JP2009009036A - 現像装置及びカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 現像容器内で静電容量を検知するための専用のアンテナを設ける必要がなく、現像剤の搬送を阻害することなく、現像装置の姿勢が変化した場合においても、安定して正確に検知することが可能であり、現像剤量の検知精度を向上させることができる。
【解決手段】 現像容器３を、現像ローラ１による現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部４３を備え、静電容量は、第２の位置において検知可能であり、現像剤量を検知する検知部材は、現像ローラ体へ現像剤を供給する回動可能な供給ローラ２であり、この供給ローラ２は、現像剤が内部に進入可能な発泡層を備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量を検知する検知部材であって、前記現像剤担持体と前記検知部材との間で静電容量を検知する検知部材とを備えた現像装置、及び、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジ、に関する。この現像装置、及びカートリッジは、好ましくはプリンタ、複写機などの電子写真装置に用いられるものである。

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現像剤（以下トナーと称す）の残量を検出する方法として、静電容量検知方式のトナー残量検知方法が提案されている。

例えば図１４（特許文献１）に示す接触現像方式を用いた現像装置では、現像剤担持体である現像ローラ１０９に、現像バイアス電源１０５から、現像バイアスである直流バイアスを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることで形成させた、交流電圧を印加する。

現像バイアスをＯＮ／ＯＦＦさせることで形成される交番電界により、現像剤量を検知する検知部材であるアンテナ７８に誘起された電圧を測定することで、アンテナ７８と現像ローラ１０９間のトナー量を検知できる。即ち、アンテナ７８と現像ローラ１０９間において、トナーで満たされた状態であるか、トナーが消費されてトナーで満たされていない状態であるかを、検出器１０２で判断するのである。

トナー残量検出を行う際には、感光ドラムと現像ローラとの間に生ずる静電容量の影響を排除するために、離間することが望ましい。この装置においては、図１４の揺動中心１０６を中心として、接離ばね１０７と接離カム１０８とを用いて現像装置を揺動させることで、感光ドラムと弾性を有する現像ローラ１０９とを接離可能の構成としている。

一方、ジャンピング現像方式を用いた現像装置では、交番電界である現像バイアスを現像剤担持体である現像スリーブに印加することで、静電容量の変化を利用したトナー残量検出を行う方法が提案されている。

特に、非磁性１成分現像剤であるトナーを用いた現像器においては、現像室７３には現像スリーブに現像剤を供給する供給部材が設けられるのが一般的である。静電容量の変化を利用したトナー残量検出方法を、このような非磁性１成分現像剤を用いた現像器に適用する場合、供給部材がある為に、アンテナを設けるスペースが狭く、残量検出能力が低下する、トナーの搬送を阻害する等の問題が生ずる。

従って、図１５（特許文献２）に示すように、供給部材を金属の導電性支持体７９の円周囲にウレタンスポンジからなる供給部材８０を設けた構成とし、スリーブ７５にトナーを供給するとき、スリーブ７５に交番電界を印加している。これにより、導電性支持体７９上に現像剤の量に応じた電圧を誘起させ、この誘起電圧により現像剤の残量を検出する方法が提案されている。

このジャンピング現像方式においては、感光ドラムと現像剤担持体である現像スリーブとは所定のギャップを持って対向しており、よって、図１４のように現像装置を接離可能とする構成とする必要はない。
特開２００２−２４４４１４公報 特開平４−２３４７７７公報

特許文献１においては、非磁性１成分接触現像装置の現像バイアスを直流バイアスとし、これを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせ、こうして発生させた交番電界を用いて、トナー残量を検出している。

非磁性１成分現像剤を用いた現像装置において、現像室２３には供給部材７９を設ける必要があるのだが、この為、アンテナ７８を設けるスペースが狭く、トナー残量検出能力が低下する、トナーの搬送を阻害する等の問題が生じた。即ち、現像剤量を検知する部材として専用のアンテナ７８を設けることは、スペース的にもコスト的にも不利となってしまう。

また、画像不良を発生することなく現像バイアスである直流バイアスを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることを目的として、各画像の印字毎に印字と印字の合間（所謂紙間）で、図１４のように感光ドラムと現像ローラを離間させた。

しかしながら、画像形成時である現像ローラと感光ドラムが当接した時の、現像ローラとアンテナ間に存在するトナーの姿勢と、紙間時である現像ローラと感光ドラムが離間した時の、現像ローラとアンテナ間に存在するトナーの姿勢とが、異なる。このように、現像装置の姿勢を変えて当接離間動作を行うことで、現像ローラとアンテナ間に存在するトナー量が変化し、それに伴い電圧出力が変化し、安定するまでに時間がかかる、という問題が生じた。このように従来例では、現像装置の姿勢を変えて現像剤量を検知すると、検知精度が安定せず正確な検知を行えない。

一方、図１５においては、非磁性一成分現像剤を用いて感光ドラムと現像スリーブとが離間している非接触現像方式で、現像剤量を検知する部材として現像剤供給部材を用いている。このような、現像剤供給部材を用いた現像剤量検出方法を、接触現像装置に適用させてみた。具体的には、現像ローラに現像バイアス電源１０１より直流に交流を重畳した現像バイアスを印加して、ウレタンスポンジからなる供給部材の導電性金属支持体に誘起される電圧を測定した。

ところが、非磁性１成分現像剤を用いた接触現像装置における現像ローラに、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加した場合、カブリと呼ばれる白地部汚れが発生した。さらには、現像ローラと感光ドラムが接触する故、互いに叩きあい振動した結果、不快な打撃音も発生した。

