JP2014126834A - 現像剤収納ユニット、現像ユニット、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 現像剤量の検出精度を向上することが可能な現像剤収納ユニットを提供する。
【解決手段】 現像剤を収納する容器と、容器内で回転する回転軸と、回転軸に設けられ、容器内の現像剤量を検出するための第一ピエゾフィルムを備え、回転軸の回転に伴って現像剤を攪拌する第一攪拌部と、回転軸に設けられ、容器内の現像剤量を検出するための第二ピエゾフィルムを備え、回転軸の回転に伴って前記現像剤を攪拌する第二攪拌部と、を有する現像剤収納ユニット。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像形成装置に用いられる現像剤収納ユニットに関する。

従来、電子写真プリンタ等の画像形成装置に用いられる現像剤収納ユニットにおいて、ユニット内の現像剤量を検出するための構成の一つとして、ピエゾ素子を用いたトナー量検出構成が採用されている。

特許文献１に記載の画像形成装置では、現像剤収納ユニットの現像剤を攪拌する攪拌部材は、撹拌板に高分子圧電板を取り付けて構成され、攪拌時に高分子圧電板にかかる現像剤の圧力に基づいてユニット内の現像剤量検出を行っている。この攪拌板は、実質的に剛体で撓まない構成であり、高分子圧電板は、その厚み方向に受ける圧力に基づいて現像剤量を検出する。

特開平３−２７１７８５

上述の従来技術の画像形成装置は、高分子圧電板からの出力がその厚み方向の歪みに伴う出力に限定されるため、現像剤量を精度良く検出することが困難であった。そこで本発明は、上記従来技術を更に発展させ、現像剤量の検出精度を向上することが可能な現像剤収納ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る現像剤収納ユニットは、現像剤を収納する容器と、
前記容器内で回転する回転軸と、前記回転軸に設けられ、前記容器内の現像剤量を検出するための第一ピエゾフィルムを備え、前記回転軸の回転に伴って前記現像剤を攪拌する第一攪拌部と、前記回転軸に設けられ、前記容器内の現像剤量を検出するための第二ピエゾフィルムを備え、前記回転軸の回転に伴って前記現像剤を攪拌する第二攪拌部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤量の検出精度を向上することが可能な現像剤収納ユニットを提供することができる。

実施例１における画像形成装置の概略断面図である。 実施例１におけるプロセスカートリッジの概略断面図である。 実施例１における撹拌部材２５の概略図である 従来の高分子圧電板を用いたトナー量検出と実施例１のピエゾフィルムを用いたトナー量検出との違いを説明する概略図である。 実施例１における、撹拌部材の回転周期内での撹拌シートの撓み量変化の様子を説明する概略図である。 実施例１における、ピエゾフィルムの出力電圧のプロファイルである。 トナー量とピエゾフィルムからの出力電圧との関係を示す図である。

（実施例）
（１）画像形成装置の構成と動作の概略
先ず、電子写真画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略断面図である。画像形成装置１００は、タンデム方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーンナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための第１、第２、第３、第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

尚、本実施形態では、第１〜第４の画像形成部の構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。

即ち、画像形成装置１００は、複数の像担持体として、鉛直方向と交差する方向に並設された４個のドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１は、図１の矢印Ａ方向（時計方向）に不図示の駆動手段により回転駆動される。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を均―に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段としてのスキャナユニット（露光装置）３が配置されている。又、感光体ドラム１の周囲には、静電像をトナー像として現像する現像手段としての現像ユニット（現像剤収納ユニット）４、転写後の感光体ドラム１の表面に残ったトナー（転写残トナー）を除去するクリーニング手段としてのクリーニング部材６が配置されている。更に、４個の感光体ドラム１に対向して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材１２に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト５が配置されている。

尚、現像ユニット４は、現像剤として非磁性一成分現像剤のトナーを用いる。又、本実施形態では、現像ユニット４は、現像剤担持体としての現像ローラ（後述）を感光体ドラム１に対して接触させて反転現像を行うものである。即ち、本実施形態では、現像ユニット４は、感光体ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを、感光体ドラム１上の露光により電荷が減衰した部分（画像部、露光部）に付着させることで静電像を現像する。

