(57)【要約】【目的】早い段階からトナー残量の検知を可能としてユーザーが次のカートリッジの購入時期を容易に判断することができる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供すること。【構成】回動可能な攪拌翼を少なくとも２つ有し、攪拌翼のうち現像ローラに近い側の攪拌翼を第１の攪拌翼、次に近いのを第２の攪拌翼とし、トナー容器のうち、現像ローラに近い側を第１のトナー室とし、次に近い側を第２のトナー室とし、前記第１の攪拌翼と前記第２の攪拌翼の回転位相関係は、前記第２の攪拌翼の先端が第２の攪拌中心より現像ローラから遠い側にあり、且つ、前記第１のトナー室と第２のトナー室の合わせ目である凸状部の高さと同位置にあるとき、前記第１の攪拌翼の先端は前記下側光透過窓当接位置から、前記トナー容器の現像ローラ側開口部下部の間の位置にあることとする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真画像形成装置に用いられるトナー容器が一体的に構成された現像装置であり、現像剤容器内の現像剤を攪拌する回動可能な攪拌翼を少なくとも２つ有し、前記攪拌翼のうち現像ローラに近い側の攪拌翼を第１の攪拌翼、次に近いのを第２の攪拌翼とし、前記トナー容器底部は前記攪拌翼の回転半径と同等な形状であり、前記トナー容器の前記攪拌翼の回転するトナー容器のうち、現像ローラに近い側を第１のトナー室とし、次に近い側を第２のトナー室とし、第１のトナー室底部と第２のトナー室底部の接合部は各攪拌翼の回転半径の合わせ目で凸状部が構成され、光検知方式の現像剤残量検知用の光透過窓を前記第１のトナー室の上部と下部に有する構成において、前記第１の攪拌翼と前記第２の攪拌翼の回転位相関係は、前記第２の攪拌翼の先端が第２の攪拌中心より現像ローラから遠い側にあり、且つ、前記第１のトナー室と第２のトナー室の合わせ目である凸状部の高さと同位置にあるとき、前記第１の攪拌翼の先端は前記下側光透過窓当接位置から、前記トナー容器の現像ローラ側開口部下部の間の位置にあることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置を一体的に含んで構成されることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項３】
請求項２記載のプロセスカートリッジにより画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置及びプロセスカートリッジを着脱可能な電子写真画像形成装置に関するものである。ここで、プロセスカートリッジとは、帯電手段、クリーニング手段、感光体ドラムと現像装置を一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。使用者自身によって装置本体に対する着脱を行うことができるから、装置本体のメンテナンスを容易に行うことができるものである。
【０００２】
又、現像装置とは、現像手段と現像剤収納部とを有し、電子写真感光体に形成された静電潜像を現像手段により現像剤によって現像して可視像可することである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラム及び前記感光体ドラムに作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユーザー自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができた。そこで、このプロセスカートリッジ方式は、画像形成装置において広く用いられている。
【０００４】
プロセスカートリッジの交換としては、現像剤（トナー）が減少してきたところで、ユーザーにトナー無しを知らせプロセスカートリッジの寿命を告げ、プロセスカートリッジの交換を促すことを行っている。
【０００５】
図１３を用いて従来の光透過式のトナー残量検出方法を説明する。尚、図１３はプロセスカートリッジの有する現像手段としての現像装置を示す図である。
【０００６】
図１３において、１０４は現像装置であって、トナーＴを収納する現像剤容器１１６を有する。現像剤容器１１６内には、攪拌翼１１２が設けられており、回転することで供給ローラ１１１にトナーＴを搬送している。
【０００７】
