(57)【要約】【課題】搬送経路内を搬送されるトナーの搬送流量の低下を検知可能とする新規な装置を提供する。【解決手段】トナー落下搬送経路６４内を所定方向に搬送されるトナーの流速を測定する流速測定装置２００であって、一部を支持部材２１５によって支持されると共に搬送経路内に配置された梁部２１４、及び、搬送されるトナーの接触による梁部の変形を電気的な抵抗値として出力するピエゾ抵抗体２１１を備えたカンチレバー２１３と、ピエゾ抵抗体が出力する抵抗値に基づいてトナーの流速を導出する演算部２２０と、を備えた。ピエゾ抵抗体２１１が出力する抵抗値に基づいてトナーの流速を導出できるので、トナー落下搬送経路６４内を搬送されるトナーの流量低下が検知可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送経路内を所定方向に搬送される粉体の流速を測定する流速測定装置であって、
一部を支持手段によって支持されると共に前記搬送経路内に配置された梁部、及び、搬送される粉体の接触による前記梁部の変形を電気的な抵抗値として出力するピエゾ抵抗体を備えたカンチレバーと、
前記ピエゾ抵抗体が出力する抵抗値に基づいて前記粉体の流速を導出する演算手段と、を備えたことを特徴とする流速測定装置。
【請求項２】
前記梁部を所定の周波数及び振幅にて振動させる振動手段を備え、前記演算手段は搬送される粉体の接触による前記梁部の周波数又は振幅の変化に基づいて前記粉体の流速を導出することを特徴とする請求項１に記載の流速測定装置。
【請求項３】
複数の前記カンチレバーを前記粉体の搬送方向と交差する方向にアレイ状に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の流速測定装置。
【請求項４】
前記カンチレバーの表面が撥水素材によりコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の流速測定装置。
【請求項５】
複数の前記カンチレバーが前記粉体の搬送方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の流速測定装置。
【請求項６】
前記粉体としてのトナーを搬送する前記搬送経路と、前記搬送経路内を搬送されるトナーの流速を測定する請求項１乃至５の何れか一項に記載の流速測定装置と、を備え、電子写真方式により画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記演算手段が導出した前記粉体の流速が所定のしきい値未満となった場合に所定のメッセージを外部に報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項６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、搬送経路内を搬送される粉体の流速を測定する流速測定装置に関し、特に粉体として画像形成装置の搬送経路内を搬送されるトナーの流速を測定するに好適な流速測定装置、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル複写機やレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、画像形成にトナーを用いる。近年では省エネ化のため、より定着温度の低いトナーを用いる傾向にある。低温定着が可能なトナーは、トナーを構成するメインレジンのガラス転移温度を下げることで作製可能である。しかし、低温定着が可能なトナーは機械的強度が低下し、流動性の悪化やトナーの凝集が発生し易くなるため、トナー搬送経路内で詰まりを発生させる等の問題を引き起こし易くなる。
画像形成装置においては、画像形成時におけるトナー消費量に応じてトナー容器からトナーを搬送して現像装置に補給する。仮に、搬送経路内でトナーが詰まった場合には現像装置内のトナー濃度が低下する。現像装置内のトナー濃度の低下量が大きい場合には、記録媒体上の画像濃度が低下して、かすれたような画像となる場合がある。
【０００３】
ここで、搬送経路内のトナーは、搬送スクリュや搬送経路内の圧力変化を利用して搬送されるため、トナーには機械的ストレスがかかりやすい。上述のように、低温定着が可能なトナーは機械的強度が低いため、トナーは機械的ストレスを受けて凝集し易くなる。搬送経路内にてトナーが詰まる場合、その前兆として搬送経路内のトナーの流量が低下する。搬送経路内におけるトナー流量の低下を正確に検知できれば、トナーの詰まりやこれに伴う画像品質の低下といった問題を回避できる。
搬送経路内におけるトナーの状態を検知する従来技術として特許文献１には、圧電振動子や超音波センサを用いてトナー搬送負荷の変動を検知する装置が記載されている。また、特許文献２には、透磁率センサをトナー貯蔵装置の外周面下部や外側面に圧接したトナー有無検知装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術はいずれも、ある領域にトナーが存在するか否かを検知するだけである。即ち従来技術では、搬送経路内でトナーが詰まっているか否かを検知できるが、トナーの流量の変動を検知することは困難である。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、搬送経路内を搬送される粉体の流量の変動を検知できる新規な装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、搬送経路内を所定方向に搬送される粉体の流速を測定する流速測定装置であって、一部を支持手段によって支持されると共に前記搬送経路内に配置された梁部、及び、搬送される粉体の接触による前記梁部の変形を電気的な抵抗値として出力するピエゾ抵抗体を備えたカンチレバーと、前記ピエゾ抵抗体が出力する抵抗値に基づいて前記粉体の流速を導出する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ピエゾ抵抗体が出力する抵抗値に基づいて粉体の流速を導出できるので、搬送経路内を搬送される粉体の搬送流量の変動を検知可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】トナー補給装置にトナー容器が設置された状態を示す模式図である。
