JP2005227559A - 現像剤供給機構および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外乱によって回転数が大きく変動するモータを使用した場合にも、現像剤供給量のバラツキを少なくできる現像剤供給機構および前記現像剤供給機構を備える画像形成装置の提供。
【解決手段】電子写真により画像を形成する画像形成装置において現像剤を収容する現像剤収容部から現像器に現像剤を供給する現像剤供給機構であって、軸線の回りに回転しつつ前記現像剤収容部から現像器に向かって現像剤を搬送する現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材を駆動回転させる駆動手段と、前記現像剤供給部材の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段における回転数の検出結果に基づいて前記駆動手段の回転数を制御する駆動制御手段とを備える現像剤供給機構、前記現像剤供給機構を備える画像形成装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は、現像剤供給機構および画像形成装置に関し、特に、駆動源として直流整流子モータのような安価なモータを使用した場合にも、現像剤供給量のバラツキの少ない現像剤供給機構および前記現像剤供給機構を備える画像形成装置に関する。

フルカラープリンタやフルカラーコピー機などのフルカラー電子写真装置においては、鮮明な色彩が得られるなどの理由により、トナーと磁性キャリアとからなる２成分系現像剤が広く用いられている。

２成分系トナーを用いるフルカラー電子写真装置においては、現像器内に投入するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の現像剤の量を制御することにより、各色間の濃度調整を行っている。

現像器に投入する現像剤の量は、一般的には、現像剤を収容するトナーカートリッジから現像器に現像剤を搬送する現像剤搬送装置における現像剤供給量を増減させることにより行っている。

したがって、適切なカラーバランスで画像を作成するためには、現像剤搬送装置における現像剤供給量を高精度でしかもバラツキなく制御する必要がある。

現像剤搬送装置における現像剤供給量のバラツキを防止する方法として、たとえば圧力開放領域を備え、圧力センサによってトナー供給羽根の回転数を制御することにより、印字密度に関係なく圧力開放領域内のトナー量を一定に保持して濃度変動を防止する方法が提案された（特許文献１）。
特開平０１−２０６３７８号公報

従来は、現像剤搬送装置の駆動にステッピングモータを用いていたので、一定時間当りにステッピングモータに入力するパルスの数を制御することにより、現像剤搬送装置における現像剤供給量をバラツキなく制御することが可能であったが、近年、コスト低減を目的として現像剤搬送装置の駆動に直流整流子モータが使用されることが多くなってきた。

しかしながら、直流整流子モータは、その特性上、トルク変動、電圧変動、機構の部品のバラツキなどの外乱によって回転数が大きく変動するので、そのまま現像剤搬送装置の駆動に用いると正確な供給量で現像剤を供給できないという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、駆動源として直流整流子モータのような外乱によって回転数が大きく変動するモータを使用した場合にも、現像剤の供給量を正確に判定でき、したがって正確な供給量で現像剤を供給できる現像剤供給機構および前記現像剤供給機構を備える画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、画像形成装置において現像剤を収容する現像剤収容部から画像形成部に現像剤を供給する現像剤供給機構であって、現像剤収容部から前記画像形成部に向かって軸線の回りに回転しつつ現像剤を搬送する現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材を駆動回転させる駆動手段と、前記現像剤供給部材の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段における回転数の検出結果に基づいて前記駆動手段の回転数を制御する駆動制御手段とを備えてなる現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給機構においては、前記回転数検出手段において前記現像剤供給部材の回転数を直接検出し、駆動制御手段においては、その結果に基づいて駆動手段の回転数を制御しているから、前記駆動手段として直流整流子モータのように外乱によって回転数が著しく変動するようなモータを用いた場合においても、前記現像剤供給部材の回転数の変動による現像剤供給量のバラツキをなくすることができる。したがって、前記現像剤供給機構を有する画像形成装置、たとえば電子写真装置においては、高画質の画像が得られるだけでなく、現像剤の残量を低減できるから、現像剤収容部としてトナーカートリッジを使用する場合においてトナーカートリッジの寿命を延長でき、コストおよび環境負荷の低減を図ることができる。

現像剤としては、たとえばトナーと磁性キャリアとからなる２成分系現像剤を挙げることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像剤供給機構において、前記回転数検出手段が、前記現像剤供給部材の回転軸に設けられた回転部と、前記回転部が所定の位置を何回通過したかを検出して前記現像剤供給部材の回転数を検出する検出部とを備えてなる現像剤供給機構に関する。

従来は、現像剤供給部材を駆動するモータへの通電時間を制御することにより、現像剤の供給量を制御してきたが、前述のように、モータとして直流整流子モータを使用する場合にこの方法を採ると、外乱による回転数のバラツキが大きくなる。

しかし、前記現像剤供給機構においては、前記検出部が前記回転部が所定位置を何回通過したかを検出し、それに基いて駆動手段の回転数を検出する。そして、この検出結果に基いて所定の回転数で回転するように前記駆動手段を制御するから、外乱による回転数のバラツキをなくすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の現像剤供給機構において、前記現像剤供給部材が、現像剤収容部から画像形成部に現像剤を搬送する現像剤搬送賂の内部に設けられ、線材または狭巾板材を螺旋状に巻回してなる現像剤搬送オーガである現像剤供給機構である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の現像剤供給機構において、前記回転部が、前記現像剤搬送オーガの回転軸の半径方向に沿って外側に向かって突出する回転片であり、前記検出部が、前記回転片が所定の位置を通過したことを光学的、電気的、または機械的に検出する回転片検出手段である現像剤搬送機構に関する。

