(57)【要約】【課題】簡易な構成により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】現像剤が収容された収容部２１と、回転することにより収容部２１に収容された現像剤を収容部２１の開口に向けて搬送する搬送部材２２と、搬送部材２２に設けられ、変形により電圧を出力する圧電素子４０と、を備える現像容器２０と、圧電素子４０が出力する電圧を検知する電圧検知手段９０と、電圧検知手段９０が検知した電圧値に基づいて、収容部２１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５０と、を備え、現像剤残量検知手段５０は、搬送部材２２が１回転する間に電圧検知手段９０が検知した電圧値の和に基づいて、現像剤の残量を検知する。【選択図】図５
2015102732.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前記収容部の開口に向けて搬送する搬送部材と、前記搬送部材に設けられ、変形により電圧を出力する圧電素子と、を備える現像容器と、
前記圧電素子が出力する電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段が検知した電圧値に基づいて、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、
前記現像剤残量検知手段は、前記搬送部材が１回転する間に前記電圧検知手段が検知した電圧値の和に基づいて、現像剤の残量を検知することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記搬送部材を回転させる駆動手段であって、前記搬送部材をそれぞれ異なる速度で回転させる複数の動作モードを有する駆動手段をさらに備え、
前記現像剤残量検知手段は、前記搬送部材が１回転する間に前記電圧検知手段が検知した電圧値の和を前記動作モードに対応した補正係数により補正した値に基づいて、現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像剤残量検知手段は、前記搬送部材が１回転する間に前記電圧検知手段が検知した電圧値の絶対値の総和に基づいて、現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤残量検知手段は、前記搬送部材が１回転する間に前記電圧検知手段が検知した電圧値のうち、１回転の間で前記搬送部材が所定の撓み状態となったときに０Ｖから０Ｖまで変化する電圧値の和に基づいて、現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記搬送部材の前記所定の撓み状態は、前記搬送部材の先端側が回転中心側に対して回転方向とは逆方向に変位する撓みである請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記搬送部材の前記所定の撓み状態は、前記搬送部材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生じる撓みである請求項４または５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記搬送部材の前記所定の撓み状態は、前記搬送部材の先端側が回転中心側に対して回転方向に変位する撓みである請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記搬送部材の前記所定の撓み状態は、前記搬送部材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生じる撓みである請求項４または７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記搬送部材は、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１〜８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、前記搬送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１〜９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、前記搬送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１〜１０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、前記搬送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１〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記圧電素子は、前記搬送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】
従来、非磁性１成分トナーを用いる現像装置におけるトナー残量検出方法としては、トナーの光反射・光透過を検知する光学式のトナー残量検出方法が提案され、実用化されている（特許文献１参照）。
