JP4008438B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像槽内に残っている現像剤の残量を検出する機能を有する現像装置に関する。

現像装置は、現像槽に貯留している現像剤が尽きた段階で、新しい現像装置と交換する必要がある。そのため、現像装置には、現像槽に貯留している現像剤の残量を検出するための現像剤検知機構が設けられている。

このような現像剤検知機構に関する技術として、図１３に示す現像剤検知機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この現像剤検知機構は、現像槽（以下「トナー槽」という。）２００の内部に堆積されている現像剤（以下「トナー」という。）を図示しない現像ローラに送るコの字型のトナー攪拌部材２０１を備えており、さらに、その一端に、この部材を支持する回転軸２０２、及び外力により回転軸２０２を回転させるギア２０３を備えている。

また、トナー攪拌部材２０１の他端には、フォトセンサ２０４の間を通過するスリット板２０５が設けられている。このスリット板２０５は、複数のスリットを有する円盤である。また、フォトセンサ２０４には発光部及び光検知部が対向配置されており、スリット板２０５がこれらの間を通過するように設定されている。従って、フォトセンサ２０４の光検知部は、スリット板２０５のスリットがフォトセンサ２０４を通過する際に、ＯＮとなる（発光部からの光を受ける）ようになっている。

そして、このトナー槽２００では、コの字型のトナー攪拌部材２０１が回転することによって内部のトナーを攪拌し、その一部を現像ローラに送るようになっている。また、この攪拌の際、トナー攪拌部材２０１のトナー（トナー溜まり）にトナー攪拌部材２０１が侵入するときには、トナーによる抵抗を受けるため、その回転速度が一瞬遅くなる。従って、トナー攪拌部材２０１とともに回転しているスリット板２０５が、フォトセンサ２０４を通過する速度も遅くなる。このため、フォトセンサ２０４における光検出の周期（スリットの通過周期に相当）が長くなる。

一方、トナー攪拌部材２０１がトナーから脱出するときには、トナーの抵抗が急になくなるため、回転速度が一瞬早くなる。従って、スリット板２０５がフォトセンサ２０４を通過する速度も同様に早くなり、フォトセンサ２０４の光検出周期が短くなる。

また、トナー攪拌部材２０１によるトナーへの侵入から脱出までの時間は、収容しているトナー量（トナー残量）が多いほど長くなる。従って、このトナー槽２００では、フォトセンサ２０４における光検出周期の変化をモニターすることで、トナー残量を推測することが可能となっている。
特開２００４−１２８９３号公報

ところで、記録紙への印刷画像は、一般的に記録紙の端部分よりも中央部に画素が集中している場合が多い。そのため、トナー槽２００内のトナーは、その中央部分が多く消費され、両端部の消費が少ないため、トナー槽２００内のトナーは全体としてトナーレベルにレベル差が生じ、印刷時に濃度ムラが発生するといった問題があった。

しかしながら、上記従来の現像剤検知機構では、トナー撹拌部材２０１によってトナー槽２００内のトナーを単に撹拌しているだけであり、トナーを横方向に搬送する能力は有していない。つまり、トナー槽２００内の幅方向全体のトナーレベルを均一にする能力は有していない。そのため、トナー槽２００の中央部と両端部とでトナーレベルに極端な差が生じてしまった場合には、トナー残量の検知誤差が生じる可能性があり、検知精度が十分に確保できない場合があるといった問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、トナーを撹拌搬送する撹拌搬送ローラの重量バランスを偏心させることで、上記従来技術のトナー撹拌部材としての機能を持たせ、トナーを搬送する能力と撹拌する能力とを兼ね備えた検知精度の高い現像剤検知機構を有する現像装置を提供することにある。

本発明の現像装置は、回転中心に対して偏心して重量配分なされた現像剤を攪拌搬送する撹拌搬送部材と、前記撹拌搬送部材を回転駆動するための離接可能な駆動伝達部材と、前記撹拌搬送部材の回転状態を検出する回転検出器とを備え、前記回転検出器により検出される回転状態により現像剤の残量を検出することを特徴とする。

上記構成の現像装置によれば、撹拌搬送部材は回転中心に対して偏心して重量配分されている。具体的には、撹拌搬送部材は、回転軸とその回転軸の周囲に螺旋状に配置された搬送羽根とからなり、この搬送羽根の周端部に、回転軸に並行に配置された棒状の偏心杆が取り付けられた構造となっている。つまり、偏心杆は、搬送羽根の螺旋ピッチに合わせた一定の間隔で、搬送羽根の周端部の複数箇所に固定されている。

