JP4587898B2 - 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係り、より詳細には、現像槽内の現像剤をほぐし部材によってより均一にほぐすことにより、現像剤の残量検知の精度向上を図った現像装置に関する。

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」ともいう。）５００の内部に堆積されている現像剤（以下「トナー」ともいう。）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５０１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５０２、及び外力により回転軸５０２を回転させるギア５０３を備えている。

また、トナー攪拌部材５０１の他端には、フォトセンサ５０４の間を通過するスリット板５０５が設けられている。このスリット板５０５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５０４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５０５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５０４の光検知部は、スリット板５０５のスリットがフォトセンサ５０４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５００では、コの字型のトナー攪拌部材５０１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５０１のトナー（トナー溜まり）にトナー攪拌部材５０１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５０１とともに回転しているスリット板５０５が、フォトセンサ５０４を通過する速度も遅くなる。このため、フォトセンサ５０４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５０１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５０５がフォトセンサ５０４を通過する速度も同様に早くなり、フォトセンサ５０４の光検出周期が短くなる。

また、トナー攪拌部材５０１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５００では、フォトセンサ５０４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５００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５００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５０１によってトナー槽５００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５００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５００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部材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、トナーを補給する補給路に配置されたトナーのほぐし部材を有する現像装置であって、前記ほぐし部材は、回転中心に対して偏心して配置された偏心シャフトと、この偏心シャフトを回転駆動するための駆動伝達部材と、前記偏心シャフトに挿入係止されており、前記偏心シャフトの外径よりも大きな内径を有する第１のコイルスプリングと、前記偏心シャフトの一端部に形成され、現像槽の内壁面に形成された傾斜カム面に当接する突起部と、前記突起部を前記傾斜カム面に押し付けるように付勢する付勢部材（例えば、コイルスプリング等）とを備えており、前記偏心シャフトの回転駆動により当該偏心シャフトが前記傾斜カム面に沿って軸心方向に往復移動することを特徴とする。本発明の現像装置によれば、偏心シャフトの偏心回転による第１のコイルスプリングの偏心回転と、軸心方向への往復運動とにより、トナーを効果的にほぐすことができる。

ここで、前記偏心シャフトの往復移動距離は、前記第１のコイルスプリングの巻きピッチより大きくなるように設定することが好ましい。これにより、第１のコイルスプリングを軸心方向に隣接する２本のスプリング線材について見た場合、それぞれのスプリング線材が相手側のスプリング線材の移動領域まで侵入して往復移動することになるため、ほぐし残しが発生することがない。これにより、トナーをより確実にほぐすことができる。

また、本発明では、第１のコイルスプリングは、スラスト方向（ステンレスシャフトの軸心に沿う方向）に移動可能なクリアランスを有して偏心シャフトに挿入されている。ただし、前記偏心シャフトに対するスラスト方向への移動距離は規制されている。このように、スラスト方向への移動距離を規制することで、偏心シャフトが傾斜カム面に沿って軸心方向に往復移動することに伴う第１のコイルスプリングの移動動作が相殺されてしまうことを防止している。また、このようにクリアランスを有して偏心シャフトに挿入することで、トナーの負荷などにより第１の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。この場合、分割コイルスプリングは、それぞれ両端部をピッチ間隔の狭い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、隣接する分割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、分割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。

また、前記第１のコイルスプリングは、前記偏心シャフトの外径と当該第１のコイルスプリングの内径との差の分だけ前記偏心シャフトに対してラジアル方向（偏心シャフトの軸心に直交する半径方向）に移動可能に設けられている。このように、遊びのある第１のコイルスプリングを用いて撹拌搬送する方式では、第１のコイルスプリングがラジアル方向にも移動可能であるので、このラジアル方向の移動と上記スラスト方向の移動とによる第１のコイルスプリングの複雑な振動動作によって、トナーはより確実にほぐされるため、トナーのパッキング、固化といった弊害が確実に防止でき、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、偏心シャフトが無いと、第１の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、上記構造によれば偏心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、第１のコイルスプリングは巻方向が異なる分離された２つの分割コイルスプリングで構成されている。例えば、偏心シャフトの中央部分で、右巻きと左巻きの２つの分割コイルスプリングに分離している。また、前記２つの分割コイルスプリングの対向する端部同士は一定のクリアランスを有している。このような逆巻きの２つの分割コイルスプリングによって、現像槽内のトナー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、分割コイルスプリングは、その外方側の一端部が偏心シャフトの軸心に対して垂直方向外側に突出形成されているとともに、その突出先端部が重り部材に設けられた係合片に形成された長穴に挿通されており、この長穴によって規制された所定角度だけ回動可能に設けられている。分割コイルスプリングが回転自由であった場合には、トナーの抗力により、分割コイルスプリングが回転してしまい、スラスト方向のトナーの搬送動作が不安定となるが、回動角度を規制することにより、トナーの抗力に影響されることなく、安定したスラスト方向のトナーの搬送動作が可能となる。

