(57)【要約】【課題】  現像剤残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、容器内の現像剤量を検出するためのピエゾフィルムと、を有する現像剤収納ユニットであって、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も高く、現像剤との相対移動に伴って撓むように設けられている。【選択図】  図３
2014126833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収納する容器と、
前記容器内の現像剤量を検出するためのピエゾフィルムと、を有し、
前記ピエゾフィルムは、フィルム面に平行な方向の応力に対する感度が前記フィルム面に垂直な方向の応力に対する感度よりも高く、前記現像剤との相対移動に伴って撓むように設けられていることを特徴とする現像剤収容ユニット。
【請求項２】
前記ピエゾフィルムは、容器内に回転可能に設けられており、前記フィルム面に平行な方向であって前記ピエゾフィルムの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１に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項３】
前記ピエゾフィルムは、前記フィルム面に平行な方向のうち、前記ピエゾフィルムの回転軸に垂直な方向の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とを特徴とする請求項２に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項４】
前記ピエゾフィルムは、前記回転軸に垂直な方向の長さが、前記回転軸方向の長さよりも大きい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。
【請求項５】
前記ピエゾフィルムは、前記ピエゾフィルムよりも弾性復元力の大きい可撓性シートと一体化されて現像剤を攪拌する攪拌部材を構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項６】
前記攪拌部材の前記フィルム面に垂直な断面において、前記ピエゾフィルムが前記攪拌部材の中立軸から離れた位置にあることを特徴とする請求項５に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項７】
前記ピエゾフィルムは、前記攪拌部材の回転方向において前記攪拌部材の下流側の表面に設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項８】
前記攪拌部材は、前記攪拌部材が下方に向けて回転する時に、前記容器の側壁に接触せずに前記容器の底壁に到達することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項９】
更に、現像剤を攪拌する攪拌部材を有し、
前記ピエゾフィルムは、前記容器の内壁に取り付けられ、前記攪拌部材による現像剤の攪拌に伴って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。
【請求項１０】
更に、現像剤を攪拌する攪拌部材を有し、
前記ピエゾフィルムは、前記ピエゾフィルムよりも弾性復元力の大きい可撓性シートと一体化されて現像剤量検出部材を構成し、
前記現像剤量検出部材は、前記容器の内壁に取り付けられ、前記攪拌部材による現像剤の攪拌に伴って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。
【請求項１１】
前記現像剤量検出部材の前記フィルム面に垂直な断面において、前記ピエゾフィルムが前記現像剤量検出部材の中立軸から離れた位置にあることを特徴とする請求項１０に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項１２】
前記ピエゾフィルムは、前記現像剤量検出部材における前記攪拌部材の回転方向上流側の表面に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項１３】
前記攪拌部材は、現像剤の攪拌時に前記ピエゾフィルムに接触することを特徴とする請求項９に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項１４】
前記攪拌部材は、現像剤の攪拌時に前記現像剤量検出部材に接触することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニット。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニットと、
現像剤を担持して静電像を現像する現像剤担持体と、を有する現像ユニット。
【請求項１６】
静電像を担持する像担持体と、
請求項１５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に設けられたプロセスカートリッジ。
【請求項１７】
記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像剤収納ユニットと、
前記容器内の現像剤量を報知するための報知信号を前記ピエゾフィルムの出力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。
【請求項１８】
記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１〜１４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、
前記容器内の現像剤量を報知するための報知信号を前記ピエゾフィルムの出力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。
【請求項１９】
記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１６に記載のプロセスカートリッジを着脱可能に構成され、
前記容器内の現像剤量を報知するための報知信号を前記ピエゾフィルムの出力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。