また、駆動伝達部材は、外力により撹拌搬送部材の回転軸に回転力を与える離接可能なクラッチ構造となっている。より具体的に説明すると、前記駆動伝達部材は、前記回転軸の一端部に取り付けられた円盤状の被回転板と、この被回転板に外力を伝達する円盤状の伝達回転板とからなり、前記被回転板には、前記伝達回転板の対向面側の周縁部の１箇所に係合ピンが設けられ、前記伝達回転板には、前記被回転板の対向面側に回転中心を通るように対角線状に突出形成された係合片が設けられ、前記回転検出器は、断面凹部形状に形成されたケース本体内の凹溝部を介して発光素子と受光素子とが対向配置されているとともに、前記凹溝部を前記回転軸の軸心に向けて開口するように配置されており、前記凹溝部の開口に対向する回転軸には、前記凹溝部内を通過する扇形状に形成された検知板が設けられている。つまり、偏心杆が最下部の位置から最上部の位置まで一方向に１８０度回転するときは、外力を伝達する側の伝達機構部（伝達回転板）が、外力を受け取る回転軸側に設けられた被伝達機構部（被回転板）を一方向に押し上げるように係合して回転力が伝達される。一方、偏心杆が最上部から一方向側にさらに少し回転すると、偏心杆による偏心荷重によって撹拌搬送部材はその回転速度を上げて回転する。つまり、偏心杆が最上部に達してから最下部まで一方向に回転するときには、外力より受ける回転速度より、偏心杆による偏心荷重によって撹拌搬送部材が回転する回転速度の方が速くなり、外力を伝達する側の伝達機構部（伝達回転板）と、回転軸側に設けられた被伝達機構部（被回転板）との係合が解除されることになる。

このような回転速度の差、つまり、偏心杆が最下部から最上部まで一方向に１８０度回転するときの撹拌搬送部材の回転速度と、最上部から最下部まで一方向に１８０度回転するときの撹拌搬送部材の回転速度との差は、現像槽に現像剤がほとんど残っていないときに生じるものであり、現像槽に現像剤が十分残っている場合には生じない。すなわち、現像槽に現像剤が十分残っており、撹拌搬送部材が現像剤に埋没している状態では、偏心杆は現像剤による負荷を受けることになる。そのため、偏心杆が最上部から一方向側にさらに少し回転することによって、偏心杆による偏心荷重が撹拌搬送部材に加わったとしても、この偏心荷重を打ち消すだけの負荷が現像剤から偏心杆に加えられることになる。その結果、偏心杆が最上部から最下部まで一方向に１８０度回転する間も、外力を伝達する側の伝達機構部（伝達回転板）が、回転軸側に設けられた被伝達機構部（被回転板）を一方向に押し下げるように係合して回転力が伝達されることになる。つまり、現像槽に現像剤が十分残っている場合には、偏心杆による荷重に関係なく、撹拌搬送部材は常に一定の回転速度で回転することになる。

以上の説明からも分かるように、撹拌搬送部材は、現像槽内の現像剤の残量によって、１回転するときの回転速度パターンが異なることになる。従って、この回転速度パターンを回転検出器によって検出することで、現像剤の残量を検出することが可能となる。この場合、回転検出器が設けられているのは撹拌搬送部材であり、撹拌搬送部材は現像槽内の現像剤を例えば両端部から中央部に向かって搬送する能力を有しているため、現像槽内の現像剤は粉圧が均一化され、かつ常に平坦に均されることになる。そのため、良好な画質を維持できるとともに、従来技術のような検出誤差も発生せず、現像剤の残量を精度良く検出することが可能となる。

本発明では、このような撹拌搬送部材を現像剤供給ローラの上部に配置する。この部分に配置することで、現像剤供給ローラ近傍、さらには現像剤層厚規制部材（層圧規制ブレード）近傍の現像剤粉圧を均一化でき、より安定した動作が可能となる。また、回転検出器は、撹拌搬送部材の１回転に対して複数の出力パルスを発生するように構成してもよい。これにより、現像剤の残量をより精度良く検出することが可能となる。

また、本発明では、前記攪拌搬送部材とは別の第２の攪拌搬送部材を１または複数個配置してもよい。この場合、第２の攪拌搬送部材は、内部の現像剤を攪拌搬送部材の攪拌搬送方向とは逆方向に撹拌搬送するように構成する。このように、偏心して重量配分された撹拌搬送部材の搬送方向と逆の搬送方向としておくことで、現像剤の粉圧を一層均一化でき、かつ、現像剤上面をより平坦面に均すことができ、一層の画質向上と残量検出精度の向上を図ることができる。

また、本発明では、偏心した重量配分を実現する手段として、上記の偏心杆を使用せず、回転軸に対して偏心して配置固定された棒状の重り部材（例えば、ステンレスシャフト）により実現してもよい。この場合、前記撹拌搬送部材を、重り部材（ステンレスシャフト）の外径よりも大きな内径を有する螺旋部材で構成し、ステンレスシャフトにこの螺旋部材を回転可能に挿入することで攪拌搬送を実現してもよい。ここで、螺旋部材としてコイルスプリングの使用が可能である。

