JP4137025B2 - 現像剤補給手段、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式を採用し、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて現像する複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、現像動作を実行する現像器やプロセスカートリッジにトナーを補給する現像剤補給手段に関するものである。

従来、電子写真方式や静電記録方式にて、像担持体表面に現像剤にて現像剤像（トナー像）を形成し、該トナー像を転写材に転写、定着する画像形成工程を実行する画像形成装置においては、特に電子写真方式の画像形成装置においては、現像工程にて、現像剤担持体の表面に顕画剤としての乾式現像剤を担持し、静電潜像を担持した像担持体の表面近傍に現像剤を搬送供給し、像担持体と現像剤担持体の間に交互（交番）電界を印加しながら静電潜像を現像して顕像化する方法が広く知られており、その現像剤担持体として現像スリーブが、像担持体として感光ドラムが用いられることが一般的である。

現像方法としては、例えば、二成分系組成（キャリア粒子とトナー粒子）を有する現像剤（二成分現像剤）を用い、内部に磁石を配置した現像スリーブの表面に磁気ブラシを形成し、微小な現像間隙を保持して対向された感光ドラムに、この磁気ブラシを摺擦又は近接させ、現像スリーブと感光ドラム間（Ｓ−Ｄ間）に連続的に交互電界を印加することによってトナー粒子の現像スリーブ側から感光ドラム側への転移及び逆転移を繰り返し行わせて現像を行う所謂磁気ブラシ現像法が知られている。

又、二成分現像方式を採用した現像方法では、トナーのみが消費されるので、現像動作を実行する現像器内のトナー濃度（ＴＤ比）を一定に維持するため、消費されたトナーを補給するために、現像器において現像剤が収容されている現像容器と連結された補給用現像剤容器が設けられる。補給用現像剤容器は現像剤カートリッジとして、補給用のトナーが収容され、通常は着脱自在で、内部のトナーが消費されたら、交換するようになっている。そして、現像容器内現像剤ＴＤ比検知（以下、「トナー濃度検知」と称す。）による検出値が常に一定になるように、補給用現像剤容器より現像装置に補給するトナー量を決定する現像剤補給手段が実用化されている。

換言すると、上記の現像剤補給手段によって、トナー補給することにより、長期にわたる画像形成中のトナー帯電量の低下を、現像容器内の二成分現像剤中のトナー濃度を適宜低下させることにより防止して、長期にわたる画像形成中における画像濃度を一定に保っている。

以下、現像剤補給手段と、その被補給器とされる二成分磁気ブラシ現像用の現像器の構成を説明する。図３（ａ）は、一般的な感光ドラム１０１と現像器１０５と現像剤補給手段１０４の、感光ドラム１０１の軸方向を横切る方向の概略断面図であり、図３（ｂ）は、現像剤補給手段１０４を、感光ドラム１０１が配置されている位置に対して反対側から見た正面図である。

そして、この現像剤補給手段１０４は、大きく分けて、現像器１０５の上部のトナー受取孔１３に連結されている、第二の貯蔵手段であるサブトナー容器１と、このサブトナー容器１の上部に設けられ、補給トナーを収容する第一の貯蔵手段であるメイントナー容器２と、の２つの補給用現像剤容器で構成される。そして、メイントナー容器２に保存されている補給用トナーをサブトナー容器１内で攪拌して、サブトナー容器１に連通し、現像器１０５のトナー受取孔１３に通じている現像剤搬送手段としてのトナー補給スクリュー４によって、現像器１０５の現像容器１１に補給する。

図３（ａ）に示すように、現像スリーブ１１ａは感光ドラム１０１に対して近接配置され、感光ドラム１０１と逆方向又は同一方向に回転し、現像剤（ドットで図示）が感光ドラム１０１に対して接触する状態で現像できるよう設定されている。

そして現像器１０５の上方に、トナー受取孔１３よりトナーを補給する、現像剤補給手段１０４が設けられている。

ここで現像器１０５、現像剤補給手段１０４について詳しく説明する。

現像器１０５は、トナー粒子と磁性キャリアが混合された二成分現像剤を収容する現像容器１１を有し、この感光ドラム１０１との対向部に設けられた開口部に感光ドラム１０１と平行に設けられた円筒状の現像スリーブ１１ａが備えられ、現像スリーブ１１ａ中には固定配置されたマグネットローラ１１ｂが内蔵されている。

そして、現像容器１０５は、現像スリーブ１１ａと平行に仕切られ、現像スリーブ１１ａに現像剤を供給する現像室１１ｃと、上部にトナー受取孔１３が設けられた攪拌室１１ｄに分かれている。現像室１１ｃには現像スクリュー１１ｅ、攪拌室１１ｄには撹拌スクリュー１１ｆが備えられ、現像室１１ｃと攪拌室１１ｄは、両スクリュー１１ｅ、１１ｆの端部で連通し、現像剤は両者の間を循環しながら、混合攪拌されるようになっている。よって、攪拌室１１ｄで、トナー受取孔１３より補給されたトナーは、既に現像容器１１内にあるトナーとキャリアを含む現像剤と混合され、均一にされた状態で、現像室１１ｃに搬送され、現像スリーブ１１ａに供給される。そして、現像スリーブ１１ａが設けられた現像容器１１の開口部で、現像スリーブ１１ａ回転方向上流側には、現像剤を現像スリーブ１１ａの表面に薄層形成するために、それに対向する位置に規制ブレード１１ｇが配置されている。

