(57)【要約】【課題】現像剤の残量の検知精度の向上を図ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、現像剤が収容された収容部２６と、回転することにより収容部２６に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材２４と、を備える現像容器と、撹拌部材２４と現像剤との相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段と、撹拌部材２４が複数回連続して回転する間に信号出力手段が出力した電気信号の最大値に基づいて、収容部２６に収容されている現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備える。【選択図】図８
2015102713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
現像剤が収容された収容部と、回転することにより前記収容部に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備える現像容器と、
前記撹拌部材と現像剤との相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段と、
前記撹拌部材が複数回連続して回転する間に前記信号出力手段が出力した電気信号の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
現像剤が収容された収容部と、回転することにより前記収容部に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備える現像容器と、
前記撹拌部材と現像剤との相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段と、
前記撹拌部材が回転して１周する間に前記信号出力手段が出力した電気信号の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記現像剤残量検知手段は、前記撹拌部材が複数回連続して回転する場合の１周目において前記信号出力手段が出力した電気信号の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記信号出力手段は、
前記撹拌部材を回転させるモータと、
前記モータに流れる電流を検知して出力する電流検知手段と、
を含み、
前記現像剤残量検知手段は、前記電流検知手段が出力する電流値の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電流検知手段が出力する電流値の最大値は、前記撹拌部材の先端が前記収容部における現像剤の堆積領域に突入するときに検知する電流値の最大値であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記信号出力手段は、
前記攪拌部材に設けられ、変形により電圧を出力する圧電素子と、
前記圧電素子が出力する電圧を検知して出力する電圧検知手段と、
前記現像剤残量検知手段は、前記電圧検知手段が出力する電圧値の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記電圧検知手段が出力する電圧値の最大値は、前記撹拌部材の先端が前記収容部における現像剤の堆積領域を通過する際に検知する電圧値の最大値であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記電圧検知手段が出力する電圧値の最大値は、前記撹拌部材の先端が前記収容部における現像剤の堆積領域を脱出した際の反動により変形を生じたときに検知する電圧値の最
大値である請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記圧電素子は、前記撹拌部材の回転方向の上流側の面に設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記圧電素子は、前記撹拌部材の回転軸に直交する方向に長い形状を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記圧電素子は、前記撹拌部材の回転軸の方向における少なくとも中央部に設けられていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記圧電素子は、前記攪拌部材に貼り付けられるフィルム状の部材であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記攪拌部材は、可撓性を有するシート状の部材であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記現像容器は、画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