攪拌羽根（スクリュー）による撹拌搬送は、湿度変化によるトナーの流動性の低下などにより、スクリュー周辺でトナーがパッキング、固化を引き起こし、トナー供給不足、撹拌駆動トルクの増加、撹拌駆動系のロック、ロックに伴う駆動系の破損などを生じる虞がある。これに対し、本発明のように遊びのあるコイルスプリングを用いて撹拌搬送する方式では、コイルスプリングがラジアル方向に移動可能であるので、螺旋周辺の固化原因となるトナーは滞留することなく回転に伴って排出され、パッキング、固化といった弊害が防止でき信頼性の高い現像動作が可能となる。さらに、回転駆動に伴いトナーにより負荷をうけたとき、ステンレスシャフトが無いと、コイルスプリングは撓み（ベンデング）変形してケース内壁と接触するなどして故障の原因となるが、上記構造によればステンレスシャフトにより変形が規制されるので、信頼性の高い動作が可能となる。

また、本発明では、前記コイルスプリングは巻方向が異なる分離された複数部材で構成されていてもよい。例えば、ステンレスシャフトの中央部分で、右巻きと左巻きの２つのコイルスプリングに分離してもよい。このような逆巻きの２つのコイルスプリングによって、現像槽内の現像剤が例えば両端部から中央部に向かって寄せ集めるように搬送されるため、現像槽内の現像剤は粉圧が均一化され、かつ常に平坦に均されることになる。そのため、良好な画質を維持できるとともに、従来技術のような検出誤差も発生せず、現像剤の残量を精度良く検出することが可能となる。また、スクリューで撹拌機能（凝集トナーをほぐす機能）を確保しようとすると、搬送力が強すぎて中央部のトナー厚が高くなりすぎる虞があるが、コイルスプリングでは撹拌力と搬送力の設定の自由度が大きいため、このような問題も簡単に解消することができる。

また、本発明では、コイルスプリングは、スラスト方向に移動可能なクリアランスを有してステンレスシャフトに挿入している。このようにクリアランスを有してステンレスシャフトに挿入することで、トナーの負荷などによりコイルスプリングが伸張変形したときでも、クリアランスで変形を吸収でき、伸張して側壁に接触するなどによる故障を防止することができる。なお、実施形態で詳細説明する分離された複数のコイルスプリング、あるいは、ほぼ現像幅を有する単一のコイルスプリングのいずれを用いる場合においても有効に作用するものである。更に、この場合、コイルスプリングは、それぞれ両端部をステンレスシャフトに密着巻きした構成とする。このように密着巻きにすることで、隣接する分離された複数のコイルスプリングの端部同士が不用意に絡み合うのを防止することができる。さらに、複数、もしくは単一のコイルスプリングの端部がケースの内壁に摺擦した場合でも、ケースの内壁を傷付けるのを防止することができる。

本発明の現像装置によれば、回転中心に対して偏心して重量配分なされた現像剤を攪拌搬送する撹拌搬送部材と、撹拌搬送部材を回転駆動するための離接可能な駆動伝達部材と、撹拌搬送部材の回転状態を検出する回転検出器とを備えた構成としたので、現像槽内の現像剤は粉圧が均一化され、かつ常に平坦面に均されることになるため、良好な画質を維持できるとともに、現像剤の残量を精度良く検出することができる。また、撹拌搬送部材と並行に第２の撹拌搬送部材を設けることで、現像槽内の現像剤は粉圧がさらに均一化され、かつさらに平坦面に均されることになるため、より良好な画質を維持できるとともに、現像剤の残量をより精度良く検出することができる。

また、本発明の現像装置によれば、偏心した重量配分を実現する手段として、回転軸に対して偏心して配置固定された棒状の重り部材を用い、撹拌搬送部材をこの重り部材の外径よりも大きな内径を有する螺旋部材であるコイルスプリングで構成し、重り部材にこのコイルスプリングを回転可能に挿入することで攪拌搬送を実現しているので、現像槽内の現像剤は粉圧が均一化され、かつ常に平坦面に均されることになるため、良好な画質を維持できるとともに、現像剤の残量を精度良く検出することができる。また、コイルスプリングがラジアル方向に移動することで、螺旋周辺の固化原因となるトナーは滞留することなく回転に伴って排出され、パッキング、固化といった弊害が防止でき信頼性の高い現像動作が可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置について、図面を参照して説明する。

−画像形成装置全体の説明−
図１は、本実施形態に係るカラー画像形成装置としてのデジタルカラー複写機（以降、単に複写機と称する）１００の構成を示す概略断面図である。

この複写機１００は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色及び単色の画像を形成するものであり、露光ユニット１、現像装置２、感光体ドラム３、帯電器５、クリーナユニット４、転写搬送ベルトユニット８、定着ユニット１２、用紙搬送路Ｓ、給紙トレイ１０及び排紙トレイ１５，３３等により構成されている。

なお、本複写機１００において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、露光ユニット１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）、現像装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、帯電器５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，３ｄ）は各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに設定され４つの画像ステーションが構成されている。

感光体ドラム３は、本複写機１００のほぼ中心部に配置（装着）されている。

帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、接触型であるローラ型やブラシ型の帯電器のほか、図１に示すようにチャージャー型の帯電器が用いられる。

露光ユニット１は、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドや、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる。そして、帯電された感光体ドラム３を、入力される画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。

