JP2006235469A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、高濃度側の濃度検知精度を高めることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】像担持体上にトナー画像を形成する画像形成手段と、前記トナー画像の濃度を検知するための濃度検知手段と、前記濃度検知手段は少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つの受光素子を有す画像形成装置において、前記像担持体は少なくとも２つの懸架ローラにより懸架されたベルトであって、前記濃度検知手段を、前記懸架ローラの１つに対向する位置に配置し、且つ、前記発光素子と前記受光素子は前記懸架ローラの周方向に配置されている。又、濃度検知センサは、１つの発光素子と１つの受光素子から成り、前記発光素子からベルト面に入射する角度と、該ベルト面から前記受光素子に反射する角度は等しい。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成条件の制御を行う画像形成装置において、試験トナー画像を検知するセンサの構成及び配置に関する。

情報化の流れに連れて文書、画像をカラーで出力するニーズが広がっており、各種方式のプリンターが上市されている。カラー画像形成方式としては、昇華型、熱転写型、インクジェット方式等が用いられているが、高速に画像を形成するためには電子写真方式が最も優れていると言われている。

電子写真方式の画像形成装置においては、使用されている温度や湿度、又、感光体、現像剤の特性のばらつき、現像器等の耐久状況により、画像濃度が大きく変動してしまう問題がある。特に、カラー画像形成装置は、色味も変わってしまうという不具合が発生する。

これらの問題を鑑み、中間転写体又は転写体上に、所定の濃度検出用パターンを形成し、濃度検知センサを用いてその濃度を検出することで、入力画像信号と濃度の関係を得て、その関係からホストコンピュータからの入力画像信号に対して所望の濃度が出るよう、入力画像信号を変換すること（以下、「濃度制御」と言う）が一般的に行われている。

上記濃度制御で使用されている濃度検知の方式には、乱反射検知タイプと正反射検知タイプの２種類に大別される。濃度検知パターンが形成される下地となる中間転写体、転写体には一般的に抵抗値調整のためカーボンブラックが分散されているため黒色や濃い灰色であるので、乱反射検知タイプの方式では黒トナーの濃度を検知することが困難となる。一方、正反射検知タイプの方式においては、下地からの反射光量を検知するので、黒トナーであっても濃度を検知することが可能である。よって、濃度制御では正反射検知タイプのセンサを使用することが一般的となっている。

しかしながら、上記の濃度センサに正反射検知方式を用いる場合、有彩色トナーにおいて濃度が高濃度であると検知できなくなる問題があった。以下に理由について説明する。

トナー濃度が上がるに従って、下地からの反射光量が減少するので、結果センサ出力が低下していく。更に濃度が上がると、センサ出力が上昇に転じる。これは、低濃度側においては、トナーがベルト表面に増えると、ベルト表面からの１次反射である正反射光が減少していくため、センサ出力は減少していく。更に濃度が上がると、トナーがベルト表面に埋め尽くされ、結果正反射光が無くなる一方、今度はトナーからの乱反射光が増えていき、結果センサ出力は増えていくことになる。

このように高濃度側では、センサ出力から逆算して濃度を算出することができなくなってしまう。

このような問題を解決するために、特許文献１に開示されているように、発光素子と受光素子の前に偏光板を設け、乱反射成分と正反射成分の偏光状態の違いを利用して正反射成分のみを取り出す方式が考案されている。

又、特許文献２に開示されているように、出力補正用のベタ画像を形成し、その検知結果に基づいて補正を行う方式が提案されている。

特開平６−２５０４８０号公報 特開２００１−３２４８４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方式では、偏光板を設ける必要があるため、構成が複雑となり、又、センサのコストアップとなってしまう。

又、特許文献２に記載された方式では、出力補正用のベタ画像を形成する必要があるため、構成が複雑となり、又、濃度制御に要す時間が延びたりして、ユーザービリティーが低下してしまう。

従って、本発明は、簡易な構成で、高濃度側の濃度検知精度を高めることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、像担持体上にトナー画像を形成する画像形成手段と、前記トナー画像の濃度を検知するための濃度検知手段と、前記濃度検知手段は少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つの受光素子を有す画像形成装置において、前記像担持体は少なくとも２つの懸架ローラにより懸架されたベルトであって、前記濃度検知手段を、前記懸架ローラの１つに対向する位置に配置し、且つ、前記発光素子と前記受光素子は前記懸架ローラの周方向に配置されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記濃度検知センサは、１つの発光素子と１つの受光素子から成り、前記発光素子からベルト面に入射する角度と、該ベルト面から前記受光素子に反射する角度は等しいことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記入射する角度は、４５°〜８０°であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記濃度検知センサは、１つの発光素子と２つの受光素子から成り、前記発光素子と前記受光素子の１つを結んだ直線の中心から前記受光素子の間に、前記受光素子の一方の受光素子を配置することを特徴とする。

