JP7116913B2 - 粉体補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体補給装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、一対の電極を有し、一対の電極間の静電容量に基づいて粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知装置が知られている。

特許文献１には、上記粉体量検知装置として、箱型の粉体容器の内壁面に一対の平板電極を平行に設けたものが記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の粉体量検知装置では、正確な粉体量の検知を行なえないおそれがあった。

上述した課題を解決するために、本発明は、並べて配置された複数の粉体容器と、粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知手段が前記複数の粉体容器に応じて設けられた粉体補給装置であって、各粉体量検知手段は、前記粉体容器の外側で、前記粉体容器を挟んで平行に配置された一対の平板電極を有し、前記一対の平板電極間の静電容量に基づいて粉体容器内の粉体量を検知し、前記複数の粉体容器の間に電気的に接地された接地電極が配置されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、正確な粉体量検知を行なうことができる。

本実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの概略構成を示す模式図。 四つの作像部のうちの一つの概略構成を示す模式図。 四つのトナー補給装置のうちの一つを示す模式図。 図３のＡ－Ａ断面図。 トナー容器収容部にトナー容器が設置された状態を示す概略斜視図。 トナー容器内のトナー量と静電容量との関係の一例を示す図。 平板電極のトナー容器の全長に対する割合を替えて、トナー容器内のトナー量と静電容量との関係を調べたグラフ。 検量線の一例を示すグラフ。 一対の電極をトナー容器の外周面に沿った円弧状にした例を示す概略断面図。 一対の電極を円弧状にした場合の不具合に説明する概略断面図。 平行平板電極の外側にグランド電極を設けた例を示す概略断面図。 隣り合うトナー容器の間をグランド電極で仕切った例を示す概略断面図。 平行平板電極を、トナー容器を挟んで上下方向に配置した場合と、平行平板電極を、トナー容器を挟んで左右方向に配置した場合との電気力線を示す図。 複数の平行平板電極対で、トナー容器のほぼ全体を覆うようにした例を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置であるプリンタ１００の概略構成を示す模式図である。
プリンタ１００のトナー容器収容部７０には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した四つの粉体収納容器としてのトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が着脱自在（交換自在）に設置されている。トナー容器収容部７０の下方には中間転写ユニット１５が配設されている。その中間転写ユニット１５の中間転写ベルト８に対向するように、各色に対応した作像部６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が並設されている。また、トナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の下方には、それぞれ、トナー補給装置６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が配設されている。そして、トナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に収容されたトナーは、それぞれ、トナー補給装置６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）によって、作像部６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像装置（粉体使用部）内に供給（補給）される。

各色に対応した四つのトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、作像部（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）及びトナー補給装置６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、使用するトナーの色が異なる点以外は同様の構成となっている。このため、以下の説明及び図面では、使用するトナーの色を示す「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」という添字は適宜省略して説明する。

図２は、四つの作像部６のうちの一つの概略構成を示す模式図である。
作像部６は、感光体１と、感光体１の周囲に配設された帯電部４、現像装置５（現像部）、クリーニング部２、除電部等で構成されている。そして、感光体１上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、感光体１上に各色の画像が形成されることになる。

感光体１は、駆動モータによって図２中の時計方向に回転駆動する。そして、帯電部４の位置で、感光体１の表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体１の表面は、露光装置７から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。その後、感光体１の表面は、現像装置５との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。その後、感光体１の表面は、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ９と対向する一次転写部で、感光体１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（一次転写工程）。各色の感光体１上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写することで、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

一次転写部を通過した感光体１の表面上には、僅かながら未転写トナーが残存する。その後、感光体１の表面は、クリーニング部２との対向位置に達して、感光体１上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、感光体１の表面は、除電部との対向位置に達して感光体１上の残留電位が除去される。

中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８、四つの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、二次転写バックアップローラ１２、複数のテンションローラ、中間転写クリーニング部等で構成される。中間転写ベルト８は、複数の張架ローラによって張架、支持されるとともに、ローラ部材のうちの二次転写バックアップローラ１２の回転駆動によって、図１中の反時計周り方向に無端移動する。四つの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）との間に挟み込んで一次転写ニップを形成している。

そして、一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。中間転写ベルト８は、矢印方向に走行して、それぞれの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の一次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて一次転写される。

各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、二次転写ローラ１９と対向する二次転写部に達する。二次転写部では、二次転写バックアップローラ１２と二次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで二次転写ニップを形成する。中間転写ベルト８上に形成された四色のトナー像は、この二次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト８は、中間転写クリーニング部の位置に達し、中間転写ベルト８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

二次転写ニップの位置に搬送される記録媒体Ｐは、装置本体の下方に配設された給紙部２６から、給紙ローラ２７やレジストローラ対２８等を経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部２６には記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ２７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給送される。レジストローラ対２８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対２８のローラニップで一旦停止する。そして、中間転写ベルト８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが二次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

