(57)【要約】【課題】  環境変動の影響を抑えて、精度良くトナーの残量検知を行なう。【解決手段】  トナー供給ローラの発泡層に含まれるトナー量に差が現れるシーケンスを設け、静電容量の差分を検出することによって、現像器内のトナー残量測定を行う。【選択図】  図１
2011158882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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して前記発泡層内のトナー量を変化させる所定期間を有し、該期間の前に前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ１を検出し、該期間の後で前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ２を検出する検出モードを実行する検出モード実行手段と、
前記静電容量Ｃ１と前記静電容量Ｃ２との差の絶対値｜Ｃ１−  Ｃ２｜が所定の閾値を下回った場合に、前記容器内のトナー量が所定量を下回ったとの報知信号を形成する報知信号形成手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
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、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、
前記現像装置を交換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して前記発泡層内のトナー量を変化させる所定期間を有し、該期間の前に前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ１を検出し、該期間の後で前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ２を検出する検出モードを実行する検出モード実行手段と、
前記静電容量Ｃ１と前記静電容量Ｃ２との差の絶対値｜Ｃ１−  Ｃ２｜が所定の閾値を下回った場合に、前記現像装置の交換を促す報知信号を形成する報知信号形成手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項３】
前記検出モード実行手段は、前記静電容量Ｃ１を検出する前に前記トナー供給部材を第１の速度で第１の所定時間回転し、前記所定期間において第１の速度とは異なる第２の速度で第２の所定時間回転する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第２の速度の方が前記第１の速度よりも遅い請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像装置は回転支持体上に設けられており、
前記検出モード実行手段は、前記静電容量Ｃ１を検出した後であって前記所定期間の前において、前記回転支持体を回転させることで、前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向上流側の領域にあるトナーを、前記接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向下流側の領域に移動させる請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第１の速度と前記第２の速度のうち速い方の速度における前記所定時間の方が、遅い方の速度における前記所定時間よりも短いことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記検出モード実行手段は、前記静電容量Ｃ１を検出する前に前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間に第１の直流電圧を印加しながら前記トナー供給部材を第１の所定時間回転させ、前記所定期間において前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間に前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加しながら前記トナー供給部材を第２の所定時間回転させる請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記検出モード実行手段は、前記第１の直流電圧印加時における、前記第２の電極部材の電位をＶａ、前記第１の電極部材の電位をＶｂとし、前記第２の直流電圧印加時における、前記第２の電極部材の電位をＶｃ、前記第１の電極部材の電位をＶｄとすると、（Ｖａ−Ｖｂ）−（Ｖｃ−Ｖｄ）の値がトナーの正規帯電極性と同極性となるように、前記第１の直流電圧および前記第２の直流電圧を印加する請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像装置は回転支持体上に設けられており、
前記検出モード実行手段は、前記静電容量Ｃ１を検出した後であって前記所定期間の前において、前記回転支持体を回転させることで、前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向上流側の領域にあるトナーを、前記接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向下流側の領域に移動させる請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像装置は、第１の姿勢と、前記トナー担持体の頂点に対する前記トナー供給部材の頂点の高さが前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢とに姿勢を変化することが可能であり、
前記検出モード実行手段は、前記静電容量Ｃ１を検出する前に前記第１の姿勢で前記トナー供給部材を第１の所定時間回転させ、前記所定期間において前記第２の姿勢で前記トナー供給部材を第２の所定時間回転させる請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記第１の姿勢における前記トナー供給部材の回転する速度と前記第２の姿勢における前記トナー供給部材の回転する速度とは、前記静電潜像を現像する際の前記トナー供給部材の回転する速度よりも遅いことを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記第１の姿勢よりも前記第２の姿勢の方が、前記トナー担持体の頂点に対する前記トナー供給部材の頂点の高さが低い請求項１０又は１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記現像装置は回転支持体上に設けられており、前記回転支持体を回転することで前記現像装置の姿勢が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に変化することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記現像装置は回転支持体上に設けられており、
前記検出モード実行手段は、
前記静電容量Ｃ１を検出する前に、前記トナー供給部材の回転時間に対する前記発泡層内のトナー量の減少率が所定値を下回るような第１の所定時間前記トナー供給部材を回転させ、
前記静電容量Ｃ１を検出した後であって、前記所定期間の前において、前記現像装置が所定の姿勢になるまで前記回転支持体を回転させることで、前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向上流側の領域にあるトナーを、前記接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向下流側の領域に移動させ、
前記所定期間に、前記所定の姿勢において、前記トナー供給部材を第２の所定時間回転させて前記発泡層内のトナー量を前記Ｃ１の検知時における前記発泡層内のトナー量よりも多くする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記現像装置は回転支持体上に設けられており、
検出モード実行手段は、
前記静電容量Ｃ１を検出する前に、前記現像装置が所定の姿勢になるまで前記回転支持体を回転させることで、前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向上流側の領域にあるトナーを、前記接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向下流側の領域に移動させ、次いで前記所定の姿勢において前記トナー供給部材を第１の所定時間回転させ、
前記所定期間に、前記所定の姿勢において、前記トナー供給部材を第２の所定時間回転させて前記発泡層内のトナー量を前記Ｃ１の検知時における前記発泡層内のトナー量とは異なる量にする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記検出モード実行手段は、前記現像装置が所定の姿勢になるまで前記回転支持体を回転させることで、前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向上流側の領域にあるトナーを、前記接触位置に対して前記トナー供給部材の回転方向下流側の領域に移動させ、次いで前記所定の姿勢において前記静電容量の減少率が所定値を下回るまで前記トナー供給部材を回転させながら前記静電容量を３回以上検知し、
前記報知信号形成手段は、前記検出モード実行手段により検出した前記静電容量のうち、最も小さい静電容量をＣ２とし、最も大きい静電容量をＣ１とすると、｜Ｃ１−Ｃ２｜が閾値を下回った場合に、前記報知信号を形成する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９０３５公報
【特許文献２】特開２００２−１３２０３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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して前記発泡層内のトナー量を変化させる所定期間を有し、該期間の前に前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ１を検出し、該期間の後で前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ２を検出する検出モードを実行する検出モード実行手段と、
前記静電容量Ｃ１と前記静電容量Ｃ２との差の絶対値｜Ｃ１−  Ｃ２｜が所定の閾値を下回った場合に、前記容器内のトナー量が所定量を下回ったとの報知信号を形成する報知信号形成手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
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、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、前記現像装置を交換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して前記発泡層内のトナー量を変化させる所定期間を有し、該期間の前に前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ１を検出し、該期間の後で前記第１の電極部材と前記第２の電極部材の間の静電容量Ｃ２を検出する検出モードを実行する検出モード実行手段と、前記静電容量Ｃ１と前記静電容量Ｃ２との差の絶対値｜Ｃ１−  Ｃ２｜が所定の閾値を下回った場合に、前記現像装置の交換を促す報知信号を形成する報知信号形成手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】実施例１における高精度検出モード実行までのフローチャートである。
【図４】実施例１におけるトナー残量測定装置のブロック図である。
【図５】供給ローラ内のトナー量と静電容量の関係を表す図である。
【図６】実施例１における高精度検出モードのフローチャートである。
【図７】実施例１におけるトナー残量とΔＣの関係図である。
【図８】高精度検出モードの結果判断するフローチャートである。
【図９】次回高精度検出モードを実行するタイミングの決定方法を表す図である。
【図１０】各電位差で測定した静電容量を表す図である。
【図１１】（Ａ）各環境・電位差における静電容量とトナー残量との関係を表す図である。（Ｂ）各環境における、電位差を変えた時の静電容量の差分値とトナー残量との関係を表す図である。
【図１２】実施例２の画像形成装置の１例を示す概略図である。
【図１３】実施例２における高精度検出モードのフローチャートである。
【図１４】実施例２おける高精度検出モード時のロータリの動きを表す図である。
【図１５】（Ａ）実施例１および実施例２における、トナー残量と静電容量差分値の関係を示すグラフである。（Ｂ）実施例１および実施例２における、各電位差のトナー残量と静電容量との関係を表すグラフである。
【図１６】実施例２におけるロータリ回転とトナーの動きを表す図である。
【図１７】現像装置が画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着されることを表す図である。
【図１８】実施例３における高精度検出モードのフローチャートである。
【図１９】速度ごとの静電容量を表す図である。
【図２０】（Ａ）各環境・速度における静電容量とトナー残量との関係を表す図である。（Ｂ）各環境における、速度を変えた時の静電容量の差分値とトナー残量との関係を表す図である。
