JP2007178698A

JP2007178698A - 現像装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ

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Publication number: JP2007178698A
Application number: JP2005376701A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Endo; 修一遠藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】制御弁のひずみ量の検出により、トナー消費に伴う現像ホッパのトナー残量の減少の状況が正確に推定でき、トナー残量が低下した時に、それ以上使い進むことがなく、画質の劣化や、現像ユニットの破損を防止する現像装置、この現像装置を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】像担持体の潜像をトナーで現像する現像ユニット３１と、この現像ユニット３１にトナーを補給するトナーカートリッジ３２とを横方向に配列し、前記トナーカートリッジ３２を自在に脱着でき、かつ前記トナーカートリッジ３２と前記現像ユニット３１との間でトナーを通過させる連通口３３と、この連通口３３を通過させるトナー量を制御する制御弁３４を備える現像装置において、前記制御弁３４を、櫛歯状のフィルムと矩形状のフィルムとを同時に備えるトナー搬送パドル３８が駆動し、前記制御弁３４のひずみ量を検出することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられる現像装置に関するものであり、また、この現像装置を用いた画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

近年、オフィスにおけるＯＡ化、各種データ、書類のカラー化が一段と進み、従来の文字のみからなる原稿の複写だけではなく、パーソナルコンピュータで作成したグラフ等を含む原稿をプリンタにて出力し、プレゼンテーション用の資料等として多数枚複写する機会が増している。プリンタ出力画像は、ベタ画像、ライン画像、ハーフトーン画像が多く、それにともない画像品質に求められる市場の要求が変化しつつあり、また、高信頼性等の要求も更に高まっている。
電子写真、静電記録、静電印刷等の電子写真方式に使用される現像剤は、その現像工程において、例えば、静電潜像が形成されている像担持体（代表的には、感光体）に一旦付着し、次に転写工程において感光体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。
像担持体上に形成される静電潜像を現像するための現像剤として、キャリアとトナーからなる２成分系現像剤、及びキャリアを必要としないでトナーのみからなる１成分系現像剤（磁性トナー、非磁性トナー）が知られている。
２成分系現像剤はトナー粒子がキャリア表面に付着することにより現像剤が劣化し、また、トナーのみが消費されるため現像剤中のトナー濃度が低下するので、キャリアとトナーとの混合比を一定割合に保持しなければならず、そのため現像装置が大型化するといった欠点がある。

一方、１成分系現像剤は、装置の小型化が可能である等の利点を有しており、あらゆる環境下（低温低湿、高温高湿）での使用が容易であるなどの理由から現像方式の主流になりつつある。
ところで、１成分系現像剤は、磁性トナーを用いる磁性１成分現像剤と、非磁性トナーを用いる非磁性１成分現像剤とに分類される。磁性１成分現像剤を用いる磁性１成分現像方式は、内部にマグネットなどの磁界発生手段を設けた現像スリーブを用いて、マグネタイトなどの磁性体を含有する磁性トナーを保持し、層厚規制部材により薄層化し現像するもので、近年、小型プリンタなどで多数実用化されている。
これに対して、非磁性１成分剤を用いる非磁性１成分現像方式は、トナーが磁気力を持たないため、現像スリーブにトナー補給ローラなどを圧接して現像スリーブ上にトナーを供給して静電気的に保持させ、層厚規制部材により薄層化して現像するものであり、有色の磁性体を含有しないためカラー化に対応できるという利点がある。また、現像スリーブにマグネットを用いないため、装置のより軽量化、低コスト化が可能となり、近年、小型フルカラープリンタ等で実用化されている。

しかしながら、１成分現像方式では、未だ改善すべき課題が多いのが現状である。
即ち、２成分現像方式では、トナーの帯電、搬送手段としてキャリアを用い、トナーとキャリアは現像装置内部において十分撹拌、混合された後、現像スリーブに搬送され現像に供されるため比較的長時間の使用においても安定した帯電、搬送を持続することが可能であり、また、高速の現像装置にも対応しやすい。
これに比べ、１成分現像方式ではキャリアのような安定した帯電、搬送手段がないため、長時間の使用や高速化による帯電、搬送不良が起こりやすい。とくに、１成分現像方式は現像スリーブ上へトナーを搬送した後、層厚規制部材にてトナーを薄層化させて現像するが、トナーと現像スリーブ又は層厚規制部材などの摩擦帯電部材との接触・摩擦帯電時間が非常に短いため、キャリアを用いた２成分現像方式より低帯電、逆帯電トナーが多くなり易い。
また、少なくとも１つのトナー搬送部材によってトナーを搬送し、かつ、搬送されたトナーによって像担持体に形成された静電潜像を現像する手段が採られているが、その際、トナー搬送部材表面のトナーの層厚は極力薄くしなければならない。
このため、層厚規制部材を用いているものの層厚規制部材による押圧力を受けるために、トナー表面に外添された外添剤のトナー内部への埋没が激しく、トナーの帯電性、流動性が大きく低下するという不具合があることが特許文献１及び２に示すように知られている。

この不具合を解消するために、例えば、特許文献１では、トナー補給タンクとトナーホッパとの補給口近傍位置に補給ローラとしてのマグネットローラと、穂切り手段としてのスクレーパとを有したものにおいて、上記補給ローラを正転及び逆転させることができる補給ローラ駆動手段を有し、この補給ローラ駆動手段は、所定時間内の補給ローラの正転方向の回転角Ａと、逆転方向の回転角Ｂとの関係が、Ａ＜Ｂとなるように補給ローラを駆動する画像形成装置が開示されている。
これによって、ホッパ内のトナーの流動性の悪化を防止することができ、現像ローラに対するトナー供給量を常に一定することができ、小型で、かつ画像かすれの無い画像形成装置にすることができる。
また、特許文献２では、現像スリーブが表面に現像剤の帯電極性と同極性の帯電極性を有する導電性樹脂層を備え、この導電性樹脂層は少なくとも結着樹脂、導電性微粉末、及び荷電制御剤を含有し、撹拌部材の回転中心Ｘが現像スリーブの回転中心を横切る水平面Ｈに対して下側に位置する現像装置が開示されている。
しかし、特許文献２に開示された技術では、現像装置内にあるトナーの帯電性、流動性を長期にわたって安定化させることは困難であるという問題点がある。
そこで、本出願人は、像担持体の潜像をトナーで現像する現像ユニットと、現像ユニットにトナーを補給するトナーカートリッジとを横方向に配列し、トナーカートリッジを自在に着脱でき、かつトナーカートリッジと現像ユニットとの間でトナーを通過させる連通口と、その通過させるトナー量を制御する制御弁とを設ける構成の現像装置を提案しており、これによれば、現像装置内のトナーの帯電性、流動性の低下を抑えることができる。
特開平０９−２５１２３３公報特開２００５−０６２２１５公報

