JPH08202136A

JPH08202136A - 現像装置、並びに現像装置のトナー残量検知手段における発光部及び受光部の位置設定方法

Info

Publication number: JPH08202136A
Application number: JP7031400A
Authority: JP
Inventors: Masashi Shinohara; 賢史篠原; Hidekazu Sasaki; 英一佐々木; Mitsugi Sugiyama; 貢杉山; Koichi Irie; 孝一入江; Yutaka Shio; 豊塩
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】トナー残量検知を確実に行なうことができる
現像装置を提供する。【構成】トナーカートリッジの両側壁を挟むように赤
外ＬＥＤ５０とフォトダイオード５２とを対向させる。
そして、ＬＥＤ５０に対向するカートリッジ側壁とＬＥ
Ｄ５０との距離ｄ₁を設定したとき、ＬＥＤ５０の光
が、カートリッジの肉厚部分を伝播することによってフ
ォトダイオード５２で受光されたときの光量が、所定の
閾値以下となるようにする。例えば、ＬＥＤ５０の光軸
から１５°の角度で放射した光とカートリッジ側壁との
交点ｃ₁における光量が、該カートリッジ側壁と光軸と
の交点ｃ₂における光量の半分となるようなｃ₁とｃ₂と
の距離ｄ₂を求め、この距離よりも、カートリッジ側壁
の端部から交点ｃ₂までの距離ｄ₃が大きくして、比較的
強い光がカートリッジ底面に入射しないようにＬＥＤ５
０を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、像
担持体に形成された潜像を可視像化する現像器と、該現
像器に補給するトナーを収容する透明又は半透明の部材
で構成したトナーカートリッジと、該トナーカートリッ
ジの側壁に対向するように配設した発光部から発せら
れ、該側壁を透過し、かつ該トナーカートリッジ内を通
過した光を、受光部で受光することによってトナー残量
を検知するトナー残量検知手段とを備えた現像装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】

〔従来技術１〕従来、上記トナー残量検知手段として
は、トナーカートリッジの内部を透過する透過光を利用
したものが知られており、このような手段を用いる現像
装置としては、トナーカートリッジを透明または半透明
の部材で形成し、例えば、トナーカートリッジの一方の
側面に設けた発光部材からの光を、他方の側面に設けた
受光部材で検知することによって、トナー残量の有無を
判断するものが知られている（例えば、特開昭６３−２
０８７、特開平１−３１６７６５号公報参照）。

【０００３】〔従来技術２〕また、従来技術１のような
透過光を利用するトナー残量検知手段を採用する現像装
置においては、トナーカートリッジ内にトナーが存在し
ない場合であっても、カートリッジ側壁にトナーが付着
し、このトナーによって該透過光の光路が遮られてしま
うと、トナー残量を誤検知してしまうことから、発光部
材の発光強度をトナー残量検知時に瞬間的に強くするこ
とによって、該発光部材からの発光を完全に遮らないよ
うにしてトナー残量を正確に検知するとともに、常時こ
のような強い強度の光を発光させることによる発光部材
の短寿命化を回避したものが知られている（例えば、特
開平２−１１４２８１号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

〔課題１〕ところが、従来技術１の構成によれば、トナ
ーカートリッジが透明または半透明であるため、発光部
からの発光が、この発光部と対向するトナーカートリッ
ジの側壁を透過する際に屈折し、カートリッジ側壁の肉
厚部内を伝播してしまうことがあった。このため、この
ような光が、例えば図１８に示すように、トナーカート
リッジ４２Ｙの底部を全反射しながら伝播した場合、受
光部ではトナーがカートリッジ４２Ｙ内に十分存在する
場合であっても、トナーエンドとして誤検知されてしま
うことがあり、トナーエンドを正確に検知できないとい
う問題点があった。

【０００５】〔課題２〕また、従来技術２の現像装置で
は、カートリッジ内壁に付着したトナーによるトナー残
量の誤検知を防止するために、発光部における発光素子
の発光強度を上げるようにしているが、瞬時とはいえ、
発光強度を上げると発光素子の寿命を短くしてしまうと
いう不具合を生じる。よって、この現像装置でも発光強
度は発光素子の寿命低下を防止するために、できるだけ
低い発光強度に設定できることが望ましい。

【０００６】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その第一の目的とするところは、トナーカート
リッジ側壁へ回り込む光の影響によるトナー残量の誤検
知を防ぎ、正確なトナー残量検知ができる現像装置を提
供することである。また、その第二の目的とするところ
は、できるだけ低い発光強度でトナー残量検知を行なう
ことができるようにして発光部材の寿命低下を防止する
ことができる新規な現像装置を提供することである。ま
た、その第三の目的とするところは、所望の透過率を得
られるようなトナー残量検知手段の発光部及び受光部の
位置設定方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、請求項１の現像装置は、像担持体に形成され
た潜像を可視像化する現像器と、該現像器に補給するト
ナーを収容する透明又は半透明の部材で構成したトナー
カートリッジと、該トナーカートリッジの側壁に対向す
るように配設した発光部から発せられ、該側壁を透過
し、かつ該トナーカートリッジ内を通過した光を、受光
部で受光することによってトナー残量を検知するトナー
残量検知手段とを備えた現像装置において、該発光部と
対向する該トナーカートリッジ側壁の端部から該側壁上
の光軸までの距離、及び該発光部の光が該側壁に入射す
る入射角度を、該発光部からの光が該発光部に対向する
カートリッジ側壁を透過する際に該側壁で屈折し、側壁
の肉厚部を伝播して該受光部で受光される光量が、トナ
ー残量検知用の所定の閾値よりも小さくなるように設定
したことを特徴とするものである。