現像装置２は、それぞれの感光体ドラム上に形成された静電潜像を（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）のトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３の下方に配置されている転写搬送ベルトユニット８は、転写ベルト７、転写ベルト駆動ローラ７１、転写ベルトテンションローラ７３、転写ベルト従動ローラ７２，７４、転写ローラ６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）、及び転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。

転写ベルト駆動ローラ７１、転写ベルトテンションローラ７３、転写ローラ６、転写ベルト従動ローラ７２，７４等は、転写ベルト７を張架し、転写ベルト７を矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

転写ローラ６は、転写ベルトユニット８の図示しないハウジングの転写ローラ取付部に回転可能に支持されており、感光体ドラム３のトナー像を、転写ベルト７上に吸着されて搬送されるシート（記録用紙）に転写するための転写バイアスを与えるものである。

転写ベルト７は、それぞれの感光体ドラム３に接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像をシート（記録用紙）に順次的に重ねて転写することによって、カラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この転写ベルトは、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３からシート（記録用紙）へのトナー像の転写は、転写ベルト７の裏側に接触している転写ローラ６によって行われる。転写ローラ６には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。転写ローラは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、記録紙（シート）に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施形態では転写電極として転写ローラ６を使用しているが、それ以外にブラシなども用いられる。

また、感光体ドラム３との接触により転写ベルト７に付着したトナーは、記録紙の裏面を汚す原因となるために、転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収されるように設定されている。転写ベルトクリーニングユニット９には、転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する転写ベルト７は、裏側から転写ベルト従動ローラ７４で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、本複写機１００の画像形成部の下側に設けられている。また、本複写機１００の上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイであり、本複写機の側部に設けられている排紙トレイ３３は、画像形成済みのシートをフェイスアップで載置するためのトレイである。

また、本複写機１００には、給紙トレイ１０のシートを転写搬送ユニット８や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、Ｓの字形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１５及び排紙トレイ３３までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１６、レジストローラ１４、定着部１２、搬送方向切換えガイド３４、シートを搬送する搬送ローラ３６等が配されている。

搬送ローラ３６は、シートの搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数個設けられている。ピックアップローラ１６は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚ずつ用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。

搬送方向切換えガイド３４は、側面カバー３５に回転可能に設けられており、実線で示す状態から破線で示す状態にすることにより、搬送路Ｓの途中からシートを分離し、排紙トレイ３３にシートを排出できるようになっている。実線で示す状態の場合には、シートは定着ユニット１２と側面カバー３５、搬送切換えガイド３４の間に形成される搬送部Ｓ´（用紙搬送路Ｓの一部）を通り上部の排紙トレイ１５に排出される。

また、レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートを一旦保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像をシートに良好に多重転写できるように、感光体ドラム３の回転にあわせて、シートをタイミングよく搬送する機能を有している。

すなわち、レジストローラ１４は、図示しないレジスト前検知スイッチの出力した検知信号に基づいて、各感光体ドラム３上のトナー像の先端をシートにおける画像形成範囲の先端に合わせるように、シートを搬送するように設定されている。

定着ユニット１２は、ヒートローラ３１、加圧ローラ３２等を備えており、ヒートローラ３１及び加圧ローラ３２は、シートを挟んで回転するようになっている。

また、ヒートローラ３１は、図示しない温度検出器からの信号に基づき、制御部によって所定の定着温度となるように制御されており、加圧ローラ３３とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。

なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ３６によって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

−本発明に係わる現像装置の説明−
図２は、本発明に係わる現像装置２を拡大して示す概略断面図である。

この現像装置２は、現像槽２０の内部に、感光体ドラム３と対峙する形で現像ローラ２１が水平に配置（紙面に対して垂直に配置）されており、この現像ローラ２１に接触する形でトナー供給ローラ２２が水平に配置されている。また、現像ローラ２１には、ローラに付着したトナーの層圧を規制するための層圧規制ブレード２３が設けられている。そして、このように配置されたトナー供給ローラ２３の上部近傍、及び層圧規制ブレード２３の近傍に、トナーを攪拌搬送する撹拌搬送ローラ２４が水平に配置された構成となっている。本実施形態では、この撹拌搬送ローラ２４が回転中心に対して偏心して重量配分されている。

図３は、上記構成の現像装置の現像剤検知機構部の説明図である。

撹拌搬送ローラ２４は、回転軸２４ａとその回転軸２４ａの周囲に螺旋状に配置された搬送羽根２４ｂとからなり、この搬送羽根２４ｂの周端部に、回転軸２４ａに並行に配置された棒状の偏心杆２４ｃが取り付けられた構造となっている。つまり、偏心杆２４ｃは、搬送羽根２４ｂの螺旋ピッチに合わせた一定の間隔で、搬送羽根２４ｂの周端部の複数箇所に固定されている。搬送羽根２４ｂは、本実施形態では左右に２分割されており、それぞれの螺旋方向が逆方向となっている。そのため、回転軸２４ａの回転方向により、現像槽２０内のトナーを、両端部から中央部に向かって、または中央部から両端部に向かって搬送するようになっている。本実施形態では、図中矢印で示すように、両端部から中央部に向かって搬送するものとする。

