JP2005208225A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッチ検センサで、パッチの正反射Ｔｐ、乱反射Ｔｓ、下地の正反射Ｂｐ、乱反射Ｂｓとし、下地無し時にＢｐ＝ｍＢｓ、ベタパッチ時にＴｐ＝ｋＴｓを算出し、正反射測定値Ｐ、乱反射測定値Ｓから、Ｂｐ＝（Ｐ−ｋＳ）／（１−ｋ／ｍ）、Ｔｓ＝（Ｓ−Ｐ／ｍ）／（１−ｋ／ｍ）を求めることで、トナーパッチ濃度を検知する際に、下地が乱反射しても正確にパッチ濃度が検知できる。
【解決手段】 前記像担持体上に光を照射する発光手段と、前記像担持体上からの反射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第１および第２光成分光量を検出する光量検出手段、前記光量検出手段で検出された前記第１及び第２光成分の光量を用いて前記像担持体上に付着したトナー量を検出する制御手段を有するトナー検出装置において、前記制御手段は、前記像担持体上にトナーを載せない場合とトナーを載せる場合における、前記光量検出手段の前記第１および第２光成分光量を各々用いて、前記像担持体上に付着したトナー量を検出することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録材上に画像を形成する電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来より、この種の画像形成装置では、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）の各色材のパッチを形成して、センサによりパッチからの反射光量の変化を測定することでパッチ濃度を検出し、検出した濃度情報から最大濃度や階調特性を補正することが行なわれている。

一例として、特許文献１がある。

図２は従来のトナー濃度測定装置で、感光体の表面には転写するためのトナーパッチが付着している。

感光体の表面に光を投光する光源（ＬＥＤ）と、投光手段の投光光によって反射する光を受光する２つの受光手段とが設けられている。投光手段は、ＬＥＤなどの光源とＰ偏光の光を透過させる偏光フィルタとから構成され、光源は感光体の法線方向に対して傾いた角度で備えてある。

光源から感光体に付着したトナーパッチに測定光を投光すると、Ｐ偏光の光ＰとＳ偏光の光Ｓとを含んだ測定光は、Ｐ偏光フィルタによって光Ｓがカットされ、光Ｐのみがトナーパッチに投光される。トナーパッチの入射光Ｐは、表面で一部が反射し、一部がトナー層を透過する。トナー層を透過した光は、さらに感光体の表面で反射する。

各々の反射光は、トナーパッチの表面で反射した光が、Ｐ偏光の光ＴｐとＳ偏光の光Ｔｓとを含むようになり、また、感光体の表面で反射した光は、偏光は乱されることなくＰ偏光の光Ｂｐとなる。

投光光によって反射する光が正反射する光の光路上には偏光分離プリズムを備え、Ｐ偏光とＳ偏光の光に分離するようにしてある。そして、これら分離された光のうち、Ｐ偏光の光を第１の受光手段としての受光素子１で受光し、Ｓ偏光の光を第２の受光手段としての受光素子２で受光するようにしてある。

つまり、トナーパッチに投光された光は、Ｐ偏光の光ＴｐとＳ偏光の光Ｔｓとになって反射し、トナー層を透過した光は感光体の表面でＰ偏光の光Ｂｐとなって反射する。

これら反射光Ｔｐ，Ｔｓ，Ｂｐは偏光分離プリズムに入射し、Ｐ成分のＴｐ，ＢｐとＳ成分の光Ｔｓとに分離される。このように分離された光は、Ｐ偏光の光Ｔｐ，Ｂｐが受光素子１によって受光され、Ｓ偏光の光Ｔｓが受光素子２によって受光される。上記した測定装置で測定したトナーパッチの測定量はＳ偏光の場合が図３に示す測定曲線となり、Ｐ偏光の場合が図４に示す測定曲線となる。図４に示す測定曲線は、トナーパッチによる反射光Ｔｐと感光体の反射光Ｂｐとによってトナー量を測定しているため、トナーパッチが所定の付着量となるまでは受光素子１の受光量が減少し、その受光量から測定することができるが、トナーパッチの付着量が多くなるとトナーパッチによる反射光Ｔｐが増加して受光器１が飽和状態となる。

