JP2010026497A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体１に現像剤Ｔを供給して静電潜像を現像するための現像剤担持体２５と、現像剤担持体に接触して現像剤を供給する現像剤供給部材２４と、現像剤を収容した現像剤収容室と、を有する現像手段５を有し、記録媒体Ｐに画像を形成する画像形成装置において、現像手段の使用環境や放置状態に因らず、安定して、かつ高精度に現像手段内の現像剤の残量検知を行なうことを可能にした画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像手段５の姿勢を、現像剤収容室２１の現像剤Ｔを現像剤供給部材２４へ供給可能な第１の姿勢Ｃと記現像剤供給部材２４と現像ローラ２５とのニップ部上方の現像剤Ｔを落下させる第２の姿勢Ｅとに変化させるロータリ５０を有し、現像手段５の第１の姿勢Ｃにおいて静電潜像の現像を行い、現像手段５の第２の姿勢Ｅにおいて現像剤の残量検知を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式・静電記録方式等の画像形成装置のように、表面に静電潜像を担持する電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体と、静電潜像を現像剤で現像する現像手段を有し、記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関するものである。

本出願人は、先に、現像手段である現像装置（以下、現像器と記す）における現像剤（以下、トナーと記す）の残量を検出する方法を提案している（特許文献１）。

これは、像担持体にトナーを供給して静電潜像を現像するためのトナー担持体と、トナー担持体に接触してトナーを供給するトナー供給部材とを備えた現像器におけるトナーの残量を検出する方法である。より具体的には、導電性支持体上にトナー担持体にトナーを塗布するためのトナー塗布部材を設け、現像バイアス電源により、トナー担持体に交番電圧を印加するようにする。そして、トナー塗布部材の導電性支持体に誘起される電圧を検知することでトナーの残量を検知するものである。即ち、導電性支持体上に誘起される電圧は、トナー担持体と導電性支持体間の静電容量に依存している。従って、現像器内にトナーが充分に存在し、導電性支持体とトナー担持体間がトナーで満たされた状態と、画像形成によりトナーが消費され、トナー担持体と導電性支持体間のトナーが減少した状態とでは、トナー担持体と導電性支持体間の静電容量が異なる。この為、導電性支持体に誘起される電圧も異なる。この現象を利用してトナーの残量を検出するものである。この方法によれば、スペースを格別に必要とせずにトナーの残量検知ができる。

特開平４−２３４７７７公報

本発明は、上記従来技術の更なる改善である。即ち、上記の残量検知においては、現像器内のトナーが消費されていないにも関らず、現像器内のトナー密度が変化した場合においては、得られる静電容量にばらつきが生じる場合があることが判明した。

通常、画像形成時には、現像器内のトナーは、トナー担持体の回転、トナー送り部材の回転等により十分に攪拌され循環している。一方、画像形成終了後に現像器が長時間放置された場合では、現像器内のトナーは自重により、トナー容器鉛直下方に向かって密に締まっていく。結果として、トナー担持体とナー塗布部材の導電性支持体間のトナー密度に変化が生じ、得られる静電容量の値にばらつきが生じる場合があった。

これを解決しようとするならば、残量検知測定前には、予め現像器を回転駆動させて、現像器内のトナーを攪拌し、トナー密度を均一にする作業が必要となる。残量検知毎にある一定時間を要するため、画像形成装置のスループットの低下につながってしまう。また、現像器の回転駆動により、現像器の磨耗や劣化が促進し、現像器寿命にも影響を及ぼす恐れがあった。

そこで、本発明は上記従来技術のトナー残量検出について一層の精度向上を図るものである。

その目的は、トナー密度の変化に起因する検知静電容量のばらつきの発生を排除して、即ち現像手段の使用環境や放置状態に因らず、安定して、かつ高精度に現像手段内のトナーの残量検知を行なうことを可能にした画像形成装置を提供することである。また、アンテナ方式による静電容量の変化を利用したトナー残量検出を、安定かつ高精度に行なうことを可能にした画像形成装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
表面に静電潜像を担持する像担持体と、前記静電潜像の現像を行う現像装置と、を有し、記録媒体に画像形成する画像形成装置において、
前記現像装置は、静電潜像の現像に用いられる現像剤を収容した現像剤収容室と、前記像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像するための現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触して前記現像剤担持体に現像剤を供給する表面に発泡層を備える現像剤供給部材とを備える現像装置であり、
前記現像装置を保持し、現像可能な姿勢にした第１のポジションと、前記第１のポジションにおいて前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材とのニップ部の上方にある現像剤を前記ニップ部から落下させる姿勢にした第２のポジションとに変化させる保持ユニットと、
前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体の間の静電容量を検出する検出装置と、
を有し、前記検出装置は、前記第２のポジションにおいて前記静電容量を検知することを特徴とする。

本発明によれば、現像手段の使用環境や放置状態に因らず、安定して、かつ高精度に現像手段内のトナーの残量検知を行なうことを可能にした画像形成装置を提供することができる。また、アンテナ方式による静電容量の変化を利用したトナー残量検出を、安定かつ高精度に行なうことを可能にした画像形成装置を提供することができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成図である。 第１のポジションにおける現像器の拡大模式図である。 第２のポジションにおける現像器の拡大模式図である。 塗布ローラの通気量測定方法を示す模式図である。 現像器内トナー充填量と塗布ローラのスポンジ内トナー量の関係を示すグラフである。 塗布ローラのスポンジ内トナー量と静電容量の関係を示すグラフである。 トナー残量検知手段のブロック図である。 検出値とトナー量の関係を示すグラフである。 比較検討１の結果を示すグラフである。 比較検討２の結果を示すグラフである。 比較検討３の結果を示すグラフである。 実施例３の画像形成装置の概略構成図である。 （ａ）は第１の姿勢に転換されている現像器の図、（ｂ）は第２の姿勢に転換されている現像器の図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。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１］
《画像形成装置例の全体的な概略構成》
図１は本実施例の画像形成装置の概略構成の模式図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、４色フルカラーの画像形成装置である。この画像形成装置はイメージリーダ（原稿画像読装置）・パソコン・ファクシミリ等のホスト装置２００からコントローラ部（制御手段：ＣＰＵ）１００に入力する電気的画像信号に基づいて記録媒体としてのシート状の記録材Ｐに画像形成を行う。コントローラ部１００はホスト装置２００や画像形成装置の操作部３００との間で各種の電気的な情報の授受をすると共に、画像形成装置の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。