これらの現像剤供給機構は、現像剤供給部材および回転部、検出部が安価に構成でき、構成が単純で故障が少ない点で好ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の何れか１項に記載の現像剤供給機構において、前記駆動制御手段が、前記検出部における前記回転部の検出結果に基づいて前記現像剤供給手段を停止させるタイミングを設定する現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給機構においては、前記現像剤供給手段を停止させるときは、停止タイミングは外乱によって左右されない。

したがって、前記現像剤供給機構を有する画像形成装置においては、現像剤を更に精度よく現像器に供給できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の現像剤供給機構において、前記検出部における前記回転部の検出結果から前記現像剤供給部材の累積回転数を求め、前記累積回転数と前記現像剤供給部材の１回転当りの現像剤搬送量とから前記現像剤収容部における現像剤の残量を推定する現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給部材の１回転当りの現像剤搬送量は、現像剤の種類が決まれば一定であると考えられる。したがって、１回転当りの現像剤搬送量と累積回転数との積は、現像剤搬送量を与える。したがって、現像剤の当初量から上述のようにして求めた現像剤搬送量を差し引くことにより、現像剤収容部内の現像剤の残存量を直接測定しなくても、現像剤の残量を高精度で求めることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の現像剤供給機構において、前記画像形成装置の備える現像剤収容部が着脱可能な現像剤カートリッジである現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給機構は、現像剤収容部として現像剤カートリッジを備える電子写真装置などの画像形成装置について本発明を適用した例である。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れかに記載の現像剤供給機構において、前記駆動手段がｏｎになって所定時間経過後に、前記回転数検出手段において現像剤供給部材の回転が検出されない場合において、前記駆動制御手段は前記駆動手段を停止させる現像剤供給機構に関する。

駆動手段をｏｎにしたにもかかわらず前記回転数検出手段において現像剤供給部材の回転が検出されない場合としては、たとえば前記回転数検出手段を構成するセンサが故障した場合などが考えられる。このような場合に現像剤供給機構の運転を継続すると、現像剤供給部材が連続回転し、画像形成部に現像剤が過剰に供給されてトラブルが発生する。

しかし、前記現像剤供給機構においては、このような場合には駆動手段を停止させるので、現像剤供給部材が連続回転することによる画像形成部への現像剤の過剰供給が防止されるから、現像剤が過剰に供給されることによるトラブルが生じることはない。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の現像剤供給機構において、前記駆動手段がｏｎになって所定時間経過後に、前記回転数検出手段において現像剤供給部材の回転が検出されない場合において、前記現像剤供給部材に故障があることを操作者に通知する故障通知手段を備えてなる現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給部材が途中から切断するなどの故障が生じたときに、従来のように現像器で形成される画像のトナー濃度の低下を検出して現像剤カートリッジを交換すべき旨の警告表示を行うと、操作者は、先ず最初に現像剤カートリッジを交換しようとするが、その場合においては同様の現象が再び生じるから操作性が悪い。

これに対して、前記現像剤供給機構においては、前記駆動手段がｏｎになっても前記現像剤供給部材の回転が検出されないことを以って現像剤供給部材が途中から切断したことを検出できるから、操作者は、いち早く真の故障の原因を把握でき、迅速な対応が可能になる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載の現像剤供給機構において、前記検出部による前記回転部の検出を前記駆動手段の駆動中にのみ実施する現像剤供給機構に関する。

前記現像剤供給機構においては、前記駆動手段によって現像剤供給部材が駆動回転しているときのみ回転数の検出を行っているから、現像剤供給部材の累積回転数を正確に求めることができる。したがって、現像剤カートリッジの残り寿命を正確に予測できる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載の現像剤供給機構において、現像剤供給部材を停止させるときは、前記駆動制御手段が、前記回転部が前記検出部を通過した直後の位置、または前記検出部を通過してから所定の距離または角度だけ進行した位置で現像剤供給部材が停止するように前記駆動手段を停止させる現像剤供給機構に関する。

回転部が検出部を通過する直前および直後の何れかの位置で停止すると、現像剤供給部材が次に回転を開始した場合に、検出部が回転部を検出するときと検出しないときとが生じ、現像剤供給部材の回転数を総計して累積回転数を求めるときに大きな誤差が生じる。

前記発明に係る現像剤供給機構においては、前記現像剤供給部材の停止位置を前記回転部が前記検出部を通過した直後の位置、または前記検出部を通過してから所定の距離または角度だけ進行した位置に設定することにより、累積回転数を求めるときに誤差が生じないようにした。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１の何れか１項に記載の現像剤供給機構と、現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部から前記現像剤供給機構によって現像剤が供給されて画像を形成する画像形成部とを備えることを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項１のところで述べたのと同様の理由により、請求項１〜１１の何れか１項に記載の現像剤供給機構は、記現像剤供給部材の回転数の変動による現像剤供給量のバラツキが少ないから、前記画像形成装置においては、高画質の画像が得られる。また、現像剤の残量を低減できので、現像剤収容部としてトナーカートリッジを使用する場合においてトナーカートリッジの寿命を延長でき、コストおよび環境負荷の低減を図ることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の画像形成装置において、前記画像形成部が、露光によって表面に潜像が形成される感光体と、前記現像剤供給機構によって供給された現像剤によって前記感光体に形成された潜像を現像する現像器とを備え、前記現像剤収容部から前記現像剤供給機構によって前記画像形成部における現像器に現像剤が供給されることを特徴とする画像形成装置に関する。

前記画像形成装置は、電子写真方式により画像を形成する複写機やプリンタである電子写真装置に本発明を適用した例である。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２または１３に記載の画像形成装置において、異なる色の現像剤を供給する複数の現像剤供給機構を備えてなり、前記現像剤供給機構における現像剤供給部材の回転検出および駆動制御は、各現像剤供給機構毎に独立して行われる画像形成装置に関する。