ここで、受光素子１が受光するＴｐ，Ｂｐのうち、光Ｂｐはトナーパッチを通過した光であるから、これらの光Ｂｐはトナーパッチの付着量によって変化する。つまり、トナーパッチの付着量が多い時は、光Ｂｐは減少し、トナーパッチの付着量が少ない時は光Ｂｐは増加する。そこで、光Ｂｐを計測することにより、トナーパッチの付着量を知ることができる。

上記した受光素子１が受光する光Ｔｐ，Ｂｐのうち、光Ｔｐはトナーパッチによって反射した光であり、受光素子２が受光するトナーパッチによって反射した光Ｔｓと比例関係にある。したがって、受光素子２の出力信号に所定の係数Ｋを乗ずることにより、光Ｔｐと近似な値を求めることができる。この結果、受光素子１の出力信号から受光素子２の出力信号に所定の係数Ｋを乗じた値を引くことにより光Ｂｐが求められる。つまり、受光素子１の出力信号をＶｏｐ、受光素子２の出力信号をＶｏｓとすると、以下の式が成り立つ。
Ｖｏｐ＝Ｂｐ＋Ｔｐ
Ｖｏｓ＝Ｔｓ
Ｔｐ＝ｋＴｓ
上記式よりＢｐが求められる
Ｂｐ＝Ｖｏｐ−Ｋ＊Ｖｏｓ

受光素子１，２は、各々の反射光を光電変換して出力信号Ｖｏｐ，Ｖｏｓを出力し、この出力信号Ｖｏｐ，Ｖｏｓは図に示す信号処理手段として備えたＣＰＵを含む信号処理回路に送られる。信号処理回路は、内部でＡ／Ｄ変換しその値から上記式Ｂｐ＝Ｖｏｐ−Ｋ＊Ｖｏｓで演算してＢｐを算出し、測定データとして出力する。図５はトナーパッチ濃度に対する算出されたＢｐの関係を示すグラフである。このようにしてトナーパッチの付着量が測定される。なお、出力信号ａ、ｂが小さい場合は、不図示の増幅器を用いてに一定増幅率を与えるようにすればよい。
特開平９−２４７４５９号公報

従来は下地となる感光体の表面で反射した光は、偏光は乱されることなくＰ偏光の光Ｂｐとっていた。しかし図６に示すように下地である感光体や中間転写体の一部には、その表面で反射した光は、Ｐ偏光の光Ｂｐに加えてＳ偏光の光Ｂｓとを含むようになる。

その結果、従来の計算式Ｂｐ＝Ｖｏｐ−Ｋ＊Ｖｏｓではトナー濃度を算出できなくなる。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、トナーパッチ濃度を検知する際に、下地が乱反射しても正確にパッチ濃度が検知できる画像形成装置を提供することを目的とする。

そこで本件は、予めトナーパッチを全くのせない状態で測定する。そうすると結果受光素子１で得られるＰ偏光は下地の感光体の反射成分Ｂｐのみ、受光素子２で得られるＳ偏光は下地の感光体の反射成分Ｂｓのみになる。その結果Ｂｐ＝ｍＢｓの関係が成立し、所定係数ｍが得られる。上記式を用いることにより、感光体の反射成分Ｂｐを算出でき、トナー濃度が測定可能となる。

すなわち、本発明の技術内容は以下の構成を備えることにより前記課題を解決できた。

（１）前記像担持体上に光を照射する発光手段と、前記像担持体上からの反射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第１および第２光成分光量を検出する光量検出手段、前記光量検出手段で検出された前記第１及び第２光成分の光量を用いて前記像担持体上に付着したトナー量を検出する制御手段を有するトナー検出装置において、前記制御手段は、前記像担持体上にトナーを載せない場合とトナーを載せる場合における、前記光量検出手段の前記第１および第２光成分光量を各々用いて、前記像担持体上に付着したトナー量を検出することを特徴とする画像形成装置。

