(57)【要約】【課題】現像剤担持体への現像剤の供給量の減少を防止し、画像品質を向上することを目的とする。【解決手段】画像形成ユニットは、現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、第１の供給部材よりも下方に設けられ、第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、少なくとも第１の供給部材と第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングとを備える。ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルは、第２の供給部材の回転中心の高さから、第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にある。【選択図】図１
2014016546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、
前記第１の供給部材よりも下方に設けられ、前記第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、
少なくとも前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと
を備え、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の回転中心の高さから、前記第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にあること
を特徴とする画像形成ユニット。
【請求項２】
前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とが並んで配列された方向と鉛直方向とのなす角をθとし、前記ケーシングの底から前記第２の供給部材の最下部までの鉛直方向の距離をｈとし、前記第１の供給部材の直径をｄ１とし、前記第２の供給部材の直径をｄ２とし、前記第１の供給部材と前記第２の供給部材との鉛直方向の食い込み量をｎ１とすると、
前記ケーシング内の前記現像剤の上面レベルＨは、
【数３】
2014016546.tif 000005
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成ユニット。
【請求項３】
前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とは鉛直方向に並んで配列されており、前記ケーシング内の前記現像剤の上面レベルＨは、
【数４】
2014016546.tif 000006
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の画像形成ユニット。
【請求項４】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、
前記第１の供給部材よりも下方に設けられ、前記第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、
少なくとも前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと、
前記第２の供給部材に対向するように配置され、現像剤を、前記第２の供給部材の最下部から、当該第２の供給部材の回転方向に案内する現像剤案内部と
を備え、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の最下部の高さから、前記第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にあること
を特徴とする画像形成ユニット。
【請求項５】
前記第１の供給部材と前記現像剤担持体とは、非接触で対向していることを特徴とする請求項１から４までのいずれか1項に記載の画像形成ユニット。
【請求項６】
前記第１の供給部材に対向するように配置され、前記第１の供給部材に担持された現像剤を帯電させる帯電部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項７】
前記帯電部材は、前記第１の供給部材の回転中心よりも上方で、前記第１の供給部材に対向していることを特徴とする請求項６に記載の画像形成ユニット。
【請求項８】
前記帯電部材は、前記ケーシング内の現像剤の上面レベルよりも上方に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成ユニット。
【請求項９】
前記ケーシングに取り付けられ、前記ケーシング内に現像剤を供給するための現像剤収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１０】
前記現像剤担持体に対向して、前記現像剤担持体の現像剤を回収する回収部材が設けられ、
前記回収部材が設けられた領域と、前記第１の供給部材が設けられた領域とを仕切る仕切り壁がさらに設けられていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１１】
潜像担持体と、
前記潜像担持体に対向するように配置された現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、
前記第１の供給部材よりも下方に設けられ、前記第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、
少なくとも前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと
を備え、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の回転中心の高さから、前記第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にあること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
潜像担持体と、
前記潜像担持体に対向するように配置された現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、
前記第１の供給部材よりも下方に設けられ、前記第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、
少なくとも前記第１の供給部材と前記第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと、
前記第２の供給部材に対向するように配置され、現像剤を、前記第２の供給部材の最下部から、当該第２の供給部材の回転方向に案内する現像剤案内部と
を備え、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の最下部の高さから、前記第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にあること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルを検出する現像剤レベル検出手段と、
前記ケーシングに取り付けられ、前記ケーシング内に現像剤を供給するための現像剤収容部と、
現像剤レベル検出手段の検出結果に基づき、前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の回転中心の高さから、前記第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にあるように、前記現像剤収容部から前記ケーシング内への現像剤の供給を制御する制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記現像剤レベル検出手段は、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第１の供給部材の回転中心の高さに達したか否かを検知する第１のレベル検出手段と、
前記ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルが、前記第２の供給部材の回転中心の高さに達したか否かを検知する第２のレベル検出手段と
を有することを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記第１のレベル検出手段は、前記第１の供給部材の回転中心と略同じ高さに回転中心を有する第１の回転部材と、前記第１の回転部材の回転状態の変化を検出する第１の回転検出手段とを有し、
前記第２のレベル検出手段は、前記第２の供給部材の回転中心と略同じ高さに回転中心を有する第２の回転部材と、前記第２の回転部材の回転状態の変化を検出する第２の回転検出手段とを有する
ことを特徴する請求項１４に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記第１の回転部材および前記第２の回転部材は、前記現像剤収容部の下方に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記現像剤収容部の補給口を開閉するシャッタを制御することにより、前記ケーシング内への現像剤の供給を制御することを特徴とする請求項１３から１６までのいずれか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、電子写真方式により画像を形成する画像形成ユニット、およびこの画像形成ユニットを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置は、感光体ドラムに形成した静電潜像を現像するため、現像装置を有している。
