JP5597093B2

JP5597093B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5597093B2
Application number: JP2010231810A
Authority: JP
Inventors: 崇向井; 元紀足立; 正典田中; 英夫木原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: JP2012083662A

Description

本発明は、トナー担持体と、トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材とを備えた現像装置を有する画像形成装置において、前記トナー担持体が備える電極部材と前記トナー供給部材が備える電極部材との間の静電容量を検知する検知機構を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真装置などの画像形成装置に用いられる現像装置に収容されているトナーの残量を検出する方法として、現像装置内に設けられた２つの電極間の静電容量を検知することで、現像剤残量に関する情報を得る静電容量検知方式がある。

特に、トナー担持体としての現像ローラと、トナー供給部材としての発泡層を有する供給ローラとを有する現像装置を用いる場合には、特許文献１に記載のように、現像ローラのシャフトと、供給ローラのシャフトとの間の静電容量を検知することで、トナー残量に関する情報を得る方法がある。この方法では、現像装置のトナー残量と、上記シャフト間の静電容量との間に相関関係があるため、静電容量を検知することでトナー残量を測定することが可能である。

また、現像装置に設けられた静電容量を検知することでトナー残量を測定する画像形成装置においては、温度・湿度環境が変化すると静電容量が変化してしまうため、トナー残量の測定精度が落ちて、トナー残量が所定量を下回ったことやカートリッジの交換時期をユーザーに精度良く報知することができない場合がある。このような環境変化の影響を低減するには、引用文献２に記載のように、例えば温度センサや湿度センサを設けることで、報知タイミングを補正することが可能である。

特開２００９−９０３５公報特開２００２−１３２０３８公報

特許文献１に記載のような、トナー担持体が備える電極部材とトナー供給部材が備える電極部材との間の静電容量を検知する構成を持つ画像形成装置においては、温度・湿度環境が変化すると静電容量が変化してしまうため、トナー残量の測定精度が落ちて、トナー残量が所定量を下回ったことやカートリッジの交換時期をユーザーに精度良く報知することができない場合があった。このような環境変化の影響を低減するために、特許文献２に記載のように、温度センサや湿度センサを設けると、配置上の制約が生じて設計上の自由度が下がると共にコストも増加する。

そこで本出願に係る発明の目的は、トナー残量が所定量を下回ったことやカートリッジの交換時期を、温度・湿度環境が変化しても、温度センサや湿度センサを用いなくともユーザーに精度良く報知することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、開口部を有し、トナーを収容する容器と、該容器の前記開口部に配置されているトナー担持体であって、第１の電極部材を有し、トナーを担持搬送して静電潜像に供給するトナー担持体と、前記容器の内部に配置されているトナー供給部材であって、第２の電極部材、および該第２の電極部材のまわりに発泡層を有するトナー供給部材と、を備えており、該トナー供給部材を前記トナー担持体に圧接して回転させることにより前記容器内のトナーを前記トナー担持体に供給する現像装置と、前記トナー供給部材を第１、第２の方向に回転駆動可能な駆動手段と、
前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量を検知する検知手段であって、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第１の方向に所定時間回転させた後に静電容量Ｃｖ１を検知し、さらに、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第２の方向に所定時間回転をさせた後に静電容量Ｃｖ２を検知する検知手段と、｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜が閾値を下回った場合に、トナー残量が所定量を下回ったことを報知する報知手段と、を有する画像形成装置である。

さらに、本出願に係る第２の発明は、開口部を有し、トナーを収容する容器と、該容器の前記開口部に配置されているトナー担持体であって、第１の電極部材を有し、トナーを担持搬送して静電潜像に供給するトナー担持体と、該トナー担持体に担持されるトナー量を規制する規制部材と、前記容器の内部に配置されているトナー供給部材であって、第２の電極部材、および該第２の電極部材のまわりに発泡層を有するトナー供給部材と、を備えており、該トナー供給部材を前記トナー担持体に圧接して回転させることにより前記容器内のトナーを前記トナー担持体に供給する現像装置と、前記現像装置を取り外し可能に装着するための装着部と、前記トナー供給部材を第１、第２の方向に回転駆動可能な駆動手段と、
前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量を検知する検知手段であって、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第１の方向に所定時間回転させた後に静電容量Ｃｖ１を検知し、さらに、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第２の方向に所定時間回転をさせた後に静電容量Ｃｖ２を検知する検知手段と、｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜が閾値を下回った場合に、現像装置の交換を促す報知を行う報知手段と、を有する画像形成装置である。

トナー残量が所定量を下回ったことや、カートリッジの交換時期を、温度・湿度環境が変化しても、温度センサや湿度センサを用いなくともユーザーに精度良く報知することが可能な画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の一例を示す概略構成図である。本発明に係る画像形成時における現像装置の概略構成図である。トナー残量測定装置のブロック図である。差分検知シーケンス実行までのフローチャートである。実施例１における差分検知シーケンスのフローチャートである。実施例１におけるトナー残量に対する静電容量差分値ΔＣの関係図である。実施例１における差分検知シーケンスの結果判断するフローチャートである。次回差分検知シーケンスを実行するタイミングの決定方法を表す図である。実施例１における第１の回転後と第２の回転後の静電容量（トナー含有量）を表す図である。高温高湿環境と低温低湿環境における、第１の回転後と第２の回転後の静電容量（トナー含有量）の関係を表す図である。実施例２における差分検知シーケンスの結果判断するフローチャートである。実施例２におけるトナー少未報知時の差分検知シーケンスのフローチャートである。実施例２におけるトナー少報知済時の差分検知シーケンスのフローチャートである。実施例２の各差分検知シーケンスにおける第１の回転後と第２の回転後の静電容量（トナー含有量）を表す図である。実施例２の各差分検知シーケンスにおけるトナー残量に対する静電容量差分値ΔＣの関係図である。実施例２におけるトナー少報知した後の１回目の差分検知シーケンスＯを実行するタイミングの決定方法を表す図である。供給ローラ内のトナー量と静電容量の関係を表す図である。画像形成装置本体に対する現像装置の着脱を表す図である。本発明を適用した現像装置への駆動伝達手段を示す概略図である。回転方向ごとの供給ローラ周りのトナーの動きを表す図である。

