JP2009276591A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射面のスポット形状を正円にすることにより、パターン検出の検出精度を向上することができるトナー濃度センサを提供する。
【解決手段】測定光束Ｑを中間転写ベルト２４に向けて斜めから照射する発光素子３５と、発光素子３５から照射された測定光束ＱがトナーパッチＴで反射した時の反射光束を正反射成分と拡散反射成分とに分離する偏光分離プリズム３７と、偏光分離プリズム３７によって分離された正反射成分の反射光束と拡散反射成分の反射光束とを独立して受光する２つの受光素子３８，３９と、発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に沿う方向を短径とし且つ発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に垂直な方向を長径とする楕円又は長円形状のアパーチャ４０ｂを備えた開口絞り４０と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ又はファックシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置に搭載され、転写紙に転写する際のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ及び画像形成装置に関する。

従来から、現像剤としてトナーを用いると共に、現像装置によって転写材（転写紙）に転写する転写像（トナー像）が形成される感光体ドラムや二次転写ベルト（中間転写ベルト）等の像担持体と、この像担持体の表面に形成されたトナー像を像担持体と協働してニップ搬送しつつ転写する転写ローラと、を備えた画像形成装置が周知である。

また、像担持体に担持された基準トナー像（パターン、パッチ等）からの反射光量に基づいてトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、このトナー濃度センサからの出力値に基づいて基準トナー像の濃度が所定の濃度となるように現像装置から供給されるトナー量等を調整する画像形成装置も周知である。

このようなトナー濃度を調整するために像担持体に担持されたトナー像の濃度を検出するためのトナー濃度センサとしては、例えば、像担持体としての中間転写ベルト上に形成した検出用パターン（基準トナー像）を正反射光束（Ｐ波）と拡散反射光束（Ｓ波）との各受光タイミングを検出することによって行うものがある。

この際、正反射光束（Ｐ波）と拡散反射光束（Ｓ波）とは、センサ光源をＰ波に偏光し、Ｐ波の検出値とＳ波の検出値の差分とで中間転写ベルト上の検出用パターンを検出している。

これはＰ波のみ又はＳ波のみを信号として処理した場合、中間転写ベルトの地肌の反射率に影響を受け、その地肌に光沢がある場合と、例えば、経年劣化等に起因して光沢がなくなっている場合とでは、地肌の出力値を境に入れ替わる現象が存在するためである。

しかしながら、例えば、測定光束を検出用パターンに向けて照射するＬＥＤ等の発光素子と、この発光素子から照射された測定光束が検出用パターンで反射した時の反射光束を受光するフォトダイオード等の受光素子と、を備えた反射型のトナー濃度センサを用いた場合、発光素子と受光素子とを平行にレイアウトしてしまうと、検出用パターンの手前側と反射側とでは光路差が発生してしまう。

その結果、反射部位での照射スポットの断面形状は楕円形状となってしまうため、検出精度が著しく悪化し、Ｐ波・Ｓ波の検出タイミングにズレが生じてしまうという問題が生じていた。

また、このようなＰ波・Ｓ波の検出タイミングずれは、検出用パターンのトナー量が増減した場合におけるＰ波・Ｓ波の出力比率の変動によって、Ｐ波・Ｓ波の差分信号はさらに影響を受けることになるため、例えば、図６に示すように、検出用パターンの検出における受光タイミングのズレによる誤検知の要因となってしまう。

さらに、複数の像担持体上に形成した色ズレ検出用のパターンを中間転写ベルト上に転写し、この中間転写ベルト上に転写された各色ズレ検出用のパターンのタイミングを正反射光（Ｐ波）用と拡散反射光（Ｓ波）用の受光素子によって検出するカラー画像形成装置等にあっては、特に、Ｐ波・Ｓ波の受光タイミングにズレが生じないようにすることが重要となる。

そこで、発光素子から照射された測定光束の乱反射光束が受光素子に入射するのを防止するのを防止するために、開口絞りを設けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６２８０３号公報

