JP2011085897A

JP2011085897A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2011085897A
Application number: JP2010159297A
Authority: JP
Inventors: Shinya Yamamoto; 慎也山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2011-04-28
Also published as: US20110069978A1

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、を有する現像装置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、現像器の使用初期から使い終わりまで、現像装置内のトナーの残量検知を行なうことを可能にした装置を提供する。
【解決手段】現像装置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から現像剤収容室２１へ現像剤Ｔが戻る第２の姿勢Ｅとに変化させる保持ユニット５０を有し、現像装置５の第１の姿勢Ｃにおいて静電潜像の現像を行い、現像装置５の第２の姿勢Ｅにおいて現像剤の残量検知を行なう。第２の姿勢Ｅに転換直後から前記静電容量の検知を開始し、検知結果の時間積分値から、現像剤収容室２１内の現像剤量を算出する。
【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装置を有し、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号公報

上記従来技術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、現像器内のトナー剤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、トナー担持体とト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、現像器が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。

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機能向上を図るものである。その目的は、現像装置の使用環境や放置状態に因らず、現像装置内のトナーの残量検知を行なうことが可能な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、現像剤を収容する現像剤収容室、前記現像剤収容室の内部に設けられ、第１の電極部材を備え前記像担持体に前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体、前記現像剤収容室の内部に前記現像剤担持体に接触して設けられ、第２の電極部材のまわりに発泡層を備え前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給部材、を有する現像装置と、前記現像装置を保持し、前記現像装置を、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に現像剤が堆積する姿勢である第１のポジションと、前記第１のポジションにおいて前記ニップ部の上に堆積する現像剤が落下する姿勢である第２のポジションとに移動可能な保持ユニットと、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の変化に基づいて、前記現像剤収容室の内部の現像剤残量を検出する検出装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば現像装置の使用環境や放置状態に因らず、現像装置内のトナーの残量検知を行なうことが可能な画像形成装置を提供することができる。

（ａ）は実施例１の画像形成装置の概略構成図である。（ｂ）は第１のポジションにおける現像器の拡大模式図である。（ａ）は第２のポジションにおける現像器の拡大模式図である。（ｂ）塗布ローラの通気量測定方法を示す模式図である。（ａ）は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。（ｂ）は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。（ａ）は現像器が第２のポジションへ遷移した直後からの残量検出装置による静電容量検知を行った結果を示す図である。（ｂ）はトナー残量検知出力と現像剤容器内部のトナー量との推移を示す図である。（ａ）はトナー残量検出装置のブロック図である。（ｂ）は現像器内のトナー残量表示についての説明図である。（ａ）は実施例２の画像形成装置において第１の姿勢にある現像器の図である。（ｂ）は第２の姿勢にある現像器と残量検出装置の図である。（ａ）は現像器が第２のポジションへ遷移した直後からの残量検出装置による静電容量検知を行った結果を示す図である。（ｂ）はトナー残量検知出力と現像剤容器内部のトナー量との推移を示す図である。

［実施例１］
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。

《画像形成装置例の全体的な概略構成》
図１の（ａ）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、現像装置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。

現像装置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装置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Ｃ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、それぞれ現像装置である第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１の（ｂ）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。なお、本実施例では連続気泡体を備える部材を用いているが、塗布ローラ内にトナーが入り込めるように構成されていれば単泡のような発泡層を備える部材であっても構わない。連続気泡体の方がトナーの取り込み量が増えるため、後述する静電容量を測定する際には好適である。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。シール２６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の（ａ）や（ｂ）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１の（ｂ）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、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の領域ＸにトナーＴが存在する現像可能姿勢である。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、第２の姿勢）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出装置（残量検知回路部）１００ａを設ける。検知した残量値が、予め設定した現像器寿命予告や寿命警告のための閾値に達した場合には、コントローラ１００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（図１の（ｂ））から第２の姿勢（図２の（ａ））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。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。

