定したものとなり難い。逆に図７−ｃの状態では、シート状の攪拌部材によってトナーがＰＡ１、２近傍へ搬送された状態であり、より安定したトナー量が測定できる。
【００９４】
又、トナーは攪拌部材によって常に攪拌されているため、測定される静電容量値も常に微小に変動をしている。そこで、区間Ｄでの１０個の測定値を平均化することで、より安定した推移を得ることが出来る。
【００９５】
本実施例におけるトナー残量検知の制御の流れを図１０のフローチャートを用いて詳しく述べる。
【００９６】
電源ＯＮによりスタート（Ｓ１０１）し、カートリッジ側メモリ１４内にある残量検知情報を画像形成装置本体１２へ送り、トナー残量値がある場合には表示手段２７にトナー残量を表示し、プリント待機する（Ｓ１０２）。プリントが開始（Ｓ１０３）されると、現像バイアスの印加時間（画像形成期間Ｂに対応、本実施例では１．５ｓｅｃ．）を積算（Ｓ１０４）する。そして、区間Ｄ（検出電圧値の平均化区間Ｄに対応、本実施例では０．３ｓｅｃ．）内で検出電圧値を検知し、平均値Ｘｎを算出（Ｓ１０５）する。次に、Ｘｎを前の値Ｘｎ−１がある場合はそれぞれを比較し、Ｘｎ−１＞Ｘｎの場合には、ＸｎをＸｍｉｎ．として採用（Ｓ１０６）する。
【００９７】
次にＳ１０７において、積算された現像バイアスの印加時間と所定の時間（検出電圧値の取得期間Ｃに対応、本実施例では６．５ｓｅｃ．）を比較し、所定の時間に満たない場合（ＮＯの場合）、はＳ１１４へ進み、プリントを終了する。積算された現像バイアスの印加時間が、所定の時間を超えた場合（ＹＥＳの場合）はＳ１０８へと進む。
【００９８】
Ｓ１０８にて、積算された現像バイアスの印加時間をリセットし、Ｘｍｉｎ．とＦ値を比較（Ｓ１０９）する。そして、Ｘｍｉｎ．の方がＦ値よりも小さい場合（ＮＯの場合）、Ｓ１１５へ進み、Ｆ値をＸｍｉｎ．に更新（Ｓ１１５）し、Ｓ１１４でプリントを終了する。Ｘｍｉｎ．の方がＦ値よりも大きい場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１１０へ進み、Ｆ値とＸｍｉｎ．に基づいてトナー残量を算出する。
【００９９】
次にＳ１１１において、現在本体に表示されているトナー残量と、算出されたトナー残量を比較し、表示残量よりも算出された残量が大きい場合（ＮＯの場合）はＳ１１４に進み、プリントを終了する。表示残量よりも算出された残量が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１１２へ進み新たに算出されたトナー残量を本体側メモリに上書きする。そして、本体へトナー残量を表示して、カートリッジ側のメモリへと上書き（Ｓ１１３）し、プリントを終了（Ｓ１１４）する。
【０１００】
従って、各区間Ｄでの平均値の内、期間Ｃ内での最小値を採用することで、攪拌部材の回転による影響を極力排除し、図５に示したような安定した検出電圧値の推移が検知出来るのである。これに基づいて、トナー残量を求めることで、正確なトナー残量検知が可能となる。
【実施例２】
【０１０１】
本発明に於ける第２の実施例について説明する。
【０１０２】
本実施例は、画像形成装置及びプロセスカートリッジ、トナー残量検知手段の構成等は実施例１と同様であり、それ以外のトナー残量検知の制御部分のみ説明する。
【０１０３】
実施例２は、攪拌部材の１周する期間Ａ、記録媒体１枚に対する画像形成期間Ｂよりも長い期間Ｃ（本実施例では６．５ｓｅｃ．＝攪拌周期の５／４倍）の間、検出電圧値を検知する。その中で得られた最小値を検出電圧値として採用することを特徴とする。
【０１０４】
実施例１においては、画像形成期間Ｂよりも短い区間Ｄで平均化処理を行ったが、実施例２では平均化処理は行わず、所定のタイミングで電圧値の検出を行う。
【０１０５】