二次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト及び加圧ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置外に排出された記録媒体Ｐは、出力画像として、スタック部３０上に順次スタックされる。こうして、プリンタ１００における一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、作像部における現像装置の構成及び動作について、さらに詳しく説明する。
現像装置５は、図２に示すように、ドラム状の感光体１に対向する現像ローラ５１、現像ローラ５１に対向するドクターブレード５２、第一現像剤収容部５３及び第二現像剤収容部５４内に配設された二つの搬送スクリュー５５を備える。さらに、第一現像剤収容部５３の現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ５６を備える。現像ローラ５１は、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部（５３，５４）内には、キャリアとトナーとからなる二成分の現像剤Ｇが収容されている。第二現像剤収容部５４は、その上方に形成された開口を介してトナー落下搬送経路６４に連通している。

現像ローラ５１のスリーブは、図２の矢印方向（反時計周り方向）に回転駆動する。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ５１上に担持された現像剤Ｇは、スリーブの回転にともない現像ローラ５１上を移動する。現像装置５内の現像剤Ｇは、現像剤中のトナーの割合（トナー濃度）が所定の範囲内になるように調整される。現像装置５内のトナー消費に応じて、トナー容器３２に収容されているトナーが、トナー補給装置６０を介して第二現像剤収容部５４内に補給される。トナー補給装置の構成、動作については、後で詳しく説明する。

第二現像剤収容部５４内に補給されたトナーは、二つの搬送スクリュー５５によって、現像剤Ｇとともに混合、攪拌されながら、二つの現像剤収容部（５３，５４）を循環する。そして、現像剤Ｇ中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ５１上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ５１上に担持される。現像ローラ５１上に担持された現像剤Ｇは、図２中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード５２の位置に達する。

そして、現像ローラ５１上の現像剤Ｇは、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体１との対向位置（現像領域）まで搬送され、現像領域に形成された電界によって感光体１上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ５１上に残った現像剤Ｇはスリーブの回転にともない第一現像剤収容部５３の上方に達して、この位置で現像ローラ５１から離脱される。

次に、トナー補給装置６０及びトナー容器３２について詳述する。
図３は、四つのトナー補給装置６０のうちの一つを示す模式図である。また、図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。また、図５は、トナー容器収容部７０にトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が設置された状態を示す概略斜視図である。

プリンタ１００のトナー容器収容部７０に設置されたトナー容器３２内のトナーは、各色の現像装置５内のトナー消費に応じて、トナー色ごとに設けられたトナー補給装置６０によって適宜に各色の現像装置５内に補給される。

プリンタ１００本体のトナー容器収容部７０に対して、トナー容器３２を図５中の矢印「Ｑ」の方向へ移動することで、トナー容器収容部７０にトナー容器３２を装着する。

トナー容器３２は、図４に示す２つのガイド部７２に支持されている。トナー容器３２は、略円筒状のトナーボトルであって、主として、トナー容器収容部７０に非回転で保持されるキャップ３４と、ギヤ３３ｃが一体的に形成された容器本体３３と、で構成される。容器本体３３は、キャップ３４に対して相対的に回転可能に保持され、ギヤ３３ｃがトナー補給装置６０の駆動出力ギヤ８１とかみ合う構成である。駆動モータ９１が駆動出力ギヤ８１を回転させることにより、容器本体３３のギヤ３３ｃに駆動を伝達し、容器本体３３がガイド部７２に外周面がガイドされながら容器本体３３が回転駆動する。

容器本体３３が回転することで、容器本体３３の内周面に螺旋状に形成された螺旋状突起３３１によって、容器本体３３の内部に収容されたトナーが容器本体３３の長手方向に沿って図３中の左側から右側へ搬送される。搬送されたトナーは、トナー容器３２から排出され、トナー補給装置６０のホッパ部６１内にトナーが供給される。すなわち、駆動モータ９１によってトナー容器３２の容器本体３３が適宜に回転駆動されることで、ホッパ部６１にトナーが適宜に供給される。各色のトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、それぞれ、寿命に達したとき（収容するトナーがほとんどすべて消費されて空になったとき）に新品のものに交換される。

図３に示すように、トナー補給装置６０は、トナー容器収容部７０、ホッパ部６１、トナー搬送スクリュー６２、駆動モータ９１等で構成されている。ホッパ部６１には、トナー容器３２から供給されたトナーが貯留されており、トナー搬送スクリュー６２が配設されている。

トナー濃度検知センサ５６（図２参照）の検知結果に基づいて現像装置５内のトナー濃度が低下したことを制御部が検知すると、トナー搬送スクリュー６２を回転させて、所定時間回転させて現像装置５Ｙへのトナー補給を行う。トナー搬送スクリュー６２を回転することによってトナーの補給を行っているため、トナー搬送スクリュー６２の回転数を検出することで、現像装置へのトナー供給量を精度良く算出することもできる。

