JP5825525B2 - 光沢測定装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙に形成された画像の光沢を測定する装置等に関し、より詳細には、搬送中の用紙に形成された画像の光沢を測定する装置等に関するものである。

ファクシミリやプリンター、複写機などの電子写真方式の画像形成装置、特にプロダクトプリンティングの分野で用いられる画像形成装置には、画像の安定性が強く要求される。近年、画像の光沢が色味に少なからず影響していることが知られるようになり、画像の安定性を向上させるために、形成された画像の光沢を装置内で測定して、画像形成条件や定着条件を調整することが行われつつある。

例えば、定着後の記録媒体上の定着された現像剤像表面の光沢を測定し、測定結果に応じて画像形成条件や定着条件を制御する技術が提案されている（例えば特許文献１〜４を参照）。

特開2002-31921号公報 特開2003-186260号公報 特開2006-267165号公報 特開2009-68891号公報

例えばトナー画像の光沢は、「JIS Z 8741」で規定されているように、トナー画像に照射された光のうち正反射した光の受光量を測定して求められる。したがって、特許文献１〜４で提案されている技術では、測定部から用紙までの距離や用紙の傾きが絶えず変動するため、高い測定精度を得ることは困難であった。

そこで本発明の目的は、搬送中の用紙上の画像の光沢を高い精度で測定できる装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、所望の光沢の画像を安定して得られる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る光沢測定装置は、搬送中の用紙に形成された画像の光沢を測定する装置であって、用紙に向かって光を照射する発光部と、用紙に形成された画像で反射された光を受光する受光部と、搬送中の用紙に撓みを形成させる撓み形成手段と、前記受光部で検知された反射光量に基づき画像の光沢を導出する光沢導出手段とを備え、前記撓み形成手段によって撓みが形成された用紙に向かって前記発光部から光を照射し、用紙に形成された画像で正反射された光を前記受光部で検知し、前記光沢導出手段によって画像の光沢を導出することを特徴とする。

ここで、前記撓み形成手段としては、画像の光沢の測定位置よりも用紙搬送方向上流側に設けられた第１搬送ローラ対と、用紙搬送方向下流側に設けられた第２搬送ローラ対とを有し、第２搬送ローラ対の用紙搬送速度を第１搬送ローラ対の用紙搬送速度よりも遅くして用紙に撓みを形成するものが好ましい。

また、用紙に撓みを形成したときの撓みの頂部の曲率半径は６０ｍｍ以上とするのが好ましい。

前記撓み形成手段によって用紙に撓みを形成しながら、前記受光部で反射光量を連続的に検知し、前記光沢導出手段が、前記受光部で検知された反射光量のうち最大の反射光量に基づいて画像の光沢を導出するようにしてもよい。

あるいは、前記受光部として、複数個の受光素子が平面状に配置され、受光面が複数の微小領域に分割され、各微小領域ごとに反射光量を検知するものを用い、前記光沢導出手段が、前記撓み形成手段によって用紙に所定の撓みが形成された時の、前記複数の微小領域で検知された反射光量のうち最大の反射光量に基づいて画像の光沢を導出するようにしてもよい。この場合、用紙に所定の撓みが形成されたことを検知する撓み検知手段を設けるのが好ましい。

そしてまた、幅方向両端部がそれぞれ独立して用紙面に対して垂直方向に移動可能な筐体に、前記発光部と前記受光部とを設け、撓んだ用紙の稜線が前記筐体と接触すると、少なくとも幅方向両端部が用紙の稜線との接触状態を維持するように前記筐体が移動するようにしてもよい。

また本発明によれば、前記のいずれかに記載の光沢測定装置を有することを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明の光沢測定装置によれば、搬送中の用紙に形成された画像の光沢を高い精度で測定することができる。