その他にも、現像剤を収容した現像剤収容容器（即ち、トナー容器）内の現像剤の残量を検知するための現像剤量検出装置としては、所謂、静電容量式検知方式のものが提案されている。導電性の部材を１組用意し、その部材を電気回路的にコンデンサーとし、その電気回路に交流バイアスを印加したときの電流や電圧値を測定するものである。
近年では、（１）トナー量の検知精度をより高める、（２）特定の場所のトナー量を測定する、（３）新品からトナーがなくなるまで出来るだけ長い間トナー量の状態を検知する、などの要請がある。これらの要請に対応する目的で上記導電性の部材を大きくしたり、配置する位置を工夫したり、或いは、複数設ける等の方法がある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８８８８４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２３０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非磁性１成分トナーを用いる現像装置として、非磁性１成分接触現像装置が提案され実用化されている。これは、回転する感光ドラムと、同じく回転するトナー担持体としての現像ローラを、適当な相対周速差で押圧もしくは接触させることで静電潜像を現像する現像方法である。
一般的に、トナー有無の検知精度を向上させるためには、現像室のトナー有無を検知することが望ましい。従来の静電容量式のトナー残量検出方式では、導電性の部材を大きさや、設置場所を増やしたりすることで、部品点数の増大や、構成が複雑化し、組立性の低下を招く恐れがあった。また、光学式のトナー残量検出方法は、トナーの光反射・光透過をみる為、現像器容器の一部を透明部材で構成し、透明部材光面をワイピングするワイパー部材が必要である。通常、トナー送り部材がこれを兼ねている。光学式のトナー残量検出方法を採用した場合、トナーの光反射・光透過をみる為の透明部材光面、それをワイピングするためのワイパー部材の両方の部材を、同じ現像室内に配置する必要がある。そのため、部品点数の増大や、構成が複雑化することで、組立性の低下を招く恐れがある。
【０００５】
本発明の目的は、簡易な構成により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前記収容部の開口に向けて搬送する搬送部材と、前記搬送部材に設けられ、変形により電圧を出力する圧電素子と、を備える現像容器と、
前記圧電素子が出力する電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段が検知した電圧値に基づいて、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、
前記現像剤残量検知手段は、前記搬送部材が１回転する間に前記電圧検知手段が検知した電圧値の和に基づいて、現像剤の残量を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な構成により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に係る画像形成装置の概略断面図
【図２】本発明の実施例におけるトナー送り部材の構成を説明する模式図
【図３】本発明の実施例における搬送部材の動作を説明する模式的断面図
【図４】現像剤の重みの変化と圧電素子の出力電圧の変化を説明する図
【図５】本発明の実施例におけるトナー残量検出方法を説明する図
【図６】本発明の実施例におけるトナー残量検出のフローチャート
【図７】本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略断面図
【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）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る画像形成装置について説明する。
【００１３】
（１）画像形成装置の全体的な概略構成の説明
図１は、本発明の実施例に係る画像形成装置の要部の概略構成図を示す模式的断面図である。この画像形成装置１００は、電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタである。画像形成装置１００は、制御部（制御手段）５０にコネクタ（インターフェース）５２を介して接続されているホスト装置５３から入力する画像データ（電気的な画像情報）に対応した画像を、記録材Ｐに形成し、画像形成物として出力する。制御部５０は、例えば、マイクロコンピュータを主制御回路として有する制御回路部（ＣＰＵ）であり、ホス
ト装置５３と各種の電気的情報信号の授受をする。ホスト装置５３は、ホストコンピュータ、ネットワーク、イメージリーダ、ファクシミリ等である。６１は、画像形成装置１００側の操作パネル部であり、メイン電源スイッチＳＷ、操作キー群６１ａ、表示器６１ｂ等が配設されている。また、画像形成装置には、記憶手段としてＲＯＭやＲＡＭなどのメモリが備えられており、制御部５０は、これらメモリ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。
【００１４】
