JP6877900B2 - 画像形成装置および現像剤収納部 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置、および画像形成装置に用いられる現像剤収納部に関するものである。

従来、電子写真方式を採用する画像形成装置には、像担持体を走査露光することにより形成された静電潜像に現像剤を供給することで、現像剤像を形成する現像装置が設けられている。また、近年では、現像剤を収納する現像剤収納部を含んだ現像装置、像担持体、及びその他のプロセス手段（帯電部材等）を、プロセスカートリッジとして一体に収容したものが多く見られる。このように複数の部材をプロセスカートリッジとして一体化し、さらにプロセスカートリッジを画像形成装置の装置本体に対して着脱可能とすることにより、現像剤の補給、その他メンテナンス作業を容易に行うことができる。

このようなプロセスカートリッジ方式では、現像剤が無くなった時点で、ユーザーがカートリッジを交換する、または現像剤を補充することで、再び画像を形成することができる。そのため、このような画像形成装置は、現像剤が消費された場合にそれを検知し、ユーザーに交換時期を報知する手段、すなわち現像剤検知部を備えているものが一般的である。

このような現像剤検知部の一つとして、特許文献１には、一対の入力側および出力側電極を備え、両電極間の静電容量を測定することによって現像剤量を検出する方式が提案されている。

また、特許文献２、３には、現像剤担持体に交流バイアスを印加することで、現像剤担持体を入力側電極と見なし、出力側電極となる静電容量検知部材を現像装置内の現像剤担持体に対向する箇所に設ける構成が提案されている。

特許文献１から３のいずれも、一対の電極の間における現像剤が占める量が変化したときに変化する静電容量の変化を用いて現像剤量を検知する方式である。

特開２００１−１１７３４６号公報 特開２００３−２４８３７１号公報 特開２００７−１２１６４６号公報

現像剤量の検知は、現像剤がなくなる間際でも現像剤量の変化を検知できることが望ましい。そのため、静電容量の変化を用いて現像剤量を検知する方式においては、現像剤が少なくなってきても現像剤の変化が検知しやすいように、電極の配置や電極の周囲の部材の形状や配置を最適化することが望ましい。しかしながら、現像剤が少なくなってきても現像剤の変化が検知しやすいような構成においては、精度の良い現像剤量の検知との両立が難しい場合があった。

これに対して、本出願にかかる第１の発明は、現像剤を収納する現像剤収納室と、現像室と、前記現像剤収納室と前記現像室の間を仕切る仕切り壁であって開口が設けられた仕切り壁と、を備え、前記開口によって前記現像剤収容室と前記現像室とが連通している枠体と、前記現像剤収納室に設けられ回転して現像剤を撹拌する撹拌部材と、前記現像室に設けられ、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤収納室の内側の壁面に前記撹拌部材の回転方向に間隔をあけて配置された第１の電極及び第２の電極を含む電極対と、を有する現像剤収納部と、前記第１の電極と前記第２の電極の間の静電容量に応じた電圧出力値を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記電圧出力値から前記現像剤収納部の現像剤量を取得する制御部と、を有する画像形成装置において、前記第１の電極と前記第２の電極を前記撹拌部材の回転軸線の方向に見ると、前記間隔の最小部を構成する前記第１の電極の一端及び前記第２の電極の一端が前記撹拌部材の回転軸線及び前記仕切り壁の前記開口よりも下方にあり、前記最小部よりも大きい前記間隔の遠隔部を構成する前記第１の電極の他端及び前記第２の電極の他端が前記最小部よりも上方にあるように配置され、前記制御部は、前記検出部で検出した前記電圧出力値から前記現像剤量を取得するときに、前記電圧出力値に対して前記撹拌部材の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合のうち、少なくともいずれか一つに基づく補正を行うことを特徴とする。

本発明によれば、現像剤の検知精度を向上させられる画像形成装置を提供できる。

画像形成装置の断面図 プロセスカートリッジの断面図 現像装置（現像剤収納部）の断面図 現像剤量検知回路 現像装置（現像剤収納部）の断面図 現像剤量と静電容量の変化を表す図 撹拌部材の回転駆動時における静電容量の変化を表す図 撹拌部材の回転駆動を表す図 現像剤量検知シーケンス トナー残量テーブルの例 撹拌部材の回転速度と静電容量の関係 現像装置内の現像剤の剤面高さの説明図 使用環境が異なる場合の現像剤量と静電容量の平均値の関係説明図 実施例３に係るＰＡ率と密度分布補正値の説明図 実施例３に係る補正するＰＡ率を限定した密度分布補正値の説明図 大容量のカートリッジの現像剤量とＰＡ率の関係 実施例３及び比較例１の現像剤量とＰＡ率の関係 現像ローラの回転数とトナーの凝集度の関係図 印字率を変えた場合の現像剤量とＰＡ率との関係図 実施例４に係るＰＡ率とトナー劣化補正値との関係 実施例４及び比較例２の現像剤量とＰＡ率の関係を表した図 静電容量と検出電圧の関係説明図

［実施例１］
（画像形成装置とプロセスカートリッジの構成と動作の概略）
図１は本実施例における画像形成装置の概略図である。この画像形成装置は、電子写真方式、プロセスカートリッジ着脱式のレーザビームプリンタである。この画像形成装置は、パソコン・画像読取装置等の外部ホスト装置を接続することで、画像情報を受け取りプリントすることができる。

１は画像形成装置におけるプリンタ本体（装置本体）、２は装置本体１に対して着脱可能なプロセスカートリッジである。図２は実施例１に係るプロセスカートリッジの断面図であり、プロセスカートリッジ２についてはこれを用いて説明する。

２０は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（感光ドラム）である。本実施例では、感光ドラム２０と、帯電部材（帯電ローラ）３０と、本実施例における現像剤収納部としての現像装置４０と、クリーニング部材（クリーニングブレード）５０と、の４種のプロセス部材を一体化し、プロセスカートリッジとした。そして、装置本体１に着脱可能としている。

感光ドラム２０はプリントスタート信号に基づいて矢印Ｒ１の時計方向に２００ｍｍ／ｓの周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。感光ドラム２０には帯電バイアスが印加される帯電ローラ３０を接触させてあり、帯電ローラ３０は感光ドラム２０に従動して回転駆動される。回転する感光ドラム２０の周面がこの帯電ローラ３０により所定の極性・電位に一様に帯電される。本実施例では負の所定電位に帯電される。

その帯電面に対して、露光装置（スキャナユニット）３により画像情報のレーザ走査露光がなされる。スキャナユニット３から出力されたレーザ光はカートリッジ内に入光して感光ドラム２０の面を露光する。感光ドラム２０は接地されており、レーザ光が照射された部分（露光明部）の電位が減衰して画像情報に対応した静電潜像が感光ドラムに形成される。なお、本実施例では画像情報部を露光するイメージ露光方式を用いている。

その静電潜像は、現像装置４０の現像剤担持体としての現像スリーブ（現像ローラ）４１上の現像剤（トナー）Ｔによって現像される。

一方、所定の制御タイミングにて、シートトレイ部４のピックアップローラ５が駆動されて、シートトレイ部４に積載収納されている記録媒体である記録材（紙等）が１枚送られる。記録材は転写ガイド６を経由して、転写ローラ７を通過する。この間に、感光ドラム２０面のトナー像が記録材の面に順次に静電転写される。その後、トナー像が転写された記録材は、定着装置９に到達する。トナー像が定着装置９によって定着させられた後、記録材は排紙トレイ１１に排紙される。記録材分離後の感光ドラムはクリーニングブレード５０により転写残トナー等の除去を受けて清掃され、再び、帯電から始まる画像形成に繰り返し用いられる。

また、画像形成装置は、環境検知部１００を有している。環境検知部１００は、画像形成装置１内に配置され、周囲の温度と湿度を検知する。その検知結果に基づいて、帯電ローラ３０および現像ローラ４１に印加するバイアス、レーザスキャナユニット３、転写ローラ７、定着装置９などの制御の補正が行われる。さらに、現像ローラ４１の回転数からトナーの劣化具合を予測する劣化予測部１１０が設けられている。

記憶部としてのメモリ１２０は、プロセスカートリッジ２に設置され、画像形成に必要な現像及び帯電制御に用いるテーブル等を格納する。なお、本実施例ではメモリ１２０は装置本体１側に設けられても良い。また、プロセスカートリッジ２と装置本体１の両方に設けることもできる。メモリ１２０は、後述する現像剤検知の際の補正に用いる補正値を記憶している。詳しくは後述する。