【０００３】
従来より、現像装置の下部に堆積したトナーを、第１の供給ローラと第２の供給ローラとにより下方から上方に搬送し、現像ローラに供給するようにした現像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の現像装置では、トナーの上面レベルが低下してくると、第２の供給ローラから第１の供給ローラに供給されるトナー量が減少し、その結果、現像ローラに供給されるトナー量が減少して、高デューティ（ｄｕｔｙ）画像においてトナーの抜けが生じる、すなわちかすれが発生するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、現像剤担持体への現像剤の供給量の減少を防止し、画像品質を向上することができる画像形成ユニットおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る画像形成ユニットは、現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、第１の供給部材よりも下方に設けられ、第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、少なくとも第１の供給部材と第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングとを備える。ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルは、第２の供給部材の回転中心の高さから、第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にある。
【０００８】
本発明に係る画像形成ユニットは、また、現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、第１の供給部材よりも下方に設けられ、第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、少なくとも第１の供給部材と第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと、第２の供給部材に対向するように配置され、現像剤を、第２の供給部材の最下部から、第２の供給部材の回転方向に案内する現像剤案内部とを備える。ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルは、第２の供給部材の最下部の高さから、第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にある。
【０００９】
本発明に係る画像形成装置は、潜像担持体と、潜像担持体に対向するように配置された現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、第１の供給部材よりも下方に設けられ、第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、少なくとも第１の供給部材と第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングとを備える。ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルは、第２の供給部材の回転中心の高さから、第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にある。
【００１０】
本発明に係る画像形成装置は、また、潜像担持体と、潜像担持体に対向するように配置された現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する回転可能な第１の供給部材と、第１の供給部材よりも下方に設けられ、第１の供給部材に現像剤を供給する回転可能な第２の供給部材と、少なくとも第１の供給部材と第２の供給部材とが内部に配置されたケーシングと、第２の供給部材に対向するように配置され、現像剤を、第２の供給部材の最下部から、第２の供給部材の回転方向に案内する現像剤案内部とを備える。ケーシング内に収容された現像剤の上面レベルは、第２の供給部材の最下部の高さから、第１の供給部材の回転中心の高さまでの範囲内にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像剤担持体への現像剤の供給量の減少を防止し、画像品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＩＤユニット（画像形成ユニット）を備えた画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態におけるＩＤユニットの構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態におけるＩＤユニットの現像ローラの断面構造を示す図である。
【図４】現像ローラの抵抗値の測定方法を説明するための正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【図５】第１の実施の形態におけるＩＤユニットの鋸歯電極の形状を示す図である。
【図６】第１の実施の形態におけるＩＤユニットの各ローラ間のギャップおよび食い込み量を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態におけるＩＤユニットの撹拌バーの構成を示す図である。
【図８】第１の実施の形態におけるＩＤユニットのトナー残量検出バーの構成を示す図である。
【図９】トナー上面レベルがトナー残量検出バーの回転軌跡よりも高い位置にある場合におけるトナー残量検出バーによるトナー上面レベルの検出方法を説明するための模式図である。
【図１０】トナー上面レベルがトナー残量検出バーの回転中心よりも低い位置にある場合におけるトナー残量検出バーによるトナー上面レベルの検出方法を説明するための模式図である。
【図１１】第１の実施の形態におけるトナー残量検出手段を示す模式図である。
【図１２】トナー残量検出手段における光源、光検出器および反射板の関係を示す模式図である。
【図１３】トナー残量検出手段における光源から出射されたレーザ光が反射板により反射される状態を示す模式図である。
【図１４】トナー上面レベルと、光検出器によるレーザ光連続検出時間との関係を示す図である。
【図１５】供給ローラおよび補助供給ローラの他の配列の例を示す模式図である。
【図１６】第１の実施の形態における画像形成装置の制御系を示すブロック図である。
【図１７】第１の実施の形態における鋸歯電極に印加するパルス電圧の一例を示す。
【図１８】画像形成装置の制御部によるトナー供給量の制御を示すフローチャートである。
【図１９】比較例１のＩＤユニットの構成を示す図である。
【図２０】比較例２のＩＤユニットの構成を示す図である。
【図２１】印刷試験の結果を示す図である。
【図２２】比較例１における補助供給ローラの近傍のトナーの移動状態を示す模式図である。
【図２３】比較例２における供給ローラの近傍のトナーの移動状態を示す模式図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態におけるＩＤユニットの断面図を示す図である。
【図２５】印刷試験の結果を示す図である。
【図２６】第２の実施の形態における補助供給ローラの近傍のトナーの移動状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の実施の形態．
まず、本発明の第１の実施の形態における画像形成ユニットを備えた画像形成装置１について説明する。
【００１４】
図１は、第１の実施の形態における画像形成ユニットを備えた画像形成装置１の構成を示す図である。画像形成装置１は、ここではカラー電子写真プリンタであり、画像形成ユニットとしての４つのＩＤ（イメージドラム）ユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃを有している。ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃは、各々ブラック、イエロー、マゼンタおよびシアンのトナー（現像剤）２を用いてトナー像（現像剤像）を形成するものである。
【００１５】
ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃは、ここでは下方から上方に斜め一列に配列されている。ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃに対向して、これらＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃに沿って記録媒体６（例えば印刷用紙）を搬送する転写ベルト８が配置されている。転写ベルト８は、駆動ローラ８１および従動ローラ８２に架け渡されている。駆動ローラ８１の回転により転写ベルト８が走行する。転写ベルト８は、記録媒体６を、図中矢印Ａで示す向きに、ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃに沿って搬送する。
