JP2013246333A - 画像形成ユニットおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の残量をより正確に検知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を目的とする。
【解決手段】画像形成ユニット１は、現像剤を収容する筐体３０と、筺体３０内で回転することにより、筺体３０内の現像剤を撹拌する撹拌部材５０と、筐体３０内の現像剤の残量を光学的に検知するための発光素子４１および受光素子４２と、これらの光路上に設けられた発光用レンズ４３および受光用レンズ４４と、これら発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の表面に接触しながら回転することにより当該表面を清掃する清掃部材４０とを備える。撹拌部材５０と清掃部材４０とは、共通の回転軸４８に取り付けられ、当該回転軸４８の回転方向に所定の位相差を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像剤を用いる画像形成ユニットおよび画像形成装置に関する。

プリンタ等の画像形成装置の画像形成ユニットは、画像形成に用いる現像剤を収容した現像剤収容器を備えている。この現像剤収容器内の現像剤の残量を、光学的に検知する技術が開発されている。例えば、特許文献１に開示された技術では、現像剤収容器の壁部に光透過窓を設け、光透過窓を透過する光を利用して現像剤の残量を検知している。また、光透過窓の表面に付着した現像剤は、回転する撹拌部材により拭き取っている。

特開２００３−１６２１３８号公報（要約）

しかしながら、上述した従来の技術では、光透過窓の表面に付着した現像剤を撹拌部材で拭き取る際に、現像剤の流動的な動き（舞い上がりや散りなど）が生じ、正確な現像剤の残量検知を妨げるという問題がある。

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、現像剤の残量検知をより正確に行うこと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を目的とする。

本発明に係る画像形成ユニットは、現像剤を収容する筐体と、筺体内で回転することにより、筺体内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、筐体内の現像剤の残量を光学的に検知するための検知手段と、検知手段のための光路上に設けられた光透過部材と、光透過部材の表面に接触しながら回転する清掃部材とを備える。撹拌部材と清掃部材とは、共通の回転軸に取り付けられ、当該回転軸の回転方向に所定の位相差を有している。

本発明に係る画像形成装置は、画像形成ユニットを有し、当該画像形成ユニットは、現像剤を収容する筐体と、筺体内で回転することにより、筺体内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、筐体内の現像剤の残量を光学的に検知するための検知手段と、検知手段のための光路上に設けられた光透過部材と、光透過部材の表面に接触しながら回転する清掃部材とを備える。撹拌部材と清掃部材とは、共通の回転軸に取り付けられ、当該回転軸の回転方向に所定の位相差を有していることを特徴とする。

本発明によれば、現像剤の残量検知をより正確に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の全体構成を示す図である。 第１の実施の形態における画像形成ユニットの構成を示す断面図である。 第１の実施の形態における清掃部材、撹拌部材、回転軸および清掃部材ホルダの構成を示す斜視図である。 第１の実施の形態における清掃部材、撹拌部材、回転軸および清掃部材ホルダの構成を示す断面図である。 第１の実施の形態における清掃部材、撹拌部材、回転軸および清掃部材ホルダを、発光用レンズおよび受光用レンズと併せて示す図である。 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。 第１の実施の形態における受光素子の出力波形を示す模式図である。 第１の実施の形態における第２のトナー収容部に十分な量のトナーが収容されている状態を示す模式図である。 図８の状態における受光素子の出力波形を示す模式図である。 第１の実施の形態における第２のトナー収容部のトナーが減少した状態を示す模式図である。 図１０の状態における受光素子の出力波形を示す模式図である。 清掃部材および撹拌部材の回転と、トナークラウドの発生との関係を説明するための模式図である。 第１の実施の形態におけるトナー残量の検知動作を示すタイミングチャートである。 トナークラウドの影響を受けたときの受光素子の出力波形の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態における清掃部材と、その周辺の部材を拡大して示す図である。 第１の実施の形態の清掃部材によって発光用レンズの表面を清掃した後の、発光用レンズ周辺のトナーの状態を鉛直上方から見た模式図である。 第２の実施の形態の清掃部材によって発光用レンズの表面を清掃した後の、発光用レンズ周辺のトナーの状態を鉛直上方から見た模式図である。 清掃部材により発光用レンズを清掃する際の回転軸の回転トルクを、第１の実施の形態と第２の実施の形態とで対比して示すグラフである。 第２の実施の形態における清掃部材の面取り部を大きくした場合の作用を説明するための図である。 受光素子の光路にトナーが侵入した場合の受光素子の出力波形の一例を示す模式図である。 第２の実施の形態において、清掃部材の根元幅と先端幅との比を異ならせた場合の清掃部材の形状の例を示す模式図である。

第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の構成を示す図である。第１の実施の形態における画像形成装置は、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋを一列に配列したタンデム型のカラープリンタとして構成されている。

上述した画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋは、媒体の搬送路に沿って（ここでは図中右から左に）一列に配列されている。画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋの感光体ドラム２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２Ｋ（後述）の上部にそれぞれ対向するように、露光手段としての露光へッド３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ，３Ｋが配置されている。

画像形成装置は、また、印刷用紙等の媒体５を積載して収容する媒体収容部としての媒体トレイ４を備えている。媒体トレイ４の上側には、媒体トレイ４に収容された媒体５を一枚ずつ搬送路に送り出す給紙手段としての給紙ローラ６が配置されている。さらに、媒体５の搬送路に沿って、給紙ローラ６から給紙された媒体５を画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋに搬送する媒体搬送手段としてのレジストローラ３３が配置されている。

