JP6885228B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、そこに設置される現像装置、及び、プロセスカートリッジと、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置に設置される現像装置として、１成分現像剤としてのトナーを使用して現像工程をおこなう１成分現像方式の現像装置を用いる技術が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

詳しくは、特許文献１において、現像装置には、現像ローラ（現像剤担持体）、供給ローラ（供給部材）、ドクターブレード（現像剤規制部材）、撹拌部材、等が設置されている。また、これらの部材が配設された収容部には、トナー（１成分現像剤）が収容されている。撹拌部材は、供給ローラの上方に配設されている。
そして、現像装置の収容部には、そこに収容されたトナーが不足しないように、トナー容器に収容されたトナーがトナー補給口を介して適宜に補給される。収容部に補給されたトナーは、収容部に既に収容されているトナーとともに、撹拌部材（現像剤撹拌部材）によって撹拌される。そして、現像ローラに摺接する供給ローラによって収容部内に収容されたトナーが現像ローラ上に供給されて、ドクターブレードによって現像ローラ上に担持されたトナーが適量に薄層化される。さらに、感光体ドラム（像担持体）との対向領域で、現像ローラ上において薄層化されたトナーが感光体ドラム上の潜像に供給されて、感光体ドラム上にトナー像が形成されることになる。

従来の１成分現像方式の現像装置は、収容部に収容されたトナーの量（残量）を、狙いの値に精度良く維持することが難しかった。そのため、収容部に収容されたトナー量が狙いの値に対して過不足してしまうことがあった。そして、収容部に収容されたトナー量が、狙いの値に対して不足すると、画像濃度が低下する不具合などが生じてしまい、狙いの値に対して過剰になると、トナーが凝集する不具合などが生じてしまう可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、収容部に収容されたトナーの量を狙いの値に精度良く維持することができる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することにある。

この発明における現像装置は、トナーが収容される収容部と、トナーを担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体にトナーを供給する供給部材と、を備えた現像装置であって、回転軸部に単数又は複数の板状部材が設置されて、前記収容部内のトナーを撹拌する撹拌部材と、前記収容部の上部に形成されたトナー補給口と、前記撹拌部材の上方の検知位置にトナーがあるか否かを検知する検知手段と、前記撹拌部材の上方に配設されて、前記検知位置でトナーの盛り上がりが形成されるように前記トナー補給口から補給されたトナーと前記撹拌部材の上方にあるトナーとを前記検知位置に向けて搬送する搬送部材と、を備え、前記検知位置と前記撹拌部材との間は連通しているものである。

本発明によれば、収容部に収容されたトナーの量を狙いの値に精度良く維持することができる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 画像形成装置における作像部を示す断面図である。 現像装置の要部を長手方向に示す概略図である。 現像装置における、（Ａ）フォトセンサが設置されていない部分を示す断面図と、（Ｂ）フォトセンサが設置されている部分を示す断面図と、である。 通常時において現像装置に収容されたトナーの状態を示す概略図である。 フォトセンサによってトナーがないものと検知されたときの、現像装置に収容されたトナーの状態を示す概略図である。 変形例としての、搬送スクリュを示す図である。 変形例としての、撹拌パドルを示す図である。 変形例としての、現像装置を示す図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１及び図２にて、画像形成装置における全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、画像形成装置本体１００の中央には、中間転写ベルト装置１５が設置されている。また、中間転写ベルト装置１５の中間転写ベルト８（中間転写体）に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが並設されている。

図２を参照して、イエローに対応したプロセスカートリッジ６Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙと、感光体ドラム１Ｙの周囲に配設された帯電ローラ４Ｙ（帯電装置）、現像装置５Ｙ、クリーニング装置２Ｙと、が１つのユニットとして画像形成装置本体１００に対して着脱可能（交換可能）に構成されている。そして、感光体ドラム１Ｙ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、感光体ドラム１Ｙ上にイエロー画像が形成されることになる。すなわち、プロセスカートリッジ６Ｙは、１次転写ローラ９Ｙ（１次転写装置）などとともに、作像部を構成している。

なお、他の３つのプロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ（作像部）も、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応したプロセスカートリッジ６Ｙ（作像部）とほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の３つのプロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ（作像部）の説明を適宜に省略して、イエローに対応したプロセスカートリッジ６Ｙ（作像部）のみの説明をおこなうことにする。

図２を参照して、感光体ドラム１Ｙ（像担持体）は、駆動モータによって時計方向に回転駆動される。そして、帯電ローラ４Ｙ（帯電装置）の位置で、感光体ドラム１Ｙの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、露光部７Ｙ（光書込ヘッド）から発せられた露光光の照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。

その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、現像装置５Ｙとの対向位置（現像ニップ）に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、中間転写ベルト８及び１次転写ローラ９Ｙとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム１Ｙ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体ドラム１Ｙの表面は、クリーニング装置２Ｙとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１Ｙ上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによってクリーニング装置２Ｙ内に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム１Ｙの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１Ｙ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム１Ｙ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

なお、上述した作像プロセスは、他のプロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ（作像部）でも、イエロー用のプロセスカートリッジ６Ｙ（作像部）と同様におこなわれる。すなわち、作像部の上方に配設された露光部から、画像情報に基いた露光光が、各プロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの感光体ドラム上に向けて照射される。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

