JP5022882B2 - トナー付着量測定装置、作像装置及び画像形装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー付着量測定装置、作像装置及び画像形装置に係り、特に湾曲面を備える像担持体に付着したトナーの量を検出するトナー付着量測定装置、これを使用した作像装置、及び画像形成装置に関する。

電子写真プロセスによるプリンタ、ＦＡＸ機、複写機等の画像形成装置では、画質向上の目的で感光体、中間転写体等の像担持体に形成されたトナー画像におけるトナー付着量を計測し、その計測値に基づいて必要に応じて画像形成プロセスのパラメータを調整することがある。

具体的には、前記像担持体の表面に濃度検知用のトナーパッチ（基準パターン）を作成し、その基準パターンの濃度を光学センサにより検出するものである。このような画像形成装置では、前記光学センサによるトナー濃度の検出結果に基づいて潜像形成用の書込光強度、帯電バイアス、現像バイアス等を変更して現像ポテンシャルを調整する画像濃度制御を行うようにしている。

このような光学センサとしては、一般的に発光手段と受光手段とを備えた反射型光学センサが用いられる。そして、トナー濃度の測定精度を向上させるためさまざまな工夫がなされている。

特許文献１には、精度良くトナー付着量計測を実現すべく拡散反射光量に基づいて発光量を調整する手段を設けて光量低下の影響を補うため、画像パッチを複数形成し、同画像パッチに対して発光素子から光を照射しその反射光の正反射光量及び拡散反射光量を検出し、画像パッチ毎に前記発光素子の発光量を所定の場合に変化させることにより、正反射光量の検出による正反射光量信号及び拡散反射光量の検出による拡散反射光量の信号レベルを所定の範囲に収めるための調整を行う画像形成装置が記載されている。

また、特許文献２には、ベルト体上のトナー像を常に精度よく読み取ると共に、画像読取センサの位置決めを容易とするため、画像読取センサを、駆動ローラと従動ローラとの間で中間転写ベルトに対面して配置し、支持フレームにはシャフト体を少なくとも２点で支持する受け部が規定され、画像読取センサは、これら２点を結ぶ線と対向する位置で支持フレームに固定・支持されており、シャフト体は駆動ローラと従動ローラとの間で中間転写ベルトに回転可能な状態でその周面が当接して、中間転写ベルトを画像読取センサの方向に押圧して、中間転写ユニットは装置筐体に着脱可能であり、中間転写ユニットが装置筐体に装着された際、受け部にシャフト体が支持される画像形成装置が記載されている。
特開２００７−９３７６１ 特開２００４−３２６０８５

ところで、画像形成装置小型化のため、画像形成装置を構成する各部分の小型化が図られている。例えば上述したトナー付着量を計測するための反射型光学センサの検出対象である像担持体としての転写ベルトに所謂無端ベルトが使用されることがある。

そして転写ベルト上における画像形成の精度を向上させるため、その平面部に現像ユニット等を設置することがあり、このような場合には、画像形成装置の小型化のため上記反射型光学センサの検知対象面を転写ベルトの側方に位置する曲面部にすることが望ましい。

しかしながら、前記像担持体の曲面部での反射光の検出を行うと、反射型光学センサと検出対称面との距離や、対向角度などが反射型光学センサの設計条件から外れることがあり、このような場合被検知面の曲率に対応して正反射光の受光光量が著しく低下してしまい正確な計測が難しくなる。このように正確な測定が困難になるのは、特に被検知面の光沢度が低い場合に顕著である。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、反射型光学センサで像担持体のトナー付着量を測定するに際して、像担持体の曲面で測定を行ったとしてもトナー量を容易かつ正確に安定して測定できるトナー付着量測定装置、作像装置及び画像形装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、トナー像を形成した像担持体に付着したトナーの量を測定するトナー付着量測定装置であって、前記像担持体は、中心軸から所定の半径を備えた曲面部を備えるものであり、前記像担持体の表面に検出光を射出しその反射光に基づいてトナー付着量測定する反射型光学センサと、前記反射型光学センサの検出光を前記像担持体に向けて保持すると共に、前記曲面部の中心を回転中心として回動可能に保持され、前記像担持体と前記反射型光学センサの相対位置を変更できる保持部材と、を備えることを特徴とするトナー付着量測定装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載のトナー付着量測定装置において、前記像担持体は円柱状部材又は無端ベルト状部材であり、前記湾曲面は円柱状部材の側部面、又は無端ベルト部材の転向部面であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載のトナー付着量測定装置において、前記保持部材は、前記反射型光学センサと前記像担持体の曲面部との距離を変更する長さ変更手段を備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載のトナー付着量測定装置において、前記保持部材は前記像担持体に対して着脱可能であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載のトナー付着量測定装置において、前記反射型光学センサは、前記保持部材に対して着脱可能であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか記載のトナー付着量測定装置において、前記反射型光学センサは、前記保持部材にあおり方向に位置変更可能であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載のトナー付着量測定装置を備えることを特徴とする作像装置である。