また本発明の画像形成装置によれば、所望の光沢の画像が安定して得られる。

本発明に係る画像形成装置及び光沢測定装置の一例を示す概説図である。 図１の画像形成装置における定着装置及び光沢測定装置の拡大構成図である。 用紙の撓み頂部の曲率半径の違いによる反射光の光路の違いを説明する図である。 本発明に係る光沢測定装置において正反射光量の測定方法の一例を説明する図である。 正反射光と拡散光との強さの違いを示す図である。 本発明に係る光沢測定装置において正反射光量の測定方法の他の例を説明する図である。 用紙に所定量の撓みが形成されたことを検知する撓み検知手段の一例を示す図である。 用紙に所定量の撓みが形成されたことを検知する撓み検知手段の他の例を示す図である。 本発明に係る光沢測定装置の他の実施形態を示す概説図である。 図９の光沢測定装置による光沢測定の様子を示す概説図である。

以下、本発明に係る測定装置及び画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図を示す。図１に示す画像形成装置８は、画像を形成するプリンター部８１と、原稿画像を読み取るイメージリーダ部８２と、使用者が画像形成条件を入力したり装置の状態等を表示する操作表示部８３とを備える。イメージリーダ部８２は、不図示の原稿ガラス板の上に載置された原稿を、スキャナを移動して読み取る公知のもので、不図示のＣＣＤイメージセンサにより電気信号に変換された画像データが得られる。なお、本発明の画像形成装置は、単色の画像形成装置に限定されるものではなく、フルカラー画像形成装置などであってももちろん構わない。

プリンター部８１には、トナー像を担持し、時計回りに回転する円筒状の感光体（静電潜像担持体）Ｄの周囲に、感光体Ｄの表面を一様に帯電させる帯電装置２と、感光体Ｄ表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置３と、感光体Ｄにトナーを供給し感光体Ｄ上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置４と、現像装置４によって形成された感光体Ｄ上のトナー像を用紙Ｐに転写する転写ローラ（転写装置）５と、用紙Ｐに転写されずに感光体Ｄ上に残留したトナーを除去するクリーニング装置６とが設けられている。

帯電装置２は、スコロトロン方式の帯電装置であって、感光体Ｄに対向する面側が開口した箱状のシールド電極２２と、シールド電極２２内に張架された放電電極２１と、シールド電極２２の開口に取り付けられたグリッド電極２３とを有する。放電電極２１に数ｋＶの電圧が印加されるとコロナ放電が発生し、これに感光体Ｄの表面が一様に帯電される。なお、帯電装置２の種類は特に限定されるものでなく、ローラ方式の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を用いてももちろん構わない。

露光装置３は、帯電装置２によって一様に帯電された感光体Ｄの表面に、例えばパソコンなどの外部装置から入力される画像データに基づいて、選択的に光を照射して露光を行い、感光体Ｄの表面に所定の静電潜像を形成する。

現像装置４は、ハウジング４１と、感光体Ｄに対向し回転可能に設けられた現像ローラ４２と、現像ローラ４２に向かって現像剤を搬送する搬送ローラ４３とを備える。ハウジング４１内にはトナーとキャリア（いずれも不図示）とからなる現像剤が収容されている。現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加すると、現像ローラ４２に印加される電圧と感光体Ｄの静電潜像との電位差によってトナーが感光体Ｄに移動し、感光体Ｄ上の静電潜像がトナーによって可視像化（トナー画像）される。

転写ローラ５は、転写ローラ５に連結された駆動モータ（不図示）によって回転可能に設けられるとともに付勢部材（不図示）によって感光体Ｄに圧接している。また転写ローラ５には、不図示の電圧印加手段によって、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアス電圧が印加される。感光体Ｄと転写ローラ５との間を用紙Ｐが通過する際に、転写ローラ５に前記転写バイアス電圧が印加され、感光体Ｄに形成されたトナー画像が用紙Ｐに転写する。

