(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤収容部内に配置され、回転軸部と該回転軸部の軸中心に対する放射方向の所定位置で前記回転軸部の軸方向と平行に延在する現像剤当接部とを備えた回転部材と、
前記回転軸部を保持して前記回転部材を所定方向に回転するも、前記軸方向が水平方向にあるとき、前記現像剤当接部が鉛直方向最上部から前記現像剤の表面に当接するまで、自由落下よる前記回転部材の回転を許容する回転駆動部と
を備え、
前記回転部材は、金属丸棒をクランク状に形成し、前記現像剤当接部が前記現像剤表面に当接する際に前記現像剤表面側からみた、前記現像剤当接部の、前記延在方向と直交する方向の幅が、両端部より該両端部を除く中央部の方がより広くなるように、該中央部をつぶし加工により形成したことを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】
現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤収容部内に配置され、回転軸部と該回転軸部の軸中心に対する放射方向の所定位置で前記回転軸部の軸方向と平行に延在する現像剤当接部とを備えた回転部材と、
前記回転軸部を保持して前記回転部材を所定方向に回転するも、前記軸方向が水平方向にあるとき、前記現像剤当接部が鉛直方向最上部から前記現像剤の表面に当接するまで、自由落下よる前記回転部材の回転を許容する回転駆動部と
を備え、
前記回転部材は、金属丸棒をクランク状に形成し、前記現像剤当接部が前記現像剤表面に当接する際に前記現像剤表面側からみた、前記現像剤当接部の、前記延在方向と直交する方向の幅が、両端部より該両端部を除く中央部の方がより広くなるように、該中央部に前記金属丸棒より比重の小さい部材を装着したことを特徴とする現像ユニット。
【請求項３】
前記金属丸棒の比重より小さい部材はゴムチューブであることを特徴とする請求項２記載の現像ユニット。
【請求項４】
前記回転駆動部は、前記回転軸部を回転自在に保持すると共に、前記金属丸棒の一部を押圧して回転力を前記回転部材に伝達することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の現像ユニット。
【請求項５】
前記回転駆動部は、ワンウェイクラッチを介して前記回転軸部に回転力を伝達することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の現像ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の現像ユニットを使用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、潜像担持体に形成された静電潜像を現像して可視化する画像形成装置に使用されるトナー残量検出機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトナー残量検出機構として、現像ユニット内のトナー貯蔵部に配設され、トナーを攪拌しながらトナー残量を計測するトナー攪拌部材の回転状況に基づいてトナー残量を検出するものがあった。この機構によれば、クランク形状に形成された攪拌部材が回転する際に、鉛直方向上方からトナーが堆積する表面（特に回転軸より下方に位置する表面）に当接するまで、駆動軸の回転速度より速く、自重による自由落下によって回転できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３５３７号公報（段落００２７〜００５０、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来のトナー残量検出方法では、攪拌部材が自由落下による回転によりトナー堆積表面に当接して回転停止するときの種々の情報に基づいてトナー残量が検出されるため、トナー堆積表面に、できるだけ正確に停止することが重要なポイントとなる。しかしながら、トナーの流動特性や、自由回転時の落下条件等によって、攪拌部材がトナー体積表面から下方に潜り込んでしまい、トナー残量が正確に検出できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の現像ユニットは、
現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部内に配置され、回転軸部と該回転軸部の軸中心に対する放射方向の所定位置で前記回転軸部の軸方向と平行に延在する現像剤当接部とを備えた回転部材と、前記回転軸部を保持して前記回転部材を所定方向に回転するも、前記軸方向が水平方向にあるとき、前記現像剤当接部が鉛直方向最上部から前記現像剤の表面に当接するまで、自由落下よる前記回転部材の回転を許容する回転駆動部とを備え、
前記回転部材は、金属丸棒をクランク状に形成し、前記現像剤当接部が前記現像剤表面に当接する際に前記現像剤表面側からみた、前記現像剤当接部の、前記延在方向と直交する方向の幅が、両端部より該両端部を除く中央部の方がより広くなるように、該中央部をつぶし加工により形成したことを特徴とする。