また、図１４でも説明したように、感光ドラムと現像ローラとを接触させたままで現像剤量の検出を行う際には、感光ドラムと現像ローラとの間に生ずる静電容量の影響により、現像剤の量を精度良く検知することが難しかった。

本発明の目的は、現像容器内で静電容量を検知するための専用のアンテナを設けることなく、スペース、コストの面で有利な現像装置及びカートリッジを提供することである。

本発明の他の目的は、現像容器内で静電容量を検知するために、現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材を用いた現像装置及びカートリッジを提供することである。

本発明の他の目的は、現像容器内で静電容量の検知を正確に行うことが可能な現像装置及びカートリッジを提供することである。

本発明の目的は、現像装置の姿勢が変化した場合においても、現像剤の量の検知を正確に行うことができる現像装置及びカートリッジを提供することである。

本発明の他の目的は、現像容器内の現像剤の量に関わらず、現像剤の量の検知精度を向上させた現像装置及びカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、開口部を備え現像剤を収容する現像容器と、前記開口部で現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量を検知する検知部材であって、前記現像剤担持体と前記検知部材との間で静電容量を検知する検知部材と、を有する現像装置において、前記装置は、前記現像容器を、前記現像剤担持体による現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部を備え、前記静電容量は、前記第２の位置において検知可能であり、前記検知部材は、前記現像剤担持体へ現像剤を供給する回動可能な現像剤供給部材であり、この現像剤供給部材は、現像剤が内部に進入可能な発泡層を備えることを特徴とする現像装置である。

また、本発明は、開口部を備え現像剤を収容する現像容器と、前記開口部で現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量を検知する検知部材であって、前記現像剤担持体と前記検知部材との間で静電容量を検知する検知部材と、を有し、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジにおいて、前記カートリッジは、前記現像容器を、前記現像剤担持体による現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部を備え、前記静電容量は、前記第２の位置において検知可能であり、前記検知部材は、前記現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材であり、この現像剤供給部材は、現像剤が内部に進入可能な発泡層を備えることを特徴とするカートリッジである。

本発明によれば、現像容器内で静電容量を検知するために現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材を用いたことにより、現像容器内で静電容量を検知するための専用のアンテナを設ける必要がなく、スペース、コストの面で有利となる。また、現像剤の搬送を阻害することなく、安定して正確に検知することが可能であり、現像剤量の検知精度を向上させることができる。

また、本発明のよれば、現像装置の姿勢が変化した場合においても、現像剤の量の検知を正確に行うことができる。

以下に図面を例示して、本発明の現像装置を説明する。

図１は、本発明を適用した現像装置の一例を示す概略断面図である。

現像装置は、現像容器３、現像剤担持体１、現像剤供給部材（現像剤量検知部材）２、現像剤規制部材５を備える。図１において、３は非磁性１成分現像剤であるトナーＴを収容する現像容器である。現像剤担持体である現像ローラ１は、現像容器３の開口部に設置され、回動可能に現像容器３に支持されている。また、現像容器３には、現像ローラ１に接触して回動し、現像ローラ１にトナーＴを供給する現像剤供給部材としての供給ローラ２と、一端部が現像ローラ１に当接して、現像ローラ１に供給されたトナーＴを薄層に規制する規制部材５と、が配置されている。後述するように、現像剤供給部材は、現像容器内の現像剤量を検知する検知部材としても機能する。

現像剤として負帯電性の非磁性１成分トナーＴを用いており、現像時にはトナーＴは負に摩擦帯電され、トナーの凝集度は１５％である。

トナーの凝集度については、以下のようにして測定を行った。

測定装置としては、デジタル振動計（ＤＥＧＩＴＡＬ ＶＩＢＬＡＴＩＯＮＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ １３３２ ＳＨＯＷＡ ＳＯＫＫＩ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製）を有するパウダーテスター（細川ミクロン社製）を用いた。

測定法としては、振動台に３９０メッシュ、２００メッシュ、１００メッシュのふるいを目開の狭い順に、すなわち１００メッシュふるいが最上位にくるように３９０メッシュ、２００メッシュ、１００メッシュのふるい順に重ねてセットした。

このセットした１００メッシュふるい上に正確に秤量した試料（トナー）５ｇを加え、デジタル振動計の変位の値を０．６０ｍｍ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）になるように調整し、１５秒間振動を加えた。その後、各ふるい上に残った試料の質量を測定して下式にもとづき凝集度を得た。

その際の測定サンプルは、それぞれ事前に２３℃、６０％ＲＨ環境下において２４時間放置したものであり、測定は２３℃、６０％ＲＨ環境下で行った。

凝集度（％）＝（１００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×１００
＋（２００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×６０
＋（３９０メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×２０
現像装置４は、現像容器３の開口部を下に設け、トナーＴの自重が開口部に設置された現像ローラ１及び供給ローラ２にかかるようにした。このような配置にすることは、供給ローラ２内に現像剤が入りやすく、現像容器内の現像剤の量を精度良く検知するのに好ましい。

現像ローラ１は、導電性支持体１ａの周囲に導電剤が配合された半導電性の弾性ゴム層１ｂが設けられており、図中Ａの方向に回転される構成となっている。導電性支持体たる外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１ａを有し、芯金電極１ａの周囲に導電剤が配合された半導電性のシリコンゴム層１ｂが設けられている。更に、シリコンゴム層１ｂの表層には２０（μｍ）ほどのアクリル・ウレタン系ゴム層１ｃをコーティングしており、現像ローラ５全体の外径はφ１２（ｍｍ）である。