図１１に示すような画像形成期間Ｂ（１．５ｓｅｃ．）内で、５０ｍｓｅｃ．毎に電圧値の検出を行う。これを攪拌部材１周期（５ｓｅｃ．）よりも長い期間Ｃ（本実施例では７．５ｓｅｃ．＝攪拌周期の３／２倍）の間検知する。画像形成期間Ｂ中に３０個の検出値が得られ、それをＣの間繰り返し、その中の検出値から最小値を、検出電圧値として採用する。
【０１０６】
本実施例におけるトナー残量検知の制御の流れを図１２のフローチャートを用いて詳しく述べる。
【０１０７】
電源ＯＮによりスタート（Ｓ２０１）し、カートリッジ側メモリ１４内にある残量検知情報を画像形成装置本体１２へ送り、トナー残量値がある場合には表示手段２７にトナー残量を表示し、プリント待機する（Ｓ２０２）。プリントが開始（Ｓ２０３）されると、現像バイアスの印加時間（画像形成期間Ｂに対応、本実施例では１．５ｓｅｃ．）を積算（Ｓ２０４）する。そして、所定のタイミング（本実施例では５０ｍｓｅｃ．毎）で検出電圧値を検知し、電圧値Ｙｎを算出（Ｓ２０５）する。次に、Ｙｎを前の値Ｙｎ−１がある場合はそれぞれを比較し、Ｙｎ−１＞Ｙｎの場合には、ＹｎをＹｍｉｎ．として採用（Ｓ２０６）する。
【０１０８】
次にＳ２０７において、積算された現像バイアスの印加時間と所定の時間（検出電圧値の取得期間Ｃに対応、本実施例では７．５ｓｅｃ．）を比較し、所定の時間に満たない場合（ＮＯの場合）、はＳ２１４へ進み、プリントを終了する。積算された現像バイアスの印加時間が、所定の時間を超えた場合（ＹＥＳの場合）はＳ２０８へと進む。
【０１０９】
Ｓ２０８にて、積算された現像バイアスの印加時間をリセットし、Ｙｍｉｎ．とＦ値を比較（Ｓ２０９）する。そして、Ｙｍｉｎ．の方がＦ値よりも小さい場合（ＮＯの場合）、Ｓ２１５へ進み、Ｆ値をＹｍｉｎ．に更新（Ｓ２１５）し、Ｓ２１４でプリントを終了する。Ｙｍｉｎ．の方がＦ値よりも大きい場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ２１０へ進み、Ｆ値とＹｍｉｎ．に基づいてトナー残量を算出する。
【０１１０】
次にＳ２１１において、現在本体に表示されているトナー残量と、算出されたトナー残量を比較し、表示残量よりも算出された残量が大きい場合（ＮＯの場合）はＳ２１４に進み、プリントを終了する。表示残量よりも算出された残量が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２１２へ進み新たに算出されたトナー残量を本体側メモリに上書きする。そして、本体へトナー残量を表示して、カートリッジ側のメモリへと上書き（Ｓ２１３）し、プリントを終了（Ｓ２１４）する。
【０１１１】
このような方法をとっても、攪拌部材の回転による影響を極力排除し、図５のような安定した電圧値の推移が得られることとなる。
【０１１２】
尚、実施例１、２共に、攪拌周期Ａ、画像形成期間Ｂ、検出電圧値の取得期間Ｃ、及び検出電圧の平均化区間Ｄは本実施例の時間に限定されるものではなく、画像形成装置のプロセススピード、記録媒体の大きさ、プロセスカートリッジの容量、寿命、等に応じて変えても、それぞれの大小関係が同様であれば、何ら本発明の効果を損なうものではない。
【実施例３】
【０１１３】
本発明に於ける第３の実施例について説明する。
【０１１４】
本実施例は、画像形成装置及びプロセスカートリッジ、トナー残量検知手段の構成等は実施例１、２と同様であり、それ以外のトナー残量検知の制御部分のみ説明する。
【０１１５】
実施例３は、トナーの残量によって検出電圧値の攪拌周期での振幅が生じる場合に、振幅の大きさによって検出電圧値の取得の方法を変えることに特徴がある。
【０１１６】
