JP4254709B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、静電潜像を現像することにより形成された可視像を被記録媒体に転写する画像形成装置に関する。
従来より、感光体に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤にて現像することにより被記録媒体に画像を形成する画像形成装置が広く知られている。
特に、この種の画像形成装置においては、内部に赤外線反射シートを有し現像剤を保持する現像剤収容手段を備え、この現像剤収容手段の内部に赤外線を照射し、赤外線反射シートによる反射光を検出するか否かにより、現像剤の有無を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、この種の画像形成装置においては、現像剤を用いて形成された現像剤像に光を照射し、この反射光量を検出することにより、形成された現像剤像の濃度を検出するものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平10−333413号公報 特開2000−131900号公報
しかしながら、特許文献1に記載の画像形成装置においては、赤外線を検出したときに現像剤保持部内の現像剤が空であることを検出するが、複数色の現像剤の種類(特にブラックとその他の色)により赤外線の反射特性が異なるため、同様の検出手段を用いる場合には、正常に現像剤の有無の検出ができなくなる虞がある。
また、特許文献2に記載の画像形成装置においては、現像剤に光を照射して、この濃度を測定するよう構成されているが、光が照射された現像剤の色によってその反射率が異なるため、濃度の変化に対する反射光量の変化量も現像剤の色によって異なる。このため、反射光を検出するために現像剤の色にかかわらず同様の検出手段を用いる場合には、現像剤の色によっては濃度の測定において所望の精度が確保できなくなる虞がある。
上記の問題点を考慮して現像剤の量(現像剤の有無、または濃度)を検出しようとすると、現像剤の種類(色)により、現像剤の量を検出する検出手段の構成を変える必要がある。つまり、検出手段を複数開発する必要があるので、装置の製造コストが高くなってしまう。
そこで、このような問題点を鑑み、画像形成装置において、現像剤の量を検出するための構成を現像剤の色に依存しないようにし、装置の構成を簡素化できるようにすることを本発明の目的とする。
かかる目的を達成するために成された請求項1に記載の画像形成装置は、感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記露光手段が形成した静電潜像をそれぞれ異なる色の現像剤により可視像化する複数の現像手段と、前記複数の現像手段が可視像化した現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、少なくとも前記複数の現像手段うちの1つを用いて、テスト用の現像剤像であるパッチを形成するパッチ形成手段と、前記パッチ形成手段により形成されたパッチに対して赤外線を照射する照射手段と、前記照射手段により照射され、前記パッチにより拡散反射された赤外線を検出する検出手段と、を備え、前記画像形成装置にて使用される全ての色の現像剤は、赤外線反射材料および赤外線吸収材料の少なくとも一方を含有し、赤外線の反射率が均一化されていることを特徴としている。
従って、このような画像形成装置によれば、現像剤の種類によらず、現像剤の量を検出するための設定(例えば、赤外線の発光量や赤外線の検出感度等の設定)を一定にすることができる。このため、この画像形成装置の構成を簡素化することができる。
また、請求項1に記載の画像形成装置において、現像剤は、請求項2に記載のように、可視光を透過するとともに赤外線を吸収する赤外線吸収材料を含有していることが望ましい。
このような画像形成装置によれば、現像剤の(見た目の)色に変化を与えることなく赤外線の反射量を調節することができる。
さらに、請求項1または請求項2に記載の画像形成装置においては、請求項3に記載のように、検出手段による検出結果に基づいて、パッチに含まれる単位面積当たりの現像剤の量を判定する判定手段を備えていることが望ましい。
このような画像形成装置によれば、確実に単位面積当たりの現像剤の量(濃度)を測定することができる。
また、請求項1〜請求項3の何れかに記載の画像形成装置において、請求項4に記載のように、感光体、または感光体に形成された現像剤を被記録媒体に転写する過程で用いられる中間転写体の表面は、赤外線を吸収する材料からなり、照射手段は、表面が赤外線を吸収する材料から構成された感光体または中間転写体が担持しているパッチに対して赤外線を照射することが好ましい。
このような画像形成装置によれば、感光体において、現像剤がない場所では赤外線を反射しないようにすることができるので、現像剤量を判定する際の精度を向上させることができる。
次に、請求項5に記載の画像形成装置は、それぞれ異なる色の現像剤を各々収容する複数の現像剤収容手段と、感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記露光手段が形成した静電潜像を、前記各現像剤収容手段に収容された現像剤により可視像化する現像手段と、この可視像化した現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記各現像剤収容手段に収容された現像剤に対して赤外線を照射する照射手段と、前記照射手段により照射され、前記各現像剤により反射された赤外線を検出する検出手段と、を備え、前記画像形成装置にて使用される全ての色の現像剤は、赤外線反射材料および赤外線吸収材料の少なくとも一方を含有し、赤外線の反射率が均一化されていることを備えたことを特徴としている。
