JP5597089B2

JP5597089B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5597089B2
Application number: JP2010226864A
Authority: JP
Inventors: 英夫木原; 元紀足立; 正典田中; 崇向井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP2012083380A

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、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、前記トナー供給部材を回転駆動する駆動手段と、前記規制部材と前記第１の電極部材との間の電位差を第１の電位差、第２の電位差に切り替え可能な電圧印加手段と、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、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第１の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_１を検知し、次いで、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第２の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_２を検知する検知手段と、｜Ｃ_１−Ｃ_２｜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回転駆動する駆動手段と、前記規制部材と前記第１の電極部材との間の電位差を第１の電位差、第２の電位差に切り替え可能な電圧印加手段と、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、前記電圧印加手段により前記電位差を第１の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_１を検知し、次いで、前記電圧印加手段により前記電位差を第２の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_２を検知する検知手段と、｜Ｃ_１−Ｃ_２｜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なう報知手段と、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。

実施例１の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。実施例１におけるトナー残量検知装置のブロック図である。実施例１におけ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とΔＣの関係図である。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。トナー残量と各電位差で測定した静電容量との関係を表す図である。トナー残量と各電位差で測定した静電容量との関係を表す図である。トナー残量と静電容量の差分との関係を表す図である。発泡層内のトナー量と静電容量との関係を表す図画像形成装置本体に対する現像装置の着脱を表す図

（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。

５は容器内にブラックトナーを内包した現像装置である。現像装置５は、図１３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。

転写位置に対して感光ドラム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により色毎の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現像剤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現像剤供給部材たる供給ローラ２４からなる。トナーは負極性に帯電可能なものを用いている。現像ローラは、現像動作中は感光ドラムと接触した状態で回転する。現像ローラと供給ローラはひとつの駆動入力手段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カム２０が回転し、現像容器上部を押すことで、現像ローラを感光ドラムから離間する。離間後、画像形成装置本体の駆動制御手段によって、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Ａ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。この押し込み深さを、侵入量として以下のように定義する。侵入量：作図上、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の外径の和から上記中心間距離を差し引いて２で割った長さ。供給ローラ２４は、図２中の矢印Ｒ５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、供給ローラの周速は、１４０ｍｍ／ｓｅｃであり、現像バイアスと同じバイアスが印加されている。

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。また規制ブレード２７には、電圧印加手段Ｂにより任意の直流バイアスが印加可能になっている。

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。また、カートリッジとしての現像装置５は、図１３に示すように、装着部４０に対して取り外し可能に装着されている。

ここで、供給ローラ２４と現像ローラ２５がそれぞれ所定の速度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。

回転している供給ローラ２４と現像ローラ２５の当接部では、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。

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２参照）。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保持している。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、現像装置に設けられた記憶手段に記憶される。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（本実施例において「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）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、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な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を、図３を用いて説明する。本実施例では、感光ドラムと現像ローラ２５が離間し、現像ローラ２５が停止した状態で静電容量の検知を行う。現像ローラ２５のシャフト２８に検知用の交流電源が、供給ローラ２４のシャフト２９に検知回路が接続される。シャフト２８に交流電源（不図示）から所定の交流バイアスを印加して、シャフト２９に交流電圧が誘起される。本実施例では、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。誘起された交流電圧は、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静電容量に対応する出力値として出力される。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１２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。

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）、規制ブレード２７と現像ローラ２５のシャフト２８との電位差を第１の電位差ΔＶ_１にした状態で、現像ローラ及び供給ローラの回転（以下、現像回転と呼ぶ）を所定時間行なう（Ｓ１０２）。本実施例においては、規制ブレードに印加するブレードバイアスを−１００Ｖ、シャフト２８に印加する現像バイアスを−４００Ｖとすることで、第１の電位差ΔＶ_１を＋３００Ｖとした。回転時間は、供給ローラ内のトナー量が安定する時間が望ましく、本実施形態では１５秒とした。所定時間現像回転後、トナー残量測定を行なうために、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し（Ｓ１０３）、バイアスもオフする。その後第１の静電容量Ｃ_１を測定する（Ｓ１０４）。

