JP2009265464A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体１と、像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像部材２と、現像剤を収納するための現像剤収納部４７ａと、を有する複数のプロセスカートリッジ７ａ〜７ｄを着脱可能な、記録媒体Ｓに画像を形成する画像形成装置であって、 カートリッジごとに設けられた現像剤残量を光学的に検知する現像剤残量検知手段８ａ〜８ｄ）を有する画像形成装置において、現像剤の残量を検出するためのセンサの誤検出を防止し、精度良くカートリッジ内現像剤の残量を検出する。
【解決手段】複数のカートリッジ７ａ〜７ｄは水平に対して上下斜め方向に配列されており、現像剤残量検知手段８ａ〜８ｄは発光部２７及び受光部２８を有するとともに、像担持体１の下方において画像形成装置本体１００Ａに配置されており、発光部２７及び受光部２８を装置本体１００Ａの鉛直方向から投影して見たときに発光部２７と受光部２８を隠す遮蔽部３４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は電子写真や静電記録等の静電方式の複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

より詳しくは、複数のプロセスカートリッジを着脱可能な、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、複数のプロセスカートリッジごとに設けられた現像剤残量を光学的に検知する現像剤残量検知手段を有する画像形成装置に関する。

ここで、電子写真画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するものである。そして、電子写真画像形成装置の例としては、例えば電子写真複写機、電子写真プリンタ（レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置及びワードプロセッサ、並びにこれらの複合機（マリチファンクションプリンタ）等が含まれる。

また、現像装置（現像手段）とは、電子写真感光体ドラム等の静電潜像が形成される像担持体の面に形成された静電潜像を現像剤を用いて可視像化するものである。

さらに、プロセスカートリッジとは、少なくとも現像手段と電子写真感光体等の像担持体とを一体的にカートリッジ化し、画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。

電子写真画像形成装置においては、上記のようなプロセス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使用者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る。

プロセスカートリッジの交換が行われる条件の一つにはプロセスカートリッジ内の現像剤（トナー）切れがある。最近では、予めトナー残量情報を使用者に知らせスムーズな交換を促すために、プロセスカートリッジ内のトナー残量の検知が行われている。

具体的に、特許文献１には次のような構成が示されている。トナーを収容する作像装置（プロセスカートリッジ）と、作像装置の対向側に配置され、光を発光する発光部及び光を受光する受光部を備える。そして、受光部における受光光量に応じた信号を出力し、作像装置に収容されているトナーの残量を検出するためのセンサと、発光部及び受光部の少なくとも一方を清掃する清掃部材とを備える。
特開２００７−４７４１３号公報

しかしながら、上記従来例においては以下に述べるような問題点が発生する。清掃部材によって発光部や受光部を清掃する構成の場合、画像形成装置の一部を開閉する例えばドアの開閉動作に連動して清掃部材を動作させ、発光部や受光部を清掃するものである。このような構成の場合、清掃部材を備えることによる構成の複雑化、連動させるための部品点数の増加がある。また、清掃部材が発光部、受光部を清掃するにつれて、清掃部材自身が汚れ、その汚れが清掃時に再度発光部、受光部に付着することにより作像装置に収容されるトナー残量の誤検出してしまうことが考えられる。例えば、作像装置にトナーが残存していない状態であるにもかかわらず、その残存していない状態が検出されず、作像装置内にトナーが残存していると誤検出される。誤検出のままで画像形成動作が行われると、感光体ドラムの静電潜像がトナーで現像されず、用紙に白紙画像が形成されるという不具合が生じる。さらに、清掃部材をドアに連動させることにより、ドアの操作力が増大するものであった。

本発明は、斯かる課題に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、上記の課題を解消して、プロセスカートリッジに収容されている現像剤（トナー）の残量を検出するためのセンサの誤検出を防止することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像部材と、前記現像部材で前記静電潜像の現像に用いられる現像剤を収納するための現像剤収納部と、を有する複数のプロセスカートリッジを着脱可能な、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、前記複数のプロセスカートリッジごとに設けられた現像剤残量を光学的に検知する現像剤残量検知手段を有する画像形成装置において、前記複数のプロセスカートリッジは水平に対して上下斜め方向に配列されており、前記現像剤残量検知手段は発光部及び受光部を有するとともに、前記像担持体の下方において画像形成装置の装置本体に配置されており、前記発光部及び受光部を前記装置本体の鉛直方向から投影して見たときに前記発光部及び受光部を隠す遮蔽部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、落下してきたトナーや紙粉、粉塵等が発光部及び受光部に付着することなく、プロセスカートリッジに収容されるトナーの残量を検出するセンサの誤検出を防止することができる。

さらに、清掃部材を必要としないので、清掃部材及び連動機構による構成の複雑化、部品点数の増加、画像形成装置の一部を開閉する例えばドアに連動させることによるドアの操作力の増加を防止することができる。