記現像容器は、画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成された現像装置またはプロセスカートリッジに設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項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、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー（現像剤）により静電潜像を現像して記録媒体に画像を形成するプリンタ、複写機などの電子写真方式の画像形成装置において、トナー容器のトナー残量を検知する方法として、種々の方法が提案されている。
特許文献１には、トナー室内のトナーを撹拌し現像室へ運搬する撹拌部材を備えた現像装置において、攪拌部材の回転軸のトルクを検出することによりトナー残量を検知する方法が提案されている。この残量検知方法は、トナー残量が多い場合にはトルクが高く、少ない場合にはトルクが低くなるといった単純な原理と機構を利用した方法で、残量検知を実施している。
特許文献２には、トナー室内の撹拌部材に圧電材料を設けたものが提案されている。この残量検知方法は、撹拌部材に設けられた圧電材料がトナー撹拌時に受ける圧力により生じる電圧を検出することでトナー室内のトナー残量を検知する方法である。圧電材料は撹拌部材に容易に取り付けることが可能であるため、小型で容易に残量検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４６０１１号公報
【特許文献２】特開平３−２７１７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の残量検知方法は、いずれも、トナー室内のトナーを撹拌部材の回転方向における抵抗成分とみなし、撹拌部材の回りにくさをトナー残量として算出する方法である。トナー室内にトナー量が十分存在する場合、連続的に撹拌しても、十分な量のトナーが抵抗成分として撹拌部材に撹拌されるため、安定した出力を得ることができ、信頼性の高い残量検知結果を得ることができる。しかし、トナー室内のトナー量が少なくなった場合、連続的に撹拌するとトナーがトナー室内に飛散し、拡散する。そのため、撹拌部材によって撹拌されるトナーの比率に対し、トナー室内を飛散するトナーの比率が比較的に大きくなってしまうことがある。このような状態になった場合、連続撹拌時においてトナーが撹拌部材に対する安定した抵抗成分とならず、トナー残量が低めに検出されることや、不安定な検出結果になる可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、現像剤の残量の検知精度の向上を図ることができる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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
現像剤が収容された収容部と、回転することにより前記収容部に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備える現像容器と、
前記撹拌部材と現像剤との相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段と、
前記撹拌部材が複数回連続して回転する間に前記信号出力手段が出力した電気信号の最
大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
現像剤が収容された収容部と、回転することにより前記収容部に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、を備える現像容器と、
前記撹拌部材と現像剤との相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段と、
前記撹拌部材が回転して１周する間に前記信号出力手段が出力した電気信号の最大値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、現像剤の残量の検知精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における現像装置の概略断面図
【図２】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略断面図
【図３】本発明の実施例１における現像装置の撹拌駆動モータの電流値
【図４】本発明の実施例における攪拌部材の回転の様子を示す模式図
【図５】本発明の実施例１におけるトナー残量検知手段のブロック図
【図６】本発明の実施例１におけるトナー残量検知のフローチャート
【図７】本発明の実施例と従来例のトナー残量検知結果の比較実験の結果を示す図
【図８】本発明の実施例における攪拌部材の構成を説明する模式図
