JP5272701B2 - 現像器のトナー残量検出機構 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式の画像形成装置において簡単な構成でトナー残量不足を正しく検出する現像器のトナー残量検出機構に関する。

従来、画像形成剤にトナーを用いる電子写真式の画像形成装置がある。このような画像形成装置においては、現像器の現像槽に収容されているトナーが印刷によって消費され、現像槽内のトナー残量がある一定以下になると、残量検知装置が働いてトナー無しがユーザに通知され装置の運転が停止される。ユーザはトナーが空になったトナーカートリッジを現像器から取り去り、新しいトナーカートリッジと交換して、印刷作業を継続する。

このような動作を繰り返すことによって、印刷画像を繰り返し得ることができる。このとき、ユーザがトナー残量を適切なタイミングで知ることができれば、次に交換するトナーカートリッジを予め用意するなどして、遅れのない対応をとることができるので便利である。

そこで、従来、非連動部分を設けた駆動ギアによって駆動されるトナー攪拌用の錘体が、自重により駆動ギアの回転に先行して自由落下し、トナー容器内に残るトナーの抵抗によって停止した後、駆動ギアの連動部が追いついて錘体が再度動き出すまでの時間をロータリーエンコーダとフォトセンサで検出して、トナー残量を算出する方法が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００１−１９４８８３号公報

しかしながら、上記特許文献１のトナー残量算出方法は、トナー残量が少なくなってトナーの抵抗が低下すると、錘体がトナー内に沈み込む現象が発生し、トナーが残っているのにトナー切れを検出するという問題があった。これは、特に今日のように高速印刷向けの高流動性トナーにおいて顕著に表れるので、その解決が望まれていた。

また、錘体を支持するクランク軸の軸受け部には、トナー漏れを防ぐためのシール部材が設けられているが、そのクランク軸とシール部材との間には時間の経過に応じてトナーが進入し、クランク軸とシール部材との摩擦抵抗が大きくなる。

近年のように装置の小型化が進められると、錘体を支持するクランク軸の回転半径なども短くせざるを得ない。このようにクランク軸の回転半径を短くすると、経時的に増大するクランク軸とシール部材との摩擦抵抗により、錘体の自由落下の動作が不安定になり、正確なトナー残量の検出ができなくなるという問題があった。

また、クランク軸の回転半径が短くなると、特に高速化によって回転数が大きくなった場合に、クランク軸の回転速度が速くなり、その回転速度の方が、錘体の自由落下の速度よりも同等以上になってしまった場合は、特許文献１のトナー残量検出方式では適応できないという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、装置の小型化や高速化にも安定して対応でき簡単な構成でトナー残量不足を正しく検出する現像器のトナー残量検出機構を提供することである。

本発明の現像器のトナー残量検出機構は、画像形成装置における少なくともトナーを担持して静電潜像担持体上の潜像にトナー像を現像する現像ローラと該現像ローラに上記トナーを供給して上記現像ローラ上にトナー層を形成させる供給ローラとを有する現像槽を備えた現像器のトナー残量検出機構であって、回転軸に回転自在に軸支され、自重により上記供給ローラの上面に該供給ローラの回転軸方向に沿って接触するよう配置された螺旋部材と、この螺旋部材の上記回転軸の一端に取り付けられたエンコーダと、該エンコーダの回転を検知する検知手段と、を備えて構成される。
上記螺旋部材は、例えば、上記現像槽の上記トナーが満杯で該トナーに埋没した状態から、上記トナーが残量不足となって該トナーより上方に露出する部分が所定以上になるときまで、上記トナーとの接触抵抗により上記供給ローラの回転に対して従動回転しない又は間歇的に従動回転し、上記トナーが残量不足となったとき連続的な従動回転を開始するように構成される。

本発明によれば、装置の小型化や高速化にも安定して対応でき簡単な構成でトナー残量不足を正しく検出する現像器のトナー残量検出機構を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１における現像器のトナー残量検出機構を備えたフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、中間転写ベルトユニット３、給紙部４、及び両面印刷用搬送ユニット５で構成されている。

上記画像形成部２は、同図の右から左へ４個の画像形成ユニット６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ）を多段式に並設した構成からなる。

