JP2007212656A - トナー量検知構造体、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー量の正確なセンシングを行うことができるトナー量検知構造体、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】（１）トナー量検知領域のトナー量を検知するトナー量検知ユニットと、上記トナー量検知領域を介することなく光を通過させる光量基準ユニットとを備えると共に、回転軸を中心として周方向に回転する回転ドラム型現像器と、
（２）現像器の外部から光源入射窓に対して光を入射させる発光部と、該発光部より出力した光を光源入射窓、導光路、及び光源出射窓を介して受光する受光部とを備えると共に、回転ドラム型現像器の回転とは独立して固定されるセンサーと、
（３）光量基準ユニットを介して受光部により受光した光量に基づいて、発光部より出力する光量を変更する光量補正ユニットとを備えるトナー量検知構造体等を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタル複写機、プリンタなどの画像形成装置、及び当該画像形成装置に備えられるトナー量検知構造体に関し、詳しくは、光学的にトナー量を検知する画像形成装置及びトナー量検知構造体に関する。

回転ドラム型現像器（ロータリー現像器）を有する画像形成装置においては、予め現像器に一定量のトナーを充填しておき、トナーが減少すると現像器に対して外部からトナーが供給される。

トナーの残量を正確に検知するために、例えば特開平１０−３２２１号公報に記載の技術では、光学的にトナー残量を測定するセンサーを利用している。センサーが、検知した光量に基づいて光透過率を算出することでトナー量を測定している。

また、光学的にトナー残量を測定する際に、透明管内壁に付着したトナーの汚れによる光量低下を取り除くため、液体が存在する場合と存在しない場合との光量に基づいて測定した液体濃度に補正を加えることで、透明管の汚れによる光量低下の影響を取り除いている。
特開平１０−３２２１号公報

しかしながら、上記従来技術では、未だ次の課題が残されている。

即ち、発光デバイスや受光デバイスとして、発光ダイオード（ＬＥＤ）やフォトトランジスタが利用されているが、これら半導体素子は、その特性（性能）に大きなばらつきを有する。例えば、同一製品を利用した場合であっても、一定の発光電流に対して、発光デバイスにおける発光で４倍の差が生じ、受光デバイスにおける受光感度においても6倍の差が生じるという現状がある。

結果として、上限同士の組み合わせと下限同士の組み合わせを比較すると、同一製品を利用した場合であっても最終的に光量を検知する時点で２４倍もの差が生じるのである。

このような誤差がトナー量の正確な検知に障害をもたらす原因となるため、例えば同一製品でありながらさらにその特性に応じて分類することで、利用可能な組み合わせを予め選択したり、特性のばらつきが予めチェックされて所定の範囲にある高価なデバイスを利用する必要があった。この場合であっても、誤差は発光デバイスと受光デバイスの双方の積となるため、センサー全体として大きな誤差となっていた。

さらに、上記誤差に加えて、デバイスの経時劣化や、導光路上のトナーによる汚れによる誤差が、トナー量の正確な検知の障害となっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、デバイス個別の特性に影響を受けることなく、また、経時劣化やトナーによる導光路の汚れの影響を排除してトナー量の正確なセンシングを行うことができるトナー量検知構造体、及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち本発明におけるトナー量検知構造体においては、
（１）・第一の光源入射窓と、第一の光源出射窓と、第一の光源入射窓より入射した光を内部に導くと共にトナー量検知領域を介して上記第一の光源出射窓に導く第一の導光路とを備えたトナー量検知ユニットと、・第二の光源入射窓と、第二の光源出射窓と、第二の光源入射窓より入射した光を、上記トナー量検知領域を介することなく直接第二の光源出射窓に導く第二の導光路とを備えた光量基準ユニットとを備えると共に、回転軸を中心として周方向に回転する回転ドラム型現像器と、
（２）現像器の外部から上記光源入射窓に対して光を入射させる発光部と、・該発光部より出力した光を上記光源入射窓、導光路、及び光源出射窓を介して受光する受光部とを備えると共に、回転ドラム型現像器の回転とは独立して固定されるセンサーと、
（３）光量基準ユニットを介して上記受光部により受光した光量に基づいて、発光部より出力する光量を変更する光量補正ユニットとを備える。