ところが、単に開口絞りを配置しただけでは、正反射光と拡散反射光とに分離することができないため、中間転写ベルトの地肌劣化に伴って僅かなトナー量を検出することが困難であるうえ、発光素子から照射される測定光束を中間転写ベルトに斜めから照射する場合、その照射角度に起因して手前側と奥側とで生じる光路差によって、スポット形状が楕円となってしまい、色ズレ検出用のパターンの高精度な検出は困難なままであった。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、照射面のスポット形状を正円にすることにより、パターン検出の検出精度を向上することができるトナー濃度センサを提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、測定光束を照射対象物に向けて斜めから照射する発光手段と、前記発光手段から照射された測定光束が照射対象物で反射した時の反射光束を正反射成分と拡散反射成分とに分離する偏光手段と、該偏光手段によって分離された正反射成分の反射光束と拡散反射成分の反射光束とを独立して受光する２つの受光手段と、前記発光手段から照射された測定光束の照射方向に沿う方向を短径とし且つ前記発光手段から照射された測定光束の照射方向に垂直な方向を長径とする楕円又は長円形状のアパーチャを備えた絞り手段と、を備えていることを特徴とする。

この際、前記アパーチャは、短径をＬ、測定光束の光軸の照射対象物への入射角をθとしたときに、長径がＬｃｏｓθとされているのが好ましい。

また、本発明は、請求項１又は請求項２に記載のトナー濃度センサを備えている画像形成装置とすることができる。

本発明の画像形成装置は、照射面のスポット形状を正円にすることにより、パターン検出の検出精度を向上することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタの説明図、図２（Ａ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサの側面方向から見た説明図、図２（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサの底面方向から見た説明図、図３は本発明に係るトナー濃度センサに適用される開口絞りの正面図、図４は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサにおける照射対象物と測定光束との関係の説明図、図５（Ａ）は従来の開口絞りを用いた場合のセンサ出力のグラフ図、図５（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサにおける開口絞りを用いた場合のセンサ出力のグラフ図である。

（全体構成）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタ１１は、プリンタ本体１２の内部に、転写材としての転写紙（図示せず）を収納する給紙カセット１３と、給紙カセット１３から転写紙を取り出す給紙部１４と、給紙カセット１３又は図示を略する手差トレイから供給された転写紙に画像形成処理を行う画像形成処理部１５と、給紙カセット１３又は手差トレイから供給された転写紙を搬送する転写紙搬送経路１６と、転写紙搬送経路１６で搬送された転写紙を検知するレジストセンサ１７と、転写紙搬送経路１６で搬送された転写紙の整合並びに搬送タイミングを制御するレジストローラ対１８と、転写紙搬送経路１６で搬送された転写紙に画像形成処理部１５で画像形成処理（一次転写）したトナー像を転写する二次転写部１９と、二次転写部１９で転写されたトナー像を転写紙に定着する定着部２０と、を備えている。

（画像形成処理部１５）
画像形成処理部１５は、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を用いて画像形成処理を行うタンデム方式が採用されている。尚、以下の説明では、特に色指定に関する場合にのみ、各算用数字の符号に括弧書きで（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の色を付し、共通の場合には算用数字のみの符号を付して説明する。

画像形成処理部１５は、各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）毎に対応して、補給用トナーを収納した複数のトナーコンテナ２１と、各色トナーをパーソナルコンピュータ等から送信された印刷データに含まれる画像データに基づいてトナー像（転写像）を形成するアモルファスシリコン製の複数の感光体ドラム２２と、各感光体ドラム２２にトナーを供給する複数の現像器２３と、各感光体ドラム２２に形成されたトナー像が一次転写される無端状の中間転写ベルト２４と、中間転写ベルト２４の回動移動方向最下流側に配置された感光体ドラム２２（Ｋ）と二次転写部１９との間に配置されて中間転写ベルト２４のトナー像の反射濃度を測定するトナー濃度センサ２５と、トナー濃度センサ２５とは略反対側に配置されて中間転写ベルト２４の表面に付着した残トナー等を除去するクリーニングデバイス２６と、各感光体ドラム２２にビーム光束を出射する露光デバイス２７と、を備えている。

（感光体ドラム２２）
尚、各感光体ドラム２２は、その各表面に露光デバイス２７から出射されたビーム光束に基づいて各色のトナー像を担持して中間転写ベルト２４にトナー像を転写するためのものであり、現像器２３と共に中間転写ベルト２４の下方に配置されている。また、各感光体ドラム２２の周囲には、帯電デバイス２８、露光デバイス２７、現像器２３、一次転写ローラ２９、クリーニングデバイス３０、除電デバイス３１、が転写プロセス順に配置されている。

感光体ドラム２２と一次転写ローラ２９との協働によって構成された各一次転写部で中間転写ベルト２４上に転写されたトナー像は、給紙カセット１３又は手差トレイから転写紙搬送経路１６を通って搬送されてきた転写紙に対し二次転写部１９で転写される。

