JP2004101687A

JP2004101687A - トナー量検出装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004101687A
Application number: JP2002261102A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nomura; 野村　英司; Yutaka Miyasaka; 宮坂　裕; Kimio Nishizawa; 西沢　公夫; Nobuyasu Tamura; 田村　暢康; Kazutoshi Kobayashi; 小林　一敏
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】長期に亘って安定したトナー濃度の検出を可能としたフォトカプラを用いて光検出を行うトナー量検出装置。
【解決手段】フォトカプラ（ＰＡ，ＰＢ）の前面には開閉を可能としたシャッタ羽根９２が設けられ、該シャッタには一体又は連動して移動する反射部材９３が設けられていて、前記シャッタを閉じた状態で反射部材９３による反射光を用いてセンサ出力が設定値となるような調整制御を行い、その後前記シャッタを開いてトナー量検出を行う構成とする。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に付着したトナー量の検出を行うトナー量検出装置、及び該トナー量検出装置を設けた複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式による画像形成装置では、感光体上に帯電・像露光・現像を行ってトナー像を形成し、これを記録紙上に転写しトナー像を保持した記録紙の定着を行うことがなされている。又、感光体上に形成したトナー像を一旦中間転写体上に転写したのち記録紙上に二次転写し定着を行うこともなされている。記録紙上の画像の濃淡は、転写前の感光体又は中間転写体の像担持体上に付着したトナー量によって決まるので、適切な濃淡をもった画像を得るには像担持体上でのトナー付着量が適切に管理されていることが必要で、像担持体上に付着したトナー量を検出するには、発光素子と受光素子とから成るフォトカプラを用い、反射濃度を検出することによって付着したトナー量を検出するトナー量検出装置が用いられている。トナー量検出装置については次のような技術が開示されている。
【０００３】
シャッタにクリーニング部材を付属させセンサ検知面の清掃を行い、メンテナンスの軽減を目的とした技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
シャッタの開閉不良による誤検知を防ぐ方法が記載されている。（例えば、特許文献２参照。）
像担持体などの基材の変化に対して２つの受光素子を用い、その出力により受光素子のゲインを調整する技術が開示されている。（例えば、特許文献３参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−６２０３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−３４３１２号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−３９７４６公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子と受光素子とから成るフォトカプラを用いたトナー量検出装置では、例えば発光素子としてＬＥＤを用い、受光素子としてはＰＤが用いられる。これらの素子は長期使用によって性能の劣化は免れない。又これらの素子の前面には防塵を目的とした保護フィルタが設けられ、保護フィルタを通して反射濃度検出が行われるが、保護フィルタに飛散トナーが付着し感度低下を招くこととなる。これらが原因となって、像担持体上のトナー付着量が同じであっても、検出されるトナー量の検出値は変動する。トナー量検出装置の検出値が変動すると、これに基づいて制御される画像濃度も変動することとなる。
【０００８】
本発明はフォトカプラの性能低下やトナー付着等が原因となって性能低下があってもこれを修正し、初期における検出状態がそのまま維持されるようにしたトナー量検出装置、及びかかるトナー量検出装置を備えてトナー量の検出制御を行う画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的のトナー量検出装置は、下記構成により達成することができる。
【００１０】
（１）　像担持体上のトナー量を発光素子と受光素子とから成るフォトカプラを用いて光検出を行うトナー量検出装置において、
前記フォトカプラの前面には開閉を可能としたシャッタが設けられ、該シャッタには一体又は連動して移動する反射物が設けられていて、
前記シャッタを閉じた状態で前記反射物による反射光を用いてセンサ出力が設定値となるような調整制御を行い、その後前記シャッタを開いてトナー量検出を行う構成としたことを特徴とするトナー量検出装置。
【００１１】
（２）　前記反射物は前記シャッタ内面に設けた一定の反射率を有した物体であることを特徴とする（１）に記載のトナー量検出装置。
【００１２】
（３）　前記センサ出力の調整は前記発光素子の電源部の調整であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のトナー量検出装置。
【００１３】
本発明のトナー量検出装置は、像担持体上のトナー量検出に先だって、フォトカプラ前面のシャッタを閉じ、一定の反射率をもった反射物の反射濃度をシャッタを閉じた状態で検出する構成としたもので、検出値が初期における検出値とほぼ等しくなるよう調整することによって、安定したトナー濃度の検出値が得られる効果を奏することとなる。
【００１４】
本発明の目的の画像形成装置は、下記構成により達成することができる。
（４）　像担持体に沿ってフォトカプラから成るトナー量検出装置を設けた画像形成装置において、
前記フォトカプラ前面には開閉を可能としたシャッタが設けられ、該シャッタには一体又は連動して移動する反射物が設けられていて、
