(57)【要約】【課題】攪拌・搬送部材の有無に関わらず、安価かつ確実に現像カートリッジのトナー（現像剤）残量を検出可能な画像形成装置及び現像カートリッジを提供する。【解決手段】本発明による画像形成装置は、現像剤を収容する現像剤収容部を有する現像カートリッジと、現像カートリッジを複数着脱可能であり、且つ、回転軸を中心に回動させることによって、装着された現像カートリッジのいずれか一つを現像位置に移動させるロータリ現像ユニットとを備える。また、現像カートリッジは、現像カートリッジの壁面に設けられた透光性の窓と、現像カートリッジの内部に回動自在に軸支され、且つ、現像カートリッジの回動に応じて相対回動して窓の表面を掃出可能な掃出部を有する掃出ユニットとを有している。【選択図】図４
2007212891.tif 000002
【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を有する現像カートリッジと、
前記現像カートリッジを複数着脱可能であり、且つ、回転軸を中心に回動させることによって、装着された現像カートリッジのいずれか一つを現像位置に移動させるロータリ現像ユニットと、
を備え、
前記現像カートリッジは、
前記現像カートリッジの壁面に設けられた透光性の窓と、
前記現像カートリッジの内部に回動自在に軸支され、且つ、前記現像カートリッジの回動に応じて相対回動して前記窓の表面を掃出可能な掃出部を有する掃出ユニットと、
を有する画像形成装置。
【請求項２】
前記掃出ユニットは、おもりを有し、
前記掃出部と前記おもりとが、前記掃出ユニットの支持軸に対して一定の角度で固設される、
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記掃出ユニットは、反射板を有する、
請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ロータリ現像ユニットの外側に設けられ、発光手段及び受光手段を有する現像剤残量検出用センサ、を備え、
前記掃出ユニットは、前記ロータリ現像ユニットに装着される何れか一の現像カートリッジに関して、前記現像剤残量検出用センサと前記窓と前記おもりとが略一直線上に位置するよう形成される、
請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記掃出ユニットの支持軸は、前記現像カートリッジが前記ロータリ現像ユニットに装着されたとき当該ロータリ現像ユニットの回転軸と略平行である、
請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
現像剤を収容する現像剤収容部と、
壁面に設けられた透光性の窓と、
内部に回動自在に軸支され、且つ、回動により前記窓の表面を掃出可能な掃出部を有する掃出ユニットと、
を備える現像カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に装着される現像カートリッジのトナー残量検知技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置としては、帯電させた感光体に露光を行い静電潜像を形成し、カラー印刷に用いられる色のトナーを各色ごとに収容した複数の現像カートリッジ（いわゆる、トナーカートリッジ）を回転軸の周りに配置してこの回転軸を回転させ順次現像位置に切り替えて感光体上にトナー像を形成させることによって、フルカラーの多色画像を形成するものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、このような画像形成装置において、現像カートリッジに光透過窓を設け、光透過方式によりトナー残量を検出することが記載されている。これによれば、各現像カートリッジの現像剤（トナー）収納部に現像剤を攪拌して現像部に搬送するための攪拌・搬送部材（アジテータ）が設けられ、この撹拌・搬送部材が回転して光透過窓から現像剤を掃き出すようになっているため、ＬＥＤ等からの光が透過窓を透過して受光部材に受光されることになる。この透過した光が受光部材に受光されている時間長さは、現像剤収納部内の現像剤の量が多いと短くなり、現像剤の量が少ないほど長くなる。こうして、受光部材での受光時間により、収納部内の現像剤残量を検出している。
【特許文献１】特開平６−３１７９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されたものは、現像剤残量を検出するために攪拌・搬送部材をモータ等の駆動系を用いて回転させているため、現像剤が満杯時のトルクに負けないように高トルク・高消費電力の駆動系を選択する必要がある。そのため、駆動系が重く、高コストになる傾向がある。
【０００５】