本実施例では、第２の姿勢に変化させた現像器のトナー残量検知は、残量検出装置１００ａによって、第２の電極部材としての塗布ローラ２４の導電性の芯金２９に、交流バイアスを印加する。そして、第１の電極部材としての現像ローラ２５の導電性の芯金２８に誘起される電圧から静電容量を算出し現像剤容器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。具体的には、現像ローラ２５の芯金部２８と、塗布ローラ２４の芯金部２９との間の静電容量を測定することとなる。また、「静電容量」を算出するという意味においては、１００ｐｆのような静電容量そのものを算出する必要は必ずしもない。静電容量の変化に応じて変化する芯金の誘起電圧値を、検知回路において電圧値や、電流値の形で測定することで行っても良い。

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、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２の（ｂ）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３の（ａ）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３の（ｂ）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３の（ｂ）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。

本実施例では、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、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を行う。即ち、現像器５を、現像器内の主にトナーを収容するトナー収容室から塗布ローラや現像ローラが存在する現像室へトナーを供給可能な第１の姿勢Ｃと、現像室からトナー収容室へトナーが戻る第２の姿勢Ｅとに姿勢を変化させる保持ユニットを設ける。そして、現像器５の第２の姿勢においてトナー残量検知を行なう。これにより、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抑制して、現像器の使用環境や放置状態に因らず、静電容量の変化を利用したトナー残量検出を、安定かつ精度良く行なうことが可能となる。

本実施例においては、ロータリ５０が、現像器５を保持し、第１のポジションと、第２のポジションとに移動可能な保持ユニットに対応する。すなわち、現像器５を、現像ローラ２５と塗布ローラ２４とのニップ部の上にトナーが堆積する姿勢である第１のポジションと、第１のポジションにおいてニップ部の上に堆積するトナーが落下する姿勢である第２のポジションとに移動可能な保持ユニットである。

上記のトナー残量検知は、現像器５が第２のポジションＥに移動された直後から塗付ローラ２４と現像ローラ２５の間の静電容量検知を開始し、所定時間における静電容量検知出力の変化を、検知時間に関する算術処理を行う。そして、これにより現像剤収容室２１内の現像剤量を算出する。

以下、これについて詳述する。先ず、現像器５の現像剤容器２１に収容されているトナーＴの挙動について説明する。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、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に多量にトナーが存在する。本実施例では、塗布ローラ２４と現像ローラ２５のニップ部から現像ローラ２５の回転方向上流側の領域Ｘに多量のトナーが存在する。ロータリ５０が９０°回転することにより現像器５のポジションがＣからＦ、さらに、９０°回転（ポジションＣからは１８０°回転）した位置ポジションＥに遷移する。そうすると、現像器５の姿勢は倒立姿勢となり、前記領域Ｘに存在していたトナーＴは重力により現像剤容器２１に落下する。すなわち、第２のポジションにおける現像装置の姿勢は、前記第１のポジションにおいて前記ニップ部の上に堆積する現像剤が落下する姿勢となる。最終的には、図２の（ａ）のように塗付ローラ２４の周囲にトナーが無い状態に至る。したがって、現像ローラの芯金２８と供給ローラの芯金２９との間の静電容量は、ポジションＣとポジションＥとで異なる。本実施例においては、図１の（ａ）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出装置１００ａによりトナー残量検知が実施される。装置１００ａが「保持ユニットによって現像装置を第１のポジションから第２のポジションに移動した後の所定期間における、第１の電極部材と第２の電極部材との間の静電容量の変化に基づいて、現像剤収容室の内部の現像剤残量を検出する検出装置」に対応する。