【図９】本発明の実施例２におけるピエゾフィルムの発生電圧値
【図１０】本発明の実施例２におけるトナー残量検知のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の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る。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１０】
ここで、画像形成装置（電子写真画像形成装置）とは、電子写真画像形成プロセスを用いて現像剤（トナー）により記録材（記録媒体）に画像を形成するものである。例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリンタなど）、電子写真ファクシミリ装置、及び、電子写真ワードプロセッサー、及び、それら複合機（マルチファンクションプリンタ）などが含まれる。また、記録材とは、画像を形成される物であって、例えば、記録シート、ＯＨＰシート等の記録メディアである。
【００１１】
また、プロセスカートリッジとは、電子写真感光体ドラムと、この電子写真感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電装置、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つを一体的にカートリッジ化したものである。そして、このプロセスカートリッジは、画像形成装置の装置本体に対して、着脱可能に構成されている。以下の説明において、画像形成装置本体（以下、「装置本体」という）とは、装置本体の構成から少なくともプロセスカートリッジ、現像装置あるいは現像容器を除いた装置構成部分のことである。
【００１２】
（実施例１）
＜画像形成装置＞
図２は、本発明の実施例に係る画像形成装置（カラーレーザービームプリンタ）１の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例に係る画像形成装置１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の潜像を担持するための感光ドラム１０（１０ａ〜１０ｄ）が４本配置されている。各々の感光ドラム１０の周囲には、感光ドラム１０を一様に帯電するための帯電手段としての帯電ローラ１１（１１ａ〜１１ｄ）と、感光ドラム１０上にレーザー光を照射して潜像を形成するための露光器１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置されている。また、感光ドラム１０上に形成された潜像を対応する色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーで現像して顕像化する現像装置２０（２０ａ〜２０ｄ）が配置されている。
【００１３】
また、中間転写ベルト３１は、支持ローラ３３と対向ローラ３２とで張架されており、４本の一次転写ローラ３０（３０ａ〜３０ｄ）を内包している。各々の感光ドラム１０は、中間転写ベルト３１を介し、一次転写ローラ３０とそれぞれ当接し、４対の一次転写ニップを形成する。また、二次転写ローラ４０は、中間転写ベルト３１を介し対向ローラ３２と二次転写ニップを形成している。また中間転写ベルト３１の張架ローラ３３の位置には、中間転写ベルトクリーナー３４が配置されている。
【００１４】
次に、本実施例に係る画像形成装置の画像形成動作について説明する。まず、イエローの画像形成に関して説明する。感光ドラム１０ａを、中間転写ベルト３１の回転と同期させて、図２の矢印方向（時計回り）に回転させる。そして、帯電ローラ１１ａによって感光ドラム１０ａ表面を均一に帯電すると共に、露光器１３ａによって画像データに基づき光照射を行い、感光ドラム１０ａ上にイエローの静電潜像を形成する。
【００１５】
現像位置では、現像装置２０ａ内のマイナスに帯電したトナーに対し、現像ローラ２１ａにトナーと同極性となるバイアスが印加される。電位差によりトナーにとって現像ローラ２１ａから感光ドラム１０ａへ向かう方向の電界が生じ、感光ドラム１０ａ上の静電潜像にイエロートナーを付着させて現像する。その後、感光ドラム１０ａ上のイエローのトナー像を中間転写ベルト３１上に１次転写する。
【００１６】
マゼンタ、シアン、そしてブラックの各色においても、イエローの場合と同様にして、静電潜像の形成、現像、１次転写が順次行われ、中間転写ベルト３１上に４色のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成する。
【００１７】
一方、記録材としてのシートＳは、給紙ローラ６０によって一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対６１に給紙する。レジストローラ対６１は、給紙されたシートＳを、２次転写ローラ４０が中間転写ベルト３１を介して対向ローラ３２と形成する二次転写ニップに送り出す。二次転写ニップにおいて、中間転写ベルト３１上のフルカラー画像が、搬送されてきたシートＳの表面に一括して２次転写される。