【０００８】また、上記第二の目的を達成するために、
請求項２の現像装置は、請求項１の現像装置において、
上記発光部及び受光部で挟まれる上記カートリッジ幅
を、他の部分よりも狭く形成したことを特徴とするもの
である。

【０００９】また、上記第三の目的を達成するために、
請求項３の現像装置のトナー残量検知手段における発光
部及び受光部の位置設定方法は、像担持体に形成された
潜像を可視像化する現像器と、該現像器に補給するトナ
ーを収容する透明又は半透明の部材で構成したトナーカ
ートリッジと、該トナーカートリッジの側壁に対向する
ように配設した発光部から発せられ、該側壁を透過し、
かつ該トナーカートリッジ内を通過した光を、受光部で
受光することによってトナー残量を検知するトナー残量
検知手段とを備えた現像装置のトナー残量検知手段にお
ける発光部及び受光部の位置設定方法において、該発光
部からトナーカートリッジ側壁に対して０°から９０°
まで変化させた入射角θ_aと、該発光部から発せられた
光が側壁を透過し、かつカートリッジ内部を通過して該
受光部で受光されたときの発光光量に対する受光光量の
割合である透過率との関係を求め、この関係に基づいて
所望の透過率が得られる入射角となるように、該発光部
及び受光部の位置を設定したことを特徴とするものであ
る。

【００１０】請求項４の現像装置は、像担持体に形成さ
れた潜像を可視像化する現像器と、該現像器に補給する
トナーを収容する透明又は半透明の部材で構成したトナ
ーカートリッジと、該トナーカートリッジの側壁に対向
するように配設した発光部から発せられ、該側壁を透過
し、かつ該トナーカートリッジ内を通過した光を、受光
部で受光することによってトナー残量を検知するトナー
残量検知手段とを備えた現像装置において、該発光部に
対向する側壁と該受光部に対向する側壁とが角度θ_cで
交差するとき、該発光部からトナーカートリッジ側壁に
対して入射する入射角θ_bがθ_c／２となるように発光部
及び受光部を配設したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１の現像装置においては、トナーカート
リッジの側壁を伝播する光の光量が、受光部の所定の閾
値よりも小さくなるようにトナー残量検知手段を配設し
ているため、側壁を伝播する光が受光部で受光されて
も、この光は所定の閾値以下となるためトナー残量が不
足したと判断することがない。このため、該受光部で
は、該発光部から直進してきた閾値以上の光のみを検知
することによってトナー残量不足と判断する。

【００１２】請求項２の現像装置においては、発光部及
び受光部に挟まれたカートリッジの幅を他の部分よりも
狭く形成することによって、該カートリッジ幅が該発光
部及び受光部に挟まれていない部分の幅と同じである場
合に比して、発光部から受光部までの距離を短くするこ
とができる。よって、発光強度が同じであっても該受光
部で受光される光の光量が大きくなり、受光効率が向上
する。これにより、トナー残量検知を行なうことができ
る程度のできるだけ低い発光強度に設定することができ
る。

【００１３】請求項３の現像装置においては、入射角と
透過率との関係に基づいて、所望の透過率を得られるよ
うな入射角の範囲内にトナー残量検知手段の発光部及び
受光部を設定している。このため、トナーカートリッジ
側壁に対する光の入射角を該範囲外に設定して該発光部
及び受光部を設定した場合に比して、該カートリッジ内
部を透過する光の透過率を大きくすることができる。よ
って、発光部の発光強度が一定であっても受光部におけ
る受光効率を向上させることができる。これにより、ト
ナー残量検知を行なうことができる程度に発光強度を低
く設定することができる。

【００１４】請求項４の現像装置においては、発光部か
らトナーカートリッジ側壁に対して入射する光の入射角
θ_bが、発光部に対向するカートリッジ側壁と、受光部
に対向するカートリッジ側壁とがなす角θ_cの１／２と
なるように該発光部の位置を設定する。これにより、こ
の角度から外れた角度に設定してトナー残量検知手段を
取り付けた場合に比して、該カートリッジ内部を透過す
る光の透過率が大きくなるので、該受光部における受光
効率が向上する。よって、トナー残量検知を行なうこと
ができる程度に発光強度を低く設定することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を画像形成装置であるフルカラ
ープリンタ（以下、プリンタという）に採用される現像
装置に適用した一実施例について説明する。図１は本実
施例に係る現像装置を採用したプリンタの概略構成図で
ある。図１のプリンタにおいて、潜像担持体としてのベ
ルト状の感光体（以下、感光体ベルトという）１は、帯
電ローラ２により一様に帯電された後、レーザ光学装置
３により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜
像が形成される。ここで、露光する画像情報は所望のフ
ルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の
色情報に分解した単色の画像情報である。形成された静
電潜像は、後述の回転型現像装置４により各々所定の現
像剤としてのイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒トナ
ーで現像され、これにより感光体ベルト１上に各色画像
が形成される。