クリーニング装置６は、感光体Ｄに圧接するクリーニングブレード６１を備え、感光体Ｄ表面に残留する未転写トナーを感光体Ｄから除去する。

プリンター部８１の下部には、用紙Ｐを収納した給紙カセット５１がプリンター部８１に対して着脱自在に配置されている。給紙カセット５１内に収納された用紙Ｐは、給紙カセット５１の上方側部に配置された給紙ローラ５２の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路５０に送り出される。給紙カセット５１から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対５３に搬送され、レジストローラ対５３から感光体Ｄの回転とタイミングを合わせて転写ローラ５と感光体Ｄとのニップ部に送り出され、前述の通りトナー画像が用紙Ｐに転写される。

さらに、プリンター部８１は、感光体Ｄから用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着させる定着装置１を備えている。定着装置１は、ハロゲンヒータＨを内蔵した定着ローラ１１と、定着ローラ１１に圧接する加圧ローラ１２とを有する。定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部を用紙Ｐが通過する際に加熱及び加圧されてトナー画像が用紙Ｐに溶融定着される。そして、用紙Ｐは、測定装置７を通って排出口５５から本体側面の排紙トレイ８５に排出される。

画像形成装置８は、画像形成装置８に関係する構成要素を総合的に制御する制御装置８４を備えており、この制御装置８４は、感光体Ｄ、現像ローラ４２、転写ローラ５、給紙ローラ５２、搬送ローラ５３及び定着ローラ１１などの回転駆動と帯電装置２、露光装置３、現像装置４などの作動を制御すると共に、後述する測定装置７の測定値に基づいて定着ローラ１１の搬送速度やハロゲンヒータＨの入切を制御し、用紙Ｐに形成されたトナー像の光沢を調整する。もちろん、制御装置８４の制御動作は、操作表示部８３から使用者が入力した設定条件によっても実行される。

図２に測定装置７の概略構成図を示す。測定装置７は、定着装置１の用紙搬送方向下流に設けられ、搬送されてきた用紙Ｐに向かって光を照射する発光部７１と、用紙Ｐに形成されたトナー像で正反射（入射角と反射角とが等しい）された光を受光する受光部７２と、測定位置ＭＰの用紙搬送方向上流側及び下流側に設けられた撓み形成手段としての第１搬送ローラ対７３及び第２搬送ローラ対７４と、受光部７２で検知された反射光量に基づきトナー像の光沢を導出する光沢導出部（光沢導出手段）７５とを有する。

搬送中の用紙Ｐは不安定であるため、通常の装置では、測定位置において用紙Ｐは図のＸ，Ｙ，Ｚ方向にずれた状態となっている。用紙Ｐが、図のＸ，Ｙ，Ｚ方向のいずれの方向にずれても、トナー像での正反射光が受光部７２に正しく入射しないので、トナー像の光沢を高い精度で測定できなかった。

そこで、本発明の光沢測定装置では、用紙Ｐを挟持し搬送する第１搬送ローラ対７３と第２搬送ローラ対７４とを設けると共に、第２搬送ローラ対７４の搬送速度を第１搬送ローラ対７３の搬送速度よりも遅くできるようにした。これにより、用紙Ｐが上に凸に撓んだ状態とすることができるようになり、ばたつきが抑えられて図のＸ，Ｙ，Ｚ方向に位置決めされた状態となる時が生み出される。

トナー像で正反射した光は受光部７２で受光され、受光された反射光量は光沢導出部７５に送られる。そして、光沢導出部７５において反射光量に基づいて光沢値が導出される。導出されたトナー像の光沢値は制御装置８４（図１に図示）に送られ、所望の光沢となるように、定着ローラ１１の回転駆動や定着温度などの定着条件や、現像バイアス電圧や転写バイアス電圧などの画像形成条件が調整される。

発光部７１から用紙Ｐのトナー像に向かって照射する光は、平行光であれば特に限定はなく、可視光や赤外光などいずれでもよいが、トナー画像の色によって測定感度が変動するのを防止する観点からは可視光以外が好ましく、近赤外の波長を有する光がより好ましい。

