JP6444142B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合機等の画像形成装置に関する。

ここで画像形成装置とは、電子写真画像形成プロセスを用いて記録媒体に画像を形成するもので、例えば電子写真複写機、電子写真プリンターが含まれる。

また現像装置とは画像形成装置内に配置された現像剤、現像剤収容部、現像剤担持部材等を一体化し、静電像から現像剤像を現像するユニットを指す。

特許文献１には、トナー撹拌手段の回転によって周期的に変動する複数の電極間の静電容量の変動幅に基づきトナー撹拌手段の異常を検知する画像形成装置が開示される。

特許文献２には、トナーの収容室の内部のトナーが減少する過程で、静電容量の変動幅が小→大→小となる場合はトナー残量が小となる場合であり、この現象が検知されると、トナーの残量を算出する基準値を再設定する画像形成装置が開示される。

特許文献３には、トナーの収容室と現像室との開口を封止する封止シートが撹拌部材に取り付けられ、現像装置の使用時に封止シートが開口から剥ぎ取られた後に、封止シートが撹拌部材と共に回転するトナーカートリッジが開示される。その後、この封止シートは、撹拌シートと共に回転することで撹拌シートと同様に現像剤を撹拌することもできると考えられる。

特開２００１−２４２６９０号公報 特開２００７−２３３１０３号公報 特開平８−２９２６３４号公報

特許文献１乃至３の技術がある状況の中で、静電容量の検知により現像剤の残量を検知する構成に、まだ課題が残る。例えば、特許文献３の場合に、画像形成装置が高温環境の下で長期間連続してプリント動作される等の過酷な使用環境下で、装置本体に装着されるトナーの収容室の内部の封止シートが劣化することがあった。

そして、封止シート（シート部材）は、劣化によりヤング率が低下して（コシを失って）、撹拌軸に巻き付くような塑性変形する（以後、この劣化状態をへたりと呼ぶ）。この場合に、封止シートが撹拌軸や撹拌部材を覆ってしまい、封止シートの内側にトナーが入り難くなり、その分、トナーのかさ密度が低下する。その結果、実際のトナー残量に比べて、現像剤の静電容量が低く検出されることがあった。

本発明は、上記実情に鑑み、シート部材が劣化しても、現像剤量の検知精度を向上させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、現像剤を収容する収容室と、前記収容室に設けられた第１の電極と第２の電極との間の静電容量に関連する出力値を検出する検出部と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、かつ、前記収容室の内部に配置され回転によって前記収容室に収容された現像剤を撹拌する回転部材であって、回転軸と、前記回転軸に位相をずらして取り付けられた複数のシート部材と、を有する回転部材と、前記検出部により検出された前記回転軸に取り付けられた第１のシート部材に対応する第１ピークの第１出力値と、前記回転軸に前記第１のシート部材とは位相をずらして取り付けられた第２のシート部材に対応するピークであって前記第１出力値よりも小さい第２ピークの第２出力値と、に基づいて前記第２のシート部材の劣化度に応じた値を算出し、前記劣化度に応じた値に基づき、前記検出部による出力値から前記現像剤の残量を予測するコントローラと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、シート部材が劣化しても、現像剤量の検知精度が向上する。

画像形成装置の断面図である。 封止シートの開封前の収容室の断面図等である。 カートリッジが装置本体に装着されたときのトナー量の検知回路を示す構成図である。 撹拌シートと封止シートとが一枚の系のカートリッジの断面図等である。 静電容量平均値とトナー量との関係を示すグラフ等である。 封止シートの劣化に伴うカートリッジの変化を示す断面図等である。 封止シートが新品、少し劣化、劣化の各々の場合の静電容量検出値と時間との関係を示すグラフである。 制御部の制御工程を示すフローチャートである。 実施例２に係る、封止シートが新品、少し劣化、劣化の各々の場合の静電容量検出値と時間との関係を示すグラフである。 制御部の制御工程を示すフローチャートである。 実施例３に係るカートリッジの断面図等である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、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から、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、後の実施例の構成に関して、前の実施例と同一の構成に関しては前の実施例と同一の符号を付して、前の実施例中の説明が援用されるものとする。

図１は、画像形成装置１００の断面図である。図１に示されるように、画像形成装置１００は、装置本体Ａと、装置本体Ａに装着されるカートリッジＢと、を備える。装置本体Ａのシートカセット１３１から搬送ローラ（不図示）によって紙等のシートＰを搬送し、このシート搬送と同期して、感光体ドラム１を帯電手段である帯電ローラ２によって帯電した後、露光装置３から選択的な露光をして静電像を形成する。

磁性一成分現像剤Ｔ（以後トナーと称す）は収容室４から回転部材５の撹拌シート５１ａによって、現像室６に供給され、内部に搬送部材であるマグネットローラ７を配置した中空の現像スリーブ８（以下現像スリーブと呼ぶ）表面に担持される。更に現像ブレード９により現像スリーブ８の表面に所望の量を薄層担持される。尚、感光体ドラム１は転写終了後、弾性を有するクリーニングブレード１０によってクリーニングされる。

