(57)【要約】【課題】トナー供給容器内に静電容量を形成するための電極とコイルを設けるとともに、容器外に検出回路を配して共振周波数を検出し、非磁性トナーの有無を検知すると同時に、画像形成装置の機種ごとに異なる周波数を設定して、トナー供給容器の誤装着を検知可能にした画像形成装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器５が着脱自在に装着された画像形成装置において、トナー供給容器５の内側に設けられ、コイル２０と該容器５内のトナー量によって静電容量が変化するコンデンサとが接続された共振回路と、静電容量の変化に応じて変化する共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段２１と、該検出手段２１による検出結果に基づいて、トナー供給容器内のトナーの有無を判定する判定手段とからなる。【選択図】      図２
2005031245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着された画像形成装置において、
前記トナー供給容器の内側に設けられ、コイルと該容器内のトナー量によって静電容量が変化するコンデンサとが接続された共振回路と、前記静電容量の変化に応じて変化する共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー供給容器内のトナーの有無を判定する判定手段とからなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記コンデンサは前記トナー供給容器内に、トナーの流動経路を挟んで対置して設けられた電極によって形成される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】
前記検出手段は、前記共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、所定の発振周波数を有する電圧が１次コイルに与えられて、該１次コイルが前記共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が前記２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、該１次コイルが発振コイルとして、所定の発振周波数で発振する発振回路に組み込まれ、その１次コイルが前記共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が前記２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置に複数のトナー供給容器が使用される場合、各トナー供給容器に対して前記共振回路と前記検出手段はそれぞれ対で設けられ、その対ごとに前記共振周波数と前記発振周波数が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成装置は前記トナー供給容器の着脱を検知する着脱センサを有し、該着脱センサによってトナー供給容器の装着が直前に検知されずにトナー供給容器がほぼ空であると前記判定手段によって判定された場合、そのトナー供給容器はほぼ空であると確定し、着脱センサによってトナー供給容器の装着が検知された直後にトナー供給容器がほぼ空であると前記検出手段によって判定された場合、そのトナー供給容器は異なる共振周波数の共振回路を有するトナー供給容器であると確定することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着されるとともに、異なる種類の画像形成装置の異なるトナー供給容器が装着可能な画像形成装置において、
前記トナー供給容器は、コイルとコンデンサとが接続された共振回路を有し、前記共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段が、前記共振周波数とは異なる共振周波数を検出した場合、そのトナー供給容器は異なる種類の画像形成装置の異なるトナー供給容器であると判定すること特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着された画像形成装置において、