ホッパ部６１の壁面には、ホッパ部６１に貯留されたトナーが所定量以下になったことを検知するトナーエンドセンサが設置されている。トナーエンドセンサとしては、圧電センサ等を用いることができる。トナーエンドセンサによってホッパ部６１に貯留されたトナーが所定量以下になったことが検知（トナーエンド検知）されると、駆動モータ９１が駆動する。そして、トナー容器３２の容器本体３３を所定時間回転駆動してホッパ部６１へのトナー補給を行う。

本実施形態では、ホッパ部６１を設けて、トナー容器３２から排出されたトナーを一時貯留しているが、トナー容器３２から排出されたトナーを、ダイレクトに現像装置５へ供給してもよい。

従来から、トナー容器３２のトナー残量を予測しユーザーに通知等を行っているものが知られている。トナー容器３２のトナー残量を予測する方法としては、トナー搬送スクリュー６２の累積駆動時間から予測する方法がある。トナー搬送スクリュー６２のトナー搬送量はほぼ回転角度（回転時間）に比例するため、トナー搬送スクリュー６２の総回転時間を記録していけばトナーの使用量がわかり、トナー容器３２の初期充填量から減算すれば、トナー残量が分かる。しかしながら、トナー搬送スクリュー６２の搬送量は、環境、駆動時間、補給頻度（補給間隔）等によってばらつくため、トナー残量予測もばらつきが大きい。

また、別のトナー容器３２のトナー残量を予測する方法としては、出力画像パターンによる予測する方法がある。プリント出力される画像に対して使用するトナー量は（画像面積当たりの感光体に付着するトナーほぼ一定）は算出可能であるため、累積の画像面積が分かれば使用トナー量がわかる。この方法においても、感光体に付着するトナーが種々の誤差によってばらつくため正確なトナー残量の把握は難しい。

特許文献１では、箱型のトナー容器の上下内壁面に電極を配置してトナー量の静電容量値を計測して、トナー容器の残量を測定しているが、以下の課題及び懸念がある。すなわち、トナー容器３２の内壁面に電極を設けているため、電極にトナーが固着（振動などの軽微な力では、剥がれないで残る）するおそれがある。環境条件などにより電極に多くのトナーが固着すると、例えば、トナー容器３２のトナーが無くなっているにも係わらず、まだトナーがあるといった誤検知が生じるおそれがある。

またトナー容器３２の内部に電極が設置されているため、トナー容器３２のコストが高くなり、ランニングコストが上昇するという懸念もある。また、高温環境下において、トナー容器３２が熱膨張すると、電極間の距離が変動してしまう。その結果、トナー量に応じた静電容量が変化してしまい、正確な残量を検知できないおそれがある。

さらに、装置本体に対して着脱自在に設けられるトナー容器の電極に電力を供給するには、トナー容器の外周面に一周に亘って被接続部を設け、装置本体にこの被接続部に接触する板バネ状の接続部を設ける必要があり、余計なコストがかかる。また、トナー容器３２の回転により被接続部の表面と接続部との摺擦による摩耗などにより電気抵抗値が変化するおそれがある。電気抵抗値が変化すると、トナー量に応じた静電容量が変化してしまい、正確な残量を検知できないおそれがある。

また、特許文献１においては、トナー容器３２のトナー排出口付近に一対の電極を配置し、排出口付近のトナー量を静電容量に基づいて検知して、トナー容器の残量を推定している。しかし、トナーは粉体であり、液体とは異なりトナー容器内で偏在する。その結果、排出口付近の静電容量からトナー容器の残量を予測する特許文献１に記載の方法では、正確な残量を検知できないおそれがある。

また、トナー容器３２の外側であって、トナー容器３２の下方にトナー容器３２に対して所定の間隔を開けて並べて配置された一対の電極によってトナー容器内の静電容量を測定し、トナー容器内のトナー残量を検知するものも知られている。しかし、トナー容器３２の形状誤差やトナー容器３２の回転時偏心等により、電極とトナー容器の距離が変動するおそれがある。トナー容器３２の下方にトナー容器３２に対して所定の間隔を開けて並べて一対の電極を配置して静電容量を検知する方法だと、電極とトナー容器との距離がばらつくと静電容量値もばらつき、正確な残量を検知できないおそれがある。

そこで、本実施形態では、図３、図４に示すように、トナー容器３２の外側から１対の平行平板電極６５、６６で挟む構成とし、一対の平行平板電極６５、６６でトナー容器３２のほぼ全体を覆うようにした。具体的には、平行平板電極の短手方向長さ（図４の左右方向の長さ）は、トナー容器３２の直径よりも長くしており、平行平板電極の長手方向長さ（図３の左右方向長さ）は、トナー容器の長さの半分以上としている。