また、本実施例における現像ローラ１の抵抗は１×１０^６（Ω）である。

ここで、現像ローラの抵抗の測定方法を説明する。

現像ローラ１を、直径３０ｍｍのアルミスリーブに対し、当接荷重９．８Ｎで当接させる。このアルミスリーブを回転させることにより、現像ローラ１を６０ｒｐｍでアルミスリーブに対して従動回転させる。次に、現像ローラ１に、−５０Ｖの直流電圧を印加する。その際、アース側に１０ｋΩの抵抗を設け、その両端の電圧を測定することで電流を算出し、現像ローラ１の抵抗を算出する。

なお、現像ローラ１の体積抵抗が１×１０^９（Ω）よりも大きいと、現像ローラの表面での現像バイアスの電圧値が下がり、現像領域の直流電界が減少することで、現像効率が低下し、よって、画像濃度が低下する不具合が生じる。従って、現像ローラ１の抵抗を１×１０^９（Ω）以下とするのが良い。

現像剤供給部材でありかつ現像剤量検知部材としての供給ローラ２は、導電性支持体と、導電性支持体に支持される発泡層と、を備える。具体的には、導電性支持体たる外径φ５（ｍｍ）の芯金電極２ａの周囲に気泡同士がつながっている連続気泡体（連泡）から構成される発泡層である発泡ウレタン層２ｂが設けられており、図中Ｂの方向に回転される構成となっている。発泡ウレタン層２ｂを含んだ供給ローラ２全体の外径はφ１３（ｍｍ）である。表層のウレタンを連続気泡体とすることで、供給ローラ内部にトナーが多量に進入可能となるため、後述するトナー量検知の性能を向上させることが可能となる。

また、本実施例における供給ローラ２の抵抗は１×１０^９（Ω）である。

ここで、供給ローラの抵抗の測定方法を説明する。

供給ローラ２を、直径３０ｍｍのアルミスリーブに対し、後述する侵入量が１．５ｍｍとなるように、当接させる。このアルミスリーブを回転させることにより、供給ローラ２を３０ｒｐｍでアルミスリーブに対して従動回転させる。次に、現像ローラ１に、−５０Ｖの直流電圧を印加する。その際、アース側に１０ｋΩの抵抗を設け、その両端の電圧を測定することで電流を算出し、供給ローラ２の抵抗を算出する。

供給ローラ２の表面セル径を５０μｍ〜１０００μｍとした。
ここで、セル径とは、任意断面の発泡セルの平均径をいい、任意断面の拡大画像から最大である発泡セルの面積を測定し、この面積から真円相当径を換算し最大セル径を得る。この最大セル径の１／２以下である発泡セルをノイズとして削除した後、残りの個々のセル面積から同様に換算した個々のセル径の平均値である。

供給ローラ２の表面通気量は、１．８（リットル／分）以上のものとした。

本実施例の供給ローラ２の「表面通気量」について、詳細に説明する。

本件では、供給ローラ内外のトナーの排出・吸入が円滑に行われ、供給ローラ内部と供給ローラ外部が平衡状態になるように「通気量」を規定するものである。空気と混じり合い、粉流体と化したトナーの排出・吸入は供給ローラの「表層面」を通じて行われるものであるから、「表層面を通過する通気量」を直接規定することが重要である。

図２は「表面通気量」の測定方法を示す図である。

まず、本実施例の供給ローラ２を、図３に示すような測定冶具１８に挿入する。図３の測定冶具１８は、中空円筒体の側面にφ１０（ｍｍ）の貫通孔を通したもので、貫通孔の中心軸と円筒軸が直交するように作られている。中空円筒体の内径は測定される供給ローラの外径よりも１ｍｍ小さい物を使用する。これは測定冶具１８の円筒体内面と測定される供給ローラの間の隙間を無くすためである。本実施例の供給ローラ２は、外径φ１３（ｍｍ）であるので、測定冶具１８の内径はφ１２（ｍｍ）である。

供給ローラ２が挿入された測定冶具１８は、図４に示すような通気ホルダ１９に取り付けられる。通気ホルダ１９は中空円筒体１９ａの側面に減圧ポンプ２０に通じる通気管２１を取り付けるための連結パイプ１９ｂを繋げたＴ字形をしており、連結パイプ１９ｂの繋げられた部分の反対側に当たる部分を大きく切り欠いた形状になっている。連結パイプ１９ｂの内径は、測定冶具１８の貫通孔よりも大きくなるように設定される。本実施例では連結パイプ１９ｂの内径をφ１２（ｍｍ）とした。通気ホルダ１９の中空円筒体１９ａの内径は測定冶具１８の外径とほぼ同寸法であり、測定冶具１８を中空円筒体１９ａに挿入できるようになっている。図２に示すように、測定冶具１８の貫通孔の一方が中空円筒体１９ａの切り欠き部分に全て露出し、貫通孔の他方が連結パイプ１９ｂの内径にほぼ正対するように設置する。

通気ホルダ１９の中空円筒体１９ａの左右には、図２に示すように、中空円筒体１９ａに連結される一端を塞がれたアクリル・パイプ２２ａ、２２ｂが設置される。測定冶具１８の左右から出ている供給ローラ６は、上記アクリル・パイプ２２ａ、２２ｂ中に納まるようになっている。