本発明による別の現像ユニットは、
現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部内に配置され、回転軸部と該回転軸部の軸中心に対する放射方向の所定位置で前記回転軸部の軸方向と平行に延在する現像剤当接部とを備えた回転部材と、前記回転軸部を保持して前記回転部材を所定方向に回転するも、前記軸方向が水平方向にあるとき、前記現像剤当接部が鉛直方向最上部から前記現像剤の表面に当接するまで、自由落下よる前記回転部材の回転を許容する回転駆動部とを備え、
前記回転部材は、金属丸棒をクランク状に形成し、前記現像剤当接部が前記現像剤表面に当接する際に前記現像剤表面側からみた、前記現像剤当接部の、前記延在方向と直交する方向の幅が、両端部より該両端部を除く中央部の方がより広くなるように、該中央部に前記金属丸棒より比重の小さい部材を装着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、回転部材の自由落下による回転により現像剤当接部が現像剤の表面に当接して回転停止する際に、当接面積が広く形成されているため、現像剤当接部が現像剤の中に深く潜り込むのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による現像ユニットを採用した実施の形態１の画像形成装置の要部構成を説明するための概略構成図である。
【図２】転写ローラ、ＬＥＤヘッド、記録用紙と供に、現像ユニットの構成を模式的に示す概略構成図である。
【図３】実施の形態１において、現像ユニットのトナー収容部内に回転自在に配置された攪拌部材を図２に示す矢印Ｅ方向からみた構成図である。
【図４】（ａ）は、駆動ギヤ部材と攪拌部材の係合関係を示す斜視図であり、（ｂ）は、駆動ギヤ部材の構成を示す側面図である。
【図５】実施の形態１において、攪拌部材及び駆動ギヤ部材の図３におけるＡ−Ａ断面図であり、且つ動作説明図である。
【図６】（ａ）は実施の形態１において、攪拌部材が頂上点を通過した時の様子を示し、（ｂ）は攪拌部材がトナー表面に達した時の様子を示し、（ｃ）は攪拌部材が自由落下による回転を停止した時の様子を示している。
【図７】トナー収容部内のトナー残量が多きときのトナー残量検出動作を説明するための動作説明図である。
【図８】トナー収容器内のトナー残量が少ないときのトナー残量検出動作を説明するための動作説明図である。
【図９】（ａ）はトナー残量が所定量より多い場合の残量検出信号ＤＥＴＲの波形を示す波形図であり、（ｂ）はトナー残量が所定量以下の場合の残量検出信号ＤＥＴＲの波形を示す波形図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態２の現像ユニットに採用される攪拌部材を軸受け駆動ギヤ部材と共に示す構成図である。
【図１１】（ａ）は実施の形態２において、攪拌部材が頂上点を通過した時の様子を示し、（ｂ）は攪拌部材がトナー表面に達した時の様子を示し、（ｃ）は攪拌部材が自由落下による回転を停止した時の様子を示している。
【図１２】攪拌部が、丸棒状のままの攪拌部材を採用した場合の参考例についての説明に供する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明による現像ユニットを採用した実施の形態１の画像形成装置の要部構成を説明するための概略構成図である。
【０００９】
同図において、画像形成装置１は、例えばブラック（Ｋ）で印刷可能な電子写真式プリンタとしての構成を備えている。装置内には、レジストローラ８，９、排出ローラ１３，１４，１５，１６を有する用紙搬送路が形成されており、この用紙搬送路の最上流には、記録用紙４を収納する給紙カセット３が配置され、最下流にはカバー４１上面のスタッカ４２が設けられている。
【００１０】
給紙カセット３の記録用紙４は、ホッピングローラ７によって一枚ずつ用紙搬送路に繰り出される。ホッピングローラ７の下流には、記録用紙４の斜行を矯正し、所定のタイミングで記録用紙を送り出すレジストローラ８，９が配置され、レジストローラ８，９の下流には、後述するようにトナー現像が形成される感光ドラム２５を備えた現像ユニット２と、感光ドラム２５に形成されたトナー現像を記録用紙５に転写する転写部材である転写ローラ１０とが、感光ドラム２５と共に記録用紙５を挟持するように配置され、その下流にはトナー画像を記録用紙５に定着させるため、ヒートローラ１２とバックアップローラ１１とで構成される定着ユニットが配設されている。この定着ユニットによってトナー画像が定着された記録用紙６は、排出ローラ１３，１４，１５，１６によって装置外のスタッカ４２に送られる。尚、ここでは、各搬送段階にある記録用紙に異なる符号４，５，６を付して説明している。
【００１１】
画像形成装置１内部の所定位置には制御基板４３が配置され、この制御基板４３には、画像形成装置１全体の動作を制御するための制御回路が形成されている。
【００１２】