現像器５が、ポジションＥへ遷移した直後からの残量検出装置１００ａによる静電容量検知を行った結果を図４の（ａ）に示す。例えば現像器５の使用開始直後のような、現像剤容器２１に収容されているトナーＴが多い場合の現像器５の、ポジションＥへの遷移直後のトナー残量検知出力は凡例アのようになる。即ち、領域Ａで示した静電容量に対応した所定期間において、後述する塗付ローラ２４のスポンジ層内部に含まれたトナー量に相当する検知出力よりも大きな値を検知する。これは、塗付ローラ２４の近傍に、現像器５のポジションＥへの遷移直後に現像剤容器２１に落下し切れなかったトナーが存在するため、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。よって、トナーＴが重力により現像剤容器２１に落下するにつれ、徐々に検知出力も小さくなる。そして、図２の（ａ）のように塗付ローラ２４の周囲にトナーが無い状態、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にかからない状態に至り、トナー残量検知出力は安定した値を得ることができる。このように静電容量検知出力が安定した値を示す領域を図４の（ａ）では領域Ｂと示した。

これと比較し、現像器５の使用中盤においては、静電容量検知出力は凡例イのようになる。即ち、トナーＴが消費されているため、領域Ａの期間も短くなり、塗付ローラ２４の周囲にトナーが無い状態、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にかからない状態に早く至る。さらに、現像器５の使用末期においては、静電容量検知出力は凡例ウのようになる。即ち、塗付ローラ２４の周囲にはそもそもトナーが少なくトナーＴのトナー面Ｔａが塗布ローラ２４にかからない状態にある為、上述の領域Ａに相当する出力は見当たらず、ポジションＥへの遷移直後から静電容量検知出力値は安定した値を得ることができる。

上記説明したトナーＴの挙動と、それに伴う静電容量検知出力値の変動を鑑みて、本実施例においては以下のように検知出力を算術処理する。１）塗付ローラ２４のスポンジ層内部に含まれたトナー量からの検知出力である領域Ｂの検知出力を平均化処理し、トナー残量検知出力Ｒとする。値Ｒをバックグラウンド値とする。２）下記の差分値と、トナー残量検知時間とで面積積分した値Ｔを、トナー残量検知出力Ｒとする。上記の差分値は、現像剤容器２１に落下し切れなかったトナーが存在するが故に、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、領域Ａからの出力からバックグラウンド値を引いた値である。トナー残量検知出力Ｒは、第２のポジションにおける第２の姿勢である倒立姿勢に変化させることにより、塗付ローラ２４の周囲に余分なトナーが存在しない。そのため、静電容量の変化もなく、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ことができる。このトナー残量検知出力Ｒは、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ある。しかしながら、現像剤容器内トナー量が多い領域においては、トナー量の減少に対する、塗付ローラ２４のスポンジ層内部のトナー量の減少割合が小さい。

すなわち、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する本実施例のトナー残量検出装置では、現像剤容器内トナー量検知精度が低い。そこで、トナー残量検知出力Ｔを検出することで、現像剤容器内トナー量が多い状態においても現像剤容器内トナー量検知精度を向上させる。トナー残量検知出力Ｔと現像剤容器内部のトナー量との推移を示す。図４の（ｂ）に示すように、所定の量までは、現像剤容器内トナー量が減少するにつれて、トナー残量検知出力Ｔも減少していく傾向がわかった。つまり、現像剤容器内トナー量が多い状態においては、トナー残量検知出力Ｔと現像剤容器内のトナー総量とに相関する部分を用いる。そして、トナー残量検知出力Ｒおよびトナー残量検知出力Ｔを相補的に算術処理し、現像器の使用初期から使い終わりまで、精度の高いトナー残量検知を行うことが可能となる。

本実施例においては、トナー残量検知出力をトナー残量検知時間によって面積積分した値とトナー量との相関関係を利用している。しかし、例えば、静電容量の変化率すなわち静電容量の時間微分等、トナー量との相関関係を示すような算術処理を用いることで、同様な効果を得ることが出来る。例えば、静電容量の時間微分値に基づいてトナー残量を検出する場合について以下に説明します。トナー残量が減ってくると、すなわち、静電容量が図４（ａ）における凡例アから凡例ウへと変化すると、領域Ａにおける静電容量の時間微分値が０に近づく。したがって、静電容量の時間微分値が閾値を越えた場合にトナーが所定量を下回ったことを検知する、といったように、静電容量の時間微分値に基づいてトナー残量を検知することも可能である。本実施例では、現像器５が第２のポジションＥに転換された直後から現像剤供給部材２４と現像剤担持体２５の間の静電容量検知を開始し、静電容量検知出力の時間積分値を用いて、現像剤収容室内の現像剤量を算出する。