【図３】図２に示すトナー落下搬送経路の部分拡大図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】自己検知型ＳＰＭプローブの一例を示した平面図である。
【図６】第二の実施形態に係る流速測定装置を示す模式図である。
【図７】図２に示す搬送ノズルとトナー落下搬送経路の部分拡大図である。
【図８】図２に示す搬送ノズルとトナー落下搬送経路の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【０００９】
〔画像形成装置〕
＜構成＞
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
画像形成装置１００は、トナー像が一次転写される中間転写体としての中間転写ベルト８を備え、タンデム現像方式を採用して電子写真方式によりフルカラー画像を形成可能なカラープリンタである。
画像形成装置１００の上方には、トナー容器収容部３１が配置されている。トナー容器収容部３１には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した４つのトナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ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３１の下方には一次転写ユニット１５（一次転写部）が配設されている。その一次転写ユニット１５の中間転写ベルト８（中間転写体又は一次転写体）に対向するように、各色に対応した４つの画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが並設されている。なお、画像形成ユニットの色の並び順は図示するものに限らず、他の並び順であっても構わない。
【００１０】
トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋの下方には、それぞれ、トナー補給装置６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋが配設されている。そして、トナー容器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋに収容されたトナーは、それぞれ、トナー補給装置６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋによって、画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ内に供給（補給）される。
画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、それぞれ像担持体としての感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ（像担持体）と、各感光体ドラムの周りに配置された帯電手段、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ、クリーニング手段等を備えている。各感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、色の異なる単色のトナー像を夫々担持する。また、画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの回転軸が平行になるように、且つ中間転写ベルト８の走行方向に沿って所定のピッチで配列されている。画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが備える現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、使用するトナー色が異なる以外は何れも同様の構成である。
画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの下方には、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面にレーザー光Ｌを走査しながら照射する光書込ユニット７（露光装置）が配置されている。
【００１１】
画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの上方には、画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにて形成された各色トナー像が重ね合わされて転写される中間転写ベルト８を備えた一次転写ユニット１５が配置されている。
一次転写ユニット１５は、中間転写ベルト８、４つの一次転写ローラ９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ、及び中間転写クリーニング装置１０等を含んで構成される。中間転写ベルト８は、複数のローラ部材によって張架・支持されるとともに、１つのローラ部材（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、反時計回りに無端移動される。
中間転写クリーニング装置１０は、ブラシローラとクリーニングブレードとから構成されている。中間転写クリーニング装置１０は、中間転写ベルト８の外周面にブラシローラとクリーニングブレードが接触するように配置されている。中間転写クリーニング装置１０により中間転写ベルト８に付着したトナー等の異物が除去される。
