JP2008224956A - トナー濃度検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度の検出精度を向上できるトナー濃度検出装置を提供する。
【解決手段】トナー像を担持するトナー像担持体６１のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置８０において、光源１０１と、光源１０１の出射光をＰ偏光とＳ偏光に分離してＰ偏光をトナー像形成部６１ａに導くとともにＳ偏光をトナー像非形成部６１ｂに導く第１偏光分離部１２１と、トナー像形成部６１ａの反射光をＰ偏光とＳ偏光に分離する第２偏光分離部１２２と、第２偏光分離部１２２により分離されたＰ偏光を受光する第１受光部１１１と、第２偏光分離部１２２により分離されたＳ偏光を受光する第２受光部１１２と、トナー像非形成部６１ｂの反射光を受光する第３受光部１０２とを備え、第１、第２受光部１１１、１１２の受光量に基づいてトナー濃度を検出するとともに、第３受光部１０２の受光量に基づいて光源１０１の光量を可変した。
【選択図】図３

Description

本発明は、トナー像を担持するトナー像担持体のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。

カラープリンタ等の画像形成装置にはトナー像を担持する感光ドラム等のトナー像担持体が設けられる。トナー像担持体のトナー濃度を検出する従来のトナー濃度検出装置は特許文献１に開示されている。このトナー濃度検出装置は光源の出射光を偏光板によって分離し、Ｐ偏光を感光ドラム上のトナー像が形成されたトナー像形成部に照射する。

トナー像形成部の照射光は感光ドラムで正反射するとともにトナー像で乱反射する。これにより、トナー像形成部の反射光にはＰ偏光とＳ偏光が含まれ、偏光板によって分離されたＰ偏光及びＳ偏光がそれぞれ第１、第２受光部に受光される。第１受光部に受光されたＰ偏光は正反射成分と乱反射成分が含まれ、第２受光部に受光されたＳ偏光は乱反射成分から成る。また、乱反射成分のＰ偏光とＳ偏光とは光量が等しい。このため、第１、第２受光部の受光量の差によって感光ドラム表面で正反射した光の光量が得られる。

トナー濃度が低いと感光ドラム表面で正反射した光の光量が増加し、トナー濃度が高いと感光ドラム表面で正反射した光の光量が減少する。従って、第１、第２受光部の受光量に基づいてトナー像のトナー濃度を検出することができる。画像形成装置は検出結果に応じてトナー像担持体に担持されるトナー像のトナー濃度を可変し、良好な画像を出力することができる。また、感光ドラムからトナー像が転写される中間転写体をトナー像担持体として同様のトナー濃度検出装置によりトナー濃度を検出することができる。

特開平６−２５０４８０号公報（第２頁−第４頁、第２図）

しかしながら、上記従来のトナー濃度検出装置によると、トナー像担持体がトナー像形成面に垂直な方向に変動すると反射光の光路が変動する。これにより、第１、第２受光部の入射面に対して反射光の入射位置がずれるため受光量が減少する。特に、無端ベルトから成る中間転写体は周回するためトナー像の転写面に垂直な方向への蛇行が生じ易く、第１、第２受光部の受光量減少が著しい。また、トナーに含まれる研磨剤がトナー像担持体に堆積するとトナー像担持体の反射率が低下するため、第１、第２受光部の受光量が減少する。

第１、第２受光部の受光量が減少すると信号のＳ／Ｎ比が低下するため、量子化誤差が大きくなる。これにより、トナー濃度の検出精度が低下する問題があった。また、これに伴って画像形成装置の画質が低下する問題があった。