この回転軸２４ａの一端部（図３では右端部）には、駆動伝達部材２７が設けられている。この駆動伝達部材２７は、外力により撹拌搬送ローラ２４の回転軸２４ａに回転力を与える離接可能なクラッチ構造となっており、回転軸２４ａ側に取り付けられた円盤状の被回転板２５と、図示しない外力を伝達する側の円盤状の伝達回転板２６とからなる。被回転板２５には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、伝達回転板２６の対向面側の周縁部の１箇所に係合ピン２５ａが設けられている。一方、伝達回転板２６には、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、被回転板２５の対向面側に、回転中心を通るように対角線状に突出形成された係合片２６ａが設けられている。

図５は、上記構成の駆動伝達部材２７によって撹拌搬送ローラ２４が回転する様子を示している。ただし、この例では、係合ピン２５ａと偏心杆２４ｃとが、被回転板２５の回転中心を介して対角線状に対峙する位置に設けられている場合について説明する。

偏心杆２４ｃが、図５（ａ）に示す最下部の位置から、図５（ｂ）の位置を経て、図５（ｃ）に示す最上部の位置まで一方向（時計方向）に１８０度回転するときは、外力を伝達する伝達回転板２６の係合片２６ａが被回転板２５の係合ピン２５ａを一方向（時計方向）に押し下げるように常に係合して回転する。

この後、現像層２０内にトナーが無い場合には、図５（ｄ）に示すように、偏心杆２４ｃが最上部から一方向（時計方向）側にさらに少し回転すると、偏心杆２４ｃによる偏心荷重によって撹拌搬送ローラ２４はその回転速度を上げて回転する。つまり、偏心杆２４ｃが最上部に達してから最下部まで一方向（時計方向）に回転するときには、外力より受ける回転速度より、偏心杆２４ｃによる偏心荷重によって撹拌搬送ローラ２４が回転する回転速度の方が速くなり、その結果図５（ｄ），（ｅ）に示すように、係合ピン２５ａが係合片２６ａから離れた状態（すなわち、係合が解除された状態）で自由回転することになる。つまり、現像層２０内にトナーが無い場合（残り少ない場合）には、撹拌搬送ローラ２４は１回転する間に、回転速度の速い期間と遅い期間とが生じることになる。

一方、現像層２０内にトナーが有る場合（すなわち、撹拌搬送ローラ２４がトナーに埋没している場合）には、偏心杆２４ｃが最上部から一方向（時計方向）側にさらに少し回転することによって、偏心杆２４ｃによる偏心荷重が撹拌搬送ローラ２４に加わったとしても、この偏心荷重を打ち消すだけの負荷がトナーから偏心杆２４ｃに加えられることになる。その結果、図５（ｄ′），（ｅ′）に示すように、偏心杆２４ｃが最上部から最下部まで一方向（時計方向）に１８０度回転する間も、係合片２６ａが係合ピン２５ａを一方向（時計方向）に押し上げるように係合関係を保って回転することになる。つまり、現像槽２０にトナーが十分残っている場合には、偏心杆２４ｃによる荷重に関係なく、撹拌搬送ローラ２４は外力の回転力により常に一定の回転速度で回転することになる。

以上の説明からも分かるように、撹拌搬送ローラ２４は、現像槽２０内のトナーの残量によって、１回転するときの回転速度パターンが異なることになる。従って、この回転速度パターンを検出することで、トナーの残量を検出することが可能となる。

そのため、図３に示すように、撹拌搬送ローラ２４と駆動伝達部材２７との間に、撹拌搬送ローラ２４の回転を検出するための回転検出器２８が設けられている。この回転検出器２８は、断面凹部形状に形成されたケース本体内に、凹溝部２８ａを介して発光素子と受光素子を対向配置した透過型のフォトカプラである。この回転検出器２８は、凹溝部２８ａを回転軸２４ａの軸心に向けて開口するように配置されている。一方、この凹溝部２８ａの開口に対向する回転軸２４ａには、図４（ｂ）に破線で示すように、扇形状に形成された検知板２８ｂが設けられており、この検知板２８ｂが、回転検出器２８の凹溝部２８ａ内を通過することで、撹拌搬送ローラ２４の回転を検出するようになっている。

上記したように、撹拌搬送ローラ２４の回転速度パターンは、現像槽２０内にトナーが有る場合と無い場合とで異なることになる。

図６は、上記構成の回転検出器２８によって撹拌搬送ローラ２４の回転を検出したときの検出波形を示しており、同図（ａ）がトナー有りの場合、同図（ｂ）がトナー無しの場合である。ただし、この信号波形は、検知板２８ｂが回転検出器２８の凹溝部２８ａを通過しているとき、つまり回転検出器２８がオフ状態のときを「Ｈ」レベルの信号として示している。図６に示すように、トナー有りのときと、トナー無しのときでは、「Ｈ」レベルの期間が異なっている（ｔ１１＞ｔ１２）。従って、この「Ｈ」レベルの期間の違いにより、現像槽２０内にトナーが有るか無いかを検出することができる。つまり、トナーが十分あって撹拌搬送ローラ２４がトナーに埋没している状態では、図６（ａ）に示す信号が検出され、トナーの残量が少なくなり、撹拌搬送ローラ２４がトナーの上面より上に露出している状態では、図６（ｂ）に示す信号が検出されることになる。この回転検出器２８では、検知板２８ｂが扇形状をしているため、撹拌搬送ローラ２４の１回転で１パルスの信号が検出されるだけであり、基本的にトナー残量が有るか無いかの検出のみである。ただし、「Ｈ」レベルの期間の変化を計測することにより、トナーの残量レベルがどのレベルであるのかを検出することも可能であるが、精度としては低いものにならざるを得ない。