【００１８】
トナー像が転写されたシートＳは、定着器５０に送られる。定着器５０においては、上記シートＳが熱圧され、そのトナー像がシートＳ上に定着される。これにより、シートＳ上には画像が形成される事になり、このシートＳは、定着器５０から装置外部の上カバー６２の排紙部へ排出される。
【００１９】
一方、二次転写ニップにてシートＳに二次転写しきれずに中間転写ベルト３１上に残った二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナー３４によって中間転写ベルト３１上から除去される。こうして、画像形成における一連の画像形成動作が完了する。
【００２０】
＜現像装置＞
図１は、本実施例における現像装置２０の概略構成を示す模式的断面図である。現像装置２０は、現像室２５、トナー室２６を備えた現像容器と、現像ローラ２１と、供給ローラ２２と、規制ブレード２３と、を備えている。収容部としてのトナー室２６には、トナー室２６内のトナーを攪拌・搬送するための攪拌部材２４が設けられている。供給ローラ２２は、トナーを保持・搬送しやすいように、芯金の外周にスポンジ状の発泡体が形成された構成を有している。現像ローラ２１と供給ローラ２２は、回転軸間の距離がそれぞれの径の一部が重なる距離となるように配置され、供給ローラ２２のスポンジ状の表層部が現像ローラ２１の表面によって若干押し潰された状態で互いに接触している。供給ローラ２２は、現像ローラ２１に対してカウンター方向、すなわち現像ローラ２１との接触部（ニップ部）において現像ローラ２１の表面と供給ローラ２２の表面とが互いに逆方向に相対移動する関係となる方向に回転する。この回転による上記ニップ部における供給ローラ２２と現像ローラ２１の摺擦によって、供給ローラ２２のスポンジ状の表層に取り込まれたトナーが、現像ローラ２１上に供給されることになる。
【００２１】
現像ローラ２１は、現像ローラ２１の回転方向に対してカウンター方向に延びた先端部が当接する規制ブレード２３によって、供給ローラ２２から供給されたトナーの層の厚みをコントロールされる。また、現像ローラ２１は、規制ブレード２３との当接部（規制ニップ）において所望の帯電電荷を付与される。電荷を与えられた現像ローラ２１上のトナーは、現像ローラ２１と感光ドラム１０が当接する現像ニップ部にて感光ドラム１０に形成された静電潜像の現像に供される。
【００２２】
トナー室２６に充填されているトナーは、撹拌部材２４によって現像室２５に汲み上げられる。撹拌部材２４は、回転支持部材に可撓性のシート２４１が取り付けられた構成となっており、トナー室２６のトナーを可撓性を有する攪拌シート２４１により撹拌しつつ、その可撓性の反動を利用してトナーを現像室２５まで汲み上げている。汲み上げられたトナーは供給ローラ２２近傍に収容される。
【００２３】
＜トナー残留検知＞
図３及び図４を参照して、本実施例におけるトナー残量検知について説明する。本実施例では、攪拌部材２４を回転駆動する攪拌駆動モータに発生するトルクを検知することでトナー残量の検出を行う。攪拌駆動モータは、電源から供給される電力を動力源として動作する。攪拌駆動モータのトルクは、モータに流れる駆動電流値又は駆動電圧値をモニタすることにより測定する。本実施例では、モータ駆動電流値を用いた場合について説明する。図３は、撹拌部材２４が停止状態から３回転する間に攪拌駆動モータから検出される電流値を示す。図４は、攪拌部材２４の回転の様子を示す模式図であり、攪拌部材２４は（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の順で１回転する。
【００２４】
撹拌停止時は、撹拌部材２４はトナー剤面（トナー室２６内に堆積したトナーの上面）に接しない位相で停止されている（図４（ａ））。そして、撹拌開始とともに、攪拌駆動モータの電流値はある程度まで上昇する（図３のａ１より前の状態）。
【００２５】
図３のａ１は、回転を開始した攪拌部材２４が堆積トナーの上面に接触するまでに検出される電流値の範囲を示している。すなわち、ａ１で検出される電流値は、撹拌部材２４がトナーに接触しない状態で回転するときに検出される値であり、撹拌部材２４を回転させるために必要な電流値ということである。
【００２６】
図３のｂ１は、攪拌部材２４が堆積トナーの上面に接触し（図４（ｂ））、トナーの堆積領域内を進んでトナー室２６内の底に堆積した全てのトナーを攪拌するとき（図４（ｃ））に検出される電流値の範囲を示している。この範囲で検出される電流値は、堆積しているトナーの量の分だけ上昇する。また、攪拌部材２４は、堆積トナーに突入する際に、
可撓性を有する攪拌シート２４１がトナーから受ける圧力によって撓む。すると、攪拌シート２４１の復元しようとする力が反動的に攪拌駆動モータにかかり、トナーの量に応じて攪拌駆動モータの電流値が瞬間的に跳ね上がることになる。