【請求項２０】
記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１６に記載のプロセスカートリッジと、
前記容器内の現像剤量を報知するための報知信号を前記ピエゾフィルムの出力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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、現像剤残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残量検出構成が採用されている。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２７１７８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
前記容器内の現像剤量を検出するためのピエゾフィルムと、を有し、前記ピエゾフィルムは、フィルム面に平行な方向の応力に対する感度が前記フィルム面に垂直な方向の応力に対する感度よりも高く、前記現像剤との相対移動に伴って撓むように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、現像剤残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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略断面図である。
【図２】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。
【図３】実施例１における撹拌部材の概略図である。
【図４】従来の高分子圧電板を用いたトナー残量検出と実施例１のピエゾフィルムを用いたトナー残量検出との違いを説明する概略図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】実施例１における、現像剤残量検出のフローチャートと、トナー残量検出結果である。
【図８】実施例１における、撹拌部材に対するピエゾフィルムの取り付け方の一例である。
【図９】実施例２におけるプロセスカートリッジの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例１）
（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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
トナー収納室１８内には、トナーを攪拌する攪拌部材２５が設けられている。  撹拌部材２５は、回転軸２２と、回転軸２２に一端が固定された撹拌シート２３（可撓性シート）と、攪拌シート２３に貼り付けられたピエゾフィルム２４（図３（ａ）、（ｂ）参照）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。本実施例ではトナー撹拌部材は、現像ユニットによる現像時に回転する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（３）撹拌部材の構成と、トナー残量検出方法
（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。
【００３７】
ピエゾフィルム２４は、フィルム面に平行な方向の応力に対する感度（圧電性）がフィルム面に垂直な方向の応力に対する感度（圧電性）より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ピエゾフィルム２４の出力電圧に基づいて形成する。
【００３８】
このようにピエゾフィルム２４を撹拌シート２３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。
【００３９】
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。
【００４０】
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比はおよそ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。
【００４１】
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２〜４×１０９Ｎ／ｍ２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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示すように、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２５ａ（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。したがって、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、圧延方向と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。例えば、ピエゾフィルム２４の圧延方向と回転軸２２の軸方向とを一致させるように配置してもよい。
【００４６】
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。
【００４７】
（３−２）ピエゾフィルムの出力電圧プロファイルの概要
本実施例の構成において撹拌部材２５の回転動作を実行した時の、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の間に発生した電圧のプロファイルを示す。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（３−３）トナー残量検出方法
図６に示すプロファイル中で、トナー残量によって変化する値の例を以下に示す。
【００５１】
［トナー残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Ｔｂ
