JP4430421B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を帯電ローラによって一様に、かつ、均一に帯電させ、露光装置によって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像ローラによって現像して顕像であるトナー像を形成し、該トナー像を転写ローラによって用紙に転写するようになっている。

続いて、用紙は定着装置に送られ、該定着装置において、前記トナー像が用紙に定着ささせられる。転写が行われた後の感光体ドラムには現像剤としてのトナーの一部が残留するが、残留したトナーはクリーニング装置によって除去される。

ところで、前記感光体ドラム、帯電ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ等は、ユニット化されてプロセスカートリッジが構成され、該プロセスカートリッジに前記トナーカートリッジが着脱自在に配設される。この場合、前記トナーは、トナーカートリッジからプロセスカートリッジに供給され、トナー供給ローラによって現像ローラに供給される。また、前記プロセスカートリッジ及びトナーカートリッジによって画像形成ユニットとしてのＩＤユニットが構成される（例えば、特許文献１参照。）。

次に、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図２は従来のＩＤユニットの断面図、図３は従来のトナーカートリッジの断面図である。

図に示されるように、１２はプロセスカートリッジ、１１は該プロセスカートリッジ１２に対して着脱自在に配設されたトナーカートリッジであり、該トナーカートリッジ１１及びプロセスカートリッジ１２によってＩＤユニット２０が構成される。前記トナーカートリッジ１１内にトナー１３が収容され、該トナー１３は、トナーカートリッジ１１内に回転自在に配設された攪拌（かくはん）装置としての搬送スパイラル１４によって攪拌されながら、供給口１５からＩＤユニット２０内に継続して搬送される。前記供給口１５はトナーカートリッジ１１の下端の長手方向における所定の部分に形成される。

前記プロセスカートリッジ１２は、感光体ドラム２１、帯電ローラ２４、現像ローラ２２、トナー供給ローラ２３、クリーニング装置２５等をユニット化することによって形成される。そして、プロセスカートリッジ１２外に、前記感光体ドラム２１と対向させて露光装置及び転写ローラが配設される。

前記構成のプリンタにおいて、感光体ドラム２１の表面を帯電ローラ２４によって一様に、かつ、均一に帯電させ、露光装置によって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像ローラ２２によって現像してトナー像を形成し、該トナー像を転写ローラによって図示されない用紙に転写するようになっている。前記トナー１３は、前記トナーカートリッジ１１からプロセスカートリッジ１２に供給され、トナー供給ローラ２３によって現像ローラ２２に供給され、該現像ローラ２２上において現像ブレード２６によって薄層化される。なお、プロセスカートリッジ１２内において、トナー１３は、攪拌部材２７によって更に攪拌される。

続いて、前記用紙は図示されない定着装置に送られ、該定着装置において、前記トナー像が用紙に定着させられる。転写が行われた後の感光体ドラム２１にはトナー１３の一部が残留するが、残留したトナー１３はクリーニング装置２５によって除去される。
特開２００２−７２６５７号公報

しかしながら、前記従来のプリンタにおいては、トナーカートリッジ１１内のトナー１３は、画像の形成に必要なトナー１３の量に関係なく供給され続けるので、プロセスカートリッジ１２内にはトナー１３が常に充満され、トナー１３が必要以上に収容された状態になってしまう。

すなわち、画像の形成において、例えば、トナー１３の使用量が最大になる印刷デューティが１００〔％〕で連続印刷を行った場合のトナー１３の使用量を１〔Ｗ〕としたとき、図３に示されるように、トナーカートリッジ１１をプロセスカートリッジ１２から取り外した状態において、供給口１５を介して供給されるトナー１３の量、すなわち、供給量は、２０〜５０〔Ｗ〕に設定されていて、プロセスカートリッジ１２に必要以上のトナー１３が供給されることが分かる。

特に、トナー１３の使用量が少ない印刷デューティで印刷を行った場合、プロセスカートリッジ１２内に過剰にトナー１３が収容されることになり、攪拌部材２７による攪拌に伴って、トナー１３が凝集したり、劣化したりしてしまう。その結果、画像品位が低下してしまう。

また、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３の密度が高いと、プロセスカートリッジ１２内に配設されたトナー流出防止用のシール部においてトナー１３によって加わる圧力が高くなり、シール性が低下し、トナー１３がプロセスカートリッジ１２から漏れ出してしまう。

本発明は、前記従来のプリンタの問題点を解決して、現像剤が凝集したり、劣化したりするのを防止することができ、シール部におけるシール性を向上させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の画像形成装置においては、所定の箇所に補給口が形成され、現像剤を収容し、像担持体、及び該像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体を備えた第１の筐体と、該第１の筐体に対して着脱自在に配設され、現像剤を収容し、現像剤を第１の筐体に供給するための供給口、及び該供給口を遮断するためのトナー遮断壁を備えた第２の筐体と、前記第１の筐体内において回転自在に配設され、前記補給口の壁によって包囲され、第２の筐体内から第１の筐体に供給される現像剤の量を制御するための現像剤供給部材と、前記第１の筐体内に配設され、現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記第１の筐体内に配設され、第１の筐体内の現像剤の量を検出する現像剤量検出装置と、前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ないかどうかを判定する現像剤判定処理手段と、前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ない場合に、前記現像剤供給部材によって第２の筐体内の現像剤を第１の筐体に供給する現像剤供給処理手段とを有する。

そして、前記現像剤供給部材は、現像剤を一時的に収容するために円周方向における少なくとも一箇所に形成された凹部を備える。
また、前記現像剤供給部材による現像剤の供給が開始されてから、第１の筐体内に所定の空間を残して現像剤の供給が停止させられるまでの、現像剤の供給量は、現像剤の使用量が最大になる画像形成条件における使用量を１〔Ｗ〕としたとき、２〔Ｗ〕以上、１０〔Ｗ〕以下にされる。