ここで、中間転写ベルト装置１５は、図１を参照して、中間転写ベルト８、４つの１次転写ローラ９Ｙ（図２を参照できる。）、駆動ローラ、従動ローラ、等で構成される。中間転写ベルト８は、駆動ローラと従動ローラと１次転写ローラとによって張架・支持されるとともに、駆動ローラの回転駆動によって図１中の矢印方向（反時計方向）に無端移動される。

１次転写ローラ９Ｙは、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写ローラ９Ｙに、トナーの極性とは逆の転写電圧（転写バイアス）が印加される。
そして、中間転写ベルト８は、矢印方向に走行して、各１次転写ローラ（９Ｙ）の１次転写ニップを順次通過する。こうして、各感光体ドラム（１Ｙ）上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写ローラ１９（２次転写装置）との対向位置に達する。この位置では、駆動ローラ（２次転写対向ローラ）が、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された用紙等のシートＰ上に転写される（２次転写工程である。）。このとき、中間転写ベルト８には、シートＰに転写されなかった未転写トナーが残存する。

その後、中間転写ベルト８は、中間転写クリーニング装置１６（中間転写クリーニングブレード）の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト８上の未転写トナーが、中間転写ベルト８に圧接する中間転写クリーニングブレード（中間転写クリーニング装置１６）によって機械的に除去される。なお、中間転写クリーニングブレードは、ウレタンゴム等の弾性材料で形成された略板状部材であって、中間転写ベルト８に対して所定の当接圧及び当接角で当接している。
こうして、中間転写ベルト８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、図１を参照して、２次転写ニップの位置に搬送されるシートＰは、装置本体１００の下方に配設された給紙部２６から、給紙ローラ２７やレジストローラ対２８（タイミングローラ対）等を経由して搬送されるものである。
詳しくは、給紙部２６には、用紙等のシートＰが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ２７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上のシートＰがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対２８に搬送されたシートＰは、回転駆動を停止したレジストローラ対２８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２８が回転駆動されて、シートＰが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、シートＰ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写されたシートＰは、定着装置２０の位置（定着ニップ）に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１（定着部材）及び加圧ローラ２２（加圧部材）による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像（トナー像）がシートＰ上に定着される（定着工程である。）。
その後、シートＰは、排紙ローラ対によって装置外へと排出される。排紙ローラ対によって装置外に排出されたシートＰは、出力画像として、スタック部（本体カバー１１０）上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置における作像部について詳述する。
図２に示すように、プロセスカートリッジ６Ｙは、感光体ドラム１Ｙ（像担持体）、帯電ローラ４Ｙ（帯電装置）、現像装置５Ｙ、クリーニング装置２Ｙ、等で構成される。
像担持体としての感光体ドラム１Ｙは、負帯電の有機感光体であって、装置本体１００側に設置された駆動モータから駆動力を受けて図２の時計方向に回転駆動される。

帯電ローラ４Ｙ（帯電装置）は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層を形成した弾性を有するローラ部材である。帯電ローラ４Ｙの中抵抗層の材質としては、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることもできる。なお、本実施の形態では、感光体ドラム１Ｙに対して帯電ローラ４Ｙが接触するように構成しているが、感光体ドラム１Ｙに対して帯電ローラ４Ｙが接触しないように構成することもできる。
クリーニング装置２Ｙは、感光体ドラム１Ｙに摺接するクリーニングブレード２ａが設置されていて、感光体ドラム１Ｙ上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。クリーニングブレード２ａは、ウレタンゴム等の弾性材料で形成された略板状部材であって、感光体ドラム１Ｙに対して所定の当接圧及び当接角で当接している。

現像装置５Ｙは、現像剤担持体としての現像ローラ５１が感光体ドラム１Ｙに対して所定の圧接力で接触するように配置されていて、双方の部材１Ｙ、５１の間（現像ニップ）には現像領域が形成される。現像装置５Ｙ内には、１成分現像剤としてのトナー（非磁性又は磁性の１成分現像剤である。）が収容されている。そして、現像装置５Ｙは、感光体ドラム１Ｙ上に形成される静電潜像を現像する（トナー像を形成する。）。

以下、図２を用いて、現像装置５Ｙについて詳述する。
図２を参照して、本実施の形態における現像装置５Ｙは、接触１成分現像方式の現像装置であって、現像装置５Ｙに補給するためのトナー（１成分現像剤）が収容されたトナー容器６０が着脱可能に設置されている。
現像装置５Ｙは、プロセスカートリッジ６Ｙとして他の作像部材１Ｙ、２Ｙ、４Ｙとともに装置本体１００に対して着脱可能（交換可能）に設置されるが、現像装置５Ｙ（プロセスカートリッジ６Ｙ）に対してトナー容器６０を別々に交換できるように構成されている。すなわち、トナー容器６０は、装置本体１００に装着された現像装置５Ｙ（プロセスカートリッジ６Ｙ）に対して上方の位置で着脱可能（交換可能）に設置されている。そして、本体カバー１１０（図１を参照できる。）をヒンジを中心に開閉することにより、現像装置５Ｙからトナー容器６０を分離してトナー容器６０のみを交換したり、現像装置５Ｙ（プロセスカートリッジ６Ｙ）を交換したりする。
なお、トナー容器６０の交換はその内部に収容されたトナーがなくなるタイミングでおこなわれ、現像装置５Ｙ（プロセスカートリッジ６Ｙ）の交換はその構成部品（例えば、現像ローラ５１、感光体ドラム１Ｙ等である。）が寿命に達するとともに内部のトナーがなくなるタイミングでおこなわれる。

