JP2003140456A - 光ガイド部材及び現像剤容器及び現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トナー送り部材28、128が２個使用されている
現像剤容器25において、トナーの残量の検知を正確に行
なうこと。 【解決手段】検知光Ｌｓ、Ｌｔを受光素子39にガイドし
現像剤の有無を検知するための光ガイド部材において、
材質が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部材で
構成され、検知光Ｌｓ、Ｌｔが入射する入射面を有す
る、第一入射光ガイド部47Ａ及び第二入射光ガイド部47
Ｂの二つの入射光ガイド部と、検知光Ｌｓ、Ｌｔが出射
する出射面を有する一つの出射光ガイド部47Ｃと、を有
し、前記各ガイド部のうち少なくとも一つの短手方向の
断面は、少なくとも円弧及び該円弧の両端を結ぶ直線と
からなるように構成され、前記入射面又は前記出射面は
前記直線を含む平面内にあり、前記平面の法線と交わる
位置に、入射した光が全反射する角度を持つ反射面47
Ｐ、47Ｏを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光によりトナー残量
を検知するための光ガイド部材及び現像剤容器及び現像
容器及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真画像形成プロセスを用い
た画像形成装置においては、像担持体としての感光体ド
ラム及び該感光体ドラムに作用するプロセス手段を一体
的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成
装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が
採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれ
ば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユー
ザー自身で行うことができるので、格段に操作性を向上
させることができた。そこでこのプロセスカートリッジ
方式は、画像形成装置において広く用いられている。

【０００３】また、装置のメンテナンスを容易にする一
手段としてカートリッジの交換時期をユーザーに推測さ
せるため、現像剤（トナー）の減少具合をユーザーに知
らせ、また、プロセスカートリッジの寿命を告げ、プロ
セスカートリッジの交換を促す等のことを行っている。

【０００４】図１８は電子写真方式によって画像を形成
する画像形成装置200の一形態であるレーザービームプ
リンタの断面図である。一定速度で回転する感光体ドラ
ム201の表面を帯電手段202で一様に帯電する。そして、
感光体ドラム201に露光手段203から画像情報に応じたレ
ーザー光を照射して潜像を形成し、その潜像を現像装置
204で現像される。そして、感光体ドラム201に形成され
た現像画像は、給送部から搬送手段205によって搬送さ
れる転写材Ｓに転写手段206によって転写される。

【０００５】そして、その転写材Ｓを定着手段207へ搬
送して定着し、機外に排出される。転写後、感光体ドラ
ム201に残った転写残トナーは、クリーニングブレード2
08により掻き落とされ、クリーニング容器209の中に貯
蔵される。現像装置204内にはトナーを担持する現像ロ
ーラ210を配し、現像ローラ210には、供給ローラ211が
摺擦しており、現像に寄与しなかったトナーを掻きとっ
て常に新鮮なトナーが供給されるようになっている。

【０００６】従来の光透過式のトナー残量検知方法につ
いて図１９及び図２０に示す。トナーＴを収納する現像
剤容器216内には、トナー送り部材212が設けられてい
て、トナー送り部材212が回転することで、現像器開口
部217から現像器218内の供給ローラ211にトナーＴを搬
送している。

【０００７】図１９（ａ）に示すように、現像容器内の
トナー量が多い状態を示した図で、トナー送り部材が搬
送した余剰トナーは矢印ＡＡから窓214ａ方向へと落下
する。

【０００８】ところで、トナー送り部材212はトナーＴ
を収納する現像剤容器216に取り付けられた光透過用の
窓214ａと214ｂに回転する都度接触し、それぞれの窓の
内側に付着したトナーＴを拭き取っている。これによ
り、トナーＴの残量が多い時は、下側窓214ａに付着し
たトナーをトナー送り部材が拭きとっても、矢印ＡＡか
ら落下するトナーにより、窓214ａは遮蔽され、光を透
過しない。

【０００９】図１９（ｂ）はトナー残量が多い時の受光
素子215ｂの検知状態であり、出力５Ｖが光を検知しな
い状態であり、出力１Ｖが光を検知した状態である。

【００１０】図１９（ａ）の状態では、トナー送り部材
212が窓214ａに付着しているトナーを拭きとっても、矢
印ＡＡから落下するトナーにより、光が透過することな
く窓214ａを遮蔽するため、受光素子215ｂの出力信号は
５Ｖのままである。

【００１１】図２０（ａ）はトナーが無い状態を示す図
であり、窓214ａをトナー送り部材212が清掃するとトナ
ー送り部材から落下するトナーが無いため窓214ａは露
出され、光軸Ｌｗを形成し、受光素子215ｂに受光され
る、図２０（ｂ）は受光素子215ｂの光検知の状態を示
す図であり、窓214ａが光を透過すると受光素子215ｂか
らの出力電圧が１Ｖとなり、画像形成装置200はユーザ
ーにトナーが無いことを通知する。

【００１２】ところで、最近のユーザーへの通知方法と
して、カートリッジの寿命を露光手段（スキャナ）203
の発光した時間から計算し、現在のカートリッジの寿命
をユーザーへ通知し、トナー無し通知と組み合わせ、更
に利便性を向上する方法が採られている。

【００１３】図２１はカートリッジ寿命とトナー残量を
ユーザーに示す方法の一例であり、１００ｇのトナーが
逐次に消費され、０ｇになることを示したグラフであ
る。

【００１４】（検知Ａ）露光手段203の発光画素数から
計算した理想寿命直線Ｋｒを中心に誤差Ｋｓ−Ｋｔ間
で、トナー残量１％位置まで、ユーザーに現在のトナー
残量を報知する。