画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋの下側には、画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋにより形成されたトナー像（現像剤像）を媒体５に転写する転写ユニット８が設けられている。転写ユニット８は、画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋの感光体ドラム２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２Ｋに対して押圧された転写部材としての転写ローラ８１と、感光体ドラム２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２Ｋと各転写ローラ８１との間を通過するように設けられた転写ベルト８０と、転写ベルト８０が張架された駆動ローラ８２および従動ローラ８３とを備えている。

また、媒体５の搬送路に沿って、画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋおよび転写ユニット８の下流側には、媒体５に転写されたトナー像を定着させる定着手段としての定着器９が設けられている。定着器９は、例えば定着ローラ９１と加圧ローラ９２とを有し、トナー像が転写された媒体５に熱および圧力を加えて、トナー像を媒体５に定着する。

定着器９の下流側には、トナー像が定着された媒体５を排出するための排出ローラ１０，１１が設けられている。さらに、画像形成装置の上部カバーには、排出ローラ１０，１１により排出された媒体５を積載するスタッカ１２が設けられている。

次に、画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋの構成について説明する。各画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋは、共通の構成を有しているため、ここでは「画像形成ユニット１」と総称して説明する。また、露光ヘッド３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ，３Ｋは「露光ヘッド３」とし、感光体ドラム２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２Ｋは「感光体ドラム２」として説明する。

図２は、画像形成ユニット１の構成を示す断面図である。画像形成ユニット１は、像担持体としての感光体ドラム２を有している。感光体ドラム２は、後述するＩＤモータ２１５（図６）により矢印２Ｒで示す方向に回転する。感光体ドラム２の表面（外周面）に当接するように、感光体ドラム２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１７と、感光体ドラム２の表面に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体としての現像ローラ１４と、感光体ドラム２の表面に残る残存トナーを除去するクリーニング部材としてのクリーニングブレード３２とが配置されている。

また、現像ローラ１４の表面に当接するように、現像ローラ１４に現像剤を供給する供給部材としての供給ローラ１５と、現像ローラ１４の表面に形成されるトナー層の厚さを規制して薄層化する層規制部材としての現像ブレード１６とが配置されている。また、供給ローラ１５の近傍で且つ上方には、トナー７を撹拌するための撹拌部材２０，２１が配置されている。

また、クリーニングブレード３２の近傍には、クリーニングブレード３２によって感光体ドラム２Ｋ上から除去された現像剤としてのトナー７を排出するためのトナー搬送部材２２が配置されている。

画像形成ユニット１のこれらの構成要素は、筺体３０によって囲まれている。筺体３０の内側には、トナーを収容する現像剤収容部としてのトナー収容部１００が設けられている。トナー収容部１００は、第１の現像剤収容部としての第１のトナー収容部１０１と、第２の現像剤収容部としての第２のトナー収容部１０２と、これらをつなぐ開口部１０３とで構成されている。

第１のトナー収容部１０１は、上述した供給ローラ１５の上方に位置する領域である。具体的には、第１のトナー収容部１０１は、現像ローラ１４の外周面と、供給ローラ１５の外周面と、現像ブレード１６と、筺体３０の内壁３０ａ，３０ｂとに囲まれた領域である。

第２のトナー収容部１０２は、第１のトナー収容部１０１の上方に形成されている。具体的には、第２のトナー収容部１０２は、筺体３０の内壁３０ｃ，３０ｄ，３０ｅと、後述する発光用レンズ４３および受光用レンズ４４とで囲まれた領域である。

次に、本実施の形態におけるトナー残量検知部の構成について、図２〜図４を参照して説明する。図２において、第２のトナー収容部１０２の内周面の最上部には、第１の光透過部材としての発光用レンズ４３が配設されている。発光用レンズ４３のさらに上側には、例えば赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からなる発光素子４１が設けられている。発光素子４１は、第１のトナー収容部１０１に向けて光を出射し、発光用レンズ４３は、発光素子４１からの光を屈折して透過する。

発光用レンズ４３を透過した光（透過光４６と称する）の進行方向には、第２の光透過部材としての受光用レンズ４４が配置されている。この受光用レンズ４４は、第２のトナー収容部１０２の内周面に沿って鉛直方向のほぼ中央に位置している。また、受光用レンズ４４を透過して屈折した透過光４６を受光する位置に、例えばフォトトランジスタからなる受光素子４２が配置されている。

発光素子４１は、例えば筺体３０の上側に設けられた穴部に取り付けられ、受光素子４２は、例えば筺体３０の側面に設けられた穴部に取り付けられている。これら発光素子４１および受光素子４２は、第２のトナー収容部１０２内のトナー残量を光学的に検知するための検知手段を構成している。

すなわち、第２のトナー収容部１０２がトナー７で充填されているときには、透過光４６はトナー７に遮られて受光素子４２に到達しないが、トナー７の残量が少なくなると、図２に示すように透過光４６が受光素子４２に到達する。このようにしてトナー７の残量が少なくなったことが検知されると、後述するトナー供給制御部６２（図６）が、供給口１０５を通じて第２のトナー収容部１０２にトナーを補給する。

第２のトナー収容部１０２の内部には、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４を清掃するための清掃部材（拭き取り部材）４０と、この清掃部材４０を保持する清掃部材保持体としての清掃部材ホルダ４９と、第２のトナー収容部１０２内のトナーを撹拌するための撹拌部材５０と、これらを回転させるための回転軸４８とが設けられている。上述した発光用レンズ４３および受光用レンズ４４は、回転軸４８の回転円周方向に沿って、上流側と下流側に配置されている。