本発明によれば、濃度検知センサの発光素子、受光素子、検知対象となるベルト面との位置関係を適切に設定したことで、検知精度を低下させる乱反射成分の影響を少なくし、これにより、簡易な構成で、高濃度側の濃度検知精度を向上することができる。

又、濃度検知センサは、1 つの発光素子と2 つの受光素子から成り、前記発光素子と前記受光素子の１つを結んだ直線の中心から前記受光素子の間に、前記受光素子の一方の受光素子を配置することで、検知精度を低下させる乱反射成分の影響を少なくし、高濃度側の濃度検知精度を向上することができることに加え、乱反射検知用の受光素子がある濃度検知センサにおいて、乱反射の受光光量を多く取り込むことができるので、乱反射検知精度の向上が図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図により本発明に係る除電装置及びこれを備えた画像形成装置の一例としてフルカラー電子写真方式を用いた画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面説明図である。

先ず、図１を用いて本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の構成について説明する。

図１に示す画像形成装置は、シアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの異なる４色の画像形成手段となるプロセスステーション３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを４個並べて配置し、４色フルカラーの電子写真方式を用いた画像形成装置として構成されている。

プロセスステーション３２ａ〜３２ｄは、像担持体となる感光体ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有しており、該感光体ドラム２ａ〜２ｄの表面は、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周囲に配置された１次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって一様に帯電された後、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザ等の露光装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによる画像情報に基づく露光を受けて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによって各色のトナーが付着され、トナー画像として現像される。

各プロセスステーション３２ａ〜３２ｄは、プロセスカートリッジとして画像形成装置本体に対して着脱可能になっている。各プロセスカートリッジは、各感光体ドラム２ａ〜２ｄ、１次帯電器３ａ〜３ｄ、現像装置５ａ〜５ｄ、クリーニング手段６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが一体的にまとめられた構成になっている。

一方、給送カセット１５に収容された記録媒体となる転写材Ｓは給送ローラ１６によって画像形成装置本体内に送り出され、レジストローラ対１７により搬送される。

中間転写ベルト３１は、駆動ローラ８、転写対向ローラ３４、テンションローラ１０の３本のローラにより張架されている。中間転写ベルト３１の移動方向（図１の矢印ａ方向）に沿って上流側から順に、シアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスステーション３２ａ〜３２ｄが中間転写ベルト３１の表面に対して略垂直に配置されている。

各感光体ドラム２ａ〜２ｄに対向して中間転写ベルト３１の内側には転写手段となる転写ローラ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されており、各色のプロセスステーション３２ａ〜３２ｄを順次通過する際に各転写ローラ１４ａ〜１４ｄの作用により各感光体ドラム２ａ〜２ｄ上に担持された各色のトナー画像が中間転写ベルト３１の表面に静電的に順次転写される。

そして、所定のタイミングで転写材Ｓはレジストローラより搬送され、中間転写ベルト３１と転写ローラ３５のニップ部分で、中間転写ベルト３１上のトナー画像が転写材Ｓに転写される。

転写ローラ３５よりも記録媒体搬送方向下流側には定着手段となる定着装置１８が配置されており、該定着装置１８において加熱及び加圧されることによりトナー画像が転写材Ｓ上に定着されて永久画像が形成される。

各感光体ドラム２ａ〜２ｄに残留した残留トナーは、各クリーニング手段６ａ〜６ｄにより回収されて感光体ドラム２ａ〜２ｄの表面がクリーニングされる。又、中間転写ベルト３１に残留した残留トナーは、クリーニング手段３３により回収されて中間転写ベルト３１の表面がクリーニングされる。

次に、本実施の形態における濃度制御について説明する。

本体の電源投入時や、電源投入時からの所定時間経過時、或は印刷枚数が所定枚数に達した時点等の適当なタイミングで、本実施の形態の中間調制御がＣＰＵ（不図示）によって開始される。

図２は中間転写ベルト３１上に形成する本実施の形態での濃度制御用パッチ形成例の概略図である。

濃度検知センサ１１に対向する位置に濃度制御パッチＫ１〜Ｋ８を配置する。Ｋ１〜Ｋ８においては、Ｋ１が最も低濃度であり、Ｋ８まで順次濃度が高くなる。勿論、他の色成分パッチについても同様に形成される。

濃度制御パッチのパターンについては、ＲＯＭ（不図示）に予め格納されているBk成分の濃度制御パッチＫ１〜Ｋ８に対応する画像データＫ１〜Ｋ８を読み出し、該データを露光装置４内のレーザドライバ（不図示）に送出し、中間転写ベルト３１上に形成されたＢｋの濃度制御パッチＫ１〜Ｋ８を濃度センサ１１によって適切なタイミングで測定する。次に、センサ出力ｓＫ１〜ｓＫ８をＲＡＭ（不図示）に保存する。そして、得られた濃度制御パッチ濃度ＤＫ１〜ＤＫ８に基づいて、Ｂｋ成分における階調補正用のルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」と言う）を作成する。