［実施例１］
《画像形成装置の全体的な概略構成》
図２は本実施例における画像形成装置１００の概略の縦断正面図であり、画像形成動作状態時を示している。図３は図２の部分的な拡大図である。図４は装置本体を開閉するためのドア（開閉部材）２１が閉じ込まれている状態の画像形成装置１００の外観斜視図である。図５はドア２１が開かれて、第１のプロセスカートリッジ７ａが装置本体１００Ａに対して挿入操作或いは引き出し操作されている状態を示している。

ここで、本実施例の画像形成装置１００に関して、正面側又は手前側とは、ドア２１を配設した側であり、プロセスカートリッジ（以下、カートリッジと記す）７の装着方向の上流側である。背面側又は奥側とは、その反対側であり、カートリッジ７の装着方向の下流側である。前後方向とは、背面側から正面側へ向う方向（前方向）と、その逆方向（後方向）である。左右とは、画像形成装置１００を正面側から見て左又は右である。左右方向とは、右から左に向う方向（左方向）と、その逆の方向（右方向）である。画像形成装置本体（以下、装置本体と記す）１００Ａとは、画像形成装置１００の構成からカートリッジ７を除いた構成である。また、カートリッジ７又はその構成部材、あるいは装置本体側の構成部材に関して、長手方向とは、カートリッジ７が有する電子写真感光体ドラム（像担持体：以下、ドラムと記す）１の軸方向或いはその軸方向に平行な方向である。また、短手方向とは、ドラム１の軸方向と直交する方向である。カートリッジ７に関して、その長手方向において、装置本体１００Ａ側から駆動が伝達される側を駆動側と称し、その反対側を非駆動側と称する。

本実施例の画像形成装置１００は、電子写真プロセスを用いた、４色フルカラーのレーザビームプリンタ（カラー画像形成装置）である。即ち、パソコン・イメージリーダ等の外部ホスト装置Ｂから制御回路部（制御手段：ＣＰＵ）Ａに入力する電気的画像信号に基づいてシート状の記録媒体Ｓ（用紙・ＯＨＰシート・ラベル等）に画像形成を行う。制御回路部Ａは外部ホスト装置Ｂや操作部Ｃとの間で各種の電気的情報の授受をすると共に、画像形成装置１００の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。

この画像形成装置１００は、複数のカートリッジ、本実施例の画像形成装置においては第１から第４の４個のカートリッジ７（７ａ〜７ｄ）を装置本体１００Ａに対して取り外し可能に装着して使用する方式である。各カートリッジ７は装置本体１００Ａのドア２１を図４のように開いて装置本体１００Ａの正面側を開放することによってそれぞれ独立に装置本体内のカートリッジ装着部２２（２２ａ〜２２ｄ）に対して着脱することができる。装置本体１００Ａ内の中央部には各カートリッジ７の装着手段である第１から第４のカートリッジ装着部２２（２２ａ〜２２ｄ）を有する。各カートリッジ装着部２２は左側から右側にかけて、水平に対して右下がりの上下斜め方向に配列されている。最も左側の第１のカートリッジ装着部２２ａが最も高く、第２のカートリッジ装着部２２ｂがそれよりも低い。そして、第３のカートリッジ装着部２２ｃが更に低く、最も右側の第４のカートリッジ装着部２２ｄが最も低い、右下がりの上下斜め方向に配列されている。各カートリッジ７は対応するカートリッジ装着部２２に長手方向を前後方向にして挿入されて画像形成可能な位置に位置決めされた状態で装着されている。これにより、各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）は水平に対して右下がりの上下斜め方向に傾斜して並設されている。各カートリッジ７が画像形成可能な位置に装着されているときの、各カートリッジ７の有するドラム１の各回転中心Ｏを通るように仮想した仮想平面をＤ（図３）とする。そして、その仮想平面Ｄの水平面Ｅに対する傾斜角をθとする。本実施例においては、その傾斜角θを略１０°に設定している。上記のように装着された複数のカートリッジ７を装置本体１００Ａの鉛直方向から投影して見たときに、隣接している一方のカートリッジの一部分と他方のカートリッジの一部分とが重なっている。このように、複数のカートリッジを上下斜め方向に配列することによって装置本体１００Ａの水平方向の幅を抑えることができる。

各カートリッジ７は互いに同様の電子写真プロセス機構を有している。本実施例の各カートリッジ７は、ドラム１と、このドラム１に作用するプロセス手段としての帯電ローラ（帯電手段）２・現像ユニット（現像手段）４・感光体ユニット６を有している。本実施例の画像形成装置においては、第１のカートリッジ７ａは現像ユニット４のトナー収容室内にイエロー（Ｙ）色の現像剤（以下、トナーと記す）が収容されている。第２のカートリッジ７ｂは現像ユニット４のトナー収容室内にマゼンタ（Ｍ）色のトナーが収容されている。第３のカートリッジ７ｃは現像ユニット４のトナー収容室内にシアン（Ｃ）色のトナーが収容されている。第４のカートリッジ７ｄは現像ユニット４のトナー収容室内にブラック（Ｋ）色のトナーが収容されている。

画像形成可能な位置に装着されている各カートリッジ７には装置本体１００Ａ側から回転駆動力が伝達されてドラム１が矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。また、各カートリッジ７には装置本体１００Ａ側から所定のバイアス（帯電バイアス、現像バイアス等）が供給される。