【００１５】又は、 （検知Ｂ）受光素子215ｂが出力１Ｖを発するトナー無
し信号により、トナー無し、すなわち０％をユーザーに
報知するようになっている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
現像剤容器を含むプロセスカートリッジの構成として、
長寿命化が図られ、トナーの充填量が増えてくると、ト
ナー無しになるまでの誤差が積算されるため、精度の面
で不利であった。また、近年の現像剤容器を含むプロセ
スカートリッジの例として、トナー送り部材が２個使用
されているものもある。

【００１７】そこで本発明の目的は、トナー送り部材が
２個使用されている現像剤容器において、安価で簡単な
構成でトナーの残量の検知を正確に行なうことである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の代表的な構成は、検知光を受光素子にガイ
ドし現像剤の有無を検知するための光ガイド部材におい
て、材質が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部
材で構成され、前記検知光が入射する入射面を有する、
第一入射光ガイド部及び第二入射光ガイド部の二つの入
射光ガイド部と、前記検知光が出射する出射面を有する
一つの出射光ガイド部と、を有し、前記各ガイド部のう
ち少なくとも一つの短手方向の断面は、少なくとも円弧
及び該円弧の両端を結ぶ直線とからなるように構成さ
れ、前記入射面又は前記出射面は前記直線を含む平面内
にあり、前記平面の法線と交わる位置に、入射した光が
全反射する角度を持つ斜面部を有することを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施形態）本発明の実施形態を
図を用いて詳細に説明する。図１は画像形成装置の全体
説明図であり、図２は画像形成装置のプロセスカートリ
ッジ交換時の説明図であり、図３は画像形成装置の斜視
図であり、図４はプロセスカートリッジの斜視図であ
り、図５は画像形成装置の電気ブロック図である。

【００２０】（画像形成装置の全体構成）まず多色画像
形成装置の全体構成について、図１乃至図５を参照して
説明する。同図に示す多色画像形成装置Ａは、垂直方向
に並設された４個の像担持体としての感光体ドラム１
（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を備えている。感光体ドラ
ム１は、駆動手段（不図示）によって、同図中、反時計
回りに回転駆動される。

【００２１】感光体ドラム１の周囲には、その回転方向
に従って順に、感光体ドラム１表面を均一に帯電する帯
電手段としての帯電ローラ２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄ）、画像情報に基づいてレーザービームを照射し感光
体ドラム１上の静電潜像を形成する露光手段としてのス
キャナユニット３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、静電潜
像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像手
段としての現像装置４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）、感
光体ドラム１上のトナー像を転写材Ｓに転写させる転写
ローラ５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、転写後の感光体
ドラム１表面に残った転写残トナーを除去するクリーニ
ング装置６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）等が配設されて
いる。ここで、感光体ドラム１と帯電ローラ２、現像装
置４、クリーニング装置６は一体的にカートリッジ化さ
れプロセスカートリッジ７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）
を形成している。

【００２２】以下、感光体ドラム１から順に詳述する。
感光体ドラム１は、例えば直径３０ｍｍのアルミシリン
ダの外周面に有機光導電体層（ＯＰＣ感光体）を塗布し
て構成したものである。感光体ドラム１は、その両端部
を支持部材によって回転自在に支持されており、一方の
端部に駆動モータ（不図示）からの駆動力が伝達される
ことにより、反時計周りに回転駆動される。

【００２３】帯電装置としては、接触帯電方式のものを
使用することができる。帯電部材は、ローラ状に形成さ
れた導電性ローラ２であり、このローラを感光体ドラム
１表面に当接させるとともに、このローラに帯電バイア
ス電圧を印加することにより、感光体ドラム１表面を一
様に帯電させるものである。

【００２４】スキャナユニット３は、感光体ドラム１の
略水平方向に配置され、レーザーダイオード（不図示）
によって画像信号に対応する画像光が、スキャナモータ
ー（不図示）によって高速回転されるポリゴンミラー９
（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）に照射される。ポリゴンミ
ラー９に反射した画像光は、結像レンズ10（10ａ、10
ｂ、10ｃ、10ｄ）を介して帯電済みの感光体ドラム１表
面を選択的に露光して静電潜像を形成するように構成し
ている。

【００２５】現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはそれぞ
れイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナ
ーを夫々収納した現像器から構成される。

【００２６】すべての感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄに対向し、接するように循環移動する静電転写ベル
ト11が配設される。静電転写ベルト11は１０¹¹〜１０¹⁴
Ω・ｃｍの体積固有抵抗を持たせた厚さ約１５０μｍの
フィルム状部材で構成される。この静電転写ベルト11
は、垂直方向に４軸でローラ13、14Ａ、14Ｂ、15に支持
され、図中左側の外周面に記録媒体としての転写材Ｓを
静電吸着して上記感光体ドラム１に転写材Ｓに接触させ
るべく循環移動する。これにより、転写材Ｓは静電転写
ベルト11により転写位置まで搬送され、感光体ドラム１
上のトナー像を転写される。

【００２７】この静電転写ベルト11の内側に当接し、４
個の感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対向した位
置に転写ローラ５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が並設さ
れる。これら転写ローラ５から正極性の電荷が静電転写
ベルト11を介して転写材Ｓに印加され、この電荷による
電界により、感光体ドラム１に接触中の用紙に、感光体
ドラム１上の負極性のトナー像が転写される。

【００２８】静電転写ベルト11は周長約７００ｍｍ、厚
み１５０μｍのベルトであり、駆動ローラ13、従動ロー
ラ14Ａ、14Ｂ、テンションローラ15の４本のローラに掛
け渡され、図の矢印方向に回転する。これにより、上述
した静電転写ベルト11が循環移動して転写材Ｓが従動ロ
ーラ14Ａ側から駆動ローラ13側へ搬送される間にトナー
像を転写される。