図３は、清掃部材４０、撹拌部材５０、回転軸４８および清掃部材ホルダ４９の構成を示す斜視図である。図４は、清掃部材４０、撹拌部材５０、回転軸４８および清掃部材ホルダ４９の構成を示す、回転軸４８に直交する断面図である。

回転軸４８は、現像ローラ１４および供給ローラ１５（図２）の軸方向と平行な方向に長い軸部材であり、当該軸方向において、第２のトナー収容部１０２のほぼ全域に亘って延在している。

清掃部材ホルダ４９は、回転軸４８に沿って延在する長尺状の部材である。清掃部材ホルダ４９は、回転軸４８の軸方向に直交する面内において略コの字状の断面形状を有しており、回転軸４８を挟んで互いに対向する一対の壁部４９ａ，４９ｂと、これらをつなぐ底部４９ｃとを有している。清掃部材ホルダ４９は、壁部４９ａ，４９ｂおよび底部４９ｃの各内面が回転軸４８の外周面に接するように、例えば接着により回転軸４８に固定されている。

図４に示すように、清掃部材４０は、清掃部材ホルダ４９の一方の壁部４９ａに固定されている。撹拌部材５０は、清掃部材ホルダ４９の他方の壁部４９ｂと底部４９ｃとの間（角部）に設けられたテーパ部に固定されている。

清掃部材４０と撹拌部材５０とは、回転軸４８の回転方向において互いに異なる位相で配置されている。ここでは、清掃部材４０の回転方向の前方の面（拭き取り面）４０ｃを基準として、清掃部材４０と撹拌部材５０とのなす角θが２２０°（θ＝２２０°）となるように配置されている。

撹拌部材５０は、フィルム等の弾性部材で構成されており、固定端部５０ａにおいて、清掃部材ホルダ４９に固定されている。撹拌部材５０の自由端部５０ｂは、回転軸４８の回転中心４８ａから距離Ｌ１の位置にある。この距離Ｌ１は、回転軸４８の回転中心４８ａから第２のトナー収容部１０２の内周面までの距離Ｗ１（図８）よりも大きい（Ｌ１＞Ｗ）。

そのため、回転軸４８を回転させると、撹拌部材５０の自由端部５０ｂを含む部分が、第２のトナー収容部１０２の内周面に当接しながら回転する。これにより、第２のトナー収容部１０２内のトナーを確実に撹拌することができる。

清掃部材４０は、ゴム等の弾性部材で構成されており、固定端部４０ａにおいて、清掃部材ホルダ４９に固定されている。清掃部材４０の自由端部４０ｂは、回転軸４８の回転中心４８ａから距離Ｌ２の位置にある。この距離Ｌ２は、回転軸４８の回転中心４８ａから発光用レンズ４３までの距離Ｗ３（図８）よりも大きく（Ｌ２＞Ｗ３）、また、回転軸４８の回転中心４８ａから受光用レンズ４４までの距離Ｗ２（図８）よりも大きい（Ｌ２＞Ｗ２）。

そのため、回転軸４８を回転させると、清掃部材４０の自由端部４０ｂを含む部分が、発光用レンズ４３の表面および受光用レンズ４４の表面に接触し、これらを定期的に清掃する。

なお、回転軸４８の回転中心４８ａから清掃部材４０の自由端部４０ｂまでの距離Ｌ２は、回転軸４８の回転中心４８ａから撹拌部材５０の自由端部５０ｂまでの距離Ｌ１よりも小さい（Ｌ１＞Ｌ２）。また、撹拌部材５０の厚さＹ１は、清掃部材４０の厚さＹ２よりも薄い（Ｙ１＜Ｙ２）。これらは、トナークラウドの発生に対する清掃部材４０の影響を低減するためである。

図５は、清掃部材４０、撹拌部材５０、回転軸４８および清掃部材ホルダ４９を、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４と併せて示す図である。図５に示すように、清掃部材４０と撹拌部材５０とは、回転軸４８の軸方向に距離ｄだけ離間している。これは後述するトナークラウドが清掃部材４０側に移動しにくくするためである。

清掃部材４０は、図４に示すように、回転軸４８の回転時に、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の表面に接触可能な位置に配置されていれば良い。ここでは、清掃部材４０は、回転軸４８の軸方向の一端部の近傍に取り付けられている。一方、撹拌部材５０は、清掃部材４０の取り付け部を除く広い領域（少なくとも回転軸４８の軸方向中央を含む領域）に亘って設けられている。

図３に示すように、回転軸４８の軸方向における清掃部材４０の幅Ｘ１は、同方向における撹拌部材５０の幅Ｘ２よりも小さい（Ｘ１＜Ｘ２）。トナークラウドの発生に対する清掃部材４０の影響を低減するためである。具体的には、清掃部材４０の幅Ｘ１は、撹拌部材５０の幅Ｘ２の３０％以下である。

また、回転軸４８の軸方向一端には、ギア４８ａが取り付けられている。このギア４８ａは、感光体ドラム２の回転を回転軸４８に伝達するためのものである。

図６は、本実施の形態の画像形成装置の制御系を示すブロック図である。画像形成装置の制御を司る制御部６０は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、タイマ等を備えて構成されており、パーソナルコンピュータ等のホスト装置（上位装置）２０１から印刷データと制御コマンドを受信して画像形成装置のシーケンス制御を行う。

Ｉ／Ｆ制御部２０２は、ホスト装置２０１に画像形成装置の情報（プリンタ情報等）を送信すると共に、ホスト装置２０１から送信されたコマンドを解析し、また、ホスト装置２０１から送信されたデータを処理する。