従って、このような画像形成装置によれば、現像剤収容部に収容された現像剤について、赤外線の反射光を検出することにより、現像剤収容部に収容された現像剤の量を検出することができる。このため、この画像形成装置の構成を簡素化することができる。
また、請求項5に記載の画像形成装置においては、請求項6に記載のように、検出手段による検出結果に基づいて、現像剤収容手段に収容された現像剤の量を判定する判定手段
を備えていることが望ましい。
このような画像形成装置によれば、現像剤収容手段に収容された現像剤の量を確実に測定することができる。
さらに、請求項5または請求項6に記載の画像形成装置において、各現像剤収容手段は、請求項7に記載のように 赤外線を入射するための窓部と、この窓部から入射された赤外線を吸収する壁面部と、窓部および壁面部の間に形成された空間にて現像剤を収容する現像剤収容部と、を備え、照射手段は、各窓部に赤外線を照射し、検出手段は、各窓部を介して検出される赤外線反射光を検出するよう構成してもよいし、或いは請求項7に記載の壁面部に代えて、請求項8に記載のように、窓部から入射された赤外線を拡散反射する壁面部を備えるよう構成してもよい。
このような画像形成装置によれば、現像剤収容手段に光を透過させて現像剤の量を測定する場合と比較して、現像剤収容手段に形成する窓部の数を少なくすることができるので、現像剤収容手段から現像剤が漏れ難くすることができる。
また、請求項7に記載の画像形成装置によれば、現像剤収容部の内部に現像剤がないときには、壁面部が赤外線を吸収することにより赤外線を検出しないようにすることができるので、現像剤量を判定する際の精度を向上させることができる。
或いは、請求項8に記載の画像形成装置によれば、現像剤収容部の内部に現像剤がないときには、壁面部が赤外線を拡散反射することにより赤外線を検出しないようにすることができるので、現像剤量を判定する際の精度を向上させることができる。
加えて、請求項7または請求項8に記載の画像形成装置において、複数の現像剤収納手段のうちの少なくとも1つは、請求項9に記載のように、窓部および壁面部の少なくとも一方に付着した現像剤を除去する現像剤除去手段を備えていることが望ましい。
従って、このような画像形成装置によれば、窓部または壁面部に現像剤が付着することによる誤検出を防止することができる。
請求項1〜請求項9の何れかに記載の画像形成装置において、例えば、照射手段および検出手段は現像剤の色毎に備えられていてもよいが、より好ましくは、請求項10に記載のように、照射手段および検出手段は、1つずつだけ備えられていることが望ましい。
このような画像形成装置によれば、照射手段および検出手段の数を減らすことができるので、画像形成装置の製造コストを削減することができる。
以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
図1は、実施形態の画像形成装置としてのプリンタ10の概略側断面図である。
同図に示すように、このプリンタ10は、いわゆるタンデム方式のカラーレーザプリンタであり、可視像形成部30と、ベルト状の中間転写体(ITB:Inter Transfer Belt)50と、定着部60と、給紙部70と、排紙トレイ80とを備えている。
可視像形成部30は、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)およびブラック(Bk)のそれぞれの現像剤としてのトナーによる可視像工程ごとに、現像剤収容手段としての現像器31M,31C,31Y,31Bkと、感光体としての感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkと、クリーニングローラ33M,33C,33Y,33Bkと、帯電器34M,34C,34Y,34Bkと、露光手段35M,35C,35Y,35Bkとを備えている。
以下、これらの各構成要素について詳しく説明する。
まず、現像器31M,31C,31Y,31Bkには、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkが備えられている。現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkは、導電性シリコーンゴムを基材として円柱状に構成され、さらに、表面にフッ素を含有した樹脂またはゴム材のコート層が形成されている。なお、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkは、必ずしも基材を導電性シリコーンゴムで構成しなくてもよく、例えば導電性ウレタンゴムで構成してもよい。また、表面の十点平均粗さ(Rz)は、3〜5μmに設定しており、トナーの平均粒径である9μmよりも小さくなるように構成している。
また、各現像器31M,31C,31Y,31Bkには、供給ローラ37M,37C,37Y,37Bkが備えられている。供給ローラ37M,37C,37Y,37Bkは、導電性のスポンジローラであり、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkに対してスポンジの弾性力によって押圧接触するように配置されている。なお、供給ローラ37M,37C,37Y,37Bkとしては、導電性シリコーンゴム、EPDM、ウレタンゴム等の適宜の部材の発泡体を使用することができる。
