JP2008003370A - トナー量測定ヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することのできる小型かつ低コストのトナー量測定ヘッドおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 中間転写体ベルト５００に対向して配備された基板１０１と、基板１０１に取り付けられた光源１０２と、基板１０１に取り付けられた光センサ１０３と、光源１０２と光学的に結合し、光源１０２から発せられた光を中間転写体ベルト５００に向けて出射するように形成された第１の光導波路１０４ａと、光センサ１０３と光学的に結合し、光源１０２から発せられた光のうちの鏡面反射光１０３ａと拡散反射光１０３ｂとの双方が光センサ１０３に入射するように基板１０１に形成された第２の光導波路１０４ｂとを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置およびその画像形成装置に用いられるトナー量測定ヘッドに関する。

従来より、電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置が広く知られている。また、今日では、イエロー、マゼンタ、シアンのカラートナーと黒トナーによる、カラー複写機やカラープリンタ等が急速に普及してきている。これらカラー複写機やカラープリンタ等には、通常、トナーと磁性体であるキャリアとからなる二成分現像剤を用いて現像する現像器が用いられている。

この電子写真方式のカラー複写機やカラープリンタ等の画像形成装置は、画像を形成するにあたって、まず、入力信号に基づき、感光体上に静電潜像を形成する。次に、現像器内に収納されたトナーを感光体に転移させることにより感光体上の静電潜像を現像して感光体上に現像像を形成する。さらに、感光体上に形成された現像像を、最終的に、所定の記録媒体上に転写してその転写像を定着することにより記録媒体上に定着像を形成する。

このようなトナーを転写して作像する画像形成装置では、現像器内のトナーは、画像形成される度に消費されていくため、画像形成される画像の濃度を一定に保つには、消費されたトナー量に見合ったトナー量を補充して、現像器内のキャリアとトナーを一定の比率に保持しておく必要がある。

そのため、従来では、現像器内のトナー濃度（キャリアに対するトナーの比率）と、感光体上での単位面積あたりのトナー量（以下、単にトナー量という）とが一定の比例関係にあることに着目し、感光体に所定の標準的なトナー量のトナーパッチが形成されることを予定したパッチデータと同一のパッチデータに基づいて、感光体上にトナーパッチを形成し、その形成されたトナーパッチのトナー量を測定し、測定されたトナー量と標準的なトナー量とを比較して、現像器へのトナー供給量を調節する技術が知られている。

感光体上でのトナー量を測定するにあたって、感光体表面での鏡面反射光を受光する位置に光センサを設けて、感光体表面にトナーが未担持の状態における感光体表面での反射光による受光信号と、感光体上に担持されたトナーの反射光による受光信号との比を求め、この比に基づいて、感光体上に担持されたトナー量を測定することが従来から知られている。

この光センサとして、可視光センサに比べてコスト的に優位な赤外領域の波長を持つ光センサを採用した場合、黒トナーのトナー量測定時には感光体上のトナー量が増加するのに比例して受光信号が小さくなるため、トナー量を測定することが可能である。しかし、鏡面反射光を受光する位置に配置された受光センサには、鏡面反射光のみでなく、トナーで拡散された後、鏡面反射光と同じ方向に進む拡散反射光が存在し、しかも、カラートナーは、黒トナーよりも光を拡散させやすいため、カラートナーのトナー量測定時には、光センサに入射してくる拡散反射光の影響が大きくなる。さらに、感光体上のカラートナー量が一定量以上になると、光センサに入射してくる鏡面反射光よりも拡散反射光の方が優勢になるため、受光信号がある値よりも小さくならないという現象が起こりやすい。このため、トナー量の測定感度が低下してしまう恐れがある。

そこで、カラートナーに対しては、鏡面反射光の進行方向からずれた、拡散反射光のみを受光する位置に光センサを配置し、その光センサで受光される拡散反射光を用いて感光体上に担持されたトナーのトナー量を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１に開示された技術では、感光体上に担持されたカラートナーのトナー量が増加すると、拡散反射光成分が増加するため、その光センサによる拡散反射光の受光信号も大きくなる。したがって、カラートナーに関しては、感光体表面での拡散反射光のみを受光する位置に光センサを設けてカラートナーのトナー量測定を行い、感光体表面での鏡面反射光を受光する位置に光センサを設けて黒トナーのトナー量測定を行うように２系統の光センサを備えると、トナーの種類に応じて処理を切替えなければならず、制御アルゴリズムも複雑になるという問題がある。

また、感光体表面での鏡面反射光を受光する位置に設けた光センサを用いた黒トナーのトナー量測定においては、黒トナーを担持していないときの感光体表面での鏡面反射光の受光信号を基準としたのに対し、感光体表面での拡散反射光を受光する位置に設けた光センサを用いた拡散反射光によるカラートナーのトナー量測定においては、カラートナーを担持していないときの感光体表面での拡散反射光の受光信号は、光センサの受光レベルに関係なく、ほとんどゼロに近い値になってしまうため、基準となる別のパッチを用意しなければならず装置が複雑化してしまう。