平行平板電極６５は、トナー容器３２の上方からトナー容器３２と対向する装置本体の上壁面に両面テープなどで固定されており、平行平板電極６６は、トナー容器３２の上方からトナー容器３２と対向する装置本体の上壁面に両面テープなどで固定されている。平行平板電極６５,６６は、任意の導電性部材でよく本実施例では鉄製の板材である。

一対の平行平板電極６５,６６の大きさは同一である。一対の平行平板電極６５,６６の大きさを同一にすることで、平行平板電極間の電気力線の密度がばらつくのを抑制することができ、トナー容器３２のトナーの偏在によって、同一のトナー量でも静電容量が異なるのを抑制することができる。

各平行平板電極６５、６６は、静電容量検出回路に接続されている。静電容量検出回路から一対の平行平板電極６５,６６に電力が印加されることで、平行平板電極間の静電容量が検出される。

静電容量の検出方法は一般的な方法でよく、本実施形態では充電法（定電圧または定電流を電極間に印加し、充電到達ポイントの時間と電圧または電流の関係から静電容量を測定する）により検出した。

静電容量検出回路１１１で検出した検出結果は、トナー残量算出回路１１２に送られ、検出された静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量が算出される。検出される静電容量は平行平板電極間の誘電率により変化する。トナーは、空気よりも誘電率が高い。従って、平行平板電極間の電界の範囲のトナー量によって誘電率が変化する。よって、外側から１対の平行平板電極６５、６６により挟まれたトナー容器３２のトナー量によって静電容量が変化する。これにより、静電容量を検出することで、トナー容器３２のトナー量を算出することができる。

本実施形態では、トナー残量算出回路１１２は、記憶部１１３に記憶されている予め求めた静電容量とトナー量との関係を示す検量線と、静電容量検出回路１１１で検出した静電容量とに基づいてトナー容器内のトナー残量を算出する。また、トナー容器周辺の温度を検知する温度センサ１１４を備え、この温度センサ１１４の検知結果に基づいて算出したトナー残量を補正する。そして、トナー残量算出回路１１２で求められたトナー残量を表示部１１５に表示する。

このように、本実施形態では、平行平板電極６５、６６、静電容量検出回路１１１、トナー残量算出回路、記憶部１１３、温度センサ１１４、表示部１１５などにより粉体量検知装置が構成される。

本実施形態では、平行平板電極を、トナー容器３２の外側に設けることで、平行平板電極にトナーが固着するのを抑制することができ、正確なトナー残量を検出することができる。さらに、トナー容器３２の部品点数を削減することができ、トナー容器３２のコストダウンを図ることができる。さらに、トナー容器３２の熱膨張の影響を受けることがなく、高温環境下でも正確なトナー残量を検出することができる。

また、１対の平行平板電極６５、６６でトナー容器３２を挟む構成とすることで、トナー容器の形状誤差や、トナー容器の回転偏心の影響で静電容量が変化することがなく、正確なトナー残量を検出することができる。

また、本実施形態では、一対の平行平板電極６５、６６でトナー容器３２のほぼ全体を覆っている。これにより、トナー容器内のトナーほぼ全部が１対の電極間の電気力線（電界）に含まれるため、トナー容器内でトナーの偏在があっても、正確にトナー容器内のトナー残量を把握することができ、ユーザーに正確なトナー容器の残量を、報知することができる。

図６は、トナー容器内のトナー量と静電容量との関係を示す一例である。
図６に示すように、トナー容器内のトナー量と静電容量との関係はほぼ線形の関係となる。これにより、静電容量に基づいてトナー容器の残量を正確に計算することができる。

図７は、平板電極のトナー容器３２の全長に対する割合を替えて、トナー容器内のトナー量と静電容量との関係を調べたグラフである。
この図から明らかなように、平行平板電極のトナー容器の全長に対する割合が高くなるほど、トナー容器内のトナー残量が多いときの感度が高い（トナー量の変化に対する静電容量の変化が大きい）結果が得られた。また、図７からわかるように、電極の割合が２５％のものは、トナー残量が多いときの感度が悪く、精度のよい残量検知ができないおそれがある。従って、図７からわかるように、トナー容器３２の全長に対する平板電極の長さの割合は、５０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上が好ましい。このように、トナー容器３２の全長に対する平板電極の長さの割合を、５０％以上にすることで、トナー容器の残量が多いときから少ないときまで、トナー容器内の残量を精度よく検出することができる。

また、組み付け誤差などにより、平行平板電極間の距離が装置毎に異なるおそれがある。よって、本実施形態においては、図８に示すような検量線を求める検量線算出モードを有しており、工場出荷前にこの検量線算出モードを実行して検量線を求め、記憶部１１３に記憶する。この検量線算出モードは、画像形成装置の操作表示部で、特定の操作を行なうことで実行することができる。