現像装置５Ｙは、現像剤担持体としての現像ローラ５１、供給部材としての供給ローラ５３、現像剤規制部材としてのドクターブレード５２、撹拌部材としての撹拌パドル５４、搬送部材としての搬送スクリュ５５、トナー容器６０からトナーが補給されるトナー補給口５７、検知手段としてのフォトセンサ５６、トナーが収容される収容部Ｂ、等で構成されている。
現像装置５Ｙにおける収容部Ｂの内部には、トナーが収容されている。また、収容部Ｂの上部（本実施の形態では天井部である。）には、収容部Ｂの内部にトナーを補給するためのトナー補給口５７が形成されている。収容部Ｂには、現像ローラ５１、供給ローラ５３、撹拌パドル５４、搬送スクリュ５５、などの回転部材が配設されている。

現像剤担持体としての現像ローラ５１は、感光体ドラム１Ｙに接触するように収容部Ｂに配設されていて、トナー（１成分現像剤）を担持しながら所定方向（図２の反時計方向である。）に回転する。現像ローラ５１としては、ステンレス鋼等の導電性金属材料で形成された回転軸部（芯金）上に、弾性材料からなるローラ部を具備したものを用いることができる。具体的に、本実施の形態では、現像ローラ５１のローラ部として、アスカー硬度が８０度以下で電気抵抗値が１０³〜１０¹⁰Ω程度のゴム材料からなる弾性層に、表面粗さＲａが０．２〜２．０μｍ程度の表面コート層を設けたものを用いている。

供給部材としての供給ローラ５３は、現像ローラ５１に摺接するように収容部Ｂに配設されていて、現像ローラ５１にトナーを供給する。供給ローラ５３は、芯金上に、導電性を有する発泡ポリウレタン層（電気抵抗値が１０³〜１０¹⁴Ω程度のものである。）が積層されている。また、供給ローラ５３は、感光体ドラム１Ｙとの現像領域において現像工程に供されなかった現像ローラ５１上のトナーを、現像ローラ５１から除去する機能も有している。
なお、本実施の形態では、供給ローラ５３として芯金上に発泡ポリウレタン層が積層されたものを用いたが、供給ローラ５３の構成はこれに限定されることなく、発泡ポリウレタン層の代わりに、ポリウレタン以外の材料からなる発泡層を用いることもできるし、ソリッドゴム層を用いることもできる。

現像剤規制部材としてのドクターブレード５２は、その先端部が現像ローラ５１の外周面に１０〜１００Ｎ／ｍ程度の圧力にて所定角度で当接するように配設されていて、現像ローラ５１に担持された現像剤の量を規制する。換言すると、ドクターブレード５２は、現像ローラ５１に当接して現像ローラ５１に担持されるトナーを薄層化するものである。ドクターブレード５２としては、ステンレス鋼、リン青銅等の金属材料からなる薄くてバネ性を有する板状部材を用いることができる。

ここで、現像ローラ５１や供給ローラ５３やドクターブレード５２には、電源部から所定の電圧が印加されていて、現像ローラ５１上におけるトナーの移動が促進されている。本実施の形態では、現像ローラ５１に対して、現像領域において現像ローラ５１と感光体ドラム１Ｙとの間でトナーが往復運動するように、交番電圧（ＡＣ周波数が５００〜１０００Ｈｚ程度、ピーク・ツー・ピーク電圧が５００〜３０００Ｖ程度、印加時間デューティが３０〜７０％程度の矩形波である。）を印加している。
なお、現像ローラ５１に印加する電圧（現像バイアス）は、これに限定されることなく、現像ローラ５１に直流バイアスを印加することもできる。

撹拌部材としての撹拌パドル５４は、供給ローラ５３（供給部材）の上方に位置するように収容部Ｂに配設されていて、収容部Ｂ内のトナーを撹拌する。撹拌パドル５４は、供給ローラ５３の上方でトナーを撹拌して、トナーの流動性を高めた状態で供給ローラ５３上にトナーを供給する。
撹拌パドル５４は、図３に示すように、回転軸部５４ａに単数又は複数の板状部材５４ｂ（本実施の形態では２つの板状部材５４ｂである。）が設置された撹拌部材である。本実施の形態では、板状部材５４ｂとして、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる可撓性を有するシート状部材（可撓性シート）が用いられている。板状部材５４ｂ（可撓性シート）は、トナーを撹拌できる程度のコシがあるとともに、供給ローラ５３や収容部Ｂの内壁面に接触したときに撓む程度の可撓性を有している。本実施の形態では、２つの板状部材５４ｂが、１８０度位相をずらして回転軸部５４ａに設置されている。

搬送部材としての搬送スクリュ５５は、撹拌パドル５４（撹拌部材）の上方に位置するように収容部Ｂに配設されている。搬送スクリュ５５と撹拌パドル５４との間には、その間を仕切るような部材は介在されていない。
搬送スクリュ５５は、図３に示すように、軸部５５ａにスクリュ部５５ｂが螺旋状に巻装された搬送部材であって、トナーを長手方向（図２の紙面垂直方向、図３の左右方向であって、回転軸方向である。）に搬送するものである。搬送スクリュ５５は、現像ローラ５１、供給ローラ５３、撹拌パドル５４、感光体ドラム１Ｙなどと同様に、回転軸がほぼ水平になるように配設されている。
なお、この搬送スクリュ５５は、フォトセンサ５６（検知手段）による検知位置に向けてトナーを搬送して、収容部Ｂ内のトナー量の検知精度を向上するためのものであるが、その詳細については、フォトセンサ５６の構成・動作も含めて、後で詳しく説明する。

