JP2004177765A

JP2004177765A - Image forming apparatus and its process cartridge

Info

Publication number: JP2004177765A
Application number: JP2002345414A
Authority: JP
Inventors: Nekka Matsuura; 熱河松浦; Kazuto Watanabe; 和人渡辺
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4125946B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus that can measure the amount of a stored developer with high precision by using only a DC power source while preventing the operation life of an image carrier from becoming short, and is manufactured at low cost. <P>SOLUTION: When the amount of the stored developer in image forming operation is measured, a DC voltage generated by turning on and off a developing bias at time intervals shorter than a fall time is applied to a developing roller 13a, a detecting circuit 20 measures the amount of the stored developer with a value of electrostatic capacity C1 determined by a developer amount while preventing striped unevenness on an image surface. When the amount of the stored developer in image non-forming operation is measured, the developing roller 13a and image carrier are separated by oblique driving of a developing roller 13a and a DC measurement voltage is applied to the developing roller 13a to prevent hazard occurrence and toner sticking on the surface of the image carrier. The developing roller 13a and image carrier are set to the same potential to prevent a toner from sticking on the image carrier 11 from the developing roller 13a and the simple and low-manufacturing-cost constitution which requires no AC power source enables a high-precision measurement of the amount of the stored developer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置と、該画像形成装置に着脱自在装着されるプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタなどとして使用される画像形成装置では、画像潜像が露光形成される像担持体、像担持体の画像潜像をトナー像に現像する現像手段、像担持体の帯電を行なう帯電手段、像担持体のクリーニングを行なうクリーニング手段、現像剤収納容器などをプロセスカートリッジとして一体化し、このプロセスカートリッジを、装置本体に対して着脱自在に構成することにより、消耗部材の交換やメンテナンス上の便宜が計られている。
この種のカートリッジには、前記した像担持体と周囲の作像素子、及び現像剤収納容器の全てをプロセスカートリッジとして一体化構成した「オールインワン」タイプのプロセスカートリッジや、現像剤収納器と現像手段からなる第１のカートリッジと、像担持体、帯電手段、クリーニング手段などからなる第２のカートリッジとからなる「オールインツー」タイプのプロセスカートリッジが知られている。
従来の画像形成装置では、現像剤保存量が画像形成不能な量に減少した場合に警報が発せられる方式であり、画像形成の途中で警報が発せられる場合もあり、画像形成の能率的な実行上で問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、現像スリーブとプロセスカートリッジ内のアンテナ電極とで構成されるコンデンサに対して、ＡＣバイアスを印加して、現像スリーブとアンテナ電極間の現像剤量で定まるコンデンサの静電容量を測定することにより、現像剤保存量を検出する画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。
また、プロセスカートリッジの側面に、２個の導体パターンからなる平面アンテナを設け、これらの導体パターン間にＡＣバイアスを印加して、２個の導体パターン間の現像剤量で定まる静電容量を測定して、現像剤保存量を検出するカートリッジが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２２１６１号公報（実施例１）
【特許文献２】
特開２００２−１３２０２９号公報（段落００４１〜００４３および図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特許文献１及び特許文献２に開示の技術では、何れもコンデンサの電極間に存在する現像剤量で定まる静電容量を測定するために、コンデンサの電極間にＡＣバイアスを印加している。
このように、コンデンサの電極間にＡＣバイアスを印加すると、像担持体の近傍での放電の発生が活発化され、発生する放電によって像担持体の動作寿命が短縮するおそれがある。
また、ＡＣバイアス印加のために別途ＡＣ電源を設けることが必要になり、製造コスト面でも問題が生じる。
【０００６】
本発明は、前述したこの種の画像形成装置の現像剤量保存量の測定の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像剤保存量の高精度の測定を、直流電源のみを使用することにより、像担持体の動作寿命の短縮を防止して実行可能で、製造コストの削減も可能な画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、搬送手段により搬送される転写材に回転自在に対接し、原稿画像の顕像が形成され、該顕像が前記転写体に転写される像担持体、該像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体に前記顕像を現像形成する現像手段、該現像手段に現像剤を供給する供給手段を備え、作像電圧印加手段から作像電圧が印加され、前記転写体に前記現像剤により原稿画像の画像形成を行い、装置本体に着脱自在に取り付けられているプロセスカートリッジと、該プロセスカートリッジの内部、または近傍に設けられる複数の計測電極、及び前記現像剤保存量の測定時に、前記計測電極に直流計測電圧を印加する計測電圧印加手段を備え、前記現像剤保存量の測定を行なう現像剤保存量測定ユニットとを有することを特徴とするものである。
【０００８】
このような手段によると現像剤保存量の測定時には、像担持体、帯電手段、現像手段及び供給手段を備え、装置本体に着脱自在プロセスカートリッジの内部、または近傍に設けられる複数の計測電極と、計測電圧印加手段とからなる現像剤保存量測定ユニットにおいて、計測電圧印加手段から直流計測電圧が印加されて、現像剤保存量の測定が行なわれるので、構成が簡単で製造コストが削減される計測電圧印加手段からの直流計測電圧により、プロセスカートリッジの作像素子への交流バイアスの印加による像担持体の動作寿命の短縮を防止して高精度の現像剤保存量の測定が行なわれる。
【０００９】
同様に前記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、計測電圧印加手段として、作像電圧印加手段が兼用されることを特徴とするものである。
【００１０】
このような手段によると、請求項１記載の発明において、計測電圧印加手段として、作像電圧印加手段が兼用されるので、部品数が削減され、省資源化が行なわれ、さらに製造コストが削減される。
【００１１】
同様に前記目的を達成するために、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、計測電圧印加手段として兼用される作像電圧印加手段は、作像電圧の立ち下がり時間よりも短い時間で、計測用の直流電圧をＯＮ−ＯＦＦ出力することにより、画像形成動作中に現像剤の保存量の測定を行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
このような手段によると、請求項２記載の発明での作用に加えて、計測電圧印加手段として兼用される作像電圧印加手段は、作像電圧の立ち下がり時間よりも短い時間で、計測用の直流電圧をＯＮ−ＯＦＦ出力するので、画像形成動作中に、形成画像の品質を低下させることなく現像剤保存量の測定が行なわれる。
【００１３】
同様に前記目的を達成するために、請求項４記載の発明は、現像剤の保存量の測定時に、像担持体と現像手段間を導通し、画像形成時に前記像担持体と前記現像手段間の導通を遮断する切換手段が、請求項２記載の画像形成装置にさらに設けられ、非画像形成時に前記現像手段に直流計測電圧が印加されることにより、現像剤保存量の測定を行なうことを特徴とするものである。
【００１４】
このような手段によると、請求項２記載の発明での作用に加えて、切換手段によって、現像剤保存量の測定時には、像担持体と現像手段間が導通され、画像形成時には、像担持体と現像手段間の導通が遮断されるので、非画像形成時に現像手段に直流計測電圧を印加することにより、現像手段から像担持体へのトナー移送を防止して、現像剤保存量の測定が、以後の画像形成動作に悪影響与えることなく行なわれる。
【００１５】
同様に前記目的を達成するために、請求項５記載の発明は、現像剤保存量の測定時に、像担持体と現像手段間距離を、画像形成時よりも増大させる距離変更手段が、請求項２記載の画像形成装置にさらに設けられ、非画像形成時に前記現像手段に直流計測電圧が印加されることにより、現像剤保存量の測定を行なうことを特徴とするものである。
【００１６】
このような手段によると、請求項２記載の発明での作用に加えて、距離変更手段によって、現像剤保存量の測定時には、像担持体と現像手段間距離が、画像形成時よりも増大されるので、非画像形成時に現像手段に直流計測電圧を印加することにより、現像手段から像担持体へのトナー移送を防止して、現像剤保存量の測定が、以後の画像形成動作に悪影響を与えることなく行なわれる。
【００１７】
同様に前記目的を達成するために、請求項６記載の発明は、請求項２記載の発明において、現像剤の保存量の測定時に、帯電手段が回転状態にある像担持体を帯電することにより、現像手段からの現像剤の移行を防止する電界を形成し、非画像形成時に現像剤保存量の測定を行なうことを特徴とするものである。
【００１８】
このような手段によると、請求項２記載の発明での作用に加えて、現像剤保存量の測定時に、帯電手段が回転状態にある像担持体を帯電することにより、現像手段からの現像剤の移行を防止する電界を形成し、非画像形成時に、現像手段から像担持体へのトナーの移送を防止して、現像剤の保存量測定が、以後の画像形成動作に悪影響を与えることなく行なわれる。
【００１９】
同様に前記目的を達成するために、請求項７記載の発明は、複数の計測電極を具備し、現像ユニットに現像剤を供給する現像ユニットとは別体の現像剤格納手段が、請求項１記載の画像形成装置にさらに設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
このような手段によると、現像ユニットに現像剤を供給する現像ユニットとは別体の現像剤格納手段に設けられている複数の計測電極間に直流計測電圧を印加して、現像剤保存量を測定することにより、請求項１記載の発明での作用が実行される。
【００２１】
同様に前記目的を達成するために、請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、プロセスカートリッジの廃現像剤ボックスに複数の計測電極が設けられ、現像剤量の測定時に計測電圧印加手段から前記計測電極に直流計測電圧が印加され、前記廃現像剤ボックスの廃現像剤量の測定を介して、現像剤の保存量を測定することを特徴とするものである。