そして、現像スリーブ１１ａの回転によって、それに担持された現像剤は感光ドラム１０１表面へと搬送され、不図示の電源より現像スリーブ１１ａに印加される現像バイアスにより、感光ドラム１０１上に形成されている静電潜像が現像される。

現像剤補給手段１０４について詳しく説明する。

補給用トナーが蓄えられているメイントナー容器２には、内部に回転自在に設けられた攪拌翼１２が設けられており、駆動手段１２ａの駆動を受けている。図３（ｂ）は、駆動手段１２ａ側から見た正面図である。攪拌翼１２は、回転することによってメイントナー容器２内でトナーが固まることを防止するために、トナーをほぐす作用と、メイントナー容器２内のトナーをサブトナー容器１へ連通するトナー供給口１ａへ向かって長手方向（紙面に平行な方向）へ搬送する作用と、トナーをその供給口１ａから押し出してサブトナー容器１へ落下させる作用と、を実行する。攪拌翼１２としては、例えば、ＰＥＴ等のシート材を用いることが一般的である。そして、メイントナー容器２には、トナーの有無を電気的又は光学的に直接検知する現像剤検知手段（トナーセンサ）７が設けられている。そして、メイントナー容器２内部の攪拌翼１２の回転軸に取り付けられて、攪拌翼１２の回転と共に回転動作し、トナーセンサ７の検知面７ａを清掃する清掃部材８を有する。

メイントナー容器２に収容されたトナーを現像器１０５に補給する中間容器として、サブトナー容器１が設けられる。サブトナー容器１は、上部に、メイントナー容器２からトナーの供給を受けることが可能なトナー供給口１ａが形成されており、底部は、側面が略水平方向に突出し、円筒状に形成された、サブトナー容器１からトナーを搬送することが可能なトナー搬送パイプ３を備えている。底部と上部の中央部には、動作自在に設けられたトナー攪拌部材６が設けられており、攪拌部材６が回転又は回動の動作をすることによってトナーをほぐす作用が施されている。サブトナー容器１底部からトナー搬送パイプ３内に渡って、現像剤搬送手段である、螺旋面が形成された搬送部材である補給スクリュー４が回転可能に設けられ、その先端には、補給スクリュー４を回転駆動する駆動手段（搬送駆動手段）５が設けられている。尚、ここでは、サブトナー容器１とトナー搬送パイプ３の底部は連続しており、補給スクリュー４は、サブトナー容器１底部から、突出したトナー搬送パイプ３内に亘って設置されている。

上記構成の現像剤補給手段１０４により、現像器１０５にて現像動作により消費されたトナーに見合った量のトナーが、補給用トナーが貯蔵されているメイントナー容器２より、サブトナー容器１を通して、補給スクリュー４によって現像容器１１の受取孔１３を経て、撹拌スクリュー１１ｆが設けられた撹拌室１１ｄへ落下補給される。現像容器１１中にはトナー粒子と磁性キャリアが混合された現像剤が収容されており、トナー粒子と磁性キャリアの混合比（以後、「Ｔ／Ｃ比」と称す。）は、現像容器１１内のトナー濃度検知結果に応じて、上記現像剤補給手段１０４によりトナーを補給することによって一定に保たれている。このときの現像容器１１中のトナー粒子と磁性キャリアの混合比の検知即ちトナー濃度検知及び濃度の維持方法としては従来から様々な方式が実用化されており、既知の方法から選択して行われる。

補給スクリュー４は搬送駆動手段５によって回転され、現像容器１１内のトナー粒子と磁性キャリアのＴ／Ｃ比を維持するために、現像容器１１内のトナー濃度検知結果に応じて、現像により消費されたトナーに見合った量のトナーの量に応じてその回転回数又は回転時間が設定され、設定された回転回数又は回転時間に到達すると回転を停止することによって現像器１０５が要求しただけのトナーを搬送し、現像容器１１へトナーを補給する。

このとき、補給スクリュー４は、その大きさに応じて１回転当たり又は単位時間当たりのトナーの搬送量があらかじめ定数化されており、要求量に応じて回転回数又は回転時間を算出する制御が可能になっている。ここでスクリュー４によるトナーの搬送量は回転回数に比例するので、回転時間で設定するためには、搬送駆動手段５によって、スクリュー４を常に一定の速度で回転するようにさせることが前提となる。又、この回転回数をカウントする手段を設けていれば、スクリュー４の回転速度は一定であってもなくても回転回数で設定することが可能である。

