| 【発明の名称】 |
画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
| 【発明者】 |
【氏名】野村 義矢
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくともトナーを収納するトナー容器と、トナーを撹拌して現像手段へ搬送する搬送手段と、トナーを電子写真感光体へ現像する現像手段を有する画像形成装置において、前記トナー容器に光透過する面と再帰性反射の性質を有する面を少なくとも部分的に設け、発光手段と受光手段を前記トナー容器に対応する位置に取り付け、前記受光手段の信号を処理してトナー残量を示す信号として出力する処理部を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 少なくともトナーを収納するトナー容器と、トナーを撹拌して現像手段へ搬送する搬送手段と、トナーを電子写真感光体へ現像する現像手段を有し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記トナー容器に画像形成装置に取り付けられた発光手段と受光手段に対応する位置に光透過する面と再帰性反射の性質を有する面を少なくとも部分的に設けたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、 電子写真プリンタ、 ファクシミリ装置等の写真画像形成装置及び画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジに関するものである。
【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、電子写真感光ドラム及びこれに作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して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、画像形成装置のメンテナンスをサービスマンによらないでユーザー自身で行うことができるため、操作性を格段に向上させることができる。このため、このプロセスカートリッジ方式は電子写真画像形成装置において広く用いられている。
【０００３】このようなプロセスカートリッジでは予め組み込まれたトナーが使い終わる頃トナー残量が残り少ないことを検出する手段を組み込んだものがある。前記トナー残量検出手段としては、トナー容器に光透過性の窓を設け、装置本体に光源と受光センサーを設け、トナーが残り少なくなったときに光源と受光センサー間に光路ができることを利用したものが実用化されている。前記検出手段は、消耗品であるトナー容器やプロセスカートリッジのコストが透過窓のみであるため低く抑えられ、収納するトナーの物性に殆ど影響を受けることなくトナー残量検知ができる等の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記検出手段の構成においては、トナーを使い切る直前にトナーが残り少ないことを検出できるのみであり、トナー容器内にどの程度トナーが残っているのかを知ることはできなかった。
【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、トナー容器内のトナー残量を常時検出してユーザーに逐次知らせることができる画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくともトナーを収納するトナー容器と、トナーを撹拌して現像手段へ搬送する搬送手段と、トナーを電子写真感光体へ現像する現像手段を有する画像形成装置において、前記トナー容器に光透過する面と再帰性反射の性質を有する面を少なくとも部分的に設け、発光手段と受光手段を前記トナー容器に対応する位置に取り付け、前記受光手段の信号を処理してトナー残量を示す信号として出力する処理部を設けたことを特徴とする。