さらに、その基準パッチの汚れや変色などによって、ばらつきが生じる恐れもある。

そこで、カラートナーおよび黒トナーいずれのトナー量も同じ処理で高精度で測定することができるトナー量測定装置として、トナー担持体表面での鏡面反射光を受光する位置に設けられた第１の光センサと、拡散反射光を受光する位置に設けた第２の光センサと、第１の光センサによって得られる第１の値と、第２の光センサによって得られる第２の値とを求めて、これら第１の値と第２の値との差分値からトナー担持体上に担持されたトナー量を求めるトナー量測定装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この特許文献２に開示された技術にも次のような問題がある。

図９は、黒トナー用の光センサとカラートナー用の光センサとを用いたトナー量測定ヘッドの概要図である。

図９には、光源９１、黒トナー用の光センサ９２、およびカラートナー用の光センサ９３を備えた測定ヘッド９０が示されている。この測定ヘッド９０では、光源９１から出射された光はトナー担持体９４で反射され、反射光のうちの鏡面反射光９４ａは黒トナー用の光センサ９２で受光され、反射光のうちの拡散反射光９４ｂはカラートナー用の光センサ９３で受光されるようになっている。こうして黒トナー用の光センサ９２で得られた第１の受光信号とカラートナー用の光センサ９３で得られた第２の受光信号とを演算することにより、トナー担持体９４上の黒トナーおよびカラートナーの量が求められる。

図１０は、黒トナーのパッチにおけるトナー量と受光信号の大きさとの関係を示すグラフであり、図１１は、カラートナーのパッチにおけるトナー量と光センサの受光信号との関係を示すグラフである。

図１０、図１１それぞれのグラフとも、横軸はトナー担持体上のパッチのトナー量を示し、縦軸は光センサからの受光信号の大きさを示している。また、これらのグラフに示された点線Ｌ１は、トナー量と、第１の光センサ９２（図９参照）で受光された反射光９４ａの受光信号Ｖ１との関係を示すものである。また、もう一方の点線Ｌ２は、トナー量と、第２の光センサ９３で受光された反射光９４ｂの受光信号Ｖ２との関係を示すものである。さらに、各グラフ中に示された実線Ｌは、トナー量と、第１の光センサ９２によって得られる受光信号Ｖ１から第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２を引き算した差分値Ｖ３を示すものである。したがって、第１の光センサ９２で受光された反射光の受光信号Ｖ１は、上記第１の受光信号に相当し、第２の光センサ９３で受光された反射光の受光信号Ｖ２は、上記第２の受光信号に相当する。

黒トナーのパッチの場合、図１０に示されるごとく、トナー量の増加につれて第１の光センサ９２によって得られる受光信号Ｖ１は大幅に減少するが、第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２はほとんど変化しない。この黒トナーのパッチの場合は、拡散反射が極めて小さいため、第１の光センサ９２によって得られる受光信号Ｖ１は鏡面反射光の受光信号とみなすことができ、第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２は拡散反射光の受光信号である。

一方、図１０に示されるように、カラートナーのパッチの場合、黒トナーのパッチに比べて拡散反射が大きいため、拡散反射光を受光する位置に設けられた第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２は、黒トナーのパッチの場合に比べて大きく上昇する。一方、鏡面反射光を受光する位置に設けられた第１のセンサ９２は、トナー量が増加すればするほど、強い拡散反射光を受光する。したがって、第１の光センサ９２によって得られた受光信号Ｖ１は、鏡面反射光の受光信号とみなすことはできず、拡散反射光がかなり入り込んでいるものとなる。その結果、トナー量が多い領域では、第１の光センサ９２への拡散反射光の入射の影響で、受光信号が小さくなっていく傾向が大幅に弱まる。

ここで、図１０と図１１とを比較すると、トナー量の変化に対する受光信号の大きさの変化状況は、黒トナーとカラートナーとで異なるが、実線Ｌで示された差分値Ｖ３のトナー量における変化状況は、黒トナーとカラートナーいずれの場合にも、トナー量の増加に伴って、小さくなっていくものである。

一方、図１２に示す関係にも考慮を払う必要がある。

図１２は、カラートナーのパッチにおけるトナー量と受光信号の大きさとの関係を示す図１１とは異なる関係を示すグラフであるが、グラフの横軸と、縦軸とは、図１１のグラフの横軸と、縦軸と同じ意味を有する。また、点線Ｌ１，Ｌ２、及び実線Ｌ自体それぞれが有する意味は、図１１のグラフのそれらそれぞれが有する意味と同じである。