装置本体１００Ａ内において、各カートリッジ装着部２２の下側には、各カートリッジ７のドラム１に対する画像情報露光手段としてのレーザスキャナユニット３が設けられている。

また、装置本体１００Ａ内において、カートリッジ装着部２２（２２ａ〜２２ｄ）の上側には、中間転写ベルトユニット５０が設けられている。このユニット５０は、右側に配設した駆動ローラ１０と、左側に配設したテンションローラ１１と、この両ローラ間に懸回張設した中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）５と、を有する。ベルト５の下行側ベルト部分は前記仮想平面Ｄの傾斜角θと略同じ角度にて水平方向に対して右下がりの上下斜めになるように傾斜させてある。画像形成可能な位置に装着されている各カートリッジ７のドラム１はその上面部分が上記の下行側ベルト部分の下面に接している。その接触部が一次転写部Ｔ１である。また、下行側ベルト部分の内側には各カートリッジ７のドラム１に対してベルト５を挟んで対向する第１から第４の４つの一次転写ローラ１２（１２ａ〜１２ｄ）が回転軸線方向を前後方向にして並行に配設されている。ベルト５は、下行側ベルト部分が各カートリッジ７のドラム１の上面部分に接触した状態で駆動ローラ１０によって矢印Ｒの反時計方向にドラム１の回転速度に対応に対応した速度にて循環移動される。各一次転写ローラ１２には所定の制御タイミングで所定の一次転写バイアスが印加される。駆動ローラ１０のベルト屈曲部の外側には二次転写ローラ１８が配設されている。ベルト５と二次転写ローラ１８との接触部が二次転写部Ｔ２である。二次転写ローラ１８には所定の制御タイミングで所定の二次転写バイアスが印加される。テンションローラ１１のベルト屈曲部の外側には転写ベルトクリーニング装置２３が配設されている。

装置本体１００Ａの下部には、記録媒体給送装置１３が配設されている。記録媒体給送装置１３は、記録媒体（転写材）Ｓを収容した給送カセット２４、給送ローラ９とリタードローラ９ａとのローラ対、搬送ローラ対１６を有する。また、装置本体１００Ａ内の右側において、記録媒体給送装置１３から装置本体上方にかけて記録媒体搬送手段が設けられている。記録媒体搬送手段は、レジストローラ対１７、搬送路１５、二次転写部Ｔ２、定着ユニット（定着手段）１４、排出ローラ対１９で構成される。装置本体１００Ａの上面は排出トレイ２０となっている。

給送カセット２４は装置本体１００Ａに対してフロントアクセスで出し入れされる。２４ａは給送カセット２４に配設した把手部である。即ち、給送カセット２４は図４の矢印Ｆのように装置本体１００Ａの手前側に引き抜くことができるように構成されている。使用者は給送カセット２４を装置本体１００Ａから取り外して記録媒体Ｓを給送カセット内にセットする。その給送カセット２４を図４の矢印Ｇのように装置本体１００Ａ内に挿入することで記録媒体の補給が完了する。

装置本体１００Ａの右側面側には手差し給送部５１が設けられている。この手差し給送部５１は装置本体１００Ａの右側面ドア５２を開くことで、手差しトレイ（マルチ・パーパス・トレイ）５３が引き出される。その手差しトレイ５３上に記録媒体Ｓがセットされる。手差し給送モード時には、この手差しトレイ５３上の記録媒体Ｓが給送ローラ５４で繰り出され、分離給送部５５で一枚分離されて、レジストローラ対１７に搬送される。手差しトレイ５３は不使用時は右側面ドア５２を装置本体１００Ａに対して閉じ込むことにより装置本体１００Ａ内に格納される。５２ａは右側面ドア５２に配設した把手部である。

フルカラー画像を形成するための動作は次のとおりである。制御回路部Ａはプリント開始信号に基づいて画像形成装置の画像形成動作を開始させる。即ち、画像形成タイミングに合わせて第１から第４の各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）のドラム１が矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。ベルト５も矢印Ｒの反時計方向（ドラムの回転に順方向）にドラム１の速度に対応した速度で回転駆動される。レーザスキャナユニット３も駆動される。この駆動に同期して、各カートリッジ７において、所定の帯電バイアスが印加された帯電ローラ６によりドラム１の表面が所定の極性・電位に均一に帯電される。レーザスキャナユニット３は各ドラム１の表面をＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの各色の画像情報信号に応じて変調されたレーザビームＬ（Ｌａ〜Ｌｄ）で走査露光する。レーザビームＬは、それぞれ、レーザスキャナユニット３の上面板８０に設けられている第１から第４の窓部８１（８１ａ〜８１ｄ）から上向きに出射する。レーザスキャナユニット３から出力されたレーザビームＬは対応するカートリッジ７内に下側のレーザビーム入射開口部６３から進入してドラム１の下面を照射する。これにより、各ドラム１の表面に対応色の画像情報信号に応じた静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像ユニット４の現像ローラ４２によりトナー像として現像される。