図１中のＸ、Ｙ、Ｚの各軸は、記録用紙５が現像ユニット２を通過する際の搬送方向にＸ軸をとり、感光ドラム２５の回転軸方向にＹ軸をとり、これら両軸と直交する方向にＺ軸をとっている。また、後述する他の図においてＸ、Ｙ、Ｚの各軸が示される場合、これらの軸方向は、共通する方向を示すものとする。即ち、各図のＸＹＺ軸は、各図の描写部分が、図１に示す画像形成装置１を構成する際の配置方向を示している。またここでは、Ｚ軸が略鉛直方向となるように各部が配置されているものとする。
【００１３】
図２は、転写ローラ１０、ＬＥＤヘッド１７、記録用紙５と供に、現像ユニット２の構成を模式的に示す概略構成図である。
【００１４】
同図に示すように、現像ユニット２には、表面に電荷を貯えることができ、露光によって表面の電荷を除去することができる感光ドラム２５が矢印方向に回転可能に配置され、この感光ドラム２５の周囲には、その回転方向上流側から順に、感光ドラム２５の表面に一定の圧力で接触して電荷を供給して帯電させる帯電部材である帯電ローラ２４、画像形成装置１（図１）の本体側に配設されて帯電された感光ドラム２５の表面に、例えばＬＥＤヘッド等の光源による光を照射して静電潜像を形成する露光手段であるＬＥＤヘッド１７が配設される。
【００１５】
更に、ＬＥＤヘッド１７の下流には、静電潜像が形成された感光ドラム２５の表面に、所定色（ここではブラック）の現像剤としてのトナーを付着させて静電潜像を現像する現像部４０、感光ドラム２５上のトナー現像を転写ローラ１０によって記録用紙５に転写した際に残留した転写残トナーを清掃するクリーニングローラ２６が配設されている。
【００１６】
現像部４０は、収容する未使用の現像剤としてのトナーをその下部に形成された長孔形状の下部排出口４４に導いて供給するトナーカートリッジ１８、内部空間を形成してトナーカートリッジ１８から供給されたトナーを収容する現像剤収容部としてのトナー収容部２０、トナー収容部２０に供給されたトナーを攪拌しながら供給部材であるトナー供給ローラ２１に導く攪拌部材２７、感光ドラム２５に接触して配置される現像ローラ２２、現像ローラ２２にトナーを供給するトナー供給ローラ２１、現像ローラ２２上のトナーを均一に薄層化する現像剤層規制部材２３を有し、感光ドラム２５の表面に形成された静電潜像に現像ローラ２２上のトナーを付着させて顕像化、即ち現像する。尚、図２に示すカートリッジ１８では、簡単のため、下部排出口４４を開閉するシャッタが省かれている。
【００１７】
また現像ユニット２は、トナーカートリッジ１８を、トナー収容部２０の上方において、着脱自在に配置するように構成されているものであり、以後、現像ユニット２の、着脱自在なトナーカートリッジ１８を除いた部分を現像ユニット本体２ａと称す。現像ユニット本体２ａには、トナーカートリッジ１８からのトナー補給を受けるためのトナー補給口３２が、トナーカートリッジ１８の下部排出口４４に対向する位置に設けられている。ここでの現像ユニット２は、以上のように、トナーカートリッジ１８と現像ユニット本体２ａとが別体構成となっているが、これらを一体に構成することも可能である。
【００１８】
ここで、各駆動部材への駆動力の伝達経路について図２を参照しながら説明する。
【００１９】
現像ユニット２の感光ドラム２５は、片側に固着された図示しないドラムギヤを有し、同じく図示しない画像形成装置１の駆動部からギヤを介して駆動を受けて矢印方向に回転する。現像ローラ２２は、回転軸に固着された図示しないギヤで感光体ドラム２５のドラムギヤから駆動を受けて矢印方向に回転する。現像ローラ２２のギヤとトナー供給ローラ２２の回転軸に固着された図示しないギヤは、図示しないアイドルギヤを介して連結されて同方向に回転し、トナー供給ローラ２１のギヤは伝達手段を介して、後述するように現像ユニット２のトナー収容部２０内に配置された攪拌部材２７を駆動する駆動ギヤ部材２８（図４参照）を矢印Ｃ方向に回転する。
【００２０】
図１、図２に示すように、上記した現像ユニット２の感光ドラム２５に対向する位置には、導電性のゴム等によって形成された転写ローラ１０が、記録用紙５を静電吸引して搬送する図示しない転写ベルトを介して圧接された状態で配設されている。この転写ローラ１０は、感光ドラム２５上のトナー現像を記録用紙５に転写するが、この転写時に、感光ドラム２５の表面電位と転写ローラ１０の表面電位に所定の電位差を持たせるための電位が印加される。
【００２１】
ヒートローラ１２とバックアップローラ１１とを有する定着ユニット（図１）は、前記したように、現像ユニット２と転写ローラ１０とによって、図２に示すように記録用紙５上に転写された転写済みトナー１９を加圧・加熱することによって定着する。
【００２２】
画像形成装置１の上面のカバー３５は開閉自在に備えられ、画像形成装置本体に対して現像ユニット２が、更には画像形成装置本体に装着された現像ユニット本体２ａに対してトナーカートリッジ１８が着脱可能となっている。
【００２３】
次に攪拌部材２７の攪拌動作を利用したトナー収容部のトナー残量検出機構について説明する。
【００２４】
