JP5581737B2 - 現像剤残量検出装置、現像ユニット、プロセスユニットおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの電子写真方式の画像形成において、現像ユニット内の現像剤残量を検知することができる現像剤残量検出装置、現像ユニット、プロセスユニットおよび画像形成装置に関するものである。

従来、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置は、像担持体表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を可視像化するために、現像剤を収容し、現像剤を潜像担持体へと移動させて静電潜像を現像する。画像形成装置における現像ユニットに収容された現像剤は、通常、多成分現像剤と一成分現像剤に分けられる。多成分現像剤は、現像材と磁性キャリアとを含む現像剤を用い、一成分現像剤は、磁性キャリアを含まず、現像材からなる現像剤を用いている。また、一成分現像剤では、さらに、例えば磁性一成分現像剤と、非磁性一成分現像剤とに分類できる。

一成分現像剤では、現像ユニットに対向した感光体に現像剤を搬送する現像スリーブに供給ローラが配設され、この供給ローラは、現像スリーブを逆方向に回転させるとともに、現像剤を供給する。現像スリーブと感光体との間に現像バイアスを加えることによって、可視像を形成する。現像剤は、消耗品であり、現像スリーブに現像剤を補充・供給しなければならない。従って、現像剤消耗を検出するように、現像剤残量検知装置及びセンサにより、現像ユニット内又は現像剤補充用の現像剤容器（現像剤補充容器）内における現像剤残量を検出する必要がある。しかし、最近、黒白/カラープリンターや黒白/カラー複写機の小型化及び低価格化に伴い、現像ユニットそのものの小型化及び低価格化も要求されている。

従って、特許文献１には、現像剤検出器に現像剤ホッパー内の残存現像剤を接触させ、現像剤の接触負荷に基づいて上記現像剤検出器から発せられる検出信号により現像剤の有無を検知し、その時に、現像剤ホッパー内の残存現像剤をすくいあげる現像剤汲上げ装置を有する現像剤残量検出装置が開示されている。

また、特許文献２には、現像剤が収納されている外箱内を上下動するレバーであり、下に移動した際に現像剤を押圧するレバーを設け、外箱から外に出ているレバーの一端の動きを検知部材２７により検知して現像剤の残量を検知する現像剤残量検出装置が開示されている。

しかし、特許文献１、特許文献２の現像剤残量検出装置等は、現像剤ホッパー内の現像剤残量を検知するものである。したがって、実際、現像スリーブにおける現像剤が十分な状態か、エンド直前の状態か、エンド状態かを検知することができない。また、それら現像剤残量検出方法は、検知精度が低い。また、使用部材は、体積が大きいので、小型化に適さないという問題がある。

さらに、現像ユニットごとにセンサが必要なので、低コスト化が難しいという問題点がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像ユニット又はプロセスユニットにおける現像剤の残量を機械方式で検知する検知ユニットと、現像ユニットの外部にある回動ユニットと、光学センサとが設置され、上記の各装置の協同によって現像剤の残量を検知することによって、現像剤残量を低コスト且つ高精度に検知する現像剤残量検出装置、現像ユニット、プロセスユニットおよび画像形成装置を提供するものである。

上記の目的を実現するために、本発明の一態様によれば、本発明は、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像ユニットにおける現像剤残量を検知する現像剤残量検出装置であって、
その現像ユニット内に設置され、その現像ユニットにおける現像剤残量を検知し、回動可能な検知部材を有し、その検知部材の回動角度範囲がその現像ユニットにおける現像剤残量の変化によって変化する検知ユニットと、
その現像ユニットの外側に設置された回動部材を有し、その回動部材がその検知部材の回動に伴い回動する回動ユニットと、
その現像ユニットにおける現像剤残量が十分有りの状態か現像剤エンド直前の状態か現像剤無しの状態かを確定することができるように、その回動部材の回動を検知する光学センサと、を備えることを特徴とする現像剤残量検出装置を提供する。

このような現像剤残量検出装置を使用することによって、簡単な構造で現像ユニットにおける現像剤残量を正確に検知でき、その現像ユニットにおける現像剤残量が十分有りの状態、現像剤エンド直前の状態、または現像剤無しの状態のうちのいずれの状態であるかを確定することができる。

また、本発明の現像剤残量検出装置の回動ユニットは、その回動部材の回動に伴い運動する遮光部材をさらに有し、その光学センサは、その遮光部材の運動を検知してその回動部材の回動を検知でき、その現像ユニットにおける現像剤残量が十分有りの状態か現像剤エンド直前の状態か現像剤無しの状態かを確定することができる。

本発明の別の態様によれば、本発明は、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像ユニットであって、上記の現像剤残量検出装置を備えることを特徴とする現像ユニットを提供する。

本発明の更に別の態様によれば、本発明は、少なくとも像担持体と現像ユニットを一体に有し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスユニットであって、
上記の現像ユニットを備え、
その回動部材はそのプロセスユニットから露出して設置されることを特徴とするプロセスユニットを提供する。

また、上記のプロセスユニットにおいて、そのプロセスユニットの側面の一方に開口部を設置し、その回動部材はその開口部から露出する。

また、上記のプロセスユニットにおいて、その回動部材の外側面は、そのプロセスユニットの側面の内側に配置され、或いは、少なくとも同一面になる。

本発明の更に別の態様によれば、本発明は、現像ユニット又はその現像ユニットを含むプロセスユニットを着脱可能に取り付ける画像形成装置を提供する。

上記の構造により、本発明は、現像剤残量検出装置の回動部材の回動を検知することによって、現像ユニットにおける現像剤残量を高い精度で検知でき、光学センサを設置することによって構造が単純で低コストの装置を提供できる現像剤残量検出装置、その現像剤残量検出装置を使用する現像ユニット、プロセスユニットおよび画像形成装置を提供するものである。

本発明の現像ユニットを備える画像形成装置の構成を示す図である。 プロセスユニットの構成を示す図である。 本発明の一実施形態である現像ユニットの構成を示す図である。 攪拌・搬送部材の形状を示す図である。 検知部材の構成を示す図である。 同期部材の構成を示す図である。 開口部を有する同期部材の形状を示す図である。 開口部を有する同期部材の形状を示す図である。 現像ユニット内の攪拌・搬送部材、同期部材、検知部材が組み合わされた状態を示す図である。 現像ユニット内の攪拌・搬送部材、同期部材、検知部材の同期した操作を示す図である。 現像ユニット内の攪拌・搬送部材、同期部材、検知部材の同期した操作を示す図である。 現像ユニット内の攪拌・搬送部材、同期部材、検知部材の同期した操作を示す図である。 現像ユニット内の攪拌・搬送部材、同期部材、検知部材の同期した操作を示す図である。 検知部材と他の構成部材との位置関係を示す図である。 プロセスユニットの周面の開口部を示す図である。 検知部材の軸とアームの接合部を示す図である。 検知部材の軸とアームの接合部を示す図である。 従来のアームと軸との連結状態を示す図である。 本発明の第１実施例による現像剤残量検出装置を示す概略図である。 本発明の第１実施例によるプロセスユニットを画像形成装置本体に装着する状態を説明するための図である。 本発明の第１実施例によるプロセスユニットを画像形成装置本体に装着する状態を説明するための図である。 本発明の第１実施例によるプロセスユニットを画像形成装置本体に装着した後、遮光部材が異なる状態になることを説明する概略図である。 プロセスユニットを画像形成装置本体に装着した状態を示す平面図である。 本発明の第１実施例による現像剤残量検出装置における光センサの異なる状態での出力信号を示す図である。 本発明の第２実施例による現像剤残量検出装置の設置位置を示す概略図である。 本発明の第２実施例による現像剤残量検出装置におけるアームおよびそのアームの露出した開口部を示す概略図である。 本発明の第２実施例によるプロセスユニットを画像形成装置本体に装着した後、アームが異なる状態になることを説明する概略図である。 本発明の第２実施例による現像剤残量検出装置における光センサの異なる状態での出力信号を示す図である。 本発明の現像剤残量検出装置の反射型光センサと反射面との距離関係を示す概略図である。

以下図面に基づき、本発明の最も好ましい実施の形態について説明する。本発明に対し変更や修正を加え、或いは、その他の実施方法を考案することは本分野の技術者にとって容易であるが、それらの変更および修正は上述の本発明における技術範囲内に含まれるものとする。また、下記に述べる説明は本発明における最良の実施形態の一例であり、特許請求の範囲を限定するものではない。

本発明の現像ユニットを備える画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、転写装置と、定着装置とを少なくとも有しており、更に必要に応じてその他の装置、例えば除電装置、クリーニング装置、リサイクル装置、制御装置等を有する。以下に、具体的に説明する。