さらに、各現像器31M〜31Bkには、層厚規制ブレード38M,38C,38Y,38Bkが備えられている。層厚規制ブレード38M,38C,38Y,38Bkは、基端がステンレス鋼等で板状に形成されており、現像剤収容部としての現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkに固定され、先端は絶縁性のシリコーンゴムや絶縁性のフッ素含有ゴムまたは樹脂で形成されている。層厚規制ブレード38M,38C,38Y,38Bkの先端は、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkの下方から該現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkに対して圧接される。
感光体ドラム(OPC:Organic Photo Conductor)32M,32C,32Y,32Bkは、一例として、アルミニウム製の基材上に、正帯電性の感光層が形成されたものを用いる。感光層の厚さは、20μm以上に形成されており、また、上記アルミニウム製の基材は、アース層として用いられている。
クリーニングローラ33M,33C,33Y,33Bkは、導電性スポンジ等の弾性体からなるローラであり、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの下方にて、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkに摺擦するように構成されている。
帯電器34M,34C,34Y,34Bkは、スコロトロン型の帯電器であり、上記クリーニングローラ33M,33C,33Y,33Bkよりも、上記感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの回転方向下流側において、上記感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの下方から上記感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの表面に非接触で対向配置されている。
露光手段35M,35C,35Y,35Bkは、周知のレーザスキャナユニットから構成されている。そして、露光手段35M,35C,35Y,35Bkは、可視像形成部30の現像器31M,31C,31Y,31Bkと鉛直方向に重なるように配置され、かつ、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkおよび帯電器34M,34C,34Y,34Bkと水平方向に重なるように配置されており、帯電器34M,34C,34Y,34Bkよりも、上記感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの回転方向下流側において、上記感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの表面をレーザ光で露光する。露光手段35M,35C,35Y,35Bkにより、画像データに応じたレーザ光が感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの表面上に照射され、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの表面上には、各色の静電潜像が形成される。
上記トナーは正に帯電し、供給ローラ37M,37C,37Y,37Bkから現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkへ供給され、層厚規制ブレード38M,38C,38Y,38Bkによって均一な薄層とされる。そして、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkと感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkとの接触部において、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bk上に形成されたプラス極性(正帯電)の静電潜像に対して、正に帯電したトナーを反転現像方式で良好に現像することができ、極めて高画質な画像を形成できる。
ベルト状の中間転写体(中間転写ベルト)50は、ポリカーボネイト、ポリイミド等の導電性のシートをベルト状に形成したものである。この中間転写体50は、2つの駆動ローラ51,52に架け渡されており、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkと接触した状態で回転する。また、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkとの対向位置近傍には、転写手段としての中間転写ローラ53M,53C,53Y,53Bkが設けられている。
なお、中間転写体50の感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkと対向する側の表面の移動方向は、鉛直方向上方向から下方向へ移動する方向に設定されている。また、この中間転写体50の表面は、赤外線を吸収する材料により構成されている。
ここで、赤外線を吸収する材料とは、赤外領域の光波を全て吸収する必要はなく、センサ(検出手段)が反射された赤外線を誤検出しない程度の反射率の材料であればよい。このことは、後述するトナーに含有される赤外線吸収材料についても同様である。