次に、現像スリーブ８に現像バイアスを印加する事によって、静電像に応じて現像剤を供給し感光体ドラム１上に現像剤像を現像する。この像を転写ローラ１１へのバイアス電圧印加によって同期されたシートＳに転写する。シートＳは定着装置１２へ搬送され画像定着し、排出ローラ（不図示）によって装置上部の排出部１３２に排出される。

回転部材５は、収容室４内の長手方向に回転可能に配置された回転軸５２に、可撓性を持つ撹拌シート５１ａの一端を貼付した構成となる。回転部材５は印刷動作に伴って、動作する。その作用として、撹拌シート５１ａの回転によって、収容室４から現像室６へ適量のトナーを搬送することと、収容室４の内のトナーかさ密度の安定化が挙げられる。

トナーのかさ密度に関しては、しばらく画像形成装置を使わない状態（例えば、電源ＯＦＦ後数時間経過した後）であると、トナーが沈降し、適正な循環や静電容量の検知結果が得られなくなることがある。撹拌シート５１ａの材質として例えば、数百μｍ程度の厚みのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の可撓性を有する材料を用いている。また、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の可撓性を有する材料を用いても良い。

図２（ａ）は、封止シート５１ｂの開封前の収容室４の断面図である。カートリッジＢが新品のときには、カートリッジＢは、現像剤を収容する収容室４と現像室６とは封止シート５１ｂによって分離されている。こうすることで、新品時においては、カートリッジＢの内部のパーツがトナーの付着の無い清浄な状態に保ち、輸送時のトナー漏れを防止する。

図２（ｂ）は、封止シート５１ｂを開封した後のカートリッジＢの断面図である。収容室４の内部には、『シート部材』としての撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂが配置される。すなわち、回転部材５は、回転軸５２と、回転軸５２に取付けられる『撹拌部材』としての撹拌シート５１ａ（シート）と、『封止部材』としての封止シート５１ｂ（シート）と、を有する。撹拌シート５１ａは、現像剤を撹拌するためのシートである。封止シート５１ｂは、撹拌シート５１ａよりも剛性が小さい部材であり、収容室４の開口２０ａから現像剤が漏出しないように封止する。

カートリッジＢが使用開始されるときには、回転軸５２が回転されて、封止シート５１ｂが剥離方向Ｌに回転しながら回転軸５２に巻き取られて開封される。封止シート５１ｂが取り除かれて、収容室４の内部のトナーが現像室６に搬送される。封止シート５１ｂは、開口２０ａが開封された後は、撹拌シート５１ａと共に回転して、撹拌シート５１ａを補助するように収容室４の内部の現像剤を撹拌する。

本実施例では、安価な構成とするために、回転軸５２が撹拌シート５１ａを回転させる機能を有すると共に封止シート５１ｂを巻き取る機能を有する。こうすることで、封止シート５１ｂを巻き取る巻取り軸を別途設ける必要がないようになっている。新品の状態では、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂの位相は、６０°ズレるように設定されている。

これは、図２（ａ）にて、回転軸５２の表面の取付面に沿ってぴんと張られた撹拌シート５１ａと回転軸５２の表面の取付面に沿ってぴんと張られた封止シート５１ｂとで形成される角度が６０°の関係になることに起因する（図２（ｃ）参照）。回転軸５２が六角形であることに起因する。なお、回転軸５２は必ずしも六角形に限定されなくても良い。封止シート５１ｂも、撹拌シート５１ａと同様に、可撓性を有する部材で形成されて回転軸５２に一端部が貼付されている。

封止シート５１ｂの材質として例えば、数十μｍ程度の厚みのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の可撓性を有する材料を用いている。また、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の可撓性を有する材料を用いても良い。封止シート５１ｂは、撹拌シート５１ａに比べ薄い材質を用いることで、低コスト化を図ることができる。

図２（ｂ）の状態で、カートリッジＢの内部の現像剤量（現像剤残量）を検知する構成に関して説明する。収容室４の天井には電極４１が取付けられ、収容室４の床面には電極４２が取付けられる。これらの電極４１と電極４２とは、静電容量を検知するために用いられる。電極４１、４２は、プレート状の板金で形成され、２枚の面が対向するように配置され、カートリッジＢの長手方向に延びる。

電極４１と電極４２との間の静電容量Ｃは、電極４１、４２の面積Ａ、電極４１と電極４２との間の距離ｄ、電極４１と電極４２との間の比誘電率Ｋεから、Ｃ＝Ｋε×Ａ／ｄと導出される。比誘電率Ｋεは、電極４１と電極４２との間のトナー量に応じて変化する値である。電極４１と電極４２との間のトナーの割合が、多いときにはＫεは大きくなり、少ないときにはＫεは小さくなることから、トナー量（トナー残量）と静電容量が関係付けられる。

尚、長期不使用時のトナーのかさ密度を安定化させて静電容量を検出する観点で、撹拌シート５１ａ、封止シート５１ｂは、『第１の電極』としての第１電極４１と『第２の電極』としての第２電極４２との間の位置に配置される。

図３は、カートリッジＢが装置本体Ａに装着されたときのトナー量の検知回路を示す構成図である。装置本体ＡとカートリッジＢとの間には、電気接点（不図示）が設けられる。そして、カートリッジＢが装置本体Ａに装着された際に、前述の電気接点を通じて、カートリッジＢの電極４１、４２（板金で形成される）が装置本体Ａの内部の静電容量検出部１５が電気的に接続される。『検出部』としての静電容量検出部１５は、第１電極４１と第２電極４２との間の静電容量に関連する出力値を検出する。静電容量検出部１５は、コントローラ５０の基板の一部であって半導体であり、電極４１と電極４２との間に流れる電流を計測して電流と電圧により両極間の静電容量を検出する。

