(57)【要約】【課題】周辺の電界環境に依存せず、余分なトナーを消費しない劣化トナー検出装置を提供する。【解決手段】劣化トナー検出装置１０は、感光体に対向して配置された電極部材１２と、感光体と電極部材との間に電圧を印加する電源１３と、感光体に担持されたトナー粒子Ｔが感光体と電極部材との間に挟まれたときに形成される閉回路内に流れる電流を測定する電流計１４と、を含む計測回路部１１を備え、電源によって印加された電圧値と測定手段によって測定された電流値とから算出されたトナー粒子の抵抗値に基づいて、トナー粒子の劣化状態を検出することを特徴とする。【選択図】図４
2016126062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体に対向して配置された電極部材と、前記感光体と前記電極部材との間に電圧を印加する電源と、前記感光体に担持されたトナー粒子が前記感光体と前記電極部材との間に挟まれたときに形成される閉回路内に流れる電流を測定する測定手段と、を含む計測回路部を備え、
前記電源によって印加された電圧値と前記測定手段によって測定された電流値とから算出された前記トナー粒子の抵抗値に基づいて、前記トナー粒子の劣化を検出することを特徴とする劣化トナー検出装置。
【請求項２】
前記電極部材が前記トナー粒子と接触するトナー接触部の大きさは、一個のトナー粒子と同等又はそれ以下の大きさに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の劣化トナー検出装置。
【請求項３】
前記電極部材が自己検知型カンチレバーであり、該自己検知型カンチレバーの撓み量に応じて前記トナー粒子の抵抗値を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の劣化トナー検出装置。
【請求項４】
前記計測回路部を複数個備え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劣化トナー検出装置。
【請求項５】
前記電源は直流、交流、又は交流に直流を重畳した電圧を印加す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劣化トナー検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の劣化トナー検出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、劣化トナー検出装置、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用したプリンタ、デジタル複合機等の画像形成装置においては、画像の形成にトナーが使用される。トナーは、着色剤を含有した樹脂粒子の表面に、有機系シラン化合物等の外添剤による表面処理を施すことにより生成される。
トナーは現像部内で長時間攪拌されることによりストレスを受けて劣化する。劣化したトナーは表面の外添剤が剥がれて電気抵抗が低下するため、電荷を保持できなくなり、帯電量が低下する。トナーの帯電量が低下すると、トナーをクーロン力で制御することが難しくなるため、劣化トナーはトナー飛散による装置内の汚染や、地汚れ、転写率の低下による画像品質の低下を引き起こす。
劣化トナーによる不具合を防止するために、画像形成装置においては劣化トナーを画像形成に使用せずに廃棄するトナーリフレッシュが実行される。トナーリフレッシュを実行するに当たっては、トナーが劣化しているか否かが検知される。
【０００３】
特許文献１に記載されたトナー劣化検知手段は、感光体に対向配置されたトナー劣化検知用転写体と、該トナー劣化検知用転写体の上流側と下流側に夫々配置されると共に感光体に付着しているトナー量を検知する２つのセンサとを備えている。上流側のセンサは、感光体が担持するトナー像のトナー量を検知し、下流側のセンサはトナー劣化検知用転写体に転写された後、感光体に残留するトナーの量を検知する。トナー劣化検知手段は２つのセンサが検知したトナー量を比較して、トナーの劣化を検出する。
