JP2014126832A - 現像剤収容ユニット、現像装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置本体からの給電を受けることなく現像剤量を報知することが可能な現像剤収容ユニットを提供する。
【解決手段】 現像剤収容ユニットは、現像剤を収容する容器と、容器内に配置されたピエゾフィルムと、ピエゾフィルムの出力電圧を用いて、容器内の現像剤量に関する情報を報知する報知手段と、を有し、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、容器の振動に伴って撓むように設けられている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いて記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。ここで、画像形成装置には、例えば、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の複写機・プリンター（例えば、ＬＥＤプリンター、レーザービームプリンター等）、ファクシミリ装置等が含まれる。

一般的に電子写真プリンタ等の画像形成装置に使用される現像装置は、少なくとも、開口部を有し現像剤（トナー）を収納する現像容器と、開口部に設けられ、トナーを担持搬送する現像ローラとから構成される。また、現像容器内には回転駆動によりトナーを撹拌、搬送するトナー撹拌部材が設けられる。

このような現像容器において、回転駆動に伴いトナー撹拌部材にかかるトナーの圧力（トナー粉圧）を検知することで、トナーエンド検知を行う方式が提案されている。

特開平３−２７１７５８は、その一つの方式としてトナー撹拌部材に圧電素子を設け、圧電素子にかかるトナー粉圧の変化によってトナーエンド検知を行っている。本方式では、撹拌部材が回転動作によってトナー粉圧を受ける面と、高分子圧電素子の厚み方向の圧電面とが一致するように、剛体の撹拌部材に高分子圧電素子を貼り付けている。このような構成により、トナー撹拌部材の回転に伴って撹拌部材が受けるトナー粉圧の変化を、高分子圧電素子の厚み方向の圧電面が捉え、発生電圧の変化として検知する。

特開平３−２７１７８５

本発明は上記の従来技術をさらに発展させたものであり、その目的は、画像形成装置本体からの給電を受けることなく現像剤量を報知することが可能な現像剤収容ユニットを提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る現像剤収容ユニットは、現像剤を収容する容器と、前記容器内に配置されたピエゾフィルムと、前記ピエゾフィルムの出力電圧を用いて、前記容器内の現像剤量に関する情報を報知する報知手段と、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の方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、前記容器の振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。

本発明によれば、画像形成装置本体からの給電を受けることなく現像剤量を報知することが可能な現像剤収容ユニットを提供することができる。

実施例における画像形成装置の概略断面図 実施例における現像装置の概略断面図 実施例におけるピエゾフィルム１２の概略断面図 従来例の圧電素子と実施例のピエゾフィルムとの原理的違いを示す図 実施例の現像装置におけるピエゾフィルムの配置図 実施例の現像装置におけるピエゾフィルムの配置上面図 実施例におけるピエゾフィルムの振幅に対する起電力の実効値 実施例でのトナー量と報知手段の報知結果との対応表

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（画像形成装置の全体構成）
図１は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は電子写真プロセスを利用した、プロセスカートリッジ着脱方式のレーザービームプリンターである。

１は回転ドラム型の電子写真感光体であり、接地された円筒アルミニウム基体の外周に有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層を形成した有機感光体である。この感光体１は、矢印の時計方向Ｒ１に所定のプロセススピード（周速度）、例えば２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。２はこの感光体１に接触させた接触帯電部材としての帯電ローラであり、感光体１の回転駆動に従動回転する。

感光体１の表面はその回転過程で、振動電圧（ＶＡＣ＋ＶＤＣ）が印加された帯電ローラ２により所定の極性（本例は負）・電位に一様に帯電処理され、その帯電処理面に不図示のレーザースキャナから出力される。目的の画像情報の時系列電器デジタル画像信号に対応して変調されたレーザー３３による走査露光をミラー３２が介してうける。これにより、感光体１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

その静電潜像は現像装置（現像剤収容ユニット）８の現像スリーブ３より負に帯電されたトナーが供給されて反転現像される。スリーブ３には高圧電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。