検量線算出モードを実行すると、制御部は、まず、操作表示部に空のトナー容器３２をトナー容器収容部７０にセットする旨を表示する。作業者は、空のトナー容器３２をトナー容器収容部７０にセットしたら、操作表示部を操作（例えば、「スタート」ボタンを押す）して、静電容量の測定を実行させる。制御部は、空のトナー容器３２の静電容量を計測したら、操作表示部に満タンのトナー容器３２をトナー容器収容部７０にセットする旨を表示する。作業者は、満タンのトナー容器３２をトナー容器収容部７０にセットしたら、操作表示部を操作して静電容量の測定を実行させる。制御部は、満タンのトナー容器３２の静電容量を計測したら、空のトナー容器３２の静電容量と満タンのトナー容器３２の静電容量とから検量線を求め、記憶部１１３に記憶する。この検量線算出モードは、Ｙ,Ｍ,Ｃ,Ｋについて行なう。また、トナー容器３２が無いときの静電容量と、満タンのトナー容器の静電容量とから検量線を求めてもよい。

また、本実施形態では、トナー容器周辺の温度を温度センサで検知し、温度センサの検知結果に基づいてトナー量を補正している。これは、平行平板電極６５,６６が固定されている部材（上壁面６７を構成する部材や下壁面６８を構成部材）の熱伸縮により平行平板電極間の距離が変動し、静電容量が変化するからである。一例としては、高温時の補正係数αと低温時の補正係数βを記憶部１１３記憶しておき、温度センサで検出した温度が、規定の第１閾値以上のときは、算出したトナー残量に高温時の補正係数αを乗算してトナー残量を補正する。また、温度センサで検出した温度が、上記第１閾値よりも低い第２閾値以下のときは、算出したトナー残量に低温時の補正係数βを乗算してトナー残量を補正する。これにより、環境温度によるトナー残量の算出誤差を抑制でき正確なトナー残量を求めることができる。

なお、上述では、算出したトナー残量を温度に応じて補正しているが、検出した静電容量を温度に応じて補正してもよい。

また、本実施形態では、一対の電極を平行平板としている。平行平板とすることで、図９に示す一対の電極をトナー容器の外周面に沿った円弧状にした場合に比べて、正確なトナー残量を検知することができる。

図１０は、一対の電極を円弧状にした場合の不具合に説明する概略断面図である。
トナー容器３２内のトナーＴはトナー容器の回転軸方向と直交する断面において、図１０（ａ）に示すように偏在したり、偏在していなかったりと様々な形を取りうる。一対の電極を円弧状とした場合、図１０（ｂ）に示すように、電極端部間の距離が、電極中央部間の距離よりも短くなる。その結果、電極端部のＡ領域の電気力線の密度が、電極中央のＢ領域の電気力線の密度よりも高くなる。これにより、トナーの高さが図中左右方向で同じ高さであっても、電気力線の密度が高いＡ領域の静電容量と電気力線の密度が低いＢ領域の静電容量とが異なる。その結果、トナーが偏在するときと一様に存在するときとで、同じトナー量でも、静電容量が異なってしまい、正確なトナー量を検知することができないおそれがある。

これに対し、本実施形態のように、一対の電極を平行平板とすることで、電極間の電気力線を均一にできる。トナーが偏在するときと一様に存在するときとで、静電容量が異なることがなく、正確にトナー量を検出することができる。

図１１は、平行平板電極の外側にグランド電極を設けた例を示す概略断面図である。
図１１に示すように、一対の平行平板電極は、絶縁性部材６９を介して、各壁面６７,６８に取り付けられている。そして、上壁面６７を構成する部材および下壁面６８を構成する部材が、アースに落とされており、グランド電極となっている。

図１に示すようにトナー容器３２の下方には、感光体や帯電装置、中間転写体などが配置されており、これらの影響で静電容量が変動するおそれがある。下壁面６８を構成する部材をアースに落としてグランド電極とすることで、感光体や帯電装置、中間転写体などからの電気的ノイズをカットすることができる。

また、トナー容器３２の上方には、印刷された記録紙や操作パネルなどが配置されており、また、人の手も置かれる場合があり、これらの影響で静電容量が変動するおそれがある。上壁面６７を構成する部材をアースに落としてグランド電極とすることで、これらの電気的なノイズをカットすることができる。

これにより、電気的なノイズにより、静電容量が変化するのを抑制することができ、正確にトナー量を検出することができる。
なお、良好に電気的なノイズをカットするには、アースに落としたグランド電極を平行平板電極よりも大きくし、グランド電極側から見たとき、平行平板電極が覆い隠れるようにするのが好ましい。

図１２は、隣り合うトナー容器３２の間をグランド電極１２０で仕切った例を示す概略断面図である。
上記グランド電極１２０がない場合、平行平板電極間の電気力線の一部（隣接するトナー容器側の電気力線）が、隣接するトナー容器内のトナーの影響で変化する（隣接するトナー容器内のトナーに電流が流れる）おそれがある。その結果、静電容量が、隣接するトナー容器内のトナー量により変化するおそれがあり、正確なトナー量の検出が行えないおそれがあった。

