(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、現像剤を収容する現像剤容器と、像担持体に対向するように前記現像剤容器に配設され、前記現像剤容器内に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤容器内に配設され、現像剤を間にして前記現像剤担持体と対向電極対を形成する電極部材と、前記電極対のいずれか一方の電極に前記交流電源からの交流バイアスを印加し、他方の電極との電位差を測定することにより前記現像剤容器内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備えた画像形成装置において、
前記交流電源は、圧電セラミックス振動体を励振させ、その二次電極から交流電圧を出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの一次電極に駆動電圧を印加する圧電トランス駆動手段と、前記圧電トランス駆動手段に駆動信号を与える圧電トランス駆動信号発生手段と、前記圧電トランスから出力された励振レベルを検出する励振レベル検出手段と、前記圧電トランスから出力された目標励振レベルを設定する励振レベル設定手段と、前記励振レベル検出手段からの検出レベル信号と前記励振レベル設定手段からの設定レベル信号との差分信号を前記圧電トランス駆動信号発生手段にフィードバックして、前記圧電トランスの出力交流電圧の励振レベルを制御する励振レベル制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記圧電トランス駆動信号発生手段は、前記差分信号に対応して前記圧電トランスの駆動周波数を調整す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】
前記圧電トランス駆動信号発生手段は、前記差分信号に対応して前記圧電トランスの一次電極に印加する駆動電圧の振幅を制御す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４】
前記励振レベル検出手段は、前記圧電トランスの出力交流電圧を整流する整流手段を備え、前記整流手段により整流された整流電圧を検出することにより前記圧電トランスの励振レベルを検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記整流電圧は電子写真プロセスを用いた画像形成部材に直流バイアスを供給する少なくとも一つ以上の直流電源に用いられ、前記画像形成部材に前記直流バイアスの電圧が印加された場合に、前記電極対のいずれかに交流バイアスを印加するかどうかを選択できることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記直流電源は、中間転写体に残留する残留現像剤を静電回収する静電クリーニング手段のクリーニングバイアスを生成することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記交流電源からの交流バイアスを前記電極対のいずれかに印加するタイミングは、前記静電クリーニング手段が静電回収を行うタイミングとしたことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記電極部材は、前記現像剤担持体に接して現像剤を供給する誘電体を備えた導体、あるいは前記現像剤担持体と所定間隔を隔てて配設された導体、のいずれか一方であることを特徴とする請求項１ないし７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、現像剤残量検知技術を搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置におけるトナー残量検知機構として、特許文献１に記載されるような静電容量検知方式が用いられている。
【０００３】
図１４、図１５に静電容量検知方式による現像剤残量検知機構の概略構成を示す。ここでは現像剤としてトナーを用いている。トナー容器１００は現像剤容器、現像ローラ１０１は、現像剤容器内に配設され、現像剤を担持搬送する現像剤担持体である。図１４において、アンテナ１０４は、現像ローラ１０１と所定間隔を隔てて対向する位置に配設された導体である。すなわち、アンテナ１０４は現像ローラ１０１と対向電極対を形成し、その間に静電容量を持つ。トナー容器１００内の、トナー２０が消費されるにつれて、現像ローラ１０１とアンテナ１０４間のトナーが減少することにより、現像ローラ１０１とアンテナ１０４間の誘電率が減少し、その静電容量が小さくなる。この静電容量の変化を両電極間の電位差を測定することにより、トナー容器１００内のトナー２０の残量を検知することができる。つまり、トナー残量検知用交流電源１０５により所定の交流電圧が現像ローラ１０１に印加されると、現像ローラ１０１とアンテナ１０４間に形成される等価コンデンサ１０６の静電容量に応じた交流電流値Ｉ１が得られる。この交流電流値Ｉ１は、トナー残量検知用交流電源１０５の周波数、及びその振幅値、等価コンデンサ１０６の静電容量の積に比例する。そして、この交流電流値Ｉ１を、ダイオード２０１、２０２、抵抗２０３、コンデンサ２０４で構成される整流回路により整流して、電圧値Ｖ１に変換してオペアンプ１０８の反転入力端子に入力する。