ここで、特許文献１の発明においては、感光体からトナー劣化検知用のトナー劣化検知用転写体へと転写されたトナー量に基づいてトナーの劣化を検知するため、検知精度は感光体とトナー劣化検知用転写体間の転写電界の精度に依存する。この転写電界は、バイアス電流や湿度、周辺部材の帯電状態を制御することによって精度が保たれているが、現像部や転写部からの影響によって絶えず周辺の電界が変化する中で、トナー劣化検知用の転写電界を十分に精度良く保つことは容易ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、トナーの劣化を精度よく検出することができる劣化トナー検出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に記載の劣化トナー検出装置は、感光体に対向して配置された電極部材と、前記感光体と前記電極部材との間に電圧を印加する電源と、前記感光体に担持されたトナー粒子が前記感光体と前記電極部材との間に挟まれたときに形成される閉回路内に流れる電流を測定する測定手段と、を含む計測回路部を備え、前記電源によって印加された電圧値と前記測定手段によって測定された電流値とから算出された前記トナー粒子の抵抗値に基づいて、前記トナー粒子の劣化状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、トナーの劣化を精度よく検出することができる劣化トナー検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置を適用可能な画像形成装置の要部の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置を適用可能な他の画像形成装置の要部の概略構成を示す図である。
【図３】新品トナーと劣化トナーの抵抗値の違いを示した図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図８】本発明の第五の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図９】本発明の第六の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
【図１０】電極部材に使用可能な自己検知型カンチレバーの一例を示した平面図である。
【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〜１〕
本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置を適用可能な画像形成装置の要部の概略構成について図１を参照して説明する。
画像形成装置１は本体筐体内に、感光体２０（像担持体）と、感光体２０の周囲に順次配置された帯電部３０と、露光部４０と、現像部５０と、転写部６０と、ファーブラシ７０と、クリーニングブレード８０と、感光体除電部９０とを備えている。
感光体２０は図１中時計周りに回転し、帯電部３０が回転する感光体２０の表面を一様に帯電させる。露光部４０は、画像データに基づいて変調されたレーザ光を感光体２０に照射して静電潜像を形成する。現像部５０は、静電潜像を担持する感光体２０にトナーを付着させて現像する。
【００１０】
図示していないが、画像形成装置１は、複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えている。給紙カセット内の記録紙は、給紙ローラによりレジストローラ対へ１枚ずつ送り出される。そして、記録紙は、レジストローラ対によりタイミング調整された後、転写部６０と感光体２０との間に送り出される。
転写部６０においては、感光体２０と転写部６０との間に搬送されてきた記録紙に、感光体２０が担持するトナー画像を転写する。トナー画像の転写された記録紙は定着部に搬送される。
【００１１】
定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラと、定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備えている。定着部は、転写部６０から搬送されてきた記録紙を加熱、及び加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、排紙トレー上に排出する。
さらに画像形成装置１は、転写部６０においてトナー画像を記録紙に転写した後の感光体２０をさらに回転させ、ファーブラシ７０及びクリーニングブレード８０からなるクリーニング部にて、感光体の表面に残留するトナーを除去する。
その後、感光体２０は感光体除電部９０による除電により残留電位をキャンセルされ、次回の画像形成プロセスに供される。
本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置の電極部材１２は、現像部５０と転写部６０との間に配置される。なお、劣化トナー検出装置については、後に詳しく説明する。
【００１２】
〔画像形成装置〜２〕