上述のごとく、カラートナーのパッチでは、第２の光センサ９３（図９参照）によって得られる受光信号Ｖ２は大きく上昇する。このため、トナー担持体９４上に担持されたトナーを用紙等の媒体に転写する際に必要な最大トナー量である１．２ｍｇ／ｃｍ２の８０〜９０％以上の領域（図１２中の矢印参照）では第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２が、第１の光センサ９２によって得られる受光信号Ｖ１よりも図１２に示すごとく大きくなってしまう場合がある。

このような逆転現象が起こると、差分値Ｖ３は負となってしまう。この場合、差分値Ｖ３を処理するために後段に位置する装置や回路には、正負の２電源が必要となり、画像形成装置としてのコストアップにつながるため好ましくない。そこで、上記の従来技術では、第１の光センサ９２によって得られる受光信号Ｖ１から第２の光センサ９３によって得られる受光信号Ｖ２を引き算する際に、その差分値が常に正の値となるように、得られた受光信号Ｖ１，Ｖ２それぞれを係数で調整する。すなわち、次式の演算を行っている。

ａＶ１−ｂＶ２＝Ｖ３’
ただし、ａ，ｂは係数である。

なお、差分値Ｖ３’が常に正の値に保つことができるように係数ａ，ｂの値は決定される。したがって、第１の光センサ９２と第２の光センサ９３とが同能力のセンサであった場合でも、差分値Ｖ３’を常に正の値に保つことができ、また、第１の光センサ９２が第２の光センサ９３よりも低出力のセンサであってもた場合にも、演算値Ｖ３’を常に正の値に保つことができる。こうして得られた差分値Ｖ３’を、パッチデータの標準的なトナー量と比較させ、差分値Ｖ３’のほうが大きければ、現像器内のトナー濃度が低いことになるので、トナーディスペンサを制御し、現像器へのトナー供給を行い、逆に、差分値Ｖ３のほうが小さければ、現像器へのトナー供給を中止させて、現像器内のトナー濃度を一定に保つようになっている。
特開昭６２−２８０８６９号公報 特開２００１−１５４４２４号公報

しかし、上記特許文献２に開示されたトナー量測定装置は、発光素子１個、受光素子２個、合計３個の光素子を必要とし、光素子と電気基板の接合部が大型化し勝ちなため高コストであるという問題がある。

また、上記のトナー量測定装置では、第１の光センサから得られる第１の値と第２の光センサから得られる第２の値との差分値からトナー量を求めるための演算手段が複雑なものとなり、トナー量測定装置は高コストとなりやすい。

本発明は、上記事情に鑑み、カラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することのできる小型かつ低コストのトナー量測定ヘッドおよび画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のトナー量測定ヘッドは、
トナーを担持しながら所定方向に移動するトナー担持体に対向して配備された基板と、
上記基板に取り付けられた光源と、
上記基板に取り付けられた光センサと、
上記光源および上記光センサのうちの少なくとも一方と光学的に結合し、上記光源から発せられた光のうちの鏡面反射光と拡散反射光との双方が上記光センサに入射するように上記基板に形成された光導波路とを備えたことを特徴とする。

本発明のトナー量測定ヘッドによれば、上記の光導波路を備えたことにより、一つの光センサで、カラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することが可能となり、小型かつ低コストのトナー量測定ヘッドを得ることができる。

ここで、上記光導波路が、
上記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、上記光センサの取付位置が鏡面反射光の進行方向となる出射点まで延び該他端から上記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
一端が上記光センサと光学的に結合し、他端が、上記出射点から上記トナー担持体に向けて出射された光の拡散反射光を入射する入射点まで延び、該他端で拡散反射光を入射して上記光センサまで導く第２の光導波路とからなるものであってもよい。

本発明のトナー量測定ヘッドを上記のように構成した場合も、同様に、一つの光センサでカラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することが可能なトナー量測定ヘッドを得ることができる。

また、上記光導波路が、
上記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、上記光センサの取付位置が拡散反射光の進行方向となる出射点まで延び該他端から前記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
一端が上記光センサと光学的に結合し、他端が、上記光源から上記トナー担持体に向けて出射された光の鏡面反射光を入射する入射点まで延び、該他端で鏡面反射光および拡散反射光を入射して前記光センサまで導く第２の光導波路とからなるものであってもよい。

本発明のトナー量測定ヘッドを上記のように構成した場合も、同様に、一つの光センサでカラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することが可能なトナー量測定ヘッドを得ることができる。

また、上記光導波路が、
一端が上記光センサと光学的に結合し、他端が、上記光源から上記トナー担持体に向けて出射された光の鏡面反射光を入射する第１の入射点まで延び、該他端で鏡面反射光を入射して上記光センサまで導く第１の光導波路と、
一端が上記光センサと光学的に結合し、他端が、上記光源から上記トナー担持体に向けて出射された光の拡散反射光を入射する第２の入射点まで延び、該他端で拡散反射光を入射して上記光センサまで導く第２の光導波路とからなるものであってもよい。