（現像装置）
実施例１に係る現像装置について、図３を用いて説明する。図３は実施例１に係る現像装置の断面図である。

本実施例における現像装置４０は、トナーＴを収納する枠体４０ａを有する。枠体４０ａの内部には、仕切り壁４０ｂが備えられている。仕切り壁４０ｂは枠体４０ａの内部を、現像ローラ４１が回転可能に収納される現像室４６と、トナーＴおよび撹拌部材６０を収納した現像剤収納室（以下、現像剤室と称す）４７とに仕切っている。仕切り壁４０ｂには、現像室４６と、現像剤室４７とを連通する開口４０ｃが設けられている。本実施例の現像装置４０は、感光ドラム２０およびクリーニングブレード５０を備えるクリーニングユニットとは別の現像装置（現像ユニット）として構成されている。

トナーＴは、磁性一成分の粉砕トナーを用いる。母体と外添剤から成り、母体の中心粒径は７μｍ、円形度は０．９５、比重は、１．８である。外添剤は、流動性と帯電性の観点から小粒径のシリカを０．５重量％使用している。

現像剤室４７のトナーＴは、攪拌部材６０によって、現像剤室４７から現像室４６へ、開口４０ｃを通じて搬送される。現像室４６のトナーＴは、現像ローラ４１に内包されたマグネットによって現像ローラ４１に引き寄せられる。一方、現像ローラ４１には、弾性部材からなる層厚規制部材としての現像ブレード４２が当接している。トナーＴは、現像ローラ４１のＲ２方向への回転に伴って現像ブレード４２方向に搬送され、現像ブレード４２によってトリボが付与され、層厚が規制される。

ここで、現像ローラ４１には、画像形成装置本体の現像バイアス電源４５から直流電圧（Ｖｄｃ＝−４００Ｖ）に交流電圧（ピーク間電圧＝１５００Ｖｐｐ、周波数ｆ＝２４００Ｈｚ）を重畳した現像バイアスが印加される。一方、感光ドラム２０の表面には、上述したような静電潜像が形成されている。感光ドラム２０の現像ローラ４１との対向領域では電界が発生するため、前述のトリボを有したトナーＴが感光ドラム２０の静電潜像が形成された部分に供給される。こうすることで、感光ドラム２０表面の静電潜像が現像される。

（現像装置と現像剤検知部）
次に、実施例１における現像剤装置について図３を用いてさらに詳しく説明する。

本実施例では、現像剤室４７を形成する枠体４０ａの中（現像剤室４７の内部）に撹拌部材６０、面状の第１の電極４３、第２の電極４４が備えられている。第２の電極４４と、現像ローラ４１とには、現像バイアス電源４５が接続されている。また、第１の電極４１には、後述する現像剤検知部７０が接続されている。現像剤検知部７０は、第２の電極４４と現像ローラ４１に電圧が印加された時に、第１の電極４３と第２の電極４４との間の静電容量と、第１の電極４３と現像ローラ４１との間の静電容量との合成静電容量の変化を元に現像剤量を検知する事ができる。

枠体４０ａの壁面（内壁面４０ａ１、内壁面４０ａ２）には、本実施例における電極対を形成する第１の電極４３と、第２の電極４４が配置されている。第２の電極４４は、第１の電極４３との間に間隔をあけ、かつ第１の電極４３に対して傾斜して対向するように配置されている。第１の電極４３と第２の電極４４は、お互いの間隔の最小部Ｘ１（壁面上の最小部）が、撹拌部材６０の回転中心６０ａよりも下方（重力方向下方）に形成されるように配置されている。ここで最小部Ｘ１は、重力方向における第１の電極４３の下部４３ａ１と、第２の電極４４の下部４４ａ１の間の間隔である。また、お互いの間隔のうち、最小部Ｘ１よりも間隔が大きい遠隔部Ｘ２が、最小部Ｘ１よりも重力方向上側に形成されるように配置されている。ここで遠隔部Ｘ２は、重力方向における第１の電極４３の上部４３ａ２と、第２の電極４４の上部４４ａ２の間の間隔である。なお、本実施例において、最小部Ｘ１の距離は７ｍｍとした。さらに、以下の説明において、第１の電極４３と第２の電極４４に挟まれた領域であって、間隔の最小部Ｘ１と、遠隔部Ｘ２を結んだ領域を、領域Ａと呼ぶ。すなわち、領域Ａは、第１の電極４３と第２の電極４４が対向する領域であって、下部４３ａ１と下部４４ａ１を結んだ線と、上部４３ａ２と上部４４ａ２とを結んだ線で区画される領域である。

ここで、枠体４０ａの第１の電極４３が配置される内壁面４０ａ１と、第２の電極４４が配置される内壁面４０ａ２は、最小部Ｘ１に対して水平方向に離れる方向、かつ重力方向上側に向かう方向に傾斜している傾斜面である。本実施例において、内壁面４０ａ１、内壁面４０ａ２は曲面である。また、第１の電極４３と第２の電極４４は、内壁面４０ａ１、内壁面４０ａ２に沿うように配置され、かつ内壁面４０ａ１、内壁面４０ａ２と接触している。すなわち、最小部Ｘ１は現像剤室４７における最も下方に配置されており、現像剤室４７の底部（重力方向における最下部）を、最小部Ｘ１から現像剤室４７の内側に向けて露出させている。さらに、本実施例においては、最小部Ｘ１は、開口４０ｃおよび現像室４６の最下部４６ａよりも重力方向下側に設けられている。

第１の電極４３、第２の電極４４、および枠体４０ａの壁面を、上述のようにすることで、トナーＴが残りわずかになった時でも、最小部Ｘ１にトナーＴが集まりやすい。また、領域Ａを広くとることができ、現像剤量が多い時から現像剤量検知ができる。

また、撹拌部材６０は、可撓性を有するシート状の撹拌部６０ｂと、回転中心６０ａを中心に図中矢印Ｒ３方向に回転する軸からなる。水平方向において、回転中心６０ａと、最小部Ｘ１の位置は、重なるように配置されている。また、回転中心６０ａは、開口４０ｃよりも重力方向下側に設けられている。撹拌部６０ｂは、前述の最小部Ｘ１を通過するように回転し、最小部Ｘ１から露出する壁面４０ｄと摺擦する。そして、最小部Ｘ１にあるトナーＴを開口４０ｃに向けてくみ上げ、現像室４６に供給する。さらに撹拌部材６０が回転すると、撹拌部６０ｂ上のトナーＴは、重力によって撹拌部６０ｂから内壁面４０ａ１、内壁面４０ａ２に落下し、最小部Ｘ１に戻される。このような構成により、トナーＴが残りわずかになった時でも、最小部Ｘ１にトナーＴが集まりやすい。また、撹拌部材６０によって、最小部Ｘ１を含む領域Ａにあるトナーを積極的に搬送することができる。

一方、第１の電極４３と第２の電極４４は導電性を有していれば良く、金属板を用いることもできるが、本実施例では導電性樹脂から成るシート部材を用いている。さらに、本実施例では第１の電極４３と第２の電極４４は、枠体４０ａに対して一体的に成型（いわゆるインサート成型）されている。すなわち、第１の電極４３と枠体４０ａ（内壁面４０ａ１）、第２の電極４４と枠体４０ａ（内壁面４０ａ２）は密着し、間にトナーＴが入らない構成である。

なお、本実施例においては、第１の電極４３と、第２の電極４４は、枠体４０ａの内壁面に配置したが、枠体４０ａの外側に配置することもできる。

次に、図４を用いて、実施例１に係る現像装置と、現像剤検知部について説明する。図４は実施例１に係る現像装置と、現像剤検知部の回路構成図である。

現像バイアス電源４５から所定のＡＣバイアスが出力されると、リファレンス用コンデンサ５４、現像ローラ４１、第２の電極４４の其々に印加される。これによって、リファレンス用コンデンサ５４には電圧Ｖ１が発生し、第１の電極４３には合成の静電容量に応じた電流に伴って電圧Ｖ２が発生する。検出回路５５はＶ１とＶ２の電圧差から検出電圧Ｖ３を生成し、ＡＤ変換部５６に出力する。ＡＤ変換部５６はアナログ電圧をデジタル変換した結果を制御部５７に出力する。制御部５７はこの結果から現像剤量を算出し、その結果をメモリ１２０に格納し、表示部１３で残量表示する。なお、表示部１３はメモリ１２０から上記結果を読み取って表示するように構成しても良い。

すなわち、現像剤検知部７０は、第１の電極４３と第２の電極４４の間の静電容量を検知し、この静電容量を元に現像装置４０内（現像剤収納部内）の現像剤量を算出する現像剤検知部である。また、本実施例における現像剤検知部７０は、トナーが十分多い時の現像剤量を第１の現像剤量とし、トナーがなくなる時の現像剤量を第２の現像剤量として検知可能である。また、第１の現像剤量よりも少なく、第２の現像剤量よりも多い、第３の現像剤量を検知可能である。すなわち、現像装置４０を使用することによって減っていく現像剤量を、遂次算出することができる。静電容量に基づく現像剤量の算出については、後述する。