画像形成装置１００には、潜像が形成される像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）１が回転可能に配設されている。本実施例においては、感光ドラム１は、光導電性の有機感光体である。感光ドラム１は、制御部５０により制御される駆動手段である駆動モータ５５により所定の周速（プロセススピード）にて矢印Ａの反時計方向に回転駆動される。この感光ドラム１の周面が、帯電手段により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００１５】
帯電手段は、接触帯電手段としての帯電ローラ２を用いている。帯電ローラ２は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、感光ドラム１に対して、ほぼ並行に配列され、かつ導電性弾性体層の弾性に抗して所定の押圧力で当接している。芯金の両端部は、回転可能に軸受け支持されており、帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転に従動して回転する。帯電ローラ２の芯金に対して、帯電バイアス生成回路４８から、所定の帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１の表面が、約−５００Ｖ（暗部電位ＶＤ）に一様に帯電される。
【００１６】
感光ドラム１の一様帯電面が、画像露光手段としてのレーザ光学装置（レーザスキャナユニット）３により画像露光されて、感光ドラム１の面に露光画像情報に対応した静電潜像が形成される。画像露光は、画像情報部に対応して露光するイメージ露光方式である。レーザ光学装置３には、ホスト装置５３から制御部５０に入力して画像処理された画像データ（時系列電気デジタル画素信号）が入力する。レーザ光学装置３は、入力する画像データに対応して変調したレーザビームＬを出力するレーザ出力部、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、反射鏡等を有する。そして、レーザ光Ｌで感光ドラム１の帯電面を主走査露光する。この主走査露光と、感光ドラム１の回転による副走査により、回転する感光ドラム１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。露光された感光ドラム面部分の電位は、約−１００Ｖ（明部電位ＶＬ）に減衰して、暗部電位ＶＤと明部電位ＶＬとの電位コントラストにより、回転する感光ドラム１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。感光ドラム１の周速度は、１３５ｍｍ／ｓｅｃとした。その静電潜像が、感光ドラム１に対向して配置された現像手段としての現像装置４により、トナー像として顕像化（現像）される。
【００１７】
一方、所定の制御タイミングにて記録材給送部（不図示）から一枚分離給送されてレジストローラ対５に到達した記録材Ｐは、その時点では回転を停止しているレジストローラ対５のニップ部に先端部が受け止められて斜行矯正を受ける。そして、その記録材Ｐが、所定の制御タイミングで回転駆動されたレジストローラ対５により再給送されて、ガイド部材（不図示）でガイドされて、感光ドラム１と転写手段としての回転する転写ローラ６との当接部である転写ニップ部Ｎに導入される。
【００１８】
転写ローラ６は、芯金と、この芯金周りに同心一体に形成した導電性弾性体層と、を有し、感光ドラム１に対してほぼ並行に配列され、かつ導電性弾性体層の弾性に抗して所定の押圧力で当接されていて、感光ドラム１との間で転写ニップ部Ｎを形成している。記録材Ｐは、この転写ニップ部Ｎを挟持搬送されていき、その間、転写ローラ６には転写バイアス生成回路（不図示）から、トナーＴの帯電極性とは反対極性で所定電位の転写バイアスが印加される。転写ローラ６は、正極性で所定電位の転写バイアスが印加される。転写
ローラ６にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで、転写ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐの背面側（感光ドラム側とは反対側の面）にトナーと逆極性の電荷が付与される。これにより、感光ドラム１のトナー像が、記録材Ｐの表面に静電転写される。
【００１９】
転写ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは、感光ドラム１の面から分離され、搬送装置（不図示）により定着手段である定着装置７に導入され、記録材Ｐ上の未定着トナー像の定着処理を受ける。そして、定着装置７を出たトナー像定着済みの記録材が画像形成物として排出部（不図示）に排出される。
【００２０】
記録材Ｐ分離後の感光ドラム１の表面は、クリーニング手段としてのクリーニング装置８により、付着している転写残トナー等の残留異物の除去を受けて清掃され、繰り返して画像形成に供される。本実施例において、クリーニング装置８は、クリーニング部材としてブレードを用い、これを回転する感光ドラム１に対してカウンター配設で、所定の侵入量をもって当接させたブレードクリーニング装置である。転写残トナー等の感光ドラム１上の汚染物は、感光ドラム１の回転過程で、カウンター配設のブレードのブレード先端エッジ部と感光ドラム１との当接位置にて、感光ドラム１上から掻き取られ、廃トナー容器内に回収される。
【００２１】
（２）現像装置