【図２１】実施例４における高精度検出モードのフローチャートである。
【図２２】実施例４おける高精度検出モード時のロータリの動きを表す図である。
【図２３】（Ａ）実施例３および実施例４における、トナー残量と静電容量差分値の関係を示すグラフである。（Ｂ）実施例３および実施例４における、各速度のトナー残量と静電容量との関係を表すグラフである。
【図２４】実施例５の画像形成装置に用いられる現像装置の模式図である。
【図２５】現像装置の、画像形成時の姿勢における供給ローラ周りのトナーの動きを表す図である。
【図２６】現像装置の姿勢ごとの供給ローラ周りのトナーの動きを表す図である。
【図２７】実施例５における高精度検出モードのフローチャートである。
【図２８】実施例５における現像装置の姿勢ごとの静電容量を表す図である。
【図２９】高温高湿環境と低温低湿環境における、現像装置の姿勢ごとの静電容量の関係を表す図である。
【図３０】供給ローラの高速回転時と低速回転時における、現像装置の姿勢ごとの、トナー残量に対する静電容量の関係を表す図である。
【図３１】実施例６における高精度検出モード時のロータリの動きを表す図である。
【図３２】実施例６における高精度検出モードのフローチャートである。
【図３３】実施例６におけるトナー残量に対する静電容量差分値ΔＣの関係図である。
【図３４】実施例７における高精度検出モードのフローチャートである。
【図３５】実施例７における高精度検出モード時のロータリの動きを表す図である。
【図３６】実施例７おける供給ローラの回転時間と静電容量の関係を表す図である。
【図３７】吸い込みモードおよび吐き出しモードについて、トナー残量に対する供給ローラ内のトナー含有量を表す図である。
【図３８】実施例７における供給ローラの回転時間と静電容量の関係を表す図である。
【図３９】Ｈ／Ｈ、Ｌ／Ｌ環境における容器内トナーごとの静電容量の関係を表す図である。
【図４０】実施例８の画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図４１】実施例８における高精度検出モードのフローチャートである。
【図４２】実施例８における静電容量の安定・不安定を判断するフローチャートである。
【図４３】実施例８における供給ローラの回転時間と静電容量の関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（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。
【００１３】
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。現像装置５は負の正規帯電極性（静電潜像を現像するための帯電極性。本実施例では負極性の静電潜像を反転現像するので、トナーの正規帯電極性は負である。）をもつブラックトナーを内包している。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。
【００１４】
画像形成装置の画像形成動作について説明する。コントローラ部７０が所定の制御プログラムや参照テーブルに従って以下の画像形成動作を統括的に制御する。まず、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。
【００１５】
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、トナーを収容するトナー容器２１、トナー容器２１の開口部に配置された回転可能なトナー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、トナー容器２１の内部に現像ローラ２５と接触して設けられ、現像ローラにトナーを供給する回転可能なトナー供給部材たる供給ローラ２４からなる。
【００１６】
現像ローラ２５は、現像動作中は感光ドラム１と接触した状態で回転する。現像ローラと供給ローラは第１の駆動装置としての画像形成装置本体の駆動装置Ｐ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が回転してトナー容器２１上部を押すことで、トナー容器２１が揺動中心軸３０を回転軸として回転し、現像ローラが感光ドラムから離間する。離間後、駆動装置Ｐによって、回転駆動を停止している。
【００１７】
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２５ａと、その周囲に形成したシリコーンゴムを基層とした導電性弾性層２５ｂ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トナー容器２１に支持されている。画像形成中において、現像ローラの回転速度（周速）は１６０ｍｍ／ｓｅｃである。現像ローラ２５と感光ドラム１が接触した状態において、電圧印加手段としての直流電源からシャフト２５ａに直流電圧を印加可能な構成となっている。なお、現像ローラ２５は、後述する静電容量を検知するために第１の電極部材を有していれば良く、例えば現像ローラ２５の表面に導電性のスリーブを有し、スリーブを第１の電極部材として用いてもよい。
【００１８】
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２４ａ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層たるウレタンスポンジ層２４ｂ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１０Ｅ８Ω・ｃｍである。本実施例では、現像ローラ２５のシャフト２５ａの中心と供給ローラ２４のシャフト２４ａ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２４ｂを、１．０ｍｍほどの侵入量で押し込むように設置する。ここで侵入量とは、供給ローラ２４の外形と現像ローラ２５の外径の和を２で割ってから上記中心間距離を差し引いた長さである。
【００１９】
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トナー容器２１に支持されている。画像形成中において、供給ローラの回転速度（周速）は、１４０ｍｍ／ｓｅｃである。現像ローラ２５と感光ドラム１が接触した状態において、電圧印加手段としての直流電源から第２の電極部材に直流電圧を印加可能な構成となっている。ただし、後述するように、供給ローラに印加する直流電圧は複数段階に切り替えることが可能である。供給ローラに印加する直流電圧は、本体に設けられた電圧制御手段によって電圧制御され、必要なタイミングでその電圧を切り替える。
【００２０】
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、一端をトナー容器２１に固定し、他端を自由端としている。この規制ブレード２７は、現像ローラ２５に当接している。規制ブレード２７は、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。
【００２１】
その他、現像ローラ２５とトナー容器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、現像装置５は、図１７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。
【００２２】
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２４ｂとその周りのトナーの挙動について述べる。供給ローラ２４と現像ローラ２５の接触位置に対して、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のウレタンスポンジ層２４ｂ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。
【００２３】
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。このように、ウレタンスポンジ層２４ｂに対するトナーの出入りがスムーズに行われることで、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２４ａと現像ローラ２５のシャフト２５ａとの間の静電容量は、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１参照）。なお、トナーの出入りは主に供給ローラ２４の回転時に起こり、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ほとんど変化せず、無視できる程度である。
【００２４】
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、露光手段の発光するピクセル数をカウントすることのできるピクセル計数手段（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（以下ピクセルカウント方式と称す）。ある画像を現像するのに要するトナー量は、露光手段の発光するピクセル数におおよそ比例するため、ピクセルカウント方式では、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、その値とピクセルカウンターでカウントされた発光ピクセル数との積算値からトナー使用量を推定する。積算値は、現像装置に設けられた記憶手段に記憶される。
【００２５】
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、静電容量を用いた高精度検出モード（後で詳述）を実行する。なお「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。以降「トナー切れ」を上記の意味で用いることとする。
【００２６】
以下、トナー残量測定のフローを、図３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（高精度検出モード）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）。
【００２７】
本実施例では、１回目の高精度検出モードの実行タイミングを、以下のように設定している。トナー切れ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回目の高精度検出モード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高精度検出モード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高精度検出モードを実行している。
【００２８】
また、１回目の高精度検出モード実行後は、後述する算出方法によって、Ｐｔｈを再計算して設定し、Ｐｃｏｕｎｔが新たに設定されたＰｔｈに達したときに、次の高精度検出モードを実行するようにしている。このようにすることで、少ない高精度検出モードの実行回数でトナー切れを検知することが可能となる。
【００２９】
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。しかし、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高精度検出モードを実行すればよく、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うごとに高精度検出モードを実行してもよいし、他のトナー残量測定方式によって高精度検出モードの起動タイミングを決めても良い。
【００３０】
次に、高精度検出モードを実行する上で必要な、静電容量測定方法について説明する。まず、図４に示すように供給ローラ２４のシャフト２４ａ（第２の電極部材）に交流電源から所定の交流電圧を印加して、現像ローラ２５のシャフト２５ａ（第１の電極部材）に誘起される電圧からシャフト間の静電容量を検知する。
【００３１】
（シャフト２５ａに交流電圧を印加して、シャフト２４ａに誘起される電圧からトナー残量測定を行うことも可能だが、現像ローラと感光ドラムとが対向して配置されているため、シャフト２５ａに交流電圧を印加するとトナーが感光ドラムに付着してしまう恐れがある。一方、供給ローラは感光体ドラムと対向していないので、供給ローラに交流電圧を印加した方が、感光ドラムにトナーが付着しにくいという点で望ましい。）また、静電容量の検知を行う際は、感光ドラムと現像ローラ２５が離間し、現像ローラ２５の回転が停止した状態で行っている。
【００３２】
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。図４に示すように、シャフト２４ａに検知用の交流電源が、シャフト２５ａに検知回路が接続される。静電容量検知用の交流電圧は、周波数５０ＫＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝２００Ｖとした。静電容量に対応してシャフト２５ａから検出される誘起電圧値を検知することで静電容量が検知される。本実施例では、シャフト２５ａに誘起される交流電圧は、検知回路で整流され、整流された直流電圧を検知することで静電容量が検知される。
【００３３】
なお、シャフト２５ａとシャフト２４ａとの間の静電容量と供給ローラ内のトナー量とは、図５に示すような相関関係を有する。トナーの誘電率は空気に対して３倍前後であるため、供給ローラ内のトナー量が増えるほどシャフト２５ａとシャフト２４ａの間の静電容量も増加する。
【００３４】
