(57)【要約】【課題】現像剤の残量の多少にかかわらず、高い精度で現像剤の残量を検知することができる技術を提供する。【解決手段】現像剤が収容された収容部１８と、回転することにより収容部１８に収容された現像剤を攪拌して跳ね上げる攪拌部材２２と、撹拌部材２２とともに回転し、現像剤から受ける力の大きさに応じて大きさが変化する出力値を出力する出力手段２４と、を備え、出力手段２４は、攪拌部材２２の表面を滑り落ちた現像剤を受け止めることによる現像剤から受ける力に応じた出力値を出力することを特徴とする。【選択図】図１
2015129859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤が収容された収容部と、
回転することにより前記収容部に収容された現像剤を攪拌して跳ね上げる攪拌部材と、
前記撹拌部材とともに回転し、現像剤から受ける力の大きさに応じて大きさが変化する出力値を出力する出力手段と、
を備え、
前記出力手段は、前記攪拌部材の表面を滑り落ちた現像剤を受け止めることによる現像剤から受ける力に応じた出力値を出力することを特徴とする現像容器。
【請求項２】
前記出力手段は、現像剤から受ける力の大きさに応じた大きさの電圧値を出力することを特徴とする請求項１に記載の現像容器。
【請求項３】
前記出力手段は、圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載の現像容器。
【請求項４】
前記出力手段は、前記攪拌部材に一体的に設けられ前記圧電素子を支持する支持部材を有することを特徴とする請求項３に記載の現像容器。
【請求項５】
前記支持部材は、可撓性を有するシート状の部材であることを特徴とする請求項４に記載の現像容器。
【請求項６】
前記圧電素子は、現像剤から受ける力によって変形した前記支持部材の変形量に応じた大きさの電圧値を出力することを特徴とする請求項４または５に記載の現像容器。
【請求項７】
前記支持部材は、前記撹拌部材とともに回転して前記収容部における現像剤の堆積領域を通過することで現像剤から力を受けることを特徴とする請求項６に記載の現像容器。
【請求項８】
前記圧電素子は、現像剤から受ける力によって変形し、変形量に応じた大きさの電圧値を出力することを特徴とする請求項３または４に記載の現像容器。
【請求項９】
前記圧電素子は、前記撹拌部材の回転方向の下流側に位置するとともに前記回転方向に前記撹拌部材と対向するように設けられていることを特徴とする請求項８に記載の現像容器。
【請求項１０】
前記出力手段は、現像剤から受ける力によって移動し、前記受ける力の大きさに応じた距離を移動する移動部を有し、該移動部の移動量を表す信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の現像容器。
【請求項１１】
前記出力手段は、前記移動部の基準位置からの移動量を検知する検知手段を有し、検知された移動量に基づいて前記移動部の移動量を表す信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の現像容器。
【請求項１２】
前記移動部は、前記撹拌部材の回転軸と同軸に回転可能に設けられ、
前記出力手段は、前記移動部の回転量を表す信号を出力することを特徴とする請求項１０または１１に記載の現像容器。
【請求項１３】
前記攪拌部材は、可撓性を有するシート状の部材であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の現像容器。
【請求項１４】
前記攪拌部材は、前記収容部の底部の内壁を擦りながら回転することを特徴とする請求
項１〜１３のいずれか１項に記載の現像容器。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像容器と、
現像剤を担持する現像剤担持体と、
を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項１６】
画像形成装置の装置本体に着脱可能に構成された、現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成プロセスを行うためのプロセスカートリッジであって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像容器、または請求項１５に記載の現像装置を備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１７】
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像容器、請求項１５に記載の現像装置、または請求項１６に記載のプロセスカートリッジのいずれかと、
前記出力手段が出力した出力値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する残量検知手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
前記残量検知手段は、前記攪拌部材で跳ね上げられずに前記攪拌部材から滑り落ちた現像剤を受け止めることで前記出力手段が出力する出力値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記残量検知手段は、前記収容部における現像剤の堆積領域を通過する際に現像剤から力を受けることで前記出力手段が出力する出力値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１７または１８に記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記残量検知手段は、前記出力手段が出力した出力値を補正した値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像容器、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる現像装置には、現像剤の残量を検出する手段が設けられている。現像剤残量検出手段としては、現像剤の量に応じて現像剤撹拌部材にかかる回転負荷が変化することを利用する方法が知られている。すなわち、撹拌部材の駆動軸に撹拌部材の回転軸トルクを検出する機構を設け、検出した回転軸トルク値より現像剤残量を予測するものである。ところで、現像剤の撹拌性能を増加させるためには、撹拌部材の先端縁を現像剤収容容器の内壁の極近くに位置するようにする、もしくは内壁に接触するように設置することが望ましい。そうした場合、撹拌部材の回転軸トルクとしては現像剤から受ける負荷だけではなく、現像剤収容容器内壁から受ける負荷が加わる。したがって、上記のような現像剤撹拌部材にかかる回転負荷を用いた検出方法では、現像剤残量を正確に知ることが難しい。この問題点に対して、特許文献１、２に記載の方法が提案されている。すなわち、現像剤撹拌部材とは別に現像剤残量検出用部材を設け、撹拌動作時に前記現像剤残量検出用部材にかかる現像剤からの負荷を検知する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−４６０２６号公報