一次転写ユニット１５の図中右側には、中間転写ベルト８が担持搬送するトナー像を記録媒体Ｐに転写する二次転写ユニット１６（二次転写手段、二次転写部）が配置されている。二次転写ユニット１６は、二次転写ローラ１９と二次転写バックアップローラ１２とを備え、二次転写ローラ１９と二次転写バックアップローラ１２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している。
【００１２】
二次転写ユニット１６の上方には、定着ユニット２０が配置されている。定着ユニット２０は、定着ベルト及び加圧ローラを備え、記録媒体Ｐの表面に二次転写されたカラートナー像を熱と圧力とにより記録媒体Ｐ上に定着させる。
定着ユニット２０の記録媒体Ｐの搬送方向下流には、画像が形成された記録媒体Ｐを装置外へ排出する排紙ローラ対２９が備えられている。排紙ローラ対２９のローラ間を経て装置外へ排出された記録媒体Ｐは、スタック部３０上に順次スタックされる。
二次転写ユニット１６及び定着ユニット２０の図中右側には、両面ユニット１８が備えられている。両面ユニット１８は、一方の面に画像が転写されて定着ユニット２０を通過した記録媒体Ｐを反転させつつ再び二次転写ユニット１６へ搬送して、記録媒体Ｐの他方の面に画像を転写し、定着する場合に用いる。
画像形成装置１００の最下部には、給紙カセット２６ａを備えている。給紙カセット２６ａには、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。給紙ローラ２７ａが図１中の反時計方向に回転駆動されると、最上部の記録媒体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。
【００１３】
また、両面ユニット１８の図中右側には、画像形成装置側面から手差しで給紙を行う手差しトレイ２６ｂが備えられている。給紙ローラ２７ｂが図１中の時計方向に回転駆動されると、最上部の記録媒体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。
なお、図示していないが、画像形成装置１００はこの他にも、廃トナーボトルや、電源ユニットなどを備えている。
【００１４】
＜画像形成動作＞
画像形成動作について説明する。
感光体ドラム１は、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電手段と対向する位置で、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される。所定の電位に帯電した感光体ドラム１の表面には、光書込ユニット７により画像データに基づくレーザー光Ｌが走査され、該当色の静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体ドラム１の表面が現像装置５０との対向位置に到達すると、感光体ドラム１表面の静電潜像にトナーが供給されて、トナー像が形成される。
上記の動作が全ての画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいて同様に所定のタイミングで行われ、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの表面には、夫々所定の色のトナー像が形成される。
画像形成ユニット６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの画像形成動作タイミングに合わせて、中間転写ベルト８が駆動され、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト８に順次転写される。このトナー像の転写は、中間転写ベルト８を挟んで各感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋと対向配置されている一次転写ローラ９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋに、図示しない電源より感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ上のトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。
【００１５】
記録媒体Ｐは、給紙カセット２６ａ、又は手差しトレイ２６ｂの何れかから搬送され、レジストローラ対２８に到達したところで一端停止する。前述の画像形成動作タイミングに合せて、記録媒体Ｐはレジストローラ対２８より二次転写ユニット１６へ搬送される。
中間転写ベルト８上に重ね合わされた４色のトナー像は、二次転写ローラ１９と中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）で記録媒体Ｐに転写される。このトナー像の転写は、二次転写ローラ１９に図示しない電源より中間転写ベルト８上のトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。記録媒体Ｐは二次転写ニップにより定着ユニット２０へ搬送される。
定着ユニット２０では、記録媒体Ｐの上のトナー像は、定着ベルト及び加圧ローラとの間の定着ニップにて、熱と圧力により定着される。記録媒体Ｐは定着ニップにより搬送される。
一方の面に画像が形成された記録媒体Ｐは、片面印刷の場合、各搬送ローラによって搬送され、排紙ローラ対２９のローラ間を経て装置外へ排出され、スタック部３０上にスタックされる。両面印刷の場合、各搬送ローラによって両面ユニット１８へ搬送される。
【００１６】
＜制御部＞
画像形成装置の各部の動作を制御する制御手段としての制御部は、周知のコンピュータ装置であり、ＣＰＵやメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有して構成されている。ＣＰＵがＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開して実行することにより、画像形成装置の各部の動作が制御される。