同様に、トナー残量検知用交流電源１０５により所定の交流電圧が基準コンデンサ１０７に印加されると、基準コンデンサ１０７の静電容量に応じた交流電流値Ｉ２が得られる。そして、この交流電流値Ｉ２を、ダイオード２０５、２０６、抵抗２０７、コンデンサ２０８で構成される整流回路により整流して、トナー残量を検知する上での基準電圧値Ｖ２に変換してオペアンプ１０８の非反転入力端子に入力する。オペアンプ１０８、抵抗２０９、２１０、コンデンサ２１１は積分回路を構成し、オペアンプ１０８の反転入力端子、非反転入力端子に入力される電圧Ｖ１、Ｖ２が誤差増幅されて検知結果１０９として検知される。すなわち、トナー容器１００内のトナー２０の残量をアナログ量として逐次検知することができる。
【０００４】
また、図１５において、１０２は、現像ローラ１０１に接して現像ローラ１０１にトナーを供給する、誘電体を備えたＲＳローラである。また、ＲＳローラ１０２は電極部材として現像ローラ１０１と対向電極対を形成する。この両ローラ１０１、１０２間の電位差を測定し、静電容量の変化を検知することによりトナー容器１００内のトナー２０の残量を検知する。
【０００５】
ここで、アンテナ１０４と現像ローラ１０１間、あるいはＲＳローラ１０２と現像ローラ１０１間に形成される等価コンデンサ１０６の静電容量に応じた交流電流値をＩ１とする。このとき、Ｉ１はトナー残量検知用交流電圧３０の周波数をｆ、振幅値をＶｐｐ、等価コンデンサの静電容量をＣｔとすると、次式１で表現される。
Ｉ１＝２πｆ・Ｖｐｐ・Ｃｔ・・・（式１）
同様に、基準コンデンサ１０７の静電容量に応じた交流電流値Ｉ２は、基準コンデンサの静電容量をＣｒｅｆとすると、次式２で表現される。
Ｉ２＝２πｆ・Ｖｐｐ・Ｃｒｅｆ・・・（式２）
一般に、等価コンデンサの静電容量Ｃｔと、基準コンデンサの静電容量Ｃｒｅｆは、異なる周波数特性を有している。また、これら交流電流値Ｉ１、Ｉ２を整流して、それぞれ電圧値Ｖ１、Ｖ２に変換する整流回路も周波数特性を有している。従って、Ｉ１、Ｉ２、すなわち、Ｖ１、Ｖ２を比較することにより、静電容量の比較を良好に行うためには、式１、２におけるトナー残量検知用交流電圧３０の周波数ｆ、振幅値Ｖｐｐを一定値に保つ必要がある。従って、トナー残量検知用交流電圧３０の振幅値Ｖｐｐを一定に制御することに加え、周波数ｆを高調波成分を含まない単一周波数とするために、トナー残量検知用交流電圧３０の電圧波形を略正弦波状とすることが好ましい。従ってトナー残量検知用交流電源１０５は、出力するトナー残量検知用交流電圧３０が略正弦波状となるよう回路構成されている。
【０００６】
図１６にトナー残量検知用交流電源１０５のブロック図を示す。インバータ手段５０１により、電圧制御手段５０８からの出力電圧は矩形波電圧に変換される。次に、この矩形波電圧がバンドパスフィルタ５０２により略正弦波電圧に変換され、プッシュプル増幅器５０３及び高圧トランス５０４により、略正弦波状のトナー残量検知用交流電圧３０が生成される。電圧制御手段５０８は、トナー残量検知用交流電圧３０が整流手段５０５により整流されて電圧検出手段５０６により検出された信号と、電圧設定手段５０７からの信号がそれぞれ入力される。そして、電圧制御手段５０８は、電圧調整手段５０７からの信号に基づいた振幅値のトナー残量検知用交流電圧３０が得られるような信号をインバータ手段５０１へ送出し、定電圧制御を行っている。
【０００７】
図１７にトナー残量検知用交流電源１０５の回路構成を示す。図示しない画像形成装置のコントローラから送出されるクロック信号ＣＬＫが、接続端子６２８よりＦＥＴ６０１のゲート端子に入力され、オペアンプ６２４から抵抗６２７を介して送出された出力電圧が矩形波電圧に変換される。次に、この矩形波電圧が、抵抗６０２、６０３及びコンデンサ６０４、６０５により構成されるローパスフィルタにより略正弦波電圧に変換される。次に、この略正弦波電圧が、抵抗６０６、６０９、６１２、６１３、ダイオード６０７、６０８、及びトランジスタ６１０、６１１により構成されるプッシュプル増幅器に入力される。そして、このプッシュプル増幅器の出力は、電解コンデンサ６１４により直流成分除去が行われ、高圧トランス６１５により、略正弦波状のトナー残量検知用交流電圧３０に変換される。また、トナー残量検知用交流電圧３０は、コンデンサ６１６、６１９及びダイオード６１７、６１８により整流され、抵抗６２０、６２１、６２２、６２３により、検出信号としてオペアンプ６２４の反転入力端子に入力される。また、図示しない画像形成装置のコントローラから送出される電圧設定値信号ＣＯＮＴ＿Ｔが接続端子６２９を介してオペアンプ６２４の非反転入力端子に入力される。そして、オペアンプ６２４は、抵抗６２５、コンデンサ６２６による積分回路により、電圧設定値信号ＣＯＮＴ＿Ｔに基づいた振幅値のトナー残量検知用交流電圧３０が得られるような信号をＦＥＴ６０１へ送出し、定電圧制御を行っている。