【００１６】図中矢印Ａ方向に回転する感光体ベルト１
上に形成された各色画像は、感光体ベルト１と同期して
図中矢印Ｂ方向に回転する中間転写ベルト５上に、イエ
ロー、マゼンタ、シアン、及び黒の単色毎に順次重ね転
写される。中間転写ベルト５上に重ね合わされたイエロ
ー、マゼンタ、シアン、及び黒の画像は、給紙台８から
給紙ローラ９、レジストローラ１０を経て転写部へ搬送
された転写紙１１上に、転写ローラ６により一括転写さ
れる。転写終了後、転写紙１１は定着装置７により定着
されてフルカラー画像が完成する。なお、中間転写ベル
ト５上に転写されなかった感光体ベルト１上のトナー
は、感光体クリーナ１２により感光体ベルト１から除去
される。また、転写紙１１上に転写されなかった中間転
写ベルト５上のトナーは、中間転写ベルトクリーナ１３
により中間転写ベルト５から除去される。

【００１７】次に、本実施例に係る現像装置について説
明する。図２は本実施例に係る回転型現像装置の断面概
略構成図である。なお、図２は一つの現像ユニット、例
えば後述するイエロー現像ユニットが現像位置にある状
態を示している。図２に示すように、上述の感光体ベル
ト１の近傍に回転型（リボルバー型、ロータリー型とも
言う）の現像装置（以下、現像装置という）４が配置さ
れている。この現像装置４においては、回転体としての
ケーシング２０が本図には図示しない回転中心軸Ｏを中
心に回転自在に設けられ、該ケーシング２０は図示を省
略した駆動機構により矢印Ｃ方向に回転される。また、
ケーシング２０は、現像装置４を４分割するよう一体形
状を成し、これによりイエロー現像ユニット２２Ｙ、マ
ゼンタ現像ユニット２２Ｍ、シアン現像ユニット２２
Ｃ、及び黒現像ユニット２２Ｋの各色現像ユニットが形
成されている。

【００１８】本実施例の現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，
２２Ｃ，２２Ｋは、非磁性一成分現像剤を用いた現像ユ
ニットで、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、及び
黒トナーを収納する。また、各現像ユニット２２Ｙ，２
２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋには現像剤担持体としての円筒状
の現像ローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋがそれぞ
れ設けられている。この各現像ローラ２３Ｙ，２３Ｍ，
２３Ｃ，２３Ｋは、上記ケーシング２０に設けられた開
口部２２ａからそれぞれその一部が外部に露出するよう
に配置されている。

【００１９】上記各色現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２
２Ｃ，２２Ｋは同一形態及び同一動作をとるので、以下
の説明においてはイエロー現像ユニット２２Ｙを例に説
明し、他の現像ユニット２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋについ
ての説明は省略する。なお、各現像ユニット２２Ｙ，２
２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋにおいて対応する同一の部材につ
いては、図２中符号の末尾の英文字のみを変えて示して
いる。

【００２０】図２において現像ユニット２２Ｙは、現像
に使用されるときは感光体ベルト１下方に配置され、感
光体ベルト１に形成された静電潜像に非磁性一成分現像
剤としてのイエロートナーを供給する。現像位置におけ
るイエロー現像ユニット２２Ｙのケーシング２０上部に
は開口部２２ａが形成されている。該開口部２２ａに
は、感光体ベルト１に対向するように現像ローラ２３Ｙ
が、感光体ベルト１と所定の周速比をもって、かつ感光
体ベルト１との対向部において感光体ベルト１移動方向
と同方向に回転するように配設されている。この現像ロ
ーラ２３Ｙの感光体ベルト１との対向部よりも回転方向
下流側の表面部分には、遮蔽部材３８Ｙの端部が当接し
ており、開口部２２ａからのトナーの漏出や飛散を防止
している。

【００２１】また、現像ローラ２３Ｙ下方には、発泡ポ
リウレタン等の弾性体からなるトナー供給部材としての
供給ローラ３１Ｙが現像ローラ２３Ｙと摺擦し、かつ、
現像ローラ２３Ｙに対し所定の周速比をもって、現像ロ
ーラ２３Ｙとの摺擦部において現像ローラ２３Ｙの回転
方向と同方向に回転するように設けられている。

【００２２】また、供給ローラ３１Ｙの配設位置よりも
現像ローラ２３Ｙの回転方向下流側で、かつ、上記開口
２２ａ近傍には、ウレタンゴム等の弾性体からなる現像
剤規制部材としての現像ブレード３２Ｙが、その自由端
部近傍が現像ローラ２３Ｙに接するように設けられてい
る。

【００２３】また、摺擦部の左側には紙面手前側から奥
側に向けてトナーを搬送するスクリュウ状の第１のトナ
ー搬送部材（以下、第１トナー搬送スクリュウという）
３３Ｙが、また、供給ローラ３１Ｙの下方には紙面奥側
から手前側に向けてトナーを搬送するスクリュウ状の第
２のトナー搬送部材（以下、第２トナー搬送スクリュウ
という）３５Ｙが設けられている。そして、イエロー現
像ユニット２２Ｙの長手方向端部には、図３に示すよう
に、トナー収容部４０Ｙが設けられている。ここで、上
記トナー搬送スクリュウ３３Ｙは、該トナー収容部４０
Ｙから現像ユニット２２Ｙの長手方向他端部まで現像ロ
ーラ２３Ｙ及び供給ローラ３１Ｙと並行に配設されてい
る。そして、トナー収容部４０Ｙからイエロー現像ユニ
ット２２Ｙの他端部に向けてトナーを搬送するように、
現像ローラ２３Ｙ及び供給ローラ３１Ｙと連動し、か
つ、所定の周速比をもって回転される。また、イエロー
現像ユニット２２Ｙ内の下部には、第２トナー搬送スク
リュウ３５Ｙが現像ローラ２３Ｙ、供給ローラ３１Ｙ及
び第１トナー搬送スクリュウ３３Ｙと並行に配設されて
いる。そして、第１トナー搬送スクリュウ３３Ｙとは逆
方向にトナーを搬送するように回動される。