フルカラーの電子写真装置においては、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の濃度合せの正確さが印刷画像の画質の良否に大きく影響する。

前記画像形成装置においては、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色毎に現像剤供給機構を設け、夫々の現像剤供給機構毎に現像剤供給部材の回転検出および駆動制御の制御を独立して行うことにより、現像剤の供給を各色毎に独立して高精度で行うことができるから、印刷画像の画質を大きく改善できる。

以上説明したように、本発明によれば、駆動源として直流整流子モータのような外乱によって回転数が大きく変動するモータを使用した場合にも、現像剤を正確な供給量で供給できる現像剤供給機構および前記現像剤供給機構を備える画像形成装置が提供される。

１．実施形態１
以下、本発明の画像形成装置に包含される電子写真装置の一例であるレーザプリンタについて図面を参照して説明する。

（レーザプリンタの構成）
実施形態１に係るレーザプリンタ１０の全体的な構成を図１に示す。

レーザプリンタ１０においては、公知の電子写真プロセスにより、外部装置から入力した画像情報に基づいてトナー画像を形成し、形成されたトナー画像を記録紙等に転写させ、定着して画像を形成する。ここで、電子写真プロセスとは、電子写真感光体に対する帯電、レーザー露光による静電潜像の形成、トナーによる静電潜像の現像を経て電子者写真感光体上に形成されたトナー画像を記録材に転写し、これを加熱定着することで記録材に画像を記録する一連のプロセスを言う。なお、レーザプリンタ１０においては、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｋ）、およびシアン（Ｃ）の４色のトナーを用いてカラー画像を形成する。

図１に示すように、レーザプリンタ１０には、装置の外殻部を構成する筐体１２と、筐体１２の内側に設けられ、装置を構成する各種部品を支持するメインフレーム１４とを有する。

メインフレーム１４には、装置の幅方向（矢印Ｗ方向）に沿った一端部（図１では左端部）にプロセスユニット１６が配置されている。このプロセスユニット１６には、メインフレーム１４により装置の奥行方向に沿ってスライド可能に支持されたスライドフレーム１８が設けられており、このスライドフレーム１８には、中間転写ベルト、転写器、クリーニング器等の所定のプロセス部品（図示省略）が搭載されている。これにより、メンテナンス時には、プロセスユニット１６をメインフレーム１４内から外部へ引き出し、スライドフレーム１８に搭載されたプロセス部品の交換、点検作業などを容易に行うことができる。

メインフレーム１４には、プロセスユニット１６に隣接するように４個の感光体ドラム２０，２２，２４，２６が支持されると共に、これらの感光体ドラム２０，２２，２４，２６にそれぞれ接するように４台の現像器２１、２３、２５、２７が配置されている。これら４台の現像器２１、２３、２５、２７には、それぞれマゼンタ（Ｍ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、黒（Ｋ）トナー、およびシアン（Ｃ）トナーが供給され、感光体ドラム２０，２２，２４，２６の外周面（像担持面）に形成された静電潜像にこれらのトナーを付着させて現像し、トナー画像を形成する。なお、以下においてマゼンタ（Ｍ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、黒（Ｋ）トナー及びシアン（Ｃ）トナーをそれぞれ単にＭトナー、Ｙトナー、Ｋトナー、およびＣトナーと略称する。

４個の感光体ドラム２０，２２，２４，２６にそれぞれ形成されたトナー画像は、プロセスユニット１６側に配置された中間転写ベルト上に転写、重畳されてフルカラーのトナー画像を形成する。このフルカラーのトナー画像は、中間転写ベルトから記録紙等の記録材へ転写された後、加熱定着され記録材に記録される。

トナー画像が記録された記録材は、筐体１２の上面部に形成された排紙トレー部２８上又は、筐体１２の側面部に側方へ延出するように取り付けられた排紙トレー３０，３２上へ排紙される。

なお、レーザプリンタ１０は、Ｋトナーのみでモノクロのトナー画像を形成し、これを記録材へ転写、定着させてモノクロ画像を形成するように設定することもできる。

レーザプリンタ１０には、幅方向に沿ってメインフレーム１４に隣接するようにカートリッジホルダ３４が設けられている。カートリッジホルダ３４は、本発明の画像形成装置におけるトナーカートリッジ装着部に相当する。カートリッジホルダ３４には、図２に示すように、それぞれ略円柱状に形成された４個のトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２が着脱可能に装着されている。トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２内には、それぞれ内部にＭトナー、Ｙトナー、Ｋトナー、およびＣトナーが充填されている。

図１に示すように、筐体１２には、片側（図１の紙面手前側）の側面部にプロセスユニット１６及びカートリッジホルダ３４に対向してメンテナンス用の開閉扉１３が開閉可能に設けられている。これにより、ユーザ等は、開閉扉１３を開放させ、プロセスユニット１６及びカートリッジホルダ３４を外部に露出させることで、プロセスユニット１６をメインフレーム１４内から外側へ引き出し、またカートリッジホルダ３４に対してトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２をそれぞれ着脱することが可能になる。

図２に示すように、カートリッジホルダ３４には、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２が着脱可能に装着される着脱部９６、９８、１００．１０２が、装置の高さ方向Ｈ（矢印Ｈ方向）、即ち垂直方向に沿って２列に設けられ、前記２列のうち、現像器２１、２３、２５、２７に近い側の一の列に３個の着脱部９８、１００、１０２が位置し、現像器２１、２３、２５、２７から遠い側の他の列に１個の着脱部９８が位置するように設けられている。

したがって、図１および図２に示すように、カートリッジホルダ３４に装着された４個のトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２は、軸線方向外側から見て逆Ｌ字状の配列になるから、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２が高さ方向Ｈに沿って直線状に配列された場合と比較し、装置の高さ方向Ｈの寸法がコンパクトに収められている。