次に、中間転写ローラ53M,53C,53Y,53Bkには、所定の電圧が印加されており、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bk上に形成されたトナー像を上記中間転写体50上にいったん転写するように構成されている。また、トナー像を被記録媒体としての用紙Pへ転写する位置、すなわち中間転写体50に対して鉛直方向下方向におけるローラ52には、転写手段としての二次転写ローラ54が対向して設けられており、二次転写ローラ54にも所定の電位が印加されている。その結果、ベルト状の中間転写体50上に坦持された4色のトナー像は、用紙P上に転写されることになる。
なお、中間転写体50の感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkとの対向側と反対側には、クリーニング器55が設けられている。クリーニング器55は、掻き取り部材56と、ケース57とから構成されており、中間転写体50上に残留したトナーを掻き取り部材56によって掻き取り、ケース57に収容する。
定着部(定着器)60は、互いに接触した状態で回転する加熱ローラ61および加圧ローラ62と、加熱ローラ61の内側に設けられ、通電されることにより発熱して加熱ローラ61の温度を上昇させるヒータ(例えばハロゲンランプ)63と、加熱ローラ61の表面に接触した状態で加熱ローラ61の表面温度を検出する温度センサ(例えばサーミスタ)64とを備えている。そして、定着部60では、トナー像が転写された用紙Pを、印刷動作中の制御温度である熱定着温度(例えば180℃)に温度制御されている加熱ローラ61およびこの加熱ローラ61に圧接する加圧ローラ62の間で狭持搬送しながら加熱および加圧することにより、上記トナー像を用紙Pに熱定着させる。
給紙部70は、装置の最下部に設けられており、用紙Pを収容する収容トレイ71と、用紙Pを送り出すピックアップローラ72とから構成されている。給紙部70は、露光手段35M,35C,35Y,35Bk、現像器31M,31C,31Y,31Bk、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bk、および、中間転写体50による画像形成工程と所定のタイミングをとって用紙Pを供給するように構成されている。給紙部70から供給された用紙Pは、搬送ローラ対73によって中間転写体50と二次転写ローラ54との圧接部に搬送される。
排紙トレイ80は、上記定着部60の排紙側に設けられており、上記定着部60から排出され、搬送ローラ対91,92,93によって搬送される用紙Pを収容するように構成されている。
次に、現像器31M,31C,31Y,31Bkについて図2を用いて説明する。
図2(a)は現像器31Bkを示す拡大図、図2(b)は現像器31Bkを示す上面図である。なお、現像器31M,31C,31Yについては、現像器31Bkと同様の構成であるため、その説明を省略する。
現像器31Bkには、前述した供給ローラ37Bk、現像ローラ36Bk、層厚規制ブレード38Bkのほかに、アジテータ21a,21b,21cが備えられている。また、この現像器31Bkの片側の壁面部としての側壁面24a(図2(b)参照)には、赤外線を透過可能な素材(例えば、ガラスやアクリル板等の透明な素材)から構成された窓部23が形成されている。
各アジテータ21a,21b,21cは、現像器ケース39Bkの内部において、供給ローラ37Bkに近い側からアジテータ21a,21b,21cの順に等間隔に配置されている。また、各アジテータ21a,21b,21cは、中心軸21dを中心にそれぞれ回動可能であって、現像器31Bkがプリンタ10の所定の位置に装着されると、図示しないギヤ機構を介して現像器ケース39Bkのトナーを供給ローラ37Bk側に押し出すよう(図2(a)では時計回りに)回転させられる。この結果、現像器ケース39Bk内のトナーは、攪拌されつつ供給ローラ37Bk側に送られる。
ここで、最も供給ローラ37Bk側に備えられているアジテータ21aの両端部(図2(a)においては紙面に対して手前側の端部および奥側の端部)には、現像剤除去手段としてのワイプ部材22が備えられている。このワイプ部材22は、アジテータ21aの回転とともに、窓部23が形成された側壁面24aと、この側壁面24aとは反対側の側壁面24b(図2(b)参照)とに圧接させられた状態で回転する。つまり、ワイプ部材22は、アジテータ21aとともに回転することにより、両側壁面24a,24bに付着したトナーを除去する。
窓部23は、最も供給ローラ37Bk側に備えられているアジテータ21aの中心軸21dの真下に配置されている。窓部23が配置されている位置は、側壁面24aにおいてワイプ部材22がトナーを除去可能な範囲内とされている。このため、窓部23に付着したトナーは、ワイプ部材22により除去されることとなる。
また、現像器31Bkがプリンタ10の内部に装着された状態において、この現像器31Bkの窓部23の近傍には、図2(b)に示すように、残量検出センサ25Bkが位置するよう構成されている。なお、現像器31M,31C,31Yについても同様に、これらの近傍には、残量検出センサ25M,25C,25Yが配置されている。
残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkは、窓部23に対して赤外線を照射する照射手段としての光源と、窓部23を介して現像器31M,31C,31Yの内部から検出される赤外線反射光を検出する検出手段としてのフォトトランジスタとを備えている。