本発明は、トナー濃度の検出精度を向上できるトナー濃度検出装置を提供することを目的とする。また本発明は、トナー濃度の検出精度を向上して画質を向上できる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ために本発明は、トナー像を担持するトナー像担持体のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置において、光源と、前記光源の出射光を第１、第２偏光に分離して第１偏光をトナー像のトナー像形成部に導くとともに第２偏光をトナー像のトナー像非形成部に導く第１偏光分離部と、前記トナー像形成部の反射光を第１、第２偏光に分離する第２偏光分離部と、第２偏光分離部により分離された第１偏光を受光する第１受光部と、第２偏光分離部により分離された第２偏光を受光する第２受光部と、前記トナー像非形成部の反射光を受光する第３受光部とを備え、第１、第２受光部の受光量に基づいてトナー濃度を検出するとともに、第３受光部の受光量に基づいて前記光源の光量を可変することを特徴としている。

この構成によると、光源の出射光は第１偏光分離部でＰ偏光及びＳ偏光に分離され、例えば、Ｐ偏光がトナー像形成部に照射されてＳ偏光がトナー像非形成部に照射される。トナー像形成部に照射された光の反射光はトナー像による乱反射成分を含むため第２偏光分離部でＰ偏光及びＳ偏光に分離される。第２偏光分離部で分離されたＰ偏光は第１受光部により受光され、Ｓ偏光は第２受光部により受光される。また、トナー像非形成部の反射光は第３受光部により受光される。トナー像担持体がトナー像形成面に垂直な方向に変動した場合や、トナーに含まれる研磨剤がトナー像担持体に堆積してトナー像担持体の反射率が低下した場合に第３受光部の受光量が減少する。光源は第３受光部の受光量に応じて出射光の光量が可変される。これにより、トナー像担持体の反射光の光量が所定値以上に保持される。そして、第１受光部で受光されたＰ偏光と第２受光部で受光されたＳ偏光の光量を比較してトナー濃度が検出される。

また本発明は、上記構成のトナー濃度検出装置において、第１偏光分離部で分離された第１、第２偏光のトナー像担持体に対する入射角が等しいことを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー濃度検出装置において、第３受光部の受光量が増加した際に出力電圧を下げるとともに第３受光部の受光量が減少した際に出力電圧を上げる比較演算回路と、前記比較演算回路の出力電圧によって前記光源を駆動する駆動回路とを備えたことを特徴としている。

また本発明の画像形成装置は、上記各構成のトナー濃度検出装置を備え、前記トナー濃度検出装置の検知結果に基づいてトナー像のトナー濃度を可変したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記トナー像担持体は周回する無端ベルトにより形成される中間転写体から成ることを特徴としている。この構成によると、感光ドラム上に形成されるトナー像が周回する中間転写体に転写され、中間転写体に担持されるトナー像のトナー濃度がトナー濃度検出装置により検出される。

本発明によると、トナー像が形成されないトナー像非形成部で反射した光の光量に基づいて光源の光量を可変するので、トナー像担持体がトナー像の形成面に垂直な方向に変動した場合や、トナーに含まれる研磨剤がトナー像担持体に堆積した場合でも第１、第２受光部の受光量が所定値以上に保持される。従って、トナー濃度を正確に検出することができるとともに、画像形成装置の画質の低下を防止することができる。

また本発明によると、第１偏光分離部で分離された第１、第２偏光のトナー像担持体に対する入射角が等しいので、トナー像形成部の反射光の光量とトナー像非形成部の反射光の光量とを同じにすることができる。従って、トナー濃度をより正確に検出することができる。

また本発明によると、第３受光部の受光量が増加した際に出力電圧を下げて減少した際に出力電圧を上げる比較演算回路と、比較演算回路の出力電圧によって光源を駆動する駆動回路とを備えたので、第１、第２受光部の受光量を容易に所定値以上に保持することができる。

また本発明によると、トナー像担持体は周回する無端ベルトにより形成される中間転写体から成るので、周回によってトナー像形成面に垂直な方向に中間転写体が変動してもトナー濃度を正確に検出することができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す正面図である。画像形成装置１はカラー複写機から成り、上ハウジング１１及び下ハウジング１２を有している。上ハウジング１１上には原稿を搬送する原稿搬送部２が後方を支点に開閉自在に載置されている。