次に、本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置を適用可能な他の画像形成装置の要部の概略構成について図２を参照して説明する。図２（ａ）はタンデム型のフルカラー画像形成装置１００の概略構成を示し、図２（ｂ）はリボルバタイプのフルカラー画像形成装置２００の概略構成を示したものである。なお、上述した本実施形態の画像形成装置１と同様の構成については説明を省略する。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、タンデム型のフルカラー画像形成装置１００は、本体筐体内に、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）のトナー像を夫々形成する画像形成部１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ、１０１Ｋを有している。各画像形成部１０１は、図中時計周りに回転駆動される感光体１０２（像担持体）と、感光体１０２の表面を一様に帯電する帯電部１０３と、感光体１０２に静電潜像を形成する露光部１０４と、静電潜像を現像する現像部１０５と、中間転写部１０７にトナー像を転写後の感光体１０２の表面をクリーニングするクリーニング部１０６と、を備えている。
画像形成部１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ、１０１Ｋは、中間転写部１０７の走行方向に沿って順に、タンデム型に配置されている。感光体１０２が担持する各色トナー像は、図中矢印方向に走行する中間転写部１０７に順次重ねて転写されて、中間転写部１０７にはカラー画像が形成される。中間転写部１０７が担持するカラー画像は、中間転写部１０７においてタイミングを合わせて搬送されてきた記録紙に転写される。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、リボルバ型のフルカラー画像形成装置２００は、１つの感光体２０２（像担持体）と、感光体２０２の周囲に順次配置されたクリーニング部２０１と、帯電部２０３と、露光部２０４とを備えている。更にフルカラー画像形成装置２００は、感光体２０２の周囲にリボルバ状に配置されて。色毎に設けられた現像部２０５Ｃ、２０５Ｍ、２０５Ｙ、２０５Ｋを備えている。夫々の現像部２０５Ｃ、２０５Ｍ、２０５Ｙ、２０５Ｋは、感光体２０２に対して接離可能に構成されており、感光体２０２に接触した１の現像部２０５のみが感光体２０２表面の静電潜像を現像する。例えば、感光体２０２の表面には、まずＣ用の静電潜像が形成され、Ｃ用の現像部２０５ＣによってＣトナー像として現像された後、Ｃトナー像は中間転写部２０６に一次転写される。このとき、二次転写部２０７は中間転写部２０６から離間した位置にある。以降、Ｍ、Ｙ、Ｋ用の静電潜像の形成と現像が順次行われて、各色トナー像が順次中間転写部２０６に転写されることにより、中間転写部２０６にカラートナー像が形成される。中間転写部２０６が担持するカラートナー像は、二次転写部２０７においてタイミングを合わせて搬送されてきた記録紙に転写される。
上記フルカラー画像形成装置１００、２００においては、現像部よりも感光体の走行方向下流側であって、感光体と中間転写部との対向面との間に、本発明の一実施形態に係る劣化トナー検出装置の電極部材１２を配置することができる。
【００１５】
〔劣化トナーの検出原理〕
本発明の各実施形態に係る劣化トナー検出装置による劣化トナーの検出原理について説明する。
上記画像形成装置に使用されるトナーとしては、着色剤を含有した樹脂粒子の表面に、有機系シラン化合物等の外添剤による表面処理を施されたものが用いられる。また、トナーとしては個数基準による平均粒径が３〜１０［μｍ］のものが好適に用いられる。
通常、トナーは感光体２０が担持する静電潜像を現像する際に現像部５０から感光体２０に移行して順次消費されていく。画像形成装置において、トナー消費量の少ない画像パターンを連続して出力すると、トナーは現像部５０内で長時間攪拌されることによりストレスを受けて劣化する。長時間の攪拌は、トナーの表面に施されていた外添剤を剥離させ、トナーを劣化させる。トナー表面に付着している外添剤の量が減少すると、トナーの抵抗値が低下する。
【００１６】
図３は、新品トナーと劣化トナーの抵抗値の違いを示した図である。この図では、劣化トナーは新品トナーに対して抵抗値が約４０［ＴΩ］低下している。この図に示すように、トナーの劣化度と抵抗値には相関関係があり、トナーの抵抗値を測定することでトナー表面の劣化状態を知ることができる。
計測されたトナーの抵抗値に対して閾値を設けることで、劣化トナーを検出することができる。トナーは劣化により低抵抗化するので、あらかじめ閾値を設けておき、測定したトナーの抵抗値が閾値を下回ったときに、そのトナーが劣化していると判断する。閾値はトナーの種類によって異なるが、例えば、図３に示すトナーの場合だと、１３．９［ｌｏｇΩ］程度とすべきである。
【００１７】
〔第一の実施形態〕
図４は、本発明の第一の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