感光体ドラム１と、感光体ドラム１に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２、現像ユニット４及びクリーニング部材６とは、一体的にカートリッジ化されて、プロセスカートリッジ７を構成している。プロセスカートリッジ７は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７は全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブランク（Ｋ）の各色のトナーが収納されている。

中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト５は、全ての感光体ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト５は、複数の支持部材として、駆動ローラ５１、二次転写対向ローラ５２、従動ローラ５３に掛け渡されている。

中間転写ベルト５の内周面側には、各感光体ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ８が並設されている。一次転写ローラ８は、中間転写ベルト５を感光体ドラム１に向けて押圧し、中間転写ベルト５と感光体ドラム１とが当接する一次転写部Ｎ１を形成する。そして、一次転写ローラ８に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

又、中間転写ベルト５の外周面側において二次転写対向ローラ５２に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ９が配置されている。二次転写ローラ９は中間転写ベルト５を介して二次転写対向ローラ５２に圧接し、中間転写ベルト５と二次転写ローラ９とが当接する二次転写部Ｎ２を形成する。そして、二次転写ローラ９に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、 トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト５上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。

画像形成時には、先ず、感光体ドラム１の表面が帯電ローラ２によって一様に帯電される。次いで、スキャナユニット３から発された画像情報に応じたレーザー光によって、帯電した感光体ドラム１の表面が走査露光され、感光体ドラム１上に画像情報に従った静電像が形成される。次いで、感光体ドラム１上に形成された静電像は、現像ユニット４によってトナー像として現像される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ８の作用によって中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト５上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。

その後、中間転写ベルト５の移動と同期が取られて記録材１２が二次転写部Ｎ２へと搬送され、記録材１２を介して中間転写ベルト５に当接している二次転写ローラ９の作用によって、中間転写ベルト５上の４色トナー像は、一括して記録材１２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置１０に搬送される。定着装置１０において記録材１２に熱及び圧力を加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。

又、一次転写工程後に感光体ドラム１上に残留した一次転写残トナーは、クリーニング部材６によって除去、回収される。又、二次転写工程後に中間転写ベルト５上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１１によって清掃される。

尚、画像形成装置１００は、所望の単独又はいくつか（全てではない）の画像形成部のみを用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。

（２）プロセスカートリッジ
次に、本実施例の画像形成装置１００に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について説明する。

図２は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジ７の概略断面（主断面）図である。尚、本実施例では、収納している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成及び動作は実質的に同一である。

プロセスカートリッジ７は、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ１７等を備えた現像ユニット４とを有する。

感光体ユニット１３は、感光体ユニット１３内の各種要素を支持する枠体としてのクリーニング枠体１４を有する。クリーニング枠体１４には、図示しない軸受を介して感光体ドラム１が回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１は、図示しない駆動モータの駆動力が感光体ユニット１３に伝達されることで、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向（時計方向）に回転駆動される。画像形成プロセスの中心となる感光体ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光体ドラムを用いている。

又、感光体ユニット１３には、感光体ドラム１の周面上に接触するように、クリーニング部材６、帯電ローラ２が配置されている。クリーニング部材６によって感光体ドラム１の表面から除去された転写残トナーは、クリーニング枠体１４内に落下、収納される。

帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム１に加圧接触することで従動回転する。ここで帯電ローラ２の芯金には、帯電工程において感光ドラム１に対して所定の直流電圧が印加されており、これにより感光ドラム１の表面には、一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。前述のスキャナユニット３からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光ドラムを露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位（Ｖｌ）、未露光部位は所定の暗部電位（Ｖｄ）となる静電潜像が、感光ドラム１上に形成される。