（実施例１）
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を例示する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。

本実施例の画像形成装置の構成を図１に示す。図中１は像担持体たる感光ドラムである。感光ドラム１は矢印Ｒ１方向に回転する。２は帯電ローラである。３は露光装置，４は反射ミラーである。露光装置３から発信されたレーザービームが、反射ミラー４を介して感光ドラム１上の露光位置Ａに達するように配置されている。現像装置５はブラックトナーを内包しており、図１８にあるように画像形成装置本体に着脱可能に構成されている。感光ドラム１の下部には、転写ローラ６が配置されている。転写後の転写材Ｐは定着器１５に送られる。転写位置Ｂに対して感光ドラム１の移動方向下流にはクリーニング装置９が設置されている。付属のブレードが感光ドラム１上のトナーを掻き落とせるように接触配置されている。

画像形成装置の画像形成動作について説明する。矢印Ｒ１方向に１００ｍｍ／ｓｅｃで回転している感光ドラム１の表面上を、帯電ローラ２で所定電位に帯電する。露光位置Ａにおいて、露光装置３，反射ミラー４により画像信号に応じて発信されたレーザービームにより、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。形成した静電潜像を現像位置Ｃにおいて現像装置５で現像し、トナー像を形成する。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写位置Ｂにて転写材Ｐに転写する。トナー像を転写された転写材Ｐは定着器１５に送られる。定着器１５は転写材Ｐ上のトナー像を加圧及び加熱して転写材Ｐに定着し、最終画像とする。

現像装置５について図２を用いて詳細に説明する。現像装置５は、トナーを収納する現像容器２１、現像容器２１の開口部に配設されたトナー担持体たる現像ローラ２５、及び現像剤規制部材たる規制ブレード２７、現像容器２１の内部に現像ローラ２５と隣接して設けられたトナー供給部材たる供給ローラ２４からなる。現像ローラ２５は、現像動作中は感光ドラム１と接触した状態で回転する。現像動作において、現像ローラ２５と供給ローラ２４は第１の駆動手段としての画像形成装置本体の駆動装置（不図示）から駆動伝達されるため、同じタイミングで回転開始と停止が行なわれる。現像動作終了後は、画像形成装置本体に設けられた、図１中に示すカム２０が回転し、現像容器上部を押すことで、現像ローラ２５を感光ドラム１から離間する。離間後、第１の駆動手段である駆動装置の回転駆動を停止している。

現像ローラ２５は、ステンレス鋼、アルミニウム合金等で作られた第１の電極部材としてのφ８（ｍｍ）の導電性シャフト２８と、その周囲に形成したシリコンゴムを基層とした導電性弾性層からなる。表層にはアクリル・ウレタン系ゴム層がコートされている。現像ローラ２５の外径はφ１３（ｍｍ）、体積抵抗は約１０Ｅ５Ω・ｃｍである。現像動作中において、現像ローラ２５は、前述の現像位置Ｃで感光ドラム１に接触し、図２中の矢印Ｒ４方向に回転駆動できるように現像容器２１に支持されている。画像形成中において、現像ローラの周速は１６０ｍｍ／ｓｅｃであり、画像形成装置本体の電圧印加手段により、現像バイアスが印加される。

供給ローラ２４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金等で作られた第２の電極部材としてのφ６（ｍｍ）の導電性シャフト２９と、その周囲に形成した柔らかい連続気泡体からなる発泡表層たるウレタンスポンジ層から構成される。供給ローラ２４の外径はφ１５（ｍｍ）、体積抵抗は約１０Ｅ５Ω・ｃｍである。本実施例では、現像ローラ２５のシャフト２８の中心と供給ローラ２４のシャフト２９の中心との距離（以下、中心間距離）を１３ｍｍとし、現像ローラ２５の表面が供給ローラ２４のウレタンスポンジ層を、１．０ｍｍほどの深さで押し込むように設置する。ここで侵入量とは、シャフト２８の中心とシャフト２９の中心間を結ぶ線分上で、供給ローラ２４と現像ローラ２５の外径の和を２で割って上記中心間距離を差し引いた長さである。供給ローラ２４は、図２中の矢印Ｒ５方向と、矢印Ｒ５方向の逆方向との両方向に回転駆動できるよう現像容器２１に支持されている。供給ローラの回転方向は、本体に設けられた駆動装置によって制御され、必要なタイミングで変更される。画像形成中において、供給ローラの回転速度（周速）は、矢印Ｒ５方向に１４０ｍｍ／ｓｅｃである。以降、画像形成時の供給ローラ回転方向である矢印Ｒ５方向を正方向として、矢印Ｒ５方向とは逆の供給ローラ回転方向を逆方向と呼ぶこととする。

規制ブレード２７は、可撓性を持ったリン青銅板金から成り、一端を現像容器２１に固定し、他端を自由端として現像ローラ２５に当接させている。現像ローラ２５の回転方向に対してカウンタ方向となる向きで、自由端近傍の平滑面が現像ローラ２５の表面と摺擦するように配設されている。