【００１７】
＜トナー補給装置＞
トナー補給装置６０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）について説明する。図２は、トナー補給装置にトナー容器が設置された状態を示す模式図である。
図１に示した画像形成装置１００のトナー容器収容部３１に設置された各トナー容器３２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内のトナーは、各色の現像装置５０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内のトナー消費に応じて、適宜に各現像装置５０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内に補給される。このとき、各トナー容器３２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内のトナーは、トナー色ごとに設けられたトナー補給装置６０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）によって補給される。
なお、四つのトナー補給装置６０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）やトナー容器３２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造である。このため、以下、イエローに対応したトナー補給装置６０Ｙやトナー容器３２Ｙのみの説明を行い、他の三つの色に対応したトナー補給装置６０（Ｍ、Ｃ、Ｋ）やトナー容器３２（Ｍ、Ｃ、Ｋ）の説明を適宜に省略する。
トナー補給装置６０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、トナー容器収容部３１（図１参照）、搬送ノズル６１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）、搬送スクリュ６２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）、トナー落下搬送経路６４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）、回転駆動部９１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）等で構成されている。
【００１８】
＜トナー補給動作＞
トナー容器３２Ｙが図中矢印Ｑの方向へ移動して画像形成装置１００のトナー容器収容部３１に装着されると、その装着動作に連動して、トナー容器３２Ｙの容器先端側からトナー補給装置６０Ｙの搬送ノズル６１Ｙが挿入される。これにより、トナー容器３２Ｙ内と搬送ノズル６１Ｙ内とが連通する。
回転駆動部９１Ｙから容器ギア３５Ｙに回転駆動が入力されることで、容器本体３３Ｙ内に設けられた粉体搬送部材としてのアジテータ３６Ｙが回転駆動される。アジテータ３６Ｙが回転することで、容器本体３３Ｙの内部に収容されたトナーが容器本体長手方向に沿って図中の左側から右側へ搬送されて、容器先端側カバー３４Ｙ側から搬送ノズル６１Ｙ内に供給される。
搬送ノズル６１Ｙ内には、搬送スクリュ６２Ｙが配置されており、回転駆動部９１Ｙから搬送スクリュギア６３Ｙに回転駆動力が入力されることで、搬送スクリュ６２Ｙが回転し、搬送ノズル６１Ｙ内に供給されたトナーを搬送する。搬送ノズル６１Ｙの搬送方向下流端は、トナー落下搬送経路６４Ｙに接続されており、搬送スクリュ６２Ｙによって搬送されたトナーは、トナー落下搬送経路６４Ｙを自重落下して現像装置５０Ｙ内に補給される。
【００１９】
上述した光書込ユニット７（露光装置）で用いる画像情報に基づいて制御部９０がトナー消費量を算出し、制御部９０が現像装置５０ＹへのトナーＴの供給を要すると判断する場合がある。また、トナー濃度検知センサ５６Ｙの検知結果に基づいて現像装置５０Ｙ内のトナー濃度が低下したことを制御部９０にて検出する場合がある。これらの場合は、制御部９０の制御によって回転駆動部９１Ｙを駆動し、トナー容器３２Ｙの容器本体３３Ｙ内のアジテータ３６Ｙと搬送スクリュ６２Ｙとを所定時間回転させて現像装置５０Ｙへのトナー補給を行う。
【００２０】
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態に係る流速測定装置の概略構成について図２〜図４に基づいて説明する。図３は、図２に示すトナー落下搬送経路の部分拡大図である。図４は、図３のＡ矢視図である。流速測定装置はトナー搬送経路を搬送されるトナー等の粉体の流速を測定する手段である。ここで、粉体とは、粉や粒などが集まったものである。粉体の例示としては、セメント等の建築材料、小麦粉や砂糖等の食品材料、化粧品や医薬品等の材料などが挙げられる。
流速測定装置２００は、梁部２１４にピエゾ抵抗体２１１が一体化されたピエゾ内蔵型カンチレバー（以下、単に「カンチレバー」という）２１３を備えたセンサ部２１０と、センサ部２１０からの信号（カンチレバーの抵抗変化を示す信号）を処理して、トナー落下搬送経路６４内を搬送されるトナーの流速を導出する演算部２２０とを備えている。