【特許文献１】特開平８−４４１８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の通り、トナー残量検知用交流電源１０５はトナー残量検知精度を高めるために、バンドパスフィルタ５０２、プッシュプル増幅器５０３及び高圧トランス５０４などを用いて略正弦波状のトナー残量検知用交流電圧３０を生成している。しかしながら、このような電源構成は電力効率が悪く、電源の大型化要因となり、画像形成装置本体のコストアップを引き起こして現像装置４のコストダウン効果を妨げる要因となっていた。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、静電容量検知方式によるトナー残量検知用途に供することのできるトナー残量検知用交流バイアスをより小型で安価に生成する技術手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本出願に係る発明によれば、上記目的は、
交流電源と、現像剤を収容する現像剤容器と、像担持体に対向するように前記現像剤容器に配設され、前記現像剤容器内に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤容器内に配設され、現像剤を間にして前記現像剤担持体と対向電極対を形成する電極部材と、前記電極対のいずれか一方の電極に前記交流電源からの交流バイアスを印加し、他方の電極との電位差を測定することにより前記現像剤容器内の現像剤残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備えた画像形成装置において、前記交流電源は、圧電セラミックス振動体を励振させ交流電圧を出力する圧電トランスと、前記圧電トランスに駆動電圧を印加する圧電トランス駆動手段と、前記圧電トランス駆動手段に駆動信号を与える圧電トランス駆動信号発生手段と、前記圧電トランスから出力された励振レベルを検出する励振レベル検出手段と、前記圧電トランスから出力された目標励振レベルを設定する励振レベル設定手段と、前記励振レベル検出手段からの検出レベル信号と前記励振レベル設定手段からの設定レベル信号との差分信号を前記圧電トランス駆動信号発生手段にフィードバックして、前記圧電トランスの出力交流電圧の励振レベルを制御する励振レベル制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提供することにより達成される。
【発明の効果】
【００１１】
圧電トランスが共振体である故に有するバンドパスフィルタ機能を利用して、従来の巻線高圧トランスを用いたトナー残量検知用交流電源における、高圧トランスや、バンドパスフィルタ、プッシュプル増幅器を圧電トランスに置き換える。さらに圧電トランスの励振レベルを一定に保つためのフィードバック制御回路により、圧電トランス高圧電源の出力交流電圧を定電圧制御する構成を講じた。この構成により、銅の値上がりや巻線工数によりコストがかかる傾向にある巻線高圧トランスをセラミック製の圧電トランスに置き換えることに加え、部品点数の削減による電源回路のコストダウンや小型化に貢献できる。また共振体である圧電トランスは巻線高圧トランスより少ない電力で駆動でき省エネルギー化が計れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を画像形成装置の実施例により詳細に説明する。
【００１３】
図２に本発明に利用できる電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成を示す。本願発明では現像剤としてトナーを用いており、トナー容器１００は現像剤容器、現像ローラ１０１は現像剤担持体、トナー像は現像剤像である。画像形成装置は像担持体である感光ドラム１を備えている。画像形成動作が開始すると、帯電高圧電源４１が、帯電手段としての帯電ローラ２に直流負バイアスを与えることにより、感光ドラム１の表面を一様に帯電させる。次に、中間転写体である中間転写ベルト５上に、感光ドラム１上のトナー像を転写する際の転写位置を考慮して決定される画像書き出し位置を、ＴＯＰセンサ６が検知する。このＴＯＰセンサ６からの基準信号であるＴＯＰ信号に同期して、露光装置３が、感光ドラム１の表面に対して、画像信号に基づいて変調されたレーザ光により露光走査を行い、第１色目の画像信号に対応する静電潜像を感光ドラム１上に形成する。一方、現像装置４には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックそれぞれのトナーを有する現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４ＢＫが備えられている。所定のタイミングにて現像装置４が回転することにより、それぞれの現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４ＢＫが感光ドラム１と対向する現像位置に配置される。このようにして、まず第１色目の静電潜像を現像するために、イエロー現像装置４Ｙが感光ドラム１と対向し、現像高圧電源４２が、現像ローラ１０１に直流負バイアスを印加することにより、第１色目のイエロートナー像を可視化して感光ドラム１上に形成する。その後、一次転写高圧電源４３が、中間転写ベルト５と対向する位置に設けられたベルト転写部材７に、トナーと逆極性の直流正バイアスを印加することにより、感光ドラム１上のイエロートナー像を、中間転写ベルト５上に一次転写する。上記同様の工程を、第２色目、第３色目、第４色目であるそれぞれマゼンタ現像装置４Ｍ、シアン現像装置４Ｃ、ブラック現像装置４ＢＫについて繰り返すことにより、中間転写ベルト５上に例えばフルカラートナー像が形成される。