本発明によれば、画像形成装置においては、所定の箇所に補給口が形成され、現像剤を収容し、像担持体、及び該像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体を備えた第１の筐体と、該第１の筐体に対して着脱自在に配設され、現像剤を収容し、現像剤を第１の筐体に供給するための供給口、及び該供給口を遮断するためのトナー遮断壁を備えた第２の筐体と、前記第１の筐体内において回転自在に配設され、前記補給口の壁によって包囲され、第２の筐体内から第１の筐体に供給される現像剤の量を制御するための現像剤供給部材と、前記第１の筐体内に配設され、現像剤を攪拌する攪拌部材と、前記第１の筐体内に配設され、第１の筐体内の現像剤の量を検出する現像剤量検出装置と、前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ないかどうかを判定する現像剤判定処理手段と、前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ない場合に、前記現像剤供給部材によって第２の筐体内の現像剤を第１の筐体に供給する現像剤供給処理手段とを有する。

そして、前記現像剤供給部材は、現像剤を一時的に収容するために円周方向における少なくとも一箇所に形成された凹部を備える。
また、前記現像剤供給部材による現像剤の供給が開始されてから、第１の筐体内に所定の空間を残して現像剤の供給が停止させられるまでの、現像剤の供給量は、現像剤の使用量が最大になる画像形成条件における使用量を１〔Ｗ〕としたとき、２〔Ｗ〕以上、１０〔Ｗ〕以下にされる。

この場合、現像剤の供給量があらかじめ設定された範囲内に収められるので、高印刷デューティ時及び低印刷デューティ時のいずれにおいても、現像剤が凝集したり劣化したりするのを防止することができ、また、画像にかすれが発生するのを防止することができる。したがって、画像品位を向上させることができる。

また、第１の筐体内の現像剤の密度が高くなるのを抑制することができ、現像剤によってシール部に加わる圧力も制限されるので、シール性を向上させることができ、現像剤が第１の筐体から漏れ出すのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成ユニットとしてのＩＤユニットを備えた画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における印刷デューティが低いときのＩＤユニットの断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における印刷デューティが高いときのＩＤユニットの断面図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるＩＤユニットの概念図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるトナー流出防止用のシール部の斜視図である。

図に示されるように、１２は内部に第１の現像剤収容部としてのトナー収容室８２を備えた第１の筐体としてのプロセスカートリッジ、１１は該プロセスカートリッジ１２に対して着脱自在に配設され、内部に第２の現像剤収容部としてのトナー収容室８３を備えた第２の筐体としての現像剤カートリッジとしてのトナーカートリッジであり、該トナーカートリッジ１１及びプロセスカートリッジ１２によってＩＤユニット２０が構成される。前記トナーカートリッジ１１内に現像剤としてのトナー１３が収容され、該トナー１３は、トナーカートリッジ１１内に回転自在に配設され、現像剤搬送部材としての、かつ、攪拌装置としての搬送スパイラル１４によって矢印Ｆ方向に回転させられ、攪拌されながら、供給口１５からＩＤユニット２０内に継続して搬送される。なお、前記トナーカートリッジ１１の下端には、トナー遮断壁１１ａが開閉自在に配設され、該トナー遮断壁１１ａは、プロセスカートリッジ１２に装着される前は供給口１５を遮断し、トナー１３が落下するのを防止する。

前記プロセスカートリッジ１２は、矢印Ａ方向に回転させられる像担持体としての感光体ドラム２１、帯電部材としての帯電ローラ２４、矢印Ｂ方向に回転させられ、感光体ドラム２１にトナー１３を供給する現像剤担持体としての、かつ、現像部材としての現像ローラ２２、矢印Ｃ方向に回転させられる現像剤供給体としてのトナー供給ローラ２３、クリーニング装置２５等をユニット化することによって形成される。そして、プロセスカートリッジ１２外に、前記感光体ドラム２１と対向させて図示されない露光装置、及び転写部材としての図示されない転写ローラが配設される。

なお、前記現像ローラ２２、トナー供給ローラ２３等の両端には、トナー流出防止用のシール部３１が配設され、該シール部３１は、トナー収容室８２内のトナー１３が漏れ出すのを防止する。

前記構成のプリンタにおいて、感光体ドラム２１の表面を帯電ローラ２４によって一様に、かつ、均一に所定の表面電位に帯電させ、露光装置によって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像ローラ２２によって現像して顕像であるトナー像を形成し、該トナー像を転写ローラによって媒体としての図示されない用紙に転写するようになっている。前記トナー１３は、前記トナーカートリッジ１１からプロセスカートリッジ１２に供給され、トナー供給ローラ２３によって現像ローラ２２に供給され、該現像ローラ２２上において現像ブレード２６によって薄層化される。

続いて、前記用紙は図示されない定着装置に送られ、該定着装置において、前記トナー像が用紙に定着させられる。転写が行われた後の感光体ドラム２１にはトナー１３の一部が残留するが、残留したトナー１３はクリーニング装置２５によって除去される。

ところで、前記プロセスカートリッジ１２は、トナーカートリッジ１１を支持するための凹部から成る支持部８１を備え、該支持部８１の中央に、回転弁部材から成り、矢印Ｅ方向に回転させられ、トナーカートリッジ１１内のトナー１３をプロセスカートリッジ１２内に供給する現像剤供給部材２８が配設される。該現像剤供給部材２８は、プロセスカートリッジ１２内において、現像ローラ２２、トナー供給ローラ２３等の軸と平行に配設され、前記支持部８１によって回転自在に支持されたシャフトＳＨ１の中央部分に取り付けられ、前記シャフトＳＨ１の一端に取り付けられたギヤ３０が、駆動部としての供給モータ３７を駆動することによって発生させられた回転を受けることにより、画像の形成と連動させて回転させられ、トナーカートリッジ１１からプロセスカートリッジ１２に供給されるトナー１３の量を制御し、一定にする。