図１は、本発明の現像ユニット２０を備える画像形成装置１の構成を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１の中央には、プロセスユニット２が配置され、このプロセスユニット２の下方には、給紙カセット１１を有する給紙ユニット１０が配置されている。プロセスユニット２の上方には、ドラム状の像担持体としての感光体３にレーザ光を照射して潜像を形成する露光装置６０が配置されている。プロセスユニット２には、感光体３が設けられ、その周囲には、感光体３の表面に帯電処理を行なう帯電装置４０、その表面が露光されて形成された静電潜像を現像剤で可視化する現像ユニット２０、感光体３に残留する現像剤を除去回収するクリーニング装置５０が設けられている。

また、画像形成装置１には、感光体３上の現像剤像を記録紙に転写する転写装置７０、現像剤像が転写された記録紙を、一対のローラ間を通過させ熱と圧力を加えることによって記録紙上の現像剤像を定着処理する定着装置８０がそれぞれ配置されている。

本実施形態の画像形成装置１は、上記したようにデジタル化された画像情報に基づき画像を記録紙に記録するプリンターとしての機能を有する画像形成装置であるが、その他に、制御部を設けることにより画像情報を遠隔地と送受信するファクシミリ装置の機能や、原稿を読取る読取装置、及び原稿搬送装置を設けることにより複写機の機能を有するようにして多機能の画像形成装置とすることもできる。

以下に、画像形成装置の各プロセス工程に関して詳述する。
感光体３としては、その材質、形状、構造、大きさ等については、目的に応じて選択することができる。形状としては、ドラム状、シート状、エンドレスベルト状などが挙げられる。大きさは、画像形成装置１の大きさや仕様に応じて選択することができる。材質としては、アモルファスシリコン、セレン、ＣｄＳ、ＺｎＯ等の無機感光体、または、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体（ＯＰＣ）、などが挙げられる。このような有機感光体の層構成は、単層構造と、積層構造とに大別される。単層構造の感光体は、支持体と、その支持体上に単層型感光層を設けてなり、更に必要に応じて、保護層、中間層、その他の層を有してなる。積層構造の感光体は、支持体と、その支持体上に電荷発生層、及び電荷輸送層を少なくともこの順に有する積層型感光層を設けてなり、更に必要に応じて、保護層、中間層、その他の層を有してなる。

帯電工程は、感光体３の表面を帯電させる工程であり、帯電装置４０により行われ、感光体３の表面に電圧を印加して一様に帯電させる。帯電装置４０としては、感光体３と接触して帯電させる接触方式と、感光体３と非接触で帯電させる非接触方式とがある。

接触方式の帯電装置４０としては、導電性または半導電性の帯電ローラ、磁気ブラシ、ファーブラシ、フィルム、ゴムブレードなどが挙げられる。これらの中でも、帯電ローラは、コロナ放電に比べてオゾンの発生量を大幅に低減することが可能であり、感光体３の繰り返し使用時における安定性に優れ、画質劣化防止に有効である。本実施形態の帯電ローラ４１は、一実施形態としては、図示しないが、円柱状を呈する導電性支持体としての芯金と、芯金の外周面上に形成された抵抗調整層と、抵抗調整層の表面を被覆してリークを防止する保護層とを有する。帯電ローラ４１は、電源に接続されており、所定の電圧が印加される。電圧は、直流（ＤＣ）電圧のみでもよいが、ＤＣ電圧に交流（ＡＣ）電圧を重畳させた電圧であることが好ましい。このようにＡＣ電圧を印加することにより、感光体３の表面をより均一に帯電することができる。

非接触の帯電装置４０としては、コロナ放電を利用した非接触帯電ワイヤ、針電極デバイス、感光体３に対して微小な間隙をもって配設された導電性または半導電性の帯電ローラなどが挙げられる。コロナ放電は、空気中のコロナ放電によって発生した正または負のイオンを感光体３の表面に与える非接触の帯電方法であり、感光体３に一定の電荷量を与える特性を持つコロトロン帯電器と、一定の電位を与える特性を持つスコロトロン帯電器とがある。コロトロン帯電器は、放電ワイヤの周囲に半空間を占めるケーシング電極とそのほぼ中心に置かれた放電ワイヤとから構成される。スコロトロン帯電器は、コロトロン帯電器にグリッド電極を追加したものであり、グリッド電極は感光体３の表面から１．０〜２．０ｍｍ離れた位置に設けられている。感光体３に対して微小な間隙をもって配設された帯電ローラは、感光体３に対して微小なギャップを持つように帯電ローラを改良したものである。微小なギャップとしては１０〜２００μｍが好ましく、１０〜１００μｍがより好ましい。

露光工程は、帯電された感光体３の表面を露光する工程であり、露光装置６０により行われる。露光は、感光体３の表面を像様に露光することにより行なうことができる。露光における光学系は、アナログ光学系とデジタル光学系とに大別される。アナログ光学系は、原稿を光学系により直接感光体３上に投影する光学系であり、デジタル光学系は、画像情報が電気信号として与えられ、これを光信号に変換して感光体３を露光し作像する光学系である。露光装置としては、帯電された感光体３の表面に、形成すべき画像をその情報に基づいて露光することができる限り、目的に応じて選択することができる。ロッドレンズアレイ系、液晶シャッタ光学系、ＬＥＤ光学系などの各種露光器が挙げられるが、特に、レーザ（ＬＤ）光学系が好ましい。

現像工程は、静電潜像を、現像剤を有する現像ユニット２０を用いて現像して可視像を形成する工程である。現像ユニット２０は、一成分現像剤を用いて現像する。一成分現像剤としては、磁性現像剤、非磁性現像剤のいずれであってもよい。この現像ユニット２０に関しては、後述する。

転写工程は、可視像を記録媒体に転写する工程であり、転写装置７０を用いて行われる。転写装置７０は、感光体３上の可視像を記録媒体に直接転写する転写装置と、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を一次転写した後、その可視像を記録媒体上に二次転写する二次転写装置とに大別されるが、ここでは、画像形成装置１の小型化のために直接転写する転写装置７０が好ましい。転写装置７０としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器などが挙げられる。ここでは、ローラ方式の転写装置７０を用いている。

なお、記録媒体としては、代表的には普通紙であるが、現像後の未定着像を転写可能なものなら、特に制限はなく、目的に応じて選択することができ、ＯＨＰ用のＰＥＴベース等も用いることができる。

定着工程は、定着装置８０を用いて記録媒体に転写された可視像を定着させる工程である。

定着装置８０としては、選択することができるが、定着部材と定着部材を加熱する熱源とを有する定着装置８０が好適に用いられる。

定着部材としては、互いに当接してニップ部を形成可能であれば、選択することができ、無端状ベルトとローラとの組合せ、ローラとローラとの組合せなどが挙げられる。

定着部材がローラである場合、ローラの芯金は、高い圧力による変形を防止するため非弾性部材で形成されるのが好ましい。非弾性部材としては、特に制限はなく、目的に応じて選択することができるが、アルミニウム、鉄、ステンレス、真鍮等の高熱伝導率体が好適に挙げられる。また、ローラは、その表面がオフセット防止層で被覆されていることが好ましい。オフセット防止層を形成する材料としては、特に制限はなく、目的に応じて選択することができるが、例えば、ＲＴＶシリコーンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。

定着工程においては、現像剤による画像を記録媒体に転写し、その画像が転写された記録媒体を、ニップ部に通過させることにより、画像を記録媒体に定着させてもよいし、ニップ部にて画像の記録媒体への転写及び定着を同時に行ってもよい。

クリーニング工程は、感光体３上に残留する現像剤を除去するもので、クリーニング装置５０により行なう。

また、現像ユニット２０が、感光体３の表面に当接される現像ローラ２１で、感光体３に形成された静電潜像を現像すると共に感光体３上の残留現像剤を回収することによって、個別にクリーニング装置５０を設けることなくクリーニングを行うことができる。

クリーニング装置５０としては、感光体３上に残留する現像剤を除去することができればよく、選択することができ、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、クリーニングブレード、ブラシクリーナ、ウエブクリーナなどが挙げられる。これらの中でも、現像剤除去能力が高く、小型で安価なクリーニングブレード５１が特に好ましい。クリーニングブレードに用いられるゴムブレードの材質としては、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられ、これらの中でも、ウレタンゴムが特に好ましい。