【特許文献２】特開平５−８８５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２の方法では、現像剤残量が極少ない場合に現像剤残量の検出精度を維持することが難しくなるという課題があった。例えば、前記現像剤残量検出用部材の回転軸からの長さを、その先端縁が現像剤収容容器の内壁から離れるぐらいの長さに構成した場合、現像剤残量が少なくなってくると現像剤からの負荷が現像剤残量検出用部材にかからなくなる状態が発生する。したがって、実際の現像剤残量の多少にかかわらず、現像剤が所定の残量を下回ると、現像剤は一定量として検出されてしまう。一方、前記現像剤残量検出用部材の回転軸からの長さを、その先端縁が現像剤収容容器の内壁の極近くに位置する、もしくは内壁に接触するように構成した場合、現像剤残量検出用部材には現像剤から受ける負荷だけではなく、容器内壁から受ける負荷が加わる。したがって、現像剤残量を正確に知ることが困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、現像剤の残量の多少にかかわらず、高い精度で現像剤の残量を検知することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の現像容器は、
現像剤が収容された収容部と、
回転することにより前記収容部に収容された現像剤を攪拌して跳ね上げる攪拌部材と、
前記撹拌部材とともに回転し、現像剤から受ける力の大きさに応じて大きさが変化する出力値を出力する出力手段と、
を備え、
前記出力手段は、前記攪拌部材の表面を滑り落ちた現像剤を受け止めることによる現像
剤から受ける力に応じた出力値を出力することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の現像装置は、
上記現像容器と、
現像剤を担持する現像剤担持体と、
を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明のプロセスカートリッジは、
画像形成装置の装置本体に着脱可能に構成された、現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成プロセスを行うためのプロセスカートリッジであって、
上記現像容器、または上記現像装置を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤により記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
上記現像容器、上記現像装置、または上記プロセスカートリッジのいずれかと、
前記出力手段が出力した出力値に基づいて、前記収容部に収容されている現像剤の残量を検知する残量検知手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、現像剤の残量の多少にかかわらず、高い精度で現像剤の残量を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係るプロセスカートリッジの模式的断面図
【図２】実施例１に係る画像形成装置の模式的断面図
【図３】実施例１におけるトナー撹拌部材の回転の様子を示す模式的断面図
【図４】トナー残量検知部材の出力電圧値、トナー残量、画像形成枚数の関係図
【図５】実施例１におけるトナー残量検知プロセスのフローチャート
【図６】実施例２に係る現像ユニットの模式的断面図
【図７】実施例３に係る現像ユニットの模式的断面図
【図８】実施例３におけるトナー残量検知に係わる部材の斜視図
【図９】実施例３におけるトナー撹拌部材の回転の様子を示す模式的断面図
【図１０】トナー撹拌部材の回転位相とトナー残量検知板の位相ずれ量の関係図
【図１１】トナー残量検知板の位相ずれ量とトナー残量の関係図
【図１２】実施例４に係る現像ユニットの模式的断面図
【図１３】実施例４におけるトナー残量検知部材の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１０】
ここで、画像形成装置（電子写真画像形成装置）とは、電子写真画像形成プロセスを用いて現像剤（トナー）により記録材（記録媒体）に画像を形成するものである。例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリンタなど）、電子写真ファクシミリ装置、及び、電子写真ワードプロセッサー、及び、それら複合機（マルチファンクションプリンタ）などが含まれる。また、記録材とは、画像を形成される物であって、例えば、記録用紙、ＯＨＰシート、プラスチックシート、布など等の記録メディアである。
【００１１】
また、プロセスカートリッジとは、電子写真感光体ドラムと、この電子写真感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電装置、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つを一体的にカートリッジ化したものである。そして、このプロセスカートリッジは、画像形成装置の装置本体に対して、着脱可能に構成されている。以下の説明において、画像形成装置本体（以下、「装置本体」という）とは、装置本体の構成から少なくともプロセスカートリッジ、現像装置あるいは現像容器を除いた装置構成部分のことである。
【００１２】
なお、本明細書において、現像剤残量検知手段あるいはプロセスカートリッジの構成や動作について、上、下、右、左、といった方向を表す用語は、特に断りのない場合それらの通常の使用状態においてみたときの方向を示す。現像剤残量検知手段あるいはプロセスカートリッジの通常の使用状態は、適正に配置された画像形成装置に対して適正に装着され、画像形成動作に供し得る状態である。各図の上下左右は、現像剤残量検知手段あるいはプロセスカートリッジの通常の使用状態における上下左右に対応している。
【００１３】
（実施例１）
