JP2005084185A - トナー濃度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで小型化が可能なトナー濃度センサを提供することである。
【解決手段】 前記除電露光の除電光が前記像担持体表面で反射した光を検出できる位置に配置された光検知手段を有し、前記像担持体上にされた参照トナー像に前記除電露光により光照射し前記参照トナー像からの反射光を前記光検知手段で受光することを特徴とするトナー濃度センサ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的には、電子写真方式、静電記録方式等の画像形成装置に関し限定するものではないが、特にトナー像の濃度あるいは付着量を検出するためのトナー濃度センサに関するものである。

従来のトナー濃度センサを図７に示す。センサはセンサケース２９、発光素子（ＬＥＤ）５０、受光素子（ＰＤ）５１からなっている。トナー濃度の検知は、像担持体である感光体ドラム１７上の参照トナーパッチ（以下パッチ）に対してＬＥＤを点灯することにより光を照射し、パッチや感光体ドラム表面から反射する光をフォトダイオードで検出する（例えば、非特許文献１参照）。ＬＥＤの波長は赤外を使用しここでは、９５０ｎｍのものを使用する。検知された反射光とトナー濃度の関係は図７に示すような特性を示すことから、この関係を用いて濃度を算出する。特に黒トナーと色トナー（イエロー、マゼンタ、シアン）では、トナーの光反射、吸収特性が異なる。Ｂｋトナーはカーボンブラックを使用していることから全波長領域で光を吸収することから、トナー濃度が上昇するに従い、反射光量が下がってくる。

一方、カラートナーは図８に示すように可視領域（４００ｎｍ−７００ｎｍ）では、トナーによって特性が異なる。しかし赤外ではでは、どのトナーも反射特性を示すことから赤外波長のＬＥＤを使用することによって、トナー濃度変化を検知することができる。色トナーの場合は、赤外反射を使用することから、トナー濃度が上昇するにしたがって反射光量が増加する。

トナーパッチの形成には帯電された感光体ドラム上にレーザ等の露光手段で潜像を形成し、現像手段でトナーを現像することで作ることができる。

トナーパッチは、１階調の場合もあれば、複数階調形成する場合もある。
電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」コロナ社、昭和６３年６月１５日、ｐ．２８６−２８７

しかしながら、上記構成のトナー濃度センサは、極めて良好に作動するものの、以下のような課題がある。

すなわち、発光素子と受光素子は必須の構成部材であり、コストダウンや小型化には限界がある。また複数個配置した場合には、その分コストへの影響がある。

本発明の目的は、低コストで小型化が可能なトナー濃度センサを提供することである。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上にトナーを供給する現像手段と、前記像担持体上の電位を除電する除電露光手段と、前記像担持体近傍で前記除電露光の除電光が前記像担持体表面で反射した光を検出できる位置に配置された光検知手段を有し、前記像担持体上にされた参照トナー像に前記除電露光により光照射し前記参照トナー像からの反射光を前記光検知手段で受光することを特徴とするトナー濃度センサ。

（２）前記光検知手段を、スラストに複数設けることを特徴とする前記（１）記載のトナー濃度センサ。

（３）前記光検知手段をスラストで移動可能とすることを特徴とする前記（１）記載のトナー濃度センサ。

（４）前記除電露光手段の除電露光の波長は、ドラム除電ができかつ、トナーの反射あるいは吸収波長であることを特徴とする前記（１）記載のトナー濃度センサ。

（５）前記除電手段と前記光検知手段は前記現像手段の像担持体回転方向で下流であり、かつ前記像担持体から転写材あるいは第２の像担持体にトナー像を転写する転写手段より上流に配置されることを特徴とする前記（１）記載のトナー濃度センサ。

（６）前記除電手段と前記光検知手段は前記転写手段の像担持体回転方向で下流であり、かつ前記帯電手段より上流に配置されることを特徴とする前記（１）記載のトナー濃度センサ。

このように、前露光の光源を利用しその近傍に受光素子を設けることで、従来専用の光源（ＬＥＤ等）と受光素子を用いていたのに対し、ＬＥＤ等の専用光源が不要になったことでコストダウンが可能となった。また、センサ自体は受光素子のみとなったことで、小型化することが可能である。

