JP4017108B2 - トナー付着量測定部を備える画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トナー像が担持されるトナー像担持手段のトナー付着量を測定するための測定部を備える画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像形成装置において、例えば、感光体ドラム上のトナー付着量を測定する際には、光源から感光体ドラム上のトナー像に対し測定光を投光する。測定光はトナーによって反射される光（第１の反射光）と感光体ドラムの表面によって反射される光（第２の反射光）となって受光器に入射する。そして、受光器は第１及び第２の反射光を受光して受光信号を出力する。
【０００３】
トナーの付着量が多い場合には、第２の反射光がトナーによって遮光されるので、受光器の受光量が減少する。一方、トナー５の付着量が少ない場合には、逆に、第２の反射光が多くなる結果、受光器の受光量が増大する。これによって、受光器の受光信号により感光体ドラムに付着しているトナー量を測定することができることになる。
【０００４】
この測定手法では、第１及び第２の反射光に応じてトナー付着量を測定している関係上、トナーが所定の付着量となるまでは受光器２の受光量が減少するため、その受光量から測定することができるが、トナーの付着量が多くなると第１の反射光が増加して受光器が飽和状態となって、トナー付着量を測定することが難しくなってしまう。
【０００５】
このような不具合を防止するため、例えば、感光体ドラム上のトナーに対して感光体ドラムの法線方向に対して傾いた角度で単一の偏光光を投光して、投光光の一部をトナーの表面によって反射させ、残りをトナー層を透過して感光ドラムによって反射させる。これら反射光を、偏光分離プリズムに入射して、この偏光分離プリズムによって投光光と同じ偏光光とその投光光と異なる偏光光とに分離する。
【０００６】
そして、投光光と同一の偏光光を第１の受光素子で受光し、投光光と異なる偏光光を第２の受光素子で受光する。第１及び第２の受光素子で受光したトナーからの反射光は互いに比例関係にあり、第２の受光素子の受光出力に一定係数を乗じて、第１の受光素子が受光したトナーからの反射光が算出できる。
【０００７】
従って、第１の受光素子の受光出力から第２の受光素子の受光出力に一定係数を乗じた値を引くと、感光体ドラムからの反射光の受光出力となる。感光体ドラムからの反射光はトナーの反射光以外の光であり、トナーの付着量が多いと減光し、トナーの付着量が少ないと増光する。これより、感光体ドラムの反射光に応じてトナーの付着量を測定する（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７２９９７６号公報（第３ページ、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、画像形成装置に用いられるトナーにはトナー成分の他に別の成分（例えば、研磨剤）が含まれており、さらに、画像形成装置の使用期間によって、トナー像担持手段の表面状態が変化する。前述のように、特許文献１に記載された測定装置では、感光体ドラム等のトナー像担持手段上のトナー量を計測する際、第１の受光素子の受光出力から第２の受光素子の受光出力に一定係数を乗じた値を引いて、感光体ドラムからの反射光の受光出力を得る。
【００１０】
そして、感光体ドラムからの反射光がトナーの付着量が多いと減光し、トナーの付着量が少ないと増光するという規則を用いて、感光体ドラムの反射光からトナーの付着量を測定するようにしているが、上述のように、トナー像担持手段の表面状態が変化すると、この表面状態の変化に応じて、第１の受光素子の受光出力及び第２の受光素子の受光出力が変化してしまう。
【００１１】
この結果、特許文献１のようにして、第１の受光素子の受光出力及び第２の受光素子の受光出力に応じて感光体ドラムからの反射光の受光出力を得て、これに基づいてトナー付着量を測定すると、精度よくトナー付着量を測定できないという課題がある。
【００１２】
さらに、特許文献１では、第１及び第２の受光素子で受光したトナーからの反射光は互いに比例関係にあるため、第２の受光素子の受光出力に一定係数を乗じているが、実際には、この一定係数を決定することが極めて難しく、この点においても、精度よくトナー付着量を測定できないという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、トナー像担持手段上のトナーの付着量を正確に測定することができるトナー付着量測定部を備える画像形成装置を得ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トナー像が担持されるトナー像担持手段を備え、該トナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
前記トナー像担持手段に投光して、該トナー像担持手段からの反射光に応じて、前記トナー像担持手段に付着しているトナーの付着量を測定するトナー付着量測定部を有し、
該トナー付着量測定部は、前記トナー像担持手段の法線方向に対して傾いた角度で、前記トナー像担持手段に偏光フィルタを介して投光する投光手段と、