【００２４】また、ケーシング２０は、図２に示すよう
にその一部が供給ローラ３１Ｙに接するように形成され
ており、上記現像ローラ２３Ｙ、供給ローラ３１Ｙ及び
ケーシング２０により、第１トナー搬送スクリュウ３３
Ｙを取り巻くトナー搬送スペースが形成される。

【００２５】また、図３中の符号４２Ｙ，４２Ｍ，４２
Ｃ，４２Ｋはそれぞれ各現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，
２２Ｃ，２２Ｋのトナー収容部４０Ｙ，４０Ｍ，４０
Ｃ，４０Ｋに着脱自在に構成されたトナーカートリッジ
であり、このトナーカートリッジ４２Ｙ，４２Ｍ，４２
Ｃ，４２Ｋが現像装置４の新規装着時及びトナーエンド
時に装着、交換されることで、常にトナー収容部４０
Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ内に必要量のトナーが収容
される。

【００２６】上記構成の現像装置４において、第１トナ
ー搬送スクリュウ３３Ｙは、所定方向に回転することに
よりトナー収容部４０から上記トナー搬送スペース内に
トナーを搬送し、供給ローラ３１Ｙ上にトナーを供給す
る。供給ローラ３１Ｙ上に供給されたトナーは、供給ロ
ーラ３１Ｙと現像ローラ２３Ｙとで摺擦されて帯電され
ながら現像ローラ２３Ｙ表面に供給され、現像ローラ２
３Ｙ表面に担持される。現像ローラ２３Ｙ表面に担持さ
れたトナーは、現像ブレード３２Ｙにより均一、かつ、
所定厚みのトナー薄層にされ、感光体ベルト１表面に形
成された静電潜像を接触あるいは、非接触現像にて現像
する。

【００２７】上記現像工程で使用されなかったトナー
は、第１トナー搬送スクリュウ３３Ｙによりトナー収容
部４０Ｙと逆側の現像ユニット端部に搬送される。第１
トナー搬送スクリュウ３３Ｙでトナー循環部まで搬送さ
れたトナーは、重力によりイエロー現像ユニット２２Ｙ
下部に落下する。そして、イエロー現像ユニット２２Ｙ
内の下部に落下したトナーは、第２トナー搬送スクリュ
ウ３５Ｙによって第１トナー搬送スクリュウ３３Ｙとは
逆方向に搬送される。これにより、上記現像工程で使用
されなかったトナーがトナー収容部４０Ｙに戻される。

【００２８】以上の構成に係る現像装置４は色情報に同
期して各現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ
を選択的に現像位置に配置するように上記回転中心軸Ｏ
を中心に回動し、各現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２
Ｃ，２２Ｋは、現像位置において現像ローラ２３Ｙ，２
３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋを図中矢印Ｄ方向に回転させて、
順次感光体ベルト１上に形成された対応する静電潜像を
現像する。そして、各現像像は上述のように中間転写ベ
ルト５、及び転写紙１１上に重ね合わされることによ
り、フルカラー画像を形成する。（以下、余白）

【００２９】ところで、上記現像装置４には、トナーカ
ートリッジ４２のトナー残量を検知するトナー残量検知
手段としてのトナー検知ユニット５３が設けられてい
る。このトナー検知ユニット５３は、図４に示すよう
に、トナーカートリッジ４２の重力方向下部に配置され
ており、発光部に備えた赤外ＬＥＤ５０と受光部に備え
たフォトダイオード５２とを、トナーカートリッジ４２
を挾み込むようにして所定の間隔をもって対向させ、ト
ナーカートリッジ４２が回転しても、トナー検知ユニッ
ト５３がトナーカートリッジ４２の外周に対して非接触
になるように配置されている。

【００３０】そして、ＬＥＤ５０とフォトダイオード５
２との間に光を遮るトナーが存在しなくなると、ＬＥＤ
５０からの光が透明のトナーカートリッジ４２側壁を透
過し、かつトナーカートリッジ４２内部を通過してフォ
トダイオード５２で受光される。これにより、トナーカ
ートリッジ４２内のトナー残量が不足していること（以
下、トナーエンドという）がわかる。そして、このトナ
ー検知ユニット５３によってトナーエンドが検知される
と、トナーカートリッジ４２の交換を促す信号を出力す
るようになっている。なお、本実施例においては、トナ
ーカートリッジ４２内のそれぞれのトナー残量を光で検
知するため、カートリッジ４２を構成する透明材料とし
て、ポリカーボネートを用いているが、トナーカートリ
ッジ４２として成形できる材料であればポリカーボネー
トに限るものではない。