この画像形成装置は、表面に静電潜像を担持する像担持体としての、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）１を有する。及び、このドラム１に作用するプロセス手段としての、帯電手段２、画像露光手段３、現像手段５（５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄ）、転写手段６、ドラムクリーニング手段７を有する。

ドラム１はドラム軸線を中心に矢印Ｒ１の反時方向に所定の速度で回転駆動される。帯電手段２はドラム１の表面を所定の極性（本実施例では負極性）・電位に一様に帯電する手段であり、本実施例では接触帯電ローラを用いている。画像露光手段３はドラム１の表面に静電潜像を形成する手段であり、本実施例ではレーザースキャナユニットを用いている。このユニット３はホスト装置２００からコントローラ部１００に入力する各色の画像情報に対応して変調したレーザー光Ｌを出力して反射ミラー４を介してドラム１の帯電処理面を露光部位Ａにおいて走査露光する。これにより、ドラム１の面に静電潜像が形成される。本実施例においては、静電潜像形成方式は、帯電したドラム面を画像情報部に対応して露光するイメージ露光方式としている。

現像手段５はドラム面に形成された静電潜像を現像剤像（トナー像）として可視化する手段である。本実施例の画像形成装置においては現像手段としての現像器を複数有する。即ち、第１から第４の４つの現像器５（５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄ：現像カートリッジ）を有する。そして、これらの現像器を現像器保持体（保持ユニット）としてのロータリ５０に保持させてある。ロータリ５０は中央軸５１を中心に割り出し回転可能である。各現像器５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄはロータリ５０の回転方向において互いに９０°間隔の割り付けにて予め決められた所定の装着部（現像装置装着部）に取外し可能に装着されている。ロータリ５０はコントローラ部１００で制御される駆動手段（モータ等：不図示）により矢印Ｒ２の時計方向に９０°間隔で割り出し回転される。これにより、第１から第４の現像器５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄがひとつずつ順次、ドラム１に所定に対向した現像位置Ｃに切換え的に移動して、この位置においてドラム１の面に形成されている静電潜像をトナー像として現像する。

ここで、ロータリ５０に装着されている現像器５がドラム１に所定に対向した現像位置Ｃに移動した現像器位置をポジションＣとする。また、この現像器５がポジションＣからロータリ５０の９０°回転により移動した現像器位置をポジションＦとする。また、この現像器５がポジションＦからロータリ５０の更なる９０°回転（ポジションＣからは１８０°回転）により移動した現像器位置をポジションＥとする。また、この現像器５がポジションＥからロータリ５０の更なる９０°回転（ポジションＣからは２７０°回転）により移動した現像器位置をポジションＧとする。

本実施例においては、第１から第４の各現像器５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄは、それぞれ、現像剤Ｔとして負帯電性の非磁性トナーを用いた接触現像型の反転現像器である。そして、本実施例においては、第１の現像器５ａは現像剤収容室にイエロー（Ｙ）色のトナーを収容したイエロー現像器である。第２の現像器５ｂは現像剤収容室にマゼンタ（Ｍ）色のトナーを収容したマゼンタ現像器である。第３の現像器５ｃは現像剤収容室にシアン（Ｃ）色のトナーを収容したシアン現像器である。第４の現像器５ｄは現像剤収容室にブラック（Ｂｋ）色のトナーを収容したブラック現像器である。

転写手段６はドラム１の面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する手段であり、本実施例では中間転写ベルトユニットを用いている。このユニット６は、中間転写体（第１の記録媒体）としての、誘電体製で可撓性を有するエンドレスの中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）６１を有する。そして、このベルト６１を懸回張設している、１次転写ローラ６２、ベルト駆動ローラ６３、２次転写対向ローラ６４、テンションローラ６５を有する。１次転写ローラ６２はドラム１に対してベルト６１を挟んで圧接している。ドラム１とベルト６１の接触部が１次転写ニップ部Ｂである。２次転写対向ローラ６４のベルト懸回部には２次転写ローラ６６が対向配設されている。この２次転写ローラ６６は、揺動機構（不図示）により、ベルト６１を挟んで２次転写対向ローラ６４に当接した作用位置と、ベルト６１の表面から離間した非作用位置とに位置移動される。常時は非作用位置に保持されている。そして、所定の制御タイミングにて作用位置に移動される。２次転写ローラ６６が作用位置に移動された状態において、２次転写ローラ６６とベルト６１の接触部が２次転写ニップ部Ｄである。テンションローラ６５のベルト懸回部には、ベルト６１の表面をクリーニングするベルトクリーニング手段６７が配設されている。このベルトクリーニング手段６７は揺動機構（不図示）によりクリーニング部材がベルト６１の表面に接触した作用位置と、クリーニング部材がベルト６１の表面から離間した非作用位置とに位置移動される。常時は非作用位置に保持されている。そして、所定の制御タイミングにて作用位置に移動される。ドラムクリーニング手段７は、ベルト６１に対するトナー像の１次転写後のドラム１面から１次転写残トナーを除去する手段であり、クリーニングブレードを用いている。ドラム面から除去されたトナーはクリーナ容器７１に収容される。