一方、不図示の給紙部から転写ガイド３５を通して記録材（転写材）が感光体１と転写ローラ８との当接ニップ部（転写部）へ、感光体１表面のトナー像とタイミングを合わせて給送され、該記録材１０には感光体１表面のトナー像が転写（転移）される。転写ローラ３４には高圧電源から所定の転写バイアスが印加されて、その転写バイアスによってトナー像の転写がなされる。

転写部を通った記録材１０は感光体１表面から分離されての定着装置３０へ導入されて、トナー像の定着処理を受け、画像形成物（プリント）として出力される。

プロセスカートリッジ３６は画像形成装置本体（画像形成装置１００のうちプロセスカートリッジ以外の部分）に対して着脱可能に設けられている。本実施例のプリンターでは、感光体１、接触帯電部材としての帯電ローラ２、現像装置８、クリーニング装置９の４つのプロセス機器を包含している。このプロセスカートリッジ３６は、感光体１と、帯電部材２、現像装置８、クリーニング装置９のうち少なくとも１つと、を備えていれば良い。

プロセスカートリッジ３６は、レーザー光が入射するスリット窓穴部、感光体１の下面露出部に対する開閉シャッター部（不図示）を有し、プロセスカートリッジ３６がプリンター本体から取り出された時は閉じ、装着状態時は開き状態に保持される。またプリンター本体に装着されると、プリンター本体と機械的・電気的にカップリングして、プリンター本体側の駆動機構で感光体１や現像装置８の現像スリーブ３等の駆動が可能となる。またプリンター本体側の電源から、帯電ローラ２や現像スリーブ３等への所定のバイアス印加が可能となる。

（現像装置構成）
図２に、本実施例における現像装置の概略断面図を示す。

現像装置８は、現像剤であるトナー５を収容する現像剤収容部である現像容器８ａの感光体（図示せず）と対抗する位置に設けられた開口部に、固定マグネット３１が内包された現像剤担持体である非磁性の現像スリーブ３が回転自在に設置される。現像スリーブ３上には、現像剤規制部材としての弾性ブレード４が当接されているとともに、現像容器８ａ内に、トナー５の抵抗により変形する撹拌手段である撹拌部材１１で構成されている。

トナー５は、一成分磁性現像剤である磁性トナーが用いられている。また、撹拌部材１１により、現像容器８ａ内のトナー５がほぐされて、現像容器８ａ内全体にトナー５が循環するようになり、トナー５の劣化を防ぐとともに、現像容器８ａ内のトナー５を余すことなく消費させることができるようになっている。

現像スリーブ３は、例えば、直径１４ｍｍのアルミニウムパイプからなり、図２の矢印Ｒ２の時計回りとは逆方向に周速２０５ｍｍ／ｓで回転するようになっている。

固定マグネット３１は、磁束密度７５ｍＴの４極の磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２が交互に配置されている。各磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２の磁力により、現像容器８ａ内のトナー５が現像スリーブ３上に担持され、現像スリーブ３の回転に伴ってＲ２方向に搬送される。

弾性ブレード４は、現像スリーブ３上のトナーの厚みが規制し、所定の厚みのトナー層を形成する。トナー層に形成されたトナー５は、現像スリーブ３の回転に伴い感光ドラムと現像スリーブ３とで形成される現像部に搬送され、感光ドラム上に形成された潜像を現像することができるようになっている。

本実施例では、現像容器８ａ内に後述のピエゾフィルム１２が設けられている。便宜上、図２においてはピエゾフィルム１２を不図示とし、後に図示しながら説明する。

（ピエゾフィルムの構成）
変形に応じて起電する高分子圧電素子としてピエゾフィルム１２を用いた。図３はその概略断面図である。

ピエゾフィルム１２の材料はポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）であり、厚みは２０μｍである。ピエゾフィルム１２の表裏の面は銀インク電極を形成し、最も圧電性が高い製造時の圧延方向が直交するように対象に接着させる。