トナー残量に伴う検出電圧値の推移は、図１３に示したようになる。トナー残量が十分にある図７−ａのような場合には、攪拌部材が回転しても、測定される静電容量値は殆ど変化しない為、検出電圧値も振幅を殆ど持たない（図１３−（１））。しかし、トナーがある程度消費され、現像スリーブ−ＰＡ１間、ＰＡ１−２間に空間が存在し始める図７−ｂ〜ｄのような場合には、検出電圧値は攪拌周期での振幅を持ち始める（図１３−（２））。
【０１１７】
本実施例では、検出電圧値の攪拌周期での振幅に対し閾値を設け、検出電圧値の振幅が閾値を超えた場合に制御を変更する。
【０１１８】
トナー残量が多い場合は、図１４に示すように、検出電圧値の攪拌周期での振幅は小さいものとなる。記録媒体１枚に対する画像形成期間Ｂ（プリント１枚目、２枚目がＢ１、Ｂ２に対応）内で検出された電圧値を平均化し、平均化された値を採用してトナー残量を算出する。検出電圧の振幅が小さい為、攪拌周期Ａよりも画像形成期間Ｂが短い状態で検出電圧値を平均化処理した値を採用しても、各Ｂ１、Ｂ２で得られた電圧値に大きな差は生じない。
【０１１９】
しかし、攪拌周期での検出電圧の振幅が大きくなった場合は、画像形成期間Ｂで平均化された値を採用すると図８のように、各Ｂ１、Ｂ２で大きなばらつきが生じる。そこで、検出電圧値の振幅が、図１４に示した閾値を超えた場合には、図１に示した検出電圧値取得の方法（実施例１と同様の方法）によって検出電圧値を採用するように切替える。この切替えは、Ｂ１で平均化された値と、Ｂ２で平均化された値とを比較し、その差分が閾値の値を超えた場合に切替えれば良い。本実施例では、一度切替えた後は、常に図１に示した検出電圧値取得の方法を採用するようにしている。
【０１２０】
本実施例におけるトナー残量検知の制御の流れを図１５のフローチャートを用いて詳しく述べる。
【０１２１】
電源ＯＮによりスタート（Ｓ３０１）し、カートリッジ側メモリ１４内にある残量検知情報を画像形成装置本体１２へ送り、トナー残量値がある場合には表示手段２７にトナー残量を表示し、プリント待機する（Ｓ３０２）。プリントが開始（Ｓ３０３）される。
【０１２２】
次にＺｎを平均値、ｍｉｎ．値のどちらで定義しているかを判断（Ｓ３０４）する。Ｚｎ≡平均値の場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ３０５へ進む。Ｚｎ≡ｍｉｎ．値の場合（ＮＯの場合）、Ｓ３１５へ進む。
【０１２３】
Ｚｎ≡平均値の場合は、検出電圧を所定のタイミング（本実施例では３０ｍｓｅｃ．）で検知し、プリント１枚での画像形成期間中に得られた電圧値を平均化し、平均値Ｚｎを算出（Ｓ３０５）する。次に、Ｚｎと、１つ前のＺｎ−１があった場合、両者の差分の絶対値と、所定の閾値とを比較（Ｓ３０６）する。│Ｚｎ−Ｚｎ−１│が閾値を超えている場合（ＮＯの場合）、Ｚｎ≡ｍｉｎ．値と定義を変更（Ｓ３０７）し、Ｓ３１５へ進む。│Ｚｎ−Ｚｎ−１│が閾値を超えていない場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ３０８へ進む。ＺｎとＺｎ−１を比較し、Ｚｎが小さかった場合、Ｚｍｉｎ．値としてＺｎを採用（Ｓ３０８）する。
【０１２４】
次に、Ｚｍｉｎ．とＦ値を比較（Ｓ３０９）し、Ｚｍｉｎ．の方がＦ値よりも小さい場合（ＮＯの場合）、Ｓ３１５へ進み、Ｆ値をＺｍｉｎ．に更新（Ｓ３２０）し、Ｓ３１４でプリントを終了する。Ｚｍｉｎ．の方がＦ値よりも大きい場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ３１０へ進み、Ｆ値とＺｍｉｎ．に基づいてトナー残量を算出する。
【０１２５】
次にＳ３１１において、現在本体に表示されているトナー残量と、算出されたトナー残量を比較し、表示残量よりも算出された残量が大きい場合（ＮＯの場合）はＳ３１４に進み、プリントを終了する。表示残量よりも算出された残量が小さい場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ３１２へ進み新たに算出されたトナー残量を本体側メモリに上書きする。そして、本体へトナー残量を表示して、カートリッジ側のメモリへと上書き（Ｓ３１３）し、プリントを終了（Ｓ３１４）する。