本発明のトナー量測定ヘッドを上記のように構成した場合も、同様に、一つの光センサでカラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することが可能なトナー量測定ヘッドを得ることができる。

また、上記光導波路が、
上記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、上記光センサの取付位置が鏡面反射光の進行方向となる第１の出射点まで延び該他端から上記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
上記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、上記光センサの取付位置が拡散反射光の進行方向となる第２の出射点まで延び該他端から上記トナー担持体に向けて光を出射する第２の光導波路とからなるものであってもよい。

本発明のトナー量測定ヘッドを上記のように構成した場合も、同様に、一つの光センサでカラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することが可能なトナー量測定ヘッドを得ることができる。

また、上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
トナーを担持しながら所定方向に移動するトナー担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を所定の記録媒体に転写し、該記録媒体に転写されたトナー像を加熱して該記録媒体に定着トナー像を形成する画像形成装置であって、
上記トナー担持体に対向して配備された基板と、上記基板に取り付けられた光源と、上記基板に取り付けられた光センサと、上記光源および上記光センサのうちの少なくとも一方と光学的に結合し、上記光源から発せられた光のうちの鏡面反射光と拡散反射光との双方が上記光センサに入射するように上記基板に形成された光導波路とを備えたトナー量測定ヘッド、および
上記トナー担持体上にトナーが存在するときに該トナー担持体から反射された光を上記光センサが受光した受光量と、上記トナー担持体上にトナーが存在しないときに該トナー担持体から反射された光を上記光センサが受光した受光量とに基づき該トナー担持体上のトナー量を測定するトナー量測定部を有することを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、上記のように構成したトナー量測定部を備えたことにより、一つの光センサでカラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することのできる小型かつ低コストの画像形成装置を得ることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、カラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することができる小型かつ低コストのトナー量測定ヘッドおよび画像形成装置を提供することができる。また、鏡面反射光および拡散反射光を同時に受光するので、拡散反射時の受光ゲインが安定し、高精度でトナー量を測定することができる。

以下、本発明の実施形態について、先ず図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態であるトナー量測定ヘッドを備えた画像形成装置の概略構成図であって、中間転写体ベルト上に形成されたパッチのトナー量をトナー量測定ヘッドを用いて測定している状態を示している。

図２は、本発明の第１の実施形態であるトナー量測定ヘッドの概略構成図であって、図２（ａ）は、その上面図、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）はそのＢ−Ｂ断面図である。

図１に示された画像形成装置１０は、カラー複写機であって、本発明の第１の実施形態であるトナー量測定ヘッド１００と、トナー量測定部１３０と、入力部２１０と、画像処理部２２０と、パッチパターン発生器２３０と、パルス幅変調回路２４０と、レーザードライバ２５０と、トナー像形成部３００と、転写器４００と中間転写体ベルト５００とを有する。中間転写体ベルト５００は、複数のロール５０１で張架されている。本実施形態では、この中間転写体ベルト５００が、本発明にいうトナー担持体に相当する。

トナー像形成部３００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のカラートナーと黒（Ｋ）トナーそれぞれのトナー像をそれぞれ独立して形成するものである。すなわち、トナー像形成部３００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のカラートナーと黒（Ｋ）トナーそれぞれの露光器３０１，３０２，３０３，３０４と、感光体３１１，３１２，３１３，３１４と、帯電器３２１，３２２，３２３，３２４と、現像器３３１，３３２，３３３，３３４とを備えている。なお、この現像器３３１，３３２，３３３，３３４それぞれには、各色のトナーと、磁性体であるキャリアとからなる二成分現像剤（不図示）が収納されている。各トナーは、磁性体であるキャリアとの間で所定の比率を保って、かつ、そのキャリアとともに現像器３３１，３３２，３３３，３３４それぞれに収納されている。

次に、図２を参照してトナー量測定ヘッド１００について説明する。

図２（ａ）に示すように、このトナー量測定ヘッド１００は、トナーを担持しながら移動する中間転写体ベルト５００に対向して配備された基板１０１と、基板１０１に取り付けられた光源１０２と、基板１０１に取り付けられた光センサ１０３と、光源１０２と光学的に結合し、光源１０２から発せられた光を中間転写体ベルト５００に向けて出射するように形成された第１の光導波路１０４ａと、光センサ１０３と光学的に結合し、光源１０２から発せられた光のうちの鏡面反射光１０３ａと拡散反射光１０３ｂとの双方が光センサ１０３に入射するように基板１０１に形成された第２の光導波路１０４ｂとを備えている。