通気管２１の途中には、流量計２３（ＫＺ型通気量測定器：大栄化学精器製作所）、及び差圧調整弁２４が設置されている。

減圧ポンプ２０により通気管２１内部側が排気された際に、露出している測定冶具１８の貫通孔以外から空気が流入しないように、上記、測定冶具１８、通気ホルダ１９、通気管２１、アクリル・パイプ２２ａ、２２ｂの連結部分はテープやグリスなどによってシールされる。

「表面通気量」の測定は、以下のように行う。まず、図２において、供給ローラ２を設置しない状態で、減圧ポンプ２０を作動させ、差圧調整弁２４で流量計２３の測定値が安定して１０．８（リットル／分）となるように調節する。この後、測定対象である供給ローラ２を設置して、前述のように慎重にシーリングし、上記と同一の排気条件で流量計２３の測定値を「表面通気量」として計測する。当然ながら「表面通気量」は、流量計２３の測定値が十分安定した時点での値を採る。

供給ローラ２を通過する空気流は、測定冶具１８の露出している貫通孔に位置する発泡ウレタン層２ｂの表面から流入し、発泡ウレタン層２ｂの内部を通過して、測定冶具１８の他方の貫通孔に位置する発泡ウレタン層２ｂの表面から流出する。

一般的な供給ローラ２の発泡ウレタン層２ｂの表面は、発泡ウレタン層２ｂの内部と異なる場合が多い。例えば、供給ローラ２を型内発泡形成した場合には、表面のセルの開口率が内部と異なるスキン層が表面に現れる場合がある。また、発泡ウレタン層２ｂの表面を単なる円筒面として形成せず、意図的に凹凸を設けたものも存在する。発泡ウレタン層２ｂの内外を出入りするトナー粉流体は、上記の表面の状態に影響を受ける場合があり、ＪＩＳ−Ｌ１０９６のようなバルク通気量の測定だけでは、その挙動を捕らえられない。従って、本発明では上記のような、発泡ウレタン層２ｂの表面から流入・流出する空気流を測定する通気量測定法を採用し、これで前述のトナー粉流体の平衡状態（もしくはそれに近い状態）を出現させる主要なパラメータとした。

現像ローラ１は図中Ａの方向に、供給ローラ２は図中Ｂの方向に、各々回転される構成となっており、各々の回転中心の距離は１１（ｍｍ）に設定されている。上記発泡ウレタン層２ｂの硬度は、シリコンゴム層１ｂとアクリル・ウレタン系ゴム層１ｃよりも十分柔らかいため、現像ローラ１の表面は、発泡ウレタン層２ｂを最大１．５（ｍｍ）押しつぶした状態で接触している。上記の最大押しつぶし量は、発泡ウレタン層２ｂに現像ローラ１を接触させてない場合の発泡ウレタン層２ｂの表面の位置と、通常使用時として発泡ウレタン層２ｂに現像ローラ１を接触させた場合の発泡ウレタン層２ｂの表面の位置と、の最大の距離である。この最大押しつぶし量を、供給ローラ２対する現像ローラ１の侵入量と呼ぶ。

現像ローラ１の回転速度は１３０（ｒｐｍ）、供給ローラ２の回転速度は１００（ｒｐｍ）である。現像ローラ１と供給ローラ２の回転に伴い、発泡ウレタン層２ｂが現像ローラ１との接触部で押し潰される。このとき、供給ローラ２の発泡ウレタン層２ｂの表層もしくは内部に保持されたトナーＴは、発泡ウレタン層２ｂの表層から排出され、その一部が現像ローラ１の表面に転移する。現像ローラ１の表面に転移したトナーＴは、前記接触部に対して現像ローラ１の回転方向下流に接触して設けられた現像剤規制部材たる規制ブレード５により、現像ローラ１上に均一に規制される。上記の過程でトナーＴは、現像ローラ１と供給ローラ２の接触部、もしくは、現像ローラ１と規制ブレード５の規制部で摺擦されることにより、所望の摩擦帯電電荷（本例では負電荷）を獲得する。また、図１のように、現像ローラ１と供給ローラ２の接触部で互いに逆方向に回転することにより、現像ローラ１上の現像残トナーは供給ローラ２によって剥ぎ取り除去される。

次に図５を用いて、本実施例の現像装置を画像形成装置に装着したときの動作について説明する。図５は本発明を適用した現像装置を備えた画像形成装置１０の概略断面図である。

図５（ａ）において、像担持体としての感光ドラム１１は、矢印Ｅ方向に回転する。まず感光ドラム１１は、帯電装置である帯電ローラ１２によって一様に帯電される。その後、露光手段であるレーザー光学装置１３からのレーザー光により露光され、その表面に静電潜像が形成される。

この静電潜像を、現像装置４によって現像し、トナー像として可視化する。本実施例では、トナーは感光ドラムの露光された部分に付着して反転現像される。

可視化された感光ドラム１１上のトナー像は、転写ローラ１４によって転写材としての記録メディア１５に転写される。転写されずに感光ドラム１１上に残存した転写残トナーは、クリーニング部材であるクリーニングブレード１７により掻き取られ、廃トナー容器１８に収納される。クリーニングされた感光ドラム１は上述作用を繰り返し、画像形成を行う。一方、トナー像を転写された記録メディア６は、定着装置１６によって永久定着された後、機外に排紙される。

本実施例において、現像装置４は、感光ドラム１１と、および、帯電ローラ１２、クリーニングブレード１７、廃トナー容器１８と、共に一体に構成されたカートリッジ２０として設けられる。カートリッジ２０は、画像形成装置上部の開閉窓を図中Ｇの方向に開き、画像形成装置内部のガイド２１にそって図中Ｈの方向に、ユーザーが引き出すことで、画像形成装置の本体から着脱可能となっている。