なお、図示を省略するが、現像ローラ５１、供給ローラ５３、撹拌パドル５４、搬送スクリュ５５の各軸部にはギアが設置されていて、アイドラギアをも含めたギア列が形成されている。そして、これらのギア列に駆動モータ（駆動手段）から駆動力が入力されて、現像ローラ５１、供給ローラ５３、撹拌パドル５４、搬送スクリュ５５がそれぞれ図２の矢印方向に回転駆動される。
なお、各回転部材５１、５３〜５５の回転方向は、図２の矢印で示した回転方向に限定されるものではない。

ここで、トナー容器６０は、アジテータ６１、容器側搬送部材としての容器側搬送スクリュ６２、容器側補給口６３、等で構成されている。
アジテータ６１は、回転軸部に薄板状の可撓性部材が貼着されたものであって、図２の反時計方向に回転することで、トナー容器６０のトナー収容部Ｃ内に収容されたトナーを容器側搬送スクリュ６２による搬送経路に向けて搬送する。
容器側搬送スクリュ６２は、装置本体１００に装着された状態で、容器内に収容されたトナーを容器側補給口６３に向けて長手方向一端側に向けて搬送する。
容器側補給口６３は、容器側搬送スクリュ６２による搬送経路において長手方向一端側に形成されている。そして、容器側補給口６３から排出されたトナーは、トナー補給口５７を介して現像装置５Ｙの収容部Ｂの長手方向一端側（図３の左方である。）に自重落下により補給される。

ここで、本実施の形態において、現像装置５Ｙやトナー容器６０に収容されたトナーＴは、粉砕法又は重合法により製造されたものであって、荷電補助や流動性確保を目的としてナノサイズのシリカ、チタン、樹脂ビーズなどの微粒子が外添剤として塗布されている。特に、本実施の形態では、トナーの外添剤として、シリコーンオイルを表面に含有したシリカを用いているため、クリーニング工程におけるクリーニング性や、転写工程における転写効率が向上することになる。

このように構成された現像装置５Ｙは、次のように動作する。
まず、トナー容器６０から補給口５７、６３を介して収容部Ｂ内に適宜に補給されたトナーは、収容部Ｂ内に既に収容されているトナーとともに、撹拌パドル５４によって撹拌・混合される。そして、その一部が供給ローラ５３に供給され担持される。供給ローラ５３に担持されたトナーは、現像ローラ５１との圧接部（当接位置）で摩擦帯電された後に、現像ローラ５１上に移動して担持される。その後、現像ローラ５１上に担持されたトナーは、ドクターブレード５２との当接位置で、薄層化・均一化された後に、感光体ドラム１Ｙとの対向位置（現像領域）に達する。そして、この位置で、現像領域に形成された電界（現像電界）によって、感光体ドラム１Ｙ上に形成された潜像にトナーが吸着される。

以下、本実施の形態における現像装置５Ｙにおいて、特徴的な構成・動作について詳述する。
図３、図４等を参照して、本実施の形態における現像装置５Ｙには、現像剤担持体としての現像ローラ５１、現像剤規制部材としてのドクターブレード５２、供給部材としての供給ローラ５３、撹拌部材としての撹拌パドル５４、などの部材の他に、検知手段としてのフォトセンサ５６や、搬送部材としての搬送スクリュ５５が設置されている。また、収容部Ｂにおける長手方向一端側の天井部には、トナー補給口５７が形成されている。

フォトセンサ５６は、撹拌パドル５４の上方の検知位置（フォトセンサ５６が対向する位置であって、図５の破線で囲んだ位置である。）にトナーＴがあるか否かを検知する検知手段として機能するものである。
詳しくは、フォトセンサ５６（検知手段）は、その検知位置が、トナー補給口５７に対して長手方向他端側（図３の右方である。）に離れた位置であって、搬送スクリュ５５に対して略同じ高さになるように配設された反射型フォトセンサである。フォトセンサ５６（反射型フォトセンサ）は、発光素子５６ａ、受光素子５６ｂ、プリズム、コリメータレンズなどの光学素子、などで構成されていて、収容部Ｂの内部に向けて検知面が対向するように収容部Ｂの壁部に固定設置されている。

そして、フォトセンサ５６（検知手段）によって検知位置にトナーＴがないものと検知されたとき（図６に示すような状態のときである。）には、収容部Ｂ内のトナーが不足した状態であるものとして、トナー補給口５７からトナーＴが補給されるように、トナー容器６０（容器側搬送スクリュ６２）が駆動制御されることになる。検知位置にトナーＴがないときには、発光素子５６ａから射出された光が収容部Ｂの内壁面（又は、搬送スクリュ５５）で反射して、その反射光が受光素子５６ｂで受光されて、センサ出力がハイ状態になる。
これに対して、フォトセンサ５６によって検知位置にトナーＴがあるものと検知されたとき（図５に示すような状態のときである。）には、収容部Ｂ内のトナーＴが不足していない状態であるものとして、トナー補給口５７からトナーＴが補給されないように、トナー容器６０（容器側搬送スクリュ６２）が駆動停止されることになる。検知位置にトナーＴがあるときには、発光素子５６ａから射出された光がトナーＴによって遮られて（吸収されて）、受光素子５６ｂでの受光がほとんどされず、センサ出力がロー状態になる。
検知手段として反射型フォトセンサ５６を用いることで、検知手段として透過型フォトセンサや圧電センサや磁気センサやトルク検知センサなどを用いる場合に比べて、設置性が低下したり、収容部Ｂ内のトナーの粉圧を高める必要が生じたり、トナーに磁性をもたせる必要が生じたり、装置が大型化したりする制約がなくなることになる。すなわち、検知手段として反射型フォトセンサ５６を用いることで、現像装置５Ｙを、比較的簡易な構成として、かつ、低コスト化、小型化することができる。

