JP3410758B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式のプリン
タや複写機などの画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタや複写機などの電子写真方式の
画像形成装置においては、環境変化や経時変化による形
成画像の濃度変動を補正制御するため、像担持体に付着
したトナー量を計測するための計測装置を備えたものが
知られている。

【０００３】計測装置としては、光源より像担持体に対
して光を照射し、像担持体からの反射光を受光部により
受光して、像担持体上に付着したトナー量を計測するも
のが知られている。

【０００４】この種の計測装置は、像担持体上のトナー
付着量を計測するために、像担持体のトナー付着部を再
度露光するため、像担持体上に付着したトナーを飛散さ
せる結果となる。この飛散したトナーは計測装置の光源
や受光部に付着し、正確な計測を妨げるという問題があ
る。

【０００５】そこで、この種の計測装置において、計測
装置のトナー付着量検出面または検出面と像担持体の間
にカバーガラスやレンズ等の光学部材を設け、光源や受
光部へのトナーの付着を防止する方法が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された計測装置においても、光源および受光
部の光路内に設けられた光学部材に、像担持体から飛散
したトナ−が付着し、正確な計測が困難となる。

【０００７】また、計測装置のトナー付着量検出面また
は検出面と像担持体の間に設けられた、カバーガラスや
レンズ等の光学部材に対し、バイアスを印加して飛散し
たトナーの付着を防止する方法も提案されているが、高
いバイアスを印加する場合、逆帯電したトナーの付着
や、バイアス印加用電源の追加によるコストの増大等の
問題が生じる。

【０００８】そこで本発明の目的は、簡単かつ安価な構
成で、トナーの付着によるトナ−付着量の計測精度の劣
化を防止することのできる画素形成装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の画像形成装置によれば、像担持体に付着
した現像剤の量を計測する計測手段は、上記像担持体に
光を照射する照射手段と、像担持体からの反射光を受け
る受光手段と、照射手段および受光手段を支持した支持
手段と、を備え、上記支持手段は、上記照射手段から照
射された光が通る投光孔と、上記反射光が通る受光孔と
を有し、上記照射手段および受光手段は、上記投光孔と
受光孔との間隔が、上記照射手段から照射される光によ
り上記像担持体上に生じるスポットの長さよりも大きく
なるように、かつ、上記像担持体上において、上記投光
孔と受光孔との間の領域と対向する領域に上記スポット
が生じるように、上記上記支持手段に支持されている。

【００１０】また、この発明に係る他の画像形成装置に
よれば、像担持体に付着した現像剤の量を計測する計測
手段は、上記像担持体に光を照射する照射手段と、像担
持体からの反射光を受ける受光手段と、上記照射手段お
よび受光手段と上記像担持体との間に配設された光透過
部材と、を備え、上記光透過部材の上記像担持体と対向
する対向表面における上記照射手段から照射された光が
透過する透過領域と、上記対向表面における上記受光手
段の光を受光可能な視野領域との間隔が、上記像担持体
上に生じるスポットの長さよりも大きくなるように、か
つ、上記像担持体上において、上記透過領域と視野領域
との間の領域と対向する領域に上記スポットが生じるよ
うに、上記計測手段は形成されている。

【００１１】

【作用】像担持体上に付着している現像剤は、計測手段
の照射手段から照射された光によって生じるスポットの
部分で再露光され、このスポット部分から計測手段に向
けて飛散する。上記のように構成された画像形成装置に
よれば、計測手段の投光孔と受光孔との間隔は、像担持
体上に生じるスポットの長さよりも大きく形成され、か
つ、像担持体上において、上記投光孔と受光孔との間の
領域と対向する領域に上記スポットが生じるように構成
されていることから、スポット部分から飛散した現像剤
は、投光孔と受光孔との間の部分にのみ付着し、投光孔
および受光孔内に侵入することがない。そのため、飛散
した現像剤が照射手段および受光手段に付着することを
防止でき、像担持体に付着した現像剤の量を計測手段に
より長期に渡って正確に計測することが可能となる。

