トナー残量検知センサ及びそれを備えたトナー収容容器
【課題】トナーの種類に関係なくトナー残量を高精度に検知することができ、センサ面や検知窓の清掃機構も不要で組み立て性や耐久性にも優れたトナー残量検知センサ及びそれを備えたトナー収容容器を提供する。
【解決手段】トナー残量検知センサ３５は、ゴム部材４０と、アクチュエータ４１と、透過型センサ４２と、上記の各部材が装着されるホルダ部材４３とで構成される。ゴム部材４０にトナー圧がかかると、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａがアクチュエータ４１の圧検知部４１ａを持ち上げることにより透過型センサ４２の光路を開放してトナーを検知する。トナー圧の減少に伴いアクチュエータ４１はゴム部材４０側に揺動し、トナー圧が無い状態ではアーム部４１ａから突出するリブ４１ｄがホルダ部材４３の開口４３ａの周縁部と当接するためトナー検知部４０ａと圧検知部４１ｂとが接触しない。
【解決手段】トナー残量検知センサ３５は、ゴム部材４０と、アクチュエータ４１と、透過型センサ４２と、上記の各部材が装着されるホルダ部材４３とで構成される。ゴム部材４０にトナー圧がかかると、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａがアクチュエータ４１の圧検知部４１ａを持ち上げることにより透過型センサ４２の光路を開放してトナーを検知する。トナー圧の減少に伴いアクチュエータ４１はゴム部材４０側に揺動し、トナー圧が無い状態ではアーム部４１ａから突出するリブ４１ｄがホルダ部材４３の開口４３ａの周縁部と当接するためトナー検知部４０ａと圧検知部４１ｂとが接触しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に備えられる現像装置、中間ホッパー等のトナー収容容器に関し、特にトナー収容容器内のトナー残量を検知するトナー残量検知センサにするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置においては、画像形成装置の現像部（現像装置）にトナー補給口からトナーを補給するトナーコンテナ等のトナー補給装置が備えられている。そして、トナー補給装置から現像装置にトナーを安定して補給するためには、トナー補給装置内のトナー残量を精確に検知することが重要である。トナー残量を検知するセンサとしては、圧電センサ、透磁率センサ、光学式センサ等が用いられる。
【０００３】
圧電センサは、検知面に圧力が加わったことを電気信号として取り出すもので、小型、軽量、高感度という特長を有する。また、検知精度を維持するためにはセンサ面を十分に清掃する必要がある。例えば特許文献１、２には、清掃部材を用いて圧電センサのセンサ面を清掃する技術が開示されている。
【０００４】
透磁率センサは、現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を出力するものである。この透磁率センサをトナー補給装置内のトナー残量の検知に用いる場合、磁性一成分トナーには使用可能であるが、非磁性一成分トナーや二成分現像剤に添加する非磁性トナーには使用することができない。
【０００５】
光学式センサには、反射型光学式センサと透過型光学式センサがある。例えば特許文献３には、反射型光学式センサの発光部からの光を複数の現像装置毎に異なる光に変換して受光部に与えることにより、１つのトナー残量センサを用いて各色のトナー残量を検知可能としたカラー画像形成装置が開示されている。また、特許文献４には、透過型光学式センサの検知窓へのトナー付着を防止する清掃部材を設けて検知精度を高める方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献５には、トナーの回収によって回動する検知フィラと、検知フィラの回動によって光路を開放または遮断される検知センサ（フォトインタラプタ）と、検知フィラの動作空間へのトナー漏れを防止するゴムシートとを有する回収トナー量検知センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２５０３０１号公報
【特許文献２】実公平１−２３１４８公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４７号公報
【特許文献４】特開２００８−１０２４７８号公報
【特許文献５】特開平２−９６１９５号公報（第１９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、圧電センサは高価である上、特許文献１、２のようにセンサ面の清掃機構を設けるとトナー補給装置の構成が複雑化し、コストアップにも繋がってしまう。
【０００９】
また、特許文献３、４のような反射型光学式センサは光源（発光部）に対する反射板の傾きが重要であり、発光方向と反射板の取付位置の精度が要求される。透過型光学式センサにおいても発光側センサと受光側センサが別体となっている場合は、各センサの位置関係が重要となる。従って、組み立て作業が煩雑化し作業性が低下するとともに、部品の公差によってセンサ感度にばらつきが生じるおそれもある。さらに、特許文献４のように検知窓の清掃機構を設けた場合は組み立て作業性の低下や部品点数の増加によるコストアップを招いてしまう。
【００１０】
一方、特許文献５の構成では、トナーの圧力により残量を検知するため検知面の清掃は不要となるが、クリーニングケース（トナー回収容器）側にゴムシート及び検知フィラが配置され、装置本体側に検知センサが配置されるため、クリーニングケースの取り付け状態によっては検知フィラと検知センサの位置関係が変化し、センサ感度にばらつきが生じるおそれがあった。また、装置本体から着脱しないトナー収容容器に適用した場合でも、検知フィラと検知センサの取付位置の精度が要求されるため、組み立て作業が煩雑化し作業性が低下するという問題点があった。
【００１１】
また、特許文献５に記載されているゴムシートは断面三角形状であり、且つ非対称な形状であるため、トナーの圧力が加わる方向によってゴムシートの変形度合いが変化し、センサ感度が低下する可能性がある。クリーニングケース（トナー回収容器）の満杯を検知する目的であれば高い検知精度は要求されないが、現像装置内のトナー残量やトナーを補給する中間ポッパー内のトナー残量は画像品質に影響を及ぼすため、トナー残量を精度良く検知する必要があった。さらに、検知精度を高めるために変形し易い薄膜状のゴムシートを用いた場合、検知フィラがゴムシートを押圧してゴムシートが破損するおそれもあった。
【００１２】
なお、ここでは現像装置にトナーを補給するトナー補給装置のトナー残量検知を例に挙げて説明したが、現像装置内のトナー若しくは現像剤の残量検知についても同様の問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑み、トナーの種類に関係なくトナー残量を高精度に検知することができ、センサ面や検知窓の清掃機構も不要で組み立て性や耐久性にも優れたトナー残量検知センサ及びそれを備えたトナー収容容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、トナーを貯留するトナー収容容器の内側に面して配置され、前記トナー収容容器内のトナーの圧力変化により弾性変形する薄膜状のゴム部材と、該ゴム部材を挟んで前記トナー収容容器の外側に配置され、前記ゴム部材の弾性変形に応じて往復移動するアクチュエータと、発光部と受光部とから成る光検知部を有し、前記アクチュエータの往復移動により前記光検知部の光路が開放若しくは遮断されるように配置される透過型センサと、前記ゴム部材と、前記アクチュエータと、前記透過型センサとを一体に保持するホルダ部材と、を備え、前記アクチュエータは、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用するときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以上であると検知する第１の位置に移動し、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用しないときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量未満であると検知する第２の位置に移動するように前記ホルダ部材に支持されており、前記アクチュエータが前記第２の位置にあるとき、前記アクチュエータの一部が前記ホルダ部材に当接することにより前記アクチュエータと前記ゴム部材との間に隙間が形成されるトナー残量検知センサである。
【００１５】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記ゴム部材は、前記トナー収容容器の内側を凸面とする球面状且つ薄膜状のトナー検知部と、前記ホルダ部材の開口縁に固定されるフランジ状且つ前記トナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部とを有し、前記トナー検知部の凸面側には前記ホルダ貼付部との境界に環状の段差が形成されることを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記アクチュエータは、自重により前記第１の位置から前記第２の位置に移動することを特徴としている。