その他、現像ローラ２５と現像容器２１の隙間を覆う洩れ防止シール２６が設けられている。

次に、供給ローラへの逆回転駆動の駆動手段について図１９を用いて説明する。現像装置には画像形成装置からの駆動を受け取るカップリングギア３０が設けられている。また、供給ローラ２４を駆動する供給ギア３１と、現像ローラ２５を駆動する現像ギア３３がそれぞれ設けられている。まず、画像形成装置からの駆動をカップリングギア３０が受け取ると、カップリングギア３０により駆動される供給ローラのギア３１が回転し、供給ローラ２４が回転する。画像形成装置本体の駆動回転方向は正方向、逆方向いずれも回転可能であり、供給ギア３１もカップリングギア３０を介し、正方向、逆方向いずれも回転可能である。カップリングギア３０はワンウェイクラッチ３２へも駆動伝達する。ワンウェイクラッチ３２は正方向である画像形成動作時の方向へ回転した場合のみ、現像ローラのギア３３と係合して現像ギア３３に駆動伝達し、現像ローラ２５を回転させる。以上説明したように、本実施例では、現像ローラ２５に駆動伝達するギアが、矢印Ｒ４方向の逆方向には噛まないようになっており、供給ローラ２４の逆方向回転時に現像ローラに駆動伝達されないことで逆方向回転時のトナー漏れを防いでいる。ただし、後述するように、トナー切れの時期や現像装置の交換時期を精度良く検知する上では差分検知シーケンスを実行すればよく、現像ローラが矢印Ｒ４方向の逆方向に回転駆動されないことは必須ではない。また、本実施例では、供給ローラへの駆動伝達にカップリングギアを介しているが、後述するように、異なる供給ローラの回転方向を含む回転後の静電容量を測定するためには、供給ローラ２４を逆回転駆動することができる構成であれば良い。例えば、供給ローラ２４をカップリングギアを介さずに独立して駆動できる手段を設けても構わない。

ここで、供給ローラ２４が所定の回転方向で回転している際の、供給ローラ２４のウレタンスポンジ層とその周りの空気中に分散されたトナーの挙動を解説する。

まず正方向である矢印Ｒ５方向に供給ローラ２４が回転している時の挙動を述べる。正方向回転時には、図２０（ａ）に示すように、供給ローラ２４と現像ローラ２５の接触位置に対して、供給ローラ２４の回転方向上流側にある領域（図２中のＸの近傍）で供給ローラ２４が圧縮され、回転方向下流側にある領域（図２中のＹの近傍）で圧縮状態から開放される。ここで、Ｘ近傍においては、供給ローラ２４が圧縮されるために、供給ローラ２４に吸い込まれていたトナーが空気と共に吐き出される。逆に、Ｙ近傍においては、供給ローラ２４が圧縮状態から開放され元の形状に戻る際に、空気中に分散されたトナーが供給ローラ内に吸い込まれていく。

次に供給ローラ２４が矢印Ｒ５方向の逆方向である矢印Ｒ６方向に回転している時のトナー挙動を説明する。逆方向回転時には、図２０（ｂ）に示すように、供給ローラ２４と現像ローラ２５の接触位置に対して、供給ローラ２４の回転方向上流側にある領域（図２中のＹの近傍）で供給ローラ２４が圧縮され、回転方向下流側にある領域（図２中のＸの近傍）で圧縮状態から開放されるため、正方向回転時とはトナーの吐き出し位置と吸い込み位置が逆になる。つまり、Ｘ近傍においては、供給ローラ２４が圧縮状態から開放され元の形状に戻る際に、空気中に分散されたトナーが供給ローラ内に吸い込まれていく。逆に、Ｙ近傍においては、供給ローラ２４が圧縮されるために、供給ローラ２４に吸い込まれていたトナーが空気と共に吐き出される。

このように、正方向回転時にはＹ部でトナーを吸い込みＸ部でトナーを吐き出す動作が行われるのに対し、逆方向回転時にはＸ部でトナーを吸い込みＹ部でトナーを吐き出すという、正方向回転時とは逆の動作が行われている。

このトナーの出入りがスムーズに行われる条件下では、供給ローラ２４の近傍に堆積している粉流体としてのトナーの圧力と供給ローラ２４内の粉流体としてのトナーの圧力が均衡し、供給ローラ２４内部に保持されるトナー量と、現像剤容器内のトナー総量との間に一定の相関関係が現れる。よって、供給ローラ２４のシャフト２９と現像ローラ２５間の静電容量は、単に供給ローラ２４内部に保持されるトナー量を示すだけでなく、現像剤容器内のトナー総量を推測することができる（特許文献１参照）。なお、トナーの出入りは供給ローラ２４の回転時のみ起こり、回転停止後の供給ローラ２４は回転中のトナー量を維持している。この状態で現像装置５を移動する、姿勢を変えるなどしても供給ローラ２４内部に保持されるトナー量は変化しない。

続いて、本実施例における現像装置のトナー残量測定方法について述べる。
本実施例では、トナー残量が多いときは、露光手段の発光量を算出することのできるピクセルカウント計数手段（ピクセルカウンター）を用いて、大まかなトナー使用量を推定する。１ピクセルカウントあたりのトナー使用量を本体メモリに記憶しておき、ピクセルカウンターでカウントされたピクセルカウント積算値からトナー使用量を推定する。ピクセルカウント積算値は、現像装置５に設けられた記憶手段であるメモリ２３に記憶される。そして、トナー残量が比較的少なくなってきたら、トナー切れの時期や現像装置の交換時期を精度良く検知するために、静電容量を用いた差分検知シーケンス（後で詳述）を実行する。

以下、トナー残量測定のフローを、図４を用いて具体的に説明する。
画像形成時に、ピクセルカウントを計測する（Ｓ００２）。画像形成動作終了時に、計測したピクセルカウントを積算し積算値Ｐｃｏｕｎｔを算出する（Ｓ００３）。次に、積算値Ｐｃｏｕｎｔが所定値Ｐｔｈに到達しているかを判断（Ｓ００４）し、到達していると判断したときには上記静電容量を用いたトナー残量測定シーケンス（差分検知シーケンス）を起動させる（Ｓ００５）。到達していないときには、ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈ以上になるまで通常の画像形成を継続する（Ｓ００６）。