コントローラ部１００は画像形成スタート信号が入力すると、メインモータ（不図示）を駆動させる。これにより、ドラム１が矢印Ｒ１の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。また、第１の現像器５ａがポジションＣに移動した状態になるようにロータリ５０の割り出し回転がなされる。そして、その第１の現像器５ａに駆動力が伝達される。また所定の現像バイアスが印加される。レーザースキャナユニット３が駆動される。ベルト６１が矢印Ｒ３の時計方向（ドラム回転に順方向）にドラム１の速度に対応した速度で回転駆動される。２次転写ローラ６６とベルトクリーニング手段６７は、それぞれ、ベルト６１から離間した非作用位置に移動されて保持されている。帯電ローラ２に所定の帯電バイアスが印加される。これにより回転しているドラム１の表面が所定の極性（本実施例では負極性）・電位に均一に帯電される。レーザースキャナユニット３からフルカラー画像のＹ色成分画像信号に対応して変調されたレーザー光Ｌが出力されてドラム面が走査露光される。これにより、ドラム面にＹ色成分画像に対応した静電潜像が形成される。その静電潜像がポジションＣに位置している第１の現像器５ａによりＹ色トナー像（現像剤像）として現像される。本実施例においては、ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性のネガトナーを用いて静電潜像を反転現像している。そのＹ色トナー像が１次転写ニップ部Ｂにおいてベルト６１の面に１次転写される。１次転写ローラ６２には所定の制御タイミングでトナーの帯電極性とは逆極性（正極性）で所定電位の１次転写バイアスが印加される。１次転写後のドラム面はドラムクリーニング手段７によりクリーニングされる。

Ｙ色トナー像のベルト６１に対する１次転写が終了すると、ロータリ５０が時計方向に９０°間欠回転される。これにより、今度は第２の現像器５ｂがポジションＣに移動される。そして、ドラム１に対してフルカラー画像のＭ色成分画像に対応したＭ色トナー像を形成する帯電・露光・現像の工程が実行される。そのＭ色トナー像が１次転写ニップ部Ｂにおいて、ベルト６１上にすでに転写されているＹ色トナー像に所定の位置合わせ状態にて重畳されて１次転写される。

Ｍ色トナー像のベルト６１に対する１次転写が終了すると、ロータリ５０が時計方向に更に９０°間欠回転される。これにより、今度は第３の現像器５ｃがポジションＣに移動される。そして、ドラム１に対してフルカラー画像のＣ色成分画像に対応したＣ色トナー像を形成する帯電・露光・現像の工程が実行される。そのＣ色トナー像が１次転写ニップ部Ｂにおいて、ベルト６１上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色のトナー像に所定の位置合わせ状態にて重畳されて１次転写される。

Ｃ色トナー像のベルト６１に対する１次転写が終了すると、ロータリ５０が時計方向に更に９０°回転される。これにより、今度は第４の現像器５ｄがポジションＣに移動される。そして、ドラム１に対してフルカラー画像のＢｋ色成分画像に対応したＢｋ色トナー像を形成する帯電・露光・現像の工程が実行される。そのＢｋ色トナー像が１次転写ニップ部Ｂにおいて、ベルト６１上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色のトナー像に所定の位置合わせ状態にて重畳されて１次転写される。

このようにして、ベルト６１上にはＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｂｋ色の４色フルカラーの未定着トナー像が合成形成される。

即ち、駆動手段によりロータリ５０を割り出し回転させて１つの現像器をドラム１に所定に対向させたポジションＣに移動させ、その現像器によってドラム１に形成された静電潜像をトナー像として現像する。この動作を複数の現像器について順次に切換え的に実行させてベルト６１に対するフルカラートナー像の形成を実行するのである。

なお、ドラム１に対して順次に形成する色トナー像の色順は本実施例のようなＹ色→Ｍ色→Ｃ色→Ｂｋ色の色順に限られるものではなく、適宜の色順で行うことができる。

ベルト６１上に形成された４色フルカラーの未定着トナー像の画像先端部がベルト６１の移動により２次転写ローラ６６の位置に到達する前に、２次転写ローラ６６がベルト６１に接触した作用位置に移動される。また、ベルトクリーニング手段６７もベルト６１に対する作用位置に移動される。

一方、所定の制御タイミングで記録材給送部（不図示）から第２の記録媒体としてのシート状の記録材Ｐが一枚分離されて給送される。その記録材Ｐはレジストローラユニット（不図示）によって所定の制御タイミングにて２次転写ローラ６６とベルト６１との接触部である２次転写ニップ部Ｄに導入される。２次転写ローラ６６にはトナーの帯電極性とは逆極性（正極性）で所定電位の２次転写バイアスが印加される。これにより、記録材Ｐが２次転写ニップ部Ｄを挟持搬送されていく過程で、ベルト６１上の４色重畳のトナー像が記録材Ｐの面に順次に一括２次転写される。

記録材Ｐはベルト６１の面から分離されて定着ユニット８へ導入され、定着ニップ部で加熱・加圧される。これにより、各色トナー像の記録材Ｐへの定着（溶融混色）がなされる。そして、記録材Ｐは定着ユニット８を出て、フルカラー画像形成物として排出部（不図示）に排出される。

記録材分離後のベルト６１の表面に残留した２次転写残トナーはベルトクリーニング手段６７によって除去される。

コントローラ部１００は１枚或いは連続複数枚の画像形成ジョブが終了したら、画像形成装置を待機状態にして、次の画像形成スタート信号の入力を待つ。即ち、ドラム１、レーザースキャナユニット３、ベルト６１等の駆動を停止する。２次転写ローラ６６とベルトクリーニング手段６７を非作用位置に移動する。

モノクロ画像形成モードの場合は、ブラック用の第４の現像器５ｄを用いた画像形成だけが行われる。コントローラ部１００は１枚或いは連続複数枚のモノクロ画像形成ジョブが終了したら、画像形成装置を待機状態に戻して、次の画像形成スタート信号の入力を待つ。

《現像器５》
本実施例において、それぞれ現像手段である第１から第４の４つの現像器５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄは、収容させている現像剤（トナー）の色が互いに異なるだけで、構成は同一である。