本実施例における現像装置４は、乾式一成分接触現像方式の反転現像装置である。現像容器２０の収容部としての現像剤収容室（以下、収容室）２１には、非磁性１成分トナーＴが充填されている。収容室２１の内部には、搬送部材として、駆動モータ５５によって駆動されて一定方向に回転するトナー送り部材２２が設置されており、トナー送り部材２２の回転によって収容室２１に隣接する現像室２３へのトナー供給が行われる。現像室２３内には、感光ドラム１表面に接触し、一定方向に回転して、その外周部に塗布されたトナーを感光ドラム１の方に供給する現像ローラ２５が設けられている。また、現像ローラ２５に当接して回転し、現像ローラ２５にトナーを供給する供給ローラ２４が設けられている。さらに、一端部が現像ローラ２５に摺擦し、現像ローラ２５周りに塗布されたトナーを薄層にして、コーティングするために、現像ブレード２７が設けられている。現像ローラ２５下方の現像室２３の隙間を覆うトナー漏れ防止シール等が設けている。現像ローラ２５は、駆動モータ５５によって矢印Ｂ方向に回転駆動され、芯金２８に接続された現像バイアス生成回路４７から現像バイアスが印加される構成となっている。本実施例では、１成分現像剤として、負帯電性の非磁性トナーを用い、負帯電性の非磁性とトナーは、主にトナー粒子と補助粒子としての負極性の外添剤とを含有するものを使用した。なお、現像剤の種類は特に限定されるものではなく、２成分のものを用いてもよい。
【００２２】
より具体的な構成としては、現像ローラ２５は、直径１６ｍｍとし、直径８ｍｍでステンレス製の軸（芯金２８）の周面に、厚さ５ｍｍからなる、ウレタン、シリコーンなどのゴム層を基層とし、アクリル、ウレタン系ゴムを表面にコートした構成である。現像ローラ２５は、ローラ硬度（アスカーＣ）が５０度で、体積抵抗が１０４Ω・ｃｍ〜１０１２Ω・ｃｍを設けて形成している。なお、現像ローラ２５は、この構成に限定されるものではなく、非磁性一成分接触現像法のためには、適当な弾性及び導電性を有するものを適宜選択して用いることができる。
【００２３】
供給ローラ２４は、現像ローラ２５の下方に当接され、回転可能に支持されている。本実施の形態は、直径６ｍｍのステンレスの芯金２９上に、ウレタンスポンジ層を設置した。この供給ローラ２４は、直径１２ｍｍのウレタンスポンジローラであり、現像ローラ２５と同一方向に回転駆動し、現像ローラ２５へのトナー供給、および、現像ローラ２５表面上の未現像トナーの剥ぎ取りを行う。本実施例においては、現像ローラ２５の芯金２８と、供給ローラ２４の芯金２９との間の距離は、１０．５ｍｍに設定した。現像ローラ２
５表面に対して、供給ローラ２４のウレタンスポンジ層を、１．５ｍｍ侵入させている。供給ローラ２４に用いる、スポンジ層の体積抵抗は、１０４Ω・ｃｍ〜１０１２Ω・ｃｍ程度の発泡ゴム層を形成して構成される。現像ローラ２５は、充分な画像濃度を達成することができるように、感光ドラム１の周速度に相当するプロセススピードに対して、約１７０％の周速度で回転するようにした。
【００２４】
本実施例では、通常のプリントモードに加えて、厚紙モード、グロス紙モード、ＯＨＰモードなど、紙種に応じて、プロセススピード（画像形成の処理速度、すなわち、各種ローラなどの回転部材の回転速度、記録材の搬送速度）を変える構成になっている。通常のプリントモードを１／１速モード（１３５ｍｍ／ｓｅｃ）とし、紙種によって、プロセススピードが、３／４速モード（１０１ｍｍ／ｓｅｃ）、１／２速モード（６８ｍｍ／ｓｅｃ）、１／４速モード（３１ｍｍ／ｓｅｃ）を実行可能となっている。
【００２５】
画像形成動作時においては、現像ローラ２５に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性（本実施例では負極性）である−３５０Ｖの直流電圧（現像時の現像バイアス）を印加して、感光ドラム１上の静電潜像をトナー像として可視化する（反転現像）。また、現像ブレード２７には、現像ローラ２５に対して、さらにマイナス側になるように、−５００Ｖの直流電圧を印加して、現像時に現像ローラ当接部から、現像ブレードに付着しようとするトナーを抑制する。本実施例においては、一成分現像剤としての負帯電性の非磁性トナーＴは、主に、トナー粒子と、補助粒子としての負極性の外添剤とを含有するものを用いた。外添剤は、通常、トナー粒子の帯電性及び転写性の向上を目的として、適当な量の疎水性シリカが用いられる。
【００２６】
（３）現像剤量検出装置
次に、本実施例における現像剤量検出装置（現像剤量検出手段）について説明する。本実施例における現像剤量検出装置は、トナー送り部材２２、トナー送り部材２２を支持する支持部材１８、トナー送り部材２２の撓み量を検出するためのピエゾフィルム４０、ピエゾフィルム４０に電気的に接続された残量検出回路９０などから構成される。支持部材１８が駆動モータ５５によって回転駆動されることで、トナー送り部材２２が図１中の矢印方向（反時計方向）に回転する。トナー送り部材２２は、トナーを現像容器２０の収容室２１の現像室２３へ通じる開口に向けて搬送するとともに、収容室２１内のトナーを撹拌する撹拌部材としても機能する。残量検出回路９０は、電圧検知手段としてピエゾフィルム４０が出力する電圧を検知し、ピエゾフィルム４０の出力電圧値に基づいてトナー残量検知用信号を制御部５０に出力する。制御部５０は、残量検出回路から出力される信号に基づいて、現像剤残量検知手段としてトナー残量を検知する。