この構成では、光量基準ユニットを利用して発光量を随時一定のレベルに保つことができるため、発光部及び受光部の特性のばらつき、及び経時劣化による発光量の低下を吸収し、発光・受光量を安定化することができる。したがって、トナー量の正確な検知を行うことができる。

また、光量基準ユニットを構成する第二の光源入射窓又は第二の光源出射窓の少なくとも一方に、発光部より出力された光を所定量カットするフィルタを備えた構成とすることができる。

これにより、発光部による光量の補正時に、導光路上にトナーが付着することによる光量の減衰を考慮した補正が可能となり、一層正確なトナー量の検知が可能となる。

なお、画像形成装置の電源停止時に、光量基準ユニットと、センサーとが対向する補正位置にて回転ドラム型現像器を停止し、電源投入時に光量基準ユニットを介した光量変更（補正）を行う構成とすることで、光量変更に伴う時間ロスを排除できる。

また、このようなトナー量検知構造体を有する画像形成装置も提供する。

光量基準ユニットを利用して発光量を随時一定のレベルに保つことができるため、発光部及び受光部の特性のばらつき、及び経時劣化による発光量の低下を吸収し、発光・受光量を安定化することができる。したがって、トナー量の正確なセンシングを行うことができる。

また、発光部による光量の補正時に、導光路上にトナーが付着することによる光量の減衰を考慮した補正が可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

以下、本発明に係る画像形成装置１０１について説明する。

図１は、画像形成装置１０１の概略模式図である。ただし、本発明に直接には関係しない各部の詳細は省略している。上記画像形成装置１０１は、具体的にはデジタル複写機やプリンタが該当し、ここではカラープリンタを例にとって説明する。

まず、画像形成装置１０１における画像形成処理について説明する。画像形成装置１０１に電源が投入されると、各種パラメータが初期化され、定着装置１０８における加熱ローラ１０８ａの温度がセンシングされる。各種初期化が完了し、加熱ローラ１０８ａの温度が所定値以上に上昇することで、画像形成装置１０１における画像形成処理が可能になる。

このような状態で、図示しないコンピュータ等から画像データが入力されると、まず、帯電ローラ１０９によって、感光体ドラム１０２が帯電される。感光ドラム１０２が帯電されると、上記画像データに基づいて、レーザユニット１０４が感光ドラム１０２上に潜像を形成する。なお、上記レーザユニット１０４には、レーザ光源、ポリゴンミラー、ポリゴンミラー駆動用モータ等が備えられており、上記レーザ光源より発せられたレーザは、回転駆動するポリゴンミラーにより反射させられることで、感光ドラム１０２を軸方向（図1の紙面に対して垂直方向）に走査する。なお、レーザユニット１０４の位置に応じて、反射ミラー１１０によりレーザが屈曲される。

上記レーザユニット１０４により、感光体ドラム１０２上に潜像が形成されると、回転ドラム型現像器（ロータリー現像器）１０３が、図１に対して垂直方向に構成される回転軸１０３ａを中心として周方向１０３ｂに回転させられ、対応する色のトナーが格納された現像ユニット１１１が感光ドラム１０２の対向位置に配置される。この状態で、感光ドラム１０２上の潜像が、現像ユニットが格納するトナーにより現像され、中間転写ベルト１０７に転写される。なお、回転ドラム型現像器１０３は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各トナーをそれぞれ格納する４つの現像ユニット１１１（Ｙ）、(Ｃ)、(Ｍ)、(Ｋ)を有しており、これら現像ユニット１１１のうち、イエローに対応する現像ユニット１１１（Ｙ）の一例を図２に示す。４つの現像ユニット１１１は、トナー供給時の開口ユニット２０１の位置が異なる点、及び後述する光量基準ユニットを備える以外は、ほぼ同様の構成を有している。上記中間転写ベルト１０７への転写を上記各色毎に繰り返すことにより、当該中間転写ベルト上にフルカラー画像が形成される。