ここで、本実施の形態において、搬送部材としての搬送スクリュ５５は、撹拌パドル５４（撹拌部材）の上方に配設されていて、フォトセンサ５６（検知手段）の検知位置に向けてトナーＴを搬送するものである。そして、収容部Ｂにおいて、フォトセンサ５６（検知手段）の検知位置と、撹拌パドル５４（撹拌部材）と、の間は連通している。
詳しくは、搬送スクリュ５５（搬送部材）は、図５（及び、図４（Ｂ））に示すように、フォトセンサ５６の検知位置の周囲でトナーＴが滞留してトナー面が盛り上がるように、トナー補給口５７から補給されたトナーＴや、撹拌パドル５４の上方にあるトナーＴ、を長手方向に搬送するものである。
さらに具体的に、図３に示すように、搬送スクリュ５５は、フォトセンサ５６（検知手段）に対向する軸部５５ａの対向部（領域Ｍ２である。）には、スクリュ部５５ｂが巻装されないように形成されている。そして、搬送スクリュ５５は、その対向部（領域Ｍ２）に向けて幅方向両端部からそれぞれトナーが搬送されるように、対向部（領域Ｍ２）を挟んで長手方向両側にそれぞれ巻装されたスクリュ部５５ｂの巻き方向が互いに逆方向になるように形成されている。すなわち、搬送スクリュ５５は、スクリュ部５５ｂが形成されていない領域Ｍ２を境界にして、トナー補給口５７が形成された側（図３の左方である）の領域Ｍ１におけるスクリュ部５５ｂの巻き方向と、トナー補給口５７が形成されていない側（図３の右方である）の領域Ｍ３におけるスクリュ部５５ｂの巻き方向と、が互いに逆方向になるように形成されている。

このような構成により、搬送スクリュ５５が回転駆動されると、領域Ｍ１ではトナーＴが破線矢印で示すように左方から右方に向けて搬送されて、領域Ｍ３ではトナーＴが破線矢印で示すように右方から左方に向けて搬送されることになる。
そのため、トナー補給口５７から収容部Ｂ内に自重落下したトナーＴ（補給トナー）は、その自重落下した位置に滞留することなく、搬送スクリュ５５によって領域Ｍ２に向けて搬送されることになる。また、収容部Ｂに既に収容されているトナーＴについても、撹拌パドル５４の上方であって搬送スクリュ５５の位置に達するトナーＴのうち、領域Ｍ１にあるものは図３の右方に搬送されて、領域Ｍ３にあるものは図３の左方に搬送されることになる。これにより、図４、図５に示すように、フォトセンサ５６に対向する位置（領域Ｍ２であって、検知位置である。）ではトナーＴが山状に盛り上がるような状態になって、その他の領域Ｍ１、Ｍ２ではトナー面（トナーＴの上面）が撹拌パドル５４と搬送スクリュ５５との間の位置に維持されることになる。

さらに補足すると、フォトセンサ５６の検知位置、搬送スクリュ５５、撹拌パドル５４は、互いに仕切り部材などで仕切られることなく連通している。そのため、収容部Ｂ内のトナーＴは、撹拌パドル５４によって充分に撹拌されて流動性が良い状態が維持されて、そのような状態でトナーＴの喫水面（トナー面）が形成されることになる。そして、トナー補給口５７から補給されたトナーＴが、上述したトナーＴの喫水面上に堆積された後に搬送スクリュ５５によって搬送されて、フォトセンサ５６の検知位置でトナーＴの盛り上がり（山）が形成されることになる。そして、フォトセンサ５６によって、上述した喫水面を境界としたデジタル的な認知がされることになる。

このようにフォトセンサ５６に対向する位置でトナーＴが山状に盛り上がるような状態（図４、図５に示すような状態である。）は、収容部Ｂやトナー容器６０に充分な量のトナーＴが収容されている限り維持されることになる。すなわち、現像工程におけるトナー消費が多くなると、収容部Ｂ内のトナー量（トナー残量）が一時的に減少して図６に示すような状態（トナー不足状態）になるものの、そのような状態がフォトセンサ５６によって光学的に検知されて、その検知結果に基いてトナー容器６０から収容部Ｂへのトナー補給がされると、すぐに図４、図５に示すような状態に復帰することになる。したがって、トナー容器６０内に補給すべきトナーがあるうちは、図４、図５に示すような状態が維持されることになる。
そして、フォトセンサ５６によって図６に示すようなトナー不足状態が検知されて、その検知結果に基いてトナー容器６０から収容部Ｂへのトナー補給動作をおこなっても、図４、図５に示すような状態に復帰しない場合（フォトセンサ５６によってトナーが検知されない場合）には、トナー容器６０内のトナーがなくなったものとして、表示パネル（装置本体１００の外装部に設置されている。）にトナー容器６０の交換を促す表示がされることになる。