原稿搬送部２は原稿給紙トレイ２１、原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３及び原稿カバー２４を備えている。原稿給紙トレイ２１は原稿が載置される。原稿搬送部本体２２は原稿給紙トレイ２１から供給された原稿を読み取るために搬送する。原稿排紙トレイ２３は原稿搬送部本体２２から排紙された原稿を保管する。原稿カバー２４は原稿搬送部２を開いて上ハウジング１１上面の原稿載置板２６に載置される原稿を押える。

原稿搬送部本体２２内には原稿搬送方向ｄの上流側から順にピックアップローラー２２ａ、搬送ローラー２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられる。ピックアップローラー２２ａにより原稿給紙トレイ２１から原稿が取り出され、搬送ローラー２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより原稿が搬送される。

搬送ローラー２２ｃ、２２ｄ間には画像読取り部２５が設けられている。画像読取り部２５は原稿給紙トレイ２１から供給された原稿を所定の姿勢に保持し、上ハウジング１１内に設けられた露光部３による画像読み取りが行われる。

露光部３は露光ランプ３１、反射板３２、第１、第２、第３ミラー３３、３４、３５、集光レンズ３６及びイメージセンサ３７を備えている。露光ランプ３１は光を出射し、反射板３２により集光された光が画像読取部２５に照射される。画像読取部２５で原稿から反射した光は第１〜第３ミラー３３〜３５を介して集光レンズ３６によりＣＣＤ等から成るイメージセンサ３７上に集光される。これにより、原稿給紙トレイ２１から供給された原稿の画像が読み取られる。

また、露光ランプ３１、反射板３２及び第１ミラー３３は一体に図中、右方向に移動し、原稿載置板２６上に載置された原稿をスキャンする。これにより、原稿載置板２６上の原稿の反射光がイメージセンサ３７上に集光され、該原稿の画像が読み取られる。

下ハウジング１２には給紙部４、画像形成部５及び定着装置７が内部に設けられ、排紙トレイ８が外部に取り付けられている。給紙部４は下ハウジング１２の下部に配置され、記録紙Ｐを収納する給紙カセット４２ａ及び複数の給紙カセット４１ａを有している。

給紙カセット４１ａ、４２ａの記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅ、４２ｅにより搬送される。記録紙搬送路４２ｅは記録紙搬送路４１ｅから分岐し、給紙カセット４２ａの記録紙Ｐは記録紙搬送路４２ｅで搬送された後に記録紙搬送路４１ｅで搬送される。記録紙搬送路４１ｅで搬送される記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅの排出端から排紙トレイ８に導かれる。

記録紙搬送路４１ｅは各給紙カセット４１ａに対応して分岐し、それぞれピックアップローラー４１ｂ及び搬送ローラー４１ｃが設けられる。また、記録紙搬送路４１ｅの合流後に搬送ローラー４１ｄが設けられる。記録紙搬送路４２ｅはピックアップローラー４２ｂ及び搬送ローラー４２ｃ、４２ｄが設けられる。

ピックアップローラー４１ｂにより各給紙カセット４１ａから記録紙Ｐが取り出され、搬送ローラー４１ｃ、４１ｄにより搬送される。また、ピックアップローラー４２ｂにより給紙カセット４２ａから記録紙Ｐが取り出され、搬送ローラー４２ｃ、４２ｄにより搬送される。

画像形成部５は記録紙搬送路４１ｅの上方に配される。画像形成部５は記録紙搬送路４１ｅ、４２ｅに搬送される記録紙Ｐ上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせて形成する。本実施形態では４色のトナー像を記録紙に転写しているが、２色以上であれば同様に構成することができる。定着装置７は画像形成部５の後段に配される。定着装置７は画像形成部５によって記録紙Ｐに形成されたトナー像を加熱定着する。