センサ部２１０は、トナーを搬送する搬送経路内に設置される。本実施形態においてセンサ部２１０は、トナー落下搬送経路６４内に配置される。略水平方向にトナーを搬送する搬送ノズル６１内には搬送スクリュ６２が配置されているため、搬送ノズル６１内にセンサ部２１０を配置すると、トナーの搬送性能に影響を及ぼす可能性がある。本実施形態においては、搬送ノズル６１よりも搬送方向下流側のトナー落下搬送経路６４内にセンサ部を配置した。トナー落下搬送経路６４内では、トナーは自由落下により下流側へと移動するため、トナー落下搬送経路６４内には搬送スクリュ等の搬送手段を設置する必要が無い。即ち、トナー落下搬送経路６４内にセンサ部２１０を配置することで、トナーの搬送性能に悪影響を及ぼさずに、またセンサ部２１０が搬送スクリュ等の搬送手段の影響を受けることなく、トナーの流速を測定することが可能である。
【００２１】
このようにセンサ部２１０は、搬送スクリュ等の搬送手段が配置されていない搬送経路部分に設置されることが望ましい。特に好ましい搬送経路は、略垂直、又は斜め上下方向に伸びてトナーを自重により落下させることが可能な経路である。
【００２２】
センサ部２１０はカンチレバー２１３の梁部２１４の長手方向一端部を支持する支持部材２１５（支持手段）を備えている。支持部材２１５の長手方向両端部は、トナー落下搬送経路６４内の適所に固定されている。カンチレバー２１３は支持部材２１５に対して、長手方向が支持部材２１５の長手方向と交差するように取り付けられている。カンチレバー２１３は、その厚み方向（図中上下方向）がトナーの搬送方向に沿うように、言い換えれば、カンチレバー２１３の撓み方向がトナーの搬送方向に沿うようにトナー落下搬送経路６４内に設置される。
トナーは、カンチレバー２１３の周辺を通過するときカンチレバー２１３に接触する。トナーが接触したカンチレバー２１３はその接触圧によって搬送方向に撓み、変形する。流速測定装置２００は、カンチレバー２１３の撓み変形量に基づいてトナーの流速を測定する。カンチレバー２１３は、トナー落下搬送経路６４内を搬送されるトナーの量に応じた量で撓み変形する。即ち、トナーの流速が早ければカンチレバー２１３の撓み量は大きくなり、トナーの流速が遅ければカンチレバー２１３の撓み量は小さくなる。
【００２３】
なお、カンチレバー２１３はトナー落下搬送経路６４内にトナーの接触により撓むように設置されていればよい。従ってカンチレバー２１３は、その上面がカンチレバーの長手方向（図３中左右方向）に傾斜した状態にて設置されてもよい。カンチレバー２１３の表面を傾斜させることでトナーが付着しにくくなり、経時において安定した測定感度を維持できる。
また、図示する直線形状の梁部２１４を有するカンチレバー２１３は一例である。接触したトナーの量に応じて変形可能な形状の梁部を有するカンチレバーであれば、その他の形状としてもよい。この場合、梁部の形状に応じて梁部の少なくとも一部（適所）が支持部材２１５によって支持される。
【００２４】
感度良くトナー流速を計測するためには、カンチレバー２１３が適切な量だけ撓むようにカンチレバー２１３の機械的剛性を設計する必要がある。例えばカンチレバー２１３がシリコン製の場合、幅５０［μｍ］×長さ４００［μｍ］×厚さ１０［μｍ］にすると、１［ｍ／ｓ］の流速のトナーが接触した際に、約１［μｓｔｒａｉｎ］撓むことになる。この程度の撓み量が確保できれば、カンチレバー２１３にてトナーの流速を計測可能となる。なお、カンチレバー２１３を実際に画像形成装置に搭載する際には、当該画像形成装置が有する各種の条件に適合した最適なたわみ量が確保されるように、カンチレバー２１３の機械的剛性（寸法）を設計する必要がある。
なお、トナー落下搬送経路６４内を搬送されるトナーの流量は、流速測定装置２００によって測定されたトナーの流速にトナー落下搬送経路６４の断面積（設計段階で既知の値）を乗ずることで求めることができる。また、これを継続的に検知することにより、トナーの流量の変動を検知することができる。
【００２５】
＜ピエゾ内蔵型カンチレバー＞
本実施形態のセンサ部２１０を構成するピエゾ内蔵型カンチレバーについては、例えばＳＰＭプローブを用いることができる。ＳＰＭプローブの概略構成と作用について図５を参照して説明する。図５は、自己検知型ＳＰＭプローブ７００の一例を示した平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ７００は、カンチレバー７０２と、カンチレバー７０２の表面に配置されたピエゾ抵抗体７２２、７２４とを備えている。カンチレバー７０２は、トナーの接触圧によって搬送方向に撓み変形し、ピエゾ抵抗体７２２、７２４の電気的な抵抗値を変動させる。自己検知型ＳＰＭプローブ７００は、この抵抗値をカンチレバー７０２の変形量として検出するものである。
自己検知型ＳＰＭプローブ７００は、カンチレバー７０２を支持部７０４によって支持した構成である。カンチレバー７０２の基端部には、支持部７０４に向かって略平行に延在する２つの連結部７０６、７０８を有し、カンチレバー７０２は連結部７０６、７０８において支持部７０４と連結されている。
【００２６】
カンチレバー７０２の基端部から連結部７０６、７０８を介して支持部７０４の一部に至る部位には、概略Ｌ字状にピエゾ抵抗体７２２、７２４が形成されている。なお、以下ではピエゾ抵抗体７２２、７２４が形成されている部分を含む特定部位を屈曲部と表現する。カンチレバー７０２及びピエゾ抵抗体７２２、７２４は、カンチレバー７０２の長手方向（図中上下方向）にカンチレバー７０２の幅方向中央部を通る線を中心軸として、両対称に形成される。
ピエゾ抵抗体７２２、７２４上および支持部７０４上には、絶縁層が形成されている。なお、図５においては、図を簡略化して理解を容易にするため、絶縁層を図示していない。
【００２７】
絶縁層上には、配線としての導電層７２６、７２８が形成されている。導電層７２６、７２８は、ピエゾ抵抗体７２２、７２４の抵抗値を読み出すための配線である。導電層７２６、７２８は、カンチレバー７０２の基端部から連結部７０６、７０８を通過して支持部７０４まで形成されている。導電層７２６、７２８の一端は、カンチレバー７０２の基端部に位置するピエゾ抵抗体７２２、７２４と重なる部位に夫々配置され、導電層７２６、７２８の他端は、ピエゾ抵抗体７２２、７２４とは重ならない支持部７０４上に夫々配置されている。