本実施例においては、帯電ローラ１２に−１０００Ｖの直流電圧を印加し、感光ドラム１１表面を約−５００Ｖに帯電している。この電位を暗部電位Ｖｄと呼ぶ。感光ドラムの電位Ｖｄが安定するまでの所定の時間、現像装置４は、図５（ｃ）で示すように、感光ドラム１１と現像ローラ１とを離間した状態で維持される。離間カム４２は、画像形成装置に設けられた駆動手段ならびに駆動伝達手段（不図示）により、回転可能であるのだが、この時、離間位置Ｂにあることで、現像装置４背面の所定位置を押す。

現像装置は、現像容器を、現像ローラによる現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部４３を備える。力受け部４３は、カートリッジの現像装置４背面の上記所定位置に設けられている。力受け部４３は、離間カム４２との接触回転時に必要な表面滑り性能、本実施例において最も力のかかった状態である離間状態においても変形しない硬度、等の性能を有している。

この離間カム４２の回動動作により、カム４２のカム面がカートリッジの力受け部４３を押し、現像装置４は揺動中心４０を回転軸として回転し、現像装置４と廃トナー容器１８の間に設けられた押しバネ４１の反力に打ち勝つ。現像装置４の揺動により、現像ローラ１を感光ドラム１１に対して接触位置（図５（ｂ））から離間位置（図５（ｃ））へ移動させる。

現像ローラ１を感光ドラム１１に接触させた状態とする現像装置の姿勢位置を第１の位置（現像位置）と呼び、現像ローラ１を感光ドラム１１から離間させた状態とする現像装置の姿勢位置を第２の位置（非現像位置）と呼ぶ。当然ながら、この第２の位置では現像動作を行わない。

感光ドラムの電位Ｖｄが安定するのを待って、感光ドラム１１は、露光手段であるレーザー光学装置１３からのレーザー光により露光され、その表面に静電潜像が形成される。露光した部位の表面電位は約−１００Ｖとなる。この電位を明部電位Ｖｌと呼ぶ。また、所定のタイミングをもって、画像形成装置に設けられた駆動手段ならびに駆動伝達手段（不図示）により、現像ローラ１ならびに供給ローラ２が回転駆動を開始し、後の静電潜像の現像工程に備える。

離間カム４２は、画像形成装置の本体に設けられた駆動手段により、図５（ｂ）で示すように、現像装置が離間位置Ａを取るように回転される。離間位置Ａにおいては、現像装置背面の力受け部４３を押していた力は解放される。よって、現像装置４と廃トナー容器１８の間に設けられた押しバネ４１の力により、現像装置４は揺動中心４０を回転軸として回転し現像ローラ１を感光ドラム１１が当接する（図５（ｃ））。このとき現像ローラ１には、所定のタイミングをもって現像バイアスとして−３００Ｖの直流電圧が印加される。

現像装置の第１の位置は、このように現像ローラ１と感光ドラム１１とを当接し、感光ドラム１１上に形成した静電潜像を現像する位置である。

静電潜像の現像終了後、離間カム４２は、再び、離間位置Ｂに回転する。これにより現像装置背面の力受け部４３を押し、現像装置４は揺動中心４０を回転軸として回転し、現像装置４と廃トナー容器１８の間に設けられた押しバネ４１の反力に打ち勝って、現像ローラ１を感光ドラム１１から離間させる。つまり、再度、現像装置４を第２の位置へ移動させる。

同時に、現像ローラ１ならびに供給ローラ２の回転駆動を停止し、現像ローラ１への現像バイアスの印加を止める。

本実施例においては、現像ローラ１を感光ドラム１１から離間した第２の位置（図５（ｃ））で、現像ローラと供給ローラとの間での静電容量が検知可能となっており、現像装置４のトナー残量検知を行う。

図６及び図７を用いて本実施の形態における、静電容量の変化を利用したトナー残量検出方法を説明する。

図６は、本実施例の現像装置４が画像形成装置１０内に設置されている状態を表し、２５は現像ローラ１の芯金電極１ａと導通された現像装置付属の接点電極である。接点電極２５に対応する接点電極として２６が画像形成装置１０の本体側に設けられ、接点電極２６は画像形成装置１０の本体内部の静電容量検出装置２９に繋がっている。同様に、供給ローラ２の芯金電極２ａと導通された現像装置付属の接点電極２７と、対応する画像形成装置１０の本体側の接点電極２８がそれぞれ設けられており、接点電極２８は画像形成装置１０の本体内部の検出用交流バイアス電源３０に繋がっている。現像装置４が画像形成装置１０内の所定位置に設置されている状態、現像ローラ１と感光ドラム１１とが当接した第１の位置、および、現像ローラ１と感光ドラム１１が離間した第２の位置の両位置で、接点電極２５と２６、接点電極２７と２８は導通している。

即ち、現像装置４が第１の位置と第２の位置とに揺動しても、接点電極２５と接点電極２６、接点電極２７と接点電極２８は、接触したままである。通常の現像動作時には、現像装置は第１の位置にあり、電極２６を介して電極２５に現像バイアス（直流電圧）が印加される。このとき、電極２８を介して電極２７には、現像バイアスと同じ電圧が印加される。即ち、現像動作時では、電極２５と電極２７は同電位となるので、現像ローラと供給ローラとの間に電界は形成されない。このように、現像動作時においては、静電容量検出装置２９、交流バイアス電源３０は、現像バイアス電源に切り替えられる。