ところで、トナーＴを収納する現像剤容器１１６に取り付けられた光透過用の窓は、攪拌翼１１２の回転中心の下方に配された下光透過窓１１４ａと攪拌翼１１２の回転中心の上方に配された上光透過窓１１４ｂとで現像剤残量検知の光が透過する光路を形成する。そして、攪拌翼１１２は下光透過窓１１４ａと上光透過窓１１４ｂに回転する都度接触し、それぞれの窓の内側に付着したトナーＴを拭き取っている。
【０００８】
光の透過方法は図示しない画像形成装置本体に取付けられた発光部１１５ａから検知光Ｌが出射され、この検知光Ｌは下光透過窓１１４ａを透過し、更に上光透過窓１１４ｂを通過して前期画像形成装置本体に取付けられた受光部１１５ｂで受光される。
【０００９】
電子写真画像形成装置の画像形成に伴い現像剤容器１１６内のトナーＴが消費され、供給ローラ１１１の領域部と攪拌翼１１２の回転領域にのみトナーＴが残る状態になると、下光透過窓１１４ａから上光透過窓１１４ｂへ光が透過し、トナーＴの残量が検知可能な状態になる。
【００１０】
この状態において、撹拌翼１１２の一回転中に受光部１１５ｂで検知光Ｌをどれだけの時間受光したかをモニターする。この場合、現像剤容器１１６内における撹拌翼１１２の回転領域のトナーＴの量が少なくなっているため、受光部１１５ｂで検知光Ｌを受光する時間が増加する。そして、受光部１１５ｂが検知光Ｌを特定の受光時間（トナー無し検知のための設定受光時間）検知したとき、現像剤容器１１６にトナーが無くなり掛けていることをユーザーに報知するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、小型化され、且つ、長寿命化するために、攪拌翼を２枚使い、高さ方向をコンパクトにしたカートリッジも実現されている。
【００１２】
このようなカートリッジで、トナー残量を逐次的に行なうには、前後の攪拌翼の位相を規制し、第２の攪拌が光透過窓近傍にトナーを運ばないように動作させることで、残トナーが多い時からも検知を可能となる。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、早い段階からトナー残量の検知を可能としてユーザーが次のカートリッジの購入時期を容易に判断することができる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、電子写真画像形成装置に用いられるトナー容器が一体的に構成された現像装置であり、現像剤容器内の現像剤を攪拌する回動可能な攪拌翼を少なくとも２つ有し、前記攪拌翼のうち現像ローラに近い側の攪拌翼を第１の攪拌翼、次に近いのを第２の攪拌翼とし、前記トナー容器底部は前記攪拌翼の回転半径と同等な形状であり、前記トナー容器の前記攪拌翼の回転するトナー容器のうち、現像ローラに近い側を第１のトナー室とし、次に近い側を第２のトナー室とし、第１のトナー室底部と第２のトナー室底部の接合部は各攪拌翼の回転半径の合わせ目で凸状部が構成され、光検知方式の現像剤残量検知用の光透過窓を前記第１のトナー室の上部と下部に有する構成において、前記第１の攪拌翼と前記第２の攪拌翼の回転位相関係は、前記第２の攪拌翼の先端が第２の攪拌中心より現像ローラから遠い側にあり、且つ、前記第１のトナー室と第２のトナー室の合わせ目である凸状部の高さと同位置にあるとき、前記第１の攪拌翼の先端は前記下側光透過窓当接位置から、前記トナー容器の現像ローラ側開口部下部の間の位置にあることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置を一体的に含んでプロセスカートリッジを構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプロセスカートリッジにより画像を形成することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
先ず、図１を参照して、画像形成装置１００の全体についての概略を説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る電子写真画像形成装置（以下、画像形成装置と言う）全体の概略構成を示す縦断面図である。
【００２０】
電子写真方式を採用した画像形成装置について、その一例として、レーザービームプリンタを例にして図１を参照して説明する。又、本発明のプロセスカートリッジを図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る画像形成装置（レーザービームプリンタ１００）の模式的断面（主断面）図である。
【００２２】
先ず、画像形成装置全体の概略について、画像形成プロセスを中心にして説明する。
