JPH03225382A - トナー残量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明はトナー容器中のトナー残量を、現像スリーブと
これに対向する複数のアンテナとの間の静電容量によっ
て検出するトナー残量検出装置に関するものである。

支え立且ｌ 印刷装置に使用されるトナー容器中のトナー残量を検出
する装置は従来より知られており、一般にはインピーダ
ンス、特にリアクタンスの変化を検出することによって
残量を検出している。検出されたりアクタンスの変化を
処理する方法として従来から知られているものに交流ブ
リッジによる方法や直・並列共振回路を構成して電圧や
電流の大きさの変化として取り出す方法があり、また上
記リアクタンスを発振素子の一部として発振回路を構成
し、上記リアクタンスの変化をこの発振回路のりアクタ
ンス分の変化として取り扱い、発振周波数の変化や発振
出力のレベルの大きさの変化として取り出す方法などが
ある。

が　′　しよ　とする まず、上述の交流ブリッジ法によりリアクタンスの変化
を検出する場合には、例えばインダクタンスの変化を検
出するのに比較的適しているマックスウェル・ブリッジ
回路を利用した場合においても、このマックスウェル・
ブリッジ回路の偏差出力（偏差電圧）は、交流ブリッジ
である限り、対辺の電圧の大きさと位相とがそれぞれ完
全に−致しなければ零にならない。通常検出回路として
使用される交流ブリッジ回路では偏差出力の電圧の大き
さだけで検出するから、検出コイルのＱを上げても上記
偏差出力は完全に零にならず、従って、この偏差出力を
増幅して検出感度を上げようとしても限界がある。

次に、上述の共振回路を構成する方法では、例えば直列
共振回路を考えた場合、インダクタンスとキャパシタン
スとの共振により流れる電流は大きく変化するが、単峰
特性のために共振点を境界として電流の流れる方向が逆
転するので、共振点近（の変化分の大きい部分を利用す
ることができないという難点がある。

さらに、上述の発振周波数の変化や発振出力のレベルの
大きさの変化として取り出す方法では、発振回路を構成
して能動回路として機能させているため、温度、湿度等
の周囲環境の変化によって発振周波数や発振出力のレベ
ルの大きさが変化するので不安定であり、信頼性に欠け
るという欠点がある。

従って、本発明の目的は、トナー残量を広範囲にわたっ
てほぼリニアな関係で静電容量の変化として検出できる
ように構成するとともにこの静電容量の変化を位相の変
化に変換することにより、上記従来技術の諸欠点を除去
し、かつ検出感度及び精度を向上させたトナー残量検出
装置を提供することにある。

を　　　るための 上記目的は本発明に係るトナー残量検出装置によって達
成される。要約すれば、本発明は、印刷装置に使用され
るトナー容器の現像スリーブに対して高さを変えて対向
配置された複数のアンテナと、前記トナー容器内のトナ
ー残量の減少による前記各アンテナの静電容量の変化を
位相の変化として検出する手段と、該位相の変化を基準
信号からの位相差として検出する位相差検出手段とを具
備し、前記各アンテナ間でトナー残量検出範囲を切り換
えて前記各アンテナの持つ静電容量の変化によりトナー
残量を広い範囲にわたり高精度に検出できるようにした
トナー残量検出装置である。

１遡３ 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は本発明によるトナー残量検出装置の一実施例を
示す回路構成図である。一方の電極として作用する現像
スリーブ１に対向させて他方の電極として作用する第１
及び第２の２つのアンテナ２及び３を高さを変えて配置
し、現像スリーブ１とこれらアンテナ２．３間にそれぞ
れ静電容量を持たせる。現像スリーブ１とアンテナ２．
３間の位置関係は第２図（Ａ）に示す通りであり、現像
スリーブ１の周囲側面にワイヤの形式の２つのアンテナ
２．３が現像スリーブ１の周囲側面からそれぞれ一定の
間隔をもって上下に高さを変えて現像スリーブ１の軸線
方向（水平方向）に配置されている。図示の例では第１
のアンテナ２が第２のアンテナ３より高い位置にあり、
トナー容器・１３内に充填されたトナー１４が減少した
場合に、第１のアンテナ２と現像スリーブ１間の静電容
量が最初に影響を受ける（変化する）ように構成されて
いる。即ち、トナー残量の検出範囲を２つのアンテナ２
．３間で分け、広い残量範囲にわたってほぼリニアな検
出ができるように高さを変えである。トナー容器１３は
カートリッジとして作用するもので、通常のように感光
ドラム１５を備えている。第２図（Ｂ）は現像スリーブ
ｌ、アンテナ２及び３、感光ドラム１５を取り出した斜
視図であり、ワイヤの形式の２つのアンテナ２．３が現
像スリーブ１の軸線方向に所定の間隔を置いて平行に配
置されていることを例示するためのものである。