電極４１（第１電極）には電源１４から直流と交流成分を重畳した現像剤量検知バイアスが印加される。その際に電極４２（第２電極）に電荷が誘起され、静電容量検出部１５に流れる電流を検知することによって電極４１と電極４２との間の静電容量を測定することができる。

静電容量検出部１５には、演算部１６、制御部１８、現像剤量表示装置１９が順に接続される。また、静電容量検出部１５には、メモリ１７、現像剤量算出テーブル２０が順に接続される。さらに、演算部１６とメモリ１７が接続され、制御部１８がメモリ１７と現像剤量算出テーブル２０とを接続する線の間に接続される。メモリ１７は、任意の現像剤量において、封止シート５１ｂが劣化するに従って静電容量検出部１５の出力値が低下する特徴を有する、封止シート５１ｂの劣化度毎の静電容量の出力値と現像剤量との関係に関する情報を有する（詳しくは後述する）。演算部１６は、メモリ１７の情報と静電容量検出部１５の出力値に基づいて、現像剤量を検出する。

前述の演算部１６では、静電容量検出部１５で検出された印加電圧の実効値Ｖｅ、印加電流の実効値Ｉｅ、周波数ｆに基づいて、静電容量Ｃ＝Ｉｅ／（２πｆＶｅ）を求める。この値を「静電容量検出値」と呼び、予測されるカートリッジＢの内部のトナー量を算出すために利用する。なお、これ以後の説明にて、便宜上、前述した演算部１６、メモリ１７、現像剤量算出テーブル２０、制御部１８、を総称してコントローラ５０という場合がある。

（静電容量平均値の算出）
図４（ｄ）は、静電容量検出中のカートリッジＢの断面図である。図４（ｅ）は、図４（ｄ）のときの静電容量検出値を示すグラフである。図４（ｅ）に示すように静電容量検出値をみると、一定の周期で増減していることが分かる。これは、撹拌シート５１ａの動きに伴って電極４１と電極４２との間のトナーのかさ密度が、変化するためである。

簡単のために、シートが一枚の系で説明する。図４（ａ）（ｂ）は、回転部材５の撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとが一枚の系のカートリッジＢの断面図である。図４（ａ）のように、回転部材５がトナーを持ち上げ終えた状態では、静電容量に寄与する領域（斜線部）でのトナーのかさ密度は小さくなり、小さな静電容量を取る。

一方で図４（ｂ）のように、回転部材５がトナーを持ち上げる途中の状態では、静電容量に寄与する領域（斜線部）外のトナーは沈降し、回転部材５によって静電容量に寄与する領域（斜線部）へ、トナーが押しこまれる。そのため、トナーのかさ密度は大きくなり、大きな静電容量を取る。以上のように撹拌周期で静電容量は変動する。

シートが一枚の系では図４（ｃ）のように、撹拌シートの位相に対応したピークを持った静電容量検出値を取る。シートが二枚の系では図４（ｅ）のように、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂのそれぞれのシートに対応したピークを持つ。

図４（ｅ）の静電容量検出値をそのまま採用すると撹拌周期のばらつきが計上されるため、更なる高精度化を行うために、本実施例では回転部材５の回転周期（３秒／１周）で得られた検出値に対して平均化処理を行う。つまり、静電容量検出値は、１０ｍｓｅｃ毎にサンプリングを行い、それを３秒間繰り返す。そこで得られた３００点の検出値を平均化することで平均値（以後、「静電容量平均値」と呼ぶ。）を得る。

図５（ａ）は、静電容量平均値［ｐＦ］とトナー量［ｇ］との関係を示すグラフである。ここでは、静電容量平均値といった出力平均値を用いて、トナー量と対応づけることで、安定した静電容量平均値とトナー量との対応を取ることができる。

図５（ｂ）は、静電容量検出値［ｐＦ］と時間［ｔ］との関係を示すグラフである。回転部材５が回転する周期で静電容量検出値が変化している。この静電容量検出値が所定時間で変化する静電容量を検出して、それを平均化処理して、ここでは静電容量検出値として１５ｐＦを得た。また、このときのトナー量が５０ｇであった。こうしたデータをプロットしたのが図５（ａ）に相当する。

制御部１８は、図５（ａ）のような静電容量平均値とトナー量との関係を示すテーブルに基づいて、トナー量を算出して、装置本体Ａの現像剤量表示装置１９に表示する。ここでは、以下に説明するように更に精細な制御を行う。

次に封止シート５１ｂの劣化に対する構成を説明する。近年、プリンターの長寿命化、高耐久化が求められてきているが、高温下で長期間連続でプリント動作をする等の過酷な使用環境下において印刷動作を行うことで、撹拌シート５１ａに比べて、薄膜化された封止シート５１ｂが劣化することがあった。