【０１２６】
一方、Ｓ３０４でＮＯとした場合、即ちＺｎ≡ｍｉｎ．値とされている場合、現像バイアスの印加時間（画像形成期間Ｂに対応、本実施例では１．５ｓｅｃ．）を積算（Ｓ３１５）する。そして、区間Ｄ（検出電圧値の平均化区間Ｄに対応、本実施例では０．３ｓｅｃ．）内で検出電圧値を検知し、平均値Ｚｎを算出（Ｓ３１６）する。次に、Ｚｎを前の値Ｚｎ−１がある場合はそれぞれを比較し、Ｚｎ−１＞Ｚｎの場合には、ＺｎをＺｍｉｎ．として採用（Ｓ３１７）する。
【０１２７】
次にＳ３１８において、積算された現像バイアスの印加時間と所定の時間（検出電圧値の取得期間Ｃに対応、本実施例では６．５ｓｅｃ．）を比較し、所定の時間に満たない場合（ＮＯの場合）、はＳ３１４へ進み、プリントを終了する。積算された現像バイアスの印加時間が、所定の時間を超えた場合（ＹＥＳの場合）はＳ３１９へと進む。
【０１２８】
Ｓ３１９にて、積算された現像バイアスの印加時間をリセットし、その後は上述したのと同様に、Ｓ３０９からの処理を繰り返す。
【０１２９】
これによって、図１３に示した、（１）の場合には、画像形成期間Ｂ（本実施例では１．５ｓｅｃ．）内で平均化された値を採用し、（２）の場合には、画像形成期間Ｂよりも短い区間Ｄ（本実施例では０．３ｓｅｃ．）での平均化処理を攪拌周期Ａ（本実施例では５ｓｅｃ．）よりも長い期間Ｃ（本実施例では６．５ｓｅｃ．）繰り返し、最小値を採用する。このようにして検出電圧値を採用することで、図５のような安定した推移が得られるのである。
【０１３０】
尚、実施例３の場合でも、攪拌周期Ａ、画像形成期間Ｂ、検出電圧値の取得期間Ｃ、検出電圧の平均化区間Ｄ、及び閾値は本実施例の時間に限定されるものではなく、画像形成装置のプロセススピード、記録媒体の大きさ、プロセスカートリッジの容量、寿命、等に応じて変えても、それぞれの大小関係が同様であれば、何ら問題はない。
【実施例４】
【０１３１】
第１乃至３の実施例の場合に於いて、画像形成装置は単色の画像を形成する場合のみならず、現像手段を複数設け、複数色の画像（例えば２色画像、３色画像、或いはフルカラー等）を形成する、画像形成装置においても適用する事ができる。
【０１３２】
又、実施例中においては画像形成装置としてレーザービームプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トナーと感光ドラムを用い、双方が一体的に包含されたプロセスカートリッジを用いていれば良い。例えば電子写真複写機、ファクシミリ装置、或いはワードプロセッサ等の他の画像形成装置に使用することも可能な事は云うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明に係る実施例１のトナー残量検知制御の概略図
【図２】実施例１乃至３に係る画像形成装置及びプロセスカートリッジの断面概略図
【図３】実施例１乃至３に係るプロセスカートリッジの概略断面図
【図４】実施例１乃至３に係る残量検知回路、記憶手段、及び残量検知検出部の概略図
【図５】トナー残量とトナー残量検知の検出電圧の関係図
【図６】実施例１乃至３に係る本体制御部の概略図
【図７−ａ】現像容器内のトナーと攪拌部材の影響を示した図
【図７−ｂ】現像容器内のトナーと攪拌部材の影響を示した図
【図７−ｃ】現像容器内のトナーと攪拌部材の影響を示した図
【図７−ｄ】現像容器内のトナーと攪拌部材の影響を示した図
【図８】トナー残量検知の出力電圧と、攪拌周期、画像形成期間の関係図
【図９】攪拌部材の影響が大きい場合のトナー残量とトナー残量検知の検出電圧の関係図