次に、残量検出装置１００ａを構成している、検出器３０、積分器３１について述べる。図５の（ａ）は、コンデンサ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、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。検知電圧はＣＰＵ３２において上述した算術処理を行い、トナー残量検知出力Ｒおよびトナー残量検知出力Ｔを得ることができる。本実施例において、トナー残量検知用バイアス電源３３から現像器５への交流バイアス印加、および、検出器３０、積分器３１、ＣＰＵ３２によるトナー残量検知は、現像器５のポジションがＦからＥに遷移した直後から実行される。

本実施例における、現像器内のトナー残量表示について図５の（ｂ）を用いて説明する。現像器５の使用初期は当然、トナー残量１００％を表示するものである。画像形成動作を行い、現像容器内のトナーＴを消費するに従って、トナー残量検知トナー残量検知出力Ｔは上述のように減少し、トナー残量表示もトナー残量％を減少させる。本実施例では、トナー残量４０％近傍において、トナー残量検知出力Ｔはゼロ値となる。つまり、塗付ローラ２４の周囲にトナーが無い状態、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にかからない状態に至る。これ以降は、トナー残量検知出力Ｒによるトナー残量％を表示し、所定の値において、０％、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。

上記説明したように、本実施例の画像形成装置は、現像剤容器内のトナー残量を正確に検知し、使用者に対してその情報を伝えることが可能となる。なお、上記実施例では、トナー残量検知は、現像器５のポジションがＦからＥに遷移した直後から実行されているがこれに限られるものではない。トナーの静電容量変化が検出できる範囲であればトナー残量検知のタイミングはポジションの遷移が移動した直後から前後してもよい。

［実施例２］
本実施例においては、実施例１にて説明した画像形成装置および現像器に対して、トナー残量検知出力Ｔを検知する専用のアンテナを設けた構成においても、実施例１において説明したのと同様な効果を為し得ることを説明する。

《現像器５》
本実施例において、それぞれ現像装置である第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。かつ、実施例１にて説明した構成と同一である為、同一の符号を用いる。図６の（ｂ）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。そして、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の近傍に、電極部材としてのアンテナ４０を有する。アンテナ４０は、後述する領域Ｘを現像容器長手に貫くように配置される。

《アンテナによるトナー残量検知方法》
本実施例においては、実施例１にて説明した画像形成装置および現像器に対して、トナー残量検知出力Ｔを検知する専用のアンテナを設けた構成であるため、実施例１にて説明したトナー残量検知方法が実施可能である。加えて、アンテナ４０によるトナー残量検知が可能な構成となっている。アンテナ４０によるトナー残量検知も、現像器５の姿勢を第１の姿勢（図６の（ａ））から第２の姿勢（図６の（ｂ））に変化させた状態にして行う。本実施例においても、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。第２の姿勢は、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。

アンテナ４０によるトナー残量検知は、残量検知手段１００ａによって、現像ローラ２５の導電性の芯金２８に、交流バイアスを印加する。そして、導電性のアンテナ４０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。このアンテナにより検知された静電容量検知出力を、静電容量検知出力Ｓとする。上記の静電容量検知は、現像器５が第２のポジションＥに転換された直後から現像ローラ２５とアンテナ４０間の静電容量検知を開始し、所定時間における静電容量検知出力Ｓの変化を、検知時間に関する算術処理を行う。