逆Ｌ字型に配列された着脱部９６、９８、１００、１０２に囲まれた空間、言い替えればトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２に囲まれた空間には、レーザプリンタ１０を制御する電子回路装置１１が収容されている。電子回路装置１１は、前記空間内に収容させることにより、現像器２１、２３、２５、２７で発生するトナークラウドから効果的に保護される。なお、電子回路装置１１は、本発明の現像剤供給機構が備える駆動制御手段に相当する。

なお、レーザプリンタ１０においては、通常は、フルカラー印刷よりはモノクロ印刷をすることが圧倒的に多いから、Ｋトナーの消費量が最も多いと考えられる。したがって、前記他の列に、Ｍトナーを収容するトナーカートリッジ３６に変えてＫトナーを収容するトナーカートリッジ４０を配置し、前記一の列の真中にトナーカートリッジ３６を配置するとともに、トナーカートリッジ４０として、トナーカートリッジ３６、３８、４２に比較して大型のものを用いれば、レーザプリンタ１０の寸法を増加させること無く、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の交換周期を延長させることができるから好ましい。

また、着脱部９６、９８、１００、１０２を、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２が図１および図２に示すような配列で装着されるように配置する代わりに、前記一の列に配設されるトナーカートリッジ３８，４０，４２のうち最下段のものと略同一の高さにトナーカートリッジ３６を配置すれば、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２は、着脱部９６、９８、１００、１０２に装着したときにＬ字型に配列される。このような配置は、電子回路装置１１として電源回路のように発熱の大きな回路を装着する場合に好ましい。電子回路装置１１は、Ｌ型に配列されたトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２に囲まれた空間に収容されるから、電子回路装置１１の上方にはトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の何れも存在しない。したがって、電子回路装置１１で発生した熱は上方に発散される上、前記熱がトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の何れにも及ぶことがない故にトナーカートリッジ内でトナーが固まるトナーブロッキングが生じることがない。

加えてカートリッジホルダ３４の高さを更に低くする必要があるときは、一の列および他の列にトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２が２個づつ配列されるように着脱部９６、９８、１００、１０２を配置してもよい。この場合には、電子回路装置１１は、着脱部９６、９８、１００、１０２の上方または下方に配置できる。

更に加えて、現像器２１、２３、２５、２７が水平に配列される場合には、現像器２１、２３、２５、２７の下方に３個のトナーカートリッジ３８，４０，４２が水平方向にされ、更にその下方に１個のトナーカートリッジ３６が配列されるように着脱部９６、９８、１００、１０２を配置することができる。なお、この場合において、トナーカートリッジ３６は、前記３個のトナーカートリッジ３８，４０，４２のうち左端または右端に位置するものの下方に配置することができる。このようにトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２を配列した場合においても、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の下方に形成される空間に電子回路装置１１を収容することにより、現像器２１、２３、２５、２７で生じるトナークラウドから電子回路装置１１を保護することができる。

各着脱部９６、９８、１００、１０２は、図２〜図４に示すように、何れも軸線方向に沿った寸法が同一に形成されるとともに、カートリッジホルダ３４の手前側の端部にトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２を囲うように逆Ｌ字状に延在する手前側手前側支持プレート１０４によって前端部が支持され、カートリッジホルダ３４の奥側に手前側支持プレート１０４に相対するように設けられた奥側支持プレート１０５とによって後端部が支持されている。

手前側支持プレート１０４と奥側支持プレート１０５とは、垂直方向に延在する結合プレート１０３によって結合されている。結合プレート１０３は、カートリッジホルダ３４と電子回路装置１１を収容する空間とを仕切る機能も有する。

着脱部９６，１００，１０２は軸線方向に沿った位置、言い替えればレーザプリンタ１０の奥行き方向Ｄに沿った位置が何れも同一になるように配設され、着脱部９８のみが、着脱部９６，１００，１０２に対してレーザプリンタ１０の奥行き方向Ｄに沿って手前側に突出した位置に配設されている。各着脱部９６、９８、１００、１０２をこのように配設することにより、着脱部９８と着脱部９６とに設けられたトナー給送管１１４同士が干渉することが防止される。

図２〜図４に示すように、各着脱部９６、９８、１００、１０２は、何れも、支持ブラケット１０６と、支持ブラケット１０６に相対するように配設された駆動プレート１０８と、駆動プレート１０８と支持ブラケット１０６との間に奥行き方向Ｄに沿って掛け渡された２個のガイド部材１１０，１１２とから構成されている。各着脱部９６、９８、１００、１０２は、支持ブラケット１０６において手前側支持プレート１０４に支持され、駆動プレート１０８において奥側支持プレート１０５に支持されている。トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２は、カートリッジホルダ３４に挿脱するときは、ガイド部材１１０，１１２により奥行方向に沿って直線的に移動するように案内される。

支持ブラケット１０６は、図４および図５に示すように、手前側支持プレート１０４に固定される固定部１０６Ａと、固定部１０６Ａに隣接するとともに、着脱部９６、９８、１００、１０２の軸線に対して直角に延在するシャッタ受け部材１０６Ｂと、シャッター受け部材１０６Ｂの下方に隣接するとともに、着脱部９６、９８、１００、１０２の軸線に対して直角に延在する円筒状のトナー導出部１０６Ｃと、シャッタ受け部材１０６Ｂを挟んで固定部１０６Ａの反対側に位置し、後述するトルク伝達軸１１６を軸支する軸受プレート１０６Ｄとから形成されている。シャッタ受け部材１０６Ｂは、上方に向かって凹陥する部分円筒状であり、その上面を係合シャッタ１０７が摺動する。シャッタ受け部材１０６Ｂには、トナー導出部１０６Ｃに連通する開口部１０６Ｅが設けられている。なお、係合シャッタ１０７は、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の後述するシャッター部材に係合してともに開閉する。