前記トナー供給容器の内側に設けられ、コイルと該容器内のトナー量によって静電容量が変化するコンデンサとが接続された共振回路と、前記静電容量の変化に応じて変化する共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー供給容器内のトナー残量を判定する判定手段とからなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記コンデンサは前記トナー供給容器内に、トナーの流動経路を挟んで対置して設けられた電極によって形成されることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記検出手段は、前記共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、所定の発振周波数を有する電圧が１次コイルに与えられて、該１次コイルが前記共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が前記２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスであることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、該１次コイルが発振コイルとして、所定の発振周波数で発振する発振回路に組み込まれ、その１次コイルが前記共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が前記２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスであることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜像を可視画像にするためにトナーを用いた現像方式を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ、或いはこれらの装置の機能が１台の装置に複合化された複合機において、感光体上の静電潜像を現像して可視化するために現像装置が使用されている。この現像装置にはトナーが充填されたトナー供給容器が装着され、白黒画像形成装置では黒のトナーを、また、カラー画像形成装置ではイェロー、マジェンタ、シアン、黒のトナーを、それぞれのトナー供給容器から感光体上に運ぶことにより、静電潜像の現像を行う。
【０００３】
また、トナー供給容器としては、現像装置上に空の容器として備えられ、必要に応じてボトルなどの別の容器からトナーを補充できるトナーホッパーや、予めトナーが充填されており簡単に現像装置に着脱できるトナーカートリッジ形態のトナー供給容器や、更に、感光体と現像装置と所定量のトナーが画像形成部として一体に構成された画像形成ユニットなどがある。
【０００４】
トナー供給容器に充填されているトナーが消費されたあとも、画像形成装置が継続して使用されると画像劣化が進行し、最悪の場合、トナーを感光体上に運ぶ役目をする粉末状の、例えば鉄粉などからなるキャリアが急速に劣化して、キャリアの交換或いは現像装置そのものの交換が必要になる場合もある。
【０００５】
また、同一メーカの異なる機種であっても、または、カラー画像形成装置の場合は装置内の各色のトナーごとに、異なる特性のトナーが同じ形状のトナー供給容器に充填されて供給される場合もある。同様なことが画像形成ユニットで行われることもある。こうした場合、それらのカラー画像形成装置や異なる機種が同一部門で管理されていると、トナー供給容器や画像形成ユニットの装着間違いが発生しやすくなり、本来のトナーと異なるトナーや色の異なるトナーが画像形成装置に供給され、画像劣化が発生したり、画像が形成されなかったりする。
【０００６】
そのため、トナーを使用する現像装置では、上記のような問題がそれぞれ起こらない対策が求められている。例えばトナーの残量やトナー無し検知の場合、従来の方法では、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比（濃度）を適切に保つため、両者の適切な混合比によって定まるインダクタンスの変化を検出し、濃度が低い場合はトナー供給容器からトナーを現像装置に補給して濃度を高めるようにしている。この方法は、インダクタンスの変化を検出するため、磁性体、つまり磁性トナーのみ、或いは磁性キャリアと非磁性トナーの混合体に対して有効であって、非磁性のトナーが充填されているトナー供給容器のトナー有無の状態を検知することは不可能である。
【０００７】