【００１６】
記録媒体６の搬送方向（矢印Ａで示す方向）において転写ベルト８の上流側には、記録媒体６を導入するための搬送ローラ対６０が配置されている。搬送ローラ対６０は、図示しない媒体収容部（用紙カセット等）に収容された媒体６を、一枚ずつ転写ベルト８まで搬送するものである。
【００１７】
ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃは、後述する感光体ドラム５を各々有している。ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの各感光体ドラム５に対して転写ベルト８を挟んで対向するように、転写部材としての転写ローラ７が各々配置されている。転写ローラ７は、感光体ドラム５上に後述するプロセスにより形成されるトナー像を、記録媒体６に転写するものである。
【００１８】
また、各感光体ドラム５に対して転写ローラ７と反対の側には、露光装置としてのＬＥＤ（発光ダイオード）ヘッド４が各々配置されている。ＬＥＤヘッド４は、感光体ドラム５の表面を露光して静電潜像を形成するものである。
【００１９】
記録媒体６の搬送方向（矢印Ａで示す方向）において転写ベルト８の下流側には、ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃによって記録媒体６に転写されたトナー像を記録媒体６に定着させる定着器９が配置されている。定着器９は、定着ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとを有し、トナー像が転写された記録媒体６を加熱・加圧するよう構成されている。
【００２０】
各感光体ドラム５、各転写ローラ７、駆動ローラ８１、従動ローラ８２、定着ローラ９ａ、加圧ローラ９ｂおよび搬送ローラ対６０は、各々図１に示す矢印の向きに回転する。
【００２１】
次に、画像形成ユニットとしてのＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの構成について説明する。ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃは、トナーを除いて同一の構成を有するため、「ＩＤユニット３」と総称して説明する。
【００２２】
図２は、第１の実施の形態におけるＩＤユニット３の構成を示す断面図である。ＩＤユニット３は、潜像担持体としての感光体ドラム５を有している。感光体ドラム５は、表面に感光体層を備えたドラム状の部材であり、図中反時計回りに回転する。
【００２３】
感光体ドラム５の回転の向き（回転方向）に沿って、感光体ドラム５の表面を一様に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ１０と、感光体ドラム５の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置１１（図２に破線で囲んだ部分）と、転写後に感光体ドラム５の表面に残留したトナーを掻き取るクリーニング部材としてのクリーニングブレード１２と、感光体ドラム５の帯電電位をリセットする除電光ユニット１３とがこの順番に配置されている。
【００２４】
現像装置１１は、筺体であるケーシング１４を有し、その内部には、感光体ドラム５の表面の静電潜像をトナー２により現像する現像剤担持体である現像ローラ１５を有している。現像ローラ１５と感光体ドラム５とは、互いの対向部において同じ向きに移動するように、各々矢印の向きに回転する。
【００２５】
現像ローラ１５の回転の向きに沿って、現像ローラ１５にトナー２を供給する第１の供給部材としての供給ローラ１６と、現像ローラ１５の表面のトナーを薄層化する現像剤規制部材としての層規制ブレード１７と、現像ローラ１５の表面に残存したトナー（感光体ドラム５上の静電潜像の現像に使用されなかったトナー）を掻き取る回収部材としてのトナー回収ブラシローラ２０とがこの順番に配置されている。
【００２６】
供給ローラ１６は、駆動トルクを低減するため、現像ローラ１５に対して非接触で対向している。供給ローラ１６と現像ローラ１５とは、互いの対向部において逆向きに移動するように、互いに図中時計回り（矢印の向き）に回転する。
【００２７】
層規制ブレード１７は、一定の圧力で現像ローラ１５の表面に対して押圧されている。
【００２８】
また、トナー回収ブラシローラ２０に対向するように、トナー回収ブラシローラ２０のブラシ目に入り込んだトナー２を弾くフリッカー部材としてのフリッカーバー２１が配置されている。
【００２９】
供給ローラ１６に接触するように、第２の供給部材としての補助供給ローラ１９が設けられている。補助供給ローラ１９は、供給ローラ１６の下方に位置している。補助供給ローラ１９と供給ローラ１６とは、互いの対向部において同じ向きに移動するように、互いに逆向き（矢印の向き）に回転する。
【００３０】
また、供給ローラ１６に非接触で対向するように、供給ローラ１６の表面のトナー２を帯電させる現像剤帯電部材としての鋸歯電極１８が配置されている。より具体的には、鋸歯電極１８は、供給ローラ１６の回転中心よりも上方で、供給ローラ１６に対向している。
【００３１】
ケーシング１４内にトナー２を補給するため、ケーシング１４の上部には、現像剤収容部としてのトナーカートリッジ２３が設けられている。トナーカートリッジ２３は、現像装置１１に対して着脱可能な収容器であり、その内部にトナー２を収容している。トナーカートリッジ２３の下部には、トナー２をケーシング１４内に供給するための現像剤補給口としてのトナー補給口２３ａが形成されており、このトナー補給口２３ａを開閉するためのシャッタ２４が設けられている。
【００３２】
ケーシング１４の下部には、ケーシング１４の下部に堆積したトナー２を撹拌して搬送する撹拌部材としての撹拌バー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが設けられている。撹拌バー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、例えばクランク形状を有する複数（ここでは４つ）の金属製のバーであり、各々矢印の向きに回転する。詳細については、後述する。
【００３３】
さらに、ケーシング１４内のトナー上面レベル（トナー２の上面の高さ）を検出するため、検出手段としてのトナー残量検出バー２５ａ，２５ｂが設けられている。トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂは、トナーカートリッジ２３のトナー補給口２３ａの下方に、上下２段に配置されている。ここでは、上側をトナー残量検出バー２５ａとし、下側をトナー残量検出バー２５ｂとする。
【００３４】
上側のトナー残量検出バー（第１の回転部材）２５ａの回転中心の高さは、供給ローラ１６の回転中心の高さと同じである。下側のトナー残量検出バー（第２の回転部材）２５ｂの回転中心の高さは、補助供給ローラ１９の回転中心の高さと同じである。トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂは、いずれもクランク形状を有する金属製のバーであるが、詳細については後述する。
【００３５】
また、ケーシング１４内には、供給ローラ１６および補助供給ローラ１９が設けられた領域と、トナー回収ブラシローラ２０が設けられた領域とを仕切り、トナー回収ブラシローラ２０の目詰まりを防ぐため、仕切り壁２６が設けられている。
【００３６】
感光体ドラム５の周囲に配置された各部材のうち、帯電ローラ１０、現像ローラ１５およびクリーニングブレード１２は、感光体ドラム５の表面に接触しており、除電光ユニット１３は、感光体ドラム５と非接触に配置されている。
【００３７】
次に、ＩＤユニット３の現像装置１１の具体的な構成について説明する。まず、トナー２について説明する。
【００３８】
本実施の形態で使用するトナー２は、粉砕法で製造され、結着樹脂としてポリエステル、着色剤としてカーボンブラック、銅フタロシアニン顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５）、キナクリドン系顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２）、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８５等を用いた非磁性一成分の負帯電性トナーである。
【００３９】
トナー２には、流動性及び帯電性を制御するため、シリカなどの添加材を外添している。添加剤としては、例えば酸化チタン、アルミナ、シリカなどが用いられ、さらにシリカには、シリコーンオイル処理やジシラザン処理などを施してもよい。
【００４０】
トナーの体積平均粒径は５．７μｍであり、円形度は０．９２であり、ブローオフ帯電量は−３６μＣ／ｇである。なお、体積平均粒径の測定には、ベックマンコールター株式会社製「コールターマルチサイザーＩＩ」を使用した。円形度の測定には、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−３０００」を使用した。