次に、給紙ローラ９が給紙カセット８に収容された記録紙１６をＴＯＰ信号に基づいた所定のタイミングでレジストレーションローラ対１０まで送出し、そこで一旦停止させる。なお、記録紙１６は記録媒体である。そして、レジストレーションローラ対１０が、所定の転写タイミングに同期して記録紙１６を再給紙する。次に、二次転写高圧電源４４が、転写手段である転写ローラ１１に直流正バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５上のフルカラートナー像が、記録紙１６上に一括転写（二次転写）される。その後、定着装置１２が、熱及び圧力により記録紙１６上の未定着フルカラートナー像を定着して永久画像を得る。そして、搬送ローラ対１３が、画像形成装置外に排紙する。ここで、中間転写ベルト５上への各色毎の一次転写が終了した後に感光ドラム１に残留する一次転写残トナーなどは、ブレード状のクリーニング部材から成る残トナー回収装置１４へ回収除去される。同様に、中間転写ベルト５上には、二次転写が終了した後に記録紙１６上に転写されないで残留する二次転写残トナーがある。この二次転写残トナーは、感光ドラム１に到達する前に、ベルトクリーニング高圧電源４５が、ベルトクリーニング装置１５に直流正バイアスを印加することにより、正極性に帯電される。この際、二次転写残トナーのうち、負極性に帯電しているトナーは、ベルトクリーニング装置１５により回収される。一方、正極性に帯電された二次転写残トナーは、一次転写高圧電源４３が二次転写残トナーと同極性の正バイアスを印加することにより、感光ドラム１上に静電的に転写され、残トナー回収装置１４へ回収除去される。このようなベルトクリーニングが、二次転写後、直ちに行われることにより、画像形成を繰り返し行うことができる。上記一連の画像形成動作を、以後、画像形成シーケンスと表記する。また、帯電ローラ２、現像ローラ１０１、ベルト転写部材７、転写ローラ１１、ベルトクリーニング装置１５を合わせて画像形成部材と表記する。
【００１４】
転写ローラ１１、ベルトクリーニング装置１５、ベルト転写部材７は静電クリーニング手段であり、残留現像剤を静電回収する手段である。残留現像剤とはここでは前述した二次転写残トナーを意味する。電源起動時、所定枚数プリント後、ジャム検知後などの所定のタイミングにおいて、二次転写逆高圧電源４７、ベルトクリーニング逆高圧電源４８がそれぞれ、転写ローラ１１、ベルトクリーニング装置１５に直流負バイアスを印加する。そして、転写ローラ１１、あるいはベルトクリーニング装置１５に滞留していた二次転写残トナーなどが、負極性に帯電されて中間転写ベルト５へ一旦戻される。この負極性に帯電された二次転写残トナーは、一次転写逆高圧電源４６が二次転写残トナーと同極性の負バイアスを印加することにより、感光ドラム１上に静電的に転写され、残トナー回収装置１４へ回収除去される。二次転写残トナーを中間転写ベルト５及び感光ドラム１を介して、残トナー回収装置１４へ回収除去する動作を、以後、クリーニングシーケンスと表記する。
【００１５】
以上のように、電子写真プロセスを用いた画像形成装置では、直流バイアスを生成する電源を各工程で設けている。なお、本明細書中では「バイアス電圧」のことを「バイアス」と言うこともある。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の特徴は、静電容量検知方式におけるトナー残量検知シーケンスにおいて、圧電トランス高圧電源からの出力交流電圧を現像部に印加することにより、トナー残量検知用交流バイアス手段を生成したことである。以下にその詳細構成を図１から図５を用いて説明する。なお、前図において、上記従来例と同一構成機能を説明する部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施例におけるトナー残量検知機構のブロック図である。本実施例では、現像ローラ１０１は電極部材であり、ＲＳローラ１０２が現像ローラ１０１に対向した毛一つの電極部材であり、この両ローラが対向電極対を形成する。圧電トランス高圧電源は、圧電トランス３０１の出力交流電圧がトナー残量検知用交流電圧３０として生成される交流電源である。ＲＳローラ１０２に印加される交流電源である。トナー残量検知回路３０９は現像ローラ１０１に接続され、ＲＳローラ１０２にはトナー残量検知用交流電圧３０が印加される。励振レベル制御手段３０７には、圧電トランス３０１の励振レベルが励振レベル検出手段３０５により検出された検出レベル信号と、励振レベル設定手段３０６から送出される設定レベル信号がそれぞれ入力される。ここで、設定レベル信号は、圧電トランス３０１からトナー残量検知を行うのに必要な所定の励振レベル（目標励振レベル）の信号である。そして、励振レベル制御手段３０７は、設定レベル信号に基づいた差分信号を圧電トランス駆動信号発生手段３０３へ送出する。そして、圧電トランス駆動手段３０２は、圧電トランス駆動信号発生手段３０３から発生した信号に基づいて、圧電トランス３０１を駆動する。このようにして、圧電トランス３０１の出力交流電圧、すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０が現像ローラ１０１に印加される。