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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Ｔｂ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。
【００５５】
（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。
【００５６】
図７（ａ）に、トナー量検出のフローチャートを示す。Ｓ１０１において、撹拌部材２５の回転駆動を開始する。撹拌部材２５の駆動開始直後に、Ｓ１０２において、出力の安定化、及び撹拌部材の回転位相の判断を行う。本実施例の構成では、印字動作を開始して撹拌部材を２回転させれば出力の安定化、及び回転位相の判断が可能であった。その後、Ｓ１０３において、ピエゾフィルム２４の出力電圧値を解析し、Ｓ１０４においてトナー量を検出する。そして、Ｓ１０５において攪拌部材２５の回転駆動を停止する。
【００５７】
図７（ｂ）に、本実施例の画像形成装置で印字動作を行い、現像容器内のトナー量を減少させた時の、トナー量と上述の（ii）のトナー剤面突入タイミングＴｂの変化値ΔＴｂとの相関を示す。ΔＴｂは、トナー量満タン時のＴｂ（Ｉｎｉｔｉａｌ）と、トナー量に応じたＴｂ（Ｎｏｗ）との差分である。図７（ｂ）に示したようにΔＴｂとトナー量とは相関があり、トナー量を逐次検出することが可能である。
【００５８】
なお、図７（ｂ）に示すように本実施例ではΔＴｂ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。
【００５９】
また、図５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、攪拌シート２３は、撹拌シート２３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Ｔｂの検出精度を更に高めることが可能となる。
【００６０】
また、本実施例においては、図５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。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。
【００６１】
本実施例における主な構成と効果として、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、現像容器内のトナー量を検出するためのピエゾフィルム２４と、を有し、ピエゾフィルム２４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。
【００６２】
また、ピエゾフィルム２４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２４のフィルム面に平行な方向であってピエゾフィルム２４の回転軸に垂直な方向の応力に対する感度が、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。これにより、ピエゾフィルム２４の回転時にピエゾフィルム２４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２４は、フィルム面に平行な方向のうち、ピエゾフィルム２４の回転軸に垂直な方向の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。
【００６３】
また、ピエゾフィルム２４は、ピエゾフィルム２４よりも弾性復元力の大きい可撓性の攪拌シート２３と一体化されてトナーを攪拌する攪拌部材２５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、撹拌部材２５のフィルム面に垂直な断面において、ピエゾフィルム２４が攪拌部材２５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２４は、攪拌部材２５の回転方向において攪拌部材２５の下流側の表面に設けられている（図４（ｂ）参照）。これにより、撹拌部材２５の回転時にピエゾフィルム２４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。
【００６４】
また、ピエゾフィルム２４は、ピエゾフィルム２４の回転軸に垂直な方向の長さＬが、ピエゾフィルムの回転軸方向の長さＷよりも大きい。従って、より効率的にピエゾフィルム２４を撓ませることができ、トナー量検出精度を一層向上することができる。
【００６５】
また、ピエゾフィルム２４は、回転軸と近接又は接触するように配置されている。従って、ピエゾフィルム２４から画像形成装置本体への配線の引き回しを簡易化することができる。
【００６６】
なお、本実施例においては、可撓性の攪拌シート２３に、可撓性のピエゾフィルム２４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２３とピエゾフィルム２４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。
【００６７】
なお、撹拌部材の構成として、例えば図８に示すような構成であっても本発明の効果は得られる。図８の攪拌部材２９は、弾性復元力を持つ可撓性シート３０にピエゾフィルム２４を貼り付け、それを丸めた状態で、実質的に剛体で撓まない撹拌パドル３１に取り付けた構成である。この構成によっても、トナー量を精度良く検出することができる。
【００６８】
また、本実施例では、ピエゾフィルム２４を攪拌部材の回転方向において攪拌シートの下流側の表面に設けたが、攪拌シートの上流側の表面に設ける構成や、複数の攪拌シートによってピエゾフィルムを挟む構成を採用することもできる。すなわち、ピエゾフィルム２４が撓むよう構成されていれば、厚み方向の変形に依存する従来構成と比較すると撓みによる大きな出力電圧を得ることができ、トナー量を精度良く検出することができる。
【００６９】
（実施例２）
実施例１では撹拌シート２３上にピエゾフィルム２４を設けたが、本実施例では、攪拌シート２３とは独立して、現像容器の内壁にピエゾフィルム２４を配設する点が特徴である。本実施例の構成のうち特に記述がない構成については、実施例１で記載した構成と同等である。