（２）前記発光手段は、光源とｐ偏光を透過させる第１の偏光手段を含むことを特徴とする前記（１）項記載の画像形成装置。

（３）前記光量検出手段は、前記像担持体からの反射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する第２の偏光手段と、前記第２の偏光手段から射出されるｐ偏光を受光し、前記第１光成分の光量としてｐ偏光の光量を検出する第１受光素子と、前記第２の偏光手段から射出されるｓ偏光を受光し、前記第２光成分の光量としてｓ偏光の光量を検出する第２受光素子とを備えていることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（４）前記像担持体は、感光ドラム、中間転写体、記録媒体のいずれかから構成されることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

予めトナーパッチを全くのせない状態で測定する。そうすると結果受光素子１で得られるＰ偏光は下地の感光体の反射成分Ｂｐのみ、受光素子２で得られるＳ偏光は下地の感光体の反射成分Ｂｓのみになる。その結果Ｂｐ＝ｍＢｓの関係が成立し、所定係数ｍが得られる。上記式を用いることにより、感光体の反射成分Ｂｐを算出でき、トナー濃度測定が可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態として、本画像形成装置の装置構成について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本画像形成装置の概略断面図を示す図である。

図１に示す画像形成装置には、マゼンタ，シアン，イエロー，ブラックの各色の画像を形成する４個の画像形成ステーションが設けられている。図１に示す様に、各画像形成ステーションは、像但持体である電子写真感光体（以下「感光体」という）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲に、帯電器、クリーナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび現像装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ等を備えている。感光体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは図中矢印方向に回転自在に支持されている。現像装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとクリーナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの間の各感光体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの下方には、転写部３が配置されている。この転写部３は各画像形成ステーションに共通の記録紙搬送手段である転写ベルト３１および転写用帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなる。転写ベルト３１は、記録媒体である記録紙を各感光体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに順次搬送する。各画像形成ステーションにおいて感光体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成された画像は、転写ベルト３１上の記録紙へ転写される。

さらに、画像形成装置には、複数の供給手段、つまり給紙カセット６１および図中矢印Ｒ６１ａ方向に引き出し可能な手差し給紙トレイ６１ａが設けられ、この給紙カセット６１または手差し給紙トレイ６１ａには、高，中，低グロスの記録紙のいずれかが装着されている。この記録紙は、転写ベルト３１上に支持されて各画像形成ステーションを通過する過程で、上記感光体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成された各色のトナー像が順次に転写される。この転写工程が終了すると、上記記録紙は転写ベルト３１から分離されて記録紙案内手段となる搬送ベルト６２により定着装置５に搬送される。

定着装置５は、回転自在に支持された定着ローラ５１と、この定着ローラ５１に圧接しながら回転する加圧ローラ５２と、離型剤供給塗布手段である離型剤塗布装置５３と、ローラクリーニング装置とを備えた構成である。定着ローラ５１および加圧ローラ５２の内側にはハロゲンランプなどのヒータがそれぞれ配設されている。定着ローラ５１、加圧ローラ５２にはそれぞれサーミスタが接触されており、温度調節装置６０を介してヒータへ印加する電圧を制御することにより定着ローラ５１および加圧ローラ５２の表面温度調節を行っている。

定着ローラ５１にはその表面に離型剤としてのシリコンオイルを塗布する離型剤塗布装置５３が接触されており、搬送ベルト６２により記録紙が搬送されて定着ローラ５１と加圧ローラ５２との間を通過する際に、トナーが定着ローラ５１の表面に付着しないようにしている。また、離型剤塗布装置５３には、定着ローラ５１の表面に塗布するシリコンオイルの塗布量を制御する塗布量制御装置６３が接続されている。定着ローラ５１と加圧ローラ５２とを駆動する不図示の駆動モータには、記録紙の搬送速度、すなわち記録紙の表裏両面を加圧・加熱する定着ローラ５１と加圧ローラ５２との回転速度を制御する速度制御装置６４が接続されている。これにより記録紙の表面上の未定着トナー像は溶融して定着され、記録紙上にフルカラー画像が形成される。このフルカラー画像が定着された記録紙は、分離爪によって加圧ローラ５２から分離される。次に本件の原理を説明する。