図３は、現像ユニット２のトナー収容部２０内に回転自在に配置された攪拌部材２７を図２に示す矢印Ｅ方向（Ｘ軸のマイナス側）からみた構成図であり、図４（ａ）は、駆動ギヤ部材２８と攪拌部材２７の係合関係を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、駆動ギヤ部材２８の構成を示す側面図であり、図５は、攪拌部材２７及び駆動ギヤ部材２８の図３におけるＡ−Ａ断面図であり、且つ動作説明図である。
【００２５】
図３に示すように、回転部材としての攪拌部材２７は、丸棒状の鉄系素材をクランク形状に形成したもので、回転軸部としての左右の軸部２７ａ，２７ｂ、左右のアーム部２７ｃ，２７ｄ、及びトナーを攪拌する現像剤当接部としての攪拌部２７ｅから構成されている。トナーを攪拌する攪拌部２７ｅは、例えばトナー供給ローラ２１の幅と同程度の幅を有してトナー供給ローラ２１軸方向に平行に配置され、一方の軸部２７ａは、現像ユニット本体２ａに配設された軸受け３１によって回転自在に保持され、他方の軸部２７ｂは、現像ユニット本体２ａよって回転自在に保持された駆動ギヤ部材２８によって後述するように保持されている。軸部２７ａ，２７ｂの軸方向の攪拌部２７ｅの延在方向は平行であり、軸受け３１と駆動ギヤ部材２８が回転駆動部に相当する。
【００２６】
攪拌部２７ｅは、断面円形状の円形部２７ｆと断面扁平状の扁平部２７ｇとからなり、図３に示すように、左右のアーム部２７ｃ、２７ｄにつながる両側に両端部としての円形部２７ｆが位置し、その間に中央部に相当する扁平部２７ｇが位置し、断面扁平状の扁平部２７ｇは、例えばつぶし加工により、図５に示すように両側に平面部が形成されて、円形部２７ｆより幅広になっている。ここでは例えば、円形部２７ｆの直径Ｗ１は２．２ｍｍ、扁平部２７ｇの扁平幅Ｗ２は３．７ｍｍ、厚みＷ３（図５参照）は１．０ｍｍに形成され、攪拌部２７ｅの全長Ｌ１は２８４ｍｍであり、中心振り分けで形成された扁平部２７ｇの長さＬ２は９９．５ｍｍに形成されている。尚、ここでは、扁平部２７ｇの平面が、図５に示すように、クランク状に形成された攪拌部材２７が形成する平面と平行となるように形成されている。
【００２７】
駆動ギヤ部材２８は、図４（ａ）に示すように、伝達手段を介してトナー供給ローラ２１のギヤから駆動力を受けるギヤ２９と、ギヤ２９と一体的に形成されて攪拌部材２７の軸部２７ｂを軸支する軸受け部３０とから構成される。軸受け部３０には、攪拌部材２７の一方の軸部２７ｂを回転可能に受け入れる内部孔３０ａ、軸部２７ｂを内部孔３０ａに導く導入孔３０ｆ、攪拌部材２７のアーム部２７ｄに作用して駆動力を伝達する張り出し部３０ｂが形成されている。この張り出し部３０ｂは、図４（ｂ）に示すように断面が円弧形状でその円弧角θが１８０度以下に形成され、側部３０ｃ或いは側部３０ｄがアーム部２７ｄに当接して、駆動ギヤ部材２８の回転力を攪拌部材２７に伝達する。即ちこの張り出し部３０ｃは、導入孔３０ｆの円筒状の先端部の半部以上を切り欠いた形状となっている。
【００２８】
現像ユニット２の下部に配置された攪拌部材２７の回転検出部３３は、図２に示すように現像ユニット本体２ａに回動可能に保持された回動レバー３４とフォトカプラ３５とを備える。回動レバー３４は、回転中心部３４ａを境に「く」字状に形成され、一方の端部に磁石３６を配置し、他方の端部には「Ｌ」字状に曲げられた遮蔽部３４ｂが形成され、磁石３６が、攪拌部材２７の攪拌部２７ｅがトナー収容部２０の底部の所定の回転領域を通過する際に吸引力を受けることができる位置でその回転中心部３４ａが現像ユニット本体２ａに回動可能に保持されている。
【００２９】
回動レバー３４は、自重により発生する磁石３６が下方に移動する力によって、僅かに矢印Ｇ方向に付勢されるように形成され、そしてフォトカプラ３５は、回動レバー３４の遮蔽部３４ｂがフォトカプラ３５の内部に入って、予め設定された光路を遮断する位置で、且つ磁石３６が攪拌部材２７の攪拌部２７ｅによる吸引力を受けることができる位置で、回動レバー３４の矢印Ｇ方向の回動を規制するように配置されている。このときの回動レバー３４の回動状態を図３に点線で示している。尚、ここでは、フォトカプラ３５が回動レバー３４の回動を規制するように説明したが、この回動位置で回動レバー３４を規制する規制部材を別に用意しても良い。
【００３０】
この状態で、攪拌部材２７の攪拌部２７ｅがトナー収容部２０の底部の所定の回転領域を通過するとき、磁石３６が攪拌部２７ｅによって相対的に吸引され、回動レバー３４が矢印Ｇと反対方向に回動して遮蔽部３４ｂがフォトカプラ３５から出て光路の遮断を解除する回動位置に移動する。このときの回動レバー３４の回動状態を図３に実線で示している。フォトカプラ３５は、遮蔽部３４ｂによって光路が遮断されたか否かによって状態の異なる後述する残量検出信号ＤＥＴＲを出力する。
【００３１】
次に、現像ユニット２のトナー収容部２０（図２）にトナーがないときの攪拌部材２７及び駆動ギヤ部材２８の回転動作について図４、図５を参照しながら説明する。
【００３２】