【００２９】給送部16は、画像形成部に転写材Ｓを給送
搬送するものであり、複数枚の転写材Ｓが給送カセット
17に収納されている。画像形成時には給送ローラ18（半
月ローラ）、レジストローラ対19が画像形成動作に応じ
て駆動回転し、給送カセット17内の転写材Ｓを１枚毎分
離給送するとともに、転写材Ｓ先端はレジストローラ対
19に突き当たり一旦停止し、ループを形成した後静電転
写ベルト11の回転と画像書き出し位置の周期をとって、
レジストローラ対19によって静電転写ベルト11へと給送
されていく。

【００３０】定着部20は、転写材Ｓに転写された複数色
のトナー画像を定着させるものであり、回転する加熱ロ
ーラ21Ａと、これに圧接して転写材Ｓに熱及び圧力を与
える加圧ローラ21Ｂとからなる定着ローラ対21を備えて
いる。すなわち、感光体ドラム１上のトナー像を転写し
た転写材Ｓは定着部20を通過する際に定着ローラ対21で
搬送されるとともに、定着ローラ対21によって熱及び圧
力を与えられる。これによって複数色のトナー像が転写
材Ｓ表面に定着される。

【００３１】画像形成の動作としては、プロセスカート
リッジ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが、印字タイミングに合
わせて順次駆動され、その駆動に応じて感光体ドラム１
ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが、反時計回り方向に回転駆動さ
れる。そして、各々のプロセスカートリッジ７に対応す
るスキャナユニット３が順次駆動される。この駆動によ
り、帯電ローラ２ａ〜２ｄは感光体ドラム１の周面に一
様な電荷を付与し、スキャナユニット３は、その感光体
ドラム１周面に画像信号に応じて露光を行って感光体ド
ラム１周面上に静電潜像を形成する。現像装置４内の現
像ローラは、静電潜像の低電位部にトナーを転移させて
感光体ドラム１周面上にトナー像を形成（現像）する。

【００３２】最上流の感光体ドラム１周面上のトナー像
の先端が、静電転写ベルト11との対向点に回転搬送され
てくるタイミングで、その対向点に転写材Ｓの印字開始
位置が一致するように、レジストローラ対19が回転を開
始して転写材Ｓを静電転写ベルト11へ給送する。

【００３３】転写材Ｓは静電吸着ローラ22と静電転写ベ
ルト11とによって挟み込むようにして静電転写ベルト11
の外周に圧接し、かつ静電転写ベルト11と静電吸着ロー
ラ22との間に電圧を印加することにより、誘導体である
転写材Ｓと静電転写ベルト11の誘電体層に電荷を誘起
し、転写材を静電転写ベルト11の外周に静電吸着するよ
うに構成している。これにより、転写材Ｓは静電転写ベ
ルト11に安定して吸着され、最下流の転写部まで搬送さ
れる。

【００３４】このように搬送されながら転写材Ｓは、各
感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成される電界
によって、各感光体ドラム１のトナー像を順次転写され
る。４色のトナー像を転写された転写材Ｓは、ベルト駆
動ローラ13の曲率により静電転写ベルト11から曲率分離
され、定着部20に搬入される。転写材Ｓは、定着部20で
上記トナー像を熱定着された後、排出ローラ対23によっ
て、排出部24から画像面を下にした状態で本体外に排出
される。

【００３５】また、このような電子写真画像形成装置に
おいては、プロセスカートリッジ７に記憶素子（記憶手
段）142を内蔵し、この記憶素子142にサービス情報を登
録しておく。そして、プロセスカートリッジ７を装置本
体Ａに装着した際に、装置本体側に設けられたコネクタ
62（62ａ、62ｂ、62ｃ、62ｄ）とプロセスカートリッジ
７側に設けられたコネクタ63（63ａ、63ｂ、63ｃ、63
ｄ）とを接続させる。そしてコネクタを介して記憶素子
142の情報を装置本体に取り込む。装置本体Ａではその
情報に基づいて、プロセスカートリッジ７の交換時期な
どを判断してその旨を表示する。これによって、ユーザ
ーに対して、装置本体あるいはプロセスカートリッジの
メンテナンスを促している。

【００３６】図５は本体の電気ブロック図である。本体
にはエンジンコントローラであるＭＰＵ100が設置さ
れ、電気的な制御を行っている。本体電源ＯＮ後、各種
状態を検知し、印刷動作を可能としている。後述する
が、ＭＰＵ100のＩＯポートからの入出力信号により発
光素子30、31を発光させ、受光素子39によりカートリッ
ジの状態を検知し、トナーが無くなるとユーザーにカー
トリッジ交換を促す。

【００３７】（画像形成装置本体に対するプロセスカー
トリッジの着脱方法）次に、画像形成装置本体100に対
するプロセスカートリッジ７の着脱方法を、図２乃至図
４を用いて説明する。図２に示すように、プロセスカー
トリッジ７は、画像形成装置本体100に対して、着脱可
能であり、その際、プロセスカートリッジ７は、画像形
成装置本体100の前扉32が開いた状態において、水平方
向に抜き差しされる構成となっている。前扉32は装置本
体Ａに対して軸32Ａを中心に回動して図１及び図２に示
すように立てた状態と横になって開いた状態となるよう
になっている。上述した静電転写ベルト11及びこれを支
持する各ローラ13、14ａ、14ｂ、15、並びに転写ローラ
５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は前扉32に設けられてい
る。

【００３８】さらに、図３及び図４に示すように、画像
形成装置Ａ本体内において、プロセスカートリッジ７
は、画像形成装置本体内に設けられているガイドレール
部33と、プロセスカートリッジ７に設けられた挿入ガイ
ド部が係合することにより、図２に示すように、矢印の
方向に着脱される構成となっている。プロセスカートリ
ッジ７が画像形成装置本体に挿入される際は、前扉32が
開いた状態で、ガイドレール部33に沿って奥側まで差し
込まれ、各プロセスカートリッジ７の感光体ドラム１が
上下方向に一直線上に位置する位置にて停止する。ま
た、脱着される際は、前記位置より、ガイドレール部33
に沿って前扉32側に向かって引き出されることによりプ
ロセスカートリッジ７は画像形成装置本体の外に取り出
される。