【００７０】
図９（ａ）に本実施例で用いるプロセスカートリッジの概略断面図を示す。図９（ａ）に示すように、現像剤量検出部材としてのトナー量検出部材３２が現像容器下部の内壁（底壁）に取り付けられている。このトナー量検出部材３２は、厚み１００μｍの可撓性シート３５と、実施例１と同一のピエゾフィルム２４と、を有し、可撓性シート３５とピエゾフィルム２４とを張り付けて一体化した構成である。可撓性シート３５の材質はＰＰＳである。このトナー量検出部材３２は、実施例１と同様に撹拌部材の回転動作に伴い、トナー粉圧を受けて撓みが発生する。ピエゾフィルム２４の感度を最大化するため、ピエゾフィルム２４は、攪拌部材３３の回転動作に伴って感度が最も高い圧延方向に変形するように、可撓性シート３５に貼り付けられている。
【００７１】
また、トナー量検出部材３２は、現像容器の長手方向において中央部の内壁に貼り付けている。現像容器の長手方向におけるトナー量検出部材３２の幅は１０ｍｍである。トナー量検出部材３２は、現像容器内壁に固定されている固定端から自由端まで２０ｍｍである。このような構成により、トナー量検出部材を設置することによる撹拌性能の低下の影響を抑制しつつ、トナー量検出精度を向上することが可能である。
【００７２】
実施例１と同様、貼り付けられたピエゾフィルム２４の表裏面には電極を形成し、両電極が画像形成装置本体の電圧検出回路につながっている。本実施例は、実施例１に比較して、ピエゾフィルムに発生した電圧を検出する際の電極構成がより簡易な構成となるため製造が容易である。実施例１では、撹拌シート２３に貼り付けたピエゾフィルム２４から摺動電極を介して画像形成装置の出力電圧検出手段と電気接点を取る必要があった。一方本実施例では、摺動電極を用いる必要はなく、ピエゾフィルム２４から容器内壁を通し、容器外部に対して直接電気接点を取ればよい。
【００７３】
実施例２の構成では、現像容器１８の底面にトナー量検出部材３２を設けている。これにより、トナー量がある程度少なくなってきてから、撹拌部材の回転周期ごとに、トナー量検出部材の撓み量が変化する。その時ピエゾフィルム２４に発生した電圧プロファイルから、トナー量の高精度検出が可能となる。
【００７４】
本実施例における主な構成と効果として、以下の事項を挙げることができる。
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２４と、を有する。そして、ピエゾフィルム２４は、フィルム面に平行な応力に対する感度がフィルム面に垂直な応力に対する感度よりも高く、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、実施例１と同様にトナー量を精度良く検出することができる。
【００７５】
また、ピエゾフィルム２４よりも弾性復元力の大きい可撓性シート３５とピエゾフィルム２４とを一体化してトナー量検出部材３２を構成する。そして、トナー量検出部材３２は、現像容器１８の内壁に取り付けられ、トナー量検出部材３２とは独立して設けられた攪拌部材３３によるトナーの攪拌に伴って撓むように設けられる。これにより、ピエゾフィルム２４は、撹拌部材３３の攪拌に伴って撓んでも弾性復元力により元の形状に戻り易くなるため、トナー量の検出精度を向上することができる。また、実施例１の構成と比較すると、ピエゾフィルム２４と導通する電気接点の構成を簡易化することができる。
【００７６】
また、ピエゾフィルム２４は、トナー量検出部材３２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２４は、トナー量検出部材３２における攪拌部材３３の回転方向上流側の表面に設けられている。これにより、撹拌部材３３の回転時にピエゾフィルム２４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。
【００７７】
なお、実施例２の構成においては、撹拌部材３３によるトナーの攪拌時に、撹拌部材３３がトナー量検出部材３２に接触するように配置した。このように配置することで、撹拌部材３３がトナー量検出部材３２に接触した瞬間に特有の出力電圧を検出可能となる。そのため、実施例１と比較して撹拌部材の回転位相の検出が原理的に容易となる。従って出力電圧の解析精度が高まり検出精度が向上する。
【００７８】
なお本実施例では、トナー量検出部材３２を現像容器内壁に設置する際に自由端ができるように設けたが、図９（ｂ）のように、トナー量検出部材３２を丸めて設置しても、本発明の効果は得られる。
【００７９】
また、本実施例ではピエゾフィルム２４と可撓性シート３５とを一体化したが、ピエゾフィルム２４単体を現像容器の内壁に取り付けてもよい。これにより、実施例１の構成と比較すると、ピエゾフィルムと導通する電気接点の構成を簡易化することができる。この場合、撹拌部材３３の回転位相の検出を容易にするために、撹拌部材３３はトナーの攪拌時にピエゾフィルムに接触するように配置することが好ましい。
【００８０】
また、本実施例では、ピエゾフィルム２４を攪拌部材３３の回転方向においてトナー量検出部材３２の上流側の表面に設けたが、トナー量検出部材３２の下流側の表面に設ける構成や、複数の可撓性シートによってピエゾフィルムを挟む構成を採用することもできる。すなわち、ピエゾフィルム２４が撓むよう構成されていれば、厚み方向の変形に依存する従来構成と比較すると撓みによる大きな出力電圧を得ることができ、トナー量を精度良く検出することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  感光体ドラム
４  現像ユニット
７  プロセスカートリッジ
１８  現像容器
２４  ピエゾフィルム
１００  画像形成装置
【図１】
2014126833.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014126833.tif 000007
【図６】
2014126833.tif 000008
【図７】
2014126833.tif 000009
【図８】
2014126833.tif 000010
【図９】
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