【００２７】
図３のｃ１は、攪拌部材２４がトナーを現像室２５に向けて上方に跳ね上げて（図４（ｄ））、トナーの堆積領域を脱出した状態において検出される電流値の範囲を示している。このとき、攪拌部材２４はトナーの負荷がない状態となるため、電流値はａ１とほぼ同じとなる。以上が攪拌１周目で検出される電流値である。
【００２８】
攪拌２周目では、１周目の攪拌で堆積トナーの一部が現像室２５に向けて跳ね上げられた後となるため、攪拌部材２４が再び堆積トナーの上面に触れるｂ２におけるトナーの堆積状態が攪拌１周目とは異なっている場合が多い。特に、トナー室２６のトナー残量が少なくない状態では、撹拌２周目以降、撹拌部材２４によってトナー室２６内に飛散するトナーの割合が大きくなり、堆積状態のトナーの割合、すなわち撹拌部材２４に対して抵抗力を発揮するトナーの割合が小さくなる。そのため、トナー室２６内の状態がトナーが空の状態に近くなってしまい、ｂ２、ｂ３における電流値はｂ１における電流値よりも低くなっている。
【００２９】
以上説明したように、あるトナー残量において、トナー室２６のトナーが安定した状態から最初に撹拌部材２４がトナー剤面に接触するときが、トナー室２６内のトナーが最も多く撹拌部材２４に撹拌され、かつ攪拌シート２４１の弾性的な復元力が加わる。そのため、このとき撹拌部材２４の攪拌駆動モータに流れる電流値が最も大きくなる。この最大値を残量検知の出力値として用いることで、トナー室２６内にトナーがない状態との差を大きくとることができ、残量検知精度を上げることができる。
【００３０】
以上の理由より、撹拌部材２４が、少なくとも駆動開始から回転２周分以上、停止することなく複数回連続して回転したときの攪拌駆動モータの電流値を電流測定回路でモニタし、そのうちの最大値をトナー残量検知の出力値として用いる。これにより、トナー室２６内のトナー残量が少ない場合でも、トナー残量がゼロの場合と比較しても出力値を比較的大きくとることができ、残量検知の精度を高めることができる。なお、上述したように、トナー残量が少なくない状態では複数回のうち１周目に検出される電流値が最大値になる傾向があるので、トナー残量に応じて１周目に検出される電流値の最大値のみを用いて残量検知するようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施例では、撹拌部材２４の停止位相が常に同じ場所になるように制御している。撹拌部材２４がトナー室２６内のトナーに接触しないような位相（図４（ａ））で静止させることで、撹拌時により多くのトナーを撹拌できる状態となり、残量検知の精度を高めることができる。このような撹拌部材２４の位相制御は、撹拌部材２４の駆動トルクの電流値の波形から位相を特定する方法や、撹拌部材２４を駆動させるギアの位相を光学式に検知することなどの従来周知の方法により実現することができる。
【００３２】
図５及び図６を参照して、トナー残量検知の制御について説明する。図５は、トナー残量検知の制御構成を示すブロック図である。図６は、トナー残量検知のフローチャートである。画像形成装置の各種動作は、制御手段としてのＣＰＵにより制御される。画像形成装置には、記憶手段としてＲＯＭやＲＡＭなどで構成された内部記憶装置が備えられており、ＣＰＵは、内部記憶装置に格納された各種演算等に必要な情報を利用して各種制御を行う。本実施例では、撹拌部材２４とトナーとの相対移動に伴い発生する力を検知して、該力の大きさを示す電気信号を出力する信号出力手段として、電流検知手段であるモータ駆動電流値測定回路を備えている。ＣＰＵは、現像剤残量検知手段として、撹拌部材が複数回連続して回転する間にモータ駆動電流値測定回路から出力される電流値に基づいて、
収容部としてのトナー室２６に収容されているトナーの残量を検知する。ＰＣなどの情報機器よりプリント信号が画像形成装置に入力されると（Ｓ１０１）、画像形成動作が開始される（Ｓ１０２）。そして、トナー室２６から現像室２５へのトナーを供給する撹拌部材２４の撹拌駆動モータも駆動を開始する（Ｓ１０３）。撹拌駆動モータの電流値は、撹拌駆動開始から撹拌部材２４が一周するまでモータ駆動電流値測定回路により測定される（Ｓ１０４）。そして、計測された電流値の中で最大値がＣＰＵにより決定され出力値として出力される（Ｓ１０５）。ＣＰＵは、この出力値を内部記憶装置に保存されている出力値／トナー残量変換テーブルと比較することで（Ｓ１０６）、トナー室内のトナー残量を決定する（Ｓ１０７）。トナー残量が０％に達していない場合（Ｓ１０８、Ｎｏ）、トナー残量がトナー残量報知回路により例えば画像形成装置に設けられたディスプレイなどの報知手段によって任意のタイミングでユーザに報知され（Ｓ１０９）、画像形成が終了される（Ｓ１１０）。トナー残量が０％に到達した場合（Ｓ１０８、Ｙｅｓ）、画像形成が強制的に終了され（Ｓ１１１）、トナー残量報知回路によりユーザにトナーがなくなったことが報知される（Ｓ１１２）。
【００３３】
＜比較実験＞