【００３９】図４を用いて、記憶素子142（図５参照）
を用いたプロセスカートリッジ７の装置本体Ａのコネク
タ62との結合方法について説明する。図４はプロセスカ
ートリッジの背面斜視図である。プロセスカートリッジ
の枠体７Ａには画像形成装置本体100への位置決め部64
が設けられており、プロセスカートリッジ７が画像形成
装置本体100に装着されると、画像形成装置本体100に設
けられたプロセスカートリッジ受65の受け部66によって
枠体７Ａに設けられた位置決め部64が抱え込まれて、プ
ロセスカートリッジ７の画像形成装置内での位置が決ま
る。記憶素子142はプロセスカートリッジ７の枠体７Ａ
の長手中心部に取り付けられている。ここで記憶素子14
2の電極67はコネクタ外壁の高さより低くなっている。

【００４０】プロセスカートリッジ７が画像形成装置本
体に装着されると記憶素子142と画像形成装置本体100に
設けられたコネクタ62と電気的に接続され、記憶素子14
2と本体内に装着されたＭＰＵ100との間で通信が可能に
なる。

【００４１】（プロセスカートリッジの概略）図６及び
図７を用いてプロセスカートリッジの概略を説明する。
図６はプロセスカートリッジの断面図であり、図７はプ
ロセスカートリッジを下から見た斜視図である。

【００４２】前記プロセスカートリッジ７は、電子写真
感光体と、少なくとも１つのプロセス手段を備えたもの
である。ここでプロセス手段としては、例えば電子写真
感光体を帯電させる帯電手段、電子写真感光体に形成さ
れた潜像を現像する現像手段、電子写真感光体表面に残
留するトナーをクリーニングするためのクリーニング手
段等がある。本実施形態のプロセスカートリッジ７は、
図７に示すように、感光層を有する電子写真感光体であ
る感光体ドラム１を回転し、帯電手段である帯電ローラ
２へ電圧印加して前記感光体ドラム１の表面を一様に帯
電し、この帯電した感光体ドラム１に対して前記スキャ
ナユニット３からの光像を露光開口部35（35ａ、35ｂ、
35ｃ、35ｄ）を介して露光して潜像を形成し、該潜像を
現像手段である現像装置４によって現像するように構成
している。

【００４３】前記現像装置４は、図６に示すように、現
像剤容器25の現像剤収納部25Ａ内のトナー送り手段であ
る回転可能なトナー送り部材28により、開口部25Ｄを通
じてトナーを送り出し、回転駆動される供給ローラ29に
よって現像に寄与しなかったトナーを掻き取って、常に
新鮮なトナーを現像ローラ27に供給する。そして現像ロ
ーラ27を回転させると共に、現像ブレード36によって摩
擦帯電電荷を付与したトナー層を現像ローラ27の表面に
形成し、そのトナーを前記潜像に応じて感光体ドラム１
へ転移させることによってトナー像を形成して可視像化
するものである。 上記トナー送り部材28は軸28Ａに固
定したボス28Ｃにトナー送り翼28Ｂを設けてある。軸28
Ａは現像剤容器25に回転自在に支持され一端は該容器25
の外部に延出されている。トナー送り翼28Ｂは可撓性の
プラスチック部材でできている。プロセスカートリッジ
７が新品の際は開口部25Ｂはトナーシール部材で封止さ
れており、現像剤容器25中のトナーは外部に洩れること
はない。トナーシール部材は外部に引き出されて開封さ
れる。黒色磁性トナーを用いるプロセスカートリッジ７
においては供給ローラ29は有しない。そして現像ローラ
には固定磁石を内蔵している。

【００４４】そして転写ローラ５に前記トナー像と逆極
性の電圧を印加してトナー像を記録媒体である転写材Ｓ
に転写した後は、クリーニングブレード６Ｅによって感
光体ドラム１に残留したトナーを掻き落とすと共に、ス
クイシート６Ｆによってすくい取りクリーニング容器12
の除去トナー収納部12ａへ集めるクリーニング手段によ
って感光体ドラム１上の残留トナーを除去するように構
成している。

【００４５】このプロセスカートリッジ７は感光体ドラ
ム１、帯電ローラ２、クリーニングブレード６Ｅを支持
すると共に除去トナー収納部12Ａを有するクリーニング
容器12を有する。また、現像ローラ27、供給ローラ29を
支持する現像容器37と、トナーを収納し、このトナーの
撹拌と現像容器37への送り出しを行うトナー送り部材28
を支持する現像剤容器25とを超音波等で溶着したトナー
現像枠体と前記各部材を支持したクリーニング容器12を
回動可能に結合し、感光体ドラム１と現像ローラ27を圧
接する方向にばね力が作用するばね（不図示）を現像容
器37とクリーニング容器12間に設けてある。上記現像剤
容器25、現像容器37、クリーニング容器12はＨＩＰＳ
（耐衝撃性ポリスチレン）で成形して作られている。

【００４６】図７において現像ローラ側発光素子用光ガ
イド45及びスキャナ側発光素子用光ガイド46は現像剤容
器25の底面に熱カシメにより取付けられており、受光側
光ガイド47は現像剤容器25の上面に熱カシメにより取付
けられている。

【００４７】（トナー残量検知）次に本発明の特徴部分
である光透過トナー残量検知方法の実施の形態について
述べる。図６に示すように、トナーＴを収納するプロセ
スカートリッジ７又は現像剤容器25内には現像ローラ27
に近い側から順に第一のトナー送り部材28と第二のトナ
ー送り部材128が設けられていて、それぞれの送り部材
が回転することで、供給ローラ29にトナーＴを搬送して
いる。第一のトナー送り部材28、第二のトナー送り部材
128は、トナーＴを搬送する以外にも光透過窓55Ａ、55
Ｂ、55Ｃ、55Ｄに接触摺動し、付着したトナーＴを除去
する拭き取り機能も持っている。