図７は、検知板２８ｃの他の実施例を示している。この例では、検知板２８ｃを円盤状とし、その全周に均等間隔で放射状のスリット部を複数形成したものである。検知板２８ｃをこのような形状とすることにより、回転検知器３８では、撹拌搬送ローラ２４の１回転につき複数パルスを検出することが可能となる。

図８は、このときの検出パルスの信号波形の様子を示しており、同図（ａ）がトナー有りの場合、同図（ｂ）がトナー無しの場合である。ただし、この信号波形は、検知板２８ｃが回転検出器２８の凹溝部２８ａを通過しているとき、つまり回転検出器２８がオフ状態のときを「Ｈ」レベルの信号として示している。

トナー有りのとき、上記したように撹拌搬送ローラ２４はその１回転を一定速度で回転する。その結果、図８（ａ）に示すように、トナー有りのときには、検出パルスは一定の間隔で検出されることになる。

これに対し、トナー無しのとき、上記したように撹拌ローラ２４はその１回転のうち最初の半回転（１８０度）は一定速度で回転し、次の半回転（１８０度）は、偏心杆２４ｃの偏心荷重により回転速度が速くなる。その結果、図８（ｂ）に示すように、次の半回転では、最初の半回転に比べ、検出パルスのパルス幅及びパルス間隔が短くなっている。そして、この例では、次の半回転の中程で、検出パルスが途切れている。これは、現像槽２０内のトナーの上面が、撹拌搬送ローラ２４の回転軸２４ａのちょうど軸心当たりのレベルであるときの検出パルス波形である。つまり、図５（ｄ）に示すように、偏心杆２４ｃが最上部から一方向（時計方向）側にさらに少し回転すると、偏心杆２４ｃによる偏心荷重によって撹拌搬送ローラ２４はその回転速度を上げて回転する。その結果、図８（ｂ）の期間ｔ２１で示すように、検出パスルのパルス幅及びパルス間隔が短くなっている。そして、偏心杆２４ｃが最上部から一方向（時計方向）にほぼ９０度回転すると、偏心杆２４ｃがトナーの上面に到達し、トナーによって偏心杆２４ｃが受け止められる形となって搬送撹拌ローラ２４が回転を停止する。そのため、駆動伝達部材２７の伝達回転板２６の係合片２６ａが被回転板２５の係合ピン２５ａに追い付くまでの間（図８（ｂ）に示す期間ｔ２２）は、搬送撹拌ローラ２４の回転が停止し、その間は検出パルスも出力されない。ただし、この期間ｔ２２は、検知板２８ｃの停止位置により、検出パルスが「Ｈ」レベルとなる場合もある。そして、伝達回転板２６が９０度回転して係合片２６ａが係合ピン２５ａに追い付くと、再び係合ピン２５ａが係合片２６ａによって押される形となり、次の期間ｔ２３の間、回転検出器２８からは、最初の半回転のときと同じパルス幅及びパルス間隔の検出パスルが出力されることになる。

このように、トナー無しのとき（正確には、トナー残量が少なくなって、撹拌搬送ローラ２４がトナー埋没状態から露出し始めたとき）には、次の半回転の検出パルスの波形（パターン）が、最初の半回転の検出パスルの波形（パターン）と異なるパターンとなる。また、そのパターンも、トナーの上面が撹拌搬送ローラ２４に対してどの高さ位置にあるかによって、上記３つの期間ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３の割合が異なることになる。そのため、これらの期間の割合を判別することによって、トナー残量をより詳細に検出することが可能となる。

例えば、上記の期間ｔ２１とｔ２２との合計期間が、期間ｔ２３の期間とほぼ等しい場合には、現像槽２０内のトナーの上面が、撹拌搬送ローラ２４の回転軸２４ａのちょうど軸心当たりの高さレベルであることが分かる。また、期間ｔ２１とｔ２２との合計期間が、期間ｔ２３に比べて非常に短い場合には、現像槽２０内のトナーの上面が、水平方向に配置されている撹拌搬送ローラ２４の上部が若干露出する程度の高さレベルであることが分かる。さらに、期間ｔ２１とｔ２２との合計期間が、期間ｔ２３に比べて非常に長い場合には、現像槽２０内のトナーの上面が、水平方向に配置されている撹拌搬送ローラ２４の下部近傍まで完全に露出する程度の高さレベルであることが分かる。