（現像器２３）
各現像器２３は、基本的に同一構成のものが中間転写ベルト２４の下方に回動移動方向に沿って隣接配置されている。尚、現像器２３の具体的な構成は、公知の構成であれば図示例のものに限定されるものではないため、ここでは省略する。

（中間転写ベルト２４）
中間転写ベルト２４は、プリンタ本体１２内で水平方向に延びて配置された無端ベルトであり、駆動ローラ３２と従動ローラ３３とによって画像形成動作に伴って循環駆動される。尚、中間転写ベルト２４は、従動ローラ（バックアップローラ）３３をテンションローラとしての緊張状態を維持しても良いし、駆動ローラ３２と従動ローラ３３とは別の専用のテンションローラを配置して緊張状態を維持しても良い。

尚、従動ローラ３３で折り返される中間転写ベルト２４の表面には、二次転写部１９の転写ローラ３４が接触するように対向配置されており、この転写ローラ３４と中間転写ベルト２４との協働によって転写紙をニップ搬送すると同時に中間転写ベルト２４に形成されたトナー像が転写紙に転写される。

また、二次転写部１９でトナー像を転写した転写紙は、転写紙搬送経路１６を通って定着部２０で定着された後、転写紙搬送経路１６の終端部へと案内されてプリンタ本体１２の上面として兼用する排紙トレイ１２ａに向けて排出される。

（トナー濃度センサ２５）
トナー濃度センサ２５は、図２に示すように、予め設定された所定枚数の画像形成処理を行う毎に、中間転写ベルト２４上にトナーパッチＴを形成し、このトナーパッチＴのトナー濃度をトナー濃度センサ２５で測定することによって、そのトナー濃度に応じて現像バイアス等の画像形成条件を補正制御することによって画像濃度補正処理を行なう際に用いられる。

従って、トナー濃度センサ２５は、中間転写ベルト２４の回動移動方向並びにこの回動移動方向と直交する幅方向のそれぞれに複数設けることができる。この際、トナー濃度センサ２５は、中間転写ベルト２４の幅方向片側だけのトナー濃度を検知したのでは幅方向でトナー濃度に傾きを生ずるいわゆる片焼け画像の場合に対応できないため、両幅付近に配置するのが好ましい。

本実施の形態において、トナー濃度センサ２５は、測定光束（光軸Ｌで示す）を照射対象物としての中間転写ベルト２４（トナーパッチＴ）に向けて照射する発光素子３５と、発光素子３５から照射された測定光束ＱがトナーパッチＴで反射した時の反射光束を正反射成分と拡散反射成分とに分離するために反射面（トナーパッチＴ）よりも上流側に配置された偏光プリズム（フィルタ）３６及び下流側に配置された偏光分離プリズム３７と、各プリズム３６，３７によって分離された正反射成分（Ｐ波）の反射光束と拡散反射成分（Ｓ波）の反射光束とを独立して受光する２つの受光素子３８，３９と、発光素子３５と偏向プリズム３６との間に配置された開口絞り４０と、を備えている。

（発光素子３５）
発光素子３５は、中間転写ベルト２４の表面に斜めから測定光束Ｑを照射するように所定の角度に傾けて配置され、ＬＥＤ等のビーム光束を照射するものが用いられている。尚、発光素子３５から照射される測定光束Ｑを平行光束とするため、発光素子３５の前面にコリメートレンズ等を配置しても良い。

（偏光プリズム３６）
偏光プリズム３６は、発光素子３５と中間転写ベルト２４との間に配置され、偏光プリズム３６はＰ偏光の光束のみを透過する。

（偏光分離プリズム３７）
偏光分離プリズム３７は、受光素子３８と中間転写ベルト２４との間に配置され、Ｐ偏光の光束を透過して受光素子３８に受光させ、Ｓ偏光の光束を反射して、受光素子３９に受光させる。

（受光素子３８，３９）
受光素子３８，３９には、フォトダイオード等が用いられ、その受光光量を検出して図示を略する制御回路（演算回路）に出力することによって、各素子３８，３９のＰ波・Ｓ波の検出値の差分とで中間転写ベルト２４の検出用パターン（トナーパッチＴ）を検出する。

尚、各受光素子３８，３９は、反射面（中間転写ベルト２４の表面）に関して共役に配置されている。尚、各受光素子３８，３９の前面に結像レンズ等を配置しても良い。

（開口絞り４０）
開口絞り４０は、図３に示すように、例えば、プレート状（又は有底円筒形状）のマスク部４０ａの中心にアパーチャ（開口）４０ｂが形成されている。

このアパーチャ４０ｂは、発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に沿う方向を短径とし且つ発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に垂直な方向を長径とする楕円形状（又は長円形状）を呈している。