【００４８】さらに、現像剤容器25の側面には、図６に
示すように、画像形成装置本体側に設けられた赤外線Ｌ
ＥＤ等の発光素子30、31と赤外線フォトトランジスタ等
の受光素子39が配置されている。発光素子30、31から出
射された検知光Ｌｓ、Ｌｔは、現像剤容器25の外側にお
いて、その一部が現像剤容器25の長手に渡って配設され
た発光素子用光ガイド45又はスキャナ側発光素子用光ガ
イド46を通って窓部材55Ｃ、55Ｄから現像剤容器25内部
の現像剤収納部25Ａに屈折して出射される。そして、現
像剤収納部25Ａに出射された検知光Ｌｓ、Ｌｔは、光透
過窓55Ａ、55Ｂを透過して光ガイド部材47に入射されて
屈折し現像剤容器25内部に通過した検知光Ｌｓ、Ｌｔ
は、図７に示すように、その一部が同じく現像剤容器25
の長手に渡って配設された光ガイド部材47を介して受光
素子39に至り、そこで受光素子39が受光することによっ
て現像剤容器25内に収納されているトナーＴの残量を検
知する構成となっている。

【００４９】（トナー残量検知機構）図８乃至図１２を
用い、トナー残量の検知機構について説明する。図８は
光ガイド部材の斜視図であり、図９は光ガイド部材周辺
の上面図であり、図１０は光ガイド部材周辺の電気ブロ
ック図である。

【００５０】図８に示すように、現像ローラ側の発光素
子30から出射される光Ｌｘは、現像ローラ側発光素子用
光ガイドを通過し、光透過窓55Ａを経て検知光Ｌｓとな
り、光ガイド部材47の第一入射光ガイド部47Ａを通過
し、出射光ガイド部47Ｃを通過し、出射面47Ｑから出射
光Ｌｃとなり、受光素子39へ入光する。

【００５１】図９に示すように、容器25には検知光を透
過する光透過窓55Ａ、55Ｂが、超音波又は接着等の方法
でとりつけてあり、光透過窓55Ａ、55Ｂと対向する位置
に光ガイド部材47の入射部の現像ローラ側の第一入射光
ガイド部47Ａとスキャナ側の第二入射光ガイド部47Ｂが
配置されている。光ガイド部材47には取付部47Ｄがあり
容器に設けられたカシメ用ボス25ｘ、25ｙにより容器に
カシメられている。光ガイド部材47には出射光ガイド部
47Ｃが受光素子39に対向されて配置されている。出射光
ガイド部47Ｃの端部には曲面状の出射面があり、出射面
47Ｑから出射する出射光Ｌｃを受光素子39方向へ集光し
ている。

【００５２】図１０はトナー検知を実現するための電気
回路の一例を示したブロック図である。発光素子30、31
はエンジンコントローラＭＰＵ100からの信号により、
点滅を可能としている。発光素子30、31から出射した光
Ｌｘ、Ｌｙは、発光素子用光ガイド45、46により屈折さ
れて光透過窓55Ｃ、55Ｄを通過して、検知光Ｌｓ、Ｌｔ
になりトナーの残量を検知する。

【００５３】トナーが無い状態では、検知光Ｌｓ、Ｌｔ
は光ガイド部材47を通過し、出射光Ｌｃとなり、受光素
子39へ到達する。受光素子39の受光状態により受光して
いる状態は１Ｖ、受光してない状態は５Ｖの出力を出す
ように、抵抗Ｒｂと電圧Ｖｃｃを設定している。エンジ
ンコントローラ（ＭＰＵ）100のしきい値は３Ｖ近傍に
設定されているので、トナー有無はエンジンコントロー
ラのＩＯのＯｎ/Ｏｆｆにより判断できる。

【００５４】（光ガイド部材）図１１及び図１２を用い
て、本発明の光ガイドの構成及び機能を説明する。図１
１は光ガイド部材の斜視図であり、図１２は光ガイド部
材の上面図である。

【００５５】光ガイド部材の材質は透明の合成樹脂部材
で、本実施形態では屈折率１．４９のアクリル樹脂の場
合を説明するが、透明で且つ全反射可能なように空気よ
り大きい屈折率であれば特に材質はこだわらず、例えば
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂でも良い。

【００５６】検知光Ｌｓをガイドする現像ローラ側の第
一入射光ガイド部47Ａ、Ｌｔをガイドするスキャナ側の
第二入射光ガイド部47Ｂ、該２つの入射光を受光素子39
へガイドする出射光ガイド部47Ｃ、取付部47Ｄ、47Ｘ、
47Ｙ、入射面47Ｒ、47Ｓ、反射面47Ｏ、47Ｐ、凸レンズ
形状の出射面47Ｑを持つ。

【００５７】入射光ガイド部47Ａ、47Ｂは半円柱形状を
しており、円柱の切断面が入射面を兼ねる。このことに
より、面の合わせ目が半円面と切断面の２箇所となる。

【００５８】従来から使われている断面形状が四角の光
ガイドは、面の合わせ目が４箇所であり、本発明の光ガ
イド部材47は、光の逃げやすい箇所が従来品より少な
く、伝達効率が良い。反射面47Ｏ、47Ｐは２箇所となる
ので、半円面を長手軸方向に対し４５度傾斜した平面で
構成される。尚、本実施形態の説明ではアクリルの屈折
率１．４９で起こる全反射角度４８．８度以下というこ
とで、４５度としたが、屈折率１．５９と比較的大きい
屈折率を持つポリスチレンにて全反射角度５０度を利用
し、反射面の角度に自由度をとっても良い。また、取付
部47Ｘ、47Ｙは熱カシメボス用の穴であり、この穴は位
置決め穴を兼ね、組みたて性を向上している。