【００３１】次に、トナーエンド検知を行なうための信
号処理について説明する。図５（ａ），（ｂ）に、現像
ユニット２２のステッピングモータ（不図示）による駆
動パルス、ＬＥＤ５０の発光駆動信号の波形、及びフォ
トダイオード５２による検知信号の波形のタイミングチ
ャートと、ＬＥＤ５０の発光駆動信号の波形の拡大図を
示す。例えば、図３に示すように、検知ユニット５３の
位置にトナーカートリッジ４２Ｙが回転してきたとき
に、符号ａで示したタイミングチャートにおいて、現像
ユニット２２を回転させるための駆動パルスがなくなる
と、現像ユニット２２の回転が停止して現像を終了した
と判断し、１／４回転ごとに各現像ユニット２２のトナ
ーエンド検知を行う。これらの検知に使う信号として
は、発光波長ピークが９５０nmであるＬＥＤを用い、符
号ｂに示すような、いわゆるバースト点滅をさせるパル
ス信号を使用する。図５（ｂ）は、符号ｂのタイミング
チャートにおいて、符号Ｂで示す部分を拡大した図であ
り、基本周波数３８ｋＨｚを１／６４に分周した周期の
半分の時間、すなわち８４２μsの間隔でＯＮ／ＯＦＦ
を繰り返すことによって点滅発光させている。なお、こ
のパルス発生の具体的な方法については後述する。ま
た、このとき、フォトダイオード５２で検知される検知
信号は、符号ｃに示すように、カートリッジ内のトナー
が十分存在している場合には常に一定レベルＨの信号を
出力しているが、カートリッジ４２内のトナーがＬＥＤ
５０の光軸レベルよりも少なくなっている場合、すなわ
ちトナーエンドのときは、ＬＥＤ５０の光を検知する
と、出力はレベルＬに低下する。

【００３２】図６は、トナー検知ユニット５３のうち、
検知信号を制御する制御手段としての電装部のブロック
図を示す。主制御部は、ＣＰＵ，ＲＡＭ（不図示），Ｒ
ＯＭ（不図示），Ｉ／Ｏインターフェース（不図示）等
で構成されている。ここで、ＣＰＵのＩ／Ｏポートのう
ち、ポートＡ（ＰＡ₀〜ＰＡ₇）、ポートＢ（ＰＢ₀〜Ｐ
Ｂ₇）、及びポートＣ下位（ＰＣ₄〜ＰＣ₇）は出力ポー
トであり、ポートＣ上位（ＰＣ₀〜ＰＣ₃）は入力ポート
に設定されている。そして、ＬＥＤ５０の発光強度及び
発光のタイミングは、主制御部のＣＰＵで次のように制
御される。ＬＥＤ５０は、方形発振回路からの３８ｋＨ
ｚ方形波信号（以下、ＰＣ₀という）をＣＰＵ内のプロ
グラムにより６４分周し、１．６８４ms周期のゲート信
号を得る。また、ＣＰＵはステッピングモータの駆動パ
ルス（以下、ＰＣ₂という）をモニタしており、現像ユ
ニット２２の回転が停止してパルス信号がなくなった時
点で、ゲート信号をＬＥＤ５０を点滅させるための信号
（以下、ＰＣ₄という）のポートからパルスＡＮＤ回路
に出力し、ＬＥＤドライバを介してＬＥＤ５０を点滅さ
せ、２０回のバースト点滅をさせる。一方、フォトダイ
オード５２で検知された信号は、アンプ、リミッタ、バ
ンドパスフィルタで信号形状が整えられ、復調器で復調
された後、積分器及び比較器を介してＣＰＵに受光信号
として入力され、他の制御に用いられる。また、ＣＰＵ
は、上記検知信号が該ゲート信号に追従したバースト点
滅を２０回検知すると、トナーエンド信号ＰＣ₅を出力
し、表示部等に所定の表示を行なう。

【００３３】次に、上記ＣＰＵで行なわれるトナーエン
ド検知信号の制御を示したフローチャートについて説明
する。図７は、トナーエンド検知制御のメインルーチ
ン、図８はＬＥＤの点滅を制御するサブルーチン、図９
は図８の処理において３８ｋＨｚの周波数を１／６４に
分周するサブルーチンである。まず、図７ステップＳ１
で現像ユニット２２を回転させるステッピングモータの
駆動パルスの有無から、現像ユニット２２が停止したか
否かを判断する。駆動パルスが有れば、停止していない
と判断して処理を終了させ、駆動パルスがなければ停止
していると判断して、後述するステップＳ２の点滅・判
定ルーチンに移行する。次に、ステップＳ３，Ｓ４で、
フォトダイオード５２からの信号が発光信号にともなっ
てＬレベルとなった回数を示す変数Ｎ２、及びフォトダ
イオード５２からの信号が発光信号にともなってＨレベ
ルに戻った回数を示す変数Ｎ３が２０になったか否かを
それぞれ判断し、ＮＯであれば処理を終了し、ＹＥＳで
あれば次のステップＳ５でトナーＥＮＤ表示をして、ス
テップＳ６で画像形成動作を停止させた後、処理を終了
する。

【００３４】図８に示した点滅・判定ルーチンでは、ス
テップＳ１０でＬＥＤ５０の点滅及びフォトダイオード
５２で受光された信号のＨ／Ｌの判定（すなわち、上記
ステップＳ１１からステップＳ２０までの処理）を実行
した回数を示す変数Ｎ１と、上記Ｎ２，Ｎ３を０に初期
設定する。次にステップＳ１１でＰＣ₄のレベルをＨに
する。そして、後述する分周ルーチン（ステップＳ１
２）に移行する。そして、ステップＳ１３でフォトダイ
オード５２で受光された光に対応して出力される信号
（以下、ＰＣ₁という）がＬレベルであるか否かを判断
し、ＮＯであればメインルーチンに戻り、ＹＥＳであれ
ば次のステップＳ１４に移行し、Ｎ２をインクリメント
し、ステップＳ１５においてＰＣ₄をＬレベルにする。
次に、ステップＳ１６で再び分周ルーチンに移行する。
分周ルーチンから戻ると、ＰＣ₁がＨレベルならステッ
プＳ１８に移行し、Ｈレベルでなければメインルーチン
に戻る（ステップＳ１７）。次に、ステップＳ１８，Ｓ
１９でＮ３，Ｎ１をそれぞれインクリメントする。そし
て、ステップＳ２０において、Ｎ１が２０未満であれば
ステップＳ１１に戻り、２０以上となったらメインルー
チンに戻る。