このときのトナー１３の供給量Ｔは、あらかじめ設定された下限値と上限値との範囲内に収められる。すなわち、トナー１３の供給量Ｔは、トナー１３の使用量が最大になる画像形成条件、本実施の形態においては、印刷デューティが１００〔％〕で連続印刷を行った場合、のトナー１３の使用量を１〔Ｗ〕としたとき、
２≦Ｔ≦１０〔Ｗ〕
に設定される。

ところで、印刷デューティが高い印刷、すなわち、高印刷デューティでは、トナー１３の使用量が多いので、図１に示されるように、プロセスカートリッジ１２内に現像剤供給部材２８の下に空気層１６が形成される。この場合、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３は矢印Ｄ方向に回転させられる攪拌部材２７によって空気と混ざるように攪拌されるので、トナー１３が凝集したり劣化したりするのを防止することができる。

また、現像剤供給部材２８を介して２〔Ｗ〕以上のトナー１３がプロセスカートリッジ１２に供給されるので、トナー１３の減少による画像のかすれが発生する心配はない。

これに対して、印刷デューティが低い印刷、すなわち、低印刷デューティでは、トナー１３の使用量が少ないので、従来、図４に示されるように空気層１６が形成されないことがあったが、本発明においては、現像剤供給部材２８によってトナー１３の供給量が１０〔Ｗ〕以下になるように制限されるので、プロセスカートリッジ１２に必要以上のトナー１３は供給されない。したがって、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３は、攪拌部材２７による攪拌に伴って、攪拌され、空気と混ぜられるので、トナー１３が凝集したり劣化したりする心配はない。

このように、トナー１３の供給量Ｔがあらかじめ設定された範囲内に収められるので、高印刷デューティ時及び低印刷デューティ時のいずれにおいても、トナー１３が凝集したり劣化したりするのを防止することができ、また、画像にかすれが発生するのを防止することができる。したがって、画像品位を向上させることができる。

また、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３の密度が高くなるのを抑制することができ、トナー１３によって前記シール部３１に加わる圧力も制限されるので、シール性を向上させることができ、トナー１３がプロセスカートリッジ１２から漏れ出すのを防止することができる。

表１は、印刷デューティ及びトナー１３の供給量Ｔを変化させたときの画像品位及びシール部３１のシール性の評価結果を示す。この場合、１〜１００〔％〕の印刷デューティにおいて、供給量Ｔを２０〜５０〔Ｗ〕としたとき、画像品位について、○は汚れの発生がないことを、△は画像に濃淡が発生したこと（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）を、×は白地部分に汚れが発生したことを示す。また、供給量Ｔを１〜１９〔Ｗ〕としたとき、画像品位について、○はかすれの発生がないことを、△はかすれの発生が５〔％〕以内であること（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）を、×はかすれの発生が５〔％〕より大きいことを示す。そして、シール性において、○はトナー１３の漏れがないことを、△は用紙の搬送領域外で多少のトナー１３の漏れがあるが、用紙に付着することはない（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）ことを、×は用紙の搬送領域内でトナー１３の漏れが発生していることを示す。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図７は本発明の第２の実施の形態におけるＩＤユニットの断面図、図８は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図、図９は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの動作を示すフローチャート、図１０は本発明の第２の実施の形態における現像剤量検出装置の第１の状態を示す図、図１１は本発明の第２の実施の形態における現像剤量検出装置の第２の状態を示す図である。

図において、３５は第１の筐体としてのプロセスカートリッジ１２内の現像剤としてのトナー１３を攪拌する攪拌部材であり、攪拌部材３５は、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３の量、すなわち、トナー量を検出するトナー量検出部材として機能する。前記攪拌部材３５は、攪拌モータ４２を駆動することによって回転させられ、軌跡によって形成される円形の攪拌トナー領域Ｒ１内のトナー量を検出する。そのために、攪拌部材３５は、最上点に達すると、自重で落下するが、このとき、攪拌トナー領域Ｒ１内に存在するトナー量によって、最下点に達する時間が変化する。そこで、プロセスカートリッジ１２外における攪拌部材３５の最下点と対向する位置にセンサ３６が配設され、センサ３６の検出信号が制御部４０に送られる。前記センサ３６は、攪拌部材３５が最下点に位置する間、オンになり、前記検出信号をハイレベル（Ｈ）にし、それ以外の部分に位置する間、オフになり、前記検出信号をローレベル（Ｌ）にする。なお、前記攪拌部材３５及びセンサ３６によって現像剤量検出装置が構成される。

前記制御部４０の図示されない現像剤判定処理手段は、現像剤判定処理を行い、前記検出信号を読み込み、攪拌部材３５が１回転する時間で表される周期ＴＡのうちの前記検出信号がハイレベルになる時間τを算出し、時間τが閾（しきい）値τｔｈ１より長い場合、プロセスカートリッジ１２内のトナー量が不十分であること、すなわち、トナーローを判定する。

この場合、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３のレベルが、図７に示されるような、攪拌部材３５の回転中心付近の位置Ｃ１になるときの時間τを前記閾値τｔｈ１として設定するのが好ましい。また、攪拌部材３５の回転数を３０〔ｒｐｍ〕以下に設定すると、トナーローを正確に判定することができる。これは、実験結果によって確認されている。

そして、前記現像剤判定処理手段がトナーローを判定すると、前記制御部４０の図示されない現像剤供給処理手段は、現像剤供給処理を行い、駆動部としての供給モータ３７を駆動して現像剤供給部材２８を回転させる。