図２を参照して、本発明の実施例に係る電子写真画像形成装置（画像形成装置）の全体構成について説明する。図２は、本実施例に係る画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、インライン方式、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。
【００１４】
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。
【００１５】
画像形成装置１００は、複数の像担持体として、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、図示矢印Ａ方向（時計回り方向）に図示しない駆動手段（駆動源）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（現像装置）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。
【００１６】
尚、本実施例では、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、本実施例では、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。
【００１７】
本実施例では、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を形成している。プロセスカートリッジ７は、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容されている。
【００１８】
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（反時計回り方向）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。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（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、各一次転写ニップ部Ｎ１において、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を形成する。そして、二次転写ローラ９に対し、図示しない二次転写バイアス印加手段（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、二次転写ニップ部Ｎ２において中間転写ベルト５上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。
【００１９】
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。
【００２０】
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々に重ね合わされる（一次転写）。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が二次転写部へと搬送され、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に熱及び圧力が加えられることで、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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１を参照して、本実施例における現像ユニット４（現像装置）について説明をする。図１は、本実施例における現像ユニットの模式的断面図である。現像ユニット４は、現像ローラ（現像剤担持体）１７、現像ブレード２１、トナー供給ローラ２０、トナーを格納するトナー収容室１８（収容部）を備える。トナー収容室１８内にはトナー攪拌部材２２、攪拌回転軸２３、トナー残量検知部材２４が設けられている。本実施例では、現像ユニット４のうち、トナー収容室１８、トナー攪拌部材２２、攪拌回転軸２３、トナー残量検
知部材２４が、本発明における現像容器を構成する。
【００２３】
トナー供給ローラ２０は、現像ローラ１７の周面上に所定のニップ部を形成するように配設され、図示矢印Ｅ方向（反時計回り方向）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（例えば、１．５ｍｍ）を持って接触するとともに、接触部において互いに逆方向に移動するよう回転する。この動作により、トナー供給ローラ２０から現像ローラ１７へのトナー供給、及び現像残として残った現像ローラ１７上のトナーの剥ぎ取りを行っている。
【００２４】
現像ブレード２１は、現像ローラ１７の回転方向に対しカウンター方向に延びた先端部が現像ローラ１７の表面に当接し、トナー供給ローラ２０によって供給された現像ローラ１７上のトナーが所定の均一な厚みとなるよう層厚規制している。また、現像ブレード２１と現像ローラ１７とでトナーを摺擦することにより、トナーを摩擦帯電させ電荷の付与を行っている。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。
【００２５】
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）に移動するようにそれぞれ回転する。本実施例においては、現像ローラ１７に印加された所定のＤＣバイアスに対して、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像部において、その電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。尚、本実施例では、現像ローラ１７が感光体ドラム１に接触して配置される構成であるが、現像ローラ１７が感光体ドラム１に対して所定間隔を開けて近接配置される構成でもよい。
【００２６】
トナー攪拌部材２２は、図示矢印Ｆ方向（時計回り方向）に回転することでトナー収容室１８内に収納されたトナーを攪拌すると共に、図中矢印Ｇ方向にトナーをはね上げ、トナー供給ローラ２０の上部に向けてトナーを搬送するためのものでもある。トナー攪拌部材２２は、厚み１５０μｍのシート形状を有するシート状部材であり、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設計されている。本実施例において、トナー攪拌部材２２は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂からなる。
【００２７】
トナー攪拌部材２２の一辺は撹拌回転軸２３に固定されている。撹拌回転軸２３は、不図示の駆動手段により回転駆動され、トナー攪拌部材２２へ回転力を伝達、すなわち、トナー攪拌部材２２を攪拌回転軸２３を中心として回転移動させる。
【００２８】
トナー残量検知部材２４は、トナーから受ける圧力に対応して電圧を発生する高分子圧電素子２４１と、高分子圧電素子２４１を支持する支持部材２４２で構成されている。支持部材２４２は、厚み１．０ｍｍ、幅３０．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍのポリスチレン（ＰＳ）である。ここで、厚みとは回転方向、幅とは回転軸方向、長さとは回転半径方向における大きさである。支持部材２４２は、その一端が撹拌回転軸２３に接するように配置され、撹拌回転軸２３と一体で成型されている。また、支持部材２４２は、トナー撹拌部材２２に対して回転方向に９０度先行する位置に配置され、かつ攪拌回転軸２３の回転軸方向中央部に配置されている。
【００２９】
高分子圧電素子２４１は、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）などの圧電体を厚み２０μｍの薄膜状に形成したものに、出力用の電極端子を設けたものである。高分子圧電素子２４１に外力（ここではトナーから受ける圧力）が加わると、外力に応じた歪みが生じ分極が発生するため、出力用電極端子において外力に対応した電位が検出される。高分子圧
電素子２４１は、支持部材２４２のトナー撹拌部材２２に回転方向において対向する面（支持部材２４２の回転方向上流側の面であって回転方向と逆方向に面した面）に設置されている。本実施例では、高分子圧電素子２４１が本発明における出力手段を構成する。
【００３０】
図３を参照して、トナー撹拌部材２２を回転させた際のトナーの動きを説明する。図３は、トナー残量が比較的少ない状態における現像ユニット４の模式的断面図であり、トナー撹拌部材２２の回転位相が進んでいく様子を６０度ずつ順次（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）と示している。ここで、本実施例においてトナー残量が比較的少ない状態とは、回転するトナー残量検知部材２４がトナーの堆積領域を通過しない高さまで堆積トナーの高さが低下した残存状態である。
【００３１】
トナー撹拌部材２２が（イ）、（ロ）、（ハ）と回転していくと、トナー収容室１８底に溜まっているトナーはトナー撹拌部材２２によって回転方向（図３中矢印Ｆ方向）に搬送されていく。トナー収容室１８の内壁下部（攪拌回転軸２３の高さよりも低い領域）は、撹拌回転軸２３からの距離がトナー撹拌部材２２の長さ（回転半径方向の大きさ）よりも短く設計されている。従って、図３よりもさらにトナー残量が少ない場合においても、トナー撹拌部材２２先端がトナー収容室１８の下部（底部）の内壁を擦りながら移動することで、トナー収容室１８の底に僅かに残ったトナーを搬送することができる。このとき、トナー撹拌部材２２の先端には、トナー収容室１８内壁の下部から外力が加わり、回転方向（図３中矢印Ｆ方向）とは反対の方向に撓んでいる。
【００３２】
トナー撹拌部材２２がさらに回転して（ハ）から（ニ）の状態へと変化していく過程で、トナーはトナー撹拌部材２２によって図の上方向（図３（ハ）中矢印Ｊ方向）に掻き上げられる。トナー収容室１８の内壁上部（攪拌回転軸２３の高さ以上の領域）は、撹拌回転軸２３からの距離がトナー撹拌部材２２の長さ（回転半径方向の大きさ）よりも長くなるよう設計されている。従って、トナー撹拌部材２２先端がトナー収容室１８の上部までくると（図３（ニ）の状態）、トナー撹拌部材２２先端はトナー収容室１８の内壁に触れなくなる。よって、それまでトナー収容室１８の内壁下部から外力を受けることで回転方向とは反対の方向に撓んでいたトナー撹拌部材２２は、図３（ニ）の状態になるとトナー収容室１８の内壁からの外力が無くなるため、弾性復元力によって撓みが解消される。このとき、（ハ）から（ニ）の状態へと回転する際に掻き上げられてきたトナー（以後、トナーＪと称す）の一部は、トナー撹拌部材２２の撓みが解消される勢いで図３（ニ）中矢印Ｇ方向に跳ね上げられ、トナー供給ローラ２０の上部にトナーが搬送される。
【００３３】
トナー撹拌部材２２がさらに回転して（ニ）から（ホ）の状態へと変化していくと、トナーＪのうち矢印Ｇ方向に跳ね上げられなかった残りのトナーが図３（ホ）中矢印Ｈ方向に滑り落ちる。矢印Ｈ方向に滑り落ちたトナー（以後、トナーＨと称す）によって、トナー残量検知部材２４の高分子圧電素子２４１は圧力を加えられ、トナー残量を検知するために必要な電圧が出力される。
【００３４】
トナー撹拌部材２２がさらに回転して（ホ）から（ヘ）の状態へと変化していくと、トナー撹拌部材２２とトナー残量検知部材２４との間に溜まったトナーが、図３（ヘ）中矢印Ｉ方向に滑り落ちる。そして、トナー撹拌部材２２がさらに回転していくと、（ヘ）から（イ）の状態へと変化し、トナー撹拌部材２２は一周分の回転を終了する。
【００３５】
以上の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）のプロセスを繰り返すことで、トナー収容室１８内のトナーは撹拌され、かつ必要一定量のトナーがトナー供給ローラ２０の上部に向けて搬送される。
【００３６】
次に、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を用いて、トナー残量検知部材２４による出力電圧値と
トナー残量との関係を説明する。図４（Ａ）は、プロセスカートリッジ７の画像形成枚数とトナー量の関係を示したものである。実線でトナー収容室１８内のトナー残量を示している。また、破線でトナーＨの量（トナー撹拌部材２２先端からトナー残量検知部材２４へと滑り落ちるトナー量）を示している。実線の傾きはトナーの消費量を表し、プリントされる画像の印字率に応じて変化する。なお、ここではプリントされる画像は平均的なフルカラー画像とし、プロセスカートリッジ７の寿命を通して同一の画像をプリントしている。
【００３７】
トナーＨの量は、トナー収容室１８内のトナー残量に対して少ない。また、トナー収容室１８内のトナー残量が画像形成枚数に対してほぼ線形に減少するのに対し、トナーＨの量は画像形成枚数が少ないとき（以後、寿命初期と称す）には減少量が小さい。これは以下の理由による。
【００３８】