【００１７】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記アクチュエータを前記第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴としている。
【００１８】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサが搭載されたトナー収容容器である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の構成によれば、ゴム部材、アクチュエータ、及び透過型センサがホルダ部材により一体に保持されてユニット化されているため、ホルダ部材に装着される各部材の位置関係を容易に調整することができる。従って、トナー残量検知センサの組み立て時やメンテナンス時の作業性が向上する。また、アクチュエータが第２の位置にあるとき、ゴム部材とアクチュエータとの間には隙間が形成されるため、アクチュエータが薄膜のゴム部材を突き破るおそれがなく、トナー残量検知センサの長寿命化にも有利となる。
【００２０】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成のトナー残量検知センサにおいて、ゴム部材に球面状且つ薄膜状のトナー検知部を形成することにより、トナーの圧力が弱い場合でも変形し易く、トナーの圧力が加わる方向によって変形の度合いが変化しないためセンサの検知感度が安定する。また、ゴム部材にフランジ状且つトナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部を設けることにより、ゴム部材をホルダ部材に対し強固に且つ安定して固定できる。また、トナー検知部の凸面側とホルダ貼付部との境界に段差を形成することで、トナーの圧力によるトナー検知部の反転が容易となって検知感度がより高くなる。
【００２１】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成のトナー残量検知センサにおいて、アクチュエータが自重により第１の位置から第２の位置に移動することにより、アクチュエータが第１の位置へ移動する際に抗力として作用するのが重力のみとなるため、トナーの圧力を一層精度良く検知することができる。
【００２２】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１又は第２の構成のトナー残量検知センサにおいて、アクチュエータを第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けることにより、アクチュエータを第２の位置に確実に戻して誤検知を防止することができる。
【００２３】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成のトナー残量検知センサを搭載することにより、簡易且つ低コストな構成で内部のトナー残量を精度良く検知できるトナー収容容器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る中間ホッパーが搭載された画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】中間ホッパーからトナーが補給される現像装置の概略構成を示す側面断面図
【図３】トナーコンテナ及び中間ホッパーの側面断面図
【図４】本発明の一実施形態に係るトナー残量検知センサをセンサ室側から見た斜視図
【図５】トナー残量検知センサの側面断面図
【図６】トナー残量検知センサに用いられるゴム部材を凸面側から見た平面図
【図７】トナー残量検知センサに用いられるゴム部材の側面断面図
【図８】図７における破線円Ｓ内の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトナー補給装置を搭載した画像形成装置の内部構成を示す概略図である。画像形成装置（ここではデジタル複合機）１００では、コピー動作を行う場合、複合機本体２内の画像形成部３において、帯電ユニット４により図中のＡ方向に回転する小径の感光体ドラム５が一様に帯電され、画像読取部６で読み取られた原稿画像データに基づく露光装置（レーザ走査ユニット等）７からのレーザビームにより感光体ドラム５上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。この現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から中間ホッパー３０を介して行われる。
【００２６】
上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、用紙が給紙機構１０から用紙搬送路１１及びレジストローラ対１２を経由して画像形成部３に搬送され、この画像形成部３において転写ローラ１３により感光体ドラム５の表面におけるトナー像が用紙に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着ローラ対１４ａを有する定着部１４に搬送されてトナー像が定着される。定着部１４を通過した用紙は、複数方向に分岐した用紙搬送路１５に送られて、用紙搬送路１５の分岐点に設けられた複数の経路切換ガイドを有する経路切換機構２０ａ、２０ｂによって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、用紙搬送路１６に送られて両面コピーされた後に）、第１排出トレイ１７ａ、第２排出トレイ１７ｂから成る用紙排出部に排出される。
【００２７】
また、図示しないが、感光体ドラム５の表面の残留電荷を除去する除電装置がクリーニング装置１８と帯電ユニット４との間に設けられている。さらに、給紙機構１０は、複合機本体２に着脱自在に取り付けられ、用紙を収納する複数の給紙カセット１０ａ、１０ｂと、その上方に設けられる手差し給紙機構（バイパスユニット）１０ｃとを備えてなり、これらは用紙搬送路１１によって感光体ドラム５及び現像装置８等からなる画像形成部３に繋がっている。画像読取部６の上端にはコンタクトガラス上に載置される原稿を押さえて保持する開閉可能なプラテン（原稿押さえ）２１が設けられている。
【００２８】
用紙搬送路１５は、具体的には、定着ローラ対１４ａの下流側において、まず左右二股に分岐し、一方の経路（図１では右方向に分岐する経路）は第１排出トレイ１７ａに連通するように構成されている。そして、他方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は搬送ローラ対１９を経由して上下に分岐し、一方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は第２排出トレイ１７ｂに連通するように構成されている。これに対し、他方の経路（図１では下方向に分岐する経路）は用紙搬送路１６に連通するように構成されている。
【００２９】
次に、現像装置について図２に基づいて説明する。図２は画像形成装置１００に用いられる現像装置の概略構成を示す断面側面図である。現像装置８は、磁性一成分トナーを収容する現像容器２２と、このトナーを攪拌する攪拌スクリュー２３、２４と、現像ローラ２７、及び規制部材２８とを備えている。
【００３０】
現像容器２２の上部には、トナー補給口２２ａが設けられる。現像容器２２内のトナーが消費され少なくなると、新たなトナーが中間ホッパー３０（図１参照）からトナー補給口２２ａを介して現像容器２２内に補給される。
【００３１】
現像容器２２は、仕切壁２２ｂによって第１攪拌室２２ｃと第２攪拌室２２ｄに区画されており、第１攪拌室２２ｃには攪拌スクリュー２３が、第２攪拌室２２ｄには攪拌スクリュー２４がそれぞれ回転可能に配設されている。仕切壁２２ｂの長手方向（紙面表裏方向）の両端部には現像剤通過路（図示せず）が形成されており、攪拌スクリュー２３、２４は、現像容器２２内のトナーを攪拌、循環させて、現像ローラ２７に供給する。
【００３２】
現像ローラ２７は、固定磁石体２５と現像スリーブ２６とを備える。現像スリーブ２６は、円筒状の非磁性材からなり、攪拌スクリュー２４に隣接する位置で現像容器２２に回転可能に支持される。固定磁石体２５は、現像スリーブ２６内に固設される永久磁石からなり、現像スリーブ２６に向けて磁界を発生する。また、現像ローラ２７は、現像容器２２の開口から露出し、像担持体である感光体ドラム５に一定の間隔を隔てて対向している。この対向領域は、現像スリーブ２６上に担持されているトナーを感光体ドラム５に向けて供給するための現像領域Ｄとなっている。さらに、現像スリーブ２６には直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを印加する現像バイアス電源２９が接続されている。
【００３３】
規制部材２８は、現像スリーブ２６表面に担持されるトナーを所定の層厚に規制するものであり、現像スリーブ２６の略上方（現像スリーブ２６の回転方向に対し現像領域Ｄの上流側）で現像スリーブ２６表面との間に所定間隔を隔てて、現像容器２２に取り付けられる。
【００３４】