次に図７に示すように、非現像動作時には現像装置は第２の位置となり、本実施例においては、供給ローラ２の導電性の芯金２ａに、バイアス電源３０からトナー残量検知用バイアスを印加して、現像装置４のトナー残量検知を行う。トナー残量検知用バイアスとしては、周波数５０ＫＨｚ、Ｖｐｐ＝２００Ｖの交流バイアスを用いる。

現像ローラ１の導電性の芯金１ａには、トナー残量検知用バイアスにより電圧が誘起され、この電圧は、検出器２９で検出される。

現像動作を行わない第２の位置、つまり、感光ドラム１１と現像ローラ１が離間した状態は、非現像動作時である。具体的にこのような時は、例えば、画像形成を行っていない紙間、若しくは、画像形成工程が終了し、画像形成装置から記録メディア１５が機外に排紙される間における装置動作（所謂後回転）等、において実現可能である。

この時、この第２の位置において、感光ドラム１１と現像ローラ１が離間しているので、トナー残量検知用バイアスとして交流バイアスを印加しても、カブリと呼ばれる白地部汚れが発生すること無い。また、現像ローラと感光ドラムが接触する最中に互いに叩きあい振動した際の、不快な打撃音が発生することも無い。

供給ローラ２の導電性の芯金２ａからトナー残量検知を目的とした交流バイアスを印加して、現像ローラ１を静電容量検知用アンテナとして用いることでにより、現像室内に別個のアンテナを設ける構成において発生する、トナーの搬送阻害を防止できる。

感光ドラム１１と現像ローラ１の当接離間動作、つまり、現像動作を行う第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置とで、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示したように、当然、現像装置４の姿勢は変化し、それに従いトナーも動くことになる。

この時、本実施の形態の現像装置４においては、供給ローラ２の導電性の芯金２ａからトナー残量検知のために交流バイアスを印加して、現像ローラ１を静電容量検知用アンテナとして用いることで、供給ローラ２に含まれるトナーの静電容量変化を測定している。よって、当接離間動作に伴う現像装置４の姿勢、トナーＴの動きによっても、供給ローラ２に含まれるトナー量は変化せず、つまり現像ローラ１とアンテナ（供給ローラ）間に存在するトナー量は変化しないので、アンテナに誘起される電圧出力が変化することは無い。即ち、供給ローラ２は、トナーが内部に進入可能な発泡層を備えるので、現像装置の姿勢が変わっても発泡層内のトナーが動きにくいので、電圧出力が変化しない。

加えて、本実施の形態である非磁性１成分接触現像装置４において、静電容量残検（残量検知）を行っている際、つまり、現像ローラ１と感光ドラム１１が離間している状態においては、現像ローラ１及び供給ローラ２の駆動を停止する。

現像ローラ１及び供給ローラ２の駆動を停止することで、現像ローラ１へのトナー供給および未現像トナーの剥ぎ取り行為が中断され、供給ローラ２に含まれるトナー量が、トナー残量検知最中に一定となり、トナー残量検知精度を高めることができる。

図８に本実施例のトナー残量検知のフローチャートを示す。トナー残量検知のタイミングは、画像形成動作終了後、現像装置が第１の位置から第２の位置へ移動することで、感光ドラム１１と現像ローラ１の離間動作が行われ、そして、現像ローラ１および供給ローラ２の駆動を停止させる。その後、トナー残量検知用バイアスを印加してトナー残量検知を行う。

図９に、本実施例の現像装置４にトナーＴを充填し、徐々に消費させていった場合の上記静電容量検出装置２９の出力値を三角点と実線で示す。本実施例において、供給ローラの表面通気量Ｌは、３．０（リットル／分）である。測定環境は、２３℃、６０％Ｒｈである。図９に示されるように、本実施例の現像器の構成では、現像装置４内のトナーＴの残量と、静電容量検出装置２９の出力値は比較的リニア（線形）で良い相関を持って変化している。トナー量の表示においては、基準値を設け、上記静電容量検出装置２９の出力値と基準値とを比較して、基準値を下回るような場合にトナー無しと判断する。トナー無しと判断された場合は、画像形成装置の本体や画像形成装置に接続されたコンピュータなどで「トナー無」等の警告表示したり、画像形成装置の画像形成動作を中止したりしても良い。さらに、画像形成装置の本体に着脱可能なプロセスカートリッジを使用する場合には、画像形成装置の本体によりカートリッジの交換時期を報知させるようにしても良い。また、図９に示すように、トナー量と静電容量検出装置２９の出力値は相関があるため、現像装置４内のトナーＴの所望のトナー残量において、「トナー残量少」等の警告表示を行うことが可能である。さらに、複数の基準値を設けることで、複数の警告表示を行うことが可能である。例えば、新品で現像容器に収容されているトナー量を１００％として、使用中の現在のトナー残量を段階的に％で表示すれば良い。

例えば、供給ローラの発泡層の発泡率を変えるなどして、本実施例の表面通気量が異なる供給ローラをいくつか作り、これを実施例１と同じ構成の現像装置に組み込み、実施例１（供給ローラの表面通気量が３．０（リットル／分））の出力結果と比較した。

実施例２として、表面通気量が１．８（リットル／分）の発泡ウレタン層を持つ供給ローラを用いた現像装置で、同じ条件で測定した際の出力値を、図８中に四角点と破線で示した。