図６は、封止シート５１ｂの劣化に伴うカートリッジＢの変化を示す断面図である。図６（ａ）は新品の状態であり、図６（ｂ）は少し劣化した状態であり、図６（ｃ）は劣化した状態である。図６（ｄ）は、図６（ａ）〜（ｃ）の状態と対応する静電容量平均値とトナー量との関係を示すグラフである。図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）のように、封止シート５１ｂは、劣化するに従って、ヤング率が低下すると共に回転軸５２に巻きつくような塑性変形をする。

このような場合、図６（ｂ）（ｃ）のように、回転軸５２の周囲を覆うように封止シート５１ｂが変形する。封止シート５１ｂが劣化するに従い、黒矢印部のようにトナーの往来が阻害されるようになり、網点部のように封止シート５１ｂの内側にトナーが入りにくくなる。そうなると、その分、電極４１と電極４２との間のトナーかさ密度は低下する。その結果、図６（ｄ）のように、封止シート５１ｂが劣化するに従い、実際のトナー量に比べ、静電容量が低く検出されるようになる。

図７は、封止シート５１ｂが新品、少し劣化、劣化の各々の場合の静電容量検出値と時間との関係を示すグラフである。前述の理由から、ここでは、静電容量検出値のプロファイルを解析することで、封止シート５１ｂの劣化状態（へたり状態）を予測し、静電容量出力値とトナー量との対応を選択することを試みる。静電容量検出値のプロファイルは、封止シート５１ｂの劣化に従い変化する。

封止シート５１ｂが新品のときには、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとは貼付位置の位相が異なり、撹拌シート５１ａがトナーを押し上げてから６０°後に、封止シート５１ｂがトナーを押し上げる。これを反映して、封止シート５１ｂが新品のときの静電容量プロファイルは、０°に相当する位置と６０°に相当する位置に、２つのピークを有する。ここで０°のピークが撹拌シート５１ａのピークに対応し、６０°のピークが封止シート５１ｂのピークに対応する。

新品のときのグラフを分析する。時間Ｔ０（この時間を仮に０ｍｓｅｃとする）が撹拌シート５１ａの回転による静電容量検出値のピークであり、時間Ｔ１（この時間を仮に５００ｍｓｅｃとする）が封止シート５１ｂの回転による静電容量検出値のピークである。従って、新品のときの静電容量検出値の位相時間差は△Ｔ１（この時間が５００ｍｓｅｃとなる）となる。

封止シート５１ｂが少し劣化したときには、封止シート５１ｂのピークに対応する６０°のピークが９０°の位置へシフトする。すなわち、封止シート５１ｂのピーク時間は、新品のときにＴ１（この時間を仮に５００ｍｓｅｃとする）であったのが、少し劣化したときにＴ２（この時間を仮に７５０ｍｓｅｃとする）になっている。これにより撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂの位相時間差は、△Ｔ１（この時間が５００ｍｓｅｃとなる）から△Ｔ２（この時間が７５０ｍｓｅｃとなる）に変化する。この状態では、封止シート５１ｂが丸まるため、図６（ｂ）の丸囲み部のように押し上げのピークになるポイントが変化し、新品時より遅れてトナーを押し上げる。

封止シート５１ｂが更に劣化したときには、封止シート５１ｂのピークに対応する１２０°程度ずれた位置にシフトする。すなわち、封止シート５１ｂのピーク時間は、新品のときにＴ１（この時間を仮に５００ｍｓｅｃとする）であったのが、劣化したときにＴ３（この時間を仮に１０００ｍｓｅｃとする）になっている。これにより撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂの位相時間差は、△Ｔ１（この時間が５００ｍｓｅｃとなる）から△Ｔ３（この時間が１０００ｍｓｅｃとなる）に変化する。以上のように封止シート５１ｂの劣化と共に両方の極大値の位相時間差△Ｔは広がり、位相時間差△Ｔから劣化の状態を見積もることができる。

なお、時間Ｔ０＝０ｍｓｅｃの場合に、時間Ｔ１＝５００ｍｓｅｃ、時間Ｔ２＝７５０ｍｓｅｃ、時間Ｔ３＝１０００ｍｓｅｃとする理由は、以下の計算による。すなわち、図７の正弦波は、周期が３秒であり、換算すると３０００ｍｓｅｃとなる。そして、位相が６０°ズレる場合には、３０００ｍｓｅｃ×６０°／３６０°＝５００ｍｓｅｃとなる。位相が９０°ズレる場合には、３０００ｍｓｅｃ×９０°／３６０°＝７５０ｍｓｅｃとなる。位相が１２０°ズレる場合には、３０００ｍｓｅｃ×１２０°／３６０°＝１０００ｍｓｅｃとなる。

そして、△Ｔ１＝Ｔ１−Ｔ０＝５００ｍｓｅｃ、△Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ０＝７５０ｍｓｅｃ、△Ｔ３＝Ｔ３−Ｔ０＝１０００ｍｓｅｃ、となる。

シーケンスを始める準備として、図６（ｄ）に対応した出力平均値とトナー量の対応テーブルを表１として、複数用意する。また図３の演算部１６では静電容量検出値のプロファイルから、△Ｔを算出できるようにする。この△Ｔの値に対して閾値を設定する。