しかしながら、現像ユニットのホッパ部とトナー担持体（現像ローラ）のスペースを、最小限に抑えられるという１成分現像装置の長所を生かすために、１室からなる現像ホッパで現像ユニットを構成するのがごく自然な姿であり、その点において、上記制御弁の構造を採用すると、制御弁やパドルのような可動部材で、現像ホッパのほとんどのスペースを占有してしまうことになる。
従来の制御弁無しの構成は、制御弁の位置に光透過式のトナー残量検知センサを設けていたが、従来と同様に、センサを入れると、制御弁やパドルと干渉して、制御弁やパドルの動きを阻害し、上記の現像装置の安定性を達成することが困難になる。
しかし、一方、トナー残量を検知する手段を除去してしまうと、現像ホッパ内で、最小限必要なトナー量を下回った場合でも、画像形成装置本体がそれを認識しないので、ユーザーに対しては使用可能というメッセージを表示し続けることとなってしまう。
その状態で、画像形成装置を更に使用すると、現像ユニットのトナーが底をつき、急激な画像劣化、現像ユニットの破損、トナー飛散、感光体の破損、といった大きなダメージに繋がることもあり得る。
そこで、本発明の目的は、制御弁のひずみ量の検出により、トナー消費に伴う現像ホッパのトナー残量の減少の状況が正確に推定でき、トナー残量が低下した時に、それ以上使い進むことがなく、画質の劣化や、現像ユニットの破損を防止する現像装置、この現像装置を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体の潜像をトナーで現像する現像ユニットと、現像ユニットにトナーを補給するトナーカートリッジとを横方向に配列し、前記トナーカートリッジを自在に脱着でき、かつ前記トナーカートリッジと前記現像ユニットとの間でトナーを通過させる連通口と、この連通口を通過させるトナー量を制御する制御弁を備える現像装置において、前記制御弁を、櫛歯状のフィルムと矩形状のフィルムとを同時に備えるトナー搬送パドルが駆動し、前記制御弁のひずみ量を検出する現像装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記制御弁のひずみ量の変化を検出して、前記トナーカートリッジの交換を行なう請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記制御弁のひずみ量の変化を検出して、前記トナーカートリッジからトナーの補給動作を行なわせる請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、複数の連通口に対応して同数の制御弁を備え、そのうち少なくとも２つ以上の制御弁のひずみ量を検出する請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、更に、現像ホッパに横送りスクリュを備え、２つ以上の制御弁のひずみ量の差を検出して、前記横送りスクリュを駆動させる請求項４記載の現像装置を特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、かさ密度が０．４〜０．６ｇ／ｃｍ^３の範囲のトナーを用いる請求項１乃至５のいずれか一項記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電装置と、帯電した像担持体の表面に静電潜像を書き込む露光装置と、前記像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置と、前記像担持体表面の可視像を直接又は中間転写体を介して記録部材に転写する転写装置と、前記像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、前記記録部材上の可視像を熱及び又は圧力で定着させる定着装置とを含んでいる画像形成装置において、前記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか一項記載の現像装置を用いる画像形成装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、前記像担持体と前記現像装置とを一体に支持し、着脱可能なプロセスカートリッジとして形成する請求項７に記載画像形成装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、少なくとも、像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか一項記載の現像装置を用いるプロセスカートリッジを特徴とする。

本発明によれば、制御弁のひずみ量の検出により、トナー消費に伴う現像ホッパのトナー残量の減少の状況が正確に推定でき、トナー残量が低下した時に、それ以上使い進むことがなく、画質の劣化や、現像ユニットの破損を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による現像装置を適用する画像形成装置の構成を示す概略図である。図１において、この画像形成装置１は、感光体ユニット２、現像装置３、書き込み光学ユニット４、中間転写ユニット７、２次転写ユニット５、定着ユニット６、両面印刷用紙反転ユニット１１等で構成されている。
そして、黒（以下、Ｂｋという）、シアン（以下、Ｃという）、マゼンタ（以下、Ｍという）、イエロー（以下、Ｙという）のカラー画像を感光体ユニット２の感光体ベルト８上に順次顕像化し、これらを重ね合わせて最終的な４色フルカラー画像を形成する。
感光体ベルト８の周りには、感光体クリーニング装置９、帯電ローラ１０、各色毎の複数の現像装置３、中間転写ユニット７の中間転写ベルト１４などが配置されている。感光体ベルト８は、駆動ローラ１５、１次転写対向ローラ１６、張架ローラ１７間に張架され、駆動モータ（図示せず）によって回転する。
また、書き込み光学ユニット４は、カラー画像データを光信号に変換して、各色画像に対応した光書き込みを行い、感光体ベルト８に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニット４は、光源としての半導体レーザ１８、ポリゴンミラー１９、３つの反射ミラー２０ａ、２０ｂ、２０ｃなどで構成されている。

また、現像装置３は、画像形成装置１本体の下側から順に、黒トナーを収容したＢｋ現像装置３Ｋ、シアントナーを収容したＣ現像装置３Ｃ、マゼンタトナーを収容したＭ現像装置３Ｍ、イエロートナーを収容したＹ現像装置３Ｙとなっている。ここでは、更に、各現像装置を図中左右方向に移動させ、感光体ベルト８に対し、接離動作を行う接離機構（図示せず）を備える。
現像装置３内のトナーは所定の極性に帯電され、後述する現像スリーブには、現像バイアス電源によって現像バイアスが印加され、現像スリーブが感光体ベルト８に対して所定電位にバイアスされている。また、接離機構は、モータから各現像装置３に駆動を伝達するための図示しない電磁クラッチがオンになるとその駆動力で各現像装置を個別に感光体ベルト８側に移動させるようになっている。
現像時には、現像装置３のうち選択されたいずれか１つが移動し、感光体ベルト８に当接する。一方、電磁クラッチをオフにして駆動伝達を解除すると感光体ベルト８に当接していた現像装置３が感光体ベルト８から離間する方向に移動する。
画像形成装置１本体の待機状態では、現像装置３Ｋ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙも感光体ベルト８と離間した位置にセットされており、画像形成動作が開始されると、カラー画像データに基づきレーザ光による光書き込み、静電潜像の形成が開始される（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像をＢｋ静電潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。

このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブを回転開始して、Ｂｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。
そして、以後、Ｂｋ静電潜像領域の現像動作が続行されるが、Ｂｋ静電潜像後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、Ｋ現像装置３Ｋが感光体ベルト８から離間し、次の色の現像に備えて該当する色の現像装置が感光体ベルト８に当接する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が現像位置に到達する前に完了される。
また、中間転写ユニット７は、中間転写ベルト１４、ベルトクリーニング装置２１、位置検出用センサ２２などで構成されている。中間転写ベルト１４は駆動ローラ２３、１次転写ローラ２４、２次転写対向ローラ２５、クリーニング対向ローラ２６及びテンションローラ２７に張架されており、図示しない駆動モータによりに駆動制御される。

中間転写ベルト１４端部の非画像形成領域には複数の位置検出用マーク（図示せず）が設けられており、これらの位置検出用マークのうちのいずれか１つを位置出用センサ２２で検出し、この検出タイミングで画像形成を開始する。
また、ベルトクリーニング装置２１は、クリーニングブラシ、接離機構等で構成されており、１色目のＢｋ画像を中間転写ベルト１４に転写している間、及び、２、３、４色目の画像を中間転写ベルト１４に転写している間は接離機構によって中間転写ベルト１４面からクリーニングブラシを離間させておく。
更に、２次転写ユニット５は、２次転写ローラ２８、この２次転写ローラ２８を中間転写ベルト１４に対して接離するためのクラッチ等を備えた接離機構等で構成されている。転写紙が転写位置に到達するタイミングに合致させて２次転写ローラ２８が接離機構の回転軸を中心に揺動する。
この２次転写ローラ２８と２次転写対向ローラ２５とにより転写紙と中間転写ベルト１４とを一定の圧力で接触させる。２次転写ローラ２８は中間転写ユニット７に設けられた図示しない位置決め部材により２次転写対向ローラ２５との平行度の位置精度が保たれている。
また、２次転写ローラ２８に設けた図示しない位置決めコロにより中間転写ベルト１４に対する２次転写ローラ２８の接触圧を一定にしている。２次転写ローラ２８を中間転写ベルト１４に接触させると同時に、２次転写ローラ２８はトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、中間転写ベルト１４上の重ねトナー像を転写紙に一括転写する。