【００５９】次に、受光素子39へ光が導かれる過程を説
明する。図１２に示すように、反射面47Ｐにおいて反射
した光Ｌｂは出射光ガイド部47Ｃの側壁に照射される。
側壁と光軸Ｌｂは４０度の角度で構成されており、光Ｌ
ｂは全反射し、反射光Ｌｅとなり、同様に全反射して反
射光Ｌｚとなる。出射面47Ｑは半径５ｍｍの曲率を持
ち、光Ｌｚが空気中に出る時は、アクリル中の屈折率
１．４９であるので、屈折の式、「ｓｉｎα/ｓｉｎβ
＝Ｎａｉｒ/Ｎｍｍａ」から、ｓｉｎ４２．１５°/ｓｉ
ｎ８９．１９°＝１/１．４５を得て、図１２中、距離
ＺＺだけ離れた受光素子３９方向へ、集光される。本実
施形態では受光素子39と出射面47Ｑとの間は６ｍｍであ
る。

【００６０】以上、発光素子31から出射された検知光Ｌ
ｔについて述べたが、光ガイド部材47は第一入射光ガイ
ド部47Ａ及び第二入射光ガイド部47Ｂと、出射光ガイド
部47ＣとはＹ字状に交わっているため、発光素子30から
出射される検知光Ｌｓも同等であり、反射面を入射面側
に長手方向に対して５０度以下で傾斜させ、入射ガイド
の長手軸と出射ガイドの側壁を５０度以下に構成するこ
とで、同等の経路をたどり、受光素子39へ集光される。

【００６１】（トナー残量検知動作）図１３乃至図１７
を用いてトナー残量検知の動作について説明する。図１
３はトナー残量が多量にあるときのトナー残量検知の説
明図であり、図１４はトナー残量が５０％以下になった
ときのトナー残量検知の説明図であり、図１５はトナー
残量が無くなったときのトナー残量検知の説明図であ
り、図１６はトナー残量検知のシーケンスを示す図であ
り、図１７はトナー残量とトナー残量検知との誤差を示
す図である。

【００６２】図１３（ａ）はトナー残量が多量にある状
態である。後述するが、本実施形態では、トナーの残量
が５０％以上あるときは、現像ローラ側の発光素子30は
点灯せず、スキャナ側の発光素子31のみが点灯してい
る。図１３（ｂ）はトナー残量が多量にある状態の受光
素子39の検知状況を示した信号図である。この状態では
トナーＴが光透過窓55Ａを遮蔽しており、発光素子31か
ら出射され、発光素子用光ガイド46により光透過窓55Ｄ
方向に屈折され出射した検知光Ｌｔは光ガイド部材47に
届かず受光素子39は光を検知せず、受光素子39からの信
号はトナー有りを示す５Ｖを出力する。

【００６３】図１４（ａ）はトナー残量が５０％以下に
なった状態であり、この状態では、光透過窓55Ｄ近傍に
トナーが無いためスキャナ側の発光素子31から出射した
光は光ガイド47に入光する。図１４（ｂ）はトナー残量
が５０％以下、１％以上の検知状況を示した信号図であ
る。トナー送り翼128Ｂが光路を遮蔽しない時間ｔｂだ
け受光素子はトナー無しを示す電圧１Ｖの出力をＭＰＵ
100に出力する。

【００６４】図１５（ａ）はトナー残量が０％になった
状態である。後述するが本実施形態ではトナー残量が５
０％以下になった時は発光素子31は点灯せず、発光素子
30のみが点灯している。この状態では、光透過窓55Ｃ近
傍にトナーが無いため発光素子30から出射した光は光ガ
イド部材47に入光する。図１５（ｂ）はトナー残量が０
％の検知状況を示した信号図である。トナー送り翼28Ｂ
が光路を遮蔽しない時間ｔｃだけ受光素子は電圧１Ｖの
出力をＭＰＵ100に出力する。

【００６５】このようにトナー残量５０％を超える時
と、５０％以下の時で、複数ある発光素子のどれか一つ
のみを点灯させ、その光を本発明の光ガイドで集光する
ことで、受光素子は１個しか必要とせず、信頼性、組み
たて性、コストダウンが可能となる。

【００６６】図１６は本発明の光ガイド部材を使用した
トナー残量検知を実現するシーケンスの一例である。な
お、本実施形態では、説明のため順序立てて説明する
が、スキャナの書き込み画素数からの寿命計算（Ｓ７、
Ｓ18）と受光素子によるトナー残量検知は（Ｓ８、Ｓ2
1）は逆順でも、同時であっても良い。また、説明とし
て、トナー残量検知シーケンスの中に印刷シーケンス
（Ｓ５、Ｓ13、Ｓ16、Ｓ25）があるとの説明があるが、
印刷シーケンスの中にトナー残量検知シーケンスがあっ
ても良い。

【００６７】トナー残量検知シーケンス（Ｓ１）がＭＰ
Ｕ100で実行されると、前述した記憶素子142であるカー
トリッジＲＯＭに保存してあるカートリッジ寿命を読み
出し、現在の寿命が５０％以下か否かを判断する（Ｓ
２）。カートリッジが５０％を超える値であるとＭＰＵ
100は発光素子31から発光し（Ｓ４）、５０％以下の値
だと発光素子30から発光する（Ｓ15）。

【００６８】その後印字開始動作により、フォーマッタ
134（図５参照）からの印刷コマンドに従い所定のパタ
ーン、所定の枚数印刷を行う（Ｓ５、Ｓ13、Ｓ16、Ｓ2
5）。印刷動作時、ＭＰＵ100はユーザーにカートリッジ
寿命（トナー残量）をユーザーに報知する（Ｓ12、Ｓ2
2）のだが、受光素子39が光を検知するまではスキャナ
の書き込み画素数（Ｓ６、Ｓ17）からトナーの消費量
（カートリッジ寿命）を換算し、カートリッジ寿命とし
てユーザーに報知しており、受光素子39が光を検知する
と、発光素子31が点灯している時はカートリッジ寿命を
５０％とし、ユーザーに報知する（Ｓ12）。発光素子30
が点灯している時は、カートリッジが寿命に来たとし
て、ユーザーにカートリッジを交換を促すメッセージを
報知する（Ｓ24）。