また、本実施例では、現像剤量検知の為のＡＣバイアスを印加する部材を現像ローラ４１と、第２の電極４４としている。しかしながら、例えば、現像ローラ４１にＡＣバイアスを印加しない場合であっても本実施例の効果は得られる。また、第１の電極４３にＡＣバイアスを印加し、第２の電極４４に電圧を発生させても良い。本実施例では、第１の電極４３を、ＡＣバイアスが印加される現像ローラ４１と第２の電極４４の間に配置している。そうすることで、現像ローラ４１と第１の電極４３の間の静電容量の変化、第２の電極４４と第１の電極４３の間の静電容量の変化を、合成静電容量の変化として検知できる。

また、例えば図５のように撹拌部材と、電極対が複数ある構成であっても良い。この場合、撹拌部材６０の下方に最小部Ｘ１と領域Ａができるように第１の電極４３と第２の電極４４を配置する。第２の電極４４は、内壁面４０ａ２を超えて、内壁面４０ａ３まで延長される。更に撹拌部材８５の下方の内壁面４０ａ４に第３の電極８４を配置する。このとき、第１の電極４３の上部４３ａ２から見た第２の電極４４の上部４４ａ２との間隔が、遠隔部Ｘ２となる。同様に、第３の電極８４の上部８４ａ２から見た第２の電極４４の上部４４ａ４との間隔が、遠隔部Ｙ２となる。第３の電極８４の下部８４ａ１と、第２の電極４４の下部４４ａ３との間隔が、最小部Ｙ１となる。ここで、図５中の領域Ｂは、領域Ａと同様に定義される領域である。また、内壁面４０ａ３は内壁面４０ａ１に相当する。内壁面４０ａ４は内壁面４０ａ２に相当する。

このような構成の場合、トナーＴは撹拌部材６０と撹拌部材８５の回転により、最終的には最小部Ｘ１に集められる。また、このように最小部が複数ある構成（Ｘ１、Ｙ１）においては、現像室４６や開口４０ｃに対して、最も現像室４６に近い最小部Ｘ１が重力方向下側に位置していれば、最小部Ｘ１にトナーが集まる効果を得られやすい。

こうすることで、更に大容量であっても高精度な現像剤量検知が可能となる。また、ここでは第１の電極４３と、第３の電極８４の合成静電容量を元に現像剤量検知を行う例を示したが、複数の現像剤検知部７０を用意し、第１の電極４３と第３の電極８４の検出値を其々別に処理することで更に詳細な現像剤量検知を行うこともできる。

以降の説明においては、撹拌部材と電極対が単数の構成を用いて説明する。

（現像剤量検知）
次に本実施例の現像剤量検知について詳細に説明する。

上述した通り、本実施例において現像装置４０は、撹拌部材６０を備えている。撹拌部材６０は、第１の電極４３と第２の電極４４の間に挟まれた領域Ａ内を通過するように配置されている。また本実施例は、現像剤量が変化した際に、第１の電極４３と第２の電極４４の間の静電容量と、第１の電極４３と現像ローラ４１の間の静電容量の合成静電容量が変化することを利用して、現像剤量を検知する構成である。従って、撹拌部材６０の回転駆動よってトナーＴが動くと、現像装置４０の中の現像剤量が変化していないにも関わらず、現像剤量が変化しているかのような出力が得られる。

そこで本実施例では、一定の時間間隔（サンプリング間隔）ごとに静電容量の出力を取得し、それを撹拌部材６０の回転周期の整数倍もしくは、十分大きい時間にわたって続け、その間の静電容量の平均値を出力値として取得する。一方で、出力値と現像剤量との関係を予め求めておき、テーブルや換算式としてメモリ１２０に記憶させておく。そして、画像形成時に取得された出力値を元に、上記テーブルや換算式を用いて現像剤量を算出する。つまり、本実施例の現像剤量検知方式は、領域Ａ内のトナーが撹拌部材６０により撹拌されている状態を元に現像収納容器内全体の現像剤量を算出する方式である。

現像剤量検知は、現像装置４０内のトナーＴが多い時から、少なくなった時まで、広範囲にわたって検知することが好ましい。一方で、一般に現像剤量検知は、ユーザーがカートリッジや現像装置を交換する目安とすることが主要な目的の一つである為、特に現像剤量が少ない状態での精度が高いことが好ましい。その為、本実施例では、特に現像剤量が少ない時に、トナーの単位変化量あたりの静電容量の変化を大きくすることで、現像剤量が少ない時の現像剤量検知の高精度化を図ったものである。

現像剤量の単位変化量当たりの出力値の変化量、即ち静電容量の変化量が大きい程、高精度に現像剤量検知を行うことができる。また逆に、例えば現像剤量が変化しても静電容量が僅かしか変化しないような場合は、現像剤量検知の精度は低いということができる。
ここで、静電容量Ｃと２つの電極の面積Ｓと距離ｄ、誘電率εの関係は次のように記述されることが知られている。
Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ 式（１）
このうち、誘電率εは電極間に存在する現像剤量によって変動し、現像剤量が多いと誘電率εが大きくなる。

ここで式（１）によれば、同じ誘電率であっても、距離ｄが小さい方が、静電容量は大きくなる。すなわち、距離ｄが小さい領域において生じる誘電率の変化は、全体の静電容量の変化に対する寄与度が大きい。距離ｄが大きい領域において生じる誘電率の変化は、全体の静電容量の変化に対する寄与度が小さい。

したがって、図３中に記載の最小部Ｘ１の近傍は、電極間のトナーＴの量の変化によって、誘電率εが変化した際に、静電容量の変化に対する寄与度が大きい。すなわちトナーＴの量の変化に対する検知感度が高い部分である。また、領域Ａのうち上方は、電極間のトナーＴの量の変化によって、誘電率εが変化した際に、静電容量の変化に対する寄与度が比較的小さい部分である。

上述したように、本実施例では現像剤量が残りわずかになったときに、最小部Ｘ１にトナーＴが集まりやすい構成としている。また、静電容量の変化が大きい最小部Ｘ１を撹拌軸よりも下方に配置することで、撹拌部材６０が動作していても、トナーが自重で最小部Ｘ１近傍に落下する。このため、現像剤量の変化に対して大きく静電容量が変化することになる。

その為、広範囲の現像剤量の変化を検知しながら、特に現像剤量が少ない状態において、現像剤量検知の高精度化を図ることができる。

本実施例の構成は、最小部Ｘ１を現像剤室４７における最も下方の壁面となるように配置し、撹拌部材６０から落下したトナーがごく僅かであっても静電容量が大きく変化する為、より好ましい構成である。しかしながら、最も下方ではなくても撹拌中心６０ａよりも下方であれば、同様に本発明の効果は得られる。

図６は本実施例における現像剤量と、静電容量の平均値の関係を表した図である。前述したように、本実施例では現像剤量が少ない場合であっても、撹拌動作中に静電容量の寄与度が高い最小部Ｘ１にトナーを集め、撹拌する。トナーの残量が領域Ａに対して十分多いと、画像形成に従いトナーが減っても、領域Ａの現像剤量はほぼ変化しない為、静電容量の変化が少ない。現像剤量が少なくなってくると、静電容量の変化が大きくなってくる。これは撹拌部材６０が持ち上げた現像剤量だけ領域Ａのトナーが減るためである。しかし、検知感度の高い最小部Ｘ１近傍にトナーが残っている状態では、静電容量の変化量はまだ緩やかである。さらに現像剤量が減ると、静電容量が大きく変化する。検知精度の高い最小部Ｘ１近傍にあるトナーが減っていくためである。

このように、現像剤量が少量である時に僅かな現像剤量の変化に対して、静電容量が大きく変化する事で、高精度に現像剤量を検知する事が出来る。

（撹拌部材の駆動と静電容量の変化）
本実施例における撹拌部材の駆動と静電容量の変化の詳細を説明する。

図７は本実施例構成において、現像剤量が４０ｇの時に撹拌部材６０が６０ｒｐｍで回転駆動した際の静電容量変化を表した図であり、ｔ１〜Ｔ５のタイミングで静電容量の変化が起きていることを表している。また図８は本実施例の断面図であり、撹拌部６０ｂが通過するタイミングをＴ１〜Ｔ５の位置で定義している。

以下、図７と図８の関係の対応をとることで、撹拌部材６０の駆動に応じて静電容量の変動が起こる要因を説明する。

また容器内にある４０ｇのトナーのうち、撹拌部材６０の回転駆動によって現像剤室４７内を動くトナーと動かないトナーに分けられるが、ここでは静電容量の変化を説明する為、動くトナーに限って説明する。

第１に、図８中のＴ１を撹拌部６０ｂが通過するタイミングにおいて、動くトナーの大半が最小部Ｘ１近傍に集められる。式（１）の関係を鑑みると、このタイミングが最も静電容量が大きくなることが分かる。一方で、図８中の静電容量が最も大きくなるタイミングはｔ１に相当する為、図８中Ｔ１は図７中のｔ１と対応することが分かる。