【００４１】
また、ブローオフ帯電量測定の測定には、京セラ株式会社製「粉体帯電量測定装置ＴＹＰＥ  ＴＢ−２０３」を使用した。測定に際しては、トナー０．５ｇと、パウダーテック株式会社製フェライトキャリア（Ｆ−６０）９．５ｇとを混合し、３０分撹拌した後、ブロー圧７．０ｋＰａ、吸引圧−４．５ｋＰａの条件で飽和帯電量を測定した。
【００４２】
次に、各ローラおよびブレードについて説明する。図３は、現像ローラ１５の断面構造を示す図である。現像ローラ１５は、ステンレスの導体からなる軸（芯金）２２を有し、この軸２２の周囲に導電性の弾性層２８を設け、弾性層２８の表面を半導電性樹脂膜２９で被覆したものである。
【００４３】
弾性層２８は、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどの一般的なゴム材料で形成することができる。ここでは、シリコーンゴムを使用した。弾性層２８のゴム硬度は、アスカーＣ硬度で５０〜８０°程度が望ましく、ここではアスカーＣ硬度を６０°とした。半導電性樹脂膜２９は、トナーへの電荷付与性を考慮して、アクリル樹脂にカーボンブラック等を分散したものである。
【００４４】
供給ローラ１６（図２）は、導電性を有する筒状部材であり、ここでは金属（具体的にはアルミニウム）により形成した。
【００４５】
層規制ブレード１７は、ステンレス（ＳＵＳ）製であり、板厚が例えば０．０８ｍｍの板状部材である。また、層規制ブレード１７の現像ローラ１５との当接部には、曲げ加工が施されている。ここでは、曲げ部の曲率半径Ｒは０．１８ｍｍとし、現像ローラ１５に対する線圧は３５ｇｆ／ｃｍとした。
【００４６】
層規制ブレード１７の設定条件を鑑み、現像ローラ１５上のトナー層厚、トナー帯電量を所望の量にするために、現像ローラ１５の表面粗さおよび抵抗値が決定される。ここでは、現像ローラ１５の表面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）を２〜８μｍとした。なお、表面粗さの測定は、小坂研究所製「サーフコーダＳＥＦ３５００」で行った。測定器の触針半径は２μｍ、触針圧は０．７ｍＮ、触針の送り速さは０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００４７】
現像ローラ１５の抵抗値は、弾性層２８と半導電性樹脂膜２９を含めた測定で、１×１０６〜１×１０９Ωの範囲が好ましい。図４は、現像ローラ１５の抵抗値の測定方法を説明するための正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。現像ローラ１５の抵抗値の測定装置３０には、ヒューレット・パッカード株式会社製「ハイレジスタンスメータ（４３３９Ｂ）」を用いた。
【００４８】
図４（Ｂ）に示すように、現像ローラ１５の外周面に、幅２．０ｍｍ、直径６．０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ）製のボールベアリング３１を２０ｇｆの力で接触させ、軸２２とローラ表面（半導電性樹脂膜２９）間の抵抗値を、測定装置３０により測定した。ボールベアリング３１は、現像ローラ１５の軸方向の６箇所（図４（Ａ）に示すＰ１からＰ６まで）に設け、現像ローラ１５を一定の速度で回転させながら測定した。Ｐ１からＰ６まで、各々１周１００ポイント、合計６００ポイントで測定を行い、その平均値をローラの抵抗値とした。また、このときの現像ローラ１５への印加電圧は、１００Ｖとした。
【００４９】
図５は、鋸歯電極１８の形状、および、鋸歯電極１８と供給ローラ１６との位置関係を示す図である。鋸歯電極１８は、長尺状のステンレス（ＳＵＳ）製の部材である。鋸歯電極１８は、供給ローラ１６に向けて突出する複数の突起部１８ａを有している。これら複数の突起部１８ａは、鋸歯電極１８の長手方向に沿って等間隔に配置されている。
【００５０】
鋸歯電極１８は、供給ローラ１６の回転中心の高さよりも上方で、供給ローラ１６に対向していることが必要である。これは、鋸歯電極１８が、供給ローラ１６の回転中心の高さよりも下方で供給ローラ１６に対向していると、鋸歯電極１８がトナー２に埋まった状態となり、鋸歯電極１８の機能（トナー２を帯電させる機能）を有効に発揮できないためである。但し、鋸歯電極１８を現像ローラ１５に近付け過ぎると、鋸歯電極１８と現像ローラ１５との間で放電が生じる可能性がある。そこで、鋸歯電極１８が供給ローラ１６に対向する位置を、図２に示すように、供給ローラ１６の回転中心の高さよりも高く、現像ローラ１５の回転表面より十分に距離をとって設定した。
【００５１】
補助供給ローラ１９は、導電性の軸（芯金）の表面に、シリコーンゴムスポンジからなる弾性層を設けたものである。シリコーンゴムスポンジは、未加硫のシリコーンゴムコンパウンドを押し出し等の方法で成形し、加熱により加硫発泡して得られる。
【００５２】
シリコーンゴムコンパウンドは、ジメチルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴム等の各種生ゴムに、補強性シリカ充填剤、加硫硬化に必要な加硫剤及び発泡剤を添加して得られる。発泡剤としては、重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）等の有機発泡剤が用いられる。また、半導電性を付与する場合は、アセチレンブラックやカーボンブラック等を添加する。
【００５３】
ここでは、補助供給ローラ１９のセル目（発泡により生じた微細な孔）の直径は、２００〜５００μｍであり、アスカーＦ硬度は５０〜８０°の範囲とする。補助供給ローラ１９の硬度は、加硫剤の添加量により調整することができる。
【００５４】
トナー回収ブラシローラ２０は、所望の抵抗値に調整された導電性繊維（ブラシ繊維）を織り込んだ生地を、導電性を有する軸（芯金）の周囲にスパイラル状に巻き付けて構成する。トナー回収ブラシローラ２０の抵抗値は、図４を参照して説明した測定方法で、印加電圧５０Ｖに対し、１×１０６〜１×１０８Ωの範囲が望ましい。トナー回収ブラシローラ２０の抵抗値が上記の範囲より高くなると、ブラシ繊維に電荷が蓄積され、現像ローラ１５上の未現像トナーを除電できなくなるためである。
【００５５】
ここでは、トナー回収ブラシローラ２０のブラシ繊維の長さは３ｍｍ、繊度（太さ）は６デニール、植密度は７５ＫＦ／インチ２とする。また、ブラシ繊維の素材としては、ここでは、アクリル（東レ株式会社製ＳＡ−７材）を使用する。
【００５６】
フリッカーバー２１は、トナー回収ブラシローラ２０が担持するトナー２（すなわち現像ローラ１５から回収したトナー）をブラシ繊維の弾性を利用して弾き飛ばす（飛翔させる）ために、トナー回収ブラシローラ２０に当接するように配置される。
【００５７】
フリッカーバー２１は、直径３ｍｍの金属からなる円柱状のバーである。フリッカーバー２１は、後述する図６に示すように、トナー回収ブラシローラ２０に対して０．５ｍｍ食い込むように配置される。
【００５８】
フリッカーバー２１の形状は、円柱に限らず、厚さが０．１ｍｍ程度の金属板でも良い。但し、金属板の先端にエッジを有していると、トナー回収ブラシローラ２０のブラシ繊維が磨耗しやすくなるため、先端に曲げ加工を施して、その曲げ部分をトナー回収ブラシローラ２０に当接させるのが望ましい。
【００５９】
図６は、ＩＤユニット３の各ローラ間のギャップおよび食い込み量を示す模式図である。図６に示すように、現像ローラ１５と供給ローラ１６とのギャップＧ１は、０．５ｍｍである。供給ローラ１６と鋸歯電極１８の先端部とのギャップＧ２は、１．５ｍｍである。
【００６０】
また、供給ローラ１６と補助供給ローラ１９とは互いに接しており、食い込み量ｎ１は０．５ｍｍである。トナー回収ブラシローラ２０とフリッカーバー２１とは互いに接しており、食い込み量ｎ２は０．５ｍｍである。現像ローラ１５とトナー回収ブラシローラ２０とは互いに接しており、食い込み量ｎ３は０．５ｍｍである。なお、食い込み量とは、それぞれのローラ半径の合計から、２つのローラの中心間距離を引いた量である。
【００６１】
図７は、撹拌バー２２の構成を示す図である。なお、撹拌バー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは共通の構成を有するため、撹拌バー２２と総称する。撹拌バー２２は、クランク形状を有する金属製のバーである。撹拌バー２２は、その長手方向両端に、回転中心を規定する回転軸部２２Ａを有し、長手方向中央に、回転軸部２２Ａと平行で所定量偏心した撹拌部２２Ｂを有している。
【００６２】
図８は、トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂの構成を示す図である。トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂは、クランク形状の金属製のバーである。
【００６３】
トナー残量検出バー２５ａは、その長手方向両端に、回転中心を規定する回転軸部２５ｃを有し、長手方向中央に、回転軸部２５ｃと平行で所定量偏心した回動部２５ｄを有している。一方の回転軸部２５ｃはギア３２ａを貫通している。ギア３２ａの貫通穴は回転軸部２５ｃの外径よりも大きく、回転軸部２５ｃとギア３２ａとは相対的に回転可能となっている。すなわち、回転軸部２５ｃとギア３２ａの貫通穴との摩擦を原因としてギア３２ａとトナー残量検出バー２５ａとが共に回転することはない。