劣化トナー検出装置１０は、トナー粒子の抵抗値を計測する計測回路部１１と、計測回路部１１の計測値に基づいてトナー粒子の劣化判定を実施する演算部１５とを備える。
計測回路部１１は、感光体２０と、感光体２０の表面に対して所定のギャップを隔てて対向して配置された電極部材１２と、感光体２０と電極部材１２との間に電圧を印加する電源１３と、感光体２０に担持されたトナー粒子Ｔが感光体２０と電極部材１２との間に挟まれたときに形成される閉回路内に流れる電流を測定する電流計１４（測定手段）と、を備える。
計測回路部１１は、感光体２０と電極部材１２と電源１３と電流計１４が直列に接続された回路であり、感光体２０と電極部材１２との間にトナー粒子Ｔが挟まれたときに閉回路を形成する。電源１３によって印加された電圧値と、閉回路が形成されたときに電流計１４によって測定される電流値とから、オームの法則（抵抗値＝電圧／電流）により、演算部１５がトナー粒子Ｔの抵抗値を算出することができる。また、演算部１５は算出されたトナー粒子Ｔの抵抗値に基づいて、トナー粒子の劣化を検出する。
【００１８】
電極部材１２は、感光体２０との対向面に位置してトナー粒子Ｔと接触するトナー接触部１２ａから電流計１４までの導通を確保するものであればよい。従って、電極部材１２は、例えばそれ自体が導電性を有する金属片、又は表面に導体を蒸着させたガラス板等の絶縁体を用いることができる。電極部材１２に用いる導体としては、金や白金等の比較的導電率の高い金属が好適である。
また、電極部材１２は板バネ等の弾性体から構成すると好適である。即ち、感光体２０と電極部材１２との間に設定されているギャップよりも大きな粒径のトナー粒子が電極部材１２に接触した場合であっても、電極部材１２はトナー粒子Ｔからの押圧力によってギャップを広げる方向に弾性変形することができる。この場合、トナー粒子Ｔは感光体２０の表面から剥離することなく、次段の転写プロセスへと進むことができる。電極部材１２を板バネ等からから構成する場合に好適なバネ定数は０．１［Ｎ／ｍ］程度である。
【００１９】
電極部材１２には、短冊状、又は三角平板状の部材等、種々の形状のものを用いることができる。但し、トナー粒子一個の抵抗を測定するためには、トナー粒子Ｔと接触するトナー接触部１２ａの大きさを、一個のトナー粒子と同等又はそれ以下の大きさに設定する必要がある。例えばトナーの平均粒径が３〜１０［μｍ］である場合、トナー接触部１２ａの幅、長さ、又は幅と長さの双方は３〜１０［μｍ］、望ましくは５［μｍ］に設定される。例えば、図４のＡ矢視図には、電極部材１２の先端部を半円形状とし、先端径を５［μｍ］に設定することにより形成されたトナー接触部１２ａの例を示している。このようにすることで、一度に複数のトナー粒子が電極部材１２に接触しないようにして、トナー粒子毎に抵抗値を取得できるようにする。
また、電極部材１２のトナー接触部１２ａと感光体２０表面とのギャップは、トナーの平均粒径である３〜１０［μｍ］程度の範囲に設定する。
【００２０】
本実施形態における電源１３は直流電源である。電源１３は、図示するように電流計１４よりも感光体２０側に配置してもよいし、逆に電流計１４よりも電極部材１２側に配置してもよい。
電源１３から印加する電圧は１〜１００［Ｖ］程度、特に１〜１０［Ｖ］程度が好適である。電圧の上限値は、電極部材１２と感光体２０表面との間での放電を回避し、且つ感光体２０に担持された静電潜像を乱さないために、１００［Ｖ］以下に設定する。また、電圧の下限値は、市販されている平均的な低電流メータのレンジと確度を考慮すると、１［Ｖ］程度に設定するのが好適である。なお、電圧の下限値は、使用する電流計の性能によっては、１［Ｖ］以下に設定することも可能である。
電流計１４が計測する電流値は、一個のトナー粒子Ｔが有する抵抗値（１０〜１００［ＴΩ］）と、電源１３から印加される電圧（１〜１０［Ｖ］）とから、０．１［ｐＡ］オーダーである。
【００２１】
計測回路部１１からの信号を処理する演算部１５について説明する。
演算部１５は、電源１３からトナー粒子Ｔに印加した電圧と電流計１４が測定した電流からオームの法則に基づいてトナー粒子Ｔの抵抗値を算出し、算出されたトナー粒子Ｔの抵抗値からトナーの劣化判定を行う。
演算部１５は周知のコンピュータ装置である。演算部１５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、トナーが劣化しているか否かを判定するためのトナー粒子の抵抗値の閾値が記憶されている。
演算部１５は、トナー粒子Ｔの抵抗値が閾値よりも高い場合にトナーの劣化が生じていないと判定し、低い場合にトナーの劣化が生じていると判定する。