しかし、図１２に示すように、隣り合うトナー容器３２の間をグランド電極１２０で仕切ることで、平行平板電極間の電気力線をグランド電極１２０でカットすることができる（平行平板電極間の電気力線の一部は、グランド電極１２０へ向かうが、グランド電極１２０を越えて、隣接するトナー容器には行かない）。これにより、検出する静電容量が、隣接するトナー容器のトナー量の影響を受けるのを抑制することができ、正確なトナー量の検出を行なうことができる。

また、図１２おける左右、図１２の紙面と直交する方向にもグランド電極を設け、４つのトナー容器３２Ｙ,３２Ｍ,３２Ｃ,３２Ｋをグランド電極で取り囲むようにしてもよい。これにより、人が横切ることにより電気的ノイズや、画像形成装置の横や前後に配置された装置による電気的ノイズもグランド電極でカットすることができ、より精度の高いトナー量の検出を行なうことができる。

また、平行平板電極を、トナー容器３２を挟んで左右方向（トナー容器の回転軸方向、上下方向いずれにも直交する方向）に配置してもよいが、トナー容器を挟んで上下方向に平行平板電極を配置するのが好ましい。

図１３は、平行平板電極を、トナー容器３２を挟んで上下方向に配置した場合と、平行平板電極を、トナー容器３２を挟んで左右方向に配置した場合との電気力線を示す図である。図１３の鎖線のＧＮＤは、グランド電極である。
図１３の（ａ－２），（ｂ－２）に示すように電極端部においては、グランド電極（ＧＮＤ）に影響されて電気力線がグランド電極（ＧＮＤ）に向かう。その結果、（ａ－２），（ｂ－２）に示す一点鎖線の範囲Ｘ１，Ｘ２の電気力線の密度が他に比べて低くなり、感度が落ちる。

トナー容器３２を挟んで上下方向に配置した場合、感度が低くなるのは、図１３（ａ－２）の一点鎖線の範囲Ｘ１で示すトナー容器の上下方向中間付近である。一方、トナー容器３２を挟んで左右方向に配置した場合、感度が低くなるのは、図１３（ｂ－２）の一点鎖線の範囲Ｘ２で示すトナー容器３２の上部と下部になる。従って、トナー容器３２を挟んで左右方向に配置した場合は、トナー容器３２内のトナー残量が少なくなったときの感度が悪くなる。

トナー容器３２内の残量が少なくなったことを静電容量に基づいて検知したらユーザーにトナーニアエンドを報知して、交換するトナー容器３２の準備をユーザーに促す。また、トナー容器内のトナーが無くなったことを静電容量に基づいて検知したらユーザーにトナーエンドを報知してトナー容器３２の交換をユーザーに促す。従って、トナー容器３２内のトナー残量が少なくなったときの感度が悪くなるトナー容器３２を挟んで左右方向に配置した場合は、トナーニアエンド検知やトナーエンド検知を精度よく行えないおそれがある。

従って、平行平板電極を、トナー容器３２を挟んで左右方向（トナー容器の回転軸方向、上下方向いずれにも直交する方向）に配置するよりも、トナー容器３２を挟んで上下方向に平行平板電極を配置する方が、トナーニアエンド検知やトナーエンド検知を精度よく行なうことができ、好ましい。

図１４は、複数の平行平板電極対で、トナー容器３２のほぼ全体を覆うようにした例を示す模式図である。
かかる構成においては、トナー容器のトナー排出方向下流側（図中右側）の平行平板電極６５ａ,６６ａ間の静電容量と、トナー容器のトナー排出方向上流側（図中左側）の平行平板電極６５ｂ,６６ｂ間の静電容量とを足し合わせることで、トナー容器全体の静電容量を求めることができる。これにより、一対の平行平板電極でトナー容器をほぼ覆う場合と同様に、正確にトナー容器内のトナー量を求めることができる。

また、図１４に示すように、平行平板電極の対を、長手方向で複数に分割することで、以下の利点を得ることができる。トナー容器内のトナーは、螺旋状突起３３１によってトナー排出側へ搬送されるため、トナーが排出方向下流側は、トナー容器内のトナーがある程度減るまでは、トナー量がほぼ一定である。従って、トナー容器内のトナーがある程度減るまで、トナー排出方向下流側の平行平板電極６５ａ,６６ａ間の静電容量は、ほぼ変化がない。