【００２３】
一定速度で回転する感光体ドラム１の表面を帯電手段２で一様に帯電する。そして、その表面が一様に帯電された感光体ドラム１上に露光手段であるスキャナユニット３から画像情報に応じたレーザー光を照射して潜像を形成し、その潜像を現像装置４で現像する。
【００２４】
そして、感光体ドラム１に形成された現像画像は、給紙部から搬送手段であるレジストローラー対１９によって搬送される記録媒体Ｓ上に、転写手投５によって転写される。その後、その記録媒体Ｓを定着手段２０へ搬送して定着し、機外に排出する。
【００２５】
一方、転写後、感光体ドラム１表面上に残った転写残トナーは、クリーニングブレード６０により掻き落とされ、クリーニング容器５１の中に貯蔵される。
【００２６】
ここで、現像装置４内にはトナーを担持する現像ローラ４０を配しており、又、この現像ローラ４０には供給ローラ４３が摺擦しており、この供給ローラ４３によって、現像に寄与しなかったトナーを掻き取って常に新鮮なトナーを供給するようになっている。
【００２７】
次に、光透過式のトナー残量検知方法について説明する。
【００２８】
トナーＴを収納するトナー容器４１内には、現像ローラ４０に近い側に配置された第１攪拌翼４６と、遠い側に配置された第２攪拌翼４７が設けられており、それぞれの攪拌翼４６，４７が回転することで、供給ローラ４３にトナーＴを搬送している。
【００２９】
そして、トナーＴの消費が進むと、第２攪拌翼４７の回転領域にはトナーＴが無くなり、供給ローラ４３の領域部と第１攪拌翼４６の回転領域にのみトナーＴが残る状態になる。
【００３０】
ところで、トナーＴを収納するトナー容器４１内には、一対の光透過用の窓が取付けられており、即ち、第１攪拌翼である攪拌翼４６下方には下光透過窓である下ライトガイド２４６が取り付けられ、又、第１の攪拌翼４６上方には上光透過窓である上ライトガイド２４７が取り付けられている。そして、これら一対の下光透過窓２４６と上光透過窓２４７によって、現像剤残量検知の光が透過する光軸の経路Ｌを確保している。
【００３１】
又、第１攪拌翼４６が回転する度に、この第１攪拌翼４６は下ライトガイド２４６と上ライトガイド２４７にその度接触して、それぞれの窓の内側に付着したトナーＴを拭き取っている。
【００３２】
そして、トナーＴが消費されてトナーＴが無くなると、下ライトガイド２４６からライトガイド２４７へ光が透過し、トナーＴの残量が検知可能な状態になる。
【００３３】
光の透過方法は、画像形成装置本体１００に取り付けられた発光部３０ａから検知光Ｌを出射し、出射された検知光Ｌは、下ライトガイド２４６を透過し更に上ライトガイド２４７を透過し、画像形成装置本体１００に取り付けられた受光部３０Ｌで受光される。
【００３４】
そして、第１攪拌翼４６の１回転中に検知光Ｌをどれだけの時間受光したかをモニターする。これにより、トナー容器４１内のトナーＴの量が少なくなってくると検知光Ｌを受光する時間が増加し、特定の受光時間を検知した時に、トナー容器４１にトナーが無くなりかけいることをユーザーに報知するようになっている。
【００３５】
次に、トナー残量検知のシーケンスについて説明する。
【００３６】
図３は画像形成装置本体の電気ブロック図、図４はトナー残検のシーケンス、図５はトナー残量をユーザーに報知するコンピュータとディスプレイの一例を示す図である。
【００３７】
尚、本発明では、説明のため順序立てて説明するが、トナー残量検知シーケンスの中に印刷シーケンス（Ｓ３〜Ｓ１０）があるように説明してあるが、印刷シーケンスの中に、トナー残量検知シーケンスがあっても良い。
【００３８】
トナー残量検知シーケンス（Ｓ１）がＭＰＵ１０００で実行されると、発光素子３０ａから発光する（Ｓ２）。その後、印字動作により、フォーマッタ１３４からの印刷コマンドに従い所定のパターン、所定の枚数印刷を行う（Ｓ３〜Ｓ１０）。
【００３９】
印刷動作時、ＭＰＵ１０００はユーザーにカートリッジ寿命（トナー残量）をユーザーに報知する（Ｓ９）。
【００４０】
トナー残量の換算は受光素子３０ｂが光を検知し、受光時間から（Ｓ７）、トナーの消費量（カートリッジ寿命）を換算（Ｓ８）し、カートリッジ寿命として、図５のようにコンピュータ７０からディスプレイ８０にユーザーに報知（Ｓ９）する。
【００４１】
寿命の換算値は画像処理装置本体の不揮発メモリ１４３に予め書き込まれた値を利用している。
（発光、受光回路）
図１２はトナー検知を実現するための電気回路の一例を示したブロック図である。
【００４２】