第２に、図８中のＴ２を撹拌部６０ｂが通過するタイミングにおいては、動くトナーの大半が最小部Ｘ１から遠ざけられることになる為、静電容量は急激に低下することになる。一方、図７中のｔ２において、静電容量が急激に低下していることから、図８中のＴ２は、図７中のｔ２と対応することが分かる。

第３に、図８中のＴ３を撹拌部６０ｂが通過するタイミングにおいて、動くトナーの大半が持ちあげられ、領域Ａから遠ざかる。また現像ローラ４１上に保持されたトナーも、撹拌部６０ｂにより掻き取られる為、静電容量が最も小さくなる。一方、図７中のｔ３において、静電容量が最も小さい値を取っていることから、図８中のＴ３に図７中のｔ３が対応することが分かる。

第４に、図８中のＴ４を撹拌部が通過するタイミングにおいて、撹拌部６０ｂによって持ち上げられたトナーが下方に落下し、最小部Ｘ１近傍に落ちる。これにより静電容量が大きくなる。これ以降は、撹拌部６０ｂがトナーを保持しないまま空中を移動している状態がしばらく続くため、静電容量の変化は僅かになる。一方で、図７中のｔ４において静電容量が大きくなり、その後Ｔ５迄の間静電容量の変化が小さい。よって、図８中のＴ４は、図７中のｔ４に対応することが分かる。

第５に、図８中のＴ５を撹拌部６０ｂが通過するタイミングにおいて、動くトナーが最小部Ｘ１に集められることにより、静電容量が大きくなる。図７中のＴ５とｔ１の間において、静電容量が大きくなることから、図８中Ｔ５が図７中のＴ５に対応することが分かる。

（現像剤の密度分布の補正）
次に本実施例の特徴である現像剤の密度分布の補正について説明する。

まず、現像剤密度分布について説明する。上述のように、現像剤検知部７０は、第１の電極４３と、第２の電極４４の間の領域ＡにおけるトナーＴの量を検知すると述べた。しかし、領域Ａにおける現像剤の密度は一定ではなく、場所によって異なる場合がある。なお、ここで現像剤の密度とは、トナー一粒あたりの密度を指すものではなく、単位空間あたりに存在する現像剤の重さを指す。本実施例では、このような現像剤の密度の分布状態を、現像剤密度分布と称する。

この現像剤密度分布は、様々な要因で変化する。例えば、撹拌部材６０の回転速度によって、トナーＴの流動性や落下するタイミングが変わった場合や、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合によってトナーＴの流動性や沈降速度が変わった場合である。電極対の間の現像剤密度分布が異なると、上述した静電容量の変化に影響する。特に本実施例では、静電容量の変化に対する寄与度が大きい最小部Ｘ１を設けているため、この部分の現像剤の密度が異なると影響が出やすい。そこで本実施例では、この現像剤密度分布の影響を補正する構成とした。こうすることで、さらに高精度な現像剤量検知が可能になる。

本実施例における現像剤量検知の基本的な処理方法と併せて、この補正について説明する。

ここで、第１の電極４３と、第２の電極４４との間の静電容量は、各部材の配置のばらつきや製造ばらつき等の影響を受ける。そのため、第１の電極４３と第２の電極４４の間の静電容量の絶対値から直接現像剤量を算出するようにすると、精度のよい現像剤量検知ができない場合がある。そこで、本実施例の現像剤検知部７０は、現像装置４０が装置本体１に装着された後、トナーが十分に残っている状態で検知された静電容量を第１の基準値とする。そして、第１の基準値からの第１の差分（静電容量の変化量）に基づいて、現像剤量を算出するようにしている。

図９は、現像剤検知部７０が行う現像剤量検知のシーケンスを表したフローチャートである。なお、現像剤検知部７０は、図４を用いて説明したように検出電圧Ｖ３を元に静電容量を測定する。本実施例では、静電容量が増えると検出電圧が下がるように変換回路を構成した。すなわち、トナーが多い状態から少ない状態になると、検出電圧Ｖ３が上がる。図２２は、この関係を示した概略図である。なお、本実施例中以下のシーケンス中の動作は、制御部５７によって制御される。しかし別途設けた制御部（不図示）を用いても良い。

（Ｓ１０２）
現像ローラ４１と第２の電極４４とに現像バイアスを印加し、所定の時間の検出電圧の平均値である検出電圧Ｖ３を測定する。

（Ｓ１０３）
メモリ１２０にＰＡＦが記憶されているかを確認する。ＹＥＳの場合はＳ１０４へ進む。ＮＯの場合はＳ１０５へ進む。ここでＰＡＦとは、現像装置４０内に十分にトナーＴが残っている状態（第１の現像剤量）における検出電圧Ｖ３（静電容量）である。本実施例においてＰＡＦは検出電圧Ｖ３の最小値である。すなわち、ＰＡＦは第１の現像剤量（トナーが十分に残っている状態での現像剤量、例えば現像剤量が１００％の状態）に対応する静電容量を示している。本実施例ではプロセスカートリッジの出荷時にはＰＡＦが記憶されていないが、出荷時に仮の値を格納しておいてもよい。

（Ｓ１０５）
Ｓ１０３において、ＰＡＦが記憶されていなければ、その時の検出電圧Ｖ３をＰＡＦとして格納する。

（Ｓ１０４）
検出電圧Ｖ３がその時点で記憶されているＰＡＦと比べて小さいかを確認する。ＹＥＳの場合はＳ１０６へ進む。ＮＯの場合はＳ１０７へ進む。

ここで、トナーが減ると検出電圧Ｖ３は大きくなるため、トナーが減ってくればＳ１０６に進むことになる。また、例えば現像装置４０内のトナーが偏っており、現像装置４０の使用を続けるうちにトナーが安定することもある。その場合には、使用開始直後の検出電圧Ｖ３が大きくなるが、その後トナーが安定した時の検出電圧Ｖ３は小さくなるため、Ｓ１０７に進むことになる。

（Ｓ１０７）
Ｓ１０４において、検出電圧Ｖ３がその時点で記憶されているＰＡＦと比べて小さければ、ここでＰＡＦをその時点の検出電圧Ｖ３で更新する。したがって、上述のようなトナーの偏りが解消した時などに、安定した状態での検出電圧Ｖ３をＰＡＦとすることができる。

（Ｓ１０６）
第１の現像剤量よりも少ない第２の現像剤量を算出するため、第１の現像剤量から第２の現像剤量までトナーが減少した際に発生するであろう、検出電圧Ｖ３の差分δ（第１の差分）を参照する。本実施例では、差分δはメモリ１２０に記憶された固定値である。本実施例では、第２の現像剤量を示す検出電圧Ｖ３（後述するＰＡＥ）が、プロセスカートリッジが寿命を迎えるタイミングにおける検出電圧Ｖ３となるように、差分δを定めている。

（Ｓ１０８）
第１の現像剤量を示す検出電圧（静電容量）ＰＡＦを基準値として、ＰＡＦに対して差分δを有する検出電圧（静電容量）を、第２の現像剤量に対応する検出電圧（静電容量）の大きさを示すＰＡＥ（第２の基準値）とする。ここでは、ＰＡＦに差分δを加えた電圧を、ＰＡＥとして算出する。上述のように、ＰＡＥはプロセスカートリッジが寿命を迎えるタイミング（例えば、現像剤量が０％）における検出電圧Ｖ３の予測値である。

（Ｓ１０９）
第１の現像剤量（例えば現像剤量１００％）よりも少なく、かつ第２の現像剤量（例えば現像剤量０％）よりも多い第３の現像剤量を算出するために、以下の処理を行う。

ＰＡＦを基準値として、その時の検出電圧Ｖ３との差分（第２の差分）を求める。そして、第１の差分（差分δ）に対する第２の差分の割合（ＰＡ率）を算出する。すなわち、以下の式（２）の計算を行う。
ＰＡ率＝（Ｖ３−ＰＡＦ）／（ＰＡＥ−ＰＡＦ） 式（２）
すなわち、検出電圧Ｖ３は、トナーが減ってくるとＰＡＥに近づいていくため、ＰＡ率は大きくなってくる。逆にトナーが多い状態では、ＰＡ率は小さくなる。

（Ｓ１１０）
現像剤の密度分布の影響を補正するための補正値Ｍを参照し、決定する。本実施例において、補正値Ｍは、少なくとも撹拌部材６０の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合のいずれか一つに基づく補正を行うための補正値である。

上述したように、撹拌部材６０の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合は、現像剤の密度分布に影響する。その影響によって、検出電圧Ｖ３が本来の値からずれてしまう。したがって、上記のＰＡ率も、本来のものからずれている可能性がある。この影響を補正するために、撹拌部材６０の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合が検出電圧Ｖ３に与える影響の傾向を考慮して、その影響を補正する。すなわち、例えば、回転速度が速い場合と遅い場合に、どちらの場合が検出電圧Ｖ３が大きくなり、どちらの場合に検出電圧Ｖ３が小さくなるか、の傾向を考慮する。現像剤の密度分布の影響を補正する補正値Ｍ（現像剤密度分布補正値）は、このような傾向を考慮して定められる補正値である。すなわち、検出電圧（静電容量）またはＰＡ率が本来のものより大きくなるような影響がある（影響する要因がある）場合は、検出電圧（静電容量）またはＰＡ率を小さくするように補正する。検出電圧（静電容量）またはＰＡ率が本来のものより小さくなるような影響がある（影響する要因がある）場合は、検出電圧（静電容量）またはＰＡ率を大きくするように補正する。