【００２２】
このような手段によると、現像剤量の保存量の測定時に、計測電圧印加手段から、プロセスカートリッジの廃現像剤ボックスに設けられた複数の計測電極に直流計測電圧が印加され、廃現像剤ボックスの廃現像剤量の測定を介して、現像剤保存量を測定することにより、請求項１記載の発明での作用が実行される。
【００２３】
同様に前記目的を達成するために、請求項９記載の発明は、Ｋ、Ｍ、Ｃ、Ｙの各色に対応してそれぞれ設けられ、搬送手段により搬送される転写材に回転自在に対接し、原稿画像の顕像が形成され、該顕像が前記転写体に転写される像担持体、該像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体に前記顕像を現像形成する現像手段、該現像手段に現像剤を供給する供給手段を備え、作像電圧印加手段から作像電圧が印加され、前記転写体に前記現像剤により原稿画像の対応する色の現像剤で画像形成を行い、装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジであり、計測電圧印加手段から直流計測電圧が印加される計測接片と、作像電圧印加手段から作像電圧が印加される作像接片と、直流計測電圧を前記計測接片に印加するか、作像電圧を前記作像接片に印加するかの切換を行なう切換手段とを有することを特徴とするものである。
【００２４】
このような手段によると、現像剤保存量の測定時には、切換手段によって、計測電圧印加手段から印加される直流計測電圧が、計測接片を介してプロセスカートリッジの内部、または近傍に設けられる複数の計測電極に印加され、この直流計測電圧に基づいて、現像剤保存量が測定されるので、構成が簡単で製造コストが削減される計測電圧印加手段によって、プロセスカートリッジの作像素子への交流バイアス印加による像担持体の動作寿命の短縮を防止して、現像剤保存量の測定が、画像形成装置本体に、Ｋ、Ｍ、Ｃ、Ｙの各色に対応して、それぞれ着脱自在な４組のカートリッジごとにそれぞれ独立に行なわれる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図７を参照して説明する。
図１は本実施の形態の全体構成を示す説明図、図２は本実施の形態のプロセスカートリッジの構成を示す説明図、図３は本実施の形態におけるプロセスカートリッジの取り外し状態の説明図、図４は本実施の形態の現像剤保存量の測定時に作動する切換スイッチ機構の説明図、図５は本実施の形態の計測電極部分の他の構成を示す説明図、図６は本実施の形態の現像剤保存量測定ユニットの構成を示す説明図、図７は本実施の形態の現像剤保存量測定動作を示す特性図である。
【００２６】
本実施の形態では、図１に示すように、装置本体２５内下部に、画像形成が行なわれる転写材が収納される給紙トレイ５が配設され、給紙トレイ５の上方に、イェローに対応するプロセスカートリッジ１Ｙ、シアンに対応するプロセスカートリッジ１Ｃ、マゼンタに対応するプロセスカートリッジ１Ｍ、及びブラックに対応するプロセスカートリッジ１Ｋが順次配設されている。
各プロセスカートリッジは同一構成であり、図２にプロセスカートリッジ１として示すと、プロセスカートリッジ１には、対応する色のトナーによる現像動作を行なう現像ユニット１３と、クリーニング動作を行なうクリーニングユニット１４とが設けられ、現像ユニット１３とクリーニングユニット１４にわたって、トナー像が形成される像担持体１１が回動自在に配設されている。
【００２７】
現像ユニット１３内には、現像剤として対応する色のトナーが充填されており、さらに、現像ユニット１３内には、像担持体１１に回動自在に対接し、像担持体１１に露光される原稿画像の対応色の静電潜像をトナーで現像する現像ローラ１３ａ、現像ローラ１３ａに近接対向して、現像ローラ１３ａにトナーを持着させる供給ローラ１３ｂが配設され、さらに、現像ユニット１３内には、供給ローラ１３ｂにトナーを撹拌しつつ移動させる撹拌部材１３ｄ、現像ローラ１３ａに持着されるトナーの厚みを規制しつつ摩擦によりトナーを負帯電させる弾性ブレード１３ｃ、及び現像剤量の測定のためのアンテナ電極１３ｅが、現像ローラ１３ａとほぼ平行に現像ローラ１３ａのほぼ全長にわたって配設されている。
【００２８】
また、像担持体１１には、転写ローラ２ｂにより押圧されて転写材搬送ベルト２が、移送自在に対接配設されており、転写ローラ２ｂは、芯金にポリウレタンゴム、エチレンープロピレンージエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）などの弾性材に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズなどの導電性付与剤を分散配合して、電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の中抵抗値に調整した弾性層が被覆された構成となっている。
さらに、像担持体１１に回動自在に対接して、像担持体１１を帯電する帯電ローラ１２が配設され、この帯電ローラ１２は、芯金１２ａ上にウレタン樹脂に、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤などを処方した中抵抗値の発泡ウレタン層１２ｂを被覆した構成になっている。この被覆材としては、この他にウレタン、エチレンープロピレンージエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴムにカーボンブラックなどの導電性物質を分散したゴム材や、これらを発泡させたものなどを使用することもできる。
そして、クリーニングユニット１４には、像担持体１１に対接配設され、像担持体１１上に残存するトナーを掻き落とすクニーニングブレード１４ａと、掻き落とされた廃トナーを収納する廃トナーボックス１４ｂとが設けられている。
【００２９】
装置本体２５内において、各プロセスカートリッジ１Ｋ〜１Ｙにそれぞれ対応して、書込ユニット４Ｋ〜４Ｙが配設されており、書込ユニツト４Ｋ〜４Ｙは、それぞれ原稿画像のＫ画像データ、Ｍ画像データ、Ｃ画像データ及びＹ画像データに対応する読取データの光学信号を、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙの像担持体１１にそれぞれ照射して、対応する色の静電潜像を形成する機能を有している。
また、図３に示すように、装置本体２５から転写材搬送ベルト２を回動離間させることにより、それぞれのプロセスカートリッジ１Ｋ〜１Ｙを、装置本体２５外部に取出し、トナー補充などのメンテナンスを行なうことができるように構成されている。
【００３０】
ところで、本実施の形態においては、図６に示すような現像剤測定ユニット６が、現像ユニット１３に構成されており、電源７に接続された現像ローラ１３ａとアンテナ電極１３ｅ間に、トナーの保存量によって静電容量Ｃ１が変化するコンデンサ２６が接続され、アンテナ電極１３ｅが、ダイオード２９を介して検出回路２０の一方の入力端子に接続され、現像ローラ１３ａが静電容量がＣｒｅｆのコンデンサ２７とダイオード２８を介して、検出回路２０の他方の入力端子に接続され、検出回路２０の出力端子が、装置本体２５に設けられる本体側制御部２１に接続されている。ここで、コンデンサ２７は、現像バイアス変動による検出精度の低下を防止するために接続されている。
【００３１】
また、本実施の形態には、図４に示すように、非画像形成時における現像剤保存量の測定時に回転駆動されるカム部材Ｂが設けられており、同図（ａ）に示すように、カム部材Ｂが回転駆動されると、プロセスカートリッジ１の現像ユニット１３が回転中心Ａの回りに回転し、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間するように構成され、さらに、この回転によって、同図（ｃ）に示すように、現像ユニット１３の側面に取り付けた導体部材Ｄが、像担持体１１の基体に接続された接点Ｃに接触するように構成されている。この導体部材Ｄは、現像ローラ１３ａの像担持体１１との接触時でも離間時でも、装置本体２５の電源７に接続されている。
【００３２】
なお、図５に示すのは、本実施の形態における他のアンテナ電極の配置方式であり、電極アンテナ１３ｅに加えて電極アンテナ１３ｆをさらに設けた場合であり、この場合、電極アンテナ１３ｅ、１３ｆを互いに接続すると、現像ローラ１３ａ、電極アンテナ１３ｅ、１３ｆで囲まれる領域に存在する現像剤量に対応して、現像ローラ１３ａと電極アンテナ１３ｅ間のコンデンサＣ１と現像ローラ１３Ａと電極アンテナ１３ｆ間のコンデンサＣ２とが並列接続されたコンデンサが形成される。
【００３３】
このような構成の本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態が複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた原稿画像の画像データが、ＡＤ変換、ＭＴＦ補正、階調処理などの画像処理を施されて書込データに変換され、一方、プリンタとして機能する場合は、コンピュータなどから転送されるページ記述言語やビットマップなどの画像データに対して、画像処理が施されて書込データに変換される。
画像形成に先立って、像担持体１１は表面の移送速度が、予め設定した所定速度になるように、図２に矢印で示す反時計回り方向に回転を開始し、帯電ローラ１２が像担持体１１に連れ回り回転し、帯電ローラ１２の芯金に帯電バイアス印加から−１０００Ｖの直流電圧が印加されることにより、像担持体１１の表面が、ほぼ−４００Ｖに帯電される。
【００３４】
このようにして−４００Ｖに帯電された各色に対応する像担持体１１に対して、書込ユニット４Ｋ〜４Ｙから対応する色の書込データに対応する光信号が、それぞれ光照射され、プロセスカートリッジ１Ｋ〜１Ｙの像担持体１１の表面に、それぞれ対応する色の書込データに対応する露光が行なわれ、光照射が行なわれなかった非画像領域との電位差により静電潜像が形成される。
そして、現像ローラ１３ａが時計回りに回転され、時計回りに回転する供給ローラ１３ｂを現像ローラ１３ａと接触させることにより、供給ローラ１３ｂ上のトナーが現像ローラ１３ａに移送持着され、現像ローラ１３ａに持着されたトナーは、弾性ブレード１３ｃによって、厚みを規制されながら、弾性ブレード１３ｃとの摩擦により負帯電され、その後の現像ローラ１３ａの回転によって、像担持体１１との対向部に搬送される。
【００３５】
この対向部においては、現像ローラ１３ａには電源から−３００Ｖの直流バイアスが印加されているので、現像ローラ１３ａと像担持体１１との間に形成される直流電界によって、トナーが像担持体１１の静電潜像領域に選択的に付着し、像担持体１１には、対応する色のトナー像が現像形成される。
このようにして、プロセスカートリッジ１Ｋ〜１Ｙの各像担持体１１には、原稿のＫ色原稿領域のＫ色トナー像、原稿のＭ色原稿領域のＭ色トナー像、原稿のＣ色原稿領域のＣ色トナー像、及び原稿のＹ色原稿領域のＹ色トナー像がそれぞれ形成される。
【００３６】
プロセスカートリッジ１ＹのＹ色トナー像の始点が、転写ローラ２ｂ位置に達するのと同期して、給紙トレイ５から搬送される転写材の画像形成開始位置が、プロセスカートリッジ１Ｙに対応する転写ローラ２ｂ位置に達するように、転写材の移送が行なわれ、転写材にプロセスカートリッジ１Ｙの像担持体１１のＹ色のトナー像が転写材に転写される。次いで、Ｙ色のトナー像が転写された転写材が、プロセスカートリッジ１Ｃの像担持体１１位置に達して、該像担持体のＣ色のトナー像が、Ｙ色のトナー像が転写されている転写材に重畳転写される。
以下同様にして、最後にプロセスカートリッジ１Ｋの像担持体１１のＫ色のトナー像が、転写体に重畳転写されることにより、転写体には原稿画像のカラー画像が転写形成された状態となり、このように原稿画像のカラー画像が転写された転写材に、定着器３の加熱ローラ３ａと加圧ローラ３ｂによって、定着処理が施されて画像形成が終了する。この場合、像担持体１１上に転写されずに残留した残留トナーは、クリーニングブレード１４ａで掻き取られ廃トナーボックス１４ｂに収納される。
【００３７】
次に、本実施の形態の現像剤保存量の測定動作を説明する。
本実施の形態では、図６に示すように、アンテナ電極１３ｅと現像ローラ１３ａ間に、現像ユニット１３内のトナー量に対応して静電容量Ｃ１が変化するコンデンサ２６が形成されており、このコンデンサ２６の静電容量Ｃ１を検出し、検出値に基づいて、予め設定格納されている静電容量Ｃ１と現像剤保存量とのテーブルデータにより現在の現像剤保存量が測定される。
この場合、本実施の形態では、電源７による画像形成時の現像バイアス印加モードとは別に、電源７による現像剤保存量測定時の測定バイアス印加モードが設定可能である。この測定バイアス印加モードでは、電源７が間欠的にＯＮ−ＯＦＦ制御されて、直流計測電圧が現像ローラ１３ａに周期的にＯＮ−ＯＦＦ印加される。