本実施例におけるトナー残量検知方法がトナー室内のトナー残量が少ない場合でも精度よく検知できるか否かについて、比較例と比較した実験を行った。本実施例のトナー残量検知では、画像形成動作中の撹拌部材２４の撹拌駆動モータ電流値を測定し、電流値の最大値をトナー残量検知の出力値として採用する。一方、比較例としての従来例の残量検知方法は、一般的に出力値を安定させるために行われる平均化処理を実施する方法である。この方法では、画像形成動作中の撹拌部材の駆動モータ電流値を測定し、それを平均化処理した値をトナー残量検知の出力値として用いている。
【００３４】
図７は、本実験でトナー室内のトナー残量を１０％刻みで１００％から０％でのトナー残量検知の出力値をプロットしたものである。また各々の残量検知方法におけるトナー残量１００％の出力値を１００％とし、各々のトナー残量０％の出力値を０％と表示している。図に示すように、本実施例では、トナー残量と出力値がほぼ比例状態となる検知結果となり、トナー残量が少ない状態でも出力値をある程度の高い値で得ることができる。よって、ばらつきや多少のノイズなどの影響を受けにくく、高い検知精度のトナー残量をユーザに報知することができる。一方、従来例では、トナー残量が少なくなるにつれ、出力値が低くなってしまい、０％との差が非常に小さくなっている。この出力特性では、トナー残量が少ない場合にノイズなどの影響を受けやすく、誤ったトナー残量をユーザに報知してしまう可能性がある。以上のように、撹拌部材２４の駆動モータ電流値の最大値を残量検知の出力値とすることで、トナー室内のトナーが少ない状態でも精度よくトナー残量を検知できた。
【００３５】
（実施例２）
図８〜図１０を参照して、本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。ここでは、主として、上記実施例１と異なる点について説明し、実施例１と共通する構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。ここで特に述べない事項については、実施例１と同様である。
【００３６】
実施例１においては、画像形成中の撹拌駆動モータの電流値をモニタし、複数回連続回転させた間における、その最大値を出力値に用いることで検知精度の高いトナー残量検知を実現した。この検知方法は、検知精度を高めるために、撹拌中にモニタした電流値の最大値を出力値として用いており、原理的に撹拌部材の回転一周目が一番大きな出力値を得られる。つまり１ジョブの開始時におけるトナー残量を検知している。
【００３７】
ところで、印字速度が速い画像形成装置ほど、１つのジョブで出力される記録材の枚数
が大量になる傾向がある。したがって、特に高印字率の画像パターンが１つのジョブで大量に出力される場合、１ジョブにおいて大量のトナーが消費されることになり、１ジョブ中にトナー切れしてしまうことが考えられる。このような状況において、１ジョブの開始時のトナー残量のみを検知しユーザに報知する場合には、ジョブ中にトナー切れに気づかずに画像形成動作を続けてしまう可能性も考えられる。そこで、実施例２においては、長いジョブ（例えば、１出力におけるトナー消費量が多く１ジョブにおける出力回数が多いジョブなど）が実行される場合においても、適宜トナー残量検知を行い、ユーザにトナー残量を報知する例を説明する。
【００３８】
ここで、実施例２の制御を説明する前に、印字速度が速く、寿命の長い画像形成装置などに適するトナー残量検知の構成を説明する。印字速度が速く、寿命の長い画像形成装置においては、撹拌部材２４に駆動を伝達する不図示の本体側ギア列が耐久により摩耗・劣化することで、トルクが上昇し、撹拌駆動モータの電流値が大きくなってしまう可能性がある。よって実施例１の構成の撹拌駆動モータの電流値を用いたトナー残量検知の構成では、本体側の耐久具合に影響を受けて、出力値も変化してしまい、検知精度の低下を招くことも考えられる。
【００３９】
そこで実施例２では、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、撹拌部材２４の攪拌シート２４１にフィルム状の圧電素子２４３を設け、圧電素子２４３にかかるトナー粉圧の変化によってトナー残量検知を行う。図８（ｂ）は、撹拌部材２４の概略断面図、図８（ｃ）は撹拌部材２２の概略正面図である。高分子圧電素子の設け方は、圧電素子の厚み方向の圧電面と攪拌シート２４１の撹拌翼面が一致するように設置する構成がある。しかし、本実施例では、シート状に形成された高分子圧電素子２４３（以後ピエゾフィルムと称す）の最も圧電性が高い製造時の圧延方向を撹拌の回転軸２４２と直交となるように攪拌シート２４１の撹拌翼面に接着させる構成とした。
【００４０】