本実施例の場合には、図７のグラフ中で、封止シート５１ｂが新品から少し劣化へと移行するときの閾値に関して、第１閾値ｔ１＝５７５ｍｓｅｃとした。これは、時間Ｔ１と時間Ｔ２との間を取った数値である。また、図７のグラフ中で、封止シート５１ｂが少し劣化から劣化へと移行するときの閾値に関して、第２閾値ｔ２＝８７５ｍｓｅｃとした。これは、時間Ｔ２と時間Ｔ３との間を取った数値である。

封止シート５１ｂの劣化度毎の静電容量の出力値と現像剤量との関係に関する情報は、現像剤量が同一の場合に、封止シート５１ｂが劣化するに従って静電容量検出部１５が検出する静電容量の出力値が低下する関係を示すプロファイル（表１）となる。そして、この情報の劣化度毎の個別情報（テーブル１〜３）は、時間に対する静電容量の出力値の大きさが異なる複数のグラフの各々（図７参照の新品、少し劣化、劣化のグラフ）に関連付けられる。静電容量検出部１５は、封止シート５１ｂが回転軸５２に巻き付くと出力値が変化することを検出する。

封止シート５１ｂの劣化度とは、封止シート５１ｂが劣化している度合であり、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとの位相時間差△Ｔが大きくなるに従って大きくなる度合に相当する。前述してきたように、封止シート５１ｂの劣化度は、封止シート５１ｂが新品のとき（位相時間差△Ｔ１）＜封止シート５１ｂが少し劣化のとき（位相時間差△Ｔ２）＜封止シート５１ｂが劣化のとき（位相時間差△Ｔ３）ということができる。なお、位相時間とは、所定の位相のときの時間をいう。

コントローラ５０は、演算部１６が演算するところの『複数のシート部材の各々』としての撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとの回転周期を伴う波形の静電容量の出力値に関するデータ（出力値の極大値の位相時間差）に基づいて、以下のことをする。すなわち、コントローラ５０（制御部１８）は、そのような位相時間差に基づいて、そのグラフの位相時間差の１つ（△Ｔ１、△Ｔ２、△Ｔ３の中の１つ）に関連付けられた個別情報の１つ（テーブル１、テーブル２、テーブル３の中の１つ）を選択する。なお、ここでは、前述の『複数のシート部材』のいずれかである封止シート５１ｂの劣化度を認識する。

また、コントローラ５０（制御部１８）は、そのような位相時間差が大きい程に、その位相時間差の１つ（△Ｔ１、△Ｔ２、△Ｔ３の中の１つ）に関連付けられた静電容量の出力値に対する現像剤量が大きい個別情報（テーブル１、テーブル２、テーブル３の中の１つ）を選択する。表１を見てみると一目瞭然であるが、例えば、現像剤量が４８ｇのときに、新品のテーブル１では１５．０１ｐＦ、少し劣化のテーブル２では１３．８３ｐＦ、劣化のテーブル３では１２．９２ｐＦとなっている。このことから、静電容量平均値（静電容量の出力値）に対する現像剤量が大きくなるに従って、テーブル１→テーブル２→テーブル３を用いるということになる。

また、コントローラ５０（制御部１８）は、静電容量の出力値の平均値を算出して、その出力値の平均値に基づいて、選択された個別情報の１つの出力値に対応する現像剤量を導出する。

例えば、図７にて、封止シート５１ｂが新品のときには、静電容量の出力値の平均値は、１５ｐＦである。ここで、表１のテーブル１（新品時）を参照すると、静電容量の平均値が１５．０１ｐＦのときの現像剤量の残量が４８ｇとなっている。従って、収容室４の内部には、現像剤量が４８ｇ存在することが検知される。

また、図７にて、封止シート５１ｂが少し劣化のときには、静電容量の出力値の平均値は、１４．９０ｐＦである。ここで、表１のテーブル２（少し劣化時）を参照すると、静電容量の平均値が１４．８９ｐＦのときの現像剤量の残量が６０ｇとなっている。従って、収容室４の内部には、現像剤量が６０ｇ存在することが検知される。

さらに、図７にて、封止シート５１ｂが劣化のときには、静電容量の出力値の平均値は、１４．８０ｐＦである。ここで、表１のテーブル３（劣化時）を参照すると、静電容量の平均値が１４．８８ｐＦのときの現像剤量の残量が８０ｇとなっている。従って、収容室４の内部には、現像剤量が８０ｇ存在することが検知される。

図８は、制御部１８の制御工程を示すフローチャートである。制御部１８は、電極４２から電流値が静電容量検出部１５に入力されて、演算部１６がその電流値をアナログーデジタル変換して、静電容量検出値を測定して、静電容量検出値を平均化することで静電容量平均値を算出するように制御する（Ｓ１１）。

制御部１８は、演算部１６が静電容量検出値のプロファイルを解析して、静電容量検出値の位相時間差△Ｔを算出するように制御する（Ｓ１２）。具体的には、静電容量検出値の３００点からピークの位相を算出する。値毎の増減を比較し、傾きが−から＋に切り替わる点をピーク位置（極大値）であるとする。以上のようにしてピークの位相を算出し、撹拌シート５１ａに対応する位相と封止シート５１ｂに対応する位相時間差を△Ｔとして求める。