一方、現像ユニット４は、現像ローラ１７、現像ブレード２１、トナー供給ローラ２０、トナー８０、及び現像に寄与するトナーを収納するトナー収納室１８を有する。

トナー収納室１８内には、回転軸２２と、回転軸に取り付けられトナーを攪拌する攪拌部材２５（第一攪拌部）と撹拌部材７５（第二攪拌部）が設けられている。撹拌部材２５は、回転軸２２に一端が固定された撹拌シート２３（第一攪拌シート）と、攪拌シート２３に貼り付けられたピエゾフィルム２４（第一ピエゾフィルム）とを有する。回転軸２２が不図示の駆動手段により回転することで、トナー収納室１８内に収納されたトナーを攪拌シート２３により攪拌すると共に、トナー供給ローラ２０の上部に向けて図中矢印Ｇ方向にトナーを搬送する。攪拌部材７５は、撹拌部材２５と同じ構成であり、攪拌シート（第二攪拌シート）にピエゾフィルム（第二ピエゾフィルム）が張り付けられている。本実施例では、これら２枚の撹拌シートがなす角度を９０°に設定する。すなわち、２枚のピエゾフィルムの二面角は９０°に設定する。この撹拌部材２５と撹拌部材７５は、現像ユニット４による現像時に回転軸２２が回転することでトナーを攪拌する。本実施例では、後述するように、この２つの攪拌部材によるトナーの攪拌時に、各々の攪拌部材が有する攪拌シートとピエゾフィルムがトナーから受ける圧力によって撓むよう構成されている。本実施例の画像形成装置１００は、２枚のピエゾフィルムから得られる出力電圧に基づいてトナー量を検知するよう構成されている。

現像ブレード２１は現像ローラ１７に対してカウンター方向に当接しており、現像ローラ１７上のトナーコート量を規制するとともにトナーに電荷付与を行っている。現像ブレード２１は薄い板状部材からなり、薄板のバネ弾性を利用して当接圧力を形成し、その表面がトナー及び現像ローラ１７に接触当接される。現像ローラ１７はＤ方向に回転し、トナーは現像ブレード２１と現像ローラ１７との摺擦により摩擦帯電されて電荷を付与されると同時に層厚規制される。また、現像ブレード２１に不図示のブレードバイアス電源から所定電圧を印加し、トナーコートの安定化を図っている。

現像ローラ１７と感光体ドラム１とは、対向部（接触部）において互いの表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するように回転する。尚、本実施形態では、現像ローラ１７は感光体ドラム１に接触して配置されているが、現像ローラ１７は、感光体ドラム１に対して所定間隔を開けて近接配置される構成であってもよい。

本実施形態においては、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、現像ローラ１７に印加された所定のＤＣバイアスにより、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。

トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７とはニップ部を形成して配設されており、図示矢印Ｅ方向（反時計方向）に回転する。トナー供給ローラ２０は導電性芯金の外周に発泡体を形成した弾性スポンジローラである。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７は所定の侵入量を持って接触している。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７とはニップ部において互いの表面が逆方向に移動するよう回転しており、このニップ部でトナー供給ローラ２０による現像ローラ１７へのトナー供給及び現像ローラ１７上のトナーの剥ぎ取りを行っている。

なお、現像ローラ１７、トナー供給ローラ２０は、共に外径φ２０であり、トナー供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量を１．５ｍｍに設定している。

（３）撹拌部材の構成と、トナー量検出方法
撹拌部材２５と撹拌部材７５の構成は同じであり、説明を簡単にするため、以下の（３−１）から（３−３）では撹拌部材２５の構成のみについて具体的に説明する。

（３−１）撹拌部材の構成
図３（ａ）に攪拌部材２５の概略図を、図３（ｂ）に撹拌部材２５を軸線方向に見た断面概略図を、図３（ｃ）にピエゾフィルム２４の断面拡大図を示す。ピエゾフィルム２４は、東京センサ（株）製であり、厚みは２０μｍである。材料はポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）である。ピエゾフィルム２４は、ピエゾポリマー（ＰＶＤＦ）基板２４ａの表裏の表面に銀インク電極２４ｂが形成されている。