以下に、図６を用いて、本発明の特徴である高精度検出モードについて説明する。コントローラ部７０は、高精度検出モードにおいて以下の制御を行うことで、検出モード実行手段として機能する。
【００３５】
現像装置がＰｔｈに到達した場合、現像動作終了後、高精度検出モードを開始する（Ｓ００５、Ｓ１００）。最初に、現像ローラ２５および供給ローラ２４に対して、駆動装置Ｐにより駆動力を伝達可能な状態にする（Ｓ１０１）。次に、電圧印加手段としての直流電源によりシャフト２５ａとシャフト２４ａとの間に第１の直流電圧を印加しながら、供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ１０２）。第１の直流電圧印加時における、シャフト２４ａの電位をＶａ＝−５００Ｖ、シャフト２５ａの電位Ｖｂ＝−３００Ｖとし、シャフト２４ａとシャフト２５ａの電位差をΔＶ１＝Ｖａ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。
【００３６】
第１の所定時間は、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６０秒とした。第１の所定時間回転後、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する（Ｓ１０３）。その後第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ１０４）。
【００３７】
次に、再度、現像駆動伝達可能な状態にし（Ｓ１０５）、電圧印加手段としての直流電源によりシャフト２５ａとシャフト２４ａとの間に第２の直流電圧を印加しながら、現像ローラ２５および供給ローラ２４を第２の所定時間回転させる。この回転により、供給ローラ２４の発泡層に含まれるトナー量が増加する（Ｓ１０６）。ここで、第２の直流電圧印加時における、シャフト２４ａの電位をＶｃ＝−１００Ｖ、シャフト２５ａの電位Ｖｄ＝−３００Ｖとし、シャフト２４ａとシャフト２５ａの電位差をΔＶ２＝Ｖｃ−Ｖｄ＝＋２００Ｖとした。
【００３８】
第２の所定時間は、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６０秒とした。第２の所定時間回転後、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する（Ｓ１０７）。その後、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ１０８）。
【００３９】
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜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７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、トナー残量がある程度減っている状態で測定した。したがって、図７におけるトナー残量の「多い」「少ない」は、トナー残量がある程度減っている状態の中での相対的な表現である。（なお、後出の他図においても「多い」「少ない」は同様の意味で用いた。）図７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。
【００４０】
図８に、ΔＣを算出した後のコントローラ部７０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）、トナー切れを報知する報知信号を形成する（Ｓ２０３）。すなわち、コントローラ部７０が報知信号形成手段７０ａとして機能する。
【００４１】
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３のＳ０００もしくはＳ００１に戻る。）Ｐｔｈに到達した際に、２回目の高精度検出モードを実行する。
【００４２】
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９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、画像形成装置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回目の高精度検出モードを実施する。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、Ｓ２０４からＳ２０６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。
【００４３】
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測する。
本発明者らは、供給ローラのシャフトと現像ローラのシャフトとの間に印加する直流電圧の電位差ΔＶによって、トナー残量と供給ローラ内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の、容器内トナー量とΔＶ＝−２００、＋２００Ｖの電位差で回転させたときの供給ローラ内のトナー含有量を図１０に示す。ΔＶ＝＋２００Ｖの時の方がΔＶ＝−２００Ｖの時よりも多くトナーを含有していて、特に、容器内トナー量が多い時には、その差が大きい。容器内トナー量が少なくなるにつれて、ΔＶ＝−２００、＋２００Ｖともに、供給ローラ内のトナー量が少なくなり、容器内トナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）では、ΔＶ＝−２００ＶとΔＶ＝＋２００Ｖでほぼ同じトナー含有量を示している。
【００４４】
本発明者らの観察結果から、ΔＶ＝−２００Ｖの方が、図２に示したｘ部でのトナーの吐き出しが多くなっていることがわかった。また、ΔＶ＝＋２００Ｖでは、負の正規帯電極性を有するトナーは、ΔＶ＝−２００Ｖの時と比較して、現像ローラと供給ローラの間の電界により供給ローラ側に引き寄せられる。そのため、ΔＶ＝＋２００Ｖではｘ部からのトナーの吸い込みがあるものの、ΔＶ＝−２００Ｖになるとトナーは電界により供給ローラから吐き出す力が強くなるため、ｘ部での吸い込みが行なわれ難くなっている。その結果、ある程度容器内のトナーが残っている状態（ポイントＡ）では、ΔＶ＝−２００Ｖで回転させたときの方が、供給ローラ内のトナー量が少なくなっている。
【００４５】
また、容器内のトナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）のときは、図２に示したｙ部のトナーが減っていることが観察された。ｙ部は、現像ローラとの接触で圧縮された供給ローラが開放される部分である。そのため、開放される瞬間に多くのトナーがこの部分で吸い込まれている。供給ローラ内のトナーの多くはこの部分から含まれるため、ｙ部のトナーの状態が供給ローラ内のトナーに大きく影響する。ｙ部のトナーが少ない状態になると、供給ローラにトナーを供給し難くなり、供給ローラ内のトナー量は減少する。前述の通り、この現象はｙ部のトナーの状態が大きく影響するため、電位差ΔＶによらず供給ローラ内のトナー量が減ることになる。
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１０のようになり、その差分をとると図７のような結果となる。
【００４６】
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１１（Ａ）に、高温高湿環境（３０℃・８０％ＲＨ：以下、Ｈ／Ｈと称す）、低温低湿環境（１５℃・１０％ＲＨ：以下、Ｌ／Ｌと称す）の容器内トナー量と各電位差の静電容量の関係を示す。Ｈ／Ｈの測定値は、Ｌ／Ｌ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。これは、トナーや供給ローラの発泡層が吸湿すること、温度によって抵抗が変化すること等が原因と考えられる。しかし、各電位差の静電容量の差分を測定すると、図１１（Ｂ）にあるようにＨ／ＨとＬ／Ｌ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、供給ローラと現像ローラに印加する直流電圧の電位差ΔＶを変えても同程度の影響である。
【００４７】
そのため、残量検知のパラメータとして各電位差で図っ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、本実施例の高精度検出モード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。
【００４８】
なお、本実施例では、高精度検出モードにおいて、第１の直流電圧印加時においてΔＶ１＝−２００Ｖとし、その後に印加する第２の直流電圧印加時においてΔＶ２＝＋２００Ｖとした。これは、ΔＶ２＝＋２００Ｖの電位差で回転のあとに高精度検出モードを終了することで、ΔＶ２＝−２００Ｖの電位差で回転のあとに高精度検出モードを終了するよりも、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で現像を開始することが可能となるためである。
【００４９】
すなわち、ΔＶ１−ΔＶ２すなわち（Ｖａ−Ｖｂ）−（Ｖｃ−Ｖｄ）の値がトナーの正規帯電極性と同極性となるように、第１の直流電圧および第２の直流電圧を印加することで、逆極性の場合よりも、高精度検出モード後に、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ΔＶ１―ΔＶ２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。
【００５０】
また、本発明で第１の直流電圧、第２の直流電圧として用いた値は、これに限られるものではなく、適宜選択すればよいが、前述したように、ΔＶが互いに異なる電圧を用いることでトナー残量と供給ローラ内トナー量の関係が変化するため、同一の電圧を用いるものは本実施例に含まない。また、供給ローラが含むトナー量が安定するまでに要する供給ローラ回転時間も、供給ローラの回転速度等によるため、第１の所定時間と第２の所定時間も本実施例の値に限るものではなく互いに同じである必要もない。
また、本実施例では、第１の直流電圧印加時と第２の直流電圧印加時とで、現像ローラのシャフト２５ａの電位を固定して供給ローラのシャフト２４ａの電位を複数段階に切り替えたが、シャフト２５ａとシャフト２４ａの間の電位差を変化させれば良く、シャフト２５ａの電位を切り換えてもよい。
【００５１】
（実施例２）
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。
【００５２】
本実施例の画像形成装置の構成を図１２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。
【００５３】
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは負の正規帯電極性をもつイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーをそれぞれ内包した現像装置である。各現像装置の内部構成は同じであるので、特に内包されているトナーを区別しない場合は、各現像装置の呼称を区別せず、現像装置５として以下説明する。全ての現像装置５は、装着部たるロータリ・ドラム５０上の装着部にそれぞれ取り外し可能に装着されるカートリッジとして構成されている。ロータリ・ドラム５０は、現像装置５を装着した状態で回転自在に支持され、所望の現像装置（例えば現像装置５ａ）を感光ドラム１に対向・接触する現像位置Ｃに回転移動することができる。
【００５４】
感光ドラム１の下部には、中間転写体たる転写ベルト１６が複数のローラに架張されて、図１２のＲ３方向に回動するように配置されている。感光ドラム１と転写ベルト１６が押圧・接触する１次転写位置Ｂには、転写ベルト１６を感光ドラム１と挟むように１次転写ローラ１７が配置されている。転写ベルト１６を架張しているローラの１つ１６ｂには、転写ベルト１６を挟むように２次転写ローラ１８が配置されている。２次転写ローラ１８は転写ベルト１６に対し、当接／離間できるように構成されている。
【００５５】
１６ｂは２次転写ローラ１８に対して２次転写対向ローラと呼ばれる。２次転写ローラ１８が当接／離間される位置は、２次転写位置Ｄと呼ばれる。２次転写位置Ｄでは後述するように、搬送されて来た転写材Ｐ上に画像を転写する。転写後の転写材Ｐは定着器１５に送られる。
【００５６】
２次転写位置Ｄに対し、転写ベルト１６の移動方向下流には転写クリーニング装置１９が設置され、クリーニング装置１９に付属のブレードが転写ベルト１６上のトナーが掻き落とせるように、転写ベルト１６に接触配置されている。感光ドラム１に対しても同様に、１次転写位置Ｂに対して感光ドラム１の移動方向下流には感光体クリーニング装置９が設置され、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。
【００５７】
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。現像位置Ｃに設置される現像装置５は、色毎の画像信号に応じて定められており、予め、ロータリ・ドラム５０を矢印Ｒ２方向へ回転させて所望の色の現像装置５を現像位置Ｃに設置する。現像されるトナー像の色順も決まっており、本実施例ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に形成する。
【００５８】
感光ドラム１上に形成されたトナー像は、１次転写位置Ｂにて中間転写ベルト１６上に転写される。転写されトナー像上に次に形成したトナー像を順次重畳することで、フルカラートナー像を中間転写ベルト１６上に形成する。