【００６４】
トナー残量検出バー２５ａの回転軸部２５ｃ（ギア３２ａが取り付けられた側）には、回転半径方向に突出する突起（被当接部）４０ａが形成されている。また、ギア３２ａには、回転軸部２５ｃの突起４０ａに当接可能な凸部（当接部）３９ａが形成されている。
【００６５】
ギア３２ａは、感光体ドラム５からの回転伝達により矢印の向きに一定の速度で回転する。ギア３２ａの回転速度は、トナー残量検出バー２５ａが自重落下により回転する速度よりも遅く設定する。ギア３２ａが回転し、凸部３９ａが突起４０ａに当接してこれを回転の向きに押圧することにより、トナー残量検出バー２５ａがギア３２ａと同じ向きに同じ速度で回転する。
【００６６】
同様に、トナー残量検出バー２５ｂは、その長手方向両端に回転軸部２５ｅを有し、長手方向中央に回動部２５ｆを有している。一方の回転軸部２５ｅはギア３２ｂを貫通しており、回転軸部２５ｅとギア３２ｂとは相対的に回転可能となっている。
【００６７】
トナー残量検出バー２５ｂの回転軸部２５ｅ（ギア３２ｂが取り付けられた側）には、回転半径方向に突出する突起（被当接部）４０ｂが形成されている。ギア３２ｂには、回転軸部２５ｅの突起４０ｂに当接可能な凸部（当接部）３９ｂが形成されている。ギア３２ｂは、感光体ドラム５からの回転伝達により矢印の向きに一定の速度で回転する。ギア３２ｂが回転し、凸部３９ｂが突起４０ｂに当接して回転の向きに押圧することにより、トナー残量検出バー２５ｂが回転する。
【００６８】
図９および図１０は、トナー残量検出バー２５によるトナー上面レベル３３の検出方法を説明するための模式図である。図９は、トナー上面レベル３３が、トナー残量検出バー２５の回転軌道よりも高い位置にある状態を示し、図１０は、トナー上面レベル３３が、トナー残量検出バー２５の回転軌道の中心よりも低い位置にある状態を示す。トナー残量検出バー２５は、矢印の向きに回転することができる。
【００６９】
なお、トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂは、必要に応じて、トナー残量検出バー２５と総称する。同様に、突起４０ａ，４０ｂ、ギア３２ａ，３２ｂおよび凸部３９ａ，３９ｂは、各々突起４０、ギア３２および凸部３９と総称する。
【００７０】
図９に示すように、トナー上面レベル３３がトナー残量検出バー２５の回転軌道よりも高い位置にある場合は、トナー残量検出バー２５の突起４０は、ギア３２の凸部３９に常に押圧されており、ギア３２の回転速度と同じ回転速度で回転している。
【００７１】
これに対し、図１０に示すように、トナー上面レベル３３がトナー残量検出バー２５の回転軌道の中心よりも低い位置にある場合には、ギア３２の回転によりトナー残量検出バー２５が回転軌道の頂点Ｐに達した後、回転軌道上には一定区間トナー２がないため、トナー残量検出バー２５は自重で落下（回転）し、トナー上面レベル３３の高さでトナー２からの抵抗力により回転を停止する。
【００７２】
そして、ギア３２の回転により、ギア３２の凸部３９がトナー残量検出バー２５の突起４０に追い付くと、凸部３９が突起４０を回転の向きに付勢するため、トナー残量検出バー２５は再びギア３２の回転速度と同じ回転速度で回転する。
【００７３】
図１１は、トナー残量検出バー２５ａ，２５ｂを用いたトナー残量検出手段を示す模式図である。トナー残量検出バー２５ａの突起４０ａと反対の側（残量検出側）の先端は、ケーシング１４（図２）の外部に突出している。トナー残量検出バー２５ａの当該先端には、被検知部としての反射板３４ａが取り付けられている。
【００７４】
反射板３４ａは、トナー残量検出バー２５ａと共に回転するように、トナー残量検出バー２５ａに固定されている。この反射板３４ａは、例えばレーザ光を反射することができるものであり、ここでは鏡を用いる。画像形成装置１において現像装置１１の外部には、レーザ光を出射する光源３５ａと、レーザ光を受光する光検出器３６ａとが設けられている。
【００７５】
同様に、トナー残量検出バー２５ｂの突起４０ｂと反対の側の先端は、ケーシング１４の外部に突出し、当該先端には反射板３４ｂが取り付けられている。反射板３４ｂは、例えば鏡であり、トナー残量検出バー２５ｂと共に回転するように、トナー残量検出バー２５ｂに固定されている。画像形成装置１において現像装置１１の外部には、レーザ光を出射する光源３５ｂと、レーザ光を受光する光検出器３６ｂとが設けられている。
【００７６】
これらトナー残量検出バー２５ａ，２５ｂ、反射板３４ａ，３４ｂ、光源３５ａ，３５ｂ、光検出器３６ａ，３６ｂおよび後述するタイマ３７ａ，３７ｂは、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３を検出する現像剤レベル検出手段を構成している。
【００７７】
また、上側のトナー残量検出バー２５ａ、反射板３４ａ、光源３５ａ、光検出器３６ａおよびタイマ３７ａは、トナー上面レベル３３が上限に達したか否かを検出する第１のレベル検出手段を構成している。下側のトナー残量検出バー２５ｂ、反射板３４ｂ、光源３５ｂ、光検出器３６ｂおよびタイマ３７ｂは、トナー上面レベル３３が下限に達したか否かを検出する第２のレベル検出手段を構成している。
【００７８】
図１２は、図１１に示した矢印Ｌの向きから見た、光源３５ａ，３５ｂ、光検出器３６ａ，３６ｂおよび反射板３４ａ，３４ｂの関係を示す模式図である。なお、光源３５ａ，３５ｂ、光検出器３６ａ，３６ｂ、反射板３４ａ，３４ｂおよび後述するタイマ３７ａ，３７ｂは、各々、光源３５、光検出器３６、反射板３４およびタイマ３７と総称する。
【００７９】
光源３５および光検出器３６は、反射板３４が回転軌道の頂点Ｐを越えてから回転軌道の底に向けて回転する際、その中間地点Ｍを通過している間のみ、光源３５から出射されたレーザ光が反射板３４により反射され、光検出器３６により検出されるように配置されている。
【００８０】
図１３は、光源３５から出射されたレーザ光が反射板３４により反射される状態を示す模式図である。反射板３４が、図１３（Ａ）〜（Ｅ）に示すように回転軌道の頂点Ｐから底まで回転する途中において、図１３（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように反射板３４の少なくとも一部が中間地点Ｍ（レーザ光検出可能反射位置とも称する）を通過しているときにのみ、反射板３４がレーザ光を反射し、このレーザ光が光検出器３６によって検出される。タイマ３７が光検出器３６によってレーザ光が連続して検出されている時間を計測しており、この時間をレーザ光連続検出時間と称する。
【００８１】
図１４は、トナー上面レベル３３と、反射板３４が中間地点Ｍを通過するときの、タイマ３７により計測されるレーザ光連続検出時間との関係を示す図である。
【００８２】
トナー上面レベル３３が、反射板３４の回転軌道（すなわちトナー残量検出バー２５の回転軌道）の中間地点Ｍよりも高い位置にある場合には、反射板３４が中間地点Ｍを通過する速度は、ギア３２の回転速度と一致している。このときのタイマ３７によるレーザ光連続検出時間をＴ１とする。
【００８３】
一方、トナー上面レベル３３が、反射板３４の回転軌道の中間地点Ｍよりも低い位置にある場合には、反射板３４が中間地点Ｍを通過する速度は、トナー残量検出バー２５が自重で落下する速度となるため、ギア３２の回転速度よりも速くなる。このときのタイマ３７によるレーザ光連続検出時間をＴ２とする。Ｔ１とＴ２は、Ｔ１＞Ｔ２の関係にある。
【００８４】
光源３５ａから出射され、トナー残量検出バー２５ａに取り付けた反射板３４ａにより反射されたレーザ光の反射光を検出する光検出器３６ａにおけるレーザ光連続検出時間は、タイマ３７ａ（図１１）により計測される。光源３５ｂから出射され、トナー残量検出バー２５ｂに取り付けた反射板３４ｂにより反射されたレーザ光の反射光を検出する光検出器３６ｂにおけるレーザ光連続検出時間は、タイマ３７ｂ（図１１）により計測される。
【００８５】
タイマ３７ａにより計測されたレーザ光連続検出時間が時間Ｔ１である場合には、トナー上面レベル３３はトナー残量検出バー２５ａの回転中心の高さ（上述した中間地点Ｍ）よりも高い。
【００８６】
また、タイマ３７ｂにより計測されたレーザ光連続検出時間が時間Ｔ２である場合には、トナー上面レベル３３はトナー残量検出バー２５ｂの回転中心の高さよりも低い。
【００８７】
後述する画像形成装置１の制御部１００は、タイマ３７ａ，３７ｂによるレーザ光連続検出時間に基づき、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３が、トナー残量検出バー２５ａの回転中心の高さ以下で、トナー残量検出バー２５ｂの回転中心の高さ以上となるように、シャッタ２４を開閉する。
【００８８】
本実施の形態では、トナー残量検出バー２５ａの回転中心の高さは、供給ローラ１６の回転中心の高さと同じに設定されており、トナー残量検出バー２５ｂの回転中心の高さは、補助供給ローラ１９の回転中心の高さと同じに設定されている。
【００８９】
従って、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３は、供給ローラ１６の回転中心の高さ以下で、補助供給ローラ１９の回転中心の高さ以上となるように（すなわち、図２に符号Ｒで示す範囲となるように）保たれる。
【００９０】