また、本発明では、分割コイルスプリングは、ステンレスシャフトの回転に伴い、現像槽の内壁面に接触するように設けてもよい。このように、分割コイルスプリングが内壁面に接触してラジアル方向に強制移動させられることにより、トナーの一層のほぐし効果が得られる。

また、本発明の現像装置によれば、偏心シャフトは、回転中心に対して偏心して配置されている。ここで、偏心した配置は、回転軸に対して偏心して配置固定されたクランク状の偏心シャフトにより実現されており、この偏心シャフトに、第１のコイルスプリングが回動可能かつその回動角度が所定角度に規制された状態で挿入されている。つまり、偏心シャフトは、回転軸の回転中心に対して偏心している。

また、駆動伝達部材は、外力により偏心シャフト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。つまり、偏心シャフト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が、外力を受け取る回転軸側に設けられた被伝達機構部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、偏心シャフトが最上部から一方向側にさらに少し回転すると、偏心シャフトによる偏心荷重によって当該偏心シャフトはその回転速度を上げて回転する。つまり、偏心シャフト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、偏心シャフトによる偏心荷重によって当該偏心シャフト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と、回転軸側に設けられた被伝達機構部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、偏心シャフトが最下部から最上部まで一方向に１８０度回転するときの当該偏心シャフトの回転速度と、最上部から最下部まで一方向に１８０度回転するときの当該偏心シャフトの回転速度との差は、現像槽にトナーがほとんど残っていないときに生じるものであり、現像槽にトナーが十分残っている場合には生じない。すなわち、現像槽にトナーが十分残っており、偏心シャフトがトナーに埋没している状態では、偏心シャフトはトナーによる負荷を受けることになる。そのため、偏心シャフト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、偏心シャフトによる偏心荷重が発生したとしても、この偏心荷重を打ち消すだけの負荷がトナーから偏心シャフトに加えられることになる。その結果、偏心シャフト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が、回転軸側に設けられた被伝達機構部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、現像槽にトナーが十分残っている場合には、偏心シャフトによる偏心荷重に関係なく、当該偏心シャフト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、偏心シャフトは、現像槽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回転検出器によって検出することで、トナーの残量を検出することが可能となる。この場合、回転検出器が設けられているのは偏心シャフトであり、この偏心シャフトに挿入されている第１のコイルスプリングは現像槽内のトナー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。具体的には、第１のコイルスプリングは、巻方向が異なる分離された２つの分割コイルスプリングで構成されているため、現像槽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、トナーの残量を精度良く検出することが可能となる。また、スプリング形状とすることにより、螺旋の間にトナーが固着することが防止できる。

本発明では、このような偏心シャフト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。また、回転検出器は、偏心シャフトの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、トナーの残量をより精度良く検出することが可能となる。

本発明の現像装置によれば、偏心シャフトの偏心回転による第１のコイルスプリングの偏心回転と、軸心方向への往復運動とにより、トナーを効果的にほぐすことができる。また、偏心シャフトの往復移動距離を第１のコイルスプリングの巻きピッチより大きくなるように設定することにより、軸心方向に隣接する２本のスプリング線材がそれぞれ相手側のスプリング線材の移動領域まで侵入して往復移動することになるため、ほぐし残しが発生する領域がなく、トナーをより確実にほぐすことができる。