駆動プレート１０８は図２および図３に示すように厚板状に形成され、その厚さ方向が装置の奥行方向と一致するように支持されている。駆動プレート１０８には、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の底面に対向する表面部に、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の従動連結板５２（図６参照）に噛合して駆動回転させる駆動連結板１０９が回転可能に配置されている。駆動連結板１０９は、従動連結板５２と対称的な形状に形成されている。駆動プレート１０８内には、それぞれ駆動モータ（図示省略）が内蔵され、この駆動モータは現像器２１、２３、２５、２７の作動時に回転して駆動連結板１０９を回転させる。駆動モータは、直流整流子モータである。駆動プレート１０８には、更にトルク伝達軸１１６が設けられている。トルク伝達軸１１６の支持ブラケット１０６側の末端には斜歯ギア１１６Ａが嵌着されている。

各着脱部９６、９８、１００、１０２には更に、図１〜図４に示すように現像器２１、２３、２５、２７にトナーを搬送するトナー給送管１１４が設けられている。トナー給送管１１４は、柔軟で半透明または透明なフレキシブルチューブからなり、一端が支持ブラケット１０６におけるトナー導出部１０６Ｃ、他端が現像器２１、２３、２５、２７に接続されている。

トナー給送管１１４は、前述のように半透明または透明なフレキシブルチューブであるから、各着脱部９６、９８、１００、１０２と現像器２１、２３、２５、２７との配置の制約が少なくなる。また、１本のチューブで済むから、複数の部材で構成する必要がない。更に、清掃後に内部にトナーが残っていないかどうかを外側から目視で容易に確認できる。

また、トナー給送管１１４の始点と終点とを結んだ勾配が水平方向に対して±２０度以内になるようにトナー給送管１１４を配設しているから、トナー給送管１１４の上り勾配や下り勾配が過大なときとは異なり、トナーが固まって密度が上昇し、トナー排出量が上昇したり、トナー搬送量がばらついて一定量に制御できないという問題が生じることがなく、トナーを所定の搬送量で安定に搬送できる。

図５に示すように、トナー給送管１１４の内部にはオーガ１１５が配置されている。オーガ１１５は、図５および図６に示すように、トナー導出部１０６Ｃ内に収容され、根元部においてトナー導出部１０６Ｃに軸支された押出オーガ１１５Ａと、押出オーガ１１５Ａの先端に固定され、トナー給送管１１４内で回転する螺旋オーガ１１５Ｂとから構成されている。押出オーガ１１５Ａは、螺旋状の羽根１１５Ｄと、羽根１１５Ｄの中心に設けられた回転軸１１５Ｃとを有している。回転軸１１５Ｃの根元部には斜歯ギア１１５Ｅが固定されている。斜歯ギア１１５Ｅは、トルク伝達軸１１６の斜歯ギア１１６Ａと歯合し、トルク伝達軸１１６の回転をオーガ１１５の回転軸１１５Ｃに伝達する。これにより、駆動プレート１０８内の駆動モータのトルクがトルク伝達軸１１６を通して回転軸１１５Ｃに伝達されてオーガ１１５が回転する。

螺旋オーガ１１５Ｂは、図５および図６に示すように巾１ｍｍ、厚さ０．２〜０．３ｍｍ程度の金属薄板を螺旋状に巻回した構成を有している。また、螺旋オーガ１１５Ｂの外径は、トナー給送管１１４の内径よりも１〜２ｍｍ小さくなるように形成されている。したがって、トナー給送管１１４を湾曲させた場合にも、トナー給送管１１４の内壁と螺旋オーガ１１５Ｂとの間の摩擦力は然程強くなることがなく、したがって、トナー給送管１１４と螺旋オーガ１１５Ｂとの摩擦でトナー塊を生じて画質不良を引き起こすことがない。また、トナー給送管１１４の内径と螺旋オーガ１１５Ｂの外径との差が１〜２ｍｍであることにより、トナー隗の生成が更に効果的に防止される。

オーガ１１５、トナー給送管１１４、駆動プレート１０８、および駆動プレート１０８に設けられた駆動モータは、本発明に係る現像剤供給機構を構成する。そして、トナー給送管１１４は本発明の現像剤供給機構における現像剤搬送賂に相当し、オーガ１１５は、前記現像剤供給機構における現像剤供給部材に相当する。

回転軸１１５Ｃの根元部には更に、オーガ１１５の回転数を検出する回転数検出装置１２０が設けられている。回転数検出装置１２０は、本発明の現像剤供給機構の備える回転数検出手段に相当する。

回転数検出装置１２０は、図４〜図６に示すように、回転軸１１５Ｃの根元部に固定された回転片１２０Ａと、回転片１２０Ａの回転を光学的に検出するフォトセンサ１２０Ｂとを備えている。回転片１２０Ａは、回転軸１１５Ｃの半径方向に沿って外側に向かって延在する扇形の板状乃至小片状の部材である。フォトセンサ１２０Ｂには発光部と発光部からの光を受光する受光部とを備え、発光部からの光を回転片１２０Ａが遮ることにより、オーガ１１５の回転を検出する。フォトセンサ１２０Ｂの出力は電子回路装置１１に入力される。なお、回転片１２０Ａとセンサ１２０Ｂとは、夫々本発明における回転部および検出部に相当する。