ピエゾフィルムは薄膜化が可能で、可撓性を持つという特徴を有する。フィルムが薄く、断面積が非常に小さいため、小さい圧延方向の力から大きな材料内応力が発生する。この特徴により、厚み方向よりも圧延方向の伸びに対して非常に感度が高く、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。このようなピエゾフィルムの特性を最大限利用することにより、高感度でトナー粉圧を検知することが可能になる。

（ピエゾフィルムの配置）
従来の圧電素子では、図４に示されているように、圧電素子の厚み方向にかかる微小なトナー粉圧を、厚み方向の変形量に変換し、その変形量を電圧に変換する。ここで、従来例の構成では、厚み方向でトナー粉圧を受けるため、微小な圧力変化を検知できなかった。このような構成ではトナー粉圧を厚み方向に受けた際、圧電素子の変形が、圧電素子が厚み方向に縮む変形にのみに制限される。従って、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、発生電圧の変化は微小なものとなる。そのために、従来の構成では検知精度が落ちてしまう。

そこで本実施例では、現像容器内のトナー量（現像剤量）を検知するために、容器内に配置され、現像剤容器の振動に伴って撓むように設けたピエゾフィルムを用いる。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（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）よりも高いものを用いる。ピエゾフィルムは、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、特に製造時の圧延方向の応力に対する感度が最も高い。本実施例では、トナーの移動により、弾性復元力を持つ可撓性部材であるピエゾフィルムを圧電性が高い圧延方向に撓むように配置する。

ピエゾフィルムの配置について、図５と図６を用いて説明する。図５はトナー収容容器の断面図である。図６はトナー収容容器の上面図である。図５に示すように、トナー収容容器壁面にピエゾフィルムの一端を固定して、他端を振動できるようにする。トナー剤面に対して垂直方向にピエゾフィルムを配置する。このようにピエゾフィルムを配置することで図６に示すように、トナー収容容器を水平に振ることで、ピエゾフィルムが水平に振動する。

この構成によると微小なトナー粉圧を、図４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。従って微小なトナーの粉圧の変化を、大きな電圧変化に変換することが可能になる。

このようにピエゾフィルムを配置することで、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知することが可能となる。また、ピエゾフィルムの先端部分の両面に、フィルム面に対して対照的な位置に重りを両面テープ等で貼り付けて、ピエゾフィルムの撓み量を調整することで、精度良くトナー量を検知することが可能である。この時、ピエゾフィルムの一方の面と他方の面に取り付けられる重りは、重さ等が等しくなるよう同じものを用いるのが望ましい。

また、ピエゾフィルムは、フィルム面が現像容器の長手方向（現像ローラの軸線方向）と交差するように設けられている。これにより、トナー量を検知する際に長手方向のトナーの片寄りの影響を受けにくくすることができる。更に望ましくは、フィルム面が現像容器の長手方向と直交するように設ければ良い。

本実施例では、鉛直方向に沿ってピエゾフィルムを複数設けることで、段階的にトナー量を検知することができる。本実施例では、３枚のピエゾフィルムを使用し、トナー量が７５％の時３枚とも埋もれ、５０％で２枚、２５％１枚のピエゾフィルムがトナー剤面に埋もれるように配置した。

（トナー量検知方法）
ここでは、トナー量検知方法について説明する。

図５のように３枚のピエゾフィルム１２（Ａ、Ｂ、Ｃ）をトナー剤面に対して垂直方向に配置する。すなわち、フィルム面が現像ローラの軸線と直交するように配置する。各ピエゾフィルムは報知手段（表示手段）に接続されている。本実施例では、トナー量が図５のように５０％の場合を例に説明する。