次に、再度、現像駆動伝達可能な状態にし（Ｓ１０５）、規制ブレード２７と現像ローラ２５のシャフト２８との電位差を第２の電位差ΔＶ_２にした状態で、現像回転を所定時間行なう（Ｓ１０６）。本実施例においては、ブレードバイアスを−７００Ｖ、現像バイアスを−４００Ｖとすることで、第２の電位差ΔＶ_２を−３００Ｖとした。回転時間は、１５秒とした。所定時間回転後、トナー残量測定を行なうために、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し（Ｓ１０７）、バイアスをオフする。その後、第２の静電容量Ｃ_２を測定する（Ｓ１０８）。

なお、本実施例ではシャフト２８に印加するバイアスを固定し、規制ブレードに印加するバイアスを切り替える構成としているが、ブレードバイアスＶｂと現像バイアスＶｄｅの電位差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖｄｅが変化し、第１の電位差と、第２の電位差が作れる構成ならば何でも良い。

このように検出された静電容量Ｃ_１とＣ_２の差分の絶対値｜Ｃ_１−Ｃ_２｜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６，８，９，１０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。

図７に、ΔＣを算出した後の動作を示す。ΔＣを算出し（Ｓ２０１）、ΔＣが閾値ΔＣｔｈ以下であるかを判断する（Ｓ２０２）。ΔＣが閾値ΔＣｔｈ以下であるとき（Ｓ２０２Ｙｅｓ）、トナー切れ信号を報知する（Ｓ２０３）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（Ｓ２０２Ｎｏ）、ΔＣとΔＣｔｈの差分ΔＤを算出し（Ｓ２０４）、Ｐｔｈを再設定する（Ｓ２０５）。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）。（図４のＳ０００もしくはＳ００１に戻る。）Ｐｔｈに到達した際に、２回目の差分検知シーケンスを実行する。

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Ｓ２０２、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、現像器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、ブレードバイアスと現像バイアスとの電位差（ブレードバイアス−現像バイアス）を変化させて現像ローラ及び供給ローラを回転させることによって、トナー残量と供給ローラ内のトナー量の関係が変化することを発見した。トナー切れに近い状態において、第１の電位差（＋３００Ｖ）、第２の電位差（−３００Ｖ）でそれぞれ現像回転させたときの供給ローラ内のトナー含有量と容器内トナー量の関係を図９に示す。容器内トナー量が多い時には、第２の電位差で現像回転させた場合の方が多くトナー含有していて、第１の電位差で現像回転させた時の測定値との差が大きい。容器内のトナー量が非常に少ない状態では、第１の電位差で現像回転させたときと第２の電位差で現像回転させた時でほぼ同じトナー含有量を示している。

このようになる原因について、本発明者らは以下のように推察する。第２の電位差（−３００Ｖ）で現像回転させた場合は負極性のトナーに対しては規制が弱くなるので、現像ローラ上のトナーコート量が多くなり、Ｙ部で吸い込まれるトナー以外にも現像ローラ上から回収する分のトナーを供給ローラが得ることができる。第１の電位差（＋３００Ｖ）で現像回転させた場合は、逆に規制力が強くなるので、現像ローラ上のトナーコート量がほとんどなくなり、Ｙ部で吸い込まれるトナーのみを供給ローラが得ることになる。容器内のトナー残量が多い場合は、Ｘ部で吐き出す量よりも十分多い量のトナーをＹ部で吸い込めるので、第２の電位差で現像回転させた場合のほうが第１の電位差で現像回転させた場合よりも供給ローラ内のトナー量が多くなる。

容器内のトナー量が少なくなってくると、Ｙ部で吸い込めるトナー量が少なくなるが、Ｘ部で吐き出せる能力は変わらないので、Ｙ部で吸い込んだトナーを全てＸ部で吐き出してしまうことになる。このような状態では、第２の電位差で現像回転させて供給ローラが現像ローラ上のトナーを回収しても供給ローラの発泡層に含まれるトナー量が少なく、回収したトナーもＸ部で吐き出してしまうことになる。第１の電位差で現像回転させた場合は供給ローラが回収するトナーがなくＹ部で吸い込んだトナーをＸ部で吐き出すだけになり、吐き出すトナー量が第２の電位差で現像回転させた場合よりも少なくなるだけである。したがって、容器内のトナー量が少ないときは、第２の電位差で現像回転させたときと、第１の電位差で現像回転させたときで供給ローラ内のトナー量がほとんど変わらなくなる。