演算部１５によってトナーが劣化していると判定された場合には、当該判定結果に基づいて画像形成装置は例えば劣化したトナーを廃棄するリフレッシュ動作を実施することができる。これにより、トナーの劣化による異常画像の発生を防止できる。
【００２２】
＜トナーの劣化検出方法＞
本実施形態に係る劣化トナー検出装置による劣化トナーの検出手順について述べる。劣化トナーの検出は、通常の画像形成動作時に実行される。
まず画像形成装置は通常通り感光体２０にトナー像を形成する。感光体２０に担持されたトナー像は感光体２０の走行によって移動し、トナー像を構成するトナー粒子が感光体２０と電極部材１２との間に入り込む。トナー粒子Ｔが感光体２０と電極部材１２の両者に接触することにより、計測回路部１１が閉回路となる。電源１３は、感光体２０に担持されたトナーが電極部材１２部分を通過するタイミングでトナー粒子Ｔに電圧を印加する。電流計１４は計測回路部１１に流れた電流を測定する。演算部１５は、トナー粒子Ｔに印加された電圧と計測回路部１１に流れる電流から、オームの法則（抵抗＝電圧／電流）によって一個のトナー粒子Ｔの抵抗値を算出する。また、演算部１５は算出された抵抗値を、予めＲＯＭ等に記憶されている劣化判定用の閾値と比較する。演算部１５は、抵抗値が閾値未満の場合にトナーが劣化していると判定する。なお、劣化トナー検出装置１０によって抵抗値が測定されたトナー粒子は、感光体２０に担持されたまま下流側の転写部６０へと運搬され、記録紙や中間転写体に転写される。
トナー劣化の検出精度を高めるために、一個のトナー粒子あたり１０回以上の電流値のサンプリングを実施することが望ましい。このようなサンプリングは、一個のトナー粒子が電極部材１２に接触している間に電流値を複数回読み取ることで実現できる。複数回のサンプリングを行うことで、入力突入電流の影響を受けた測定値を破棄することができる。この場合、演算部１５はサンプリングした電流値の標準偏差から閾値を定め、閾値を逸脱したサンプルを破棄すればよい。破棄されなかった電流値の平均から抵抗値を求めてトナーの劣化判定を実施することにより、精度のよい測定が可能となる。
【００２３】
＜効果＞
以上のように本実施形態によれば、トナー粒子Ｔの抵抗値に基づいて劣化トナーを検出する。劣化トナーの検出に転写電界を利用しないため、劣化トナーの検出精度は周辺電界の影響をうけない。従って、トナーの劣化を精度良く検出することができる。また、画像出力時に電極部材と感光体との間に挟まれたトナー粒子に電圧を印加してトナーの劣化を検知することができるので、劣化検知のために余分にトナーを消費することはない。
【００２４】
〔第二の実施形態〕
図５は、本発明の第二の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
本実施形態に係る劣化トナー検出装置１０は、計測回路部１１に、電流計の代わりに基準抵抗１８と、基準抵抗１８の端部間の電圧降下を測定する電圧計１９を配置したものである。
ここでトナー粒子Ｔの抵抗値をＲｔ、トナー粒子Ｔによる電圧降下をＶｔ、基準抵抗１８の抵抗値をＲ’、電圧計１９が測定した電圧値をＶ’、電源１３の印加電圧Ｖ、計測回路部１１を流れる電流の大きさをＩとする。この場合もオームの法則により、
Ｉ＝（Ｖ’／Ｒ’）＝（Ｖｔ／Ｒｔ）
Ｒｔ＝（Ｖｔ／Ｖ’）Ｒ’＝｛（Ｖ−Ｖ’）／Ｖ’｝Ｒ’≒（Ｖ／Ｖ’）Ｒ’
（但し、Ｖ≫Ｖ’）から、トナー粒子Ｔの抵抗値を求めることができる。
なお、基準抵抗１８と電圧計１９の構成は、原理的には電流計１４と同じであり、基準抵抗１８と電圧計１９は計測回路部１１に流れる電流を測定する測定手段として機能する。
【００２５】
〔第三の実施形態〕
図６は、本発明の第三の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
本実施形態に係る劣化トナー検出装置１０は、計測回路部１１を構成する電極部材１２を自己検知型カンチレバーから構成して、自己検知型カンチレバーの撓み量、言い換えればトナー粒子Ｔにかかる圧力に応じてトナー粒子Ｔの抵抗値を補正する点に特徴がある。
ここで、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力（電極部材１２がトナー粒子Ｔに与える圧力）は、電極部材１２と感光体２０との間に挟まれるトナー粒子Ｔの大きさによって変化する。また、トナー粒子Ｔの大きさによって、電極部材１２のトナー粒子Ｔとの接触面積が変化する。
即ち、トナー粒子Ｔが小さいほど、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力は小さくなり、電極部材１２とトナー粒子Ｔとの接触面積が小さくなる。逆に、トナー粒子Ｔが大きいほど、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力は大きくなり、電極部材１２とトナー粒子Ｔとの接触面積が大きくなる。