一方で、給紙部１１４を介して給紙カセット１１３より取り出された用紙は、搬送路１１５よりレジストローラ対１１６に搬送される。その後、用紙はレジストローラ対１１６より中間転写ベルト１０７に、中間転写ベルト１０７上の現像画像にタイミングを合わせて搬送され、二次転写ローラ１１７に案内される。

二次転写ローラ１１７は、中間転写ベルト１０７に当接して構成されており、二次転写ローラ１１７に印加された転写バイアスにより、中間転写ベルト１０７上に形成された現像画像が用紙に転写される。

現像画像が転写された用紙は搬送路１１８を介して定着装置１０８に案内され、現像画像は、加熱ローラ１０８ａ及び加圧ローラ１０８ｂによって用紙に定着される。この後、用紙は、排出部１１９に排出される。

以上が、画像形成装置１０１の画像形成における主な処理である。

上記画像形成処理により現像ユニット１１１内のトナーが減少すると、当該現像ユニットへのトナー補給処理が行われる。

続いて、現像ユニット１１１内のトナー量の減少の検知について以下に説明する。

図３Ａに、回転ドラム型現像器１０３の回転軸１０３ａ方向から見た側面図（ただし回転ラックを除く）を示す。回転ドラム型現像器１０３は、4つの現像ユニット１１１（Ｙ）、(Ｃ)、(Ｍ)、(Ｋ)を、回転軸１０３ａを中心として周方向に連接させて構成される。各現像ユニット１１１それぞれには、光源入射窓２０５及び光源出射窓２０６が備えられている。そして、光源入射窓２０５及び光源射窓２０６と、さらに現像ユニット１１１内に構成された後述する導光路とで、トナー量検知ユニットを構成する。

上記４つの現像ユニット１１１を、回転ドラム型現像器１０３の外枠を構成する回転ラック３０２に1つずつ例えば挿入することで回転ドラム現像器１０３として機能する。回転ラック３０２は、画像形成装置１０１内部に固定された図示しない支持体により、回転軸１０３ａを回動可能に担持されており、当該回転ラック３０２が回転することにより、内部の現像ユニット１１１が回転軸１０３ａを中心に回転する。

さて、上記回転ドラム型現像器１０３に現像ユニット１１１が設置された状態では、図３Ｂに示すように、例えば現像ユニット１１１（Ｙ）の現像位置において、現像ユニット１１１（Ｙ）のドラム３０３が感光体ドラム１０２に接することにより、感光体ドラム１０２の潜像がイエロートナーで現像される。

ここで上記現像位置においては光源入射窓２０５及び光源出射窓２０６と対向する位置に、回転ドラム型現像器１０３の回転とは独立して固定されるセンサー３０１が配置されている。図３Ｂの視点Ｘから上記センサー３０１及び回転ドラム型現像器１０３を見た際の回転ドラム型現像器１０３の断面図を図４Ａに示す。

現像位置においては、センサー３０１を構成する発光部４０１から発せられた光が、トナー量検知ユニットを構成する導光路４０３を介して受光部４０２により受光される。この際に、２つの導光路４０３の隙間となるトナー量検知領域４０４にトナーが存在すれば、光が減衰して受光部４０２により受光される。光の減衰はトナー量の増加に応じて大きくなり、当該トナー量検知領域４０４がトナーで満たされている場合には、受光部４０２による受光がほぼゼロとなる。つまり、受光量が大きくなるほど、トナー量が減少していることを意味する。

以上の構造により、トナー量減少の検知が行われる。なお、イエローについてのみ説明を行ったが、他の色であっても同様である。

さてここで、センサー３０１を構成する発光部４０１及び受光部４０２の特性のばらつきが大きいことは前述したとおりである。これにより、トナー量の正確な検知ができなかったり、或いは経時劣化によって発光部４０１の発光量が減少してしまうと受光部４０２における受光量が減少するため、トナー減少時であってもその減少を検知できないといった問題が起こりうる。