このように本実施の形態では、図６に示すように収納部Ｂのトナー量が狙いの値に対して不足しているときには、フォトセンサ５６の検知位置にトナーＴの山が形成されずに、その状態がフォトセンサ５６によって光学的に精度良く検知されて、図４、図５に示すように収納部Ｂのトナー量が狙いの値になっているときには、フォトセンサ５６の検知位置にトナーＴの山が形成されて、その状態がフォトセンサ５６によって光学的に精度良く検知されることになる。すなわち、収納部Ｂのトナー量が狙いの値に対して不足しているか否かを、フォトセンサ５６によって精度良く検知しやすくするように、搬送スクリュ５５によって狙いの高さよりも上方に位置するトナーＴをフォトセンサ５６の検知位置に周囲に集めるように搬送している。
これにより、収容部Ｂに収容されたトナーＴの量（残量）を、狙いの値に精度良く維持することができる。そのため、収容部Ｂに収容されたトナー量が狙いの値に対して過不足してしまう不具合が軽減されることになる。すなわち、収容部に収容されたトナー量が、狙いの値に対して不足してしまい画像濃度が低下する不具合や、狙いの値に対して過剰になってしまいトナーが凝集する不具合、などが生じにくくなる。
また、収容部Ｂ内に収容されたトナーＴは、撹拌パドル５４によって充分に撹拌された状態で、収容部Ｂの壁面に設置されたフォトセンサ５６によって、その残量が精度良く検知されることになる。

なお、収容部Ｂにおけるトナー量の狙いの値（トナー面の高さ）は、フォトセンサ５６の設置高さを可変することによって調整することができる。具体的に、フォトセンサ５６の設置高さを高くすると、トナー量の狙いの値（トナー面の高さ）が増加して、フォトセンサ５６の設置高さを低くすると、トナー量の狙いの値（トナー面の高さ）が減少することになる。収容部Ｂにおけるトナー量の狙いの値（トナー面の高さ）は、収容されたトナーの流動性を撹拌パドル５４によって充分に高められる程度のものであって、図５等に示すように、フォトセンサ５６が設置されていない領域Ｍ１、Ｍ３において、撹拌パドル５４の上端近傍に設定することが好ましい。
また、本実施の形態では、上述した狙いのトナー量を維持するために、フォトセンサ５６によって検知位置にトナーがあるものと判別するセンサ出力値Ｖ１を、検知位置にトナーがまったくないときの最大のセンサ出力Ｖｍａｘの１／２程度の値（Ｖ１≒Ｖｍａｘ／２）に設定している。すなわち、フォトセンサ５６のセンサ出力Ｖ１が最大センサ出力Ｖｍａｘの１／２よりも大きくなったときに、トナー容器６０（容器側搬送スクリュ６２）が回転駆動されることになる。

＜変形例１＞
図７（Ａ）〜（Ｅ）は、変形例としての搬送スクリュ５５を示す図である。
図７（Ａ）に示す搬送スクリュ５５は、軸部５５ａの対向部（フォトセンサ５６に対向する部分であって、スクリュ部５５ｂが形成されていない部分である。）に、軸部５５ａの回転にともないフォトセンサ５６の検知面に摺接して検知面を清掃する清掃部材５５ｃが設置されている。清掃部材５５ｃとしては、ＰＥＴなどからなる可撓性シートが好ましい。このように清掃部材５５ｃを設けることで、フォトセンサ５６の検知面がトナーで汚れて、トナーに対する検知精度が低下する不具合を軽減することができる。
図７（Ｂ）に示す搬送スクリュ５５は、軸部５５ａ（トナー補給口５７に対向する部分である。）に、軸部５５ａの回転にともないトナーＴを撹拌する撹拌部５５ｄが形成されている。撹拌部５５ｄとして、ＰＥＴなどからなる可撓性シートが長手方向に複数分割されたものを用いている。このようにトナー補給口５７の真下に撹拌部５５ｄを設けることで、補給トナーの流動性を高めることができる。
図７（Ｃ）に示す搬送スクリュ５５は、撹拌部５５ｄが、軸部５５ａのトナー補給口５７側の領域Ｍ１全域にわたって複数に分割されて形成されている。これにより、トナー補給口５７から補給されたトナーを、既に収容部Ｂに収容されているトナーとともに、搬送スクリュ５５によってフォトセンサ５６の位置に向けて搬送しながら充分に撹拌・混合することができる。
図７（Ｄ）に示す搬送スクリュ５５は、図７（Ｃ）の撹拌部５５ｄを鋸歯状に形成して、撹拌部５５ｄによってトナーに一点鎖線矢印方向に搬送する力（スクリュ部５５ｂによって破線矢印方向に搬送する力よりも弱い搬送力である。）を作用させている。これにより、トナー補給口５７から補給されたトナーは、既に収容部Ｂに収容されているトナーとともに、搬送スクリュ５５によってフォトセンサ５６の位置に向けて比較的時間をかけて搬送されて、さらに充分に撹拌・混合されることになる。
図７（Ｅ）に示す搬送スクリュ５５は、フォトセンサ５６（検知位置）の近傍のトナーを撹拌するための撹拌部５５ｅが軸部５５ａに設置されている。撹拌部５５ｅとして、清掃部材５５ｃに干渉しないような形状のもので、ＰＥＴなどからなる可撓性シートを用いている。このようにフォトセンサ５６の近傍に撹拌部５５ｅを設けることで、フォトセンサ５６によって検知されるトナーの流動性が高められて、フォトセンサ５６の誤検知を軽減することができる。