以上でBk成分のＬＵＴが作成される。同様にＹ，Ｍ，Ｃ成分に対してもこの処理を施すことにより、各色成分毎に適切なＬＵＴを作成し、トナー画像の階調補正を行う。尚、ＬＵＴを生成するための色成分の順序は任意で良い。

次に、図３を用いて本実施の形態の濃度検知センサ１１について説明する。

濃度検知センサ１１は、発光部２０と受光部２１とを備えており、中間転写ベルト３１表面上に形成された濃度制御用パターンに発光部２０からスポット光を照射してその反射光を受光部２１で受光し、受光した光量によって濃度を検知するものである。発光部には、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を、受光部にはＰＤ（フォトダイオード）を使用される。又、発光部２０と受光部２１は、駆動ローラの周方向に配置する。又、発光部２０から中間転写ベルト３１に光が入射する角度と、中間転写ベルト３１から光が反射し受光部２１に到達する反射角度は、等しくなるように配置してある。

図４は本実施の形態との比較例として、中間転写ベルト３１２と発光部２０と受光部２１の配置を変えた時の模式図を示している。図４−１は、駆動ローラ８の対向部に、受光部２０と発光部２１が長手方向に並ぶよう濃度検知センサ１１を配置した時の模式図（比較例１）であり、図４−２は、中間転写ベルト３１の平面部の対向部に濃度検知センサ１１を配置した時の模式図（比較例２）である。

図５は本実施の形態と比較例において、濃度に対するセンサ出力を示している。本実施の形態においては、高濃度側においても、乱反射の影響による負性（センサ出力の増加）が小さいことが分かる。

一方、比較例では、高濃度側において乱反射の影響による負性（センサ出力の増加）が大きいことが分かる。このため、比較例では高濃度側の検知が困難となっていることが分かる。これは、以下の理由によると考えられる。

図６は乱反射光の強度分布を示した模式図で、図６−１は本実施の形態を、図６−２は比較例１を、図６−３は比較例２を示している。

図６の斜線部分は、乱反射光の同じ強度分布を示しており、中間転写ベルト表面３１から斜線部が離れている方が、乱反射光の強度が強いことを示している。本実施の形態では、比較例と比較し受光部方向の乱反射光強度が低いことが分かる。これは正反射タイプの濃度検知センサの場合、発光部２１から中間転写ベルト３１に入射する光は、指向性のあることが望まれるが、発光部２１に使用されるＬＥＤ等は或る程度発散されてしまう。

本実施の形態においては、発散した光強度が、中間転写ベルト３１上の発光部２１側と、受光部２２側で同じ場合、中間転写ベルト上に受ける、単位面積当たりの光強度は、発光部２１側の方が強くなる。これは、中間転写ベルト３１上の発光部２１側では、発光部２１から中間転写ベルト３１に入射する光の角度が、中間転写ベルト３１に接する線に対し大きくなるからである。

一方、中間転写ベルト３１上の受光部22側では、発光部２１から中間転写ベルト３１に入射する光の角度が、中間転写ベルト３１に接する線に対し小さくなるからである。そして、乱反射光については、入射した単位面積当たりの光の強度に比例するため、本実施の形態では受光部２２側の乱反射光が小さくなる。

一方、比較例１では、中間転写ベルト３１の単位面積当たりの光強度は、発光部２１側と受光部２２側でそれ程変わらないため、本実施の形態と比較して受光部２２側の乱反射光が大きくなる。比較例２についても同様に、本実施の形態と比較して受光部２２側の乱反射光が大きくなる。

上記構成によれば、検知精度を低下させる乱反射成分の影響を少なくし、高濃度側の濃度検知精度を向上することができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態においては、実施の形態１に加え、前記入射する角度は、望ましくは４５°〜８０°であることを特徴とする。このような構成によれば、中間転写ベルト３１から受光部２２に反射する光（正反射光）が大きくなる一方、乱反射光は変わらないので、相対的に受光部２１に入射する正反射光に対する乱反射光の比率は小さくなり、結果、高濃度側の検知精度が向上する。以下に、理由を示す。

図７は屈折率違いの入射角度に対する反射率を示している。図７から分かるように、入射角度が４５°位から反射率が大きくなることが分かる。このように、入射角度を４５°より大きくすることで、正反射光が大きくなることが分かる。一方、入射角度が大きくし９０°に近づけると、受光部２１から発した光が直接受光部２２に入射してしまうため、入射角度を８０°より小さくすることが望ましい。