【００１２】また、この発明の他の画像形成装置によれ
ば、光透過部材の投光面における透過領域と視野領域と
の間隔は、像担持体上に生じるスポットの長さよりも大
きく形成されて、かつ、上記像担持体上において、上記
透過領域と視野領域との間の領域と対向する領域に上記
スポットが生じるように構成されされているため、スポ
ット部分から飛散した現像剤は、これら透過領域と視野
領域との間の部分でのみ対向面に付着する。そのため、
現像剤の付着により計測手段の検出精度が劣化されるこ
とがなく、長期に渡って正確な計測が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図１は、この発明に係る画像形成装置をカ
ラーレーザプリンタに適用した実施例を示している。カ
ラーレーザプリンタの本体１００の略中央部には、反時
計方向（図１中に示した矢印Ａ方向）に回転する像担持
体としての感光体ドラム１が設けられている。感光体ド
ラム１の周囲には、帯電手段である帯電器２、現像手段
である第１の現像器４、第２の現像器５、第３の現像器
６、第４の現像器７、感光体ドラム１上のトナーの付着
量を計測する計測手段としての計測器８、転写ドラム
９、クリーニング前除電器１０、クリーナ１１、除電ラ
ンプ１２が順次配置されている。

【００１５】感光体ドラム１は図示矢印Ａ方向に回転
し、帯電器２により表面が一様に帯電される。帯電器２
と第１現像器４との間において、露光手段であるレーザ
光学系１３から出射されたレーザビーム光１４が感光体
ドラム１の表面に照射され、画像データに応じた静電潜
像が感光体ドラム１に形成される。

【００１６】第１乃至第４現像器４乃至７は、各色に対
応した感光体ドラム１上の静電潜像をカラーのトナー像
に顕像化するもので、たとえば、第１現像器４はマゼン
タ、第２現像器５はシアン、第３現像器６はイエロー、
第４現像器７はブラックの現像を行うようになってい
る。

【００１７】一方、転写材としての転写用紙は、給紙カ
セット１５から給紙ローラ１６で送り出され、レジスト
ローラ１７で一旦整位された後、転写ドラム９の所定の
位置に送られる。そして、転写用紙は、吸着ローラ１８
および吸着帯電器１９により転写ドラム９の外周面に静
電吸着される。転写用紙は、転写ドラム９に吸着した状
態で、転写ドラム９の時計方向（図１中に示した矢印Ｂ
方向）の回転に伴って搬送される。

【００１８】現像された感光体ドラム１上のトナー像
は、感光体ドラム１と転写ドラム９とが対向する位置
で、転写帯電器２０により転写用紙に転写される。複数
色の印字の場合、転写ドラム９の１回転を１周期とする
工程を、現像器を切換えて複数回行ない、転写用紙に複
数色のトナー像を多重転写する。

【００１９】トナー像が転写された転写用紙は、転写ド
ラム９の回転に伴って更に搬送され、内部除電器２１、
外部除電器２２、分離除電器２３により除電された後、
分離爪２４により転写ドラム９から剥離される。剥離さ
れた転写用紙は、搬送ベルト２５、２６により定着器２
７へ搬送される。定着器２７により加熱された転写用紙
上のトナーは溶融し、定着器２７から排出された直後に
転写用紙に定着し、この定着を終了した転写用紙はトレ
ー２８に排出される。

【００２０】図２は、上記構成を有するカラーレーザプ
リンタの帯電器、露光装置、現像器およびその制御回路
のブロック図である。図２を用いてカラーレーザプリン
タの構成、動作についてさらに詳細に説明する。

【００２１】感光体ドラム１は、反時計方向に回転され
る。帯電器２は、主に帯電ワイヤ３１、導電性ケース３
２、グリッド電極３３により構成されている。帯電ワイ
ヤ３１は、コロナ用の高圧電源３４に接続されており、
感光体ドラム１の表面にコロナ放電してこれを帯電させ
る。グリッド電極３３は、グリッドバイアス用の高圧電
源３５に接続されており、グリッドバイアス電圧により
感光体ドラム１の表面に対する帯電量が決定される。ま
た、高圧電源３４、３５は制御回路４５に接続されてお
り、この制御回路４５によって出力電圧を制御されてい
る。