請求項８の発明は、請求項７記載の作像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明に係るトナー付着量測定装置、作像装置及び画像形装置によれば、反射型光学センサを常に像担持体の曲面部の曲率中心に正対した状態で測定することができるので、検知対象面である曲面部との距離、対向角度等を反射型光学センサの設計条件に適合させることができ、高精度にトナー付着量を測定でき、さらには、画像形成装置において高精度な画像濃度制御が可能になる。

以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。

以下本発明に係る画像形成装置の実施例として電子写真プロセスを適用したカラープリンタ１を図面に基づいて説明する。図１は実施例に係るカラープリンタの要部を示す縦断面図である。

カラープリンタ１は、画像記録媒体としての用紙を供給する給紙カセット２、現像ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ並びに感光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを備える作像装置としての作像部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、及び、像担持体である中間転写ベルト１３を備える。

感光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、図示していないレーザ駆動装置からレーザ駆動入力に応じて発せられる画像情報を有するレーザ光により静電潜像が形成される。また、現像ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、感光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに形成された静電潜像をそれぞれ所定の色要素（シアン、マゼンタ、イエロー、黒）のトナーで現像する。

中間転写ベルト１３は、駆動ローラ７及びテンションローラ６に掛け渡されて配置されており、各色のトナー画像が形成された感光体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから重畳して各色要素のトナー画像が転写される。また、駆動ローラ７には、中間転写ベルト１３を介して２次転写ローラ１１が圧接されており、駆動ローラ７と２次転写ローラ１１との間に搬送されてきた用紙にトナー像を転写する。また、中間転写ベルト１３には、クリーニング装置８が配置され、中間転写ベルト１３の残留トナーを除去する。

また、カラープリンタ１は、給紙カセット２から供給された用紙を中間転写ベルト１３を経て搬送する搬送路９、給紙カセット２から搬送路９に対し用紙を供給する給紙ローラ１２、中間転写ベルト１３からカラー画像が転写された用紙に同画像を定着させるために加熱及び加圧を行う定着ユニット１０を備える。

そして、本例では、前記中間転写ベルト１３上のトナー画像におけるトナー付着量を計測するトナー付着量測定装置５が設けられている。

このような構成のカラープリンタ１では、所定のレーザ駆動入力に対する感光体上あるいは転写ベルト上のトナー付着量は厳密に常に一定ではなく、環境、経時劣化などにより変化する。このため、一定の付着量を得るためには現像バイアス等のパラメータを適宜調整制御する必要があり、トナー付着量の検出には反射型光学センサが用いられる。本例では、反射型光学センサは、検出用の光を射出する発光素子、及び、正反射光を受光する受光素子、拡散反射光を受光する受光素子の２つの受光素子を備えている。

以下トナー付着量測定装置について説明する。図２は第１実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、図３は図２に示したトナー付着量測定装置の動きを示す側面図、図４は反射型光学センサから射出される光の反射状態を示す図であり、（ａ）は実施例を示す模式図、（ｂ）は対比例を示す模式図、図５は図２に示したトナー付着量測定装置の他の作用を示す模式図である。

本例に係るトナー付着量測定装置２０は、反射型光学センサ２１を保持部材２５で保持する構成を備えている。これにより、前記像担持体である中間転写ベルト１３の表面のうちテンションローラ６に巻き掛けられた部分である曲面部分１３ａのトナー量を測定する。

保持部材２５は、それぞれの一端を前記テンションローラ６の軸６ａに回動可能に支持された２本のアーム部２２,２２と、アーム部２２,２２の他端に掛け渡されたビーム部２３とからなる。そして、反射型光学センサ２１は、前記ビーム部２３の略中央に配置され、その測定面を軸６ａに向けて配置される。このような構造により、前記保持部材２５は、図３に示すように、テンションローラ６の軸６ａを中心にして回転可能とされ、反射型光学センサ２１を中間転写ベルト１３の曲面部分１３ａ、曲面の中心軸に対して常に正対した状態で所定の中間転写ベルト１３から一定の距離を保った状態に保持する。