トナー撹拌部材２２が回転する際に、トナー撹拌部材２２先端にはトナー収納室１８内壁からの負荷とトナーからの負荷とがかかっている。この負荷によりトナー撹拌部材２２は回転方向の逆方向に撓んでいる。トナー残量が少なくなりトナー撹拌部材２２先端に対してトナーからかかる負荷が小さいとき（以後、寿命末期又は寿命後期と称す）には、トナー撹拌部材２２の撓み量は少なくなり、トナー撹拌部材２２先端はトナー収納室１８内壁下部を擦りながら移動する。つまり、トナー撹拌部材２２はトナー収納室１８底のトナーをほぼすべて掻き取りながら回転することができる。従って、寿命末期において、トナー収納室１８内のトナー残量とトナーＪの量（図３（ハ）から図３（ニ）の状態へと回転する際に掻き上げられてきたトナー量）はほぼ等しくなる。
【００３９】
一方、寿命初期においては、トナー残量が多くトナー撹拌部材２２先端に対してトナーからかかる負荷が大きいため、その撓み量は大きくなり、トナー撹拌部材２２先端はトナー収納室１８内壁下部から離れる。言い換えると、トナー撹拌部材２２が一回で掻き取れるトナー量の最大値（以下、トナーＪｍａｘ）は決まっており、それを上回るトナーがトナー収容室１８底に存在する場合は、最大値を上回ったトナーの分だけトナー撹拌部材２２が余計に撓む。こうして、トナー撹拌部材２２先端とトナー収容室１８内壁下部との間には隙間ができるため、トナー撹拌部材２２はトナーを掻き取りながら回転しようとするものの、トナー収納室１８内のトナーすべてを掻き取ることができない。よって寿命初期においてトナーＪの量は、トナー収納室１８内のトナー残量よりも少なくなり、トナーＪｍａｘとほぼ等しくなる。この状態は、トナー収納室１８内のトナー残量がトナーＪｍａｘを下回るまで継続する。
【００４０】
ここで、トナーＨの量は、トナーＪの量から、トナー供給ローラ２０の上部へと搬送されるトナー量を引いたものである。そして、トナー供給ローラ２０の上部へと搬送されるトナー量は、トナーＪの量にほぼ比例する。従って、トナーＨの量もトナーＪの量にほぼ比例することになる。
【００４１】
以上の理由により、トナーＨの量は、トナー収納室１８内のトナー残量に対して少ない。また、トナーＨの量は、寿命初期において変化量が小さくほぼ一定量となる。
【００４２】
図４（Ｂ）は、高分子圧電素子２４１が一回転する際に出力する電圧プロフィールを示したもので、横軸は回転位相になっている。位相の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）は、それぞれ図３中同符号の状態と一致させてある。図４（Ａ）における画像形成枚数がａ、ｂ、ｃの時の電圧プロフィールを、それぞれ波線、二点鎖線、実線で示している。
【００４３】
（二）から（ホ）へと回転する過程で、トナーＨによる負荷が高分子圧電素子２４１に
かかり電圧が発生する。そのときの電圧プロフィールはトナーＨの量によって変化する。例えば、本実施例の構成においては、高分子圧電素子２４１の出力電圧の最大値（以下Ｖｍａｘと称す）は、トナーＨの量にほぼ比例し、画像形成枚数がａ、ｂ、ｃの順にＶｍａｘは小さくなる。
【００４４】
つまり、Ｖｍａｘとトナー収納室１８内のトナー残量との関係（以下、出力電圧−トナー残量カーブと称する）は、図４（Ｃ）のようになる。図４（Ａ）においてはプロセスカートリッジ７の寿命を通して同一の画像をプリントするものとしたが、もし寿命内でプリント画像の印字率を変化させたとしても出力電圧−トナー残量カーブは変わらない。そこで、出力電圧−トナー残量カーブを利用すれば、Ｖｍａｘを求めるだけでトナー収納室１８内のトナー残量を予測することができる。特に寿命末期においては、Ｖｍａｘとトナー残量の間に適度な傾きの線形性を有するため、精度よくトナー残量の予測が可能である。なお、出力電圧−トナー残量カーブは、電圧値−トナー残量変換テーブルとしてデータ化され、プロセスカートリッジ７に設けられたメモリ部（不図示）に記録保存されている。
【００４５】
さて、実際の出力電圧値にはさまざまな要因によって誤差が生じる。誤差要因の例としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
（１）高分子圧電素子２４１の部品精度に起因する感度ばらつき
（２）トナー撹拌部材２２の部品精度に起因するトナーＪｍａｘのばらつき
（３）高分子圧電素子２４１出力電圧値の温度特性
（４）トナー撹拌部材２２回転速度に依存するトナー圧力の変化
【００４６】
そこで、トナー残量の推定を行う際には、この誤差を補正してトナー残量の推定を行なうか、誤差要因を抑えるような測定方法をとることが望ましい。（１）、（２）のような部品精度のばらつきによって生じる誤差を補正する例としては、寿命中盤（又は寿命中期）、すなわちトナーＨの量が一定であり出力電圧値がほぼ一定となる時のずれを利用して出力電圧−トナー残量カーブに補正をかける方法がある。この方法について図４（Ｄ）を用いて説明する。
【００４７】
まず、寿命中盤において高分子圧電素子２４１の出力電圧を測定し、初期Ｖｍａｘを求める。このとき、複数回測定を行いその平均値を採用することで、精度を高めることもできる。次に、寿命中盤における理想の出力電圧値（補正前の出力電圧−トナー残量カーブにおいて出力電圧が一定となっている部分の電圧値）と実測した初期Ｖｍａｘの比率を計算する。そして、その比率を補正前の出力電圧−トナー残量カーブの出力電圧値に掛けて、補正後の出力電圧−トナー残量カーブを得る。言い換えると、出力電圧−トナー残量カーブを図４（Ｄ）中の白抜き矢印の方向に引き伸ばして、寿命中盤の出力電圧値が実測に合うようにすることで、補正後の出力電圧−トナー残量カーブを得る。こうして得た補正後の出力電圧−トナー残量カーブを利用することで、部品精度のばらつきによる誤差を軽減することができる。
【００４８】
また、（３）のような温度特性によって生じる誤差を補正する例としては、予め高分子圧電素子２４１の電圧値温度特性を測定しておき、画像形成装置内１００に設置された温度センサ（不図示）で計測した温度をもとに補正をかける方法がある。
【００４９】
また、（４）のようなトナー撹拌部材２２回転速度に関連して生じる誤差については、トナー残量検知を行なうプロセスを画像形成プロセスとは別に設ける方法がある。画像形成時のプロセススピードとは無関係に、残量検知プロセス時のトナー撹拌部材２２回転速度を常に所定のスピードとすることで、誤差の発生を抑制できる。
【００５０】
以上述べたように、誤差を補正する、または誤差要因を抑えるような測定方法をとるこ
とで、トナー残量の推定が高精度で行なえる。ここまで説明してきた内容を、実際のトナー残量検知プロセスの流れに沿って示すと図５のようになる。
【００５１】