２次転写ローラ１８はフルカラートナー像が形成されるまでは転写ベルト６から離間され、形成された後に転写ベルト１６に当接される。形成されたフルカラートナー像が２次転写位置Ｄに到達するタイミングに合わせて転写材Ｐが搬送される。２次転写ローラ１８と２次転写対向ローラ１６ｂは、転写材Ｐを転写ベルト１６と共に挟み込んでフルカラートナー像を転写材Ｐ上に転写する。フルカラー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上のフルカラー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。
【００５９】
実施例２で用いている現像装置５は、実施例１で用いた現像装置と同構成であり、使用している現像ローラ、供給ローラも同じ構成である。画像形成時における現像ローラの周速は１６０ｍｍ／ｓｅｃ、供給ローラの周速は１４０ｍｍ／ｓｅｃである。また、本実施例でも、実施例１と同様に直流電源から供給ローラに印加する直流電圧は複数段階に切り替えることが可能となっている。
【００６０】
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。基本的な、トナー残量測定の方法は実施例１と同じであることから、本実施例における特徴的な部分についてのみ後述する。本実施例では、トナー残量を検知したい現像装置５は回転支持体上すなわちロータリ・ドラム５０上に設けられており、第２の駆動装置としての駆動装置Ｑによって、ロータリ・ドラム５０を回転駆動することで、現像装置を検知位置Ｅまで移動させて測定を行なう。検知位置Ｅとは、図１２中の５ｃで表された現像装置の位置である。検知位置Ｅでは、図示しない電極端子によってシャフト２４ａに検知用交流電源が、シャフト２５ａに検知回路が接続される。
【００６１】
検知位置Ｅでは、供給ローラ周囲のトナーが自重落下し、供給ローラ近傍のトナーの影響を少なくできる。そのため、検知時に供給ローラ近傍のトナーによる外乱を受にくく、供給ローラ内に含有されるトナーの量をより正確に測定できることとなる。
【００６２】
また、本実施例においても実施例１と同様に、露光手段の発光割合を算出するため、ピクセルカウント計数手段（ピクセルカウンター）を設けており、各現像装置のピクセルカウント積算値を算出し、大まかなトナー使用量を推定している。ピクセルカウント積算値は、各現像装置に設けられた記憶手段に記憶される。実施例１と同様に、ピクセルカウント積算値をトリガとして、高精度検出モードの実行タイミングを決定しているが、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高精度検出モードを実行すればよく、ピクセルカウント方式は必須ではない。
【００６３】
本実施例での、高精度検出モード時の動きについて説明する。図１３、１４にシーケンスの流れとロータリの動きを示す。ある現像装置がＰｔｈに到達した場合、高精度検出モードを実行する（Ｓ３００）。最初に、Ｐｔｈに到達した現像装置を現像位置Ｃへ移動させる（Ｓ３０１）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、その位置で第１の電極部材と第２の電極部材との間に第１の直流電圧を印加し、供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ３０２）。実施例１と同様に、第１の直流電圧印加時における、シャフト２４ａの電位をＶａ＝−５００Ｖ、シャフト２５ａの電位Ｖｂ＝−３００Ｖとし、シャフト２４ａとシャフト２５ａの電位差をΔＶ１＝Ｖａ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。第１の所定時間は、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６０秒とした。
【００６４】
所定時間回転後、前記現像装置を検知位置Ｅに移動させ（Ｓ３０３）、第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ３０４）。次に、前記現像装置を再度現像位置Ｃへ移動させる（Ｓ３０５）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、その位置で第１の電極部材と第２の電極部材との間に第２の直流電圧を印加し、供給ローラを第２の所定時間回転させる（Ｓ３０６）。実施例１と同様に、第２の直流電圧印加時における、シャフト２４ａの電位をＶｃ＝−１００Ｖ、シャフト２５ａの電位Ｖｄ＝−３００Ｖとし、シャフト２４ａとシャフト２５ａの電位差をΔＶ２＝Ｖｃ−Ｖｄ＝＋２００Ｖとした。
【００６５】
第２の所定時間は、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６０秒とした。その後、前記現像装置を検知位置Ｅに移動させ（Ｓ３０７）、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ３０８）。
【００６６】
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜を算出し、これをΔＣとする。ΔＣの算出後に、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。
【００６７】
本実施例では、実施例１で得られる効果の他に、ロータリ構成を用いたことによる特有の作用効果を有するため、その特有の作用効果について以下に説明する。本実施例でのΔＣは図１５（Ａ）にあるような傾向を示す。この傾向は、実施例１と同じであるが、実施例１の結果よりも容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなっていることが分かる。そのため、トナー残量の変化に対する差分ΔＣの感度が良くなる。したがって、より高精度にトナー残量の検知を行なうことが可能となる。
【００６８】
上記のように、本実施例の構成をとることで容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなっていることについて以下で説明する。図１５（Ｂ）は、本実施例構成での第１の直流電圧による電位差ΔＶ１＝−２００Ｖを印加して供給ローラを回転させた後の静電容量およびΔＶ２＝＋２００Ｖを印加して供給ローラを回転させた後の静電容量と、トナー容器内トナー残量との関係である。実施例１と比較して、ΔＶ＝＋２００Ｖ印加で回転した時の測定値が大きいことが分かる。
【００６９】
この現象について推測する。図１６にトナーが少量のときにロータリを回転させたときの、カートリッジ内すなわち現像装置内のトナーの動きを示す。現像位置で回転した後は、図１６（Ａ）のように供給ローラ上部（ｘ部）にトナーが多く存在している。この状態から、ロータリを１６（Ｂ）、１６（Ｃ）、１６（Ｄ）、１６（Ｅ）と順に回転させることで、現像ローラ２５と供給ローラ２４との接触位置よりも供給ローラの回転方向上流側のｘ部に溜まったトナーが、ロータリ一周後には、上記の接触位置よりも供給ローラの回転方向下流側のｙ部に搬送されることが分かる。
【００７０】
供給ローラへのトナー供給はｙ部からの吸い込みが支配的であることから、ロータリ回転でｙ部にトナーを搬送することで供給ローラ内のトナーを増やすことが可能となる。ΔＶ＝−２００Ｖの電位差で供給ローラを回転させたときは、トナーは電界により供給ローラから吐き出す力が強くなるため、ｙ部からトナー供給されるよりもｘ部の吐き出しの方が多く、ロータリ回転の有無で発泡層内のトナー量に差が現れ難い。しかし、ΔＶ＝＋２００Ｖの電位差で供給ローラを回転させたときには、トナーは電界により供給ローラ側に引き寄せられるため、供給ローラ内のトナー量はｙ部での吸い込みが支配的になる。よって、供給ローラがトナーを含みやすくなる。
【００７１】
そのため、ΔＶ＝−２００Ｖの電位差で回転後の静電容量はそれほど変わらず、ΔＶ＝＋２００Ｖの電位差で回転後の静電容量が大きくなるため、ロータリ方式でないときよりも静電容量の差分が大きくとることが可能となる。トナー量が非常に少ない状態になるとｙ部のトナーもなくなるため、ΔＶ＝＋２００Ｖの電位差で回転後の供給ローラ内のトナーは少なくなり、ロータリ回転時と実施例１との差はなくなる。
【００７２】
以上から、容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが実施例１よりも大きくなっていると考えられる。差分ΔＣを検知する時のばらつきに対して、トナー残量のばらつきが小さくなり、より高精度にトナー残量の検知を行なうことが可能となる。
【００７３】
ロータリのその他の効果としては、長期放置された状態であってもロータリ回転によってトナーがほぐされるため放置の影響を受けにくい。そのため、供給ローラ回転後の供給ローラ内のトナー量が安定するため、静電容量測定時のばらつきを抑制できる。
【００７４】
なお、本実施例の高精度検出モードにおいても、第１の直流電圧印加時においてΔＶ１＝−２００Ｖとし、その後に印加する第２の直流電圧印加時においてΔＶ２＝＋２００Ｖとした。これは、ΔＶ２＝＋２００Ｖの電位差で回転のあとに高精度検出モードを終了することで、ΔＶ１＝−２００Ｖの電位差で回転のあとに高精度検出モードを終了するよりも、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。
【００７５】
すなわち、ΔＶ１−ΔＶ２すなわち（Ｖａ−Ｖｂ）−（Ｖｃ−Ｖｄ）の値がトナーの正規帯電極性と同極性となるように、第１の直流電圧および第２の直流電圧を印加することで、逆極性の場合よりも、高精度検出モード後に、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ΔＶ１―ΔＶ２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。
【００７６】
また、本発明で第１の直流電圧、第２の直流電圧として用いた値は、これに限られるものではなく、適宜選択すればよいが、前述したように、ΔＶが互いに異なる電圧を用いることでトナー残量と供給ローラ内トナー量の関係が変化するため、同一の電圧を用いるものは本実施例に含まない。
【００７７】
また、供給ローラが含むトナー量が安定するまでに要する供給ローラ回転時間も、供給ローラの回転速度等によるため、第１の所定時間と第２の所定時間も本実施例の値に限るものではなく互いに同じである必要もない。また、本実施例では、第１の直流電圧印加時と第２の直流電圧印加時とで、現像ローラのシャフト２５ａの電位を固定して供給ローラのシャフト２４ａの電位を複数段階に切り替えたが、シャフト２５ａとシャフト２４ａの間の電位差を変化させれば良く、シャフト２５ａの電位を切り換えてもよい。
【００７８】
（実施例３）
本実施例の画像形成装置は実施例１の画像形成装置と同様に図１の基本構成を有する。本実施例では、トナー残量を検知するために実施例１と同様に図３のフローを行うが、図３のフローの後の高精度検出モードにおける、供給ローラ２４の発泡層に含まれるトナー量を変化させる手段が実施例１とは異なる。すなわち、本実施例では、図２における駆動装置Ｐが、供給ローラの回転速度を複数の速度に切り換え可能に構成されており、これにより、実施例１、２のようにシャフト２５ａとシャフト２４ａとの間の電位差を変化させなくとも、発泡層内のトナー量を変化させることが可能となる。
【００７９】
なお、以下において実施例１と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、高精度検出モード以外の説明については、共通する説明を省略する。
【００８０】
以下、本実施例の特徴部分について説明する。
本実施例の画像形成装置において、上記したように、図２における駆動装置Ｐが、現像ローラ２５および供給ローラ２４の回転速度を複数の速度に切り換え可能に構成されている。
【００８１】
以下に、図１８を用いて、本実施例の特徴である高精度検出モードについて説明する。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、現像動作終了後、高精度検出モードを実行する（Ｓ００５、Ｓ４００）。最初に、現像駆動伝達可能な状態にして（Ｓ４０１）、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、第１の回転速度で供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ４０２）。ここで用いる第１の回転速度は通常画像形成時に使用する回転速度であり、この回転速度を１００％と定義する。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。１５秒回転後、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する（Ｓ４０３）。その後第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ４０４）。
【００８２】
次に、再度、現像駆動伝達可能な状態にし（Ｓ４０５）、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、第２の回転速度で供給ローラを第２の所定時間回転させる（Ｓ４０６）。通常画像形成時に使用する回転速度を１００％と定義すると、ここで用いる第２の回転速度は４０％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４０秒とした。
【００８３】