このトナー残量検知用交流電圧３０を用いることにより、上記従来例で説明した静電容量検知方式によるトナー残量検知を行うことができる。ここで、トナー残量検知回路３０９は、等価コンデンサ１０６の静電容量の変化に応じた電圧レベルと、所定の基準電圧レベルを比較して、トナー容器１００内のトナー２０の残量を検知する。図３に本実施例の静電容量検知方式によるトナー残量検知機構の回路図を示す。圧電トランス３０１は、圧電セラミックス振動体に一次電極及び二次電極を形成した素子であり、インダクタ５１、ＦＥＴ５２、コンデンサ５３で構成される駆動回路により共振駆動され、二次電極から略正弦波状の交流高電圧を出力する。圧電トランス３０１の出力交流電圧はダイオード５４、５５、及び高圧コンデンサ５６により直流電圧に整流される。整流電圧は抵抗５７、５８、５９により分圧され、直流電源Ｖｃｃに基づいた所定レベルの信号に変換され、保護用抵抗６０を介してオペアンプ６３の非反転入力端子に入力される。一方、オペアンプ６３の反転入力端子には直列抵抗６２を介して、図示しない画像形成装置のコントローラからアナログ信号である制御信号ＣＯＮＴが接続端子６１より入力される。ここで、オペアンプ６３、抵抗６２、コンデンサ６４により積分回路が構成されている。オペアンプ６３の出力端子は圧電トランス駆動信号を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ）３１０に接続され、電圧制御発振器３１０の出力端子はＦＥＴ５２のゲート端子に接続される。この電圧制御発振器３１０は、入力される電圧レベルに応じた周波数の信号をＦＥＴ５２のゲート端子へ送出する。ＦＥＴ５２のドレイン端子はインダクタ５１を介して直流電源Ｖｄｄに接続され、コンデンサ５３を介して接地され、さらに圧電トランス３０１の一次電極の一方に接続される。この一次電極の他方、及びＦＥＴ５２のソース端子は接地される。ここで、図４は圧電トランス３０１の駆動信号の周波数に対する出力電圧の特性を表した図である。同図から、共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となり、駆動周波数による出力電圧の制御が可能であることがわかる。また、現像ローラ１０１に対向して対向電極対を構成する部材として、前記のＲＳローラ１０２の代りに図１４に示したようなアンテナ１０４を使用しても良い。
【００１８】
以上のように、電圧制御発信器３１０及びオペアンプ６３による負帰還制御を用いて、圧電トランス３０１の駆動周波数を制御することにより、出力交流電圧を定電圧制御する高圧電源が構成される。インピーダンス特性が急峻な圧電トランス３０１の出力電圧をフィードバック制御により安定化させることが可能となり、圧電トランス３０１のフィルタ特性を利用して正弦波出力電圧を得ることができる。この構成において、圧電トランス３０１の励振レベル検出手段として、ダイオード５４、５５及び高圧コンデンサ５６により構成される整流回路を用いており、圧電トランス３０１の出力交流電圧を直流電圧に変換して検出する。この手段は圧電トランス３０１の励振レベル検出手段の一例であり、圧電トランス３０１の共振情報を検出する他の手段に置き換えが可能である。例えば、図５に示すように、圧電トランス３０１の出力交流電圧を、駆動タイミングに基づく所定位相でサンプリングする位相同期検出手段３１２を用いて圧電トランス３０１の励振レベルを検出する構成としても良い。また、その他の構成を用いて圧電トランス３０１の出力交流電圧の実効値、平均値、ピークホールド値などの情報を検出しても良い。
【００１９】
この圧電トランス高圧電源の出力交流電圧、すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０は、トナー残量検知用交流電圧３０の直流電圧成分を除去するためのカップリングコンデンサ６５を介してＲＳローラ１０２に印加される。そして、上記従来例で示したように、ＲＳローラ１０２と現像ローラ１０１間の電位差を測定し、両ローラ間に形成される等価コンデンサ１０６の静電容量の変化を検知することにより、トナー容器１００内のトナー２０の残量を検知する。また、カップリングコンデンサ１１２は、現像高圧電源４２により現像ローラ１０１に印加される直流負バイアスが、トナー残量検知回路側へ印加されないように、直流電圧成分を除去するために用いられる。
【００２０】
この圧電トランス高圧電源における圧電トランス３０１は、共振体であるために、素子自体がバンドパスフィルタの機能を有しており、外付けのフィルタなどを付加して波形整形を施すこと無しに略正弦波電圧を得ることができる。また、圧電トランス高圧電源は出力交流電圧を圧電トランス３０１の駆動信号周波数により定電圧制御しており、圧電トランス駆動手段３０２を駆動する信号周波数は常に変動している。ここで、図３における交流電流値Ｉ１、Ｉ２を整流してそれぞれ電圧値Ｖ１、Ｖ２に変換する整流回路は周波数特性を有している。このため電圧値Ｖ１、Ｖ２が圧電トランス３０１の駆動信号周波数により変動することが懸念される。しかしながら、目標出力電圧値に対して、圧電トランス３０１が例えば１５０ｋＨｚの駆動信号周波数を中心に駆動されている時、駆動信号周波数の変動は、±１％〜２％程度である。従って、電圧値Ｖ１、Ｖ２が、整流回路の周波数特性により変動する誤差は極めて小さいものであり、トナー残量検知精度を悪化させる要因までには至らない。