そのため、非磁性トナーの有無の検知方法として、トナー供給容器内にピエゾ素子を設けてトナーの有無を検知する方法が一般的にとられている。また、特許文献１は、トナー収納枠体と、現像ローラが存するトナー現像枠体とからなる一体型のプロセスカートリッジにおいて、現像ローラから離間して配設されたアンテナ棒で、現像ローラとの間の静電容量を測定することを提案している。この場合、トナー収納枠体から供給されてきたトナーはアンテナ棒と現像ローラとの間に介在するので、静電容量が存在することになる。トナー収納枠体が空になってアンテナ棒と現像ローラとの間のトナーまで消費されると静電容量が減少するので、トナー残量が僅かである旨の報知が行われる。それから、画像が所定の枚数形成された後に、トナー無しと報知するようにしている。
【０００８】
また、トナー供給容器や画像形成ユニットの誤装着を検知する方法としては、それらの識別情報を書き込んだ非接触型メモリをトナー供給容器や画像形成ユニットに設けて、正しいものが装着されているか否かを画像形成装置本体から検知する方法も採用されている。更に、前記した特許文献１は、電気特性の異なる抵抗、コンデンサ、コイルの少なくとも１つを画像形成ユニット内に設け、画像形成装置本体からそれらの電気特性を測定して画像形成ユニットを識別する方法を提案している。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２０００−１６２９２９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トナーの有無を検知するため、磁性キャリアと非磁性トナーの混合体に対してインダクタンスの変化を検出する方法は、非磁性トナーには適用することができない。また、従来のピエゾ素子をトナー供給容器内に設ける方法はコストがかさみ、空になるとトナー供給容器や画像形成ユニットは廃棄処分されるため経済的な無駄が発生する。特許文献１が提案する、アンテナ棒で、現像ローラとの間の静電容量を測定して非磁性トナーの有無を検知する方法は、トナーによって覆われる現像ローラとアンテナ棒との間の電気特性は、接点を介して測定されるため、接点がトナーにより汚染されて誤差が生じる可能性が高い。また、微妙に変化する静電容量の測定方法については特許文献１では具体的に説明されていない。
【００１１】
また、トナー供給容器や画像形成ユニットの誤装着を防止することに関しては、画像形成装置の機種ごとに、或いは、トナーの色ごとにトナー供給容器や画像形成ユニットの形状を変更して誤装着が発生しないようにすることが一般的に行われているが、金型が増えて金型コストが上昇する。識別情報を書き込んだ非接触型メモリを利用する方法は、使用済みの画像形成ユニットとともに比較的高価なメモリも廃棄処分されるので、経済的な無駄が発生する。更に、特許文献１が提案する電気特性の異なる抵抗、コンデンサ、コイルの少なくとも１つを画像形成ユニット内に設ける方法は、接点を介して電気特性を測定するため接点の汚染による影響、或いは温度による電気特性の変化によって信頼性が低下する可能性がある。
【００１２】
本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、トナー供給容器内に静電容量を形成するための電極とコイルを設けるとともに、容器外に検出回路を配して共振周波数を検出し、非磁性トナーの有無を検知すると同時に、画像形成装置の機種ごとに異なる共振周波数を設定して、トナー供給容器の誤装着を検知可能にした画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着された画像形成装置において、トナー供給容器の内側に設けられ、コイルと該容器内のトナー量によって静電容量が変化するコンデンサとが接続された共振回路と、静電容量の変化に応じて変化する共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて、トナー供給容器内のトナーの有無を判定する判定手段とからなる。
【００１４】
前記のコンデンサはトナー供給容器内に、トナーの流動経路を挟んで対置して設けられた電極によって形成される。
【００１５】
前記の検出手段は、共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出するものである。
【００１６】
共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出する検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、所定の発振周波数を有する電圧が１次コイルに与えられて、該１次コイルが共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスである。