電極部材１２のトナー粒子Ｔとの接触面積が小さいと電流が流れにくくなるため、トナー粒子Ｔの抵抗値が大きく計測されやすい。逆に、電極部材１２のトナー粒子Ｔとの接触面積が大きいと電流が流れやすくなるため、トナー粒子Ｔの抵抗値が小さく計測されやすい。その結果、トナー粒子の大きさによって抵抗値の測定精度、ひいてはトナーが劣化しているか否かの判定精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、電極部材１２を自己検知型カンチレバーから構成して、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力に応じてトナー粒子の抵抗値を補正して、トナー粒子の劣化検出精度を向上させるようにしたものである。
【００２６】
＜自己検知型カンチレバー＞
自己検知型カンチレバーとは、カンチレバーにピエゾ抵抗体を形成したピエゾ内蔵型のカンチレバーである。自己検知型カンチレバーは、ピエゾ抵抗体の抵抗値の変動を計測することで、カンチレバーのたわみ量を計測することができる。自己検知型カンチレバーは、いわゆる光てこ方式のカンチレバーとは異なり、カンチレバーのたわみ量の検出にレーザ光等の光を用いないことから、感光体２０が担持する静電潜像を乱す虞がない点で好適である。本実施形態においては電極部材１２として、走査型プローブ顕微鏡に用いられるＳＰＭプローブを用いることができる。
【００２７】
図９は、電極部材に使用可能な自己検知型カンチレバーの一例を示した平面図である。図９には、一例として自己検知型のＳＰＭ用のプローブを示している。
自己検知型ＳＰＭプローブ７００は、先端に探針（チップ）７１２を設けたカンチレバー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が外力により撓み変形した場合に、ピエゾ抵抗体７２２、７２４の抵抗値が変動する。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、先端に探針７１２を設けたカンチレバー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。
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）に探針７１２を通過する線を中心軸として、両対称に形成される。
なお、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
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。
なお、トナー粒子Ｔが接触したときに計測回路部１１を閉回路とするために電極部材１２に設けられた導体部分と、ピエゾ抵抗体７２２、７２４の抵抗値を読み出すために設けた配線とは、互いに絶縁されている。
【００３０】
＜測定方法＞
電流計１４が計測回路部１１を流れる電流の大きさを測定する手順は第一の実施形態と同様である。演算部１５は電流計１４が測定した電流の値を取得する。
トナー粒子Ｔが感光体２０と電極部材１２との間に入り込んだときの電極部材１２の撓み量は、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力に応じて変化する。演算部１５は、電極部材１２に内蔵されたピエゾ抵抗体の抵抗値の変化を電気信号として取得し、電気信号から電極部材１２の撓み量を算出する。
演算部１５は、算出した電極部材１２の撓み量に基づいて、電極部材１２がトナー粒子Ｔに加える圧力に応じた補正係数を用いて電流計１４から取得した電流値を補正する。演算部１５は、補正された電流値に基づいて、オームの法則（抵抗＝電圧／電流）によって一個のトナー粒子Ｔの抵抗値を算出する。
なお、この補正係数は、観察された電極部材１２のたわみ量から所定の計算式に基づく演算により求めてもよい。或いは、予め実験等により求めた電極部材１２のたわみ量と補正係数との関係を補正テーブルとしてＲＯＭ等に記憶しておき、電極部材１２のたわみ量に応じた補正係数を選択して計測回路部１１に流れる電流値を補正するようにしてもよい。
【００３１】
本実施形態によれば、電極部材１２を自己検知型カンチレバーから構成して、電極部材１２がトナー粒子Ｔから受ける圧力に応じて計測回路部１１に流れる電流値を補正するので、トナー粒子の抵抗値の測定精度、及びトナー劣化の検出精度が向上する。
なお、本実施形態においては、自己検知型カンチレバーを電極部材として使用するため、自己検知型カンチレバーは、探針７１２が感光体２０と対向しないように配置する。また、探針７１２を備えていないチップレスの自己検知型カンチレバーを電極部材として用いてもよい。