現像スリーブ２６内の固定磁石体２５の磁力により、攪拌部材２４から供給されたトナーが現像スリーブ２６表面に担持される。担持されたトナーは、規制部材２８により所定の層厚に規制され、現像スリーブ２６の回転（図２の矢印方向の回転）により、現像領域Ｄに向けて搬送される。現像スリーブ２６には現像バイアス電源２９から現像バイアスが印加されることにより、現像領域Ｄにおいて現像スリーブ２６と感光体ドラム５との間に電位差が発生し、現像スリーブ２６上のトナーは感光体ドラム５に供給され、感光体ドラム５上の静電潜像はトナー像に現像される。
【００３５】
次に、中間ホッパーについて図３に基づいて説明する。図３は現像装置８にトナーを補給する中間ホッパーとトナーコンテナの概略構成を示す側面断面図である。
【００３６】
トナーコンテナ９は、トナーを中間ホッパー３０に供給する補給口９０ａが形成された未使用のトナーを貯留するコンテナ容器９０と、補給口９０ａの開閉状態を切り換えるシャッター部材９１と、コンテナスクリュー９２と、攪拌パドル９３とを備えている。また、トナーコンテナ９は中間ホッパー３０に対して着脱自在に取り付けられる。
【００３７】
コンテナスクリュー９２は、回転軸の外周面に一定のピッチで螺旋羽が形成されたものであり、コンテナ容器９０内の底部に沿って配置され、軸方向の一端部に設けられた補給口９０ａに対向している。コンテナスクリュー９２が軸周りに回転すると、攪拌されたトナーが補給口９０ａに向かって搬送される。そして、補給口９０ａを塞いでいるシャッター部材９１が補給口９０ａを開放すると、コンテナ容器９０内のトナーは補給口９０ａを介して中間ホッパー３０に供給される。トナーを中間ホッパー３０に供給する補給口９０ａが形成されている。
【００３８】
攪拌パドル９３は、回転軸と、回転軸から径方向の両側に延び、且つ軸方向に所定の幅を有するパドル状の攪拌羽根とで構成され、攪拌羽根の回転によってコンテナ容器９０内のトナーを攪拌する。
【００３９】
トナーコンテナ９から中間ホッパー３０にトナーが供給され、コンテナ容器９０内のトナーを使い切ると、そのトナーコンテナ９は中間ホッパー３０から取り外され、新たなトナーコンテナ９が中間ホッパー３０に装着される。
【００４０】
中間ホッパー３０は、トナーを貯留するホッパー容器３１を有し、ホッパー容器３１にはトナーコンテナ９から供給されるトナーを受け入れる受け入れ口３１ａと、ホッパー容器３１内のトナーを現像装置８に送出する送出口３１ｂとが形成されている。また、中間ホッパー３０は、送出口３１ｂの開閉状態を切り換えるシャッター部材３２と、搬送部材３３と、第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂと、トナー残量検知センサ３５とを備えている。
【００４１】
受け入れ口３１ａは、ホッパー容器３１の上部で、トナーコンテナ９の補給口９０ａに対向する位置に形成されている。送出口３１ｂは、ホッパー容器３１の底部で軸方向の一端部に形成され、現像装置８のトナー補給口２２ａ（図２参照）に対向している。
【００４２】
搬送部材３３は、回転軸の外周面に一定のピッチで螺旋羽が形成されたものであり、ホッパー容器３１内の底部に沿って配置され、軸方向の一端部に設けられた送出口３１ｂに対向している。搬送部材３３が軸周りに回転すると、攪拌されたトナーは送出口３１ｂに向かって搬送される。
【００４３】
第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂは、ホッパー容器３１内に回転自在に支持された回転軸と、回転軸から径方向に延び、且つ軸方向に所定の幅を有する攪拌羽根とで構成される。第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂの攪拌羽根の先端部は、それぞれ回転方向に屈曲している。
【００４４】
第２攪拌部材３４ｂは、ホッパー容器３１内で受け入れ口３１ａの略下方に配設されており、受け入れ口３１ａから第２攪拌部材３４ｂにトナーが落下することになる。第２攪拌部材３４ｂは、図３の反時計回りに回転してホッパー容器３１内のトナーを攪拌する。
【００４５】
第２攪拌部材３４ｂの攪拌羽根の外径は第１攪拌部材３４ａと比較して大きく、第２攪拌部材３４ｂが回転したときに攪拌羽根が通過する領域の回転軸と直交する方向の面積Ｓ２（図３の破線内の範囲）も比較的に大きくなり、ホッパー容器３１内の多量のトナーが攪拌されることになる。そして、第２攪拌部材３４ｂは攪拌したトナーを第１攪拌部材３４ａ側に搬送する。
【００４６】
第１攪拌部材３４ａは、第２攪拌部材３４ｂの右下側において第２攪拌部材３４ｂに対向配置され、更に、搬送部材３３の略上方において搬送部材３３に対向配置されている。第１攪拌部材３４ａは、図３の時計回りに回転して第２攪拌部材３４ｂから搬送されたトナーを攪拌する。
【００４７】
第１攪拌部材３４ａの攪拌羽根の外径は第２攪拌部材３４ｂと比較して小さく、第１攪拌部材３４ａが回転したときに羽根部分が通過する領域の回転軸と直交する方向の面積Ｓ１（図３の破線内の範囲）も面積Ｓ２と比較して小さくなる。具体的には、現像装置８に１回当たり補給するトナー量が攪拌されることになる。そして、第１攪拌部材３４ａは攪拌したトナーを搬送部材３３側に搬送する。第１攪拌部材３４ａが回転したときに攪拌羽根が通過する領域の面積Ｓ１は、第２攪拌部材３４ｂが回転したときに羽根部分が通過する領域の面積Ｓ２に対して１／３〜１／５である。
【００４８】
トナー残量検知センサ３５はホッパー容器３１内のトナー量を検知するものであり、この検知結果に応じて、トナーコンテナ９から中間ホッパー３０にトナーが供給される。トナー残量検知センサ３５はセンサ室３１ｃに収納される。センサ室３１ｃはホッパー容器３１の、第１攪拌部材３４ａの上側と第２攪拌部材３４ｂの右側との空間に形成され、ホッパー容器３１から突出することなく配置される。なお、トナー残量検知センサ３５の詳細な構成については後述する。
【００４９】
搬送部材３３と第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂは、図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動される。駆動源が回転駆動すると、第１攪拌部材３４ａと搬送部材３３は単位時間当たりの回転数が同じになるように連動されている。なお、搬送部材３３は、第１攪拌部材３４ａより単位時間当たり大きな回転数で回転するように、第１攪拌部材３４ａに連動して駆動させてもよい。
【００５０】
一方、第１攪拌部材３４ａと第２攪拌部材３４ｂとの間には、図示しない減速歯車列が噛合し、第２攪拌部材３４ｂが単位時間当たり所定の回転数で回転すると、第１攪拌部材３４ａは第２攪拌部材３４ｂより単位時間当たり大きい回転数で回転する。第１攪拌部材３４ａの単位時間当たりの回転数は第２攪拌部材３４ｂの単位時間当たりの回転数に対して３〜５倍である。
【００５１】
従って、駆動源からの駆動力によって、第２攪拌部材３４ｂは第１攪拌部材３４ａよりも低速で回転し、ホッパー容器３１内の多量のトナーが緩やかに攪拌される。一方、第１攪拌部材３４ａは第２攪拌部材３４ｂよりも高速で回転し、現像装置８へ補給するのに必要な量のトナーが迅速に攪拌される。第１攪拌部材３４ａによって攪拌されたトナーは搬送部材３３側に搬送される。
【００５２】
そして、搬送部材３３が回転すると、攪拌されたトナーが送出口３１ｂに向かって搬送される。そして、送出口３１ｂを塞いでいるシャッター部材３２が送出口３１ｂを開放すると、ホッパー容器３１内のトナーは送出口３１ｂを介してトナー補給口２２ａ（図２参照）から現像装置８に補給される。
【００５３】
図４は、図３におけるトナー残量検知センサ３５をセンサ室３１ｃ側から見た斜視図であり、図５は、トナー残量検知センサ３５の側面断面図である。トナー残量検知センサ３５は、ホッパー容器３１とセンサ室３１ｃとを仕切るゴム部材４０と、ゴム部材４０のセンサ室３１ｃ側に配置されたアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１の下方に配置された透過型センサ４２と、上記の各部材が装着されるホルダ部材４３とで構成される。
【００５４】
ゴム部材４０は、ホルダ部材４３の中央部に形成された円形の開口４３ａにホッパー容器３１の内側（図５の左側）が凸面となるように固定されており、センサ室３１ｃへのトナーの進入を防止するとともに、ホッパー容器３１内のトナーの圧力（以下、トナー圧という）により弾性変形してアクチュエータ４１を押圧する。
【００５５】
図６は、ゴム部材４０を凸面側から見た平面図、図７は、ゴム部材４０の側面断面図、図８は、図７における破線円Ｓ内の部分拡大図である。図６〜図８に示すように、ゴム部材４０は、球面状のトナー検知部４０ａと、トナー検知部４０ａの周囲に一体形成されたフランジ状のホルダ貼付部４０ｂとで構成されている。また、ホッパー容器３１の内側に面するゴム部材４０の凸面側には、トナー検知部４０ａとホルダ貼付部４０ｂとの境界に環状の段差４０ｃが形成されている。
【００５６】
トナー検知部４０ａは弱いトナー圧でも変形し易いように薄膜に形成され、トナー圧が加わる方向によって変形の度合いが変化しないように球面状に形成されている。ホルダ貼付部４０ｂはホルダ部材４３に強固に且つ安定して固定できるようにトナー検知部４０ａに比べて厚肉となっている。トナー検知部４０ａの厚みは０．１〜０．２ｍｍ、ホルダ貼付部４０ｂの厚みは０．５〜２ｍｍ程度が適当である。また、トナー検知部４０ａとホルダ貼付部４０ｂとの境界に段差４０ｃを形成することで、トナー検知部４０ａの周縁部の厚肉化を防止している。従って、トナー圧によるトナー検知部４０ａの反転が容易となりトナー圧の検知感度が高くなる。