【００３５】また、図９に示した分周ルーチンでは、ス
テップＳ３０においてＨとＬとの間で状態が変化した回
数を示す変数Ｎ４を０に初期設定し、ステップＳ３１で
ＰＣ₀の状態を判定し、ＨならばステップＳ３２に移行
し、再びＰＣ₀の状態を判定する。そして、ＰＣ₀がＬレ
ベルとなったらステップＳ３３に移行し、ステップＳ３
４でＮ４が３２以上か否かを判断し、３２以上でなけれ
ばステップＳ３１に戻り、３２以上あれば、点滅・判定
ルーチンに戻る。なお、図示を省略したが、点滅・判定
ルーチンに戻る前には、ステップ１２とステップ１６と
のどちらに戻るかを判別するためのフラッグを立て、こ
のフラッグを判別する処理を行なっているので、確実に
所定のステップに移行するようになっている。このよう
に、分周ルーチンを２回繰り返すことによって、３８ｋ
Ｈｚのパルスを６４分周した５９３．７５Ｈｚのパルス
を発生させているので、方形波発振回路からのパルスを
分周するための分周回路を必要としない分、コスト低減
を図ることができる。

【００３６】以下に、上記トナー検知ユニット５３の具
体的な取付け例について説明する。なお、上記トナーカ
ートリッジ４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋに対する検
知は、すべて同様の方法であるので、イエロートナーを
収容するトナーカートリッジ４２Ｙのトナー残量を検知
する場合を例に説明し、他のトナーカートリッジについ
ては説明を省略する。

【００３７】図１０は、図４において矢印Ａ方向から見
た赤外ＬＥＤ５０近傍の拡大図であり、赤外ＬＥＤ５０
に対向する検知面であるカートリッジ側壁とカートリッ
ジ底面とが垂直に形成されている。本実施例では、トナ
ーカートリッジ４２Ｙの材質に、透過性の高いポリカー
ボネイトを用い、発光部には指向角半値幅１５°（すな
わち、光軸上の光量の１／２となる範囲）の赤外ＬＥＤ
５０を使用している。なお、指向角半値幅はＬＥＤの種
類によって異なる値となる。ＬＥＤ５０とカートリッジ
側壁との距離ｄ₁は１０mmに設定されている。また、ト
ナー検知ユニット５３のフォトダイオード５２には、現
像装置外からの光の影響を排除するために、所定の閾値
が設けられている。ここで、ＬＥＤ５０は、カートリッ
ジ側壁を透過して直進してくる光以外の光をフォトダイ
オード５２が検知しても、この光量があらかじめ設定し
たフォトダイオード５２の閾値よりも小さくなるよう
に、以下のように配設している。すなわち、ＬＥＤ５０
の光軸と１５°の角度をもって放射した光とカートリッ
ジ側壁との交点ｃ₁における光量が、該カートリッジ側
壁と光軸との交点ｃ₂における光量の１／２の光量とな
るようなｃ₁とｃ₂との距離ｄ₂は２．６８mmとなるの
で、この範囲内の比較的強い光がカートリッジ底面に入
射しないように、該カートリッジ側壁の端部から交点ｃ
₂までの距離ｄ₃を、図１１中符号５１に示す位置に光軸
がくるような位置、つまりｄ₃が５mmとなる位置にＬＥ
Ｄ５０を設定している。

【００３８】上記構成においては、カートリッジ側壁に
おける光軸を中心として、半径２．６８mm以内の領域に
照射される光量の大きい光をカートリッジ底面から遠ざ
けることによって、光軸の光量よりも比較的光量の小さ
い光がカートリッジ底面に入射することになる。そし
て、この光は該底面を伝播する間に材質中の吸収や散乱
等によって減衰しながらフォトダイオード５２に到達す
る。しかし、この時の光量は所定の閾値よりも小さいた
めに、検知されたとしてもトナーエンドと判断されるこ
とはない。よって、フォトダイオード５２はカートリッ
ジ４２内部を直進して通過してきたＬＥＤ５０の光、す
なわち、閾値よりも光量の大きい光のみを検知すること
になるので、トナーエンドを確実に検知することができ
る。

【００３９】なお、図１０に示すトナーカートリッジ４
２Ｙでは、底部が平面であったが、例えば、図１２に示
すように、曲率を持っている場合にも適用できる。ただ
し、この場合はカートリッジ側壁とカートリッジ底部と
の境界を該カートリッジ側壁の端部とし、この端部に光
量の大きい光が入射しないような位置ｄ₃にＬＥＤ５０
を配置することによって、トナーエンドを確実に検知す
ることができる。

【００４０】また、図１３（ａ）に示すように、トナー
カートリッジ４２Ｙの底部形状を重力方向下部に凸型に
形成してもよい。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）を矢印
Ｃ方向から見た図である。これによれば、通常、ＬＥＤ
５０とカートリッジ側壁との距離、及びフォトダイオー
ド５２とカートリッジ側壁との距離は種々の条件のもと
に定められているので、カートリッジ４２Ｙの底部形状
を重力方向下部に凸型に形成して本体の幅よりも狭くす
れば、その分ＬＥＤ５０とフォトダイオード５２との距
離が縮まることになる。したがって、ＬＥＤ５０の発光
強度を大きくすることなしに、フォトダイオード５２に
おける受光光量を大きくすることができるので、上記形
状にしない場合に比して受光効率を向上させることがで
きる。よって、カートリッジ４２内部を直進して通過し
てくる光以外の光の影響を受ることがなく、より確実に
トナーエンド検知を行なうことができる。