なお、用紙Ｐの撓み形成位置にばらつきが生じた場合、撓み頂部の曲率半径が小さいほど反射光への影響が大きくなるので、撓み頂部の曲率半径は大きくするのが好ましい。図３に、用紙Ｐの撓み形成位置が用紙搬送方向にずれた場合の例を示す。図において実線が用紙Ｐの撓み形成が通常の場合、破線が用紙搬送方向上流側にずれた場合である。図３（ａ）に示す、用紙Ｐの撓み頂部の曲率半径が大きいときは、用紙Ｐの撓み形成位置が用紙搬送方向上流側にずれても、反射光の光路のずれは小さい。これに対し、図３（ｂ）に示す、用紙Ｐの撓み頂部の曲率半径が小さいときは、用紙Ｐの撓み形成位置が用紙搬送方向上流側にずれると、反射光の光路のずれは大きくなり反射光はもはや受光部に入射しなくなる。

用紙Ｐに撓みを形成する場合の撓み頂部の好適な曲率半径は、測定装置の取付公差や用紙Ｐの撓み形成位置のばらつき量などを考慮し適宜決定すればよいが、通常、６０ｍｍ以上とするのが好ましい。撓み頂部の曲率半径を大きくする手段としては、例えば、撓みの高さを低くする、あるいは第１搬送ローラ対７３と第２搬送ローラ対７４との間隔を広くするなどの手段が挙げられる。なお、発光部７１から測定位置ＭＰまでの距離及び測定位置ＭＰから受光部７２までの距離を短くする、あるいは、発光部７１及び受光部７２の取付位置精度を高くすること等によって、上記の用紙Ｐの好適な曲率半径はさらに小さくできる。

図４に正反射光量の検知方法の一例を示す。図４に示す検知方法では、受光部７２ａとしていわゆるスポットセンサーを用いる。用紙Ｐの先端が第２搬送ローラ対７４に挟み込まれると、第２搬送ローラ対７４の用紙搬送速度が第１搬送ローラ対７３の用紙搬送速度よりも遅くなる。すると、発光部７１と受光部７２ａとを収納したケースＣの方向に凸の撓みが用紙Ｐに形成され、撓みは経時的に徐々に大きくなる。この間、発光部７１から用紙Ｐに向かって連続して光が照射され、受光部７２ａは反射光量を連続して検知する。なお、第２搬送ローラ対７４の用紙搬送速度は、用紙Ｐの撓みが所定量に達するかあるいは所定時間が経過すると、第１搬送ローラ対７３の用紙搬送速度よりも速くして、用紙Ｐの撓みを解消する。もちろん、用紙Ｐの最大撓み量は、正反射光が受光部７２ｂに入射する撓み量以上とする。

図４から理解されるように、用紙Ｐの撓みが変化するにしたがって、正反射光の光路も変化する。前述のように、受光部７２ａは反射光量を継続して検知しているので、用紙Ｐが所定の撓みとなったときの正反射光量も受光部７２ａで検知される。図５に示すように、正反射光はそれ以外の拡散光よりも強いので、受光部７２ａで連続して検知した反射光量のうち最大の反射光量を正反射光量とすればよい。

受光部７２ａにおける反射光量の検知は、用紙Ｐに撓みを形成する間及び用紙Ｐの撓みを解消する間の少なくとも一方の間行えばよい。いずれか一方の間のみ受光部７２ａで反射光量を検知する場合には、反射光量を検知しない間は、第２搬送ローラ対７４の用紙搬送速度を速くして用紙Ｐの搬送を速めるようにするのがよい。また、両方の間検知する場合には、それぞれの間の最大反射光量の平均値又は大きい方を正反射光量とすればよい。

図６に、正反射光量の他の検知方法例を示す。図６に示す検知方法では、受光部７２ｂとして、複数個の受光素子が平面状に配置されたいわゆるエリアセンサーを用いる。そして、エリアセンサーの受光面を複数の微小領域に分割し、それぞれの微小領域ごとに反射光量を検知できるようにする。用紙Ｐの撓みが所定量に達した時に受光部７２ｂで反射光量を検知する。