＜変形例２＞
図８（Ａ）〜（Ｆ）は、変形例としての撹拌パドル５４を示す図である。
図８（Ａ）に示す撹拌パドル５４は、板状部材５４ｂが、可撓性シートではなくて、薄い金属材料（又は、硬質プラスチック）で形成されている。これにより、板状部材５４ｂ自体の強度を上げて、トナーに対する撹拌性を向上させることができる。ただし、その場合、板状部材５４ｂは、供給ローラ５３や収容部Ｂの内壁面などその他の部材を傷つけないように、その他の部材に接触しないように短めに形成することが好ましい。
図８（Ｂ）に示す撹拌パドル５４は、板状部材５４ｂとして、長手方向に複数に分割されて、回転軸部５４ａの回転にともない供給ローラ５３や収容部Ｂの内壁面に摺接するように形成された可撓性シートを用いている。長手方向に分割された可撓性シート（板状部材５４ｂ）が供給ローラ５３や収容部Ｂの内壁面に摺接することで、可撓性シート（板状部材５４ｂ）にトナーが固着する不具合が軽減されることになる。
図８（Ｃ）に示す撹拌パドル５４は、図８（Ｂ）の長手方向に複数分割された板状部材５４ｂを、長手方向に交互に隙間をあけて配列している。これにより、撹拌パドル５４によって撹拌されるトナーにかかる力を弱められるため、収容部Ｂに収容されたトナーの劣化を低減することができる。
図８（Ｄ）に示す撹拌パドル５４は、図８（Ｃ）の板状部材５４ｂを鋸歯状に形成して、板状部材５４ｂによってトナーに破線矢印方向に搬送する力を作用させている。これにより、トナー補給口５７から補給されたトナーは、既に収容部Ｂに収容されているトナーとともに、搬送スクリュ５５と撹拌パドル５４とによってフォトセンサ５６の位置に向けて搬送されながら充分に撹拌・混合されることになる。
図８（Ｅ）に示す撹拌パドル５４は、回転軸部５４ａに、トナーＴを長手方向一端側から長手方向他端側に向けて搬送する搬送部５４ｃが形成されている。搬送部５４ｃは、板状部材５４ｂが形成されていない部分に螺旋状に間欠的に形成されたスクリュ部である。これにより、トナー補給口５７から補給されたトナーは、既に収容部Ｂに収容されているトナーとともに、搬送スクリュ５５と撹拌パドル５４とによってフォトセンサ５６の位置に向けて搬送されながら充分に撹拌・混合されることになる。
図８（Ｆ）に示す撹拌パドル５４は、図８（Ｅ）の板状部材５４ｂを鋸歯状に形成して、板状部材５４ｂによってトナーに一点鎖線矢印方向に搬送する力（スクリュ部５４ｃによって破線矢印方向に搬送する力よりも弱い搬送力である。）を作用させている。これにより、トナー補給口５７から補給されたトナーは、既に収容部Ｂに収容されているトナーとともに、搬送スクリュ５５と撹拌パドル５４とによってフォトセンサ５６の位置に向けて比較的時間をかけて搬送されて、さらに充分に撹拌・混合されることになる。

＜変形例３＞
図９は、変形例としての現像装置５Ｙを示す図であって、本実施の形態における図３に対応する図である。
図９に示す現像装置５Ｙは、トナー補給口５７の下方の位置で、撹拌パドル５４（撹拌部材）と搬送スクリュ５５（搬送部材）との間の空間を仕切る仕切り部材５８が、収容部Ｂに設けられている。
詳しくは、収容部Ｂの長手方向一端側（図９の左方である。）には、撹拌パドル５４と搬送スクリュ５５との間の空間を仕切る仕切り部材５８が設けられていて、収容部Ｂの長手方向他端側（図９の右方である。）であってフォトセンサ５６の検知位置の近傍には、撹拌パドル５４と搬送スクリュ５５との間の空間を仕切る仕切り部材５８が設けられていていない。
仕切り部材５８は、収容部Ｂの長手方向一端側の内壁面から連続的に形成されていて、撹拌パドル５４と搬送スクリュ５５との間を連通させるような開口は設けられていない。収容部Ｂの長手方向一端側の内壁面と、トナー補給口５７から落下したトナーが瞬間的に滞留する位置（搬送スクリュ５５によって搬送開始される直前の補給トナーの位置である。）と、の間には、仕切り部材５８が存在している。また、フォトセンサ５６の検知位置と、撹拌パドル５４と、の間の空間は連通している。
このように構成した場合にも、トナー補給口５７から補給された補給トナーは、本実施の形態のものとほぼ同様に、搬送スクリュ５５によって搬送され移動することになり、フォトセンサ５６によるトナー検知によって、収容部Ｂに収容されたトナーＴの量を狙いの値に精度良く維持することができる。