ピエゾフィルム２４は、ピエゾフィルム２４のフィルム面に平行な方向の応力に対する感度（圧電性）よりもフィルム面に垂直な方向の応力に対する感度（圧電性）の方が高いものを用いている。ピエゾフィルム２４は、圧縮応力に対する感度よりも引張応力に対する感度の方が高く、特に、製造の圧延方向の引張応力に対する感度が最も高い。ピエゾフィルム２４は、この圧延方向が撹拌部材の回転軸線と直交するよう絶縁性の撹拌シート２３に接着されている。本実施例では図３（ｂ）のように撹拌シート２３の長手中央部に幅１０ｍｍのピエゾフィルム２４を撹拌シート２３と一体化するように接着している。撹拌シート２３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構成している。攪拌シート２３の材料はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）であり、シートの厚みは１５０μｍである。ピエゾフィルム２４の銀インク電極２４ｂ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２６によって画像形成装置本体の電圧検出回路につながっている。そして、画像形成装置本体に設けられた報知信号形成手段としての信号形成部９０（図１参照）が、トナー量を報知するための報知信号を２枚のピエゾフィルムの出力電圧に基づいて形成する。このようにピエゾフィルムを撹拌シート上に配置することで、比較的小面積のピエゾフィルムによって、微小なトナー粉圧の変化を検出することが可能となる。

以下に、従来例に挙げた特開平３−２７１７５８の攪拌部材の構成と比較としながら、本実施例の構成により得られる作用効果を説明する。

ピエゾフィルムは、薄膜化が可能で可撓性を有する。フィルムが薄く、断面積が非常に小さいため、フィルム面に平行な方向の小さな引張力により大きな材料内応力が発生する。特に、圧延方向の引張力に対して最も感度が高く、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。本実施例では、このようなピエゾフィルム２４の特性を効果的に利用することにより、トナー粉圧を高感度で検出可能とした。

図４は従来例の構成と本実施例の構成との比較図である。従来例は図４（ａ）に図示したように、高分子圧電板２８の厚み方向にかかるトナー粉圧を、高分子圧電板２８の厚み方向の変形量（歪み量）に変換し、その変形量を電圧に変換する思想である。従来例の構成では、厚み方向にトナー粉圧を受けるため、撹拌板２７は、変形しないように実質的に剛体のものを用いている。このような構成ではトナー粉圧を厚み方向に受けた際、圧電板２８の変形が、圧電板２８が厚み方向に縮む変形にのみ制限される。一般的な高分子圧電素子のヤング率が２〜４×１０^９Ｎ／ｍ^２であることから明らかなように、微小なトナー粉圧による厚み方向の変形量は極微小であり、発生する材料内応力は極めて小さくなる。従って、従来例の構成ではトナー粉圧の変化を受けて発生する電圧は非常に小さい。

一方、図４（ｂ）に示した実施例の構成では、弾性復元力を持つ可撓性部材である撹拌シート２３の撓み面に、薄膜化したピエゾフィルム２４を接着して一体化する。こうすることで微小なトナー粉圧を、図のように圧延方向の大きな伸び変形に変換することが可能となる。

また、ピエゾフィルム２４は撹拌シート２３と接着して一体化され、撹拌部材２５の中立軸（フィルム面に垂直な断面における中立軸であり、撹拌部材２５が撓んだときに引張変形も圧縮変形もしない箇所）から離れた位置にある。従って、撹拌シート２３が撓んだ時に、ピエゾフィルム２４の歪み量をより大きくすることが可能となる。

また、本実施例では先端が自由端となる撹拌シート２３を用いたため、微小なトナー粉圧であっても、大きな曲げ変形により大きな電圧変化が生じる。

なお、本実施例においては、ピエゾフィルム２４の最も感度が高い圧延方向の撓み量が、圧延方向と直交する方向の撓み量よりも大きくなるように配置した。しかし、直交する幅方向の撓み量が大きくなるようにピエゾフィルム２４を配置しても、原理的に従来例に対して、検出感度が大きくなる効果は得られる。