本発明の目的は、低コストで小型化が可能なトナー濃度センサを提供することである。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は本発明のトナー濃度センサを搭載した画像形成装置の実施例を示す概略構成図である。

本発明が適用できる画像形成装置は、例えば感光体、誘電体等の像担持体上に電子写真方式、静電記録方式等によって画像情報信号に対応した潜像を形成し、この潜像を現像装置によって現像して可視画像（トナー画像）を形成し、この可視画像を直接、間接的に紙等の転写材上に転写し、定着手段によって永久像にする構成であればよい。

まず図１を参照して本発明による画像形成装置の一実施例の全体構成について説明する。

感光体ドラム１７は、一次帯電器１９により均一に例えばマイナスに帯電される。その後、半導体レーザ１３から放射されたレーザ光の照射を受けて画像信号に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器２０によって可視画像（トナー像）に現像される。この時現像器には静電潜像形成条件に応じた、例えばＤＣバイアス成分と現像効率を向上させるためにＡＣバイアス成分が重畳され印加されている。このトナー像は転写材２３に転写帯電器２２の作用によって転写される。また、転写後の感光体ドラム上の残留電位は前露光によって除電され再び帯電工程へ進む。

ところで、本画像形成装置では、現像によって現像器２０内の変化したトナー濃度を補正するために、濃度制御用の画像信号によって形成された静電潜像を現像したパッチ状のトナー像（以下、パッチ）の濃度を検知し、その情報に基づいて現像器内にトナーを補給している。

本実施例では、前露光近傍には感光体ドラムに対向してフォトダイオード（以下ＰＤ）が配置されている。ＰＤの位置は、前露光からの照射光が感光体ドラムに反射し検知できる位置であれば良い。反射光は正反射に限らず、散乱光が検出できる位置でもよい。本実施例では、感光体ドラムの直径を６２ｍｍ、前露光と感光体ドラム間距離を１５ｍｍ、ＰＤと感光体ドラム間距離を５ｍｍ、ＰＤと前露光間の回転方向の角度を２０度に設定した。

前露光の波長は、感光体ドラムが除電できてかつ後で示すがトナーの反射特性に合うということで、７００ｎｍから９００ｎｍ程度の範囲で選択可能である。本実施例で使用する感光体ドラムの分光感度のピークは８００ｎｍ付近にあることから、前露光の波長は７８０ｎｍとした。本実施例の前露光はＬＥＤを感光体ドラム長手方向にＬＥＤを並べて配置している。

前露光から照射された光は感光体ドラム表面で反射し、反射光をＰＤで受光する。感光体ドラム表面にはパッチが形成されパッチのトナー濃度に応じて反射光の光量が変化する。図８はイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のそれぞれのトナーの分光反射率を示している。どの色のトナーも赤外領域では一様に反射特性をしめしている。また図示していないが黒（Ｂｋ）は波長によらず吸収特性を示している。そのような特性から、図７に示すようにＹ，Ｍ，Ｃのトナーでは感光体ドラムに形成されたトナーが多くなるほど、感光体ドラムに何もトナー像が形成されていない時よりも反射光が増しＰＤの出力は増し、反対に黒トナーはトナー付着量が増すほどＰＤの出力が下がる。なお図７はトナー付着量を示す指標として光学反射濃度を用いている。

上記の特性を用いて出力値を濃度変換し、検知する事によって、あらかじめ決められた検知濃度と必要トナー補給量の変換テーブルに応じてトナー付着量を算出することができる。

このように、前露光の光源を利用しその近傍にＰＤを設けることで、従来専用の光源（ＬＥＤ等）とＰＤを用いていたのに対し、ＬＥＤが不要になったことでコストダウンが可能となった。また、センサ自体はＰＤのみとなったことで、小型化することが可能である。

また本実施例では、示さなかったが、図２のように、帯電工程前に感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング手段をもつ画像形成装置においても当然適用可能である。