次に、本実施形態の画像形成装置１に応じた画像形成操作の流れについて説明する。

図１に示したように、感光体３は、回転駆動されながら、その表面が帯電ローラ４１を用いる帯電装置４０によって一様に帯電された後、露光装置６０から発せられるレーザ光の走査を受けて静電潜像が感光体３の表面上に形成される。この露光走査は、外部からの画像情報に基づいて行われる。感光体３は、その他に、帯電装置４０、現像ユニット２０、クリーニング装置５０が一体的に支持されたプロセスユニット２内に配設されている。このプロセスユニット２内の現像ユニット２０によって、感光体３上の静電潜像は現像され、可視像が形成される。現像ユニット２０よりも感光体３の回転下流側には、転写装置７０が配設されている。

一方、給紙カセットから送られてきた記録紙は、２つのローラ間に挟み込んでいるレジストローラ１４から、感光体３上の可視像に重ね合わせ得るタイミングで、転写領域に向けて送り込まれる。

転写領域において、転写装置７０によって、感光体３から記録紙に可視像が転写される。

転写領域を通過した感光体３の表面は、ドラムクリーニング装置５０によって転写残現像剤がクリーニングされる。このドラムクリーニング装置５０は、クリーニングバイアスが印加されるクリーニングローラによって転写残現像剤をクリーニングするものである。

可視像が形成された記録紙は、定着装置８０に送り込まれる。送り込まれた記録紙は、定着ローラと加圧ローラとの当接によって形成された定着領域に挟み込まれながら搬送される。記録紙上の可視像は、定着ローラからの加熱や、定着領域内での加圧力の影響を受けて記録紙上に定着させられる。その後、定着装置８０から排紙ローラ１５を通過して画像形成装置１の排紙トレイ１６に送り込まれる。

次に、プロセスユニットに関して詳述する。

図２は、プロセスユニット２の構成を示す図である。

プロセスユニットは、感光体と、少なくとも１つのプロセス装置を備えたものであって、本実施形態のプロセスユニット２では、プロセス装置として、図２に示したように、感光体３を帯電させる帯電ローラ４１を有する帯電装置４０と、感光体３に形成された潜像を現像する現像ユニット２０と、感光体３の表面に残留する現像剤をクリーニングするためのクリーニングブレード５１を有するクリーニング装置５０とが一体的に構成されている。

このプロセスユニット２は、画像形成装置１に着脱可能になっていて、図１に示すように、画像形成装置１の側面から、画像形成装置１に設けられたレール等の案内手段に沿って装着される。これにより、感光体３やその他プロセス部材の交換を短時間に、且つ容易に行なうことができるようになるので、メンテナンスに要する時間が短縮でき、コストダウンにつながる。また、プロセスの各装置と感光体３とが一体となっているので、相対的な位置の精度向上などの利点もある。

図３は、本発明の一実施形態である現像ユニットの構成を示す図である。

本実施形態の現像ユニット２０は、一成分現像剤を収納している収納室３４と、感光体３上の潜像を現像する一成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体としての現像ローラ２１と現像ローラ２１に一成分現像剤を供給する供給部材としての供給ローラ２２とを有する現像室３５と備えており、収納室３４と現像室３５との間には仕切部３６が形成されている。仕切部３６は、山のような形状のものであり、これにより現像ユニット２０を収納室３４と現像室３５との２つの部屋に分けている。

現像ユニット２０は、現像ローラ２１上に現像剤層を形成し、現像ローラ２１上の現像剤層を感光体３と接触させるように搬送することにより、感光体３上の静電潜像を現像する接触現像を行うものである。

収納室３４には攪拌・搬送部材２４が備えられており、現像ユニット２０内の現像剤は、撹拌・搬送部材２４の回転により攪拌され、仕切部３６を越えて機械的に現像室３５に搬送され、供給部材としての供給ロ−ラ２２に供給される。この供給ローラ２２は発泡ポリウレタン等で形成され、可撓性を有し、５０〜５００μｍの粒径の現像剤を保持し易い構造となっている。また、供給ローラ２２のＭＩＳ−Ａ硬度は１０〜３０゜と比較的低く、現像ローラ２１とも均一に当接させることができる。

供給ローラ２２は現像ローラ２１と同方向、即ち両ローラの接触する領域では、互いに表面が逆方向に移動するように回転駆動されている。また、両ローラの線速比（供給ローラ／現像ローラ）は０．５〜１．５が好ましい。また、供給ローラ２２を、現像ローラ２１と逆方向、即ち両ローラの対向部で互いに表面が同方向に移動するように回転させてもよい。なお、本実施形態では、供給ローラ２２は現像ローラ２１と同方向の回転で、その線速比は０．９に設定した。供給ローラ２２の現像ローラ２１に対する喰い込み量は０．５〜１．５ｍｍに設定している。本実施形態ではユニット有効幅が２４０ｍｍ（Ａ４サイズ縦）の場合、必要なトルクは１４．７〜２４．５Ｎ・ｃｍである。

現像ローラ２１は、導電性基体上にゴム材料からなる表層を有してなり、直径が１０〜３０ｍｍであり、表面を適宜荒らして表面粗さＲｚを１〜４μｍとしたものである。この表面粗さＲｚの値は現像剤の平均粒径に対して１３〜８０％であることが好ましい。これにより現像ローラ２１の表面に埋没することなく現像剤が搬送される。特に、現像ローラ２１の表面粗さＲｚは、著しく低い帯電の現像剤を保持しないように、現像剤の平均粒径の２０〜３０％の範囲であることが好ましい。ゴム材料としては、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ＮＢＲゴム、ヒドリンゴム、ＥＰＤＭゴムなどが挙げられる。また、現像ローラ２１の表面に、特に経時品質を安定化させるためにコート層を被覆することが好ましい。コート層の材料としては、シリコーン系材料、テフロン（登録商標）系材料などが挙げられる。シリコーン系材料は現像剤帯電性に優れ、テフロン（登録商標）系材料は離型性に優れている。なお、導電性を得るために、カーボンブラック等の導電性材料を含有させることもできる。コ−ト層の厚みは５〜５０μｍが好ましい。この範囲を外れると、割れ易い等の不具合が発生しやすくなることがある。

供給ローラ２２上、またはその内部に存在する、所定極性（本実施形態の場合は、負極性）の現像剤は、回転により接触点で互いに反対方向に回転する現像ローラ２１と挟まれることにより、摩擦帯電効果で負の帯電電荷を得て静電気力により、また、現像ローラ２１の表面粗さによる搬送効果により現像ローラ２１上に保持される。しかし、このときの現像ローラ２１上の現像剤層は均一ではなくかなり過剰に付着している（１〜３ｍｇ／ｃｍ^２）。

そこで、現像剤層厚を規制する規制部材２３を当接させることにより、現像ローラ２１上に均一な層厚を有する現像剤薄層を形成している。規制部材２３は、先端が現像ローラ２１の回転方向に対して下流側を向き、規制部材２３の中央部が当接する、いわゆる腹当て当接であるが、逆方向でも設定可能であるし、エッジ当接を実現することも可能である。

規制部材２３の材料としては、ＳＵＳ３０４等の金属が好ましく、厚みは０．１〜０．１５ｍｍである。金属以外にも厚み１〜２ｍｍのポリウレタンゴム等のゴム材料やシリコーン樹脂等の比較的硬度の高い樹脂材料が使用可能である。なお、金属以外でもカ−ボンンブラック等を混ぜ込むことにより低抵抗化できるので、バイアス電源を接続して現像ローラ２１との間に電界を形成することも可能である。

現像ユニット２０には、図３に示すように、攪拌・搬送部材２４、検知部材２７および同期部材２６が設けられている。

攪拌・搬送部材２４は、収納室３４に設けられており、回動することにより収納室３４内の一成分現像剤である現像剤を攪拌して帯電させ、さらに、現像室３５へその現像剤を搬送する機能を有している。

検知部材２７は、現像剤残量を検知するもので、現像室３５に設けられており、現像室３５内の現像剤の量に対応して回動する位置が変化する。

同期部材２６は、攪拌・搬送部材２４と検知部材２７との回転のタイミングを取るため、また、検知部材２７へ駆動力を伝達するためのもので、仕切部３６の近傍に設けられている。

次に攪拌・搬送部材２４、検知部材２７および同期部材２６について具体的に説明する。

図４に攪拌・搬送部材２４の構成を示し、図５に検知部材２７の構成を示し、図６、図７Ａおよび図７Ｂに同期部材２６の構成を示す。

また、攪拌・搬送部材２４、検知部材２７および同期部材２６が組み合わされた状態を図８に示す。

図３、図４および図８に示すように、攪拌・搬送部材２４は、回転軸２４２とこの回転軸２４２に設けられた羽根２４１ａおよび２４１ｂとを有している。回転軸２４２にはその一方の端部にカム２５が取り付けられており、更に図８に示すように円盤２４３が取り付けられている。回転軸２４２は、駆動モータ(図示せず)の駆動力を受けて図３の矢印の方向に回転するように取り付けられている。