上記４個の画像形成ユニット６のうち上流側（図の右側）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット６Ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各画像形成ユニット６は、トナー容器（トナーカートリッジ）に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）用の画像形成ユニット６Ｋを例にしてその構成を説明する。

画像形成ユニット６は、最下部に感光体ドラム７を備えている。この感光体ドラム７は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム７の周面近傍を取り巻いて、クリーナ８、帯電ローラ９、光書込ヘッド１１、及び現像器１２の現像ローラ１３が配置されている。

現像器１２は、上部のトナー容器に同図にはＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋで示すようにマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備えている。

また、現像器１２の下部には側面開口部に上述した現像ローラ１３を備え、内部にはトナー撹拌部材、現像ローラ１３にトナーを供給するトナー供給ローラ１９、現像ローラ１３上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。

中間転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する無端状の転写ベルト１４と、この転写ベルト１４を掛け渡されて転写ベルト１４を図の反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ１５と従動ローラ１６を備えている。

上記の転写ベルト１４は、トナー像を直接ベルト面に転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットといっている。

この中間転写ベルトユニット３は、上記扁平なループ状の転写ベルト１４のループ内にベルト位置制御機構１７を備えている。ベルト位置制御機構１７は、転写ベルト１４を介して感光体ドラム７の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ１８を備えている。

ベルト位置制御機構１７は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙに対応する３個の一次転写ローラ１８を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させる。

そして、ベルト位置制御機構１７は、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニット６Ｋに対応する１個の一次転写ローラ１８を上記３個の一次転写ローラ１８の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト１４を感光体ドラム７から離接させる。

すなわち、ベルト位置制御機構１７は、中間転写ベルトユニット３の転写ベルト１４の位置を、フルカラーモード（４個全部の一次転写ローラ１８が転写ベルト１４に当接）、モノクロモード（画像形成ユニット６Ｋに対応する一次転写ローラ１８のみが転写ベルト１４に当接）、及び全非転写モード（４個全部の一次転写ローラ１８が転写ベルト１４から離れる）に切換える。

上記の中間転写ベルトユニット３には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット６Ｍの更に上流側に、ベルトクリーナユニットが配置され、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器２０が着脱自在に配置されている。

給紙部４は、上下２段に配置された２個の給紙カセット２１を備え、２個の給紙カセット２１の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ２２、給送ローラ２３、捌きローラ２４、待機搬送ローラ対２５が配置されている。

待機搬送ローラ対２５の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト１４を介して従動ローラ１６に圧接する二次転写ローラ２６が配設されて、用紙への二次転写部を形成している。

この二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着装置２７が配置されて、ベルト式熱定着装置２７の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着装置２７から搬出する搬出ローラ対２８、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー２９に排紙する排紙ローラ対３１が配設されている。

両面印刷用搬送ユニット５は、上記搬出ローラ対２８と排紙ローラ対３１との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路３２ａ、それから下方に曲がる中間返送路３２ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路３２ｃ、及びこれらの返送路の途中に配置された４組の返送ローラ対３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを備えている。

上記終端返送路３２ｃの出口は、給紙部４の下方の給紙カセット２１に対応する待機搬送ローラ対２５への搬送路に連絡している。また、本例において中間転写ベルトユニット３の上面部には、クリーニング部３５が配置されている。

クリーニング部３５は、転写ベルト１４の上面に当接して廃トナーを擦り取って除去して、図示を省略したベルトクリーナユニットの一時貯留部に溜め込み、その溜め込まれた廃トナーを搬送スクリューにより落下筒内を上部まで搬送し、落下筒を介して廃トナー回収容器２０に送り込んでいる。

図１に示すように、この画像形成装置１は、従来の用紙に直接トナー像を転写する方式ではなく、待機搬送ローラ対２５により二次転写部まで鉛直方向に搬送される用紙に中間転写ベルト１４を介してトナー像を転写する方式となっている。

したがって、用紙の搬送路に発生する用紙ジャム等の不具合を回復するメンテナンス処理時には、図１の右側を開放するのみで対処できるようになっている。

そして、用紙ジャム等の不具合はキット類の配設部では発生しないので、図１の左側に集中するキット類などの消耗品の着脱の操作は、長手方向に入れ替え操作するだけの小さなスペースで良いように構成されている。