【００１７】
或いは、共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出する検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、該１次コイルが発振コイルとして、所定の発振周波数で発振する発振回路に組み込まれ、その１次コイルが共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスである。
【００１８】
画像形成装置に複数のトナー供給容器が使用される場合、各トナー供給容器に対して共振回路と検出手段はそれぞれ対で設けられ、その対ごとに共振周波数と発振周波数が異なるように構成されている。
【００１９】
画像形成装置はトナー供給容器の着脱を検知する着脱センサを有し、該着脱センサによってトナー供給容器の装着が直前に検知されずにトナー供給容器がほぼ空であると判定手段によって判定された場合、そのトナー供給容器はほぼ空であると確定し、着脱センサによってトナー供給容器の装着が検知された直後にトナー供給容器がほぼ空であると検出手段によって判定された場合、そのトナー供給容器は異なる共振周波数の共振回路を有するトナー供給容器であると確定する。
【００２０】
また、本発明では、画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着されるとともに、異なる種類の画像形成装置の異なるトナー供給容器が装着可能な画像形成装置において、トナー供給容器は、コイルとコンデンサとが接続された共振回路を有し、共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段が、共振周波数とは異なる共振周波数を検出した場合、そのトナー供給容器は異なる種類の画像形成装置の異なるトナー供給容器であると判定する。
【００２１】
更に、本発明では、画像を現像するために充填されたトナーを供給するトナー供給容器が着脱自在に装着された画像形成装置において、トナー供給容器の内側に設けられ、コイルと該容器内のトナー量によって静電容量が変化するコンデンサとが接続された共振回路と、静電容量の変化に応じて変化する共振回路の共振周波数の変化を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて、トナー供給容器内のトナー残量を判定する判定手段とからなる。
【００２２】
前記のコンデンサはトナー供給容器内に、トナーの流動経路を挟んで対置して設けられた電極によって形成される。
【００２３】
前記の検出手段は、共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出する。
【００２４】
共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出する検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、所定の発振周波数を有する電圧が１次コイルに与えられて、該１次コイルが共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスである。
【００２５】
共振周波数の変化を電圧の変化に変換して検出する検出手段は、１次コイルと２次コイルとを有し、該１次コイルが発振コイルとして、所定の発振周波数で発振する発振回路に組み込まれ、その１次コイルが共振回路のコイルと磁気的に結合して、共振周波数の変化が２次コイルに電圧の変化として誘起される差動トランスである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を添付図に基づいて説明する。図１は、画像形成装置の主要部の概略図である。
【００２７】
図１において、画像形成装置の主要部は、静電潜像を現像してトナー画像にする現像装置１と、その現像装置１にトナーを供給するトナー供給容器５と、Ａ方向に回転し、主帯電器９と露光１０とによりその表面に静電潜像が形成さる感光体８と、転写帯電器１１とにより感光体８から用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置１２とから概略構成される。
【００２８】