現像剤補給手段１０４においては、メイントナー容器２よりサブトナー容器１へトナーを補充する。メイントナー容器２内のトナー有り無しは、常に、トナーセンサ７によって検知され、トナー有りの状態の時に、サブトナー容器１に補充される。

ところが、トナーセンサ７は、トナーが、メイントナー容器２の一部に固まっていると、その固まったのを検知できず、トナー無しと判断してしまう誤検知をする虞があるため、それを防ぐため、メイントナー容器２内では、攪拌翼１２が回転又は回動の動作によりトナーをほぐして、固まることを防止している。更に、センサ検知面７ａにトナーが付着した場合の誤検知を防ぐため、清掃部材８によって、この検知面７ａを清掃する。ここで、清掃部材８は、攪拌翼１２の回転軸から放射状に設けられた部分がセンサ検知面７ａ上に接触し、回転翼１２の回転と共に、センサ検知面７ａをこすりながら清掃して回転するようになっている。

そして、このほぐされたトナーが、攪拌翼１２により下方のサブトナー容器１に搬送され、その下方のトナー搬送路３へ補給スクリュー４によって、パイプ３長手方向（紙面に平行な方向）へ、現像容器１１と連通する孔１３へ向かって搬送し、トナーを孔１３から押し出して現像容器１１へ落下させる。

尚、トナー搬送をスクリュー４にて行う手段として、トナー補給スクリュー４を１回転きざみにて回転させてトナーを供給することにより、トナー供給精度が向上することも、知られている（例えば、特許文献２参照。）。

ここで、トナーの消費に伴ってメイントナー容器２のトナーが減少した場合の、サブトナー容器１へトナーを補充する動作について説明する。

メイントナー容器２において、トナーセンサ７がトナー無しを検知した後、それがトナーが固まったり、センサ検知面７ａに付着したために生じた誤検知であった場合を考慮して、メイントナー容器２の攪拌翼１２と清掃部材８が動作し、トナーセンサ検知面７ａを清掃する。それでも、更にトナーの無い状態が続いた場合に、トナーがメイントナー容器２内の一部に固まっているのではなく真にトナーが無くなったと判断する。

ここでは、トナーセンサ７がトナー無しを検知してから攪拌翼１２が回転する場合を説明したが、攪拌翼１２はシート材なので必要以上にサブトナー容器１内にトナーを押し込むことはないので、トナー無しを検知する前であっても、攪拌翼１２が回転しても問題はない。

又、メイントナー容器２の攪拌翼１２を十分な時間回転させて、トナーセンサ検知面７ａを清掃部材８が清掃しても、トナーセンサ７がトナー有りを検知しない時は、メイントナー容器２にトナーが無くなったと判断することができ、図示されていないオペレーションパネル等の表示手段を通じてトナー無しをユーザーへ知らしめる。

メイントナー容器２は着脱可能になっている場合と装置に固定されている場合がある。着脱可能になっている場合は、メイントナー容器２は一般に現像剤カートリッジと呼ばれトナーが無くなった場合はメイントナー容器２ごと交換することによってトナーを充填する。又、装置に固定されている場合は、メイントナー容器２へ別のトナー容器から直接トナーを充填する。

しかしながら、上記の現像剤補給手段１０４では、清掃部材８がメイントナー容器２内部の攪拌翼１２の回転軸に取り付けられ、回転時に同時に回転するシステムであり、通常、清掃部材８がトナーセンサ検知面７ａ上に停止しているのか、トナーセンサ検知面７ａ外に停止しているのかを画像形成装置は判断できないものとなっている。よって、メイントナー容器２内部のトナー量が減ってくると、サブトナー容器１内にメイントナー容器２からトナーを移動する際に、メイントナー容器２内のトナーが少ないのにもかかわらず、清掃部材８が駆動するため、トナーセンサ７の検知結果は、清掃部材８の押圧により、トナー有りの信号が入ってくる状態となる。

このメイントナー容器２内部のトナーが減ってきた状態でのトナーの有り無し検知の誤検知を防止するためには、トナーセンサ７の有無検知回路において、トナー無しを検知した後に、一定速度で、一定時間だけ清掃部材８を回転させて、瞬間的なトナー有りの信号が周期的に現れる場合は、トナー有りの信号は清掃部材８がトナーセンサ検知面上７ａを通過したと判断してトナー無しとする。といったような複雑な制御が必要となる。

又、トナーセンサ７の設置をメイントナー容器２ではなく、サブトナー容器１に配置し、トナーセンサ７の検知面７ａに対して、サブトナー容器１の攪拌部材６と連動して清掃する清掃部材８を設ける方式もある。サブトナー容器１では、メイントナー容器２で既にある程度ほぐされたトナーが供給されてくるため、検知面７ａに対するトナーの固着も少なく、清掃部材８の検知面７ａに対する押圧を下げることができ、誤検知が生じにくい。