制御部は前記シャッタを閉じた状態で前記反射物による反射光を用いてセンサ出力が設定値となるような調整制御を行い、その後シャッタを開いて前記像担持体上のトナー量の検出を行うよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【００１５】
（５）　前記反射物は前記シャッタ内面に設けた一定の反射率を有した物体であることを特徴とする（４）に記載の画像形成装置。
【００１６】
（６）　前記センサ出力の調整は前記フォトカプラの発光素子の電源部の調整であることを特徴とする（４）又は（５）に記載の画像形成装置。
【００１７】
（７）　前記トナー量検出装置の前記調整制御後、前記像担持体上の標準パッチトナー像のセンサ出力の検出を行い、検出結果に基づいて現像条件の変更を行うことを特徴とする（４）〜（６）の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、トナー量検出装置の調整制御を行うプログラムを有していて、このプログラムによって検出値を調整することにより、トナー量検出装置を用いて像担持体上のトナー量を安定して高精度に検出することのできる特性を有した画像形成装置が提供されることとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明のトナー量検出装置を備えた画像形成装置について説明する。但し本発明は下記に説明する画像形成装置に限定されるものではない。又本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。
【００２０】
（１）本発明の一実施形態として示すカラー画像形成装置は、複数の像担持体上にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）トナーから成るトナー像をそれぞれ形成し、複数の像担持体上に形成されたトナー像を、中間転写体を介して、或いは直接に転写材上に重ね合わせて形成されるタンデム型のカラー画像形成装置である。
【００２１】
図１の断面図に示すカラー画像形成装置は、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体上に重ね合わせて転写し、重ね合わせたトナー像を一括して転写するタンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写ユニット７と、給紙搬送手段及び定着手段２４とから成る。画像形成装置本体（以下、装置本体と称す）Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００２２】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体（感光体）１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体（感光体）１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体（感光体）１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体（感光体）１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。各画像形成部１０では帯電、露光、現像が行われて、像担持体１上に各色の画像が形成される。
【００２３】
中間転写ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の中間転写体７０を有する。
【００２４】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する中間転写体７０上に同期がとられて逐次重ね合わせて転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体（以下、用紙と称す）Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、用紙Ｐ上に重ね合わされたカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着手段２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００２５】
一方、二次転写手段５Ａにより用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００２６】
画像形成処理中、一次転写手段５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００２７】
二次転写手段５Ａは、ここを用紙Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、中間転写体７０に圧接する。
【００２８】
（２）図２には１組の画像形成部１０を取り出して示している。矢示方向に回転する像担持体としてのドラム状の感光体１はＯＰＣ感光体等が用いられ、スコロトロン帯電器等を用いた帯電手段２によって一様帯電が行われる。露光手段３には、レーザ、発光ダイオード等のドット露光を行う露光手段が用いられ、露光手段３の像露光によって静電潜像が形成される。かかる潜像形成工程に続いて次に説明する現像手段４によって現像が行われて、静電潜像はトナー像となる。
【００２９】
現像手段４は、現像装置枠体４０、現像ローラからなる現像剤担持体４１、磁界発生手段（マグネットロール）４２、穂切り板からなる規制手段４３、水車型の供給手段４４、スクリュからなる供給・搬送手段４５、スクリュからなる撹拌・搬送手段４６、剥ぎ取り搬送ローラ４７、剥ぎ取り板４８、スクリュからなる回収・搬送手段４９等から構成される。
【００３０】
現像装置枠体４０内にあって、攪拌されたトナーと磁性キャリアとより成る２成分現像剤は摩擦帯電してトナーは磁性キャリア外面に付着し、供給手段４４によって内部に磁界発生手段４２を設けた現像剤担持体４１へと搬送される。周面に現像剤が磁力によって付着した現像剤担持体４１は矢印に示す方向に所定の回転数をもって回転し、規制手段４３によって層厚が規制された現像剤層は感光体１に対向した現像ニップ部ＤＲへと搬送される。