【００２７】
図２を参照して、トナー送り部材２２の構成についてさらに詳しく説明する。図２（Ａ）は、本実施例におけるピエゾフィルム４０の概略断面図、図２（Ｂ）は、トナー送り部材２２の概略断面図、図２（Ｃ）は、トナー送り部材２２の概略正面図である。本実施例において、トナー送り部材２２は、ＰＥＴの材質の可撓性を有するシート状の部材であり、長手方向（回転軸方向）の長さ（幅）を２４０ｍｍとし、短手方向（長手方向に直交する方向）の長さ（幅）を４０ｍｍとした。ピエゾフィルム４０は、長手方向の長さが１０ｍｍ、短手方向の長さが３５ｍｍ、厚みが１００μｍのフィルムを、トナー送り部材２２の回転方向上流側の面に対してトナー送り部材２２の長手方向の中心が一致するように貼り付けた。本実施例では、（株）東京センサのピエゾフィルム  センサ  開発用基本デザインキット内のピエゾフィルムを用いて実験を行った。材料はポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）である。このピエゾポリマー基板４０ａの表裏の両面にそれぞれ銀インク電極４０ｂ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トナー送り部材２２に接着させる。ピエゾフィルム４０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残量検出回路
９０につながっている。本実施例では、図２（Ｃ）に示すように、ピエゾフィルム４０がトナー送り部材２２の回転方向上流側の面における回転軸の方向中央部、かつ該回転軸に直交する方向に延びるようにトナー送り部材２２に貼り付けられている。なお、ピエゾフィルム４０を貼り付ける位置は、トナー送り部材２２の回転軸の方向の中央部に限られず、また、１枚ではなく複数枚貼り付けてもよい。
【００２８】
図３を参照して、現像剤量検知方法の原理を簡単に説明する。図３は、トナー送り部材２２の動作を説明する模式的断面図であり、図３（Ａ）はトナーの重みにより撓みが生じている状態、図３（Ｂ）はトナーの重みが解放されたことにより反対側に反る動き（撓み）が生じている状態を示している。すなわち、トナー送り部材２２に生じる撓み状態としては大きく２種類ある。１つは、トナー送り部材２２の先端側が回転中心側に対して回転方向とは逆方向に変位する撓みであり、主にトナー送り部材２２がトナーの堆積領域を通過するときに生じる（図３（Ａ））。もう一つは、トナー送り部材２２の先端側が回転中心側に対して回転方向に変位する撓みであり、主にトナー送り部材２２がトナーの堆積領域を脱出した際の反動により生じる（図３（Ｂ））。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、トナー送り部材２２を回転させてトナーを現像容器２０の収容室２１から現像室２３に送る際、トナーの重み及び現像容器２０の内壁面との摺動による抵抗力によってトナー送り部材２２に撓み変形が生じる。図３（Ａ）中の破線部Ａは、トナーの重み及び現像容器２０の内壁面との摺動抵抗力がかかっていない状態におけるトナー送り部材２２の仮想状態を示しており、当該仮想状態に対し、自由端である先端が大きく撓んでいることがわかる。このトナー送り部材２２の変形により、フィルム状の圧電素子であるピエゾフィルム４０にも撓みが生じる。ピエゾフィルム４０は、撓みが生じていない状態から撓むことで電圧（プラス側）が生じる。なお、本実施例では、トナー送り部材２２は、回転軸から下方の領域において、回転軸と現像容器２０内壁面までの距離がトナー送り部材２２の長さよりも短くなるように構成されている（図１参照）。これにより、現像室２３の入口に達する高さまでトナー送り部材２２が現像容器２０の内壁面と摺動し、現像室２３へのトナーの搬送性が高められる。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、トナーを現像容器２０の収容室２１から現像室２３にトナーを送った後は、トナー送り部材２２は、かかっていたトナーの重みがなくなることで、トナー送り部材２２の撓み変形が一気に解放される。このとき、トナーの重みが一気に（瞬間的に）解消される反動により、トナー送り部材２２は、トナーの重みがかかっていない仮想状態（図３（Ｂ）中の破線部Ａ）に対し、図３（Ａ）の場合とは反対側に反る動きが生じる。
【００３１】
その後、トナー送り部材２２は、トナーの堆積領域から抜け出すと、破線部Ａで示す状態に戻り、再び、トナーの堆積領域に突入することで、図３（Ａ）に示す状態となる。
【００３２】
（４）現像剤量検知方法によるトナー残量検出値の算出方法
図４は、トナー送り部材２２が収容室２１内を１回転する間における、トナー送り部材２２に加わるトナーの重みの変化と、ピエゾフィルム４０の出力電圧の変化を説明する図である。図４（Ａ）は、トナー送り部材２２に加わるトナーの重みの時間変化、図４（Ｂ）は、ピエゾフィルム４０の出力電圧の時間変化をそれぞれ示しており、時間軸は互いに対応している。
【００３３】
時間Ｔ１は、トナー送り部材２２に対して、トナーの重みがかかっていない状態から、トナーの重みが次第に増えていく状態を示している（図４（Ａ））。時間Ｔ１において、ピエゾフィルム４０の出力電圧値は、トナー送り部材２２が無負荷状態（図３（Ａ）中の破線部Ａ）から徐々に撓みが大きくなることにより、プラス側において徐々に大きくなっ