又、画像形成装置の本体であるサブトナー容器１にトナーセンサ７を配置することにより、通常交換使用されるメイントナー容器２からトナーセンサ７を無くすことが可能となり、メイントナー容器２のコストを下げてトナー交換に必要な費用（ランニングコスト）をさげることができる。本体寿命が長いほどトナー交換回数は増えるため、ランニングコストを下げることはユーザーの負担を軽減することができる。

しかし、トナーセンサ７をサブトナー容器１に配置するには、トナーセンサ検知面７ａの面積、トナーセンサ検知面７ａを清掃する清掃部材８を配置しなければならず、サブトナー容器１の容積が大きくなり、画像形成装置本体サイズにも影響を与えることとなる。尚、トナーセンサ７の検知面７ａは一般に直径で１０ｍｍ〜２０ｍｍである。

又、メイントナー容器２とサブトナー容器１を用いて現像容器１１へとトナー供給を行うトナー供給手段としては、メイントナー容器２に比べてサブトナー容器１の容積を小さくすることによって、トナー供給量の精度が向上することは知られているため、サブトナー容器１の容積を大きくすることは機能上不利である。よって、サブトナー容器１にトナーセンサ７を設置するのは難しい。

つまり、低容量のサブトナー容器１内部に、ある一定の大きさを持つトナーセンサ７と清掃部材８を配置することは難しく、特に清掃部材８の清掃時の軌跡を鑑みるとサブトナー容器１の断面積が大きくなりトナー供給精度とトナーセンサ７、清掃部材８の実装によるサブトナー容器１の容積との整合性を取ることは困難であった。

又、特許文献１においては、現像装置におけるトナー無しの誤検知防止として、現像剤残量検知面の清掃工程と、装置内の現像剤の移動である、現像装置への現像剤供給工程を時間的にずらして行い、清掃工程後にトナー有無の判定をする制御を行うものもある。

しかし、これをこの現像剤補給手段１０４に応用して、トナーセンサ検知面７ａ清掃とサブトナー容器１へのトナー供給を別時間で行った場合も、補給シーケンスが長時間となり、上記と同様の問題点が発生する。

つまり、以上に説明したような、清掃部材８を用いてトナーセンサ７を清掃するトナー有無検知手段では、検知面７ａに清掃部材８の押圧が掛かるためにトナーが無いにも関わらずトナー有りと誤検知する可能性があり、更に、清掃部材８の停止位置が決まっていないために、トナーセンサ検知面７ａ上で清掃部材８が停止することがあり、検知面７ａに悪影響を与え、センサ７の信頼性を損なったりすることもある。

そのために誤検知防止のための制御が必要となり、複雑な制御を用いるためにトナー無しの確定に時間が掛かってしまう。

又、トナーの有無確定のために清掃手段８を余分に駆動させれば、サブトナー容器１内のトナーに必要以上に圧力を与えることとなり、トナーに悪影響を与え、画質の低下を招いてしまう。

又、トナー無しの確定に時間が掛かれば、確定するまでの時間にプリントジョブを停止することとなり、画像形成装置としてもスペックを低下させることとなる。スペックに影響を与えない様に清掃部材８の動作速度を速くすることも可能であるが、清掃部材８の速度アップはメイントナー容器２内部のトナーに悪影響を与え、この現像剤補給手段１０４を設置した画像形成装置においては、画質の低下を招いてしまう問題点もあった。

その上、上記のような誤検知防止の制御を含むと、清掃部材８の動作回数も増大し、清掃部材８の破損等の不具合も懸念される。
特開平７−８４４４５号公報

本発明の目的は、第一の貯蔵手段から第二の貯蔵手段を通じて現像器に現像剤を補給する現像剤補給手段において、現像剤が十分にほぐされ、現像剤が現像剤検知手段の検知面に付着することや検知面清掃手段の押圧により生じる、誤検知を防いで、検知手段の精度を向上させることが可能な現像剤補給手段、及びそれを備えた画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的は本発明に係る現像剤補給手段、画像形成装置、及びプロセスカートリッジにて達成される。要約すれば、第１の本発明は、現像剤を内部に貯蔵可能な第一の貯蔵手段と、
該第一の貯蔵手段から現像剤の供給を受けることが可能な供給口が設けられた第二の貯蔵手段と、
該第二の貯蔵手段から現像剤を被補給器に搬送することが可能な搬送スクリューと、
該搬送スクリューを駆動する搬送駆動手段と、
前記第二の貯蔵手段の内部の現像剤の有無を検知する現像剤検知手段と、
該現像剤検知手段を清掃する清掃部材と、
前記搬送スクリューの停止時に前記清掃部材の停止位置が前記現像剤検知手段の検知面以外の位置に停止させる停止手段と、
を備え、現像剤を前記被補給器に補給する現像剤補給手段であって、
該清掃部材は前記搬送スクリューと同一の駆動手段にて駆動されるとともに、前記搬送スクリューが１回転したときの前記清掃部材の停止位置が前記検知面以外の位置に停止するように前記搬送スクリューと前記清掃部材の回転動作が同期しており、前記搬送スクリューを１回転単位に回転させることで現像剤を補給することを特徴とする現像剤補給手段を提供する。