図４は、攪拌・搬送部材２４の形状を示す図である。攪拌・搬送部材２４は、回転するフィルム状の羽根２４１ａおよび２４１ｂを備えている。攪拌・搬送部材２４は、収納室３４にある現像剤を攪拌することで、現像剤を摩擦帯電させる機能を有する。さらに、収納室３４から現像室３５へ現像剤を搬送する機能を併せて有している。攪拌・搬送部材２４の羽根２４１ａおよび２４１ｂは、完全に機能を分離できるわけではないが、それぞれの機能に対応させた羽根の形状にするために、回転軸２４２を中心線として非対称にしてある。また、羽根の中に打ち抜きを設け、打ち抜きの位置および羽根の面積を調整しながら、搬送能力、攪拌能力を制御している。

例えば攪拌機能を主体とした羽根２４１ａは、打ち抜きの多い形状にし、一方、搬送機能を主体とした羽根２４１ｂは、面積を調整することによって搬送する現像剤量を調整している。攪拌・搬送部材２４の羽根の少なくとも1つは搬送機能を主体とする羽根とする。

また、それらの羽根２４１ａおよび２４１ｂは、可撓性を有する樹脂製のフィルムを用いる。この場合フィルムで可撓性を有することから、現像ユニット２０の底部筐体を摺擦して、収納室３４にあるほとんどの現像剤を現像室３５に搬送することができる。樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系の樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂を用いる。なお、羽根としてはフィルム状のものに限らず、板状のものを用いることもできる。

また、図８に示すように攪拌・搬送部材２４の回転軸２４２には、円盤２４３を設けている。この円盤２４３は、同期部材２６を現像装置筐体２０１に押圧し、さらに、円盤２４３の厚さで同期部材２６の位置決めをする。これによって、同期部材２６の軸方向への変動を抑え、回転精度を向上させることで、同軸の攪拌・搬送部材２４と同期部材２６との回転・回動を確実に行うようにしている。

図３、図５および図８に示すように、検知部材２７には軸２７１ａ、２７１ｂと、検知板２７５と係合部２７６とが設けられている。

検知板２７５は、現像剤残量を検知するために現像剤と接触する板状のものであり、現像剤の量によって回動する位置が異なってくる。

軸２７１ａおよび２７１ｂは、回転自在に取り付けられており、かつその軸端部に設けられたバネ部材(図示せず)により検知板２７５が供給ローラ２２に近づく下向き方向に付勢されている。

検知部材２７の検知板２７５は検知部材２７の回動により現像室３５内の空間を上昇、下降する。上昇するときには供給ローラ２２から遠ざかり、下降するときは供給ローラ２２に近づく。検知部材２７の回動角度の範囲は、現像室３５にある現像剤残量の変化に応じて変化する。

係合部２７６は、軸２７１の一方に、検知板２７５と一体的に設けられており、その下側が同期部材２６の足２６４ａに係合する。

係合部２７６と検知板２７５とは、軸２７１ａおよび２７１ｂに対して異なる角度で設けられており、係合部２７６が上側の位置にある。

検知板２７５は、剛性を有し、変形しにくい材質にする。可撓性を有し、変形しやすい材質では、非磁性一成分現像剤のトナーであっても、トナー残量を検知できない。したがって、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、オレフィン−ビニルモノマー共重合体、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂等の熱可塑性または熱硬化性樹脂が挙げられる。カーボンブラック、シリカ、アルミナなどの顔料を充填剤として、含有させても良い。

また、検知板２７５の検知面の面積を１０００〜１５００ｍｍ^２の範囲にする。面積が小さい方が、少ないトナーを検知できるので、トナー残量を検知するには好ましい。このために、面積が１５００ｍｍ^２を越えるとトナーを押しのける力が強くなりトナー残量の検知精度が低下する。また、面積が１０００ｍｍ^２より小さくなると検知板２７５が壊れることがある。

また、検知板２７５は、付け根から先端までの幅が１０ｍｍ以上あることが好ましい。

この幅が長いほど、少ないトナー残量を検知することができ、トナー残量の検知精度を上げることができる。長すぎると検知板２７５の先端に負荷がかかり、壊れるおそれがあり、また、装置の小型化が困難になる。

同期部材２６は、図３、図６、図７Ａ、図７Ｂおよび図８に示すように、軸となる円柱部分２６１に第１のレバー２６３と、第２のレバー２６４とが設けられたもので、第１のレバー２６３は、搬送・攪拌部材２４と同軸にあるカム２５に当接している。第２のレバー２６４には足２６４ａが設けられており、検知部材２７の係合部２７６の下側に係合している。

円柱部分２６１には一端が閉塞した軸孔２６２が形成され、筐体２０１に設けられた軸の突起部２０２がこの軸孔２６２に挿入されており、これにより同期部材２６は回動自在に取り付けられている。

そして同期部材２６の円柱部分２６１には、図８に示すように、その軸端部にバネ部材２６６が取り付けられ、これにより同期部材２６は第１のレバー２６３がカム２５に当接する方向に付勢されている。

図７Ａ、図７Ｂは、同期部材２６の円柱部分２６１に軸孔２６２に通じる開口部２６５を設けたものを示している。

開口部２６５を設ける理由を説明すると、現像装置２０内にはトナーが収納されており、回動している同期部材２６の軸孔２６２と突起部２０２との間にトナーが浸入するときがある。同期部材２６の軸孔２６２と突起部２０２との間にトナーが浸入すると、同期部材２６の回動による摺擦によって発生する摩擦熱でトナーが溶融して、その後、冷却して固体化するときに、同期部材２６と突起部２６２とを固着させてしまい、トナーの搬送、トナー残量の検知等ができなくなる懸念があった。このように、同期部材２６は、長時間の使用によって、トナーで固着されて動作不良になることが課題でありこれに対処することが必要であった。

図７Ａ、図７Ｂはこのような課題に対処するために開口部２６５を有する同期部材を示す図である。

図７Ａ、図７Ｂに示すように、この同期部材２６の円柱部分２６１に開口部２６５を設けている。この開口部２６５を設けたことで、軸孔２６２の中に浸入したトナーを、吐き出させることができる。これによって、内部に留まることを防ぐことができるから、トナーが内部で溶融して突起部２０２と同期部材２６とが固着するのを防止することができる。

図７Ａには開口部２６５の形状として矩形を採用したものを示しており、図７Ｂには、スパイラル状のものを示している。特に図７Ｂに示すように、回動方向にスパイラル形状の開口部２６５にすることで、浸入したトナーの吐き出しがすばやく行われ、固着する事故の発生を防止することができる。

このような構成において、図３に示すように、攪拌・搬送部材２４は、駆動モータ(図示せず)の駆動力を受けて矢印の方向に回動し、収納室３４にある一成分現像剤を攪拌するとともに、羽根２４１ｂにより収納室３４の筐体底部を摺擦しながら現像剤を現像室３５に供給する。

このときに、同期部材２６の第１レバー２６３は、搬送・攪拌部材２４と同軸にあるカム２５に圧接しているので、同期部材２６はカム２５を介して攪拌・搬送部材２４により駆動されてカム２５の形状に沿って揺動する。

検知部材２７の係合部２７６の下側は、同期部材２６の第２レバー２６４の足２６４ａに圧接した状態で係合しており、検知部材２７は同期部材２６の揺動に連れて回動する。

具体的には、検知部材２７の上方への動きは同期部材２６の第２レバー２６４により押し上げられることにより行われ、下方への動きは検知部材２７の下方向への付勢力（例えば自身の重力）により、第２レバー２６４により動きを妨げられる位置（動きの最大範囲）まで行われる。

このように、検知部材２７は、同期部材２６によって、上昇する駆動力を伝達されるとともに最下降位置を規制される。

揺動時の第２レバー２６４の最下端位置は、仕切部３６に接触しない位置までとしている。

検知部材２７の係合部２７６と検知板２７５との間に角度を持たせて、係合部２７６が検知板２７５より上方の位置にあるようにしているが、このようにすることにより、第２レバー２６４の最下端位置が、仕切部３６に接触しない位置のときでも、検知板２７５の下方への動きの最下端の位置を、現像剤残量検出ができるように供給ローラ２２近傍とすることができる。

このように検知板２７５と係合部２７６との位置関係を変えることにより、現像室３５内に残っている現像剤の量がどの程度のときを現像剤エンド直前又は現像剤エンドとするかを変えることができる。即ち、検知板２７５と係合部２７６との位置関係を設定することにより、現像剤エンド直前又は現像剤エンドで、現像室３５内に残っている現像剤の量がどの程度かを設定できる。