比較例１として、表面通気量が１．５（リットル／分）の発泡ウレタン層を持つ供給ローラを用いた現像装置で、同じ条件で測定した際の出力値を、図８中に丸点と破線で示した。

比較例２として、表面通気量が０．８（リットル／分）の発泡ウレタン層を持つ供給ローラを用いた現像装置で、同じ条件で測定した際の出力値を、図８中に×点と細実線で示した。

本実施例１、２のものと比較例１及び２を比べると、比較例１及び２は使用初期から半分以上トナーＴが消費されるまで出力値の変化はほとんどなく、トナーＴがかなり少なくなってから出力変化が現れる。

図１０に実施例１の現像装置４内のトナーＴの残量と、その時の供給ローラ２内含有トナー量をプロットしたものを示す。図１０では、図９と同一条件でトナーＴを消費させていき、各々異なるトナー残量で静電容量を測定後、供給ローラ２を取り出して中に含まれるトナーＴの量を測定した（使用前の供給ローラ２の重量との差分を取った）。図１０に示されるように、現像装置内トナー残量と供給ローラ内含有トナー量は比較的リニアで良い相関を保ちつつ変化していることがわかる。

なお、上記従来例にて述べた特開平１１−２８８１６１号の供給ローラの通気量を本実施例の測定方法で測定すると、０．３〜１．３（リットル／分）であった。

上記の測定で、実施例１の現像装置４の静電容量出力値と、その時の供給ローラ２内含有トナー量を図１１にプロットした。図１１に示されるように、現像装置内トナー残量と供給ローラ内含有トナー量はほぼリニアで非常に良い相関を保っている。これは、本実施例の構成が、供給ローラ２内の静電容量変化を的確に測定していることを示している。

また、本実施例１の供給ローラよりも通気量が高い供給ローラをいくつか作り、実施例１と同じ構成の現像装置を用い、実施例１の出力結果と比較した。その結果を図１２に示す。実施例３として、表面通気量が３．９（リットル／分）の発泡ウレタン層を持つ供給ローラを用いた現像装置で、同じ条件で測定した際の出力値を、図１２中に四角点と破線で示した。実施例４として、表面通気量が５．０（リットル／分）の発泡ウレタン層を持つ供給ローラを用いた現像装置で、同じ条件で測定した際の出力値を、図１１中に丸点と破線で示した。

図１２に示すように、通気量を大きくするに従い、静電容量検知出力値の絶対値は大きくなるが、現像装置内トナー量に応じた変化量は、通気量３〜５（リットル／分）の供給ローラ２までは同様であった。つまり、１．８（リットル／分）以上の通気量を有する供給ローラであれば、検知される静電容量出力値と現像容器内のトナー量の相関が良く、残トナー量の検知精度が向上する。また、通気量が大きいと、供給ローラの発泡層の空孔部分が増えて供給ローラの強度が小さくなり、供給ローラの発泡層がちぎれ易くなるので、これを防止するために、通気量は５（リットル／分）以下であることが好ましい。

以上のように供給ローラの通気量を適正に設定することにより、供給ローラ内に含まれるトナー量が多くなり、供給ローラ内に含まれるトナー量は、現像容器内に収容されているトナー量の減少に応じて減少する（図１０参照）。また、現像ローラと供給ローラとの間の静電容量の出力値は、供給ローラ内のトナー量の減少に応じて減少していく（図１１参照）。従って、現像容器内に収容されているトナー量を判断するためには、現像ローラと供給ローラとの間の静電容量の出力値を測定することが有効である（図１２参照）。供給ローラ内に含まれるトナー量を多くするためには、供給ローラの発泡層の表面の平均セル径を、トナーの平均粒径（例えば重量平均粒径）よりも大きくするのが良い。

なお、供給ローラ内のトナーは、供給ローラが現像ローラに接触し始めるときに供給ローラが変形し始めて一部吐き出され、供給ローラが現像ローラに接触し終わるときに供給ローラの変形が元に戻り、一部吸い込まれている。このように、供給ローラに対して、トナーは出入りしているが、供給ローラ内のトナー量は現像容器内のトナー量が変わらなければ、おおむね平衡状態に保たれる。供給ローラ内のトナー量をより正確に判断するにあたって前記静電容量の出力値を精度良く測定するためには、好ましくは、前述したように、供給ローラ内へのトナーの出入りが生じないように供給ローラの回転を停止して測定するのが良い。

図１０に示した現像装置内トナー残量と供給ローラ内含有トナー量の相関は、トナーＴの凝集度に依存する。凝集度が低いほど、供給ローラへのトナーの出入りが容易と成る為に、現像装置内トナー残量と供給ローラ内含有トナー量の相関が良くなると考えられる。本実施例の画像形成装置１０において、画像形成動作を行い、現像装置内のトナーＴが充分消費された状態の現像容器内に残されたトナーＴの凝集度を測定したところ３０％であった。一般に、現像容器内のトナーＴの使用度が高いほど、トナーＴの凝集度が高くなる傾向にあることから、画像形成動作を行う前の現像装置内トナーＴの凝集度は３０％よりも低いと推測できる。

言い換えれば、３０％以下の凝集度を持つトナーならば、本発明の特徴である供給ローラへのトナーの出入りが平衡状態になる状況を作る上で、何ら問題なく使用できる。

供給ローラ内含有トナー量はトナー容器内のトナー量との間に相関関係をもつ。よって、トナー容器内のトナーの自重がそのまま供給ローラにかかるほど、図１０に示すような現像装置内トナー残量と供給ローラ内含有トナー量の相関性は高くなる。そのため、本実施例のように、トナー容器内の開口部に供給ローラを配置する構成にすることによって、トナー残検検知の精度を向上させることが可能になる。