本実施例では、１回目の差分検知シーケンスの実行タイミングを、以下のように設定している。トナー残寿命０％のときに達するであろうピクセルカウント積算値Ｐ０％に対して２０％少ない積算値をＰｔｈとした。（式１を参照）
Ｐｔｈ＝Ｐ０％×０．８・・・・式１
このように、トナー切れ時のトナー残量よりも多いトナー残量のところで１回目の差分検知シーケンスの実行タイミングを設定している理由は以下である。トナー使用量のばらつきによってピクセルカウントで推測するトナー残量にはばらつきが生じる。このばらつきを考慮して、濃度薄画像や白抜け画像の発生前に確実に差分検知シーケンスを実行する必要がある。そのため、ピクセルカウントでトナー切れと推定するよりも若干早いタイミングで差分検知シーケンスを実行している。

また、２回目以降については、後述する算出方法によって、Ｐｔｈを再計算し直し、新たに設けられたＰｔｈに達したときに、差分検知シーケンスを実行するようにしている。このようにすることで、少ない実行回数でトナー切れを検知することが可能となる。なおトナー切れとは、現像装置内にトナーが全く無い状態を指すのではなく、維持したい水準の画像品質を維持することが難しくなるようなトナー残量を指し、適宜設定される量である。以降トナー切れを上記の意味で用いることとする。

なお、本実施例では、トナー残量が多い時期には、大まかなトナー残量を短時間で推測するためにピクセルカウント方式を用いたが、トナー切れの時期や現像装置の交換時期を精度良く検知する上では差分検知シーケンスを実行すればよく、ピクセルカウント方式は必須ではない。例えば画像形成を所定枚数行うごとに差分検知シーケンスを実行してもよいし、他のトナー残量測定方式によって差分検知シーケンスの起動タイミングを決めても良い。

次に、差分検知シーケンスを実行する上で必要な、静電容量測定方法について説明する。まず静電容量を測定する構成として、図３に示すように、シャフト２８に検知用の電圧印加手段が、シャフト２９に検知回路が接続される。静電容量検知用の交流バイアスは、周波数５０ＫＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝２００Ｖとした。そして静電容量測定時は、現像ローラ２５のシャフト２８に所定の交流バイアスを印加して、供給ローラ２４のシャフト２９に誘起される交流電圧からシャフト間の静電容量を検知する（シャフト２８とシャフト２９は、一方に交流バイアスを印加して、他方から出力を検出すればよいため、シャフト２９に交流バイアスを印加して、シャフト２８に誘起される交流電圧からトナー残量測定を行っても構わない）。シャフト２９に誘起される交流電圧は、検知回路で整流され、整流されたＤＣ電圧そのものか、前記ＤＣ電圧を数値化した信号情報が出力値として出力される。ここで出力された値は、シャフト２８とシャフト２９の間の静電容量を表し、この静電容量はシャフト２８とシャフト２９の間にあるトナーの量を反映する。図１７に供給ローラ内のトナー量と、シャフト２８とシャフト２９との間の静電容量の関係を示す。トナーの誘電率は空気に対して３倍前後であるため、シャフト２８とシャフト２９の間にあるトナーの量が増えるほどシャフト２８とシャフト２９の間の静電容量も増加する。その関係はほぼ線形の関係にある。

なお、本実施例では、静電容量の検知を行う際は、感光ドラム１と現像ローラ２５を離間し、現像ローラ２５が停止した状態で行なっている。これにより感光ドラムの電位などの影響を軽減し、安定した状態での静電容量を測定している。ただし、後述するように、静電容量の差分を取って環境が静電容量に与える影響をキャンセルするためには、異なる回転方向の回転を含む動作をした後の静電容量を測定すればよく、例えば感光ドラム１と現像ローラ２５が接触した状態や、現像ローラ２５と供給ローラ２４が回転した状態で静電容量の測定を行っても良い。

以下に、図５を用いて、本発明の特徴である差分検知シーケンスについて説明する。現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、現像動作終了後、差分検知シーケンスを実行する（Ｓ００５、Ｓ１００）。最初に、現像駆動伝達可能な状態にして（Ｓ１０１）、正方向（矢印Ｒ５方向）に供給ローラを所定時間回転させる（Ｓ１０２）。本実施形態では、回転時間は１５秒とした。ここで用いる回転速度は通常画像形成時に使用する回転速度とした。ここでは、長時間回転させることにより供給ローラのウレタンスポンジ層からトナーが吐き出された状態にしていると共に、供給ローラ内のトナー量を安定させている。１５秒の回転後、現像ローラを感光ドラムから離間し、現像ローラと供給ローラの回転を停止する（Ｓ１０３）。その後第１の静電容量Ｃｖ１を測定する（Ｓ１０４）。

次に、再度、現像駆動伝達可能な状態にし（Ｓ１０５）、逆方向（矢印Ｒ６方向）への供給ローラの回転を含んだ第２の回転を行う。本実施形態では、逆方向、正方向、逆方向、正方向、逆方向の順に１秒ずつ計５秒回転させ（Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０）た。ここで用いる回転速度は、回転方向の違いを除けば、通常画像形成時に使用する回転速度と同じとした。ここでは、後述するように、複数回異なる方向に回転させることにより静電容量Ｃｖ１測定時よりも供給ローラのウレタンスポンジ層にトナーが多く含まれた状態にしている。所定時間回転後、トナー残量測定を行うために、現像ローラを感光ドラムから離間し、現像ローラと供給ローラの回転を停止する（Ｓ１１１）。その後、第２の静電容量Ｃｖ２を測定する（Ｓ１１２）。

このように検出された静電容量Ｃｖ１とＣｖ２の差分の絶対値｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜をΔＣとすると、ΔＣと現像装置内のトナー残量との関係は図６のようになる。トナー残量測定は、とくにトナー切れのタイミングを精度良く検知する必要があるため、トナー残量が相応に減っている状態で測定した。したがって、図におけるトナー残量の「多い」「少ない」は、トナー残量が相応に減っている状態の中での相対的な表現である。（なお、後出の図８，９，１０，１４，１５，１６においても「多い」「少ない」は同様の意味で用いた。）図６によると、ΔＣとトナー残量は相関関係があることがわかる。トナー残量が多いところではΔＣが大きいのだが、トナー残量が少なくなるにしたがってΔＣが小さくなる。したがってΔＣを計測することで、この相関関係を利用することにより、トナー残量を測定することが可能となる。

ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達し（Ｓ２００）、差分検知シーケンスを実行（Ｓ２０１）してΔＣを算出（Ｓ２０２）した後の動作について図７を用いて説明する。ΔＣ算出後に、ΔＣが閾値ΔＣｔｈ以下であるかを判断する（Ｓ２０３）。ΔＣが閾値ΔＣｔｈ以下であるとき（Ｓ２０３Ｙｅｓ）、トナー切れ信号を報知する（Ｓ２０４）。ここでの報知の内容は、トナーが所定量を下回ったことや、現像装置の交換を促す報知であって、例えば「トナーが少なくなりました。」「トナー切れです。」「カートリッジ（現像装置）を交換してください。」等の表示があげられる。また、閾値を複数設定することで段階的なトナー量を検知することも可能である。このようにすることで、ユーザーにトナー残量を段階的に報知することができる。一方、ΔＣがΔＣｔｈ以下に達していないときには（Ｓ２０３Ｎｏ）、ΔＣとΔＣｔｈの差分ΔＤを算出し（Ｓ２０５）、Ｐｔｈを再設定する（Ｓ２０６）。そして図４のＳ０００もしくはＳ００１に戻り、ピクセルカウント積算値Ｐｃｏｕｎｔが新たに設定されたＰｔｈに到達するまで画像形成を継続する（Ｓ２０７）。Ｐｔｈに到達した際に、２回目の差分検知シーケンスを実行し、算出されたΔＣをもとにまた図７の動作を行う。

次にΔＤからＰｔｈを再設定する方法について説明する。トナー残量とΔＣの関係は図８のような関係になる。この関係から予め近似直線を算出しておき、画像形成本体の記憶手段にこの近似直線データを記憶しておく。ΔＤと予め記憶された近似直線データからトナー切れに達するまでに使用可能なトナー量Ｘｇを算出する。そのトナー量Ｘｇを使用するときに、積算されると想定するピクセルカウントＰｘを算出する。今までのＰｔｈにＰｘを足した値であるＰｔｈ’を新たなＰｔｈとして再設定する。再設定されたＰｔｈにピクセルカウント積算値Ｐｃｏｕｎｔが達したときに、２回目の差分検知シーケンスを実施する。その後も、ΔＣがΔＣｔｈ以下に達していないときには、Ｓ２００からＳ２０３、そして、Ｓ２０５からＳ２０７までのフローを繰り返し、ΔＣがΔＣｔｈ以下になるまでこの動作を繰り返す。
ここで、静電容量の差分と容器内トナー量の相関関係について、現像装置内の観察結果をもとに、その物理的意味について推察する。

本発明者らは、供給ローラの回転方向を変えることで、トナー残量と供給ローラ内トナー量の関係が変化する現象を発見した。容器内トナー量に対する、供給ローラの異なる回転方向を含む回転（第１・第２の回転）をさせたときの、供給ローラ内のトナー含有量の関係を図９に示す。容器内トナー量が多い状態（ポイントＡ）では、正方向と逆方向に交互に回転させる第２の回転後の方が多くトナーを含有していて、正方向の回転のみの第１の回転後のトナー含有量との差が大きい。容器内トナー量が少なくなるにつれて、第１の回転後（正回転）、第２の回転後（正逆交互回転）ともに、供給ローラ内のトナー量が少なくなり、容器内トナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）では、第１と第２の回転後でほぼ同じトナー含有量を示している。

上記現象には、前述したような供給ローラの正回転と逆回転での、供給ローラのトナーの吸い込み位置と吐き出し位置が逆になることが影響していると考えられる。以下に上記現象が起こるメカニズムを推察する。

本発明者らの観察結果から、トナーがある程度少ない時（供給ローラがトナーに完全に埋まらないようなトナー量）において、正方向の回転後には、Ｘ部に貯まっているトナー量が多いことがわかった。また逆に、逆方向の回転後には、Ｙ部に貯まっているトナー量が多いことがわかった。これは、吐き出し部（正回転ではＸ部）に供給ローラ内から吐き出されたトナーが供給ローラ周りに供給ローラの頂点を乗り越えず、吸い込み部（正回転ではＹ部）へ移動せずに貯まるためである。この状態から回転方向を変えた場合、吐き出し位置だった所が吸い込み位置となるために、吸い込むトナーが多く存在することになり、供給ローラ内にトナーをより含むことになる。

また、上記現象は、トナーが少ないときのみではなく、トナーが多い（供給ローラがトナーに完全に埋まるようなトナー量）時も起こる。これは、トナーの密度が変わることに起因すると考えられる。つまり、吐き出し部のトナーの密度は供給ローラから吐き出されるトナーにより高くなり、吸い込み部のトナー密度は逆に、供給ローラ内に吸い込まれるために疎となる。この状態から回転方向を変えた場合、吐き出し位置だった所が吸い込み位置となるために、吸い込むトナーが多く存在することになり、供給ローラ内にトナーをより含むことになる。さらに、正逆交互の回転を繰り返すことにより、吐き出し位置と吸い込み位置が逆になり、吐き出したトナーが吸い込み位置にくることが繰り返されるため、より顕著にこの傾向が現れる。上記現象が起こるメカニズムの説明は以上である。

結果として、ある程度容器内のトナーが残っている状態（図９のポイントＡ）では、正回転後と逆回転を交互に行う第２の回転後の方が、正回転させた第１の回転後より供給ローラ内のトナー量が多くなっている（静電容量が大きくなっている）。ここで、吸い込まれるトナーは、長い時間回転すると吐き出し位置より吐き出されてしまうが、吸い込み位置のトナー量が減らない短い時間の回転であれば、供給ローラ内に含まれた状態となる。そのために本実施例では、１秒ごとに供給ローラの回転方向を変化させた。