以下、現像剤残量検出の状態を説明すると、現像剤残量を検知する検知部材２７の検知板２７５は、図３に示すように、現像剤の量によって回動する角度すなわち回動の下端位置が異なってくる。上記したように動作状態において検知板２７５は供給ローラ２２に向かって回動するが、このときに、現像装置２０の現像室３５に現像剤が多量に有ると、検知板２７５と供給ローラ２２との間に現像剤が存在するために検知板２７５の回動が止められて、回動する角度が小さくなり、検知板２７５は供給ローラ２２から離れた位置で回動がとまる（図３の破線の位置）。

現像室３５に存在する現像剤の残量がほとんどない場合には、検知板２７５の回動角度は大きくなり、供給ローラ２２の位置近くまたは当接すれすれの位置まで回動することができる（図３の実線の位置）。

従って、この検知板２７５の回動角度の大きさ、すなわち回動の下端位置の状況を検知することで、現像装置２０の現像剤残量を検知することができる。

次に図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを参照して、現像装置２０内の攪拌・搬送動作および現像剤検出のタイミングを説明する。

なお、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄにおいては、攪拌・搬送部材２４の羽根として、攪拌機能を主体とした羽根２４１ａの長さを搬送機能を主体とした羽根２４１ｂの長さよりも短くした実施形態のものを示している。

図９Ａにおいて、攪拌・搬送部材２４は、現像剤の補給信号が送信された場合または画像形成動作の信号が送信された場合に矢印方向に回転を始める。攪拌・搬送部材２４が回転すると回転軸２４２に装着されているカム２５も同時に回転する。

このカム２５に、同期部材２６の第１レバー２６３がバネ部材２６６（図８参照）により付勢されて当接している。

図９Ａに示す状態では、第１レバー２６３のカム２５への当接位置は回転軸２４２に最も近い位置であるので、第２レバー２６４の位置は最も低い位置となる。検知部材２７の検知板２７５はバネ部材により下向き方向に付勢されており下向き方向に回動するが、第２レバー２６４の位置が最も低いので、第２レバー２６４によっては最も低い位置に移動するまではその動きを妨げられることがない。

したがって、検知板２７５は現像剤の量が少ない状態では現像剤によって回動を妨げられる位置まで回動するか、または第２レバー２６４によりその動きを妨げられる最も低い位置まで回動する。

図９Ａに示す検知板２７５の位置は、現像剤の量が少ない場合の位置を示しており、この状態では検知部材２７の検知板２７５は、現像室３５内の下部に位置するため現像室３５を塞いだ状態になっている。

次に攪拌・搬送部材２４およびカム２５が回転して図９Ｂの状態になった場合には、第１レバー２６３の当接位置は回転軸２４２に最も近い位置のままであるので、第２レバー２６４および検知板２７５の位置は変化せず、検知部材２７の検知板２７５が現像室３５を塞いだ状態は継続されている。

図９Ａの状態から図９Ｂの状態へ攪拌・搬送部材２４が回転するときに、攪拌・搬送部材２４の羽根２４１ａが仕切部３６近傍を通過しトナーを現像室３５方向へ押しやる動きをするが、羽根２４１ａの機能は攪拌機能が主であるので、検知板２７５が現像室３５をやや塞いだ状態が継続されていても影響は少ない。

なお、図９Ａに示す状態において、現像剤の量が多い場合には、検知部材２７の検知板２７５の先端は、収納室３４と現像室３５との間の仕切部３６より上側の位置になり現像室３５は開口された状態になる。

図９Ｂの状態から図９Ｃの状態へ攪拌・搬送部材２４が回転するときには、第１レバー２６３の当接位置は回転軸２４２に近い位置から徐々に遠い位置に変化し、回転軸２４２から最も遠い位置まで押し下げられるので、第２レバー２６４の位置は最も低い位置から最も高い位置まで上昇される。検知部材２７の検知板２７５はバネ部材により下向き方向に付勢されているが、第２レバー２６４が上昇されるので、その力を受けて検知板２７５も最も高い位置まで押し上げられる。

この状態では、検知部材２７の検知板２７５の先端は、収納室３４と現像室３５との間の仕切部３６より上側にあるために、現像室３５は開口された状態になっている。

攪拌・搬送部材２４およびカム２５が回転して図９Ｄの状態になった場合には、第１レバー２６３の当接位置は回転軸２４２から最も遠い位置のままであるので、第２レバー２６４および検知板２７５の位置は変化せず、現像室３５が開口された状態は継続されている。

図９Ｃの状態から図９Ｄの状態へ攪拌・搬送部材２４が回転するときに、攪拌・搬送部材２４の羽根２４１ｂが仕切部３６の近傍を通過し現像剤を現像室３５の方向へ押しやる動きをする。

羽根２４１ｂの機能は搬送機能が主であるので、開口されている現像室３５へ現像剤が搬送される。

図９Ｄの状態から図９Ａの状態へ攪拌・搬送部材２４が回転するときには、図９Ｂの状態から図９Ｃの状態へ攪拌・搬送部材２４が回転するときとは逆のことが行なわれ、図９Ａの状態に戻る。

現像剤残量の検出は、第２レバー２６４の位置が最も低い位置となって、第２レバー２６４によっては、検知板２７５の下向き方向の回動が最も低い位置に移動するまでは妨げられることがない図９Ａから図９Ｂ付近のタイミングで行なわれる。

この実施形態においては、このタイミングでは現像剤の搬送の影響も受けにくいので検出への悪影響も少ない。

このように、現像ユニット２０では、バネ部材２６６で付勢された同期部材２６を攪拌・搬送部材２４の回転軸２４２に設けられたカム２５に当接させることで、同期部材２６を他から別の駆動力を得ることなく回動させ、この同期部材２６の回動により検知部材２７の動きをコントロールして現像剤残量を検知すると共に、現像剤の搬送・補給を行うことができる。

図１０は、検知部材２７と他の構成部材との位置関係を示す図である。検知部材２７の位置は、その回転軸２７１の中心が、供給ローラ２２と現像ローラ２１との接触領域より高い位置にある。この接触領域では、供給ローラ２２から現像ローラ２１に現像剤が供給される。

検知部材２７の回転軸の中心が、その接触領域より高い位置に置かれることで、現像剤残量検知の精度を向上させることができる。

また、検知部材２７の位置は、その回転軸２７１ａおよび２７１ｂの中心が、供給ローラ２２の回転軸の中心より高い位置にある。供給ローラ２２は、現像室３５にある一成分現像剤をできるだけ残さないように現像ローラ２１に供給する。このために、現像室３５の筐体底面を摺擦または摺擦に近い間隙で回転させることになるが、検知部材２７の回転軸２７１ａおよび２７１ｂの中心が供給部材２２より低い位置にあると、検知部材２７の幅を長くすることが困難になる。

次に画像形成装置１において現像剤残量を検知する構成について説明する。

次に図１１〜図１８を参照して本発明の第１実施例を説明する。

図５に示す検知部材２７の軸２７１ａには、図１１に示すようにアーム２８が取り付けられている。

図１１は、プロセスユニット２の外観の一部を示す図である。

プロセスユニット２には、プロセスユニット筐体２０５が設けられている。この筐体２０５の側面の一方には、アーム２８が回動可能な範囲にわたって、収納部２０７が形成されており、アーム２８はこの収納部２０７から露出した状態で配置されている。検知部材２７の回動軸２７１ａの端面およびアーム２８の外側の面は、筐体２０５の外側面と同じ面になるように配置されている。

このようにすることによりアーム２８および回動軸２７１ａが筐体２０５から外側へ突出することがないため、プロセスユニット２を着脱するときに円滑に動かすことができる。また、プロセスユニット２を装着する際に遮光部材２９（後述する図１４〜図１６に示す。）との接触を円滑に行なうことができる。

筐体２０５の両側面のそれぞれには円形のガイド２０６が一対形成されている。このガイド２０６は、プロセスユニット２の着脱移動時および装着時には本体側壁１０１のガイドレール１０２（後述する図１５Ａ、図１５Ｂに示す。）の上面に接触しプロセスユニット２を支持する。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、検知部材２７の軸２７１ａとアーム２８との接合部を示す図である。

検知部材２７の軸２７１ａの端部には、円形の軸の一部を研削して平坦にした平坦部２７２と、円の中心を通過して周面から周面にわたる溝２７３が形成され、さらに、軸２７１ａの周面に半球状の突起２７４が一対設けられている。

アーム２８は略長方形の板状もので、一方の端部に、軸２７１ａが挿入される軸孔２８１が形成されている。

軸孔２８１の一部には、軸２７１ａの平坦部２７２に対応した平坦面２８２が形成されており、軸孔２８１内面には軸２７１ａの突起２７４と嵌合する半球状の凹部２８３が一対設けられている。