【００３１】
Ｂ（ＤＣ）はＤＣバイアス電源で、Ｂ（ＡＣ）はＡＣバイアス電源である。現像剤担持体４１にはＤＣ成分にＡＣ成分を重畳した現像バイアスが印加され、現像ニップ部ＤＲにおいて感光体１上の潜像に対して反転現像が行われる。
【００３２】
（３）図１に示すカラー画像形成装置では、像担持体である中間転写体７０に沿って本発明のトナー量検出装置９が設けられていて、中間転写体７０上に転写されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色のトナー量を検出することができる構成となっている。
【００３３】
図３は本発明のトナー量検出装置９の一実施例を示していて、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側断面図を示している。トナー量検出装置９はセンサ開口部９１Ａを除いて、センサカバー９１によって覆われている。内部には、ＬＥＤ等を用いて発光する発光素子ＰＡと、ＰＤ等を用いて受光する受光素子ＰＢとがフォトカプラとして設けられていて、発光素子ＰＡからの発光はセンサ開口部９１Ａを通って中間転写体７０表面を照射し、照射に基づく反射光はセンサ開口部９１Ａを通って受光素子ＰＢによって受光される。フォトカプラとセンサ開口部９１Ａとの間には保護フィルタ９４が設けられていて、発光素子ＰＡ、受光素子ＰＢが飛散トナーによって汚染されるのを防止している。
【００３４】
センサ開口部９１Ａの近傍には、ソレノイド又はモータを用いたシャッタ駆動部材９Ｍの駆動により開口部の開閉を行うシャッタ羽根９２が設けられている。シャッタ羽根９２の内側には所定の反射率をもった反射部材９３が塗布又は貼り付けがなされている。シャッタ羽根９２自体が所定の反射率を有しているときは、反射部材９３を省略することが可能である。なお反射部材９３はトナー粉付着等によって反射率が変動することのないよう、シャッタ羽根９２の開閉に伴って反射部材９３表面を清掃する清掃手段を設ける等の処理が行われている。
【００３５】
本実施例のトナー量検出装置９は、中間転写体７０上のトナー量検出に先だって安定した検出値が得られるよう検出値の調整を行うもので、図４にはトナー量検出装置９の調整ブロック図を示している。トナー量検出装置９ではセンサ調整プログラムをメモリＭ１として有していて、制御部Ｃ１はセンサ調整プログラムを呼び出しこのプログラムに従い次に述べるようにして検出値の調整を行う。制御部Ｃ１はシャッタ駆動部材９Ｍを駆動してシャッタ羽根９２がセンサ開口部９１Ａを閉口した状態とし、発光素子駆動回路ＰＡＳに所定の電圧を印加して発光素子ＰＡを発光させ、照射された反射部材９３からの反射光を、受光素子駆動回路ＰＢＳで駆動される受光素子ＰＢによって受光し、受光量は電気変換がなされてセンサ出力として出力する。
【００３６】
このセンサ出力は、フォトセンサの素子が劣化し、或いは保護フィルタ９４に飛散トナーが付着し透過率が低下するとセンサ出力も変化し検出機能は低下することとなる。本発明では初期の受光素子ＰＢのセンサ出力値を基準値としてメモリＭ２に記録していて、制御部Ｃ１はメモリＭ２に記録された基準値と新たに検出されたセンサ出力値とを比較し、新たに検出されたセンサ検出値が基準値となるようなセンサ出力の調整を行っている。調整は発光素子駆動回路ＰＡＳの調整を行って発光素子ＰＡの発光量を増大させて、センサ出力が反射部材９３に対して初期に検出されたセンサ出力値と同じセンサ出力値が得られるような調整が行われる。勿論受光素子駆動回路ＰＢＳを調整してセンサ出力値を調整することも可能であるが、この場合にはゲイン（検出特性カーブ）も変動することとなるので好ましくない。
【００３７】
又上記説明で、反射部材９３が有している一定の反射濃度はトナー濃度検出を行う際の標準値に近い反射濃度であることが望ましい。図１に示したカラー画像形成装置では、トナー量検出装置９はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色についてのトナー濃度の検出を行うこととなるので、複数の交互に開閉するシャッタ羽根９２と、その各々に設ける反射部材９３をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色について標準値に近い反射濃度とする構成とし、メモリＭ２にはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色の初期のセンサ出力値を記録しておく。
【００３８】
そして、カラー画像形成に先だっては、トナー量検出装置９ではＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色についての出力値調整を、先に説明した調整プロセスを各色毎に繰り返すことによって実施する。その際各色毎の出力調整は共通に用いられる発光素子駆動回路ＰＡＳの調整によって行われる。各色毎の調整値はメモリに記録され、トナー濃度検出時にはメモリに記録された該当する調整値を発光素子駆動回路ＰＡＳの調整に用いることによって、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色について安定したトナー濃度の検出が行われることとなる。
【００３９】
なお、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色についてのセンサ出力調整はそれぞれに定まった方向への調整となるので、何れか１色のみについての出力値調整を行い、得られた発光素子駆動回路ＰＡＳの調整値をファクタとして他色の調整値をそれぞれに定まった方向に設定することも可能である。図５には各色のトナー付着量とセンサ出力との関係を示している。
【００４０】