そして、後述する制御部110は、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkが赤外線の反射波を検出したか否かに基づいて、現像器31M,31C,31Yの内部のトナーの残量を検出する。より具体的には、例えば、制御部110は、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkのフォトトランジスタが、赤外線を一定時間(例えば5秒間)検出しない状態が続いた場合に、内部のトナーが空になったと判定する。
ここで、現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkに収納されるトナーは、正帯電性の非磁性1成分現像剤であり、重合性単量体、例えば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル(C1〜C4)アクリレート、アルキル(C1〜C4)メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られるスチレン−アクリル系の球状の樹脂に、カーボンブラックなどの周知の着色剤、ニグロシン、トリフェニルメタン、4級アンモニウム塩などの荷電制御剤、ワックスなどを添加し、さらにここに赤外線反射材料、および赤外線吸収材料を添加してなる粒子径が約6〜10μmのトナー母粒子を主成分とし、これに、シリカなどの外添剤が添加されてなる重合トナーが使用される。
この赤外線反射材料、および赤外線吸収材料の添加量は、同量の各色のトナーに赤外線を照射したときの赤外線の反射率(つまり、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkの検出電圧)が一定になるよう設定されている。
なお、赤外線反射材料としては、一般的な無機顔料や、複合無機顔料、有機化合物等が挙げられる。
赤外線反射材料を構成する無機顔料としては、例えば、酸化チタン、亜鉛華などの白色顔料や、複合無機酸化物などが挙げられる。
また、赤外線反射材料を構成する複合無機酸化物としては、pigment black 27、pigment yellow 119、pigment brown 33、pigment yellow 12、pigment yellow 53、pigmentgreen 50、pigment blue 36などが挙げられる。
そして、赤外線反射材料を構成する有機化合物としては、アゾ系、アゾメチンアゾ系、ペリレン系の有機黒色色素及び、次のようなフタルイミド系化合物、イソインドリン系化合物が挙げられる。即ち、フタルイミド、4−ブロムフタルイミド、5−ブロムフタルイミド、4−クロルフタルイミド、5−クロルフタルイミド、4−フロロフタルイミド、5−フロロフタルイミド、4,5,6−トリブロムフタルイミド、4,5,6−トリクロロフタルイミド、4,5,6−トリフロロフタルイミド、4,6−ジクロロフタルイミド、4,6−ジブロムフタルイミド、4,6−ジフロロフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロフタルイミド、4,5,6,7−テトラブロムフタルイミド、4,5,6,7−テトラフロロフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロ−N−メチルフタルイミド、4,5,6,7−テトラフロロ−N−メチルフタルイミド、4,5,6,7−テトラブロム−N−メチルフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロ−N−エチルフタルイミド、4,5,6,7−テトラフロロ−N−エチルフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロ−N−ステアリルフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロ−N−フェニルフタルイミド、4,5,6,7−テトラクロロ−N−スチルベンフタルイミド、4,5,6,7−テトラフロロ−N−スチルベンフタルイミド、4,5,6,7−テトラブロム−N−スチルベンフタルイミド、3−イミノ−5,6,7−トリクロロイソインドリン−1−オン、3−イミノ−4,5,6,7−テトラクロロイソインドリン−1−オン、3−イミノ−5,6,7−トリフロロイソインドリン−1−オン、3−イミノ−4,5,6,7−テトラフロロイソインドリン−1−オン、1,3−ジイミノ−4,5,6,7−テトラクロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−4,5,6,7−テトラフロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−4,5,6,7−テトラブロムイソインドリン、1,3−ジイミノ−4,5,6−トリクロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−4,5,6−トリフロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−4,5,6−トリブロムイソインドリン、1,3−ジイミノ−4−クロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−4−ブロムイソインドリン、1,3−ジイミノ−4−フロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−5−クロロイソインドリン、1,3−ジイミノ−5−フロロイソインドリン、1,3−ジイミノイソインドリンなどである。