なお、容器内のトナー量が非常に少ない状態（図９のポイントＢ）のときは、正回転においても逆回転においても、吸い込み部と吐き出し部の両方のトナーがほとんど無くなっている。したがって、供給ローラの回転方向を変えても、供給ローラにトナーを吸い込むことが困難となる。言い換えると、容器内のトナー量がポイントＡからポイントＢに減るにつれて、第１の回転後と第２の回転後とで、供給ローラ内のトナー量の差が生じにくくなる。
これらの結果から、容器内トナー量と静電容量の関係は図９のようになり、その差分をとると図６のような結果となる。

以上を踏まえた上で、本発明の効果について、詳細に説明する。図１０（ａ）に、高温高湿環境（３０℃・８０％ＲＨ：以下、Ｈ／Ｈと称す）、低温低湿環境（１５℃・１０％ＲＨ：以下、Ｌ／Ｌと称す）における、容器内トナー量と、正方向の回転（第１の回転）後と正逆交互の回転（第２の回転）後の静電容量の関係を示す。Ｈ／Ｈの測定値は、Ｌ／Ｌの測定値に対して、高い静電容量を示していることが分かる。しかし、各回転後の静電容量の差分を測定すると、図１０（ｂ）にあるようにＨ／ＨとＬ／Ｌでほぼ変わらない結果となっている。上記の結果によると、温度や湿度が静電容量に与える影響は、供給ローラの回転方向を変化させても同程度の影響であるため、残量検知のパラメータとして回転方向を変えて供給ローラ内トナー量を変化させた際の静電容量の差分を用いれば、環境の変化が静電容量に与える影響をキャンセルできる。したがって、本実施例の差分検知方式を用いてトナー残量測定を行うことで、温度・湿度環境が変化しても、温度センサや湿度センサを用いることなく、高精度なトナー残量測定を行うことが可能となる。これにより、トナー残量が所定量を下回ったことや、現像装置の交換時期を、温度・湿度環境が変化しても、温度センサや湿度センサを用いずに、ユーザーに精度良く報知することができる。

また、別の効果としては、以下がある。
従来は、供給ローラの発泡層中のトナー量が直前の印字履歴やトナーの堆積状態によって、出力値が変動してしまう場合があることであった。この課題に対し、本実施例にあるようにトナー残量測定を行う際に、供給ローラを所定時間回転させることで、供給ローラ内のトナー量が安定した状態を作り出せる。これによって、印字履歴などに起因する出力値の変動を抑え、高精度にトナー残量を検知することが可能となった。

なお、本実施例では、差分検知シーケンス内の、第１の回転後の供給ローラ内トナー量よりも、その後に回転させる第２の回転後における供給ローラ内トナー量の方が、含まれるようにしている。特に、本実施例のように、正逆交互に回転させた後に差分検知シーケンスを終了することで、その後の画像形成時に、供給ローラ内にトナーを多く含んだ状態にすることができる。これにより、差分検知シーケンス後に、高印字率の画像を出力しても濃度薄の画像や白抜け画像の発生を抑制することが可能となる。ただし、本発明の効果である、温度・湿度環境が変化しても高精度なトナー残量測定を行うことができるという効果を得る上では、供給ローラ回転方向をこのような順番に設定することは必須ではない。

また、本実施例では、差分検知シーケンス内の、供給ローラ内にトナーを含ませる回転方法（本実施例における第２の回転）において、回転方向を変える動作を入れることにより、さらにトナーが供給ローラ内に含まれるようにした。このように、正逆交互の回転との差分を用いることにより、容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなる。そして静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなると、差分ΔＣを検知する時のばらつきに対して、トナー残量のばらつきが小さくなり、より高精度にトナー残量の検知を行うことが可能になる。以上から、本実施例のように、供給ローラの第１の回転または第２の回転において、異なる回転方向で複数回回転することで、より高精度にトナー残量の測定を行うことが可能である。

また、本実施例では、図５のフローを連続的に行なった。これらのフローは連続的に行うことが望ましいが、環境、容器内トナー量が大きく変わっていない状態であれば、これに限ったものではない。例えば、印字率が低い画像であれば、Ｃｖ１測定とＣｖ２測定の間に数枚印刷しても大きな影響は無い。

また、本実施形態と同様の形態のカートリッジを複数並べてフルカラー画像を得られるようにした画像形成装置に関しても同様に有効である。

（実施例２）
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を例示する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。

実施例２で用いている画像形成装置は、実施例１で用いた画像形成装置と同構成であり、使用している現像装置５、現像ローラ２５、供給ローラ２４も同じ構成である。

また本実施例における画像形成装置の画像形成動作についても、実施例１と同じ動作である。
画像形成時における現像ローラの周速は矢印Ｒ４方向に１６０ｍｍ／ｓｅｃ、供給ローラの周速は矢印Ｒ５方向に１４０ｍｍ／ｓｅｃである。供給ローラ２４の回転方向は、矢印Ｒ５方向を正方向としたときに、正方向とその逆方向の両方向に変えることが可能となっている。供給ローラへの逆回転駆動の駆動手段についても、実施例１と同じである。

また、本実施例でも、実施例１と同様に、現像ローラに駆動伝達するギアが矢印Ｒ４方向の逆方向には噛まないようになっており、供給ローラ２４の逆方向回転時に現像ローラに駆動伝達されないことで逆方向回転時のトナー漏れを防いでいる。ただし、トナー切れの時期や現像装置の交換時期を精度良く検知する上では差分検知シーケンスを実行すればよく、現像ローラが矢印Ｒ４方向の逆方向に回転駆動されないことは必須ではない。

続いて、本実施例における現像装置のトナー残量測定方法について述べる。基本的な、トナー残量測定の方法は実施例１と同じであることから、本実施例における特徴的な部分についてのみ後述する。