以下、現像剤収容室２１内の現像剤量の算出について詳述する。先ず、現像器５の現像剤容器２１に収容されているトナーＴの挙動について説明する。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、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に多量にトナーが存在する。本実施例では、塗布ローラ２４と現像ローラ２５のニップ部から現像ローラ２５の回転方向上流側の領域Ｘに多量のトナーが存在する。アンテナ４０は、この領域Ｘを長手に貫くよう配置される。ロータリ５０が９０°回転することにより現像器５のポジションがＣからＦ、さらに、９０°回転（ポジションＣからは１８０°回転）した位置ポジションＥに遷移する。そうすると、現像器５の姿勢は倒立姿勢となり、前記領域Ｘに存在していたトナーＴは重力により現像剤容器２１に落下する。最終的には、図６の（ｂ）のようにアンテナ４０の周囲にトナーが無い状態に至る。本実施例においては、図６の（ａ）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出装置１００ａによりトナー残量検知が実施される。現像器５が、ポジションＥへ遷移した直後からの残量検出装置１００ａによる静電容量検知を行った結果を図７の（ａ）に示す。例えば現像器５の使用開始直後のような、現像剤容器２１に収容されているトナーＴが多い場合の現像器５の、ポジションＥへの遷移直後の静電容量検知出力Ｓは凡例アのようになる。即ち、領域Ａで示したトナー量に対応した所定期間において、アンテナ４０の近傍に、現像器５のポジションＥへの遷移直後に現像剤容器２１に落下し切れなかったトナーが存在するからである。よって、トナーＴが重力によりアンテナ棒４０の近傍から現像剤容器２１に落下するにつれ、徐々に検知出力も小さくなる。そして、図６の（ｂ）のようにアンテナ４０の周囲にトナーが無い状態に至り、静電容量検知出力は安定した値を得る。

このように静電容量検知出力Ｓが安定した値を示す領域を図７の（ａ）では領域Ｂと示した。これと比較し、現像器５の使用中盤においては、静電容量検知出力Ｓは凡例イのようになる。即ち、トナーＴが消費されているため、領域Ａの期間も短くなり、アンテナ４０の周囲にトナーが無い状態に早く至る。さらに、現像器５の使用末期においては、静電容量検知出力Ｓは凡例ウのようになる。即ち、アンテナ４０の周囲にはそもそもトナーが少ない為、上述の領域Ａに相当する出力は見当たらず、ポジションＥへの遷移直後から静電容量検知出力値Ｓは安定した値を得ることができる。

上記説明したトナーＴの挙動と、それに伴う静電容量検知出力値Ｓの変動を鑑みて、本実施例においては以下のように検知出力を算術処理する。そもそもアンテナ４０の周囲にトナーが無い状態における検知出力である領域Ｂの検知出力は、現像器の使用状況、すなわちトナー使用量にかかわらず一定である。よってこれを平均化処理し、バックグラウンド値Ｕとする。静電容検出力Ｓからバックグラウンド値Ｕを引いた差分値を、静電容量検知時間とで面積積分し、トナー残量検知出力Ｖとする。上述したようなトナーＴの挙動が故、トナー残量検知出力Ｖは、所定のトナー残量まで、現像剤容器内トナー量が減少するにつれて減少していく。所定のトナー残量とは、アンテナ４０の周囲にはそもそもトナーがない状態となるトナー残量である。つまり、静電容量検知出力値Ｓは安定してバックグラウンド値Ｕを出力し、よって、トナー残量検知出力Ｖは所定値、本実施例においては、ゼロを出力する。トナー残量検知出力Ｖが、ゼロを出力した後、画像形成装置は第二のトナー残検検出装置を動作させる。

もう一つのトナー残検検出装置とは実施例１にて説明したトナー残量検出装置であり、第二のトナー残検検出装置は、残量検出装置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。第二のトナー残検検出装置により、トナー検知出力Ｗが得られる。トナー残量検知出力Ｗは、トナー残量検知出力Ｖがゼロを出力する。つまり、アンテナ４０の周囲にはそもそもトナーが存在しないトナー残量における出力である。第２のポジションにおける第２の姿勢である倒立姿勢に変化させることにより、塗付ローラ２４の周囲に余分なトナーが存在しない。そのため、静電容量の変化もなく、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ことができる。このトナー残量検知出力Ｗは、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ある。しかしながら、現像剤容器内トナー量が多い領域においては、トナー量の減少に対する、塗付ローラ２４のスポンジ層内部のトナー量の減少割合が小さい。すなわち、現像剤容器内トナー量検知精度が低い。そこで、導電性アンテナを設け、静電容量検知出力Ｓを検出することで、現像剤容器内トナー量が多い状態においても現像剤容器内トナー量検知精度を向上させる。