第２の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する第１の本発明の現像剤補給手段と、を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。

第３の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する第１の本発明の現像剤補給手段と、を有し、画像形成装置に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジを提供する。

本発明によれば、複雑な制御をすることなく、短時間でトナー無し検知を確定することが可能となり、容積の小さな第二の貯蔵手段であるサブトナー容器にも現像剤検知手段であるトナーセンサと清掃部材を配置可能となり、小容量サブトナー容器によるトナー供給精度の向上とトナーセンサのトナー検知の信頼性向上を同時に達成することができる。

更に、画像形成装置においては、トナー検知の短時間化によりプリントジョブの停止、又はトナー補給シーケンスの長時間化に伴う画像形成装置のスペックダウンといった問題を解決することができる。

以下、本発明に係る現像剤補給手段、画像形成装置、及びプロセスカートリッジを図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、本発明が適用される現像剤補給手段やプロセスカートリッジが設けられる画像形成装置の一例について説明する。例えば、本実施例では、図４に示されるような構成の画像形成装置１００に適用される。この実施例では、画像形成装置１００は、直接転写方式を採用した、タンデム方式の電子写真方式の複写機或いはプリンタ等とされる画像形成装置とされ、複数の画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢｋが水平方向に配置され、それぞれが回転可能に配置された像担持体としての感光ドラム１０１を備えている。感光ドラム１０１の周囲には、帯電装置１０２、それぞれ画像形成ユニット毎に色を変えて、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー色の二成分現像剤が収容された現像器１０５、クリーニング装置１１４等の画像形成手段が配置されている。尚、本発明は、他の構成の画像形成装置、例えば、現像剤の色や数はこれに限定されず、画像形成ユニットは１つでも良く、静電記録方式や中間転写方式を用いる画像形成装置でも良い。

そして、現像器１０５としては、トナーとキャリアを含む現像剤を収容した二成分接触現像器が用いられ、後に詳しく説明するような、本発明の特徴部分となる現像剤補給手段１０４によって、トナーが補給されている。

又、各感光ドラム１０１に対向するように、転写材Ｐを担持するベルト状の転写材担持体である転写ベルト１０７が備えられている。転写ベルト１０７は２本のローラ１０７ａ、１０７ｂで巻架され、内側に、各感光ドラム１０１と対向する面の裏側の位置に転写部材である転写ローラ１０６が配置されている。

各画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＹそれぞれにおいて、帯電器１０２によって一様帯電された感光ドラム１０１には、原稿の画像信号によるレーザ光Ｌがポリゴンミラー（不図示）等を介して投射され、静電潜像が形成され、この静電潜像が現像器１０５によって、現像剤像（トナー像）として可視化される。尚、現像器１０５の現像動作は、従来例に説明したものと同様に実施される。

感光ドラム１０１上に可視化されたトナー像は、転写ベルト１０７を挟んで転写ローラ１０６と対向する転写部ｔに到達すると、転写バイアスを印加した転写部材としての転写ローラ１０６によって、ベルト１０７に吸着され、タイミングを同期させて送られてきた転写媒体である転写材Ｐが、転写ベルト１０７の移動に伴って転写部に侵入してきた際に、各感光ドラム１０１から各色トナー像が重ねて直接転写される。最後に、転写ベルト１０７から分離した転写材Ｐは、定着装置１１３によって定着される。

感光ドラム１０１上にそのまま残留した付着トナーは、クリーニング装置１１４でクリーニングされる。

ここで、上記画像形成装置の各画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢｋにおいて、それぞれが有する感光ドラム１０１、帯電器１０２、現像器１０５、現像剤補給手段１０４、及びクリーニング装置１１４が一体化されて、図５に示すようなプロセスカートリッジＣとして構成され、画像形成装置に着脱自在とされると、プロセスカートリッジＣを交換することによって、各色の画像形成手段の部材を一度に交換することができ、メンテナンス性に優れた画像形成装置が提供できる。尚、プロセスカートリッジＣには、感光ドラム１０１と現像器１０５と現像剤補給手段１０４が備えられ、他の画像形成手段は備えない場合もある。又、感光ドラム１を備えずに現像剤カートリッジとして、現像剤補給手段１０４のみで、或いは現像剤補給手段１０４と現像器１０５とが一体化されて画像形成装置に着脱自在とされる場合もある。又、現像剤補給手段１０４のみが現像剤カートリッジとされたり、現像剤補給手段１０４の一部、例えば、上記従来例に説明したように、メイントナー容器２が現像剤カートリッジとして、画像形成装置１００に着脱自在とされる場合もある。