これらの結果から、容器内トナー量と供給ローラ内トナー量の関係は図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に、常温常湿（２３℃・５０％ＲＨ）環境（Ｎ／Ｎ）、低温低湿（１５℃・１０％ＲＨ）環境（Ｌ／Ｌ）の容器内トナー量と各電位差で測定した静電容量の関係を示す。
常温常湿の測定値は、低温低湿の測定値に対して、高い静電容量を示していることが分かる。しかし、各電位差で測定した静電容量の差分は、図１１にあるように高温高湿と低温低湿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、規制ブレードとシャフト２８との電位差を変え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各電位差で測定した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シーケンスを用いてトナー残量測定を行なうことで、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な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検知を行なう際に、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において、第１の電位差ΔＶ_１＝＋３００Ｖとし、第２の電位差ΔＶ_２＝−３００Ｖとした。これは、ΔＶ_２＝−３００Ｖの電位差で回転のあとに差分検知シーケンスを終了することで、ΔＶ_２＝＋３００Ｖの電位差で回転のあとに差分検知シーケンスを終了するよりも、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可能となるためである。言い換えると、第１の電位差におけるブレードバイアス、現像バイアスをＶｂ_１、Ｖｄｅ_１とし、第２の電位差におけるブレードバイアス、現像バイアスをＶｂ_２、Ｖｄｅ_２としたときに、ΔＶ_１−ΔＶ_２すなわち（Ｖｂ_１−Ｖｄｅ_１）−（Ｖｂ_２−Ｖｄｅ_２）の値がトナーの正規帯電極性と逆極性となるように、第１の電位差、第２の電位差を設定することで、同極性の場合よりも、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、上記したΔＶ_１−ΔＶ_２とトナーの正規帯電極性との関係を満たすことは必須ではない。

なお、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な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、Ｃ_１測定とＣ_２測定の間に数枚印刷しても大きな影響は無い。

また、本実施例では、感光ドラムと現像ローラ２５が離間し、現像ローラ２５が停止した状態で静電容量の検知を行った。これは、検知する静電容量に対して感光ドラムが与える影響を低減できることと、現像ローラ２５を停止してから静電容量検知を行った方がより安定した出力が得られるためである。ただし、温度・湿度環境の影響を低減するという本発明の効果を得る上では、静電容量検知時において、感光ドラムと現像ローラを離間させることも、現像ローラの回転を停止することも必須ではない。

また、本実施例では、静電容量の検知を行う際に、シャフト２８に交流電源から所定の交流バイアスを印加して、シャフト２９に誘起される交流電圧を検知した。ただし、静電容量の検知を行うためには、シャフト２８とシャフト２９の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静電容量の検知を行っても構わない。

１感光ドラム
２帯電ローラ
３レーザー
４反射ミラー
５（５ａ〜５ｄ）現像装置
６転写ローラ
９クリーニング装置
１５定着装置
２０カム
２１現像容器
２４供給ローラ
２５現像ローラ
２６洩れ防止シール
２７規制ブレード
２８導電性シャフト
２９導電性シャフト
Ｐ転写材
Ｔトナー

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、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、
前記トナー供給部材を回転駆動する駆動手段と、
前記規制部材と前記第１の電極部材との間の電位差を第１の電位差、第２の電位差に切り替え可能な電圧印加手段と、
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、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第１の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_１を検知し、次いで、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第２の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_２を検知する検知手段と、
｜Ｃ_１−Ｃ_２｜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、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回転駆動する駆動手段と、
前記規制部材と前記第１の電極部材との間の電位差を第１の電位差、第２の電位差に切り替え可能な電圧印加手段と、
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、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第１の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_１を検知し、次いで、前記電圧印加手段により前記電位差を前記第２の電位差にした状態で前記駆動手段により前記トナー供給部材を所定時間回転させた後に、静電容量Ｃ_２を検知する検知手段と、
｜Ｃ_１−Ｃ_２｜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なう報知手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記第１の電位差における、前記規制部材の電位をＶｂ_１、前記第１の電極部材の電位をＶｄｅ_１とし、前記第２の電位差における、前記規制部材の電位をＶｂ_２、前記第１の電極部材の電位をＶｄｅ_２とすると、（Ｖｂ_１−Ｖｄｅ_１）−（Ｖｂ_２−Ｖｄｅ_２）の値がトナーの正規帯電極性と逆極性となるように、前記電圧印加手段によって前記第１の電位差および前記第２の電位差を切り替え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。