これに伴って、第２の筐体としてのトナーカートリッジ１１内からプロセスカートリッジ１２内にトナー１３が供給される。このときのトナー１３の供給量Ｔは、あらかじめ設定された上限値である１０〔Ｗ〕以下、すなわち、
Ｔ≦１０〔Ｗ〕
の設定された量にされる。この場合、前記供給量Ｔは、供給モータ３７を駆動する時間、すなわち、現像剤供給部材２８の回転時間によって調整され、回転時間が経過すると、供給モータ３７は停止させられる。

したがって、プロセスカートリッジ１２内のトナー量は、トナーローが判定される位置Ｃ１と、位置Ｃ１において供給量Ｔを加えたときのトナー１３のレベルが表す位置Ｃ２との間になるように制御される。

このように、本実施の形態においては、プロセスカートリッジ１２内のトナー１３のレベルは常に位置Ｃ１、Ｃ２間に保たれるので、画像を形成するために必要なトナー１３を補うことができ、画像にかすれが発生しない。また、トナーカートリッジ１１内からトナー１３が供給されてプロセスカートリッジ１２内のトナー量が多くなったときに、攪拌部材３５によってトナー１３が攪拌されるので、トナー１３が凝集したり劣化したりすることがなく、しかも、シール部３１に加わる圧力によってトナー１３がプロセスカートリッジ１２から漏れ出すことがない。

表２は、印刷デューティ及びトナー１３の供給量Ｔを変化させて、トナー１３のレベルを位置Ｃ１、Ｃ２間に置いたときの画像品位及びシール部３１のシール性の評価結果を示す。この場合、１〜１００〔％〕の印刷デューティにおいて、供給量Ｔを２０〜５０〔Ｗ〕としたとき、画像品位について、○は汚れの発生がないことを、△は画像に濃淡が発生したこと（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）を、×は白地部分に汚れが発生したことを示す。また、供給量Ｔを１〜１９〔Ｗ〕としたとき、画像品位について、○はかすれの発生がないことを、△はかすれの発生が５〔％〕以内であること（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）を、×はかすれの発生が５〔％〕より大きいことを示す。そして、シール性において、○はトナー１３の漏れがないことを、△は用紙の搬送領域外で多少のトナー１３の漏れがあるが、用紙に付着することはない（通常印刷される文字等の印刷においては問題はない）ことを、×は用紙の搬送領域内でトナー１３の漏れが発生していることを示す。

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ トナーローを判定するのを待機し、トナーローを判定した場合はステップＳ２に進む。
ステップＳ２ 供給モータ３７を駆動する。
ステップＳ３ 設定された量のトナー１３を供給する。
ステップＳ４ 供給モータ３７を停止し、処理を終了する。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１２は本発明の第３の実施の形態におけるＩＤユニットの横断面図、図１３は本発明の第３の実施の形態におけるＩＤユニットの縦断面図、図１４は本発明の第３の実施の形態における現像剤量検出装置を示す図、図１５は本発明の第３の実施の形態における攪拌部材及び回転伝達部を示す断面図、図１６は本発明の第３の実施の形態における噛合クラッチを示す斜視図、図１７は本発明の第３の実施の形態におけるトナー量が多いときの攪拌部材の状態を示す図、図１８は本発明の第３の実施の形態におけるトナー量が少ないときの攪拌部材の状態を示す図、図１９は本発明の第３の実施の形態におけるセンサの検出信号を示す図である。なお、図１７の（ａ）は攪拌部材２７の第１の状態を、（ｂ）は攪拌部材２７の第２の状態を、（ｃ）は攪拌部材２７の第３の状態を、（ｄ）は攪拌部材２７の第４の状態を示し、また、図１８の（ａ）は攪拌部材２７の第１の状態を、（ｂ）は攪拌部材２７の第２の状態を、（ｃ）は攪拌部材２７の第３の状態を、（ｄ）は攪拌部材２７の第４の状態を示す。

この場合、第１の筐体としてのプロセスカートリッジ１２は、第２の筐体としてのトナーカートリッジ１１を支持するための凹部から成る支持部８１を備え、該支持部８１の長手方向における中央に補給口５１が形成され、該補給口５１内に、回転弁部材から成り、矢印Ｅ方向に回転させられる現像剤供給部材５２が配設される。該現像剤供給部材５２は、前記支持部８１によって回転自在に支持されたシャフトＳＨ１の中央部分に取り付けられる。

前記現像剤供給部材５２は、円筒形の形状を有し、円周方向における少なくとも一箇所に、所定の量のトナー１３を収容する凹部から成る受け５３が形成される。

また、１２ａは供給された現像剤としてのトナー１３を収容するトナー収容室としてのトナーホッパであり、該トナーホッパ１２ａ内に攪拌部材２７が回転自在に配設される。

該攪拌部材２７は、両端の近傍に所定の距離にわたって形成された第１、第２のシャフトｓｈ１、ｓｈ２、各第１、第２のシャフトｓｈ１、ｓｈ２間に偏心させて形成された棒状の第１のクランク部２７ｃ、各第１、第２のシャフトｓｈ１、ｓｈ２と第１のクランク部２７ｃとを連結し、径方向に延びる２本のアーム２７ｇ、２７ｈ、及び前記第１のシャフトｓｈ１の外側の端部に形成され、前記アーム２７ｇ、２７ｈに対して１８０〔°〕隔てて径方向に延びる第２のクランク部２７ｄを備える。

そして、前記攪拌部材２７の一端側において、前記第２のクランク部２７ｄの径方向外側端に、反射部材としての反射板８５が配設される。また、プロセスカートリッジ１２の外部には、反射式のセンサ６５がプリンタの内部壁６６に取り付けて配設される。なお、前記攪拌部材２７、反射板８５及びセンサ６５によって現像剤量検出装置が構成される。