一方、画像形成動作が開始される時期に、転写紙は転写紙カセット２９又は手差しトレイ５０のいずれかから給送され、レジストローラ５１対のニップで待機している。そして、２次転写ローラ２８に中間転写ベルト１４上の４色重ねのトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対５１が駆動され、転写紙とトナー像との位置合わせが行われる。
そして、転写紙が中間転写ベルト１４上のトナー像と重ねられて２次転写位置を通過する。このとき２次転写ローラ２８による転写バイアスで転写紙が荷電され、トナー画像のほとんどが転写紙上に転写される。
そして、中間転写ベルト１４から４色重ねトナー像を一括転写された転写紙は、定着ユニット６に搬送され、所定温度に制御された定着ベルト５２と加圧ローラ５３のニップ部でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出され、排紙トレイ５４に裏向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。
更に、両面印刷を行う場合には、定着ユニット６を通過した転写紙は両面切り換え爪５５により両面印刷用紙反転ユニット１１に送られる。両面印刷の説明は本発明の要旨と直接関わりないので詳細な説明は省略する。
一方、１次転写後の感光体ベルト８の表面は、感光体クリーニング装置９でクリーニングされ、除電ランプ等で均一に除電して、クリーニングし易くすることもできる。
また、転写紙にトナー像を転写した後の中間転写ベルト１４の表面は、ベルトクリーニング装置２１のクリーニングブラシを接離機構で押圧することによってクリーニングされる。中間転写ベルト１４からクリーングされたトナーは廃トナータンク５６に蓄えられる。

図２は図１の画像形成装置に適用される本発明による現像装置の構成を説明する概略断面図である。現像装置３は、像担持体である感光体（図１の符号８）の潜像を現像剤であるトナーで現像する現像ユニット３１とこの現像ユニット３１にトナーを補給するトナーカートリッジ３２とを備えている。
現像ユニット３１は、感光体８に対向していて、この感光体との間に形成される現像領域にトナーを搬送する現像剤担持体である現像スリーブ３０と、この現像スリーブ３０上にトナーを供給する供給ローラ３６と、現像スリーブ３０上のトナー量を規制する層厚規制部材である規制ローラ３７と、トナーを搬送する第１搬送パドル３８、これを収容している現像ホッパ３１Ａとを備えている。
トナーカートリッジ３２は、トナーを収納している第１及び第２収納室３９、４０と、現像ユニット３１へトナーを搬送する第２及び第３搬送パドル４１、４２と、また、第２搬送パドル４２が回転している部分のトナーカートリッジ３２の底部には突き出たリブ３５を備えている。
なお、詳細は後述するが、第１搬送パドル３８には羽根（フィルム）４５、４６、第２搬送パドル４１には羽根（フィルム）４７、第３搬送パドル４２には羽根（フィルム）４８が取り付けられている。

ここで、現像剤としては、１成分現像剤を用いる。後述するように現像剤を入れ換えることに関して、２成分現像剤ではいったん混合した後にキャリアからトナーを分離するのは非常に困難である。１成分現像剤であればトナーカートリッジ３２と現像ユニット３１内にある現像剤は基本的には同じで、入れ換えすることが可能であり、本発明の現像装置３に適用させることができる。
１成分現像剤でも、とくに、非磁性１成分現像剤を用いることが好ましい。非磁性１成分現像剤では、トナー表面の外添剤が、トナーの帯電性、流動性に与える影響が大きい。
磁性１成分現像剤では、磁性材料の量による磁化の強さで現像性を制御することができる。非磁性１成分現像剤では、外添剤による帯電量、流動性によって現像性が大きく影響されることから、本発明の現像装置３に用いることで、安定したトナー表面状態を得ることができる。
また、この現像装置３は、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２とを水平方向の横方向に並列させて配置している。更に、トナーカートリッジ３２と現像ユニット３１には、トナーカートリッジ３２と現像ユニット３１との間をトナーが通過する連通口３３が設けられている。更に、現像ユニット３１側の連通口３３に制御弁３４が設けられている。

本発明の現像装置３では、この連通口３３を介してトナーを通過させる。これによって、現像ユニット３１で消費されたトナーをトナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へ補給し、また、この連通口３３を介して、現像ユニット３１で劣化したトナーを現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へ排出する。また、このトナーカートリッジ３２は、現像ユニット３１とは別に単独で独立して交換することが可能である。
トナーは現像ユニット３１におけるトナー供給ローラ３６及び規制ローラ３７によって押圧力を受ける。この押圧力を受けることで、トナー表面の凸凹が欠けて表面が滑らかになり、感光体との付着力が大きくなりクリーニングされにくくなる。そのために、環境が低湿になるとクリーニング不良が発生することがある。
また、転写性は向上するが、従来転写されても目視上表れなかった白地背景部にカブリが表れるようになる。また、トナーが押圧を受けることで、トナー表面に存在する外添剤がトナー内部に埋没する。この埋没は、後で詳説するが、外添剤に関しては外添剤の硬度がトナーの硬度より高いために発生する。
トナー表面に存在する外添剤が少なくなることによって、トナーの帯電性が変わる。とくに、外添剤として用いるシリカは、比表面積が大きいので帯電量が高く、埋没によるトナー表面の外添剤量によってトナーの帯電量は大きく変化する。
また、もう１つの影響として、外添剤埋没によってトナーの流動性が低下する。この流動性はトナーの付着力を示すもので、流動性が高ければ、トナーと、例えば、感光体等との間の付着力を小さくする。
同様に、現像スリーブ３０とトナーとの間の付着力を小さくして現像性を高める。逆に、埋没でトナー表面に存在する外添剤量が少なくなると、トナーの流動性が低下し、現像性が低下する。
そこで、本発明の現像装置３では、現像ユニット３１で消費されたトナーをトナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へトナーを補給する連通口３３を介して、現像ユニット３１にあるトナーをいったんトナーカートリッジ３２に排出して戻す。トナーカートリッジ３２にある劣化していないトナーと混合して、劣化したトナー量の存在比率を低下させた上で再度現像ユニット３１に連通口３３を介して供給して補給する。

図３は本発明の現像装置における現像ユニットに配置される制御弁の構造を示す概略図である。制御弁３４は現像ユニット３１の連通口３３に対応して設けられ、この制御弁３４は支持部４３に貼着された樹脂フィルム４４からなり、現像ユニット３１の筐体に配置されている。
制御弁３４の形態は、図３に示すように、各連通口３３に対応して矩形状に構成し、連通口３３がない部分には制御弁３４を設けず、結果として、制御弁３４と連通口３３を交互にする。支持部４３は剛性を有する金属製で、例えば、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ａｌなどを用いる。制御弁３４は弾性のある樹脂フィルム４４で、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などを用いる。
現像ユニット３１の第１搬送パドル３８はパドル用フィルムを備えている。このフィルムは１枚であっても、複数枚設けてもよい。第１搬送パドル３８は回転してトナーカートリッジ３２側から供給されたトナーを現像スリーブ３０に供給する。また、このフィルムは、板状であってもよい。
また、連通口３３に対応して設けられた櫛歯状の矩形状の制御弁３４に対して、同様に制御弁３４に当たる部分をのみを矩形形状にしたものであってもよい。また、複数枚設ける時はこれらを組み合わせて用いてもよい。