導電層７２６の一端には、下層に位置するピエゾ抵抗体７２２と導電層７２６とを電気的に接続するメタルコンタクト部７４２が形成されている。同様に、導電層７２８の一端には、下層に位置するピエゾ抵抗体７２４と導電層７２８とを電気的に接続するメタルコンタクト部７４４が形成されている。
更に絶縁層上には、配線としての導電層７３２、７３４が形成されている。導電層７３２、７３４は、ピエゾ抵抗体７２２、７２４の抵抗値を読み出すための配線である。導電層７３２、７３４の一端は、支持部７０４に位置するピエゾ抵抗体７２２、７２４と重なる部位に夫々配置され、導電層７３２、７３４の他端は、ピエゾ抵抗体７２２、７２４とは重ならない支持部７０４上に夫々配置されている。
導電層７３２の一端には、下層に位置するピエゾ抵抗体７２２と導電層７３２とを電気的に接続するメタルコンタクト部７３６が形成されている。同様に、導電層７３４の一端には、下層に位置するピエゾ抵抗体７２４と導電層７３４とを電気的に接続するメタルコンタクト部７３８が形成されている。
【００２８】
従って、各導電層７２６、７３２の他端からは、ピエゾ抵抗体７２２の抵抗値の変化を読み出すことができ、各導電層７２８、７３４の他端からは、ピエゾ抵抗体７２４の抵抗値の変化を読み出すことができる。
この自己検知型ＳＰＭプローブ７００では、カンチレバー７０２と支持部７０４とが２つの連結部７０６、７０８によって連結されている。ピエゾ抵抗体７２２、７２４は、カンチレバー７０２から支持部７０４にかけて連結部７０６、７０８を介して形成されている。連結部７０６、７０８においてピエゾ抵抗体７２２、７２４を細く形成することができるため、２つのピエゾ抵抗体間において、カンチレバー７０２の捩れにより生じる両屈曲部の変位差を示す抵抗値差が、顕著にかつ正確に現れる。
【００２９】
また、屈曲部におけるピエゾ抵抗体７２２、７２４の抵抗値変化を、支持部７０４上に導かれた配線としての導電層７２６、７３２、７２８、７３４から読み出すことができ、それら抵抗値の変化からカンチレバー７０２の捩れ量を検出することができる。
【００３０】
＜流速測定装置の演算処理＞
センサ部２１０からの信号（抵抗値を示す信号）を処理する演算部２２０について説明する。
【００３１】
演算部２２０は内部に、予め設定されたプログラムに従って制御動作を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、各種プログラムや固定データを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの作業エリアとなるＲＡＭ（Random Access Memory）とを有している。ＲＯＭには、カンチレバーに内蔵されたピエゾ抵抗体の抵抗値とトナーの流速との関係がテーブル等の形式により記憶されている。
例えば図５に示す自己検知型ＳＰＭプローブ７００の導電層から読み出された抵抗値は、演算部２２０に入力される。演算部２２０は、ＲＯＭに記憶されたテーブルを参照して、導電層から読み出された抵抗値からトナーの流速を導出する。
【００３２】
制御部は、演算部２２０の演算により求められたトナーの流速に基づいて画像形成装置１００の各部の動作を制御する。例えば演算部２２０が算出したトナーの流速が低下して所定のしきい値未満となった場合に、制御部は画像形成装置１００に設けられた液晶パネル（報知手段）にトナー容器３２の交換や、その他の部品の交換等を促すメッセージを表示させるように制御する。この場合ＲＯＭには、流速の低下量に対してどの程度の出力枚数でトナー詰まりが発生し得るかを評価したテーブルを記憶させておき、制御部が流速の低下量に基づいてテーブルを参照することで、適切なタイミングにて各種のメッセージを液晶パネルに表示させることができる。なお、各種のメッセージやエラーが発生した旨を外部に報知する上記報知手段は、音による報知を行うスピーカや、光による報知を行うランプ等としてもよい。
【００３３】
〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態に係る流速測定装置について図６に基づいて説明する。図６は、第二の実施形態に係る流速測定装置を示す模式図である。本実施形態に係る流速測定装置は、カンチレバーを振動させて、カンチレバーの振幅変化、又は周波数変化を検出することでトナーの流速を測定する。
流速測定装置２００はカンチレバー２１３を所定の周波数及び振幅にて発振（振動）させる発振手段（振動手段）を備えている。発振手段は、カンチレバー２１３の固定側端部に配置された発振用ピエゾ抵抗体２３１と、発振用ピエゾ抵抗体２３１を駆動する発振回路２３３とを備える。
カンチレバー２１３の発振方法は一般的な原子間力顕微鏡の手法と同じである。カンチレバー２１３の固定側端部に設置した発振用ピエゾ抵抗体２３１に所定の電圧を印加して周期的に伸び縮みさせることで、カンチレバー２１３を発振させる。
【００３４】
演算部２２０は、カンチレバー２１３の振幅の変化をピエゾ抵抗体２１１の抵抗値の変化として検出する。また、演算部２２０はカンチレバー２１３の単位時間あたりの振幅の変化回数、言い換えれば周波数の変化を測定するためのパルスカウンタ等の周波数測定回路を含んでもよい。このように演算部２２０は、トナーの接触によるカンチレバー２１３の振幅の変化又は周波数の変化に基づいてトナーの流速を演算する。
本実施形態においては、カンチレバー２１３を発振させるため発振手段を設けるため、コストアップが発生するが、静止したカンチレバー２１３に発生する反りを検知する方式（第一の実施形態）よりもトナー流速の計測感度を向上させられる。従って、トナー落下搬送経路６４内におけるトナー詰まりの予測精度も向上できる。
【００３５】
〔第三の実施形態〕
本発明の第三の実施形態に係る流速測定装置について図４及び図７に基づいて説明する。図７は、図２に示す搬送ノズルとトナー落下搬送経路の部分拡大図である。