なお、図６に示すように、供給ローラ１６および補助供給ローラ１９の直径をｄ１，ｄ２とし、ケーシング１４の底１４Ｂから補助供給ローラ１９の最下部までの距離をｈとし、ケーシング１４の底１４Ｂからトナー上面レベル３３までの距離をＨとすると、トナー上面レベル３３が供給ローラ１６の回転中心の高さ以下で、補助供給ローラ１９の回転中心の高さ以上という関係は、以下の式（１）で表わすことができる。
【数１】
2014016546.tif 000003
なお、ｎ１は、供給ローラ１６と補助供給ローラ１９との食い込み量（ここでは鉛直方向の食い込み量）である。
【００９１】
上記の式（１）は、供給ローラ１６と補助供給ローラ１９とが鉛直方向に配列された場合の関係式であるが、図１５に模式的に示すように、供給ローラ１６と補助供給ローラ１９とが鉛直方向に対して角度θだけ斜めに配列されている場合には、ケーシング１４の底１４Ｂからトナー上面レベル３３までの距離Ｈは、以下の式（２）を満たせばよい。
【数２】
2014016546.tif 000004
この式（２）においてθ＝９０°とすると、上述した式（１）が得られる。
【００９２】
ここで、上記の光検出器３６ａおよびタイマ３７ａは、トナー上面レベル３３によるトナー残量検出バー２５ａの回転状態の変化を検知する第１の回転検出手段を構成する。同様に、上記の光検出器３６ｂおよびタイマ３７ｂは、トナー上面レベル３３によるトナー残量検出バー２５ｂの回転状態の変化を検知する第２の回転検出手段を構成する。
【００９３】
次に、本実施の形態の画像形成装置１の制御系について説明する。図１６は、画像形成装置１の制御系を示すブロック図である。画像形成装置１の制御を司る制御部１００は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、タイマ等によって構成されている。制御部１００は、パーソナルコンピュータ等の上位装置から送られた印刷データおよび制御コマンドに基づき、画像形成装置１のシーケンスを制御して、画像形成動作を実行する。
【００９４】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）制御部１０１は、インターフェースコネクタ、インターフェース用ＩＣ等を有し、上位装置から送られた印刷データや制御コマンドを受信し、制御部１００に転送する。受信メモリ１０２は、上位装置からインターフェース制御部１０１を介して入力された印刷データを一時的に記録する。
【００９５】
画像データ編集メモリ１０３は、受信メモリ１０２に記録された印刷データを受け取ると共に、その印刷データを編集処理して生成された画像データ、すなわちイメージデータを記録する。操作部１０４は、画像形成装置１の状態を表示するための表示部（例えばＬＥＤ）と、画像形成装置１に対する操作者の指示を入力するための入力部（例えばスイッチ等）とを有している。センサ群１０５は、画像形成装置１の動作状態を監視するための各種のセンサ、例えば媒体位置検出センサ、温度・湿度センサ、印刷濃度センサ等を含む。
【００９６】
帯電ローラ用電源１０６は、帯電ローラ１０に、感光体ドラム５の表面を一様に帯電させるためのドラム帯電電圧を印加する。現像ローラ用電源１０７は、現像ローラ１５に、感光体ドラム５の表面の静電潜像を現像するための現像電圧を印加する。
【００９７】
層規制ブレード用電源１０８は、層規制ブレード１７に、現像ローラ１５上に一定厚さのトナー層を形成するためのブレード電圧を印加する。供給ローラ用電源１０９は、供給ローラ１６に、トナー２を現像ローラ１５に移動させるための供給電圧を印加する。補助供給ローラ用電源１１０は、補助供給ローラ１９に、トナー２を供給ローラ１６に移動させるための補助供給電圧を印加する。
【００９８】
トナー回収用電源１１１は、トナー回収ブラシローラ２０に、現像ローラ１５上の未現像トナー２を回収するための回収電圧を印加する。鋸歯電極用電源１１２は、鋸歯電極１８（現像剤帯電部材）に、供給ローラ１６上のトナー２を帯電させるためのトナー帯電電圧を印加する。転写ローラ用電源１１３は、転写ローラ７に、感光体ドラム５から記録媒体６にトナー像を転写させるための転写電圧を印加する。
【００９９】
ヘッド制御部１１４は、画像データ編集メモリ１０３に記録されたイメージデータをＬＥＤヘッド４に送り、ＬＥＤヘッド４を駆動する。
【０１００】
定着制御部１１５は、定着器９に設けられた温度センサのセンサ出力を読み込み、当該センサ出力に基づいて定着ローラ９ａのヒータに通電して、定着器９を一定の温度に保つ。
【０１０１】
搬送制御部１１６は、記録媒体６を搬送するための搬送モータ１２０を制御する。搬送モータ１２０の回転により、図１に示した搬送ローラ対６０、（転写ベルト８を走行させる）駆動ローラ８１、および定着器９のローラ９ａ，９ｂが回転する。
【０１０２】
駆動制御部１１７は、感光体ドラム５を回転させるための駆動モータ１２１を制御する。感光体ドラム５の回転は、駆動伝達部を介して、現像ローラ１５、供給ローラ１６、補助供給ローラ１９、トナー回収ブラシローラ２０、撹拌バー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄおよびトナー残量検出バー２５ａ，２５ｂに伝達される。
【０１０３】
シャッタ駆動部（現像剤供給制御部）１２４は、トナーカートリッジ２３のシャッタ２４の開閉動作を制御する。
【０１０４】
制御部１００は、上述したように、ケーシング１４内のトナー上面レベルを検出するため、光源３５ａ，３５ｂを発光制御する。また、制御部１００には、光検出器３６ａ，３６ｂがレーザ光を検出する時間（レーザ光連続検出時間）を計測するタイマ３７ａ，３７ｂからの信号が入力される。
【０１０５】
制御部１００は、タイマ３７ａ，３７ｂにより計測されたレーザ光連続検出時間に基づき、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３が所定の範囲に収まるように、シャッタ２４を開閉制御し、トナーカートリッジ２３からケーシング１４内にトナーを補給する制御を行う。
【０１０６】
次に、本実施の形態の画像形成装置１の動作について、図１および図２を参照して説明する。
【０１０７】
画像形成装置１の制御部１００は、上位装置から印刷命令を受けると、画像形成動作を開始する。まず、搬送ローラ対６０が駆動され、記録媒体６が一枚ずつ転写ベルト８に送られる。さらに、駆動ローラ８１の回転により転写ベルト８が走行し、記録媒体６を吸着保持して搬送する。
【０１０８】
また、ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの各々において、感光体ドラム５が図中反時計回りに一定の周速度で回転を開始する。さらに、帯電ローラ１０に帯電電圧（直流）が印加され、感光体ドラム５の表面を一様に帯電させる。続いて、ＬＥＤヘッド４が、イメージデータに応じて感光体ドラム５の表面を露光し、静電潜像を形成する。
【０１０９】
一方、現像装置１１のケーシング１４内に収容されているトナー２は、撹拌バー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄによって撹拌される。補助供給ローラ用電源１１０により電圧が印加された補助供給ローラ１９は、感光体ドラム５からの回転伝達により回転し、ケーシング１４内のトナーをすくい上げて、供給ローラ１６とのニップ部まで搬送する。
【０１１０】
補助供給ローラ１９と供給ローラ１６とのニップ部まで搬送されたトナー２は、供給ローラ１６への付着力により供給ローラ１６に移動する。供給ローラ１６に移動したトナー２は、供給ローラ用電源１０９によって電圧が印加された供給ローラ１６の回転によって矢印の向きに搬送される。
【０１１１】
さらに、鋸歯電極用電源１１２により電圧が印加された鋸歯電極１８の先端から、対向電極である供給ローラ１６に向かってイオンを発生し、鋸歯電極１８の近傍を通過するトナー２が帯電する。その後、トナー２は、さらに供給ローラ１６の回転により現像ローラ１５との対向部まで搬送される。
【０１１２】
現像ローラ１５には現像ローラ用電源１０７により電圧が印加されており、供給ローラ１６と現像ローラ１５との間には電位差により強い電界が生じている。トナー２は、上記の鋸歯電極１８により既に帯電しているため、静電気力により、供給ローラ１６から現像ローラ１５に移動する。
【０１１３】
現像ローラ１５に移動したトナー２は、現像ローラ１５の矢印の向きの回転により搬送される。現像ローラ１５の回転の向きにおいて供給ローラ１６よりも下流側には、層規制ブレード用電源１０８により電圧が印加された層規制ブレード１７が配置され、この層規制ブレード１７によって均一な厚さのトナー層が現像ローラ１５上に形成される。この際、トナー２は、層規制ブレード１７と現像ローラ１５との間を通過することにより摩擦帯電される。
【０１１４】
層規制ブレード１７を通過したトナー２は、さらに現像ローラ１５の矢印の向きの回転によって搬送される。現像ローラ１５と感光体ドラム５との間には、静電潜像と現像ローラ１５に印加された現像電圧によって電気力線が発生し、トナー２は静電気力により感光体ドラム５上に付着する。これにより、現像されたトナー像が感光体ドラム５上に形成される。
【０１１５】