トナー収容容器を水平方向に振る。

本実施例では、トナー剤面に対して垂直方向に各ピエゾフィルムのフィルム面を配置したので、水平方向に振ることで、トナー剤面に対してピエゾフィルムの感度が大きくなる。また、トナー量を検知する際に長手方向のトナーの片寄りの影響を受けにくくすることができる。ただし、トナー収容容器の振り方はこの限りでない。

振ることによって、トナー収容容器内部に配置された各ピエゾフィルムの自由端が振れる。

ピエゾフィルムがトナーに埋もれていなければ、ピエゾフィルムの自由端が振れる。ピエゾフィルムがトナーに埋もれている場合、ピエゾフィルムの自由端はトナーによって振幅を妨げられてしまう。

つまり、ピエゾフィルムが配置されている周りにトナーの有無によって、ピエゾフィルムの振幅が変わる。ピエゾフィルムは振幅の大きさ、つまり変異の大きさに応じて、電圧を多く起電する（図７）。図７において、横軸がピエゾフィルムの大きさ、縦軸が出力電圧の実効値である。このように、ピエゾフィルムの周りのトナーの有無で起電力が異なる。

トナー量５０％のとき、トナー剤面はピエゾフィルム１２Ａと１２Ｂの間なので、ピエゾフィルム１２Ａは振れるが、１２Ｂと１２Ｃは振れが小さい。したがって、起電力はピエゾフィルム１２Ａのみ大きくなる。そして、各ピエゾフィルムで起電した出力電圧を用いて、報知手段による報知を行う。トナー量と報知結果との対応表は図８の様になる。本実施形態の画像形成装置では、報知手段として、コレステリック液晶を使用する。コレステリック液晶は電圧を印加すると、分子方向が変わり、その状態で安定する。分子方向が変わることで、光の透過と吸収が変わり、色が変化したように見える。トナーの有無を判断しやすいように、抵抗や整流器で電圧を調節し、一定の閾値を超えたら液晶の色が変化するようにする。よって、色の変化によって、電圧の変化の違いからトナー量を確認できる。また、報知手段は液晶に限らず、発光体や発音体でも構わない。

本実施例では、トナー量が５０％の時にピエゾフィルム１２Ａのみが所定量以上撓む。すなわち、出力電圧が閾値を超え、ピエゾフィルム１２Ａに接続されている液晶のみ色が変化する。これにより、トナー量が７５〜５０％の間という事がわかる。このように、複数配置したピエゾフィルムのうちどのピエゾフィルムに対応した報知手段の色が変化したかを確認することで、現在のトナー剤面が分かる。

以上、本実施例によれば、画像形成装置本体からの給電を受けることなく現像剤量を報知することが可能な現像剤収容ユニットを提供することができる。

１ 感光体
３ 現像スリーブ
４ 弾性ブレード
５ トナー
８ 現像装置（現像剤収容ユニット）
１０ 記録材
１２ ピエゾフィルム
３６ プロセスカートリッジ

Claims (8)

1. 現像剤を収容する容器と、
   前記容器内に配置されたピエゾフィルムと、
   前記ピエゾフィルムの出力電圧を用いて、前記容器内の現像剤量に関する情報を報知する報知手段と、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、前記容器の振動に伴って撓むように設けられている現像剤収容ユニット。
2. 前記ピエゾフィルムは、鉛直方向に沿って複数設けられている請求項１に記載の現像剤収容ユニット。
3. 前記ピエゾフィルムは、フィルム面が前記容器の長手方向と交差するように設けられている請求項１又は２に記載の現像剤収容ユニット。
4. 前記ピエゾフィルムは、フィルム面が前記容器の長手方向と直交するように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像剤収容ユニット。
5. 前記ピエゾフィルムに重りが設けられてい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容ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像剤収容ユニットと、
   現像剤を担持する現像剤担持体と、を有することを特徴とする現像装置。
7. 請求項６に記載の現像装置と、
   静電像を担持する像担持体と、
   を有し、画像形成装置本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジ。
8. 記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
   請求項７に記載のプロセスカートリッジと、
   記録材を搬送する搬送手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

Images