なお、撹拌部材６０の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合の各要因の影響の補正に関しては、後ほど詳しく説明する。

（Ｓ１１１）
補正値Ｍを用いて、ＰＡ率を変動させるように補正する。本実施例では、ＰＡ率に対して、補正値Ｍをかけて、補正後のＰＡ率であるＰＡ’率を算出するようにした。なお、密度補正値Ｍの種類によっては、ＰＡ率に補正値Ｍを加算または減算するようにして補正してもよい。

（Ｓ１１２）
トナー残量テーブルを参照する。トナー残量テーブルとは、ＰＡ率（ここでは補正後のＰＡ’率）に対する現像装置４０内部の現像剤量の関係を示したものであり、本実施例ではメモリ１２０に記憶されている。ここで、トナー残量テーブルの一例を図１０に示す。縦軸がＰＡ’率であり、横軸が現像剤量を示している。

（Ｓ１１３）
ＰＡ’率とトナー残量テーブルを比較することで現像剤量Ｙ［％］を求める。そして、Ｙ［％］を表示部１３に表示する。

（Ｓ１１４）
Ｙ［％］をメモリ１２０に格納する。

（Ｓ１１５）
Ｙ値が０％となるまで、Ｓ１０２からＳ１１４を繰り返す。０％になったら現像剤量検知を停止する。

上記シーケンスによると、現像剤密度分布補正をすることで、更なる高精度の現像剤量検知が実現可能となる。

なお、ＰＡＦ、ＰＡＥは必ずしも現像剤量１００％、０％に一致させる必要はない。例えば、現像剤量８０％をＰＡＦとし、現像剤量２０％をＰＡＥとして、その他の区間は別の現像剤検知方法（例えば画像形成にともなって消費される現像剤量の予測値から残量を算出する方法）で現像剤を検知させることもできる。

（撹拌部材の回転速度による現像剤密度分布補正）
以下、撹拌部材の回転速度に関する補正について説明する。本実施例における画像形成装置本体は、画像形成条件に応じて異なるプロセススピードで動作する画像形成モードを有しており、プロセススピードに応じて撹拌部材６０の回転速度が変化する構成となっている。すなわち、撹拌部材６０が、複数の回転速度で回転可能である。

ここで現像剤密度分布は、撹拌部材６０ｂの回転速度によって異なる場合がある。即ち、トナーの自重による落下と撹拌速度の相対的な関係を考慮した場合、例えば撹拌部材の回転速度が遅い場合は、速い場合に比べて現像剤密度分布は下方において密度が高くなる傾向がある。一方で、本実施例の構成は静電要量の変化に対して、電極対の上方に比べて下方の寄与度を高くしている為、現像剤密度分布の影響を受けてしまうことがある。そこで本実施例の特徴である現像剤密度分布補正制御によると、撹拌部材の回転速度によって変化する現像剤密度分布に応じて、現像剤量検知の補正を行うことで現像剤量検知を更に高精度化することができる。

本実施例ではプロセススピードの異なる画像形成モードに応じて撹拌部材の回転速度が変化する構成としているが、これに限らず撹拌部材６０の回転速度が変化する場合であれば、同様の制御を行うことで同様の効果が得られる。本実施例では２つの画像形成モードを設けており、撹拌部材の回転速度は６０ｒｐｍと、３０ｒｐｍ（半速モード）で回転駆動する。

まず本実施例における撹拌部材の駆動と静電容量の詳細を説明する。上述の、図７、図８を用いた撹拌部材の駆動と静電容量の変化についての説明は、撹拌部材６０が６０ｒｐｍで回転駆動した際の例を説明した。ここでは、撹拌部材６０の回転速度が３０ｒｐｍになった時に起こる現象について説明する。

まず、６０ｒｐｍで駆動する時に比べて、撹拌周期が２倍になる。しかしこの点については、例えば、静電容量の平均値を得るために測定する時間（サンプリング区間）を倍に広げて平均値を計算することで、同じ撹拌部材６０の回転分に相当する出力を得ることができる。

一方で、図８のそれぞれの区間に対応する静電容量が、３０ｒｐｍになるとどのように変化するかについて図７を用いて説明する。

図８におけるＴ１〜Ｔ３の区間については、凡そ静電容量に変化はない。

図８におけるＴ３からＴ４にかけては、撹拌部６０ｂによって持ち上げられたトナーが落下する区間である。ここで、ｔ３〜ｔ４が倍の時間になっているのに対して、トナーの落下速度は変わらない。そのため、６０ｒｐｍの場合と比べて、撹拌部６０ｂは図８中のＴ３により近いところで、最小部Ｘ１に向けてトナーを落下させることになる。そのため、図７のグラフ上は見かけ上トナーが早く落下するような挙動を示し、６０ｒｐｍのｔ３〜ｔ４の静電容量の変化とくらべて、３０ｒｐｍのｔ３〜ｔ４では、よりｔ３に近い部分で静電容量が大きくなるように変化する。

また、図８におけるＴ４からＴ５にかけては、撹拌部６０ｂが空中を移動している区間である。しかし、この区間においても静電容量の変化は僅かであるが微増する。この区間は落下したトナーの沈降が進む区間である。そこでは、ｔ４〜ｔ５が倍の時間になるのに比べてトナーの沈降速度は変わらない。そのため、６０ｒｐｍの場合と比べて、撹拌部６０ｂが図８中のＴ４により近いところで、最小部Ｘ１近傍にトナーが沈降し、密度が高くなる。そのため図７のグラフ上は見かけ上トナーが早く沈降するような挙動を示し、僅かではあるが静電容量が大きくなる。

図８におけるＴ５からＴ１にかけては、撹拌部６０ｂの通過の際に動くトナーが最小部Ｘ１に集められる区間である。そのため、撹拌部材６０の回転速度の影響はないが、Ｔ４からＴ５にかけてトナーの沈降が進んでいる影響を受ける為、僅かではあるが静電容量が大きくなる。

以上のように、撹拌部材の回転速度が６０ｒｐｍから３０ｒｐｍになった際のトナーの状態としては、平均の現像剤密度分布が、下方の密度が高くなる傾向にあり、その結果静電容量が大きくなる方向の出力が得られる。そこで本実施例の特徴である現像剤密度分布補正を行うことで、高精度の現像剤量検知を行うことができる。

図１１は、撹拌部材６０が６０ｒｐｍの場合と３０ｒｐｍで駆動する場合における現像剤量と静電容量変化を表す図である。先に述べた通り、現像剤密度分布の違いにより両者には静電容量の違いが認められる。図１１には、６０ｒｐｍと３０ｒｐｍの静電容量の違いが示されるが、現像剤量によって違いが異なることが分かる。これは例えば現像剤量が十分に多い場合には、領域Ａにおける現像剤量が飽和している状態である為に、撹拌部材６０の速度による影響が小さくなるためである。飽和状態にある場合は、トナー重量が減ってきても撹拌部材６０の速度による変化がない状態が暫く続くが、これを図１１中では領域１と示した。次に飽和状態が解消すると徐々に撹拌部材６０の速度による変化が起こるようになる。この区間を図１１中では領域２とした。次にトナー重量が更に減ると、逆に撹拌部材６０の速度による変化が少なくなるようになる。この区間を図１１中では領域３と示した。これは例えばトナー重量が０ｇの場合は現像剤密度分布そのものがゼロである為に、撹拌部材６０の速度に依る変化が無くなる為である。

また、このとき撹拌部材の回転速度が６０ｒｐｍと３０ｒｐｍの其々の静電容量の差分も図中に示しているが、この差分が必要な補正量を表している。その為、本実施例では現像剤密度分布補正は現像剤量に応じて補正量（補正値Ｍ１）を変えている。すなわち、現像剤量が多い時は補正量が小さく、現像剤量が減るにつれて補正量を大きくし、その後現像剤量がゼロに近づくにつれて補正量を小さくする制御としている。すなわち、この補正で用いる補正値は、現像装置４０の現像剤量が減ると大きくなる補正値であり、補正値が大きくなった後、さらに現像装置４０の現像剤が減ると、小さくなる補正値である。なお、この補正値はメモリ１２０に格納され、回転速度に応じて補正値を参照するようになっている。