前記トナー像担持手段の法線方向に対して前記投光手段と反対側に位置して、前記反射光を受けて該反射光をトナーによって反射される第１の偏光光と、トナー像担持手段の表面によって反射される前記第１の偏光光と異なる第２の偏光光とに分離する偏光分離手段と、
前記第１及び前記第２の偏光光をそれぞれ受けて、第１及び第２の受光出力信号を出力する第１及び第２の受光手段と、
前記第１及び前記第２の受光出力信号の差に応じて、前記トナー像担持手段上のトナー付着量を求める制御手段とを有し、
前記制御手段では、前記トナー像担持手段に所定量のトナーが付着している際に得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号のレベルが等しくなるように前記第１及び前記第２の受光手段の出力レベルが調整されるとともに、前記トナー像担持手段上にトナーが付着していない状態で得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を基準値として設定した後に、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を測定出力値とし、該測定出力値を前記基準値に応じて補正して補正出力値を得て、該補正出力値に応じて前記トナー像担持手段のトナー付着量を求めるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
このようにして、トナー像担持手段の法線方向に対して傾いた角度で該トナー像担持手段に単一の偏光光を投光光として投光して、反射光を投光光と同一の第１の偏光光と投光光と異なる第２の偏光光とに分離した後、該第１及び該第２の偏光光に応じて第１及び第２の受光出力信号を得て、該第１及び該第２の受光出力信号の差に応じて前記トナー像担持手段上のトナー付着量を求める際に、該トナー像担持手段に所定量のトナーが付着している際に得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号のレベルが等しくなるように第１及び第２の受光手段の出力レベルが調整されていれば、所定量のトナーが付着している際の第１及び第２の受光出力信号の差は、トナー担持手段の表面状態の差に関係なく常にゼロである。
【００１６】
そして、本発明では、前記トナー像担持手段上にトナーが付着していない状態で得られた前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を基準値として、前記制御手段は、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を前記基準値に応じて補正して補正出力値を得て、該補正出力値に応じて前記トナー像担持手段のトナー付着量を求める。例えば、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を測定出力値とした際、前記制御手段は、（測定出力値／基準値）に応じて前記補正出力値を求める。
【００１７】
このようにして、トナー像担持手段上にトナーが付着していない状態で得られた第１及び第２の受光出力信号の差を基準値として、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を前記基準値に応じて補正して補正出力値を得て、該補正出力値に応じて前記トナー像担持手段のトナー付着量を求めるようにすれば、経年変化等によるトナー像担持手段の表面状態の変化による第１及び第２の受光出力信号のレベルを補正でき、その結果、トナー像担持手段上のトナーの付着量を正確に測定することができることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１を参照して、ここでは、画像形成装置において、トナー像担持手段の一つである中間転写ベルト上に形成されたトナー像を形成して、中間転写ベルト上のトナー付着量を測定する場合について説明するが、中間転写ベルトに限らず、例えば、転写ベルト又はａ−Ｓｉ感光体ドラム等のトナー像担持手段上のトナー付着量を測定する際においても、同様にして、本発明を用いることができる。
【００２０】
中間転写ベルトを備える画像形成装置においては、図示はしないが、中間転写ベルトに沿って、例えば、４つの感光体ドラムユニット（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの感光体ドラムユニット）が配列されており、各感光体ドラムユニットでは、各色の画像データに応じて感光体ドラムを露光して、静電潜像を形成した後、各色現像装置静電潜像を現像して、各色トナー像を得る。そして、これらトナー像は順次中間転写ベルトに転写された（１次転写）後、２次転写位置で２次転写ローラによって記録用紙等に２次転写されて、記録用紙上にカラー画像が形成される。その後、記録用紙上のカラー画像は定着ユニットで記録用紙に定着されて、排紙される。
【００２１】
図示のトナー付着量測定部（トナー付着量測定装置）は、中間転写ベルト１１の表面に測定光を投光する発光素子（例えば、ＬＥＤ）１２と、中間転写ベルト１１から反射した反射光を受光する第１及び第２の受光素子１４及び１３とを有しており、発光素子１２と中間転写ベルト１１との間には偏光フィルタ１５が配置され、この偏光フィルタ１５はＰ偏光の光のみを透過する。一方、第１の受光素子１４と中間転写ベルト１１との間には、偏光分離プリズム１６が配置され、この偏光分離プリズム１６はＰ偏光の光を透過して、第１の受光素子１４に与え、Ｓ偏光の光を反射して、第２の受光素子１３に与える。