トナー残量検知部（現像剤残量検知部）６１は、トナー残量を検知する制御を行う。具体的には、画像形成動作が続いている間、上述した発光素子４１に継続的に発光命令（照射命令）を送信し、さらに、受光素子４２の出力信号を継続的に受信する。そして、受光素子４２の出力信号に基づき、第２のトナー収容部１０２内のトナー残量を判断する。

トナー供給部（現像剤供給部）６２は、第２のトナー収容部１０２にトナーを補給する制御を行う。具体的には、トナー残量検知部６１によりトナー残量が所定量よりも少ないと判断された場合に、供給口１０５（図２）を開閉するシャッタ等の開閉機構６３を駆動して、第２のトナー収容部１０２にトナーを補給する。

帯電電圧制御部２０３は、画像形成ユニット１の感光体ドラム２の表面をそれぞれ一様に帯電させるため、帯電ローラ１７に帯電電圧を印加する。ヘッド制御部２０４は、感光体ドラム２の表面を露光して静電潜像を形成するため、印刷データに従って、露光ユニット３（印刷ヘッド）を駆動する。

現像電圧制御部２０５は、感光体ドラム２上の静電潜像を現像するため、現像ローラ１４に現像電圧を印加する。転写電圧制御部２０６は、感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像を媒体５に転写するため、転写ローラ８１に転写電圧を印加する。

定着制御部２０７は、定着器９の温度を検出するサーミスタ２１２からの検出温度に基づき、定着ローラ９１に内蔵されたヒータ２１１への通電をオン・オフ制御する。給紙搬送制御部２０８は、フィードモータ２１３および搬送モータ２１４を駆動する制御を行う。フィードモータ２１３は、給紙ローラ６を回転駆動し、搬送モータ２１４は、レジストローラ３３を回転駆動する。

画像形成駆動制御部２０９は、感光体ドラム２を回転させるＩＤモータ２１５を駆動する。なお、現像ローラ１４および帯電ローラ１７は、感光体ドラム２に従動して回転し、供給ローラ１６および回転軸４８は、感光体ドラム２からの回転伝達により回転する。定着駆動制御部２１０は、定着ローラ９１を回転させる定着駆動モータ２１６を駆動する。なお、加圧ローラ９２は、定着ローラ９１に従動して回転する。

制御部６０には、また、給紙トレイ４内の媒体５の有無を検知する給紙センサ２１７、および、媒体５の搬送路に沿って配置された複数の通過センサ２１８からの信号が入力される。

次に、本実施の形態における画像形成装置による画像形成プロセスについて説明する。
画像制御装置の制御部６０は、ホスト装置２０１から印刷コマンドを受信すると、画像形成プロセスを開始する。まず、図１に示した給紙ローラ６を回転させて、媒体トレイ４内の媒体５を一枚ずつ搬送路に送り出す。搬送路に送り出された媒体５は、レジストローラ３３によって画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋおよび転写ユニット８に搬送される。

転写ユニット８において、媒体５は転写ベルト８０の表面に吸着保持される。転写ベルト８０は、駆動ローラ８２の回転によって走行し、媒体５を画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋに沿って搬送する。

各画像形成ユニット１（１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋ）では、帯電ローラ１７によって感光体ドラム２の表面が一様に帯電される。次いで、露光ヘッド３によって感光体ドラム２の表面が画像情報に応じて露光され、感光体ドラム２の表面に静電潜像が形成される。また、感光体ドラム２の表面の静電潜像は、現像ローラ１４上のトナーによって現像され、トナー像が形成される。感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像は、転写ベルト８０により搬送される媒体５に転写される。

このようにして、画像形成ユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋで形成された各色のトナー像が、媒体５の表面に転写される。トナー像が転写された媒体５は、転写ベルト８０によって定着器９まで搬送される。定着器９では、定着ローラ９１および加圧ローラ９２により媒体５が加熱および加圧され、トナー像が媒体５に定着する。トナー像が定着した媒体５は、排出ローラ１０，１１により画像形成装置の外部に排出され、スタッカ１２に載置される。これにより、画像形成プロセスが完了する。

次に、上記の画像形成プロセスのうち、現像プロセスについて、図２を参照してさらに説明する。制御部６０からの制御信号により、画像形成駆動制御部２０９（図６）は、ＩＤモータ２１５を駆動して、感光体ドラム２を矢印２Ｒで示す方向に回転させる。供給ローラ１５は、感光体ドラム２からの回転伝達により矢印１５Ｒで示す方向に回転する。供給ローラ１５の回転に伴い、供給ローラ１５近傍に配置された撹拌部材２０，２１が矢印２０Ｒ，２１Ｒで示す方向に回転して、第１のトナー収容部１０１内のトナー７を撹拌する。また、回転軸４８が矢印４０Ｒで示す方向に回転し、撹拌部材５０が第２のトナー収容部１０２内のトナー７を撹拌する。

現像ローラ１４の表面には、供給ローラ１５によってトナー７が供給される。現像ローラ１４の表面に供給されたトナー７は、現像ブレード１６により薄層化され、（露光へッド３の露光により形成された）感光体ドラム２の静電潜像に付着する。これにより、感光体ドラム２の表面の静電潜像が現像され、トナー像となる。感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像は、搬送ベルト８０により搬送される媒体５が、感光体ドラム２と転写ローラ８１とのニップ部を通過する際に、媒体５の表面に転写される。