【００５７】
アクチュエータ４１は、ホルダ部材４３の支点４３ｂに揺動自在に支持されるアーム部４１ａと、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａに凹面側から近接する圧検知部４１ｂと、透過型センサ４２のＯＮ及びＯＦＦの切り換えを行う遮光板４１ｃと、アーム部４１ａから水平方向に突出するリブ４１ｄとを有する。また、アーム部４１ａの上端部には、アクチュエータ４１を矢印Ａ′方向に付勢するバネ部材４４が配置されている。バネ部材４４は、図に示すようなコイルバネの他、板バネやねじりコイルバネ等を使用することもできる。バネ部材４４の付勢力は、トナー圧によりアクチュエータ４１が第１の位置へ移動できる程度の弱い付勢力としておく必要がある。
【００５８】
透過型センサ４２は、平面視コ字型の対向する内面に発光部及び受光部から成る光検知部４２ａが設けられたＰＩ（フォトインタラプタ）センサである。この光検知部４２ａをアクチュエータ４１の遮光板４１ｃが通過して光路を遮断若しくは開放することにより、光検知部４２ａの受光信号レベルがＬＯＷ又はＨＩＧＨに切り換わり、ホッパー容器３１内のトナー圧、即ちトナー残量を検知可能となっている。
【００５９】
次に、図４及び図５を参照しながらトナー残量検知センサ３５の動作について説明する。ホッパー容器３１内のトナーが消費され、トナーレベルがゴム部材４０よりも下にある場合は、ゴム部材４０（トナー検知部４０ａ）にトナー圧が掛からないため、図５に示すようにアクチュエータ４１はバネ部材４４の付勢力によりアーム部４１ａを垂直下向きにして静止している。この状態では、遮光板４１ｃが光検知部４２ａに配置されており、発光部から受光部への光路を遮光することで受光信号がＬＯＷレベル（センサＯＦＦ状態）となっている。
【００６０】
トナーコンテナ９からホッパー容器３１内にトナーが補給されると、トナー圧によりゴム部材４０のトナー検知部４０ａが弾性変形し、センサ室３１ｃ側が凸となるように反転する。その結果、トナー検知部４０ａに近接して配置されているアクチュエータ４１の圧検知部４１ｂが押圧され、アクチュエータ４１はバネ部材４４の付勢力に抗して支点４３ｂを中心に矢印Ａ方向に揺動する。
【００６１】
アクチュエータ４１の揺動に伴い、透過型センサ４２の光検知部４２ａを遮光していた遮光板４１ｃが上方に移動して光路を開放する（第１の位置）。このとき透過型センサ４２の受光信号がＬＯＷからＨＩＧＨレベル（センサＯＮ状態）に切り換わる。そして、透過型センサ４２から制御部（図示せず）に検知信号が送信され、制御部は中間ホッパー３０内にトナーが所定量以上充填されていると判断する。
【００６２】
この状態から再びホッパー容器３１内のトナーが消費されていくと、アクチュエータ４１はトナー圧の減少に伴いバネ部材４４の付勢力により徐々に矢印Ａ′方向に揺動する。そして、ホッパー容器３１内のトナーレベルがトナー検知部４０ａを下回ったとき、図５に示すように遮光板４１ｃが光検知部４２ａを遮光する（第２の位置）。このとき透過型センサ４２の受光信号がＨＩＧＨからＬＯＷレベル（センサＯＦＦ状態）に切り換わり、透過型センサ４２から制御部（図示せず）に検知信号が送信され、制御部はトナー残量が所定量未満になったものと判断する。また、トナー検知部４０ａは復元力によりホッパー容器３１側が凸の状態に戻る。
【００６３】
その後、制御部からの制御信号によりトナーコンテナ９から中間ホッパー３０へトナー補給動作を行い、透過型センサ４２がＯＮ状態に切り換わらない場合はトナーコンテナ９が空であると判断してコンテナの交換を促す。
【００６４】
上記の構成によれば、従来の圧電センサに比べて簡易且つ低コストな構成でホッパー容器３１内のトナー残量を精確に検知することができる。また、トナー圧を利用して残量を検知するため、トナーの種類や色に関係なく検知が可能となり、トナー検知部４０ａにトナーが付着しても検知精度に影響を及ぼさないため清掃機構も不要となる。
【００６５】
また、ゴム部材４０、アクチュエータ４１、及び透過型センサ４２がホルダ部材４３により一体に保持されてユニット化されているため、ホルダ部材４３に装着される各部材の位置関係を容易に調整することができる。従って、トナー残量検知センサ３５の組み立て時やメンテナンス時の作業性が向上する。また、アクチュエータ４１を矢印Ａ′方向に付勢するバネ部材４４を設けることにより、トナー圧が減少したときアクチュエータ４１が確実に第２の位置に移動して透過型センサ４２の光路を遮断する。従って、トナー残量が減少したときアクチュエータ４１が第２の位置に移動せず、トナー残量有りと判断する誤検知を防止することができる。
【００６６】
そして、バネ部材４４の付勢力によりアクチュエータ４１が第２の位置に移動したとき、アーム部４１ａから突出するリブ４１ｄがホルダ部材４３の開口４３ａの周縁部と当接するため、アクチュエータ４１はそれ以上矢印Ａ′方向に揺動しない。このとき、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａとアクチュエータ４１の圧検知部４１ｂとの間には隙間が形成されており、トナー検知部４０ａと圧検知部４１ｂとが接触しない構成となっている。従って、圧検知部４１ｂが薄膜のトナー検知部４０ａを突き破るおそれはない。
【００６７】
なお、ここではトナー圧の減少に伴いアクチュエータ４１がバネ部材４４の付勢力により第２の位置に移動する構成としたが、アクチュエータ４１が自重により第２の位置に戻る構成とすることもできる。この場合、アクチュエータ４１が第１の位置へ移動する際にバネ部材の付勢力が抗力として作用しないため、トナー圧の検知感度がより高くなる。
【００６８】
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、トナー残量検知センサ３５を中間ホッパー３０のトナー残量検知に用いた例に挙げて説明したが、例えば現像装置８内のトナーの残量検知に用いることもできる。
【００６９】
また、アクチュエータ４１やホルダ部材４３の形状、透過型センサ４２の配置等についても一例であり、トナー残量検知の対象である中間ホッパー３０や現像装置８の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では遮光板４１ｃが光検知部４２ａの光路を開放したとき（センサＯＮ状態）トナー残量が所定量以上と検知するようにしたが、遮光板４１ｃが光検知部４２ａの光路を遮断したとき（センサＯＦＦ状態）トナー残量が所定量以上と検知するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に備えられる現像装置や、現像装置にトナーを補給する中間ホッパー等のトナー残量検知に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
８ 現像装置
９ トナーコンテナ
２２ 現像容器（トナー収容容器）
３０ 中間ホッパー
３１ ホッパー容器（トナー収容容器）
３１ｃ センサ室
３５ トナー残量検知センサ
４０ ゴム部材
４０ａ トナー検知部
４０ｂ ホルダ貼付部
４０ｃ 段差
４１ アクチュエータ
４１ａ アーム部
４１ｂ 圧検知部
４１ｃ 遮光板
４１ｄ リブ
４２ 透過型センサ
４２ａ 光検知部
４３ ホルダ部材
４３ａ 開口
４４ バネ部材（付勢手段）
１００ 画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に備えられる現像装置、中間ホッパー等のトナー収容容器に関し、特にトナー収容容器内のトナー残量を検知するトナー残量検知センサにするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置においては、画像形成装置の現像部（現像装置）にトナー補給口からトナーを補給するトナーコンテナ等のトナー補給装置が備えられている。そして、トナー補給装置から現像装置にトナーを安定して補給するためには、トナー補給装置内のトナー残量を精確に検知することが重要である。トナー残量を検知するセンサとしては、圧電センサ、透磁率センサ、光学式センサ等が用いられる。
【０００３】
圧電センサは、検知面に圧力が加わったことを電気信号として取り出すもので、小型、軽量、高感度という特長を有する。また、検知精度を維持するためにはセンサ面を十分に清掃する必要がある。例えば特許文献１、２には、清掃部材を用いて圧電センサのセンサ面を清掃する技術が開示されている。
【０００４】
透磁率センサは、現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を出力するものである。この透磁率センサをトナー補給装置内のトナー残量の検知に用いる場合、磁性一成分トナーには使用可能であるが、非磁性一成分トナーや二成分現像剤に添加する非磁性トナーには使用することができない。
【０００５】