【００２１】
以上のように本実施例では、上記構成を用いることにより、高精度な検知が要求される静電容量検知方式によるトナー残量検知用途に供することのできるトナー残量検知用交流バイアスを簡易かつ安価に生成することができる。
【実施例２】
【００２２】
本発明の第２の実施例を説明する。図６は説明図である。なお、前図において、上記従来例及び実施例説明図と同一構成機能を説明する部分については同一符号を付し説明を省略する。図６に本実施例の静電容量検知方式によるトナー残量検知機構を示す。図６において、図３と異なる点は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３１０の代わりに固定周波数の駆動信号を発生するクロック発生器６６を施すことである。また、オペアンプ６３、抵抗６７、６９、トランジスタ６８により圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御することである。オペアンプ６３の出力端子は抵抗６７を介してトランジスタ６８のベース端子に接続されており、ＦＥＴ５２のドレイン端子はインダクタ５１、トランジスタ６８、抵抗６９を介して直流電源Ｖｄｄに接続される。一方、クロック発生器６６はＦＥＴ５２のゲートに接続される。オペアンプ６３から送出される電圧レベルに応じてトランジスタ６８のベース電流が可変され、結果として、圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅が制御される。以上のように、クロック発生器６６、オペアンプ６３、抵抗６７、６９、トランジスタ６８による負帰還制御を用いて、圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御することにより、出力交流電圧を定電圧制御する高圧電源が構成される。この圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御する方法として他の方法を用いても良い。例えば、オペアンプ６３から送出される制御電圧をクロック発生器６６にフィードバックし、クロック発生器６６が発生する駆動信号のデューティ比を制御する方法を用いることができる。以上の方法を用いて、圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御することにより、インピーダンス特性が急峻な圧電トランス３０１の出力電圧をフィードバック制御により安定化させることが可能となる。すなわち、圧電トランス３０１のフィルタ特性を利用して二次電極から正弦波出力電圧を得ることができる。ここで、実施例１で説明した構成と同様に、その他の構成を用いて圧電トランス３０１の励振レベルを検出する構成としても良い。また、現像ローラ１０１に対向して対向電極対を構成する部材として、前記のＲＳローラ１０２の代りに図１４に示したようなアンテナ１０４を使用しても良い。
【００２３】
以上のように本実施例では、上記構成を用いることにより、高精度な検知が要求される静電容量検知方式によるトナー残量検知用途に供することのできるトナー残量検知用交流バイアスを簡易かつ安価に生成することができる。
【実施例３】
【００２４】
本発明の第３の実施例を説明する。図７、図８は説明図である。なお、前図において、上記従来例及び実施例説明図と同一構成機能を説明する部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００２５】
図７に本実施例のトナー残量検知機構のブロック図を示す。図７において図１と異なる点は、圧電トランス高圧電源４０が、画像形成部材に印加する直流バイアス３１０の少なくとも一つを生成する直流電源を兼ねること、及び切り換えスイッチ３０８を設けたことである。この切り換えスイッチ３０８によって、出力交流電圧３０をトナー残量検知電極に印加するかどうかを選択できる。すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０を整流手段３０４により整流して直流バイアスとして用い、また圧電トランス３０１の励振レベルを検出する手段としても用いている。ここで、直流バイアス３１０として、帯電、現像、一次転写、二次転写、ベルトクリーニング用途の直流バイアス（以下、画像形成用バイアスと記す。）について考える。これらの画像形成用バイアスの少なくとも一つを圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧の整流電圧から生成した場合、画像形成シーケンス時に現像ローラ１０１、あるいはＲＳローラ１０２に交流電圧が印加され、現像不良を起こすことが懸念される。従って、画像形成シーケンス時に現像ローラ１０１、あるいはＲＳローラ１０２に交流電圧が印加されないような機構を設ける必要がある。そこで、切り換えスイッチ３０６は、画像形成シーケンス時にはＯＦＦ、画像形成シーケンス時以外のトナー残量検知時はＯＮされる。従って、この切り換えスイッチ３０６がＯＮされた際にのみ、トナー残量検知用交流電圧３０が、ＲＳローラ１０２に印加される機構となる。
【００２６】