駆動ギヤ部材２８は、ここでは、例えば２０〜６０ｒｐｍの遅い回転速度で矢印Ｃ方向に回転し、駆動ギヤ部材２８に回転自在に保持された攪拌部材２７は、例えば図４に示す駆動ギヤ部材２８の軸受け部３０の張り出し部３０ｂの側部３０ｃによって、アーム部２７ｄが押されて同方向に回転し、攪拌部２７ｅが真上となる頂上点に至る。図５（ａ）は、このようにして、攪拌部２７ｅが真上となる最上点に至った時の状態を示している。
【００３３】
攪拌部材２７は、攪拌部２７ｅが頂上点を通過すると、その自重により、自由落下による回転を開始する。攪拌部材２７のアーム部２７ｄが当接する張り出し部３０ｄは、前記したように断面の円弧形状の円弧角θ（図４（ｂ））が１８０度以下に形成されているため、少なくとも攪拌部２７ｅが真下に至る最下点までは自由落下が可能となっている。図５（ｂ）は、攪拌部材２７の自由落下時の途中の回転状態を示し、図５（ｃ）は、攪拌部材２７の最下点に到達したときの回転停止状態を示している。攪拌部材２７は、自由落下によって駆動ギヤ部材２８の側部３０ｃと離間するため、しばらく最下点にとどまるが、やがて回転を続ける駆動ギヤ部材２８の側部３０ｃが再びアーム部２７ｄに当接すると、これに押されて駆動ギヤ部材２８と一体的に回転し、攪拌部２７ｅが再び頂上点に至ると自由落下による回転を開始し、以後同様の動作を繰り返す。
【００３４】
次に、現像ユニット２のトナー収容部２０（図２）に、攪拌部材２７の軸部２７ｂの辺りまでトナー１９が満たされている場合の、攪拌部材２７及び駆動ギヤ部材２８の回転動作について図６を参照しながら説明する。
【００３５】
このとき攪拌部材２７は、図６（ａ）に示すように、攪拌部２７ｅが頂上点を通過すると自由落下による回転を開始し、トナー１９の表面に当接する。同図（ｂ）はこの時の状態を示している。このとき、攪拌部２７ｅは、慣性により、同図（ｃ）に示すようにトナー１９の表面より僅かに潜り込むものの、扁平部２７ｇの、扁平幅Ｗ２につぶされて面積が拡大した平面部がトナー１９の表面に略平行に当接するため、トナー１９により大きな抵抗を受けてトナー１９の表面より深く潜り込むことがない。
【００３６】
その後、回転を続ける駆動ギヤ部材２８の側部３０ｃが再びアーム部２７ｄに当接すると、攪拌部材２７は、これに押されて駆動ギヤ部材２８と一体的に回転してトナーを攪拌し、攪拌部２７ｅが再び頂上点に至ると自由落下による回転を開始し、以後同様の動作を繰り返す。
【００３７】
本実施の形態の攪拌部材２７によれば、上記したように自由落下による回転によって攪拌部２７ｅがトナー１９に当接して回転停止するとき、攪拌部２７ｅが慣性によりトナー１９の表面より深く潜り込むことがないため、回転停止するときの種々の情報に基づいていてトナー残量を求める際に、正確な残量値を求めることが可能となる。
【００３８】
ここで、攪拌部が、扁平部を備えることなく丸棒状のままの攪拌部材を採用した場合の参考例について、図１２を参照しながら説明する。
【００３９】
この場合、攪拌部材１２７は、同図（ａ）に示すように攪拌部１２７ａが頂上点を通過して自由落下による回転を開始し、同図（ｂ）に示すようにトナー１９の表面に当接する。このとき、扁平部が形成されていない攪拌部１２７ａは、トナーによって大きな抵抗を受けることができないため、慣性により、同図（ｃ）に示すようにトナー１９の表面より更に深く潜り込んだ状態で停止することになる。
【００４０】
尚、現像ユニット２のトナー収容部２０では、例えば攪拌部材２７の軸方向（Ｙ軸方向）において、中央部と比較してその両端部付近にトナーが溜まりやすい。このため、端部付近のトナーが対象となって残量（少量）検出が行われると、中央部のトナーに対して少量検出のタイミングが遅れてしまい、中央部でかすれ印刷が発生する場合がある。従って、本実施の形態では、攪拌部２７ｅの扁平部２７ｇを、攪拌部全域に形成せずに、その中央部の限定された領域にのみ形成し、中央部に残るトナーの残量検出を正確に行うようにしている。
【００４１】
次に、本実施の形態１の攪拌部材２７を用いて、現像ユニット２のトナー収容部２０（図２）に保存されるトナーの残量検出方法について、その一例を以下に説明する。
【００４２】
図７及び図８は、それぞれトナー収容部２０（図２）に保持されているトナーの量が多いとき、及び少ないときのトナー残量検出動作を説明するための動作説明図である。これらの動作説明図を参照しながら、トナー残量検出動作について以下に説明する。尚、簡単のため、これらの各図においては、トナー収容部２０をＹ軸のプラス側からみた、攪拌部材２７近傍の限定された領域（円形内）で示し、図５に示す軸受け部３０の側部３０ｃを点で示し、図２に示す回転検出部３３が、攪拌部材２７が検出領域Ｂを移動するときに「Ｌ」（オフ）となり、それ以外の領域を移動するとき「Ｈ」となる残量検出信号ＤＥＴＲを出力するものとする。
【００４３】
図７は、トナー１９が、トナー収容部２０（図２）に配置された攪拌部材２７の軸部２７ｂの辺りまで満たされた状態を示している。この状態において、例えば同図（ａ）に示すように、その攪拌部２７ｅが鉛直方向の下方に位置する攪拌部材２７は、ギヤ２９（図３）の回転に伴って所定の速度で移動する側部３０ｃに押されて矢印Ｃ方向に回転している。この時、回転検出部３３は、攪拌部材２７が前記した所定の回転検出領域Ｂにある間、その残量検出信号を“Ｌ”（オフ）とする。