図４はトナーカートリッジ側から現像ユニットにトナーが供給される状態を模式的に示す図である。トナーカートリッジ３２側から現像ユニット３１にトナーが供給される状態を模式的に説明する。先ず、図４の（ａ）ではトナーカートリッジ３２、現像ユニット３１の連通口３３に対して、制御弁３４及び第１搬送パドル３８が初期位置にある。
図４の（ａ）の位置から第１搬送パドル３８が反時計回り方向へ回転すると第１搬送パドル３８は制御弁３４に当たり、制御弁３４が下方へ押圧されて変形開始する（図４の（ｂ））。その後、第１搬送パドル３８が制御弁３４に摺擦しつつ離脱すると、弾性を有する制御弁３４が素早く弾かれて戻り（図４の（ｃ））、その時に同時に、トナーカートリッジ３２側から押し込まれていたトナーが連通口３３を介して現像ユニット３１側に引きつけられて、トナーが供給される（図４の（ｄ））。

図５はトナーカートリッジ側のトナーが供給される状態を模式的に示す図である。図５には図１のトナーカートリッジ３２側の第１収納室３９のトナーが供給される状態を模式的に説明している。
このトナーカートリッジ３２には、図２に示すように、第２収納室４０の第３搬送パドル４２で第１収納室３９に搬送して、更に、第２搬送パドル４１で現像ユニット３１側に搬送する。第２搬送パドル４１は、単数の第２搬送パドル用羽根（フィルム）４７を備えていて、このフィルム４７を回転させることでトナーを現像ユニット３１側に搬送する。
更に、第１収納室３９の内壁にリブ３５を設けておくことで、図５に示すように、先の第２搬送パドル用フィルム４７がリブ３５に当たると、リブ３５の部分でトナーが堰き止められ、リブ３５と第２搬送パドル用フィルム４７との間にトナーの無い空間が形成される。
この空間は流動性のよいトナーの侵入によって少しずつ埋められていくが、或る一定時間は第１収納室３９内部に空間が形成される。更に、第２搬送パドル用フィルム４７が回転すると上部からもトナーが空間に侵入するために、トナー内部に空間のない状態になる。
この状態で回転してゆくと第２搬送パドル用フィルム４７は、トナーを現像ユニット３１側に押し込む状態になっている時と、現像ユニット３１の制御弁３４が第１搬送パドル３８のパドル用フィルムに押さえられておらずに制御弁３４が開放されている時（図４の最下部の図の状態）と重なることでトナーは、連通口３３を通してトナーカートリッジ３２側から現像ユニット３１側に移動して供給される。

次に、開放された制御弁３４には現像ユニット３１にあるトナーが入り込んでくる。その後、第１搬送パドル３８のパドル用羽根（フィルム）４５、４６が回転して制御弁３４を押し込む「トナーを現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に押し込んでいる時」と、「第１収納室３９で第２搬送パドル４１のパドル用フィルム４７によってトナー内部に空間ができ、その空間がちょうど連通口３３に掛かった時」とが重なることで、トナーは連通口３３を通して現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に移動して排出される。
この時の現像装置３における現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との第１、第２及び第３搬送パドル３８、４１、４２の動きとトナーの移動について更に詳細に説明する。

図６は現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図である。図７は現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図である。図８は現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図である。
図６乃至図８は、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との間におけるトナーの移動について模式的に示している。なお、ここでは、現像ユニット３１内の現像スリーブ３０等は省略してある。
現像装置３では、図６（ａ）に示すように、現像ユニット３１内にある制御弁３４は、支持体に一端を貼着されていて斜め下向きに一定の角度を有している。第１搬送パドル３８は複数のパドル用フィルム４５、４６を回転させている。また、トナーカートリッジ３２内の第２及び第３搬送パドル４１、４２は、それぞれ単数のパドル用フィルム４７、４８を回転させている。
図６の（ｂ）に示すように、現像ユニット３１内で、第１搬送パドル３８が支持した複数のパドル用フィルム４５、４６が制御弁３４を押し込み、この時に、制御弁３４と連通口３３との間にあるトナーは、トナーカートリッジ３２側もトナーで満たされていることで、連通口３３を移動することができず、現像ユニット３１内の制御弁３４から横方向に、現像ユニット３１内に戻る。
次に、図６の（ｃ）に示すように、第１搬送パドル３８の複数のパドル用フィルム４５、４６が制御弁３４を更に下方へ押し込み、制御弁３４と連通口３３との間にはほとんど隙間がない状態になる。
次に、図６の（ｄ）及び図６の（ｅ）に示すように、第１搬送パドル３８の複数のパドル用フィルム４５、４６が制御弁３４から外れることで、制御弁３４が元の角度まで上方へ戻りながらトナーを押し上げる。この時に、制御弁３４の下方に大きな隙間ができ、空間を形成することでトナーカートリッジ３２側から連通口３３を通してトナーが移動して供給される。

更に、図７の（ａ）に示すように、第１搬送パドル３８の他のパドル用フィルムが、再度制御弁３４を押し込んでいく。この時に、トナーカートリッジ３２内の第１収納室３９で第２搬送パドル４１のパドル用フィルム４７がリブ３５に当たっている。
更に回転すると、図７の（ｂ）に示すように、第１搬送パドル３８のパドル用フィルム４５が制御弁３４を更に押し込み、制御弁３４と連通口３３で隙間のない状態を形成してゆく。この時に、第２搬送パドル４１のパドル用フィルム４７がリブ３５から先に回転したときにリブ３５が障害になってトナーが搬送されないために、トナー内部に空間を形成する。
更に、図７の（ｃ）及び図７の（ｄ）に示すように、第１搬送パドル３８は複数のパドル用フィルム４５、４６が制御弁３４から外れることで、制御弁３４が元の角度まで戻る。
この時に、制御弁３４の下方に大きな隙間ができ空間を形成することで、更に、第２搬送パドル４１のパドル用フィルム４７によって持ち上げられたトナーが、トナーカートリッジ３２側から連通口３３を通してトナーが移動して供給される。次に、図７の（ｅ）に示すように、複数枚有しているパドル用フィルム４５、４６によって第１搬送パドル３８は、再度制御弁３４を押し込んでいく。

これまでの工程では、トナーカートリッジ３２側の連通口３３付近にはトナーがあったが、トナー内部に形成された空間が存在する場合は、現像ユニット３１内の制御弁３４から横方向へ移動して現像ユニット３１内に戻るのではなく、連通口３３を通して現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に移動して排出される（図８の（ａ）及び（ｂ））。
図８の（ｃ）及び図の（ｄ）に示すように、第１搬送パドル３８のパドル用フィルム４５、４６が、再度制御弁３４を押し込んでいくことで、更に、現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に移動して排出される。
更に、第１搬送パドル３８の回転スピードを第２搬送パドル４１より早くすることで、図８の（ｅ）から図８の（ｆ）に示すように、現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に移動して排出させることができる。これを繰り返すことで、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との間で連通口３３を通してトナーを移動させることができる。
ここでは、現像ユニット３１内の第１搬送パドル３８とトナーカートリッジ３２内の第２搬送パドル４１の回転数を制御することでトナーの移動による供給・排出の量を調整することができる。
とくに、現像ユニット３１内の第１搬送パドル３８の回転数をトナーカートリッジ３２内の第２搬送パドル４１よりも早くすることで、トナー内部に形成される空間が連通口３３に接する回数を少なくして、第１搬送パドル３８が制御弁３４を押し込む回数を多くすることで、連通口３３を通してトナーを供給させる回数を多くすることができる。