本実施の形態では、現像剤保存量の測定は、非画像形成動作時或いは画像形成動作時の何れかを選択して行なうことができ、画像形成動作時の現像剤保存量の測定時の直流計測電圧には、ＯＮ−ＯＦＦ周波数に後述するような特定の条件が要求される。
【００３８】
本実施の形態の現像剤保存量の測定について、以下に順次説明を進めるが、参考のために、先ず、電源からＡＣバイアスを印加して現像剤保存量を測定する従来技術の動作を、図７（ａ）を参照して説明する。
この場合、計測電圧Ｖ１としては交流バイアスが印加され、計測電圧Ｖ１の変化に伴ってコンデンサ２６に電荷が誘起され、電流Ｉａは、計測電圧Ｖ１の立ち上がり時で正値を取り、立ち下がり時に負値を取って流れる。電流Ｉａの正値部分がダイオード２９を通過して電流Ｉｓｅｒｃｈとなり、計測電圧Ｖ１の周波数をｆ（Ｈｚ）、振幅をＶｄ（Ｖ）として、単位時間ごとに検出回路６に入力される電流Ｉｓｅｒｃｈは次式で表される。
【００３９】
Ｉｓｅｒｃｈ＝ｆ・Ｖｄ・Ｃ１（１）
【００４０】
同様にして電流Ｉａの負値部分である電流Ｉｒｅｆは次式で表される。
【００４１】
Ｉｒｅｆ＝−ｆ・Ｖｄ・Ｃｒｅｆ（２）
【００４２】
従って、検出回路２０により検出される電流は次式で表される。
【００４３】
Ｉｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆ＝ｆ・Ｖｄ・（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）（３）
【００４４】
このようにして得られる（３）式からＣ１を演算することにより、現像剤の保存量が得られる。
このように交流計測電圧Ｖ１により現像剤保存量の測定を行なう場合には、現像バイアス自体が電圧値の変化を伴うために、（３）式の左辺は画像形成動作中でも容易に得られる。
【００４５】
ところで、本実施の形態では、現像剤保存量測定時の測定バイアス印加モードにおいて、計測電圧Ｖ１は、電源７の電圧が短い周期でＯＮ−ＯＦＦ制御されることにより、図７（ｂ）に示すような直流電圧が現像ローラ１３ａにＯＮ−ＯＦＦ印加される。
ここで、電源７の電圧のＯＮ−ＯＦＦ周波数をｆｏｎｏｆｆ（Ｈｚ）、ＯＮ時の電圧値をＶｄｃ（ｖ）とし、電源ＯＦＦ時に電圧が十分に低い値に低下するものとして、図６における電流Ｉｓｅｒｃｈ、Ｉｒｅｆは下記のようになる。
【００４６】
Ｉｓｅｒｃｈ＝ｆｏｎｏｆｆ・Ｖｄｃ・Ｃ１（４）
【００４７】
Ｉｒｅｆ＝−ｆｏｎｏｆｆ・Ｖｄｃ・Ｃｒｅｆ（５）
【００４８】
従って、検出回路２０の検出電流は、次式で求められる。
【００４９】
Ｉｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆ＝ｆｏｎｏｆｆ・Ｖｄｃ・（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）（６）
【００５０】
本実施の形態では、電源投入直後、画像形成動作が一段落した時、予め設定された回数の画像形成の実施後などの非画像形成時に、現像剤保存量の測定行なう場合には、（４）（５）（６）式に基づいて、静電容量Ｃ１が演算されて現像剤保存量の測定が行なわれる。
【００５１】
ところが、本実施の形態において、画像形成動作時に現像剤保存量の測定を行なう場合には、ｆｏｎｏｆｆに、以下に説明するように、所定の条件が必要になる。
以上に説明したように、電流Ｉｓｅｒｃｈは電源の立ち上がり時に、電流Ｉｒｅｆは電源の立ち下がり時に発生するので、ある程度大きな検出電流を得て、現像剤保存量の測定を精度よく行なうためには、単位時間当たりに、可能な限り高い繰り返し周波数で電源７の電圧をＯＮ−ＯＦＦすることが必要である。
一方、現在の画像形成装置の動作は大幅に高速化され、像担持体１１の表面が１００ｍｍ／ｓｅｃで移動するものもあり、例えば、毎秒５００００回電源７の電圧をＯＮ−ＯＦＦした場合には、画像面を移動するトナーに対して、２μｍの間隔で電源７の現像バイアスがＯＮ−ＯＦＦされることになり、この間隔はトナー粒子の平均径の半分位になり、現像が不安定となり筋むらが生じるおそれもある。
【００５２】
また、負帯電される像担持体１１の場合、画像形成部の電位は必ずしも０Ｖまで除電されているわけではなく、−５０ｖ〜−１００Ｖの残留電位が存在することもあるので、現像中に直流計測電圧Ｖ１を立ち下げてしまうと、非画像部にトナーが付着するおそれがある。従来のように、交流バイアスを計測電圧として印加する場合でも、非画像部にトナーを付着させるようなバイアスが発生する時間が存在するが、交流バイアスでは振幅が大きいので、非画像部に付着したトナーが、現像ニップ下流側で再び像担持体に移行することが多く問題は生じない。
【００５３】
そこで、本実施の形態で画像形成動作中に現像剤保存量の測定を行なう場合には、一度現像バイアス印加モードで現像バイアスを立ち上げてから、測定バイアス印加モードに移行し、現像バイアスがＯＦＦされてから、電圧値が９５％低下する立ち下がり時間よりも、短い時間間隔で電源７の電圧をＯＮ−ＯＦＦするようにＯＮ−ＯＦＦ周波数ｆｏｎｏｆが設定される。
例えば、現像バイアスとなる電源７の電圧Ｖ１が−３００Ｖの場合に、電圧Ｖ１がＯＦＦした時点ｔ１から、−１５Ｖに９５％低下する時点ｔ２までの時間間隔ｔ２−ｔ１に対して、電圧Ｖ１が−１５０Ｖに低下した時点ｔ３で、電圧Ｖ１が再びＯＮされることにより、ＯＮ−ＯＦＦ制御で作成される直流計測電圧が現像ローラ１３ａに印加されて、現像剤の保存量の測定が行なわれる。この場合、電源７の特性に応じて、予め設定された時間間隔で、ＯＮ−ＯＦＦ制御が行なわれる。
【００５４】
このようにして、本実施の形態において、画像形成動作時に現像剤保存量の測定を行なう場合には、現像バイアスの立ち下がり時間よりも短い時間で、現像バイアスの０Ｎ−０ＦＦ切り換えを行なって得られる直流計測電圧が、現像ローラ１３ａに印加され、検出回路２０の検出電流が、（６）式に示すように、Ｉｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆ＝ｆｏｎｏｆｆ・Ｖｄｃ・（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）として求められ、この式から静電容量Ｃ１が、本体側制御部２１により演算され、得られる演算値に基づいて、予め格納されている静電容量Ｃ１と現像剤保存量とのテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が、画像面上での筋むらの発生を防止して精度よく測定される。
【００５５】
一方、本実施の形態において、非画像形成動作時に現像剤の保存量の測定を行なう場合には、図４（ａ）に示すようにカム部材Ｂが回転駆動され、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間され、同時に現像ユニット１３の側面に取り付けた導体部材Ｄが像担持体１１の基体に接続された切片Ｃと接触し、像担持体１１と現像ローラ１３ａとが同電位に設定される。この導体部材Ｄは、現像ローラ１３ａの像担持体１１との接触時でも離間時でも、装置本体２５の電源７に接続されている。
このために、現像剤保存量の測定時には、電源７の電圧が短い周期でＯＮ−ＯＦＦ制御されることにより、図７（ｂ）に示すような直流計測電圧Ｖ１として現像ローラ１３ａに印加され、検出回路２０の検出電流が、Ｉｓｅｒｃｈ＋Ｉｒｅｆ＝ｆ・Ｖｄ・（Ｃ１−Ｃｒｅｆ）となり、この関係式から静電容量Ｃ１が、本体側制御部２１により演算され、得られる演算値に基づいて、予め格納されている静電容量Ｃ１と現像剤保存量とテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が高精度で測定される。
【００５６】
この現像剤量の測定時には、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間されるので、現像ローラ１３ａへの直流計測電圧Ｖ１のＯＮ−ＯＦＦ印加により、像担持体１１表面のハザード発生やトナー付着が防止される。さらに、測定時に現像ローラ１３ａと像担持体１１とが同電位になるので、現像ローラ１３ａからトナーが像担持体１１に移送し、予期せぬトナー付着が生じることが防止される。
なお、以上の動作に加えて、現像剤の保存量測定時に、像担持体１１を回転させつつ、帯電ローラ１２によつて、トナーが像担持体１１に移送させない電界を形成する動作を加えることも可能である。
【００５７】
このように本実施の形態によると、画像形成動作時に現像剤の保存線量測定を行なう場合には、現像バイアスの立ち下がり領域において、立ち下がり時間よりも短い時間間隔で、現像バイアスの０Ｎ−０ＦＦ切換制御を行なうことにより得られる直流計測電圧Ｖ１が、現像ローラ１３ａに印加され、（６）式に示すように得られる検出回路２０の検出信号に基づき、現像ユニット１３内の現像剤量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算され、得られる演算値に基づいて、予め格納されている静電容量Ｃ１と現像剤保存量とのテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が測定されるので、別途交流電源が不要な簡単で低製造コストの構成で、形成中の画像面上の筋むらの発生を防止して、現像剤保存量の測定を高精度に行なうことが可能になる。
【００５８】
また、非画像形成動作時に現像剤の保存量の測定を行なう場合には、カム部材Ｂの回転駆動によって、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間され、現像ローラ１３ａへの計測電圧の印加により、像担持体１１の表面のハザード発生やトナー付着を防止した状態で、さらに、現像ローラ１３ａと像担持体１１とを同電位設定により、現像ローラ１３ａからトナーの像担持体１１への移送を防止し、予期せぬトナー付着の発生を防止した状態で、現像剤保存量の測定を高精度に行なうことが可能になる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を図８を参照して説明する。
図８は本実施の形態の要部の構成を示す説明図である。
【００６０】
本実施の形態では、図８（ａ）に示すように、現像ユニット１３の１側面において、プリント基板上にエッチング、または印刷で作成された電極アンテナ１３ｇ、１３ｈが設けられ、図６を流用して説明すると、電極アンテナ１３ｈが電源７に接続され、電極アンテナ１３ａがコンデンサ２７に接続されている。
また、現像ユニット１３には、現像ローラ１３ａと接続され、電源７から現像バイアスが印加されるプロセスカートリッジ側部材Ｅと、電極アンテナ１３ｈと接続され、電源７から間欠的な直流計測電圧が印加されるプロセスカートリッジ部材Ｆとが設けられている。
さらに、装置本体２５側には、図３（ｂ）に示すように、現像ローラ１３ａが像担持体１１と接触した状態では、プロセスカートリッジ部材Ｅと接触し、同図（ｃ）に示すように、カム部材Ｂが回転駆動されて、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間した状態では、プロセスカートリッジ部材Ｆと接触するような位置に配置され、電源７に接続される本体側接点Ｇが設けられている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態の構成と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００６１】
本実施の形態では、画像形成動作時には、カム部材Ｂは回転駆動されず、図３（ｂ）に示すように、現像ローラ１３ａは像担持体１１と接触した状態にあり、本体側接点Ｇはプロセスカートリッジ部材Ｅと接触され、現像バイアス印加モードが設定されると、電源７から、本体側接点Ｇ及びプロセスカートリッジ部材Ｅを介して、現像ローラ１３ａに現像バイアスが印加され、画像形成動作が実行される。
【００６２】
本実施の形態では、非画像形成動作時に現像剤保存量の測定が行なわれ、この現像剤保存量の測定時には、図８（ｃ）に示すように、カム部材Ｂが回転駆動され、現像ローラ１３ａが像担持体１１から離間され、電源７から本体側接点Ｇ及びプロセスカートリッジＦを介して、電極アンテナ１３ｈに、電源７の電圧が短い周期でＯＮ−ＯＦＦ制御された直流計測電圧Ｖ１が印加され、得られる検出回路２０の検出電流に基づき、現像ユニット１３内の現像剤量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算さテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が測定される。
【００６３】
本実施の形態のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施の形態の動作及び効果と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００６４】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態を図９を参照して説明する。
図９は本実施の形態の要部の構成を示す説明図である。
【００６５】