外部要因で測定値がばらつく時には、区間毎に平均化処理をしてもよい。例えば、静電容量検出値を３０００点等、細かく測定しそのうち、順に１０点ずつを平均化処理し、平均化処理を行った区間毎の増減を分析してもよい。制御部１８は、この△Ｔの値を予め設けておいた閾値と比較する。

制御部１８は、位相時間差△Ｔ＜第１閾値ｔ１（図８中で閾値１と表示）か否かを判断する（Ｓ１３）。制御部１８は、Ｓ１３の結果ＹＥＳの場合には、予め設けておいたテーブル１を選択する（Ｓ１４）。制御部１８は、Ｓ１３の結果ＮＯの場合には、第１閾値ｔ１≦位相時間差△Ｔ＜第２閾値ｔ２か否かを判断する（Ｓ１５）。なお、第１閾値ｔ１は、図８中にて閾値１と表示して、第２閾値ｔ２は、図８中にて閾値２と表示している。

制御部１８は、Ｓ１５の結果ＹＥＳの場合には、予め設けておいたテーブル２を選択する（Ｓ１６）。制御部１８は、Ｓ１５の結果ＮＯの場合には、予め設けておいてテーブル３を選択する（Ｓ１７）。 以上のようにして、制御部１８は、選択すべきテーブルを決定する。

制御部１８は、選択されたテーブルから静電容量平均値と対応の取れるトナー量を算出し、現像剤量表示装置１９に表示する（Ｓ１８）。以上のようにすることで、封止シート５１ｂの劣化に依らず高精度な現像剤量検知を実現できる。

こうして、制御部１８は、静電容量検出部１５が検出する撹拌シート５１ａの波形の極大値と封止シート５１ｂの波形の極大値との間の位相時間差が大きくなるに従って、この検出した静電容量に対する収容室４の内部の現像剤量を大きく見積もるように制御する。

本実施例は、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂの劣化速度が異なることを前提としている。原理的にはどちらのシートが早く劣化しても、このシーケンスは可能である。

本実施例では、両シートの初期の位相差を６０°としたが、この値に限る必要はない。初期の位相差が０°の場合は、同位相のため、静電容量検出値は１ピークになり、封止シート５１ｂが劣化するに従いピークが分裂する。

本実施例では極大値に着目したが、プロファイルの形状は使用するトナーの流動性、容器の形状等によって変化する。封止シート５１ｂの劣化に対して、極小値の変化が顕著なプロファイルが得られた場合に極小値の△Ｔを利用することもできる。

図９は、実施例２に係る、封止シート５１ｂが新品、少し劣化、劣化の各々の場合の静電容量検出値と時間との関係を示すグラフである。実施例２は、コントローラ５０の演算部１６が実施例１の構成とは別の静電容量検出値の解析をする。静電容量検出値のプロファイルの２つのピークとして、撹拌シート５１ａによる静電容量の極大値Ｃ１と封止シート５１ｂによる静電容量の極大値Ｃ２とを計測して、静電容量の極大値の差＝極大値Ｃ１−極大値Ｃ２とする。なお、図９のグラフは、図７のグラフの新品、少し劣化、劣化のグラフと同じである。

封止シート５１ｂが新品のときには、極大値差△Ｃ１の部分の静電容量の極大値Ｃ１（１５．５ｐＦ）と静電容量の極大値Ｃ２（１５．４ｐＦ）とを参照する。そうすると、極大値差△Ｃ１＝Ｃ１−Ｃ２＝０．１ｐＦとなる。

封止シート５１ｂが少し劣化したときには、極大値差△Ｃ２の部分の静電容量の極大値Ｃ１（１５．４ｐＦ）と静電容量の極大値Ｃ２（１５．１ｐＦ）とを参照する。そうすると、極大値差△Ｃ２＝Ｃ１−Ｃ２＝０．３ｐＦとなる。

封止シート５１ｂが劣化したときには、極大値差△Ｃ３の部分の静電容量の極大値Ｃ１（１５．３ｐＦ）と静電容量の極大値Ｃ２（１４．８ｐＦ）とを参照する。そうすると、極大値差△Ｃ３＝Ｃ１−Ｃ２＝０．５ｐＦとなる。

新品、少し劣化、劣化の各々を比較すると、劣化するに従って、極大値Ｃ１が低下するが、それ以上に極大値Ｃ２の低下が著しい。

以上より△Ｃは劣化前と比べて大きくなる。封止シート５１ｂが更に劣化した場合、同様の理由から△Ｃは更に大きくなる。以上から△Ｃを解析することで、封止シート５１ｂの劣化状態を見積もることができる。以上を考慮し、図６（ｄ）に対応した出力平均値とトナー量の対応テーブルを複数用意する（表１）。

封止シート５１ｂの劣化度とは、封止シート５１ｂが劣化している度合であり、撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとの静電容量の極大値の極大値差△Ｃが大きくなるに従って大きくなる度合に相当する。前述してきたように、封止シート５１ｂの劣化度は、封止シート５１ｂが新品のとき（極大値差△Ｃ１）＜封止シート５１ｂが少し劣化のとき（極大値差△Ｃ２）＜封止シート５１ｂが劣化のとき（極大値差△Ｃ３）ということができる。