また、トナーの移動による供給・排出の量は、連通口３３の数によって調整することができ、したがって、連通口３３は、１箇所以上設けることができる。この連通口３３は、画像形成装置本体の画像形成する速度によって適宜数を決定する。
また、連通口３３に対応して設けられる制御弁３４は、櫛の歯状に設け、隣り合う制御弁３４を交互に動作させることができる。
これは、第１搬送パドル３８のパドル用フィルム４５、４６を櫛の歯状の制御弁３４に対応させて櫛の歯状に１つおきに設け、それを２枚のパドル用フィルムですべての制御弁３４に対応させて制御弁３４を交互に動作させることができる。交互に動作させることで、現像ユニット３１内のトナーのデッドスペースを形成することなく、均等に排出させることができる。

図９は本発明に係る第１搬送パドルを示す概略斜視図である。図１０は連通口を示す概略図である。この第１搬送パドル３８には、断面４角形の軸にフィルム４５、４６、５８が取り付けられており、そのうち２枚は対向する面に、それぞれ逆方向に伸びている。この対向するフィルム４５、４６は凹凸形状（櫛歯状）であり、２枚の凸部をずらすような形状である。
このようにすることで軸方向に沿って隣り合って配置された各制御弁３４を交互に駆動させることが可能になる。この凹凸部は連通口３３（図１０）の位置に対応しており、連通口３３に設けた制御弁３４をフィルムの凸部が押し込める長さとし、また凹部においては制御弁３４に接触しないような形状とする。
更に、フィルム４５、４６の凸部の根元部分は、先端部分よりも広くなるよう「ハの字型」にしてあり、第１搬送パドル３８が回転することによって、フィルム４５、４６の凸部でトナーを横方向にも移動させる力を発生させ、現像ユニット３１内の横方向の攪拌を生じさせている。
また、第１搬送パドル３８の回転で、フィルム４５、４６の凸部が制御弁３４を押して、制御弁３４下のトナーをトナーカートリッジ３２側に戻す作用をする。この動きは後述する。

第１搬送パドル３８は、第２搬送パドル４１より速く回転するように設定しているので、カートリッジに空間ができている時間内に第１搬送パドル３８で何度か制御弁３４を動作させることができ、効率良くトナーをトナーカートリッジ３２に戻すができる。
フィルムの凸部が制御弁３４を通過すると、制御弁３４は押圧力から解放され、弾性によって元に戻り、制御弁３４上のトナーを現像ユニット３１側に送るとともに、制御弁３４の下側にトナーカートリッジ３２のトナーを引き込む空間を形成する。
第１搬送パドル３８の２枚のフィルム４５、４６の凸部をずらすことで、制御弁３４の押し込み・解放動作を交互に行う、すなわち、隣り合う制御弁３４を交互に駆動させることで現像ユニット３１内のトナーの動きが良くなり、トナーカートリッジ３２内のトナーとの循環性を向上させることができる。

ここで、上記のような櫛歯状のフィルム２枚構成のパドルを採用することにより、トナーの循環、横攪拌性が向上したが、この２枚のみの構成では、連通口３３にトナーが多くなる傾向があり、現像ユニット３１内のトナー面が上下方向に波打ち、山と谷ができる。
連通口３３にトナー面の山部が形成されるとトナーカートリッジ３２からのトナーの供給が阻害されるので、現像ユニット３１全体へのトナーの供給量が低下する。更に、トナーの山部の裾付近にトナーカートリッジ３２からのトナーの流れができるため、若干ではあるが、トナー攪拌の均一性が確保されないという現象が見られることがある。
この点を改善するために、検討した結果、櫛歯状の２枚のフィルム４５、４６の間に、これらの櫛歯状フィルム４５、４６と９０度の角度で、櫛歯状フィルムの凸部より短い長さで凹凸の無いフィルム、すなわち、矩形状のフィルム５８を第１搬送パドル３８に追加することにより、連通口３３のトナーの山を崩し、現像ユニット３１内のトナー面をほぼ水平にすることができる。
このように、第１搬送パドル３８において、櫛歯状の２枚のフィルム４５、４６の間に、矩形状のフィルム５８を配置することにより、トナーカートリッジ３２からのトナーの補給量及びトナーカートリッジ３２へのトナーの戻し量ともに安定し、十分な循環作用を達成することができる。また、局所的なトナーの流れを形成しないので、現像ユニット３１内で均一な攪拌性を維持することができる。

制御弁３４の幅は、連通口３３の幅より０ｍｍ〜２０ｍｍ程度大きくする。制御弁３４が連通口３３より小さいと、トナーが供給される連通口３３を現像ユニット３１側のトナーで塞ぐためにトナーが供給されにくくなる。
また、トナーの排出においても、制御弁３４と連通口３３との間にトナーが入り込み、その入り込んだトナーを排出することで、連通口３３を通して大量のトナーが現像ユニット３１側からトナーカートリッジ３２側に排出されるのを防止しているが、制御弁３４の幅が小さくなることで大量のトナーが排出され、現像ユニット３１内のトナーが少なくなる。
一方、トナーの排出は、制御弁３４の脇から制御弁３４と連通口３３との間に入ったトナーが第１搬送パドル３８の押し込みで連通口３３を通して排出される。このために、制御弁３４の幅が連通口３３よりも過剰に大きくなると、連通口３３付近に回り込むトナー量が少なくなり排出されるトナー量が少なくなり、トナーの入れ換えが少なくなる。
また、連通口３３から供給されたトナーは、連通口３３から下の方に移動して、制御弁３４の下にあるトナーと混合される。従って、制御弁３４の幅が過剰に大きくなると供給されるトナーの箇所が少なくなり、トナーの混合による均質性が低下する。
これらのために、制御弁３４の幅は、少なくとも連通口３３の幅以上であって、２０ｍｍ未満にする。この幅にすることで、トナーの供給・排出の制御を容易にし、更に、供給後のトナーの混合による均質性を高めることができる。

また、制御弁３４の間隔を２ｍｍ〜２０ｍｍとする。制御弁３４の間隔が、２ｍｍ未満では制御弁３４と連通口３３との間に入り込む量が少なくなるために、排出できるトナー量が少なくなる。また、２０ｍｍを越えると、設けることができる連通口３３が少なくなり、トナーの供給・排出する量が少なくなる。
また、制御弁３４の突出長さを１０ｍｍ〜２５ｍｍとする。制御弁３４の突出長さによって、制御弁３４と連通口３３との間にできる空間の大きさが決定される。従って、制御弁３４の突出長が１０ｍｍ未満では、排出されるトナー量が少なくなるために、トナーの入れ換えが不十分になる。２５ｍｍを越えると排出する量が多くなり、現像ホッパ内のトナー量が少なくなる。
また、制御弁３４の傾斜角度θを１０°〜４５°とする。制御弁３４の傾斜角度θによって、制御弁３４と連通口３３との間にできる空間の大きさが決定される。従って、制御弁３４の角度が１０°未満では、排出されるトナー量が少なくなるために、トナーの入れ換えが不十分になる。４５°を越えると排出する量が多くなり、現像ホッパ内のトナー量が少なくなる。