第１のアンテナ２は第１の抵抗回路Ｒ１を介して第１の
ゼロクロスコンパレータ４の一方の入力に接続されてお
り、また第２のアンテナ３は第２の抵抗回路Ｒ２を介し
て第２のゼロクロスコンパレータ５の一方の入力に接続
されている。

方、現像スリーブ１には入力端子１６を介して基準信号
１２が供給される。この基準信号１２は本実施例ではパ
ルス信号であるが、パルス信号に限定されるものではな
い。基準信号１２はリファレンス用コンデンサ１１及び
第３の抵抗回路Ｒ３を直列に介して第３のゼロクロスコ
ンパレータ６の一方の人力にも供給される。第１、第２
及び第３のゼロクロスコンパレータ４．５及び６の他方
の人力は通常のように接地されており、また第１のゼロ
クロスコンパレータ４の出力は第１のＡＮＤ回路７の一
方の入力に、第２のゼロクロスコンパレータ５の出力は
第２のＡＮＤ回路８の一方の入力に、そして第３のゼロ
クロスコンパレータ６の出力は第１及び第２の両ＡＮＤ
回路７及び８の他方の入力にそれぞれ接続されている。

第１のＡＮＤ回路７の出力は第１の低域通過フィルタ９
を介して第１の出力端子１７に、また第２のＡＮＤ回路
８の出力は第２の低域通過フィルタ１０を介して第２の
出力端子１８にそれぞれ接続されている。

次に、上記構成の本発明によるトナー残量検出装置の動
作について説明する。

現像スリーブ１とアンテナ２．３間の静電容量はトナー
残量により変化する。−船釣にその変化は第３図に示す
ような傾向を示す。第３図において、横軸はトナー残量
をダラム（ｇ）で、縦軸は現像スリーブ１とアンテナ２
．３間の静電容量をピコファラッド（ｐＦ）で示す。ト
ナー残量が第１の高い方のアンテナ２よりある程度高い
位置まであるうちは両アンテナの静電容量は変化を受け
ず、一定であるが、トナー残量がさらに減少してくると
、まず第１のアンテナ２の静電容量が影響を受け、曲線
ａで示すようにトナーの減少に従って減少する。トナー
残量がさらに減少して第２のアンテナ３に近づ（と、こ
の第２のアンテナ３の静電容量も影響を受け、曲線すで
示すようにトナーの減少に従って減少する。第３図から
明瞭なように、トナー残量の減少と静電容量の減少はか
なりの範囲でほぼリニアであり、両アンテナ２．３を通
じての出力をある範囲で切り換えて使用すれば、広い範
囲にわたりトナー残量をリニアに検出することができる
。

入力端子１６に供給された基準信号（パルス信号）１２
は、現像スリーブ１とアンテナ２．３間の静電容量とそ
れぞれの抵抗回路Ｒ１、Ｒ２とにより構成された高域通
過フィルタをそれぞれ通過して第１及び第２のゼロクロ
スコンパレータ４及び５の入力に供給される。これらゼ
ロクロスコンパレータ４及び５の出力は上述したように
第１及び第２のＡＮＤ回路７及び８の一方の入力にそれ
ぞれ供給される。これらＡＮＤ回路７及び８の他方の入
力は第３のゼロクロスコンパレータ６の出力であり、こ
の第３のゼロクロスコンパレータ６にはリファレンスコ
ンデンサ１１と第３の抵抗回路Ｒ３とにより構成された
高域通過フィルタを通過した基準信号１２が供給される
。従って、ＡＮＤ回路７及び８の出力は基準信号１２か
らの位相差によりパルス幅変調された出力信号であり、
アンテナ２．３の静電容量の変化が位相の変化に変換さ
れたことになる。パルス幅変調されたＡＮＤ回路７．８
の出力信号は低域通過フィルタ９．１０によって直流レ
ベルに変換された後、出力端子１７．１８に出力される
。か（して、第３図に示すように、第１のアンテナ２に
対するトナー残量範囲をＸ１第２のアンテナ３に対する
トナー残量範囲をｙと割当てれば、広範囲にわたって連
続的にトナー残量をほぼリニアに検出することができる
。なお、上記高域通過フィルタは基準信号周波数を考慮
してこのフィルタの極（カットオフ周波数）が基準信号
周波数付近になるように抵抗値を決める必要がある。例
えば、基準信号１２が２ＫＨｚ　（パルス繰返し周波数
）、静電容量が第３図に示すように５〜１０ｐＦの範囲
で変化するとすれば、抵抗値はＩＯＭΩ程度に選択すれ
ばよい。