発光素子３０ａ，３０ｂはエンジンコントローラＭＰＵ１０００からの信号により点滅を可能としている。発光素子３０ａ，３０ｂから出射した光Ｌは、発光素子用光ガイド２４６により屈折されて窓２４６ａを通過して検知光Ｌになり、トナーの残量を検知する。
【００４３】
トナーが無い状態では、検知光Ｌは光ガイド２４７を通過し、受光素子３０ｂへ到達する。受光素子３０ｂの受光状態により、受光している状態は１Ｖ、受光してない状態は５Ｖの出力を出すように、抵抗Ｒｂと電圧Ｖｃｃを設定している。エンジンコントローラ（ＭＰＵ）１０００の閾値は３Ｖ近傍に設定されているので、トナー有無はエンジンコントローラのＩＯのＯｎ／Ｏｆｆにより判断できる。
（逐次残検の説明）
図１０を用いてトナー検知動作を説明する。
【００４４】
図１０Ａはトナー残量が多量にある状態である。
【００４５】
図１０Ｂはトナー残量が多量にある状態の受光素子３０ｂ検知状況を示した信号図である。この状態では、発光素子３０から出射され、光ガイド２４６の出射面２４６ａからの検知光Ｌは光ガイド２４７に届かず、受光素子３０ｂは光を検知せず、受光素子３０ｂからの信号はトナー有りを示す５Ｖを出力する。
【００４６】
図１０Ｃはトナー残量が半分になった状態である。この状態では、出射面２４６ａ近傍にトナーが無いため、発光素子３０ａから出射した光は光ガイド２４７に入光する。
【００４７】
図１０Ｄはトナー残量が半分の時の検知状況を示した信号図である。撹拌翼４６が光路を遮蔽しない時間ｔｂだけ受光素子はトナー無しを示す電圧１Ｖの出力をＭＰＵ１０００に出力する。
【００４８】
図１０Ｅはトナー残量が０％になった状態である。この状態では、出射面２４６ａ近傍にトナーが無いため、発光素子３０ａから出射した光は光ガイド２４７に入光する。
【００４９】
図１０Ｆはトナー残量が０％の検知状況を示した信号図である。撹拌翼２８ｂが光路を遮蔽しない時間ｔｃだけ受光素子は電圧１Ｖの出力をＭＰＵ１０００に出力する。
（攪拌位相の説明）
次に、本発明の特徴部分である攪拌位相と光透過トナー残量検知の関係について図６〜図９を用いて説明する。
【００５０】
本実施の形態では、第１の攪拌翼と第２の攪拌翼の攪拌位相は約８０度として説明する。又、現像ローラ４０に近い側の攪拌翼を第１の攪拌翼４６、遠い側の攪拌翼を第２の攪拌翼４７とし、第１の攪拌翼４６の回転半径と同等な底部が形成する第１のトナー室ｕ１、第２の攪拌翼４７の回転半径と同等な底部が形成するｕ２、第１のトナー室と第２のトナー室の凸状合わせ目４１ｔとして説明する。
【００５１】
図６はトナー残量が１／４程度になり、光透過窓がトナーから露出し易くなった時のトナー容器４１の断面を示す図である。Ｃ１はトナー残量面である、現像ローラー側攪拌翼が下側ライトガイド２４６の光透過面を払拭した時、検知光Ｌを遮蔽していたトナーが無くなるので、上側ライトガイド２４７に光を伝える。トナー残量が１／４程度だとトナーはたくさんあるので、トナー面ｃ２から攪拌翼４４６の上をこぼれ落ち、光透過面を遮蔽する。トナーの残量と光透過面の露出時間の関係は、トナーが無くなる程、攪拌翼４６は図における逆時計方向側へ回らなければ、トナーｃ２面から攪拌翼４４６の上から落ちてこないので、受光素子３０ｂの受光時間は長くなる。
【００５２】
図７は第２の攪拌翼４７がトナー残面Ｃ１に突入したことを示す図である。
【００５３】
攪拌されトナー粒子間に空気が入ったトナーは液体のように比較的流れ性が良い状態となっているが、第１のトナー室のトナーが第１の攪拌翼により現像ローラ側へ搬送されても、第２のトナー室のトナーが第１トナー室へ流れ落ちないようにトナーを堰き止めるように凸状合わせ目４１ｔが形成されており、トナー残面Ｃ１を形成する。第２攪拌翼４７がトナー残面Ｃ１に突入すると第２のトナー室にあるトナーＴは凸部４１ｔから矢印Ｐへ溢れ、下側ライトガイド２４６の光透過面を遮蔽する
即ち、本実施の形態では、第１の攪拌翼と第２の攪拌翼の位相差を第２の攪拌翼が第１の攪拌翼の回転より約８０度遅れることで、第２のトナー室のトナー量の１／８分、位相差０の攪拌翼よりも早めに信号を出すことができる。
【００５４】
図８は第１の攪拌翼４６が現像開口４８に抜けたところであり、重力により開口部４８から矢印Ｐ方向へトナーは流れ落ちる。この時、攪拌翼から落ちていたトナーＯ’はトナーが下から抜けることにより押圧力が弱まり、第１の攪拌位相とトナー残量の関係が不安定になる。
【００５５】
しかし、この時には第２の攪拌翼により下側ライトガイド方向へトナーを搬送し、光透過窓の攪拌翼による時系列的遮蔽性は損なわれておらず、逐次的に残量の検知を行うことができる。