（４）図１に示したカラー画像形成装置で、トナー量検出装置９のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色についてのトナー量検出の調整制御を行ったのち、シャッタ羽根９２を開口した状態で各色のトナー濃度検出を行うが、電源をＯＮした直後、或いはウォーミングアップ中等においては標準パッチトナー像のセンサ出力の検出を行い、検出結果に基づいて画像濃度調整を行い、現像条件の変更等の画像形成条件の設定がなされる。
【００４１】
図６は画像濃度調整の制御ブロック図を示している。制御部Ｃ１は図４に示したトナー量検出の調整制御を行ったのち、引き続いてメモリＭ３に記録されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色についての画像濃度調整プログラムを呼び出して画像濃度の調整を行う。連続してＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色の画像濃度の調整を行うが、これらの調整は同様の調整プロセスであるのでＹ色の画像濃度調整のみについて説明する。
【００４２】
Ｙ色の画像を形成する画像形成部１０Ｙにおいて、帯電手段２Ｙによって像担持体１Ｙが所定の帯電電位になるよう帯電がなされたのち、露光手段３Ｙによって標準露光が行われ、感光体上には標準のパッチ潜像が形成される。このパッチ潜像は現像手段４Ｙが所定の回転をし、所定の現像バイアスが印加された現像剤担持体４１によって現像がなされてＹ色の標準パッチトナー像が形成される。像担持体１Ｙ上に形成されたＹ色の標準パッチトナー像は一次転写手段５Ｙによって中間転写体７０上に転写される。中間転写体７０上のＹ色の標準パッチトナー像は退避した二次転写手段５を通過し、Ｙ色についてのセンサ調整を終えたトナー量検出装置９によって電気量に変換されたＹ色の付着トナー量の検出がなされる。
【００４３】
制御部Ｃ１は、メモリＭ４に記録された電気量に変換されたＹ色の標準画像濃度と検出されたＹ色の付着トナー量との比較を行い、現像条件を変更してＹ色の付着トナー量が標準画像濃度となるような画像形成条件の設定を行っている。トナー付着量を増加させる現像条件としては、現像剤担持体４１の回転回数を増加させたり、反転現像時のＤＣバイアス電圧の絶対値を低下させる等の手段が用いられる。
【００４４】
センサ出力の調整を終えたトナー量検出装置は、上記に説明した画像形成条件の設定を行うのに用いられたのち、現像手段４内へのトナー補給を行う検出手段としても用いられる。制御部はトナー量検出装置９によってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色の標準パッチトナー像のトナー濃度の検出を行い、トナー濃度が所定のトナー濃度以下と検出されたときは、２成分現像剤中のトナー比率が所定の比率以下まで消費されたと判断し、該当する現像手段へのトナー補給を行うことがなされる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によるときは、トナー量検出装置による検出値が終始同じ状態に維持されることとなり、長期に亘って安定したトナー濃度の検出がなされることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の断面図。
【図２】画像形成部の断面図。
【図３】トナー量検出装置の平面図及び側断面図。
【図４】トナー量検出装置の調整ブロック図。
【図５】トナー付着量とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【図６】画像濃度調整の制御ブロック図。
【符号の説明】
１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）　像担持体（感光体）
１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）　画像形成部
７０　像担持体（中間転写体）
９　トナー量検出装置
９Ｍ　シャッタ駆動部材
９１　センサカバー
９１Ａ　センサ開口部
９２　シャッタ羽根
９３　反射部材
９４　保護フィルタ
ＰＡ　発光素子
ＰＢ　受光素子

Claims

像担持体上のトナー量を発光素子と受光素子とから成るフォトカプラを用いて光検出を行うトナー量検出装置において、
前記フォトカプラの前面には開閉を可能としたシャッタが設けられ、該シャッタには一体又は連動して移動する反射物が設けられていて、
前記シャッタを閉じた状態で前記反射物による反射光を用いてセンサ出力が設定値となるような調整制御を行い、その後前記シャッタを開いてトナー量検出を行う構成としたことを特徴とするトナー量検出装置。
前記反射物は前記シャッタ内面に設けた一定の反射率を有した物体であることを特徴とする請求項１に記載のトナー量検出装置。
前記センサ出力の調整は前記発光素子の電源部の調整であることを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー量検出装置。
像担持体に沿ってフォトカプラから成るトナー量検出装置を設けた画像形成装置において、
前記フォトカプラの前面には開閉を可能としたシャッタが設けられ、該シャッタには一体又は連動して移動する反射物が設けられていて、
制御部は前記シャッタを閉じた状態で前記反射物による反射光を用いてセンサ出力が設定値となるような調整制御を行い、その後前記シャッタを開いて前記像担持体上のトナー量の検出を行うよう制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
前記反射物は前記シャッタ内面に設けた一定の反射率を有した物体であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記センサ出力の調整は前記フォトカプラの発光素子の電源部の調整であることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
前記トナー量検出装置の前記調整制御後、前記像担持体上の標準パッチトナー像のセンサ出力の検出を行い、検出結果に基づいて現像条件の変更を行うことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の画像形成装置。