また、前記攪拌部材２７を回転させるために、攪拌部材２７の他端側に回転伝達ユニット８６が配設される。該回転伝達ユニット８６は、ボス８７及びギヤ８８を備え、前記ボス８７によって第２のシャフトｓｈ２が回転自在に支持されるとともに、ボス８７における内側端から内方（中央側）向けて突出させて、アーム２７ｈと係合自在に突起８９が形成される。そして、現像剤担持体としての、かつ、現像部材としての現像ローラ２２のギヤ８８側の端部にギヤ２２ａが形成され、該ギヤ２２ａと前記ギヤ８８とが噛（し）合させられ、現像ローラ２２と攪拌部材２７とが同期させられて回転させられる。

また、前記シャフトＳＨ１の一端にギヤ５２ｃが、現像剤搬送部材としての、かつ、攪拌装置としての搬送スパイラル１４の一端にギヤ１４ａが形成され、該ギヤ１４ａとギヤ５２ｃとが噛合させられ、現像剤供給部材５２と搬送スパイラル１４とが同期させられて回転させられる。なお、前記ギヤ１４ａ、５２ｃによって回転伝達部材が構成される。

また、前記シャフトＳＨ１の他端に、係脱部材としての噛合クラッチＣＬが係脱自在に配設される。該噛合クラッチＣＬは、前記シャフトＳＨ１の他端の所定の領域にわたって形成された取付部５２ｆに取り付けられた第１の要素としての被駆動部材６１、前記シャフトＳＨ１に対して回転自在に、かつ、前記被駆動部材６１に対して進退自在に配設された第２の要素としての駆動部材６２、該駆動部材６２と隣接させて、かつ、プロセスカートリッジ１２より外方に突出させて配設された突起部６３、及び被駆動部材６１と駆動部材６２との間に配設され、駆動部材６２を被駆動部材６１から離す方向に付勢する付勢部材としてのスプリング６７を備える。前記被駆動部材６１は、前記取付部５２ｆに形成された係止面ｓ１と係止させられて取付部５２ｆに取り付けられる。このように、前記噛合クラッチＣＬは、供給モータ３７を駆動することによって発生させられた回転を選択的に前記現像剤供給部材２８に伝達する。

そして、被駆動部材６１における駆動部材６２と対向する側に係止歯６１ａが形成されるとともに、駆動部材６２における被駆動部材６１と対向する側に係止歯６２ａが、該係止歯６２ａより外側にギヤ６２ｂが形成され、被駆動部材６１と駆動部材６２とを係合させた状態で、ギヤ６２ｂを介して伝達された回転がシャフトＳＨ１に伝達される。

次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。

まず、制御部４０（図８）の図示されない印字処理手段は、印字処理を行い、印字の指令を出し、トナー供給用の駆動部としての図示されないトナー供給用モータを駆動し、現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ２３を矢印Ｃ方向に回転させ、現像ローラ２２にトナー１３を供給する。前記印字処理手段は、現像用の駆動部としての図示されない現像用モータを駆動し、現像ローラ２２を矢印Ｂ方向に回転させ、像担持体としての感光体ドラム２１の表面にトナー１３を付着させる。なお、このとき、現像ローラ２２上のトナー１３は、現像ブレード２６によって薄層化され、帯電させられる。

その後、露光装置としての印字ヘッド５４が感光体ドラム２１を露光し、露光された部分の電位を０〔Ｖ〕付近まで低くし、静電潜像を形成する。そして、前記感光体ドラム２１が矢印Ａ方向に回転するのに伴って、現像ローラ２２と接触し、トナー１３が感光体ドラム２１に移動し、トナー像を形成する。

ここで、前記現像剤量検出装置の動作について説明する。

トナー量が十分に多い場合、攪拌部材２７の第１クランク部２７ｃは、一定の速度で回転する突起８９に押されて、タイミングｔ１で最上部に達すると、攪拌部材２７は自重で回転し、図１７の（ａ）に示される位置でトナー１３に当たり、止まる。その後、突起８９が第１クランク部２７ｃに到達するまでは、図１７の（ｂ）に示されるように、攪拌部材２７は回転することなく停止させられる。このとき、第２クランク部２７ｄはセンサ６５の検出領域（攪拌部材２７の一端を引き寄せる領域）Ｒ２には達していないので、開閉窓は閉じた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射され、ローレベルになる。

そして、前記突起８９が第１クランク部２７ｃに到達すると、ボス８７の回転に伴って攪拌部材２７が回転させられる。

その後、図１７の（ｃ）に示されるように、第２クランク部２７ｄが検出領域Ｒ２に到達すると、攪拌部材２７の一端が吸引され、開閉窓は開いた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射されず、ハイレベルになる。

そして、突起８９に押されて第１クランク部２７ｃが回転し、図１７の（ｄ）に示されるように、第２クランク部２７ｄが前記検出領域Ｒ２から出ると、攪拌部材２７の一端が解放され、開閉窓は閉じた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射され、ローレベルになる。

その後、第１クランク部２７ｃは、タイミングｔ２で最上部に達するまで、一定の速度で回転する突起８９に押される。

このように、トナー量が十分に多い場合、図１７の（ｃ）に示される状態から図１７の（ｄ）に示される状態までの間、第１クランク部２７ｃが突起８９に押されて回転し、第２クランク部２７ｄは検出領域Ｒ２に置かれるので、検出信号がハイレベルになる期間は、突起８９の回転速度によって決まり、ローレベルになる期間より短くなる。