光学式センサには、反射型光学式センサと透過型光学式センサがある。例えば特許文献３には、反射型光学式センサの発光部からの光を複数の現像装置毎に異なる光に変換して受光部に与えることにより、１つのトナー残量センサを用いて各色のトナー残量を検知可能としたカラー画像形成装置が開示されている。また、特許文献４には、透過型光学式センサの検知窓へのトナー付着を防止する清掃部材を設けて検知精度を高める方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献５には、トナーの回収によって回動する検知フィラと、検知フィラの回動によって光路を開放または遮断される検知センサ（フォトインタラプタ）と、検知フィラの動作空間へのトナー漏れを防止するゴムシートとを有する回収トナー量検知センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２５０３０１号公報
【特許文献２】実公平１−２３１４８公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４７号公報
【特許文献４】特開２００８−１０２４７８号公報
【特許文献５】特開平２−９６１９５号公報（第１９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、圧電センサは高価である上、特許文献１、２のようにセンサ面の清掃機構を設けるとトナー補給装置の構成が複雑化し、コストアップにも繋がってしまう。
【０００９】
また、特許文献３、４のような反射型光学式センサは光源（発光部）に対する反射板の傾きが重要であり、発光方向と反射板の取付位置の精度が要求される。透過型光学式センサにおいても発光側センサと受光側センサが別体となっている場合は、各センサの位置関係が重要となる。従って、組み立て作業が煩雑化し作業性が低下するとともに、部品の公差によってセンサ感度にばらつきが生じるおそれもある。さらに、特許文献４のように検知窓の清掃機構を設けた場合は組み立て作業性の低下や部品点数の増加によるコストアップを招いてしまう。
【００１０】
一方、特許文献５の構成では、トナーの圧力により残量を検知するため検知面の清掃は不要となるが、クリーニングケース（トナー回収容器）側にゴムシート及び検知フィラが配置され、装置本体側に検知センサが配置されるため、クリーニングケースの取り付け状態によっては検知フィラと検知センサの位置関係が変化し、センサ感度にばらつきが生じるおそれがあった。また、装置本体から着脱しないトナー収容容器に適用した場合でも、検知フィラと検知センサの取付位置の精度が要求されるため、組み立て作業が煩雑化し作業性が低下するという問題点があった。
【００１１】
また、特許文献５に記載されているゴムシートは断面三角形状であり、且つ非対称な形状であるため、トナーの圧力が加わる方向によってゴムシートの変形度合いが変化し、センサ感度が低下する可能性がある。クリーニングケース（トナー回収容器）の満杯を検知する目的であれば高い検知精度は要求されないが、現像装置内のトナー残量やトナーを補給する中間ポッパー内のトナー残量は画像品質に影響を及ぼすため、トナー残量を精度良く検知する必要があった。さらに、検知精度を高めるために変形し易い薄膜状のゴムシートを用いた場合、検知フィラがゴムシートを押圧してゴムシートが破損するおそれもあった。
【００１２】
なお、ここでは現像装置にトナーを補給するトナー補給装置のトナー残量検知を例に挙げて説明したが、現像装置内のトナー若しくは現像剤の残量検知についても同様の問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑み、トナーの種類に関係なくトナー残量を高精度に検知することができ、センサ面や検知窓の清掃機構も不要で組み立て性や耐久性にも優れたトナー残量検知センサ及びそれを備えたトナー収容容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、トナーを貯留するトナー収容容器の内側に面して配置され、前記トナー収容容器内のトナーの圧力変化により弾性変形する薄膜状のゴム部材と、該ゴム部材を挟んで前記トナー収容容器の外側に配置され、前記ゴム部材の弾性変形に応じて往復移動するアクチュエータと、発光部と受光部とから成る光検知部を有し、前記アクチュエータの往復移動により前記光検知部の光路が開放若しくは遮断されるように配置される透過型センサと、前記ゴム部材と、前記アクチュエータと、前記透過型センサとを一体に保持するホルダ部材と、を備え、前記アクチュエータは、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用するときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以上であると検知する第１の位置に移動し、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用しないときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量未満であると検知する第２の位置に移動するように前記ホルダ部材に支持されており、前記アクチュエータが前記第２の位置にあるとき、前記アクチュエータの一部が前記ホルダ部材に当接することにより前記アクチュエータと前記ゴム部材との間に隙間が形成されるトナー残量検知センサである。
【００１５】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記ゴム部材は、前記トナー収容容器の内側を凸面とする球面状且つ薄膜状のトナー検知部と、前記ホルダ部材の開口縁に固定されるフランジ状且つ前記トナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部とを有し、前記トナー検知部の凸面側には前記ホルダ貼付部との境界に環状の段差が形成されることを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記アクチュエータは、自重により前記第１の位置から前記第２の位置に移動することを特徴としている。
【００１７】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサにおいて、前記アクチュエータを前記第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴としている。
【００１８】
また本発明は、上記構成のトナー残量検知センサが搭載されたトナー収容容器である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の構成によれば、ゴム部材、アクチュエータ、及び透過型センサがホルダ部材により一体に保持されてユニット化されているため、ホルダ部材に装着される各部材の位置関係を容易に調整することができる。従って、トナー残量検知センサの組み立て時やメンテナンス時の作業性が向上する。また、アクチュエータが第２の位置にあるとき、ゴム部材とアクチュエータとの間には隙間が形成されるため、アクチュエータが薄膜のゴム部材を突き破るおそれがなく、トナー残量検知センサの長寿命化にも有利となる。
【００２０】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成のトナー残量検知センサにおいて、ゴム部材に球面状且つ薄膜状のトナー検知部を形成することにより、トナーの圧力が弱い場合でも変形し易く、トナーの圧力が加わる方向によって変形の度合いが変化しないためセンサの検知感度が安定する。また、ゴム部材にフランジ状且つトナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部を設けることにより、ゴム部材をホルダ部材に対し強固に且つ安定して固定できる。また、トナー検知部の凸面側とホルダ貼付部との境界に段差を形成することで、トナーの圧力によるトナー検知部の反転が容易となって検知感度がより高くなる。
【００２１】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成のトナー残量検知センサにおいて、アクチュエータが自重により第１の位置から第２の位置に移動することにより、アクチュエータが第１の位置へ移動する際に抗力として作用するのが重力のみとなるため、トナーの圧力を一層精度良く検知することができる。
【００２２】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１又は第２の構成のトナー残量検知センサにおいて、アクチュエータを第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けることにより、アクチュエータを第２の位置に確実に戻して誤検知を防止することができる。
【００２３】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成のトナー残量検知センサを搭載することにより、簡易且つ低コストな構成で内部のトナー残量を精度良く検知できるトナー収容容器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る中間ホッパーが搭載された画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】中間ホッパーからトナーが補給される現像装置の概略構成を示す側面断面図
【図３】トナーコンテナ及び中間ホッパーの側面断面図
【図４】本発明の一実施形態に係るトナー残量検知センサをセンサ室側から見た斜視図