【００５６】
図９は第２の攪拌翼が第２のトナー容器内のトナーをトナー室Ｕ１側に送り終わった後を示す図である。
【００５７】
図１１は図１０で示した受光素子３０ｂの受光時間と、トナー残量の関係を示す図である。本実施の形態では、第２攪拌翼を第１攪拌翼より位相８０度分遅らせることで、残量検知の信号を早めに報知することができる。
【００５８】
本実施の形態では、第２の攪拌翼を第１の攪拌翼から約８０度遅らせることで、第１の攪拌翼が下側ライトガイドを払拭してから、第２の攪拌翼がトナーを光透過窓方向へ搬送し終わるまでの約１８０度の間トナーの検知が可能である。
【００５９】
このように、本実施の形態は位相差を約８０度とし、第２の攪拌を第１の攪拌より遅れて回転させることで、位相差が等しい場合に比べて１／８早くから安定してトナーの逐次残検が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、現像ローラ側の第１の攪拌翼と第２の攪拌翼の位相を、第２の攪拌翼が残検に影響を与えるトナー残面に突入する位置を、第１の攪拌翼が残検に影響を与る下側光透過窓当接位置−現像ローラ側開口部下部間とすることでトナーの検知幅が大きくなり、残トナー量が比較的多い時からユーザーに報知することができる。そして、ユーザーはこれらの信号を得ることで、現像剤容器内の残トナー量を知ることができるため、ユーザーは次のカートリッジの購入時期を容易に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の断面図である。
【図２】本発明に係るプロセスカートリッジの断面図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の電気ブロック図である。
【図４】本発明に係るトナー検知のフローチャートである。
【図５】本発明に係る画像形成装置と通信するコンピュータ及びディスプレイを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における攪拌翼の位相関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における攪拌翼の位相関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における攪拌翼の位相関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における攪拌翼の位相関係を示す図である。
【図１０】トナー残量と受光素子の信号の関係を示す図である。
【図１１】トナー残量と受光素子の信号の関係を示す図である。
【図１２】発光、受光回路を示す図である。
【図１３】従来のトナー残量検知例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　感光ドラム
２　　　　　帯電装置（帯電ローラ）
３　　　　　スキャナユニット
４　　　　　現像装置、現像ユニット
５　　　　　転写ローラ
６　　　　　クリーニング装置
７　　　　　プロセスカートリッジ
１３　　　　駆動ローラ
２０　　　　定着部
３０ａ　　　発光素子
３０ｂ　　　受光素子
４０　　　　現像ローラ
４１　　　　トナー容器
４２　　　　トナー送り機構、攪拌部材
４３　　　　トナー供給ローラ
４４　　　　現像ブレード
４５　　　　現像枠体
４６，４７　トナー送り機構、攪拌部材
４８　　　　現像開口部
５０　　　　クリーニング装置、感光ドラムユニット
５１　　　　クリーニング容器、枠体
６０　　　　クリーニングブレード
１００　　　画像形成装置
１３９　　　表示装置
２４６　　　発光側ライトガイド（光透過窓）
２４７　　　受光側ライトガイド（光透過窓）
１０００　　ＭＰＵ
Ｕ１　　　　第１のトナー室
Ｕ２　　　　第２のトナー室
【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】
2004004288.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004004288.tif 000011
【図１０】
2004004288.tif 000012
【図１１】
2004004288.tif 000013
【図１２】
2004004288.tif 000014
【図１３】
2004004288.tif 000015