また、感光体ドラム２から媒体５にトナー像が転写されたのち、感光体ドラム２上に残ったトナー７は、クリーニングブレード２１により掻き落とされ、トナー搬送部材２２によって画像形成ユニット１の外部に搬送される。

次に、本実施の形態におけるトナー残量検知動作について、詳細に説明する。図７は、受光素子４２の出力変化の一例を示す図である。図７に示すように、受光素子４２は、受光量に応じて出力電圧が変化する。例えば、受光素子４２の受光量が殆どないときには、出力電圧は約５Ｖであり、受光素子４２の受光量が最大になるときには、出力電圧は約０Ｖとなる。

図６に示したトナー残量検知部６１は、制御部６０からの制御信号を受信すると、発光素子４１を駆動して光を照射させる。発光素子４１による光の照射は、画像形成ユニット１の動作中は継続的に行われる。ここでは、回転軸４８の回転周期をＴとする。

トナー残量検知部６１は、受光素子４２の出力電圧が所定の閾値よりも低い状態が２Ｔ／５期間以上継続する状態が１０周（回転軸４８の１０回転）連続して検出された場合に、制御部６０に所定の信号を送信する。制御部６０は、トナー残量検知部６１からの当該信号を受信すると、トナー残量が少ない（トナーロー）と判断する。

制御部６０は、トナーローと判断すると、トナー供給制御部６２にトナー供給信号を送信する。トナー供給制御部６２は、トナー供給信号を受信すると、シャッタ等の開閉機構６３を駆動して供給口１０５（図２）を開放し、第２のトナー収容部１０２にトナーを所定量供給する。なお、供給口１０５は、第２のトナー収容部１０２と、例えばトナーカートリッジ等のトナー補給容器（現像剤補給容器）とを連通するものである。

図８は、第２のトナー収容部１０２に十分な量のトナーが収容されている状態を示す模式図である。図９は、このときの受光素子４２の出力を示す図である。図８に示すように、清掃部材４０は、矢印４０Ｒで示す方向に回転しながら、その回転円周方向に配置された発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の表面に接触し、これら表面を清掃する。このとき、清掃部材４０は、発光用レンズ４３と受光用レンズ４４の周辺の筐体３０にも接触している。また、清掃部材４０と同じ回転軸４８に取り付けられた撹拌部材５０も、矢印４０Ｒで示す方向に回転している。

図８に示すように、第２のトナー収容部１０２の受光用レンズ４４を覆う高さまでトナー７が堆積している場合、清掃部材４０が発光用レンズ４３および受光用レンズ４４を清掃しても、発光素子４１からの透過光４６は、堆積したトナー７に遮られて、受光素子４２には到達しない。そのため、図９に示すように、透過光４６は、受光素子４２に殆ど検出されず、また、検出されたとしても僅かな時間（清掃部材４０の回転周期Ｔに対して、Ｔ／１０に満たない時間）となる。

図１０は、第２のトナー収容部１０２に収容されたトナーの残量が減少した状態を示す模式図である。図１１は、このときの受光素子４２の出力を示す図である。図１０に示すように、第２のトナー収容部１０２内のトナー７の残量が少なくなると、清掃部材４０が発光用レンズ４３および受光用レンズ４４を清掃することで、発光素子４１からの透過光４６が受光素子４２に到達するようになる。このとき、図１１に示すように、受光素子４２の出力電圧が閾値よりも低い状態が連続する。これにより、トナー残量検知部６１は、第２のトナー収容部１０２内のトナー残量が減少した（すなわちトナーの補給が必要な状態になった）ことを検知することができる。

図１２は、清掃部材４０および撹拌部材５０の回転と、トナークラウドの発生との関係を説明するための模式図である。この図１２は、トナー７の残量が少なく、トナー７が受光用レンズ４４を覆う高さまで堆積していない状態を示している。

撹拌部材５０は、第２の収容部１０２の内周面に接触し、弾性変形した状態で回転している。ここで、図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、撹拌部材５０が、第１のトナー収容部１０１と第２のトナー収容部１０２との間の開口部１０３の縁（不連続形状部）に差し掛かると、第２の収容部１０２の内周面との当接状態が解除されるため、撹拌部材５０の弾性変形状態が勢いよく元に戻り、トナーが振動して舞い上がる。これが、図１２（Ｂ）に示すトナークラウド７ａである。

トナークラウド７ａが発生しているときには、発光素子４１からの透過光４６がトナークラウド７ａに遮られ、受光素子４２では検出されない。トナークラウド７ａの影響を受けると、受光素子４２の出力波形は、図１４に一例を示すような不安定な波形となり、閾値を基準とした判定が難しくなる。

そこで、本実施の形態では、図１２（Ｂ）に示すようにトナークラウド７ａが発生した後に、図１２（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、清掃部材４０が、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４に付着したトナー（トナークラウド７ａによるものを含む）を清掃するように構成している。

言い換えると、清掃部材４０が発光用レンズ４３および受光用レンズ４４を清掃している間は、撹拌部材５０が開口部１０３に到達しない（すなわちトナークラウド７ａを発生させない）ように、清掃部材４０と撹拌部材５０との位相差θが設定されている。

図１３は、トナー残量の検知動作を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、図１２と同様、トナー残量が少ない状態（トナー７が透過光４６を遮る高さまで堆積していない状態）を示している。

タイミングｔ１は、撹拌部材５０が開口部１０３の縁を通過してトナークラウド７ａを発生させるタイミングである。タイミングｔ２は、清掃部材４０が発光用レンズ４３との接触を開始するタイミングである。タイミングｔ３は、清掃部材４０が受光用レンズ４４との接触を開始するタイミングである。