また、本実施形態に係る計測回路部１１は、第二の実施形態（図５）に示したような、電流計１４の代わりに基準抵抗１８と電圧計１９を配置した回路構成としてもよい。
【００３２】
〔第四の実施形態〕
図７は、本発明の第四の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
感光体２０に付着するトナーのうち、ライン画像を構成するトナーとベタ画像を構成するトナーとでは、抵抗分布が異なると言われている。トナーの劣化により低抵抗化が進むと、劣化トナーはライン画像とベタ画像の何れか一方に集まりやすくなる。従って、劣化トナー検出装置１０が単一の計測回路部１１を有する場合に、計測回路部１１が劣化トナーの凝集した画像のトナー粒子の抵抗値を計測したとすると、実際よりもトナーの劣化の進行が早いと誤検出する虞がある。
そこで、本実施形態に係る劣化トナー検出装置１０は、第一の実施形態にて示した計測回路部１１を複数個、備えた点に特徴がある。
劣化トナー検出装置１０が備える計測回路部１１の数量は３以上としてもよい。また、計測回路部１１を構成する電極部材１２は、感光体２０の走行方向に沿って並べてもよいし、感光体２０の走行方向と直交する方向に沿って並べてもよいし、任意の位置に配置してもよい。少なくとも、感光体２０の走行方向に対して、現像部の下流側且つ転写部の上流側に電極部材１２が配置されるようにすればよい。
複数の計測回路部１１に夫々同じ大きさの電圧を印加する場合は、各計測回路部１１で電源を共有した構成とすることができる。この場合、電流計１４は電極部材１２に対応して設けられるため、劣化トナー検出装置１０は電極部材１２と電流計１４の組を複数個有することになる。
トナーの劣化検出方法は、第一の実施形態と同様である。本実施形態においては、トナー粒子Ｔの抵抗値が計測回路部１１の数だけ算出される。演算部１５は、複数の抵抗値から抵抗値の平均を求め、平均抵抗値に基づいてトナー粒子Ｔが劣化しているか否かを判断する。
【００３３】
本実施形態によれば、劣化トナー検出装置１０が複数の計測回路部１１を備えたので、検出位置に依存したトナーの抵抗分布の偏りを解消し、劣化トナーの検出精度を向上させることができる。
なお、本実施形態に係る計測回路部１１は、第二の実施形態（図５）に示したような、電流計１４の代わりに基準抵抗１８と電圧計１９を配置した回路構成としてもよい。
【００３４】
〔第五の実施形態〕
図８は、本発明の第五の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
本実施形態に係る劣化トナー検出装置１０は、第三の実施形態にて示した計測回路部１１を複数個、備えている点に特徴がある。電極部材１２以外の構成は第四の実施形態と同様である。
トナーの劣化検出方法は、第一、第四の実施形態と同様である。本実施形態においては、トナー粒子Ｔにかかる圧力に応じて補正されたトナー粒子Ｔの抵抗値が計測回路部１１の数だけ算出される。演算部１５は、複数の抵抗値から抵抗値の平均を求め、平均抵抗値に基づいてトナー粒子Ｔが劣化しているか否かを判断する。
本実施形態によれば、劣化トナーの検出に、トナー粒子Ｔにかかる圧力に応じて補正したトナー粒子Ｔの抵抗値を用いるので、トナー粒子の抵抗値の測定精度、及びトナー劣化の検出精度が向上する。更に、検出位置の異なる複数の抵抗値を用いて劣化トナーを検出するので、検出位置に依存したトナーの抵抗分布の偏りを解消し、劣化トナーの検出精度を向上させることができる。
なお、本実施形態に係る計測回路部１１の電流計１４部分を、第二の実施形態（図５）に示したような、基準抵抗１８と電圧計１９を配置した回路構成としてもよい。
【００３５】
〔第六の実施形態〕
図９は、本発明の第六の実施形態に係る劣化トナー検出装置を示す模式図である。
劣化トナー検出装置１０の計測回路部１１は、トナー粒子Ｔに交流電圧を印加する電源１６を備えている。交流の電源１６を用いる場合、計測回路部１１内にロックインアンプ１７を挿入する必要がある。ロックインアンプ１７は、入力される電流中の特定の周波数の電流を取り出す装置である。ロックインアンプ１７を用いることにより、電源として交流電源を用いた場合であっても、外部からの周期的なノイズを拾うことなく、精度良く抵抗値の測定ができる。
なお、本実施形態に係る劣化トナー検出装置１０は更に直流の電源１３を備え、直流に交流を重畳した電圧をトナー粒子Ｔに印加する構成としてもよい。また、劣化トナー検出装置１０が直流の電源１３と交流の電源１６の双方を備える場合は、直流の電源１３のみからの電圧のみをトナー粒子Ｔに印加してもよい。この場合、測定対象となっているトナーの種類や画像形成装置の設置環境等に応じて最適な態様の電圧をトナー粒子Ｔに対して印加することができるので、トナー粒子の抵抗値の測定精度を向上させることができる。