本実施の形態では、図９に示すように、すでに図２を参照して説明した第１の実施の形態に対して、現像ユニット１３にトナーを供給するトナーカートリッジ１５が別体としてトナー供給部材１５ａを介して接続され、トナーカートリッジ１５の一方の側面には、プリント基板上にエッチングまたは印刷で作成された電極アンテナ１５ｂ、１５ｃが設けられ、図６を流用して説明すると、電極アンテナ１５ｃが電源７に接続され、電極アンテナ１５ｂがコンデンサ２７に接続されている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００６６】
本実施の形態において、現像バイアス印加モードが設定されると、電源７から現像ローラ１３ａに現像バイアスが印加されて、画像形成動作が実行されるが、画像形成動作時の現像剤保存量の測定時には、測定バイアス印加モードが設定されると、現像バイアスの立ち下がり領域において、立ち下がり時間よりも短い時間間隔で、現像バイアスの０Ｎ−０ＦＦ切換制御を行なうことにより得られる直流計測電圧Ｖ１が、電極アンテナ１３ｈに印加され、得られる検出回路２０の検出信号に基づき、現像ユニット１３内の現像剤量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算され、テーブルデータにより、現在の現像剤保存量が測定される。
【００６７】
また、非画像形成動作時に現像剤保存量の測定を行なう場合には、測定バイアス印加モードが設定されると、現像バイアスの立ち下がり領域において、電源７の電圧が短い周期でＯＮ−ＯＦＦ制御された直流計測電圧Ｖ１が、電極アンテナ１５ｃに印加される。そして、得られる検出回路２０の検出電流に基づき、現像ユニット１３内の現像剤量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算され、テーブルデータにより現在の現像剤保存量が測定される。
この非画像形成動作時の現像剤の保存量測定時には、像担持体１１を回転させつつ、帯電ローラ１２によつて、トナーが像担持体１１に移送させない電界を形成し、像担持体１１のトナー汚れの防止が行なわれる。
【００６８】
本実施の形態では、トナーカートリッジ１５から現像ユニット１３にトナーが供給され、トナーカートリッジ１５内のトナー量に対して現像剤保存量の測定が行なわれ、その際に現像ユニット１３の傾斜駆動動作は行なわれないが、その他の動作と、発明の効果はすでに説明した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００６９】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態を図１０を参照して説明する。
図１０は本実施の構成の要部の構成を示す説明図である。
【００７０】
本実施の形態では、廃トナーボックス１４ｂの一方の一方の側面には、プリント基板上にエッチングまたは印刷で作成された電極アンテナ１４ｃ、１４ｄが設けられ、図６を流用して説明すると、電極アンテナ１４ｃが電源７に接続され、電極アンテナ１４ｄがコンデンサ２７に接続されている。
そして、本実施の形態では、廃トナーボックス１４ｂ内に現像剤量測定ユニット６が構成され、廃トナー量を測定することにより、現像剤保存量を間接的に測定する構成となっている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００７１】
本実施の形態では、現像バイアス印加モードが設定されると、電源７から現像ローラ１３ａに現像バイアスが印加されて、画像形成動作が実行されるが、画像形成動作時の現像剤保存量の測定時には、測定バイアス印加モードが設定されると、現像バイアスの立ち下がり領域において、立ち下がり時間よりも短い時間間隔で、現像バイアスの０Ｎ−０ＦＦ切換制御を行なうことにより得られる直流計測電圧Ｖ１が、電極アンテナ１４ｃに印加され、得られる検出回路２０の検出信号に基づき、廃トナーボックス１４ｂ内の廃トナー量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算され、廃トナー量と現像剤保存量とのテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が測定される。
【００７２】
また、非画像形成動作時に現像剤保存量の測定を行なう場合には、測定バイアス印加モードが設定されると、現像バイアスの立ち下がり領域において、電源７の電圧が短い周期でＯＮ−ＯＦＦ制御された直流計測電圧Ｖ１が、電極アンテナ１４ｃに印加される。そして、得られる検出回路２０の検出電流に基づき、廃トナーボックス１４ｂ内の廃トナー量により定まるコンデンサ２５の静電容量Ｃ１が演算され、廃トナー量と現像剤保存量とのテーブルデータにより、現在の現像剤保存量が測定される。
この非画像形成動作時の現像剤の保存量測定時には、像担持体１１を回転させつつ、帯電ローラ１２によつて、トナーが像担持体１１に移送させない電界を形成し、像担持体１１のトナー汚れの防止が行なわれる。
【００７３】
本実施の形態のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施の形態の動作及び効果とそれぞれ同一なので、重複する説明は行なわない。
【００７４】
なお、本発明は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、中間転写ベルトを使用する画像形成装置、モノクロ方式の画像形成装置、リボルバー方式の画像形成装置にも適用することが可能である。
また、各実施の形態において、現像材保存量の測定の直流電圧を画像形成の現像バイアスを兼用せずに、独立した電源から供給する構成とすることも可能である。
さらに、第２の実施の形態では、非画形成時に現像剤保存量の測定を行なうものを説明したが、第２の実施の形態に対応して、画像形成動作時に現像剤保存量の測定を行なう構成とすることも可能である。
そして、第３の実施の形態及び第４の実施の形態に対応して、現像剤保存量の測定時に、現像ユニットが傾斜駆動され、現像ローラが像担持体から離間する構成とすることも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、現像剤保存量の測定時には、像担持体、帯電手段、現像手段及び供給手段を備え、装置本体に着脱自在プロセスカートリッジの内部、または近傍に設けられる複数の計測電極と、計測電圧印加手段とからなる現像剤保存量測定ユニットにおいて、計測電圧印加手段から直流計測電圧が印加されて、現像剤保存量の測定が行なわれるので、構成が簡単で製造コストが削減される計測電圧印加手段からの直流計測電圧により、プロセスカートリッジの作像素子への交流バイアスの印加による像担持体の動作寿命の短縮を防止して高精度の現像剤保存量の測定を行なうことが可能になる。
【００７６】
請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、計測電圧印加手段として、作像電圧印加手段が兼用されるので、部品数を削減して、省資源化とさらに製造コストを削減することが可能になる。
【００７７】
請求項３記載の発明によると、請求項２記載の発明での効果に加えて、計測電圧印加手段として兼用される作像電圧印加手段は、作像電圧の立ち下がり時間よりも短い時間で、計測用の直流電圧をＯＮ−ＯＦＦ出力するので、画像形成動作中に、形成画像の品質を低下させることなく現像剤保存量の測定を行なうことが可能になる。
【００７８】
請求項４記載の発明によると、請求項２記載の発明で得られる効果に加えて、切換手段によって、現像剤保存量の測定時には、像担持体と現像手段間が導通され、画像形成時には、像担持体と現像手段間の導通が遮断されるので、非画像形成時に現像手段に直流計測電圧を印加することにより、現像手段から像担持体へのトナー移送を防止して、現像剤保存量の測定を、以後の画像形成動作に悪影響与えることなく行なうことが可能になる。
【００７９】
請求項５記載の発明によると、請求項２記載の発明で得られる効果に加えて、距離変更手段によって、現像剤保存量の測定時には、像担持体と現像手段間距離が、画像形成時よりも増大されるので、非画像形成時に現像手段に直流計測電圧を印加することにより、現像手段から像担持体へのトナー移送を防止して、現像剤保存量の測定を、以後の画像形成動作に悪影響を与えることなく行なうことが可能になる。
【００８０】
請求項６記載の発明によると、請求項２記載の発明で得られる効果に加えて、現像剤保存量の測定時に、帯電手段が回転状態にある像担持体を帯電することにより、現像手段からの現像剤の移行を防止する電界を形成し、非画像形成時に、現像手段から像担持体へのトナーの移送を防止して、現像剤の保存量測定を、以後の画像形成動作に悪影響を与えることなく行なうことが可能になる。
【００８１】
請求項７記載の発明によると、現像ユニットに現像剤を供給する現像ユニットとは別体の現像剤格納手段に設けられている複数の計測電極間に直流計測電圧を印加して、現像剤保存量を測定することにより、請求項１記載の発明で得られる効果が実現可能になる。
【００８２】
請求項８記載の発明によると、現像剤量の保存量の測定時に、計測電圧印加手段から、プロセスカートリッジの廃現像剤ボックスに設けられた複数の計測電極に直流計測電圧が印加され、廃現像剤ボックスの廃現像剤量の測定を介して、現像剤保存量を測定することにより、請求項１記載の発明で得られる効果が実現可能になる。
【００８３】
請求項９記載の発明によると、現像剤保存量の測定時には、切換手段によって、計測電圧印加手段から印加される直流計測電圧が、計測接片を介してプロセスカートリッジの内部、または近傍に設けられる複数の計測電極に印加され、この直流計測電圧に基づいて、現像剤保存量が測定されるので、構成が簡単で製造コストが削減される計測電圧印加手段によって、プロセスカートリッジの作像素子への交流バイアス印加による像担持体の動作寿命の短縮を防止して、現像剤保存量の測定を、画像形成装置本体に、Ｋ、Ｍ、Ｃ、Ｙの各色に対応して、それぞれ着脱自在な４組のカートリッジごとにそれぞれ独立に行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す説明図である。
【図２】同実施の形態のプロセスカートリッジの構成を示す説明図である。
【図３】同実施の形態におけるプロセスカートリッジの取り外し状態の説明図である。
【図４】同実施の形態の現像剤保存量測定時に作動する切換スイッチ機構の説明図である。
【図５】同実施の形態の計測電極部分の他の構成を示す説明図である。
【図６】同実施の形態の現像剤保存量測定ユニットの構成を示す説明図である。
【図７】同実施の形態の現像剤保存量測定動作を示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の要部の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施の構成の要部の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１、１Ｋ〜１Ｙプロセスカートリッジ
６現像剤量測定ユニット
７電源
１１像担持体
１３現像ユニット
１３ａ現像ローラ
１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈアンテナ電極
１４ｃ、１４ｄ電極アンテナ
１５トナーカートリッジ
１５ｂ、１５ｃ電極アンテナ
２０検出回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine and a printer, and a process cartridge detachably mounted on the image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus used as a copier, a printer, or the like, an image carrier on which an image latent image is formed by exposure, developing means for developing the image latent image on the image carrier into a toner image, and charging for charging the image carrier Means, a cleaning means for cleaning the image carrier, a developer container, and the like are integrated as a process cartridge, and this process cartridge is configured to be detachable from the apparatus main body, so that replacement of consumable members and maintenance can be achieved. Convenience is provided.