本実施例では、２種類の差分検知シーケンスを持ち、トナー残量がある程度少ないと判断した所から差分検知シーケンスの駆動方法を切り替える。まずトナーが少なくなってきた時点を差分検知シーケンスにより検知し、トナー切れ前の段階として報知する（以下トナー少報知と呼ぶ）。そして、トナー少報知後に、より少ないトナー量を高精度に検知できる供給ローラ回転方法にした差分検知シーケンスを行い、トナー切れや現像装置の要交換等の情報を報知する。始めの差分検知シーケンスを差分検知シーケンスＬ、それによりトナーが少ないと判断したその後に行う差分検知シーケンスを差分検知シーケンスＯとする。

基本的なトナー残量測定のフローは実施例１の図４と同じである。本実施例では、１回目に行う差分検知シーケンスＬの実行タイミングを、以下のように設定している。トナー残寿命０％のときに達するであろうピクセルカウント積算値Ｐ０％に対して８０％少ない積算値をＰｔｈとした。（式２を参照）
Ｐｔｈ＝Ｐ０％×０．２・・・・式２
なお、このＰｔｈは実施例１と同様に差分検知シーケンス後に再設定される。現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、トナー少報知が未報知である場合、差分検知シーケンスＬを実行する。トナー少報知が済んでいる場合は、差分検知シーケンスＯを実行する。

本実施例での、差分検知シーケンス時の動きについて説明する。図１２に差分検知シーケンスＬの流れを、図１３に差分検知シーケンスＯの流れを示す。

まず差分検知シーケンスＬについて説明する。現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、現像動作終了後、差分検知シーケンスを実行する（Ｓ００５、Ｓ１００）。最初に、現像駆動伝達可能な状態にして（Ｓ３０１）、第１の回転を行う。ここでは正方向（矢印Ｒ５方向）に供給ローラを所定時間回転させ（Ｓ３０２）、その後逆方向（矢印Ｒ６方向）に供給ローラを所定時間回転させる（Ｓ３０３）。本実施形態では正方向の回転時間は１５秒とし、逆方向の回転時間は１秒とした。ここで用いる回転速度は通常画像形成時に使用する回転速度とした。正回転時においては、長時間回転させることにより供給ローラのウレタンスポンジ層からトナーが吐き出された状態にしていると共に、供給ローラ内のトナー量を安定させている。所定時間回転後、トナー残量測定を行うために、現像ローラを感光ドラムから離間し、現像ローラと供給ローラの回転を停止する（Ｓ３０４）。その後第１の静電容量Ｃｖ１を測定する（Ｓ３０５）。

次に、再度、現像駆動伝達可能な状態にし（Ｓ３０６）、第１の回転と異なる回転方向である正方向（矢印Ｒ５方向）への供給ローラの回転を含んだ第２の回転を行う。本実施形態では、正方向、逆方向、正方向、逆方向の順に１回ずつ計４回回転させ（Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３０９、Ｓ３１０）、回転時間はそれぞれ１秒とした。ここで用いる回転速度は、回転方向の違いを除けば、通常画像形成時に使用する回転速度と同じとした。ここでは、後述するように、複数回異なる方向に回転させることにより供給ローラのウレタンスポンジ層にトナーが吸い込まれた状態にしている。所定時間回転後、トナー残量測定を行うために、現像ローラを感光ドラムから離間し、現像ローラと供給ローラの回転を停止する（Ｓ３１１）。その後、第２の静電容量Ｃｖ２を測定する（Ｓ３１２）。

このように検出された静電容量Ｃｖ１とＣｖ２の差分の絶対値｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜を算出し、これをΔＣとする。算出されるΔＣは図１５のようになる。図１１に、ΔＣを算出した後の動作を示す。差分検知シーケンスＬの閾値であるΔＣｔｈは、トナー少報知に対するターゲット残量を基準に定められている。ΔＣがΔＣｔｈ以下になった場合（Ｓ５０４Ｙｅｓ）には、「トナーが少なくなりました。」「カートリッジ（現像装置）の交換時期が近づいています。」等のトナー少報知を行う（Ｓ５０５）。そして、次に行うトナー切れ検知のための差分検知シーケンスＯのタイミング決定のために、ΔＣとΔＣｔｈの差分ΔＤを算出し（Ｓ５０６）、Ｐｔｈを再設定する（Ｓ５０７）。ここでの設定方法については後に詳述する。一方、ΔＣがΔＣｔｈ以下に達していないときには（Ｓ５０４Ｎｏ）、ＰｔｈにＰ０％×０．２の値を足した値を再設定する。このようにピクセルカウント値を用いてトナーがある程度使用されたときに差分検知シーケンスをまた実行することで、簡易な制御でトナー少報知を行うことができる。ただしピクセルカウント方式が必須ではなく、その他のトナー残量検知方式を用いても良い。Ｐｔｈが再設定された後、図４のＳ０００もしくはＳ００１に戻り、ピクセルカウント積算値Ｐｃｏｕｎｔが新たに設定されたＰｔｈに到達するまで画像形成を継続する（Ｓ２０６）。Ｐｔｈに到達した際に、トナー少未報知であれば（Ｓ５０１Ｙｅｓ）２回目の差分検知シーケンスＬを、トナー少報知済であれば（Ｓ５０１Ｎｏ）差分検知シーケンスＯを、実行し、算出されたΔＣをもとにまた図１１の動作を行う。差分検知シーケンスＬにおいて、ΔＣがΔＣｔｈ以下に達していないときには、Ｓ５００からＳ５０４、そして、Ｓ５０８からＳ５０９までのフローを繰り返し、ΔＣがΔＣｔｈ以下になるまでこの動作を繰り返す。

次にトナー少報知時の次回差分検知シーケンスＯの実行タイミングの決定方法について図１６を用いて説明する。ΔＤからＰｔｈを再設定する方法について説明する。トナー残量とΔＣの関係は図１５のような関係になる。この関係から予め近似直線を算出しておき、画像形成本体の記憶手段にこの近似直線データを記憶しておく。ΔＤと予め記憶された近似直線データからトナー切れに達するまでに使用可能なトナー量Ｘｇを算出する。そのトナー量Ｘｇを使用するときに、積算されると想定するピクセルカウントＰｘを算出する。今までのＰｔｈにＰｘを足した値であるＰｔｈ’を新たなＰｔｈとして再設定する。再設定されたＰｔｈにピクセルカウント積算値Ｐｃｏｕｎｔが達したときに、差分検知シーケンスＯを実施する。