【００６９】図１７は前述したユーザーに報知するカー
トリッジの寿命値と実際のトナー残量を示した図であ
る。本実施形態では説明のためわかりやすく、トナー２
００ｇを使用する例で説明する。

【００７０】スキャナの発光画素数からの寿命換算値と
トナーの消費量が全く同一であると寿命直線はＪｓとな
り、寿命換算値が５０％の時、発光素子30からの検知光
Ｌｓを受光素子39が受光する。また、寿命換算値が０％
の時、発光素子31からの検知光Ｌｔを受光素子39が検知
し、ユーザーはトナー無し状態を画像形成装置の報知に
より知ることができ、ユーザーはカートリッジを交換す
る。

【００７１】ここで実際の例では、発光画素数からの寿
命換算値には誤差があり、印刷枚数が増えてトナーが消
費されるにつれ、誤差が積算されて大きくなり、Ｊｒ、
Ｊｔ直線の範囲の誤差をユーザーに伝える可能性があ
る。

【００７２】しかし、本発明を用いることで、先に図１
６のシーケンスで説明したように、カートリッジ寿命が
５１％までのときをスキャナの書き込み画素から計算
し、現像ローラ27側発光素子30からの信号で、トナー残
量５０％時の値を補正することで、誤差範囲をＪｒ−Ｊ
ｔ間からＪｖ−Ｊｕに狭めることができるため、カート
リッジ寿命の精度を向上することができる。

【００７３】（他の実施形態）前述した実施形態におい
ては、画像形成装置としてプリンタを例示して説明した
が、これに限るものではなく、複写機やファクシミリ装
置としてもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、材質
が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部材で構成
され、前記検知光が入射する入射面を有する、第一入射
光ガイド部及び第二入射光ガイド部の二つの入射光ガイ
ド部と、前記検知光が出射する出射面を有する一つの出
射光ガイド部と、を有し、前記各ガイド部のうち少なく
とも一つの短手方向の断面は、少なくとも円弧及び該円
弧の両端を結ぶ直線とからなるように構成され、前記入
射面又は前記出射面は前記直線を含む平面内にあり、前
記平面の法線と交わる位置に、入射した光が全反射する
角度を持つ斜面部を有するため、例えば、現像剤の残量
に応じて、異なる発光素子から検知光を発し、検知する
ことで、トナー送り部材が２個使用されている現像剤容
器において、安価で簡単な構成でトナーの残量の検知を
正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の全体説明図である。