図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、光導波路１０４は、光源１０２からの光を第１の光導波路１０４ａ内に反射させるミラー１０７ａ、ミラー１０７ａで反射され第１の光導波路１０４ａ内を進んできた光を中間転写体ベルト５００上のパッチ６００に向けて反射させるミラー１０７ｂ、パッチ６００からの鏡面反射光１０３ａを第２の光導波路１０４ｂ内に反射させるミラー１０７ｃ、パッチ６００からの拡散反射光１０３ｂを第２の光導波路１０４ｂ内に反射させるミラー１０７ｄが形成されている。

このように、本実施形態では、光センサ１０３は、鏡面反射光１０２ａおよび拡散反射光１０２ｂの双方を受光するので、従来のように鏡面反射光用と拡散反射光用の２つの光センサを必要とせず、大量生産において、コストを低減することができる。

ここで、本実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の製造方法について簡単に説明する。

光導波路の材料としては、例えば、日本ペイント製のポリシラン高分子樹脂を用いることができる。このポリシラン高分子樹脂を光導波路パターン上に塗布して光導波路形状とし、紫外線を照射した後、ベークして、それをプラスチック部材例えばテフロン（登録商標）樹脂とインサート成形もしくは２色成形してクラッド層を形成し、屈折率差を設けることにより光導波路を構成するのが一般的な製造方法である。この方法で光の屈折する部分をベークすることにより屈折率１．５８０の光導波路を得ることができる。

なお、本実施形態における中間転写体ベルト５００は、本発明にいうトナー担持体の一例に相当するものであり、トナー担持体は、中間転写体ベルトのみに限らず、例えばドラムタイプの中間転写体や感光体でもよい。

トナー量測定ヘッド１００による、トナー量の測定と、それに基づく画像形成装置１０の制御については後述するものとし、まず、画像形成装置１の画像形成処理につき、概説する。

画像形成装置１０の入力部２１０に画像データが入力されると、入力された画像データは画像処理部２２０においてスクリーン処理され、次いで、パルス幅変調回路２４０においてＰＷＭ信号に変換された後、レーザードライバ２５０に送られる。各トナーの露光器３０１，３０２，３０３，３０４それぞれは、帯電器３２１，３２２，３２３，３２４により帯電された感光体３１１，３１２，３１３，３１４それぞれを、レーザードライバ２５０により制御されて露光し、静電潜像を感光体上に形成する。感光体３１１、３１２，３１３，３１４それぞれに形成された静電潜像は、各現像器３３１，３３２，３３３，３３４内のトナーによって現像されてトナー像となる。感光体３１１，３１２，３１３，３１４上それぞれに形成されたトナー像は、転写器４００によって、中間転写体ベルト５００上に重ね合わされた状態に転写される。さらに、中間転写体ベルト５００上に転写されたトナー像は、図示されていない用紙供給部から搬送された用紙に転写され、同じく図示されていない定着器により定着されることによって、用紙に画像が形成される。

また、上記と同じトナー像の形成処理を経て、パッチパターン発生器２３０によりパッチデータがパルス幅変調回路２４０に送られ、中間転写体ベルト５００上にパッチが形成される。このパッチデータは、中間転写体ベルト５００上に所定の標準的なトナー量のトナーパッチが形成されることを予定したものである。

中間転写体ベルト５００上に形成されたパッチは、トナー量測定ヘッド１００によりそのトナー量が測定される。また、パッチパターン発生器２３０は、中間転写体ベルト５００上で様々なトナー量を有するパッチを作成することができるようになっている。図１には、中間転写体ベルト５００上にこのようにして形成された１つのパッチ６００が示されている。

次に、トナー量測定ヘッド１００による、中間転写体ベルト５００上に形成されたパッチ６００のトナー量の測定について説明する。

図２（ａ）に示すように、光源１０２から出射された出射光１０２ａは、ミラー１０７ａで反射され第１の光導波路１０４ａ内を進みミラー１０７ｂで反射されて中間転写体ベルト５００上のパッチ６００に照射される。パッチ６００による反射で生じた反射光のうち、鏡面反射光１０３ａは、図２（ｃ）に示すように、直接光センサ１０３に到達するが、拡散反射光１０３ｂはミラー１０７ｄで反射された後第２の光導波路１０４ｂ内を進みミラー１０７ｃで反射されて光センサ１０３に到達する。

このように、本実施形態のトナー量測定ヘッド１００では、光センサ１０３は鏡面反射光１０２ａおよび拡散反射光１０２ｂの双方を受光するようになっている。

そして、本実施形態の画像形成装置１０に備えられたトナー量測定部１３０は、中間転写体ベルト５００上にトナーが存在するときに中間転写体ベルト５００から反射された光を光センサ１０３が受光した受光量と、中間転写体ベルト５００上にトナーが存在しないときに中間転写体ベルト５００から反射された光を光センサ１０３が受光した受光量とに基づき中間転写体ベルト５００上のトナー量を測定する。