コントローラ５０は、演算部１６が演算するところの『複数のシート部材の各々』としての撹拌シート５１ａと封止シート５１ｂとの回転周期を伴う波形の静電容量の出力値に関するデータ（出力値の極大値の極大値差）に基づいて、以下のことをする。すなわち、コントローラ５０（制御部１８）は、そのような極大値差に基づいて、そのような極大値差の１つ（△Ｃ１、△Ｃ２、△Ｃ３の中の１つ）に関連付けられた個別情報の１つ（テーブル１、テーブル２、テーブル３の中の１つ）を選択する。

また、コントローラ５０（制御部１８）は、そのような極大値差が大きい程に、その極大値差（△Ｃ１、△Ｃ２、△Ｃ３）に関連付けられた静電容量の出力値に対する現像剤量が大きい個別情報（テーブル１、テーブル２、テーブル３）を選択する。表１を見てみると一目瞭然であるが、例えば、現像剤量が４８ｇのときに、新品のテーブル１では１５．０１ｐＦ、少し劣化のテーブル２では１３．８３ｐＦ、劣化のテーブル３では１２．９２ｐＦとなっている。このことから、静電容量平均値（静電容量の出力値）に対する現像剤量が大きくなるに従って、テーブル１→テーブル２→テーブル３を用いるということになる。

また、図３の演算部１６で、極大値差△Ｃを算出できるようにする。本実施例の場合には、図９のグラフ中で、封止シート５１ｂが新品から少し劣化へと移行するときの閾値に関して、第１閾値ｃ１＝０．１６ｐＦとした。これは、極大値差△Ｃ１と極大値差△Ｃ２との間を取った数値である。また、図９のグラフ中で、封止シート５１ｂが少し劣化から劣化へと移行するときの閾値に関して、第２閾値ｃ２＝０．３４ｐＦとした。これは、極大値差△Ｃ２と極大値差△Ｃ３との間を取った数値である。

図９にて、封止シート５１ｂが新品のときには、静電容量の平均値は１５ｐＦで、表１のテーブル１を参照して、収容室４の内部の現像剤量が４８ｇ存在することは、実施例１と同様である。図９にて、封止シート５１ｂが少し劣化のときには、静電容量の平均値は１４．９０ｐＦで、表１のテーブル２を参照して、収容室４の内部の現像剤量が６０ｇ存在することは、実施例１と同様である。図９にて、封止シート５１ｂが劣化のときには、静電容量の平均値は１４．８０ｐＦで、表１のテーブル３を参照して、収容室４の内部の現像剤量が８０ｇ存在することは、実施例１と同様である。

図１０は、制御部１８の制御工程を示すフローチャートである。制御部１８は、電極４２から電流値が静電容量検出部１５に入力されて、演算部１６がその電流値をアナログーデジタル変換して、静電容量検出値を測定して、静電容量検出値を平均化することで静電容量平均値を算出する（Ｓ２１）。

制御部１８は、演算部１６が静電容量検出値のプロファイルを解析して、静電容量検出値の極大値差△Ｃを算出するように制御する（Ｓ２２）。

制御部１８は、△Ｃ＜第１閾値ｃ１か否かを判断する（Ｓ２３）。制御部１８は、Ｓ２３の結果ＹＥＳの場合には、予め設けておいたテーブル１を選択する（Ｓ２４）。制御部１８は、Ｓ２３の結果ＮＯの場合には、第１閾値ｃ１≦△Ｃ＜第２閾値ｃ２か否かを判断する（Ｓ２５）。なお、図１０中では、第１閾値ｃ１は閾値１と表示して、第２閾値ｃ２は閾値２と表示している。

制御部１８は、Ｓ２５の結果ＹＥＳの場合には、予め設けておいたテーブル２を選択する（Ｓ２６）。制御部１８は、Ｓ２５の結果ＮＯの場合には、予め設けておいたテーブル３を選択する（Ｓ２７）。以上のようにして、制御部１８は選択すべきテーブルを決定する。

制御部１８は、選択されたテーブルから静電容量平均値と対応の取れるトナー量を算出し、現像剤量表示装置１９によって表示し（Ｓ２８）。以上のようにすることで、封止シート５１ｂの劣化に依らず高精度な現像剤量検知を実現できる。

このように、制御部１８は、静電容量検出部１５が検出する撹拌シート５１ａの波形の極大値と封止シート５１ｂの波形の極大値との間の極大値差が大きくなるに従って、この検出した静電容量に対する収容室４の内部の現像剤量を大きく見積もるように制御する。

本実施例では極大値に着目したが、プロファイルの形状はトナーの流動性、容器の形状等によって変化する。封止シート５１ｂの劣化に対して、極小値の変化が顕著なプロファイルが得られた場合に極小値差△Ｃを利用することもできる。

図１１（ａ）は、実施例３に係るカートリッジＢの断面図である。図１１（ｂ）は、封止シート５１ｂの平面図である。実施例３は、封止シート５１ｂに孔５４が形成される構成をとる点が前述の実施例と異なる。前述のように封止シート５１ｂが劣化するとトナー量に対して静電容量の出力平均値が小さく出力されるのは、封止シート５１ｂが回転軸５２に巻き付くことで封止シート５１ｂに覆われた内部にトナーが入り込み難く、トナーのかさ密度が下がるためと述べた。