そこで本発明においては、図３Ａ、Ｂに示すように、現像ユニット１１１のうちの少なくとも１つの現像ユニット（ここではイエローに対応する現像ユニット１１１（Ｙ)とする)には、さらに、もう一つの光源入射窓２０７と光源出射窓２０８とを備えている。

上記光源入射窓２０７と光源出射窓２０８と、さらに導光路４０５とで構成される光量基準ユニットを図４Ｂに示す。光量基準ユニットは、発光部４０１からの光を光源入射窓２０７にて受光し、導光路４０５を構成するプリズムを介して直接光源出射窓２０８より出射する。つまり光量基準ユニットの導光路においては、トナー量検知領域４０４が存在せず、即ち発光部４０１からの光は直接受光部４０２導かれて受光される。

さて、続いて上記光量基準ユニットを備えた画像形成装置１０１において、発光部４０１及び受光部４０２を初期化する処理について説明する。

上記光量基準ユニットが備えられた画像形成装置１０１では、電源停止時には、図５に示すように、感光体ドラム１０２と回転ドラム型現像器１０３との間に隙間５０１を設けた状態（接さない状態）、かつ、上記光量基準ユニットの光源入射窓２０７及び光源出射窓２０８が、センサー３０１に対向する位置、即ちホームポジションにて回転ドラム型現像器１０３が停止する。

そして、上記ホームポジションにて画像形成装置１０１に電源が投入されると、図６Ａに示した発光部制御基盤６０１に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）内のPWM６０３（パルス幅変調方式による送信回路）を介して発光部４０１から所定量の発光を行う。当該発光は、上記光量基準ユニットの光源入射窓２０７、導光路４０５（プリズム）、光源出射窓２０８を介して、図６Ｂに示した受光部制御基盤６０５に接続される受光部４０２にて受光される。そして、当該受光により生じた信号は必要に応じて増幅され、Ａ／Ｄ回路６０４を介してＣＰＵ６０２に入力される。なお、図６Ａ、ＢにおけるＣＰＵ６０２は同一のものを利用可能である。

上記構成により、ＣＰＵ６０２は、発光量に対する受光量を検知することができる。そして、受光量と所定の閾値とを比較することで、当該閾値以上、あるいは所定の範囲になるように、発光量を調整（補正）する。

以上の処理により、センサー３０１は、電源投入時に光量基準ユニットを利用して、発光部４０１及び受光部４０２の特性のばらつき、及び経時劣化による発光量の低下を吸収し、発光・受光量を安定化することができる。

以後、トナー量の検知処理は、補正後の発光部４０１を介して行われるため、特性のばらつき及び経時劣化による発光量の低下の無い、正確なセンシングを行うことができる。

なお、上述のように、トナー量の正確な検知の障害となる他の原因として、導光路上にトナーが付着することによる光量の減衰が挙げられる。具体的には、導光路のトナー量検知領域４０４に該当する面にトナーが付着し、付着したトナーによりトナーが無いにもかかわらず受光部４０２における受光量が低下するのである。

これに対し、画像生成装置１０１では、上記光量基準ユニットにおける光源入射窓２０７又は光源出射窓２０８の少なくとも一方に、発光部４０１より出力された光を所定量カットするニュートラルデンシティフィルタ（ＮＤフィルタ）７０１を備える構成とする（図７）。当該ＮＤフィルタがカットする所定の光量は、付着したトナーによる光の減衰と一致するものを利用する。光源入射窓２０７と光源出射窓２０８との双方にＮＤフィルタを設ける場合には、上記所定の光量を半分とし、２つのＮＤフィルタによる減衰を、付着したトナーによる光の減衰と一致させる。

これにより、導光路上に付着したトナーを排除する複雑な機構を必要とせず、容易に付着トナーによる光学的な誤差を吸収することができる。

なお、トナー量の検知処理は、例えば現像ユニット１１１に対してトナーを補給する際の、トナー量の検知にも利用され、当該トナー補給時にも正確なトナー量の検知が可能となる。