図８に本実施例に利用できるトナー残量検知機構の回路図を示す。図８に示す圧電トランス高圧電源は、上記実施例１で説明した、電圧制御発振器３１０を用いて圧電トランス３０１の駆動信号周波数を制御する方式の電源を代表して示している。従って、上記実施例２で説明した、圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御する方式の電源に置き換えて考えても良い。図８における直流バイアス３１０は直流負バイアスであり、例えば、帯電、現像用途の直流バイアスとして用いることができる。また、図８における直流バイアス３１０は、ダイオード５４、５５の極性を変更することにより直流正バイアスとすることが可能であり、例えば、一次転写、二次転写、ベルトクリーニング用途の直流バイアスとして用いることができる。図８において、上記従来例で示したように、ＲＳローラ１０２と現像ローラ１０１間に形成される等価コンデンサ１０６の静電容量の変化を検知することにより、トナー容器１００内のトナー２０の残量を検知する。また、現像ローラ１０１に対向して対向電極対を構成する部材として、前記のＲＳローラ１０２の代りに図１４に示したようなアンテナ１０４を使用しても良い。
【００２７】
以上のように本実施例では、圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧、すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０の整流電圧から、直流バイアス３１０の少なくとも一つを生成する。上記構成を用いることにより、例えば、帯電、現像用途の画像形成用バイアスを生成する直流電源の少なくとも一つを設けること無く、電源部のコストダウンを図ることができる。
【実施例４】
【００２８】
本発明の第４の実施例を図９、図１０を用いて説明する。なお、図９、図１０において、上記従来例及び実施例説明図と同一構成機能を説明する部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００２９】
図９に本実施例のトナー残量検知機構のブロック図を示す。図９において、図１と異なる点は、圧電トランス高圧電源４０が、静電クリーニング手段に印加する直流バイアス３１１の少なくとも一つを生成する直流電源を兼ねることである。すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０を整流手段３０４により整流して直流バイアスとして用い、また圧電トランス３０１の励振レベルを検出する手段としても用いている。ここで、直流バイアス３１１として、一次転写逆、二次転写逆、ベルトクリーニング逆用途の直流バイアス（以下、クリーニングバイアスと記す。）について考える。これらのクリーニングバイアスの少なくとも一つを圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧の整流電圧から生成した場合、画像形成シーケンス時に現像ローラ１０１、あるいはＲＳローラ１０２に交流電圧が印加されない。従って、上記実施例２で説明したような切り換えスイッチ３０６を設ける必要が無くなり画像形成シーケンス時に現像ローラ１０１、あるいはＲＳローラ１０２に交流電圧が印加されないような機構を設ける必要が無い。
【００３０】
図１０に本実施例に利用できるトナー残量検知機構の回路図を示す。図１０に示す圧電トランス高圧電源は、上記実施例１で説明した、電圧制御発振器３１０を用いて圧電トランス３０１の駆動信号周波数を制御する方式の電源を代表して示している。従って、上記実施例２で説明した、圧電トランス３０１の一次電極に印加する駆動電圧振幅を制御する方式の電源に置き換えて考えても良い。図１０における直流バイアス３１１は直流負バイアスであり、例えば、一次転写逆、二次転写逆、ベルトクリーニング逆用途の直流バイアスとして用いることができる。図１０において、上記従来例で示したように、ＲＳローラ１０２と現像ローラ１０１間に形成される等価コンデンサ１０６の静電容量の変化を検知することにより、トナー容器１００内のトナー２０の残量を検知する。また、現像ローラ１０１に対向して対向電極対を構成する部材として、前記のＲＳローラ１０２の代りに図１４に示したようなアンテナ１０４を使用しても良い。
【００３１】
以上のように、圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧、すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０の整流電圧から、直流バイアス３１１の少なくとも一つを生成する。上記構成を用いることにより、例えば、一次転写逆、二次転写逆、ベルトクリーニング逆用途のクリーニングバイアス３１１を生成する電源の少なくとも一つを設ける必要がない。加えて、実施例３における切り換えスイッチを設けることが無くなるため、更なる電源部のコストダウンを図ることができる。
【実施例５】
【００３２】
本発明の第５の実施例を図１１、図１２を用いて説明する。なお、図１１、図１２において、上記従来例及び実施例説明図と同一構成機能を説明する部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００３３】
本実施例の特徴は、上記実施例４において、クリーニングシーケンスのタイミングでトナー残量検知用交流バイアスを印加することである。