図２はポジションＣにおける現像器５の拡大模式図である。現像器５は、トナーＴを収容させた現像剤収容室として現像剤容器２１と、ドラム１に形成された静電潜像を現像するための現像剤担持体としての現像ローラ２５と、現像ローラ２５に接触してトナーを供給する現像剤供給部材としての塗布ローラ２４を有する。また、現像ローラ２５上のトナー層を規制する現像剤層厚規制部材としての規制ブレード２７と、現像ローラ２５と現像剤容器２１との隙間からのトナー漏れを防止する漏れ防止シール２６を有する。

現像剤容器２１はドラム１の軸線方向を長手とする横長の容器である。この容器２１の下部に容器長手方向に沿ってドラム１に対向する開口部を有する。現像ローラ２５はこの開口部に位置させて容器長手方向に並行に配置され、容器長手方向の両側にそれぞれ取り付けられた軸受部材（不図示）を介して回転自在に容器２１に支持されている。塗布ローラ２４は、現像ローラ２５のドラム対向側とは反対側において容器２１内に現像ローラ２５に並行に配置され、容器長手方向の両側にそれぞれ取り付けられた軸受部材（不図示）を介して回転自在に容器２１に支持されている。

本実施例において、現像ローラ２５はφ１３であり、φ８の導電性芯金（芯金部）２８の周囲に、シリコンゴムを基層２８ａとし、アクリル・ウレタン系ゴムを表面にコート２８ｂした構成で、体積抵抗は１０^４〜１０^１２Ω・ｃｍである。

また、塗布ローラ２４は、φ６の導電性の芯金（芯金部）２９の周囲に連続気泡体からなるウレタンスポンジ層２９ａを設けた、φ１５のウレタンスポンジローラである。スポンジ層２９ａの体積抵抗は１０^４〜１０^１２Ω・ｃｍ程度である。即ち、塗布ローラ２４は連続気泡体で構成されている。
現像ローラ２５の芯金２８と塗布ローラ２４の芯金２９間の距離（中心間距離）は１３ｍｍであり、現像ローラ２５の表面に対して、塗布ローラ２４のウレタンスポンジ層２９ａを１．０ｍｍ侵入させている。

規制ブレード２７は、先端部が現像ローラ２５に摺擦して、現像ローラ２５に塗布されたトナーを薄層にコーティングする、リン青銅、ウレタンゴム等でできた可撓性部材である。規制ブレード２７はその基部が前記開口部の上縁部に固定されて容器２１に配設されている。

漏れ防止シール２６は、先端部が現像ローラ２５に接し、現像ローラ２５の下方部と現像剤容器２１との隙間を覆ってトナー漏れ防止する可撓性部材である。規制ブレード２７はその基部が前記開口部の下縁部に固定されて容器２１に配設されている。

ドラム１に形成された静電潜像の現像器による現像は、ロータリ５０の割り出し回転制御により所定の現像器５が、図１・図２のように、ドラム１に所定に対向したポジションＣ（第１のポジション）に移動されて行なわれる。

本実施例においては、ポジションＣにおける現像器５は、現像剤容器２１の天面側が上向きで底面側が下向きの正立姿勢（第１の姿勢）となってドラム１に対向している。そして、この現像器５ａの現像ローラ２５がドラム１に接触している。現像ローラ２５はドラム１に接触した状態でドラム１に形成された静電潜像を現像する。所謂、接触現像方式を用いている。

ポジションＣにおける現像器５には、画像形成実行時に画像形成装置本体側の駆動手段（不図示）と電源部Ｅから駆動力と現像バイアスが入力される。現像ローラ２５は図２において矢印Ｒ４の時計方向に所定の速度で回転駆動される。従って、現像ローラ２５のドラム接触部における回転方向はドラム１の回転方向Ｒ１に対して順方向である。また、現像ローラ２５に接触して現像ローラ２５にトナーを供給する塗布ローラ２４は矢印Ｒ５の時計方向に所定の速度で回転駆動される。従って、塗布ローラ２４の現像ローラ接触部における回転方向は現像ローラ２５の回転方向Ｒ４に対して逆方向（カウンタ方向）である。

回転する現像ローラ２５の周上には回転する塗布ローラ２４によってトナーが塗布され、塗布されたトナーが規制ブレード２７により薄層にコーティングされる。そのトナー薄層が現像ローラ２５の引き続く回転により現像位置Ｃに搬送されてドラム１の面に適用される。また、現像ローラ２５には現像バイアス電源部Ｖから所定の現像バイアス、本実施例では、ＤＣ電圧が印加される。これにより、現像ローラ２５の周上のトナー薄層がドラム面の静電潜像に対応して選択的にドラム面に転移する。これにより静電潜像がトナー像として現像される。静電潜像の現像に供されなかったトナーは現像ローラ２５の引き続く回転により現像剤容器２１内に戻し搬送される。そして、塗布ローラ２４により現像ローラ２５の面から除去されるとともに、現像ローラ２５の面には再び塗布ローラ２４によってトナーが塗布される。この動作が繰り返されて、ドラム面の静電潜像の現像が実行される。

ポジションＣにおける現像器５の姿勢は上記のように正立姿勢（第１の姿勢）であり、現像剤容器２１内のトナーＴは、塗布ローラ２４を配設した現像剤容器内下方部（容器底面側）に重力により鉛直下方に偏って存在している。Ｔａは現像剤容器２１に収容されているトナーＴのトナー面（現像剤面）である。この現像器５の姿勢はトナーＴを塗布ローラ２４に供給可能な姿勢である。これにより、トナーＴを現像ローラ２５に塗布することが可能である。そして、現像ローラ２５と塗布ローラ２４のニップ部（当接ニップ部）から塗布ローラ２４の回転方向上流側の領域ＸにトナーＴが存在する現像可能姿勢である。なお、領域Ｘは、現像可能姿勢（第１のポジション）において現像ローラ２５と塗布ローラ２４のニップ部の重力方向で上方の位置である。