This type of cartridge includes an “all-in-one” type process cartridge in which all of the image carrier, the surrounding image forming element, and the developer storage container are integrally configured as a process cartridge, and a developer storage device and a developing unit. An "all-in-two" type process cartridge is known which comprises a first cartridge comprising an image carrier, a charging means, a cleaning means and the like.
In a conventional image forming apparatus, an alarm is issued when the amount of stored developer is reduced to an amount where image formation is not possible.In some cases, an alarm is issued during image formation, and efficient execution of image formation is performed. There was a problem above.
[0003]
In order to solve this problem, an AC bias is applied to a capacitor composed of the developing sleeve and the antenna electrode in the process cartridge, and the capacitance of the capacitor determined by the amount of developer between the developing sleeve and the antenna electrode is increased. There has been proposed an image forming apparatus that detects a developer storage amount by measuring a capacity (see Patent Document 1).
A planar antenna consisting of two conductor patterns is provided on the side of the process cartridge, and an AC bias is applied between these conductor patterns to measure the capacitance determined by the amount of developer between the two conductor patterns. Then, a cartridge for detecting the amount of stored developer has been proposed (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-222161 A (Example 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-132029 (paragraphs 0041 to 0043 and FIG. 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, an AC bias is applied between the electrodes of the capacitor in order to measure the capacitance determined by the amount of developer existing between the electrodes of the capacitor. .
As described above, when an AC bias is applied between the electrodes of the capacitor, generation of discharge near the image carrier is activated, and the generated discharge may shorten the operating life of the image carrier.
In addition, it is necessary to separately provide an AC power supply for applying an AC bias, which causes a problem in manufacturing cost.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation of measuring the amount of stored developer in this type of image forming apparatus, and has an object to perform highly accurate measurement of the amount of stored developer by using only a DC power supply. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that can be used by preventing the operation life of the image carrier from being shortened by using the same, and can also reduce the manufacturing cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a transfer material conveyed by a conveyance unit is rotatably brought into contact with the transfer material, a visual image of a document image is formed, and the visual image is transferred to the transfer body. An image carrier, a charging unit for charging the image carrier, a developing unit for developing the visible image on the image carrier, and a supplying unit for supplying a developer to the developing unit. An image forming voltage is applied, an image of a document image is formed on the transfer body by the developer, and a process cartridge detachably attached to the apparatus main body and a plurality of process cartridges provided inside or near the process cartridge. A measuring electrode, and a measuring voltage applying means for applying a DC measuring voltage to the measuring electrode when measuring the developer storage amount, and a developer storage amount measuring unit for measuring the developer storage amount. The one in which the features.
[0008]
According to such a means, when measuring the amount of stored developer, the image carrying member, charging means, developing means and supply means, a plurality of measurement electrodes provided in or near the removable process cartridge in the apparatus body, In the developer storage amount measurement unit including the measurement voltage application unit, the DC measurement voltage is applied from the measurement voltage application unit, and the developer storage amount is measured. Therefore, the measurement is simple in configuration and the manufacturing cost is reduced. The DC measurement voltage from the voltage application unit prevents the shortening of the operating life of the image carrier due to the application of an AC bias to the image forming element of the process cartridge, and performs a highly accurate measurement of the developer storage amount.
[0009]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, an image forming voltage applying unit is also used as the measurement voltage applying unit.
[0010]
According to such a means, in the first aspect of the present invention, since the image forming voltage applying means is also used as the measuring voltage applying means, the number of parts is reduced, resources are saved, and the manufacturing cost is further reduced. Is done.
[0011]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 2, the imaging voltage applying means, which is also used as the measurement voltage applying means, has a longer time than the fall time of the imaging voltage. The method is characterized in that a DC voltage for measurement is output ON-OFF in a short time to measure the amount of stored developer during an image forming operation.
[0012]
According to such a means, in addition to the effect of the invention described in claim 2, the image forming voltage applying means, which is also used as the measuring voltage applying means, is used for measuring in a shorter time than the fall time of the image forming voltage. Is output ON-OFF, so that the developer storage amount is measured without deteriorating the quality of the formed image during the image forming operation.
[0013]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 4 provides a method of conducting between the image carrier and the developing unit when measuring the amount of stored developer, and connecting the image carrier and the developing unit during image formation. Switching means for interrupting the conduction of the image forming apparatus is further provided in the image forming apparatus according to claim 2, wherein a DC measurement voltage is applied to the developing means during non-image formation to measure the developer storage amount. It is a feature.
[0014]
According to such means, in addition to the effect of the invention according to claim 2, the switching means conducts between the image carrier and the developing means when measuring the amount of stored developer, and the image carrier when forming an image. Since the conduction between the developing unit and the developing unit is interrupted, by applying a DC measurement voltage to the developing unit during non-image formation, toner transfer from the developing unit to the image carrier is prevented, and the amount of stored developer can be measured. , Without adversely affecting the subsequent image forming operation.
[0015]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is characterized in that the distance changing means for increasing the distance between the image carrier and the developing means at the time of measuring the amount of stored developer is greater than at the time of image formation. 2. The image forming apparatus according to claim 2, wherein a DC measurement voltage is applied to the developing unit during non-image formation to measure a developer storage amount.
[0016]
According to such a means, in addition to the effect of the invention described in claim 2, the distance between the image carrier and the developing means is increased by the distance changing means at the time of measuring the amount of stored developer, as compared with the time of image formation. Therefore, by applying a DC measurement voltage to the developing unit during non-image formation, toner transfer from the developing unit to the image carrier is prevented, and the measurement of the developer storage amount has an adverse effect on subsequent image forming operations. Done without giving.
[0017]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is the invention according to claim 2, wherein the charging means charges the rotating image carrier at the time of measuring the storage amount of the developer. An electric field for preventing the transfer of the developer from the developing means is formed, and the amount of the stored developer is measured during non-image formation.
[0018]
According to such a means, in addition to the effect of the invention according to claim 2, the charging means charges the rotating image carrier when the developer storage amount is measured, so that the developer from the developing means is charged. Forming an electric field that prevents transfer of the toner, prevents transfer of toner from the developing means to the image carrier during non-image formation, and measures the amount of stored developer without adversely affecting the subsequent image forming operation. Done.
[0019]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 7 includes a plurality of measurement electrodes, and a developer storage unit that is separate from a developing unit that supplies the developing unit with the developing device is configured as claim 1. It is further provided in the image forming apparatus described above.
[0020]
According to such a means, a DC measurement voltage is applied between a plurality of measurement electrodes provided in a developer storage unit separate from the developing unit that supplies the developer to the developing unit, and the amount of stored developer is reduced. By performing the measurement, the operation according to the first aspect of the present invention is performed.
[0021]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is the invention according to claim 1, wherein a plurality of measurement electrodes are provided in the waste developer box of the process cartridge, and the measurement voltage is measured when the developer amount is measured. A DC measurement voltage is applied to the measurement electrode from an application unit, and the amount of stored developer is measured via measurement of the amount of waste developer in the waste developer box.
[0022]
According to such a means, when measuring the stored amount of the developer amount, the measurement voltage applying means applies a DC measurement voltage to a plurality of measurement electrodes provided in the waste developer box of the process cartridge, and the waste developer box By measuring the amount of stored developer via the measurement of the amount of waste developer, the operation according to the first aspect of the present invention is performed.
[0023]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 9 is provided corresponding to each color of K, M, C, and Y, and rotatably contacts the transfer material conveyed by the conveyance means, An image carrier on which a visualized image of a document image is formed, the visualized image is transferred to the transfer body, a charging unit for charging the image carrier, a developing unit for developing and forming the visualized image on the image carrier; A supply unit for supplying a developer to the developing unit, an image forming voltage is applied from an image forming voltage applying unit, and an image is formed on the transfer body with the developer of a color corresponding to a document image by the developer; A process cartridge that is detachable from the main body. The measurement contact piece to which a DC measurement voltage is applied from the measurement voltage application means, the imaging contact piece to which the imaging voltage is applied from the imaging voltage application means, and the DC measurement voltage. Apply to the measuring contact or apply the imaging voltage to the image It is characterized in that it has a switching means for performing one of switching applied to pieces.
[0024]
According to such a means, at the time of measurement of the developer storage amount, the switching means causes a plurality of DC measurement voltages applied from the measurement voltage application means to be provided inside or near the process cartridge via the measurement contact piece. Since the amount of developer stored is measured based on the DC measurement voltage applied to the measurement electrode, the configuration is simple and the measurement voltage application means reduces the manufacturing cost. The operation life of the image carrier is prevented from being shortened by the application, and the amount of the stored developer is measured on the image forming apparatus main body in accordance with each of the K, M, C, and Y colors by four detachable sets. It is performed independently for each cartridge.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the present embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the process cartridge of the present embodiment, and FIG. 3 is an explanatory diagram of a detached state of the process cartridge in the present embodiment. 4 is an explanatory diagram of a changeover switch mechanism that operates when measuring the amount of stored developer according to the present embodiment, FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating another configuration of the measurement electrode portion according to the present embodiment, and FIG. 6 is a diagram illustrating the present embodiment. And FIG. 7 is a characteristic diagram showing a developer storage amount measurement operation according to the present embodiment.