【００３４】
図１１に従来の画像形成装置の動作シーケンスを示す。図１１に示すように、従来は所定回数の画像形成を行った後、クリーニングが行われ、さらにこの画像形成及びクリーニングから成るシーケンスを所定回数行った後、トナー残量検知が行われる。これに対して図１２に本実施例の画像形成装置の動作シーケンスを示す。図１２に示すように、圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧の整流電圧を、直流バイアス３１１として用いるため、クリーニングとトナー残量検知を同時に行うことができる。従って、トナー残量検知を行うシーケンスを独立に設けること無く、その時間を短縮することができる。
【００３５】
以上のように、圧電トランス高圧電源４０の出力交流電圧の整流電圧を、直流バイアス３１１として用い、クリーニングシーケンスのタイミングでトナー残量検知用途の交流バイアスを印加することにより、トナー残量検知を行う時間を短縮することができる。
【実施例６】
【００３６】
本発明の第６の実施例を図１３を用いて説明する。なお、図１３において、上記従来例及び実施例説明図と同一構成機能を説明する部分については説明を省略する。
【００３７】
本実施例の特徴は、トナー残量検知用交流バイアスを印加する対象をＲＳローラ１０２だけでなく、現像ローラ１０１あるいは、アンテナ１０４に拡張することであり、この点においてのみ上記実施例と異なる。
【００３８】
図１３に本実施例の現像装置の概略構成を示す。トナー残量検知用交流電圧３０を印加する対象は、トナー容器１００内で電極対を構成し、トナー容器１００内のトナー２０の残量変化に応じて、その等価コンデンサの静電容量が減少するものであれば良い。すなわち、トナー残量検知用交流電圧３０を印加する対象は、現像ローラ１０１、ＲＳローラ１０２、アンテナ１０４のいずれかでも良い。そして、現像ローラ１０１とＲＳローラ１０２間の等価コンデンサ１２１、ＲＳローラ１０２とアンテナ１０４間の等価コンデンサ１２２、あるいは現像ローラ１０１とアンテナ１０４間の等価コンデンサ１２３、いずれかの静電容量変化を検知すれば良い。特には、トナー残量検知用交流電圧３０を印加する対象をＲＳローラ１０２、あるいはアンテナ１０４とすれば、トナー残量を精度良く検知するに良好な構成となる。
【００３９】
以上の構成により、静電容量検知方式によるトナー残量検知機構を確立する方法の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１におけるトナー残量検知用交流電源を示すブロック図
【図２】本発明の実施例１における画像形成装置の概略構成
【図３】本発明の実施例１におけるトナー残量検知機構を示す回路図
【図４】本発明の実施例１における圧電トランスの駆動周波数特性
【図５】本発明の実施例１における励振レベル検出手段を示すブロック図
【図６】本発明の実施例２におけるトナー残量検知用交流電源を示す回路図
【図７】本発明の実施例３におけるトナー残量検知機構を示すブロック図
【図８】本発明の実施例３におけるトナー残量検知機構を示す回路図
【図９】本発明の実施例４におけるトナー残量検知機構を示すブロック図
【図１０】本発明の実施例４におけるトナー残量検知機構を示す回路図
【図１１】従来の画像形成装置の動作シーケンス
【図１２】本発明の実施例５における画像形成装置の動作シーケンス
【図１３】本発明の実施例６における現像装置の概略構成
【図１４】従来の現像ローラとアンテナ間の静電容量検知方式によるトナー残量検知機構を示す回路図
【図１５】従来の現像ローラとＲＳローラ間の静電容量検知方式によるトナー残量検知機構を示す回路図
【図１６】従来の画像形成装置におけるトナー残量検知用交流電源を示すブロック図
【図１７】従来の画像形成装置におけるトナー残量検知用交流電源を示す回路図
【符号の説明】
【００４１】
１  感光ドラム
２０  トナー
３０  トナー残量検知用交流電圧
４０  圧電トランス高圧電源
１００  トナー容器
１０１  現像ローラ
１０４  アンテナ
１０６  等価コンデンサ
３０１  圧電トランス
３０２  圧電トランス駆動手段
３０３  圧電トランス駆動信号発生手段
３０５  励振レベル検出手段
３０６  励振レベル設定手段
３０７  励振レベル制御手段
３０９  トナー残量検知回路
【図１】
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【図２】
0005121538.tif 000003
【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】
0005121538.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005121538.tif 000012
【図１２】
0005121538.tif 000013
【図１３】
0005121538.tif 000014
【図１４】
0005121538.tif 000015
【図１５】
0005121538.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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