この際、アパーチャ４０ａは、短径をＬ、測定光束Ｑ（光軸）の照射対象物としての中間転写ベルト２４への入射角をθとしたときに、長径はＬｃｏｓθに設定されている。これにより、測定光束Ｑは、アパーチャ４０ａを通過して中間転写ベルト２４に照射されたビームスポットＢＳの形状は、図２（Ｂ）に示すように、真円形状とすることができる。

上記の構成にいて、適正量のトナーパッチＴが、中間転写ベルト２４上に転写されたとき、発光素子３５から中間転写ベルト２４に測定光束Ｑを照射すると、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とを含んだ測定光束Ｑは、偏光プリズム３６によってＳ偏光の成分がカットされた後、Ｐ偏光の成分の測定光束Ｑが偏光プリズム３６から中間転写ベルト２４に斜めに照射される。

この際、Ｐ偏光の成分の測定光束Ｑは、トナーパッチＴを透過して中間転写ベルト２４の表面に達することなく、トナーパッチＴで反射される。

このとき、トナーパッチＴで反射された反射光束が有するＰ偏光の光をＰ波、Ｓ偏光の光をＳ波とすると、照射光によって反射する光が正反射する光の光路上（中間転写ベルト２４の法線方向に対して照射光と反対側となる正反射光路上）には偏光分離プリズム３７が配置されているため、この偏光分離プリズム３７によってＰ波とＳ波に分離されると共に、Ｐ波は受光素子３８に受光され、Ｓ波は受光素子３９に受光される。

これにより、受光素子３８及び受光素子３９は、受光した光量を光電変換して図示を略する制御回路へと出力し、中間転写ベルト２４に十分な量のトナーが付着している状態において、各出力信号レベルが等しくなるように、受光素子３８と受光素子３９との出力レベル（ゲイン）を調整する。

つまり、中間転写ベルト２４に適正トナー量（ベタ載せ状態）があれば、各素子３８，３９からの出力信号のレベルは等しくなる。

図５（Ａ）は、アパーチャ４０ｂを真円形状とした場合における各素子３８，３９からの出力信号のレベルを示し、Ｐ波の出力レベルとＳ波の出力レベルとにズレが発生している。

これに対し、本発明のアパーチャ４０ｂのように、発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に沿う方向を短径とし且つ発光素子３５から照射された測定光束Ｑの照射方向に垂直な方向を長径な楕円又は長円形状とすると共に、その短径をＬ、長径をＬｃｏｓθに設定することにより、図５（Ｂ）に示すように、各素子３８，３９からのＰ波の出力レベルとＳ波の出力レベルとをズレ無くすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのタンデム方式のカラープリンタの説明図である。 （Ａ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサの側面方向から見た説明図、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサの底面方向から見た説明図である。 本発明に係るトナー濃度センサに適用される開口絞りの正面図である。 本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサにおける照射対象物と測定光束との関係の説明図である。 （Ａ）は従来の開口絞りを用いた場合のセンサ出力のグラフ図、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るトナー濃度センサにおける開口絞りを用いた場合のセンサ出力のグラフ図である。 従来のトナー濃度センサにおけるタイミングズレを示す検出グラフ図である。

符号の説明

Ｔ…トナーパッチ（照射対象物）
１１…カラープリンタ（画像形成装置）
２４…中間転写ベルト（像担持体）
２５…トナー濃度センサ
３５…発光素子（発光手段）
３７…偏光分離プリズム
３８…受光素子（受光手段）
３９…受光素子（受光手段）
４０…開口絞り（絞り手段）
４０ｂ…アパーチャ（開口）

Claims (3)

1. 測定光束を照射対象物に向けて斜めから照射する発光手段と、前記発光手段から照射された測定光束が照射対象物で反射した時の反射光束を正反射成分と拡散反射成分とに分離する偏光手段と、該偏光手段によって分離された正反射成分の反射光束と拡散反射成分の反射光束とを独立して受光する２つの受光手段と、前記発光手段から照射された測定光束の照射方向に沿う方向を短径とし且つ前記発光手段から照射された測定光束の照射方向に垂直な方向を長径とする楕円又は長円形状のアパーチャを備えた絞り手段と、を備えていることを特徴とするトナー濃度センサ。
2. 前記アパーチャは、短径をＬ、測定光束の光軸の照射対象物への入射角をθとしたときに、長径がＬｃｏｓθとされていることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のトナー濃度センサを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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