【００４１】次に、上記フォトダイオード５２の受光効
率を向上させ、ＬＥＤ５０の発光強度をトナーエンドの
検知ができる程度に弱くすることができるための構成に
ついて説明する。図１４は、上記検知ユニット５３のＬ
ＥＤ５０とフォトダイオード５２とを、トナーカートリ
ッジ４２Ｙの両側壁を挟むように対向させ、更に、ＬＥ
Ｄ５０からの光がトナーカートリッジ４２Ｙへある入射
角θ_aをもって入射するように取り付けた状態を示して
いる。ここで、図１５は、トナー検知ユニット５３を図
１４中矢印Ｄ方向に変化させ、ＬＥＤ５０からの光の光
軸がカートリッジ側壁に入射するときの入射角θ_aと透
過率との関係を示したものである。縦軸は透過率（％）
を示し、横軸に入射角θ_a（度）を示している。例え
ば、所望の透過率を７０％以上と規定した場合、この特
性線によれば、０°すなわち光軸とカートリッジ側壁と
が垂直のときに透過率が最大となっているが、０°≦θ
_a≦５５°の範囲内であれば規定の条件を満たすので、
この角度範囲内で検知ユニット５３を取り付ければ、受
光効率を著しく低下させることなく、確実にトナーエン
ドを検知できるように検知ユニット５３を配設すること
ができる。

【００４２】また、検知ユニット５３は、例えば、図１
６（ａ），（ｂ）に示すように、トナーカートリッジ４
２Ｙの側壁の交差する角θ_cを挟むように対向させ、更
に、ＬＥＤ５０からの光がトナーカートリッジ４２Ｙへ
ある入射角θ_aをもって入射するように取り付けてもよ
い。ここで、図１７はθ_cを６０°、９０°、１３５°
に設定し、ＬＥＤから照射された光がトナーカートリッ
ジ４２Ｙの壁面に入射するときの入射角θ_bと、このと
きの透過率との関係を示したものである。縦軸は、壁面
を透過する光の透過率を示し、横軸にＬＥＤの光がカー
トリッジ側壁に入射するときの入射角θ_b（度）をとっ
ている。図１３における各特性線ａ，ｂ，ｃでは、θ_c
のそれぞれの設定角度において、θ_bがθ_c／２のときの
透過率が最大となっている。したがって、例えば、θ_c
が６０°のときはθ_b＝３０°、θ_cが９０°ではθ_b＝
４５°、θ_cが１３５°のときはθ_b＝６７．５°となる
ように検知ユニット５３を配設すれば、これ以外の角度
で配設した場合に比して、受光効率を向上させることが
できる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の現像装置によれば、受光部は
トナーがカートリッジ内に存在している状態で、所定の
閾値以上の光を受光することがないので、カートリッジ
内のトナーが不足し、発光部から直進してきた閾値以上
の光を受光したときにのみ、トナー残量不足と判断する
ことができる。したがって、トナーが該カートリッジ内
に存在しているにも関わらず、存在していないと判断す
る誤検知を防止できる。よって、トナー残量検知を確実
に行なうことができる。

【００４４】請求項２の現像装置によれば、発光強度が
同じであっても、発光部と受光部とで挟まれた部分のカ
ートリッジ幅が、該発光部と受光部とで挟まれていない
部分の幅と同じである場合に比して、受光される光の光
量が大きくなり、受光効率が向上する。このため、トナ
ー残量検知を行なうことができる程度に発光強度を低く
設定することができる。よって、該発光部で使用する発
光素子の寿命の低下を防止することができる。

【００４５】請求項３の現像装置のトナー残量検知手段
における発光部及び受光部の位置設定方法によれば、ト
ナーカートリッジ側壁に対する光の入射角を該範囲外に
設定して該発光部及び受光部を設定した場合に比して、
該カートリッジ内部を透過する光の透過率を大きくする
ことができる。このため、発光部の発光強度が一定であ
っても受光部における受光効率を向上させることができ
るので、トナー残量検知を行なうことができる程度に発
光強度を低く設定することができる。よって、該発光部
で使用する発光素子の寿命の低下を防止することができ
る。

【００４６】請求項４の現像装置によれば、発光部から
トナーカートリッジ側壁に対して入射する光の入射角θ
_bを、該カートリッジ内部を透過する光の透過率が最大
となるように設定することにより、該受光部における受
光効率が向上するので、トナー残量検知を行なうことが
できる程度に発光強度を低く設定することができる。よ
って、該発光部で使用する発光素子の寿命の低下を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る現像装置を採用した電子写真複写
機の概略構成図。

【図２】実施例に係る現像装置の断面概略構成図。

【図３】同現像装置の概略構成を示す斜視図。

【図４】同現像装置のトナーカートリッジの斜視図。

【図５】（ａ）は、トナーエンド検知に使用する信号の
タイミングチャート。（ｂ）は、図５（ａ）中、記号Ｂ
で示したＬＥＤの発光駆動信号の波形を示す拡大図。

【図６】実施例に係る検知ユニットの電装部のブロック
図。

【図７】トナーエンド検知及び表示を行なうメインルー
チンを示すフローチャート。

【図８】ＬＥＤの点滅を制御するサブルーチンを示すフ
ローチャート。

【図９】３８ｋＨｚの周波数を分周するサブルーチンを
示すフローチャート。

【図１０】赤外ＬＥＤの取り付け位置を示す説明図。

【図１１】トナーカートリッジ側壁における光軸の位置
を示す説明図。

【図１２】トナーカートリッジの底面形状が曲率を持っ
ている場合のカートリッジ側壁端部を示す説明図。

【図１３】（ａ）は、検知部分を凸型に形成したカート
リッジの斜視図。（ｂ）は、図１３（ａ）の右側面図。

【図１４】検知ユニットをトナーカートリッジの両側壁
を挟むように対向させ、更に、ＬＥＤからの光がトナー
カートリッジへある入射角θ_aをもって入射するように
取り付けた状態を示す説明図。