また、第１のコイルスプリングがスラスト方向及びラジアル方向に移動することで、第１のコイルスプリングの振動動作が複雑な振動動作となってトナーをより確実にほぐすため、トナーのパッキング、固化といった弊害が確実に防止でき、信頼性の高い現像動作が可能となる。

また、第１のコイルスプリングは巻方向が異なる分離された２つの分割コイルスプリングで構成されているので、現像槽内のトナー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、トナーの残量を精度良く検出することが可能となる。

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−
この現像装置２は、現像槽２０と、現像槽２０の上側に着脱自在に装着されたトナーカートリッジ１９とを備えている。トナーカートリッジ１９は、トナーを収納しており、このトナーをトナー補給口１９ａから現像槽２０の補給路２０ａを通じて自然落下させている。現像槽２０の補給路２０ａには、偏心シャフト１１０及び第１のコイルスプリング１０１を有するほぐし部材２９が配置されている。

また、この現像槽２０の内部には、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２２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ための重り部材である偏心シャフト１１０が水平に配置されており、この偏心シャフト１１０に、第１のコイルスプリング１０１が回動可能かつその回動角度が所定角度に規制された状態で挿入された構成となっている。

図３ないし図６は、上記構成の現像装置において、ほぐし部材２９を有する現像剤検知機構部の説明図である。

偏心シャフト１１０は、回転中心に対して偏心して配置されている。すなわち、偏心シャフト１１０は、各回転軸１０６，１０７の回転中心Ｒに対して偏心するように各回転支持部材１０４，１０５にて両端がそれぞれ固定支持された全体としてクランク形状となっている。この偏心シャフト１１０の両端部の各回転軸１０６，１０７は、現像槽２０の対向する内壁面２１１、２１２に形成された各貫通孔２１３，２１４にそれぞれ挿通保持されている。

また、一方の回転軸１０７は、図４に一部拡大して示すように、後述する駆動伝達部材２７に連結されている第１の回転軸１０７ａと、この第１の回転軸１０７ａに対して回転を禁止された状態で、第１の回転軸１０７ａに対して軸心方向に往復移動可能に設けられた第２の回転軸１０７ｂとからなり、この第１の回転軸１０７ａと第２の回転軸１０７ｂとの間に、第２のコイルスプリング１０８が圧縮状態で外嵌されている。すなわち、第１の回転軸１０７ａの先端面には軸心方向に沿った摺動孔１０７１が形成されており、第２の回転軸１０７ｂの対向する先端面には軸心方向に沿って突出した摺動杆１０７２が形成されている。これら摺動孔１０７１及び摺動杆１０７２は、断面形状が角形形状（例えば、４角形状等）に形成されている。このような角形形状とすることにより、第２の回転軸１０７ｂは回転することなく、軸心方向への往復移動（摺動）のみが可能な構造となっている。

一方、他方の回転軸１０６に連結された回転支持部材１０４の端面には、この回転軸１０６と並行に突起部１０９が形成されており、この突起部１０９に対向する現像槽２０の内壁面２１１には、傾斜カム面２１５が形成されている。

上記したように、回転軸１０７は、第１の回転軸１０７ａと第２の回転軸１０７ｂとの間に、第２のコイルスプリング１０８が圧縮状態で外嵌されている。従って、第２の回転軸１０７ｂは、第２のコイルスプリング１０８の弾発力により、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、常に矢符Ｘ１方向に付勢されている。すなわち、回転支持部材１０４に形成された突起部１０９は、この付勢力Ｘ１により、傾斜カム面２１５に常に押し付けられた状態となっている。従って、この状態で偏心シャフト１１０が回転すると、突起部１０９が傾斜カム面２１５に常に押し付けられた状態で回転するため、偏心シャフト１１０は、この傾斜カム面２１５の傾斜角度による軸心方向の距離差Ｌ５分だけ、軸心方向に往復移動しながら回転することになる。このとき、突起部１０９が図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように最上位に位置している場合には、図４（ａ）に示すように、第２の回転軸１０７ｂの摺動杆１０７１が第１の回転軸１０７ａの摺動孔１０７２内に深く進入した状態となり、この状態で偏心シャフト１１０が１８０度回転すると、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、突起部１０９が最下位に位置し、第２の回転軸１０７ｂの摺動杆１０７１の基端部が第１の回転軸１０７ａの摺動孔１０７２から若干（距離差Ｌ５だけ）抜け出した状態となる。