【図５】トナー残量検知センサの側面断面図
【図６】トナー残量検知センサに用いられるゴム部材を凸面側から見た平面図
【図７】トナー残量検知センサに用いられるゴム部材の側面断面図
【図８】図７における破線円Ｓ内の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトナー補給装置を搭載した画像形成装置の内部構成を示す概略図である。画像形成装置（ここではデジタル複合機）１００では、コピー動作を行う場合、複合機本体２内の画像形成部３において、帯電ユニット４により図中のＡ方向に回転する小径の感光体ドラム５が一様に帯電され、画像読取部６で読み取られた原稿画像データに基づく露光装置（レーザ走査ユニット等）７からのレーザビームにより感光体ドラム５上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。この現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から中間ホッパー３０を介して行われる。
【００２６】
上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、用紙が給紙機構１０から用紙搬送路１１及びレジストローラ対１２を経由して画像形成部３に搬送され、この画像形成部３において転写ローラ１３により感光体ドラム５の表面におけるトナー像が用紙に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着ローラ対１４ａを有する定着部１４に搬送されてトナー像が定着される。定着部１４を通過した用紙は、複数方向に分岐した用紙搬送路１５に送られて、用紙搬送路１５の分岐点に設けられた複数の経路切換ガイドを有する経路切換機構２０ａ、２０ｂによって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、用紙搬送路１６に送られて両面コピーされた後に）、第１排出トレイ１７ａ、第２排出トレイ１７ｂから成る用紙排出部に排出される。
【００２７】
また、図示しないが、感光体ドラム５の表面の残留電荷を除去する除電装置がクリーニング装置１８と帯電ユニット４との間に設けられている。さらに、給紙機構１０は、複合機本体２に着脱自在に取り付けられ、用紙を収納する複数の給紙カセット１０ａ、１０ｂと、その上方に設けられる手差し給紙機構（バイパスユニット）１０ｃとを備えてなり、これらは用紙搬送路１１によって感光体ドラム５及び現像装置８等からなる画像形成部３に繋がっている。画像読取部６の上端にはコンタクトガラス上に載置される原稿を押さえて保持する開閉可能なプラテン（原稿押さえ）２１が設けられている。
【００２８】
用紙搬送路１５は、具体的には、定着ローラ対１４ａの下流側において、まず左右二股に分岐し、一方の経路（図１では右方向に分岐する経路）は第１排出トレイ１７ａに連通するように構成されている。そして、他方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は搬送ローラ対１９を経由して上下に分岐し、一方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は第２排出トレイ１７ｂに連通するように構成されている。これに対し、他方の経路（図１では下方向に分岐する経路）は用紙搬送路１６に連通するように構成されている。
【００２９】
次に、現像装置について図２に基づいて説明する。図２は画像形成装置１００に用いられる現像装置の概略構成を示す断面側面図である。現像装置８は、磁性一成分トナーを収容する現像容器２２と、このトナーを攪拌する攪拌スクリュー２３、２４と、現像ローラ２７、及び規制部材２８とを備えている。
【００３０】
現像容器２２の上部には、トナー補給口２２ａが設けられる。現像容器２２内のトナーが消費され少なくなると、新たなトナーが中間ホッパー３０（図１参照）からトナー補給口２２ａを介して現像容器２２内に補給される。
【００３１】
現像容器２２は、仕切壁２２ｂによって第１攪拌室２２ｃと第２攪拌室２２ｄに区画されており、第１攪拌室２２ｃには攪拌スクリュー２３が、第２攪拌室２２ｄには攪拌スクリュー２４がそれぞれ回転可能に配設されている。仕切壁２２ｂの長手方向（紙面表裏方向）の両端部には現像剤通過路（図示せず）が形成されており、攪拌スクリュー２３、２４は、現像容器２２内のトナーを攪拌、循環させて、現像ローラ２７に供給する。
【００３２】
現像ローラ２７は、固定磁石体２５と現像スリーブ２６とを備える。現像スリーブ２６は、円筒状の非磁性材からなり、攪拌スクリュー２４に隣接する位置で現像容器２２に回転可能に支持される。固定磁石体２５は、現像スリーブ２６内に固設される永久磁石からなり、現像スリーブ２６に向けて磁界を発生する。また、現像ローラ２７は、現像容器２２の開口から露出し、像担持体である感光体ドラム５に一定の間隔を隔てて対向している。この対向領域は、現像スリーブ２６上に担持されているトナーを感光体ドラム５に向けて供給するための現像領域Ｄとなっている。さらに、現像スリーブ２６には直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを印加する現像バイアス電源２９が接続されている。
【００３３】
規制部材２８は、現像スリーブ２６表面に担持されるトナーを所定の層厚に規制するものであり、現像スリーブ２６の略上方（現像スリーブ２６の回転方向に対し現像領域Ｄの上流側）で現像スリーブ２６表面との間に所定間隔を隔てて、現像容器２２に取り付けられる。
【００３４】
現像スリーブ２６内の固定磁石体２５の磁力により、攪拌部材２４から供給されたトナーが現像スリーブ２６表面に担持される。担持されたトナーは、規制部材２８により所定の層厚に規制され、現像スリーブ２６の回転（図２の矢印方向の回転）により、現像領域Ｄに向けて搬送される。現像スリーブ２６には現像バイアス電源２９から現像バイアスが印加されることにより、現像領域Ｄにおいて現像スリーブ２６と感光体ドラム５との間に電位差が発生し、現像スリーブ２６上のトナーは感光体ドラム５に供給され、感光体ドラム５上の静電潜像はトナー像に現像される。
【００３５】
次に、中間ホッパーについて図３に基づいて説明する。図３は現像装置８にトナーを補給する中間ホッパーとトナーコンテナの概略構成を示す側面断面図である。
【００３６】
トナーコンテナ９は、トナーを中間ホッパー３０に供給する補給口９０ａが形成された未使用のトナーを貯留するコンテナ容器９０と、補給口９０ａの開閉状態を切り換えるシャッター部材９１と、コンテナスクリュー９２と、攪拌パドル９３とを備えている。また、トナーコンテナ９は中間ホッパー３０に対して着脱自在に取り付けられる。
【００３７】
コンテナスクリュー９２は、回転軸の外周面に一定のピッチで螺旋羽が形成されたものであり、コンテナ容器９０内の底部に沿って配置され、軸方向の一端部に設けられた補給口９０ａに対向している。コンテナスクリュー９２が軸周りに回転すると、攪拌されたトナーが補給口９０ａに向かって搬送される。そして、補給口９０ａを塞いでいるシャッター部材９１が補給口９０ａを開放すると、コンテナ容器９０内のトナーは補給口９０ａを介して中間ホッパー３０に供給される。トナーを中間ホッパー３０に供給する補給口９０ａが形成されている。
【００３８】
攪拌パドル９３は、回転軸と、回転軸から径方向の両側に延び、且つ軸方向に所定の幅を有するパドル状の攪拌羽根とで構成され、攪拌羽根の回転によってコンテナ容器９０内のトナーを攪拌する。
【００３９】
トナーコンテナ９から中間ホッパー３０にトナーが供給され、コンテナ容器９０内のトナーを使い切ると、そのトナーコンテナ９は中間ホッパー３０から取り外され、新たなトナーコンテナ９が中間ホッパー３０に装着される。
【００４０】
中間ホッパー３０は、トナーを貯留するホッパー容器３１を有し、ホッパー容器３１にはトナーコンテナ９から供給されるトナーを受け入れる受け入れ口３１ａと、ホッパー容器３１内のトナーを現像装置８に送出する送出口３１ｂとが形成されている。また、中間ホッパー３０は、送出口３１ｂの開閉状態を切り換えるシャッター部材３２と、搬送部材３３と、第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂと、トナー残量検知センサ３５とを備えている。
【００４１】
受け入れ口３１ａは、ホッパー容器３１の上部で、トナーコンテナ９の補給口９０ａに対向する位置に形成されている。送出口３１ｂは、ホッパー容器３１の底部で軸方向の一端部に形成され、現像装置８のトナー補給口２２ａ（図２参照）に対向している。
【００４２】
搬送部材３３は、回転軸の外周面に一定のピッチで螺旋羽が形成されたものであり、ホッパー容器３１内の底部に沿って配置され、軸方向の一端部に設けられた送出口３１ｂに対向している。搬送部材３３が軸周りに回転すると、攪拌されたトナーは送出口３１ｂに向かって搬送される。
【００４３】
第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂは、ホッパー容器３１内に回転自在に支持された回転軸と、回転軸から径方向に延び、且つ軸方向に所定の幅を有する攪拌羽根とで構成される。第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂの攪拌羽根の先端部は、それぞれ回転方向に屈曲している。