実際の補正については、図９を用いて説明する。

（Ｓ１１０）において、メモリ１２０に格納された、ＰＡ率と密度分布補正値の関係を表したテーブルを参照し、撹拌部材６０の回転速度に応じた補正値Ｍ１（密度分布補正値）を決定する。上述したように、現像装置４０内の現像剤量によって、必要な補正値が異なっている。このため、本実施例ではＰＡ率（現像装置４０内の現像剤量）に基づいて、補正値Ｍ１が変動するようなテーブルを用いた。次に（Ｓ１１１）において、この求めた補正値Ｍ１をＰＡ率に乗じて、ＰＡ’率を算出した。これ以外の部分は、図９に示したものと同じ処理を行った。

上記シーケンスによると、現像剤密度分布補正をすることで、撹拌部材の速度による現像密度分布の違いを補正することが可能となり、更なる高精度の現像剤量検知が実現可能となる。

本実施例では、密度分布補正値テーブルから得られる密度分布補正値Ｍ１を用いてＰＡ率を補正しているが、これ以外の方法であっても良い。例えば、予め密度分布補正式を用意しておき、Ｍ１を算出する方法であっても良いし、密度分布補正値や密度分布補正式を元にトナー残量テーブルやＶ３値、または検出結果であるＹ値を補正しても良い。また更に単純化の為に、Ｙ＝０％近傍のみ現像剤密度分布補正を行うことで、現像剤量が少ない領域の高精度化を図ることができる。例えば、Ｙ＝０％近傍に最適化した密度分布補正値を元にトナー残量テーブルやＶ３値、または検出結果であるＹ値を補正することでも実現できる。また、Ｙ＝０％近傍に最適化した密度分布補正値を元にＳ１０６に記載されているδ値を直接補正することでも実現できる。

［実施例２］
本実施例は、撹拌部材６０の回転速度が異なる（撹拌部材６０を異なる速度で回転させる駆動部をもつ）複数種類の画像形成装置の装置本体に対して、プロセスカートリッジ２が共通して着脱可能な例について説明する。本実施例では異なるプロセススピードで動作する画像形成装置本体モデルＡと画像形成装置本体モデルＢの２種類の画像形成装置本体に同一のプロセスカートリッジを挿入可能としている。本実施例では、プロセススピードが異なる為に、モデルＡでは感光ドラム２０が２００ｍｍ／ｓの速度で回転するのに対して、モデルＡでは感光ドラム２０が１００ｍｍ／ｓの速度で回転する。それに伴い、モデルＡは撹拌部材６０が６０ｒｐｍで回転し、モデルＢは撹拌部材６０が３０ｒｐｍで回転する。

なお、本実施例ではプロセススピードが異なる２つのモデルに挿入可能な構成としたが、これに限るものではない。少なくとも撹拌部材６０を駆動する為の画像形成装置本体の駆動伝達手段が異なる駆動伝達速度で駆動することで、撹拌部材６０が異なる速度で駆動すれば良い。例えばモデルＡとモデルＢとでプロセススピードは変わらないが、撹拌部材６０の回転速度のみが異なるような構成であっても良い。

ここで、密度分布補正値は、実施例１で述べた撹拌部材６０の回転速度に応じた補正値Ｍ１と同様のものとなる。

実際の補正については、図９を用いて説明する。

（Ｓ１１０）において、メモリ１２０に格納された、ＰＡ率と密度分布補正値の関係を表したテーブルを参照し、画像形成装置のモデル（撹拌部材６０の回転速度）に応じた補正値Ｍ２（密度分布補正値）を決定する。次に（Ｓ１１１）において、この求めた補正値Ｍ２をＰＡ率に乗じて、ＰＡ’率を算出した。これ以外の部分は、図９に示したものと同じ処理を行った。

上記シーケンスによると、現像剤密度分布補正をすることで、撹拌部材の速度による現像密度分布の違いを補正することが可能となり、更なる高精度の現像剤量検知が実現可能となる。

［実施例３］
本実施例は、実施例においては、使用時の温度、湿度によって変化する流動性起因のトナー密度分布の変化を、前記環境検知手段の検知結果を基に補正することで、検知精度を向上させる例について説明する。

図１に示したように、装置本体１は環境検知部１００を有している。環境検知部１００は、装置本体１に配置され、周囲の温度と湿度（少なくともいずれか一方）を検知するセンサである。

実施例１においても述べたように、最小部Ｘ１近傍のトナーの密度には、領域Ａにおける撹拌された後のトナーの沈降速度と、撹拌部材で持ち上げられたトナーが領域Ａに落ちてくるまでの落下速度が関係する。沈降速度が速いと、ｔ４〜ｔ１にかけて最小部Ｘ１近傍の現像剤量が増える（現像剤の密度があがる）為、静電容量が上がる。また、トナーが、撹拌部材６０で搬送しきれないほど残っている場合においては、搬送されなかったトナーは撹拌部材６０が通過した後も領域Ａに留まる為、ｔ２〜ｔ３の静電容量が上がる。落下速度が速いと、図６のｔ４で検知できる現像剤量が増えるので、ｔ４の静電容量が上がる。

落下速度は、例えばトナーが重く安息角が低いと速くなる。トナーの重さは、例えば磁性体が多く密度が高いトナー、粒径が大きいトナーで重くなる。安息角は、例えば外添剤の粒径大、外添剤の量が多い、球形度が高い、静電的または水架橋の影響で流動性が高くなる。また、撹拌部材６０に対して吸着しやすい仕事関数の関係にある、撹拌部材６０の表面性が粗く接触面積が小さいときに、流動性が低くなる。沈降速度は、例えばトナーが重く、トナーの含む空気の量が少ないと速くなる。トナーの含む空気の量は、例えば前述のトナーの流動性が低い場合に少なくなる。

以上のうち、ユーザーの使用状態によって変動してしまうものを補正することで現像剤量の検知精度をさらに向上させることが出来る。本実施例においては、使用時の温度、湿度によって変化する流動性起因のトナー密度分布の変化を、前記環境検知手段の検知結果を基に補正することで、検知精度を向上させる。

図１２は、以降の説明中に用いる、現像装置４０内の現像剤量に関する領域Ｚ１、領域Ｚ２、領域Ｚ３の状態を示した概略図である。点線が領域Ｚ１のトナー剤面、実線が領域Ｚ２のトナー剤面、太線が領域Ｚ３のトナー剤面である。

図１３は、現像剤量に対する静電容量の推移である。実線は常温常湿環境、破線は高温高湿環境、太線は低温低湿環境を示している。本実施例においては、常温常湿を２３℃／５０％Ｒｈ、高温高湿を３０℃／８０％Ｒｈ、低温低湿を１５℃／１０％Ｒｈとした。各環境で現像剤量に対する静電容量値が異なるのは、環境によりトナーの流動性が変わるためである。例えば、高温高湿下において、水架橋が進むと、撹拌されている時でも比較的トナーの密度が高い状態になる。よって沈降速度も相対的に速くなり、特に領域Ｚ２のような最小部Ｘ１近傍のトナーが常にあるような領域で顕著に高くなる。逆に、低温低湿化においては、水架橋の影響が少なくなってくるので、撹拌されることによりトナー間に含まれる空気が増え流動性が増す。含まれる空気の量が多くなるので、沈降速度は遅くなり、特に領域Ｚ２で顕著に最小部Ｘ１近傍のトナーの密度が相対的に低くなる。このように検知感度の高い最小部Ｘ１近傍のトナーの密度が変わる為、静電容量が変動する。

また、各環境において、静電容量の環境変動分は、領域Ｚ２≫領域Ｚ１＞領域Ｚ３となっている。現像剤量の多い領域Ｚ１においては、領域Ａを撹拌部材６０が通過しても、撹拌部材６０が通過した後に出来たスペースにはトナーが入り、最小部Ｘ１近傍のトナーの密度分布はあまり変わらない。よって、環境が変動してトナーの流動性が変化したとしても、静電容量の変化量としては小さい。現像剤量の少ない領域Ｚ３においては、トナー間に空気を含んで密度が減ったとしても、ほぼすべてのトナーが検知感度の高い最小部Ｘ１近傍にあるため、静電容量の変化の幅は小さくなる。よって、環境が変わってトナーの流動性が変わっても静電容量はあまり変動しない。領域Ｚ１とＺ３の間の領域Ｚ２は、領域Ａを撹拌部材６０が通過直後に、トナー間に空気が含まれ最小部Ｘ１近傍のトナーの密度が大きく変動する。よって、環境により沈降速度に差がある場合は、一番顕著に静電容量が変動する。尚、本実施例においては、現像剤量が３０％で一番環境差が大きくなった。

本実施例においては、外添剤の量が少ない粉砕トナーを用いている為、トナーの親水性が比較的高く、上記のように高温高湿下で流動性が低下した。逆に、例えば外添剤の量を多くし、疎水性を高めていくと高温高湿下の流動性は上がるが、低温低湿下でトリボが上がってしまい静電凝集して流動性が低くなる。このようなトナーの場合は、図１３の破線と太線の関係は逆転するため、後述の補正方向も逆になる。