４０秒回転後、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する（Ｓ４０７）。その後、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ４０８）。（なお、上記のように、第１の回転速度と前記第２の回転速度のうち、速い方の回転速度の時の方が供給ローラ内のトナー量が速く安定するため、速い方の回転速度における回転時間を、遅い方の回転速度における回転時間よりも短くすることで、その逆にするよりも、高精度検出モードの時間を短くすることができる。）
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜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７と同様の結果が得られる。すなわち、ΔＣとトナー残量は相関関係がある。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。すなわち、算出されたΔＣを用いて、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。
【００８４】
ここで、本実施例における、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測する。
本発明者らは、供給ローラの回転速度によって、トナー残量と供給ローラ内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の、容器内トナー量と低速・高速で回転させたときの供給ローラ内のトナー含有量を図１９に示す。容器内トナー量が多い時には、低速（４０％）の方が多くトナーを含有していて、高速回転後の測定値との差が大きい。容器内トナー量が少なくなるにつれて、高速（１００％）、低速（４０％）ともに、供給ローラ内のトナー量が少なくなり、容器内トナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）では、回転速度１００％と４０％でほぼ同じトナー含有量を示している。
【００８５】
本発明者らの観察結果から、回転速度が速い方が、図２に示したｘ部でのトナーの吐き出しが多くなっていることがわかった。また、低速ではトナーの自重によってｘ部からのトナーの吸い込みがあるものの、高速になると吐き出し力が強くなるため、ｘ部での吸い込みが行なわれ難くなっている。その結果、ある程度容器内のトナーが残っている状態（ポイントＡ）では、高速回転させたときの方が、供給ローラ内のトナー量が少なくなっている。
【００８６】
また、容器内のトナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）のときは、図２に示したｙ部のトナーが減っていることが観察された。ｙ部は、現像ローラとの接触で圧縮された供給ローラが開放される部分である。そのため、開放される瞬間に多くのトナーがこの部分で吸い込まれている。供給ローラ内のトナーの多くはこの部分から含まれるため、ｙ部のトナーの状態が供給ローラ内のトナーに大きく影響する。ｙ部のトナーが少ない状態になると、供給ローラにトナーを供給し難くなり、供給ローラ内のトナー量は減少する。前述の通り、この現象はｙ部のトナーの状態が大きく影響するため、速度によらず供給ローラ内のトナー量が減ることになる。
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１９のようになり、その差分をとると図７と同様の結果が得られる。
【００８７】
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２０−Ａに、高温高湿環境（３０℃・８０％ＲＨ：以下、Ｈ／Ｈと称す）、低温低湿環境（１５℃・１０％ＲＨ：以下、Ｌ／Ｌと称す）の容器内トナー量と各速度の静電容量の関係を示す。Ｈ／Ｈの測定値は、Ｌ／Ｌ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。これは、トナーや供給ローラの発泡層が吸湿すること、温度によって抵抗が変化すること等が原因と考えられる。しかし、各速度の静電容量の差分を測定すると、図２０−ＢにあるようにＨ／ＨとＬ／Ｌ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、速度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速度における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、本実施例の高精度検出モード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。
【００８８】
なお、本実施例では、高精度検出モード内の、供給ローラの第１の回転速度を高速、その後に回転させる第２の回転速度を低速回転とした。これは、低速回転のあとに高精度検出モードを終了することで、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。これによって、高精度検出モード後に、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、回転速度をこのような順番に設定することは必須ではない。
【００８９】
（実施例４）
本実施例の画像形成装置は実施例２の画像形成装置と同様に図１２の基本構成を有する。本実施例では、トナー残量を検知するために実施例１〜３と同様に図３のフローを行うが、図３のフローの後の高精度検出モードにおける、供給ローラ２４の発泡層に含まれるトナー量を変化させる手段が実施例２とは異なる。すなわち、本実施例では、図２における駆動装置Ｐが、供給ローラの回転速度を複数の速度に切り換え可能に構成されており、これにより、実施例２のようにシャフト２５ａとシャフト２４ａとの間の電位差を変化させなくとも、発泡層内のトナー量を変化させることが可能となる。
【００９０】
なお、実施例２と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、高精度検出モード以外の説明については、共通する説明を省略する。
【００９１】
以下、本実施例の特徴部分について説明する。
本実施例の画像形成装置は、上記したように、図２、図１２における駆動装置Ｐが、供給ローラ２４の回転速度を複数の速度に切り換え可能に構成されている。
【００９２】
以下に、図２１、図２２を用いて本実施例の特徴である高精度検出モードについて説明する。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、高精度検出モードを実行する（Ｓ５００）。最初に、ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した現像装置を現像位置Ｃへ移動させる（Ｓ５０１）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、その位置で第一の回転速度で供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ５０２）。ここで用いる第１の回転速度は通常画像形成時に使用する回転速度であり、この回転速度を回転速度１００％と定義する。第１の回転時間は、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。
【００９３】
１５秒回転後、前記現像装置を検知位置Ｅに移動させ（Ｓ５０３）、第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ５０４）。次に、前記現像装置を再度現像位置Ｃへ移動させる（Ｓ５０５）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、その位置で第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で供給ローラを第２の所定時間回転させる（Ｓ５０６）。ここで用いる第２の回転速度は通常画像形成時に使用する回転速度の４０％の速度である。第２の回転時間は、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３０秒とした。その後、前記現像装置を検知位置Ｅに移動させ（Ｓ５０７）、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ５０８）。
【００９４】
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜を算出し、これをΔＣとする。本実施例では、このように算出されたΔＣより、実施例１〜３と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。
【００９５】
本実施例では、実施例３と同様に駆動装置Ｐを変化手段として機能させているが、実施例３で得られる効果の他に、ロータリ構成を用いたことによる特有の作用効果を有するため、その特有の作用効果について以下に説明する。本実施例でのΔＣは図２３（ａ）にあるような傾向を示す。図２３（ａ）からわかるように、本実施例の方が実施例３よりも、容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなっている。そのため、差分ΔＣを検知する時のばらつきに対して、トナー残量のばらつきが小さくなり、実施例３よりも高精度にトナー残量の検知を行なうことが可能となる。
【００９６】
図２３（ｂ）は、本実施例構成での供給ローラを低速回転させた後の静電容量および高速回転させた後の静電容量と、現像容器内トナー残量との関係である。実施例３と比較して、低速回転時の測定値が大きいことが分かる。図２３（ｂ）の結果が得られる理由について推測する。図１６にトナーが少量のときのロータリを回転させたときのトナーの動きを示す。現像位置で回転した後は、図１６−Ａのように供給ローラ上部（ｘ部）にトナーが多く存在している。この状態から、ロータリを１６−Ｂ、１６−Ｃ１６−Ｄ、１６−Ｅと順に回転させることで、現像ローラ２５と供給ローラ２４との接触位置よりも供給ローラの回転方向上流側のｘ部に溜まったトナーが、ロータリ一周後には、上記の接触位置よりも供給ローラの回転方向下流側のｙ部に搬送されることが分かる。
【００９７】
供給ローラへのトナー供給はｙ部からの吸い込みが支配的であることから、ロータリ回転でｙ部にトナーを搬送することで供給ローラ内のトナーを増やすことが可能となる。供給ローラを高速回転させたときは、ｙ部からトナー供給されるよりもｘ部の吐き出しの方が多く、ロータリ回転の有無で差が現れ難い。しかし、供給ローラを低速回転させたときには、ｘ部での吐き出し量が少ないため、供給ローラ内のトナー量はｙ部での吸い込みが支配的になる。よって、供給ローラがトナーを含みやすくなる。そのため、高速回転後の静電容量はそれほど変わらず、低速回転後の静電容量が大きくなるため、ロータリ方式でないときよりも差分が大きくとることが可能となる。トナー量が非常に少ない状態になるとｙ部のトナーもなくなるため、低速後の供給ローラ内のトナーは少なくなり、ロータリ回転時と実施例３との差はなくなる。
【００９８】
以上から、容器内トナー量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが実施例３よりも大きくなっていると考えられる。すなわち、実施例３よりも、差分ΔＣを検知する時のばらつきに対してトナー残量のばらつきが小さくなり、トナー残量報知や、現像装置の交換を促す報知を、より高精度に行なうことが可能となる。
【００９９】
ロータリのその他の効果としては、ロータリ回転でｙ部にトナーを送り込むことで、トナーを含みやすくなるため、低速回転時の供給ローラ内のトナー量が早く安定する。そのため、低速回転時間を短縮することが可能となる。また、他には、現像装置が長期放置された状態であってもロータリ回転によってトナーがほぐされるため放置の影響を受けにくい。そのため、供給ローラ回転後の供給ローラ内のトナー量が安定するので、静電容量のばらつきを抑制できる。
【０１００】
（実施例５）
本実施例の画像形成装置は実施例１の画像形成装置と同様に図１の基本構成を有する。本実施例で用いられる現像装置は、図２４に示す構成を有する。本実施例では、図３に示したフローを行った後の高精度検出モードにおける、供給ローラ２４の発泡層に含まれるトナー量を変化させる手段が実施例１とは異なる。すなわち、本実施例の画像形成装置は、現像装置の姿勢を、第１の姿勢から、現像ローラの頂点に対する供給ローラの頂点の高さが第１の姿勢とは異なる第２の姿勢に変化させ、第２の姿勢において供給ローラを回転させることで発泡層内のトナー量を変化させることが可能である。
なお、実施例１と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、高精度検出モード以外の説明については、共通する説明を一部省略する。
【０１０１】
以下、本実施例の特徴部分について説明する。
現像装置５について図２４を用いて詳細に説明する。現像装置５は、トナーを収容するトナー容器２１、トナー容器２１の開口部に配設されたトナー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、トナー容器２１の内部に現像ローラ２５と隣接して設けられたトナー供給部材たる供給ローラ２４からなる。現像ローラ２５は、現像動作中は感光ドラム１と接触した状態で回転する。現像ローラ２５と供給ローラ２４は第１の駆動装置としての画像形成装置本体の駆動装置Ｐ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姿勢変化装置としての駆動装置Ｒおよびカム２０を用いて、図２４中に示すカム２０を回転駆動させ、トナー容器上部を押すことで、現像ローラ２５を感光ドラム１から離間する。離間後、第１の駆動装置である駆動装置Ｐの回転駆動を停止する。