ピエゾフィルム２４３は薄膜化が可能で、可撓性を持つという特徴を有する。フィルムが薄く、断面積が非常に小さいため、小さい圧延方向の力から大きな材料内応力が発生する。この特徴により、厚み方向よりも圧延方向の伸びに対して非常に感度が高く、圧延方向対厚さ方向の標準的な有効感度はおよそ１０００：１となる。このピエゾフィルム２４３を攪拌シート２４１に接着させると、撹拌時に攪拌シート２４１がトナー粉圧に応じて撓むことでピエゾフィルム２４３も撓む。ピエゾフィルム２４３が撓むと圧延方向に伸びが生じるため、撓み量に応じた電圧が発生する。よってピエゾフィルム２４３は、トナー撹拌時にトナー残量に応じた電圧を発生させるため、この電圧を発生電圧検知回路２４４で検知することでトナー残量検知が可能となる。このような構成により、高速高寿命の画像形成装置においても、画像形成装置本体のギア列など現像器外部の影響を受けにくい、高精度なトナー残量検知が可能となる。
【００４１】
図８（ａ）を参照して、ピエゾフィルム２４３の構成についてさらに詳しく説明する。図８（ａ）は本実施例におけるピエゾフィルム２４３の概略断面図である。本実施例では、ピエゾフィルム２４３として、東京センサ（株）製のピエゾフィルムを用いた。材料はポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）であり、厚みは２０μｍである。このピエゾポリマー基板２４３ａの表裏の両面にそれぞれ銀インク電極２４３ｂを形成し、最も圧電性が高い製造時の圧延方向が撹拌の回転軸と直交するよう絶縁性の撹拌シート２４１に接着させる。本実施例では、図８（ｃ）に示すように、撹拌シート２４１の回転方向上流側の面の長手中央部に幅１０ｍｍのピエゾフィルム２４３を撹拌シート２４１と一体化するように接着している。撹拌シート２４１は、曲げ応力に対し可撓性を有するように、且つ曲げ応力に対して十分な弾性復元力を有するように、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用い、厚みは１５０μｍである。ピエゾフィルム２４３の電極面は、不図示の金属フィルムと金属線によって外部に導かれ、摺動電極によって画像形成装置本体の発生電圧検知回路
２４４につながっている。
【００４２】
図９は、攪拌部材２４が停止状態から３回転する間にピエゾフィルム２４３の電極２４３ｂ間に発生する電圧の検知プロファイルを示す図である。図９のａ１は、回転を開始した攪拌部材２４が堆積トナーの上面に接触するまでに検出される電圧値の範囲を示している（図４（ａ））。撹拌シート２４１は、図１において９時の位置から回転を開始し、図９のａ１の間、すなわち、トナー剤面に接触するまでは撓まないため、電圧は発生していない。
【００４３】
図９のｂ１は、攪拌部材２４が堆積トナーの上面に接触し（図４（ｂ））、トナーの堆積領域内を進んでトナー室２６内の底に堆積した全てのトナーを攪拌するとき（図４（ｃ））に検出される電圧値の範囲を示している。撹拌シート２４１の先端がトナー剤面に突入し始め、攪拌シート２４１の撓み量に変化が発生し始めると同時に、図９のｂ１に示すように、攪拌シート２４１の撓みによるピエゾフィルム２４３の撓み量に対応した電圧が発生する。堆積領域を通過するピエゾフィルム２４３の撓み量は、その後少しずつ大きくなり、電圧も大きくなる。そして、トナーを跳ね上げる瞬間に攪拌シート２４１の撓み量が最大となり、ピエゾフィルム２４３が出力する電圧値も最大値となる。
【００４４】
図９のｃ１は、攪拌部材２４がトナーを現像室２５に向けて上方に跳ね上げて、トナーの堆積領域を抜けた状態において検出される電圧値の範囲を示している。攪拌シート２４１は、トナーを跳ね上げた後、撓みが解放される。このとき、撓みが戻る方向に撹拌シート２４１が急激に変形する（図４（ｄ））ので、ピエゾフィルム２４３はその撓み方向の変化と、撓み量の急激な変化に対応し、逆方向の大きな電圧を発生する。その後、攪拌シート２４１の撓み量の解消とともにピエゾフィルム２４３に発生する電圧は減少していく。２周目以降は、トナーが撹拌により飛散しているために、堆積状態のトナーの割合が減少し、ｂ２、ｂ３において、飛散しているトナーの分だけ撹拌シート２４１の撓み量は減少し、ピエゾフィルム２４３が出力する電圧値も減少する。よって少なくとも撹拌駆動開始から２周分以上のピエゾフィルム２４３の電圧値を測定することで、検知精度の高いトナー残量検知が可能である。なお、残量検知に用いる電圧値としては、上述した攪拌シート２４１がトナーを跳ね上げる瞬間の最大値に代えて、トナーを跳ね上げた後の反動によって逆方向に大きく撓んだときに検出される値を用いてもよい。
【００４５】
図１０を参照して、実施例２におけるトナー残量検知の制御について説明する。図１０は、実施例２におけるトナー残量検知のフローチャートである。本制御は、実施例２において長いジョブが出力される場合においても、適宜トナー残量検知を行い、ユーザにトナー残量を報知することが可能な制御である。なお、実施例１に本制御を適用してもよい。
【００４６】