２成分現像方式の場合、現像装置１は、その内部に磁性体であるキャリアと非磁性トナーとが所定の比率で混合され、例えばＢ方向に回転する撹拌ローラ３により撹拌される現像剤４を有し、その現像剤４をＣ方向に回転する現像ローラ２により、近接する感光体８の表面に運び、感光体８上の静電潜像を現像する。現像装置１の上部には、所定の量のトナー６が充填されたトナー供給容器５が装着され、必要に応じてトナー供給バドル７をＤ方向に回転させることにより、トナー６を現像装置１に供給する。
【００２９】
以上は、キャリアと非磁性のトナー６とが混合され、撹拌される段階でキャリアによってトナー６に摩擦帯電電荷を付与する、所謂２成分現像方式の現像剤４を使用する場合の構成であるが、トナーのみを使用し、ブレードで現像ローラにトナーを圧接させて摩擦帯電電荷を付与する、所謂１成分現像方式の場合であっても、キャリアが使用されないことを除き基本的な構成は同じであるので、本実施形態を適用することは勿論可能である。
【００３０】
図２は、図１のトナー供給容器５部分の拡大図である。トナー供給容器５は、その内壁に、静電容量を形成するために、トナーが供給される際のトナーの流動経路を挟んで、１対の静電容量検出電極２３を有している。それぞれの静電容量検出電極２３は電極用ワイヤ２４を介して、インダクタンスを有する共振コイル２０の両端に接続されている。この共振コイル２０は図示しない防塵カバーによって密閉されており、トナー６が内部に侵入しない構造になっている。また、トナー供給容器の外壁に隣接して画像形成装置の隔壁２２が立設されており、その隔壁２２のトナー供給容器５に対向する面に、差動トランスを備えた検出回路２１が配設されている。
【００３１】
図２で説明した各部の作用を図３を参照して説明する。図３は、静電容量検出電極２３、共振コイル２０、検出回路２１の作用を説明するための模式回路図である。図３で、コンデンサ容量Ｃ１は図２の静電容量検出電極２３が形成する静電容量に、Ｌ４は図２の共振コイル２０のインダクタンスに、Ｌ１〜Ｌ３は図２の検出回路２１の差動トランスの各コイルのインダクタンスにそれぞれ相当する。この模式回路図で、Ｃ１とＬ４とで構成される共振回路の共振周波数ｆは次の式で表される。
【００３２】
【数１】
2005031245.tif 000003
【００３３】
上式から明らかなように、共振周波数ｆは、インダクタンスＬ４と容量Ｃ１とによって定まる。ここで、インダクタンスＬ４は固定値であり、コンデンサ容量Ｃ１は次の式で求められる。
【００３４】
【数２】
2005031245.tif 000004
【００３５】
εはトナー或いは空気の誘電率で、Ｓは静電容量検出電極２３の面積、ｄは静電容量検出電極２３間の距離である。Ｓとｄは一旦決定されると固定値になるため、コンデンサ容量Ｃ１は誘電率εによって変動する。すなわち、共振周波数ｆは、静電容量検出電極２３間のトナー６の状態によって変化することになる。
【００３６】
例えば、空気の比誘電率は約１であり、その誘電率は真空の誘電率とほぼ同じなので、静電容量検出電極２３の面積を６０ｃｍ２、距離を３ｃｍとすると、Ｃ１は約２００ＰＦになる。また、一般的な非磁性トナーの比誘電率は４程度であるので、トナー供給容器５にトナーがあると、Ｃ１は約８００ＰＦになる。そして、Ｌ４のインダクタンスを１５０μＨに設定すると、図３のＬ４とＣ１とによる共振回路の共振周波数は約４５０ＫＨｚになる。また、図３の差動トランスのインダクタンスＬ１と逆位相にしたインダクタンスＬ３とが接続され、それらの両端に周波数ｆ０、電圧Ｖ０で発振する発振回路が接続されている。
【００３７】
この共振周波数の変化について図４を使用して説明する。図４は、図３の模式回路図でＣ１が変化して共振周波数が変化する場合、差動トランスから出力される出力電圧Ｖ１の変化を表す図であり、（ａ）はトナー量が約半分のときに共振周波数と発振回路の発振周波数を一致させた場合、（ｂ）はトナー量が満杯のときに共振周波数と発振回路の発振周波数を一致させた場合である。図４の横軸は発振周波数ｆ０を４５０ＫＨｚとした場合の共振周波数ｆの変化の範囲を示し、縦軸は出力電圧Ｖ１を示す。
【００３８】
図４（ａ）で明らかなように、４５０ＫＨｚの発振周波数ｆ０に、トナー量が約半分のときに共振周波数ｆが一致する場合、トナー量が約半分のときに出力電圧Ｖ１は最大電圧Ｖｐとなる。トナー量が約半分より多かったり、少なかったりして共振周波数ｆが発振周波数ｆ０からずれるほど出力電圧Ｖ１は降下する。この例で、図２のトナー供給容器５にトナーが満杯時に共振周波数がＦ１とし、静電容量検出電極２３をトナーが覆わなくなったときの共振周波数をＦ２とする。そして、共振周波数Ｆ１とＦ２による出力電圧Ｖ１の値をしきい値電圧Ｖｓとすると、出力電圧Ｖ１がＶｓより高いとトナー供給容器５にトナーがあり、出力電圧Ｖ１がＶｓより低いとトナー供給容器５からトナーが無くなったと判断できる。