これに対して、トナー量が少ない場合、攪拌部材２７の第１クランク部２７ｃは、一定の速度で回転する突起８９に押されて、タイミングｔ１で最上部に達すると、攪拌部材２７は自重で回転し、図１８の（ａ）に示される位置でトナー１３に当たり、止まる。このとき、第２クランク部２７ｄが検出領域Ｒ２に到達するので、攪拌部材２７の一端が吸引され、開閉窓は開いた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射されず、ハイレベルになる。

その後、突起８９が第１クランク部２７ｃに到達するまでは、図１８の（ｂ）に示されるように、攪拌部材２７は回転することなく停止させられる。

そして、前記突起８９が第１クランク部２７ｃに到達すると、ボス８７の回転に伴って攪拌部材２７が回転させられる。

その後、図１８の（ｃ）に示されるように、第２クランク部２７ｄが検出領域Ｒ２から出ると、攪拌部材２７の一端が解放され、開閉窓は閉じた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射され、ローレベルになる。

続いて、図１８の（ｄ）に示されるように、第１クランク部２７ｃは突起８９に押されて最上部に送られる。その間、攪拌部材２７の一端が解放され、開閉窓は閉じた状態になり、センサ６５のセンサ出力は、反射され、ローレベルになる。

その後、第１クランク部２７ｃは、タイミングｔ２で最上部に達するまで、一定の速度で回転するボス８７の突起８９に押される。

このように、トナー量が十分に多い場合、図１８の（ａ）に示される状態から図１８の（ｃ）に示される状態までの間、第２クランク部２７ｄは検出領域Ｒ２に置かれるので、検出信号がハイレベルになる期間は、ローレベルになる期間より長くなる。

そして、制御部４０の前記現像剤判定処理手段は、現像剤判定処理を行い、前記検出信号を読み込み、ハイレベル又はローレベルの時間をタイマ等によって測定し、前記時間によってトナーローを判定する。

このようにしてトナーローが判定されると、制御部４０の前記現像剤供給処理手段は、プリンタ本体側から突起部６３に変位Ｇを与え、噛合クラッチＣＬを係合させる。それに伴って、現像用モータの回転が、ギヤ２２ａ、８８、６２ｂ及び噛合クラッチＣＬを介してシャフトＳＨ１に伝達され、現像ローラ２２を矢印Ｂ方向に、攪拌部材２７を矢印Ｄ方向に、現像剤供給部材５２を矢印Ｅ方向に回転させる。その結果、トナーカートリッジ１１内のトナー１３をプロセスカートリッジ１２内に供給することができる。

このとき、ギヤ５２ｃ、１４ａが噛合させられているので、現像剤供給部材５２及び搬送スパイラル１４は同期させて回転させられ、トナーカートリッジ１１内のトナー１３は矢印Ｈ、Ｉ方向に移動し、供給口１５に供給される。したがって、供給口１５の付近でトナー１３が不足することはない。その結果、現像剤供給部材５２は、トナーカートリッジ１１内のトナー１３の残量にかかわらず、１回転当たり１００〔ｍｇ〕以上のトナー１３を補給することができる。

そして、変位Ｇが解除されると、スプリング６７による付勢力によって被駆動部材６１と駆動部材６２とが離され、噛合クラッチＣＬが解放される。その結果、現像剤供給部材５２の回転が停止させられ、トナーカートリッジ１１内からプロセスカートリッジ１２内へのトナー１３の供給が停止させられる。

表３はトナーローが判定されたときに、現像剤供給部材５２が１回転する分のトナー１３をトナーカートリッジ１１内からプロセスカートリッジ１２内に供給した場合において、トナー１３の供給量Ｔ、印刷デューティ、及び連続印刷の枚数を変化させたとに、画像にかすれが発生したかどうかの評価結果を示す。

表３から分かるように、現像剤供給部材５２によって１００〔ｍｇ〕以上のトナー１３を供給した場合、１回転の供給で、任意の印刷デューティで印刷を行っても、画像にかすれは発生せず、画像品位を向上させることができる。すなわち、印刷デューティが５〔％〕の通常印刷で、約６０枚分のＡ４判の用紙に対して印刷を行うことができ、印刷デューティが１００〔％〕で約３枚分以上のＡ４判の用紙に対して印刷を行うことができる。したがって、印刷デューティが１００〔％〕でＡ４判の用紙に対して印刷を行う場合、１枚の印刷を行うたびに１／３回転以上現像剤供給部材５２を回転させると、トナー１３を十分に供給することができる。

この場合、現像剤供給部材５２の回転に伴って、搬送スパイラル１４が回転させられるようになっているので、現像剤供給部材５２が停止している間は、搬送スパイラル１４も停止していることになる。したがって、トナーカートリッジ１１内のトナー１３が常時搬送スパイラル１４によって攪拌されることがなくなるので、トナー１３の損傷を少なくすることができる。

また、現像剤供給部材５２がプロセスカートリッジ１２内に配設されるので、噛合クラッチＣＬの被駆動部材６１及び駆動部材６２を設置する位置を固定することができる。したがって、噛合クラッチＣＬの係脱を安定させることができる。また、現像剤供給部材５２は交換部品であり、現像剤供給部材５２を構成する部品点数を少なくし、現像剤供給部材５２のコストを低くすることが望まれる。本実施の形態においては、現像剤供給部材５２を噛合クラッチＣＬに対して分離させることができるので、ＩＤユニット２０のコストを低くすることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図２０は本発明の第４の実施の形態における現像剤供給部材の斜視図、図２１は本発明の第４の実施の形態におけるＩＤユニットの要部を示す断面図、図２２は本発明の第４の実施の形態における他の現像剤供給部材の断面図である。