図２は画像形成部５の詳細を示す正面図である。画像形成部５は画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄ、中間転写体６１、６３、転写器５５、６２、６４及びトナー濃度検出装置８０を備えている。中間転写体６１は無端ベルトから成り、支持ローラー６５ａ、６５ｂ、６５ｃにより不等辺三角形をなすように張架支持されて周回する。トナー濃度検出装置８０は詳細を後述するように中間転写体６１に担持されるトナー像のトナー濃度を検知する。中間転写体６３は中間転写体６１を挟んで支持ローラー６５ａに対向配置された回転するドラムから成る。

転写器５５は中間転写体６１を挟んで後述する各感光ドラム５１に対向して複数設けられる。転写器５５には感光ドラム５１の表面で帯電するトナーの極性と逆極性が印加される。転写器６２は記録紙搬送路４１ｅを通る記録紙Ｐ及び中間転写体６１を挟んで支持ローラー６５ｃに対向配置される。転写器６２には中間転写体６１の表面で帯電するトナーの極性と逆極性が印加される。

転写器６４は記録紙搬送路４１ｅ、４２ｅの分岐点よりも後段に設けられ、記録紙搬送路４１ｅを通る記録紙Ｐを挟んで中間転写体６３に対向配置される。転写器６４には中間転写体６３の表面で帯電するトナーの極性と逆極性が印加される。また、図示しないが、中間転写体６３近傍には中間転写体６１の表面で帯電するトナーの極性と逆極性が印加される転写器が設けられる。

画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄはそれぞれ同様の構成になっており、中間転写体６１に接してタンデム配置される。画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄによってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像がそれぞれ形成される。ブラック用の画像形成ユニット５０ｄは中間転写体６３に近い側に配置される。イエロー、マゼンタおよびシアン用の画像形成ユニット５０ａ〜５０ｃは配列順序を変えてもよい。

画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄは感光ドラム５１を有している。感光ドラム５１の周囲には図中、反時計回りに帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、除電器５６、クリーニング器５７が設けられる。現像器５４と除電器５６との間で感光ドラム５１が中間転写体６１と接触する。

感光ドラム５１は図中、反時計回り（矢印Ａ方向）に回転し、帯電器５２は感光ドラム５１を均一に帯電させる。光走査ユニット５３はレーザー光を出射し、イメージセンサ３７（図１参照）で読み取られた画像情報に応じて帯電した感光ドラム５１表面の電荷を消去する。これにより、感光ドラム５１の表面に静電潜像を形成する。

現像器５４は感光ドラム５１上の静電潜像にトナーを供給してトナー像として顕像化する。このトナー像が転写器５５により中間転写体６１に転写される。除電器５６は感光ドラム５１の表面電荷を除去する。クリーニング器５７は感光ドラム５１に接するブレード等から成り、中間転写体６１に転写されなかった残留トナーを除去する。

ブラック用の画像形成ユニット５０ｄは画像形成ユニット５０ａ〜５０ｃと同様に、上部の帯電器５２から図中、反時計回りに光走査ユニット５３、現像器５４が設けられる。また、中間転写体６１との接触部分を介して除電器５６、クリーニング器５７が設けられる。これにより、感光ドラム５１は図中、反時計回り（矢印Ａ）に回転してトナー像を中間転写体６１に転写できる。

また、帯電器５２から図中、時計回りにも同様に光走査ユニット５３、現像器５４が設けられる。また、中間転写体６１との接触部分を介して、除電器５６、クリーニング器５７が設けられる。これにより、感光ドラム５１は図中、時計回り（矢印Ｂ）にも回転してトナー像を中間転写体６１に転写することができる。

上記構成の画像形成装置１において、原稿給紙トレイ２１または原稿載置板２６に原稿がセットされると、露光部３のイメージセンサ３７によって原稿の画像が読み取られる。読み取られた画像情報は画像形成部５に送られる。

画像形成部５でカラー画像を形成する場合は、支持ローラー６５ｂの駆動により中間転写体６１が図２の矢印Ａ方向に回転する。また、各画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄの感光ドラム５１が図中、時計回り（矢印Ａ方向）に回転する。感光ドラム５１が回転を開始すると、帯電器５２により表面が均一に帯電される。