【００３９】
このとき、同じ形状を有し異なる機種用として異なる特性のトナーが使用されるトナー供給容器５の発振回路の発振周波数と共振周波数が例えば６００ＫＨｚに設定されていたとする。このトナー供給容器５が、発振周波数４５０ＫＨｚの画像形成装置に装着されると、前記したようにＦ１〜Ｆ２の範囲を外れるので、トナーが無くなっているか、或いは異なる共振周波数のトナー供給容器５であると判断できる。画像形成装置にトナー供給容器５の着脱検知センサを設けておくと、そのトナー供給容器が装着されたまま画像形成が行われて、共振周波数がＦ１〜Ｆ２の範囲を外れるようになると、トナーが消費されてトナー供給容器５が空になったと判断できる。一方、トナー供給容器５が一旦取り外されて再度装着された直後にＦ１〜Ｆ２の範囲を外れた出力電圧Ｖ１が検知されると、異なる共振周波数に設定されたトナー供給容器であると判断できる。
【００４０】
また、カラー画像形成装置で、例えば４色のトナーが同じ形状の各色のトナー供給容器５から供給される場合、発振周波数ｆ０と共振周波数を、例えば各色のトナー供給容器５ごとに、４００ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、６００ＫＨｚ、７００ＫＨｚに設定して、前記した検知・判定方法を利用すると、間違った色のトナー供給容器５の誤装着の検知とともに、各色のトナー供給容器５のトナー消費によるトナーの有り無しの検知を行うことが可能になる。
【００４１】
さらに、それぞれ違う特性のトナーを使用する異なる機種で、同じ形状のトナー供給容器５をそれぞれ使用し、異なる機種間でトナー供給容器５が誤装着されることを防止するためにのみに本発明を利用することも可能である。その場合はトナーの有無を検知することは不要であるため、前記した静電容量検出電極２３や電極用ワイヤ２４（図２）を使用せず、共振コイル２０に通常のコンデンサを接続して共振回路を構成するとよい。そして、その共振回路の共振周波数と発振周波数ｆ０を同一（例えば５００ＫＨｚ）にして、機種が変わるとそれらの周波数を変えるようにする（例えば６００ＫＨｚ）。こうして通常のコンデンサを使用すれば、静電容量検出電極２３や電極用ワイヤ２４をトナー供給容器５内に設ける必要が無くなり、コストを削減することが可能になる。
【００４２】
また、トナー供給容器の誤装着は検出せず、トナー供給容器５内のトナーの残量や有無のみ検出するのであれば、図４（ｂ）に示すように共振周波数を決定すればよい。つまり、トナー供給容器５にトナーが満杯のときの共振周波数を発振回路の発振周波数に一致させると、トナーの減少に従って共振周波数が上昇し出力電圧が降下する。この場合トナー満杯時の出力電圧Ｖ１はＶｐであり、トナー供給容器５がほぼ空になると共振周波数がＦ３に上昇して、出力電圧Ｖ１はＶｎｅになる。トナーが完全になくなると、共振周波数がＦ４に上昇して、出力電圧Ｖ１はＶｅになる。トナー供給容器５内のトナーの量と出力電圧Ｖ１がＶｐからＶｅに降下する場合の電圧値の関連づけを行えば、出力電圧Ｖ１を検出することより、トナー供給容器５内のおおよそのトナー残量、ほぼ空状態、完全に空の状態をそれぞれ検出することが可能になる。
【００４３】
次に、図３を参照して説明した検出回路２１が備える差動トランスの作用について具体的に説明する。図５は、インダクタンスＬ１〜Ｌ３とからなる差動トランス３０とインダクタンスＬ４との磁界による結合を表した模式図である。尚、既に説明したように、インダクタンスＬ４は、図２の共振コイル２０として、インダクタンスＬ２は検出回路２１の出力電圧用のコイルとして使用される。
【００４４】
また、図３で示したように、インダクタンスＬ１とＬ３は、１次側の発振コイルとして使用され、２次側のインダクタンスＬ２に対してそれぞれ±９０°位相がずれるように直列に接続されている。ここで、インダクタンスＬ１とＬ３を逆位相接続して、両端に発振周波数がｆ０の発振電圧Ｖ０（図３）を印加すると、各インダクタンスに交流電流が流れ、実線で図示するインダクタンスＬ１による磁束Φ１と、それと逆方向の破線で図示するインダクタンスＬ３による磁束Φ２が発生する。位置的に、インダクタンスＬ１とＬ３に挟まれているインダクタンスＬ２には、磁束Φ１とΦ２とが打ち消しあって貫通するため、磁束の変化による誘導起電圧は発生しない。