図に示されるように、支持部８１の長手方向における中央に補給口５１が形成され、該補給口５１内に回転弁部材から成る現像剤供給部材７２が配設される。該現像剤供給部材７２は、前記支持部８１によって回転自在に支持されたシャフトＳＨ１の中央部分に取り付けられ、所定の間隔をおいて形成されたフランジ７２ｃ、及び各フランジ７２ｃ間に延在させて、かつ、円周方向において９０〔°〕の等ピッチ角で形成された４個の帯状の羽根７２ａを備える。

また、前記補給口５１は、現像剤供給部材７２に沿って、かつ、現像剤供給部材７２を包囲する壁５１ａ、５１ｂが下方に向けて突出させて形成される。該壁５１ａ、５１ｂは、軸方向に、かつ、互いに平行に延在させて形成される。

前記現像剤供給部材７２を回転させ、現像剤としてのトナー１３（図１２）を供給する状態、すなわち、現像剤供給状態に置くと、第２の筐体としてのトナーカートリッジ１１内のトナー１３が、各羽根７２ａ間の収容空間７２ｄに進入し、現像剤供給部材７２の回転に伴って最上部から最下部に移動し、第１の筐体としてのプロセスカートリッジ１２に供給される。そして、現像剤供給部材７２を停止させ、トナー１３の供給を停止させる状態、すなわち、現像剤供給停止状態に置くと、トナー１３のプロセスカートリッジ１２への供給が停止させられる。

ところで、現像剤供給部材７２の回転を停止させたとき、二つの羽根７２ａが水平に置かれると、羽根７２ａと壁５１ａ、５１ｂとの間の距離は最も短くなり、図２１に示されるように、二つの羽根７２ａが４５〔°〕の角度で傾斜させられると、羽根７２ａと壁５１ａ、５１ｂとの間の距離は最も長くなる。そこで、現像剤供給部材７２を停止させたときの前記距離の最大値を、現像剤供給部材７２と補給口５１との隙（すき）間ΔＧとしたとき、隙間ΔＧが２〔ｍｍ〕以下になるように設定される。すなわち、現像剤供給部材７２と補給口５１との隙間ΔＧが最大で２〔ｍｍ〕以下になるように設定される。

表４は、前記隙間ΔＧを変更したときの、前記現像剤供給停止状態においてトナー１３がプロセスカートリッジ１２に落下する量、すなわち、トナー落下量、及び現像剤供給部材７２の遮断性（有効又は無効）を示す。

なお、このときの、落下条件は以下のとおりである。

トナーカートリッジ１１内のトナー量：５００〔ｇ〕
補給口５１の長手方向の長さ：約７０〔ｍｍ〕
プロセスカートリッジ１２に加える振動：１００回
表４から、実際の印刷状態より過酷な落下条件においても、隙間ΔＧを２〔ｍｍ〕以下にすると、遮断性が有効になることが分かる。

このように、本実施の形態においては、現像剤供給停止状態において現像剤供給部材７２の遮断性を向上させることができるので、プロセスカートリッジ１２内にトナー１３が過剰に供給されるのを防止することができ、シール部３１（図６）に加わる圧力によってトナー１３がプロセスカートリッジ１２から漏れ出すことがない。

また、図２２に示されるように、現像剤供給部材７２に沿って、かつ、現像剤供給部材７２を包囲するように補給口５１を形成することができる。すなわち、補給口５１において、現像剤供給部材７２の外周縁に沿って湾曲する壁１５１ａ、１５１ｂが下方に向けて突出させて形成される。この場合、隙間ΔＧを小さくするのが容易になる。

次に、本実施の形態における現像剤供給部材７２の比較例について説明する。

図２３は本発明の第４の実施の形態におけるタイプ１の現像剤供給部材の断面図、図２４は本発明の第４の実施の形態におけるタイプ２の現像剤供給部材の断面図、図２５は本発明の第４の実施の形態におけるタイプ３の現像剤供給部材の断面図、図２６は本発明の第４の実施の形態におけるタイプ４の現像剤供給部材の断面図、図２７は本発明の第４の実施の形態におけるタイプ５の現像剤供給部材の断面図である。

この場合、タイプ１〜５の現像剤供給部材７２は、いずれも円筒形の形状を有し、現像剤供給部材７２を回転させたときに、各羽根７２ａの先端によって形成される軌跡の直径が１５〔ｍｍ〕以下にされ、各羽根７２ａ間に凹部によって形成される溝Ａ１〜Ａ２４が形成される。なお、図２３において、現像剤供給部材７２は、図２０〜２２に示されたものと同じであり、図２４において、現像剤供給部材７２には、１ピッチ角置きに中心部の径を大きくすることによって凸面部１７１が形成される。

また、図２５においては、現像剤供給部材７２には、全体にわたって中心部の径を大きくすることによって凸面部１７２が形成される。そして、図２６においては、現像剤供給部材７２の各羽根７２ａが図２３のものより太くされ、図２７においては、現像剤供給部材７２の各羽根７２ａの数が多くされる。

表５は、各タイプ１〜５の容積率ρとトナー１３の補給性能の関係を表す。なお、前記容積率ρは、次の式のように、現像剤供給部材７２におけるシャフトＳＨ１に対して直角の方向における全体の面積をＱ１とし、トナー１３を収容することができる各溝Ａ１〜Ａ２４の合計の面積、すなわち、トナー１３の供給に寄与する部分の面積をＱ２としたときの百分率で表される。全体の面積に対するトナー１３の供給に寄与する部分の面積の割合を示す容積率ρは、
ρ＝（Ｑ２／Ｑ１）×１００
となる。