軸２７１ａの平坦部２７２はアーム２８の厚みと略同じ長さに形成され、溝２７３はアーム２８の厚みよりも長く形成されている。

このような構成により、検知部材２７の軸２７１ａの先端をアーム２８の軸孔２８１に押し込むだけで、嵌め込むことができる。また、平坦部２７２と平坦面２８２の平面とで合わさっていること、および、突起２７４が凹部２８３に嵌合していることにより、軸２７１ａの回転方向のすべりや軸方向の移動がない。更に溝２７３が形成させていることにより検知部材２７の軸２７１ａがアーム２８の軸孔２８１に弾性的に嵌め込まれる。

図１３は、従来のアームと軸との連結状態を示す図である。

従来においては、検知部材２７の軸はアーム２８の端部より外側に出ており、また、これまでは、突き出た軸にＣリングまたはＥリング３７を装着することで、軸を留めていた。しかし、これでは、突き出た軸の分の空間を設けなければならず、プロセスユニットを小型化することに問題がある。また、Ｃリング等を装着することで時間の短縮も難しい。

本発明の実施形態では、ネジ、溶接等の接合の必要が無く、アーム２８を検知部材２７の軸２７１ａに簡単に取り付けることができ、突き出た軸の分がないので、小型化もできる。上記のように、検知部材２７の回動状態は、検知部材の軸２７１ａに取り付けられたアーム２８を介して、画像形成装置１本体へ伝達され、装置１本体において、回動の下端位置の状況を検知することで、現像装置２０のトナー残量を検知することができる。

図１４は、本発明の第１実施例による、現像剤残量状態を検出できる画像形成装置１本体側の構成を示す図である。

第１実施例において、装置１本体には、プロセスユニット２を装置１本体に装着したときに、現像装置２０の検知部材２７の軸２７１に取り付けられたアーム２８と接合し、アーム２８の回動に対応して回動する遮光部材２９と、遮光部材２９の回動を検出する光学センサ３０とが設けられている。また、遮光部材２９の回動範囲は、アーム２８の回動範囲により、即ち、遮光部材２９の回動範囲は、検知部材２７の回動角度による。

遮光部材２９は板状のもので、装置１本体に取り付けられた回動軸２９１に回動自在に取り付けられ、バネ部材３２によりアーム２８側に付勢されている。

遮光部材２９の、アーム２８と接合する面の形状は、アーム２８の回動位置に対応して遮光部材２９の回動角度が変わるような形状となっており、アーム２８の回動は、遮光部材２９の水平方向の回動に方向転換される。

本実施例において、遮光部材２９は、水平方向に回動できるように画像形成装置１本体に取り付けられたが、本発明はこれに限られるものではない。本分野の技術者は、遮光部材として、実際の構造及び要求に基づき他の形状又は構造部材を利用できる。例えば、その遮光部材は、アーム２８の回動に伴い移動でき、かつその移動方向がアーム２８の回動方向から変更されさえすれば、水平平行移動方式で装置１本体に取り付けられた部材でもよい。さらに、本発明において、遮光部材２９は、水平方向に沿って移動するものに限られない。本分野の技術者は、実際の構造及び要求に基づき遮光部材２９の移動方式を選択できる。

本発明の第１実施例において、図１４に示すように、光学センサ３０は、上部側の発光素子３０１と下側にある受光素子３０２とを有する光透過型の光センサ３０であり、ブラケット３１により装置１本体の筐体(図示せず)に取り付けられている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。本分野の技術者は、実際の構造及び要求に基づき他の種類の光学センサ、例えば反射型光学センサを用い遮光部材２９を検知することができる。

本実施例において、図１４〜図１６に示すように、遮光部材２９が回動するとその一部が発光素子３０１と受光素子３０２の間を横切ることにより検知部材２７の回動が検知される。

現像剤残量の検知は、検知部材２７の回動軸２７１ａと同軸で現像装置２０の外に露出して取り付けられたアーム２８が回動し、この回動が遮光部材２９に伝達されることにより行われる。

現像剤十分有りの状態では、検知部材２７の回動角度が小さくアーム２８の回動角度も小さいことから、遮光部材２９の回動角度は小さいが、現像剤エンド直前又は現像剤無しの状態では、遮光部材２９が大きく回動する。遮光部材２９が大きく回動すると、遮光部材２９の一部又は全部が光学センサ３０を横切る。センサ３０の上部側の発光素子３０１が発光する光が下側にある受光素子３０２に届かないことから、現像室３５に存在する現像剤の残量を検知することができ、現像室３５に存在する現像剤残量が、十分有りの状態、現像剤エンド直前の状態、又は現像剤無しの状態のうちのいずれであるかを確定することができる。

図１５Ａ、図１５Ｂは、第１実施例において、プロセスユニット２を画像形成装置１本体に装着する状態を説明するための図である。

図１５Ａは、プロセスユニット２が装着されていないときの遮光部材２９等の状態を示しており、図１５Ｂは、プロセスユニット２を画像形成装置１本体に装着した状態を示している。

図１５Ａ、図１５Ｂにおいて、画像形成装置１本体に形成された、プロセスユニット２の装着のための空間３００の両側には画像形成装置１本体の側壁１０１が形成されている。

この側壁１０１の外側に画像形成装置１の外カバー（図示せず）が配置される。側壁１０１にはプロセスユニット２の着脱の際にプロセスユニット２をガイドし、装着時に支持するガイドレール１０２が形成されている。側壁１０１の一方には遮光部材２９の移動範囲にわたって開口部１０３が形成されており、遮光部材２９がこの開口部１０３に取り付けられている。

遮光部材２９は水平方向に回動可能となっており、回動軸２９１は矢印で示すプロセスユニット２の挿入方向の手前側に配置されている。

側壁１０１の開口部１０３の外側には現像剤残量検知のためのセンサ３０が配置され、ブラケット３１により側壁１０１に取り付けられている。

遮光部材２９は、図１５Ａに示したようにバネ部材３２により空間３００の方向に付勢されており、プロセスユニット２が装着されていない状態では図１５Ａに示すようにその端部が空間３００の内側に少し入り込むとともに、側壁１０１の外側にあるセンサ３０の光を遮らないような状態になっている。

このような構成において、プロセスユニット２は、ガイドレール１０２に沿って、矢印で示す方向に挿入されて装着される。このときに遮光部材２９はアーム２８の外側面に当接し、回動軸２９１を中心として側壁１０１の外側にあるセンサ３０の方向へ少し回動し初期状態になる。初期状態では、アーム２８は遮光部材２９に接触しない。このとき、遮光部材２９は、バネ部材３２の弾力によって初期位置にあり、遮光部材２９はその初期位置において現像剤十分有りの状態では、センサ３０の光を遮らない位置になるように設定されている。ただし、遮光部材２９の形状、位置関係を変えて光を少し遮るようにすることもでき、この場合には現像剤エンド直前の状態又は現像剤無しの状態を検出する閾値を調整することで、プロセスユニット２の装着か現像剤エンド直前の状態か現像剤無しの状態かの区別をすることができる。

画像形成装置１にプロセスユニット２を装着したばかりの際、遮光部材２９は、図１６Ａに実線で示すように初期位置にある。

図１６Ａに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、遮光部材２９が、アーム２８に押圧されて現像剤十分有りの状態を示す位置である。この状態において、遮光部材２９は、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動しはじめるがその回動角度範囲が小さい。従って、遮光部材２９は、このとき、現像剤が十分有りの状態を検知・確定するように、光学センサ３０の光を遮らない位置になる。

図１６Ｂに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、遮光部材２９が、現像剤エンド直前の状態を示す位置である。この状態において、アーム２８の回動は、遮光部材２９を、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動させはじめるがその回動角度範囲が大きくなる。従って、遮光部材２９は、このとき、現像剤エンド直前の状態を検知・確定するように、ちょうど光学センサ３０の光を遮る位置になる。

図１６Ｃに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、遮光部材２９が、現像剤エンドの状態を示す位置である。この状態において、アーム２８の回動は、遮光部材２９を、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動させはじめるがその回動角度範囲がさらに大きくなる。従って、遮光部材２９は、このとき、現像剤エンドの状態を検知・確定するように、光学センサ３０の光を遮る位置を通り、光学センサ３０の光に対して上記の初期位置の反対側にあり、光学センサ３０の光を遮らない位置になる。