ていく（図４（Ｂ））。
【００３４】
時間Ｔ２は、トナー送り部材２２がトナーを収容室２１から現像室２３に送るまでの間において、トナー送り部材２２にかかるトナーの重みが安定している状態を示している（図４（Ａ））。時間Ｔ２において、トナー送り部材２２の撓みに大きな変化がないため、ピエゾフィルム４０の出力電圧値も安定している（図４（Ｂ））。
【００３５】
時間Ｔ３は、トナーの現像室２３への搬送を終えてトナー送り部材２２に対するトナーの重みが取れた状態を示している（図４（Ａ））。時間Ｔ３において、トナー送り部材２２は、かかっていたトナーの重みが瞬間的になくなることで、撓みが一気に解放され、その反動によってＴ１、Ｔ２のときとは反対側に大きく反れるように撓みを生じる。このとき、ピエゾフィルム４０にはマイナスの大きな電圧が発生し、出力電圧波形においてプラス側からマイナス側に急激に電圧値が変化する（図４（Ｂ））。
【００３６】
時間Ｔ４は、トナー送り部材２２が、トナーの重みの解放の反動によって大きく反れた後、撓みのない状態（図３（Ａ）中の破線部Ａ）に戻るまでの状態を示している（図４（Ａ））。これに合わせて、ピエゾフィルム４０が出力する電圧値もゼロに戻っていく（図４（Ｂ））。
【００３７】
現像容器２０の収容室２１内のトナー量が減ってくると、トナー送り部材２２にかかるトナーの重量が減ってくるため、トナーを現像容器２０の収容室２１から現像室２３に送る際のトナー送り部材２２の変形量が少なくなってくる。そのため、ピエゾフィルム４０の変形量も少なくなり、出力電圧値も少なくなる。このように、トナー送り部材２２の撓み、撓み解放、反りといった一連の動作により、ピエゾフィルム４０が出力する電圧値を測定することによって、トナーの有無や残量を測定することができる。また、トナー送り部材２２の撓み量は回転速度によって変化し、低速時には、トナー送り部材２２、すなわちピエゾフィルム４０の撓み量が小さくなるためその出力電圧値が小さくなる。
【００３８】
本実施例では、トナー送り部材２２が１回転する間に出力されるピエゾフィルム４０の電圧値を記憶し、その電圧値の絶対値の総和を、トナー残量検出値としてトナー残量検知の演算処理を行う。
【００３９】
図５（Ａ）は、ピエゾフィルム４０の出力電圧の時間変化を示す図であり、本実施例におけるトナー残量検出方法を説明する図である。図５（Ａ）において、破線が、トナー送り部材２２が１回転する間のピエゾフィルム４０の出力電圧の検出値を示しており、実線が、本実施例におけるトナー残量算出方法に用いるデータであり、破線の絶対値をプロットしたものとなっている。本実施例におけるトナー残量検出方法では、実線のデータの総和をトナー残量検出値として用いる。
【００４０】
図５（Ｂ）は、トナー残量の違いによるピエゾフィルム４０の出力電圧の時間変化の違いを説明する図である。図５（Ｂ）では、トナー残留検出値（ピエゾフィルム４０の出力電圧の絶対値）について、収容室２１内のトナー量が多い場合（トナー２００ｇを収容室２１に充填）を実線、少ない場合（トナー２０ｇを収容室２１に充填）を破線でそれぞれ示している。このグラフから分かるように、トナー送り部材２２が１回転する際にピエゾフィルム４０が出力する電圧値の絶対値の総和は、収容室２１内のトナー量に応じて異なり、トナー量が少なくなるほどトナー残量検出値も少なることが分かる。
【００４１】
（表１）
2015102732.tif 000003
【００４２】
表１は、トナー送り部材２２の１回転中のピエゾフィルム４０の出力電圧値について、出力値をそのまま総和してトナー残量検出値とした場合（比較例）と、出力値の絶対値を総和してトナー残量検出値とした場合（実施例）とを比較した実験結果である。表１に示すように、比較例では、各検出値における平均値との差の大きさにばらつきが大きいが、実施例では、そのようなばらつきが小さく安定した出力結果となっていることがわかる。
【００４３】
プロセススピードが速くなると、ピエゾフィルム４０の撓み量が大きくなり、出力される電圧値が大きくなるが、収容室２１内のトナーの動きが活発になり、収容室２１内のトナー面（堆積したトナーの上面）が不安定になる。すなわち、トナー送り部材２２が回転する度にトナー面の形状が変化しやすくなる。そのため、トナー送り部材２２に対するトナーの重みの加わり方が一定ではなくなり、ピエゾフィルム４０の出力値にばらつきが生じ、トナー残量検出値が不安定となる。すなわち、トナー面が不安定になることで、例えば、トナー送り部材２２の先端が、トナーの堆積領域に突入するタイミングや、脱出するタイミング、トナー内を進む際に加わるトナーの重さの大きさが変化することになる。
【００４４】
本実施例では、トナーの重みが加わっている間にトナー送り部材２２に生じる撓みによるピエゾフィルム４０の出力電圧だけでなく、トナーの重みが解放された反動で反対方向に撓むことにより出力されるピエゾフィルムの出力電圧も検出値に反映させている。つまり、ピエゾフィルム４０の２つの撓み（前後への撓み）の出力を考慮することができるため、より検出精度を高めることができる。これにより、トナーの堆積状態の変化、不安定さによるトナーの重みの加わり方のばらつきの検出値への影響を抑制し、トナー残量の検出精度の向上を図ることができる。また、トナー残量検出値が安定することにより、表１に示すように比較例よりも少ない測定回数でトナー残量を検出することができ、トナー検出にかかる時間を短縮することができる。