図７の（ｂ）に示すように、現像剤容器内トナー量が多い領域においては、トナー量の減少に対する塗付ローラ２４のスポンジ層内部のトナー量の減少割合が小さく現像剤容器内トナー量検知精度が低いので、トナー残量検知出力Ｖの減少からトナー残量を算出する。トナー残量が所定の量（本実施例においては３５％）となった後、すなわち、トナー残量検知出力Ｖが本実施例においてゼロとなった後には、次のようにトナー残量を算出する。すなわち、トナー量の減少に対する、塗付ローラ２４のスポンジ層内部のトナー量の減少割合であるトナー残量検知出力Ｗを用いて、トナー残量を算出する。つまり、トナー残量検知出力Ｖおよびトナー残量検知出力Ｗを相補的に算術処理し、現像器の使用初期から使い終わりまで、精度の高いトナー残量検知を行うことが可能となる。本実施例においては、静電容量検知出力を静電容量検知時間によって面積積分した値とトナー量との相関関係を利用している。しかし、例えば、静電容量検知出力の変化率を示す時間微分等、トナー量との相関関係を示すような算術処理を用いることで、同様な効果を得ることが出来る。即ち、現像器５が第２のポジションＥに転換された直後からアンテナ電極４０と現像剤担持体２５の間の静電容量検知を開始し、静電容量検知出力の時間積分値を用いて、現像剤収容室内の現像剤量を算出する。

残量検出装置１００ａの構成を図６（ｂ）に示す。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。トナー残量検知用バイアスは、現像ローラ２５および塗付ローラ２４の導電性芯金に対して、選択的に供給可能な構成となっている。また、検出器３０等一連のトナー残量検出回路は、アンテナ４０および現像ローラ２５の導電性芯金に対して、選択的に接続可能となっている。本実施例においては、図６（ｂ）で示したように、トナー残量検知用バイアスが現像ローラ２５に、トナー残量検出回路がアンテナ４０に接続されている状態アにスイッチング可能となっている。また、トナー残量検知用バイアスが塗付ローラ２４に、トナー残量検出回路が現像ローラ２５に接続されている状態イにスイッチング可能となっている。なお、このようにスイッチング可能に設けている理由としては、現像器の使用終わりまで残量検知を可能とするためである。現像ローラ２５とアンテナ４０との間の静電容量を測定する場合においては、アンテナ４０にトナーの保持の機能が少ない。そのため、トナーの残量が少なくなってきた場合においては、ポジションを変更するとすぐにアンテナ４０の周りに存在するトナーがなくなり静電容量の変化を検知しづらくなる。

これに対し、現像ローラ２５と塗布ローラ２４との間の静電容量を測定する場合においては、塗布ローラが発泡層を備えるためある程度トナーの保持機能を備えている。そのため、トナー残量が少なくなってきた場合にも、ポジション変更をした後の静電容量の変化がゆるやかになり、静電容量の測定が可能になる。

このように、トナー残量に応じて静電容量を測定するための電極を切り替えても良い。切り替えを行う理由としては、塗布ローラ２４を電極として用いた場合、塗布ローラ２４の内部に含まれるトナーが存在するため図４（ａ）に記載の領域Ｂの静電容量がトナー残量に応じて変化する。領域Ｂの静電容量はバックグラウンド値としてキャンセルするようにしているが、ある程度測定精度に影響を与えるおそれがある。そこで、トナー残量の多い場合は、アンテナ４０と現像ローラ２５との間の静電容量を測定することでバックグラウンド値を考慮する必要がなく（図７（ａ）の領域Ｂ参照）、測定精度を上げることができる。そして、アンテナ４０と現像ローラ２５との間の静電容量からトナーが所定値よりも少なくなったと判断した場合は、塗布ローラ２４を静電容量を測定するための電極として用いる。なお、現像ローラ２５とアンテナ４０との間の静電容量の測定で、現像器使用末期まで現像剤残量の検知精度が十分に得られるのであるならば、スイッチング可能に設ける必要はない。また、現像器内のトナー残量表示についても実施例１にて説明したのと同様であり説明を省略する。