すなわち、本実施形態の現像装置によれば、偏心シャフト１１０の偏心回転に伴う第１のコイルスプリング１０１の偏心回転と、偏心シャフト１１０の軸心方向への往復運動に伴う第１のコイルスプリング１０１の軸心方向への往復運動とにより、トナーから受ける運動とは逆方向の負荷とのバランスによってトナーを弾くように微動振動し、この微動振動によってトナーを効果的にほぐすことが可能となる。

なお、貫通孔２１３に挿通された他方の回転軸１０６は、偏心シャフト１１０の往復移動によって抜けないように十分な長さに形成されているとともに、その先端部には、抜け止め防止用のリブ片１０６ａが形成されている。

また、第１のコイルスプリング１０１は、偏心シャフト１１０の外径よりも大きな内径を有するように形成されている。すなわち、第１のコイルスプリング１０１は、偏心シャフト１１０の外径と第１のコイルスプリング１０１の内径との差の分だけ、偏心シャフト１１０に対してラジアル方向に移動可能となっている。

すなわち、本実施形態の現像装置によれば、偏心シャフト１１０の偏心回転に伴う第１のコイルスプリング１０１の偏心回転と、偏心シャフト１１０の軸心方向への往復運動に伴う第１のコイルスプリング１０１の軸心方向への往復運動とに加え、第１のコイルスプリング１０１のラジアル方向への移動により、トナーから受ける運動とは逆方向の負荷とのバランスによってトナーを弾くようにより複雑に微動振動し、この微動振動によってトナーをより効果的にほぐすことが可能となる。

この場合、偏心シャフト１１０の往復移動距離Ｌ５は、第１のコイルスプリング１０１の巻きピッチＰより大きくなるように設定する。これにより、第１のコイルスプリング１０１を軸心方向に隣接する２本のスプリング線材について見た場合、それぞれのスプリング線材が相手側のスプリング線材の移動領域まで進入して往復移動することになるため、ほぐし残しが発生することがない。これにより、トナーをより確実にほぐすことが可能となる。

また、第１のコイルスプリング１０１は、巻方向が異なる分離された２つの分割コイルスプリング１０２，１０３で構成されている。具体的には、偏心シャフト１１０の中央部分で、右巻きと左巻きの２つの分割コイルスプリング１０２，１０３に分離している。このような逆巻きの２つの分割コイルスプリング１０２，１０３によって、現像槽２０内のトナーが例えば偏心シャフト１１０の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。

さらに、各分割コイルスプリング１０２，１０３は、スラスト方向に移動可能なクリアランスを有して偏心シャフト１１０に挿入されている。このようにクリアランスを有して偏心シャフト１１０に挿入することで、トナーの負荷などにより各分割コイルスプリング１０２，１０３が伸張変形したときでも、クリアランスで変形を吸収することができる。この場合、分割コイルスプリング１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂ及び分割コイルスプリング１０３の両端部１０３ａ，１０３ｂは、スプリング線材をそれぞれピッチ間隔の狭い密着巻きした構成としている。このように密着巻きにすることにより、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。さらに、分割コイルスプリング１０２，１０３を現像槽２０の内壁に接触するように設けても、現像槽２０の内壁を傷付けるのを防止することができる。

図７は、各分割コイルスプリング１０２，１０３の外方側の一端部１０２ｂ，１０３ｂを拡大して示した斜視図である。

また、各分割コイルスプリング１０２，１０３は、その外方側の一端部１０２ｂ，１０３ｂが偏心シャフト１１０の軸心に対して垂直方向外側（図７では下方側）に突出形成されているとともに、その突出先端部１０２ｂ１，１０３ｂ１が、回転支持部材１０４，１０５に設けられた係止片２０２，２０３に形成された長穴２０２ａ，２０３ａに挿通されている。この長穴２０２ａ，２０３ａは、各分割コイルスプリング１０２，１０３の回転方向に沿って長い長穴に形成されている。各分割コイルスプリング１０２，１０３は、この長穴２０２ａ，２０３ａの長さによって規制された所定角度だけ、回動可能となっている。また、この長穴２０２ａ，２０３ａは、突出先端部１０２ｂ１，１０３ｂ１の外径よりも幅広に形成されており、各分割コイルスプリング１０２，１０３の一端部１０２ｂ，１０３ｂは、この長穴２０２ａ，２０３ａの幅によって規制された所定長さだけ、スラスト方向にも移動可能となっている。逆に言えば、スラスト方向への移動は、長穴２０２ａ，２０３ａの幅以上には移動しないように規制されている。