本例に係るトナー付着量測定装置２０によれば、図４（ａ）に示すように、反射型光学センサ２１の発光素子からの射出光はテンションローラ６の軸６ａに向かって射出され、中間転写ベルト１３の曲面部分１３ａに垂直に入射されて反射される。このため、本例に係るトナー付着量測定装置２０では、中間転写ベルト１３の反射光を効率良く反射型光学センサ２１の受光素子で受光することができる。これに対して、軸６ａからずれた方向に射出された光は、図４（ｂ）に示すように、中間転写ベルト１３の表面に垂直に入射せず、反射光は、反射型光学センサ２１から外れた方向に射出されることなる。

また、本例に係るトナー付着量測定装置２０によれば、反射型光学センサ２１に接続されたハーネス（電線束）やコネクタの接続が不良になる危険性を軽減し、信頼性を向上することができる。即ち、図５に示すように、中間転写ベルト１３の張りに応じてテンションローラ６が移動すると、このテンションローラ６によるアーム部２２,２２も振動する。本例では、反射型光学センサ２１に伝達される振動はアーム部２２の動きで吸収して反射型光学センサ２１の振動を軽微なものとすることができる。なお、図中符号１５は、テンションローラ６を付勢するコイルスプリングを示している。

従って、本例によれば、反射型光学センサは、常に曲面部分の曲率中心に正対した状態で位置し検知対象面との距離、対向角度等が反射型光学センサの設計条件から逸脱しないように保持されることで、高精度に光量検出が可能となり、画像形成装置の高精度な画像濃度制御が可能になる。

図６は実施例１の変形例に係るトナー付着量測定装置を示す模式図である。本例に係るトナー付着量測定装置７０において、反射型光学センサ７１を支持するアーム部７２は、ビーム部７３を支持する基部７２ａとこの基部７２ａからテンションローラ６を挟む方向に形成された二股部７２ｂ，７２ｂを備えて形成されている。そして基部７２ａにはビーム部７３が、二股部７２ｂ，７２ｂの先端には、テンションローラ６の外周に配置された円盤部１６に接触して回転する遊星円盤７４，７４が配置されている。このため、本例に係る７０においても、反射型光学センサ７１は、常にテンションローラ６の曲面部分の曲率中心に正対した状態で位置し、検知対象面との距離、対向角度等が反射型光学センサの設計条件から逸脱しないように保持される。このため、高精度に光量検出が可能となり、画像形成装置の高精度な画像濃度制御が可能になる。

次に第２実施例に係るトナー付着量測定装置３０について説明する。図７は第２実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

本例に係るトナー付着量測定装置３０は、反射型光学センサ３１を、距離調整機構３４を備える保持部材３５で保持する構成を備える。これにより、反射型光学センサ３１の測定面を常に軸６ａを向くようにする共に、反射型光学センサ３１と曲面部分１３ａとの距離を調整できるものとしている。

保持部材３５は、それぞれの一端を前記テンションローラ６の軸６ａに回転可能に支持された２本のアーム部３２,３２と、アーム部３２,３２の他端に掛け渡されたビーム部３３と、ビーム部３３とアーム部２２との取付部に配置された距離調整機構３４からなる。距離調整機構３４は、バネ３４ａなどの弾性体と、ネジ３４ｂなどの調整部材とを組合せて構成され、ネジ３４ｂを回転することにより、被検知面である曲面部分１３ａと反射型光学センサ３１との距離方向の位置調整を行えるようにしている。

一般に反射型光学センサは、ＬＥＤ、レーザダイオードなどの発光素子と、フォトトランジスタ、フォトダイオードなどの受光素子とで構成されており、被測定物との距離に応じて照射角及び受光角を決めて設計されている。このため、設計上の距離特性を逸脱する条件では、測定精度が低下する。

このため、本例では、距離調整機構３４は、バネ３４ａなどの弾性体とネジ３４ｂなどの調整部材とを組合せて構成され、被検知面である曲面部分１３ａと反射型光学センサ３１との距離方向の位置調整ができるようにしている。

従って、本実施例によれば、反射型光学センサの距離特性に合わせて曲面部分と反射型光学センサとの間隔寸法を調整することができ、光量検出精度を低下させることなく反射型光学センサを配置することができ、画像形成装置の高精度な画像濃度制御が可能になる。