また、攪拌・搬送部材を有さない現像カートリッジには、そもそも特許文献１記載の発明を適用することができず、この点を改善する余地がある。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、攪拌・搬送部材の有無に関わらず、安価かつ確実に現像カートリッジのトナー（現像剤）残量を検出可能な画像形成装置及び現像カートリッジを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、現像剤を収容する現像剤収容部を有する現像カートリッジと、現像カートリッジを複数着脱可能であり、且つ、回転軸を中心に回動させることによって、装着された現像カートリッジのいずれか一つを現像位置に移動させるロータリ現像ユニットと、を備え、上記現像カートリッジは、現像カートリッジの壁面に設けられた透光性の窓と、現像カートリッジの内部に回動自在に軸支され、且つ、現像カートリッジの回動に応じて相対回動して窓の表面を掃出可能な掃出部を有する掃出ユニットと、を有する。
【０００８】
かかる発明によれば、トナー残量が少なくなってくると、ロータリ現像ユニットの回動にあわせて掃出ユニットが自重により回動し、光透過窓を掃き出すようになっているため、特別な駆動制御を何ら必要とすることなく、安価かつ確実にトナー残量、特にトナーエンド、を検出できるようになる。
【０００９】
また、掃出ユニットはおもりを有し、掃出部とおもりとが掃出ユニットの支持軸に対して一定の角度で固設されるものであることが好ましい。かかる発明によれば、おもりの自重により、掃出ユニットの回動がより安定することになる。
【００１０】
好適には、掃出ユニットは反射板を有する。さらに好適には、ロータリ現像ユニットの外側に設けられ、発光手段及び受光手段を有する現像剤残量検出用センサ、を備え、掃出ユニットは、ロータリ現像ユニットに装着される何れか一の現像カートリッジに関して、現像剤残量検出用センサと窓とおもりとが略一直線上に位置するよう形成される。かかる発明によれば、発光素子から発せられた光が光透過窓を通って反射板により反射するため、トナー残量の検出をさらに確実に行うことができるようになる。
【００１１】
さらに、掃出ユニットの支持軸は、現像カートリッジがロータリ現像ユニットに装着されたとき当該ロータリ現像ユニットの回転軸と略平行であることが好ましい。かかる発明によれば、ロータリ現像ユニットの回転に伴って、掃出ユニットが現像カートリッジに対してより円滑に相対回動するようになる。
【００１２】
また、本発明の現像カートリッジは、現像剤を収容する現像剤収容部と、壁面に設けられた透光性の窓と、内部に回動自在に軸支され、且つ、回動により窓の表面を掃出可能な掃出部を有する掃出ユニットと、を備える。
【００１３】
かかる現像カートリッジをいわゆる４サイクル型の画像形成装置に装着すれば、トナー残量が少なくなってくると、ロータリ現像ユニットの回動にあわせて掃出ユニットが自重により回動して、光透過窓を掃き出すようになるため、特別な駆動制御を何ら必要とすることなく、安価かつ確実にトナー残量、特にトナーエンド、を検出できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本画像形成装置及び現像カートリッジの実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る現像カートリッジを装備する画像形成装置の一実施形態であるカラーレーザプリンタ１０の概略構成を示す縦断側面図である。本実施形態のカラーレーザプリンタ１０は、単一感光体方式と中間転写方式とを採用したフルカラーの電子写真方式の画像形成装置として構成されており、図示するように、現像手段である現像カートリッジ１２を保持するロータリ現像ユニット１４を備える。
【００１６】
さらに、カラーレーザプリンタ１０は、像担持体として機能する感光体１６と、感光体１６を均一の電位（例えば、−７００Ｖ）に帯電させる帯電ローラ１８と、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色に色分解された各色毎の画像を帯電された感光体１６上にレーザを照射して静電潜像として形成する露光ユニット２０と、感光体１６上に現像された各色のトナー像を転写ベルト２２に重ねて転写してカラートナー像を形成する一次転写ユニット２４と、シートカセット２６からシート（記録媒体）を搬送する搬送ユニット２８と、搬送されたシートに転写ベルト２２に形成されたカラートナー像を転写する二次転写ユニット３０と、シート上に転写されたカラートナー像をシートに融着定着させて排紙する定着ユニット３２と、こうしたカラーレーザプリンタ１０全体の動作を制御するコントローラ３４とを備える。
【００１７】