[0026]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a paper feed tray 5 for storing a transfer material on which an image is to be formed is provided in a lower portion of the apparatus main body 25, and a yellow paper is provided above the paper feed tray 5. A corresponding process cartridge 1Y, a process cartridge 1C corresponding to cyan, a process cartridge 1M corresponding to magenta, and a process cartridge 1K corresponding to black are sequentially arranged.
Each of the process cartridges has the same configuration, and when shown as a process cartridge 1 in FIG. 2, the process cartridge 1 is provided with a developing unit 13 for performing a developing operation with toner of a corresponding color and a cleaning unit 14 for performing a cleaning operation. An image carrier 11 on which a toner image is formed is rotatably disposed over the developing unit 13 and the cleaning unit 14.
[0027]
The developing unit 13 is filled with a toner of a corresponding color as a developer, and the developing unit 13 is rotatably in contact with the image carrier 11 and is exposed to the image carrier 11. A developing roller 13a for developing the electrostatic latent image of the corresponding color of the original image with toner; a supply roller 13b for adhering toner to the developing roller 13a in close proximity to the developing roller 13a; Inside, a stirring member 13d that moves the toner while stirring it to the supply roller 13b, an elastic blade 13c that negatively charges the toner by friction while regulating the thickness of the toner adhered to the developing roller 13a, and a developer amount An antenna electrode 13e for measurement is provided substantially in parallel with the developing roller 13a over substantially the entire length of the developing roller 13a.
[0028]
Further, a transfer material transport belt 2 which is pressed by a transfer roller 2b is disposed on the image carrier 11 so as to be able to move freely, and the transfer roller 2b has a metal core made of polyurethane rubber, ethylene-propylene diene. A conductive agent such as carbon black, zinc oxide, and tin oxide is dispersed and blended in an elastic material such as polyethylene (EPDM), and the electric resistance (volume resistivity) is set to a medium resistance of about 106 to 1010 Ω · cm. It has a configuration in which the adjusted elastic layer is covered.
Further, a charging roller 12 for charging the image carrier 11 is disposed in rotatable contact with the image carrier 11, and the charging roller 12 is provided on a cored bar 12a with urethane resin as conductive particles. It has a configuration in which a medium-resistance urethane foam layer 12b containing carbon black, a sulfurizing agent, a foaming agent and the like is coated. Examples of the coating material include urethane, ethylene-propylene diene polyethylene (EPDM), butadiene acrylonitrile rubber (NBR), silicone rubber, and rubber materials in which a conductive material such as carbon black is dispersed in isoprene rubber. And the like can also be used.
The cleaning unit 14 includes a cleaning blade 14a disposed in contact with the image carrier 11 for scraping off toner remaining on the image carrier 11, and a waste toner box 14b for storing the scraped waste toner. Are provided.
[0029]
In the apparatus main body 25, writing units 4K to 4Y are provided corresponding to the process cartridges 1K to 1Y, respectively, and the writing units 4K to 4Y are respectively provided with K image data and M image data of a document image. Irradiating optical signals of read data corresponding to the C image data and the Y image data to the image carriers 11 of the process cartridges 1K, 1M, 1C, and 1Y, respectively, to form electrostatic latent images of corresponding colors. have.
Further, as shown in FIG. 3, the process cartridges 1K to 1Y are taken out of the apparatus main body 25 and maintenance such as toner replenishment is performed by rotating and separating the transfer material conveying belt 2 from the apparatus main body 25. It is configured to be able to.
[0030]
By the way, in the present embodiment, the developer measuring unit 6 as shown in FIG. 6 is configured in the developing unit 13, and the toner is stored between the developing roller 13a connected to the power supply 7 and the antenna electrode 13e. A capacitor 26 whose capacitance C1 varies depending on the amount is connected, the antenna electrode 13e is connected to one input terminal of the detection circuit 20 via a diode 29, and the developing roller 13a is connected to a capacitor 27 having a capacitance Cref. The other input terminal of the detection circuit 20 is connected via the diode 28, and the output terminal of the detection circuit 20 is connected to the main body side control unit 21 provided in the apparatus main body 25. Here, the capacitor 27 is connected to prevent a decrease in detection accuracy due to a variation in the developing bias.
[0031]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a cam member B which is driven to rotate when measuring the amount of stored developer during non-image formation is provided, and as shown in FIG. When the cam member B is driven to rotate, the developing unit 13 of the process cartridge 1 rotates around the rotation center A, and the developing roller 13a is configured to be separated from the image carrier 11, and further, by this rotation, As shown in FIG. 3C, the conductor member D attached to the side surface of the developing unit 13 is configured to contact the contact C connected to the base of the image carrier 11. The conductive member D is connected to the power supply 7 of the apparatus main body 25 regardless of whether the developing roller 13a is in contact with the image carrier 11 or is separated therefrom.
[0032]
FIG. 5 shows another antenna electrode arrangement method according to the present embodiment, in which an electrode antenna 13f is further provided in addition to the electrode antenna 13e. In this case, the electrode antennas 13e and 13f are not provided. When connected to each other, the capacitor C1 between the developing roller 13a and the electrode antenna 13e and the capacitor between the developing roller 13A and the electrode antenna 13f correspond to the amount of the developer existing in the region surrounded by the developing roller 13a and the electrode antennas 13e and 13f. A capacitor connected in parallel with C2 is formed.
[0033]
The operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
When the present embodiment functions as a copier, image data of a document image read from a scanner is subjected to image processing such as AD conversion, MTF correction, and gradation processing, and is converted into write data. On the other hand, when functioning as a printer, image data such as a page description language or bitmap transferred from a computer or the like is subjected to image processing and converted into write data.
Prior to image formation, the image carrier 11 starts rotating in the counterclockwise direction indicated by an arrow in FIG. 2 so that the transport speed of the surface becomes a predetermined speed set in advance. 11, the surface of the image carrier 11 is charged to approximately -400 V by applying a DC voltage of -1000 V from the application of the charging bias to the core of the charging roller 12.
[0034]
Light signals corresponding to the write data of the corresponding colors are irradiated from the writing units 4K to 4Y onto the image carriers 11 corresponding to the respective colors charged to −400 V in this manner, and the process cartridges are processed. Exposure corresponding to the write data of the corresponding colors is performed on the surfaces of the image carriers 11 of 1K to 1Y, and an electrostatic latent image is formed by a potential difference from a non-image area where light irradiation has not been performed. .
Then, the developing roller 13a is rotated clockwise, and the supply roller 13b that rotates clockwise is brought into contact with the developing roller 13a, so that the toner on the supply roller 13b is transferred and held on the developing roller 13a, and is attached to the developing roller 13a. The adhered toner is negatively charged by friction with the elastic blade 13c while its thickness is regulated by the elastic blade 13c, and is conveyed to a portion facing the image carrier 11 by the subsequent rotation of the developing roller 13a. .
[0035]
In this opposing portion, a DC bias of −300 V is applied to the developing roller 13 a from a power source, so that the toner is transferred to the image carrier 11 by a DC electric field formed between the developing roller 13 a and the image carrier 11. And the toner image of the corresponding color is developed and formed on the image carrier 11.
In this manner, the image carrier 11 of each of the process cartridges 1K to 1Y has the K color toner image of the K color original area of the original, the M color toner image of the M original area of the original, and the C color original area of the original. A C color toner image and a Y color toner image in a Y color original area of the original are formed.
[0036]
In synchronization with the start point of the Y color toner image of the process cartridge 1Y reaching the position of the transfer roller 2b, the image forming start position of the transfer material conveyed from the paper feed tray 5 is changed to the transfer roller 2b corresponding to the process cartridge 1Y. The transfer material is transferred so as to reach the position, and the Y color toner image of the image carrier 11 of the process cartridge 1Y is transferred to the transfer material. Next, the transfer material onto which the Y color toner image has been transferred reaches the position of the image carrier 11 of the process cartridge 1C, and the C color toner image of the image carrier is transferred with the Y color toner image. The image is superimposed and transferred onto a transfer material.
Similarly, finally, the K color toner image of the image carrier 11 of the process cartridge 1K is superimposed and transferred onto the transfer body, so that a color image of the original image is transferred and formed on the transfer body. The transfer material on which the color image of the original image has been transferred is subjected to a fixing process by the heating roller 3a and the pressing roller 3b of the fixing device 3, and the image formation is completed. In this case, the residual toner remaining without being transferred onto the image carrier 11 is scraped off by the cleaning blade 14a and stored in the waste toner box 14b.
[0037]
Next, the operation of measuring the developer storage amount according to the present embodiment will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, between the antenna electrode 13e and the developing roller 13a, a capacitor 26 whose capacitance C1 changes corresponding to the amount of toner in the developing unit 13 is formed. The capacitance C1 of the capacitor 26 is detected, and based on the detected value, the current amount of the stored developer is measured based on table data of the capacitance C1 and the stored amount of the developer which are stored in advance.
In this case, in the present embodiment, a measurement bias application mode when the developer storage amount is measured by the power supply 7 can be set separately from the development bias application mode when the power supply 7 forms an image. In this measurement bias application mode, the power supply 7 is intermittently turned on and off, and the DC measurement voltage is periodically applied to the developing roller 13a.
In the present embodiment, the developer storage amount can be measured by selecting either the non-image forming operation or the image forming operation. The measurement voltage requires specific conditions as described later for the ON-OFF frequency.
[0038]
The measurement of the developer storage amount according to the present embodiment will be sequentially described below. For reference, first, the operation of the conventional technique of measuring the developer storage amount by applying an AC bias from a power supply is illustrated in FIG. This will be described with reference to FIG.
In this case, an AC bias is applied as the measurement voltage V1, and a charge is induced in the capacitor 26 with a change in the measurement voltage V1, and the current Ia takes a positive value when the measurement voltage V1 rises and a negative value when the measurement voltage V1 falls. Takes value and flows. The positive value portion of the current Ia passes through the diode 29 to become the current Isearch, and the frequency of the measurement voltage V1 is f (Hz), the amplitude is Vd (V), and the current Isearch input to the detection circuit 6 per unit time is It is expressed by the following equation.
[0039]
Isearch = fVdC1 (1)
[0040]
Similarly, the current Iref which is a negative value part of the current Ia is expressed by the following equation.
[0041]
Iref = −f · Vd · Cref (2)
[0042]
Therefore, the current detected by the detection circuit 20 is represented by the following equation.