用紙Ｐの撓みが所定量に達した時の正反射光の方向は多少ばらつくが、図６の測定装置では受光部７２ｂとしてエリアセンサーを用いているので、受光部７２ｂの受光面のいずれかの微小領域で正反射光量は検知される。図５に示したように、正反射光はそれ以外の拡散光よりも強いので、微小領域で検知した各反射光量のうち最大の反射光量を正反射光量とすればよい。

ここで、撓み検知手段を設けて、用紙Ｐの撓みが所定量に達したかどうかを検知するようにしてもよい。図７に撓み検知手段の一例を示す。図７（ａ）は測定装置の正面図、同図（ｂ）は右側面図である。撓み検知手段７６ａは。揺動軸７６１と、「Ｌ」字状で一方端が揺動軸７６１に取り付けられ揺動自在の検知部材７６２とを有する。用紙Ｐが撓みを形成し、撓みが所定量に達すると用紙Ｐが検知部材７６２に接触し、図７（ａ）において、検知部材７６２は揺動軸７６１を中心として時計回りに持ち上げられる。この検知部材７６２の揺動を、不図示のセンサー（例えばフォトカップラー）によって検知し、この時の反射光量を受光部７２ｂで検知する。

図８に、撓み検知手段の他の例を示す。図８（ａ）は測定装置の正面図、同図（ｂ）は右側面図である。これらの図に示す撓み検知手段７６ｂは、揺動軸７６３ａ，７６３ｂと、これらの揺動軸に両端部が取り付けられた「コ」字状の検知部材７６４とを有する。用紙Ｐが撓みを形成し、撓みが所定量に達すると用紙Ｐが検知部材７６４に接触し、図８（ｂ）において、検知部材７６４は揺動軸７６３ａ，７６３ｂを中心として反時計回りに持ち上げられる。この検知部材７６４の揺動を、不図示のセンサー（例えばフォトカップラー）によって検知し、この時の反射光量を受光部７２ｂで検知する。図８に示した実施形態は、図７で示した実施形態と異なり、検知部材７６４の用紙Ｐと接触する部分を用紙搬送方向に長くしているので、用紙Ｐの撓み形成位置が用紙搬送方向にずれても所定の撓み量を検知することができる。

なお、以上説明した実施形態では、発光部７１と受光部７２とを用紙搬送方向に並べて配置していたが、用紙幅方向に並べて配置してももちろん構わない。

図９及び図１０に、本発明に係る測定装置の他の実施形態を示す。図９及び図１０に示す測定装置は、平板状の基体（筐体）７７と、基体７７の幅方向両端部に取り付けられ基体７７を釣支するバネ部材Ｓ１，Ｓ２と、基体７７の中央部に形成された開口部７７１の直上に設けられた、発光部と受光部とを内蔵するケースＣと、測定位置ＭＰの用紙搬送方向上流側及び下流側に設けられた撓み形成手段としての第１搬送ローラ対７３及び第２搬送ローラ対７４とを有する。そして、基体７７の幅方向両端部には、外方に突出した円筒状のピン７７２ａ（７７２ｂ）が形成されており、装置本体に形成されたガイド板８１１ａ，８１１ｂの溝に移動可能に係合している。

前記の実施形態と同様に、第１搬送ローラ対７３と第２搬送ローラ対７４との用紙搬送速度の差によって用紙Ｐに撓みが形成される。用紙Ｐの撓みが大きくなるとやがて撓み頂部の稜線が基体７７の底面に接触する。図１０（ａ）は、用紙Ｐの撓み頂部の、用紙幅方向の高さが同じである場合である。この場合、用紙Ｐの撓み頂部によって基体７７は用紙幅方向で同じ量だけ持ち上げられて、ケースＣと用紙Ｐとは所定の位置関係となる。この状態で、発光部から光が用紙Ｐに向かって照射され、トナー画像で正反射した光が受光部で受光される。これによりトナー画像の光沢が高い精度で測定される。