【０１０２】
現像ローラ２５と感光ドラム１の間の離間量はカム２０の回転位相により決定し、同時に現像装置５の姿勢も決定する。この姿勢変化装置による現像装置５の離間動作の、図２４中に示す揺動中心３０は、現像ローラ２５と供給ローラ２４を画像形成装置本体の駆動装置Ｐから駆動伝達させるための初段入力ギア中心と一致しており、離間状態でも供給ローラ２４の回転が可能である。
【０１０３】
なお、現像装置５は後述するように、異なる複数段階の姿勢で供給ローラを回転した後の静電容量を測定するために、異なる複数段階の姿勢で供給ローラ２４が回転可能であればよく、例えば供給ローラへ駆動伝達する駆動装置が複数あり、異なる駆動装置を用いることで異なる姿勢における供給ローラ２４の回転駆動が可能であってもよい。
【０１０４】
ここで、画像形成中において、現像ローラ２５と感光ドラム１が接触状態にある現像装置５は、図２５（Ａ）に示すように、鉛直方向上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２の差ｙ１−ｙ２をΔｙと定義したときに、Δｙ＝４．５ｍｍとなる姿勢である。ただし、前述したように、現像装置５の姿勢は供給ローラ２４を回転駆動可能な複数段階に変えることが可能である。本実施例では、後述するように、画像形成時の現像ローラ２５と感光ドラム１が接触する状態とは異なる、姿勢の異なる２つの離間状態（図２６（ａ）、２６（ｂ））で供給ローラ２４の回転駆動が可能である。現像装置の姿勢は、駆動装置Ｒおよびカム２０の回転によって、所望の姿勢に必要なタイミングで変更される。
【０１０５】
以下に、図２７を用いて、本発明の特徴である高精度検出モードについて説明する。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、現像動作終了後、高精度検出モードを実行する（Ｓ００５、Ｓ６００）。最初に駆動装置Ｒがカム２０を回転させて、現像装置５を、駆動装置Ｐから現像ローラと供給ローラに駆動伝達可能な第１の姿勢にして（Ｓ６０１）、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、所定の回転速度で供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ６０２）。
【０１０６】
ここで用いる第１の姿勢は、図２６（ａ）に示すように鉛直方向上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１’と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２’の差Δｙ’＝ｙ１’−ｙ２’が８ｍｍとなる姿勢であり、現像ローラ２５と感光ドラム１は離間した状態にある。通常画像形成時に使用する供給ローラの回転速度を１００％と定義すると、ここで用いる供給ローラの回転速度は４０％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５０秒とした。５０秒回転後、トナー残量測定を行うために、現像ローラと供給ローラの回転を停止する（Ｓ６０３）。その後第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ６０４）。
【０１０７】
次にカム２０を回転させて、現像装置５を、駆動装置Ｐから現像ローラと供給ローラに駆動伝達可能な第２の姿勢にし（Ｓ６０５）、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、所定の回転速度で供給ローラを第２の所定時間回転させる（Ｓ６０６）。ここで用いる第２の姿勢は、図２６（ｂ）に示すように鉛直方向上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１’’と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２’’の差Δｙ’’＝ｙ１’’−ｙ２’’が５ｍｍとなる姿勢であり、現像ローラ２５と感光ドラム１は離間した状態にある。ここで用いる供給ローラの回転速度は４０％とした。
【０１０８】
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２５秒とした。第２の所定時間回転後、トナー残量測定を行うために、現像ローラと供給ローラの回転を停止し、再度、カム２０の回転により第１の静電容量Ｃ１の測定時と同じ第１の姿勢にする（Ｓ６０７）。ただし、静電容量検知を第２の姿勢でも行えるように現像装置に電気的接点を設けておけば、Ｓ６０７で第１の姿勢にする必要はない。その後、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ６０８）。
【０１０９】
なお、本実施例では感光ドラム１の現像ローラ２５による削れを防止するために、供給ローラを回転させる際の第１の姿勢と第２の姿勢において、現像ローラ２５と感光ドラム１が離間した状態にしている。ただし、本発明の効果を得る上では、第１の姿勢と第２の姿勢との、前記トナー担持体の頂点に対する前記トナー供給部材の頂点の高さがが異なっているのであれば、現像ローラ２５と感光ドラム１が接触した状態で供給ローラを回転させても良い。
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜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７と同様になる。
【０１１０】
本実施例では、このように算出されたΔＣより、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。これにより、本実施例でも実施例１と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１１１】
ここで、静電容量の差分とトナー容器内トナー残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測する。
本発明者らは、供給ローラ回転時の現像装置の姿勢によって、トナー残量と供給ローラ内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の、トナー容器内トナー残量に対する、第１・第２の姿勢で供給ローラを回転させたときの、供給ローラ内のトナー含有量の関係を図２５ａに示す。トナー容器内トナー残量が多い時には、Δｙ’’が小さい第２の姿勢（Δｙ’’＝５ｍｍ）の方が多くトナーを含有していて、Δｙ’が大きい第１の姿勢（Δｙ’＝８ｍｍ）で回転後のトナー含有量との差が大きい。トナー容器内トナー残量が少なくなるにつれて、第１の姿勢（Δｙ’＝８ｍｍ）、第２の姿勢（Δｙ’’＝５ｍｍ）ともに、供給ローラ内のトナー量が少なくなり、トナー容器内トナー残量が非常に少ない状態（ポイントＢ）では、第１と第２の姿勢でほぼ同じトナー含有量を示している。
【０１１２】
本発明者らの観察結果から、トナー切れに近い状態では、図２５（ａ）に示すように供給ローラ周りを供給ローラの回転方向とは逆向きに、トナーが供給ローラの頂点を乗り越えてＸ部からＹ部へ移動をすることができず、供給ローラの圧縮により供給ローラ内から吐き出されたトナーが、Ｘ部に貯まることがわかった。またこのとき、Ｘ部に供給ローラ内から吐き出されたトナーがＹ部へ移動せずに貯まる容積の大きい第１の姿勢（Δｙ’＝８ｍｍ）の方が、図２６（ａ）に示すようにＸ部に存在するトナーが多くなっていることがわかった。また、第１の姿勢（Δｙ’＝８ｍｍ）では第２の姿勢（Δｙ’’＝５ｍｍ）よりＸ部に貯まるトナーが多くなるため、Ｙ部に存在するトナーが少なくなり、Ｙ部での吸い込みが行なわれ難くなっている。その結果、ある程度トナー容器内のトナーが残っている状態（図２５ａのポイントＡ）では、第１の姿勢（Δｙ’＝８ｍｍ）で回転させたときの方が、第２の姿勢（Δｙ’’＝５ｍｍ）で回転させたときより供給ローラ内のトナー量が少なくなっている。
【０１１３】
また、トナー容器内のトナー残量が非常に少ない状態（図２５ａのポイントＢ）のときは、第１・第２の姿勢ともに図２４に示したＹ部のトナーが減っていることが観察された。Ｙ部は、現像ローラとの接触で圧縮された供給ローラが開放される部分である。そのため、開放される瞬間に多くのトナーがこの部分で吸い込まれている。供給ローラ内のトナーの多くはこの部分から含まれるため、Ｙ部のトナーの状態が供給ローラ内のトナーに大きく影響する。Ｙ部のトナーが少ない状態になると、供給ローラにトナーを供給し難くなり、供給ローラ内のトナー量は減少する。前述の通り、この現象はＹ部のトナーの状態が大きく影響するため、現像装置の姿勢によらず供給ローラ内のトナー量が減ることになる。
これらの結果から、トナー容器内トナー残量と供給ローラ内トナー量の関係は図２５ａのようになり、その差分をとると図７と同様の結果となる。
【０１１４】
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２４ａ（ａ）に、高温高湿環境（３０℃・８０％ＲＨ：以下、Ｈ／Ｈと称す）、低温低湿環境（１５℃・１０％ＲＨ：以下、Ｌ／Ｌと称す）のトナー容器内トナー残量と各姿勢で回転後の静電容量の関係を示す。Ｈ／Ｈの測定値は、Ｌ／Ｌ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、各姿勢の静電容量の差分を測定すると、図２４ａ（ｂ）にあるようにＨ／ＨとＬ／Ｌでほぼ変わらない結果となっている。
【０１１５】
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、現像装置の姿勢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姿勢の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方式を用いてトナー残量測定を行うことで、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。
【０１１６】
なお、本実施例では、高精度検出モード内の、供給ローラを回転する第１の姿勢における供給ローラ２４と現像ローラ２５の頂点位置の差Δｙ’＝ｙ１’−ｙ２’よりも、その後に回転させる第２の姿勢における供給ローラ２４と現像ローラ２５の頂点位置の差Δｙ’’＝ｙ１’’−ｙ２’’の方が、小さくなるようにした。ここでいう差分Δｙ’およびΔｙ’’は、負の値も含んでおり、Δｙ’＞Δｙ’’となるようにしている。
【０１１７】
これは、Δｙ’’が小さい姿勢で回転させた後に高精度検出モードを終了することで、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で現像を開始することが可能となるためである。これによって、高精度検出モード後に、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、供給ローラ回転時の現像装置の姿勢をこのような順番に設定することは必須ではない。
【０１１８】
また、本実施例では、高精度検出モード内の、供給ローラの回転速度を画像形成時よりも低速にした。これにより、より高精度なトナー残量測定を行っているが、この効果について図３０を用いて以下に説明する。図３０（ａ）に示すように、低速回転の方が、高速回転よりもトナー含有量が多くなり、さらに、各速度において第２の姿勢と第１の姿勢との間の差分をとると図３０（ｂ）のようになる。低速回転においては、供給ローラの発泡層からのトナーの出入りは、Ｘ部への吐き出しよりもＹ部からの吸い込みが支配的になるため、Ｙ部のトナー量が多い状態であるトナー容器内トナー量がある程度残っている状態では、低速回転にすることで、姿勢を変えたときに、異なる姿勢の静電容量差分値ΔＣは図３０（ｂ）に示すように大きくなると考えられる。
【０１１９】
一方、トナー容器内トナー残量が非常に少ない状態では、Ｙ部のトナー量が少なく静電容量の差分ΔＣはあまり回転速度で変わらない。そのため、低速回転にすることでトナー容器内トナー残量に対する静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなる。そして静電容量の差分ΔＣの傾きが大きくなると、差分ΔＣを検知する時のばらつきに対して、トナー残量のばらつきが小さくなり、より高精度にトナー残量の検知を行うことが可能になる。以上から、本実施例のように、供給ローラの回転速度を画像形成時よりも低速回転にすることで、より高精度にトナー残量の測定を行うことが可能である。
また、供給ローラが含むトナー量が安定するまでに要する供給ローラ回転時間も、供給ローラの回転速度等によるため、第１の所定時間と第２の所定時間も本実施例の値に限るものではなく互いに異なっていても同じでもよい。
【０１２０】
（実施例６）
本実施例の画像形成装置は、実施例２の画像形成装置と同様に図１２の基本構成を有する。本実施例では、トナー残量を検知するために、図３に示すフローを行った後に実施例５の画像形成装置のように現像装置の姿勢変化を利用した高精度検出モードを行うが、実施例５とは姿勢を変化させる手段が異なる。すなわち、本実施例の画像形成装置は、図１２に示すように、現像装置を支持し回転可能なロータリ・ドラム５０と、ロータリ・ドラム５０を回転駆動する駆動装置Ｑとを有し、駆動装置Ｑによってロータリ・ドラム５０を回転駆動することで現像装置の姿勢を第１の姿勢から第２の姿勢に変化させる。
【０１２１】
以下、本実施例の特徴部分について説明する。
本実施例で用いている現像装置５は、実施例５で用いた図２４の現像装置と同構成であり、使用している現像ローラ、供給ローラも同じ構成である。画像形成時における現像ローラ、供給ローラの周速も実施例５と同じである。画像形成中の現像装置５の姿勢は、図２５（ｂ）に示すように鉛直上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２の差ｙ１−ｙ２をΔｙと定義したときに、Δｙ＝４．５ｍｍとなる姿勢である。