これにより、キット間の寸法は、可及的に縮小されており、装置本体全体の小型化が図られている。また、光書込みヘッド自体も小型化され、感光体ドラムに、より近接している構成となっている。

図２は、画像形成ユニット６を１個のみ取り出して、その外観を示す斜視図である。図２に示すように、画像形成ユニット６は、外装フレーム３６の保持される現像器１２と、この現像器１２と一体になって外装フレーム３６に保持されるドラムユニット３７とで構成されている。

ドラムユニット３７には細長い溝状の長孔３８が形成されており、その長孔３８の下方に感光体ドラム７の上面が位置している。この画像形成ユニット６がプリンタ本体装置に装着されると、長孔３８に光書込ヘッド１１の先端の発光部が位置決めされて、画像形成の準備が整う。

図３は、上記の画像形成ユニット６の断面図である。図３に示すように、図１に示した感光体ドラム７、クリーナ８、及び帯電ローラ９は、ドラムユニット３７として外装フレーム３６の内部に現像器１２と一体に組み込まれている。

また、現像器１２は、上部のトナーホッパー３９と下部の現像槽４１とに分かれている。トナーホッパー３９は、現像槽４１に連結する下部にトナー供給部４２を備えており、現像槽４１内のトナーの量が所定量以下になると、トナー供給部４２のトナー供給口を開いて現像槽４１にトナーを供給する。

現像槽４１の内部には、既に述べた現像ローラ１３と供給ローラ１９のほかに、供給ローラ１９から現像ローラ１３上に供給されたトナーの層を一定の厚さに規制するドクターブレード４３や、供給ローラ１９の上に当接するように配置された螺旋部材４４が配設されている。

螺旋部材４４は、回転軸４５に回転自在に軸支され、自重により供給ローラ１９の上周面に回転軸方向に沿って接触するように配置されている。そして、螺旋部材４４の回転軸４５の一端（図の奥行き方向の向こう側の端部）には、後述するエンコーダが備えられている。

図４は、図２及び図３に示した画像形成ユニット６の、トナーホッパー３９と、現像槽４１の前面及びドラムユニット３７の上面を覆う保護壁とを取り除いて示す斜視図である。図４には、上記のように２つの保護壁を取り除いたので、ドラムユニット３７内の帯電ローラ９と感光体ドラム７の一部が外部に露出して見えている。

また、現像器１２の現像槽４１内の供給ローラ１９と螺旋部材４４も、外部に露出して見えている。そして、螺旋部材４４の図３に示した回転軸４５の図４の向こう側端部には円筒状のエンコーダ４６が取り付けられている。

エンコーダ４６の円筒状のスリットを有する端部を外と内側から挟む位置に、フォトセンサ４７の発光部と受光部が配置されている。

この構成において、図３及び図４に示した螺旋部材４４は、現像槽４１のトナーが満杯のときは、そのトナーに埋没した状態で、トナーとの接触抵抗により供給ローラ１９の回転に対して従動回転せずに停止したまま摺接している。

図３に示したトナーホッパー３９が空になり、やがて現像槽４１内のトナーも消費されて少なくなり、螺旋部材４４の上部１／２以上がトナーより上方に露出するようになると、螺旋部材４４は、トナーとの接触抵抗が埋没時よりも小さくなるため、ただし未だトナーとの接触抵抗が残っているため、供給ローラ１９の回転に対して間歇的（あるいは不規則）に従動回転する。

そして、トナーが供給ローラ１９の上面部よりも下に下がったトナー残量不足の状態になると、螺旋部材４４はトナーとの接触抵抗が全く無くなるため、供給ローラ１９の回転に対して連続的な従動回転を開始する。

この連続的な従動回転は、エンコーダ４６に伝達され、フォトセンサ４７によって検知される。フォトセンサ４７の検知出力は、不図示の制御部に通信され、その通信に基づく制御部からの制御により、トナー残量不足がユーザに報知される。

このトナー残量不足の報知後に、更にトナーが消費されて、画像形成が不可となるほどにトナー残量が減少したことが他のセンサで検知されると、制御部により、少なくとも当該画像形成ユニット６の駆動が停止される。