【００２２】帯電器２により一様に帯電された感光体ド
ラム１の表面は、レーザ光学系１３からの変調されたレ
ーザビーム光１４の露光により静電潜像が形成される。
階調データバッファ３６は、図示しない外部機器または
コントローラからの階調データを格納し、プリンタの階
調特性を補正し、レーザ露光時間（パルス幅）データに
変換する。レーザ駆動回路３７は、制御回路４５の制御
により、レーザビーム光１４の走査位置に同期するよ
う、階調データバッファ３６からのレーザ露光時間デー
タに応じてレーザ駆動電流（発光時間）を変調させる。
そして、変調されたレーザ駆動電流により、レーザ光学
系１３内の半導体レーザ発振器（図示しない）を駆動す
る。これにより、半導体レーザ発振器は、露光時間デー
タに応じて発光動作する。

【００２３】さらに、レーザ駆動回路３７は、レーザ光
学系１３内のモニタ用受光素子（図示しない）の出力と
設定値とを比較し、駆動電流により半導体レーザ発振器
の出力光量を設定値に保つ制御を行っている。

【００２４】一方、パターン発生回路３８は、プリンタ
単独のテストパターンおよびドナー付着量計測のための
パターンの階調データを制御回路４５の制御により発生
し、レーザ駆動回路３７へ送るようになっている。

【００２５】ここで、階調データバッファ３６からのレ
ーザ露光時間データと、パターン発生回路３８からのト
ナー付着量計測のためのパターンの階調データとの切り
換えは制御回路４５によって行われ、制御回路４５によ
って選択されたデータがレーザ駆動回路３７へ送られる
ようになっている。

【００２６】静電潜像の形成された感光体ドラム１は、
現像器により現像される。本実施例のカラーレーザプリ
ンタにおいては前述したように４つの現像器を有してい
るが、ここでは第１の現像器４の場合について説明す
る。第１の現像器４の現像ローラ４３は、導電性の部材
で形成されていて、現像バイアス用の高圧電源４４に接
続されており、現像バイアス電圧が印加された状態で回
転する。それにより、現像ローラ４３は感光体ドラム１
上の静電潜像に応じた像にトナーを付着させる。こうし
て現像された画像領域内のトナー像は、転写ドラム９に
よって支持搬送されてくる転写用紙に転写される。な
お、高圧電源４４は制御回路４５に接続されており、現
像バイアス電圧は制御回路４５によって制御される。

【００２７】制御回路４５は、感光体ドラム１上の非画
像領域が露光位置と対向する位置にくるのに同期して、
レーザ駆動回路３７へ送るデータを、階調データバッフ
ァ３６から出力されたレーザ露光時間データからパター
ン発生回路３８から出力された階調データに切換える。
それにより、感光体ドラム１上の非画像領域にトナー付
着量計測用の階調パターンを露光され、この露光部を現
像することにより感光体ドラム１上に計測用の階調パタ
ーンが形成される。階調パターンが計測器８と対向する
位置にくると、計測器８が感光体ドラム１上のトナー付
着量を計測する。この計測器８の構成については後に詳
述する。

【００２８】計測器８の出力（計測値）は、Ａ／Ｄ変換
器４６でデジタル化されて制御回路４５に入力される。
制御回路４５は、計測器８の出力値とあらかじめ設定さ
れメモリ４９に記憶されているトナー付着量の基準値と
を比較し、その比較結果に応じて、像形成条件である帯
電器２のグリッドバイアス電圧、現像器４の現像バイア
ス電圧、レーザ光学系１３の露光量、現像剤のトナー濃
度、面積階調の発光時間などの少なくとも１つを変換す
る。