このように、スラスト方向への移動距離は、長穴２０２ａ，２０３ａの幅に規制することにより、偏心シャフト１１０が傾斜カム面２１５に沿って軸心方向に往復移動することに伴う第１のコイルスプリング１０１の軸心方向への移動動作が相殺されてしまうことを防止している。

また、図２に一点鎖線で示すように、各分割コイルスプリング１０２，１０３は、偏心シャフト１１０の回転に伴い、現像槽２０の内壁面２０ａに接触するように設けられている。このように、分割コイルスプリング１０２，１０３が内壁面２０ａに接触してラジアル方向に強制移動させられることにより、トナーの一層のほぐし効果が得られるものである。

また、図３に示すように、回転軸１０７の第１の回転軸１０７ａ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、外力により偏心シャフト１１０の回転軸１０７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１０７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８（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８（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９は、上記構成の駆動伝達部材２７によって偏心シャフト１１０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と偏心シャフト１１０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。

偏心シャフト１１０が、図９（ａ）に示す最下部の位置から、図９（ｂ）の位置を経て、図９（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、現像槽２０内にトナーが無い場合には、図９（ｄ）に示すように、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０による偏心荷重によって当該偏心シャフト１１０はその回転速度を上げて回転する。つまり、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０による偏心荷重によって当該偏心シャフト１１０が回転する回転速度の方が速くなり、その結果図９（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、現像槽２０内にトナーが無い場合（残り少ない場合）には、偏心シャフト１１０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、現像槽２０内にトナーが有る場合（すなわち、偏心シャフト１１０がトナーに埋没している場合）には、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０による偏心荷重が当該偏心シャフト１１０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シャフト１１０に加えられることになる。その結果、図９（ｄ′），（ｅ′）に示すように、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０による荷重に関係なく、当該偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０と駆動伝達部材２７との間に、偏心シャフト１１０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１０７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１０７には、図８（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、偏心シャフト１１０の回転を検出するようになっている。

上記したように、偏心シャフト１１０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８は、上記構成の回転検出器２８によって偏心シャフト１１０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１０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偏心シャフト１１０がトナーに埋没している状態では、図１０（ａ）に示す信号が検出され、トナーの残量が少なくなり、偏心シャフト１１０がトナーの上面より上に露出している状態では、図１０（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、偏心シャフト１１０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１１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、偏心シャフト１１０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１２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、上記したように偏心シャフト１１０はその１回転を一定速度で回転する。その結果、図１２（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、上記したように偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０の偏心荷重により回転速度が速くなる。その結果、図１２（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、偏心シャフト１１０の回転軸１０７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９（ｄ）に示すように、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０による偏心荷重によって当該偏心シャフト１１０はその回転速度を上げて回転する。その結果、図１２（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、偏心シャフト１１０が最上部から一方向（時計方向）にほぼ９０度回転すると、偏心シャフト１１０がトナーの上面に到達し、トナーによって偏心シャフト１１０が受け止められる形となって当該偏心シャフト１１０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１２（ｂ）に示す期間ｔ２２）は、偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０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、トナーの上面が偏心シャフト１１０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、偏心シャフト１１０の回転軸１０７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偏心シャフト１１０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偏心シャフト１１０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を偏心シャフト１１０の回転軸１０７に取り付けている。また、偏心シャフト１１０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、このような偏心シャフト１１０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。

次に、上記構成の現像剤検知機構部の実施例について説明する。

この現像剤検知機構部は、外径５ｍｍの偏心シャフト１１０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。そして、この偏心シャフト１１０に、線径０．５ｍｍ、外径７ｍｍ、螺旋ピッチ（Ｐ）８ｍｍの２つの分割コイルスプリング１０２，１０３が挿入されており、一方の分割コイルスプリング１０２は右巻き、他方の分割コイルスプリング１０３は左巻きの巻き方向に形成されている。