【図１０】本発明に係る実施例１のトナー残量検知制御のフローチャート
【図１１】本発明に係る実施例２のトナー残量検知制御の概略図
【図１２】本発明に係る実施例２のトナー残量検知制御のフローチャート
【図１３】トナー残量とトナー残量検知の検出電圧、及び攪拌部材の影響の関係図
【図１４】攪拌部材の影響が小さい場合のトナー残量とトナー残量検知の検出電圧の関係図
【図１５】本発明に係る実施例３のトナー残量検知制御のフローチャート
【図１６】従来の画像形成装置の概略断面図
【図１７】従来の現像装置の断面図
【図１８】トナー残量検知の出力電圧と、攪拌周期、画像形成期間の関係図
【符号の説明】
【０１３４】
１    感光ドラム
２    帯電ローラ
３    現像装置
４    転写ローラ
５    クリーニングブレード
６    露光装置
７    定着装置
８    現像スリーブ
９    現像剤（トナー）
１０    現像剤攪拌部材
１１    現像ブレード
１２    画像形成装置
１３    プロセスカートリッジ
１４    記憶装置（メモリ）
１５    ＰＡ１（出力側電極部材）
１６    ＰＡ２（入力側電極部材）
１７    現像バイアス電源
１８    現像剤残量検知回路
１９    比較コンデンサ
２０    検出回路
２１    演算部（ＡＤ変換部）
２２    制御部
２３    本体側メモリ
２４    残量検知補正テーブル
２５    カートリッジ伝達部
２６    本体制御部
２７    表示手段
１０１    感光ドラム
１０２    帯電ローラ
１０３    レーザー露光装置
１０４ａ    トナー
１０４ｂ    トナー像
１０４ｃ    トナー像
１０４ｄ    転写残トナー
１０５    現像装置
１０６    現像スリープ
１０７    転写ローラ
１０８    定着装置
１０９    クリーニングブレード
１１０    プロセスカートリッジ
１１１    画像形成装置
１１２    現像ブレード
１１３    攪拌部材
１１４    検知電極
Ａ    攪拌部材の回転周期
Ｂ    記録媒体１枚に対する画像形成の期間
Ｃ    検出電圧値の取得期間
Ｄ    検出電圧値の平均化区間
Ｌ    画像露光
Ｎ    転写ニップ部
Ｐ    転写材
【図１】
2005309145.tif 000003
【図２】
2005309145.tif 000004
【図３】
2005309145.tif 000005
【図４】
2005309145.tif 000006
【図５】
2005309145.tif 000007
【図６】
2005309145.tif 000008
【図７−ａ】
2005309145.tif 000009
【図７−ｂ】
2005309145.tif 000010
【図７−ｃ】
2005309145.tif 000011
【図７−ｄ】
2005309145.tif 000012
【図８】
2005309145.tif 000013
【図１０】
2005309145.tif 000014
【図１１】
2005309145.tif 000015
【図１２】
2005309145.tif 000016
【図１４】
2005309145.tif 000017
【図１５】
2005309145.tif 000018
【図１８】
2005309145.tif 000019
【図９】
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【図１３】
2005309145.tif 000021
【図１６】
2005309145.tif 000022
【図１７】
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