【００２９】また、制御回路４５は、図示しない外部機
器またはコントローラからの階調データ、プリンタ単独
のテストパターンおよびトナー付着量計測のためのパタ
ーン階調データの切換え制御、計測器８の出力の取込
み、高圧電源３４、３５、４４の出力の制御、レーザ駆
動電流の目標値測定、トナー濃度の目標値設定、トナー
補給制御、階調データのプリンタの階調特性の補正処理
などの各種制御をも行なう。さらに、制御回路４５に記
憶内容の書き換えが可能なメモリ４９が接続されてお
り、メモリ４９に前述したトナー付着量の基準値等が記
憶されている。

【００３０】次に、計測器８の構成および動作について
図３及び図４を参照して説明する。計測器８は絶縁材で
形成された箱状の本体８３を有し、この本体内には絶縁
材で形成された一対の支持スリーブ５０、５１が固定さ
れている。本体８３は感光体ドラム１に所定間隔を置い
て対向した底壁８３ａを有し、この底壁には一対の透孔
が形成されている。支持スリーブ５０、５１は、上端が
閉塞され、その下端はそれぞれ透孔に嵌合され感光ドラ
ム１に向かって開口している。そして、支持スリーブ５
０、５１の下端開口は、それぞれ投光孔８４、受光孔８
５を形成している。

【００３１】支持スリーブ５０内には照射手段として作
用するＬＥＤ等の光源８１が配設され、この光源は駆動
回路９１に接続されている。また、支持スリーブ５１内
には光電変換部８２が配設され、この光電変換部８２は
伝送回路９２に接続されている。そして、支持スリーブ
５０、５１は、光源８１から出射された光が投光孔８４
を通って感光体ドラム１表面に入射し、感光体ドラム１
表面で反射した後、受光孔８５を通して光電変換部８２
に入射するように、適当な角度で配置されている。

【００３２】詳細には、光源８１から発せられた光は光
路８６を通って感光体ドラム１の表面に照射され、感光
体ドラム１の表面自体あるいは感光体ドラム表面上に現
像されて付着したトナーによって反射される。反射され
た光は、光路８６を通って光電変換部８２に達し、この
光電変換部８２によって反射光の光量に応じた電流に変
換され、さらに電流／電圧変換される。電圧値に変換さ
れた感光体ドラム１からの反射光は、伝送回路９２によ
ってＡ／Ｄ変換器４６に伝送され、ここでデジタル信号
に変換されて制御回路４５に取り込まれるようになって
いる。また、光源８１を駆動する光源駆動回路９１は制
御回路４５によってオン・オフ制御、あるいは、光源８
１への駆動電流の電流量を調整する信号により制御され
ている。次に感光体ドラム１表面に付着したトナーの帯
電について反転現像の場合について、図５ないし図７を
用いて説明する。

【００３３】帯電位置をａ、露光位置をｂ、現像位置を
ｃ、付着量測定位置をｄ、転写位置をｅ、クリーニング
位置をｆ、除電位置をｇとする。帯電位置ａにおいてＶ
０で負帯電された感光体ドラム１表面は、露光位置ｂで
露光部電位ＶＬに減衰され、潜像を形成する。現像位置
ｃでは電位ＶＤで負帯電されたトナーが露光部位に付着
される。そして、感光体ドラム１に付着したトナーは、
付着量測定位置ｄで付着量が測定される。そして、感光
体ドラム１上のトナーはクリーニング位置ｆで除去し、
また、感光体ドラム１表面は除電ランプ１２により除電
位置ｇで一様に除電される。

【００３４】上述のように、トナー付着量計測は現像後
のトナー付着量を計測するため、感光体ドラム１上にト
ナーが付着している部位を計測器８によって再露光する
ことになり、図６および図７に示すように、再露光され
た部位の電位は、レーザ光学系１３の露光によって変化
した表面電位ＶＬよりも更に低い電位ＶＬＳに変化して
しまう。このため、現像された負帯電トナーは、感光体
ドラム１上の更に電位が低くなった、トナー付着量計測
器８の露光により電位が低くなった部位ＶＬＳに移動す
るようになる。このとき、移動するトナーが感光体ドラ
ム１上だけでなく、レーザ光学系による露光電位よりも
低い電位や、電気的にフローティング状態となっている
部位に付着するため、特に感光体ドラム１に対向して設
けられている計測器８の検出面が、レーザ光学系１３に
よる露光電位よりも低い電位や、電気的にフローティン
グ状態となっている場合、飛散トナーの付着が生じてし
まう。