上記構成によれば、検知精度を低下させる乱反射成分の影響を少なくし、高濃度側の濃度検知精度を向上することができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態においては、実施の形態１に加え、前記発光素子と前記受光素子の１つを結んだ直線の中心から前記受光素子の間に、前記受光素子の一方の受光素子を配置することを特徴とする。

図８を用いて本実施の形態の濃度検知センサ１１について説明する。尚、実施の形態１と同じものについては、説明を省略する。

濃度検知センサ１１は、発光部２０と受光部２１、受光部２２とを備えており、中間転写ベルト３１表面上に形成された濃度制御用パターンに発光部２０からスポット光を照射してその反射光を受光部２１、受光部２２で受光し、受光した光量によって濃度を検知するものである。発光部には、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を、受光部にはＰＤ（フォトダイオード）を使用される。

又、発光部２０と受光部２１、受光部２２は、駆動ローラの周方向に配置する。又、発光部２０から中間転写ベルト３１に光が入射する角度と、中間転写ベルト３１から光が反射し受光部２１に到達する反射角度は等しくなるように配置してある。又、受光部２２は、発光部２０と受光部２１を結んだ直線の中心から発光部側に配置してある。そして、受光部は正反射光を、受光部２２は乱反射光を検出するために用いられる。そして、濃度算出の際は、受光部２１に入射した正反射光のセンサ出力から、受光部２２に入射した乱反射光のセンサ出力を差し引いてから行う。これは、受光部２１に入射した光の一部に含まれる乱反射光の影響を少なくするために行われる。

このとき、受光部２２に入射してくる乱反射光は、正反射２１に入射してくる正反射光よりも弱いため、ノイズ等により検知精度の低下が顕著となる。そこで、受光部２２に入射する乱反射光を可能な限り多く取り込む必要がある。

図６を用いて前述したように、乱反射の光強度については、中間転写ベルト３１上の発光部２１側の方が強い。よって、本実施の形態の構成により、受光部２２に入射する乱反射光をより多く取り込むことができる。

更に、本実施の形態の構成においては、中間転写ベルト３１から乱反射検知用の受光部２２までの距離を短くすることができるので、乱反射光の損失が小さくすることができる。

よって、上記構成によれば、正反射検知用の受光素子では、検知精度を低下させる乱反射成分の影響を少なくし、高濃度側の濃度検知精度を向上することができることに加え、乱反射検知用の受光素子がある濃度検知センサにおいて、乱反射の受光光量を多く取り込むことができるので、乱反射検知精度の向上を図ることができる。

本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概略構成を示す断面説明図である。 本発明に係る濃度検知センサの実施の形態１の配置構成を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態１の濃度制御のパッチ構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１の比較例としての濃度検知センサの配置構成を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態１の比較例としての濃度検知センサの配置構成を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態１の濃度と濃度検知センサの出力の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１の乱反射成分の概略説明図ある。 本発明の実施の形態１の乱反射成分の概略説明図ある。 本発明の実施の形態１の乱反射成分の概略説明図ある。 本発明に係る画像形成装置の実施の形態２の屈折率による入射角と反射率の関係を示す図である。 本発明に係る濃度検知センサの実施の形態３の配置構成を示す部分拡大図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ プロセスステーション
２ａ〜２ｄ 感光体ドラム
３ａ〜３ｄ １次帯電器
４ａ〜４ｄ 露光装置
５ａ〜５ｄ 現像装置
６ａ〜６ｄ クリーニング手段
７ 転写搬送ベルト
８ 駆動ローラ
９ 吸着対向ローラ
１０，１１ テンションローラ
１２ 吸着ローラ
１３ 吸着バイアス電源
１４ａ〜１４ｄ 転写ローラ
１５ 給送カセット
１６ 給送ローラ
１７ レジストローラ対
１８ 定着装置
１９ 排出トレイ
２０ 再給送ガイド
２１ 再給送ローラ
Ｓ 転写材

Claims (4)

1. 像担持体上にトナー画像を形成する画像形成手段と、前記トナー画像の濃度を検知するための濃度検知手段と、前記濃度検知手段は少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つの受光素子を有す画像形成装置において、
   前記像担持体は少なくとも２つの懸架ローラにより懸架されたベルトであって、前記濃度検知手段を、前記懸架ローラの１つに対向する位置に配置し、且つ、前記発光素子と前記受光素子は前記懸架ローラの周方向に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記濃度検知センサは、１つの発光素子と１つの受光素子から成り、前記発光素子からベルト面に入射する角度と、該ベルト面から前記受光素子に反射する角度は等しいことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記入射する角度は、４５°〜８０°であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記濃度検知センサは、１つの発光素子と２つの受光素子から成り、前記発光素子と前記受光素子の１つを結んだ直線の中心から前記受光素子の間に、前記受光素子の一方の受光素子を配置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。

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