図１１（ｂ）に示されるように、封止シート５１ｂには、複数の孔５４が形成される。孔５４は、収容室４の開口を封止する部位以外の部位（領域Ｋ）に現像剤を通過可能に形成される。図１１（ｂ）のような孔５４が図１１（ａ）に示される封止シート５１ｂの領域Ｊの範囲に形成される。この封止シート５１ｂの領域Ｊの範囲は初期のトナー封止に影響が無い領域であり、孔５４が形成されていてもトナーの封止が可能である。そうすると、トナーが図１１（ａ）で矢印のように行き来できる。なお、領域Ｋは、開口２０ａを封止する領域である。

この構成では孔５４を大きくすると、トナーの行き来は多くなるが、撹拌力、搬送力が低下する。そこで、封止シート５１ｂに孔５４を開けることと、シーケンスの補正を併用することで、必要とされる撹拌力、搬送力に応じた孔５４を開けた上で、封止シート５１ｂ内外のかさ密度に差が生じた分は補正を行うということもできる。

なお、前述した例では、複数のテーブルを用いて封止シート５１ｂと静電容量の出力値との関係に関する情報としたが、これに変えて所定の計算式（関係式）を用いても良い。

なお、前述した例では、シート部材として封止シート５１ｂが劣化した場合に関して述べたが、シート部材としての撹拌シート５１ａが複数存在する場合にも適用することが可能である。

４ 収容室
１５ 静電容量検出部（検出部）
４１ 第１電極（第１の電極）
４２ 第２電極（第２の電極）
５１ａ 撹拌シート（シート部材）
５１ｂ 封止シート（シート部材）
１００ 画像形成装置

Claims (11)

1. 現像剤を収容する収容室と、
   前記収容室に設けられた第１の電極と第２の電極との間の静電容量に関連する出力値を検出する検出部と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、かつ、前記収容室の内部に配置され回転によって前記収容室に収容された現像剤を撹拌する回転部材であって、回転軸と、前記回転軸に位相をずらして取り付けられた複数のシート部材と、を有する回転部材と、
   前記検出部により検出された前記回転軸に取り付けられた第１のシート部材に対応する第１ピークの第１出力値と、前記回転軸に前記第１のシート部材とは位相をずらして取り付けられた第２のシート部材に対応するピークであって前記第１出力値よりも小さい第２ピークの第２出力値と、に基づいて前記第２のシート部材の劣化度に応じた値を算出し、前記劣化度に応じた値に基づき、前記検出部による出力値から前記現像剤の残量を予測するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 現像剤を収容する収容室と、
   前記収容室に設けられた第１の電極と第２の電極との間の静電容量に関連する出力値を検出する検出部と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、かつ、前記収容室の内部に配置され回転によって前記収容室に収容された現像剤を撹拌する回転部材であって、回転軸と、前記回転軸に位相をずらして取り付けられた複数のシート部材と、を有する回転部材と、
   前記検出部により検出された前記回転軸に取り付けられた第１のシート部材に対応する第１ピークの第１出力値に対応する時間と、前記回転軸に前記第１のシート部材とは位相をずらして取り付けられた第２のシート部材に対応するピークであって前記第１出力値よりも小さい第２ピークの第２出力値に対応する時間と、に基づいて前記第２のシート部材の劣化度に応じた値を算出し、前記劣化度に応じた値に基づき、前記検出部による出力値から前記現像剤の残量を予測するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記複数のシート部材は、前記収容室の開口から現像剤が漏出するのを封止する封止部材、又は、現像剤を撹拌する撹拌部材を有す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. 前記封止部材は、前記撹拌部材よりも剛性が小さいことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記コントローラは、前記第２のシート部材の劣化度に対応した、前記出力値と前記現像剤の残量との関係に関する複数のテーブルを備え、
   前記第２のシート部材の劣化度に応じた値を予め設定された閾値と比較した結果に基づいて、前記複数のテーブルの中から前記第２のシート部材の劣化度に応じた値に対応したテーブルを選択し、前記選択したテーブルを用いて前記出力値に対応する現像剤の残量を導出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記第２のシート部材の劣化度に応じた値は、前記検出部により検出された前記第１ピークの第１出力値に対応する時間と、前記第２ピークの第２出力値に対応する時間の差であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記コントローラは、前記第１出力値に対応する時間と前記第２出力値に対応する時間の差が大きい程に、前記出力値に対応する前記現像剤の残量が大きいテーブルを選択することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記コントローラは、前記第２のシート部材の劣化度に対応した、前記出力値と前記現像剤の残量との関係に関する複数のテーブルを備え、
   前記第２のシート部材の劣化度に応じた値を予め設定された閾値と比較した結果に基づいて、前記複数のテーブルの中から前記第２のシート部材の劣化度に応じた値に対応したテーブルを選択し、前記選択したテーブルを用いて前記出力値に対応する現像剤の残量を導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。
9. 前記第２のシート部材の劣化度に応じた値は、前記検出部により検出された前記第１ピークの第１出力値と、前記第２ピークの第２出力値の差であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記コントローラは、前記第１出力値と前記第２出力値の差が大きい程に、前記出力値に対応する前記現像剤の残量が大きいテーブルを選択することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記封止部材は、前記収容室の開口を封止する部位以外の部位に現像剤を通過可能な孔を有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

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