通常の画像形成時では、現像位置であるポジションＣにおける現像器５の姿勢は正立姿勢であり、現像剤容器２１内のトナーＴは重力により鉛直下方に偏って存在しており、特に、領域Ｘの近傍のトナー密度が高い状態となっている。これは、通常画像形成時に領域Ｘの近傍のトナー密度が低下してしまうと、現像ローラ２５へのトナーの供給が不十分となり、画像上に白抜け部などが発生してしまうことがあるためである。従って、画像形成時は、領域Ｘの近傍はトナーが密な状態であることが望ましい。

ここで、ポジションＦにおける現像器５は、現像ローラ２５側が下向きとなった横向き姿勢となる。また、ポジションＥにおける現像器５は、ポジションＣにおける正立姿勢から天地が逆転した倒立姿勢（逆姿勢）となる。また、ポジションＧにおける現像器５は、現像ローラ２５側が上向きとなった横向き姿勢となる。

《現像器のトナー残量検知方法》
第１から第４の各現像器５（５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄ）は、画像形成に使用されるにつれて、それぞれ、各現像器に収容されているトナーが消費される。そこで、個々の現像器のトナーの残量を検知する残量検知手段（残量検知回路部）１００ａを設ける。そして、検知した残量値を、予め設定した現像器寿命予告や寿命警告のための閾値と比較させる。そして、残量値が閾値よりも少ない残量値までトナーが現象した現像器については、操作部３００の表示部３００ａにその現像器についての寿命予告或いは寿命警告を表示させる。これにより、使用者に、交換用の現像器の準備を促す、或いは現像器の交換を促して、出力画像の品質を維持している。現像器の新旧交換は、ロータリ５０の現像器装着部から使用済みの現像器を所定の手順にて取り外し、新しい現像器を所定の手順にて装着することでなされる。

本実施例では、現像器のトナー残量検知は、現像器５の姿勢を第１の姿勢から第２の姿勢に変化させた状態にして行う。現像器５の第１の姿勢は、ドラム１に対する現像可能な姿勢であり、トナーＴを塗布ローラ２４へ供給可能な姿勢である。現像器５の第２の姿勢は、第１の姿勢から現像器の姿勢を変化させて、塗布ローラ２４から現像剤容器２１へトナーが戻る姿勢である。現像器５の第１の姿勢は、本実施例では、ポジションＣ（第１のポジション）における現像器の姿勢である（図２）。第２の姿勢は、本実施例では、ポジションＥ（第２のポジション）における現像器の姿勢としている（図３）。

そして、第２の姿勢に変化させた現像器のトナー残量検知は、本実施例では、残量検知手段１００ａによって、塗布ローラ２４の導電性の芯金２９に、交流バイアスを印加する。そして、現像ローラ２５の導電性の芯金２８に誘起される電圧、静電容量から現像剤容器２１内のトナー残量検知を行なうものである。ここで、以下の説明において、「静電容量」とは、塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量のことである。

トナー残量検知の基本原理について述べる。本実施例における塗付ローラ２４は、表面に発泡層を備える。具体的には、連続気泡体からなるウレタンスポンジ層２９ａを備える。連続気泡体からなるウレタンスポンジ層２９ａの通気量と呼ばれる物性値の最適化により、スポンジ層内部に保持できるトナー量が変化する特徴がある。この通気量という物性値は、連続気泡体からなるウレタンスポンジ層表面のセルの開口と、スポンジ内部のセルに対し、単位時間あたりに通過する空気の量を示すものである。即ち、表面のセルが小さく、内部セルの構造も細かく密になるほど、通気量は低下し、逆に、表面セルを大きく、内部セルを大きくすると、通気量は増加する傾向にある。

このため、通気量の変化で、スポンジ内部に保持可能なトナー量が変化する。ここで、前述した通気量の測定方法を説明する。図４は通気量測定方法を示すモデル図である。塗布ローラ２４のウレタンスポンジ層２９ａの表面に、φ１０ｍｍの穴３０１ａをあけたアクリル板３０１の穴部を当接する。そして、その穴３０１ａよりも大きい径のホース３０２をつなげ、市販のポンプ３０４で吸気したときの吸気量を通気量測定器３０３（メーカー；大栄科学精器製作所、商品名；ＫＺ型通気量測定器）にて測定する。ポンプ３０４の吸気量は、塗布ローラ２４が無い状態で１０．８リットル／ｍｉｎである。本発明者らの実験で、本実施例に即する画像形成装置においては、適応する連続気泡体からなるウレタンスポンジ層２９ａの通気量は、２リットル／ｍｉｎ以上にすることが好適であった。

このようにして、通気量の最適化が行なわれた塗付ローラ２４を用いた場合の、塗付ローラのスポンジ層内部のトナー量と、現像剤容器内部のトナー量との推移を示す。図５に示すように、現像剤容器内トナー量が減少するにつれて、塗付ローラ２４のスポンジ層内部のトナー量も減少していく傾向がわかる。この結果より、塗付ローラ２４のスポンジ層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に相関があることがわかる。

さらに、スポンジ層内のトナー量と、塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量の推移を測定した。結果を図６に示す。この静電容量は、ＮＦ社製ＬＣＲメータＺＭ２３５４にて測定した。図６に示すように、スポンジ層内のトナー量と静電容量は線形関係となっている。この結果から、塗布ローラのスポンジ層内部に保持されるトナー量と、塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量に相関があることがわかる。つまり、塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量を測定することで、現像剤容器２１内のトナー量を見積もることが可能なのである。

しかしながら、塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量を測定する際に、塗付ローラ２４の周囲に余分なトナーが存在すると、静電容量が変化してしまう場合がある。これは、塗付ローラ２４の近傍に多量にトナーが存在すると、塗付ローラ２４のスポンジ層内部に含まれたトナー量以上のトナー量の静電容量を検出してしまうためである。このため塗付ローラ２４のスポンジ層内部だけのトナー量を正確に見積もるためには、塗付ローラ２４の付近にトナーが存在しないことが好ましい。