転写ベルト８は、図１に示す矢印Ａの向きに走行し、記録媒体６が、ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの各感光体ドラム５と転写ローラ７とのニップ部（転写部）を通過する。このとき、転写ローラ７には、転写ローラ用電源１１３により転写電圧が印加されているため、感光体ドラム５の表面のトナー像が記録媒体６に転写される。
【０１１６】
このようにしてＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの各感光体ドラム５のトナー像が重ね合わせられて転写された記録媒体６は、転写ベルト８によって定着器９へ搬送される。定着器９では、記録媒体６が、定着ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとにより加熱および加圧され、トナー像が記録媒体６に定着する。トナー像が定着した記録媒体６は、画像形成装置１の外部に排出される。
【０１１７】
一方、ＩＤユニット３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃの各感光体ドラム５の表面には、トナー像を転写した後、若干のトナー２が残留する場合があるが、この残留トナー２は、感光体ドラム５の回転の向きにおいて転写ローラ７の下流側に配置されたクリーニングブレード１２により掻き取られ、さらに、除電光ユニット１３の発光により感光体ドラム５上の残留電荷（未露光電荷など）が除去される。
【０１１８】
また、現像ローラ１５の表面には、感光体ドラム５の静電潜像を現像した後、若干のトナー２が残留する場合があるが、この残留トナー２は、トナー回収ブラシローラ２０によって掻き取られる。掻き取られたトナー２は、トナー回収ブラシローラ２０のブラシ繊維の間に挟まった状態となるが、トナー回収ブラシローラ２０の回転によりフリッカーバー２１でブラシ繊維が弾かれることにより、トナー２は下方に落とされ、再び使用される。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、帯電ローラ１０に印加する帯電電圧を−１０００Ｖとし、現像ローラ１５に印加する現像電圧を−２００Ｖとし、層規制ブレード１７に印加するブレード電圧を−３００Ｖとする。補助供給ローラ１９に印加する補助供給電圧を−ｌ０００Ｖとし、供給ローラ１６に印加する供給電圧を−１０００Ｖとし、転写ローラ７に印加する転写電圧を＋３０００Ｖとする。これらの電圧は、いずれも直流電圧である。
【０１２０】
鋸歯電極１８には、ピーク値が−２０００Ｖのパルス電圧を印加し、トナー回収ブラシローラ２０は接地している。図１７に、鋸歯電極１８に印加する−２０００Ｖのパルス電圧の一例を示す。
【０１２１】
次に、トナーカートリッジ２３からケーシング１４へのトナー供給制御について説明する。図１８は、トナー供給量制御を示すフローチャートである。
【０１２２】
画像形成装置１の制御部１００は、上述した画像形成動作を開始したのち、光源３５ａ，３５ｂを発光させ（ステップＳ１）、タイマ３７ａ，３７ｂによりレーザ光連続検出時間を計測する（ステップＳ２）。
【０１２３】
次に、制御部１００は、トナー上面レベル３３がトナー残量検出バー２５ｂの回転中心よりも低い位置にあるか否か、すなわちタイマ３７ｂにより計測されたレーザ光連続検出時間がＴ２か否かを判断する（ステップＳ３）。そして、レーザ光連続検出時間がＴ２であった場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、シャッタ駆動部１２４によりシャッタ２４を開放する（ステップＳ４）。これにより、トナーカートリッジ２３からトナー２がケーシング１４内に供給される。このステップＳ２〜Ｓ４の処理は、レーザ光連続検出時間がＴ２と一致しなくなるまで（ステップＳ３でＮＯとなるまで）繰り返される。
【０１２４】
ステップＳ３において、レーザ光連続検出時間がＴ２と一致しなくなると（ステップＳ３でＮＯ）、制御部１００は、トナー上面レベル３３がトナー残量検出バー２５ａの回転中心よりも高い位置にあるか否か、すなわちタイマ３７ａにより検出されたレーザ光連続検出時間がＴ１か否かを判断する（ステップＳ５）。レーザ光連続検出時間がＴ１であった場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、シャッタ駆動部１２４によりシャッタ２４を閉鎖する（ステップＳ６）。これにより、トナーカートリッジ２３からケーシング１４内へのトナー２の供給は停止する。そして、制御部１００は、ステップＳ２以降の処理を続ける。
【０１２５】
上記のとおり、トナー残量検出バー２５ａの回転中心の高さは、供給ローラ１６の回転中心の高さと同じに設定されており、トナー残量検出バー２５ｂの回転中心の高さは、補助供給ローラ１９の回転中心の高さと同じに設定されている。そのため、上記の制御により、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３が、供給ローラ１６の回転中心の高さ以下で、補助供給ローラ１９の回転中心の高さ以上の範囲に保たれる。
【０１２６】
ここで、ケーシング１４内のトナー上面レベル３３の下限を、補助供給ローラ１９の回転中心の高さとし、上限を、供給ローラ１６の回転中心の高さとしたことによる効果を確認するための印刷試験について説明する。
【０１２７】
印刷試験は、温度２０℃、相対湿度５０％で行った。白紙パターンの連続印刷を行った後、高デューティ（ｄｕｔｙ）の画像、すなわちベタ画像を印刷して、かすれの有無を判定した。印刷された高デューティの画像に（現像ローラ１５へのトナー供給不足による）かすれが無いものを合格とし、かすれがあるものを不合格とした。
【０１２８】
図１９は、本実施の形態のＩＤユニット３と対比するための比較例１のＩＤユニット２０３の構成を示す図である。図２０は、比較例２のＩＤユニット３０３の構成を示す図である。
【０１２９】
比較例１のＩＤユニット２０３（図１９）では、トナー残量検出バー２２５ａ，２２５ｂの回転中心の高さを、各々、補助供給ローラ２１９の回転中心の高さ、および、補助供給ローラ２１９の最下部の高さとしている。すなわち、比較例１のＩＤユニット２０３では、画像形成中のトナー上面レベルは、補助供給ローラ２１９の最下部の高さから補助供給ローラ２１９の回転中心の高さまでの範囲Ｒ１に制御される。その他の構成は、本実施の形態のＩＤユニット３と同様である。
【０１３０】
比較例２のＩＤユニット３０３（図２０）では、トナー残量検出バー３２５ａ，３２５ｂの回転中心の高さを、各々、供給ローラ３１６の最上部の高さ、および、供給ローラ３１６の回転中心の高さとしている。すなわち、比較例２のＩＤユニット３０３では、画像形成中のトナー上面レベルは、供給ローラ３１６の回転中心の高さから供給ローラ３１６の最上部の高さまでの範囲Ｒ２に制御される。その他の構成は、本実施の形態のＩＤユニット３と同様である。
【０１３１】
なお、図２、図１９および図２０に示した現像装置１１のケーシング１４内の各々のトナー量は、印刷試験における初期のトナー量を示している。
【０１３２】
本実施の形態のＩＤユニット３、比較例１のＩＤユニット２０３、および比較例２のＩＤユニット３０３を各々画像形成装置１に組み込んで３００００枚の連続印刷試験を行った後、高デューティ画像を印刷した。図２１に、かすれの判定結果を示す。
【０１３３】
図２１において、高デューティ画像にかすれ（現像ローラ１５へのトナー供給不足による白抜け）が無いものを「○」（合格）とし、かすれがあるものを「×」（不合格）として表した。
【０１３４】
本実施の形態のＩＤユニット３を用いた場合、３００００枚の連続印刷後に印刷した高デューティ画像にも、かすれは見られなかった。一方、比較例１および比較例２のＩＤユニット２０３，３０３を用いた場合には、各々、初期の段階で高デューティ画像にかすれが発生した。
【０１３５】
このような結果が得られた理由は、以下のように考えられる。図２２は、比較例１における補助供給ローラ２１９の近傍のトナーの移動状態を示す模式図である。比較例１では、補助供給ローラ２１９の回転によって、トナー２は補助供給ローラ２１９の接線方向で、図中矢印の向きに力を受けて移動する。しかしながら、トナー上面レベル３３が補助供給ローラ２１９の回転中心の高さよりも下方にあるため、トナー２は、補助供給ローラ２１９が回転しても、補助供給ローラ２１９の回転中心よりも上方に向かう力を受けることがない。実際、トナー上面レベル３３より上の領域では、補助供給ローラ２１９の表面にトナー２の付着が観察されなかった。
【０１３６】
そのため、比較例１では、補助供給ローラ２１９から供給ローラ１６に十分な量のトナー２を供給することができず、その結果、現像ローラ１５へのトナー供給に不足が生じる。これにより、図２１に示す結果のように、かすれが生じたものと考えられる。
【０１３７】
図２３は、比較例２における供給ローラ３１６の近傍のトナーの移動状態を示す図である。比較例２では、トナー上面レベル３３が供給ローラ３１６の回転中心の高さより高いため、供給ローラ３１６の回転中心の高さより高い位置にあるトナー２は、無帯電のトナー２であっても、供給ローラ３１６の回転により供給ローラ３１６の上方に向かう力を受ける。
【０１３８】
そのため、図２３に符号Ｃで示すように、供給ローラ３１６の回転によりくみ上げられた無帯電のトナー２によって、供給ローラ３１６と鋸歯電極１８とのギャップ（帯電ギャップ）が埋められてしまう。その結果、鋸歯電極１８でのイオン発生によるトナー帯電能力（トナー２を帯電させる能力）が低下し、トナー２が殆ど帯電しないまま、現像ローラ１５との対向部まで搬送される。このようにトナー２の帯電量が足りないため、現像ローラ１５に付着するトナー２の量が少なくなる。これにより、図２１に示す結果のように、かすれが生じたものと考えられる。