次に、光走査ユニット５３から照射されるレーザー光によって記録紙Ｐに形成される画像部分または画像以外の部分に相当する電荷が消去される。これにより、感光ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。感光ドラム５１上の静電潜像には現像器５４によってトナーが供給され、トナー像として顕像化される。

感光ドラム５１がさらに回転してトナー像が転写器５５と対向すると、転写器５５にトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。これにより、感光ドラム５１表面のトナー像が中間転写体６１に転写される。感光ドラム５１表面の静電潜像は除電器５６により除電され、転写されなかった残留トナーはクリーニング器５７によって感光ドラム５１上から除去される。

各画像形成ユニット５０ａ〜５０ｄは所定のタイミングで順に駆動され、中間転写体６１上にブラックを含むカラーのトナー像が重ねられる。

中間転写体６１は更に回転してトナー像が転写器６２と対向する位置に配される。この時、記録紙搬送路４１ｅにより搬送される記録紙Ｐが中間転写体６１と転写器６２との間に配される。転写器６２にはトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、中間転写体６１上のトナー像が記録紙Ｐに転写される。中間転写体６１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器（不図示）によって中間転写体６１上から除去される。

トナー像が転写された記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅで搬送され、定着装置７に導かれる。定着装置７ではトナー像が記録紙Ｐに定着される。画像を定着した記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅを搬送されて排紙トレイ８に排出される。

画像形成部５によってモノクロ画像を形成する場合は、支持ローラー６５ａの駆動により中間転写体６１が図２の矢印Ｂ方向に回転する。この時、イエロー、マゼンタ及びシアン用の画像形成ユニット５０ａ〜５０ｃの感光ドラム５１は中間転写体６１に接して矢印Ｂ方向に回転するが、画像形成を行わない。

ブラック用の画像形成ユニット５０ｄは感光ドラム５１が図中、時計回り（矢印Ｂ）回転する。そして、上記と同様に、モノクロのトナー像が感光ドラム５１上に形成され、中間転写体６１に転写される。中間転写体６１に転写されたトナー像が中間転写体６３と対向すると、図示しない転写器によって中間転写体６３にトナー像が転写される。

中間転写体６３が更に回転すると中間転写体６３に転写されたトナー像が転写器６４と対向する位置に配される。この時、給紙カセット４２ａから記録紙搬送路４２ｅ、４１ｅにより搬送された記録紙Ｐが中間転写体６３と転写器６４との間に配される。転写器６４にはトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、中間転写体６３上のトナー像が記録紙Ｐに転写される。中間転写体６３上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器（不図示）によって中間転写体６３上から除去される。

トナー像が転写された記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅで搬送され、定着装置７に導かれる。定着装置７ではトナー像が記録紙Ｐに定着される。画像を定着した記録紙Ｐは記録紙搬送路４１ｅを搬送されて排紙トレイ８に排出される。

これにより、モノクロ画像を形成する場合に、感光ドラム５１から記録紙Ｐに定着されるまでのトナー像の移動距離がカラー画像を形成する場合に比して短縮される。従って、モノクロ画像を形成する場合の１枚目の画像が排出されるまでの時間を短縮することができる。

図３はトナー濃度検出装置８０の構成を示すブロック図である。トナー濃度検出装置８０はトナー像を担持する中間転写体６１（トナー像担持体）に対向配置される。中間転写体６１上には各色のトナー像から成るパッチ画像Ｇが感光ドラム５０ａ〜５０ｄからそれぞれ転写される。各パッチ画像Ｇは中間転写体６１の周方向にずれた位置に配される。これにより、中間転写体６１上にはトナー像から成るパッチ画像Ｇが形成されるトナー像形成部６１ａと、トナー像が形成されないトナー像非形成部６１ｂとが設けられる。