【００２２】
なお、図示のように、発光素子１２は中間転写ベルトの表面に対して傾いた角度で配置される。
【００２３】
いま、十分な量（適正量）のトナーが中間転写ベルト１１上に転写されたとする。発光素子１２から中間転写ベルト１１に測定光を投光すると、Ｐ偏光の光Ｐ１とＳ偏光の光Ｓ１とを含んだ測定光は、Ｐ偏光フィルタ１５によって光Ｓ１がカットされ、Ｐ偏光フィルタ１５から中間転写ベルト１１に投光されるＰ偏光の光Ｐ１は全てトナーで反射されることになる。つまり、十分な量のトナーが中間転写ベルト１１上に転写されると、光Ｐ１はトナーを透過して中間転写ベルト１１の表面に達することがなく、光Ｐ１はトナーのみで反射されることになる。
【００２４】
ここで、トナーで反射された反射光が有するＰ偏光の光をＰ３、Ｓ偏光の光をＳ３とする。投光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１１の法線方向に対して投光光と反対側となる正反射光路上）には偏光分離プリズム１６が配置され、Ｐ偏光とＳ偏光の光に分離する。前述したように、反射光は偏光分離プリズム１６で分離されて、Ｐ偏光の光Ｐ３が第１の受光素子１４に与えられ、Ｓ偏光の光Ｓ３が第２の受光素子１３に与えられる。そして、第１及び第２の受光素子１４及び１３は、受光した光を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御装置（図示せず）に与えられる。
【００２５】
制御装置では、中間転写ベルト１１に十分な量のトナーが付着している状態において、第１及び第２の出力信号のレベルが等しくなるように、第１及び第２の受光素子の出力レベル（ゲイン）が調整されている。つまり、中間転写ベルトに適正トナー量（トナー多量状態（ベタ載せ状態））があれば、第１及び第２の出力信号のレベルが等しくなる（この出力レベルを適正トナー量出力レベルと呼ぶ）。適正トナー量出力レベルの調整は、トナー多量状態においてまたはそれに相当する試験紙等を使用して実施する。
【００２６】
さらに、図２に示すように、中間転写ベルト１１にトナー像が形成されていない（転写されていない状態）で、発光素子１２から中間転写ベルト１１に測定光を投光すると、Ｐ偏光の光Ｐ１とＳ偏光の光Ｓ１とを含んだ測定光は、Ｐ偏光フィルタ１５によって光Ｓ１がカットされ、光Ｐ１のみが中間転写ベルト１１の表面に投光され、中間転写ベルト１１の表面形状（例えば、表面粗さ）に応じて、中間転写ベルト１１の表面で反射した反射光は、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とを有するようになる。
【００２７】
ここで、中間転写ベルト１１の表面で反射された反射光が有するＰ偏光の光をＰ２、Ｓ偏光の光をＳ２とする。この反射光は、偏光分離プリズム１６でＰ偏光の光Ｐ２とＳ偏光の光Ｓ２とに分離される。そして、Ｓ偏光の光Ｓ２を第２の受光素子１３で受光し、Ｐ偏光の光Ｐ２を第１の受光素子１４で受光する。
【００２８】
第１及び第２の受光素子１４及び１３は、受光した光（Ｐ２、Ｓ２）を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御装置に与えられる。処理装置では、トナーが付着していない状態においては、第１及び第２の出力信号の差を基準値として設定する。
【００２９】
上述のようにして、第１及び第２の受光素子の出力レベルを調整するとともに、基準値を設定した後、中間転写ベルト上のトナー付着量の測定が行われる。
【００３０】
ここで、図３を参照して、いま、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像のトナー量が十分でないとする。Ｐ偏光の光Ｐ１とＳ偏光の光Ｓ１とを含んだ測定光は、Ｐ偏光フィルタ１５によって光Ｓ１がカットされ、光Ｐ１のみがトナーに投光される。トナー量が十分でないから、トナーへの入射光Ｐ１は、トナーの表面でその一部が反射し、残りはトナーを透過する。トナーを透過した光は、中間転写ベルト１１の表面で反射することになる。
【００３１】
つまり、中間転写ベルト１１の表面に投光された光（光Ｐ１）は、Ｐ偏光の光Ｐ２とＳ偏光の光Ｓ２とになって反射することになる。そして、この光Ｐ２及びＳ２は偏光分離プリズム１６で分離されて、Ｐ偏光の光Ｐ２が第１の受光素子１４によって受光され、Ｓ偏光の光Ｓ２が第２の受光素子１３によって受光される。同様にして、トナーで反射された反射光は偏光分離プリズム１６で分離されて、Ｐ偏光の光Ｐ３が第１の受光素子１４に与えられ、Ｓ偏光の光Ｓ３が第２の受光素子１３に与えられる。
【００３２】
前述のように、第１及び第２の受光素子１４及び１３は、受光した光を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御装置に与えられる。制御装置では、第１及び第２の出力信号の差を求めて（この差を測定出力値と呼ぶ）、測定出力値を前述の基準値に応じて、補正して補正出力値とする。つまり、トナーが付着していない補正出力値を１００とすると、補正出力値は、（（測定出力値／基準値）＊１００）によって求まる。
【００３３】