図４に示すように、センサ部２１０としてカンチレバー２１３を一次元アレイ状に配置したアレイ構造のものを用いることも有効である。図４では複数のカンチレバー２１３が粉体の搬送方向と交差する方向にアレイ状に配置されている。センサ部２１０をアレイ構造とすることで、一部のカンチレバー２１３の破損や性能劣化が発生した際にも、他の正常なカンチレバーを用いて継続的にトナーの流速を検出し続けることができる。
またセンサ部２１０をアレイ構造とすることで、搬送方向と直行する方向におけるトナー落下搬送経路６４の断面内（搬送経路断面内）に、搬送されるトナー量の勾配がある場合であっても、その量の違いも含めて正確にトナーの流速を測定することが可能となる。
【００３６】
具体的には、図７に示すようにトナー落下搬送経路６４の断面内において、搬送ノズル６１の開口側端部では搬送されるトナー量が比較的多量となるが、搬送ノズル６１の開口端から離間した部位では搬送されるトナー量が比較的少量となる傾向がある。
このような場合、支持部材２１５の長手方向に沿って複数のカンチレバー２１３が並列に配置されたセンサ部２１０を用意し、支持部材２１５の長手方向が、トナー量の勾配のある方向（図７中左右方向）に沿うように配置する。このように補給経路内断面にトナー量の勾配がある場合でも、図４のようなアレイ構造のセンサ部を用いれば、トナーの流速を正確に計測できる。
【００３７】
〔第四の実施形態〕
本発明の第四の実施形態に係る流速測定装置について説明する。本実施形態においては、カンチレバーの表面が撥水素材によりコーティングされている点に特徴がある。
上述の通り、流速測定装置２００のセンサ部２１０はトナー落下搬送経路６４内に配置される。このため、カンチレバー２１３は常にトナーと接触し続け、カンチレバー２１３の表面はトナーによって汚染されやすい状態にある。トナーによるカンチレバー２１３表面の汚染があまりに進行すると、カンチレバー２１３が撓みにくくなり、トナー流速の測定感度が低下するという問題がある。
そこで、本実施形態においては、カンチレバー２１３の表面をフッ素系材料等の撥水素材によりコーティングしてカンチレバー２１３表面へのトナー付着を防止し、経時で安定したトナー流速の計測感度を保持する。
【００３８】
〔第五の実施形態〕
本発明の第五の実施形態に係る流速測定装置について説明する。図８は、図２に示す搬送ノズルとトナー落下搬送経路の部分拡大図である。本実施形態においては、複数のセンサ部をトナーの搬送方向に沿って配置した点に特徴がある。
流速測定装置２００は、トナー落下搬送経路６４内に配置された第一センサ部２１０ａと、第一センサ部２１０ａよりもトナー搬送方向下流側に配置された第二センサ部２１０ｂとを備えている。第一センサ部２１０ａと第二センサ部２１０ｂは第一乃至第四の実施形態に示したセンサ部とすることができ、それぞれ単数又は複数のカンチレバー２１３を備えている。即ち、本実施形態に係る流速測定装置２００においては、複数のカンチレバー２１３がトナー搬送方向の位置を異ならせて配置されている。
複数のカンチレバー２１３をトナー搬送方向の位置を異ならせて配置することで、一部のカンチレバー２１３の破損や性能劣化が発生した際にも、他の正常なカンチレバーを用いて継続的にトナーの流速を検出し続けることができる。
なお、トナー落下搬送経路６４の断面内に搬送されるトナー量の勾配がある場合は、第三の実施形態のように搬送方向の同一位置に複数のカンチレバーを設置したとしても、搬送経路断面内のトナー量勾配を検知することになるので、複数のカンチレバーをトナー搬送方向に沿って配置することが必要である。
【００３９】
〔実施態様例とその効果〕
本発明は以下の態様にて実施することができる
＜第一の実施態様＞
本実施態様は、搬送経路内（トナー落下搬送経路６４内）を所定方向に搬送される粉体（トナー）の流速を測定する流速測定装置２００であって、一部を支持手段（支持部材２１５）によって支持されると共に搬送経路内に配置された梁部２１４、及び、搬送される粉体の接触による梁部の変形を電気的な抵抗値として出力するピエゾ抵抗体２１１を備えたカンチレバー２１３と、ピエゾ抵抗体が出力する抵抗値に基づいて粉体の流速を導出する演算手段（演算部２２０）と、を備えたことを特徴とする。
【００４０】
近年、トナーの定着温度が低下する傾向にあり、これに伴ってトナーの流動性が悪化し易くなっている。その結果、トナー容器から現像装置へトナーを搬送するトナー搬送経路内でトナー詰まりが起こり易くなっている。トナー搬送経路内でトナーが詰まった場合は専門のサービスマンによる部品交換が必要なため、復旧に時間を要するという問題がある。トナー搬送経路内でトナーが詰まる場合、その徴候としてトナー搬送経路内でのトナーの流量低下が認められるため、これを検知する手段が求められる。
トナー搬送経路内におけるトナーを検知する方法として、搬送経路の内壁に圧電振動子や超音波センサを設置する方法が挙げられる。この方法では、センサ近傍のトナーの有無を検知することはできるものの、単位時間当たりのトナー流入量を検知することはできなかった。
【００４１】
本実施態様に係る流速測定装置においては、搬送経路内にピエゾ抵抗体を備えたカンチレバーを配置する。トナーを搬送するとカンチレバーが撓むので、その撓み量から、トナーの搬送量を測定できる。搬送経路内でのトナーの流量を測定できるため、トナー搬送経路内でトナーが詰まる虞の有無を事前に把握できる。搬送経路内でトナーが詰まる前に部品交換等の必要な措置を講ずることができるので、画像形成装置のダウンタイムを最小限にできる。
また、本実施態様のセンサ部を構成するカンチレバーは、ＭＥＭＳ技術によって作成可能なマイクロスケールの部品である。その他の配線・設置機構を含めてセンサ部のサイズを非常に小さくすることができるので、トナー搬送経路のように小さい搬送流路で、且つ搬送経路周辺にセンサを設置するスペースが殆どとれないような状況であっても、センサ部を設置できる。更に、カンチレバーをピエゾ内蔵型としたことで、カンチレバーの変位を検出するための光学系を必要としないので、トータルのシステムとしても、非常にコンパクトにすることが可能である。