トナー濃度検出装置８０は光源１０１を有したＡＰＣ回路１００、第１、第２偏光分離部１２１、１２２、第１、第２受光部１１１、１１２、増幅回路１１３、１１４を備えている。ＡＰＣ（Auto Power Control）回路１００は光源１０１、第３受光部１０２、増幅回路１０３、比較演算回路１０４、駆動回路１０６を有している。

光源１０１はＬＥＤから成り、自然光を出射する。第１偏光分離部１２１は偏光板から成り、光源１０１の出射光を偏光分離してＰ偏光を透過するとともにＳ偏光を反射する。第１偏光分離部１２１は分離したＰ偏光及びＳ偏光がそれぞれ中間転写体６１のトナー像形成部６１ａ、６１ｂに照射されるように配置される。Ｐ偏光が照射されるトナー像形成部６１ａはパッチ画像Ｇが形成されるため、乱反射によるＰ偏光とＳ偏光とが反射光に含まれる。

第２偏光分離部１２２は偏光板から成り、トナー像形成部６１ａの反射光を偏光分離してＰ偏光を透過するとともにＳ偏光を反射する。第１、第２受光部１１１、１１２はフォトダイオードから成り、第２偏光分離部１２２により分離されたＰ偏光及びＳ偏光をそれぞれ受光する。第１、第２受光部１１１、１１２をフォトトランジスタにより形成してもよい。増幅回路１１３、１１４は第１、第２受光部１１１、１１２から受光量に応じて出力される信号を増幅し、電圧Ｖｐ、Ｖｓをそれぞれ出力する。

第３受光部１０２はフォトトランジスタから成り、トナー像非形成部６１ｂの反射光を受光する。第３受光部１０２をフォトダイオードにより形成してもよい。増幅回路１０３は第３受光部１０２から受光量に応じて出力される信号を増幅し、電圧Ｖｉを出力する。

図４は比較演算回路１０４を示す回路図である。比較演算回路１０４はＯＰアンプ１０７による差動増幅回路により構成されている。ＯＰアンプ１０７の端子（＋）には基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧して入力される。例えば、抵抗Ｒ３＝１ｋΩ、Ｒ４＝２ｋΩである。

ＯＰアンプ１０７の端子（−）側には増幅回路１０３から出力された電圧Ｖｉが抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧して印加される。例えば、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、Ｒ２＝２ｋΩである。抵抗Ｒ２の一端はＯＰアンプ１０７の出力側に接続されている。これにより、比較演算回路１０４から出力される電圧Ｖｏは式（１）で表わされる。

Ｖｏ＝−（Ｒ２／Ｒ１）Ｖｉ＋（Ｒ４／Ｒ３）Ｖｒｅｆ ・・・（１）

増幅回路１０３から出力される電圧Ｖｉは第３受光部１０２の受光量に応じて変化する。これにより、第３受光部１０２の受光量が増加して電圧Ｖｉが上昇すると比較演算回路１０４から出力される電圧Ｖｏが下がる。また、第３受光部１０２の受光量が減少して電圧Ｖｉが降下すると比較演算回路１０４から出力される電圧Ｖｏが上がる。

図５は駆動回路１０６を示す回路図である。駆動回路１０６はトランジスタＴｒを有している。トランジスタＴｒのコレクタには、電源電圧Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）が印加された光源１０１が接続される。トランジスタＴｒのエミッタは抵抗Ｒ５（例えば、５６Ω）を介して接地され、比較演算回路１０４から出力される電圧Ｖｏがベースに入力される。この時、光源１０１の駆動電流Ｉｆは式（２）で表わされる。ここで、Ｖｂｅはベースエミッタ間電圧で約０．６Ｖである。

Ｉｆ≒（Ｖｏ−Ｖｂｅ）／Ｒ５ ・・・（２）

光源１０１の駆動電圧Ｖｆは駆動電流Ｉｆの増減に対応して増減される。このため、比較演算回路１０４から出力される電圧Ｖｏに応じて光源１０１の駆動電圧Ｖｆが可変される。即ち、第３受光部１０２の受光量が増加すると光源１０１の駆動電圧Ｖｆが下がり、出射光の光量が減少する。また、第３受光部１０２の受光量が減少すると光源１０１の駆動電圧Ｖｆが上がり、出射光の光量が増加する。