上記実施例の画像形成装置１０において、供給ローラ２にトナー残量検知バイアスを印加し、現像ローラ１に誘起される電圧を検出する検出器を配置する構成であった。しかしながら、現像ローラ１にトナー残検知バイアスを印加し、供給ローラ２に誘起される電圧を検出する検出器を配置する構成であっても同様な効果を得ることが可能である。

（他の実施例）
さらに図面を参照して、現像装置の好適な他の実施形態の例を説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成部品及び動作については実施例１と同様であり、同符号としてその説明を省略する。

図１３は本発明を適用した他の実施例の画像形成装置の概略断面図である。

図中の現像装置４からなる現像カートリッジは、画像形成装置上部の開閉窓を図中Ｇの方向に開き、画像形成装置内部のガイド２１にそって図中Ｈの方向に、ユーザーが引き出すことで、画像形成装置本体から着脱可能となっている。

このような形態の現像装置であっても、実施例１で説明したプロセスカートリッジの現像装置構成部が適用されるものであり、実施例１と同様の効果を得るものである。即ち、画像形成装置の本体に着脱可能なカートリッジとしては、本例に示す現像カートリッジでも、実施例１に示した感光ドラムを備えるプロセスカートリッジでも良い。

本発明を適用した現像装置の一例を示す概略断面図である。 「表面通気量」の測定方法を示す図である。 通気量測定に用いる冶具を示す図である。 通気量測定に用いる通気ホルダーを示す図である。 本発明を適用した現像装置を備えた画像形成装置の概略断面図（ａ）であり、現像装置の当接状態（ｂ）と現像装置が離間状態（ｃ）を示す図である。 画像形成装置と現像装置のブロック図である。 本実施例の検出装置のブロック図である。 本実施例のトナー残量検知のフローチャートを示す。 現像装置内のトナー量と静電容量検出器の出力の関係を示すグラフである。 現像装置内のトナー量と供給ローラ内含有トナー量の関係を示す図である。 供給ローラ内含有トナー量と静電容量検出器の出力の関係を示すグラフである。 現像装置内のトナー量と静電容量検出器の出力の関係を示すグラフである。 本発明を適用した現像装置を備えた画像形成装置の概略断面図である。 従来の現像装置を示す概略構成図である。 従来の現像装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 現像ローラ
１ａ 現像ローラの導電性の芯金
２ 供給ローラ
２ａ 供給ローラの導電性の芯金
３ トナー容器
４ 現像装置
５ 規制部材
１１ 感光ドラム
１２ 帯電ローラ
１７ クリーニングブレード
１８ 廃トナー容器
２９ 検出器
３０ トナー残量検知用バイアス電源
４０ 揺動中心
４１ 押しバネ
４２ 離間カム
４３ 力受け部

Claims (14)

1. 開口部を備え現像剤を収容する現像容器と、前記開口部で現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量を検知する検知部材であって、前記現像剤担持体と前記検知部材との間で静電容量を検知する検知部材と、を有する現像装置において、
   前記装置は、前記現像容器を、前記現像剤担持体による現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部を備え、前記静電容量は、前記第２の位置において検知可能であり、
   前記検知部材は、前記現像剤担持体へ現像剤を供給する回動可能な現像剤供給部材であり、この現像剤供給部材は、現像剤が内部に進入可能な発泡層を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤供給部材の表面通気量Ｌ（リットル／分）が１．８≦Ｌであることを特徴とする請求項１の現像装置。
3. 前記現像剤供給部材の表面通気量Ｌ（リットル／分）がＬ≦５．０であることを特徴とする請求項２の現像装置。
4. 前記静電容量は、前記現像剤担持体が停止しているとき、検知されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの現像装置。
5. 前記発泡層は、連泡であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの現像装置。
6. 前記現像剤担持体は、前記現像容器が前記第１の位置にあるとき、像担持体と接触し、前記現像容器が第２の位置にあるとき、前記像担持体と離間することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの現像装置。
7. 前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体に接触して設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの現像装置。
8. 開口部を備え現像剤を収容する現像容器と、前記開口部で現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量を検知する検知部材であって、前記現像剤担持体と前記検知部材との間で静電容量を検知する検知部材と、を有し、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジにおいて、
   前記カートリッジは、前記現像容器を、前記現像剤担持体による現像動作を行なう第１の位置と、現像動作を行わない第２の位置と、に移動可能とする力を受ける力受け部を備え、前記静電容量は、前記第２の位置において検知可能であり、
   前記検知部材は、前記現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給部材であり、この現像剤供給部材は、現像剤が内部に進入可能な発泡層を備えることを特徴とするカートリッジ。
9. 前記現像剤供給部材の表面通気量Ｌ（リットル／分）が１．８≦Ｌであることを特徴とする請求項８のカートリッジ。
10. 前記現像剤供給部材の表面通気量Ｌ（リットル／分）がＬ≦５．０であることを特徴とする請求項９のカートリッジ。
11. 前記静電容量は、前記現像剤担持体が停止しているとき、検知されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかのカートリッジ。
12. 前記発泡層は、連泡であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかのカートリッジ。
13. 前記現像剤担持体は、前記現像容器が前記第１の位置にあるとき、像担持体と接触し、前記現像容器が第２の位置にあるとき、前記像担持体と離間することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかのカートリッジ。
14. 前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体に接触して設けられることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかのカートリッジ。

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