図１３において、タイミングｔ１からｔ２の間は、トナークラウド７ａが発生しているため、発光素子４１からの透過光４６はトナークラウド７ａのトナーに遮られ、受光素子４２には到達しない。

その後、清掃部材４０が発光用レンズ４３の清掃を開始するタイミングｔ２では、トナークラウド７ａは落ち着いてきているが、発光素子４１からの透過光４６は清掃部材４０に遮られるため、受光素子４２には到達しない。

さらに、清掃部材４０が受光用レンズ４４を清掃し、受光用レンズ４４をほぼ通過した後は、透過光４６を遮るものがなくなるため、透過光４６が受光素子４２に検出される。次にトナークラウド７ａが発生するまで（すなわち次の周期のタイミングｔ１まで）透過光４６は、受光素子４２によって検出され続ける。この時間を、検出可能時間とする。

検出可能時間の間に、透過光４６が受光素子４２によって検出されるか否かは、第２のトナー収容部１０２内のトナー７の残量（堆積状態）のみによって決まる。そのため、受光素子４２の出力電圧に基づくトナー残量検知を、高い精度で行うことができる。

すなわち、本実施の形態では、清掃部材４０と撹拌部材５０とが、回転方向に所定の位相差を有して設けられており、撹拌部材５０と第２のトナー収容部１０２との当接が開口部１０３で解除されてトナークラウド７ａが発生した後に、清掃部材４０が、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４に付着したトナーを清掃するため、例えば図９や図１１に示したように、受光素子４２の安定した出力波形が得られる。これにより、安定したトナー残量検知を行うことができる。

また、図４に示したように、清掃部材４０と撹拌部材５０とが、回転軸４８の軸方向に所定の距離ｄだけ離間して配置されているため、発生したトナークラウド７ａが清掃部材４０側に移動しにくい。そのため、トナークラウド７ａが透過光４６を遮る位置に到達しにくく、より安定したトナー残量検知を行うことができる。

なお、上記の説明では、清掃部材４０と撹拌部材５０との位相差を２２０°とし説明したが、タイミングＴ３から次のタイミングＴ１までの時間が２Ｔ／５以上になるように位相差を設定すれば、トナークラウドの影響を受けずに、安定したトナー残量検知を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態では、清掃部材４０と撹拌部材５０に位相差θを設けることにより、撹拌部材５０の撹拌動作に伴うトナークラウド７ａの影響が排除される検出可能時間を設け、その検出可能時間においてトナー残量検知を行うことができる。

従って、例えば清掃部材４０と撹拌部材５０とを回転軸４８に同位相で取り付けた場合や、位相が異なる複数の撹拌部材５０を設けた場合に生じる、トナー残量検知へのトナークラウド７ａの影響を抑制することができる。従って、安定したトナー残量検知を行うことができる。

第２の実施の形態．
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１５は、第２の実施の形態における清掃部材４０Ａとその周辺の部材を拡大して示す図である。この第２の実施の形態は、清掃部材４０Ａの形状が、第１の実施の形態と異なるものである。

図１５に示すように、清掃部材４０Ａは、自由端部４０ｂの左右両端（回転軸４８の軸方向両端）が面取りされている。自由端部４０ｂの面取りされた傾斜部分を、面取り部（または傾斜部）４０１と称する。

ここで、清掃部材４０Ａの幅（回転軸４８の軸方向の寸法）をＳとし、清掃部材４０Ａの自由端部４０ｂの傾斜部４０１を除く部分の幅（先端幅）をＬとする。また、発光素子４１および受光素子４２の幅（回転軸４８の軸方向の寸法）をいずれもＲとし、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の幅をいずれもＷとする。

さらに、弾性変形していないときの清掃部材４０Ａの長さすなわち自由長（固定端部４０ａから自由端部４０ｂに向かう方向の長さ）をＰとする。また、清掃部材４０Ａの面取り部４０１の同方向（自由長方向）の寸法をＱとする。

上記の寸法は、次のように設定されている。すなわち、清掃部材４０Ａの先端幅Ｌは、発光素子４１および受光素子４２の幅Ｒの１．５倍以上に設定されている（１．５Ｒ≦Ｌ）。また、清掃部材４０Ａの先端幅Ｌは、発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の幅Ｗ以下に設定されている（Ｌ≦Ｗ）。理由については、後述する。

清掃部材４０Ａの固定端部４０ａ側の幅、すなわち根元幅Ｓは、清掃部材４０Ａの先端幅Ｌの１．５倍以上に設定されている（１．５Ｌ≦Ｓ）。また、清掃部材４０Ａの面取り部４０１の自由長方向の寸法Ｑは、清掃部材４０Ａの自由長Ｐの１／２以下に設定されている（Ｑ≦Ｐ／２）。ここでは、一例として、Ｌ＝１２ｍｍ、Ｓ＝２４ｍｍ、Ｐ＝７．８ｍｍ、Ｑ＝３ｍｍ、Ｒ＝８ｍｍ、Ｗ＝１２ｍｍに設定されている。

第２の実施の形態の他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

図１６は、上述した第１の実施の形態の清掃部材４０によって発光用レンズ４３の表面を清掃した後の、発光用レンズ４３周辺のトナー７の状態を鉛直上方から見た図である。図１７は、この第２の実施の形態の清掃部材４０Ａによって発光用レンズ４３の表面を清掃した後の、発光用レンズ４３周辺のトナー７の状態を鉛直上方から見た図である。