増幅回路１１３、１１４から出力される電圧Ｖｐ、Ｖｓはそれぞれトナー像形成部６１ａの反射光に含まれるＰ偏光とＳ偏光の光量に応じて増減する。トナー像形成部６１ａに照射されるＰ偏光は中間転写体６１の表面で正反射するとともにパッチ画像Ｇで乱反射する。このため、第１受光部１１１は中間転写体６１の表面で正反射したＰ偏光と、パッチ画像Ｇで乱反射したＰ偏光とを受光する。また、第２受光部１１２はパッチ画像Ｇで乱反射したＳ偏光のみを受光する。

従って、電圧Ｖｐ、Ｖｓはそれぞれ式（３）、式（４）に示すように表わされる。ここで、Ｖｐｍは中間転写体６１の表面で正反射したＰ偏光に基づく電圧である。Ｖｐｒはパッチ画像Ｇで乱反射したＰ偏光に基づく電圧である。Ｖｓｒはパッチ画像Ｇで乱反射したＳ偏光に基づく電圧である。

Ｖｐ＝Ｖｐｍ＋Ｖｐｒ ・・・（３）
Ｖｓ＝Ｖｓｒ ・・・（４）

パッチ画像Ｇで乱反射するＰ偏光とＳ偏光とは光量がほぼ等しいため、中間転写体６１の表面で正反射したＰ偏光に基づく電圧Ｖｐｍは式（５）で表わされる。従って、パッチ画像Ｇが形成されない時のトナー像形成部６１ａの反射光による電圧を予め取得してこれをＶｐ０とすると、トナー濃度Ｘ［％］は式（６）で表わされる。これにより、中間転写体６１のトナー濃度Ｘを検出することができる。

Ｖｐｍ＝Ｖｐ−Ｖｓ ・・・（５）
Ｘ＝（１−Ｖｐｍ／Ｖｐ０）×１００［％］ ・・・（６）

図６に示すように、中間転写体６１がトナー像の形成面に対して垂直方向に変動量ΔＺで変動すると、第３受光部１０２の受光量が減少する。また、トナーに含まれるＳｉＣやＳｉＯ₂等の研磨剤が中間転写体６１に堆積すると中間転写体６１の反射率が低下するため、第３受光部１０２の受光量が減少する。この時、ＡＰＣ回路１００によって光源１０１の光量が増加され、中間転写体６１の反射光の光量が所定値以上に維持される。

これにより、第１、第２受光部１１１、１１２の受光量が所定値以上に維持され、Ｓ／Ｎ比が高く保持される。従って、第１、第２受光部１１１、１１２の量子化誤差を小さくして正確にトナー濃度を検知することができる。

トナー濃度は中間転写体６１の周回によって各色に対して検出され、検出結果に応じて感光ドラム５０ａ〜５０ｄに供給されるトナー量が可変される。これにより、良好な画質を維持することができる。

本実施形態によると、トナー像非形成部６１ｂで反射した光の光量に基づいて光源１０１の光量を可変するので、中間転写体６１（トナー像担持体）がトナー像の形成面に垂直な方向に変動した場合や、トナーに含まれる研磨剤が中間転写体６１に堆積した場合でも第１、第２受光部１１１、１１２の受光量が所定値以上に保持される。従って、トナー濃度を正確に検出することができるとともに、画像形成装置１の画質の低下を防止することができる。

尚、第１偏光分離部１２１で分離されたＰ偏光とＳ偏光の中間転写体６１に対する入射角θ１、θ２（図３参照）を等しくするとより望ましい。これにより、トナー像形成部６１ａの反射光の光量とトナー像非形成部６１ｂの反射光の光量とを同じにすることができる。従って、トナー濃度をより正確に検出することができる。