そして、本実施例においては、従来例と同様の構成を有し、同様の作像方法をとる現像器１０５を用い、同様に現像剤補給手段１０４によるトナー補給を受ける。即ち、現像器１０５の攪拌室１１ｄの上部にトナー取付孔１３が設けられ、これが現像剤補給手段１０４に連結されており、現像剤補給手段１０４は、図１（ａ）の断面図、図１（ｂ）の正面図に示されるように、メイントナー容器２とサブトナー容器１とで構成され、現像器１０５のトナー濃度検知結果に基づいて、メイントナー容器２からサブトナー容器１にトナーを移動させ、それを搬送パイプ３を通じて現像器１０５に補給する。ここで現像器１０５の構成や、現像器１０５のトナー検知結果によるトナー補給制御の方法等は従来例と同様であるので説明を省略する。

本実施例では、従来の現像剤補給手段１０４のトナーセンサ７によるメイントナー容器２内のトナー有り無し検知システムを変更したものである。尚、それ以外のメイントナー容器２、サブトナー容器１、及びトナー搬送パイプ３の構成は従来と変わらない。

図１に本実施例における感光ドラム１０１、現像器１０５、現像剤補給手段１０４の概略構成図を示す。基本的な動作や、内部各部材の役割等は、従来例に説明したものと同様である。即ち、サブトナー容器１は、上部のトナー供給口１ａよりメイントナー容器２からトナーの供給を受け、底部は、側面が略水平方向に突出し、円筒状に形成されたトナー搬送パイプ３を備えている。上部と底部の中央部には、攪拌部材６が設けられており、トナーをほぐす作用が施されている。サブトナー容器１底部からトナー搬送パイプ３内に渡って、現像剤搬送手段である、螺旋面が形成された補給スクリュー４が回転可能に設けられ、その先端には、補給スクリュー４を回転駆動する駆動手段（搬送駆動手段）５が設けられている。そして、現像器１０５のトナー検知結果に応じて、補給スクリュー４の回転数を定め、適量のトナーが現像器１０５に補給される。

本実施例における現像剤補給手段１０４におけるトナー有り無し検知システムについて説明する。

本実施例では、サブトナー容器１の内部において、トナーの有無を電気的または光学的に直接検知する現像剤検知手段であるトナーセンサ７が設けられおり、更に、トナーセンサ７の検知面７ａを清掃する清掃部材８が、攪拌部材６に連動して動作する構成となっている。更に、サブトナー容器１下部に、清掃部材８の位置を検知する位置センサ９、及び位置センサ９にて検知される被検知部材であるセンサフラグ１０を有する。

ここでは、トナーが充填されているメイントナー容器２をサブトナー容器１上流の所定の位置に取り付け、サブトナー容器１にトナーを充填してサブトナー容器１下流にある現像器１０５にトナーを供給する。

本実施例では、このように、トナーの有無はサブトナー容器１にトナーセンサ７を設置して検知する方式であり、トナーセンサ７にはピエゾセンサを用いている。ピエゾセンサとは圧電素子を利用したセンサであり、検知面７ａを一定の周波数で振動させて、検知面７ａが圧力を受け、振動が低減される場合には検知面７ａがトナーに押されていると判定してトナー有りの信号を発信するセンサである。

サブトナー容器１壁面にトナーセンサ７を配置し、トナーセンサ検知面７ａを清掃するための清掃部材８が配置され、清掃部材８は、針金等の部材をトナーセンサ検知面７ａにある一定の圧力にて押し当てている。この清掃部材８の圧力は、サブトナー容器１内部のトナーに悪影響を与えない程度のものに設定する。清掃部材８は、攪拌部材６に設置されており、攪拌部材６はサブトナー容器１に軸支されている。攪拌部材６の回転軸６ａはサブトナー容器１の外部まで延長されており、その一部にセンサフラグ１０が固定されている。センサフラグ１０は回転軸６ａと一体構成とすることも可能である。図１（ｂ）に示すように、回転軸６ａ先端から見た場合、センサフラグ１０は、円形でなく、回転軸６ａの回転によって、体勢が変化するような、長めの形状とされる。

センサフラグ１０の位置を検知する位置センサ９を配置する。本実施例では、フォトセンサを用いる。位置センサ９をセンサフラグ１０が切った状態にて回転軸６ａを停止させることにより、回転軸６ａを常に同位置にて停止させることが可能となる。そして、回転軸６ａ停止時にトナーセンサ検知面７ａの領域外に清掃部材８が停止するように、清掃部材８とセンサフラグ１０の位相が合うように設計する。つまり、センサフラグ１０と位置センサ９は、清掃部材８をトナー検知面７ａの領域以外に停止させる停止手段となる。

図２に本実施例における、サブトナー容器１における、トナーセンサ７に対する清掃部材８、攪拌部材６及びその停止手段９、１０を示すものである。図２を用いて、本実施例に攪拌部材６、清掃部材８、及びその停止手段９、１０の動作について説明する。