以上説明したように、本実施の形態における現像装置５Ｙは、現像ローラ５１（現像剤担持体）にトナーを供給する供給ローラ５３（供給部材）が配設されて、収容部Ｂ内のトナーを撹拌する撹拌パドル５４（撹拌部材）が配設されて、収容部Ｂの上部にトナー補給口５７が形成されている。また、撹拌パドル５４の上方の検知位置にトナーＴがあるか否かを検知するフォトセンサ５６（検知手段）が配設され、その検知位置に向けてトナーを搬送する搬送スクリュ５５（搬送部材）が撹拌パドル５４の上方に配設されている。そして、フォトセンサ５６の検知位置と撹拌パドル５４との間は連通している。
これにより、比較的簡易な構成で、収容部Ｂに収容されたトナーＴの量を狙いの値に精度良く維持することができる。

なお、本実施の形態においては、感光体ドラム１Ｙ（像担持体）と現像装置５Ｙと帯電ローラ４Ｙ（帯電装置）とクリーニング装置２Ｙとが一体化されたプロセスカートリッジ６Ｙとして構成されている場合に対して、本発明を適用した。しかし、本発明の適用はこれに限定されることなく、これらの装置１Ｙ、２Ｙ、４Ｙ、５Ｙの全部又は一部が、それぞれ単体で画像形成装置本体１００に対して着脱されるユニットして構成されている場合であっても、当然に本発明を適用することができる。そして、そのような場合にも、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置と、像担持体上をクリーニングするクリーニング装置と、のうち少なくとも１つと、像担持体と、が一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるユニットと定義する。

また、本実施の形態では、現像ローラ５１が感光体ドラム１Ｙに対してギャップをあけずに当接するように構成された接触式の１成分現像方式の現像装置５Ｙに対して、本発明を適用した。これに対して、現像ローラが感光体ドラムに対してギャップをあけて対向するように構成された非接触式の１成分現像方式の現像装置に対しても、本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、検知位置にトナーがあるか否かを検知する検知手段として反射型のフォトセンサ５６を用いたが、検知手段として透過型フォトセンサを用いることもできるし、検知手段として圧電センサを用いることもできるし、トナーとして磁性トナーを用いる場合には検知手段として磁気センサを用いることもできる。
そして、それらのような場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では、カラー画像形成装置１００に設置される複数の現像装置に対して、それぞれ本発明を適用した。これに対して、モノクロ画像形成装置に設置される現像装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。
そして、そのような場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

なお、本願明細書等において、「Ａ又は／及びＢ」なる表現は、「ＡとＢとのうち少なくとも一方」と同義であるものと定義する。

１Ｙ 感光体ドラム（像担持体）、
５Ｙ 現像装置、
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ プロセスカートリッジ、
５１ 現像ローラ（現像剤担持体）、
５２ ドクターブレード（現像剤規制部材）、
５３ 供給ローラ（供給部材）、
５４ 撹拌パドル（撹拌部材）、
５５ 搬送スクリュ（搬送部材）、
５６ フォトセンサ（検知手段）、
５７ トナー補給口、
１００ 画像形成装置（画像形成装置本体）、
Ｂ 収容部、 Ｔ トナー。

特開２０１４−１６０１７３号公報 特開２０１４−２３２１３９号公報

Claims (11)

1. トナーが収容される収容部と、トナーを担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体にトナーを供給する供給部材と、を備えた現像装置であって、
   回転軸部に単数又は複数の板状部材が設置されて、前記収容部内のトナーを撹拌する撹拌部材と、
   前記収容部の上部に形成されたトナー補給口と、
   前記撹拌部材の上方の検知位置にトナーがあるか否かを検知する検知手段と、
   前記撹拌部材の上方に配設されて、前記検知位置でトナーの盛り上がりが形成されるように前記トナー補給口から補給されたトナーと前記撹拌部材の上方にあるトナーとを前記検知位置に向けて搬送する搬送部材と、
   前記検知位置に向けてトナーを搬送する搬送部材と、
   を備え、
   前記検知位置と前記撹拌部材との間は連通していることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー補給口は、前記収容部における長手方向一端側の天井部に形成され、
   前記検知手段は、その前記検知位置が、前記トナー補給口に対して長手方向他端側であって、前記搬送部材に対して略同じ高さになるように配設されたフォトセンサであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記検知手段によって前記検知位置にトナーがないものと検知されたときには前記トナー補給口からトナーが補給されて、前記検知手段によって前記検知位置にトナーがあるものと検知されたときには前記トナー補給口からトナーが補給されないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記搬送部材は、軸部にスクリュ部が螺旋状に巻装された搬送スクリュであって、
   前記搬送スクリュは、前記検知手段に対向する前記軸部の対向部には前記スクリュ部が巻装されないように形成されるとともに、前記対向部に向けて幅方向両端部からそれぞれトナーが搬送されるように前記対向部を挟んで長手方向両側にそれぞれ巻装された前記スクリュ部の巻き方向が互いに逆方向になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記搬送スクリュは、前記軸部の前記対向部に、前記軸部の回転にともない前記検知手段の検知面に摺接して前記検知面を清掃する清掃部材が設置されたことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記搬送スクリュは、前記軸部に、前記軸部の回転にともないトナーを撹拌する撹拌部が形成されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の現像装置。
7. 前記撹拌部材は、撹拌パドルであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記撹拌パドルの前記板状部材は、長手方向に複数に分割されて、前記回転軸部の回転にともない前記供給部材又は／及び前記収容部の内壁面に摺接するように形成された可撓性シートであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記撹拌パドルは、前記回転軸部に、トナーを長手方向一端側から長手方向他端側に向けて搬送する搬送部が形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置。
10. 画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるプロセスカートリッジであって、
    請求項１〜請求項９のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
11. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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