また、図１７は、プロセスユニット２を画像形成装置１本体に装着した状態を示す平面図である。画像形成装置１が備えるバネ部材３３で、プロセスユニット２を画像形成装置１の奥側に押しつけている。これによって、遮光部材２９とアーム２８と間の距離が短くなり、また、一定した力で押されることから、安定した検知動作をさせることができる。

図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃは、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃに対応した、光学センサ３０からの出力信号を示している。

光学センサ３０は、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃの三つの状態に対応した電気信号を出力している。現像ユニット２０の現像室３５に現像剤が十分ある状態では、信号出力として、図１８Ａに示すように、レベルＬが出力される。

現像室３５が現像剤エンド直前の状態では、遮光部材２９により攪拌・搬送部材２４の回動のサイクルで、センサ３０の光が長時間にわたって遮られるので、図１８Ｂに示すように、それに対応した信号出力としてパルス継続時間の長いレベルＨの一つのパルスが現れる。

現像室３５が現像剤エンドの状態では、遮光部材２９により攪拌・搬送部材２４の回動のサイクルで、センサ３０の光が短く遮られるので、図１８Ｃに示すように、それに対応した信号出力としてパルス継続時間の短いレベルＨの二つのパルスが現れる。

上記実施例において、図１６に示すように、遮光部材２９は光学センサ３０の光を遮る一つの突出部しかないが、本発明はこれに限られるものではない。本分野の技術者は、現像室３５における現像剤の残量を示すように、上記の遮光及び非遮光の状態を組み合わせることができる。残量をより細かいパルスで示すように、残量のランクに基づき、相応的な各パルスの組み合わせを形成する。例えば、遮光部材２９が光学センサ３０の光を遮る二つ以上の突出部を有することによって、より細かいパルス数になる。さらに具体的に言えば、遮光部材２９が光学センサ３０の光を遮る二つの突出部を有する場合、レベルＨのパルス数は、最大で四つとなる。現像室３５における現像剤の各残量状態をそれぞれ示す五つのパルス数状態を示すことができる。五つのパルス数状態から三つの状態を選択して現像室３５における上記の現像剤の三つの残量状態をそれぞれ示してもよい。

このようにして、簡単な構造により現像室３５における現像剤の残量状態を簡単且つ有効に判断できる。

次に図１９〜図２２を参照して本発明の第２実施例を説明する。第２実施例では、上記の第１実施例と同じ部材については同じ符号を用い、同じ説明を省略するものとする。

図１９に示すように、第２実施例における光学センサは、発光素子及び受光素子を有する反射型の光学センサである。光学センサ３８は、プロセスユニット２に固定的に取り付けられ、例えば、ブラケット３９を介して装置１本体のアーム２８に対応する位置に取り付けられる。第１実施例と同様に、アーム２８は、現像ユニット２０より露出し、光学センサ３８の発光面/受光面と対向する表面が優れた反射性能を有する反射面なので、光学センサ３８からの光をよく反射させる。

本実施例では、反射型の光学センサ３８を用い、回動部材としてのアーム２８の回動を検知することによって、現像室３５における現像剤の残量を検知するが、本発明はこれに限られるものではない。本分野の技術者は、実際の構造及び使用要求に基づき他の種類の光学センサを使い、アーム２８の回動を検知することができる。例えば、上記実施例で使用された透過型光学センサを用いるが、その際、反射面に特別な要求がない。

上記の実施例に記載したように、本実施例では、現像装置２０の外に露出して取り付けられたアーム２８が検知部材２７とともに同一の回動軸２７１ａに設置され、両者は同軸で回動する。アーム２８の回動角度範囲は検知部材２７の回動角度範囲によるものである。アーム２８の回動過程において、光学センサ３８によりアーム２８の回動を検知することによって、検知部材２７の回動が検知され、現像室３５における現像剤の残量を確定する。

上記のように、アーム２８の回動角度範囲は検知部材２７の回動角度範囲によって変化する。アーム２８は、検知部材２７に伴う最大回動範囲内において、順番に、非反射位置、反射位置、そして再度の非反射位置になる。

光学センサ３８によりアーム２８の回動過程における回動位置を検知することによって、現像室３５における現像剤の残量を検知することができるので、現像室３５における現像剤の残量が、十分有りの状態、現像剤エンド直前の状態、現像剤無しの状態のうちのいずれであるかを確定することができる。

図１９Ａ及び図１９Ｂは、本発明の第２実施例に係るプロセスユニット２を画像形成装置１本体に取り付けた状態を示す。光学センサ３８がアーム２８と互いに対向し、プロセスユニット２の外部に設置される。

図１９Ｂにプロセスユニット筐体２０５の側面の一方を示す。その側面には、アーム２８が回動可能な範囲にわたって、収納部２０７が形成されており、アーム２８はこの収納部２０７から露出した状態で配置されている。検知部材２７の回動軸２７１ａの端面およびアーム２８の外側の面は、筐体２０５の外側面と同じ面になるように配置されている。

このようにすることによりアーム２８および回動軸２７１ａが筐体２０５から外側へ突出することがないため、プロセスユニット２を着脱するときに円滑に動かすことができる。

図１９Ｂに示すように、光学センサ３８の発光素子から射出された光は、図１９Ｂの収納部２０７の右側下方位置に入射されており、アーム２８は回動軸２７１ａの回りをこの収納部２０７の実線で示された初期位置から上記光のある位置に回動することができる。上記の初期位置は、プロセスユニット２を画像形成装置１本体に取り付けた状態で、現像ユニット２０における現像剤がまだ利用されていない時の位置である。

プロセスユニット２を画像形成装置１本体に取り付けたとき、アーム２８は図２０Ａに実線で示す初期位置にある。

図２０Ａに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、アーム２８が、現像剤十分有りの状態を示す位置である。この状態において、アーム２８は、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動しはじめるがその回動角度範囲が小さい。従って、アーム２８は、光学センサ３８の光を反射しない位置にある。このとき受光素子は、アーム２８から反射された光を受光することがない。その結果、このとき、現像剤が十分有りの状態を検知・確定する。

図２０Ｂに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、アーム２８が、現像剤エンド直前の状態を示す位置である。この状態において、アーム２８は、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動しはじめるがその回動角度範囲が大きくなる。従って、アーム２８は、ちょうど光学センサ３８の光を反射する位置となる。このとき受光素子は、アーム２８から反射された光を受光する。その結果、このとき、現像剤エンド直前の状態を検知・確定する。

図２０Ｃに破線で示す位置は、画像形成装置１本体にプロセスユニット２を装着した状態で、アーム２８が、現像剤エンドの状態を示す位置である。この状態において、アーム２８は、プロセスユニット２を装着するときの初期状態から回動しはじめるがその回動角度範囲がさらに大きくなる。従って、アーム２８は、光学センサ３８の光を反射する位置を通り、光学センサ３８の光に対して上記の初期位置の反対側にあり、光学センサ３８の光を反射しない位置にある。アーム２８は、光学センサ３８の光を反射する位置を通るときに光学センサ３８の光を反射し、光学センサ３８の受光素子にこの反射された光を受光させ、そして再び光を反射しない位置に入る。その結果、このとき、現像剤エンドの状態を検知・確定する。

図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃは、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃに対応した、光学センサ３８からの出力信号を示している。

光学センサ３８は、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃの三つの状態に対応した電気信号を出力している。現像ユニット２０の現像室３５に現像剤が十分ある状態では、信号出力として、図２１Ａに示すように、レベルＬでパルスなしが出力される。

現像室３５が現像剤エンド直前の状態では、アーム２８により攪拌・搬送部材２４の回動のサイクルで、センサ３８の光がアーム２８によって長時間にわたって反射され、受光素子によって受光されるので、図２１Ｂに示すように、それに対応した信号出力としてパルス継続時間の長いレベルＨの一つのパルスが現れる。

現像室３５が現像剤エンドの状態では、アーム２８により攪拌・搬送部材２４の回動のサイクルで、光学センサ３８の光がアーム２８によって短く反射され、受光素子によって受光されるので、図２１Ｃに示すように、それに対応した信号出力としてパルス継続時間が図２１Ｂのものよりも短いレベルＨの二つのパルスが現れる。

図２２に示すように、画像形成装置１には、画像形成装置１の構造をできるだけコンパクトにし且つ小型化させるため、光学センサ３８の発光素子の射出光の光路内の、アーム２８の後ろ側に、他の部材、例えば回転ギア、側壁などが設置されるかもしれない。図２２に、ギアが設置されたケースを示す。光学センサ３８の光は、それら他の部材の表面でも反射され、受光素子は、このような反射光も受光する。このような反射光とアーム２８の反射光とが混合され、現像室３５における現像剤の残量の検知精度を低下させ、或いは、検知できなくするなどの問題が生じる。