図５は、実施例１におけるトナー残量検知プロセスのフローチャートである。トナー残量検知プロセスは、例えば、本体電源ＯＮ時、もしくは、本体休止状態から復帰時において、印刷前の準備動作が実行され、トナー撹拌部材２２が回転されるときに実行される。
【００５２】
ここで、本プロセス、すなわち、トナー撹拌部材２２から滑り落ちるトナーの圧力を利用した検知を行なうことができるのは、トナー残量検知部材２４に圧力を加えるトナーがトナー撹拌部材２２から滑り落ちるトナーのみとなる状態となったときである。トナー残量検知部材２４の一部または全部がトナーに埋まった状態においては、落下トナーの圧力以外の力もトナー残量検知部材２４に加わるため、正しい残量検知を行うことが難しいからである。したがって、本プロセスを実行する前に、プロセスカートリッジ７が寿命初期の状態かどうかを判断する。プロセスカートリッジ７が寿命初期の状態かどうかの判断は、本実施例の上記トナー残量検知方法とは別の方法（例えば、画像形成枚数や、各プリント画像の印字率からトナー消費量を計算し、その累計で現在のトナー残量を推定する方法）で判定する。
【００５３】
プロセスカートリッジ７の寿命が寿命初期でないと判断されると、本プロセスが開始される。プロセスが開始されると、ＣＰＵは、プロセスカートリッジ７に設けられたメモリ部（不図示）に記録保存されている電圧値−トナー残量変換テーブルを読み込み（Ｓ１０１）、プロセスカートリッジ７が寿命中盤の状態かどうか判断する（Ｓ１０２）。ここで、寿命中盤とは、落下トナーの量がほぼ一定かつ残量検知部材による検知信号がほぼ一定の期間である。
【００５４】
寿命中盤状態の場合（Ｓ１０２、Ｙｅｓ）、電圧値−トナー残量変換テーブルをプロセスカートリッジ７内メモリから読み込んだ後、Ｖｍａｘを測定し（Ｓ１０３）、テーブル補正値を求める（Ｓ１０４）。ここでテーブル補正値とは誤差要因（１）、（２）を補正するためのもので、寿命中盤における理想の出力電圧値と実測した初期Ｖｍａｘの比率に相当する。求めたテーブル補正値は、プロセスカートリッジ７内メモリに記録保存する（Ｓ１０５）。
【００５５】
寿命中盤状態ではない、すなわち寿命末期の場合（Ｓ１０２、Ｎｏ）、電圧値−トナー残量変換テーブルをプロセスカートリッジ７内メモリから読み込んだ後（Ｓ１０６）、電圧値−トナー残量変換テーブルにテーブル補正値をもとに補正をかける（Ｓ１０７）。その後、Ｖｍａｘを測定し（Ｓ１０８）、補正後の電圧値−トナー残量変換テーブルを利用してトナー残量を計算する（Ｓ１０９）。求めたトナー残量はプロセスカートリッジ７のメモリに記録保存される（Ｓ１１０）。なお、Ｖｍａｘの測定（Ｓ１０３、Ｓ１０８）は、高分子圧電素子２４１の出力電圧を測定し（Ｓ１１１）、その最大値を温度センサ（不図示）の計測温度をもとに補正して（Ｓ１１２、Ｓ１１３）Ｖｍａｘを求めている。
【００５６】
画像形成装置１００は、プロセスカートリッジ７のメモリに保存されたトナー残量情報に基づいて、ユーザーにトナー残量を報知したり、トナー残量が所定量より少ない場合ユーザーにプロセスカートリッジの交換を促したりできる。
【００５７】
以上説明したように本実施例によれば、現像剤残量が極少ない場合においてもトナー収容室１８内壁から受ける負荷の影響が無くトナー量の検知を行えるため、精度の良いトナー残量検知が可能になる。
【００５８】
なお、本実施例では出力電圧の最大値Ｖｍａｘを利用してトナー残量を推定したが、別
の部品構成においては最大値以外、例えば電圧出力の幅や積分値などの方がトナー残量との相関が高い場合があり得る。そのような場合、適宜トナー残量との相関が高いパラメータを用いてトナー残量の推定を行うことが望ましい。また、出力値として、本実施例では電圧値を用いたが、電流値等の他の指標値を用いてもよい。
【００５９】
また、本実施例の現像ユニット４には、トナー収容室１８に対して現像ローラ１７が上方に位置する所謂トナー汲み上げ方式タイプを用いたが、トナー収容室１８に対して現像ローラ１７が横方向に位置するタイプや、下方に位置するタイプを用いても構わない。
【００６０】
（実施例２）
図６を参照して、本発明の実施例２について説明する。本実施例において、画像形成装置およびプロセスカートリッジの基本的な構成は、実施例１と同じである。従って、実施例１と同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。ここで特に説明しない事項は、実施例１と同様である。
【００６１】
図６は、本実施例における現像ユニット４の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例は、実施例１のトナー攪拌部材２２に代わりトナー攪拌部材３２を有する。トナー攪拌部材３２は、撹拌シート３２１と、撹拌シート３２１を支持する撹拌シート支持部材３２２から構成される。
【００６２】
撹拌シート支持部材３２２は、厚み１．０ｍｍ、長さ２０．０ｍｍのポリスチレン（ＰＳ）である。ここで、厚みとは回転方向、長さとは回転半径方向の大きさである。撹拌シート支持部材３２２は、その一端を撹拌回転軸２３上に接するように配置され撹拌回転軸２３と一体で成型されている。
【００６３】
撹拌シート３２１は、実施例１におけるトナー撹拌部材３２２と同等の機能を持ち、その長さ（回転半径方向の大きさ）以外はトナー撹拌部材３２２と同様の形状をしている。撹拌シート３２１の一辺は撹拌シート支持部材３２２先端に固定されている。
【００６４】
トナー残量検知部材２４の支持部材２４２は、厚み１．０ｍｍ、幅３０．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍのポリスチレン（ＰＳ）である。ここで、厚みとは回転半径方向、長さとは回転方向の大きさである。支持部材２４２は、実施例１において撹拌回転軸２３上に設置されていたが、本実施例では撹拌シート支持部材３２２上に設置されている。したがって、本実施例に係る現像ユニット４は、出力手段であるトナー残量検知部材２４が、攪拌回転軸２３周りを周回移動するような構成となっている。
【００６５】
本実施例によれば実施例１と同様に、現像剤残量が極少ない場合においても精度の良いトナー残量検知が可能になる。また、トナー撹拌部材３２先端と、トナー残量検知部材２４の距離が近いため、トナーＨが滑り落ちる距離が短くてすむ。したがって、トナーＨの量がごく少量の場合においてより確実にトナー残量検知が可能になるという効果がある。
【００６６】