【０００７】又、請求項２記載の発明は、少なくともトナーを収納するトナー容器と、トナーを撹拌して現像手段へ搬送する搬送手段と、トナーを電子写真感光体へ現像する現像手段を有し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記トナー容器に画像形成装置に取り付けられた発光手段と受光手段に対応する位置に光透過する面と再帰性反射の性質を有する面を少なくとも部分的に設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】＜実施の形態１＞先ず、本発明の実施の形態に係る電子写真画像形成装置としてのレーザービームプリンターＡを図１及び図２に基づいて説明する。
【００１０】図示のレーザービームプリンターＡは、図２に示すように、電子写真画像プロセスによって記録媒体（例えば、記録紙、ＯＨＴシート、布等）に画像を形成するものである。
【００１１】即ち、帯電手段によってドラム状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと称する）７に帯電を行い、次いでこの感光ドラム７に画像状態に応じたレーザー光を照射して潜像を形成する。そして、この潜像を現像手段９によって現像してトナー像を形成し、このトナー像の形成と同期して、給紙カセット３ａにセットした記録媒体２をピックアップローラ３ｂ、搬送ローラ対３ｄ及びレジストローラ対３ｅで反転搬送する。
【００１２】次に、転写手段としての転写ローラ４に電圧を印加することによって、プロセスカートリッジＢの前記感光ドラム７に形成したトナー像を記録媒体２に転写する。その後、トナー像の転写を受けた記録媒体２を搬送ガイド３ｆで定着手段５へと搬送する。この定着手段５は、駆動ローラ５ｃ及びヒータ５ａを内蔵する定着ローラ５ｂを有しており、この定着手段５を通過する記録媒体２に熱及び圧力を印加して転写されたトナー像を記録媒体２に定着する。そして、トナー像が定着された記録媒体２を排出ローラ３ｇ，３ｈで搬送し、反転経路３ｊを通して排出トレイ６へと排出する。尚、光学手段１は、レーザーダイオード１ａ、ポリゴンミラー１ｂ、レンズ１ｃ及び反転ミラー１ｄを有している。
【００１３】一方、前記プロセスカートリッジＢは、図１に示すように、感光層を有する前記感光ドラム７を回転駆動し、その表面を帯電手段である帯電ローラ８への電圧印加によって一様に帯電する。次いで、光学手段１からの画像情報に応じたレーザービーム光を露光開口部１ｅを介して感光ドラム７へ照射して潜像を形成する。そして、この潜像をトナーを用いて現像手段９によって現像する。即ち、帯電ローラ８は感光ドラム７に接触して設けられており、感光体ドラム７に帯電を行う。尚、この帯電ローラ８は感光ドラム７に従動回転する。
【００１４】又、前記現像手段９は、感光ドラム７の現像領域へトナーを供給して感光ドラム７に形成された潜像を現像する。ここで、前記現像手段９は、トナー容器１１Ａ内のトナーをトナー送り部材１６の回転によって現像ローラ９ｃへ送り出す。そして、固定磁石を内蔵した現像ローラ９ｃを回転させるとともに、現像ブレード９ｄ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９ｃ上に形成し、そのトナーを感光ドラム７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。
【００１５】尚、現像ブレード９ｄは、現像ローラ９ｃの周面のトナー量を規定するとともに、トナーに摩擦帯電電荷を付与するものである。又、この現像ローラ９ｃの近傍には、現像室内のトナーを循環させるトナー撹拌部材９ｅが回転可能に取り付けられている。
【００１６】而して、転写ローラ４に前記トナー像と逆極性の電圧を印加し、感光ドラム７に形成されたトナー像を記録媒体２に転写した後、クリーニング手段１０によって感光ドラム７上の残留トナーを除去する。ここで、クリーニング手段１０は、感光ドラム７に当接して設けられた弾性クリーニングブレード１０ａによって感光ドラム７上のトナーを掻き落としてトナー溜め１０ｂへ集める。
【００１７】尚、プロセスカートリッジＢは、トナーを収納するトナー容器（トナー収納部）１１Ａを有するトナー枠体１１と現像ローラ９ｃ等の現像手段９を保持する現像枠体１２とを結合し、これに感光ドラム７、クリーニングブレード１０ａ等のクリーニング手段１０及び帯電ローラ８を取り付けたクリーニング枠体１３を結合して構成されている。
【００１８】ところで、プロセスカートリッジＢは操作者によって画像形成装置本体１００に着脱可能であり、図２において開閉部材３５をヒンジ３５ａを中心として上方へ開いてプロセスカートリッジＢを図示矢印Ｘ方向へ装着し、矢印Ｘと反対方向へ取り外す。