また、本実施形態においては、領域Ｚ１は１００％≧現像剤量＞４０％、領域Ｚ２は４０％≧現像剤量＞１０％、領域Ｚ３は１０％≧現像剤量≧０％であったが、現像容器の形状、電極対の配置や形状で異なる場合がある。

本実施例に用いられる補正値Ｍ３は、ＰＡ率と環境検知手段１００の検知結果（温度や湿度に基づき、使用されている環境を判断した結果）に基づき、密度分布補正値テーブルを参照して得られる。密度分布補正値テーブルは図１４の通りである。縦軸は、補正値Ｍ３、横軸はＰＡ率である。破線は高温高湿、太線は低温低湿の密度分布補正値テーブルである。本実施形においては、水蒸気量≦５ｇ／ｍ^３を破線の密度分布補正値テーブル、１５ｇ／ｍ^３≦水蒸気量を太線の密度分布補正値テーブルを使用して補正を行う。精度を上げたい場合は、水蒸気量の水準を増やせばよいが、テーブルの容量が増加する為、メモリ１２０に負荷がかかる。効率的に検知精度向上させる為に、本実施例では二つの水準とした。

なお、この補正で用いる補正値Ｍ３も、現像装置４０の現像剤量が減ると大きくなる補正値であり、補正値が大きくなった後、さらに現像装置４０の現像剤が減ると、小さくなる補正値である。

実際の補正については、図９を用いて説明する。

（Ｓ１１０）において、メモリ１２０に格納された、ＰＡ率と密度分布補正値の関係を表した上記テーブルを参照し、使用環境に応じた補正値Ｍ３（密度分布補正値）を決定する。次に（Ｓ１１１）において、この求めた補正値Ｍ３をＰＡ率に乗じて、ＰＡ’率を算出した。これ以外の部分は、図９に示したものと同じ処理を行った。

（上記以外の現像剤量検知精度向上手段）
密度分布補正値テーブルは各ＰＡ率、各温湿度、後述するが各第２の電極４４配置により異なる。全てをメモリ１２０に格納できることが理想だが、容量の観点で出来ないことがある。その場合、例えば一番変動の大きい領域Ｚ２だけ補正するようにしてもよい。少ない容量で精度向上が見込める。具体的には、図１５に示す参照テーブルを使用する。尚、補正範囲外のＰＡ率が得られた時は密度分布補正値を１とする。

また、本実施例においては、環境検知手段１００は温度湿度共に検知しているが、スペースやコストの観点で、温度しか検知しないセンサを使う場合もある。その場合は、例えば帯電ローラ２や転写ローラ７にバイアスを印加し電流量を検知することで抵抗を検知し、その抵抗値から湿度を算出した上で補正を行うこともできる。また、温度、湿度、どちらかしか検出できない場合も、検出可能な情報に基づいて図１４、１５に示したようなテーブルを作成し、補正を行うことができる。

また、図５に示すような大容量のプロセスカートリッジ２の場合、現像剤量に対するＰＡ率の各環境間の変化が異なってくる。これを図１６に示す。実線、破線、太線が対応する環境は、図１３に示したものと同じである。領域Ｚ４は領域Ａ及び領域Ｂにトナーがあり、現像剤量に対してＰＡ率の変化が少ない領域である。領域Ｚ５は領域Ｂのトナーが減っていくため現像剤量に対するＰＡ率の変化が少し出てくる領域である。ただし、現像ローラ４１からは遠い為、ＰＡ率の変化は少ない。領域Ｚ６は領域Ｂのトナーが無くなり領域Ａのトナーが減り始める領域である。現像ローラ４１に近い為、ＰＡ率の変化量は一番大きくなる。環境変動は、上述の通り領域Ａのトナーの密度分布の影響が大きい為、領域Ｚ６の変動が大きくなる。現像剤量に対する環境起因のＰＡ率の変動量が異なる為、密度分布補正値テーブルは異なるものを使用する必要がある。

例えば各プロセスカートリッジにメモリ１２０を配置し、トナー充填量や第２の電極４４の配置、数や形状毎に異なる残検テーブル、密度分布補正値テーブルを格納する。そうすることで、トナー充填量の異なるプロセスカートリッジ２を装着した場合においても、精度良く現像剤量を報知することが出来る。

＜比較例１の構成＞
比較例１の構成は、密度分布補正値テーブルを有さず、環境により静電容量値が変動してしまう構成となっている。

＜本実施例の構成と比較例１の構成における残検精度比較＞
現像剤量に対するＰＡ率の推移を図１７に示す。横軸は現像剤量、縦軸はＰＡ率、実線は本実施例の構成（補正あり）と常温常湿における比較例１（補正なし）の推移、太線は低温低湿における比較例１の推移、破線は高温高湿における比較例１の推移である。比較例１の構成においては、環境によっては実際の現像剤量とは異なる現像剤量を報知していた。一方、実施例１の構成においては、どの環境においても精度良く報知が出来た。

［実施例４］
本実施例は、実施例１に対して密度分布補正を行う際の検知手段が、環境検知手段１００ではなく劣化予測部１１０となる例を説明する。

＜本体構成＞
図１に示したように、装置本体１は、劣化予測部１１０を有している。本実施例における劣化予測部１１０は、現像ローラ４１の回転数からトナーの劣化具合を予測するものである。

＜劣化予測と現像剤量検知の関係＞
図１８は、現像ローラ４１の回転数とトナーの流動性との関係を示している。横軸は現像ローラ４１の回転数、縦軸はトナーの凝集度である。トナーの凝集度は、１００μｍ開口のメッシュの上に現像ローラ４１近傍のトナーを２ｇ乗せ、振幅２ｍｍ５０Ｈｚで振動させた後、メッシュ上に残ったトナーの重さを測定した。回転数が多くなると、凝集度が上がっていくのが判る。これは、回転数が増えると、トナーが現像ブレード４２で規制される回数が増える。現像ブレード４２で規制される際、高い圧力で摺擦される為、トナーは外添剤が剥がれる又は外添剤が母体に埋め込まれて劣化が促進される。このように劣化が促進すると、トナーの流動性が低下してくる。流動性が低下してくると、現像ブレード４２近傍に送りこむ現像剤量が減って現像ローラ４１表面にあるトナーの量が減る。トナーが減ると、規制部においてトナー１粒にかかる圧が増えていく為、さらに劣化が促進される。よって、図１８より、現像ローラ４１の回転数が判ればトナーの凝集度即ち劣化具合が予測できるのである。

本実施例の構成において、トナーの流動性が変わると上述の通り現像剤検知部７０による検知結果がずれてしまう。図１９は、印字率を変えた場合の現像剤量とＰＡ率との関係である。横軸は現像剤量、縦軸はＰＡ率となっている。実線は印字率５％、破線は印字率１％、太線は印字率３０％となっている。領域Ｚ１〜領域Ｚ３は実施例３と同じである。印字率が下がっていくと、現像剤量に対するＰＡ率が上がっていく。これは、同じ現像剤量においても、規制部通過する回数が多くなり、トナーの劣化が促進された状態でトナーを消費している為、トナーの流動性が下がり、最小部Ｘ１近傍のトナー密度が上がっていくためである。領域Ｚ２の影響が大きいのも、トナーの流動性がかわり、実施例１等と同様のことが起こっているためである。

本実施例で用いる補正値Ｍ４は、現像剤の劣化具合に関する補正に用いる現像剤の密度分布補正値（トナー劣化補正値）である。劣化予測部１１０で検知した現像ローラ４１の回転数を基に、メモリ１２０に格納されているトナー劣化補正値テーブルを参照して得られる。図２０は、トナー劣化補正値テーブルである。横軸はＰＡ率、縦軸はトナー劣化補正値Ｒである。破線は現像ローラ４１の回転数が少ない場合のトナー劣化補正値テーブルであり、本実施例においては回転数＜１９２０００の場合の補正に用いる。太線は現像ローラ４１の回転数が多い場合のトナー劣化補正値テーブルであり、回転数≧２９６０００の場合の補正に用いる。

精度を上げたい場合は、回転数閾値の水準を増やせばよいが、テーブルの容量が増加する為、メモリ１２０に負荷がかかる。効率的に検知精度向上させる為に、２水準とした。

なお、この補正で用いる補正値Ｍ４も、現像装置４０の現像剤量が減ると大きくなる補正値であり、補正値が大きくなった後、さらに現像装置４０の現像剤が減ると、小さくなる補正値である。

実際の補正については、図９を用いて説明する。

（Ｓ１１０）において、メモリ１２０に格納された、ＰＡ率と密度分布補正値の関係を表したテーブルを参照し、現像ローラ４１の回転数に応じた補正値Ｍ４を決定する。次に（Ｓ１１１）において、この求めた補正値Ｍ４をＰＡ率に乗じて、ＰＡ’率を算出した。これ以外の部分は、図９に示したものと同じ処理を行った。