[0043]
Isearch + Iref = fVd (C1-Cref) (3)
[0044]
By calculating C1 from the equation (3) obtained in this way, the storage amount of the developer can be obtained.
When the developer storage amount is measured with the AC measurement voltage V1, the left side of the equation (3) can be easily obtained even during the image forming operation because the developing bias itself involves a change in the voltage value.
[0045]
By the way, in the present embodiment, in the measurement bias application mode at the time of measuring the developer storage amount, the measurement voltage V1 is shown in FIG. 7B by ON-OFF control of the voltage of the power supply 7 in a short cycle. Such a DC voltage is applied ON-OFF to the developing roller 13a.
Here, assuming that the ON-OFF frequency of the voltage of the power supply 7 is fonoff (Hz), the voltage value at the time of ON is Vdc (v), and the voltage decreases to a sufficiently low value when the power supply is OFF, the current Isearch in FIG. , Iref are as follows.
[0046]
Isearch = fonoff · Vdc · C1 (4)
[0047]
Iref = −fonoff · Vdc · Cref (5)
[0048]
Therefore, the detection current of the detection circuit 20 is obtained by the following equation.
[0049]
Isearch + Iref = foffoff · Vdc · (C1−Cref) (6)
[0050]
In the present embodiment, when the developer storage amount is measured at the time of non-image formation such as immediately after the power is turned on, when the image forming operation has settled down, or after a predetermined number of times of image formation, (4) Based on the equations (5) and (6), the capacitance C1 is calculated, and the amount of stored developer is measured.
[0051]
However, in the present embodiment, when measuring the amount of stored developer during the image forming operation, a predetermined condition is required for fonoff as described below.
As described above, the current Isearch is generated when the power supply rises, and the current Iref is generated when the power supply falls. Therefore, in order to obtain a relatively large detection current and accurately measure the developer storage amount, the unit is: It is necessary to turn on and off the voltage of the power supply 7 at the highest possible repetition frequency per time.
On the other hand, the operation of the current image forming apparatus is greatly accelerated, and the surface of the image carrier 11 moves at a speed of 100 mm / sec in some cases. For example, when the voltage of the power supply 7 is turned on and off 50,000 times per second, Then, the developing bias of the power supply 7 is turned on and off at intervals of 2 μm with respect to the toner moving on the image surface. This interval is about half of the average diameter of the toner particles, and the development becomes unstable and Unevenness may also occur.
[0052]
In the case of the image carrier 11 that is negatively charged, the potential of the image forming unit is not necessarily removed to 0 V, and a residual potential of −50 V to −100 V may be present. If the measurement voltage V1 falls, toner may adhere to the non-image portion. Even when an AC bias is applied as a measurement voltage, as in the related art, there is a time during which a bias that causes toner to adhere to the non-image portion exists, but since the AC bias has a large amplitude, the AC bias is applied to the non-image portion. The toner often transfers to the image carrier again on the downstream side of the development nip, and there is no problem.
[0053]
Therefore, when the developer storage amount is measured during the image forming operation in the present embodiment, the developing bias is once raised in the developing bias application mode, and then the operation is shifted to the measurement bias application mode, and the developing bias is turned off. After that, the ON-OFF frequency fonof is set so that the voltage of the power supply 7 is turned on and off at a time interval shorter than the fall time when the voltage value decreases by 95%.
For example, when the voltage V1 of the power supply 7 serving as the developing bias is −300 V, the voltage V1 is increased with respect to the time interval t2−t1 from the time point t1 when the voltage V1 is turned off to the time point t2 when the voltage V1 drops by 95% to −15V. When the voltage V1 is turned on again at time t3 when the voltage drops to -150 V, the DC measurement voltage created by the ON-OFF control is applied to the developing roller 13a, and the amount of stored developer is measured. In this case, ON-OFF control is performed at predetermined time intervals according to the characteristics of the power supply 7.
[0054]
In this manner, in the present embodiment, when measuring the developer storage amount during the image forming operation, the developing bias is switched between 0N and 0FF in a time shorter than the falling time of the developing bias. The measured DC voltage is applied to the developing roller 13a, and the detection current of the detection circuit 20 is obtained as Isearch + Iref = phonoff · Vdc · (C1−Cref) as shown in Expression (6). The capacity C1 is calculated by the main body side control unit 21. Based on the obtained calculation value, the current developer storage amount is calculated based on the table data of the electrostatic capacity C1 and the developer storage amount stored in advance. Prevents the occurrence of streak unevenness on the surface and measures accurately.
[0055]
On the other hand, in the present embodiment, when measuring the stored amount of the developer during the non-image forming operation, the cam member B is driven to rotate as shown in FIG. 11 and at the same time, the conductor member D attached to the side surface of the developing unit 13 comes into contact with the section C connected to the base of the image carrier 11, and the image carrier 11 and the developing roller 13a are set to the same potential. . The conductive member D is connected to the power supply 7 of the apparatus main body 25 regardless of whether the developing roller 13a is in contact with the image carrier 11 or is separated therefrom.
For this reason, when the developer storage amount is measured, the voltage of the power supply 7 is ON-OFF controlled in a short cycle, so that the voltage is applied to the developing roller 13a as a DC measurement voltage V1 as shown in FIG. The detection current of the detection circuit 20 is Isearch + Iref = f · Vd · (C1−Cref). From this relational expression, the capacitance C1 is calculated by the main body side control unit 21 and stored in advance based on the obtained calculation value. The current stored amount of the developer is measured with high accuracy based on the set capacitance C1, the stored amount of the developer, and the table data.
[0056]
At the time of measuring the amount of the developer, the developing roller 13a is separated from the image carrier 11, so that the application of the DC measurement voltage V1 to the developing roller 13a ON-OFF causes the occurrence of the hazard and the toner adhesion on the surface of the image carrier 11. Is prevented. Furthermore, since the developing roller 13a and the image carrier 11 have the same potential during measurement, toner is transferred from the developing roller 13a to the image carrier 11 and unexpected toner adhesion is prevented.
In addition, in addition to the above operation, an operation of forming an electric field by which the toner is not transferred to the image carrier 11 by the charging roller 12 while rotating the image carrier 11 when measuring the amount of stored developer is added. Is also possible.
[0057]
As described above, according to the present embodiment, when the preservation dose of the developer is measured during the image forming operation, in the falling region of the developing bias, 0N-0FF of the developing bias is set at a time interval shorter than the fall time. The DC measurement voltage V1 obtained by performing the switching control is applied to the developing roller 13a, and is determined by the amount of the developer in the developing unit 13 based on the detection signal of the detection circuit 20 obtained as shown in Expression (6). The capacitance C1 of the capacitor 25 is calculated, and based on the obtained calculation value, the current amount of the stored developer is measured by the table data of the stored capacitance C1 and the amount of the stored developer. With a simple and low manufacturing cost configuration that does not require a separate AC power supply, it is possible to prevent the occurrence of streaks on the image surface during formation, and to measure the amount of stored developer with high accuracy. It becomes possible.
[0058]
When measuring the amount of stored developer during the non-image forming operation, the rotation of the cam member B separates the developing roller 13a from the image carrier 11 and applies a measurement voltage to the developing roller 13a. In the state where the generation of the hazard and the toner adhesion on the surface of the image carrier 11 are prevented, the transfer of the toner from the developing roller 13a to the image carrier 11 is further performed by setting the same potential between the developing roller 13a and the image carrier 11. This makes it possible to measure the amount of stored developer with high accuracy while preventing the occurrence of unexpected toner adhesion.
[0059]
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of the present embodiment.
[0060]
In this embodiment, as shown in FIG. 8A, on one side surface of the developing unit 13, electrode antennas 13g and 13h formed by etching or printing on a printed board are provided, and FIG. More specifically, the electrode antenna 13h is connected to the power supply 7, and the electrode antenna 13a is connected to the capacitor 27.
The developing unit 13 is connected to the developing roller 13a, is connected to the process cartridge side member E to which a developing bias is applied from the power supply 7, and is connected to the electrode antenna 13h, and receives an intermittent DC measurement voltage from the power supply 7. Process cartridge member F is provided.
3B, when the developing roller 13a is in contact with the image carrier 11 as shown in FIG. 3B, the developing roller 13a comes into contact with the process cartridge member E, and as shown in FIG. When the cam member B is rotated and the developing roller 13a is separated from the image carrier 11, the main body side contact G connected to the power source 7 is disposed at a position so as to contact the process cartridge member F. Is provided.
The configuration of the other parts of the present embodiment is the same as the configuration of the first embodiment already described, and will not be described repeatedly.
[0061]
In the present embodiment, during the image forming operation, the cam member B is not driven to rotate, and the developing roller 13a is in contact with the image carrier 11 as shown in FIG. When the developing bias application mode is set by contact with the process cartridge member E, the developing bias is applied to the developing roller 13a from the power source 7 via the main body side contact G and the process cartridge member E, and the image forming operation is performed. Is done.
[0062]
In the present embodiment, the developer storage amount is measured during the non-image forming operation, and when the developer storage amount is measured, the cam member B is driven to rotate as shown in FIG. 13a is separated from the image carrier 11, and a DC measurement voltage V1 in which the voltage of the power supply 7 is ON-OFF controlled in a short cycle is applied to the electrode antenna 13h from the power supply 7 via the main body side contact G and the process cartridge F. Then, based on the detected current of the detection circuit 20, the capacitance C1 of the capacitor 25 determined by the amount of developer in the developing unit 13 is calculated, and the current amount of stored developer is measured by table data.
[0063]
Other operations and effects of the present embodiment are the same as the operations and effects of the first embodiment already described, and therefore, will not be described repeatedly.
[0064]
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of the present embodiment.
[0065]
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a toner cartridge 15 for supplying toner to the developing unit 13 is provided separately from the first embodiment already described with reference to FIG. Electrode antennas 15b and 15c formed by etching or printing on a printed circuit board are provided on one side of the toner cartridge 15, and are described with reference to FIG. The power supply 7 is connected, and the electrode antenna 15 b is connected to the capacitor 27.
The configuration of the other parts of the present embodiment is the same as that of the first embodiment already described, and will not be described again.
[0066]
In the present embodiment, when the developing bias application mode is set, the developing bias is applied from the power supply 7 to the developing roller 13a to execute the image forming operation. Sometimes, when the measurement bias application mode is set, the DC measurement voltage V1 obtained by performing the 0N-0FF switching control of the development bias at a time interval shorter than the fall time in the fall region of the development bias is: Based on the detection signal of the detection circuit 20 obtained and applied to the electrode antenna 13h, the capacitance C1 of the capacitor 25 determined by the amount of the developer in the developing unit 13 is calculated, and the current amount of the stored developer is determined by the table data. Measured.