トナー濃度検出装置８０を感光ドラム５０ａ〜５０ｄにそれぞれ対向して設け、各色のトナー濃度を検出してもよい。しかしながら、トナー濃度検出装置８０を中間転写体６１に対向して設けるとより望ましい。これにより、１つのトナー濃度検出装置８０によって各色のトナー濃度を検出することができ、部品点数を削減することができる。また、中間転写体６１は周回によってトナー像形成面に垂直な方向に変動し易いため、本実施形態によってより大きな効果を得ることができる。

本実施形態において、第１偏光分離部１２１によって分離されたＳ偏光をトナー像形成部６１ａに導いてＰ偏光をトナー像非形成部６１ｂに導いてもよい。また、画像形成装置１はカラー複写機から成っているが、プリンタやファクシミリ装置等の他の画像形成装置であってもよい。またモノクロの画像形成装置でもよい。即ち、トナー像を転写して画像を形成する画像形成装置において、同様の効果を得ることができる。

本発明によると、トナー像を担持するトナー像担持体のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置及びそれを用いた画像形成装置に利用することができる。

本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を示す正面図 本発明の実施形態の画像形成装置の画像トナー像形成部の詳細を示す正面図 本発明の実施形態の画像形成装置のトナー濃度検出装置を示すブロック図 本発明の実施形態の画像形成装置のトナー濃度検出装置の比較演算回路を示す回路図 本発明の実施形態の画像形成装置のトナー濃度検出装置の駆動回路を示す回路図 本発明の実施形態の画像形成装置の中間転写体６１の変動を説明する図

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 原稿搬送部
３ 露光部
４ 給紙部
５ 画像トナー像形成部
７ 定着装置
８ 排紙トレイ
２１ 原稿給紙トレイ
２６ 原稿載置板
３７ イメージセンサ
４１ａ、４２ａ 給紙カセット
４１ｅ、４２ｅ 記録紙搬送路
５０ａ〜５０ｄ 画像形成ユニット
５１ 感光ドラム
５２ 帯電器
５３ 光走査ユニット
５４ 現像器
５５、６２、６４ 転写器
５６ 除電器
５７ クリーニング器
６１、６３ 中間転写体
６１ａ トナー像形成部
６１ｂ トナー像非形成部
８０ トナー濃度検出装置
１００ ＡＰＣ回路
１０１ 光源
１０２ 第３受光部
１０３、１１３、１１４ 増幅回路
１０４ 比較演算回路
１０６ 駆動回路
１１１ 第１受光部
１１２ 第２受光部
１２１ 第１偏光分離部
１２２ 第２偏光分離部

Claims (5)

1. トナー像を担持するトナー像担持体のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置において、光源と、前記光源の出射光を第１、第２偏光に分離して第１偏光をトナー像が形成されたトナー像形成部に導くとともに第２偏光をトナー像が形成されないトナー像非形成部に導く第１偏光分離部と、前記トナー像形成部の反射光を第１、第２偏光に分離する第２偏光分離部と、第２偏光分離部により分離された第１偏光を受光する第１受光部と、第２偏光分離部により分離された第２偏光を受光する第２受光部と、前記トナー像非形成部の反射光を受光する第３受光部とを備え、第１、第２受光部の受光量に基づいてトナー濃度を検出するとともに、第３受光部の受光量に基づいて前記光源の光量を可変することを特徴とするトナー濃度検出装置。
2. 第１偏光分離部で分離された第１、第２偏光のトナー像担持体に対する入射角が等しいことを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度検出装置。
3. 第３受光部の受光量が増加した際に出力電圧を下げるとともに第３受光部の受光量が減少した際に出力電圧を上げる比較演算回路と、前記比較演算回路の出力電圧によって前記光源を駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトナー濃度検出装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のトナー濃度検出装置を備え、前記トナー濃度検出装置の検知結果に基づいてトナー像のトナー濃度を可変したことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記トナー像担持体は周回する無端ベルトにより形成される中間転写体から成ることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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