攪拌部材６及び清掃部材８は、補給スクリュー４を駆動する搬送駆動手段５により駆動される。搬送駆動手段５は、補給スクリュー４も駆動しており、駆動手段５が１回転すると補給スクリュー４が１回転し、トナーを一定量搬送し、下流の現像容器１１に供給する。図２に示すように、搬送駆動手段５の突起とセンサフラグ１０の長穴とが噛合っており、搬送駆動手段５が１回転するとセンサフラグ１０が回転軸６ａを軸とした一定角度を往復回動するように設計されている。この運動に従って、清掃部材８も回転軸６ａを軸とした一定角度の往復回動を往復行い、トナーセンサ検知面７ａを清掃して、毎回同位置に停止するように駆動されている。尚、搬送駆動手段５の１回転を検知するのは、位置センサ９である。

このように、清掃部材８を一定角度の往復回動するものとした場合、清掃部材８が設けられるサブトナー容器１の壁面は、清掃部材８が３６０°回転するための面積を必要とせず、その角度分だけの面積があればいいので、容積の小さなサブトナー容器１にもトナーセンサ７と清掃部材８を配置可能となる。尚、必ずしも、清掃部材８の運動は回動とは限定されず、限られた範囲をトナーセンサ検知面７ａを同一面上に含む一平面上で往復するものであれば、平行移動としても良い。

本発明では位置センサ９はフォトセンサを用いており、光軸をセンサフラグ１０が遮蔽することにより一回転を検知している。勿論遮蔽していない位置で一回転を検知しても良い。

センサフラグ１０とフォトセンサの組合せを用いなくとも、駆動手段である駆動モーターを回転精度が良く起動時や停止時の時間的遅れが少ないステッピングモーター等を利用することにより、清掃部材８をトナーセンサ検知面７ａ外の同位置に毎回停止させることは可能である。

上記のように、清掃部材８を一定角度の往復回動させることにより、サブトナー容器１にもトナーセンサ７と清掃部材８を配置可能となったので、攪拌部材６と清掃部材８の搬送駆動手段５を補給スクリュー４の搬送駆動手段５と同一とできる。

又、補給スクリュー４を１回転きざみで回転させて、トナーを供給することにより現像容器へのトナー供給量の精度が向上することは知られている（例えば特許文献２参照。）。従って、この補給スクリュー４の回転動作に攪拌部材６の回動を同期させることにより、現像器１１へトナーを供給すると同時にサブトナー容器１内部を攪拌することができ、サブトナー容器１内部のかさ密度を安定させることができる。つまり、小容量サブトナー容器１によるトナー供給精度の向上とトナーセンサ７のトナー検知の信頼性向上を同時に達成することができる。

言い換えれば、清掃部材８を攪拌部材６と同期させて清掃させることにより、駆動源を新規に設けなくて良いメリットは勿論のこと、トナーを消費すると同時のタイミングにてトナーセンサ７を清掃することにより、サブトナー容器１内部のトナーが減少してきた場合にトナーの粉面が不安定になることによるトナー検知の誤検知を防止することができる。しかも、特許文献２におけるトナー供給精度向上のメリットを損なうことは無い。

以下、本実施例において、トナーの消費に伴ってサブトナー容器１のトナーが減少した場合に、サブトナー容器１へトナーを補充する動作について説明する。

ここでも、従来例同様に、攪拌部材６は、回動の動作をすることによってサブトナー容器１内でトナーが固まることを防止するためにトナーをほぐす作用を持っている。又、補給スクリュー４はサブトナー容器１内のトナーを現像容器１１と連通する孔１３へ向かって長手方向（紙面に平行な方向）へ搬送する作用とトナーをその孔１３から押し出して現像容器１１へ落下させる作用をなすために設けられている。

トナーセンサ７がトナー無しを検知した後、メイントナー容器２内部の攪拌翼１２を動作しても更にトナーの無い状態が続いた場合に、トナーがサブトナー容器１及びメイントナー容器２内の一部に固まっているのではなく、真に現像剤補給手段１０４全体にトナーが無くなったと判断する。尚、トナー有りを検知した後は、引き続きサブトナー容器１から補給スクリュー４を経由してトナー補給が行われる。メイントナー容器２内部の攪拌翼１２の構成は従来の実施例と同様である。

メイントナー容器２の攪拌翼１２を十分な時間回転させても、トナーセンサ７がトナー有りを検知しない時はサブトナー容器１へトナーが補充されない、つまり、メイントナー容器２にもトナーが無くなったと判断することができ、図示されていないオペレーションパネル等の表示手段を通じてトナー無しをユーザーへ知らしめる。

そして、検知回路（図示せず）にてトナー有無を検知するタイミングは、清掃部材８停止時のみとする。清掃部材８の停止位置は、位置センサ９により検知されるので、トナーセンサ検知面７ａ以外にできるので、清掃部材８停止時にはトナーセンサ検知面７ａには清掃部材８の押圧が掛からないため、トナーセンサ７がトナー無しを検知した場合には、そのままトナー無しを確定することが可能となる。従って、従来の実施例にあったような複雑な制御を用いることなく、短時間でトナー無しを確定することができる。