【００３５】そのため、本実施例によれば、上述したよ
うな飛散トナ−が計測器８の光源８１および光電変換部
８２に付着することを防止するため、計測器は以下のよ
うに構成されている。つまり、感光体ドラム１上におい
ては、計測器８の光源８１から照射された光により感光
体ドラム１上に形成されるスポットの領域の電位が低下
し、このスポット領域内のトナーが飛散する。そこで、
本実施例によれば、図３に示すように、計測器８は、投
光孔８４と受光孔８５との間隔Ｓ１が感光体ドラム１上
に形成されるスポットの長さＳ２よりも大きくなるよう
に各部が構成されている。例えば、Ｓ１＞Ｓ２の関係を
満たすように、光源８１から投光孔８４までの距離Ｌ１
は投光孔から感光体ドラム１表面までの距離Ｌ２よりも
大きく設定されているとともに、投光孔８４と受光孔８
５との間にスポットが生じるように支持スリ−ブ５０お
よび５１の取り付け角度も所定の角度に設定されてい
る。この場合、スポット領域から飛散したトナ−は、計
測器８の底壁８３ａにおいて投光孔８４と受光孔８５と
の間の部分のみに付着し、光源８１および光電変換部８
２やその光路上の部位への飛散トナーの付着を防ぐこと
ができる。

【００３６】以上のように構成されたカラプリンタによ
れば、計測器８の投光孔と受光孔との間隔を感光体ドラ
ム上に生じるスポットの長さよりも大きくするだけの簡
単かつ安価な構成により、感光体ドラムから飛散したト
ナーが計測器の光源および光電変換部やその光路上の部
位に付着することを防止できる。そのため、計測器は、
トナー付着により検出精度が劣化されることがなく、長
期に渡って正確な計測が可能となる。

【００３７】図８はこの発明の第２の実施例に係る画像
形成装置の計測器を示している。この実施例によれば、
計測器８の支持スリーブ５０内には、光源８１から照射
された光の光路８６上に集光部材８７が設けられてい
る。光源８１より照射された光を集光部材８７で集光す
ることにより、Ｓ１＞Ｓ２の関係を容易に満たす事がで
きる。それにより、上記実施例と同様に、感光体ドラム
１から飛散するトナーが、計測器８の光源８１、光電変
換部８２、集光部材８７、その他光路８６上の部材へ付
着することを防止することができる。また、集光部材８
７によるスポットサイズを縮小することにより、光源８
１と投光孔８４との距離を短くすることができ、計測器
８の小型化が可能となる。

【００３８】なお、第２の実施例では、集光特性を有す
るレンズからなる集光部材８７によって、投光孔８４の
サイズよりも小さいサイズのスポットを得る構成とした
が、集光部材を全く設けない場合に生じるスポットのサ
イズよりも小さなサイズのスポットを得られる光学部材
であれば、他の光学部材、例えばコリメ−タレンズ等を
用いてもよく、この場合においても上記第２の実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００３９】図９は、この発明の第３の実施例に係る画
像形成装置の計測器を示している。第３の実施例によれ
ば、計測器８の本体８３の底面には、投光孔８４および
受光孔８５を閉塞する透過部材、例えばカバーガラス５
４が取り付けられている。この場合、光源８１から出射
された光は、カバーガラス５４に入射した際に屈折し、
カバーガラス５４の感光体ドラム１に対向する対向面５
４ａに到達し、再度屈折した後、感光体ドラム表面に至
る。このとき、照射光は、投光孔８４により仕切られカ
バーガラス５４内においてａ，ｂ内を通り、カバーガラ
スから出射した後、それぞれ対応するａ′，ｂ′内を通
り、感光体ドラム１上に長さＳ２のスポットを照射す
る。