次に第３実施例に係るトナー付着量測定装置４０について説明する。図８は第３実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図、図９はあおり量を説明するための側面図、図１０はセンサのあおり角度とセンサ出力との関係を示すグラフである。本例に係るトナー付着量測定装置４０は、図８に示すように、反射型光学センサ４１を、角度調整機構４４を介して保持部材４５に取り付けている。このような構成により、反射型光学センサ４１の被検知面である曲面部分１３ａに対するあおり角度（被検知面に対する反射型光学センサの傾き：図９参照）を調整できるようにしている。

本例では、角度調整機構４４には、雄ネジ４４ａを配置し、この雄ネジ４４ａを回転することにより反射型光学センサ４１のあおり角度を変更するようにしている。

前述したように反射型光学センサ４１は、発光素子と受光素子で構成され、指向性が強いという特徴がある。そして、反射型光学センサ４１はセンサの検出光の射出方向に素子毎に固有の特性がある。反射型光学センサ４１をそのまま保持部材４５に取り付けたのでは、反射型光学センサ４１によっては、その検出光の射出方向が正確には軸６ａに向かず、検出効率が低くなる場合がある。即ち、図１０に示すように、あおり角度が０のときセンサ出力が最大となり、あおり角度が大きくなるに従ってその出力は小さくなる。このため、本例では、反射型光学センサ４１のあおり角度を調整できるようしてその出力を最大とした状態出使用して、トナー付着量の測定精度を向上するようにしたものである。

従って本実施例によれば、光学センサの個々の指向性を矯正し、トナー付着量測定の精度の安定化を図ることができる。

次に第４実施例に係るトナー付着量測定装置５０について説明する。図１１は第３実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図である。本例では、保持部材５５を構成するアーム部５２には保持部５４が形成されており、反射型光学センサ５１を取り付けたビーム部５３を着脱可能に保持する。

本例によれば、反射型光学センサ５１の受発光部に付着した汚れの清掃や反射型光学センサ５１の交換時に容易に反射型光学センサ５１を保持部材５５から着脱することができ作業性を向上させることができる。

本例では、保持部５４の上方に凸部５４ａを、ビーム部５３の上方に凹部５３ａを、上下及び左右に非対称となるよう配置している。このため、本例によれば、反射型光学センサ５１を保持部材５５に定められた位置姿勢で配置することができ、反射型光学センサ５１の位置決めが容易になる他、反射型光学センサ５１の誤装着を防止することができる。
なお、本例では、ビーム部５３をアーム部５２に対して着脱できる例を示したが、反射型光学センサ５１をアーム部５２に固定されたビーム部５３から着脱可能な構造とすることができる。

次に第４実施例の変形例について説明する。図１２は第４実施例の変形例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図である。本例に係るトナー付着量測定装置６０は、保持部材６５を構成するアーム部６２のテンションローラ６の軸６ａから分離可能な構造にしたものである。反射型光学センサ５１は、アーム部６２の先端に固定されたビーム部５３に固定されている。本例によれば、保持部材６５をテンションローラ６から分離でき、中間転写ベルト１３が装着されたユニットの組立性やメンテナンスの向上を図ることができる。

なお、上記各例では、像担持体として中間転写ベルトを使用した例を示したが、像担持体として感光体のように円柱形のものを対象とすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、反射型光学センサが常に曲率中心に正対した状態で位置し検知対象面との距離、対向角度等が反射型光学センサ設計条件から逸脱しないように保持されることで、高精度に光量検出が可能となる。また、これにより、画像形成装置においては高精度な画像濃度制御が可能になる。

また、この反射型光学センサ保持手段を回動可能な構造にすることで、転写紙の搬送路が近傍に配置されている場合にも紙詰まり排除時に反射型光学センサを避けることが可能になる。また、無端ベルトにおいては、ベルトに加わる加重によってテンションローラが移動することになるが、仮に反射型光学センサがテンションローラの曲面部を検知していたとしても、精度良く距離とあおり角度を維持することが可能になる。

また、本発明によれば、被検知面との距離調整手段を持つことで、反射型光学センサの距離特性に合わせることができ光量検出精度を低下させることなく配置が可能である。
これにより、画像形成装置においては高精度な画像濃度制御が可能になる。

また、本発明によれば、保持手段そのものが着脱可能な構造であれば、組立の容易化、部品交換の容易化ができる。また、複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、転写紙の搬送路に近接することも考えられ、紙詰まりなどが発生した場合には反射型光学センサの保持手段が容易に取り外せる構造であると都合が良い。

また、本発明によれば、光学センサを着脱可能とすることで、組立の容易化、反射型光学センサの交換性向上が期待できる。複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、転写紙の搬送路に近接することも考えられ、紙詰まりなどが発生した場合には反射型光学センサは容易に取り外せる構造であると都合が良い。