【０１２２】
また、本実施例でも、実施例５と同様に現像装置５の姿勢を、供給ローラ２４を回転駆動可能な複数の姿勢に変えることが可能となっている。現像装置５の姿勢は、第２の駆動装置としての画像形成装置本体に設けられた駆動装置Ｑによって、現像装置５を支持するロータリ・ドラム５０を回転駆動することで変更される。つまり、ロータリ・ドラム５０の回転位相で決まる、ロータリの中心に対する現像装置５の位置が変わることより、現像装置の姿勢が所望の姿勢に変更される。
【０１２３】
また本実施例では、オルダム継手を介すことで、異なる現像装置位置でも第１の駆動装置としての画像形成装置本体の駆動装置Ｐから現像ローラと供給ローラに駆動伝達される。本実施例では、後述するように、画像形成時の現像ローラ２５と感光ドラム１の接触する現像位置Ｃからロータリ・ドラム５０の回転した位置である、姿勢の異なる２つの離間位置Ｆ（図３１（ａ）および図２６（ｃ））、離間位置Ｇ（図３１（ｃ）および図２６（ｄ））で供給ローラ２４の回転駆動が可能である。なお、供給ローラ２４は、異なる複数の姿勢で回転可能であればよく、例えば供給ローラへ駆動伝達する駆動装置が複数あり、異なる駆動装置を用いることで異なる姿勢における供給ローラ２４の回転駆動が可能であってもよい。
【０１２４】
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。基本的な、トナー残量測定の方法は実施例１と同じであることから、本実施例における特徴的な部分についてのみ後述する。本実施例では、トナー残量を検知したい現像装置５は回転支持体上すなわちロータリ・ドラム５０上に設けられており、第２の駆動装置としての駆動装置Ｑによって、ロータリ・ドラム５０を回転駆動することで、現像装置を検知位置Ｅまで移動させて測定を行う。検知位置Ｅとは、図１２中の５ｃで表された現像装置の位置である。検知位置Ｅでは、図示しない電極端子によって現像ローラ２５のシャフト２４ａ（第１の電極部材）に検知用交流電源が、供給ローラ２４のシャフト２５ａ（第２の電極部材）に検知回路が接続される。
【０１２５】
検知位置Ｅでは、供給ローラ周囲のトナーが自重落下し、供給ローラ近傍のトナーの影響を少なくできる。そのため、検知時に供給ローラ近傍のトナーによる外乱を受にくく、供給ローラ内に含有されるトナーの量をより正確に測定できることとなる。
【０１２６】
本実施例での、図３のフローを行った後の、高精度検出モード時の動きについて説明する。図３１、３０にシーケンスの流れとロータリの動きを示す。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、高精度検出モードを実行する（Ｓ７００）。最初に、ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した現像装置を、ロータリ・ドラム５０を回転させて、第１の姿勢となる供給ローラ回転位置Ｆへ移動させる（Ｓ７０１）。ここで第１の姿勢は、図２６（ｃ）に示すように鉛直上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１’と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２’の差Δｙ’＝ｙ１’−ｙ２’が６ｍｍとなる姿勢であり、現像ローラ２５と感光ドラム１は離間した状態にある。
【０１２７】
供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、その位置で所定の回転速度で供給ローラを第１の所定時間回転させる（Ｓ７０２）。ここで用いる供給ローラの回転速度は通常画像形成時に使用する供給ローラの回転速度の４０％の速度とした。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４０秒とした。第１の所定時間回転後、前記現像装置を静電容量測定位置Ｅに移動させ（Ｓ７０３）、第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ７０４）。次に、前記現像装置をロータリ回転により、第２の姿勢となる供給ローラ回転位置Ｇへ移動させる（Ｓ７０５）。ここで第２の姿勢は、図２６（ｄ）に示すように鉛直上向きなｙ軸方向の供給ローラ２４の頂点位置ｙ１’’と現像ローラ２５の頂点位置ｙ２’’の差Δｙ’’＝ｙ１’’−ｙ２’’が３ｍｍとなる姿勢であり、現像ローラ２５と感光ドラム１は離間した状態にある。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、その位置で所定の回転速度で供給ローラを第２の所定時間回転させる（Ｓ７０６）。ここで用いる供給ローラの回転速度は通常画像形成時に使用する供給ローラの回転速度の４０％の速度とした。
【０１２８】
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２０秒とした。その後、前記現像装置を静電容量測定位置Ｅに移動させ（Ｓ７０７）、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ７０８）。なお、実施例１と同様に、供給ローラを回転させる際の第１の姿勢と第２の姿勢において、現像ローラ２５と感光ドラム１が離間した状態にあることは必須ではない。
【０１２９】
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜を算出し、これをΔＣとする。本実施例における、トナー残量に対するΔＣは、図３３（ｂ）に示す通りであり、実施例１と同じ傾向を示す。このように算出されたΔＣより、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。これにより、本実施例でも実施例１と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１３０】
本実施例では、温度や湿度が静電容量に与える影響は、現像装置の姿勢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姿勢の静電容量の差分を用いることで、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方式を用いてトナー残量測定を行うことで、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、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ずに、ユーザーに精度良く報知することができる。
【０１３１】
また、本実施例では、ロータリ構成を用いたことによる特有の作用効果を有するため、その特有の作用効果について以下に説明する。
まず、本実施例では、姿勢変化装置としてロータリ構成を利用しているため、実施例５のように姿勢変化のために新たにカム部材等を設けることなく、本発明の効果を得ることが可能となる。次に、図１６にトナーが少量のときのロータリ・ドラム５０を回転させたときのトナーの動きを示す。現像位置Ｃ付近（供給ローラ回転位置Ｃ，Ｆ，Ｇ）で供給ローラを回転した後は、図１６（ａ）のように供給ローラ上部（Ｘ部）にトナーが多く存在している。この状態から、ロータリを図１６（ｂ）、１６（ｃ）、１６（ｄ）、１６（ｅ）と順に回転させることで、現像ローラ２５と供給ローラ２４との接触位置よりも供給ローラの回転方向上流側のＸ部に溜まったトナーが、ロータリ一周後には、上記の接触位置よりも供給ローラの回転方向下流側のＹ部に搬送されることが分かる。
【０１３２】
供給ローラへのトナー供給はＹ部からの吸い込みが支配的であることから、ロータリ回転でＹ部にトナーを搬送することで、供給ローラ回転時に供給ローラ内にトナーが含まれやすくなり、供給ローラ内のトナー量が早く安定する。特に供給ローラを低速回転させたときには、Ｘ部での吐き出し量が少ないため、供給ローラ内のトナー量はＹ部での吸い込みが支配的になって、より供給ローラがトナーを早く含むことになり、回転時間を短縮することが可能となる。そのため、本実施例では、実施例５と比較して、ロータリ回転でＹ部にトナーを送り込むことで、供給ローラ内のトナー量を短い供給ローラ回転時間で安定させることができ、供給ローラ回転時間を短縮できる。
【０１３３】
なお、本実施例の構成をとることで、供給ローラ回転前に上記のようなトナーの移動が起こるが、トナー容器内トナー残量に対する異なる姿勢の静電容量の差分ΔＣは、図３３（ｂ）に示すように、実施例５のようなロータリ方式でないときと同じようにとれる。これは、Ｙ部から供給ローラ内に吸い込まれたトナーは供給ローラ内のトナー量が安定するまで、供給ローラの回転により図２中のＸ部に吐き出されるためである。トナー容器内のトナー残量がある程度残っている状態（図３３（ａ）中のポイントＡ）のとき、供給ローラが回転し始めるとＸ部にトナーが貯まり、実施例５と同様に姿勢ごとに変わるＸ部に貯まるトナー量の差により、Ｙ部のトナー量に差が生まれ、供給ローラ内のトナー量も異なる姿勢での回転で変わることになる。そしてトナー容器内トナー残量が非常に少ない状態（図３３（ａ）中のポイントＢ）になると、姿勢に関わらずＸ部に少量しかトナーは貯まらず、Ｙ部にも少量しかトナーは存在しなくなり、差が生まれなくなる。よってロータリ回転の有無に関わらず、静電容量の差分とトナー容器内トナー残量に関係が現れ、実施例１と同様の残量検知が可能である。
【０１３４】
ロータリのその他の効果としては、長期放置された状態であってもロータリ回転によってトナーがほぐされるため放置の影響を受けにくい。そのため、供給ローラ回転後の供給ローラ内のトナー量が安定し、静電容量のばらつきを抑制できる。
また、供給ローラが含むトナー量が安定するまでに要する供給ローラ回転時間も、供給ローラの回転速度等によるため、第１の所定時間と第２の所定時間も本実施例の値に限るものではなく互いに異なっていても同じもよい。
【０１３５】
（実施例７）
本実施例の画像形成装置は、実施例２の画像形成装置と同様に図１２の基本構成を有する。本実施例では、トナー残量を検知するために、図３に示したフローを行った後に、実施例２とは異なる高精度検出モードを実行する。
【０１３６】
以下に、図３４、図３５を用いて、本発明の特徴である高精度検出モードの流れとロータリの動きについて説明する。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、高精度検出モードを実行する（Ｓ８００）。最初に、ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した現像装置を駆動装置Ｑによりロータリ・ドラムを回転させて現像位置である供給ローラ回転ポジションへ移動させる（Ｓ８０１）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、その位置で駆動装置Ｐにより供給ローラを第１の所定時間ｔ１としての１５秒間回転させて、供給ローラ内のトナー量が少ない量で安定した状態にする（Ｓ８０２）。以降ここでの供給ローラの回転動作を吐き出しモードと呼称する。次に、前記現像装置を駆動装置Ｑによりロータリ・ドラムを回転させてトナー残量測定位置に移動させ（Ｓ８０３）、第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ８０４）。
【０１３７】
次に、前記現像装置を再度供給ローラ回転ポジションへ移動させる（Ｓ８０５）。供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、その位置で供給ローラを第２の所定時間ｔ２としての３秒間回転させて、発泡層内のトナー量をＣ１の検知時における発泡層内のトナー量よりも多くする（Ｓ８０６）。以降ここでの供給ローラの回転動作を吸い込みモードと呼称する。その後、前記現像装置をトナー残量測定位置に移動させ（Ｓ８０７）、第２の静電容量Ｃ２を測定する（Ｓ８０８）。
【０１３８】
図３６に供給ローラを回転したときの、回転時間に対する発泡層内のトナー量の模式図を示す。ロータリを回転させて、トナー容器内のトナーを図１６に示すようにＹ近傍に移動させてから、供給ローラを回転させると、供給ローラの発泡層がＹ近傍のトナーを吸い込むため、発泡層内のトナー量は、図３６において左端からスタートする。すなわち、上述のＳ８０６では、発泡層内のトナー量は図３６の左端からスタートして、発泡層内のトナー量がしばらく増加した後、減少をはじめるので、ｔ２を適宜設定することで発泡層内のトナー量を多くすることができる（吸い込みモード）。
【０１３９】
一方、ロータリ回転を行っても、図１６に示すようにＹ近傍にトナーを移動させるような回転でなければ、図３６においてどこからスタートするか不明である。したがって、ｔ１は、供給ローラの回転時間に対する発泡層内のトナー量の減少率が所定値を下回るような時間α以上回転させることで、図３６における発泡層内のトナー量が安定した状態にすることができる（吐き出しモード）。なお、本実施例ではｔ１を１５秒、ｔ２を３秒としたが、トナー容器の形状や、供給ローラの大きさ、素材、構造、回転速度等によってｔ１、ｔ２は適宜調整すればよい。
【０１４０】
このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜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７と同様になる。このように算出されたΔＣより、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。