次に差分検知シーケンスＯについて説明する。第１の静電容量の測定までは、実施例１における差分検知シーケンスと同じである（Ｓ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３、Ｓ４０４）が、第２の回転は、逆回転１回に留めている（Ｓ４０５、Ｓ４０６）。回転時間は１秒とし、ここで用いる回転速度は、回転方向の違いを除けば、通常画像形成時に使用する回転速度と同じとした。ここでは、より短い時間で差分検知シーケンスを行うために、逆回転１回のみで供給ローラにトナーが含まれた状態にしている。所定時間回転後から、第２の静電容量Ｃｖ２の測定までも実施例１と同じである（Ｓ４０７、Ｓ４０８）。

このように検出された静電容量Ｃｖ１とＣｖ２の差分の絶対値｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜を算出し、これをΔＣとする。算出されるΔＣは図１５のようになる。ΔＣの算出後からトナー切れ検知までの動作は実施例１と同じである。ここで差分検知シーケンスＯの閾値ΔＣｔｈ’は、差分検知シーケンスＬの閾値ΔＣｔｈとは別に設定される値である。

図１４に示すように、差分検知シーケンスＬのΔＣよりも、差分検知シーケンスＯのΔＣの傾きが大きいことが分かる。これは、差分検知シーケンスＬでの供給ローラ内トナー量の少ない第１の回転でトナーを１回逆回転により含む動作をしており、差分が小さくなっているからである。ただしその分、差分検知シーケンスＬでは、実施例１の正回転のようにトナーを吐き出す動作をした後との差分を取らないために、トナー残量の広い範囲に対して、より一定な直線関係を保っている。これは、異なる回転方向でトナーを供給ローラ内に含む場合には、トナーが吸い込み位置に必ず存在するが、一方向の回転では、トナーが少ない場合にトナーが吸い込み位置に、吐き出し位置から供給ローラの頂点を乗り越えて供給されない現象が起こるからである。

このように、まずトナーが多い状態では差分シーケンスＬの供給ローラ回転方法にすることでトナー切れ前の段階検知を精度良く行うことができる。さらに、トナー切れ検知を差分検知シーケンスＯの供給ローラ回転方法にすることで容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなる。すなわち、容器内トナー量に対するΔＣの感度が高くなり、より高精度にトナー残量の検知を行うことが可能になる。以上から、本実施例のように、差分検知シーケンスにおける回転方法を、検知したいトナー残量によって変化させることで、より高精度なトナー切れの検知を行うことや、より供給ローラの回転時間を短縮したシーケンスの実行などが可能である。

実施例１、２の差分検知シーケンスに共通する効果である、温度・湿度環境が変化しても高精度なトナー残量測定を行うことができるという効果を得るためには、供給ローラの回転方向を変化させることで供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させることが必要である。すなわち、供給ローラを第１の回転方向に回転させた後に静電容量Ｃｖ１を検知し、次いで、供給ローラを第２の回転方向に回転させた後に静電容量Ｃｖ２を検知することで、｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜をパラメータとしたトナー残量測定を実行することができる。

１感光ドラム
２帯電ローラ
３レーザー
５（５ａ〜５ｄ）現像装置
６転写ローラ
１５定着装置
２０カム
２１現像容器
２３メモリ
２４供給ローラ
２５現像ローラ
３０カップリングギア
３１供給ギア
３２ワンウェイクラッチ
３３現像ギア
Ｔトナー
Ｐ転写材

Claims

開口部を有し、トナーを収容する容器と、該容器の前記開口部に配置されているトナー担持体であって、第１の電極部材を有し、トナーを担持搬送して静電潜像に供給するトナー担持体と、前記容器の内部に配置されているトナー供給部材であって、第２の電極部材、および該第２の電極部材のまわりに発泡層を有するトナー供給部材と、を備えており、該トナー供給部材を前記トナー担持体に圧接して回転させることにより前記容器内のトナーを前記トナー担持体に供給する現像装置と、前記トナー供給部材を第１、第２の方向に回転駆動可能な駆動手段と、前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量を検知する検知手段であって、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第１の方向に所定時間回転させた後に静電容量Ｃｖ１を検知し、さらに、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第２の方向に所定時間回転をさせた後に静電容量Ｃｖ２を検知する検知手段と、
｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜が閾値を下回った場合に、トナー残量が所定量を下回ったことを報知する報知手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
開口部を有し、トナーを収容する容器と、該容器の前記開口部に配置されているトナー担持体であって、第１の電極部材を有し、トナーを担持搬送して静電潜像に供給するトナー担持体と、前記容器の内部に配置されているトナー供給部材であって、第２の電極部材、および該第２の電極部材のまわりに発泡層を有するトナー供給部材と、を備えており、該トナー供給部材を前記トナー担持体に圧接して回転させることにより前記容器内のトナーを前記トナー担持体に供給する現像装置と、
前記現像装置を取り外し可能に装着するための装着部と、
前記トナー供給部材を第１、第２の方向に回転駆動可能な駆動手段と、
前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量を検知する検知手段であって、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第１の方向に所定時間回転させた後に静電容量Ｃｖ１を検知し、さらに、前記駆動手段により前記トナー供給部材を前記第２の方向に所定時間回転をさせた後に静電容量Ｃｖ２を検知する検知手段と、
｜Ｃｖ１−Ｃｖ２｜が閾値を下回った場合に、現像装置の交換を促す報知を行う報知手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記駆動手段は、前記第２の方向に所定時間回転させた後であって前記静電容量Ｃｖ２を検知する前にも、前記第１の回転方向に所定時間回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記駆動手段は、前記第１の方向に所定時間回転させた後であって前記静電容量Ｃｖ１を検知する前にも、前記第２の方向に所定時間回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。