ここで、現像装置３について更に詳述する。現像装置３は、感光体ベルト８表面の静電潜像を現像するためにトナーを表面に担持して回転する現像スリーブ３０と、トナーを汲み上げて撹拌するために回転するトナー第１搬送パドル３８とを含む現像ユニット３１と、トナーを収容するトナーカートリッジ３２で構成されている。
このように２つのユニットに分割されている理由は、現像ユニット３１は、トナーカートリッジ３２を数回交換して使用しても耐え得る耐久性を有しているからである。
図１１は本発明の現像装置における連通口の構成を示す概略図である。図１１には本発明の現像装置における連通口の構成を示し、（Ａ）は現像ユニット３１側の構成を示し、（Ｂ）はトナーカートリッジ側の構成を示している。
現像ユニット３１の筐体の外側にはスライドシャッタ３１Ｂを備え、そのスライドシャッタ３１Ｂの片面には弾性部材３１Ｃを貼付している。このスライドシャッタ３１Ｂを横方向へ移動することで現像ユニット３１の連通口３１Ｄの開閉を行う。
また、トナーカートリッジ３２側は、筐体に設けられた連通口３２Ｄに対応して開けた部分のある弾性部材３２Ｃ、連通口３２Ｄからトナーがこぼれるのを防止し、又は、トナーを補給できるように開放するスライドシャッタ３２Ｂ、これらを筐体に固定する固定シール３２Ｅが設けられている。

トナーカートリッジ３２を現像装置３に配置して、現像ユニット３１側のスライドシャッタ３１Ｂを開け、また、トナーカートリッジ３２側のスライドシャッタ３２Ｂを開けて、トナーを通過させることができる連通口３２Ｄができる。
現像ユニット３１側の連通口３１Ｄは複数あり、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との間には弾性部材３２Ｃを貼着したスライドシャッタ３２Ｂを設けている。このスライドシャッタ３２Ｂを移動させることで、現像ユニット３１の筐体に設けた連通口（図示せず）の開閉を行う。
トナーカートリッジ３２がない場合、又は画像形成装置本体に装着していない場合は、スライドシャッタ３１Ｂで連通口（図示せず）を閉じておくことで現像ユニット３１からのトナーのこぼれを防止する。
また、トナーカートリッジ３２も、現像ユニット３１がない場合又は画像形成装置本体に装着していない場合は、トナーカートリッジ３２からのトナーのこぼれを防止するように連通口を閉じておくためにスライドシャッタ３２Ｂを設ける。トナーカートリッジ３２に対して、弾性部材３２Ｃ、スライドシャッタ３２Ｂ、固定シール３２Ｅを設ける。弾性部材３２Ｃは、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の発泡材が好ましい。

図１１に示すように、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２に設けられた連通口に対応してスライドシャッタ３１Ｂ、３２Ｂに夫々開放した窓部を設ける。連通口を閉じる時はスライドシャッタの窓部のないところで連通口を塞ぎ、連通口を開放する時はスライドシャッタを移動させて、窓部と連通口を合わせて、連通口全体を連通させる。
再び、図１及び図２を参照して、画像形成装置１において現像装置３は、現像ユニット３１内にある第１搬送パドル３８で、トナーを攪拌しつつ現像剤供給ローラ３６に搬送し、供給ローラ３６が現像スリーブ３０に摺擦しながら、同時にトナーを摺擦させて摩擦帯電させて、トナーを帯電させる。
帯電したトナーは、現像スリーブ３０に静電的に吸着されて搬送される。その後、規制ローラ３７で現像領域に搬送されるトナー量を規制する。現像スリーブ３０上に形成されるトナー薄層が現像領域における現像バイアスで感光体ベルト８に現像される。
このときに、供給ローラ３６で現像スリーブ３０に摺擦されたトナーは大きな押圧力を受けて、トナー表面の凸凹が削られて球形化しトナーの付着力が大きくなる。
また、この押圧力でトナー表面の外添剤が埋没して流動性が低下し、更に、外添剤による帯電量調整ができなくなるために帯電量が変わってくる。これらの影響でトナーの現像性が低下し、更に、転写性、クリーニング性が低下する。
このように、現像ホッパ（図示せず）内に劣化したトナーが多くなり、また、トナーが現像によって消費されるために現像ユニット３１内のトナーが少なくなる。そこで、連通口３３を通過してトナーカートリッジ３２から、現像ユニット３１へとトナーが補給される。

トナーカートリッジ３２内には、トナーカートリッジ本体３２の内壁に先端が摺接する第２搬送パドル４１、第３搬送パドル４２がそれぞれ第１収納室３９と第２収納室４０に設けられている。第２又は第３搬送パドル４１、４２が回転することによりトナーを現像ユニット３１側に押し込んで、連通口３３から現像ユニット３１にトナーが補給される。
更に、この連通口３３を通して現像ユニット３１内のトナーがトナーカートリッジ３２側に排出されて、このトナーがトナーカートリッジ３２内のトナーと混合される。トナーカートリッジ３２内には、未使用のトナーが多く収納されており、現像ユニット３１内で劣化したトナーと混合される。
この混合によって、未使用トナーの表面に多く存在する外添剤が劣化したトナーに再分配されることで、劣化したトナーの帯電量、流動性が元の未使用トナーの状態に近くなる。現像ユニット３１から第１収納室３９に排出されたトナーは、更に、第２搬送パドル４１で第２収納室４０に搬送されて、次に、第３搬送パドル４２で第１収納室３９に戻される。この間に、外添剤の再分配を受けることになる。
この元の未使用の状態に近づいたトナーを、トナーカートリッジ３２の第１収納室３９から現像ユニット３１に再度供給する。この元の状態に近づいたトナーと未使用のトナーで、現像スリーブ３０に薄層を形成してトナーを現像することで、長期にわたって高品位の画像を得ることができる。
以上が、制御弁３４によって、トナーカートリッジ３２から現像ホッパへのトナーの供給と、現像ホッパからトナーカートリッジへのトナーの排出作用によるトナー劣化防止、画質の維持安定化の説明である。

ここで、技術課題で述べたように、制御弁３４を導入することで、従来型の光透過式トナー残量検知手段が入れづらくなった。もし、入れるとすると、カートリッジと接する制御弁３４を有する現像ホッパと、光透過式トナー残量検知手段を配置したホッパの２室にホッパを分割して、広い空間が必要となってしまう。また、トナー残量検知手段を除去してしまうと、技術課題で述べたような問題が発生しかねないので、ここでは、制御弁を利用した検知手段を提案する。
図１２は本現像ユニットの現像ホッパ内のトナー量に応じて、現像ホッパのどのレベルまでトナーが占めるかを説明する現像装置の概略断面図である。次に、現像ホッパトナー量を推定するための機構について説明する。本現像ユニット３１の現像ホッパ３１Ａ内のトナー量に応じて、現像ホッパのどのレベルまでトナーが占めるかを説明する。
図ではトナーが１６０ｇ入った時のレベルと、１００ｇ入っている時のレベルを示している。１００ｇのレベルが、ほぼトナーエンドのレベルに対応し、これより下がると供給ローラ３６にトナーが供給され難くなり、現像ローラ３０上に適正なトナー層を形成できなくなる。
また、１７０ｇのレベル付近は、ほぼ通常の使用状態にあるレベルで、トナーの供給性、および攪拌性が適正な状態にある（１４０ｇ〜２００ｇの範囲が、適正なレベル）。
なお、現像ホッパ３１Ａの容積によって、同じレベルに相当するトナー量は異なるので、１７０ｇ等の数値は、本例に限った、トナーのレベルの違いを説明するための指標である。トナーのレベルが、現像ホッパ３１Ａの上部まで達してしまうと（この例では、２２０ｇ以上）、現像ホッパ３１Ａに隙間がなくなることで、トナーの攪拌が低下し、トナーの劣化が進んでしまう。