本実施形態では、回転検出器２８によって検知する検知板２８ｂ，２８ｃを撹拌搬送ローラ２４ａの回転軸２４ａに取り付けている。また、撹拌搬送ローラ２４は、現像槽２０内のトナーを両端部から中央部に向かって搬送する能力を有しているため、現像槽２０内のトナーは粉圧が均一化され、かつ常に平坦に均されることになる。そのため、良好な画質を維持できるとともに、従来技術のような検出誤差も発生せず、トナー残量を精度良く検出することが可能となる。また、本実施形態では、このような撹拌搬送ローラ２４をトナー供給ローラ２２の上部近傍に配置している。この部分に配置することで、トナー供給ローラ近傍、さらには層圧規制ブレード２３近傍のトナー粉圧を均一化でき、より安定した動作が可能となる。

＜現像剤検知機構部の他の構成例１の説明＞
図９及び図１０は、本発明に係わる現像装置２の現像剤検知機構部の他の構成例１を示す説明図である。

この現像剤検知機構部は、上記構成の攪拌搬送ローラ２４に加え、この撹拌搬送ローラ２４の近傍であって、かつ撹拌搬送ローラ２４と並行に、第２の攪拌搬送ローラ２４１を１個配置した構成としたものである。この第２の撹拌搬送ローラ２４１は、回転中心に対して偏心した重量配分とはなっていない。また、この構成例１では、撹拌搬送ローラ２４の搬送羽根２４ｂは中央部で２分割されておらず、長手方向の全長に渡って一方向に螺旋状に回転している。同様に、第２の撹拌搬送ローラ２４１の搬送羽根２４１ｂも長手方向の全長に渡って一方向に螺旋状に回転している。そして、この例では、撹拌搬送ローラ２４と第２の撹拌搬送ローラ２４１の回転方向を互いに逆方向とすることで、撹拌搬送ローラ２４では、現像槽２０内のトナーを図１０中右から左へ矢符Ｘ１方向に搬送し、第２の撹拌搬送ローラ２４１では、現像槽２０内のトナーを図１０中左から右へ矢符Ｘ２方向に搬送するようになっている。つまり、撹拌搬送ローラ２４によるトナーの搬送方向と第２の撹拌搬送ローラ２４１によるトナーの搬送方向とが逆方向となるように設定している。これにより、トナーの粉圧を一層均一化でき、かつ、トナー上面をより平坦面に均すことができるため、一層の画質向上と残量検出精度の向上を図ることができる。なお、この例では第２の撹拌搬送ローラ２４１を１個のみ配置しているが、２個以上配置しても良いことは当然である。

＜現像剤検知機構部の他の構成例２の説明＞
図１１及び図１２は、本発明に係わる現像装置２の現像剤検知機構部の他の構成例２を示す説明図である。

この現像剤検知機構部は、外径４ｍｍのステンレスシャフト（請求項に記載の棒状の重り部材）１０１が駆動回転中心Ｒに対して６ｍｍ偏心して回転支持部材１０４，１０５に固定支持されたクランク形状となっている。なお、図中の符号１０６は回転支持部材１０４の回転軸、符号１７は回転支持部材１０５の回転軸である。

そして、このステンレスシャフト１０１に、線径０．８ｍｍ、外径８ｍｍ、螺旋ピッチ（Ｐ）８ｍｍの２つのコイルスプリング１０２、コイルスプリング１０３が挿入されており、コイルスプリング１０２は右巻き、コイルスプリング１０３は左巻きの巻き方向に形成されている。

また、ステンレスシャフト１０１の有効長をＬ１、コイルスプリング１０２のスプリング長をＬ２、コイルスプリング１０３のスプリング長をＬ３とすると、各コイルスプリング１０２，１０３の端部には合計で約５ｍｍ［≒Ｌ１−（Ｌ２＋Ｌ３）］のクリアランスを設けており、各コイルスプリング１０２，１０３は各々独立してラジアル方向、及びスラスト方向に移動自由に挿入されている。

このように、コイルスプリング１０１がラジアル方向に移動可能であるので、螺旋周辺の固化原因となるトナーは滞留することなく回転に伴って排出され、パッキング、固化といった弊害が防止でき信頼性の高い現像動作が可能となる。さらに、回転駆動に伴いトナーにより負荷をうけたとき、ステンレスシャフト１０１が無いと、コイルスプリング１０２，１０３は撓み（ベンデング）変形して図示しないケース内壁と接触するなどして故障の原因となるが、上記構造によればステンレスシャフト１０１により変形が規制されるので、信頼性の高い動作が可能となる。さらに、コイルスプリング１０２，１０３を逆巻きにしていることによって、現像槽内の現像剤が例えば両端部から中央部に向かって寄せ集めるように搬送されるため、現像槽内の現像剤は粉圧が均一化され、かつ常に平坦に均されることになる。そのため、良好な画質を維持できるとともに、従来技術のような検出誤差も発生せず、現像剤の残量を精度良く検出することが可能となる。