ロータリ現像ユニット１４には、回転軸５２を中心に回動自在に設けられた支持フレーム５０、図示を省略する回動駆動部などの部材が設けられている。また、支持フレーム５０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナー（現像剤）を内蔵するシアン用の現像カートリッジ１２Ｃ、マゼンタ用の現像カートリッジ１２Ｍ、イエロー用の現像カートリッジ１２Ｙ、およびブラック用の現像カートリッジ１２Ｋを備える。これらの各現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋは、いわゆるトナーカートリッジとして交換可能に装着される。
【００１８】
現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋは現像ユニット１４の周方向での位置が決定されることで、感光体１６に対して選択的に隣接し、トナーを感光体１６の表面に供給することができる。これにより、感光体１６上の静電潜像が選択されたトナー色で現像化される。具体的には、回転軸５２を中心にロータリ現像ユニット１４を９０度ずつ４回回転させることにより４個の現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋを順番に感光体１６に対向する位置に合わせ、４回にわたって感光体１６上に各色のトナー像を現像する。
【００１９】
こうして感光体１６に現像される各色のトナー像は、一次転写ユニット２４の転写ベルト２２に重ねて転写され、二次転写ユニット３０でシートユニット２２により搬送されたシートに転写され、定着ユニット３２により定着されてカラーレーザプリンタ１０から排紙される。
【００２０】
なお、帯電ローラ１８や露光ユニット２０、シートユニット２２、二次転写ユニット３０などについては、通常のカラーレーザプリンタやカラーの複写機と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
図２は、コントローラ３４の電気的構成の概略を示すブロック図である。コントローラ３４は、図示するように、ＣＰＵ３６やＲＡＭ３８，ＲＯＭ４０を中心としたマイクロプロセッサとして構成されている。また、各種センサ４８（例えば、温度センサなど）による検出値やその他の入力信号（例えば、操作者によるプリント指示信号など）が信号ラインを介して入力されるように構成され、これらの入力信号に基づいて帯電ローラ制御部４２、ロータリ現像ユニット制御部４４、および露光ユニット制御部４６などを介して、帯電ローラ１８に印加する帯電電位、ロータリ現像ユニット１４の回動駆動やロータリ現像ユニット１４に印加する現像バイアス電位、および露光ユニット２０の露光量などのカラーレーザプリンタ１０の各部の動作を制御する。
【００２２】
図３は、ロータリ現像ユニット１４の要部を示す斜視図である。図示するように、ロータリ現像ユニット１４は中心に回転軸５２を有し、該回転軸５２の周囲には互いに９０度の角度の間隔で形成された４つのフレーム要素５４から構成される支持フレーム５０が回転軸５２に固定して設けられている。各フレーム要素５４の間には収納部５６が形成されており、各収納部５６に対して前述の４色の現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ及び１２Ｋが収納（装着）される。このとき、各現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋの長手方向と回転軸５２とが略平行に収納される。
【００２３】
支持フレーム５０における各フレーム要素５４の末端には末端圧入部５８が形成され、各末端圧入部５８の内側には内側圧入部６０が形成されている。現像カートリッジ１２を支持フレーム５０に装着する場合には、現像カートリッジ１２を収納部５６内に配置した状態で長手方向にスライドさせ、現像カートリッジ１２の左側端部（末端圧入部５８が形成されている側の端部）に設けられる端部カバーの２つの圧入突起部（図示せず）をそれぞれ末端圧入部５８と内側圧入部６０とに圧入する。これにより現像カートリッジ１２が支持フレーム５０に対して固定される。なお、図３では、簡略のため現像カートリッジ１２Ｃのみを示している。
【００２４】
回転軸５２には図示しない回動駆動部がクラッチを介して接続されており、この回動駆動部を駆動することで支持フレーム５０を回動させ、４つの現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋのうち、いずれか一つの現像カートリッジを選択的に感光体１６と対向する現像位置（図１中、現像カートリッジ１２Ｃの位置）に位置決めできるように構成されている。
【００２５】
支持フレーム５０に保持される現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋは、いずれも同一の構成を有している。従ってここでは、現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋを総称して現像カートリッジ１２として、以下説明する。