【００４４】
第２攪拌部材３４ｂは、ホッパー容器３１内で受け入れ口３１ａの略下方に配設されており、受け入れ口３１ａから第２攪拌部材３４ｂにトナーが落下することになる。第２攪拌部材３４ｂは、図３の反時計回りに回転してホッパー容器３１内のトナーを攪拌する。
【００４５】
第２攪拌部材３４ｂの攪拌羽根の外径は第１攪拌部材３４ａと比較して大きく、第２攪拌部材３４ｂが回転したときに攪拌羽根が通過する領域の回転軸と直交する方向の面積Ｓ２（図３の破線内の範囲）も比較的に大きくなり、ホッパー容器３１内の多量のトナーが攪拌されることになる。そして、第２攪拌部材３４ｂは攪拌したトナーを第１攪拌部材３４ａ側に搬送する。
【００４６】
第１攪拌部材３４ａは、第２攪拌部材３４ｂの右下側において第２攪拌部材３４ｂに対向配置され、更に、搬送部材３３の略上方において搬送部材３３に対向配置されている。第１攪拌部材３４ａは、図３の時計回りに回転して第２攪拌部材３４ｂから搬送されたトナーを攪拌する。
【００４７】
第１攪拌部材３４ａの攪拌羽根の外径は第２攪拌部材３４ｂと比較して小さく、第１攪拌部材３４ａが回転したときに羽根部分が通過する領域の回転軸と直交する方向の面積Ｓ１（図３の破線内の範囲）も面積Ｓ２と比較して小さくなる。具体的には、現像装置８に１回当たり補給するトナー量が攪拌されることになる。そして、第１攪拌部材３４ａは攪拌したトナーを搬送部材３３側に搬送する。第１攪拌部材３４ａが回転したときに攪拌羽根が通過する領域の面積Ｓ１は、第２攪拌部材３４ｂが回転したときに羽根部分が通過する領域の面積Ｓ２に対して１／３〜１／５である。
【００４８】
トナー残量検知センサ３５はホッパー容器３１内のトナー量を検知するものであり、この検知結果に応じて、トナーコンテナ９から中間ホッパー３０にトナーが供給される。トナー残量検知センサ３５はセンサ室３１ｃに収納される。センサ室３１ｃはホッパー容器３１の、第１攪拌部材３４ａの上側と第２攪拌部材３４ｂの右側との空間に形成され、ホッパー容器３１から突出することなく配置される。なお、トナー残量検知センサ３５の詳細な構成については後述する。
【００４９】
搬送部材３３と第１及び第２攪拌部材３４ａ、３４ｂは、図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動される。駆動源が回転駆動すると、第１攪拌部材３４ａと搬送部材３３は単位時間当たりの回転数が同じになるように連動されている。なお、搬送部材３３は、第１攪拌部材３４ａより単位時間当たり大きな回転数で回転するように、第１攪拌部材３４ａに連動して駆動させてもよい。
【００５０】
一方、第１攪拌部材３４ａと第２攪拌部材３４ｂとの間には、図示しない減速歯車列が噛合し、第２攪拌部材３４ｂが単位時間当たり所定の回転数で回転すると、第１攪拌部材３４ａは第２攪拌部材３４ｂより単位時間当たり大きい回転数で回転する。第１攪拌部材３４ａの単位時間当たりの回転数は第２攪拌部材３４ｂの単位時間当たりの回転数に対して３〜５倍である。
【００５１】
従って、駆動源からの駆動力によって、第２攪拌部材３４ｂは第１攪拌部材３４ａよりも低速で回転し、ホッパー容器３１内の多量のトナーが緩やかに攪拌される。一方、第１攪拌部材３４ａは第２攪拌部材３４ｂよりも高速で回転し、現像装置８へ補給するのに必要な量のトナーが迅速に攪拌される。第１攪拌部材３４ａによって攪拌されたトナーは搬送部材３３側に搬送される。
【００５２】
そして、搬送部材３３が回転すると、攪拌されたトナーが送出口３１ｂに向かって搬送される。そして、送出口３１ｂを塞いでいるシャッター部材３２が送出口３１ｂを開放すると、ホッパー容器３１内のトナーは送出口３１ｂを介してトナー補給口２２ａ（図２参照）から現像装置８に補給される。
【００５３】
図４は、図３におけるトナー残量検知センサ３５をセンサ室３１ｃ側から見た斜視図であり、図５は、トナー残量検知センサ３５の側面断面図である。トナー残量検知センサ３５は、ホッパー容器３１とセンサ室３１ｃとを仕切るゴム部材４０と、ゴム部材４０のセンサ室３１ｃ側に配置されたアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１の下方に配置された透過型センサ４２と、上記の各部材が装着されるホルダ部材４３とで構成される。
【００５４】
ゴム部材４０は、ホルダ部材４３の中央部に形成された円形の開口４３ａにホッパー容器３１の内側（図５の左側）が凸面となるように固定されており、センサ室３１ｃへのトナーの進入を防止するとともに、ホッパー容器３１内のトナーの圧力（以下、トナー圧という）により弾性変形してアクチュエータ４１を押圧する。
【００５５】
図６は、ゴム部材４０を凸面側から見た平面図、図７は、ゴム部材４０の側面断面図、図８は、図７における破線円Ｓ内の部分拡大図である。図６〜図８に示すように、ゴム部材４０は、球面状のトナー検知部４０ａと、トナー検知部４０ａの周囲に一体形成されたフランジ状のホルダ貼付部４０ｂとで構成されている。また、ホッパー容器３１の内側に面するゴム部材４０の凸面側には、トナー検知部４０ａとホルダ貼付部４０ｂとの境界に環状の段差４０ｃが形成されている。
【００５６】
トナー検知部４０ａは弱いトナー圧でも変形し易いように薄膜に形成され、トナー圧が加わる方向によって変形の度合いが変化しないように球面状に形成されている。ホルダ貼付部４０ｂはホルダ部材４３に強固に且つ安定して固定できるようにトナー検知部４０ａに比べて厚肉となっている。トナー検知部４０ａの厚みは０．１〜０．２ｍｍ、ホルダ貼付部４０ｂの厚みは０．５〜２ｍｍ程度が適当である。また、トナー検知部４０ａとホルダ貼付部４０ｂとの境界に段差４０ｃを形成することで、トナー検知部４０ａの周縁部の厚肉化を防止している。従って、トナー圧によるトナー検知部４０ａの反転が容易となりトナー圧の検知感度が高くなる。
【００５７】
アクチュエータ４１は、ホルダ部材４３の支点４３ｂに揺動自在に支持されるアーム部４１ａと、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａに凹面側から近接する圧検知部４１ｂと、透過型センサ４２のＯＮ及びＯＦＦの切り換えを行う遮光板４１ｃと、アーム部４１ａから水平方向に突出するリブ４１ｄとを有する。また、アーム部４１ａの上端部には、アクチュエータ４１を矢印Ａ′方向に付勢するバネ部材４４が配置されている。バネ部材４４は、図に示すようなコイルバネの他、板バネやねじりコイルバネ等を使用することもできる。バネ部材４４の付勢力は、トナー圧によりアクチュエータ４１が第１の位置へ移動できる程度の弱い付勢力としておく必要がある。
【００５８】
透過型センサ４２は、平面視コ字型の対向する内面に発光部及び受光部から成る光検知部４２ａが設けられたＰＩ（フォトインタラプタ）センサである。この光検知部４２ａをアクチュエータ４１の遮光板４１ｃが通過して光路を遮断若しくは開放することにより、光検知部４２ａの受光信号レベルがＬＯＷ又はＨＩＧＨに切り換わり、ホッパー容器３１内のトナー圧、即ちトナー残量を検知可能となっている。
【００５９】
次に、図４及び図５を参照しながらトナー残量検知センサ３５の動作について説明する。ホッパー容器３１内のトナーが消費され、トナーレベルがゴム部材４０よりも下にある場合は、ゴム部材４０（トナー検知部４０ａ）にトナー圧が掛からないため、図５に示すようにアクチュエータ４１はバネ部材４４の付勢力によりアーム部４１ａを垂直下向きにして静止している。この状態では、遮光板４１ｃが光検知部４２ａに配置されており、発光部から受光部への光路を遮光することで受光信号がＬＯＷレベル（センサＯＦＦ状態）となっている。
【００６０】
トナーコンテナ９からホッパー容器３１内にトナーが補給されると、トナー圧によりゴム部材４０のトナー検知部４０ａが弾性変形し、センサ室３１ｃ側が凸となるように反転する。その結果、トナー検知部４０ａに近接して配置されているアクチュエータ４１の圧検知部４１ｂが押圧され、アクチュエータ４１はバネ部材４４の付勢力に抗して支点４３ｂを中心に矢印Ａ方向に揺動する。
【００６１】
アクチュエータ４１の揺動に伴い、透過型センサ４２の光検知部４２ａを遮光していた遮光板４１ｃが上方に移動して光路を開放する（第１の位置）。このとき透過型センサ４２の受光信号がＬＯＷからＨＩＧＨレベル（センサＯＮ状態）に切り換わる。そして、透過型センサ４２から制御部（図示せず）に検知信号が送信され、制御部は中間ホッパー３０内にトナーが所定量以上充填されていると判断する。
【００６２】
この状態から再びホッパー容器３１内のトナーが消費されていくと、アクチュエータ４１はトナー圧の減少に伴いバネ部材４４の付勢力により徐々に矢印Ａ′方向に揺動する。そして、ホッパー容器３１内のトナーレベルがトナー検知部４０ａを下回ったとき、図５に示すように遮光板４１ｃが光検知部４２ａを遮光する（第２の位置）。このとき透過型センサ４２の受光信号がＨＩＧＨからＬＯＷレベル（センサＯＦＦ状態）に切り換わり、透過型センサ４２から制御部（図示せず）に検知信号が送信され、制御部はトナー残量が所定量未満になったものと判断する。また、トナー検知部４０ａは復元力によりホッパー容器３１側が凸の状態に戻る。
【００６３】