ただし、電圧値の絶対値の総和を用いるだけでなく、一定の期間の電圧値の和を用いることもできる。例えば、反動で撓む電圧ピークを検出して、トナーの重みが加わっている間の時間のみの電圧の和で残量を検知してもよい。この場合は、反動で撓んだ際に生じる電圧ピークを検出した後に、その前に検出した電圧変化（０Ｖから０Ｖまで）の和を求める。
【００４５】
（５）現像剤量検知方法の制御方法
本出願の発明者らがプリントモードを種々のモードに変更して本発明のトナー残量検出方法を用いたところ、低速モードでは通常モードと比べてトナー残量検出値が少なくなることがわかった。そこで、本実施例ではさらに、画像形成装置のプリントモード毎にトナー残量検出値の補正を行うことで、検知精度のさらなる向上を図っている。
【００４６】
本実施例においては、プリントモード毎にトナー残量検出値を補正する係数を、一定のトナー量を充填した現像容器を用いた実験により求めて設定した。収容室２１内のトナー量としては、３０ｇ充填し、プリントモードを変えて、トナー残量検出値を測定した。その実験結果を表２に示す。
【００４７】
（表２）
2015102732.tif 000004
【００４８】
表２のように補正係数を設定し、プリントモードが通常モードから低速モードに切り替えられた場合には、低速モードで検出したトナー残量検出値に対して上記補正係数をかけてトナー残量検出値に補正する。このように補正することで、プリントモードの違いによるトナー残量検出値への影響を低減し、安定したトナー残量検出を行うことができる。
【００４９】
図６は、本実施例におけるトナー残量検出のフローチャートである。画像形成装置の本体電源がＯＮされると（Ｓ１００）、制御部５０は、印字情報の信号が入力されているか確認する（Ｓ１０１）。印字信号が入力されている場合には、制御部５０は、プリントモードの検知を行い（Ｓ１０２）、プリントモードに応じた、補正係数を決定する（Ｓ１０３）。その後、制御部５０は、画像形成手段に画像形成動作を開始させ（Ｓ１０４）、画像形成後の後回転動作時にトナー残量の検出を開始する（Ｓ１０５）。その後、制御部５０は、プリントモードに応じて、トナー残量検出値を補正する（Ｓ１０６）。トナー残量検出が終了したら、制御部５０は、画像形成手段に対し、画像形成動作を終了させ（Ｓ１０７）、スタンバイ状態に移行させる（Ｓ１０８）。印字情報の信号が入力されるまで、制御部５０はスタンバイ状態を維持する（Ｓ１０８）。
【００５０】
本実施例におけるトナー残量検知方法の特徴をまとめると以下のようになる。
（１）トナー送り部材２２の１回転分のピエゾフィルム４０の出力電圧値を取得し、その電圧値の絶対値の総和をトナー残量検出値として確定する。
（２）プリントモードの切り替えを行うときには、前回のプリントモード時に検出したトナー残量検出値に、プリントモード毎の補正を行い、トナー残量の検出を開始する。
【００５１】
本実施例に係る画像形成装置では、表示部６１でトナー残量検出結果を表示することができるように構成されている。表示部６１は、現像容器２０の収容室２１内のトナー残量を表示するとともに、所定のトナー残量を検知した状態になれば、現像装置４の寿命をユーザに報知する表示も表示することができるように構成されている。
【００５２】
（本発明構成の検証）
表３は、トナー送り部材２２の１回転中のピエゾフィルム４０の出力電圧値について、出力値をそのまま総和してトナー残量検出値とした場合（比較例）と、出力値の絶対値を総和してトナー残量検出値とした場合（実施例）とを、比較した実験結果である。表３では、現像容器２０の収容室２１に、一定量のトナーが充填された状態で、プリントモードを、１／１速（通常速度）、３／４速、１／２速、１／４速に変更して、比較例の検出値と、本実施例による検出値とを比較して示している。
【００５３】
（表３）
2015102732.tif 000005
【００５４】
表３に示すように、比較例では、１／１速において検出される電圧値が、１／４速よりも大きな出力で得られるものの、測定回数によりばらつきが大きくなることがわかる。一方、本実施例では、いずれのプリントモードにおいても、比較例に比べて、データが安定していることがわかる。検出されるデータが、安定することにより、比較例よりも少ない測定回数でトナー残量を検出することができ、トナー検出にかかる時間を短縮することができる。
【００５５】
本実施例に係る画像形成装置は、プロセススピードの変化に合わせて、トナー送り部材をそれぞれ異なる速度で回転させる複数の動作モードを有している。プロセススピードが速い場合、トナー送り部材によって撹拌されるトナーの動きが活発になり、プロセススピードが低速の場合と比べて、収容部内のトナー面の形状が不安定になり、トナー送り部材に対する力の加わり方が１回転ごとに変化しやすくなる。その結果、１回転ごとのトナー送り部材の撓み方、すなわち、ピエゾフィルムの撓み方が、一定ではなくなり、ピエゾフィルムの出力値が不安定になりやすい。また、プロセススピードが遅い場合、早い場合に比べて、トナーの重みによるトナー送り部材の撓み量、すなわち、ピエゾフィルムの撓み量が少なくなり、その出力電圧の大きさも小さくなる。出力電圧の大きさが小さくなることで、トナー残量の検出精度が低下する可能性がある。さらに、トナー残量が少なくなってくることによっても、ピエゾフィルムの撓み方に変化が生じ、その出力電圧値に変化が生じることで、トナー残量の検出精度に影響を与える可能性がある。