また、本実施例においては、ピエゾフィルム２４は、攪拌シート２３の長手方向中央部において攪拌シート２３の短手方向（回転半径方向）の一端から他端に渡って張り付けた。しかし、これに限定されるものではなく、例えば撹拌シート２３の自由端付近のみでもよく、撹拌構成、現像容器構成に従って任意に変更すればよい。

（３−２）ピエゾフィルムの出力電圧プロファイル
ピエゾフィルムの出力電圧プロファイルを説明する上で、説明を簡単にするために、まず撹拌部材７５を設けずに撹拌部材２５のみを設けて攪拌動作を実行した時の、撹拌部材２５の回転一周期内における撹拌シート２３の撓み量の変化の様子を図５のＡ〜Ｆに示す。図６に、撹拌部材２５の回転に伴ってピエゾフィルム２４の電極２４ｂ間に発生した電圧のプロファイルを示す。

図５の攪拌シート２３の撓み量と図６のプロファイルとの対応関係について説明する。
撹拌シート２３が図中のＡの位置から回転すると、Ｂ〜Ｃでトナーの剤面に撹拌シートの先端が突入し始め撓みが発生し始める。同時に、撓み量の変化に応じてピエゾフィルム２４に電圧が発生する。その後Ｄ〜Ｅで少しずつ撓み量変化が大きくなり、Ｆの段階で最大の撓み量となった後、Ａの段階で急激に撓みが解放される。この時、撓みが戻る方向に撹拌シートが急激に変形するので、ピエゾフィルム２４は、その撓み方向の変化と撓み量の急激な変化に対応して図６のように逆方向の大きなピーク電圧を発生する。

なお、撹拌シート２３は、トナーの搬送性能を重視して、図５に示すように容器の底壁を摺擦する構成としている。ピエゾフィルム２４の特性を活かした本構成の検出感度が非常に高いため、壁に接触することによる撓み量変化の影響が含まれた出力から、トナー粉圧の微小な変化分を検出することが可能である。

（３−３）トナー量検出方法
図６に示すプロファイル中で、トナー量によって変化する値の例を以下に示す。

［トナー量によって変化する値］
（ｉ）逆方向ピーク電圧発生タイミングＴａ、逆方向ピーク電圧Ｖａ
（ii）トナー剤面突入タイミングＴｃ
（iii）正方向最大電圧Ｖｆ
（iv）撹拌部材の一回転周期あたりに得られるプロファイルの積分値
例：積分値α＝出力電圧の絶対値の総和
積分値β＝正方向の出力電圧の総和
積分値γ＝逆方向の出力電圧の総和
以下、図６のプロファイルを参照しながら、上記の（ｉ）から（iv）が、トナー量が減少した場合にどう変化するか、その原理と共に説明する。

トナー量（現像剤量）が減少すると、トナー剤面が図中下方に下がる変化と、撹拌シート２３が撹拌する総トナー量が減少する変化と、が起きる。

トナー剤面が下がるため、且つ撹拌シート２３が撹拌する総トナー量が減少するため、撹拌シート２３の撓み量の減少タイミングが早まり、（ｉ）の逆方向ピーク電圧発生タイミングＴａは、撹拌の回転一周期の中で早まる。また、同じ原理で撹拌シートの最大撓み量が小さくなって、撹拌シート２３の復元量が小さくなり、逆方向ピーク電圧Ｖａは小さくなる。

トナー剤面が下方に下がることによって（ii）のトナー剤面突入タイミングＴｃは遅くなる。撹拌シート２３が撹拌する総トナー量が減少することにより、撹拌シート２３の最大撓み量が小さくなって（iii）の正方向最大電圧Ｖｆは小さくなる。（iv）のプロファイルの積分値は、上述のトナー剤面が図中下方に下がる変化、及び撹拌シート２３が撹拌する総トナー量が減少する変化、の両方の変化に対応して、小さくなる。