各分割コイルスプリング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、各分割コイルスプリング１０２，１０３は各々独立してラジアル方向に１ｍｍ、及びスラスト方向に約４ｍｍ、移動自由に挿入されている。

このように、分割コイルスプリング１０２，１０３がラジアル方向に移動可能であるので、このラジアル方向の移動とスラスト方向の移動とによる各分割コイルスプリング１０２，１０３の複雑な振動動作によって、トナーはより確実にほぐされるため、トナーのパッキング、固化といった弊害が確実に防止でき、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、偏心シャフト１０１が無いと、分割コイルスプリング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、上記構造によれば偏心シャフト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、分割コイルスプリング１０２，１０３を逆巻きにしていることによって、現像槽内のトナー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、トナーの残量を精度良く検出することが可能となる。

なお、上記実施形態では、ほぐし部材２９を現像検知機構部の一構成部材として説明しているが、このほぐし部材２９を現像槽２０に供給されたトナーの単なるほぐし部材として単独で使用することも可能である。

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。 偏心シャフトの回転軸部分を拡大して示す説明図である。 偏心シャフトの回転動作を示す説明図である。 （ａ）は図３の現像剤検知機構部を矢視Ａ方向から見た図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線断面図である。 各分割コイルスプリングの外方側の一端部を拡大して示した斜視図である。 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。 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
１９ トナーカートリッジ
１９ａ トナー補給口
２０ａ 補給路
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
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
２９ ほぐし部材
１０１ 第１のコイルスプリング
１０２，１０３ 分割コイルスプリング
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ 端部
１０２ｂ１，１０３ｂ１ 突出先端部
１０４，１０５ 回転支持部材
１０６，１０７ 回転軸
１０７ａ 第１の回転軸
１０７ｂ 第２の回転軸
１０７１ 摺動孔
１０７２ 摺動杆
１０９ 突起部
１１０ 偏心シャフト
２０２，２０３ 係止片
２０２ａ，２０３ａ 長穴
２１１，２１２ 内壁面
２１３，２１４ 貫通孔
２１５ 傾斜カム面
Ｒ 駆動回転中心

Claims (8)

1. 現像剤を補給する補給路に配置された現像剤のほぐし部材を有する現像装置であって、
   前記ほぐし部材は、
   回転中心に対して偏心して配置された偏心シャフトと、
   この偏心シャフトを回転駆動するための駆動伝達部材と、
   前記偏心シャフトに挿入係止されており、前記偏心シャフトの外径よりも大きな内径を有する第１のコイルスプリングと、
   前記偏心シャフトの一端部に形成され、現像槽の内壁面に形成された傾斜カム面に当接する突起部と、
   前記突起部を前記傾斜カム面に押し付けるように付勢する付勢部材とを備えており、
   前記偏心シャフトの回転駆動により当該偏心シャフトが前記傾斜カム面に沿って軸心方向に往復移動し、
   前記偏心シャフトの回転状態を検出する回転検出器をさらに備えており、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し、
   前記第１のコイルスプリングは、巻方向が異なる分離された２つの分割コイルスプリングで構成されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記付勢部材がコイルスプリングである請求項１に記載の現像装置。
3. 前記偏心シャフトの往復移動距離が前記第１のコイルスプリングの巻きピッチより大きいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記第１のコイルスプリングは、前記偏心シャフトに対してスラスト方向に移動可能に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。
5. 前記第１のコイルスプリングは、前記偏心シャフトに対するスラスト方向への移動距離が規制されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記第１のコイルスプリングは、前記偏心シャフトの外径と当該第１のコイルスプリングの内径との差の分だけ前記偏心シャフトに対してラジアル方向に移動可能に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。
7. 前記２つの分割コイルスプリングの対向する端部同士が一定のクリアランスを有して前記偏心シャフトに挿入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. 前記分割コイルスプリングは、その外方側の一端部が前記偏心シャフトの軸心に対して垂直方向外側に突出形成されているとともに、その突出先端部が前記偏心シャフトに設けられた係合片に形成された長穴に挿通されており、この長穴によって規制された所定角度だけ回動可能に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項７に記載の現像装置。

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