上記説明したように、本実施例の画像形成装置は、現像剤容器内のトナー残量を正確に検知し、使用者に対してその情報を伝えることが可能となる。なお、上記実施例では、トナー残量検知は、現像器５のポジションがＦからＥに遷移した直後から実行されているがこれに限られるものではない。トナーの静電容量変化が検出できる範囲であればトナー残量検知のタイミングはポジションの遷移が移動した直後から前後してもよい。なお、本実施例では、アンテナ４０と、現像ローラ２５との間の静電容量を測定する構成となっているがこれに限られるものではない。現像器５のポジションを変化させることで静電容量の値が変化するのであれば、アンテナ４０と塗布ローラ２４との間の静電容量を測定する構成としてもよい。また、現像ローラ２５や、塗布ローラを電極の一つとして用いるのではなく、例えばアンテナ電極を別途２つ以上設けて、アンテナ電極間の静電容量を測定してもよい。また、「静電容量」を算出するという意味においては、１００ｐｆのような静電容量そのものを算出する必要は必ずしもない。静電容量の変化に応じて変化する芯金の誘起電圧値を、検知回路において電圧値や、電流値の形で測定することで行っても良い。

［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、現像装置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）、５・・現像装置（現像器）、２１・・現像剤収容室、２４・・現像剤供給部材（塗布ローラ）、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）、Ｘ・・現像剤担持体と現像剤供給部材とのニップ部の上方の領域

Claims

表面に静電潜像を担持する像担持体と、
現像剤を収容する現像剤収容室と、前記現像剤収容室の内部に設けられ、第１の電極部材を備え前記像担持体に前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤収容室の内部に前記現像剤担持体に接触して設けられ、第２の電極部材のまわりに発泡層を備え前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給部材と、を有する現像装置と、
前記現像装置を保持し、前記現像装置を、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に現像剤が堆積する姿勢である第１のポジションと、前記第１のポジションにおいて前記ニップ部の上に堆積する現像剤が落下する姿勢である第２のポジションとに移動可能な保持ユニットと、
前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の変化に基づいて、前記現像剤収容室の内部の現像剤残量を検出する検出装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の時間積分値に基づいて、前記現像剤収容室の内部の現像剤残量を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の時間微分値に基づいて、前記現像剤収容室の内部の現像剤残量を検出する請求項１に記載の画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した直後から前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量の検出を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
表面に静電潜像を担持する像担持体と、
現像剤を収容し、前記現像剤によって前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置の内部に設けられた、第１の電極部材と第２の電極部材と、
前記現像装置を保持し、現像可能な姿勢である第１のポジションと、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が第１のポジションとは異なる姿勢である第２のポジションと、に移動可能な保持ユニットと、
前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の変化に基づいて、前記現像装置の内部の現像剤残量を検出する検出装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の時間積分値に基づいて、前記現像装置の内部の現像剤残量を検出することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置を前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した後の所定期間における、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の時間微分値に基づいて、前記現像装置の内部の現像剤残量を検出することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記検出装置は、前記保持ユニットによって前記現像装置が前記第１のポジションから前記第２のポジションに移動した直後から前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間の静電容量に関する情報の検出を開始することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記現像装置は、前記現像剤を担持し前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、芯金のまわりに発泡層を備え、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材とを備え、前記現像剤残量が所定量より少なくなった場合は、前記第１の電極部材又は前記第２の電極部材として、前記現像剤供給部材の前記芯金を用いることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。