（３−４）撹拌部材を２つ用いた場合における、ピエゾフィルムの出力電圧プロファイル
本実施例では、図６で示した逆方向の大きな電圧であるＶａの値を用いてトナー量を算出する。本実施例の現像ユニット４には、２枚の撹拌シートが、撹拌シートの回転方向における異なる位相で付設されている。この為、各ピエゾフィルムからの出力は、２枚の撹拌シートの位相差に対応する時間差を伴って同様のプロファイルを示す。これは、先にトナー剤面に突入する１枚目の撹拌シートからの出力は、上記で説明した様に出力を示すのに対し、続いてトナー剤面に突入する２枚目の撹拌シートは、１枚目の撹拌シートで撹拌しきれない残りのトナーを撹拌する。従って、２枚目の撹拌シートで撹拌するトナー量は１枚目の撹拌シートが撹拌するトナー量よりも小さくなる。結果として、２枚目の撹拌シートがトナーから受けるトナー粉圧が小さくなり、撹拌シートの撓み量が小さくなる為、出力の絶対値が小さくなる。従って、１枚目の撹拌シートと２枚目の撹拌シートからの出力は、絶対値の大きさは異なる場合があるものの、撹拌シート１周期でのプロファイル自体はほぼ変わらない。

次に２枚の撹拌シートを用い現像容器１８内のトナー量を検出する方法について説明する。図２は、本発明を適用した現像ユニット４を備えた画像形成装置の概略図である。図２において、撹拌シートは、矢印Ｇの方向にトナーを搬送するように回転する。また、図２において、２５を下流の撹拌シート、７５を上流の撹拌シートと呼ぶ。

図７は、本実施例におけるトナー量検知を行った時の現像ユニット４の寿命を通しての、各撹拌シートからの出力Ｖａと現像ユニット４内のトナー量との関係を示す。まず、新品現像ユニット４が本体に装着された場合、上流の攪拌シート及び下流の撹拌シートからの出力は、Ｉ時点の様に現像ユニット４の寿命の中で最も高い出力Ａを示す。現像容器１８内のトナー量が多い時は、下流の撹拌シートだけで現像容器１８内のトナーを全て撹拌できず（一部のトナーしか持ち上げることができず）、上流の撹拌シートでもトナーを撹拌する。また、現像容器１８内のトナー量が多い為、上流の撹拌シートでも残りのトナーを全て撹拌することができない。結果として、撹拌シートで撹拌できる最大のトナー量を撹拌する為、２枚の撹拌シートの撓み量は最大となり、ピエゾフィルムは高い出力を示す。この様な高い出力は、２枚のシートで現像室内のトナーを全て撹拌できる様になるトナー量であるII時点まで続く。II時点では、２枚の撹拌シートを用いて現像室内のトナーを全て撹拌できる。この時の現像室内トナー量をαとする。トナー量がII時点の量よりもさらに減少した場合、下流の撹拌シートだけではトナーを全て撹拌することはできないが、上流の撹拌シートも含めれば現像容器１８内のトナー全てを撹拌できるようになる。この為、トナーの減少に伴い、下流の撹拌シートは撹拌シートで撹拌できる最大のトナー量を撹拌する為、引き続き高い出力を示す。しかし、上流の撹拌シートからの出力は、上流の撹拌シートのトナー撹拌量が減少し、トナーから受ける圧力が小さくなり、撹拌シートの撓み量が小さくなる為、徐々に減少する。そして、III時点のトナー量になった場合、下流の撹拌シートのみで現像室内のトナーを全て撹拌できるようになる為、上流の撹拌シートからの出力はなくなる。ここで、III時点での現像室内トナー量をβとするとα＝２βの関係が成り立つ。この関係を利用することにより、現像室内トナー量がIII時点のトナー量未満になった時のトナー量の検知精度を向上することが可能となる。上流の撹拌シートからの出力がＡから０になるまでにトナー量は、αからβまで減少する。従って、ピエゾフィルムからの出力が単位出力減少すると（α―β）／Ａのトナー量が減少する。従って、III時点以降では、この関係を利用して現像室内のトナー量を検出する。現像室内のトナー量がIII時点のトナー量以下になると、下流の撹拌シートが撹拌するトナー量も徐々に減少する為、下流の撹拌シートからの出力も徐々に減少していく。そして、IV時点で現像室内のトナー量が無くなると、下流の撹拌シートからの出力も無くなり、撹拌シートの撓み量が０となる為、このタイミングでトナー切れと判断する。上記の工程により、トナー容器内のトナー量検知を終了する。１枚の撹拌シートを用いた場合は図７においてIIIからIVまでしかトナー量を検知できないのに対し、２枚の撹拌シートを用いることにより、IIからIIIまでのトナー量を逐次検知することができる。