図８は本件のトナー濃度測定装置で、各感光体の表面には転写するためのトナーパッチを付着させる。

感光体の表面に光を投光する光源（ＬＥＤ）と、投光手段の投光光によって反射する光を受光する２つの受光手段とが設けられている。投光手段は、ＬＥＤなどの光源とＰ偏光の光を透過させる偏光フィルタとから構成され、光源は感光体の法線方向に対して傾いた角度で備えてある。

光源から感光体に付着したトナーパッチに測定光を投光すると、Ｐ偏光の光ＰとＳ偏光の光Ｓとを含んだ測定光は、Ｐ偏光フィルタによって光Ｓがカットされ、光Ｐのみがトナーパッチに投光される。トナーパッチの入射光Ｐは、表面で一部が反射し、一部がトナー層を透過する。トナー層を透過した光は、さらに感光体の表面で反射する。

各々の反射光は、トナーパッチの表面で反射した光が、Ｐ偏光の光ＴｐとＳ偏光の光Ｔｓとを含むようになり、また、感光体の表面で反射した光は、偏光は乱されて、Ｐ偏光の光ＢｐとＳ偏光の光Ｂｓとなる。

投光光によって反射する光が正反射する光の光路上には偏光分離プリズムを備え、Ｐ偏光とＳ偏光の光に分離するようにしてある。そして、これら分離された光のうち、Ｐ偏光の光を第１の受光手段としての受光素子１で受光し、Ｓ偏光の光を第２の受光手段としての受光素子２で受光するようにしてある。

つまり、トナーパッチに投光された光は、Ｐ偏光の光ＴｐとＳ偏光の光Ｔｓとになって反射し、トナー層を透過した光は感光体の表面でＰ偏光の光ＢｐとＳ偏光の光Ｂｓとなって反射する。

これら反射光Ｔｐ，Ｔｓ，Ｂｐ、Ｂｓは偏光分離プリズムに入射し、Ｐ成分のＴｐ，ＢｐとＳ成分の光Ｔｓ、Ｂｓとに分離される。このように分離された光は、Ｐ偏光の光Ｔｐ，Ｂｐが受光素子１によって受光され、Ｓ偏光の光Ｔｓ、Ｂｓが受光素子２によって受光される。上記した測定装置で測定したトナーパッチの測定量はＳ偏光の場合が図６に示す測定曲線となり、Ｐ偏光の場合が図４に示す測定曲線となる。図４に示す測定曲線は、トナーパッチによる反射光Ｔｐと感光体の反射光Ｂｐとによってトナー量を測定しているため、トナーパッチが所定の付着量となるまでは受光素子１の受光量が減少し、その受光量から測定することができるが、トナーパッチの付着量が多くなるとトナーパッチによる反射光Ｔｐが増加して受光器１が飽和状態となる。

ここで、受光素子１が受光するＴｐ，Ｂｐのうち、光Ｂｐはトナーパッチを通過した光であるから、これらの光Ｂｐはトナーパッチの付着量によって変化する。つまり、トナーパッチの付着量が多い時は、光Ｂｐは減少し、トナーパッチの付着量が少ない時は光Ｂｐは増加する。そこで、光Ｂｐを計測することにより、トナーパッチの付着量を知ることができる。