上記のような電子写真画像形成プロセス動作により、第１のカートリッジ７ａのドラム１にはフルカラー画像のイエロー成分に対応するＹ色トナー像が形成され、そのトナー像が該カートリッジ７ａの一次転写部Ｔ１においてベルト５上に一次転写される。第２のカートリッジ７ｂのドラム１にはフルカラー画像のマゼンタ成分に対応するＭ色トナー像が形成され、そのトナー像が該カートリッジ７ｂの一次転写部Ｔ１においてベルト５上にすでに転写されているＹ色のトナー像に重畳されて一次転写される。第３のカートリッジ７ｃのドラム１にはフルカラー画像のシアン成分に対応するＣ色トナー像が形成され、そのトナー像が該カートリッジ７ｃの一次転写部Ｔ１においてベルト５上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色のトナー像に重畳されて一次転写される。第４のカートリッジ７ｄのドラム１にはフルカラー画像のブラック成分に対応するＫ色トナー像が形成され、そのトナー像が該カートリッジ７ｄの一次転写部Ｔ１においてベルト５上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色のトナー像に重畳されて一次転写される。第１から第４の各一次転写ローラ１２（１２ａ〜２ｄ）には、所定の制御タイミングにて、トナーの帯電極性とは逆極性で所定電位の一次転写バイアスが印加される。

このようにして、移動するベルト５上にＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色フルカラーの未定着トナー像が合成形成される。この未定着トナー像はベルト５の引き続く回転により搬送されて二次転写部Ｔ２に至る。

各カートリッジ７において、ベルト５に対するトナー像の一次転写後のドラム１の表面は一次転写残トナーがクリーニングユニット６のクリーニング部材４１により除去されてクリーニングされ、次の作像工程に供される。

一方、給送カセット２４内の記録媒体Ｓが所定の制御タイミングで給送ローラ９とリタードローラ９ａによって１枚分給送されて搬送ローラ対１６によりレジストローラ対１７へ搬送される。手差し給送モードである場合は、手差しトレイ５３上の記録媒体Ｓが給送ローラ５４で繰り出され、分離給送部５５で一枚分離給送されて、レジストローラ対１７へ搬送される。記録媒体Ｓは、レジストローラ対１７によって所定の制御タイミングで搬送路１５を通って二次転写部Ｔ２へ搬送される。二次転写ローラ１８には、所定の制御タイミングにて、トナーの帯電極性とは逆極性で所定電位の二次転写バイアスが印加される。これにより、記録媒体Ｓが二次転写部Ｔ２を挟持搬送されていく過程において、ベルト５上の４色重畳のトナー像が記録媒体Ｓの面に順次に一括して二次転写される。二次転写部Ｔ２を出た記録媒体Ｓはベルト５から分離され、定着ユニット１４へ搬送される。そして、定着ユニット１４の定着部材１４ａと加圧部材１４ｂの圧接ニップ部である定着ニップ部によって挟持搬送されながら加熱及び加圧を受けてトナー像が記録媒体Ｓ上に定着される。定着ユニット１４を出た記録媒体Ｓは排出ローラ１９によって排出トレイ２０に排出される。

記録媒体Ｓに対するトナー像の二次転写後にベルト５の表面に残留した二次転写残トナーは転写ベルトクリーニング装置２３によりベルト表面から除去され、クリーニングされたベルト表面が次の作像工程に供される。

転写ベルトクリーニング装置２３によって除去されたトナーは、廃トナー搬送路（不図示）を通過し、装置奥面部に配置された廃トナー回収容器（不図示）へと搬送されて回収される。

《プロセスカートリッジ》
本実施例におけるカートリッジ７について図６及び図７を用いて説明する。第１から第４の各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）は、それぞれ、現像ユニット４のトナー収納室内に収納したトナーの色がＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋと異なるだけで、いずれも同一構成である。図６の（ａ）はカートリッジ７を装着方向手前側（非駆動側）から見た外観斜視図、（ｂ）はカートリッジ７を装着方向奥側（駆動側）から見た外観斜視図、（ｃ）はカートリッジ７の現像ユニット４側を見た外観斜視図である。図７は装置本体１００Ａ内の画像形成可能な位置に装着されているカートリッジ７及びその周囲の部分的な拡大断面図である。

カートリッジ７はドラム１の回転軸線方向Ｏ−Ｏを長手とするアセンブリであり、ドラム１・帯電ローラ２・クリーニング部材４１等を備えた感光体ユニット６、及び、現像剤担持体（現像部材）としての現像ローラ４２等を備えた現像ユニット４を有している。

感光体ユニット６のクリーニング枠体４３には、ドラム１が手前側と奥側の軸受け部材４４・４５を介して回転自在に取り付けられている。ドラム１の周上には帯電ローラ２、クリーニング部材４１が配置されている。帯電ローラ２はドラム１に対して所定の押圧力で接触が保たれていて、ドラム１の回転に従動して回転する。クリーニング部材４１はドラム１に対して所定の押圧力で接触が保たれている。クリーニング部材４１によってドラム１の表面から除去された残留トナーは除去トナー室４３ａに落下する。クリーニング枠体４３のカートリッジ装着方向から見て奥側の端部には駆動入力カップリング（駆動受け部）４６が設けられている。