【００４４】
やがて攪拌部材２７は、その攪拌部２７ｅが水平方向となってトナー内部から空洞部へ移動する同図（ｂ）に示す状態を経て、攪拌部２７ｅが鉛直方向上方に位置する同図（ｃ）に点線で示す状態となる。攪拌部材２７は、この同図（ｃ）に点線で示す状態を過ぎると、その自重により、自由落下による回転を開始して側部３０ｃの移動に先行して速やかに矢印Ｃ方向に回転し、トナーの表面に当接してその回転が妨げられて停止する。同図（ｃ）はこの時の状態を示している。
【００４５】
攪拌部材２７は、所定の速度で移動する側部３０ｃが追いつくまでこの位置に止まるが、同図（ｄ）に示すように、やがて側部３０ｃが追いつくと、これに押されて、トナー内部を矢印Ｃ方向に移動し、再び同図（ａ）で説明した位置に戻る。攪拌部材２７は、ギヤ２９が所定の回転速度で回転駆動される間、上記した回転動作を繰り返す。従ってこのとき、回転検出部３３は、攪拌部材２７が所定の速度で移動する側部３０ｃによって押され回転検出領域Ｂを移動する間、その残量検出信号を“Ｌ”（オフ）とする。
【００４６】
一方図８は、トナー収容部２０（図２）のトナー１９の残量が、後述するように所定量以下であると判定される領域まで減少した状態を示している。この状態において、例えば同図（ａ）に示すように、その攪拌部２７ｅが鉛直方向の下方に位置する攪拌部材２７は、ギヤ２９（図３）の回転に伴って所定の速度で移動する側部３０ｃに押されて矢印Ｃ方向に回転している。この時、回転検出部３３は、攪拌部材２７が前記した所定の回転検出領域Ｂにある間、その残量検出信号を“Ｌ”（オフ）とする。
【００４７】
やがて攪拌部材２７は、その攪拌部２７ｅが略水平方向となる同図（ｂ）に示す状態を経て、攪拌部２７ｅが鉛直方向上方に位置する同図（ｃ）に点線で示す状態となる。攪拌部材２７は、この同図（ｃ）に点線で示す状態を過ぎると、その自重により、自由落下による回転を開始して側部３０ｃの移動に先行して速やかに矢印Ｃ方向に回転し、トナーの表面に当接してその回転が妨げられて停止する。同図（ｃ）はこの時の状態を示している。このとき、攪拌部材２７は、所定の回転検出領域Ｂ内にあるため回転検出部３３によって検出され、回転検出部３３は、その残量検出信号を“Ｌ”（オフ）とする。
【００４８】
攪拌部材２７は、所定の速度で移動する側部３０ｃが追いつくまでこの位置に止まるが、この間、残量検出信号は“Ｌ”（オフ）状態となっている。同図（ｄ）に示すように、やがて側部３０ｃが追いつくと、これに押されて、トナー内部を矢印Ｃ方向に移動し、再び同図（ａ）で説明した位置に戻る。攪拌部材２７は、ギヤ２９が所定の回転速度で回転駆動される間、上記した回転動作を繰り返す。従ってこのとき、回転検出部３３は、攪拌部材２７が、自重によってＡ方向に回転してトナーの表面に当接してその回転が妨げられて停止してから、所定の速度で移動する側部３０ｃによって再び押され、回転検出領域Ｂを脱出するまでの間、その残量検出信号を“Ｌ”（オフ）とする。
【００４９】
以上の説明から理解されるように、攪拌部材２７が、自重によって矢印Ｃ方向に回転し、トナー表面に当接して、或いは当接することなく回転を停止する回転位置が、前記所定の回転検出領域Ｂ内に在る場合か（以後この場合をトナー残量が所定量以下の場合と称すことがある）、否か（以後この場合をトナー残量が所定量より多い場合と称すことがある）によって、攪拌部材２７が一回転する周期における残量検出信号の“Ｌ”（オフ）と“Ｈ”（オン）のデューティ比が明確に異なり、前記所定の回転検出領域Ｂ内に在る場合、“Ｌ”（オフ）の比率が格段に大きくなる。この点について更に説明する。
【００５０】
図９（ａ）は、前記した図７の場合のように、トナー残量が所定量より多い場合の残量検出信号ＤＥＴＲの波形を示し、図９（ｂ）は、前記した図８の場合のように、トナー残量が所定量以下の場合の残量検出信号ＤＥＴＲの波形を示している。
【００５１】
同図中、周期Ｔは、攪拌部材２７が１回転するのに要する時間、即ちギヤ２９の回転周期に相当する。トナー残量が所定量より多い場合、同図（ａ）に示すように、回転検出部３３による攪拌部材２７の検出時間Ｔ１は、所定の回転速度で移動する攪拌部材２７が回転検出領域Ｂを通過する時間に相当する。一方、トナー残量が所定量以下の場合、同図（ｂ）に示すように、回転検出部３３による攪拌部材２７の検出時間Ｔ２は、図８（ｃ）及び図８（ｄ）で説明したように、攪拌部材２７が自重で回転して回転検出領域Ｂ内に到った時点から、所定の回転速度で移動する側部３０ｃが追いつき、回転検出領域Ｂを脱出するまでの時間に相当する。従って時間Ｔ２は、Ｔ２≫Ｔ１の関係となる。
【００５２】
従って時間Ｔ２は、Ｔ２≫Ｔ１の関係となり、例えば残量検出信号ＤＥＴＲの“Ｌ”（オフ）時間を所定の時間Ｔｓと比較し、Ｔｓより長い場合には、トナーの残量が所定量以下になったと判定することができる。
【００５３】