なお、本実施例では逆方向ピーク電圧Ｖａを用いたが、出力電圧プロファイルの中から上述のトナー量に応じて変化する値のどれか、もしくはそれらを組み合わせて用いることが可能である。上述のトナー量に応じて変化する値は、撹拌構成や現像容器構成によって使い分けることが可能であり、また、トナー量に応じて使う値を変えてもよい。

また、図６に示すように撹拌シートがトナー剤面に突入するタイミング（図中Ｃ〜Ｄ付近）では、容器内壁に撹拌シートの先端が接触しないように撹拌シートを配置した。すなわち、攪拌部材２５と撹拌部材７５は、各々が下方に向けて回転する時に、現像容器の側壁１８ａに接触せずに容器の底壁１８ｂに到達するように配置されている。こうすることで、上記トナー剤面突入タイミングＴｃの検出精度を更に高めることが可能となる。

また、本実施例においては、図６に示すように、撹拌シートがトナー剤面から抜けるタイミング（図中Ａ付近）で、撹拌シートの先端が容器内壁に接触しないように配置した。すなわち、攪拌部材２５と撹拌部材７５の各々は、現像容器１８の底壁１８ｂを摺擦した後、撹拌シート２３が上方に向けて回転する時に、現像容器の側壁１８ｃに接触しないように配置されている。こうすることで、撹拌シートの伸展量と伸展速度を大きくすることができ、上述の逆方向ピーク電圧発生タイミングＴａや逆方向ピーク電圧Ｖａを用いてトナー量を検出する場合に、検出精度を更に高めることが可能となる。

以上、本実施例の現像ユニットでは、回転軸に設けられ第一ピエゾフィルムを備える第一攪拌部材と、回転軸に設けられ第二ピエゾフィルムを備える第二攪拌部材とを有する。

そして、これらの二つのピエゾフィルムの出力に基づいてトナー量を報知するための報知信号を形成する。これにより、従来よりも精度良くトナー量を検出することができる。

なお、本実施例では、２枚の撹拌シートを用いた場合の効果を説明したが、例えば、３枚以上の撹拌シートを用いた場合においても高精度逐次検知が可能となる。また、本実施例では、２枚の撹拌シートが成す角度（２枚のピエゾフィルムの二面角）は９０°に設定したが、この角度に限らない。好ましくは４５°以上（４５°〜１８０°）の範囲に設定することで、精度良くトナー量を検出することができる。

また、本実施例におけるその他の効果として、以下の事項を挙げることができる。
本実施例の現像ユニット４は、トナーを収納する現像容器１８と、現像容器１８のトナー量を検出するためのピエゾフィルムと、を有する。ピエゾフィルムは、ピエゾフィルムは、フィルム面に平行な方向の応力に対する感度がフィルム面に垂直な方向の応力に対する感度より高くトナーとの相対移動に伴って撓むように設けられている。これにより、トナー量を精度良く検出することができる。