[0067]
When the developer storage amount is measured during the non-image forming operation, when the measurement bias application mode is set, the voltage of the power supply 7 is ON-OFF controlled in a short cycle in the falling region of the developing bias. The measured DC voltage V1 is applied to the electrode antenna 15c. Then, based on the detected current of the detection circuit 20, the capacitance C1 of the capacitor 25 determined by the amount of the developer in the developing unit 13 is calculated, and the current amount of the stored developer is measured based on the table data.
At the time of measuring the amount of stored developer during the non-image forming operation, an electric field that does not transfer toner to the image carrier 11 is formed by the charging roller 12 while the image carrier 11 is being rotated. Prevention of toner contamination is performed.
[0068]
In the present embodiment, the toner is supplied from the toner cartridge 15 to the developing unit 13, and the amount of the stored developer is measured with respect to the amount of toner in the toner cartridge 15. Although not performed, other operations and effects of the present invention are the same as those of the first embodiment already described, and therefore, will not be described repeatedly.
[0069]
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of the present embodiment.
[0070]
In the present embodiment, electrode antennas 14c and 14d formed by etching or printing on a printed circuit board are provided on one side surface of one of the waste toner boxes 14b. 14 c is connected to the power supply 7, and the electrode antenna 14 d is connected to the capacitor 27.
In the present embodiment, the developer amount measuring unit 6 is configured in the waste toner box 14b, and is configured to indirectly measure the developer storage amount by measuring the waste toner amount.
The configuration of the other parts of the present embodiment is the same as that of the first embodiment already described, and will not be described again.
[0071]
In this embodiment, when the developing bias application mode is set, the developing bias is applied from the power supply 7 to the developing roller 13a to execute the image forming operation. Sometimes, when the measurement bias application mode is set, the DC measurement voltage V1 obtained by performing the 0N-0FF switching control of the development bias at a time interval shorter than the fall time in the fall region of the development bias is: The capacitance C1 of the capacitor 25 determined by the amount of waste toner in the waste toner box 14b is calculated based on the detection signal of the detection circuit 20 obtained and applied to the electrode antenna 14c. Based on the table data, the current developer storage amount is measured.
[0072]
When the developer storage amount is measured during the non-image forming operation, when the measurement bias application mode is set, the voltage of the power supply 7 is ON-OFF controlled in a short cycle in the falling region of the developing bias. The measured DC voltage V1 is applied to the electrode antenna 14c. Then, based on the detected current of the detection circuit 20, the capacitance C1 of the capacitor 25 determined by the amount of waste toner in the waste toner box 14b is calculated. Is measured.
At the time of measuring the amount of stored developer during the non-image forming operation, an electric field that does not transfer toner to the image carrier 11 is formed by the charging roller 12 while the image carrier 11 is being rotated. Prevention of toner contamination is performed.
[0073]
Other operations and effects of the present embodiment are the same as the operations and effects of the above-described first embodiment, and therefore, will not be described repeatedly.
[0074]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be applied to, for example, an image forming apparatus using an intermediate transfer belt, a monochrome image forming apparatus, and a revolver image forming apparatus. Is possible.
Further, in each embodiment, it is also possible to adopt a configuration in which the DC voltage for measuring the amount of stored developer is supplied from an independent power supply without using the developing bias for image formation.
Further, in the second embodiment, the measurement of the developer storage amount during non-image formation has been described. However, in accordance with the second embodiment, the measurement of the developer storage amount during the image forming operation is performed. It is also possible to adopt a configuration in which this is performed.
In correspondence with the third and fourth embodiments, the configuration may be such that the developing unit is inclined and the developing roller is separated from the image carrier when measuring the amount of stored developer. It is.
[0075]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, at the time of measuring the amount of stored developer, the apparatus includes an image carrier, a charging unit, a developing unit, and a supplying unit, and includes a plurality of measurement units provided inside or near a detachable process cartridge in the apparatus main body. In the developer storage amount measurement unit consisting of electrodes and measurement voltage application means, a DC measurement voltage is applied from the measurement voltage application means to measure the developer storage amount, so the configuration is simple and the manufacturing cost is reduced. DC measurement voltage from the measured voltage application means prevents the shortening of the operating life of the image carrier due to the application of an AC bias to the image forming element of the process cartridge, and performs highly accurate measurement of the developer storage amount. Becomes possible.
[0076]
According to the second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, since the image forming voltage applying means is also used as the measurement voltage applying means, the number of parts is reduced, thereby saving resources and further reducing the manufacturing cost. It becomes possible to do.
[0077]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the second aspect, the image forming voltage applying means which is also used as the measurement voltage applying means has a shorter time than the fall time of the image forming voltage. Since the DC voltage for measurement is output ON / OFF, the amount of the developer stored can be measured without deteriorating the quality of the formed image during the image forming operation.
[0078]
According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effect obtained by the second aspect of the present invention, when the developer storage amount is measured by the switching means, the image carrier and the developing means are electrically connected. Since the conduction between the image carrier and the developing unit is interrupted, a DC measurement voltage is applied to the developing unit during non-image formation, so that toner transfer from the developing unit to the image carrier is prevented, and the amount of stored developer is reduced. Can be measured without adversely affecting the subsequent image forming operation.
[0079]
According to the fifth aspect of the invention, in addition to the effect obtained by the second aspect of the invention, the distance between the image bearing member and the developing means is set to be longer than that at the time of image formation by the distance changing means when the developer storage amount is measured. Therefore, by applying a direct current measurement voltage to the developing unit during non-image formation, toner transfer from the developing unit to the image carrier is prevented, and the amount of developer storage is measured. Can be performed without adversely affecting the performance.
[0080]
According to the invention of claim 6, in addition to the effect obtained by the invention of claim 2, the charging means charges the rotating image carrier at the time of measuring the developer storage amount, so that the developing means can be charged. An electric field is formed to prevent the transfer of the developer, and during non-image formation, the transfer of the toner from the developing means to the image carrier is prevented, and the measurement of the stored amount of the developer has an adverse effect on the subsequent image forming operation. It can be done without giving.
[0081]
According to the seventh aspect of the present invention, a DC measurement voltage is applied between a plurality of measurement electrodes provided in a developer storage unit separate from the developing unit that supplies the developer to the developing unit, and the developer is stored. By measuring the amount, the effect obtained by the first aspect of the invention can be realized.
[0082]
According to the eighth aspect of the present invention, at the time of measuring the amount of stored developer, a direct current measurement voltage is applied from the measurement voltage applying means to the plurality of measurement electrodes provided in the waste developer box of the process cartridge. By measuring the amount of stored developer through the measurement of the amount of waste developer in the developer box, the effect obtained by the first aspect of the invention can be realized.
[0083]
According to the ninth aspect of the present invention, when the developer storage amount is measured, the DC measurement voltage applied from the measurement voltage application unit is provided in or near the process cartridge via the measurement contact by the switching unit. Since the developer storage amount is measured based on the DC measurement voltage applied to a plurality of measurement electrodes, the configuration is simple, and the measurement voltage application means, which reduces the manufacturing cost, applies the measurement voltage to the image forming element of the process cartridge. The operation life of the image carrier is prevented from being shortened by the application of the AC bias, and the amount of the stored developer is measured by attaching and detaching to the image forming apparatus main body in correspondence with each of K, M, C, and Y colors. This can be performed independently for each set of cartridges.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a process cartridge according to the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a detached state of the process cartridge according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a changeover switch mechanism that operates when measuring the amount of stored developer according to the embodiment;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another configuration of the measurement electrode portion of the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a developer storage amount measurement unit according to the embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating a developer storage amount measurement operation according to the embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part of a configuration according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1K-1Y process cartridge
6 Developer amount measurement unit
7 Power supply
11 Image carrier
13 Developing unit
13a Development roller
13e, 13f, 13g, 13h Antenna electrode
14c, 14d electrode antenna
15 Toner cartridge
15b, 15c electrode antenna
20 Detection circuit

Claims

An image bearing member that rotatably contacts the transfer material conveyed by the conveying unit, forms a visualized image of the original image, and the visualized image is transferred to the recording medium; a charging unit that charges the image carrier; Developing means for developing and forming the visible image on the image carrier, a supply means for supplying a developer to the developing means, an image forming voltage is applied from an image forming voltage applying means, and the developer is applied to the transfer member by the developer. A process cartridge for forming an image of a document image and detachably attached to the apparatus main body;
A plurality of measurement electrodes provided inside or near the process cartridge; and a measurement voltage applying unit for applying a DC measurement voltage to the measurement electrodes when measuring the developer storage amount, wherein the measurement of the developer storage amount is performed. An image forming apparatus comprising: a developer storage amount measuring unit for performing the following.

2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein an image forming voltage applying unit is also used as the measurement voltage applying unit.

The image forming voltage applying means, which is also used as the measuring voltage applying means, outputs the measurement DC voltage ON-OFF in a time shorter than the fall time of the image forming voltage, so that the developer is discharged during the image forming operation. 3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the storage amount is measured.

At the time of measuring the amount of stored developer, there is further provided switching means for conducting between the image bearing member and the developing means, and interrupting conduction between the image bearing member and the developing means at the time of image formation, and at the time of non-image forming. 3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the developer storage amount is measured by applying a DC measurement voltage to the developing unit.

At the time of measuring the developer storage amount, a distance changing unit that further increases the distance between the image carrier and the developing unit than at the time of image formation is further provided, and a DC measurement voltage is applied to the developing unit during non-image formation. 3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the amount of developer stored is measured.

When measuring the amount of stored developer, the charging unit charges the rotating image carrier to form an electric field that prevents the transfer of the developer from the developing unit. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the measurement is performed.

The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a developer storage unit that includes a plurality of measurement electrodes and is separate from the developing unit that supplies the developer to the developing unit.

A plurality of measurement electrodes are provided in the waste developer box of the process cartridge, and a DC measurement voltage is applied to the measurement electrode from a measurement voltage applying unit at the time of measuring the amount of the developer, thereby measuring the amount of waste developer in the waste developer box. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the storage amount of the developer is measured via the device.

K, M, C, and Y are provided corresponding to the respective colors, rotatably contact the transfer material conveyed by the conveyance means, and form a visualized image of the original image, and the visualized image is transferred to the transfer body. An image carrier, a charging unit for charging the image carrier, a developing unit for developing the visible image on the image carrier, and a supply unit for supplying a developer to the developing unit; An image forming voltage is applied from the developer, the developer is used to form an image with a developer of a corresponding color of the original image by the developer, and the process cartridge is detachable from the apparatus main body.
A measuring contact to which a DC measuring voltage is applied from a measuring voltage applying means,
An imaging contact piece to which an imaging voltage is applied from an imaging voltage applying unit;
Switching means for switching whether to apply a DC measurement voltage to the measurement piece or to apply an image forming voltage to the image forming piece,
A process cartridge comprising: