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【発明の名称】 現像剤残量検知装置並びに該装置を備えた現像装置及び該装置を備えた画像形成装置
【発明者】 【氏名】小松 秀樹
【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式会社リコー内

【氏名】榑沼 岳郎
【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式会社リコー内

【氏名】大貫 一幸
【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式会社リコー内

【氏名】柴崎 景三
【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式会社リコー内
【要約】 【課題】現像剤の残量を安定して検知する。

【解決手段】少なくとも一対の発光素子１０と受光素子１１とを用い、それらの間の光路上に存在するトナーＴの有無でトナーＴの残量を検知する現像剤残量検知装置において、発光素子１０と受光素子１１との間に、トナーＴを貯留するケース３を配置し、このケース３内に発光端ｐと受光端ｑとを対向させた少なくとも１個の検知空間Ｓを形成し、光路の検知空間Ｓの外に光ファイバ７を介在させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも一対の発光素子と受光素子とを用い、それらの間の光路上に存在する現像剤の有無で現像剤の残量を検知する現像剤残量検知装置において、前記光路上に、現像剤を貯留するケースを配置し、該ケース内に発光端と受光端とを対向させた少なくとも１個の検知空間を形成し、前記光路の前記検知空間外に光ファイバを介在させたことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項２】 請求項１の現像剤残量検知装置において、２本の前記光ファイバを使用して１個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項３】 請求項１の現像剤残量検知装置において、１本の前記光ファイバを使用して２個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項４】 請求項１の現像剤残量検知装置において、３本の前記光ファイバを使用して２個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項の現像剤残量検知装置において、前記光ファイバを曲げて使用したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項６】 請求項１の現像剤残量検知装置において、前記光ファイバの端部を保持部材の有底穴に挿入し、前記光ファイバの端部の外周面と前記保持部材の有底穴の内周面との間に充填物を施したことを特徴とする現像剤残量検知装置。
【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項の現像剤残量検知装置を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】 請求項７の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【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、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に使用され、トナー等の現像剤の残量を検知する現像剤残量検知装置並びに該装置を備えた現像装置及び該装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の画像形成装置又は静電作像装置には現像装置が内蔵され、この現像装置には現像剤の残量を検出する手段としての現像剤残量検知装置が設置されている。この現像剤残量検知装置では、現像剤が貯留された現像器の外側に一対の発光素子と受光素子とが配置され、これらの間の光路に存在する現像器内の現像剤の有無で、現像剤の残量を検知するようになっている。
【０００３】即ち、現像器は現像剤を収容するケースと、このケースの上部開口を覆うカバーとから成り、ケースの対向する両側壁には光透過部が設けられている。そして、画像形成装置の本体部には、発光素子と受光素子がケースの光透過部に対向する位置にそれぞれ設置されている。
【０００４】この従来の現像剤残量検知装置において、発光素子からの光は一方の光透過部を透過してケース内に入射し、反対側の光透過部を透過して受光素子に到達する。ケース内に現像剤が十分に残存している場合には、発光素子からの光が現像剤により遮られ、受光素子に到達することが不可能で、十分な残量があることを示す。一方、発光素子からの光が受光素子に入射するようになると、現像剤の残量が少なくなったこと、いわゆる現像剤エンドを検知する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の従来の現像剤残量検知装置にあっては、光がケースの一方の側壁と他方の側壁に渡る空間を通過するため、光の空気中伝達距離が長くなる。従って、空気中を伝達する光量の減衰が大きい上に外光の影響を受け易く、現像剤の残量を安定して検知できない場合がある。
【０００６】本発明の目的は、現像剤の残量を安定して検知できる現像剤残量検知装置並びに該装置を備えた現像装置及び該装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも一対の発光素子と受光素子とを用い、それらの間の光路上に存在する現像剤の有無で現像剤の残量を検知する現像剤残量検知装置において、前記光路上に、現像剤を貯留するケースを配置し、該ケース内に発光端と受光端とを対向させた少なくとも１個の検知空間を形成し、前記光路の前記検知空間外に光ファイバを介在させたことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【０００８】従って、この現像剤残量検知装置は、光ファイバを介在させることにより発光端と受光端とをケース内に位置させることができ、発光端と受光端とをケースの両側壁に位置させる場合よりも検知空間内の光路を短くできる。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１の現像剤残量検知装置において、２本の前記光ファイバを使用して１個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１の現像剤残量検知装置において、１本の前記光ファイバを使用して２個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１の現像剤残量検知装置において、３本の前記光ファイバを使用して２個の前記検知空間を形成したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の現像剤残量検知装置において、前記光ファイバを曲げて使用したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１の現像剤残量検知装置において、前記光ファイバの端部を保持部材の有底穴に挿入し、前記光ファイバの端部の外周面と前記保持部材の有底穴の内周面との間に充填物を施したことを特徴とする現像剤残量検知装置である。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の現像剤残量検知装置を備えたことを特徴とする現像装置である。
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項７の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいてこの発明を説明する。図１はファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置の一例としての電子写真複写機１の正面図、図２は電子写真複写機１の内部に設置されている現像装置２の部分切欠斜視図、図３は図２の縦断面図、図４は図２の横断面図である。図２〜４は本発明に係る現像剤残量検知装置を備えた現像装置２の第１の実施の形態を示している。
【００１７】現像装置２は、現像剤として例えばトナーTを貯留する例えば偏平直方体形状のケース３と、このケース３の上部開口を覆うカバー４と、ケース３に主要部が組み込まれる現像剤残量検知装置５と、ケース３内に配設されている現像部６とを備えている。ケース３の左右の側壁３ａ、３ａとカバー４の左右の側壁４ａ、４ａの間には、光ファイバ７の外端部を保持するための外側保持部材８を配置する間隔が設けられている。そして、ケース３の内部には、光ファイバ７の内端部を保持するための内側保持部材９が固定されている。
【００１８】カバー４の両側壁４ａ、４ａには、光通過穴４ｂ、４ｂがそれぞれケース３の保持穴３ｂ、３ｂに対向するように形成されている。そして、カバー４の光通過穴４ｂ、４ｂの外側において、それぞれ発光素子１０及び受光素子１１が対向し、臨むように配置されている。これらの発光素子１０と受光素子１１は電子写真複写機１の本体部１ａ（図１参照）に固定されている。
【００１９】発光素子１０は例えば発光ダイオードとされ、電子写真複写機１の本体部１ａに備えられている図示しない電源に接続され、通電された際に発光するようにされている。受光素子１１は例えばフォトトランジスタとされ、本体部１ａに備えられている図示しないＣＰＵに接続され、ＣＰＵの出力は本体部１ａに備えられている図示しない表示装置に接続されている。
【００２０】図４に示す現像部６では、ケース３内の底部に攪拌ローラ１２と供給ローラ１３が配置され、現像ローラ１４が供給ローラ１３に上方で当接するように配置されている。また、薄層化ローラ１５が現像ローラ１４に上方で当接するように配置され、余分なトナーＴを掻き落とし、厚みを均一にしている。そして、ケース３の外側の本体部１ａに、感光体ドラム１６がケース３の開口３ｄを介して現像ローラ１４に当接するように配置されている。
【００２１】図５に示すように、外側保持部材８はポリカーボネート等の透明又は半透明の合成樹脂材料から成形されている。この外側保持部材８は、ケース３の側壁３ａに形成されている保持穴３ｂに差し込まれる軸部８ａと、この軸部８ａの内端にあってケース３の側壁３ａの内面に当接されるフランジ部８ｂと、このフランジ部８ｂ側に開口を有して光ファイバ７の外端部が挿入される有底穴８ｃとを有している。
【００２２】図６は内側保持部材９の斜視図であり、内側保持部材９もポリカーボネート等の透明又は半透明の合成樹脂材料から成形されている。内側保持部材９は光ファイバ７の内端部を嵌合保持する一対の筒状の保持部９ａ、９ａと、これらの保持部９ａ、９ａと一体に成形されてケース３に固定される例えば板状の固定部９ｂとを有している。また、図５に示す保持部９ａ、９ａには、それぞれ光ファイバ７の内端部が挿入される有底穴９ｃが形成されている。
【００２３】そして、外側保持部材８の有底穴８ｃの内径と、内側保持部材９の有底穴９ｃの内径は光ファイバ７の外径よりも若干大きくされ、光ファイバ７の端部の外周面と有底穴８ｃ、９ｃの内周面との間に接着剤１７が充填されている。
【００２４】ここで、現像剤残量検知装置５は、少なくとも一対の発光素子１０と受光素子１１とを結ぶ光路上にケース３を配置し、ケース３内に内側保持部材９の一対の保持部９ａ、９ａの内端面をそれぞれ発光端ｐと受光端ｑとして少なくとも１個の検知空間Ｓを形成し、この光路の検知空間Ｓ外に光ファイバ７を介在させている。
【００２５】即ち、ケース３の内部には、例えば１対の光ファイバ７、７が同軸かつ直線状に、トナーＴの存在の有無が検知される検知空間Ｓを形成して配置されている。そして、光ファイバ７、７はその外端部が外側保持部材８、８により光透過可能に保持され、内端部が内側保持部材９の保持部９ａ、９ａにより光透過可能に保持され、光ファイバ７、７の内端部を保持した保持部９ａ、９ａの発光端ｐと受光端ｑとが対向されている。
【００２６】従って、発光素子１０からの光は、一方の光通過穴４ｂ、外側保持部材８、光ファイバ７、内側保持部材９の一方の保持部９ａ、検知空間Ｓ、他方の保持部９ａ、光ファイバ７、外側保持部材８、光通過穴４ｂを通って受光素子１１に到達する。
【００２７】ここに用いられている光ファイバ７は、図６に示す中心に位置するコア部７ａと、このコア部７ａの外周面に位置するクラッド部７ｂとから構成され、コア部７ａの両端面が光透過面５ｃとされている。光ファイバ７は例えば２ｍｍ程度の外径とされ、光ファイバ７の長さは振動や熱による伸縮に対応するように、その両端部がケース３に保持部材８、９を介して固定された際に、若干弛むような長さとされている。
【００２８】光ファイバ７を外側保持部材８と内側保持部材９で支持する際には、光ファイバ７の外端部と内端部の外周面に接着剤１７の適量を塗布し、光ファイバ７の外端部を外側保持部材８の有底穴８ｃに挿入し、光ファイバ７の内端部を内側保持部材９の有底穴９ｃに挿入する。この際に、光ファイバ７、外側保持部材８、内側保持部材９を回転したりして、接着剤１７を光透過面７ｃを除く隙間全体に行き渡らせる。
【００２９】接着剤１７には、１０ｍＰａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘度の液状物質が硬化したものを使用することが好ましい。この範囲よりも低い粘度の液状物質を使用した場合には接着剤１７の流動性が大きくなり、接着剤１７を光ファイバ７の外周面と保持部材８、９の内周面との隙間を十分に満たすことが困難になる。そして、上記範囲よりも高い粘度の液状物質を使用した場合には、接着剤１７を光ファイバ７や保持部材８、９に塗布することが困難になる。
【００３０】また、接着剤１７には２液を混合することにより硬化する物質を使用することが好ましい。この種の物質は硬化する際の体積収縮が少ないので、物質が硬化する前後での充填状態の変化が少ない。従って、その物質から成る接着剤１７を硬化前に光ファイバ７の外周面と保持部材８、９の内周面との隙間に充填すれば、その接着剤１７が硬化した後でも、その隙間を最初に充填した状態に維持できる。
【００３１】しかし、１液性の物質から成る接着剤１７は硬化の際の体積収縮が大きいので、使用しない方が好ましい。仮にこの種の接着剤１７を硬化する前に使用した場合には、その接着剤１７は硬化の際に収縮し、光ファイバ７の外周面と保持部材８、９の内周面との間に隙間を発生させる恐れがある。
【００３２】一方、保持部材８、９をケース３に固定する際には、光ファイバ７と保持部材８、９との間に５Ｎ以上の引き抜き耐力が必要となる。従って、接着剤１７には５Ｎ以上の引き抜き耐力を発揮する物質を使用する必要がある。この種の引き抜き耐力は接着剤１７の塗布面積に比例するので、所望の引き抜き耐力を得るための接着剤１７の塗布面積は、設計の段階で確保する必要がある。
【００３３】実際に外側保持部材８と内側保持部材９をケース３に組み付ける際には、外側保持部材８の軸部８ａをケース３の側壁３ａの内側から保持穴３ｂに差し込み、フランジ部８ｂを例えば両面テープを用いてケース３の側壁３ａに固定する。この際に、外側保持部材８とケース３とは、外側保持部材８の軸部８ａの外周面とケース３の保持穴３ｂの内周面との隙間からトナーＴを漏出させないように固定する必要のあることは云うまでもない。
【００３４】また、図４、図６に示すケース３の側壁３ｃに、内側保持部材９の固定部９ｂを例えば両面テープを用いて固定する。ここでは、固定部９ｂの上下方向の位置を調節することにより、保持部９ａの高さ、即ち現像剤であるトナーＴの残量の判定位置を所望に設定する。例えば、保持部９ａの高さは、トナーＴが１００±２０ｇ未満になった場合に検知空間Ｓ内の光路上にトナーＴが存在しないように調整することが好ましい。これにより、トナーＴが１００±２０ｇ未満になった場合に、表示装置にトナーＴの残量が少なくなったこと、つまりトナーエンドを表示することができる。
【００３５】このように設置した現像剤残量検知装置５において、検知空間Ｓ内の光路上にトナーＴが存在しているとき、即ち、トナーＴの表面Ｔａが光路よりも上位にあるときには、一方の保持部９ａの発光端ｐからの光がトナーＴにより遮られ、他方の保持部９ａの受光端ｑに到達しないので、受光素子１１には起電力が発生しない。
【００３６】この状態で現像装置２が作動すると、図４に示すトナーＴは攪拌ローラ１２により攪拌されて供給ローラ１３に送られる。そして、供給ローラ１３と現像ローラ１４が当接するように配置されていることにより、現像ローラ１４上にトナーＴの層が形成される。更に、現像ローラ１４と薄層化ローラ１５が当接するように配置されていることにより、現像ローラ１４上のトナーＴの余分な量が掻き落とされ、トナーＴの層が均一に薄層化される。そして、薄層化されたトナーＴの層は開口３ｄを介して感光体ドラム１６上に移され、感光体ドラム１６上の静電潜像が顕在化される。
【００３７】このようにしてケース３の内部のトナーＴが消費され、トナーＴの表面Ｔａの高さが検知空間Ｓ内の光路の高さよりも低くなり、その光路上にトナーＴが存在しなくなると、一方の保持部９ａの発光端ｐから出射した光が他方の保持部９ａ受光端ｑに入射する。
【００３８】これにより、発光素子１０を発した光が受光素子１１に入射し、受光素子１１に起電力が発生する。そして、この起電力による電気信号がＣＰＵに入力し、ＣＰＵが電気信号の発生パターンを処理してトナーエンドと判断し、表示装置にトナーエンドを表示する。
【００３９】なお、光ファイバ７の光透過面５ｃの面積比率が異なる保持部材８、９を用いた現像剤残量検知装置５を電子写真複写機１に設置し、トナーエンドの表示機能を評価したところ、この表示機能はトナーＴの残量が８３〜１０２ｇであるときに作動した。
【００４０】図７は現像装置２の第２の実施の形態を示し、ここでは２個の検知空間Ｓがそれぞれ１本の光ファイバ７の両端に形成されており、ケース３には第１の実施の形態の保持穴３ｂ、３ｂの代わりに従来と同様な光透過部３ｄ、３ｄが設けられている。光ファイバ７の両端部は内側保持部材９の保持部９ａに保持され、固定部９ｂは第１の実施の形態と同様にケース３に固定されている。
【００４１】この第２の実施の形態では、ケース３に従来のケースを利用できる反面、検知空間Ｓ、Ｓの合計が第１の実施の形態の検知空間Ｓよりも大きくなる可能性があるが、従来の検知空間よりは小さくでき、第１の実施の形態とほぼ同様な効果を得ることができる。また、２つの検知空間Ｓ、ＳにおいてトナーＴの残量を平均して検知できると共に、製造コストを第１の実施の形態よりも削減できる。
【００４２】図８は現像装置２の第３の実施の形態を示し、ここでは３本の光ファイバ７で２個の検知空間Ｓ、Ｓが形成されている。光ファイバ７の両端部は第１の実施の形態と同様な内側保持部材９により保持され、２個の検知空間Ｓ、Ｓは第２の実施の形態の場合よりも中央側に寄って形成されている。
【００４３】この第３の実施の形態でも、検知空間Ｓ、Ｓの合計が第１の実施の形態の検知空間Ｓよりも大きくなる可能性がある反面、第１の実施の形態と同様な部材を利用できる。従って、第１の実施の形態とほぼ同様な効果を達成できる上に、第２の実施の形態よりも中央側に寄った検知空間Ｓ、ＳにおいてトナーＴの残量を平均して検知できる。
【００４４】図９はカバー４を断面とした現像装置２の第４の実施の形態の部分平面図を示し、ここでは２本の光ファイバ７、７と１個の検知空間Ｓが形成されている。そして、発光素子１０と受光素子１１は電子写真複写機１の本体部１ａの空き部分が利用されて配置され、２本の光ファイバ７、７は曲げて使用されている。即ち、発光素子１０と受光素子１１は略直交するように配置され、受光素子１１はケース３の側壁３ｃから大きく離されている。
【００４５】この第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様な効果を達成できる上に、電子写真複写機１や現像装置２の空き部分を利用して設置できる。
【００４６】以上、特許請求の範囲によって画定される本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態によって限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載の事項内でのあらゆる変更、又はその事項に対する均等な事項を特許請求の範囲に包含する。
【００４７】例えば、複数対の光ファイバ７や複数組の発光素子１０と受光素子１１を水平状に配置すれば、トナーＴの存在を広い範囲に渡って検知でき、それらを垂直方向に配置すれば、トナーＴの残量が一度に少なくなってしまうのではなく、トナーＴの位置を複数回に分けて表示でき、予め残量に注意することができる。
【００４８】
【発明の効果】本発明は、上述したように構成したので、以下に記載するような効果を奏する。
【００４９】請求項１に記載の現像剤残量検知装置は、発光端と受光端とをケースの側壁に位置させた場合よりも検知空間内の光路を短くできるので、光量の減衰や外光の影響を減少でき、現像剤の残量を安定して検知できる。
【００５０】また、複数対の光ファイバや複数組の発光素子と受光素子とを水平状に配置すれば、現像剤の存在を広い範囲に渡って検知でき、それらを垂直方向に配置すれば、現像剤の存在の高さを複数回に分けて検知できる。
【００５１】請求項２に記載の現像剤残量検知装置は、請求項１に記載の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、現像剤の残量をケース内の略中央部で検知できる。
【００５２】請求項３に記載の現像剤残量検知装置は、請求項１に記載の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、現像剤の残量をケース内の側壁寄りの２個所で検知できる。
【００５３】請求項４に記載の現像剤残量検知装置は、請求項１の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、現像剤の残量をケース内の中央部寄りの２個所で検知できる。
【００５４】請求項５に記載の現像剤残量検知装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、発光素子や受光素子を任意の位置に設置できると共に、現像剤の残量をケース内の任意の位置で検知できる。
【００５５】請求項６に記載の現像剤残量検知装置は、請求項１に記載の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、光ファイバの光透過面に現像剤が直接接触することを防止できる。
【００５６】請求項７に記載の現像装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像剤残量検知装置が奏する効果に加えて、現像剤の不足による現像不能を防止できる。
【００５７】請求項８に記載の現像装置は、請求項７に記載の現像装置が奏する効果に加えて、現像剤の不足による異常画像の発生を抑制できる。
【出願人】 【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号
【出願日】 平成１４年２月１５日（２００２．２．１５）
【代理人】 【識別番号】１０００８２６７０
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 民雄
【公開番号】 特開２００３−２４１５０１（Ｐ２００３−２４１５０１Ａ）
【公開日】 平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【出願番号】 特願２００２−３７９０６（Ｐ２００２−３７９０６）