且つ、清掃部材８と補給スクリュー４の駆動を同一駆動手段５にて同時に駆動しているため、清掃工程と現像器３へのトナー供給工程を同時に行う事ができるため、画像形成装置におけるプリントジョブの中断やスペックダウンといった問題点を容易に回避することができる。

又、トナー無し検知後、清掃部材８を動作させてトナー無しを確認する制御を行う必要が無いため清掃部材８の動作回数が低減し、トナーセンサ検知面７ａへの悪影響の低減、清掃部材８の折れなどの不具合を低減することが可能となる。

尚、本実施例では、トナーセンサ７はピエゾセンサを用いたが、光学式センサを用いることも可能である。光学式センサによるトナー検知はサブトナー容器１外側に配置してあり、サブトナー容器１には、光学センサの導光部材となる窓が設けられおり、清掃部材８は窓を清掃するものである。光学式センサの窓の清掃には、ＰＥＴシートなどの柔軟性がある材料を用いるのが一般的である。

尚、本実施例では、位置センサ９を現像剤補給手段１０４本体に設置するものとしたが、プロセスカートリッジや現像剤カートリッジのような消耗品にトナーセンサ７を設置して、清掃部材８の位置検知をする位置センサ９は、画像形成装置本体に設置する方法も可能である。

そして、本実施例の現像剤補給手段１０４を備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置では、トナー有り無し検知精度が高いので、無駄に外部からのトナーボトル取り換え等の現像剤交換回数が少なくなり、メンテナンス性が向上した。又、トナー検知の短時間化によりプリントジョブの停止が少なくなった。

又、図１及び図３においては図を見やすくするために、感光ドラム１０１と現像容器１０の長手方向を紙面と垂直な方向に、サブトナー容器１と補給スクリュー４とメイントナー容器２の長手方向を紙面と平行な方向に描いているが、実際にはこれらの長手方向は同一の方向となっていることが一般的である。

以上、二成分磁気ブラシ現像用の現像器を被補給器とした構成を説明したが、現像方法としては、他にも一成分接触現像方式等さまざまな方法が実用化されている。

又、現像器の構成や、現像剤補給手段は必ずしも図１に示すような形状でなくとも良く、スクリュー類等のトナーの攪拌部材や搬送部材はトナーを搬送できれば、図１に示されるような形状でなくとも良い。

本発明に係る現像剤補給手段の一例及びその周囲を示す概略構成図である。 本発明に係る第二の貯蔵手段における、清掃部材の動作機構の一例を示す斜視図である。 従来の現像剤補給手段の一例及びその周囲を示す概略構成図である。 画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ サブトナー容器（第二の貯蔵手段）
１ａ サブトナー容器トナー供給口
２ メイントナー容器（第一の貯蔵手段）
３ トナー搬送パイプ
４ トナー補給スクリュー（現像剤搬送手段）
５ 搬送駆動手段
６ トナー攪拌部材
７ トナーセンサ（現像剤検知手段）
８ 清掃部材
９ 位置センサ（停止手段）
１０ センサフラグ（停止手段）
１１ 現像容器
１２ 攪拌翼
１３ 現像器トナー受取孔
１００ 画像形成装置
１０１ 感光ドラム（像担持体）
１０４ 現像剤補給手段
１０５ 現像器（被補給器）

Claims (6)

1. 現像剤を内部に貯蔵可能な第一の貯蔵手段と、
   該第一の貯蔵手段から現像剤の供給を受けることが可能な供給口が設けられた第二の貯蔵手段と、
   該第二の貯蔵手段から現像剤を被補給器に搬送することが可能な搬送スクリューと、
   該搬送スクリューを駆動する搬送駆動手段と、
   前記第二の貯蔵手段の内部の現像剤の有無を検知する現像剤検知手段と、
   該現像剤検知手段を清掃する清掃部材と、
   前記搬送スクリューの停止時に前記清掃部材の停止位置が前記現像剤検知手段の検知面以外の位置に停止させる停止手段と、
   を備え、現像剤を前記被補給器に補給する現像剤補給手段であって、
   該清掃部材は前記搬送スクリューと同一の駆動手段にて駆動されるとともに、前記搬送スクリューが１回転したときの前記清掃部材の停止位置が前記検知面以外の位置に停止するように前記搬送スクリューと前記清掃部材の回転動作が同期しており、前記搬送スクリューを１回転単位に回転させることで現像剤を補給することを特徴とする現像剤補給手段。
2. 前記第二の貯蔵手段において、更に内部に攪拌部材が備えられ、前記清掃部材は、前記攪拌部材と連動して清掃動作を行うことを特徴とする請求項１の現像剤補給手段。
3. 少なくとも前記第一の貯蔵手段が、前記現像剤カートリッジとして着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１又は２の現像剤補給手段。
4. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像剤補給手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 前記現像器は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容することを特徴とする請求項４の画像形成装置。
6. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像剤補給手段と、を有し、画像形成装置に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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