そこで、現像室３５における現像剤の残量をより正しく検知するため、光学センサ３８の発光素子の射出光の光路内には、アーム２８以外の他の部材を設置しないことが望ましい。或いは、それら他の部材は、光学センサ３８の射出光を反射しないことが望ましい。或いは、それら他の部材が反射した光は受光素子によって受光されないことが望ましい。即ち、光学センサ３８の発光素子の射出光の光路内にある、アーム２８の反射面以外の他の部材の表面は、光学センサ３８の射出光を有効に反射せず、或いは、それら他の部材の表面の反射率は、アーム２８の反射面の反射率よりも顕著に低いものであり、或いは、それら他の部材の表面で反射された光は、受光素子３８２によって受光されないことが望ましい。

本発明は、反射型光学センサ３８の発光素子の射出光の光路内に、光学センサ３８の受光素子にアーム２８の反射面以外の他の表面で有効に反射された光が入射するのを避けるため、それら他の表面の反射率がアーム２８の反射面の反射率よりも顕著に低くなるように、それら他の部材の表面に表面処理を施すことを提案する。或いは、現像室３５における現像剤の残量の検知精度が低下するのを避けるため、光学センサ３８の受光素子によって受光される、それら他の表面で反射された光の強度が、アーム２８の反射面で反射された光の強度よりも顕著に低くなるようにしてもよい。

光学センサ３８の発光素子の射出光の光路内において、光学センサ３８の発光素子の射出光は、その反射面以外の他の表面で反射される反射角を、その反射面で反射される反射角と異なるようにする。例えば、それら他の表面で反射される光が受光素子によって受光されないように、それら他の表面をその反射面に対して傾斜させるようにする。

さらに、図２２に示すように、反射型光学センサ３８を使い、現像室３５における現像剤の残量をより正しく検知するため、以下の関係を満たすように反射型光学センサ３８とアーム２８の反射面との距離を限定することができる。
Ｘ＜Ａ−１
Ｙ＞Ａ＋１
そのうち、符号の意味は以下の通りである。

Ａ―反射型光学センサ３８が、反射面を検知可能な、光学センサ３８の光射出面からアーム２８までの最大検知距離。単位：ｍｍ
Ｘ―反射型光学センサ３８の光射出面からアーム２８の反射面までの距離。単位：ｍｍ
Ｙ―反射型光学センサ３８の光射出面から、光学センサ３８の射出光の光路内における、アーム２８の反射面の後ろ側にある他の表面までの最小距離。単位：ｍｍ
上記のような距離限定により、同一の反射型光学センサに対して、光学センサ３８とアーム２８の反射面との間の距離と、光学センサ３８とそれら他の表面との間の距離との差をさらに利用し、その反射面からの反射光を受光させながらも、それら他の表面からの反射光を受光させないようにする。これにより、必要な検知を実現しながら、必要のない妨害による誤検知を避けるようにする。

上記の説明のように、本実施例の現像ユニット２０において、検知部材２７は、感光体３に形成された静電潜像を現像させる現像ローラに現像剤を供給する供給ローラ２２の付近に設置され、この検知部材２７により現像室３５、特に供給ローラ２２の付近にある現像剤の残量を検知できる。検知部材２７の回動は、画像形成装置１に伝送され、画像形成装置１の光学センサが現像剤の残量を検知する。

攪拌・搬送部材２４により、現像剤は、仕切部３６を乗り越え現像室３５に搬送される。攪拌・搬送部材２４から同期部材２６を介して駆動力を検知部材２７に伝達する。それにより、攪拌・搬送部材２４の搬送操作とタイミングを取りながら、現像剤の残量を検知する。

また、回動する同期部材２６の軸孔２６２に入った現像剤を排出することによって、長期間にわたって現像剤エンドを安定的に検知できる。

上記の説明のように、本発明の第１実施例では透過型光学センサ、第２実施例では反射型光学センサを用いるが、本発明はこれに限られるものではない。本分野の技術者は、具体的要求及び構造に基づき様々な異なる変更を加え得る。例えば、本発明の第１実施例に反射型光学センサを用い、遮光部材２９の回動を検知し、第２実施例に透過型光学センサを用い、アーム２８の回動を検知する。

以上は本発明の実施例と図面であるが、より良い実施例及び図面を挙げて説明をするだけで、本発明の技術的範囲を制限するものではない。同等の技術手段、又は請求項の内容が包含する範囲の実施は、全て本発明の技術的範囲を逸脱することなく出願人の権利範囲に含まれるものとする。

実開昭６２−１１８２４８号公報 特開平０２−２０８８７号公報

Claims (15)

1. 画像形成装置本体に対して着脱可能な現像ユニットにおける現像剤残量を検知する現像剤残量検出装置であって、
   前記現像ユニット内に設置され、前記現像ユニットにおける現像剤残量を検知し、回動可能な検知部材を有し、前記検知部材の回動角度範囲が前記現像ユニットにおける現像剤残量の変化によって変化する検知ユニットと、
   前記現像ユニットの外側に設置された回動部材を有し、該回動部材が前記検知部材の回動に伴い回動する回動ユニットと、
   前記現像ユニットにおける現像剤残量が十分有りの状態か現像剤エンド直前の状態か現像剤無しの状態かを確定することができるように、前記回動部材の回動を検知する光学センサと、を備え、
   前記回動部材は、前記現像ユニットにおける現像剤残量が十分有りの状態及び現像剤無しの状態の場合の最大回動角度のときに前記光学センサの出力レベルを第１レベルとし、前記現像ユニットにおける現像剤残量が現像剤エンド直前の状態の場合の最大回動角度のときに前記光学センサの出力レベルを第２レベルとする、
   ことを特徴とする現像剤残量検出装置。
2. 前記回動ユニットは、前記回動部材の回動に伴い運動する遮光部材をさらに有し、該運動の範囲が前記検知部材の回動角度範囲によるものであり、
   前記光学センサは前記遮光部材の運動を検知して前記回動部材の回動を検知することを特徴とする請求項１に記載の現像剤残量検出装置。
3. 前記遮光部材の運動が回動であり、前記回動部材の回動過程において、前記回動部材は、前記遮光部材に接触するとき、弾性力に逆らって前記遮光部材を押して回動させ、前記回動部材が前記遮光部材に接触しないとき、前記遮光部材は、弾性力によって初期状態にあることを特徴とする請求項２に記載の現像剤残量検出装置。
4. 前記回動部材は、前記検知部材と同一の回動軸を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤残量検出装置。
5. 前記光学センサは透過型光学センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤残量検出装置。
6. 前記光学センサは反射型光学センサことを特徴とする請求項１に記載の現像剤残量検出装置。
7. 前記回動部材又は前記遮光部材における、前記反射型光学センサに対向する表面は、反射面であることを特徴とする請求項６に記載の現像剤残量検出装置。
8. 前記反射型光学センサから射出された光は、前記反射面で反射された反射角が、他の表面で反射された反射角と異なることを特徴とする請求項７に記載の現像剤残量検出装置。
9. 前記反射面の反射率は、前記反射面以外の、前記反射型光学センサから射出された光の光路にある他の表面の反射率よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の現像剤残量検出装置。
10. 前記反射型光学センサと前記反射面との距離は、
    Ｘ＜Ａ−１、Ｙ＞Ａ＋１の関係を満たし、
    Ａ（単位：ｍｍ）が、前記反射型光学センサの前記反射面に対する最大検知距離であり、
    Ｘ（単位：ｍｍ）が、前記反射型光学センサから前記反射面までの距離であり、
    Ｙ（単位：ｍｍ）が、前記反射型光学センサから、前記反射型光学センサから射出された光の光路における前記反射面以外の他の表面までの最小距離である、
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の現像剤残量検出装置。
11. 画像形成装置本体に対して着脱可能な現像ユニットであって、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の現像剤残量検出装置を備えることを特徴とする現像ユニット。
12. 少なくとも像担持体と現像ユニットを一体に有し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスユニットであって、
    請求項１１に記載の現像ユニットを備え、
    前記回動部材は、当該プロセスユニットから露出して設置されることを特徴とするプロセスユニット。
13. 当該プロセスユニットの側面の一方に開口部を設置し、前記回動部材は、該開口部から露出することを特徴とする請求項１２に記載のプロセスユニット。
14. 前記回動部材の外側面は、当該プロセスユニットの側面の内側に配置され、或いは、少なくとも同一面になることを特徴とする請求項１２に記載のプロセスユニット。
15. 現像ユニット又は該現像ユニットを含むプロセスユニットを着脱可能に取り付ける画像形成装置であって、
    前記現像ユニットは、請求項１１に記載の現像ユニットであることを特徴とする画像形成装置。
    

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