【００２６】
図４は、ロータリ現像ユニット１４に装着される現像カートリッジ１２の要部を示す略断面図である。図示するように、現像カートリッジ１２は、ハウジング６２により本体が形成され、ハウジング６２内には、トナー６４を収容するためのトナー収容部６６が形成されている。ロータリ現像ユニット１４が回転軸５２を中心に回動すると、該ロータリ現像ユニット１４に装着された現像カートリッジ１２は、その長手方向と平行な軸で回動し、トナー収容部６６内でトナー６４が攪拌される。トナー収容部６６には、供給ローラ６８が回転可能な状態で配置され、供給ローラ６８の外側には現像ローラ７０が供給ローラ６８の外周面と接触した状態で配置される。なお、図示しないが、現像カートリッジ１２には、供給ローラ６８及び現像ローラ７０を駆動するためのギアが備えられ、供給ローラ６８と現像ローラ７０は反対方向に回転するように構成されている。
【００２７】
ハウジング６２の側壁面には透光性の光透過窓７２が設けられ、該光透過窓７２を介して現像カートリッジ１２の内外に光を透過させることができるようになっている。この光透過窓７２近傍の側壁面には、現像カートリッジ１２の長手方向と平行に支持軸７４が設けられ、該支持軸７４に掃出ユニット７６が回動自在に軸支されている。この掃出ユニット７６はおもり７８とおもり支持部８０と掃出部８２と掃出部支持部８４を含んで構成されている。おもり支持部８０の一端にはおもり７８が固定され、他端は支持軸７４に軸支され回動自在になっている。また、掃出部支持部８４の一端には掃出部８２が固定され、他端は支持軸７４で軸支され回動自在になっている。さらに、おもり支持部８０と掃出部支持部８４とは一定の角度で固定されている。また、支持軸７４とおもり７８の距離（すなわち、おもり支持部８０の長さ）、及び支持軸７４と掃出部８２の距離（すなわち、掃出部支持部８４の長さ）は、支持軸７４と光透過窓７２の距離に等しくなるよう形成されている。
【００２８】
以上のような構成により、掃出ユニット７６は支持軸７４を中心に回動自在に構成される。さらに、掃出ユニット７６が支持軸７４を中心に回動すると、おもり７８及び掃出部８２が一定の角度を保ちながら光透過窓７２の前を順に通過するようになっている。そして、現像カートリッジ１２内にトナーがなければ、掃出ユニット７６はその自重（すなわち、主におもり７８の自重）により鉛直方向に対して一定の姿勢を保つことになる。こうして、長手方向を軸に現像カートリッジ１２を回転させると、掃出ユニット７６が現像カートリッジ１２に対して相対的に回転し、図中の一点鎖線８６に示す領域内を掃出ユニット７６が回転することとなる。
【００２９】
図５は、掃出ユニット７６の要部を示す断面図である。図５（Ａ）に示すように、掃出部８２は、ハウジング６２の内側壁面のうち、少なくとも光透過窓７２が設けられる部分に接するように構成され、掃出ユニット７６が支持軸７４を中心に一回転する間に、光透過窓７２を一回掃き出すよう構成されている。掃出部８２は、光透過窓７２の表面に付着したトナーを掃き出すことができるものであれば、形状は如何なるものでもよいが、刷毛（ブラシ）状またはワイパー状のものが好ましい。また、光透過窓７２を掃き出し可能であれば、材質も特に限定されない。
【００３０】
また、図５（Ｂ）に示すように、おもり７８は、ハウジング６２の内側壁面と接することなく、内側壁面から離れた場所に位置するよう構成される。好ましくは、前記ロータリ現像ユニット１４に装着される一の現像カートリッジ１２が現像位置に位置決めされ、ロータリ現像ユニット１４の回転が停止した位置で、おもり７８と光透過窓７２とフォトセンサ８８とがほぼ一直線上に並ぶ位置になるよう構成されている。このとき、さらに、おもり７８の光透過窓７２側に反射板９０を備え、フォトセンサ８８から送出される光がこの反射板９０で反射されるように構成することが望ましい。
【００３１】
現像位置にある現像カートリッジ１２を交換するためにロータリ現像ユニット１４が回動されると、該ロータリ現像ユニット１４に装着された現像カートリッジ１２の内部に軸支された掃出ユニット７６が当該現像カートリッジ１２に対して相対回動することになる。そして、図５（Ａ）に示すような掃出部８２が光透過窓７２の表面に付着したトナーのかき出し動作を経て、図５（Ｂ）に示すような光透過窓７２の近傍に反射板９０が位置するところで、ロータリ現像ユニット１４の回動が停止する。
【００３２】