【００４２】
＜第二の実施態様＞
本実施態様に係る流速測定装置２００は、梁部２１４を所定の周波数及び振幅にて振動させる振動手段（発振用ピエゾ抵抗体２３１、発振回路２３３）を備え、演算手段（演算部２２０）は搬送される粉体（トナー）の接触による梁部の周波数又は振幅の変化に基づいて粉体の流速を導出することを特徴とする。
静止しているカンチレバーの撓みを検知するよりも、振動しているカンチレバーの撓みによって変化する周波数又は振幅を検知する方が、測定感度が向上する。例えば、本実施態様に係る流速測定装置のセンサ部を画像形成装置のトナー搬送経路内に配置した場合には、トナー流速の計測感度を向上させることができ。従って、トナー搬送経路内におけるトナー詰まりの予測精度も向上する。
【００４３】
＜第三の実施態様＞
本実施態様に係る流速測定装置２００は、複数のカンチレバー２１３を粉体（トナー）の搬送方向と交差する方向にアレイ状に配置したことを特徴とする。
【００４４】
流速測定装置２００が複数のカンチレバーを備えることで、１つのカンチレバーが故障しても、他のカンチレバーが動作していれば、粉体の流速を計測できる。
ここで、搬送方向と直行する方向における搬送経路の断面内に粉体の搬送量の勾配がある場合、搬送経路内に単一のカンチレバーを設置したとしても、搬送経路内全体のトナーの搬送状態を把握することができない。本態様によれば、複数のカンチレバーが搬送方向と交差する方向にアレイ状に配置されているので、搬送経路断面内のトナーの流速分布を計測できる。従って、搬送経路の断面内に粉体の搬送量の勾配がある場合であっても、搬送経路内全体の粉体の搬送状態を把握することができる。
【００４５】
＜第四の実施態様＞
本実施態様に係る流速測定装置２００は、カンチレバー２１３の表面が撥水素材によりコーティングされていることを特徴とする。
搬送経路内に配置されたカンチレバーは、粉体と接触し続けるため、表面が汚染されて流速の測定感度が低下する。本態様では、カンチレバーの表面を撥水コーティングしたので、カンチレバーに粉体が付着しにくくなり、経時で安定した測定性能を保つことができる。
【００４６】
＜第五の実施態様＞
本実施態様に係る流速測定装置２００は、複数のカンチレバー２１３が粉体（トナー）の搬送方向に沿って配置されていることを特徴とする。
流速測定装置２００が複数のカンチレバーを備えることで、１つのカンチレバーが故障しても他のカンチレバーが動作していれば粉体の流速を測定できる。
なお、仮に搬送方向と直行する方向における搬送経路の断面内に粉体の搬送量の勾配がある場合は、同一断面内に複数のカンチレバーを配置しても、当該断面内におけるトナー量勾配を計測することになる。この場合、例えば２つのカンチレバーが同一のトナー搬送量を検出するためには、トナー搬送方向における位置が異なり、且つトナー搬送量が同一となる２箇所にカンチレバーを設置することが必要である。
【００４７】
＜第六、第七の実施態様＞
第六の実施態様に係る画像形成装置１００は、粉体としてのトナーを搬送する搬送経路（トナー落下搬送経路６４）と、搬送経路内を搬送されるトナーの流速を測定する流速測定装置２００と、を備え、電子写真方式により画像を形成することを特徴とする。
第七の実施態様に係る画像形成装置１００は、演算手段（演算部２２０）が導出した粉体（トナー）の流速が所定のしきい値未満となった場合に所定のメッセージを外部に報知する報知手段（液晶パネル等）を備えたことを特徴とする。
流速測定装置２００はトナーの流動性低下を精度良く検知できるため、トナーや各種部品の交換時期を適切なタイミングでユーザーやサービスマンに知らせることが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１００…画像形成装置、１…感光体ドラム、６…画像形成ユニット、７…光書込ユニット、８…中間転写ベルト、９…一次転写ローラ、１０…中間転写クリーニング装置、１２…二次転写バックアップローラ、１５…一次転写ユニット、１６…二次転写ユニット、１８…両面ユニット、１９…二次転写ローラ、２０…定着ユニット、２６ａ…給紙カセット、２６ｂ…手差しトレイ、２７ａ…給紙ローラ、２７ｂ…給紙ローラ、２８…レジストローラ対、２９…排紙ローラ対、３０…スタック部、３１…トナー容器収容部、３２…トナー容器、３３…容器本体、３４…容器先端側カバー、３５…容器ギア、３６…アジテータ、５０…現像装置、５６…トナー濃度検知センサ、６０…トナー補給装置、６１…搬送ノズル、６２…搬送スクリュ、６３…搬送スクリュギア、６４…トナー落下搬送経路、９０…制御部、９１…回転駆動部、２００…流速測定装置、２１０…センサ部、２１０ａ…第一センサ部、２１０ｂ…第二センサ部、２１１…ピエゾ抵抗体、２１３…カンチレバー、２１４…梁部、２１５…支持部材、２２０…演算部、２３１…発振用ピエゾ抵抗体、２３３…発振回路、７００…自己検知型ＳＰＭプローブ、７０２…カンチレバー、７０４…支持部、７０６…連結部、７２２、７２４…ピエゾ抵抗体、７２６、７２８、７３２、７３４…導電層、７３６、７３８、７４２、７４４…メタルコンタクト部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特許第２８８７２５６号公報
【非特許文献】
【００５０】
【非特許文献１】電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」、コロナ社、昭和６３年６月１５日発行、第２９６−２９７頁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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