尚、上記のようにトナー残量不足を報知する状態になっても、ドクターブレード４３の先端より上にトナーが残っている状態の間は、現像ローラ１３に対する正常なトナー層の供給が可能であり、つまり画像形成ユニット６による画像形成が継続できるので、ユーザは、その間に新品のトナーカートリッジを在庫品から取り出して、画像形成ユニット６の駆動が停止する前に、トナーカートリッジの交換の用意を早めに準備することができる。

本例に示した螺旋部材４４、エンコーダ４６、及びフォトセンサ４７によるトナー残量検出機構は、実測によれば、装置がどのように小型化されても、その小型化に応じて螺旋部材４４の径とエンコーダの径を小さくすることで対応でき、そのように２つの径を小さくしてもトナー残量不足を検知する機能が低下することはない。

また、同様に実測によれば、近年の傾向となっている高速印字に対応する供給ローラの高速回転に対しても、上述したと同様に動作することが確認されている。

また、前述したように、回転軸の軸受け部には、パッキン等のトナーシール部材が装着されているが、螺旋部材４４の回転軸４５は、回転軸４５よりも上方にトナーが在る状態では回転しないので、シール部材への経時的なトナー浸入の不具合が発生し難くなる。

したがって、長期間にわたり螺旋部材４４の安定した動作環境、すなわち、トナー残量検出機構の安定した動作環境が得られる。また、同様の理由から、トナーシール性の向上が得られる。

実施形態１における現像器のトナー残量検出機構を備えたフルカラーの画像形成装置（プリンタ）の内部構成を説明する断面図である。 実施形態１におけるプリンタの現像器にトナー残量検出機構を備えた画像形成ユニットを１個のみ取り出してその外観を示す斜視図である。 実施形態１におけるプリンタの画像形成ユニットの断面図である。 実施形態１におけるプリンタの画像形成ユニットのトナーホッパーと現像槽の前面及びドラムユニットの上面を覆う保護壁とを取り除いて示す斜視図である。

符号の説明

１ プリンタ
２ 画像形成部
３ 中間転写ベルトユニット
４ 給紙部
５ 両面印刷用搬送ユニット
６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ） 画像形成ユニット
７（７ｍ、７ｃ、７ｙ、７ｋ） 感光体ドラム
８ クリーナ
９ 帯電ローラ
１１ 光書込ヘッド
１２ 現像器
１３ 現像ローラ
１４ 転写ベルト
１５ 駆動ローラ
１６ 従動ローラ
１７ ベルト位置制御機構
１８ 一次転写ローラ
１９ 供給ローラ
２０ 廃トナー回収容器
２１ 給紙カセット
２２ 用紙取出ローラ
２３ 給送ローラ
２４ 捌きローラ
２５ 待機搬送ローラ対
２６ 二次転写ローラ
２７ ベルト式熱定着装置
２８ 搬出ローラ対
２９ 排紙トレー
３１ 排紙ローラ対
３２ａ 開始返送路
３２ｂ 中間返送路
３２ｃ 終端返送路
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 返送ローラ対
３５ クリーニング部
３６ 外装フレーム
３７ ドラムユニット
３８ 長孔
３９ トナーホッパー
４１ 現像槽
４２ トナー供給部
４３ ドクターブレード
４４ 螺旋部材
４５ 回転軸
４６ エンコーダ
４７ フォトセンサ

Claims (2)

1. 画像形成装置における少なくともトナーを担持して静電潜像担持体上の潜像にトナー像を現像する現像ローラと該現像ローラに前記トナーを供給して前記現像ローラ上にトナー層を形成させる供給ローラとを有する現像槽を備えた現像器のトナー残量検出機構であって、
   回転軸に回転自在に軸支され、自重により前記供給ローラの上面に該供給ローラの回転軸方向に沿って接触するよう配置された螺旋部材と、
   該螺旋部材の前記回転軸の一端に取り付けられたエンコーダと、
   該エンコーダの回転を検知する検知手段と、
   を備えたことを特徴とする現像器のトナー残量検出機構。
2. 前記螺旋部材は、前記現像槽の前記トナーが満杯で該トナーに埋没した状態から、前記トナーが残量不足となって該トナーより上方に露出する部分が所定以上になるときまで、前記トナーとの接触抵抗により前記供給ローラの回転に対して従動回転しない又は間歇的に従動回転し、前記トナーが残量不足となったとき連続的な従動回転を開始する、
   ことを特徴とする請求項１記載の現像器のトナー残量検出機構。