また、以上はイエローのトナーのトナー量検知について述べたが、他の色のトナー量検知であっても上記補正されたセンサーが利用されるのはいうまでもない。

また、上記実施例では第２の光源出射窓、第２の光源入射窓、第２の導光路を現像器内部に配置したが、回転ラック部に配置しても良い。

本発明に係るトナー量検知構造体、画像形成装置は、トナー量の正確なセンシングを行うトナー量検知構造体等として有用である。

本発明に係る画像形成装置の概略模式図。 現像ユニットの一例を示す図。 回転ドラム型現像器の回転軸方向から見た側面図。 トナー量検知ユニット及び光量基準ユニットを示す概略図。 ホームポジションにおけるセンサー及び光量基準ユニットの位置を示す側面図。 発光部制御基盤及び受光部制御基盤を示す回路図。 ＮＤフィルタの設置位置の一例を示す図。

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０２ 感光体ドラム
１０３ 回転ドラム型現像器
１０３ａ 中心軸
１０３ｂ 周方向
１０４ レーザユニット
１０５ トナー収容部段
１０６ トナー供給ユニット
１０７ 中間転写ベルト
１０８ 定着装置
１０９ 帯電ローラ
１１０ 反射ミラー
１１１ 現像ユニット
１１３ 給紙カセット
１１４ 給紙部
１１５ 搬送路
１１６ レジストローラ対
１１７ 二次転写ローラ
２００ 回転軸方向
２０１ 開口ユニット
２０１ａ 開口部
２０５ 第一の光源入射窓
２０６ 第一の光源出射窓
２０７ 第二の光源入射窓
２０８ 第二の光源出射窓
３０１ センサー
３０２ 回転ラック
４０１ 発光部
４０２ 受光部
４０３ 第一の導光路
４０４ トナー量検知領域
４０５ プリズム（第二の導光路を構成）
６０１ 発光部制御基盤
６０２ ＣＰＵ
６０３ ＰＷＭ回路
６０４ Ａ／Ｄ回路
６０５ 受光部制御基盤
７０１ ＮＤフィルタ

Claims (5)

1. 第一の光源入射窓と、第一の光源出射窓と、第一の光源入射窓より入射した光を内部に導くと共にトナー量検知領域を介して上記第一の光源出射窓に導く第一の導光路とを備えたトナー量検知ユニットと、
   第二の光源入射窓と、第二の光源出射窓と、第二の光源入射窓より入射した光を、トナー量検知領域を介することなく直接上記第二の光源出射窓に導く第二の導光路とを備えた光量基準ユニットとを備えると共に、
   回転軸を中心として周方向に回転する回転ドラム型現像器と、
   上記現像器の外部から上記光源入射窓に対して光を入射させる発光部と、
   該発光部より出力した光を上記光源入射窓、導光路、及び光源出射窓を介して受光する受光部とを備えると共に、
   上記回転ドラム型現像器の回転とは独立して固定されるセンサーと、
   上記光量基準ユニットを介して上記受光部により受光した光量に基づいて、発光部より出力する光量を変更する光量補正ユニットと、
   を備えることを特徴とするトナー量検知構造体。
2. 上記光量基準ユニットを構成する第二の光源入射窓又は第二の光源出射窓の少なくとも一方に、発光部より出力された光を所定量カットするフィルタを備えた請求項１に記載のトナー量検知構造体。
3. トナー量検知構造体を備えて構成される画像形成装置の電源停止時に、上記光量基準ユニットと、上記センサーとが対向する補正位置にて上記回転ドラム型現像器を停止する請求項１又は２に記載のトナー量検知構造体。
4. トナー量検知構造体を備えて構成される画像形成装置の電源投入時に、上記光量基準ユニットを介した光量変更を行う請求項１〜３のいずれかに記載のトナー量検知構造体。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のトナー量検知構造体を備えてなる画像形成装置。
   
   

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