【図２】画像形成装置のプロセスカートリッジ交換時の
説明図である。

【図３】画像形成装置の斜視図である。

【図４】プロセスカートリッジの斜視図である。

【図５】画像形成装置の電気ブロック図である。

【図６】プロセスカートリッジの断面図である。

【図７】プロセスカートリッジを下から見た斜視図であ
る。

【図８】光ガイド部材の斜視図である。

【図９】光ガイド部材周辺の上面図である。

【図１０】光ガイド部材周辺の電気ブロック図である。

【図１１】光ガイド部材の斜視図である。

【図１２】光ガイド部材の上面図である。

【図１３】トナー残量が多量にあるときのトナー残量検
知の説明図である。

【図１４】トナー残量が５０％以下になったときのトナ
ー残量検知の説明図である。

【図１５】トナー残量が無くなったときのトナー残量検
知の説明図である。

【図１６】トナー残量検知のシーケンスを示す図であ
る。

【図１７】トナー残量とトナー残量検知との誤差を示す
図である。

【図１８】従来の画像形成装置の全体説明図である。

【図１９】従来のトナー残量が多量にあるときのトナー
残量検知の説明図である。

【図２０】従来のトナー残量が無くなったときのトナー
残量検知の説明図である。

【図２１】従来のトナー残量とトナー残量検知との誤差
を示す図である。

【符号の説明】

Ａ …画像形成装置 Ｌｃ …出射光 Ｌｅ …反射光 Ｌｓ …検知光 Ｌｔ …検知光 Ｌｚ …反射光 Ｓ …転写材 Ｔ …トナー １ …感光体ドラム ２ …帯電ローラ ３ …スキャナユニット ４ …現像装置 ５ …転写ローラ ６ …クリーニング装置 ６Ｅ …クリーニングブレード ６Ｆ …スクイシート ７ …プロセスカートリッジ ７Ａ …枠体 ９ …ポリゴンミラー 10 …結像レンズ 11 …静電転写ベルト 12 …クリーニング容器 12Ａ …除去トナー収納部 12ａ …除去トナー収納部 13 …駆動ローラ 14Ａ …従動ローラ 14Ｂ …従動ローラ 15 …テンションローラ 16 …給送部 17 …給送カセット 18 …給送ローラ 19 …レジストローラ対 20 …定着部 21 …定着ローラ対 21Ａ …加熱ローラ 21Ｂ …加圧ローラ 22 …静電吸着ローラ 23 …排出ローラ対 25 …現像剤容器 25Ａ …現像剤収納部 25Ｂ …開口部 25ｘ …カシメ用ボス 25ｙ …カシメ用ボス 27 …現像ローラ 28 …トナー送り部材 28Ａ …軸 28Ｂ …トナー送り翼 28Ｃ …ボス 29 …供給ローラ 30 …発光素子 31 …発光素子 32 …前扉 32Ａ …軸 33 …ガイドレール部 36 …現像ブレード 37 …現像容器 39 …受光素子 45 …発光素子用光ガイド 46 …発光素子用光ガイド 47 …光ガイド部材 47Ａ …第一入射光ガイド部 47Ｂ …第二入射光ガイド部 47Ｃ …出射光ガイド部 47Ｄ …取付部 47Ｏ …反射面 47Ｐ …反射面 47Ｑ …出射面 47Ｒ …入射面 47Ｓ …入射面 47Ｘ …取付部 47Ｙ …取付部 55Ａ …光透過窓 55Ｂ …光透過窓 55Ｃ …光透過窓 55Ｄ …光透過窓 62 …コネクタ 63 …コネクタ 64 …位置決め部 65 …プロセスカートリッジ受 66 …受け部 67 …電極 100 …ＭＰＵ 128 …トナー送り部材 128Ｂ …トナー送り翼 134 …フォーマッタ 142 …記憶素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保井 功二郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 三浦 幸次 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F014 AC07 FA02 2H077 BA09 DA15 DA16 DA42 DA64 DA65 DA86 DB10 GA04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検知光を受光素子にガイドし現像剤の有
   無を検知するための光ガイド部材において、 材質が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部材で
   構成され、 前記検知光が入射する入射面を有する、第一入射光ガイ
   ド部及び第二入射光ガイド部の二つの入射光ガイド部
   と、 前記検知光が出射する出射面を有する一つの出射光ガイ
   ド部と、を有し、 前記各ガイド部のうち少なくとも一つの短手方向の断面
   は、少なくとも円弧及び該円弧の両端を結ぶ直線とから
   なるように構成され、 前記入射面又は前記出射面は前記直線を含む平面内にあ
   り、 前記平面の法線と交わる位置に、入射した光が全反射す
   る角度を持つ斜面部を有することを特徴とする光ガイド
   部材。
2. 【請求項２】 検知光を受光素子にガイドし現像剤の有
   無を検知するための光ガイド部材において、 材質が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部材で
   構成され、 前記検知光が入射する入射面及び側壁を有する、第一入
   射光ガイド部及び第二入射光ガイド部の二つの入射光ガ
   イド部と、 前記検知光が出射する出射面及び側壁を有する一つの出
   射光ガイド部と、を有し、 前記第一入射光ガイド部と前記第二入射光ガイド部と前
   記出射光ガイド部とが互いに交わりＹ字状に構成され、 二箇所から入射する検知光が、前記入射光ガイド部及び
   前記出射光ガイド部の側壁に全反射することで、一箇所
   より出射するように一体的に構成されていることを特徴
   とする光ガイド部材。
3. 【請求項３】 検知光を受光素子にガイドし現像剤の有
   無を検知するための光ガイド部材において、 材質が空気よりも屈折率が大きい中実状の光透過部材で
   構成され、 入射面と側壁から構成される第一入射光ガイド部及び第
   二入射光ガイド部と、出射面と側壁から構成される出射
   光ガイド部と、を有し、 前記第一入射光ガイド部の側壁と前記出射光ガイド部の
   側壁とが交わるように一体的に構成され、 前記第二入射光ガイド部の側壁と前記出射光ガイド部の
   側壁とが交わるように一体的に構成されることを特徴と
   する光ガイド部材。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載の光ガイド部
   材において、 前記入射光ガイド部の側壁の一部には、第一入射光ガイ
   ド部又は第二入射光ガイド部の長手方向の中心軸に対し
   て５０度以下の傾斜角度を形成する斜面部を有すること
   を特徴とする光ガイド部材。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４記載の光ガイド部
   材において、 前記出射光ガイド部の側壁が、第一入射光ガイド部又は
   前記第二入射光ガイド部の長手方向の中心軸に対して１
   ３０度以上の角度を有することを特徴とする光ガイド部
   材。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５記載の光ガイド部
   材において、 前記出射面が凸形状であることを特徴とする光ガイド部
   材。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６記載の光ガイド部
   材において、 前記材質は合成樹脂であることを特徴とする光ガイド部
   材。
8. 【請求項８】 請求項７記載の光ガイド部材において、 前記材質はアクリル樹脂であることを特徴とする光ガイ
   ド部材。
9. 【請求項９】 請求項７記載の光ガイド部材において、 前記材質はポリスチレン樹脂であることを特徴とする光
   ガイド部材。
10. 【請求項１０】光ガイド部材により検知光を受光素子に
    ガイドし、現像剤の有無を検知することのできる現像剤
    容器において、 前記光ガイド部材は、請求項１乃至請求項９記載の光ガ
    イド部材であることを特徴とする現像剤容器。
11. 【請求項１１】現像剤担持体と、現像剤容器から前記現
    像剤担持体に対して現像剤を搬送し現像を行なう現送装
    置において、 前記現像剤容器は請求項１０記載の現像剤容器であるこ
    とを特徴とする現像装置。
12. 【請求項１２】像担持体と、該像担持体に作用するプロ
    セス手段とを有するプロセスカートリッジにおいて、 前記プロセス手段に、請求項１１の現像装置を有するこ
    とを特徴とするプロセスカートリッジ。
13. 【請求項１３】プロセスカートリッジを着脱可能に構成
    する画像形成装置において、 前記プロセスカートリッジは請求項１２記載のプロセス
    カートリッジであることを特徴とする画像形成装置。
14. 【請求項１４】発光した検知光を光ガイド部材を通して
    受光し、現像剤の有無を検知しつつ画像形成を行なう画
    像形成装置において、 前記第一入射光ガイド部に入射する前記検知光を発する
    第一発光素子と、 前記第二入射光ガイド部に入射する前記検知光を発する
    第二発光素子と、 前記検知光を受光する受光素子と、 前記検知光を前記受光素子にガイドする請求項１乃至請
    求項９記載の光ガイド部材と、を有し、 前記第一発光素子が発光している間は前記第二発光素子
    は発光せず、 前記第二発光素子が発光している間は前記第一発光素子
    は発光しないことを特徴とする画像形成装置。