現像ユニット４の現像枠体４７には、現像剤であるトナー（不図示）を収容するトナー収容室（現像剤収納部）４７ａと、ドラム１と接触して矢印Ｈ方向に回転する現像ローラ４２が配置された現像室４７ｂとが設けられている。現像室４７ｂは、トナー収容室４７ａに対して上方に配置されていて、トナー収容室４７ａと現像室４７ｂとは、トナー収容室４７ａの上方に位置した開口部４７ｃにて連通している。現像ローラ４２の周上には、現像ローラ４２に接触して矢印Ｉの方向に回転する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ４８が配置されている。

トナー収容室４７ａには、収容されたトナーを攪拌するとともに、現像室４７ｂのトナー供給ローラ４８に対して開口部４７ｃを通して送るために、回転自在に支持されたトナー攪拌部材６１が設けられている。トナー攪拌部材６１は軸部材６１ａと、一端がこの軸部材６１ａに取り付けられた、トナーの攪拌と搬送を行うための可撓性の樹脂製攪拌シート６１ｂで構成されている。トナー攪拌部材６１は画像形成動作に応じて矢印Ｍ方向に所定の速度で回転駆動される。

また、各カートリッジ７の現像枠体４７のトナー収容室４７ａを形成する壁面４７ｄには、第１から第４のトナー残量検知手段８（８ａ〜８ｄ）を構成する現像剤検知部材としての一対の光透過部材３１・３２が設けられている。トナー残量検知手段８については後述する。

現像ユニット４の現像枠体４７は感光体ユニット６のクリーニング枠体４３に対して支軸６２を中心に回動自在に結合されている。そして、カートリッジ７の画像形成時においては、現像ユニット４は、感光体ユニット６との間に設けられた加圧バネ（不図示）の突っ張り力により支軸６２を中心に現像ローラ４２がドラム１に当接する方向に回動付勢される。これにより、現像ローラ４２がドラム１に所定の押圧力で当接した状態に保持される。非画像形成時には、現像ユニット４は、加圧バネに抗して支軸６２を中心に現像ローラ４２がドラム１から離間する方向に回動された状態に保持される（現像ユニット４のドラム１へ当接、離間動作）。

クリーニング枠体４３の下部には、クリーニング枠体４３の長手に沿ってガイドリブ４３ｂが形成されている。このガイドリブ４３ｂは、カートリッジ装着部２２側のガイド溝部８２（図５）に係合する。感光体ユニット６と現像ユニット４との間の隙間部分がレーザビーム入射開口部としてのスリット開口部６３である。

カートリッジ７は、装置本体１００Ａの装着部２２に所定に挿入されて画像形成可能な位置に装着されている位置決め状態において、ドラム１の上面がベルト５の下行側ベルト部分の下面に接触していて、一次転写部Ｔ１が形成されている。また、駆動入力カップリング４６に対して装置本体１００Ａ側の駆動出力カップリング（駆動出力部:不図示）が結合している。駆動出力カップリングから駆動入力カップリング４６に駆動力が伝達されることにより、画像形成動作に応じて、ドラム１、現像ローラ４２、トナー供給ローラ４８、トナー攪拌部材６１がそれぞれ所定の速度で所定の回転方向に回転駆動される。また、カートリッジ７側の入力電気接点（不図示）に対して装置本体１００Ａ側の出力電気接点（不図示）が電気的に接続している。出力電気接点から入力電気接点に所定のバイアスが印加されることにより、画像形成動作に応じて、帯電ローラ２と現像ローラ４２との所定の帯電バイアスと現像バイアスが印加される。また、レーザビーム入射開口部としてのスリット開口部６３が、レーザスキャナユニット３の上面板８０の設けられたレーザ出射窓部８１（８１ａ〜８１ｄ）に対応している。レーザスキャナユニット３から出力されたレーザビームＬ（Ｌａ〜Ｌｄ）はカートリッジ７内に下側のスリット開口部６３から進入してドラム１の下面を照射する。

《プロセスカートリッジ交換方式》
装置本体１００Ａに装着されている各カートリッジ７は、画像形成に使用されるにつれて、それぞれ、現像ユニット４のトナー収容室４７ａに収容されているトナーが消費される。そこで、個々のカートリッジ７のトナー残量を検知するトナー残量検知手段（現像剤量検知手段）８（８ａ〜８ｄ）を設ける。そして、制御回路部Ａにおいて、前記検知手段で検知した残量値を、予め設定したカートリッジ寿命予告や寿命警告のための閾値と比較させる。前記残量値が前記閾値よりも少ない残量値までトナーが減少したカートリッジについては、操作部Ｃの表示部（不図示）に、そのカートリッジについての寿命予告或いは寿命警告を表示させる。これにより使用者に、交換用のカートリッジの準備を促す、或いはカートリッジの交換を促して、出力画像の品質を維持している。

本実施例の画像形成装置１００において、各カートリッジ７の交換は、装置本体１００Ａの開閉部材であるドア２１を図５のように開いてフロントアクセスにより行う方式である。２１ａは前面ドア２１に配設した把手部である。