図１８は、第１および第２の実施の形態の清掃部材４０，４０Ａが発光用レンズ４３を清掃する際の、回転軸４８の回転トルク（負荷トルク）を対比して示すグラフである。

図１６に示した第１の実施の形態の清掃部材４０は、自由端部に面取り部を有さないため、根元幅Ｓと先端幅Ｌとが同じであり、ここでは２４ｍｍとする（Ｌ＝Ｓ＝２４ｍｍ）。

清掃部材４０が発光用レンズ４３の表面を清掃すると、発光用レンズ４３の幅Ｗよりも清掃部材４０の先端の幅（Ｌ＝Ｓ）が十分広いため、周辺のトナー７が符号７ｂで示すように崩れたとしても、そのトナーが透過光４６の光路４６ａに侵入することはない。

しかしながら、図１８に示すように、回転軸４８には０．３Ｋｇ・ｃｍ以上のトルクがかかっている。そのため、環境や経時変化によりトナー７の流動性が低下し（すなわち清掃部材４０の軌跡上にトナー７が溜まり易くなり）、清掃部材４０がトナー７から受ける抵抗が増加すると、回転軸４８の撓みが生じて、安定したクリーニング性能が得られない可能性がある。

一方、第２の実施の形態の清掃部材４０Ａは、図１７に示すように、自由端部４０ｂに面取り部４０１を設けたため、先端幅Ｌのみで発光用レンズ４３に接触する。この清掃部材４０Ａの先端幅Ｌは、発光用レンズ４３の幅Ｗ以下である（Ｌ≦Ｗ）。そのため、清掃部材４０Ａの先端線圧を低減させることができる。

従って、例えば図１８に示すように、回転軸４８のトルクを第１の実施の形態の１／２程度まで低下させることができる。その結果、環境や経時変化により清掃部材４０Ａがトナー７から受ける抵抗が増加しても、安定したクリーニング性能を得ることができる。

また、清掃部材４０Ａの先端幅Ｌが、発光素子４１の幅Ｒの１．５倍以上であるため（１．５Ｒ≦Ｌ）、発光用レンズ４３の表面において、透過光４６の光路４６ａの周辺に位置するトナーを確実に清掃することができる。

一方、清掃部材４０Ａの面取り部４０１の自由長方向の寸法Ｑが長過ぎると、図１９に示すように、発光用レンズ４３の周辺のトナー７が崩れた際に、符号７ｂで示すように透過光４６の光路４６ａにトナー７が侵入する可能性がある。このような場合、受光素子４２の出力波形には、図２０に一例を示すように、トナー７が光路４６ａに侵入したことによる変動部分が現れる。そのため、上述した図７に示した出力波形と比較して、受光素子４２の受光時間が短くなり、トナーの残量検知の妨げになる可能性がある。

これに対し、清掃部材４０Ａの面取り部４０１の自由長方向の寸法Ｑを、清掃部材４０の自由長Ｐの１／２以下（Ｑ≦Ｐ／２）に設定すると、清掃部材４０Ａの先端線圧を低減させつつ、発光用レンズ４３の周辺のトナー７が光路４６ａに侵入することを抑制でき、安定したトナー残量検知を行うことができる。

また、図２１には、１．５Ｌ≦Ｓの場合（Ａ）と、Ｓ＜１．５Ｌの場合（Ｂ）のそれぞれについて、清掃部材４０Ａの形状の例を模式的に示す。図２１（Ｂ）に示したように、Ｓ＜１．５Ｌの場合には、清掃部材４０Ａの面取り角度θが小さくなるため、透過光４６の光路４６ａにトナーが侵入しやすくなる。これに対し、図２１（Ａ）に示したように、１．５Ｌ≦Ｓの場合には、清掃部材４０Ａの面取り角度θを比較的大きく確保できるため、光路４６ａへのトナーの侵入を抑制することができる。

なお、ここでは発光用レンズ４３の清掃について説明したが、受光用レンズ４４の清掃についても同様のことが言える。

以上説明したように、第２の実施の形態では、清掃部材４０の自由端に面取り部４０１を設けると共に、清掃部材４０Ａの先端幅Ｌを、発光素子４１および受光素子４２の幅Ｒの１．５倍以上（１．５Ｒ≦Ｌ）で、且つ発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の幅Ｗ以下（Ｌ≦Ｗ）とし、清掃部材４０の根元幅Ｓを清掃部材４０の先端幅Ｌの１．５倍以上（１．５Ｌ≦Ｓ）とした。これにより、清掃部材４０の先端線圧を低減させ、回転軸４８の負荷トルクを抑制すると共に、光路へのトナーの侵入を抑制することができる。

すなわち、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した効果に加えて、環境や経時変化に伴うトナー７の流動性の低下により清掃部材４０の軌跡上にトナー７が溜まりやすくなった場合でも、安定して発光用レンズ４３および受光用レンズ４４の表面を清掃することができる。そのため、安定したトナー残量検知を行うことが可能になる。

さらに、清掃部材４０の面取り部４０１の自由長方向の寸法Ｑを、清掃部材４０の自由長Ｐの１／２以下（Ｑ≦Ｐ／２）とすることにより、発光用レンズ４３や受光用レンズ４４の周辺のトナー７が崩れて透過光の光路４６ａに侵入することを防止することができる。すなわち、より安定したトナー残量検知を行うことができる。

上記の各実施の形態では、画像形成装置の一例として、タンデム型のカラープリンタについて説明したが、このような構成に限定されるものではない。本発明は、プリンタの他、例えば、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰなど、現像剤を使用する画像形成ユニットおよび画像形成装置に利用することができる。