また、図１０（ｂ）に示すように、用紙Ｐの撓み頂部の高さが用紙幅方向で異なる場合は、まず、高い方の撓み頂部が基体７７の底面に接触して基体を持ち上げる。すると、基体７７は傾いて、用紙Ｐの撓み頂部の稜線と基体７７の底面とが幅方向のほぼ全体にわたって接触するようになる。これにより、ケースＣと用紙Ｐとは、前記実施形態と同様に所定の位置関係となる。この状態で、発光部から光が用紙Ｐに向かって照射され、トナー画像で正反射した光が受光部で受光され、トナー画像の光沢が高い精度で測定される。なお、ケースＣと用紙Ｐとを所定の位置関係とするためには、基体７７の底面と用紙Ｐの撓み頂部の稜線とが、基体７７の幅方向両端で少なくとも接触するようにすればよい。

なお、本発明に係る測定装置を搭載した画像形成装置において、用紙に形成された画像の光沢を測定しないときは、第１搬送ローラ対７３と第２搬送ローラ対７４とを同じ用紙搬送速度として用紙に撓みを形成せず画像形成処理速度を速めるのがよい。

本発明の光沢測定装置によれば、搬送中の用紙に形成された画像の光沢を高い精度で測定でき有用である。

１
２
Ｐ 用紙
７１ 発光部
７２ 受光部
７３ 第１搬送ローラ対
７４ 第２搬送ローラ対
７５ 光沢導出部（光沢導出手段）
７６ａ，７６ｂ 撓み検知手段
７７ 基体（筐体）

Claims (8)

1. 搬送中の用紙に形成された画像の光沢を測定する装置であって、
   用紙に向かって光を照射する発光部と、用紙に形成された画像で反射された光を受光する受光部と、搬送中の用紙に撓みを形成させる撓み形成手段と、前記受光部で検知された反射光量に基づき画像の光沢を導出する光沢導出手段とを備え、
   前記撓み形成手段によって撓みが形成された用紙に向かって前記発光部から光を照射し、用紙に形成された画像で正反射された光を前記受光部で検知し、前記光沢導出手段によって画像の光沢を導出することを特徴とする光沢測定装置。
2. 前記撓み形成手段が、画像の光沢の測定位置よりも用紙搬送方向上流側に設けられた第１搬送ローラ対と、用紙搬送方向下流側に設けられた第２搬送ローラ対とを有し、第２搬送ローラ対の用紙搬送速度を第１搬送ローラ対の用紙搬送速度よりも遅くして用紙に撓みを形成するものである請求項１記載の光沢測定装置。
3. 用紙に撓みを形成したときの撓みの頂部の曲率半径が６０ｍｍ以上である請求項１又は２記載の光沢測定装置。
4. 前記撓み形成手段によって用紙に撓みを形成しながら、前記受光部で反射光量を連続的に検知し、前記光沢導出手段は、前記受光部で検知された反射光量のうち最大の反射光量に基づいて画像の光沢を導出する請求項１〜３のいずれかに記載の光沢測定装置。
5. 前記受光部が、複数個の受光素子が平面状に配置されたものであって、受光面が複数の微小領域に分割され、各微小領域ごとに反射光量を検知するものであり、前記光沢導出手段は、前記撓み形成手段によって用紙に所定の撓みが形成された時の、前記複数の微小領域で検知された反射光量のうち最大の反射光量に基づいて画像の光沢を導出する請求項１〜３のいずれかに記載の光沢測定装置。
6. 用紙に所定の撓みが形成されたことを検知する撓み検知手段を備えた請求項５記載の光沢測定装置。
7. 幅方向両端部がそれぞれ独立して用紙面に対して垂直方向に移動可能な筐体に、前記発光部と前記受光部とが設けられ、撓んだ用紙の稜線が前記筐体と接触すると、少なくとも幅方向両端部が用紙の稜線との接触状態を維持するように前記筐体が移動する請求項１〜３のいずれかに記載の光沢測定装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光沢測定装置を有することを特徴とする画像形成装置。