【０１３９】
これに対し、本実施の形態では、図２に示したように、トナー上面レベル３３が、補助供給ローラ１９の回転中心の高さから、供給ローラ１６の回転中心の高さまでの範囲Ｒ内にある。そのため、補助供給ローラ１９の回転によって、その周囲のトナー２が上方に向けて移動し、供給ローラ１６に容易に到達することができる。その結果、供給ローラ１６から現像ローラ１５に十分な量のトナー２を供給することができる。
【０１４０】
また、供給ローラ１６の回転によって、無帯電トナーが帯電ギャップ（供給ローラ１６と鋸歯電極１８とのギャップ）を埋めてしまうことがないため、鋸歯電極１８によるトナー２の帯電を十分に行うことができ、現像ローラ１５に十分な量のトナー２を供給することができる。このように、現像ローラ１５に十分な量のトナー２が供給されるため、かすれの発生を抑制することができる。
【０１４１】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、トナー上面レベル３３を、補助供給ローラ１９の回転中心の高さから、供給ローラ１６の回転中心の高さまでの範囲内とすることにより、供給ローラ１６の表面にトナー２を供給し、鋸歯電極１８によりトナー２を帯電させ、静電気力により供給ローラ１６から現像ローラ１５にトナー２を移動させることができる。その結果、現像ローラ１５に十分な量のトナー２を供給することができ、かすれの発生を抑制することができる。
【０１４２】
第２の実施の形態．
図２４は、本発明の第２の実施の形態における画像形成ユニットとしてのＩＤユニット５０３の構成を示す図である。第２の実施の形態のＩＤユニット５０３は、第２の供給部材としての補助供給ローラ５１９の表面に対向するように、この補助供給ローラ５１９から離間して、現像剤の流れを整流する手段であるトナーガイド（現像剤案内部）５４１を設けている。また、トナー上面レベル３３の下限の高さを検出するトナー残量検出バー５２５ｂの回転中心の高さを、補助供給ローラ５１９の最下部の高さとしている。
【０１４３】
トナーガイド５４１は、補助供給ローラ５１９と同心円の約π／２（９０度）に相当する円弧状の断面を有しており、補助供給ローラ５１９の軸方向に延在している。トナーガイド５４１の一端は、補助供給ローラ５１９の最下部の真下にある。トナーガイド５４１の他端は、補助供給ローラ５１９の回転の向きの下流側で、補助供給ローラ５１９の回転中心の高さと同じ高さにある。
【０１４４】
トナーガイド５４１と補助供給ローラ５１９との適切な離間距離は、トナー２の流動性や、各ローラの回転速度およびトナー搬送特性によるが、ここでは５ｍｍとする。また、ここでは、トナーガイド５４１の材質はＡＢＳ樹脂とし、厚さは１ｍｍとする。他の構成は、第１の実施の形態におけるＩＤユニット３（図２）と同様である。
【０１４５】
第２の実施の形態におけるＩＤユニット５０３を画像形成装置１に組み込んで、第１の実施の形態で説明した印刷試験を行った。試験条件は、第１の実施の形態で説明したとおりである。白紙パターンの連続印刷を行った後、高デューティの画像（ベタ画像）を印刷して、かすれの有無を判定した。図２５に、かすれの判定結果を示す。
【０１４６】
図２５において、高デューティ画像（ベタ画像）にかすれ（トナー供給不足による白抜け）が無いものを「○」（合格）とし、かすれがあるものを「×」（不合格）として表した。
【０１４７】
図２５から明らかなように、第２の実施の形態におけるＩＤユニット５０３を用いた場合には、第１の実施の形態におけるＩＤユニット３を用いた場合と同様、３００００枚の連続印刷後に印刷した高デューティ画像にも、かすれは見られなかった。このことから、第２の実施の形態のＩＤユニット５０３においても、十分な量のトナーが現像ローラ１５に供給されていることが分かる。
【０１４８】
図２６は、補助供給ローラ５１９の近傍のトナー２の移動状態を示す模式図である。図２６に示すように、補助供給ローラ５１９の周囲には、補助供給ローラ５１９に対向するようにトナーガイド５４１が設けられている。そのため、トナー上面レベル３３が補助供給ローラ５１９の回転中心よりも低くなった場合においても、トナーガイド５４１と補助供給ローラ５１９との間のトナー２には、トナー２を補助供給ローラ５１９の回転の向きに移動させる力のみが作用する。そのため、補助供給ローラ５１９の回転の向きに沿ってトナー２を上方に移動させる流れが生じる。その結果、トナー２を補助供給ローラ５１９の上方にくみ上げ、供給ローラ１６を介して現像ローラ１５に効率よく供給することができる。これにより、かすれの発生を抑制することができる。
【０１４９】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、補助供給ローラ５１９の表面に対向するように、トナー２を案内するトナーガイド５４１を設けたことにより、トナー上面レベル３３が補助供給ローラ５１９の回転中心の高さを下回った場合においても、補助供給ローラ５１９の上方に十分な量のトナー２を移動させることができる。これにより、かすれの発生を抑制することができる。
【０１５０】
なお、上述した第１および第２の実施の形態では、トナー上面レベル３３を検出する手段（現像剤レベル検出手段）として、反射板３４、光源３５、光検出器３６およびタイマ３７を用いたが、これらに限定されるものではない。例えば、ケーシング１４内のトナーに光を照射し、透過するかしないかによってトナー上面レベル３３を検出してもよい。
【０１５１】
また、上述した第１および第２の実施の形態では、非磁性一成分方式の電子写真方式を用いたカラープリンタについて説明したが、本発明は、例えば、モノクロプリンタ、複写機、ＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）などの電子写真方式を用いた画像形成ユニットおよび画像形成装置に用いることができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１  画像形成装置、  ２  トナー（現像剤）、  ３，３Ｋ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ  ＩＤユニット（画像形成ユニット）、  ４  ＬＥＤヘッド（露光装置）、  ５  感光体ドラム（潜像担持体）、  ６  記録媒体、  ７  転写ローラ（転写部材）、  ８  転写ベルト、  ９  定着器、  １０  帯電ローラ（帯電部材）、  １１  現像装置、  １２  クリーニングブレード、  １４  ケーシング、  １５  現像ローラ（現像剤担持体）、  １６  供給ローラ（第１の供給部材）、  １７  層規制ブレード（現像剤規制部材）、  １８  鋸歯電極（現像剤帯電部材）、  １９  補助供給ローラ（第２の供給部材）、  ２０  トナー回収ブラシローラ（回収部材）、  ２１  フリッカーバー（フリッカー部材）、  ２３  トナーカートリッジ（現像剤収容部）、  ２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  撹拌バー（撹拌部材）、  ２４  シャッタ、  ２５，２５ａ，２５ｂ  トナー残量検出バー（回転部材）、  ３２，３２ａ，３２ｂ  ギア、  ３３  トナー上面レベル、  ３４，３４ａ，３４ｂ  反射板、  ３５，３５ａ，３５ｂ  光源、  ３６，３６ａ，３６ｂ  光検出器、  ３７，３７ａ，３７ｂ  タイマ、  ３９，３９ａ，３９ｂ  凸部（当接部）、  ４０，４０ａ，４０ｂ  突起（被当接部）、  １００  制御部、  ５１９  補助供給ローラ（第２の供給部材）、  ５４１  トナーガイド（現像剤案内部）。
【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】
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【図８】
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【図９】
2014016546.tif 000015
【図１０】
2014016546.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014016546.tif 000020
【図１５】
2014016546.tif 000021
【図１６】
2014016546.tif 000022
【図１７】
2014016546.tif 000023
【図１８】
2014016546.tif 000024
【図１９】
2014016546.tif 000025
【図２０】
2014016546.tif 000026
【図２１】
2014016546.tif 000027
【図２２】
2014016546.tif 000028
【図２３】
2014016546.tif 000029
【図２４】
2014016546.tif 000030
【図２５】
2014016546.tif 000031
【図２６】
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