電子回路装置１１においては、フォトセンサ１２０Ｂから入力された信号に基き、以下に述べる手順に従ってトナー給送管１１４内を搬送されるトナーの量を制御している。

電子回路装置１１は、フォトセンサ１２０Ｂにおいて回転片１２０Ａによって１回光が遮られることにより、オーガ１１５が１回転したものと判定する。したがって、単位時間、たとえば１分当り、フォトセンサ１２０Ｂにおいて光が何回遮られたを検出すれば、単位時間あたりのオーガ１１５の回転数が検出できる。

ここで、トナーの粒度が一定であれば、オーガ１１５が１回転したときにトナー給送管１１４内を搬送されるトナーの量は一定であるから、トナー給送管１１４内の単位時間当りのトナー搬送量は単位時間あたりのオーガ１１５の回転数に比例する。したがって、単位時間あたりのオーガ１１５の回転数が一定になるように駆動モータの回転数を制御すれば、トナー搬送量のバラツキをなくすることができる。

そこで、電子回路装置１１においては、フォトセンサ１２０Ｂからの入力に基いて求めた単位時間あたりのオーガ１１５の回転数に基き、所定のトナー搬送量に対応した回転数でオーガ１１５が回転するように駆動モータに印加する電流値を制御する。駆動モータの制御方法としては、たとえばチョッパ制御や位相制御など、直流モータの速度制御に一般に使用される方式が可能である。

駆動モータへの電流を遮断してオーガ１１５を停止させたときのオーガ１１５の空走距離は、オーガ１１５の回転数に比例し、オーガ１１５の空走距離と回転数との割合は、駆動モータによって決まっている。そこで、電子回路装置１１においては、オーガ１１５を停止させるときは、オーガ１１５の回転数に応じて駆動モータへの電流を遮断するタイミングを設定し、回転片１２０Ａがフォトセンサ１２０Ｂを通過してから一定の空走距離だけ回転したところで停止するように制御する。

更に、電子回路装置１１は、駆動モータをｏｎにしてから所定時間が経過してもオーガ１１５の回転が検出されない場合は、押出オーガ１１５Ａおよび螺旋オーガ１１５Ｂの一方または両方が破損したものと判断して駆動モータへの電流を遮断してオーガ１１５を停止させる。

加えて、電子回路装置１１は、フォトセンサ１２０Ｂからの信号を累積してオーガ１１５の累積回転数を求め、前記累積回転数に基いてトナーの消費量を求めてトナーカートリッジ３６．３８、４０、４２の残り寿命を推定する機能も有している。

以上、回転片１２０Ａが１個のみ設けられた例について説明したが、回転片１２０Ａは、一定間隔で複数個設けることができる。回転片１２０Ａを複数個設ければ、たとえば回転片１２０Ａを２個設けた場合は１／２回転単位、回転片１２０Ａを３個設けた場合は１／３回転単位、回転片１２０Ａを４個設けた場合は１／４回転単位というように、回転片１２０Ａの個数に応じ、１回転以下の回転数も容易に検出できる。

オーガ１１５の回転数を検出する回転数検出装置のほかの例を図７〜図１０に示す。

図７に示す回転数検出装置１２２も、回転数検出装置１２０と同様にオーガ１１５の回転数を光学的に検出するものであるが、回転数検出装置１２０における回転片１２０Ａの代りにオーガ１１５の回転軸１１５Ｃに同心に設けられた回転円板１２２Ａと、回転円板１２２Ａに向かってレーザ光を照射する発光部１２２Ｂと、回転円板１２２Ａからの反射光を受光する受光部１２２Ｃとを有する。受光部１２２Ｃは電子回路装置１１に接続され、検出信号が電子回路装置１１に入力されるようになっている。

回転円板１２２Ａは、アルミニウムの円板であり、下地は鏡面研磨されている。そして、下地が露出した小区画である光反射部１２２Ｄを除いて黒色艶消し塗装されている。発光部１２２Ｂと受光部１２２Ｃとは、図７に示すように光反射部１２２Ｄが最下位に位置したときに発光部１２２Ｂからのレーザ光が受光部１２２Ｃで受光されるような位置に設けられている。

回転数検出装置１２２においては、オーガ１１５が回転すると回転円板１２２Ａも回転するが、光反射部１２２Ｄが最下位に位置したときにのみ、発光部１２２Ｂからのレーザ光が下地に当って反射されて受光部１２２Ｃで受光され、それ以外のときは、発光部１２２Ｂからのレーザ光は回転円板１２２Ａにおける艶消し黒色塗装された部分に当って吸収され、受光部１２２Ｃでは受光されない。したがって、発光部１２２Ｂからのレーザ光は、回転円板１２２Ａが１回転する毎に受光部１２２Ｃで１回だけ受光されるから、受光部１２２Ｃでレーザ光を何回受光したかを検出すれば、回転円板１２２Ａが何回転したかが求められ、これに基いて回転円板１２２Ａ、換言すればオーガ１１５の回転数および累積回転数が求められる。このようにして求めた回転数および累積回転数に基いて駆動モータの回転数を制御する手順およびトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の残り寿命の推定を行うことができる。

なお、光反射部１２２Ｄを等間隔に複数個設けることにより、回転数検出装置１２０のところで述べたように１回転以下の回転数も容易に検出できる。

オーガ１１５の回転数を光学的に検出する回転数検出装置の他の例を図８に示す。図８に示す回転数検出装置１２４は、オーガ１１５の回転軸１１５Ｃに同心に固定された円筒１２４Ａと、円筒１２４Ａに向かってレーザ光を照射する発光部１２４Ｂと、円筒１２４Ａからの反射光を受光する受光部１２４Ｃとを有する。受光部１２４Ｃは電子回路装置１１に接続され、検出信号が電子回路装置１１に入力されるようになっている。