【００４０】一方、光電変換部８２の受光可能領域であ
る視野領域は、受光孔８５により、カバーガラス５４内
においてはｃ，ｄの間となり、カバーガラスと感光体ド
ラム１との間においてはｃ´、ｄ´となる。そのため、
カバーガラス５４の対向面５４ａ上において、投光領域
９０としてのａ、ｂ間の領域、および視野領域９１とし
てのｃ、ｄ間の領域にトナーが付着すると、計測器８の
計測感度が低下する。したがって、本実施例によれば、
計測器８は、カバーガラス５４の対向面５４ａ上におけ
る投光領域９０と視野領域９１との間隔Ｓ３が、感光ド
ラム１表面に生じるスポットの長さＳ２よりも大きくな
るように構成されている。

【００４１】このような構成の第３の実施例によれば、
カバーガラス５４のような屈折を生じる部材を有してい
る場合においても、カバ−ガラス５４の投光領域９０お
よび視野領域９１への飛散トナ−の付着を防止すること
ができ、計測器８の測定精度の低下を防止することがで
きる。

【００４２】なお、第３の実施例において、光源８１の
光路内に第２の実施例と同様に集光部材８７を設けても
よく、この場合においても、上述したＳ３＞Ｓ２の関係
が満たされていれば、第２および第３の実施例と同様の
効果を得ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、簡
単なかつ安価な構成により、飛散トナーの付着によるト
ナー付着量計測の精度の劣化を防止可能な画像形成装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るカラーレーザプリン
タの断面図。

【図２】上記カラーレーザプリンタの帯電器、露光器、
現像器とその制御回路とを示すブロック図。

【図３】計測器の断面図。

【図４】計測器の構成を概略的に示すブロック図。

【図５】感光体ドラム周辺のプロセス機器の位置関係を
示す断面図。

【図６】感光体ドラムの露光部位の現像時の電位関係を
概略的に示す図。

【図７】感光体ドラム上のトナー付着部位を露光したと
きの電位関係を概略的に示す図。

【図８】この発明の第２の実施例に係る画像形成装置の
計測器の断面図。

【図９】この発明の第３の実施例に係る画像形成装置の
計測器の断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体上に潜像を形成する潜像形成手
   段と、 上記像担持体上に形成された潜像を現像剤で現像する現
   像手段と、 上記像担持体上に付着した現像剤の付着量を計測する計
   測手段と、を備え、 上記計測手段は、上記像担持体に光を照射する照射手段
   と、上記像担持体からの反射光を受ける受光手段と、上
   記照射手段および受光手段を支持した支持手段と、を有
   し、上記支持手段は、上記照射手段から照射された光が
   通る投光孔と、上記反射光が通る受光孔とを有し、 上記照射手段および受光手段は、上記投光孔と受光孔と
   の間隔が、上記照射手段から照射される光により上記像
   担持体上に生じるスポットの長さよりも大きくなるよう
   に、かつ、上記像担持体上において、上記投光孔と受光
   孔との間の領域と対向する領域に上記スポットが生じる
   ように、上記上記支持手段に支持されていることを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 像担持体上に潜像を形成する潜像形成手
   段と、 上記像担持体上に形成された潜像を現像剤で現像する現
   像手段と、 上記像担持体上に付着した現像剤の付着量を計測する計
   測手段と、を備え、 上記計測手段は、上記像担持体に光を照射する照射手段
   と、上記像担持体からの反射光を受ける受光手段と、上
   記照射手段および受光手段と上記像担持体との間に配設
   された光透過部材と、を有し、 上記照射手段および受光手段は、上記光透過部材の上記
   像担持体と対向する対向表面における上記照射手段から
   照射された光が透過する透過領域と、上記対向表面にお
   ける上記受光手段の光を受光可能な視野領域との間隔
   が、上記像担持体上に生じるスポットの長さよりも大き
   くなるように、かつ、上記像担持体上において、上記透
   過領域と視野領域との間の領域と対向する領域に上記ス
   ポットが生じるように、配設されていることを特徴とす
   る画像形成装置。
3. 【請求項３】 上記計測手段は、上記照射手段から照射
   された光を上記像担持体上に集光する集光手段を備えて
   いることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形
   成装置。