そこで、現像器５の塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量の測定によるトナー残量検知は、現像器５の姿勢を第１のポジションにおける第１の姿勢から第２のポジションにおける第２の姿勢に変化させて行う。現像器５の第１のポジションにおける姿勢は、ドラム１に対する現像姿勢であり、塗布ローラ２４と現像ローラ２５のニップ部から塗布ローラ２４の回転方向上流側の領域Ｘにトナーが存在する姿勢である。現像器５の第２のポジションにおける姿勢は、第１のポジションの姿勢から現像器の姿勢を変化させて、前記領域ＸからトナーＴを落下させた姿勢である。即ち、第２のポジションは、第１のポジションにおいて現像ローラ２５と塗布ローラ２４とのニップ部の重力方向において上方の領域Ｘの位置にあるトナーＴをニップ部から落下させる姿勢である。

本実施例においては、図１におけるポジションＣが第１のポジションであり、ポジションＥを第２のポジションとしている。そして、ポジションＥに位置している現像器について残量検知手段（塗布ローラ２４の芯金部２９と現像ローラ２５の間の静電容量を検出する検出手段）１００ａによりトナー残量検知が実施される。

現像位置である第１のポジションＣに位置している現像器５の姿勢は正立姿勢であるのに対して、第２のポジションＥに位置している現像器５の姿勢は天地が逆転した倒立姿勢に変化している。この現像器の倒立姿勢においては、図３のように塗付ローラ２４の周囲にはトナーが無い状態である。第２のポジションＥでは、現像剤容器２１に収容されているトナーＴのトナー面Ｔａが塗布ローラ２４にかからない。この状態において、当該現像器５の残量検知手段１００ａによるトナー残量検知が実施される。

トナー残量検知時の第２のポジションＥにおける現像器を図３にて説明する。画像形成後のロータリ５０の回転による現像器５のポジションＣからポジションＥへの回転により、天地が逆転した現像器５の現像剤容器２１内部のトナーは天面側に振り落とされる。このため、第２のポジションＥでは塗付ローラ２４の近傍のトナーの影響を全く受けずに、塗付ローラ２５のスポンジ層内部だけのトナー量から静電容量を得ることが出来る。

この状態で、残量検知手段１００ａは、塗布ローラ２４の導電性の芯金２９に、バイアス電源３３からトナー残量検知用バイアスを印加する。トナー残量検知用バイアスとしては、周波数５ＫＨｚ、Ｖｐｐ＝２００Ｖの交流バイアスを用いている。現像ローラ２５の導電性の芯金２８には、トナー残量検知用バイアスにより電圧が誘起され、この電圧は検出器３０で検出される。

次に、残量検知手段１００ａを構成している、検出器３０、積分器３１、比較器３２について述べる。図７は、コンデンサーＣ１で示される塗布ローラ２４と現像ローラ２５、検出器３０、積分器３１、比較器３２、トナー残量検知用バイアス電源３３、現像バイアス電源３４の等価回路を示したものである。

トナー残量検知用バイアス電源３３より、交流バイアスであるトナー残量検知用バイアスが供給される。検出器３０は抵抗ＲとダイオードＤから成り、コンデンサーＣ１の出力は、抵抗Ｒの電圧として取り出され、ダイオードＤで半波整流される。半波整流された電圧は、コンデンサーＣ２で示される積分器３１により積分され、直流電圧化される。この直流電圧は、コンパレーターＦと、基準電圧Ｅで示される比較器３２により比較される。コンパレーターＦは、積分器３１の出力電圧と、基準電圧Ｅとの大小を比較し、出力電圧の方が大きければトナー有と判断し、出力電圧の方が小さければトナー無と判断する。従って、基準電圧Ｅは、現像器内のトナーが消費され、無くなった時の積分器３１の出力電圧に調整すれば良い。

本実施例における、現像器内のトナー量と積分器３１の出力電圧の変化を図８に示す。出力電圧は、トナー量に応じて低下する。さらにトナーが消費されると、図中トナー量がＰ点において、プリント画像上に、一部、画像欠けが生じ、さらにプリントを続けると、全く画像が出ない状態となった。

以上のことから、本実施例では、画像欠けが生じてしまうトナー量Ｐに対し、ベタ黒画像１０枚相当量のマージンを見越したトナー量Ｐａをトナー無しと判断している。このため、出力電圧Ｑａを基準電圧Ｅとすることで、現像器のトナー無しいと判断するよう制御される。コントローラ部１００は、残量検知手段１００ａでトナー無しと判断された場合は、操作部３００の表示部３００ａに、当該現像器についての「トナー無」等の警告表示を行う。画像形成を中止する制御をさせても良い。また、現像器の交換時期を知らせるようにしても良い。

以下、比較例を用いて、本実施例の効果及び特徴を説明する。

（比較検討１）
あるトナー量が充填された１つの現像器に対して、トナー残量検出時における、静電容量について現像器の姿勢差による検討を行なった。

比較例として、ドラム１に対する現像時である第１のポジションＣにおける現像器について塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量を測定する。次に、ロータリ５０を回転させて現像器を第２のポジションＥに移動させ、第２のポジションＥおける現像器について塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量を測定する。そして、ロータリ５０の回転を繰り返して、第１のポジションＣと第２のポジションＥとにおける現像器について塗布ローラ２４と現像ローラ２５間の静電容量を繰り返して測定した。なお、本検討時は、ドラム１は取り外されている。このため、現像器内のトナーは外部に出ることはなく一定に保たれる。

上記の測定結果を図９に示す。横軸が静電容量を測定した時の現像器の姿勢、縦軸が検出された静電容量である。即ち、現像器の姿勢は、第１のポジションＣでは図２のように現像可能な正立姿勢であり、第２のポジションＥでは図３のように天地反転の倒立姿勢である。図９より、第１のポジションＣにおける静電容量の測定結果は、測定毎のばらつきが大きく、最大で３０％の変動が見られた。一方、第２のポジションＥでの静電容量の測定結果では、測定毎のばらつきが小さく、静電容量値の変動２％以下であった。