制御装置には、補正出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして予め設定されており、制御装置では、補正出力値に応じてトナー付着量データからトナー付着量（つまり、画像濃度）を得て、測定結果として出力することになる。
【００３４】
上述のようにして、トナー付着量（画像濃度：ＩＤ）と補正出力値との関係を調べた結果、図４に示す結果が得られた。図４において、■はブラックトナー（反射率大）、◆はブラックトナー（反射率中）、▲はブラックトナー（反射率小）を示し、□はマゼンタトナー（反射率大）、◇はマゼンタトナー（反射率中）、△はマゼンタトナー（反射率小）を示す。図４から容易に理解できるように、画像濃度と補正出力値との関係はほぼ線形（リニア）であることが分かり、上述のようにして、中間転写ベルト上のトナー付着量を計測すれば、経年変化等によってトナー担持体の表面状態が変化しても、精度よくトナー付着量を測定することができることになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、トナー像担持手段の法線方向に対して傾いた角度で該トナー像担持手段に単一の偏光光を投光光として投光して、反射光を投光光と同一の第１の偏光光と投光光と異なる第２の偏光光とに分離した後、該第１及び該第２の偏光光に応じて第１及び第２の受光出力信号を得て、該第１及び該第２の受光出力信号の差に応じて前記トナー像担持手段上のトナー付着量を求める際に、該トナー像担持手段に所定量のトナーが付着している際に得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号のレベルが等しくなるように第１及び第２の受光手段の出力レベルが調整されているので、所定量のトナーを正確に測定することができる。
【００３６】
本発明では、トナー像担持手段上にトナーが付着していない状態で得られた第１及び第２の受光出力信号の差を基準値として、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を基準値に応じて補正して補正出力値を得て、該補正出力値に応じて前記トナー像担持手段のトナー付着量を求めるようにしたから、経年変化等によるトナー像担持手段の表面状態の変化による第１及び第２の受光出力信号のレベルを補正でき、その結果、トナー像担持手段上のトナーの付着量を正確に測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による画像形成装置で用いられるトナー付着量測定部の一例を転写ベルト上に適正量のトナーが付着した状態で示す概要図である。
【図２】 本発明による画像形成装置で用いられるトナー付着量測定部の一例を転写ベルト上にトナーが付着していない状態で示す概要図である。
【図３】 本発明による画像形成装置で用いられるトナー付着量測定部の一例を転写ベルト上にトナーが付着した状態で示す概要図である。
【図４】 本発明による画像形成装置で用いられるトナー付着量測定部の一例において、補正出力値と画像濃度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１１ 中間転写ベルト
１２ 発光素子
１３，１４ 受光素子
１５ 偏光フィルタ
１６ 偏光分離プリズム

Claims (1)

1. トナー像が担持されるトナー像担持手段を備え、該トナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
   前記トナー像担持手段に投光して、該トナー像担持手段からの反射光に応じて、前記トナー像担持手段に付着しているトナーの付着量を測定するトナー付着量測定部を有し、
   該トナー付着量測定部は、前記トナー像担持手段の法線方向に対して傾いた角度で、前記トナー像担持手段に偏光フィルタを介して投光する投光手段と、
   前記トナー像担持手段の法線方向に対して前記投光手段と反対側に位置して、前記反射光を受けて該反射光をトナーによって反射される第１の偏光光と、トナー像担持手段の表面によって反射される前記第１の偏光光と異なる第２の偏光光とに分離する偏光分離手段と、
   前記第１及び前記第２の偏光光をそれぞれ受けて、第１及び第２の受光出力信号を出力する第１及び第２の受光手段と、
   前記第１及び前記第２の受光出力信号の差に応じて、前記トナー像担持手段上のトナー付着量を求める制御手段とを有し、
   前記制御手段では、前記トナー像担持手段に所定量のトナーが付着している際に得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号のレベルが等しくなるように前記第１及び前記第２の受光手段の出力レベルが調整されるとともに、前記トナー像担持手段上にトナーが付着していない状態で得られる前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を基準値として設定した後に、前記トナー像担持手段にトナー像が形成された際の前記第１及び前記第２の受光出力信号の差を測定出力値とし、該測定出力値を前記基準値に応じて補正して補正出力値を得て、該補正出力値に応じて前記トナー像担持手段のトナー付着量を求めるようにしたことを特徴とするトナー付着量測定部を備える画像形成装置。

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