このように本実施例では現像スリーブｌに対して２つの
アンテナ２．３を高さを変えて対向配置して現像スリー
ブ１との間にそれぞれ静電容量を持たせ、トナー残量の
減少を静電容量の変化として検出し、これら静電容量を
含むそれぞれの高域通過フィルタとリファレンスコンデ
ンサを含む高域通過フィルタとにそれぞれ基準信号を通
して両者を比較し、トナー残量の変化による静電容量の
変化を基準信号からの位相差として検出しているので、
上述の従来技術のように検出感度が悪い、曲線の変化分
の大きい部分が利用できない、安定性に欠ける等の問題
は全（生じない。また、２つのアンテナ間で直線性の良
好な範囲を切り換えて利用することができるので、トナ
ー残量の検出範囲が相当に広くなり、かつ直線性がよい
ので安定で高精度のトナー残量の検出が可能となる。

第４図は本発明の第２の実施例を示す回路構成図である
。この実施例は高域通過フィルタを２段にした以外は第
１図の実施例と実質的に同じであるので、第１図と同じ
構成部分には同じ参照番号を付してその説明を省略する
。即ち、各アンテナ２．３の静電容量と抵抗１９．２０
とによってそれぞれ第１の高域通過フィルタを構成し、
その後段にコンデンサ２２．２３と抵抗回路Ｒ１、Ｒ２
とによってそれぞれ構成される第２の高域通過フィルタ
をそれぞれ接続し、またリファレンスコンデンサ１１と
抵抗２１とによって構成された第１の高域通過フィルタ
の後段にコンデンサ２４と抵抗回路Ｒ３とによって構成
される第２の高域通過フィルタを接続したものである。

このように高域通過フィルタを２段にすると、現像スリ
ーブ−１と各アンテナ２．３間の静電容量の変化に対す
る位相差の変化量、つまり低域通過フィルタ９．１０の
出力の変化が２倍になるので、より一層精度を上げるこ
とができるという利点がある。

なお、上記各実施例は本発明を実施する単なる例示に過
ぎず、回路構成、使用する素子等は必要に応じて種々に
変更できるものである。また、アンテナは２つ使用した
が、必要に応じて増化してもよい。勿論、カートリッジ
式のトナー容器に限定されるものではない。

免豆立盈１ 上述のように、本発明によるトナー残量検出装置は、複
数のアンテナ間でトナー残量の検出範囲を分け、直線性
の良好な部分のみを利用し、かつ各アンテナの持つ静電
容量の変化としてトナー残量を検出するものであるから
、広範囲にわたり直線性のよいトナー残量の検出が可能
となり、従って検出感度が高くなり、安定性が増大し、
正確に高精度にトナー残量を検出できるという顕著な効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトナー残量検出装置の一実施例を
示す回路構成図である。 第２図（Ａ）は本発明を適用したカートリッジ式トナー
容器の概略側面図である。 第２図（Ｂ）はカートリッジ式トナー容器内での現像ス
リーブ、アンテナ、及び感光ドラムの配置関係を示す概
略斜視図である。 第３図はトナー残量対アンテナ静電容量の関係を表す特
性曲線図である。 第４図は本発明によるトナー残量検出装置の第２の実施
例を示す回路構成図である。 ｌ：現像スリーブ ２．３：アンテナ ４．５．６：ゼロクロスコンパレータ ７．８：ＡＮＤ回路 ９．１０：低域通過フィルタ １１：リファレンスコンデンサ １２：基準信号 １２ 第 図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）印刷装置に使用されるトナー容器の現像スリーブに
   対して高さを変えて対向配置された複数のアンテナと、
   前記トナー容器内のトナー残量の減少による前記各アン
   テナの静電容量の変化を位相の変化として検出する手段
   と、該位相の変化を基準信号からの位相差として検出す
   る位相差検出手段とを具備し、前記各アンテナ間でトナ
   ー残量検出範囲を切り換えて前記各アンテナの持つ静電
   容量の変化によりトナー残量を広い範囲にわたり高精度
   に検出できるようにしたことを特徴とするトナー残量検
   出装置。