【００１９】プロセスカートリッジＢには、画像情報に応じた光を感光ドラム７へ照射するための露光開口部１ｅ及び感光ドラム７を記録媒体２に対向するための転写開口部１３ｎが設けられている。ここで、露光開口部１ｅはクリーニング枠体１３に形成されている。
【００２０】次に、プロセスカートリッジＢのハウジングの構成について説明する。
【００２１】本実施の形態に係るプロセスカートリッジＢは、トナー枠体１１と現像枠体１２とクリーニング枠体１３とを一体的に結合して構成したハウジング内に前記感光ドラム７、帯電ローラ８、現像手段９、クリーニング手段１０等を収納してカートリッジ化したものである。そして、このプロセスカートリッジＢを画像形成装置本体１００に設けたカートリッジ装着手段に対して取り外し可能に装着する。
【００２２】本実施の形態に係るプロセスカートリッジＢは、前述のようにトナー枠体１１と現像枠体１２及びクリーニング枠体１３を一体的に結合して構成されるが、次にトナー枠体１１と現像枠体１２の構成について説明する。
【００２３】図１に示すように、トナー枠体１１にはトナー送り部材１６を回転可能に取り付けている。又、トナー枠体１１の上方にはＰＭＭＡやポリカーボネイト等の透明樹脂より成る窓部材１５がトナー枠体１１に溶着、接着等で一体的に取り付けられており、トナー枠体１１の底部には再帰性反射シート１４が貼り付けられている。
【００２４】又、現像枠体１２には現像ローラ９ｃ及び現像ブレード９ｄが取り付けられており、更に現像ローラ９ｃの近傍には現像室内のトナーを循環させる撹拌部材９ｅが回転可能に取り付けられている。そして、前記トナー枠体１１と現像枠体１２を溶着（本実施の形態では超音波溶着）して一体的な第２枠体としての現像ユニットＤを構成している。
（トナー残量検知機能）前記再帰性反射シート１４は、入射した光を入射した方向へ反射する再帰性反射の性質を持つように製造されたシートである。再帰性反射の性質を有するものとして、例えばコーナーキューブというプリズムを利用したものが知られている。本実施の形態で使用した再帰性反射シート１４は例えば図４に示すように反射層１４ａの上にガラスの小球１４ｂを並べ、表面に透明樹脂のカバー１４ｃを付けたものである。この再帰性反射シート１４をトナー枠体１１に取り付けられたトナー送り部材９ｂが接触する底面の広い範囲に貼り付けている。尚、再帰性反射シート１４の幅は約５ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００２５】一方、トナー枠体１１の上方の窓部材１５は、画像形成装置本体１００に取り付けた発光及び受光手段からの光が再帰性反射シート１４へ導くような適切な位置に取り付けられている。又、窓部材１５は、トナー送り部材１６の先端が接触するような曲率を有し、且つ、そのような位置に取り付けられている。
【００２６】トナー送り部材１６は、図３に示すように、樹脂を射出成形した基材１６ａにに厚さ約５０μｍ〜２００μｍのＰＥＴ等のプラスチックシート１６ｂを貼り付け、その上から板金等の補強部材１６ｃを取り付けている。プラスチックシート１６ｂは、トナー枠体１１の底面、底面に貼り付けられた再帰性反射シート１４と窓部材１５の内側の面に接触する位置にギヤ部材１６ｅを介して取り付けられ、不図示の駆動手段によって回転駆動される。即ち、トナー搬送部材１６は、トナー枠体１１内のトナーを現像ローラ９ｃ側へ搬送し、且つ、再帰性反射シート１４及び窓部材１５の表面を清掃する。
【００２７】更に、画像形成装置本体１００にはプロセスカートリッジＢの上方に発光素子１７ａと受光素子１７ｂが樹脂等で一体的に組み込んだトナー残量検知センサー１７がプロセスカートリッジＢが装着されたときの再帰性反射シート１４及び窓部材１５に対応する位置に取り付けられる。発光素子１７ａから出た光は窓部材１５を通り抜け、トナーが無いときは再帰性反射シート１４で反射し、同じ方向へ戻ってくる。そして、戻った光は発光素子１７ａのすぐそばに位置する受光素子１７ｂに入って電気信号に変換される。
（作用）
トナーが満タンのとき：トナーが満タンのときにはトナー送り部材１６のプラスチックシート１６ｂがトナーの抵抗によって撓み、その先端が再帰性反射シート１４にも窓部材１５にも届かない。従って、発光素子１７ａ から出た光は受光素子１７ｂへは戻らず、電気信号は０レベルのままである。
【００２８】トナーが少し減ったとき：トナーが少し減ると、トナーの抵抗も小さくなり、トナー送り部材１６のプラスチックシート１６ｂの先端が再帰性反射シート１４や窓部材１５に届くようになる。窓部材１５に付着していたトナーはプラスチックシート１６ｂの先端によって拭き払われ、発光素子１７ａから出た光はトナー容器１１Ａの内部へ導かれる。又、プラスチックシート１６ｂの先端は再帰性反射シート１４上のトナーを一時的に押し出し、窓部材１５を通過してきた光は元の方向へ反射される。反射された光は受光素子１７ｂへ戻り、電気信号を発生させる。このとき、電気信号はトナーの下から現れた再帰性反射シート１４の面積とトナー送り部材１６が光を遮る面積にほぼ比例する。図５にこの状態をグラフにて模式的に示す。
【００２９】図５において、横軸はトナー送り部材１６の回転角、縦軸は受光素子１７ｂで発生した電気信号或は受光素子１７ｂに入射した光量を示す。図中、Ｘ線はトナーが少し減ったときの電気信号の推移を示す。初めは信号は０レベルであるが、トナー送り部材１６が再帰性反射シート１４上に差し掛かると信号が立ち上がり、徐々に増加していく。
【００３０】しかし、周りのトナーが崩れて再帰性反射シート１４上に覆い被さるため、電気信号は或る点から減少して０に戻る。トナーの量が少なくなる程、グラフの山は高く大きくなる。
【００３１】トナーが残り少なくなったとき：図５のＹ線はトナーが残り少なくなったときの電気信号推移を示す。トナーは再帰性反射シート１４の全面を覆うことができないため、電気信号は０にはならず、或るレベルまで下がるだけである。この場合もトナー送り部材１６が再帰性反射シート１４上に差し掛かると信号が立ち上がり、徐々に増加していくが、途中で減少することなく再帰性反射シート１４のほぼ全面からの反射光に対応する最大値までに達する。
【００３２】しかし、周りに残ったトナーやトナー送り部材１６に付着したトナーが落下してくるため、電気信号は或る点で減少を始め０にはならないが、低いレベルまで落ち込む。トナーが少なくなる程、電気信号の減少を始める点が遅れ、且つ、落ち込むレベルが高くなっていく。
【００３３】トナー容器が空になったとき：図５のＺ線にトナー枠体１１のトナーが空になったときの電気信号推移を示す。発光素子１７ａから出た光は最早トナーによって遮られることはなく、単にトナー送り部材１６が遮るだけとなる。トナー送り部材１６の回転によって受光素子１７ｂに対する投影面積が変動するため、グラフのＺ線に示すような変動が残る。
【００３４】このようにトナー枠体１１内のトナー量が変化するに連れて受光素子１７ｂで発生する電気信号の波形が変化する。ここで、トナー送り部材１６の１回転を１単位として電気信号波形の積分値や平均値の推移をプロットすると図６に示すようになる。即ち、トナーの量に応じた信号を受光素子１７ｂからの電気信号から作り出すことができる。これを画像形成装置本体１００の表示手段２００に表示したり、画像形成装置本体１００からトナー残量信号として出力し、例えばパソコンの画面に表示して操作者に知らしめることができる。
【００３５】トナー量と受光素子１７ｂからの電気信号を加工したトナー量を表わす信号がほぼ直線になるようにするため、１つはトナー送り部材１６のプラスチックシート１６ｂの腰の強さを調整する方法がある。プラスチックシート１６ｂの腰が強ければ、トナーがより多く残っている時点で電気信号が発生し始めるようになる。プラスチックシート１６ｂの腰が弱ければその逆になる。
【００３６】又、再帰性反射シート１４の幅を変えればトナーが空のときの光量が増えるため、ダイナミックレンジを広げることができる。又、プラスチックシート１６ｂの再帰性反射シート１４に対応する部分だけを別部材にして拭き取り性を優先させたシートを選択することもできる。この場合、プラスチックシート１６ｂはトナー枠休１１内のトナーの撹拌や搬送の機能を担っているため、厚みや長さを変更するにも自ずと限界があるが、別シートにすることによって選択の自由度が増す。
【００３７】更に、再帰性反射シート１４のトナー枠休１１に対する位置を変更することもできる。再帰性反射シート１４をトナー枠休１１の底面より０．５〜２．０ｍｍ程度高くするとトナーが掃き出され易くなるため、信号の立上がりが早くなる。反対に、トナー枠体１１の底面の長手方向（トナー送り部材１６の軸方向）に傾斜を付け、再帰性反射シート１４を傾斜の底の部分に取り付ければ信号の立上がりを遅らせることができる。尚、当然ながら、トナー送り部材１６のプラスチックシート１６ｂは透明なものが望ましい。