装置本体１００Ａの骨格となる手前側フレームには、カートリッジ７の着脱を行うためにカートリッジを通過させる開口部が設けられている。即ち、装置本体１００Ａ内のカートリッジ装着部２２（２２ａ〜２２ｄ）内へカートリッジ７を挿入させる、及び、カートリッジ装着部２２からカートリッジ７を取り出すための開口部が設けられている。

ドア２１は、その開口部を覆って閉じる閉鎖位置と、開口部を開放する開放位置との間を移動可能に装置本体１００Ａに配設されている。ドア２１が開かれると、その開き動作に連動する連動機構（不図示）により、装置本体１００Ａ内の各カートリッジ７が、画像形成可能な位置決め状態（第１状態）から、装置本体１００Ａに対して着脱可能な非位置決め状態（第２状態）にされる。上記第１状態から第２状態への転換はカートリッジ７が所定に下降移動されることでなされる。そこで、交換すべきカートリッジ７を矢印Ｊの手前側方向に引いて、クリーニング枠体４３の下部のガイドリブ４３ｂをカートリッジ装着部２２側の案内溝部８２（８２ａ〜８２ｄ）に沿ってスライドさせながら装置本体１００Ａの外側に取り出す。そして、新しいカートリッジ７を、駆動側を先にして開口部から装置本体１００Ａ内に挿入し、クリーニング枠体４３の下部のガイドリブ４３ｂをカートリッジ装着部２２側の案内溝部８２に係合させ、矢印Ｋの奥側方向に所定に十分に押し込む。交換すべきカートリッジ７の全てを新旧交換した後にドア２１を閉じ込む。このドア２１の閉じ動作に連動する連動機構により、装置本体１００Ａ内の各カートリッジ装着部２２の各カートリッジ７が、装置本体１００Ａに対して着脱可能な非位置決め状態（第２状態）から画像形成可能な位置決め状態（第１状態）にされる。上記第２状態から第１状態への転換はカートリッジ７が所定に上昇移動されることでなされる。

前述したように、複数のカートリッジである第１から第４のカートリッジ７（７ａ〜７ｄ）は水平に対して上下斜め方向に配列されている。第１状態にある各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）を装置本体１００Ａの鉛直方向から投影して見たときに、隣接している一方のカートリッジ７の感光体ユニット６の一部分と他方のカートリッジ７の現像ユニット４の一部分とが重なっている。

《トナー残量検知構成》
各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）の現像ユニット４に収容されるトナーの残量（現像剤残量）を光学的に検知する光透過式のトナー残量検知手段８（８ａ〜８ｄ）について主として図６〜図９を参照して説明する。図８はトナー残量検知手段８の部分の斜視図である。図９の（ａ）はトナー残量検知手段８の光透過部材の上面図、（ｂ）は（ａ）における（ｂ）−（ｂ）線視図、（ｃ）は（ａ）における（ｃ）−（ｃ）線視図である。図１０はトナー残量検知手段８の配置を示した切り欠き図である。

各カートリッジ７において、現像ユニット４のトナー収容室４７ａを構成する壁面４７ｄには、トナー残量検知手段８を構成する現像剤検知部材としての第１と第２の一対の光透過部材３１・３２が、現像ローラ４２の長手方向に沿って対向して配置されている。第１と第２の光透過部材３１・３２は支持部材３３を介してトナー収容室４７ａの壁面４７ｄに対して取り付けられている。第１の光透過部材３１は光出射部である透過窓３１ａを有する。第２の光透過部材３１・３２は光入射部である透過窓３２ａを有する。この２つの透過窓３１ａ・３２ａは現像ユニット４のトナー収容室４７ａ内に突出している。

第１の光透過部材３１は、上記の透過窓３１ａと、ライトガイド３１ｂとが一体化されている。ライトガイド３１ｂは、装置本体１００Ａ側であるレーザスキャナユニット３の上面板８０側に設けられた光を発光する発光部２７（例えばＬＥＤ）から発光された検出光Ｎ（Ｎ１）をトナー収容室４７ａの内部に導く部材である。

第２の光透過部材３２は、上記の透過窓３２ａと、ライトガイド３２ｂとが一体化されている。ライトガイド３２ｂは、装置本体１００Ａ側であるレーザスキャナユニット３の上面板８０に設けられた受光部２８（例えばフォトトランジスタ）へトナー収容室４７ａの内部を透過した検出光Ｎ（Ｎ２）を導く部材である。

また、透過窓３１ａの光出射面３１ｄが、第２の光透過部材３２の透過窓３２ａの光入射面３２ｄに対向するようになっている。同様に、第２の光透過部材３２のライトガイド３２ｂには、透過窓３２ａの光入射面３２ｄから入射した光Ｎが受光部２８に導かれるように反射面３２ｃを設けている。

光を発光する発光部２７及び発光部からの光を受光する受光部２８は保持部材２９によって保持されており、その保持部材２９がレーザスキャナユニット３の上面板８０に対して取り付けられている。