本実施例では、転写前露光を光源とした場合について本発明を適用した例を示す。

図３は本発明のトナー濃度センサを搭載した画像形成装置の実施例を示す概略構成図である。

基本的な動作は実施例１と同様なので省略ずる。本実施例では現像後，転写前に転写前露光とＰＤを配置している。転写前露光は転写前に転写に最適な感光体ドラム電位を得るために、現像像を含む感光体表面に光を照射している。

本実施例でも、感光体ドラムの直径を６２ｍｍ、前露光と感光体ドラム間距離を１５ｍｍ、ＰＤと感光体ドラム間距離を５ｍｍ、ＰＤと前露光間の回転方向の角度を２０度に設定した。

感光体ドラムやトナーの分光特性は実施例１と同じなので、転写前露光の波長も７８０ｎｍである。

本実施例でも、転写前露光の光源を利用しその近傍にＰＤを設けることで、従来専用の光源（ＬＥＤ等）とＰＤを用いていたのに対し、ＬＥＤが不要になったことでコストダウンが可能となった。また、センサ自体はＰＤのみとなったことで、小型化することが可能である。

また本実施例では、示さなかったが、実施例１のように、帯電工程前に感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング手段をもつ画像形成装置においても当然適用可能である。

更には、実施例１の転写後に残留電位除電用の前露光とＰＤとを合せて設けても当然適用可能である。

本実施例では、実施例１、あるいは実施例２の構成において、感光体ドラム長手方向に図４に示すように複数の受光素子（ＰＤ）を設ける。本実施例では本体の奥、中、手前の３点にＰＤを設けているが、個数に関してはこれに限るものではない。本実施例のように複数設けることによって奥側、中央、手前の濃度傾きを測定しその結果を用いて濃度傾き補正を行ったり、または、感光体ドラム上に複数の色を重ねて現像する多重現像方式で色毎に形成するパッチの位置を変えて同時に複数色のパッチ濃度を測定するなど行うことができる。

使用方法は上記に限定するものではないが、本実施例のように従来複数のトナー濃度センサを設けたときにはコストアップや、場所の確保等の課題があったが、ＰＤのみの構成であることから、前記課題が比較的容易にクリアすることが可能である。

本実施例では、実施例１、あるいは実施例２の構成において、感光体ドラム長手方向に図５に示すように移動可能な受光素子（ＰＤ）を設ける。本実施例のように移動可能なＰＤを設けることによって無段階で濃度傾きを測定しその結果を用いて濃度傾き補正を行ったりすることができる。

使用方法は上記に限定するものではないが、本実施例のように構成では、従来移動可能なトナー濃度センサを設けたときにはコストアップや、場所の確保等の課題があったが、ＰＤのみの構成であることから、前記課題が比較的容易にクリアすることが可能である。

本発明の実施例１の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例１のその他の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例２の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例３の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例４の画像形成装置を示す概略構成図である。 センサのトナー反射特性を示す図である。 従来のパッチセンサの一例を示した図である。 トナーの分光反射特性の一例を示した図である。

符号の説明

１７ 感光体ドラム
１９ 一次帯電器
２０ 現像器
２２ 転写帯電器

Claims (6)

1. 像担持体と
   前記像担持体を帯電する帯電手段と
   前記像担持体上にトナーを供給する現像手段と
   前記像担持体上の電位を除電する除電露光手段と
   前記像担持体近傍で前記除電露光の除電光が前記像担持体表面で反射した光を検出できる位置に配置された光検知手段を有し、
   前記像担持体上にされた参照トナー像に前記除電露光により光照射し前記参照トナー像からの反射光を前記光検知手段で受光することを特徴とするトナー濃度センサ。
2. 前記光検知手段を、スラストに複数設けることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度センサ。
3. 前記光検知手段をスラストで移動可能とすることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度センサ。
4. 前記除電露光手段の除電露光の波長は、ドラム除電ができかつ、トナーの反射あるいは吸収波長であることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度センサ。
5. 前記除電手段と前記光検知手段は前記現像手段の像担持体回転方向で下流であり、かつ前記像担持体から転写材あるいは第２の像担持体にトナー像を転写する転写手段より上流に配置されることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度センサ。
6. 前記除電手段と前記光検知手段は前記転写手段の像担持体回転方向で下流であり、かつ前記帯電手段より上流に配置されることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度センサ。

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