以上のように、ここでは、攪拌部材２７の自重による自由落下を利用して、トナー残量が所定量より多いか否かによって、回転検出部３３が出力する残量検出信号ＤＥＴＲの一周期中の“Ｌ”（オフ）と“Ｈ”（オン）のデューティ比が大きく変化するのに着目した例について説明した。しかしながら、攪拌部材２７の自重による自由落下を利用したトナー残量検出方法は、これに限定されるものではなく、例えば以下のような方法も提案されている。
【００５４】
例えば図４に示す駆動ギヤ部材２８と攪拌部材２７がワンウェイクラッチで接続され、図７（ｃ）に示すように、攪拌部材２７が鉛直方向上方の点線で示す位置から、実線で示すトナーの表面に当接する位置まで自重により速やかに回転したのち、直ちにギヤ２９の回転速度でトナー内部を矢印Ｃ方向に移動するように構成したものである。
【００５５】
この場合、トナー収容部内のトナーの表面が、攪拌部材２７の軸部２７ｂより下方になると、攪拌部材の回転周期Ｔそのものが、トナーの残量に応じて速くなるため、攪拌部材の回転周期Ｔに基づいてトナー残量を求めることができる。
【００５６】
上記した何れのトナー残量検出方法においても、トナー残量を正確に求めるには、攪拌部材２７が、自重による自由落下によって回転する時に、トナー表面で正確に回転停止することが求められる。
【００５７】
尚、ここでは、例えば図５に示すように扁平部２７ｇの平面を、クランク状に形成された攪拌部材２７が形成する平面と平行に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、トナー収容部２０（図２）内のトナー１９の残量が検出レベルまで低下した時のトナー表面と平行に当接するように形成し、そのレベルでのトナー表面検出がより正確に行えるようにしてもよいなど、残量検出の方法に応じて適宜設定してもよい。
【００５８】
また、ここでは、扁平部２７ｇの幅Ｗ２や、攪拌部２７ｅの全長Ｌ１、扁平部２７ｇの長さＬ２の一例を示したが、これらの数値設定は、トナー１９の流動特性やトナー収容部２０の形状等に応じ、実験結果等に基づいて適宜設定すべきものである。
【００５９】
本実施の形態の攪拌部材２７によれば、上記したように、攪拌部材２７が自由落下によって回転する時に、攪拌部２７ｅがトナー内部に潜り込むことなく、トナー１９の表面に当接して速やかに回転停止するため、攪拌部材２７の自重による自由落下を利用してトナー残量を検出する際に、正確な検出が可能となる。
【００６０】
実施の形態２．
図１０は、本発明に基づく実施の形態２の現像ユニットに採用される攪拌部材１２７を軸受け３１、駆動ギヤ部材２８と共に示す構成図である。
【００６１】
この攪拌部材１２７が前記した図３に示す実施の形態１の攪拌部材２７と主に異なる点は、攪拌部１２７ｅの構成である。従って、この攪拌部材１２７を採用する現像ユニット及び画像形成装置が、前記した実施の形態１の現像ユニット２（図２）及び画像形成装置１（図１）と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の現像ユニットの要部構成は、攪拌部材１２７以外において図１、図２に示す実施の形態１の画像形成装置１及び現像ユニット２の要部構成と共通するため、必要に応じて図１、２を参照する。
【００６２】
図１０に示すように、回転部材としての攪拌部材１２７は、丸棒状の鉄系素材をクランク形状に形成して得た、回転軸部としての左右の軸部１２７ａ，１２７ｂ、左右のアーム部１２７ｃ，１２７ｄ、及びトナーを攪拌する攪拌部１２７ｅとからなる金属部と、攪拌部１２７ｅに装着されるゴムチューブ１２８とを備える。尚、ここでは、攪拌部１２７ｅとゴムチューブ１２８が現像剤当接部に相当する。
【００６３】
一方の軸部１２７ａは、現像ユニット本体２ａ（図２）に配設された軸受け３１によって回転自在に保持され、他方の軸部１２７ｂは、現像ユニット本体２ａよって回転自在に保持された駆動ギヤ部材２８によって保持されている。これらの軸受け３１、駆動ギヤ部材２８と攪拌部材１２７の関係は、前記した、軸受け３１、駆動ギヤ部材２８と攪拌部材２７（図３）の関係と全く同じなので、ここでの説明は省略する。
【００６４】
ここでは例えば、現像剤当接部の中央部に相当する装着されたゴムチューブ１２８の幅Ｗ６は３．６ｍｍ、それ以外の両端部に相当する断面円形状の攪拌部１２７ｅの直径Ｗ５は２．２ｍｍに形成され、攪拌部１２７ｅの全長Ｌ３は２８４ｍｍであり、中心振り分けで装着されたゴムチューブ１２８の長さＬ４は２００ｍｍに形成されている。また装着前のゴムチューブ１２７の断面外径及び断面内径はそれぞれ３．６ｍｍ及び２．１ｍｍのものを採用している。
【００６５】
ゴムチューブ１２８は、例えばクランク上に形成される前の攪拌部材１２７の金属部の一端側から挿入して装着されが、攪拌部１２７ｅと密着させるために金属部の直径（Ｗ５）よりもゴムチューブ１２８の内径を小さくしても良いし、ゴムチューブ１２８の攪拌部１２７ｅとの位置関係に遊びを許容できれば、装着しやすいようにゴムチューブ３３の内径を金属部の直径（Ｗ５）より大きくしても良い。
【００６６】