＜上記以外の現像剤量検知精度向上手段＞
本実施例においては、トナー劣化具合予測手段で現像ローラ４１の回転数をカウントしているが、スキャナユニット３０の累積露光時間に基づいたものであっても良い。露光時間が少なければ、印字率が低く、同じ現像剤量が消費された時に現像ブレード４２で摺擦される回数が増え、劣化が促進されてしまうためである。また、直近の累積露光時間を考慮すれば、トナー劣化の予測精度の向上が見込める。直近の累積露光時間が少ない場合の現像ローラ４１上のトナーは、累積露光時間が多い場合の現像ローラ４１上のトナーに比べて、入替りが少ない為に規制部における摺擦回数が多くなり劣化が促進される。そのトナーが領域Ａに戻った場合、そのトナーを消費するまで領域Ａにおけるトナーの流動性が低くなり、静電容量値が大きくなる。よって、直近の累積露光時間が少ない場合はトナー劣化補正値を静電容量値が少なくなる方向に設定し、逆に直近の累積露光時間が多い場合はトナー劣化補正値を静電容量値が大きくなる方向に設定する。そうすることでトナー劣化予測精度が向上し、残量検知精度の向上が見込める。

さらに、現像ローラ４１の回転数とスキャナユニット３０の累積露光時間の両方を用いて劣化予測を行うことで、より残量検知精度の向上が見込める。これは、現像ローラ４１の回転数が多くなると、現像ローラ４１のトナーの搬送性が低下し、現像ローラ４１上の単位面積当たりの現像剤量が低下する。規制部を通過する現像剤量が減るのでトナー一粒に対する圧力が上がり、累積露光時間に依らず、トナー劣化を相対的に促進してしまうためである。

容器形状の異なるプロセスカートリッジ２が装着される場合には、メモリ１２０をプロセスカートリッジ２に配置し、各形状に最適化したトナー劣化補正値テーブルを格納することで、残量検知精度の向上を見込める。

また、領域Ｚ１及び領域Ｚ３のトナー劣化に対する変動が少ない場合、メモリ１２０の容量負荷軽減の観点で、トナー劣化補正値テーブルのＺ１及びＺ３に相当する部分は格納しないようにもできる。その場合、領域Ｚ１及びＺ３におけるＭ４を全て１にすることで、効率的に残量検知精度の向上が見込める。

＜比較例２の構成＞
比較例２の構成は、トナー劣化補正値テーブルを有さず、トナーの劣化具合によりＰＡ値が変動してしまう構成となっている。

＜本実施例の構成と比較例２の構成における残検精度比較＞
現像剤量に対するＰＡ率の推移を図２１に示す。横軸は現像剤量、縦軸はＰＡ率、実線は本実施例と比較例２の印字率５％の推移、太線は印字率３０％における比較例２の推移、破線は印字率１％における比較例２の推移である。比較例２の構成においては、トナーの劣化具合によっては実際の現像剤量とは異なる現像剤量を報知していた。一方、実施例２の構成においては、トナーの劣化具合に依らず精度良く報知が出来た。

以上実施例１から４で示したように、現像剤密度分布の補正を行うことにより、より精度の高い現像剤量検知を行うことができた。上記実施例では撹拌部材６０の速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合に応じた補正の例を示した。必要に応じて、複数の要因の補正を同時に行っても良く、その場合は単独の要因の補正よりも、精度の高い現像剤量検知が期待できる。

また、画像形成装置の装置本体１に、第１の電極４３、第２の電極４４の配置もしくは形状、それら電極対の数、または枠体４０ａに充填される現像剤の量や種類のうち、少なくとも一つが異なる複数種類の現像装置４０を着脱可能とすることもできる。この場合、上述したような補正値は、１の電極４３、第２の電極４４の配置もしくは形状、それら電極対の数、または枠体４０ａに充填される現像剤の量や種類によって最適化した異なるものとすることが望ましい。そして、そのような補正値をメモリ１２０に記憶させておくことで、現像剤検知の精度をさらに向上させることができる。

１ 装置本体
２ プロセスカートリッジ
２０ 感光ドラム
４０ 現像装置（現像剤収納部）
４０ａ 枠体
４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３、４０ａ４ 内壁部（傾斜面）
４０ｂ 仕切り壁
４０ｃ 開口
４１ 現像剤担持体（現像ローラ）
４２ 層厚規制部材（現像ブレード）
４３ 第１の電極
４４ 第２の電極
４６ 現像室
４７ 現像剤室
６０ 撹拌部材
６０ａ 回転中心
７０ 現像剤検知部
１００ 環境検知部
１１０ 現像剤劣化予測部（劣化予測部）
１２０ 記憶部（メモリ）
Ｔ トナー
Ｍ 現像剤の密度分布の補正値
Ｘ１ 最小部
Ｘ２ 遠隔部
Ｙ１ 最小部
Ｙ２ 遠隔部

Claims (17)

1. 現像剤を収納する現像剤収納室と、現像室と、前記現像剤収納室と前記現像室の間を仕切る仕切り壁であって開口が設けられた仕切り壁と、を備え、前記開口によって前記現像剤収納室と前記現像室とが連通している枠体と、前記現像剤収納室に設けられ回転して現像剤を撹拌する撹拌部材と、前記現像室に設けられ、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤収納室の内側の壁面に前記撹拌部材の回転方向に間隔をあけて配置された第１の電極及び第２の電極を含む電極対と、を有する現像剤収納部と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の間の静電容量に応じた電圧出力値を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記電圧出力値から前記現像剤収納部の現像剤量を取得する制御部と、
   を有する画像形成装置において、
   前記第１の電極と前記第２の電極を前記撹拌部材の回転軸線の方向に見ると、前記間隔の最小部を構成する前記第１の電極の一端及び前記第２の電極の一端が前記撹拌部材の回転軸線及び前記仕切り壁の前記開口よりも下方にあり、前記最小部よりも大きい前記間隔の遠隔部を構成する前記第１の電極の他端及び前記第２の電極の他端が前記最小部よりも上方にあるように配置され、
   前記制御部は、前記検出部で検出した前記電圧出力値から前記現像剤量を取得するときに、前記電圧出力値に対して前記撹拌部材の回転速度、周囲の温度、周囲の湿度、現像剤の劣化具合のうち、少なくともいずれか一つに基づく補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、
   第１の現像剤量よりも少ない第２の現像剤量と、前記第１の現像剤量よりも少なく、か
   つ前記第２の現像剤量よりも多い第３の現像剤量を取得可能であって、
   前記第１の現像剤量に対応する前記電圧出力値を第１の基準値とし、前記第２の現像剤量に対応する前記電圧出力値を第２の基準値とし、前記第２の基準値と前記第１の基準値の差分を第１の差分とし、前記第３の現像剤量に対応する前記電圧出力値と前記第１の基準値との差分を第２の差分とし、
   前記制御部は、前記第１の差分に対する前記第２の差分に基づいて前記第３の現像剤量を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補正は、前記第１の差分に対する前記第２の差分の割合を変動させる補正であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１の電極が配置される前記現像剤収納室の前記壁面の領域と前記第２の電極が配置される前記現像剤収納室の前記壁面の領域は、いずれも前記最小部に対して水平方向に離れる方向、かつ上方に向かう方向に傾斜している傾斜面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記傾斜面は曲面であり、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記曲面に沿って前記
   曲面と接触していることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記撹拌部材は、前記傾斜面に現像剤を落下させる部材であることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
7. 前記撹拌部材は、前記最小部を通過するように回転する撹拌部材であることを特徴とす
   る請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記撹拌部材は、前記最小部から露出する前記枠体の壁面と摺擦する撹拌部材であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 重力方向に見ると、前記撹拌部材の回転軸線の位置は、前記最小部の位置と重なってい
   ることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記第１の電極と前記第２の電極は、導電性樹脂から成るシート部材であることを特徴
    とする請求項１から９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
11. 前記シート部材は、前記枠体に対して一体的に成形されているシート部材であることを
    特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記補正が、前記回転速度に基づく補正を含み、前記撹拌部材が複数の回転速度で回転
    可能であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
13. 前記補正が、前記周囲の温度または前記周囲の湿度に基づく補正を含み、温度または湿
    度の少なくともいずれか一方を検知する環境検知部を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
14. 前記検出部は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量と、前記第１の電極と前記現像剤担持体との間の静電容量と、に応じた前記電圧出力値を検出可能であることを特徴とした請求項１に記載の画像形成装置。
15. 前記補正が、前記現像剤の劣化具合に基づく補正を含み、現像剤の劣化具合を予測する
    劣化予測部を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の画像形成
    装置。
16. 前記補正に用いる補正値を記憶した記憶部を有し、前記補正値は、前記現像剤収納部の
    現像剤量が減少すると大きくなる補正値であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
17. 前記補正値は、前記補正値が大きくなった後、さらに前記現像剤収納部の現像剤量が減
    少すると、小さくなる補正値であることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。

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