図１３は左側の縦軸にトナーカートリッジのトナー量を示し、右側の縦軸に現像ホッパのトナー量を、また、横軸に印刷枚数（もしくは、現像回数）をグラフで表している図である。
次に、図１３には、新しいトナーカートリッジに交換してから、そのトナーをほぼ使いきり（望ましくは、カートリッジに一定量残した状態まで使いきり）、トナーエンドを迎える期間までの、現像ホッパのトナー量と、トナーカートリッジのトナー量の推移を示している。
本データは、画像面積が２％〜２０％程度まで、ランダムに振って、平均画像面積が５％程度になるように現像ユニットを使用した時の、各々のトナー量である。
トナーカートリッジのトナー量は、ほぼ単調に減少して行き、一方、現像ホッパのトナー量は初期１００ｇより若干多い状態（前のトナーカートリッジでトナーエンドの状態）から、始めのうちは徐々に増加し、１８０ｇ程度を最大として、ほぼ１６０ｇ〜１８０ｇの範囲で安定する領域がカートリッジ寿命の約９０％程度ある。

最後に、カートリッジ寿命に近づいてきたところで、現像ホッパのトナー量は徐々に減少して、カートリッジ寿命（トナーエンド）の時には、現像ホッパは約１２０ｇ程度になる動きをしている。この時、カートリッジには、完全にトナーを使いきらず多少残るようにトナー充填量が調整されている。
この理由は、完全に使いきると、カートリッジから現像ホッパにトナーの供給がなくなり、現像ホッパのトナーが新しいトナーと混ざらない状態で、攪拌（衝突や圧縮などの機械力を受ける）されるので、著しくトナーの劣化が進行する。それを防ぐために、トナーカートリッジがトナー切れを起こさないようにする。
すなわち、このグラフから、現像ホッパのトナー量はカートリッジ寿命のほとんどの状態で、１６０ｇから１８０ｇで安定していて、トナーエンドに近づいた時に減少していく特性を持している。
従って、この動きに応じて、差を検出できる手段により、現像ホッパのトナーが減少して行く過程を捉えれば、現像ホッパのトナー量が急に減少した時や、トナーエンド状態を検出することが可能となる。

図１４は制御弁の背面に設けた歪みセンサを示す概略斜視図である。上記のトナー量検出方法として、制御弁に極細線のひずみセンサ５７を貼り付け、制御弁３４の湾曲によるひずみを測定する。図１４ではひずみセンサ５７を制御弁３４の背面に貼り付けている。
図１５はひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図である。図１５は、現像ホッパ３１Ａのトナー量が１００ｇの場合で、現像ホッパ３１Ａの第１搬送パドル３８のフィルム４５が制御弁３４に当り始める時の様子を示している。
図１５では制御弁３４の根元付近（この背面にひずみセンサ５７（図示せず）が取り付けられている）に第１搬送パドル３８の羽根（フィルム）４５の先端が当り、制御弁３４を押し込もうとしている。

すでに説明したように、制御弁３４が押し込まれて、制御弁３４の背面にある現像ホッパ３１Ａのトナーをトナーカートリッジ３２側に戻している（この時、戻し効率を上げるために、トナーカートリッジ３２側に空間を作る）。
制御弁３４は第１搬送パドル３８の羽根４５の接触から変形を開始するので、その時点から、ひずみセンサ５７の電気抵抗が変化し、ひずみ量に比例してアナログ信号出力を発生させる。
フィルム４５が制御弁３４を徐々に押し込むと、ひずみ量が増えるので、上記信号出力は大きくなっていく。あるところで、信号出力は最大となり、第１搬送パドル３８のフィルム４５が制御弁３４から抜けると、制御弁３４のひずみが開放され、ひずみ信号は低下する。
図１５の現像装置３には、更に、現像ストッパ部材３０、現像ユニット３１、連通口３３、リブ３５、供給ローラ３６、規制ローラ３７、第１収納室３９、第２収納室４０、第２搬送パドル４１、第３搬送パドル４２、第２搬送パドル４１のフィルム４７、第３搬送パドル４８が示してある。
しかし、これらは図２に説明したのと同じであるので、ここでの説明に必要な部分以外は符号を付すだけでそれらの詳細な説明は省略する。これは後述の図１６乃至図１８においても同じである。

図１６はひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図である。図１６には、現像ホッパ３１Ａのトナー量が１００ｇの場合で、羽根４５が制御弁３４から離れた時の、制御弁３４の状態を示している。
現像ホッパ３１Ａのトナー量が元々少ない状態であり、第１搬送パドル３８は制御弁３４付近のトナーを下方に搬送しているので、更に制御弁３４に掛かるトナーは少ない。
従って、制御弁３４は羽根４５による押し込む力から開放されると、制御弁３４自体の弾性により、速やかに、元の状態に戻る。すなわち、ひずみの減少が速やかに起こり、更に、トナーから作用する力がないので、ほぼひずみゼロの状態になる。
図１７はひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図である。図１７の現像ホッパ３１Ａのトナー量が１７０ｇの場合、まず、第１搬送パドル３８が制御弁３４に触る前から、トナーを介して、またトナーの流れで、制御弁３４には力が作用し始め、僅かに制御弁３４はひずみを生じる。
但し、制御弁３４にはそのひずみに反して、制御弁３４裏面のトナーからの反力も作用しているため、第１搬送パドル３８の接触前から接触後にかけて、制御弁３４を押しこむ力を若干弱めて、ひずみ量は低下している。

図１８はひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図である。図１８では、制御弁３４のひずみがゼロになることはなく、ひずみが残留した状態がしばらく続くことを示している。
第１搬送パドル３８の羽根４６が制御弁３４を押し込むことで、制御弁３４のひずみが最大となるポイントを経て、第１搬送パドル３８が制御弁３４から離れたところから、制御弁３４はそれ自体の弾性で元の位置に戻ろうとし、ひずみは減少する方向になる。
しかし、制御弁３４の前方からの現像ホッパ３１Ａ内のトナーの流れによって、制御弁３４のひずみがゼロになることはなく、ひずみが残留した状態がしばらく続く。
図１９は制御弁のひずみの変化をグラフで示す図である。図１９は上述した制御弁３４のひずみの変化をグラフで示している。ここでは、現像ホッパのトナー量が違う時に、ひずみセンサの信号出力の波形が、異なっている様子が見られる。
この異なる様子には、ひずみの発生に時間差ができる点、また、最大のひずみ量に差が生じる点、ひずみが開放される時の解放速度、そして最後に、残留ひずみ量がある。これらを比較して、現像ホッパ内にトナーがどれだけ残っているか推定することが可能である。
ここでは、ひずみの解放速度について、横軸に現像ホッパトナー量で、グラフ化すると、１００ｇから１７０ｇの間で、（アナログ的に）ほぼリニアに変化しているので、その中間のトナー量の推定が可能となり、上記他の因子について、比較すれば、更に高精度でのトナー量予測が可能となる。

更に、このひずみ量測定を複数回行って、その結果から、トナー量を判断することにより、トナーの流れによるひずみ量のバラツキを平均化して、正確なトナー残量を推定することができる。
この現像ホッパのトナー残量検知方法を利用すれば、制御弁を現像ホッパに備える本現像ユニットの構成でも、現像ホッパの残量が低下した時に、それ以上使い進むことなく、技術課題で述べたような画質の劣化や、現像ユニットの破損を未然に防止することができる。
また、制御弁のひずみ量の変化を検出して、トナーカートリッジの交換を行なうことによって、現像ホッパのトナー量の減少の様子が連続的に検出できるので、トナーカートリッジの交換タイミングが適正なトナー量の時に行うことができ、トナー劣化を防ぐことで画質の長期維持が可能となる。