【００５６】
したがって、上記比較例のような、単純にトナー送り部材１回転中のピエゾフィルムの電圧値の総和をトナー残量検出値としてトナー残量を決める方法では、プロセススピードやトナー残量の変化による影響を受けて誤検知を生じる可能性がある。
【００５７】
一方、本実施例のように、トナー送り部材１回転中のピエゾフィルムの電圧値の絶対値の総和をトナー残量検出値としてトナー残量を決めることで、トナー面の変化やトナー残量の変化による出力電圧値の変化の影響を低減することができる。また、プロセススピードの速さに応じて、トナー残量検出値を補正することにより、プロセススピードの変化による出力電圧値の変化の影響を低減することができる。したがって、本実施例によれば、トナー残量の安定的な検出が可能となり、トナー残量の検出精度の向上を図ることができる。
【００５８】
（実施例２）
図７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。図７は、実施例２に係る画像形成装置の構成を示す模式的断面図である。なお、ここでは主として実施例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、同じ符号を付してその説明及び図示を省略する。ここで説明しない事項については、実施例１と同様である。
【００５９】
図７に示すように、本実施例に係る画像形成装置２００は、いわゆるカートリッジ方式
を採用した構成を有している。すなわち、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置８の４つの機器が、プロセスカートリッジ１０２としてカートリッジ枠体１０３に一体的に組み付けられている。そして、このプロセスカートリッジ１０２が、装置本体に対して着脱可能に構成されている。プロセスカートリッジ１０２は、現像装置４を保持する現像枠体（現像ユニット）と、感光ドラム１と帯電ローラ２とクリーニング装置８を取り付けたクリーニング枠体（ドラムユニット）を一体に結合することによってカートリッジ化されている。プロセスカートリッジ９０は、使用者によって、画像形成装置２００の装置本体に設けたカートリッジ装着手段１０１に対して所定の要領にて取り外し可能に装着される。従って、サービスマンによらず使用者が自身で装置のメンテナンス、消耗品を交換することができる。
【００６０】
プロセスカートリッジ９０は、装置本体に対して所定の装着位置に装着された状態において、カートリッジ側カップリング１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと本体側カップリング１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂとがそれぞれ連結される。そして、装置本体に設けられた駆動モータ５５（駆動手段）から駆動力が各カップリングを介して伝達されることにより、ドラム１、現像ローラ２５、供給ローラ２４、トナー送り部材２２が駆動される。
【００６１】
また、装置本体側の帯電バイアス生成回路４８から帯電ローラ２に対して、本体体側電気接点６０ｂとカートリッジ側電気接点６０ａを介して帯電バイアスが印加可能となる。また、装置本体側の現像バイアス生成回路４７から現像ローラ２５に対して、本体体側電気接点７０ｂとカートリッジ側電気接点７０ａを介して現像バイアスが印加可能となる。さらに、トナー送り部材２２に設置されたピエゾフィルム４０が、本体側電気接点８０ｂとカートリッジ側電気接点８０ａを介して残量検出回路９０に電気的に接続され、トナー残量検出値の測定が可能となる。
【００６２】
このような、プロセスカートリッジ着脱方式の画像形成装置２００についても、実施例１に係る画像形成装置１００における圧電素子であるピエゾフィルム４０を用いて、実施例１と同様の安定したトナー残量検知が可能となる。
【００６３】
本実施例によれば、画像形成装置２００から、プロセスカートリッジ１０２を装置本体に対して抜いて、他の画像形成装置で使用した場合であっても、安定して、トナー残量を検出することができる。また、上記構成を採用することで、ユーザビリティは飛躍的に向上する。
【００６４】
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、剛体の板状の搬送部材に、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】
【００６５】
４…現像装置、２０…現像容器、２１…収容室、２２…トナー送り部材、２３…現像室４０…ピエゾフィルム（圧電素子）、Ｔ…トナー（現像剤）、５０…制御部、１００…画像形成装置
【図１】
2015102732.tif 000006
【図２】
2015102732.tif 000007
【図３】
2015102732.tif 000008
【図４】
2015102732.tif 000009
【図５】
2015102732.tif 000010
【図６】
2015102732.tif 000011
【図７】
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