表５から、２０〔℃〕の温度及び５０〔％〕の湿度から成る常温常湿の環境、すなわち、常温常湿環境下において、１回転当たり１００〔ｍｇ〕のトナー１３をプロセスカートリッジ１２に供給した場合、プロセスカートリッジ１２へのトナー１３の補給性能は、タイプ１〜３において有効であり、タイプ４及び５では無効であることが分かる。また、高温高湿の環境、すなわち、高温高湿環境下において、１回転当たり１００〔ｍｇ〕のトナー１３をプロセスカートリッジ１２に供給した場合、プロセスカートリッジ１２へのトナー１３の補給性能は、タイプ１及び２において有効であり、タイプ３〜５では無効であることが分かる。このことから、容積率ρを７０〔％〕以上にすると、トナー１３をプロセスカートリッジ１２に安定して供給することができる。

次に、タイプ２の現像剤供給部材７２について説明する。

図２８は本発明の第４の実施の形態における現像剤供給部材の斜視図、図２９は本発明の第４の実施の形態におけるＩＤユニットの要部を示す断面図である。

前述されたように、現像剤供給部材７２には、１ピッチ角置きに中心部の径を大きくすることによって凸面部１７１が形成される。その結果、四半円の形状を有する二つの収容空間ｒ１、及び各収容空間ｒ１に隣接させて、扇形の形状を有する二つの収容空間ｒ２が形成される。

この場合、１ピッチ角置きに凸面部１７１が形成されるので、現像剤供給部材７２の機械的な強度を大きくすることができる。したがって、トナー１３をプロセスカートリッジ１２に供給する際に、現像剤供給部材７２がトナー１３による負荷を受けて変形するのを抑制することができ、破損しにくくすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における印刷デューティが低いときのＩＤユニットの断面図である。 従来のＩＤユニットの断面図である。 従来のトナーカートリッジの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における印刷デューティが高いときのＩＤユニットの断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＩＤユニットの概念図である。 本発明の第１の実施の形態におけるトナー流出防止用のシール部の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＩＤユニットの断面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における現像剤量検出装置の第１の状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における現像剤量検出装置の第２の状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるＩＤユニットの横断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるＩＤユニットの縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態における現像剤量検出装置を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における攪拌部材及び回転伝達部を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態における噛合クラッチを示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態におけるトナー量が多いときの攪拌部材の状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるトナー量が少ないときの攪拌部材の状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるセンサの検出信号を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における現像剤供給部材の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＩＤユニットの要部を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態における他の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるタイプ１の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるタイプ２の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるタイプ３の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるタイプ４の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるタイプ５の現像剤供給部材の断面図である。 本発明の第４の実施の形態における現像剤供給部材の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＩＤユニットの要部を示す断面図である。

符号の説明

１１ トナーカートリッジ
１２ プロセスカートリッジ
１３ トナー
１４ 搬送スパイラル
１４ａ、５２ｃ ギヤ
２１ 感光体ドラム
２２ 現像ローラ
２７ 攪拌部材
２８、５２、７２ 現像剤供給部材
３５ 攪拌部材
３６、６５ センサ
３７ 供給モータ
５１ 補給口
５１ａ、５１ｂ、１５１ａ、１５１ｂ 壁
７２ａ 羽根
８５ 反射板
Ａ１〜Ａ２４ 溝
ＣＬ 噛合クラッチ

Claims (7)

1. （ａ）所定の箇所に補給口が形成され、現像剤を収容し、像担持体、及び該像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体を備えた第１の筐体と、
   （ｂ）該第１の筐体に対して着脱自在に配設され、現像剤を収容し、現像剤を第１の筐体に供給するための供給口、及び該供給口を遮断するためのトナー遮断壁を備えた第２の筐体と、
   （ｃ）前記第１の筐体内において回転自在に配設され、前記補給口の壁によって包囲され、第２の筐体内から第１の筐体に供給される現像剤の量を制御するための現像剤供給部材と、
   （ｄ）前記第１の筐体内に配設され、現像剤を攪拌する攪拌部材と、
   （ｅ）前記第１の筐体内に配設され、第１の筐体内の現像剤の量を検出する現像剤量検出装置と、
   （ｆ）前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ないかどうかを判定する現像剤判定処理手段と、
   （ｇ）前記第１の筐体内の現像剤の量が所定の値より少ない場合に、前記現像剤供給部材によって第２の筐体内の現像剤を第１の筐体に供給する現像剤供給処理手段とを有するとともに、
   （ｈ）前記現像剤供給部材は、現像剤を一時的に収容するために円周方向における少なくとも一箇所に形成された凹部を備え、
   （ｉ）前記現像剤供給部材による現像剤の供給が開始されてから、第１の筐体内に所定の空間を残して現像剤の供給が停止させられるまでの、現像剤の供給量は、現像剤の使用量が最大になる画像形成条件における使用量を１〔Ｗ〕としたとき、２〔Ｗ〕以上、１０〔Ｗ〕以下にされることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像剤供給部材は、円周方向における複数箇所に等ピッチ角度で形成された羽根を備える請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤供給部材における回転軸に対して垂直な断面において、全体の面積に対する現像剤の供給に寄与する部分の面積の割合を示す容積率が７０〔％〕以上にされる請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤供給部材と前記補給口の壁との隙間は最大で２〔ｍｍ〕以下にされる請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤供給部材において、前記各羽根間の溝のうち少なくとも一つの溝の形状が、他の溝の形状と異なる請求項２に記載の画像形成装置。
6. （ａ）前記現像剤担持体を回転させるための駆動部と、
   （ｂ）該駆動部を駆動することによって発生させられた回転を選択的に前記現像剤供給部材に伝達する係脱部材とを有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. （ａ）前記第１の筐体内において回転自在に配設され、第１の筐体内の現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、
   （ｂ）前記現像剤供給部材の回転を前記現像剤搬送部材に伝達する回転伝達部材とを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images