また、上記の各実施の形態では、清掃部材４０が発光用レンズ４３および受光用レンズ４４を清掃する構成について説明したが、清掃の対象物はこれらのレンズに限らず、光を透過する部材であればよい。また、清掃の対象物の数は、１つでも良いし、３つ以上でもよい。

１，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｋ 画像形成ユニット、 ２，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２Ｋ 感光体ドラム（像担持体）、 ３，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ，３Ｋ 露光ヘッド（露光手段）、 ５ 媒体、 ８ 転写ユニット、 １４ 現像ローラ（現像剤担持体）、 １５ 供給ローラ（供給部材）、 １６ 現像ブレード（層規制部材）、 １７ 帯電ローラ（帯電部材）、 ２０，２１ 撹拌部材、 ３０ 筺体、 ４０，４０Ａ 清掃部材、 ４０ａ 固定端部、 ４０ｂ 自由端部、 ４１ 発光素子、 ４２ 受光素子、 ４３ 発光用レンズ（光透過部材）、 ４４ 受光用レンズ（光透過部材）、 ４６ 透過光、 ４８ 回転軸、 ４９ 清掃部材ホルダ（清掃部材保持体）、 ５０ 撹拌部材、 ５０ａ 固定端部、 ５０ｂ 自由端部、 ６０ 制御部、 ６１ トナー残量検知部（現像剤残量検知部）、 ６２ トナー供給制御部（現像剤供給制御部）、 １００ トナー収容部（現像剤収容部）、 １０１ 第１のトナー収容部（第１の現像剤収容部）、 １０２ 第２のトナー収容部（第２の現像剤収容部）、 １０３ 開口部、 ４０１ 面取り部。

Claims (16)

1. 現像剤を収容する筐体と、
   前記筺体内で回転することにより、前記筺体内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、
   前記筐体内の現像剤の残量を光学的に検知するための検知手段と、
   前記検知手段のための光路上に設けられた光透過部材と、
   前記光透過部材の表面に接触しながら回転する清掃部材と
   を備え、
   前記撹拌部材と前記清掃部材とは、共通の回転軸に取り付けられ、当該回転軸の回転方向に所定の位相差を有していることを特徴とする画像形成ユニット。
2. 前記所定の位相差は、前記撹拌部材の先端が前記筺体内の不連続形状部を通過した後、所定のタイミングで、前記清掃部材が前記光透過部材の表面を清掃するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成ユニット。
3. 前記筺体は、第１の現像剤収容部と、この第１の現像剤収容部の上側に設けられた第２の現像剤収容部と、これらをつなぐ開口部とを有し、
   前記撹拌部材および前記清掃部材は、前記第２の現像剤収容部に設けられ、
   前記不連続形状部は、前記開口部の縁であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成ユニット。
4. 前記清掃部材と前記撹拌部材とが、前記回転軸の軸方向に、所定の距離だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
5. 前記清掃部材は、前記回転軸の軸方向の端部近傍に設けられ、
   前記撹拌部材は、前記回転軸の軸方向の少なくとも中央部に設けられ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。
6. 前記清掃部材は、前記回転軸に取り付けられた固定端部と、その反対側の自由端部とを有し、前記自由端部を前記光透過部材の表面に接触させて回転する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。
7. 前記清掃部材の前記自由端部において、前記回転軸の軸方向両端に、面取り部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の画像形成ユニット。
8. 前記回転軸の軸方向における前記清掃部材の前記自由端部の幅Ｌと、前記清掃部材の根元幅Ｓとが、１．５Ｌ≦Ｓの関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の画像形成ユニット。
9. 前記回転軸の軸方向における前記清掃部材の前記自由端部の幅Ｌと、前記検出手段の幅Ｒとが、１．５Ｒ≦Ｌの関係を満たすことを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成ユニット。
10. 前記清掃部材の前記固定端部から前記自由端部に向かう方向における長さＰと、同方向における前記面取り部の寸法Ｑとが、Ｑ≦Ｐ／２の関係を満たすことを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
11. 前記撹拌部材は、前記回転軸に取り付けられた固定端部と、その反対側の自由端部とを有し、前記自由端部を前記筺体の内周面に接触させながら回転することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
12. 前記検知手段は、発光素子と受光素子とを有し、
    前記光透過部材は、前記発光素子の出射側に配置された第１の光透過部材と、前記受光素子の入射側に配置された第２の光透過部材とを有し、
    前記第１の光透過部材と前記第２の光透過部材とは、前記回転軸の回転円周方向に沿って配列され、
    前記回転軸が回転することにより、前記清掃部材が前記第１の光透過部材と前記第２の光透過部材とを清掃することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
13. 前記清掃部材および前記撹拌部材は、いずれも、弾性変形可能な弾性部材で形成されていることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
14. 前記清掃部材の厚さは、前記撹拌部材の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
15. 画像形成ユニットを備えた画像形成装置であって、
    前記画像形成ユニットが、
    現像剤を収容する筐体と、
    前記筺体内で回転することにより、前記筺体内の現像剤を撹拌する撹拌部材と、
    前記筐体内の現像剤の残量を光学的に検知する検知手段と、
    前記検知手段のための光路上に設けられた光透過部材と、
    前記光透過部材に接触しながら回転する清掃部材と
    を備え、
    前記撹拌部材と前記清掃部材とは、共通の回転軸に取り付けられ、当該回転軸の回転方向に所定の位相差を有していることを特徴とする画像形成装置。
16. 前記検知手段により検知された現像剤の残量に基づき、前記筺体に現像剤を補給する制御を行う制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
    

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