【００４５】
一方、インダクタンスＬ４（図２の共振コイル２０）はインダクタンスＬ３（図２の検出回路２１）に近接して配されているので、インダクタンスＬ３が発生する磁束Φ２により、インダクタンスＬ４に誘導起電圧が発生して、コンデンサ容量Ｃ１とインダクタンスＬ４とで構成される共振回路（図３）に交流電流が流れる。発振周波数ｆ０と、Ｃ１とＬ４とによる共振周波数ｆが等しければ、共振回路のインピーダンスが最小になり、インダクタンスＬ４には最大電流が流れる。このインダクタンスＬ４に流れる交流電流により発生する磁束Φ３が、インダクタンスＬ３によって発生する磁束Φ２を相殺する。その結果、磁束Φ２は減衰してインダクタンスＬ１との磁気バランスが崩れて、その分が差電圧としてインダクタンスＬ２の両端で出力電圧Ｖ１として検出される。すなわち、実質的に差動トランスのリアクタンスが変化することで出力電圧Ｖ１が得られる。実際には、出力電圧Ｖ１を増幅して検出が行われる。
【００４６】
次に、発振電圧Ｖ０の印加から出力電圧Ｖ１の検出までの流れを、図６のブロック図で説明する。共振回路３１は、前記したように静電容量検出電極２３（図２）によって形成されるコンデンサ容量Ｃ１と共振コイル２０（図２）のインダクタンスＬ４とで構成される。この共振コイル２０のインダクタンスＬ４の近傍に配設されたインダクタンスＬ１〜Ｌ３からなる差動トランス３０に、発振回路３２から周波数ｆ０の発振電圧Ｖ０が印加される。差動トランス３０のインダクタンスＬ２の両端に発生する出力電圧Ｖ１は、交流増幅器３３により増幅後、整流回路３４で直流に変換され、直流増幅器３５で増幅後、ＣＰＵからなる制御回路３７に入力されて、判定が行われる。
【００４７】
なお、図６で示した制御回路３７を除く回路構成を全て図２の検出回路２１に内蔵させるか、或いは差動トランス３０のみ検出回路２１に内蔵させるかは設計裁量の範囲であるが、トナーが粉塵として漂う可能性のあるトナー供給容器５の近傍は、他の回路などを極力配置せず差動トランス３０のみを検出回路２１に内蔵させるほうが望ましい。また、図２の隔壁２２は検出回路２１の支持体として利用するものであり、検出の信頼性を保つためには差動トランス３０の磁束を妨げないような、例えば非磁性材料を用いることが望ましい。
【００４８】
次に、図７で、図６のブロック図を回路に表して説明する。図７は、図６のブロック図の回路例である。但し、図７の回路例では、差動トランス３０の２次コイル、すなわちインダクタンスＬ１とＬ３に発振回路からの発振出力を印加せず、差動トランス３０のインダクタンスＬ１とＬ３自体を発振回路の発振コイルとして使用した例である。このようにすれば、発振回路の回路構成を簡単にすることができる。
【００４９】
図７で、参照符号３２は発振回路であり、この発振回路は従来から安定した発振を行うことで広く使用されているコルピッツＬＣ発振回路の変形であるためその詳細は説明しない。参照番号３０は前記した差動トランスであり、この差動トランス３０のインダクタンスＬ１とＬ３、発振用コンデンサＣ２とＣ３と、トランジスタＱ１とによって発振を行っている。すなわち、トランジスタＱ１のコレクタ電圧を発振用コンデンサＣ２とＣ３で分圧し、エミッタに帰還させることで発振動作をさせており、以下の式により求められる発振周波数ｆ０が前記した所定の発振周波数になるようにすればよい。
【００５０】
【数３】
2005031245.tif 000005
【００５１】
差動トランス３０からの出力電圧Ｖ１は、交流増幅器３３である増幅器Ｕ１の反転端子と非反転端子間に入力され、交流成分が増幅されて、ダイオードＤ１とＤ２、整流用コンデンサＣ４とＣ５とで構成される整流回路３４で倍圧整流されて、直流増幅器３５である増幅器Ｕ２の入力端子に入力され、その出力が制御回路３７に送出されて、共振回路３１による共振周波数ｆが、図４（ａ）のＦ１〜Ｆ２の範囲にあるか否かの判定が行われる。又は、図４（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖ１を整流・増幅して測定し、トナーの残量を検出することができる。
【００５２】
なお、図３〜図７で説明した差動トランスの各インダクタンスの割り当ては、変更が可能である。つまり、インダクタンスＬ２の両端に発振電圧を印加し、インダクタンスＬ１とＬ３とを逆位相で直列接続して出力電圧Ｖ１を検出するようにしても同様の効果が得られる。また、図７で示した具体的な回路は一例であり、本発明は図示した回路に限定されるものではないし、同様の動作が行われ同様の効果が得られる限り、他の回路を使用することも可能である。当然、発振回路３２はコルピッツＬＣ発振回路に限定されるものではない。