また本発明によれば、反射型光学センサのあおり角度（被検知面に対する光学センサの傾き）調整手段を持つことで、反射型光学センサの指向性バラツキを吸収させることも可能になり、光量検出精度を低下させることなく配置が可能である。これにより、画像形成装置においては高精度な画像濃度制御が可能になる。

このように、被検知面との距離やあおり角度の繊細な寸法管理が求められる反射型の光学センサにおいて、被検知面が曲面部であっても距離や対向角度などを反射型光学センサの設計条件内に管理することが容易になり、結果として精度の良い光量計測が可能となる。これにより、高精度な画像濃度制御が可能になり高画質な画像形成装置が実現できる。

実施例に係るカラープリンタの要部を示す縦断面図である。 第１実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図２に示したトナー付着量測定装置の動きを示す側面図である。 反射型光学センサから射出される光の反射状態を示す図であり、（ａ）は実施例を示す模式図、（ｂ）は対比例を示す模式図である。 図２に示したトナー付着量測定装置の他の作用を示す模式図である。 実施例１の変形例を示す模式図である。 第２実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 第３実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図である。 あおり量を説明するための側面図である。 センサのあおり角度とセンサ出力との関係を示すグラフである。 第４実施例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図である。 第４実施例の変形例に係るトナー付着量測定装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ カラープリンタ
２ 給紙カセット
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 現像ユニット
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 感光体
５ トナー付着量測定装置
６ テンションローラ
６ａ 軸
７ 駆動ローラ
８ クリーニング装置
９ 搬送路
１０ 定着ユニット
１１ ２次転写ローラ
１２ 給紙ローラ
１３ 中間転写ベルト
１３ａ 曲面部分
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 作像部
１５ コイルスプリング
１６ 円盤部
２０ トナー付着量測定装置
２１ 反射型光学センサ
２２ アーム部２２
２３ ビーム部
２５ 保持部材
３０ トナー付着量測定装置
３１ 反射型光学センサ
３２ アーム部３２,
３３ ビーム部
３４ 距離調整機構
３４ａ バネ
３４ｂ ネジ
３５ 保持部材
４０ トナー付着量測定装置
４１ 反射型光学センサ
４４ 角度調整機構
４４ａ 雄ネジ
４５ 保持部材
５０ トナー付着量測定装置
５１ 反射型光学センサ
５２ アーム部
５３ ビーム部
５３ａ 凹部
５４ 保持部
５４ａ 凸部
５５ 保持部材
６０ トナー付着量測定装置
６２ アーム部
６５ 保持部材
７０ トナー付着量測定装置
７１ 反射型光学センサ
７２ アーム部
７２ａ 基部
７２ｂ，７２ｂ 二股部
７３ ビーム部
７４，７４ 遊星円盤
２１ 反射型光学センサ
３１ 反射型光学センサ
４１ 反射型光学センサ
５１ 反射型光学センサ
７１ 反射型光学センサ
２３ ビーム部
３３ ビーム部
５３ ビーム部
７３ ビーム部

Claims (8)

1. トナー像を形成した像担持体に付着したトナーの量を測定するトナー付着量測定装置であって、
   前記像担持体は、中心軸から所定の半径を備えた曲面部を備えるものであり、
   前記像担持体の表面に検出光を射出しその反射光に基づいてトナー付着量測定する反射型光学センサと、
   前記反射型光学センサの検出光を前記像担持体に向けて保持すると共に、前記曲面部の中心を回転中心として回動可能に保持され、前記像担持体と前記反射型光学センサの相対位置を変更できる保持部材と、
   を備えることを特徴とするトナー付着量測定装置。
2. 前記像担持体は円柱状部材又は無端ベルト状部材であり、前記湾曲面は円柱状部材の側部面、又は無端ベルト部材の転向部面であることを特徴とする請求項１記載のトナー付着量測定装置。
3. 前記保持部材は、前記反射型光学センサと前記像担持体の曲面部との距離を変更する長さ変更手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のトナー付着量測定装置。
4. 前記保持部材は前記像担持体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のトナー付着量測定装置。
5. 前記反射型光学センサは、前記保持部材に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のトナー付着量測定装置。
6. 前記反射型光学センサは、前記保持部材にあおり方向に位置変更可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のトナー付着量測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のトナー付着量測定装置を備えることを特徴とする作像装置。
8. 請求項７記載の作像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。