これは、図２のような第１のポジションＣでは、ロータリ５０の回転に伴って、現像剤容器内のトナー量が塗付ローラ２４の近傍のトナー密度が変化する。この影響により、得られる静電容量の出力が不安定になるためである。一方、図３のような第２のポジションＥでは、塗付ローラ２４近傍のトナーの影響を排除したので、常に安定した出力を得ることが可能であった。

以上の点から、第２のポジションＥにて静電容量を検出することで、残量検知精度の改善を計ることが出来る。

なお、図３に示すように、トナー残量検出を行なう第２のポジションＥにおける現像器内の領域Ｙの近傍には若干量のトナーが残留してしまう。しかしながら、本発明者の検討では、この領域Ｙの近傍のトナー量は一定量で、かつ現像器内トナー量に対して微量なため、静電容量の出力には影響を及ぼさない結果が得られている。

（比較検討２）
現像器の放置前後における静電容量の変化を、トナー残量検出時の現像器の姿勢差に関して検討を行なった。なお、本検討でも比較検討１と同様にドラム１は取り外され、現像器内のトナー量はロータリ５０の回転に因らず一定に保たれる。

トナー充填量が等しい現像器を２つ用意する。そして、実施例として、１つの現像器についてロータリ５０を５０回転させて現像器内のトナーを十分にほぐした後、第２のポジションＥにおいて静電容量の測定を行なう。その後、現像器を第１のポジションＣにして２日間放置する。そして、再び、ロータリ５０を５０回転させ、第２のポジションＥで静電容量の測定を行なった。

比較例２として、もう１つの現像器について、ロータリ５０を５０回転させ、第１のポジションＣにおいて静電容量の測定を行なう。そして、その現像器を第１のポジションＣで２日間放置し、再び、静電容量の測定を行なった。

比較結果を図１０に示す。実線が実施例、破線が比較例２である。縦軸が検出された静電容量である。横軸は、静電容量の測定タイミングを示している。

比較例２においては、現像器の放置前後で、現像器内のトナー消費が無いにも関らず、放置後において静電容量が大きく増加してしまっていることがわかる。これは、図８における、現像器使用初期からトナー量Ｐａに至るまでのトナー減少量に対する静電容量変化分を１００％とした場合の４５％に相当するばらつきであった。これは現像器の放置前後で、塗付ローラ２４の周囲に存在するトナーの密度変化の影響を受けているためである。放置により、現像剤容器２１内のトナーが、塗付ローラ２４の周囲に密になることで、塗付ローラ２４のスポンジ層内部に含まれているトナー量以上のトナーが存在するため、静電容量が大きくなってしまっている。

一方、実施例の推移に着目すると、塗付ローラ２４の周囲に存在するトナーを確実に排除する第２のポジションＥに現像器を移動させた後で静電容量を測定したので、現像器の放置前後で、静電容量の変化に差が見られないことがわかる。これは、図８における、現像器使用初期からトナー量Ｐａに至るまでのトナー減少量に対する静電容量変化分を１００％とした場合の３％に相当するばらつきであった。このように、塗付ローラ２４の近傍にトナーが密に存在する状態で放置をした後においても、塗付ローラ２４の近傍のトナーを排除した現像器姿勢で静電容量を測定することで、安定した測定結果を得ることが可能となる。

［比較検討３］
従来構成では現像器の放置後にトナー残量検知を行なう場合において、現像器を駆動させることにより、現像器内のトナーを攪拌・循環させる必要な場合があった。このため、上記の（比較検討２）を実施後、ロータリ５０の回転を実施し、以下の手順にてトナーをほぐした後の静電容量の変化を測定した。

１）ロータリ５０を１回転させた後
２）ロータリ５０を４回転させた後
３）ロータリ５０を１０回転させた後
結果を図１１に示す。比較例として、第１のポジションＣで測定を行なう場合を示す。比較例では、ロータリ５０の回転による現像器内のトナーの攪拌や、第１のポジションＣでの現像ローラと塗付ローラの駆動によるトナー循環を行なった後においても、放置前の定常状態における静電容量の出力値まで回復しなかった。

一方、実施例の第２のポジションＥで測定を行なう場合、ロータリ５０の回転や塗付ローラ２４の回転駆動に因らず、安定した静電容量の出力を得ることが可能であった。

上記比較検討結果より、本実施例の画像形成装置は、現像器の放置状態に因らず、現像剤容器内のトナー残量を正確に検知し、ユーザに対してその情報を伝えることが可能となる。

また、本実施例の画像形成装置に因れば、画像形成中に他の現像器のトナー残量を検出することが出来る。このため、トナー残量検知のための特別な制御が不要であり、非常に効率的に残量検知を行なうことが可能である。

さらに、トナーの残量検知は現像器を静止させた状態で行うことが可能なため、従来のように現像器内のトナーをほぐすための、余分な現像器の駆動を省略することが出来る。

［実施例２］
現像器のトナー残量検知は、実施例１のようにポジションＥにおける天地逆転姿勢の現像器について行うのが最適であるが、ポジションＦやポジションＧにおける横向き姿勢の現像器について実施することも可能である。

但し、ポジションＦやポジションＧにおける場合は、現像器の使用初期は、現像剤が塗付ローラ２４に接触してしまう場合があるため、安定した残量検知出力が得られない場合がある。しかし、現像器が使用されて現像器内のトナー量が、塗付ローラ２４にトナーが接触しなくなる量まで減少してからは、現像器の放置状態に因らず、現像剤容器内のトナー残量を正確に検知し、ユーザに対して交換のタイミングを正確に伝えることが可能である。