【００５３】
以上の説明において、トナー供給容器５から現像装置１（図１）にトナーが供給される例をあげて説明したが、トナー供給容器５を別途必要とせず、１成分現像方式の現像装置１内に所定量のトナーを充填させて、そのトナーを使い切ることにより現像装置１を廃棄処分する形態の現像装置、或いは、現像装置１に手動でトナーを補充する形態の現像装置にも、本発明を適用できることは言うまでもない。また、図１で示した画像形成装置の主要部の構成は一例であり、各構成はこの例に限定されない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明では、トナー供給容器に共振回路を設けることにより、トナーによって汚染される接点を介さず、その共振回路と非接触でトナーの有無を検知することが可能であるため、極めて信頼性の高いトナーの有無の検知が行える。
【００５５】
また、本発明では、共振回路と発振回路の共通周波数を、画像形成装置の機種ごとに変えることにより、同じ形状のトナー供給容器を使用している場合、トナーの有無とともに、異なる機種のトナー供給容器が誤って装着されたことも、トナーによって汚染される接点を介さず検知することが可能になり、信頼性の高いトナー供給容器誤装着の検知が行える。
【００５６】
さらに、トナー供給容器の脱着センサを画像形成装置に設けることで、１対の共振回路と発振回路と検出回路とで、トナーの有無検知とトナー供給容器誤装着の検知とをそれぞれ行うことが可能になり、２つの機能を一組の構成回路で賄え、大幅なコストの削減を実施することが可能になる。
【００５７】
また、本発明では、トナー供給容器の誤装着検知を行わない場合、トナー供給容器内にトナーが満杯時の共振周波数を、発振回路の周波数と一致させることにより、トナーがほぼ空状態、完全に空状態とともにトナー供給容器内のトナーの残量をも検出することが可能であり、より細かいトナー残量の管理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の主要部の概略図である。
【図２】図１のトナー供給容器５部分の拡大図である。
【図３】静電容量検出電極２３、共振コイル２０、検出回路２１の作用を説明するための模式回路図である。
【図４】図３の模式回路図でＣ１が変化して共振周波数が変化する場合、差動トランスから出力される出力電圧Ｖ１の変化を表す図であり、（ａ）はトナー量が約半分のときに共振周波数と発振回路の発振周波数を一致させた場合、（ｂ）はトナー量が満杯のときに共振周波数と発振回路の発振周波数を一致させた場合である。
【図５】インダクタンスＬ１〜Ｌ３とからなる差動トランス３０とインダクタンスＬ４との磁界による結合を表した模式図である。
【図６】発振電圧Ｖ０の印加から出力電圧Ｖ１の検出までの流れを示すブロック図である。
【図７】図６のブロック図の回路例である。
【符号の説明】
１    現像装置
２    現像ローラ
３    撹拌ローラ
４    現像剤
５    トナー供給容器
６    トナー
７    トナー供給バドル
８    感光体
９    主帯電器
１０  露光
１１  転写帯電器
１２  定着装置
２０  共振コイル
２１  検出回路
２２  隔壁
２３  静電容量検出電極
２４  電極用ワイヤ
３０  差動トランス
３１  共振回路
３２  発振回路
３３  交流増幅器
３４  整流回路
３５  直流増幅器
３７  制御回路
Ｃ１  静電容量
Ｃ２、Ｃ３  発振用コンデンサ
Ｃ４、Ｃ５  整流用コンデンサ
Ｄ１  ダイオード
ｆ、Ｆ１〜Ｆ４  共振周波数
ｆ０  発振周波数
Ｌ１〜Ｌ４  インダクタンス
Ｐ    用紙
Ｑ１  トランジスタ
Ｕ１、Ｕ２  増幅器
Ｖ０  発振電圧
Ｖ１  出力電圧
Ｖｐ  最大電圧
Ｖｓ  しきい値電圧
ε    誘電率
Φ１〜Φ３  磁束
【図１】
2005031245.tif 000006
【図２】
2005031245.tif 000007
【図３】
2005031245.tif 000008
【図４】
2005031245.tif 000009
【図５】
2005031245.tif 000010
【図６】
2005031245.tif 000011
【図７】
2005031245.tif 000012