一方、トナー容器３２のトナー排出方向上流側は、トナーが送り出されていくため、使用初期からトナーが減っていく。従って、使用初期からトナー排出方向上流側の平行平板電極６５ｂ,６６ｂ間の静電容量は大きく変化する（使用初期における感度が高い）。よって、トナー排出方向上流側の平行平板電極６５ｂ,６６ｂ間の静電容量の変化から、トナー容器からのトナー排出異常や、トナー容器から現像装置またはホッパ部に繋がる経路内のトナー詰まり異常を早期に発見できる。このように、早期に発見できることで部品交換など時間がかからずに、修理で短時間で済む可能性が高まるという利点がある。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
一対の電極を有し、一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器３２などの粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知装置（本実施形態では、平行平板電極６５,６６、静電容量検出回路１１１、トナー残量算出回路１１２などで構成）において、一対の電極は、平板電極であり、粉体容器の外側で、粉体容器を挟んで一対の平板電極を平行に配置した。
高温環境下において粉体容器が熱膨張するおそれがある。上述した特許文献１に記載の粉体量検知装置においては、粉体容器の内壁面に平板電極を設けているため、粉体容器が熱膨張とすると電極間の距離が変動し、粉体量に対する静電容量が変化してしまう。その結果、正確な粉体量の検知ができないおそれがある。
これに対し、態様１では、平板電極を粉体容器の外側に配置しているので、粉体容器が熱膨張しても電極間の距離が変化することがない。これにより、高温環境下でも正確な粉体量の検知を行なうことができる。

（態様２）
態様１において、平板電極が同一の大きさである。
これによれば、実施形態で説明したように、平板電極間の電気力線の密度がばらつくのを抑制することができ、トナー容器３２などの粉体容器のトナーの偏在によって同一のトナー量でも静電容量が異なるのを抑制することができる。

（態様３）
態様１または２において、平板電極の外側に電気的に接地されたグランド電極などの接地電極が配置されている。
これによれば、実施形態で説明したように、平板電極外側の電気的ノイズをグランド電極などの接地電極でカットすることができる。これにより、一対の平板電極により、トナー容器３２などの粉体容器内のトナー残量を精度よく検知することができる。

（態様４）
態様３において、グランド電極などの接地電極を、平板電極の大きさ以上にした。
これによれば、実施形態で説明したように、グランド電極により平板電極外側の電気的ノイズを良好にカットすることができる。

（態様５）
態様１乃至４いずれかにおいて、トナー容器３２などの粉体容器の長手方向における電極の長さが、粉体容器の長手方向における長さの半分以上である。
これによれば、実施形態で説明したように、トナー容器などの粉体収容器内のトナーなどの粉体の残量が多いときから少ないときまで、粉体容器内の分体残量を精度よく検出することができる。

（態様６）
態様１乃至４いずれかにおいて、トナー容器３２などの粉体容器の外側で、粉体容器を挟んで平行に配置した一対の平板電極を、粉体容器の長手方向に複数設けた。
これによれば、図１４を用いて説明したように、トナー容器３２などの粉体容器のトナー排出方向上流側に配置された電極間の静電容量の変化から、粉体容器からの粉体排出異常などの粉体の補給異常を早期に発見できる。

（態様７）
態様１乃至６いずれかにおいて、静電容量とトナー容器３２などの粉体容器内の粉体量との関係を示す検量線を記憶する記憶部１１３などの記憶手段を備え、検量線と、測定した一対の電極間の静電容量とに基づいて、粉体容器内の粉体量を検知するものであり、空の粉体容器のときの電極間の静電容量と、満タンの粉体容器のときの電極間の静電容量とを測定して前記検量線を求める検量線算出モードなどの検量線算出手段を有する。
これによれば、実施形態で説明したように、組み付け誤差による静電容量の誤差を無くすことができ、精度よくトナー容器３２などの粉体容器内の粉体量を検出することができる

（態様８）
態様１乃至７いずれかにおいて、静電容量とトナー容器３２などの粉体容器内の粉体量との関係を示す検量線を記憶する記憶部１１３などの記憶手段と、温度を検知する温度センサ１１４などの温度検知手段とを備え、検量線と、計測した一対の電極間の静電容量と、温度検知手段の検知結果とに基づいて、粉体容器内の粉体量を検知する。
これによれば、実施形態で説明したように、電極が固定された部材の熱伸縮による静電容量の変動など、温度による影響を加味して、粉体容器内の粉体量を求めることができる。これにより、検量線と計測した一対の電極間の静電容量とから粉体容器内の粉体量を求めるものに比べて、精度よく粉体容器内の粉体量を検出することができる。

（態様９）
トナー容器３２などの粉体容器と、粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知手段とを備え、粉体容器内の粉体を補給するトナー補給装置６０などの粉体補給装置において、粉体量検知手段として、態様１乃至８いずれかの粉体量検知装置を用いた。
これによれば、精度よく粉体容器内の粉体量を検出することができる。

（態様１０）
態様９において、粉体容器は円筒形状であり、粉体容器を回転駆動させる。
これによれば、実施形態で説明したように、回転駆動時に粉体容器が偏心するおそれがあるが、態様１に記載のように、粉体容器の外側で、粉体容器を挟んで一対の平板電極を平行に配置することで、粉体容器が偏心しても静電容量が変化することなく、精度よく粉体容器内の粉体量を検出することができる。