トナー収納室４７ａ内のトナーは、トナー攪拌部材６１が画像形成動作に応じて矢印Ｍ方向に所定の速度で回転駆動されることで、トナー収納室４７ａの横断面において内壁面に沿って持ち上げられながら攪拌・搬送される。そして、その攪拌・搬送されるトナーの一部が開口部４７ｃから現像室４７ｂに送り込まれて画像形成に使用される。トナー収容室４７ａに収容されているトナーは現像室４７ｂに逐次に送られて画像形成に使用されるにつれて減少していく。

一方、トナー残量検知手段８において、トナー収納室４７ａ内に突出している透過窓３１ａ・３２ａ間にトナーが介在しているときには発光部２７から発光された検出光Ｎが遮断されて、受光部２８では検出光Ｎが受光されなくなる。また、透過窓３１ａ・３２ａ間にトナーが介在していないときには発光部２７から発光された検出光Ｎが遮断されることなく受光部２８に受光される。透過窓３１ａ・３２ａ間にトナーが介在した状態と介在していない状態は、画像形成動作に応じたトナー攪拌部材６１の回転に伴うトナーの流動により交互に生じる。そして、トナー収納室４７ａのトナーの量が減少していくにつれて、検出光Ｎの遮光時間は短くなっていき、逆に、検出光Ｎの透過時間は長くなっていく現象を生じる。制御回路部Ａは、このようにトナー攪拌部材６１の回転に伴うトナーの流動により受光部２８で検知される遮光時間と透過時間がトナーの量によって変化することを利用して、トナー収納室４７ａ内のトナー残量を推定する。そして、その推定トナー残量と所定の閾値とを対比して、操作部Ｃの表示部に、そのカートリッジについての寿命予告或いは寿命警告を表示する。

上記のように第１から第４の各カートリッジ７（７ａ〜７ｄ）の現像ユニット４に収容されるトナーの残量を検知する第１から第４の各トナー残量検知手段８（８ａ〜８ｄ）が、記録媒体幅（紙幅）の略中央で、かつ、カートリッジ７の下方に配置される。本実施例において、記録媒体幅の略中央は、カートリッジ７の長手方向の略中央である。

前述したように、カートリッジ７の現像ユニット４はドラム１へ当接、離間動作をするものであり、図７で示すように、発光部２７及び受光部２８は現像ユニット４がドラム１へ当接した時に略同一角度となる角度で配置するものである。

通常、発光部２７と、第１の光透過部材３１のライトガイド３１ｂの光入射面３１ｅと、の間で光のもれが発生する。また、受光部２８と、第２の光透過部材３２のライトガイド３２ｂの光出射面３０ｂと、のの間で光のもれが発生する。この光のもれで、精度良く現像ユニット４内のトナーの残量を検知できない場合があるため、発光部２７とライトガイド３１ａの光入射面３１ｅ及び受光部２８とライトガイド３２の光出射面３２ｅの距離は可能な限り近づけた方が良いものである。

図１１の（ａ）はカートリッジ７が装置本体１００Ａに対して画像形成可能な位置決め状態にされている状態時を示している。（ｂ）はドア２１の開き操作に連動してカートリッジ７が（ａ）の位置決め状態から装置本体１００Ａに対して着脱可能な非位置決め状態にされている状態時を示している。（ｃ）はカートリッジ７が（ｂ）の状態から引き出し移動されている状態時を示している。カートリッジ７の装置本体１００Ａに対する装着は上記とは逆に（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の移動軌跡となる。

本実施例ではカートリッジ７の着脱軌跡が図１１中の矢印方向であるため、発光部２７よりも受光部２８の配置位置が低い。前述した光のもれを防止するため、ライトガイド３２ｂの光出射面３２ｅの位置はライトガイド３１ｂの光入射面３１ｅより低くする。これにより、カートリッジ７の装置本体１００Ａへの着脱を阻害することなく、光のもれを防止し、現像ユニット４内のトナーの残量を精度良く検知するものである。

図１の（ａ）に発光部２７とその周辺の断面図、（ｂ）に受光部２８とその周辺の断面図を示す。保持部材２９には遮蔽部３４が一体的に構成されている。遮蔽部３４は発光部２７から出射される光線Ｎ１及び受光部２８に入射される光線Ｎ２と同一方向に伸びるものであり、遮蔽部３４の先端３４ａは、線Ｘで示す発光部２７及び受光部２８の鉛直方向よりも同図右側へと伸びるものである。

つまり、装置の鉛直方向から投影して見たときに、矢視図の破線で示すように前記発光部２７及び受光部２８を覆い隠すものである。さらに、遮蔽部３４は発光部２７からライトガイド３１ｂの光入射面３１ｅへ入射される光線Ｎ１及び、ライトガイド３２ｂの光出射面３２ｅから受光部２８へ入射される光線Ｎ２を遮らないものである。即ち、現像ユニット４に収容されるトナーの残量検出を妨げないものである。

カートリッジ７の上面（感光体ユニット６の上面）を滑って落下してきたトナー・紙粉・粉塵２６は、各カートリッジ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとの隙間の領域Ｑを通って落下する。そのとき、遮蔽部３４の先端３４ａよりも右側に落下したトナー・紙粉・粉塵２６は線Ｘよりも右側に落下していく。