上記した受光素子１が受光するＰ偏光Ｔｐ，Ｂｐのうち、光Ｔｐはトナーパッチによって反射した光であり、受光素子２が受光するトナーパッチによって反射した光Ｔｓと比例関係にある。したがって、受光素子２の出力信号に所定の係数ｋを乗ずることにより、光Ｔｐと近似な値を求めることができる。また受光素子１が受光するＰ偏光Ｔｐ，Ｂｐのうち、光Ｂｐは感光体によって反射した光であり、受光素子２が受光する感光体によって反射した光Ｂｓと比例関係にある。したがって、受光素子２の出力信号に所定の係数ｍを乗ずることにより、光Ｂｐと近似な値を求めることができる。

この結果、受光素子１の出力信号Ｖｏｐ＝Ｐと受光素子２の出力信号Ｖｏｓ＝Ｓとすると、以下の式が成り立つ。
Ｖｏｐ＝Ｂｐ＋Ｔｐ
Ｖｏｓ＝Ｔｓ
Ｔｐ＝ｋＴｓ
Ｂｐ＝ｍＢｓ
上記式より感光体のＰ偏光Ｂｐが求められる
Ｂｐ＝（Ｐ−ｋＳ）／（１−ｋ／ｍ）
またトナーのＳ偏光Ｂｓが求められる
Ｔｓ＝（Ｓ−Ｐ／ｍ）／（１−ｋ／ｍ）

受光素子１，２は、各々の反射光を光電変換して出力信号Ｖｏｐ，Ｖｏｓを出力し、この出力信号Ｖｏｐ，Ｖｏｓは図に示す信号処理手段として備えたＣＰＵを含む信号処理回路に送られる。信号処理回路は、内部でＡ／Ｄ変換しその値から上記式で演算してＢｐを算出し、測定データとして出力する。

図７はトナーパッチ濃度に対する算出されたＢｐの関係を示すグラフである。このようにしてトナーパッチの付着量が測定される。なお、出力信号ａ、ｂが小さい場合は、不図示の増幅器を用いてに一定増幅率を与えるようにすればよい。

また上記例は下地として感光体等の像担持体を挙げたが、これに限らず中間転写体や転写媒体の像担持体でも測定が可能となる。

複写機の構成図 従来例のセンサ構成を示す図 従来のＳ偏光を受ける受光素子１の出力を示す図 Ｐ偏光を受ける受光素子２の出力を示す図 従来の感光体のＰ偏光Ｂｐを示す図 感光体の反射光にＳ偏光が含まれるときのＳ偏光を受ける受光素子１の出力を示す図 実施例の感光体のＰ偏光Ｂｐを示す図 実施例のセンサ構成を示す図

符号の説明

１、２ 受光素子
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 感光体
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 現像装置
３ 転写部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 転写用帯電器
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ クリーナ
５ 定着装置
３１ 転写ベルト
５１ 定着ローラ
５２ 加圧ローラ
５３ 離型剤塗布装置
６０ 温度調節装置
６１ 給紙カセット
６２ 搬送ベルト
６４ 速度制御装置

Claims (4)

1. 前記像担持体上に光を照射する発光手段と、
   前記像担持体上からの反射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第１および第２光成分光量を検出する光量検出手段、
   前記光量検出手段で検出された前記第１及び第２光成分の光量を用いて前記像担持体上に付着したトナー量を検出する制御手段を有するトナー検出装置において、
   前記制御手段は、前記像担持体上にトナーを載せない場合とトナーを載せる場合における、前記光量検出手段の前記第１および第２光成分光量を各々用いて、前記像担持体上に付着したトナー量を検出することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記発光手段は、光源とｐ偏光を透過させる第１の偏光手段を含むことを特徴とする請求項１項記載の画像形成装置。
3. 前記光量検出手段は、前記像担持体からの反射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する第２の偏光手段と、前記第２の偏光手段から射出されるｐ偏光を受光し、前記第１光成分の光量としてｐ偏光の光量を検出する第１受光素子と、前記第２の偏光手段から射出されるｓ偏光を受光し、前記第２光成分の光量としてｓ偏光の光量を検出する第２受光素子とを備えていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体は、感光ドラム、中間転写体、記録媒体のいずれかから構成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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