【図１５】ＬＥＤに対向するカートリッジ側壁に対する
入射角θ_aと、該カートリッジ側壁を透過してフォトダ
イオードで検知された光の透過率との関係を示すグラ
フ。

【図１６】（ａ）は、ＬＥＤに対向するカートリッジ側
壁とフォトダイオードに対向するカートリッジ側壁とが
交差する角θ_cが９０°であるときのトナーカートリッ
ジにおいて、ＬＥＤから対向するカートリッジ側壁への
入射角θ_bを６７．５°に設定した状態を示す説明図。
（ｂ）は、ＬＥＤに対向するカートリッジ側壁とフォト
ダイオードに対向するカートリッジ側壁とが交差する角
θ_cが１３５°であるときのトナーカートリッジにおい
て、ＬＥＤから対向するカートリッジ側壁への入射角θ
_bを６７．５°に設定した状態を示す説明図。

【図１７】θ_cの異なるそれぞれのカートリッジについ
て、入射角θ_bと透過率との関係を示すグラフ。

【図１８】従来例に係る、トナーカートリッジ側壁の肉
厚部分を伝播する光による不具合を示す説明図。

【符号の説明】

１感光体ベルト２帯電ローラ３レーザ光学装置４回転型現像装置５中間転写ベルト６転写ローラ７定着装置８給紙台９給紙ローラ１０レジストローラ１１転写紙１２感光体クリーナ２０ケーシング２２現像ユニット２２ａ開口部２３現像ローラ３１供給ローラ３３第１トナー搬送スクリュウ３５第２トナー搬送スクリュウ３８遮蔽部材４０トナー収容部４２トナーカートリッジ５０赤外発光ＬＥＤ５１カートリッジ側壁を透過する光軸の位置５２フォトダイオード５３トナー検知ユニットｃ₁，ｃ₂カートリッジに光が入射するときの交点ｄ₁ＬＥＤ５０とカートリッジ側壁との距離ｄ₂カートリッジ側壁における光軸の光量の１／２
となる位置までの距離ｄ₃カートリッジ側壁の端部から交点ｃ₂までの距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入江孝一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者塩豊鳥取県鳥取市北村10−３リコーマイクロエレクトロニクス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体に形成された潜像を可視像化する
現像器と、該現像器に補給するトナーを収容する透明又
は半透明の部材で構成したトナーカートリッジと、該ト
ナーカートリッジの側壁に対向するように配設した発光
部から発せられ、該側壁を透過し、かつ該トナーカート
リッジ内を通過した光を、受光部で受光することによっ
てトナー残量を検知するトナー残量検知手段とを備えた
現像装置において、該発光部と対向する該トナーカートリッジ側壁の端部か
ら該側壁上の光軸までの距離、及び該発光部の光が該側
壁に入射する入射角度を、該発光部からの光が該発光部
に対向するカートリッジ側壁を透過する際に該側壁で屈
折し、側壁の肉厚部を伝播して該受光部で受光される光
量が、トナー残量検知用の所定の閾値よりも小さくなる
ように設定したことを特徴とする現像装置。
【請求項２】上記発光部及び受光部で挟まれる上記カー
トリッジ幅を、他の部分よりも狭く形成したことを特徴
とする請求項１の現像装置。
【請求項３】像担持体に形成された潜像を可視像化する
現像器と、該現像器に補給するトナーを収容する透明又
は半透明の部材で構成したトナーカートリッジと、該ト
ナーカートリッジの側壁に対向するように配設した発光
部から発せられ、該側壁を透過し、かつ該トナーカート
リッジ内を通過した光を、受光部で受光することによっ
てトナー残量を検知するトナー残量検知手段とを備えた
現像装置のトナー残量検知手段における発光部及び受光
部の位置設定方法において、該発光部からトナーカートリッジ側壁に対して０°から
９０°まで変化させた入射角θ_aと、該発光部から発せ
られた光が側壁を透過し、かつカートリッジ内部を通過
して該受光部で受光されたときの発光光量に対する受光
光量の割合である透過率との関係を求め、この関係に基
づいて所望の透過率が得られる入射角となるように、該
発光部及び受光部の位置を設定したことを特徴とする現
像装置のトナー残量検知手段における発光部及び受光部
の位置設定方法。
【請求項４】像担持体に形成された潜像を可視像化する
現像器と、該現像器に補給するトナーを収容する透明又
は半透明の部材で構成したトナーカートリッジと、該ト
ナーカートリッジの側壁に対向するように配設した発光
部から発せられ、該側壁を透過し、かつ該トナーカート
リッジ内を通過した光を、受光部で受光することによっ
てトナー残量を検知するトナー残量検知手段とを備えた
現像装置において、該発光部に対向する側壁と該受光部に対向する側壁とが
角度θ_cで交差するとき、該発光部からトナーカートリ
ッジ側壁に対して入射する入射角θ_bがθ_c／２となるよ
うに発光部及び受光部を配設したことを特徴とする現像
装置。