また、遮蔽部３４の上面３４ａは発光部２７及び受光部２８に向かって高くなる傾斜面となっている。このようにすると、遮蔽部３４の上面３４ａにトナー・紙粉・粉塵２６が落下したときに、トナー・紙粉・粉塵２６は上面３４ａ上を滑り、発光部２７及び受光部２８とは反対側（左側）に領域に落下する。

線Ｘよりも左に落下したトナー・紙粉・粉塵２６は、遮蔽部３４を滑って遮蔽部３４よりも左側に落下し、エリア４０に溜まる。

以上説明したように、複数のカートリッジ７（７ａ〜７ｄ）は水平に対して上下斜め方向に配列されている。そして、現像剤残量検知手段８は発光部２７及び受光部２８を有するとともに、ドラム１（像担持体）の下方において画像形成装置の装置本体に配置されている。そして、発光部２７及び受光部２８を装置本体の鉛直方向から投影して見たときに発光部２７及び受光部２８を隠す遮蔽部３４が設けられている。この構成により、落下してきたトナーや紙粉、粉塵等２６が発光部２７及び受光部２８に付着することなく、カートリッジ７に収容されるトナーの残量を検出するセンサの誤検出を防止することができる。

さらに、清掃部材を必要としないので、清掃部材及び連動機構による構成の複雑化、部品点数の増加、画像形成装置の一部を開閉する例えばドア２１に連動させることによるドア２１の操作力の増加を防止することができる。

また、遮蔽部３４の上面３４ａは発光部２７及び受光部２８に向かって高くなる傾斜面である。この構成により、遮蔽部３４の上面３４ａに落下したトナーや紙粉、粉塵等２６が振動等で発光部２７及び受光部２８の方向に落下することを防止し、カートリッジ７に収容されるトナーの残量を検出するセンサの誤検出を防止することができる。

また、発光部２７及び受光部２８、並びに遮蔽部３４の配置角度はカートリッジ７の配置角度と略同一角度に傾いて配置される。これにより、発光部２７及び受光部２８の光線方向と平行な遮蔽部３４を形成する。この構成により、発光部２７及び受光部２８の垂直上方から落下するトナーや塵埃２６を遮蔽するとともに、カートリッジ７の着脱を阻害することなく、遮蔽部３４、トナー残量検知手段８を最小のスペースで配置することができる。

かくして、発光部２７及び受光部２８へのトナー・紙粉・粉塵２６の落下を防止して、トナーの残量検出を精度良く実行することができ、信頼性、耐久性の高い装置を提供することができる。

また、ドア２１の開閉に連動して発光部２７及び受光部２８を清掃するための清掃部材及び清掃部材を連動させる機構等を追加する必要がなくなる。その結果、装置を複雑化し信頼性が下がることがない。また、ドア２１の操作力を増大させ、使用者の使い勝手を悪化させることがない。

以上、実施例の画像形成装置は、像担持体として電子写真感光体を用いた電子写真画像形成装置であるが、画像形成装置は、像担持体として静電記録誘電体を用いた静電記録装置であってもよい。

トナー残量検知手段の遮蔽部の説明図 実施例における画像形成装置の概略の縦断正面図 図１の部分的な拡大図 装置本体を開閉するためのドアが閉じ込まれている状態の画像形成装置の外観斜視図 ドアが開かれて、第１のカートリッジが装置本体に対して挿入操作或いは引き出し操作されている状態を示している図 カートリッジの構成説明図 装置本体内の画像形成可能な位置に装着されているカートリッジ及びその周囲の部分的な拡大断面図 トナー残量検知手段部分の斜視図 トナー残量検知手段の構成説明図 トナー残量検知手段の構成説明図 カートリッジの着脱軌跡の説明図

符号の説明

１・・像担持体、２・・現像部材、７ａ〜７ｄ・・複数のプロセスカートリッジ、８ａ〜８ｄ・・現像剤残量検知手段、２７・・発光部、２８・・受光部、３４・・遮蔽部、３４ａ・・遮蔽部の上面、４７ａ・・現像剤収納部、Ｓ・・記録媒体、１００Ａ・・画像形成装置本体

Claims (3)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像部材と、前記現像部材で前記静電潜像の現像に用いられる現像剤を収納するための現像剤収納部と、を有する複数のプロセスカートリッジを着脱可能な、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、前記複数のプロセスカートリッジごとに設けられた現像剤残量を光学的に検知する現像剤残量検知手段を有する画像形成装置において、
   前記複数のプロセスカートリッジは水平に対して上下斜め方向に配列されており、前記現像剤残量検知手段は発光部及び受光部を有するとともに、前記像担持体の下方において画像形成装置の装置本体に配置されており、前記発光部及び受光部を前記装置本体の鉛直方向から投影して見たときに前記発光部及び受光部を隠す遮蔽部が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記遮蔽部の上面は前記発光部及び受光部に向かって高くなる傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記発光部及び受光部、並びに前記遮蔽部の配置角度は前記プロセスカートリッジの配置角度と略同一角度に傾いて配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。