［実施例３］
図１２は本実施例３における画像形成装置の概略構成の模式図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、単色（モノカラー）の画像形成装置である。実施例１の画像形成装置と共通する構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。この画像形成装置は、矢印の時計方向に回転駆動される電子写真感光体ドラム１の周面が帯電ローラ２で一様に帯電される。そのドラム１の帯電面に対して、レーザースキャナユニット３と反射ミラー４により画像情報に対応して変調されたレーザー光Ｌの走査露光がなされる。これによりドラム面に静電潜像が形成される。その静電潜像が現像器５によりトナー像として現像される。形成されたトナー像がドラム１と転写ローラ６２との転写ニップ部Ｂにおいて、この転写ニップ部Ｂに給紙部（不図示）から所定の制御タイミングで給送されたる記録材Ｐに転写される。転写ニップ部Ｂを出た記録材Ｐはドラム１の面から分離されて定着ユニット８へ導入され、定着ニップ部で加熱・加圧される。これにより、トナー像の記録材Ｐへの定着がなされる。そして、記録材Ｐは定着ユニット８を出て、単色画像形成物として排出部（不図示）に排出される。記録材分離後のドラム１の表面に残留した転写残トナーはドラムクリーニング手段７によって除去される。

図１３の（ａ）は図１２の画像形成装置の現像器５部分の拡大図である。この現像器５は実施例１の現像器と同様に、現像剤Ｔとして非磁性トナーを収容させた現像剤収容室として現像剤容器２１を有する。また、ドラム１に形成された静電潜像を現像するための現像剤担持体としての現像ローラ２５と、現像ローラ２５に接触してトナーを供給する現像剤供給部材としての塗布ローラ２４を有する。また、現像ローラ２５上のトナー層を規制する現像剤層厚規制部材としての規制ブレード２７と、現像ローラ２５と現像剤容器２１との隙間からのトナー漏れを防止する漏れ防止シール２６を有する。

現像器５は画像形成装置本体側の装着台４００に対して取り外し可能に装着されている。この装着台４００は、現像器５を（ａ）の第１の姿勢（第１のポジション）と（ｂ）の第２の姿勢（第２のポジション）とに変化させる転換手段としてあり、軸部４０１を中心に、コントローラ部１００で制御される駆動手段４０２により揺動される。駆動手段４０２としては、例えば、正逆転モータを用いたギア機構、電磁ソレノイド機構、ラック・ピニオン機構などを挙げることができる。

（ａ）の現像器５の第１の姿勢は、現像剤容器２１のトナーＴを塗布ローラへ供給可能な姿勢である。即ち、現像ローラ２５と塗布ローラ２４のニップ部から塗布ローラ２４の回転方向上流側の領域ＸにトナーＴが存在する現像可能な姿勢である。

（ｂ）の現像器５の第２の姿勢は、塗布ローラ２４から現像剤容器２１へトナーＴが戻る姿勢である。即ち、現像ローラ２５と塗布ローラ２４のニップ部から塗布ローラ２４の回転方向上流側の領域ＸのトナーＴを落下させた姿勢である。

コントローラ部１００は、画像形成を行なう時は、現像器５を（ａ）の第１の姿勢に保持するように装着台４００を揺動制御する。そして、この現像器５の現像ローラ２５がドラム１に接触する。現像ローラ２５はドラム１に接触した状態でドラム１に形成された静電潜像を現像する。所謂、接触現像方式を用いている。第１の姿勢における現像器５には、画像形成実行時に画像形成装置本体側の駆動手段（不図示）と電源部Ｅから駆動力と現像バイアスが入力される。

画像形成終了後は、コントローラ部１００は、現像器５を（ｂ）の第２の姿勢に保持するように装着台４００を揺動制御する。そして、この第２の姿勢にされた現像器５について残量検知手段１００ａによるトナー残量検知を行なう。

このような構成の画像形成装置においても、現像器５の放置状態に因らず、現像剤容器内のトナー残量を正確に検知し、ユーザに対してその情報を伝えることが可能である。

［その他の事項］
１）画像形成装置は実施例の電子写真方式のものに限られない。像担持体として静電記録誘電体を用いた静電記録方式の画像形成装置や、像担持体として磁気記録磁性体を用いた磁気記録方式の画像形成装置であってもよい。

２）また、現像手段５は、現像剤として非磁性トナーを用いた非接触式の現像器、現像剤として磁性トナーを用いた接触式又は非接触式の現像器であってもよい。

１・・像担持体（電子写真感光体ドラム）、
２４・・現像剤供給部材、
２５・・現像剤担持体（現像ローラ）
Ｔ・・現像剤（トナー）、
５０・・保持ユニット（ロータリ）、
１００ａ・・検出手段、
Ｐ・・記録媒体（記録材）
Ｃ・・第１の姿勢（第１のポジション）
Ｅ・・第２の姿勢（第２のポジション）

Claims (4)

1. 表面に静電潜像を担持する像担持体と、前記静電潜像の現像を行う現像装置と、を有し、記録媒体に画像形成する画像形成装置において、
   前記現像装置は、静電潜像の現像に用いられる現像剤を収容した現像剤収容室と、前記像担持体に現像剤を供給して前記静電潜像を現像するための現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触して前記現像剤担持体に現像剤を供給する表面に発泡層を備える現像剤供給部材とを備える現像装置であり、
   前記現像装置を保持し、現像可能な姿勢にした第１のポジションと、前記第１のポジションにおいて前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材とのニップ部の上方にある現像剤を前記ニップ部から落下させる姿勢にした第２のポジションとに変化させる保持ユニットと、
   前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体の間の静電容量を検出する検出装置と、
   を有し、前記検出装置は、前記第２のポジションにおいて前記静電容量を検知することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２のポジションでは、前記現像剤収容室に収容されている現像剤の現像剤面が現像剤供給部材にかからないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤供給部材が連続気泡体で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像装置を複数有し、それらの現像装置が、複数の現像装置装着部を有する回転自在な保持ユニットの所定の装着部に装着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。