このトナー量測定部１３０により、中間転写体ベルト５００上に形成されたカラーパッチおよび白黒パッチ双方のトナー量が測定される原理について以下に説明する。

図３は、黒トナーの場合のトナー濃度と光センサの受光電圧との関係を示すグラフであり、図４は、カラートナーの場合のトナー濃度と光センサの受光電圧との関係を示すグラフである。

図３、図４それぞれのグラフとも、横軸は中間転写体ベルト５００上のパッチ６００のトナー濃度を示し、縦軸は光センサの受光電圧Ｌを示している。ここで、本実施形態のトナー量測定ヘッド１００（図２参照）では、光センサ１０３は鏡面反射光１０２ａおよび拡散反射光１０２ｂの双方を受光するようになっているので、上記受光電圧Ｌは、鏡面反射光１０２ａによる受光電圧Ｖ１と拡散反射光１０２ｂによる受光電圧Ｖ２との合計値となる。

黒トナーの場合は、図３に示されるごとく、トナー濃度の増加につれて光センサ１０３によって得られる受光電圧Ｌは大幅に減少する。この黒トナーの場合は、拡散反射が極めて小さいため、光センサ１０３によって得られる受光電圧Ｖ１は鏡面反射光の受光信号とみなすことができる。

一方、図４に示されるように、カラートナーの場合は、黒トナーのパッチに比べて拡散反射が大きく、光センサ１０３によって得られる受光電圧Ｖ２は、鏡面反射光と拡散反射光が合成されたものとなり、光センサ１０３によって得られる受光電圧Ｌはトナー濃度の増加につれて大きく上昇している。

表１および表２に、本実施形態のトナー量測定部によるトナー濃度測定結果の一例を示す。

表１は黒トナーの場合の測定結果を示しており、表１の第１行目の受光電圧Ｌ：５Ｖのときのトナー量測定部１３０（図１参照）におけるデジタル値は５０であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上には黒トナーは無いことが示されている。また、表１の第２行目の受光電圧Ｌ：４Ｖのときのトナー量測定部におけるデジタル値は４０であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上の黒トナー濃度は小であること、同様に、表１の第４行目の受光電圧Ｌ：２．８Ｖのときのトナー量測定部におけるデジタル値は２８であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上の黒トナー濃度は大であることが示されている。

表２は、カラートナーの場合の測定結果を示しており、表２の第１行目の受光電圧Ｌ：α＋０Ｖのときのトナー量測定部１３０（図１参照）におけるデジタル値は５０であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上にはカラートナーは無いことが示されている。なお、「α」は、予め測定しておいた反射光の電圧値（図４参照）である。カラートナーの場合、この反射光は鏡面反射光と拡散反射光とが合成されたものとなる。

また、表２の第２行目の受光電圧Ｌ：α＋２Ｖのときのトナー量測定部におけるデジタル値は７０であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上のカラートナー濃度は小であること、同様に、表２の第４行目の受光電圧Ｌ：α＋３Ｖのときのトナー量測定部におけるデジタル値は８０であり、そのとき、中間転写体ベルト５００上のカラートナー濃度は大であることが示されている。

次に、上記本発明の第１の実施形態のトナー量測定ヘッドの変形例である第２〜第４の実施形態のトナー量測定ヘッドについて説明する。

図５〜図８に本発明の第１〜第４の実施形態における光導波路の模式図を示す。

図５は、第１の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。この図５は、図２（ａ）から（ｃ）に示した第１の実施形態のトナー量測定ヘッド１００の概略構成図のうち、光導波路の部分を模式的に示したものである。

すなわち、このトナー量測定ヘッド１００は、光源１０２から発せられた光を一端から入射し、他端が、光センサ１０３の取付位置が鏡面反射光の進行方向となる出射点１０５まで延び、該他端から中間転写体ベルト５００に向けて光１０２ａを出射する第１の光導波路１０４ａ、および一端が光センサ１０３と光学的に結合し、他端が、上記出射点１０５から中間転写体ベルト５００に向けて出射された光１０２ａの拡散反射光１０３ｂを入射する入射点１０６ｂまで延び、該他端で拡散反射光１０３ｂを入射して光センサ１０３まで導く第２の光導波路１０４ｂを備えている。

このトナー量測定ヘッド１００では、光源１０２から発せられ第１の光導波路１０４ａを経由した光１０２ａは出射点１０５から中間転写体ベルト５００に照射され、その反射光のうちの鏡面反射光１０３ａは直接光センサ１０３に入射し、その反射光のうちの拡散反射光１０３ｂは入射点１０６から第２の光導波路１０４ｂを経由して光センサ１０３に到達する。