なお、フォトセンサ８８は、ロータリ現像ユニット１４の内部又は周辺、或いは現像カートリッジ１２の外側に設けられるものであり、ＬＥＤ等の発光素子（発光手段）と該発光素子から発せられた光を検出する受光素子（受光手段）とを備え、トナー残量を検出するようになっている。発光素子から発せられた光が光透過窓７２を通して現像カートリッジ１２に内に入射され、現像カートリッジ１２からの反射光を受光素子が検知する。トナー収容部６６内にトナーが多く残っていると、光透過窓７２とおもり７８（の反射板９０）との間にトナー６４が入り込むため、光がほとんど反射しない。一方、トナー残量が少なくなると光透過窓７２とおもり７８との間を遮るトナー６４がなくなってくるため、フォトセンサ８８から発せられた光が反射板９０に到達して反射する。こうして、フォトセンサ８８は、発光素子から発せられた光を現像カートリッジ１２内に入射し、受光素子で反射光を検知して、その受光量や受光時間などによりトナー残量を検出する。
【００３３】
このような掃出ユニット７６を備える現像カートリッジ１２をロータリ現像ユニット１４に装着すると、ロータリ現象ユニット１４の回動にあわせて、掃出ユニット７６が遊動するようになる。すなわち、トナー収容部６６内のトナー残量が多いとき、多量のトナー６４が抵抗となるため、掃出ユニット７６は自由に回動できない。そのため、ロータリ現像ユニット１４が回転しても、装着される現像カートリッジ１２内の掃出ユニット７６の動きは制限されつつ遊動することになる。しかし、トナー収容部６６内のトナー残量が少なくなると、トナー６４による抵抗が減少するため、おもり７８と掃出部８２の自重により現像カートリッジ１２の向きに関わらず、カラーレーザプリンタ１０に対して、掃出ユニット７６の向きが常に同じ向きに位置するようになる。その結果、ロータリ現像ユニット１４の回動に応じて掃出ユニット７６が現像カートリッジ１２に対して相対的に回動することとなる。
【００３４】
つまり、トナー収容部６６内のトナー残量が多い場合は、そもそも残量をセンシングする必要がなく、光透過窓７２を掃き出す必要がないが、そのような場合には、本発明の掃出ユニット７６は回動しないようになっている。一方、トナー残量が少なくなってきて、残量を正確に検出するために光透過窓７２を履き出す必要が出てくる頃になると、ロータリ現像ユニット１４の回動にあわせて掃出ユニット７６は自重で遊動し、光透過窓７２を掃き出すようになる。このように、本発明の掃出ユニット７６は、特別な駆動制御を何ら必要としないにも関わらず、トナー残量が少なくなり、残量のセンシングを正確に行う必要が出てくると光透過窓７２を掃き出すように構成されており、要求特性に一致するものとなっている。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。
【００３６】
例えば、本実施形態では、現像カートリッジ１２に設ける光透過窓７２の位置は、現像カートリッジ１２の側壁面に備えるものとしたが、掃出ユニット７６が掃出可能であれば、
現像カートリッジ１２のいずれの壁面に光透過窓７２を設けてもよい。
【００３７】
また、光透過窓７２の設置位置に応じて、掃出部や反射板の位置を設定すればよい。なお、おもり７８は必ずしも設置する必要はない。また、反射板９０も必要に応じて設置すればよい。
【００３８】
また、実施形態のカラーレーザプリンタ１０では、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のトナーが詰められた４個の現像カートリッジ１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋをロータリ現像ユニット１４に装着するもの（いわゆる、４サイクル方式）としたが、ロータリ現像ユニット１４が回動可能な機構を有するものであれば、３個以下の現像カートリッジを装着するものでもよいし、５個以上の現像カートリッジを装着するものでもよい。
【００３９】
また、実施形態では、記録剤として複数の色のトナーが詰められた現像カートリッジ１２を装着するカラーレーザプリンタ１０について説明したが、同様の現像カートリッジ４０Ｋを装着するカラー複写機としてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】カラーレーザプリンタ１０の概略構成を示す縦断側面図である。
【図２】コントローラ３４の電気的構成の概略を示すブロック図である。
【図３】ロータリ現像ユニット１４の要部を示す斜視図である。
【図４】現像カートリッジ１２の要部を示す略断面図である。
【図５】掃出ユニット７６の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  カラーレーザプリンタ（画像形成装置）、１２  現像カートリッジ、１４  ロータリ現像ユニット、６２  ハウジング、６４  トナー、６６  トナー収容部、７２  光透過窓、７４  支持軸、７６  掃出ユニット、７８  おもり、８２  掃出部、８８  フォトセンサ（現像剤残量検出用センサ）、９０  反射板
【図１】
2007212891.tif 000003
【図２】
2007212891.tif 000004
【図３】
2007212891.tif 000005
【図４】
2007212891.tif 000006
【図５】
2007212891.tif 000007