さらに、コイルスプリング１０２の両端１０２ａ，１０２ｂ及びコイルスプリング１０３の両端１０３ａ，１０３ｂは、ステンレスシャフト１０１に対して所定のクリアランスを有してスプリング線材をそれぞれ密着巻きとしている。このように密着巻きとすることにより、中央部で２つのコイルスプリング１０２，１０３の端部１０２ａ，１０３ａ同士が不用意に絡み合うのを防止している。また、各コイルスプリング１０２，１０３の他端１０２ｂ，１０３ｂが、図示しないケース内壁に摺擦した際に、ケース内壁を傷付けるのを防止している。

本発明の現像装置を搭載したカラー画像形成装置としてのデジタルカラー複写機の構成を示す概略断面図である。 本発明の現像装置を拡大して示す概略断面図である。 本発明の現像装置の現像剤検知機構部の一例を示す説明図である。 伝達機構部の構造を示す説明図であり、（ａ）は伝達回転板の正面図、（ｂ）は伝達回転板の側面図、（ｃ）は被回転板の正面図、（ｄ）は被回転板の側面図である。 駆動伝達部材によって撹拌搬送ローラが回転する様子を順を追って示す説明図である。 回転検出器によって撹拌搬送ローラの回転を検出したときの検出波形を示しており、（ａ）がトナー有りの場合、（ｂ）がトナー無しの場合である。 検知板の他の実施例を示す説明図である。 回転検出器によって撹拌搬送ローラの回転を検出したときの検出波形を示しており、（ａ）がトナー有りの場合、（ｂ）がトナー無しの場合である。 本発明の現像装置の他の構成例１を拡大して示す概略断面図である。 本発明の現像装置の現像剤検知機構部の他の構成例１を示す説明図である。 本発明の現像装置の現像剤検知機構部の他の構成例２を示す説明図である。 （ａ）は図１１の現像剤検知機構部を矢視Ａ方向から見た図、（ｂ）は図１１のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１１のＣ−Ｃ線断面図である。 従来の現像装置の現像剤検知機構部の一例を示す説明図である。

符号の説明

２ 現像装置
３ 感光体ドラム
２０ 現像槽
２１ 現像ローラ
２２ トナー供給ローラ
２３ 層圧抑制ブレード
２４ 撹拌搬送ローラ
２４ａ 回転軸
２４ｂ 搬送羽根
２４ｃ 偏心杆
２５ 被回転板
２５ａ 係合ピン
２６ 伝達回転板
２６ａ 係合片
２７ 駆動伝達部材
２８ 回転検出器
２８ａ 凹溝部
２８ｂ，２８ｃ 検知板
１０１ ステンレスシャフト
１０２，１０３ コイルスプリング
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ 端部
１０４，１０５ 回転支持部材
１０６，１０７ 回転軸
２４１ 第２の攪拌搬送ローラ
Ｒ 駆動回転中心
Ｐ 螺旋ピッチ

Claims (10)

1. 回転軸の回転中心に対して偏心して重量配分なされた現像剤を攪拌搬送する撹拌搬送部材と、前記撹拌搬送部材を回転駆動するための離接可能な駆動伝達部材と、前記撹拌搬送部材の回転状態を検出する回転検出器とを備え、前記回転検出器により検出される回転状態により現像剤の残量を検出する現像装置において、
   前記偏心した重量配分は、前記回転軸に対して偏心して配置固定された棒状の重り部材によりなされ、前記撹拌搬送部材は、前記重り部材の外径よりも大きな内径を有するコイルスプリングからなり、前記重り部材に前記コイルスプリングが回転可能に挿入されていることを特徴とする特徴とする現像装置。
2. 現像剤供給ローラの上部に前記撹拌搬送部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記攪拌搬送部材は、内部の現像剤を当該攪拌搬送部材の両端部より中央部に向かって撹拌搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の現像装置。
4. 前記回転検出器は、前記撹拌搬送部材の１回転に対して複数の出力パルスを発生することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記攪拌搬送部材とは別の第２の攪拌搬送部材が１または複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
6. 前記第２の攪拌搬送部材は、内部の現像剤を前記攪拌搬送部材の攪拌搬送方向とは逆方向に撹拌搬送することを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 前記コイルスプリングは、巻方向が異なる分離された複数部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
8. 前記コイルスプリングは、スラスト方向に移動可能なクリアランスを有して前記重り部材に挿入されていることを特徴とする請求項７に記載の現像装置。
9. 前記コイルスプリングは、それぞれ両端部が密着巻きされていることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 前記駆動伝達部材は、前記回転軸の一端部に取り付けられた円盤状の被回転板と、この被回転板に外力を伝達する円盤状の伝達回転板とからなり、前記被回転板には、前記伝達回転板の対向面側の周縁部の１箇所に係合ピンが設けられ、前記伝達回転板には、前記被回転板の対向面側に回転中心を通るように対角線状に突出形成された係合片が設けられ、
    前記回転検出器は、断面凹部形状に形成されたケース本体内の凹溝部を介して発光素子と受光素子とが対向配置されているとともに、前記凹溝部を前記回転軸の軸心に向けて開口するように配置されており、前記凹溝部の開口に対向する回転軸には、前記凹溝部内を通過する扇形状に形成された検知板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。

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