【００３８】このようにトナー枠体１１の底面に再帰性反射シート１４を取り付けることによるもう１つの利点は、再帰性反射シート１４の反射光の強さが強いということである。一般に反射シートとして用いられる白色シートに比べ、再帰性反射シート１４は何倍もの光量が帰ってくると言われている。このため、再帰性反射シート１４上の僅かな面積でもトナーが掃き出されれば受光素子１７ｂに光が届き、信号を発することができる。更に、トナーが空になったときには大きな光量が受光素子１７ｂに入るため、ダイナミックレンジを広くすることができる。このため、精度の高いトナー残量検知が可能になる。
【００３９】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４０】図７（ａ）はトナー枠体１１の斜視図である。本実施の形態においては、再帰性反射シート１４をトナー枠体１１の側面に貼り付けている。
【００４１】一方、図７（ｂ）に示すように、トナー送り部材１６の再帰性反射シート１４側の端部には３８μｍ〜１００μｍのＰＥＴ等のプラスチックシートから成る拭き取りシート１６ｄが基材１６ａに補強部材１６ｃに挟み込まれるように取り付けられている。窓部材１５は、画像形成装置本体１００に取り付けた発光、受光手段からの光がトナー枠体１１の側面にある再帰性反射シート１４へ導くような適切な位置に取り付けられている。発光素子１７ａと受光素子１７ｂはトナー枠体１１の側面にある再帰性反射シート１４の方向へ向かって画像形成装置本体１００に取り付けられる。
【００４２】再帰性反射シート１４は入射した光を元の方向へ反射するため、このように発光素子１７ａから出た光が斜めに入射するような位置関係でも受光素子１７ｂに光が返り、電気信号を発することができる。
【００４３】而して、本実施の形態においても、トナー量に対する電気信号はトナー量と相関を示す。受光素子１７ｂへ帰る光量は前記実施の形態１と同じく再帰性反射シート１４の現れた面積とトナー送り部材１６が光路を遮る投影面積に比例する。トナー送り部材１６の拭き取りシート１６ｄは、再帰性反射シート１４に付着するトナーを拭き取る。実施の形態１と同様に、トナーの量が少なくなるに連れて再帰性反射シート１４の現れる面積と時間が増加する。従って、トナー量減少に伴って変動する電気信号を得ることができる。
【００４４】尚、トナー送り部材１６のプラスチックシート１６ｂは実施の形態１と同じく窓部材１５に付着するトナーを掻き落とすようにその先端位置を決めている。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明によれば、少なくともトナーを収納するトナー容器と、トナーを撹拌して現像手段へ搬送する搬送手段と、トナーを電子写真感光体へ現像する現像手段を有する画像形成装置及び該画像形成装置に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記トナー容器に光透過する面と再帰性反射の性質を有する面を少なくとも部分的に設け、発光手段と受光手段を前記トナー容器に対応する位置に取り付け、前記受光手段の信号を処理してトナー残量を示す信号として出力する処理部を設けたため、トナー容器内のトナー残量を常時検出してユーザーに逐次知らせることができるという効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年４月１１日（２００１．４．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９２８５３
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮一
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３１１７０１（Ｐ２００２−３１１７０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１１２１０６（Ｐ２００１−１１２１０６） |
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