更に、制御弁のひずみ量の変化を検出して、トナーカートリッジからトナーの補給動作を行なわせる。従って、現像ホッパのトナーが一時的に減少に進む場合（高面積画像を多数枚印刷する時など）、トナーカートリッジには、まだ交換するには早すぎる程度にトナーが残っている場合、現像ホッパのトナー量の減少により、トナーカートリッジからの補給動作（トナーカートリッジの搬送パドルの回転や現像ホッパの搬送パドルの回転、現像ホッパの制御弁の駆動など）を行ない、トナーカートリッジから現像ホッパにトナーを供給させる。
この時、制御弁のひずみをモニタしつつ行なうことで、トナーが現像ホッパに確実に供給されてきているかを判断する。ここで、トナーカートリッジからのトナー供給により現像ホッパのトナーの劣化の進行を抑えることができる。
もし、一定時間内で、ひずみセンサの信号出力によりトナーの供給が少ないと判断した場合には、トナーカートリッジのトナー量が少なくなっていると判定し、改めて、トナーカートリッジの交換を要求するメッセージをユーザーに知らせる。

また、現像ホッパのトナーは、印刷されるパターンにより、主走査方向でトナー消費に偏りが生じる場合があり、その時には、現像ホッパ内でトナーのレベルの偏りになって現れてくる。このような状況では、トナーが多く使われた場所でトナーの劣化が進んだり、逆にあまり使用されない場所でトナーの劣化が進んだりする。
ここで、複数の連通口に対応する制御弁にひずみセンサを２箇所以上取り付けて（例えば、画像の右と左の２箇所、画像の右・中・左の３箇所等）、その各々の位置で、制御弁のひずみ量をモニタすることで、どの位置でトナーのレベルが下がってきているかを判定することができる。
現像ホッパ内のトナーの偏りを検出して、トナーのレベルが位置によって偏りができたと判断されたら、現像動作時間外に現像ホッパの搬送パドルを回転させて現像ホッパ内のトナーレベルを揃える制御を行ない、部分的な偏った位置でのトナー劣化を防ぐようにする。
更に、図示していないが、現像ホッパ内のトナーを横方向に移動できる横送りスクリュを備え、それを正回転、逆回転することにより、２つ以上の制御弁のひずみ量の差を検出して、迅速に現像ホッパのトナーの偏りを解消して、トナーの部分的な劣化を防止することができる。なお、横送りスクリュの配置位置は、図２の第１搬送パドル３８とドクタローラ（規制ローラ）３７の間等が考えられる。

本発明の構成における制御弁でのトナーの供給、戻し作用や、制御弁のひずみ状態の検出を、精度良く、確実に行うために、トナー間に空気を内包し、搬送パドルの動きに対してトナーの流れが適正であることが必要である。そのため、トナーのかさ密度（空気を含んだ状態の重量／体積）を振って調べたところ、例えば、０．４から０．６ｇ／ｃｍ^３のときに、上記動作が適正に行なえることが分かった。
それ以下では、空気の内在量が多いなど過度の流動性を有するために、本構成には望ましくない。また、０．６以上では、トナー単体の重量が重く（一定以上の磁性対を含むトナー）、空気の内在量が少なく、かつ流れ難いトナーであるため、やはり、本構成に動作上、不適格である。
本発明の現像装置を、図１に示した画像形成装置に用いることで、もしくは本現像装置を像担持体と一体に支持したプロセスカートリッジを画像形成装置に用いることで、長期にわたってトナーの帯電が安定し、また安定したトナー量を供給できる。
また、トナーエンド検知の高精度検出によって、トナーの劣化を進ませることがないので、長期にわたって出力画像の濃度が安定し、地汚れの発生もなく、更に、内部のトナー飛散も少ない、画質の安定した画像形成装置とすることができる。

本発明による現像装置を適用する画像形成装置の構成を示す概略図。図１の画像形成装置に適用される本発明による現像装置の構成を説明する概略断面図。本発明の現像装置における現像ユニットに配置される制御弁の構造を示す概略図。トナーカートリッジ側から現像ユニットにトナーが供給される状態を模式的に示す図。トナーカートリッジ側のトナーが供給される状態を模式的に示す図。現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図。現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図。現像ユニットとトナーカートリッジとの間におけるトナーの移動について模式的に示す図。本発明に係る第１搬送パドルを示す概略斜視図。連通口を示す概略図。本発明の現像装置における連通口の構成を示す概略図。本現像ユニットの現像ホッパ内のトナー量に応じて、現像ホッパのどのレベルまでトナーが占めるかを説明する現像装置の概略断面図。左側の縦軸にトナーカートリッジのトナー量を示し、右側の縦軸に現像ホッパのトナー量を、また、横軸に印刷枚数をグラフで表している図。制御弁の背面に設けた歪みセンサを示す概略斜視図。ひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図。ひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図。ひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図。ひずみセンサを貼り付けた制御弁の動きについて説明する概略断面図。制御弁のひずみの変化をグラフで示す図。

符号の説明

１画像形成装置、２感光体ユニット、３現像装置、４露光装置（書き込み光学ユニット）、５転写装置（２次転写ユニット）、６定着装置（定着ユニット）、７中間転写ユニット、８像担持体（感光体ベルト）、９感光体クリーニング装置、１０帯電装置（帯電ローラ）、１４中間転写体（中間転写ベルト）、２５２次転写対向ローラ、２８２次転写ローラ、３０現像スリーブ、３１現像ユニット、３１Ａ現像ホッパ、３２トナーカートリッジ、３３連通口、３４制御弁、３５リブ、３８第１搬送パドル、４４制御弁（樹脂フィルム）、４５羽根（櫛歯状のフィルム）、４６羽根（櫛歯状のフィルム）、５７ひずみセンサ、５８羽根（矩形状のフィルム）

Claims

像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像ユニットと、現像ユニットにトナーを補給する着脱自在なトナーカートリッジとを横方向に配列し、前記トナーカートリッジと前記現像ユニットとの間でトナーを通過させる連通口と、この連通口を通過させるトナー量を制御する制御弁と、を備える現像装置において、前記制御弁を、櫛歯状のフィルムと矩形状のフィルムとを同時に備えるトナー搬送パドルが駆動し、前記制御弁のひずみ量を検出することを特徴とする現像装置。
前記制御弁のひずみ量の変化を検出して、前記トナーカートリッジの交換を行なうことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記制御弁のひずみ量の変化を検出して、前記トナーカートリッジからトナーの補給動作を行なわせることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
複数の連通口に対応して同数の制御弁を備え、そのうち少なくとも２つ以上の制御弁のひずみ量を検出することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
現像ホッパに横送りスクリュを備え、２つ以上の制御弁のひずみ量の差を検出して、前記横送りスクリュを駆動させることを特徴とする請求項４記載の現像装置。
かさ密度が０．４〜０．６ｇ／ｃｍ^３の範囲のトナーを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の現像装置。
静電潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電装置と、帯電した像担持体の表面に静電潜像を書き込む露光装置と、前記像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置と、前記像担持体表面の可視像を直接又は中間転写体を介して記録部材に転写する転写装置と、前記像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と、前記記録部材上の可視像を熱及び又は圧力で定着させる定着装置と、を含んでいる画像形成装置において、前記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか一項記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体と前記現像装置とを一体に支持し、着脱可能なプロセスカートリッジとして形成することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
少なくとも像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。