尚、本実施の形態のように、攪拌部材１２７の金属部の比重（約７．８程度）に対して、シリコンゴムで形成された比重の小さい(約１．２程度)ゴムチューブ１２８を攪拌部１２７ｅに装着することにより、自重をそれほど増加させることなく、自由落下時のトナーとの接触面積を大きく取ることが可能となる。例えばここでは攪拌部材１２７の金属部のみの場合には自重９．４ｇであり、コムチューブ１２８を装着した場合には自重１１．０ｇ程度である。
【００６７】
次に、現像ユニット２のトナー収容部２０（図２）内に、攪拌部材１２７の軸部２７ｂの辺りまでトナー１９が満たされている場合の、攪拌部材１２７及び駆動ギヤ部材２８の回転動作について図１１を参照しながら説明する。
【００６８】
このとき攪拌部材１２７は、図１１（ａ）に示すように、攪拌部１２７ｅが頂上点を通過すると自由落下による回転を開始し、トナー１９の表面に当接する。同図（ｂ）はこの時の状態を示している。このとき、攪拌部１２７ｅは、慣性により、同図（ｃ）に示すようにトナー１９の表面より僅かに潜り込むものの、ゴムチューブ１２８を装着することによってトナー１９の表面との接触面積が拡大しているため、トナー１９により大きな抵抗を受けてトナー１９の表面より深く潜り込むことがない。
【００６９】
その後、回転を続ける駆動ギヤ部材２８の側部３０ｃが再びアーム部１２７ｄに当接すると、これに押されて駆動ギヤ部材２８と一体的に回転してトナーを攪拌し、攪拌部１２７ｅが再び頂上点に至ると、自由落下による回転を開始し、以後同様の動作を繰り返す。
【００７０】
尚、本実施の形態２の攪拌部材１２７を用いて、現像ユニット２のトナー収容部２０（図２）内に保存されるトナーのトナー残量を検出方法については、前記した実施の形態１で攪拌部材２７を採用した場合と同方法で行うことができることが明らかであるため、ここでの説明は省略する。
【００７１】
また、ここでは、ゴムチューブ１２８の幅Ｗ６や、攪拌部１２７ｅの全長Ｌ３、ゴムチューブ１２８の長さＬ４の一例を示したが、これらの数値設定は、トナー１９の流動特性やトナー収容部２０の形状等に応じ、実験結果等に基づいて適宜設定すべきものである。
【００７２】
本実施の形態の攪拌部材１２７によれば、上記したように、攪拌部材１２７が自由落下によって回転する時に、攪拌部１２７ｅがトナー内部に潜り込むことなく、トナー１９の表面に当接して速やかに回転停止するため、攪拌部材１２７の自重による自由落下を利用してトナー残量を検出する際に、正確な検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明はプリンタ、ファックス、コピー機、及びそれらを複合的に持つ装置に適用可能である。また上記した実施の形態では、現像ユニット本体に対してトナーカートリッジを着脱可能に構成した例について記載したが、現像ユニット本体とトナーカートリッジが一体化され、画像形成装置本体に対して一体化された現像ユニットを交換するように構成した装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  画像形成装置、  ２  現像ユニット、  ２ａ  現像ユニット本体、  ３  給紙カセット、  ４  記録用紙、  ５  記録用紙、  ６  記録用紙、  ８  レジストローラ、  ９  レジストローラ、  １０  転写ローラ、  １１  バックアップローラ、  １２  ヒートローラ、  １３  排出ローラ、  １４  排出ローラ、  １５  排出ローラ、  １６  排出ローラ、  １７  ＬＥＤヘッド、  １８  トナーカートリッジ、  １９  トナー、  ２０  トナー収容部、  ２１  トナー供給ローラ、  ２２  現像ローラ、  ２３  現像剤層規制部材、  ２４  帯電ローラ、  ２５  感光ドラム、  ２６  クリーニングローラ、  ２７  攪拌部材、  ２７ａ，２７ｂ  軸部、  ２７ｃ，２７ｄ  アーム部、  ２７ｅ  攪拌部、  ２７ｆ  円形部、  ２７ｇ  扁平部、  ２８  駆動ギヤ部材、  ２９  ギヤ、  ３０  軸受け部、  ３０ａ  内部孔、  ３０ｂ  張り出し部、  ３０ｃ  側部、  ３０ｄ  側部、  ３０ｆ  導入孔、  ３１  軸受け、  ３２  トナー補給口、  ３３  回転検出部、  ３４  回動レバー、  ３４ａ  回動中心部、  ３４ｂ  遮蔽部、  ３５  フォトカプラ、  ３６  磁石、  ４０  現像部、  ４１  カバー、  ４２  スタッカ、  ４３  制御基板、  ４４  下部排出口、  １２７  攪拌部材、  １２７ａ，１２７ｂ  軸部、  １２７ｃ，１２７ｄ  アーム部、  １２７ｅ  攪拌部、  １２８  ゴムチューブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005436497.tif 000008
【図８】
0005436497.tif 000009
【図９】
0005436497.tif 000010
【図１０】
0005436497.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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