ＰＣなどの情報機器よりプリント信号が画像形成装置に入力されると（Ｓ２０１）、画像形成動作が開始され（Ｓ２０２）、トナー室２６から現像室２５へのトナーを供給する撹拌部材２４の回転を開始する（Ｓ２０３）。攪拌部材２４の攪拌シート２４１の撓みによってピエゾフィルム２４３が出力する電圧値は、撹拌駆動開始から撹拌部材２４が一周するまで発生電圧検知回路２４４により測定される。そして、計測された電圧値の中で最大値がＣＰＵにより決定され出力値として出力され、ＣＰＵは、この出力値を内部記憶装置に保存されている出力値／トナー残量変換テーブルと比較することで、トナー室内のトナー残量を決定する（Ｓ２０４）。トナー残量が０％に達していない場合（Ｓ２０８、Ｎｏ）、トナー残量がトナー残量報知回路により例えば画像形成装置に設けられたディスプレイなどの報知手段によって任意のタイミングでユーザに報知され（Ｓ２０６）、画像形成が終了される（Ｓ２０７）。そして、ジョブが終了していれば本制御を終了する（Ｓ２０８、Ｙｅｓ）。一方、トナー残量が０％に到達した場合（Ｓ２０５、Ｙｅｓ）、画像形成が強制的に終了されるとともに（Ｓ２１４）、ジョブも強制終了され（Ｓ２１５）、ト
ナー残量報知回路によりユーザにトナーがなくなったことが報知される（Ｓ２１６）。
【００４７】
Ｓ２０８でジョブが終了していない場合には、次の制御を行う。トナー室内のトナー残量が少ない場合に、トナー残量検知の精度を高めるためには、撹拌が停止し、トナー剤面が安定した状態で撹拌を開始する必要がある。そのため、１つのジョブで大量のプリント信号が入力された場合、ジョブの途中で紙間を延長し、その間でトナー残量検知のために撹拌を一時停止させ、再度撹拌を回転させるとともにトナー残量検知を行い、画像形成を再開する制御を行う。
【００４８】
具体的には、１ジョブ内での画像形成の回数をカウントする枚数カウンタを設け、１枚画像形成を行うごとに枚数カウンタの数字を１つ増やし（Ｓ２０９）、３０に到達したとき（Ｓ２１０、Ｙｅｓ）、３秒間の紙間延長制御を実施する（Ｓ２１１）。枚数カウンタは、３０に到達するごとに０に戻される。３０に到達するまでは（Ｓ２１０、Ｎｏ）、紙間延長制御を行わずに画像形成を実行する（Ｓ２１３）。紙間延長制御３秒間の間は撹拌を停止させる（Ｓ２１２）。３秒間の撹拌停止でトナー室内のトナーをトナー室内の底に集める。その後、再度撹拌を開始させるとともにピエゾフィルムの電圧値を撹拌部材駆動開始から１周分モニタし、トナー残量検知を行う。このような制御を行うことで、１ジョブで大量のプリント信号が入力されても、トナー切れを検知し、ユーザに報知することが可能となる。
【００４９】
また、トナー残量に応じて、紙間延長制御に入るための条件を変えてもよい。例えば、トナー残量が十分に残っている場合は、枚数カウンタを使用せず、紙間延長制御を行わないようにする。そして、トナー残量が残り３０％を下回るときから、枚数カウンタでの画像形成の回数をカウントし、３０に到達したら３秒間の紙間延長制御を行うようにする。このようにすることで、トナーが十分ある場合でのスループットダウンを抑制することが可能である。
【００５０】
また、紙間延長制御を行わず、画像形成動作は続けながら、撹拌部材２４のみ一時的に停止させてトナー剤面が安定するのを待ってからトナー残量検知を行うことも可能である。なお、この方法の場合には、例えばトナー残量が少ない場合に、撹拌部材停止による現像室へのトナー供給不足にならないように制御する必要がある。
【００５１】
本実施例では、紙間延長制御の入る条件を枚数カウンタが３０に到達した場合で説明したが、画像形成装置や現像器の仕様に応じて条件を変更してももちろん構わない。
【００５２】
なお、上記各実施例では、現像容器下方のトナー室２６から、現像ローラ２１を配置した現像室２５へと上方にトナーを組み上げる方式の現像装置について説明したが、横方向や、下方へトナーを搬送する構成の現像装置についても本発明を適用可能である。
【００５３】
また、本実施例においては攪拌シート２４１に対するピエゾフィルム２４３の貼り付け位置を長手方向中央、且つ短手方向（長手方向に直交する方向）の幅一杯に貼り付けたが、これに限定されるものではない。貼り付ける位置や形状、枚数は、撹拌構成、現像容器構成に従って任意に変更してもよい。また、ピエゾフィルム２４３を貼り付ける面を攪拌シート２４１の回転方向の上流側の面としたが、下流側の面に貼り付けてもよい。
【００５４】
なお、上記各実施例における残量検知手法は、可撓性を有するシート状ではない、例えば、剛体の板状の攪拌部材に、圧電素子を設けた構成に適用してもよい。また、圧電素子もフィルム状のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５５】
２０…現像装置、２４…攪拌部材、２６…トナー室
【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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【図９】
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【図１０】
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