さらに、本実施例の構成によれば、実施例１よりも早い段階で、落下トナーを利用したトナー残量検知が利用可能となる。すなわち、実施例１では、トナー残量検知部材２４の一部または全部がトナーに埋まっていると落下トナーの圧力以外の力もトナー残量検知部材２４に加わるため、トナー剤面が攪拌回転軸２３よりも下方の状態になるまで残量検知を行うことが難しい。一方、本実施例では、トナー残量検知部材２４がトナー剤面から脱出する状態（例えば、図３（ホ）に相当する回転位相のときにトナー剤面よりも上方に位置する状態）になれば、トナー剤面が攪拌回転軸２３よりも上方であっても残量検知が可能となる。
【００６７】
（実施例３）
図７〜図１１を参照して、本発明の実施例３について説明する。本実施例において、画像形成装置およびプロセスカートリッジの基本的な構成は、実施例１と同じである。従って、実施例１と同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。ここで特に説明しない事項は、実施例１と同様である。
【００６８】
図７は、本実施例における現像ユニット４の概略構成を示す模式的断面図である。また、図８は、本実施例におけるトナー残量検知にかかわる部材の模式的斜視図である。本実施例は、実施例１のトナー残量検知部材２４に代わりトナー残量検知板３４を有する。トナー残量検知板３４は、長尺板状部材であり、厚み１．５ｍｍ、長さ２５．０ｍｍ、幅２６０．０ｍｍのポリスチレン（ＰＳ）である。ここで、厚みとは回転方向、長さとは回転半径方向、幅とは回転軸方向の大きさである。トナー残量検知板３４は、撹拌回転軸２３に遊嵌された残量検知板支持部材２５、２６によって両端が支持されている。
【００６９】
残量検知板支持部材２５、２６は、トナー残量検知板３４をトナー撹拌部材２２に対し所定の位相差を保って支持するための部材であり、撹拌回転軸２３外周に遊嵌され、それぞれ撹拌回転軸２３の両端部に位置している。残量検知板支持部材２５、２６には、撹拌回転軸２３との間に不図示のねじりコイルばねが架け渡されており、撹拌回転軸２３に対する回転位相が規制されている。残量検知板支持部材２５、２６に支持されたトナー残量検知板３４は、トナーなどの外力が加わっていない状態では、トナー撹拌部材２２に対し回転方向に９０度先行する位置に保持される。また、トナー残量検知板３４は、撹拌回転軸２３と同軸に撹拌回転軸２３を中心に揺動可能（回転可能）であり、トナーによる外力が加わるとトナー撹拌部材２２に対する開角が変化する。
【００７０】
撹拌回転軸２３には位相検知用の突起２３１が設けられている。また、残量検知板支持部材２５にも同様の位相検知用突起２５１（移動部）が設けられている。また、現像ユニット４には、突起２３１と突起２５１の回転位相を読み取るための光学センサ２３２（検知手段）が設けられている。突起２５１は、トナー残量検知板３４がトナーから力を受けて支持部材２５が攪拌回転軸２３に対して回転することにより、受ける力の大きさに応じた距離（回転位相）を移動（回転）する。光学センサ２３２は、突起２３１、２５１の回転位相を読み取り、回転位相を表す信号を装置本体の制御部に出力する。制御部にて、突起２３１の位相を基準位置とした突起２５１の移動量（回転量）を算出することで、トナー残量検知板３４がトナーから受けている負荷を見積もることができる。本実施例では、トナー残量検知板３４、残量検知板支持部材２５、２６突起２３１、２５１、光学センサ２３２などが本発明における出力手段を構成する。
【００７１】
図９は、現像ユニット４の断面図であり、トナー撹拌部材２２の回転位相が進んでいく様子を６０度ずつ順次（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）と示している。図１０は、回転位相に対するトナー残量検知板３４の位相ずれ量を示したものである。位相ずれ量は、トナー残量検知板３４のトナー撹拌部材２２に対する開角が広がる方向を正、開角が狭まる方向を負としている。図中、トナー残量が多いときの位相ずれ量の例を破線で、トナー残量が少ないときの位相ずれ量の例を二点鎖線で、さらにトナー残量が少ないときの位相ずれ量の例を実線でそれぞれ表している。
【００７２】
ここで、（ニ）から（ホ）の状態へと変化する過程を考える。実施例１と同様に、（ニ）から（ホ）の状態へと変化する過程では、トナーＨが矢印Ｈ方向に滑り落ちトナー残量検知板３４に圧力を加える。すると、トナーＨに押されたトナー残量検知板３４は撹拌回転軸２３を中心に図９時計周り方向に回転し、トナー残量検知板３４のトナー撹拌部材２２に対する開角が広がる。従って、正方向の位相ずれ量が検出される。
【００７３】
正方向の位相ずれのプロファイルは、トナーＨの量に依存する。例えば、トナーＨの量が多いほどトナー残量検知板３４に加わる力が大きくなるため、位相ずれ量の最大値は大きくなる。トナーＨの量とトナー収納室１８内のトナー残量には実施例１の図４（Ａ）と同様の相関があるため、位相ずれ量の最大値とトナー残量は図１１に示すような関係になる。この関係を利用すれば、正方向の位相ずれ量を測定することでトナー残量を見積もることができる。
【００７４】
次に、（ヘ）から（イ）の状態へと変化する過程を考える。（ヘ）から（イ）の状態へと変化する過程では、トナー収容室１８底に溜まったトナーがトナー残量検知板３４に対し圧力を加える。トナー残量検知板３４はトナーによって図中矢印Ｋ方向に押され、トナー残量検知板３４のトナー撹拌部材２２に対する開角が狭まる。従って負の位相ずれ量が検出される。
【００７５】
負方向の位相ずれのプロファイルは、トナー収容室１８底に溜まったトナー量に依存する。例えば、トナー残量が少なくなりＬｔ＜Ｌ−Ｌｓの関係になったときは、トナー残量検知板３４にトナー収容室１８底に溜まったトナーからの負荷がかからなくなるため、負方向の位相ずれは検出されなくなる。ここで、Ｌはトナー収容室１８底から撹拌回転軸２３までの距離、Ｌｓはトナー残量検知板３４の回転半径方向長さ、Ｌｔはトナー収容室１８底からトナー剤面までの距離を表している。トナー収容室１８底に溜まったトナー量はトナー収容室１８内の全トナー残量とほぼ等しくなるため、位相ずれ量の最小値とトナー残量は図１１に示すような関係になる。この関係を利用すれば、負方向の位相ずれ量を測定することでおおまかにトナー残量を見積もることができる。
【００７６】
本実施例では、トナーＨがトナー残量検知板３４を撹拌回転軸２３中心に図９において時計回り方向に押すのに対し、トナー収容室１８底に溜まったトナーは図９反時計回り方向に押す。従って、それぞれのトナーによる位相ずれ量は正負の符号が異なり、どちらのトナーによる位相ずれなのかを容易に判別することができる。
【００７７】
また、本実施例において、正方向の位相ずれ量を利用すれば、実施例１と同様に現像剤残量が極少ない場合においても精度の良いトナー残量検知が可能になる。また、負方向の位相ずれ量を同時に利用し２つの検知方法を組み合わせることで、さらに精度の良いトナー残量検知が可能になる。