図６は、第２の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。

すなわち、このトナー量測定ヘッド１００＿２は、光源１０２＿２から発せられた光を一端から入射し、他端が、光センサ１０３＿２の取付位置が拡散反射光の進行方向となる出射点１０５まで延び該他端から中間転写体ベルト５００に向けて光を出射する第１の光導波路１０４＿２ａ、および一端が光センサ１０３＿２と光学的に結合し、他端が、光源１０２＿２から中間転写体ベルト５００に向けて出射された光の鏡面反射光を入射する入射点１０６まで延び、該他端で拡散反射光を入射して光センサ１０３＿２まで導く第２の光導波路１０４＿２ｂを備えている。

このトナー量測定ヘッド１００＿２では、光源１０２＿２から発せられた光の一部は直接中間転写体ベルト５００に照射されるとともに他の一部は第１の光導波路１０４＿２ａを経由して中間転写体ベルト５００に照射される。中間転写体ベルト５００からの鏡面反射光１０３ａおよび拡散反射光１０３ｂはともに入射点１０６＿２から第２の光導波路１０４＿２ｂを経由して光センサ１０３＿２に到達する。

図７は、第３の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。

すなわち、このトナー量測定ヘッド１００＿３は、一端が光センサ１０３＿３と光学的に結合し、他端が、光源１０２＿３から中間転写体ベルト５００に向けて出射された光１０２ａの鏡面反射光１０３ａを入射する第１の入射点１０６ａまで延び、該他端で鏡面反射光１０３ａを入射して光センサ１０３＿３まで導く第１の光導波路１０４＿３ａ、および一端が光センサ１０３＿３と光学的に結合し、他端が、光源１０２＿３から中間転写体ベルト５００に向けて出射された光１０２ａの拡散反射光１０３ｂを入射する第２の入射点１０６ｂまで延び、該他端で拡散反射光１０３ｂを入射して光センサ１０３＿３まで導く第２の光導波路１０４＿３ｂを備えている。

このトナー量測定ヘッド１００＿３では、光源１０２＿３から発せられた光は中間転写体ベルト５００に照射され、その反射光のうちの鏡面反射光１０３ａは第１の光導波路１０４＿３ａを経由して光センサ１０３＿３まで導かれ、反射光のうちの拡散反射光１０３ｂは第２の光導波路１０４＿３ｂを経由して光センサ１０３＿３まで導かれる。

図８は、第４の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。

すなわち、このトナー量測定ヘッド１００＿４は、光源１０２＿４から発せられた光を一端から入射し、他端が、光センサ１０３＿４の取付位置が鏡面反射光の進行方向となる第１の出射点１０５ａまで延び該他端から中間転写体ベルト５００に向けて光１０２ａを出射する第１の光導波路１０４＿４ａ、および光源１０２＿４から発せられた光を一端から入射し、他端が、光センサ１０３＿４の取付位置が拡散反射光の進行方向となる第２の出射点１０５ｂまで延び該他端から中間転写体ベルト５００に向けて光１０２ｂを出射する第２の光導波路１０４＿４ｂを備えている。

このトナー量測定ヘッド１００＿４では、光源１０２＿４から発せられた光の一部は第１の光導波路１０４＿４ａを経由して出射点１０５ａから中間転写体ベルト５００に照射されるとともに他の一部は第２の光導波路１０４＿４ｂを経由して出射点１０５ｂから中間転写体ベルト５００に照射される。中間転写体ベルト５００からの鏡面反射光１０３ａおよび拡散反射光１０３ｂはともに直接光センサ１０３＿４に入射する。

以上説明したように、第１の実施形態から第４の実施形態のトナー量測定ヘッドによれば、カラートナー及び黒トナーいずれのトナー量をも高精度で測定することができる。

なお、以上の第１の実施形態から第４の実施形態のトナー量測定ヘッドは、中聞転写体ベルト５００を本発明のトナー担持体としたが、本発明はこれに限らず、感光体をトナー担持体として、感光体上に形成されたトナーによる反射光を受光してもよい。