（態様１１）
態様９または１０において、複数の粉体容器が、並べて配置されており、粉体量検知手段が、粉体容器に応じて設けられており、粉体容器の間に電気的に接地されたグランド電極などの接地電極が配置されている。
これによれば、実施形態で説明したように、隣接する粉体容器内の粉体の影響を、グランド電極１２０などの接地電極によりカットすることができ、精度よく粉体容器内の粉体量を検知することができる。

（態様１２）
感光体１などの像担持体と、現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像する現像装置５などの現像手段と、現像手段で使用される現像剤を収容するトナー容器３２などの現像剤収容容器内の現像剤を現像手段に補給するトナー補給装置６０などの現像剤補給手段とを備えたプリンタ１００などの画像形成装置において、現像剤補給手段として、態様１乃至１１いずれかを用いた。
これによれば、トナー容器３２などの現像剤収容容器内の現像剤量を精度よく検出することができる。

１ ：感光体
５ ：現像装置
３２ ：トナー容器
３３ ：容器本体
３３ｃ ：ギヤ
３４ ：キャップ
５６ ：トナー濃度検知センサ
６０ ：トナー補給装置
６１ ：ホッパ部
６２ ：トナー搬送スクリュー
６４ ：トナー落下搬送経路
６５ ：平行平板電極
６６ ：平行平板電極
６７ ：上壁面
６８ ：下壁面
６９ ：絶縁性部材
７０ ：トナー容器収容部
７２ ：ガイド部
８１ ：駆動出力ギヤ
９１ ：駆動モータ
１００ ：プリンタ
１１１ ：静電容量検出回路
１１２ ：トナー残量算出回路
１１３ ：記憶部
１１４ ：温度センサ
１１５ ：表示部
１２０ ：グランド電極
３３１ ：螺旋状突起

特開２０１６－７１２９９号公報

Claims (10)

1. 並べて配置された複数の粉体容器と、
   粉体容器内の粉体量を検知する粉体量検知手段が前記複数の粉体容器に応じて設けられた粉体補給装置であって、
   各粉体量検知手段は、前記粉体容器の外側で、前記粉体容器を挟んで平行に配置された一対の平板電極を有し、前記一対の平板電極間の静電容量に基づいて粉体容器内の粉体量を検知し、
   前記複数の粉体容器の間に電気的に接地された接地電極が配置されていることを特徴とする粉体補給装置。
2. 請求項１に記載の粉体補給装置において、
   前記平板電極が同一の大きさであることを特徴とする粉体補給装置。
3. 請求項１または２に記載の粉体補給装置において、
   前記平板電極の外側に電気的に接地された第二の接地電極が配置されていることを特徴とする粉体補給装置。
4. 請求項３に記載の粉体補給装置において、
   前記第二の接地電極を、前記平板電極の大きさ以上にしたことを特徴とする粉体補給装置。
5. 請求項１乃至４いずれか一項に記載の粉体補給装置において、
   前記粉体容器の長手方向における前記平板電極の長さが、前記粉体容器の長手方向における長さの半分以上であることを特徴とする粉体補給装置。
6. 請求項１乃至４いずれか一項に記載の粉体補給装置において、
   前記粉体容器の外側で、前記粉体容器を挟んで平行に配置した一対の平板電極を、前記粉体容器の長手方向に複数設けたことを特徴とする粉体補給装置。
7. 請求項１乃至６いずれか一項に記載の粉体補給装置において、
   静電容量と前記粉体容器内の粉体量との関係を示す検量線を記憶する記憶手段を備え、
   前記粉体量検知手段は、前記検量線と、測定した一対の電極間の静電容量とに基づいて、粉体容器内の粉体量を検知するものであり、
   空の粉体容器のときの電極間の静電容量と、満タンの粉体容器のときの電極間の静電容量とを測定して前記検量線を求める検量線算出手段を有することを特徴とする粉体補給装置。
8. 請求項１乃至７いずれか一項に記載の粉体補給装置において、
   静電容量と前記粉体容器内の粉体量との関係を示す検量線を記憶する記憶手段と、
   温度を検知する温度検知手段とを備え、
   前記粉体量検知手段は、前記検量線と、計測した一対の電極間の静電容量と、温度検知手段の検知結果とに基づいて、粉体容器内の粉体量を検知することを特徴とする粉体補給装置。
9. 請求項１乃至８いずれか一項に記載の粉体補給装置において、
   前記粉体容器は円筒形状であり、
   前記粉体容器を回転駆動させることを特徴とする粉体補給装置。
10. 像担持体と、
    現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像する現像手段と、
    前記現像手段で使用される現像剤を収容する現像剤収容容器内の現像剤を前記現像手段に補給する現像剤補給手段とを備えた画像形成装置において、
    前記現像剤補給手段として、請求項１乃至９いずれか一項に記載の粉体補給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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