【００７８】
（実施例４）
図１２、図１３を参照して、本発明の実施例５について説明する。本実施例において、画像形成装置およびプロセスカートリッジの基本的な構成は、実施例１と同じである。従って、実施例１と同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。ここで特に説明しない事項は、実施例１と同様である。
【００７９】
図１２は、本実施例における現像ユニット４の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例は、出力手段として、実施例１のトナー残量検知部材２４に代わりトナー残量検知部材４４を有する。トナー残量検知部材４４は、外力に対して電圧を発生する高分子圧電素子４４１と、高分子圧電素子を支持するシート状支持部材４４２とで構成される。図１３は、本実施例におけるトナー残量検知部材４４の構成を示す模式図であり、（ａ）は高分子圧電素子の模式的断面図、（ｂ）はトナー残量検知部材４４の構成を示す断面図及び正面図である。
【００８０】
シート状支持部材４４２は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂からなる。シート状支持部材４４２はその一端を撹拌回転軸２３上に接するように配置されている。また、シート状支持部材４４２は、トナー
撹拌部材２２に対して回転方向に９０度先行する位置に配置され、かつトナー撹拌部材２２に対して回転軸方向中央部に配置されている。シート状支持部材４４２は、厚み１５０μｍ、長さ２５．０ｍｍ、幅１２ｍｍのシート形状をしており、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設計されている。ここで、厚みとは回転方向、長さとは回転半径方向、幅とは回転軸方向の大きさである。
【００８１】
高分子圧電素子４４１は、厚み２０μｍに薄膜成形したポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）の表裏に銀インク電極を形成したものである。高分子圧電素子４４１は、長さ２０．０ｍｍ、幅１０ｍｍに成形され、シート状支持部材４４２と一体になるようシート状支持部材４４２の中央部に接着されている。高分子圧電素子４４１の出力電圧は、高分子圧電素子４４１の電極に接続された不図示の金属フィルムおよび金属線によって現像ユニット４の外部に導かれ、画像形成装置１００に設けられた電圧検知回路によって測定される。
【００８２】
撹拌回転軸２３が回転すると、トナー残量検知部材４４の面に対してトナーからの圧力がかかる。このトナーによる外力によってトナー残量検知部材４４は撓むため、トナー残量検知部材４４の長さ方向に対しては引っ張り、もしくは圧縮の内部応力が発生する。高分子圧電素子４４１は薄膜であり断面積が非常に小さいため、長さ方向には微小な外力に対して大きな内部応力を発生させることができる。すなわち、シート状支持部材４４２の変形量に応じて大きな歪みが発生するため出力電圧も大きくなる。そのため、実施例１のようにトナーからの圧力に対して厚み方向に歪むことで起電力を発生させるタイプの圧電素子に比べて、本実施例の圧電素子は感度が高くなる。検知素子の感度が高いということは、トナーからの圧力という微小な外力を検知する手段として非常に有効である。
【００８３】
なお、ＰＶＤＦの圧電性は薄膜製造時の圧延方向に最も高くなるという性質をもつ。本実施例においては、ＰＶＤＦの圧延方向を高分子圧電素子の長さ方向（２０．０ｍｍ）としている。従って、ＰＶＤＦの圧延方向はトナー残量検知部材４４の回転半径方向と一致しており、効率的に内部応力を出力電圧に変換することができる。
【００８４】
高分子圧電素子４４１の出力電圧の符号はトナー残量検知部材４４の撓み方向によって変わる。トナー残量検知部材４４が回転方向に撓む時（先端側が回転中心側に対して回転方向前側（下流側）に倒れるように変形するとき）には、正の電圧が出力される。また、トナー残量検知部材４４が回転方向の反対方向に撓む時（先端側が回転中心側に対して回転方向後ろ側（上流側）に反るように変形するとき）には、負の電圧が出力される。
【００８５】
本実施例においても、実施例１と同様に、図３の（ニ）から（ホ）の状態へと変化する過程では、トナーＨが矢印Ｈ方向に滑り落ちトナー残量検知部材４４に圧力を加える。するとトナー残量検知部材４４は回転方向に撓むため、高分子圧電素子４４１からは正の電圧が出力される。また、図３の（ヘ）から（イ）の状態へと変化する過程では、実施例３と同様に、トナー収容室１８底に溜まったトナーがトナー残量検知部材４４に対し圧力を加える。するとトナー残量検知部材４４は回転方向の逆方向に撓むため、高分子圧電素子４４１からは負の電圧が出力される。
【００８６】
高分子圧電素子４４１から出力される電圧のプロファイルはトナー収容室１８内のトナー残量に応じて変化する。例えば、電圧出力の最大値、振幅、積分値などが変化するが、そのうちトナー残量との相関が高いパラメータを利用することで、実施例１ないし３と同様にトナー残量の予測が可能である。
【００８７】
本実施例では、トナーＨがトナー残量検知部材４４を撹拌回転軸２３中心に図９における時計回り方向に押すのに対し、トナー収容室１８底に溜まったトナーは図９における反時計回り方向に押す。従って、それぞれのトナーによる出力電圧は正負の符号が異なり、
どちらのトナーによる出力電圧なのかを容易に判別することができる。
【００８８】
本実施例において、トナーＨからの負荷による出力電圧、すなわち正の電圧プロファイルを利用すれば、実施例１と同様に現像剤残量が極少ない場合においても精度の良いトナー残量検知が可能になる。また、トナー収容室１８底に溜まったトナーからの負荷による出力電圧、すなわち負の電圧プロファイルを利用し、正の電圧プロファイルと組み合わせることで、実施例３と同様にさらに精度の良いトナー残量検知が可能になる。
【符号の説明】
【００８９】
４…現像ユニット（現像装置）、１８…トナー収容室（収容部）、２２…トナー撹拌部材、２４…トナー残量検知部材（出力手段）
【図１】
2015129859.tif 000003
【図２】
2015129859.tif 000004
【図３】
2015129859.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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