円筒１２４Ａの側面は鏡面仕上げされているが、側面上には、艶消し黒色に着色された長方形状の回転検出パッチ１２４Ｄが形成されている。発光部１２４Ｂからのレーザ光は、円筒１２４Ａの回転検出パッチ１２４Ｄが附されていない部分に当ったときは円筒１２４Ａの胴体で受光部１２４Ｃに向かって反射される。一方、回転検出パッチ１２４Ｄの附されている部分に当ったときは、発光部１２４Ｂからのレーザ光は回転検出パッチ１２４Ｄで吸収されるから、受光部１２４Ｃに向かって反射されることはほとんどない。したがって、発光部１２４Ｂからのレーザ光は、円筒１２４Ａが１回転する毎に１回だけ回転検出パッチ１２４Ｄで吸収されるから、受光部１２４Ｃでレーザ光が受光されなかったことが何回あるかを検出すれば、円筒１２４Ａが何回転したかが求められ、これに基いて円筒１２４Ａ、換言すればオーガ１１５の回転数および累積回転数が求められる。このようにして求めた回転数および累積回転数に基いて駆動モータの回転数の制御およびトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の残り寿命の推定を行うことができる。駆動モータの回転数の制御の手順およびトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の残り寿命の推定の手順については、回転数検出装置１２０のところで述べたとおりである。

図９に示す回転数検出装置１２６は、オーガ１１５の回転軸１１５Cそのものに艶消し黒色に着色された長方形状の回転検出パッチ１２６Ａを描いた例であり、発光部１２６Ｂと受光部１２６Ｃとで回転検出パッチ１２６Ａを検出する。回転数検出装置１２６は、回転軸１１５Cそのものに描かれた回転検出パッチ１２６Ａを検出する以外は回転数検出装置１２４と同様である。

図１０に示す回転数検出装置１２８は、オーガ１１５の回転数を機械的に検出する回転数検出装置の例であり、オーガ１１５の軸１１５Ｃの根元部末端に固定された卵型板状のカム板１２８Ａと、カム板１２８Ａが回転することにより入り切りされるマイクロスイッチ１２８Ｂとを有している。マイクロスイッチ１２８Ｂは電子回路装置１１に接続されている。カム板１２８Ａは、マイクロスイッチ１２８Ｂのレバー１２８Ｃに当接するように配設されている。したがって、図１０において実線および二点鎖線で示すように、カム板１２８Ａが回転すると、レバー１２８Ｃは上下方向に揺動し、マイクロスイッチ１２８Ｂが入り切りされる。

マイクロスイッチ１２８Ｂとしては、レバー１２８Ｃが押動されると「切」になる形態のもの、およびレバー１２８Ｃが押動されると「入」になる形態のものの何れも使用できる。

回転数検出装置１２８においては、カム板１２８Ａが１回転するとマイクロスイッチ１２８Ｂは1回だけ「切」または「入」になるから、マイクロスイッチ１２８Ｂが「切」または「入」になった回数を検出することにより、回転軸１１５Ｃが何回転したかが求められ、これに基いてカム板１２８Ａ、換言すればオーガ１１５の回転数および累積回転数が求められる。このようにして求めたオーガ１１５の回転数および累積回転数に基いて駆動モータの回転数の制御およびトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の残り寿命の推定を行うことができる。

なお、回転数検出装置１２２、１２４、１２６、１２８は、何れも本発明の現像剤供給機構の備える回転数検出手段に相当する。

レーザプリンタ１０においては、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の夫々について、回転数検出装置１２０、１２２、１２４、１２６、または１２８によってオーガ１１５の回転数を直接検出し、その結果に基づいて電子回路装置１１において駆動モータの回転数を制御しているから、前記駆動モータが外乱によって回転数が著しく変動する直流整流子モータであるにもかかわらず、オーガ１１５の回転数の変動による現像剤供給量のバラツキをなくすることができる。

したがって、カラーバランスの良好な高画質の画像が得られるだけでなく、トナーの残量を低減できるから、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２の寿命を延長でき、コストおよび環境負荷の低減を図ることができる。

レーザプリンタ１０においては、現像剤供給部材としてオーガ１１５を使用しているから、現像剤供給部材の回転数とトナーの供給量との間に比例関係がある。したがって、現像剤供給部材であるオーガ１１５の回転数を制御するだけでトナー給送管１１４を通過するトナー量を正確に制御できる。

また、回転数検出装置１２０、１２２、１２４、１２６、および１２８は、何れもオーガ１１５とともに回転する回転片１２０Ａ、回転円板１２２Ａ、円筒１２４Ａ、若しくはカム板１２８Ａの回転数を光学または機械的に検出するか、または回転軸１１５Ｃそのものの回転を検出しているから、動作が確実であり、故障時の対応も容易である。

更に、電子回路装置１１においては、オーガ１１５を停止させるときは、オーガ１１５の回転数に応じて駆動モータへの電流を遮断するタイミングを設定し、回転片１２０Ａがフォトセンサ１２０Ｂを通過してから一定の空走距離だけ回転したところで停止するように制御する。

したがって、再びオーガ１１５を回転させたときに、回転初期に回転片１２０Ａ等が誤って２回検出され、回転数が１回転余計にカウントされることがないから、オーガ１１５の正確な累積回転数を求めることができる。したがって、現像器２１、２３、２５、２７に供給されるトナーの量を正確に制御できる。

加えて、オーガ１１５の累積回転数とオーガ１回転当りのトナー搬送量とからトナーカートリッジ３６、３８、４０、４２内のトナー消費量を正確に推測できるから、トナーカートリッジ３６、３８、４０、４２内のトナー残量を、直接測定することなく高精度で求めることができる。