なお、本実施形態に係る計測回路部１１の電流計１４部分を、第二の実施形態（図５）に示したような、基準抵抗１８と電圧計１９を配置した回路構成としてもよい。
【００３６】
〔本発明の作用、効果のまとめ〕
以上、各実施形態に基づいて説明した本発明は、トナーを使用してモノクロ又はカラー画像を形成する電子写真方式のコピー機、プリンタ、ファックス装置、複合機等に利用できる。
＜第一の実施態様＞
本態様に係る劣化トナー検出装置１０は、感光体に対向して配置された電極部材１２と、感光体と電極部材との間に電圧を印加する電源１３、１６と、感光体に担持されたトナー粒子Ｔが感光体と電極部材との間に挟まれたときに形成される閉回路内に流れる電流を測定する測定手段（電流計１４、又は基準抵抗１８と電圧計１９）と、を含む計測回路部１１を備え、電源によって印加された電圧値と測定手段によって測定された電流値とから算出されたトナー粒子の抵抗値に基づいて、トナー粒子の劣化状態を検出することを特徴とする。
本態様によれば、トナーの劣化を精度良く検出することができる。
【００３７】
＜第二の実施態様＞
本態様に係る劣化トナー検出装置１０において電極部材１２がトナー粒子Ｔと接触するトナー接触部１２ａの大きさは、一個のトナー粒子と同等又はそれ以下の大きさに設定されていることを特徴とする。
本態様によれば、一度に複数のトナー粒子が電極部材に接触しないので、トナー粒子毎に抵抗値を取得できる。
【００３８】
＜第三の実施態様＞
本態様に係る劣化トナー検出装置１０において、電極部材１２が自己検知型カンチレバーであり、自己検知型カンチレバーの撓み量に応じてトナー粒子Ｔの抵抗値を補正することを特徴とする。
電極部材のトナー粒子との接触面積は、電極部材がトナー粒子Ｔから受ける圧力によって変化する。電極部材が受ける圧力が大きくトナー粒子との接触面積が大きいほどトナー粒子の抵抗値は大きく計測されやすく、逆の場合はトナー粒子の抵抗値は小さく計測されやすい。このため、トナー粒子の劣化検出精度が低下するという問題がある。
そこで本態様においては、電極部材を自己検知型カンチレバーから構成した。自己検知型カンチレバーがトナー粒子から受ける圧力が大きい場合は撓みが大きくなり、逆の場合は撓みが小さくなる。つまり、トナー粒子の抵抗値に現れる誤差と自己検知型カンチレバーの撓み量との間には相関関係がある。この相関関係に基づいてトナー粒子Ｔの抵抗値を補正することで、トナーの劣化検出精度が向上する。
【００３９】
＜第四の実施態様＞
本態様に係る劣化トナー検出装置１０は、計測回路部１１を複数個備えることを特徴とする。
本態様によれば、複数の計測回路部を備えたので、検出位置に依存したトナーの抵抗分布の偏りを解消し、劣化トナーの検出精度を向上させることができる。
【００４０】
＜第五の実施態様＞
本態様に係る劣化トナー検出装置１０において電源１３、１６は、直流、交流、又は交流に直流を重畳した電圧を印加することを特徴とする。
本態様によれば、直流、交流、又は交流に直流を重畳した電圧のうち、トナーの劣化検出に最適な電圧を印加することができ、トナーの劣化検出精度を高めることができる。
【００４１】
＜第六の実施態様＞
本態様に係る画像形成装置は、第一〜第五の態様の何れかに記載の劣化トナー検出装置を備えたことを特徴とする。
本態様によれば、上記各実施態様の奏する効果を享受できる。
【符号の説明】
【００４２】
１…画像形成装置、１０…劣化トナー検出装置、１１…計測回路部、１２…電極部材、１２ａ…トナー接触部、１３…（直流）電源、１４…電流計、１５…演算部、１６…（交流）電源、１７…ロックインアンプ、１８…基準抵抗、１９…電圧計、２０…感光体（像担持体）、３０…帯電部、４０…露光部、５０…現像部、６０…転写部、７０…ファーブラシ、８０…クリーニングブレード、９０…感光体除電部、１００…フルカラー画像形成装置、２００…フルカラー画像形成装置、７００…自己検知型ＳＰＭプローブ、７０２…カンチレバー、７１２…探針、７２２…ピエゾ抵抗体、７２４…ピエゾ抵抗体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特開２０１０−０８５８８７公報
【図１】
2016126062.tif 000003
【図２】
2016126062.tif 000004
【図３】
2016126062.tif 000005
【図４】
2016126062.tif 000006
【図５】
2016126062.tif 000007
【図６】
2016126062.tif 000008
【図７】
2016126062.tif 000009
【図８】
2016126062.tif 000010
【図９】
2016126062.tif 000011
【図１０】
2016126062.tif 000012