【０１４１】
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測する。
本発明者らは、供給ローラの回転時間による供給ローラ内トナー量の関係がトナー残量によって変化することを発見した。トナー切れに近い状態の、容器内トナー量と吐き出しモード・吸い込みモードで回転させた直後の供給ローラ内のトナー含有量を図３７に、供給ローラの回転時間と回供給ローラ内のトナー含有量の関係を図３８に示す。回転開始から徐々にトナー含有量が増えていき、ある時間を境に減少していく。容器内トナー量が少なくなるにつれて、吐き出しモード、吸い込みモードともに、供給ローラ内のトナー量が少なくなり、容器内トナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）では、吐き出しモード後と吸い込みモード後で、ほぼ同じトナー含有量を示している。
【０１４２】
本発明者らの観察結果から、回転時間によって吐き出しと吸い込みのバランスが、変化していることがわかった。この現象について推測する。図１６にトナーが少量のときのロータリを回転させたときのトナーの動きを示す。ある程度容器内のトナーが残っている状態（ポイントＡ）では、現像位置で回転した後は、図１６−Ａのように供給ローラ上部（Ｘ部）にトナーが多く存在している。この状態から、ロータリを１６−Ｂ、１６−Ｃ１６−Ｄ、１６−Ｅと順に回転させることで、現像ローラ２５と供給ローラ２４との接触位置よりも供給ローラの回転方向上流側のＸ部に溜まったトナーが、ロータリ一周後には、上記の接触位置よりも供給ローラの回転方向下流側のＹ部に搬送されることが分かる。Ｙ部は、現像ローラとの接触で圧縮された供給ローラが開放される部分である。
【０１４３】
そのため、開放される瞬間に多くのトナーがこの部分で吸い込まれている。供給ローラ内のトナーの多くはこの部分から含まれるため、Ｙ部のトナーの状態が供給ローラ内のトナーに大きく影響する。Ｙ部のトナーが少ない状態になると、供給ローラにトナーを供給し難くなり、供給ローラ内のトナー量は減少する。このことから、ロータリ回転でＹ部にトナーを搬送することで供給ローラ内のトナーを増やすことが可能となる。よってロータリ回転後しばらくは供給ローラにトナーが供給されるため、供給ローラ内のトナーが増えるが、Ｙ部のトナーがなくなると、Ｙ部からトナー供給がなくなるためＸ部の吐き出しの影響が大きくなり、供給ローラ内のトナー量は減ってしまう。
【０１４４】
また、容器内のトナー量が非常に少ない状態（ポイントＢ）のときは、図２に示したＸ部のトナーが少なくなっており、その結果Ｙ部へ送り込まれるトナー量が少なくなっていることが観察された。そのため、供給ローラへのトナーの供給量が少なくなる。
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３７のようになり、その差分をとると図７と同様の結果となる。
【０１４５】
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３９（Ａ）に、高温高湿環境（３０℃・８０％ＲＨ：以下、Ｈ／Ｈと称す）、低温低湿環境（１５℃・１０％ＲＨ：以下、Ｌ／Ｌと称す）の容器内トナー量と各速度の静電容量の関係を示す。Ｈ／Ｈの測定値は、Ｌ／Ｌ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、各速度の静電容量の差分を測定すると、図３９（Ｂ）にあるようにＨ／ＨとＬ／Ｌでほぼ変わらない結果となっている。
【０１４６】
上記の結果により、残量検知のパラメータとして吸い込みモードと吐き出しモードの差分を用いれば、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方式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。
【０１４７】
なお、本実施例では、高精度検出モード内の、供給ローラの第一の回転時間を吐き出しモード、その後に回転させる第二の回転時間を吸い込みモードとした。これは、吸い込みモードのあとに高精度検出モードを終了することで、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。これによって、高精度検出モード後に、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できるという別の効果も得ることができる。
【０１４８】
（実施例８）
本実施例の画像形成装置は、実施例２の画像形成装置と同様に図１２の基本構成を有する。本実施例では、トナー残量を検知するために、図３に示したフローを行った後に、実施例２とは異なる高精度検出モードを実行する。
【０１４９】
本実施例では、トナー残量を検知したい現像装置５は回転支持体上すなわちロータリ・ドラム５０上に設けられており、第２の駆動装置としての駆動装置Ｑよって、ロータリ・ドラム５０を回転駆動することで、現像装置を移動し、トナーの撹拌を行い、トナー残量検知位置Ｆへと移動する。検知位置Ｆとは、図４０中の５ａで表された現像装置の位置である。検知位置Ｆでは、図示しない電極端子によってシャフト２４ａに交流電源１００が、シャフト２５ａに検知回路１０１が接続される。
【０１５０】
図４１に、本発明の特徴である高精度検出モードを示す。ある現像装置のピクセルカウント積算値ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した場合、高精度検出モードを実行する（Ｓ９００）。最初に、ＰｃｏｕｎｔがＰｔｈに到達した現像装置を、ロータリ回転させてトナーの撹拌を行い、現像位置である供給ローラ回転ポジションへ移動させる。これによりトナーの撹拌を行なうことで、図１６に示すように、トナーを供給し易い位置（前述のＹ部）へ、トナーを移動させる（Ｓ９０１）。（供給ローラ回転ポジションへ移動した時の現像装置の姿勢を、所定の姿勢としての姿勢Ｆとすると、Ｓ９０３以降のシーケンスはＹ部へ移動したトナー量が姿勢変化によって変わらないように姿勢Ｆのまま行う。）次に、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を変化させるために、第１の所定時間（ｔ１＝３秒）供給ローラを回転させる（Ｓ９０２）。
【０１５１】
ｔ１は実施例１と同様に、供給ローラ内のトナー量が一度最大値を越えた後がより望ましく、本実施形態では３秒とした。その後、第１の静電容量Ｃ１を測定する（Ｓ９０３）。ここで、静電容量の測定は、駆動装置Ｐによって供給ローラを回転駆動しながら行なう。Ｃ１測定後、供給ローラの発泡層に含まれるトナー量を再度変化させるために、供給ローラ内のトナーを十分に吐き出す第２の所定時間（ｔ２＝１０秒）供給ローラを引き続き回転させて（Ｓ９０４）、第２の静電容量Ｃ２を計測する（Ｓ９０５）。このように検出された静電容量Ｃ１とＣ２の差分の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜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７と同様になる。このように算出されたΔＣより、実施例１と同様に図８のフローに従って、閾値を超えているかどうかの判定を行なってトナー残量に関する報知やカートリッジ交換時期に関する検知を行なう。
【０１５２】
このように、本実施例では、最初にロータリ回転を行ってから、現像駆動が行なえるポジションにて、供給ローラを回転させながら静電容量を測定することにより、実施例７の様に、Ｃ１の測定とＣ２の測定の間にロータリ回転を挟むことなく静電容量の測定を連続して行なえるため、実施例７よりも測定時間の短縮が可能となる。
【０１５３】
また、実施例７では、供給ローラを第１の所定時間回転させる前にロータリ回転でトナー容器内のＹ部にトナーを移動させておらず図３６の曲線におけるどの位置からスタートするか不明であるため、α以上回転させて発泡層内のトナー量が少なくなった状態にする必要があり、必然的にＣ２検知時には、Ｃ１検知時よりも発泡層内のトナー量が多い状態にする必要があった。しかし、本実施例では、高精度検出モードの最初にロータリ回転でトナー容器内のＹ部にトナーを移動させてから、上述のように供給ローラ回転させてＣ１とＣ２を連続して検知する。したがって、本実施例では、発泡層内のトナー量は図３６の左端からスタートするため、ｔ１とｔ２を適宜設定することで、Ｃ１検知時とＣ２検知時において発泡層内のトナー量はどちらを多くすることもできる。すなわち、発泡層内のトナー量が異なる量となるように、ｔ１とｔ２を適宜設定すればよい。
【０１５４】
また、ロータリ回転でＹ部にトナーを移動させてから、供給ローラを回転させながら静電容量の検知を２回行ったが、供給ローラの回転時間に対する静電容量の減少率が所定値を下回るまで３回以上検知を行ってもよい。以下に詳細を示す。
【０１５５】
図４２に静電容量検知を３回以上行う場合の高精度検出モードのフローを、図４３に静電容量の検知結果を示す。静電容量の検知は、供給ローラを回転させながら０．５秒ごとに行った。ｍ回目の静電容量をＣｍとすると、ｍ回目とｍ−１回目の静電容量の差分値の絶対値ΔＣｄ＝｜Ｃｍ−Ｃ（ｍ−１）｜を算出し（Ｓ９１１）、ΔＣｄがある閾値ΔＣｓを下回ったときに（Ｓ９１２）、発泡層内のトナー量がほぼ安定した（供給ローラの回転時間に対する静電容量の減少率が所定値を下回った）と判断し（Ｓ９１３）、検知回数Ｎ回のうち最も大きい静電容量ＣＨと、Ｓ９１３でほぼ安定した時の最も小さい静電容量ＣＬとの差分値の絶対値｜ＣＨ−ＣＬ｜を算出し（Ｓ９１５）、これをΔＣとする。
【０１５６】
このように得られたΔＣは実施例１と同様に図８のフローに従いトナー残量に関する報知やカートリッジの交換に関する報知を行なう。
【０１５７】
このように、ロータリ回転でＹ部にトナーを移動させてから、供給ローラを回転させながら静電容量の検知を３回以上連続して行うことで、静電容量の変化をモニタリングすることができる。したがって、静電容量の最も大きい値と、最も小さい値をとることで、静電容量差分値の絶対値として大きい値をとれるので、トナー残量の変化に対する、静電容量差分値の絶対値の変化が大きくなり、トナー残量検知やカートリッジ交換時期をより高精度に報知することができる。
【０１５８】
（補足）
本発明は、実施例１〜８に示した高精度検出モードのように、静電容量Ｃ１測定時と、静電容量Ｃ２測定時の間に、供給ローラを回転して発泡層内のトナー量を変化させる所定期間を有していれば、｜Ｃ１−  Ｃ２｜を用いてトナー残量を検出することが可能である。これにより、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、ユーザーに精度良く報知することができる。さらに、静電容量Ｃ１測定前にも供給ローラを所定期間回転させることで、高精度検出モード実行前の画像形成に起因する発泡層内のトナー量の変化を抑制することができるので、静電容量Ｃ１もより安定した値を測定可能となる。これにより、より高精度に上記報知を行うことが可能である。
【０１５９】
また、実施例１〜８に示した高精度検出モードでは、静電容量Ｃ１測定から静電容量Ｃ２測定までの一連の動作を連続的に行なった。これらの動作は連続的に行なうことが望ましいが、Ｃ１測定時とＣ２測定時とで、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、Ｃ１測定とＣ２測定の間に数枚印刷しても大きな影響は無い。
【０１６０】
また、実施例１〜８に示した高精度検出モードにおいて、発泡層内のトナー量を変化させる所定期間において、供給ローラと現像ローラを回転させているが、発泡層にトナー出入りが行われるためには、供給ローラのみが回転していればよい。
また、実施例１〜８では現像装置のみを画像形成装置本体に対して取り外し交換可能なカートリッジとしたが、現像装置に加えて感光ドラム等も一体化した所謂一体型カートリッジを画像形成装置本体に対して取り外し交換可能としてもよい。
【０１６１】
また、本発明における報知信号形成手段の報知内容は、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ればよい。例えば画像形成装置本体のディスプレーや、画像形成装置にネットワークにより接続されたＰＣのディスプレーに「トナーが少なくなりました。」「トナー切れです。」「カートリッジを交換してください。」等を表示させる。すなわち、画像形成装置本体にディスプレーが無くても報知可能であることは言うまでもない。また、閾値を複数設定することで段階的に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。
【符号の説明】
【０１６２】
１  感光ドラム
５（５ａ〜５ｄ）  現像装置
１７  転写ローラ
１５  定着装置
２１  トナー容器
２４  供給ローラ
２４ａ  シャフト
２４ｂ  ウレタンスポンジ層
２５  現像ローラ
２５ａ  シャフト
４０  装着部
５０  回転支持体（ロータリ）
７０  コントローラ部
７０ａ  報知信号形成手段
【図１】
2011158882.tif 000003
【図２】
2011158882.tif 000004
【図３】
2011158882.tif 000005
【図４】
2011158882.tif 000006
【図５】
2011158882.tif 000007
【図６】
2011158882.tif 000008
【図７】
2011158882.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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