図１は、実施形態１に係るレーザプリンタの全体的な構成を示す概略図である。 図２は、図１に示すレーザプリンタの備えるカートリッジホルダを正面から見たところを示す斜視図である。 図３は、図２に示すカートリッジホルダを背面から見たところを示す斜視図である。 図４は、図２に示すカートリッジホルダにおいてトナーカートリッジが着脱される着脱部に設けられた回転数検出装置の構成を示す拡大斜視図である。 図５は、支持ブラケットおよびトナー給送管の内部の構成を示す断面図である。 図６は、支持ブラケットおよびトナー給送管の内部に設けられたオーガの構成の詳細を示す拡大図である。 図７は、実施形態１に係るレーザプリンタに設けることのできる回転数検出装置の別の例を示す拡大斜視図である。 図８は、実施形態１に係るレーザプリンタに設けることのできる回転数検出装置の別の例を示す拡大斜視図である。 図９は、実施形態１に係るレーザプリンタに設けることのできる回転数検出装置の別の例を示す拡大斜視図である。 図１０は、実施形態１に係るレーザプリンタに設けることのできる回転数検出装置の別の例を示す拡大斜視図である。

符号の説明

１０ レーザプリンタ
１１ 電子回路装置
３６、３８、４０、４２ トナーカートリッジ
１０６ 支持ブラケット
１１４ トナー給送管
１１５ オーガ
１１５Ａ 押出オーガ
１１５Ｂ 螺旋オーガ
１１５Ｃ 回転軸
１１５Ｄ 羽根
１２０、１２２、１２４、１２６、１２８ 回転数検出装置
１２０Ａ 回転片
１２０Ｂ フォトセンサ
１２２Ａ 回転円板
１２２Ｂ 発光部
１２２Ｃ 受光部
１２２Ｄ 光反射部
１２４Ａ 円筒
１２４Ｂ 発光部
１２４Ｃ 受光部
１２４Ｄ 回転検出パッチ
１２６Ａ 回転検出パッチ
１２６Ｂ 発光部
１２６Ｃ 受光部
１２８Ａ カム板
１２８Ｂ マイクロスイッチ
１２８Ｃ レバー

Claims (14)

1. 画像形成装置において現像剤を収容する現像剤収容部から画像形成部に現像剤を供給する現像剤供給機構であって、
   現像剤収容部から前記画像形成部に向かって軸線の回りに回転しつつ現像剤を搬送する現像剤供給部材と、
   前記現像剤供給部材を駆動回転させる駆動手段と、
   前記現像剤供給部材の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段における回転数の検出結果に基づいて前記駆動手段の回転数を制御する駆動制御手段とを備えてなる現像剤供給機構。
2. 前記回転数検出手段は、前記現像剤供給部材の回転軸に設けられた回転部と、前記回転部が所定の位置を何回通過したかを検出して前記現像剤供給部材の回転数を検出する検出部とを備えてなる請求項１に記載の現像剤供給機構。
3. 前記現像剤供給部材は、現像剤収容部から画像形成部に現像剤を搬送する現像剤搬送賂の内部に設けられ、線材または狭巾板材を螺旋状に巻回してなる現像剤搬送オーガである請求項１または２に記載の現像剤供給機構。
4. 前記回転部は、前記現像剤搬送オーガの回転軸の半径方向に沿って外側に向かって突出する回転片であり、前記検出部は、前記回転片が所定の位置を通過したことを光学的、電気的、または機械的に検出する回転片検出手段である請求項３に記載の現像剤供給機構。
5. 前記駆動制御手段は、前記検出部における前記回転部の検出結果に基づいて前記現像剤供給手段を停止させるタイミングを設定する請求項２〜４の何れか１項に記載の現像剤供給機構。
6. 前記検出部における前記回転部の検出結果から前記現像剤供給部材の累積回転数を求め、前記累積回転数と前記現像剤供給部材の１回転当りの現像剤搬送量とから前記現像剤収容部における現像剤の残量を推定する請求項１〜５の何れか１項に記載の現像剤供給機構。
7. 前記画像形成装置の備える現像剤収容部は着脱可能な現像剤カートリッジである請求項１〜６の何れか１項に記載の現像剤供給機構。
8. 前記駆動手段がｏｎになった後、所定時間経過後に、前記回転数検出手段において現像剤供給部材の回転が検出されない場合において、前記駆動制御手段は前記駆動手段を停止させる請求項１〜７の何れかに記載の現像剤供給機構。
9. 前記駆動手段がｏｎになって所定時間経過後に、前記回転数検出手段において現像剤供給部材の回転が検出されない場合において、前記現像剤供給部材に故障があることを操作者に通知する故障通知手段を備えてなる請求項８に記載の現像剤供給機構。
10. 前記検出部による前記回転部の検出は、前記駆動手段の駆動中にのみ実施する請求項１〜９の何れか１項に記載の現像剤供給機構。
11. 前記駆動制御手段は、現像剤供給部材を停止させるときは、前記回転部が前記検出部を通過した直後の位置、または前記検出部を通過してから所定の距離または角度だけ進行した位置で現像剤供給部材が停止するように前記駆動手段を停止させる請求項１〜１０の何れか１項に記載の現像剤供給機構。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の現像剤供給機構と、現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部から前記現像剤供給機構によって現像剤が供給されて画像を形成する画像形成部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
13. 前記画像形成部は、露光によって表面に潜像が形成される感光体と、前記現像剤供給機構によって供給された現像剤によって前記感光体に形成された潜像を現像する現像器とを備え、前記現像剤収容部から前記現像剤供給機構によって前記画像形成部における現像器に現像剤が供給されることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 異なる色の現像剤を供給する複数の現像剤供給機構を備えてなり、前記現像剤供給機構における現像剤供給部材の回転検出および駆動制御は、各現像剤供給機構毎に独立して行われる請求項１２または１３に記載の画像形成装置。

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