また、ピエゾフィルムは、現像容器内に回転可能に設けられており、ピエゾフィルムのフィルム面に平行な方向であってピエゾフィルムの回転軸に垂直な方向の引張応力に対する感度が、回転軸方向の引張応力に対する感度よりも高くなるように設けられている。これにより、ピエゾフィルムの回転時にピエゾフィルムがトナーから受ける力が効率的に電圧に変換され、トナー量の検出精度を一層向上することができる。さらに、ピエゾフィルムは、フィルム面に平行な方向のうち、ピエゾフィルムの回転軸に垂直な方向の引張応力に対する感度が最も高くなるように設けられている。これにより、トナー量の検出精度を一層向上することができる。

また、ピエゾフィルムは、ピエゾフィルムよりも弾性復元力の大きい攪拌シートと一体化されてトナーを攪拌する攪拌部材を構成している。これにより、トナー量の検出精度と攪拌部材による攪拌性能とを両立することを可能としている。更に、ピエゾフィルムは、攪拌部材の中立軸から離れた位置にある。これにより、トナー量の検出精度を一層向上することができる。また、ピエゾフィルムは、攪拌部材の回転方向において攪拌部材の下流側の表面に設けられている。これにより、撹拌部材の回転時にピエゾフィルムを効率的に撓ませることができ、トナー量の検出精度を一層向上することができる。

なお、本実施例においては、可撓性の攪拌シートに、可撓性のピエゾフィルムを貼り付けて一体化する構成を採用した。ただし、攪拌シートとピエゾフィルムとを別々に回転可能に設け、ピエゾフィルムはトナー量検出専用の部材としてもよい。また、攪拌シートを省略して、ピエゾフィルムだけで攪拌の機能を担うように構成してもよい。

１ 感光体ドラム
４ 現像ユニット
１７ 現像ローラ
２０ 現像剤供給ローラ
２４ ピエゾフィルム
２５ 第一撹拌部材
７５ 第二撹拌部材

Claims (11)

1. 現像剤を収納する容器と、
   前記容器内で回転する回転軸と、
   前記回転軸に設けられ、前記容器内の現像剤量を検出するための第一ピエゾフィルムを備え、前記回転軸の回転に伴って前記現像剤を攪拌する第一攪拌部と、
   前記回転軸に設けられ、前記容器内の現像剤量を検出するための第二ピエゾフィルムを備え、前記回転軸の回転に伴って前記現像剤を攪拌する第二攪拌部と、
   を有する現像剤収納ユニット。
2. 前記第一ピエゾフィルムは、前記第一攪拌部による現像剤の攪拌時に撓むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の現像剤収納ユニット。
3. 前記第二ピエゾフィルムは、前記第二攪拌部による現像剤の攪拌時に撓むように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤収納ユニット。
4. 前記第一ピエゾフィルムと前記第二ピエゾフィルムの二面角は４５°以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニット。
5. 前記第一ピエゾフィルムと前記第二ピエゾフィルムは、それぞれの圧縮応力に対する感度よりも引張応力に対する感度の方が高い請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニット。
6. 前記第一ピエゾフィルムは、前記第一ピエゾフィルムのフィルム面に平行な方向であって前記回転軸に垂直な方向の応力に対する感度が、前記回転軸方向の応力に対する感度よりも高くなるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の現像剤収納ユニット。
7. 前記第二ピエゾフィルムは、前記第二ピエゾフィルムのフィルム面に平行な方向であって前記回転軸に垂直な方向の応力に対する感度が、前記回転軸方向の応力に対する感度よりも高くなるように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の現像剤収納ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニットと、
   前記現像剤を担持して静電像を現像する現像剤担持体と、を有し、画像形成装置本体に着脱可能な現像ユニット。
9. 静電像を担持する像担持体と、
   請求項８に記載の現像ユニットと、を有し、
   画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。
10. 記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニットと、
    前記容器の現像剤量を報知するための報知信号を前記第一ピエゾフィルムの出力と前記第二ピエゾフィルムの出力とに基づいて形成する報知信号形成手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
11. 記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニットを着脱可能に構成され、
    前記容器の現像剤量を報知するための報知信号を前記第一ピエゾフィルムの出力と前記第二ピエゾフィルムの出力とに基づいて形成する報知信号形成手段を有することを特徴とする画像形成装置。

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