本発明の第１の実施形態であるトナー量測定ヘッドを備えた画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態であるトナー量測定ヘッドの概略構成図である。 黒トナーの場合のトナー濃度と光センサの受光電圧との関係を示すグラフである。 カラートナーの場合のトナー濃度と光センサの受光電圧との関係を示すグラフである。 第１の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。 第２の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。 第３の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。 第４の実施形態のトナー量測定ヘッドにおける光導波路の模式図である。 黒トナー用の光センサとカラートナー用の光センサとを用いたトナー量測定ヘッドの概要図である。 黒トナーのパッチにおけるトナー量と受光信号の大きさとの関係を示すグラフである。 カラートナーのパッチにおけるトナー量と光センサの受光信号との関係を示すグラフである。 カラートナーのパッチにおけるトナー量と受光信号の大きさとの関係を示す図１１とは異なる関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１００，１００＿２，１００＿３，１００＿４ トナー量測定ヘッド
１０１，１０１＿２，１０１＿３，１０１＿４ 基板
１０２，１０２＿２，１０２＿３，１０２＿４ 光源
１０２ａ 出射光
１０３，１０３＿２，１０３＿３，１０３＿４ 光センサ
１０３ａ 鏡面反射光
１０３ｂ 拡散反射光
１０４ａ，１０４＿２ａ，１０４＿３ａ，１０４＿４ａ 第１の光導波路
１０４ｂ，１０４＿２ｂ，１０４＿３ｂ，１０４＿４ｂ 第２の光導波路
１０５，１０５ａ，１０５ｂ 出射点
１０６，１０６ａ，１０６ｂ 入射点
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ ミラー
１３０ トナー量測定部
２１０ 入力部
２２０ 画像処理部
２３０ パッチパターン発生器
２４０ パルス幅変調回路
２５０ レーザードライバ
３００ トナー像形成部
３０１，３０２，３０３，３０４ 露光器
３１１，３１２，３１３，３１４ 感光体
３２１，３２２，３２３，３２４ 帯電器
３３１，３３２，３３３，３３４ 現像器
４００ 転写器
５００ 中間転写体ベルト
５０１ ロール
６００ パッチ

Claims (6)

1. トナーを担持しながら所定方向に移動するトナー担持体に対向して配備された基板と、
   前記基板に取り付けられた光源と、
   前記基板に取り付けられた光センサと、
   前記光源および前記光センサのうちの少なくとも一方と光学的に結合し、前記光源から発せられた光のうちの鏡面反射光と拡散反射光との双方が前記光センサに入射するように前記基板に形成された光導波路とを備えたことを特徴とするトナー量測定ヘッド。
2. 前記光導波路が、
   前記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、前記光センサの取付位置が鏡面反射光の進行方向となる出射点まで延び該他端から前記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
   一端が前記光センサと光学的に結合し、他端が、前記出射点から前記トナー担持体に向けて出射された光の拡散反射光を入射する入射点まで延び、該他端で拡散反射光を入射して前記光センサまで導く第２の光導波路とからなることを特徴とする請求項１記載のトナー量測定ヘッド。
3. 前記光導波路が、
   前記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、前記光センサの取付位置が拡散反射光の進行方向となる出射点まで延び該他端から前記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
   一端が前記光センサと光学的に結合し、他端が、前記光源から前記トナー担持体に向けて出射された光の鏡面反射光を入射する入射点まで延び、該他端で鏡面反射光および拡散反射光を入射して前記光センサまで導く第２の光導波路とからなることを特徴とする請求項１記載のトナー量測定ヘッド。
4. 前記光導波路が、
   一端が前記光センサと光学的に結合し、他端が、前記光源から前記トナー担持体に向けて出射された光の鏡面反射光を入射する第１の入射点まで延び、該他端で鏡面反射光を入射して前記光センサまで導く第１の光導波路と、
   一端が前記光センサと光学的に結合し、他端が、前記光源から前記トナー担持体に向けて出射された光の拡散反射光を入射する第２の入射点まで延び、該他端で拡散反射光を入射して前記光センサまで導く第２の光導波路とからなることを特徴とする請求項１記載のトナー量測定ヘッド。
5. 前記光導波路が、
   前記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、前記光センサの取付位置が鏡面反射光の進行方向となる第１の出射点まで延び該他端から前記トナー担持体に向けて光を出射する第１の光導波路と、
   前記光源から発せられた光を一端から入射し、他端が、前記光センサの取付位置が拡散反射光の進行方向となる第２の出射点まで延び該他端から前記トナー担持体に向けて光を出射する第２の光導波路とからなることを特徴とする請求項１記載のトナー量測定ヘッド。
6. トナーを担持しながら所定方向に移動するトナー担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を所定の記録媒体に転写し、該記録媒体に転写されたトナー像を加熱して該記録媒体に定着トナー像を形成する画像形成装置であって、
   前記トナー担持体に対向して配備された基板と、前記基板に取り付けられた光源と、前記基板に取り付けられた光センサと、前記光源および前記光センサのうちの少なくとも一方と光学的に結合し、前記光源から発せられた光のうちの鏡面反射光と拡散反射光との双方が前記光センサに入射するように前記基板に形成された光導波路とを備えたトナー量測定ヘッド、および
   前記トナー担持体上にトナーが存在するときに該トナー担持体から反射された光を前記光センサが受光した受光量と、前記トナー担持体上にトナーが存在しないときに該トナー担持体から反射された光を前記光センサが受光した受光量とに基づき該トナー担持体上のトナー量を測定するトナー量測定部を有することを特徴とする画像形成装置。

Images