その後、制御部からの制御信号によりトナーコンテナ９から中間ホッパー３０へトナー補給動作を行い、透過型センサ４２がＯＮ状態に切り換わらない場合はトナーコンテナ９が空であると判断してコンテナの交換を促す。
【００６４】
上記の構成によれば、従来の圧電センサに比べて簡易且つ低コストな構成でホッパー容器３１内のトナー残量を精確に検知することができる。また、トナー圧を利用して残量を検知するため、トナーの種類や色に関係なく検知が可能となり、トナー検知部４０ａにトナーが付着しても検知精度に影響を及ぼさないため清掃機構も不要となる。
【００６５】
また、ゴム部材４０、アクチュエータ４１、及び透過型センサ４２がホルダ部材４３により一体に保持されてユニット化されているため、ホルダ部材４３に装着される各部材の位置関係を容易に調整することができる。従って、トナー残量検知センサ３５の組み立て時やメンテナンス時の作業性が向上する。また、アクチュエータ４１を矢印Ａ′方向に付勢するバネ部材４４を設けることにより、トナー圧が減少したときアクチュエータ４１が確実に第２の位置に移動して透過型センサ４２の光路を遮断する。従って、トナー残量が減少したときアクチュエータ４１が第２の位置に移動せず、トナー残量有りと判断する誤検知を防止することができる。
【００６６】
そして、バネ部材４４の付勢力によりアクチュエータ４１が第２の位置に移動したとき、アーム部４１ａから突出するリブ４１ｄがホルダ部材４３の開口４３ａの周縁部と当接するため、アクチュエータ４１はそれ以上矢印Ａ′方向に揺動しない。このとき、ゴム部材４０のトナー検知部４０ａとアクチュエータ４１の圧検知部４１ｂとの間には隙間が形成されており、トナー検知部４０ａと圧検知部４１ｂとが接触しない構成となっている。従って、圧検知部４１ｂが薄膜のトナー検知部４０ａを突き破るおそれはない。
【００６７】
なお、ここではトナー圧の減少に伴いアクチュエータ４１がバネ部材４４の付勢力により第２の位置に移動する構成としたが、アクチュエータ４１が自重により第２の位置に戻る構成とすることもできる。この場合、アクチュエータ４１が第１の位置へ移動する際にバネ部材の付勢力が抗力として作用しないため、トナー圧の検知感度がより高くなる。
【００６８】
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、トナー残量検知センサ３５を中間ホッパー３０のトナー残量検知に用いた例に挙げて説明したが、例えば現像装置８内のトナーの残量検知に用いることもできる。
【００６９】
また、アクチュエータ４１やホルダ部材４３の形状、透過型センサ４２の配置等についても一例であり、トナー残量検知の対象である中間ホッパー３０や現像装置８の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では遮光板４１ｃが光検知部４２ａの光路を開放したとき（センサＯＮ状態）トナー残量が所定量以上と検知するようにしたが、遮光板４１ｃが光検知部４２ａの光路を遮断したとき（センサＯＦＦ状態）トナー残量が所定量以上と検知するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に備えられる現像装置や、現像装置にトナーを補給する中間ホッパー等のトナー残量検知に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
８ 現像装置
９ トナーコンテナ
２２ 現像容器（トナー収容容器）
３０ 中間ホッパー
３１ ホッパー容器（トナー収容容器）
３１ｃ センサ室
３５ トナー残量検知センサ
４０ ゴム部材
４０ａ トナー検知部
４０ｂ ホルダ貼付部
４０ｃ 段差
４１ アクチュエータ
４１ａ アーム部
４１ｂ 圧検知部
４１ｃ 遮光板
４１ｄ リブ
４２ 透過型センサ
４２ａ 光検知部
４３ ホルダ部材
４３ａ 開口
４４ バネ部材（付勢手段）
１００ 画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを貯留するトナー収容容器の内側に面して配置され、前記トナー収容容器内のトナーの圧力変化により弾性変形する薄膜状のゴム部材と、
該ゴム部材を挟んで前記トナー収容容器の外側に配置され、前記ゴム部材の弾性変形に応じて往復移動するアクチュエータと、
発光部と受光部とから成る光検知部を有し、前記アクチュエータの往復移動により前記光検知部の光路が開放若しくは遮断されるように配置される透過型センサと、
前記ゴム部材と、前記アクチュエータと、前記透過型センサとを一体に保持するホルダ部材と、を備え、
前記アクチュエータは、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用するときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以上であると検知する第１の位置に移動し、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用しないときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量未満であると検知する第２の位置に移動するように前記ホルダ部材に支持されており、
前記アクチュエータが前記第２の位置にあるとき、前記アクチュエータの一部が前記ホルダ部材に当接することにより前記アクチュエータと前記ゴム部材との間に隙間が形成されるトナー残量検知センサ。
【請求項２】
前記ゴム部材は、前記トナー収容容器の内側を凸面とする球面状且つ薄膜状のトナー検知部と、前記ホルダ部材の開口縁に固定されるフランジ状且つ前記トナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部とを有し、前記トナー検知部の凸面側には前記ホルダ貼付部との境界に環状の段差が形成されることを特徴とする請求項１に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項３】
前記アクチュエータは、自重により前記第１の位置から前記第２の位置に移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項４】
前記アクチュエータを前記第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー残量検知センサが搭載されたトナー収容容器。
【請求項１】
トナーを貯留するトナー収容容器の内側に面して配置され、前記トナー収容容器内のトナーの圧力変化により弾性変形する薄膜状のゴム部材と、
該ゴム部材を挟んで前記トナー収容容器の外側に配置され、前記ゴム部材の弾性変形に応じて往復移動するアクチュエータと、
発光部と受光部とから成る光検知部を有し、前記アクチュエータの往復移動により前記光検知部の光路が開放若しくは遮断されるように配置される透過型センサと、
前記ゴム部材と、前記アクチュエータと、前記透過型センサとを一体に保持するホルダ部材と、を備え、
前記アクチュエータは、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用するときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以上であると検知する第１の位置に移動し、前記ゴム部材に前記トナー収容容器内のトナーの圧力が作用しないときは前記透過型センサが前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量未満であると検知する第２の位置に移動するように前記ホルダ部材に支持されており、
前記アクチュエータが前記第２の位置にあるとき、前記アクチュエータの一部が前記ホルダ部材に当接することにより前記アクチュエータと前記ゴム部材との間に隙間が形成されるトナー残量検知センサ。
【請求項２】
前記ゴム部材は、前記トナー収容容器の内側を凸面とする球面状且つ薄膜状のトナー検知部と、前記ホルダ部材の開口縁に固定されるフランジ状且つ前記トナー検知部よりも肉厚のホルダ貼付部とを有し、前記トナー検知部の凸面側には前記ホルダ貼付部との境界に環状の段差が形成されることを特徴とする請求項１に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項３】
前記アクチュエータは、自重により前記第１の位置から前記第２の位置に移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項４】
前記アクチュエータを前記第２の位置方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検知センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー残量検知センサが搭載されたトナー収容容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１９７０８９（Ｐ２０１１−１９７０８９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１０２３（Ｐ２０１０−６１０２３）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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