また、赤外線吸収材料としては、イモニウム化合物、フタロシアニン化合物、シアニン系化合物、アミニウム系化合物、アゾ化合物、ポリメチン系化合物、キノン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、メルカプトナフトール系化合物を挙げることができ、これらの1種、または、互いに化学的反応を及ぼし合わない範囲で2種以上を組み合わせて用いることができる。
特に、本プリンタ10においては、イモニウム化合物、イッテルビウム系化合物を用いている。イモニウム化合物、イッテルビウム系化合物は、可視光領域においては透明である。
上記のイッテルビウム系化合物としては、酸化イッテルビウム、硫酸イッテルビウム、酢酸イッテルビウム、リン酸イッテルビウムなどが挙げられる。
また、シアニン系色素、ナフトキノン系色素などであるが、可視領域に吸収があるために、赤みがかったクリ−ム色を呈している。
上記のように赤外線反射材料および赤外線吸収材料を含有して生成された各色のトナーは、各現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkごとに、それぞれ収容されている。
このように、各現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkごとに収容されたトナーは、極めて球状に近い懸濁重合トナーである。
このようなトナーを用いているので、摩擦帯電により十分な帯電量が得られる。さらに、粉砕トナーのように角部が存在しないため、機械的な力を受け難く、電界に対する追従性に優れ、転写効率がよい。
次に、本プリンタ10の動作について説明する。
まず、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkが回転駆動されている状態で、その表面の感光層が帯電器34M,34C,34Y,34Bkにより一様に帯電され、これらの感光層は、露光手段35M,35C,35Y,35Bkによりマゼンタ色、シアン色、イエロー色およびブラック色の各画像に対応して露光される。そして、マゼンタ現像器31M、シアン現像器31C、イエロー現像器31Y、ブラック現像器31Bkによって、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの感光層上に形成された静電潜像に、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナーおよびブラックトナーを付着させ、マゼンタ色、シアン色、イエロー色およびブラック色の現像を行う。このようにして感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの感光層上に形成されたマゼンタ色、シアン色、イエロー色およびブラック色の現像剤像としてのトナー像は、いったん、中間転写体50の表面上に転写される。各色のトナー像は、中間転写体50の移動速度および各感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの位置に合わせて、若干の時間差を持って形成されるように構成されており、それぞれの色のトナー像が中間転写体50上で重ね合わされるように転写される。なお、転写後の感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bk上に残ったトナーは、クリーニングローラ33M,33C,33Y,33Bkによって一時的に保持される。
以上のようにして中間転写体50上に形成された4色のトナー像は、給紙部70から供給される用紙P上に、二次転写ローラ54と中間転写体50との圧接位置において転写される。そして、このトナー像は、定着部60において用紙P上に熱定着され、排紙トレイ80上に排出される。以上のようにして、4色カラー画像が形成されることになる。
また、プリンタ10は、前述したカラー画像の形成(印刷)に先立って、印刷される画像の特性を補正するための色補正処理(キャリブレーション)を行う機能を有している。
このキャリブレーションを行うため、プリンタ10は、中間転写体50上に転写された各色のトナー像の濃度をそれぞれ検出するための濃度センサ58を備えている。
濃度センサ58は、中間転写体50と感光体ドラム32Bkとの対向部分の下流側に配置され、図示しないが、赤外領域の光を発光する照射手段としての光源と、光源を中間転写体50上に照射するレンズと、その拡散反射光を受光する検出手段としてのフォトトランジスタとを備えている。
ここで、トナー像によるパッチを形成し、赤外光を照射してその反射光量からトナー量(濃度)を検出する構成において、従来の黒色トナー(可視光領域の波長の光をほとんど反射しない)は、この黒色トナーが赤外光もほとんど反射しない(吸収してしまう)性質を有するため、トナー自体からの反射光を検出して、その濃度を測定することは困難であった。また、パッチを転写する中間転写体には、導電性を付与するためのカーボンを使用することが多く、その場合の表面色は黒色に近い色となる(拡散反射が少ない)。
このため、従来のプリンタで黒色トナーによるパッチの濃度を測定する際には、正反射光(パッチに照射される入射角と同じ角度の射出角で反射される光:上述のような中間転写体であっても反射光を得やすい)を検出する構成をとり、トナーが載っていない下地(中間転写体)からの反射光量とトナー像からの反射光量とを比較し、トナー量を測定していた。
しかし、黒以外の色トナーは、赤外光を反射する(あまり吸収しない)特性を持つので、正反射光を検出する構成では、下地からの反射光とトナーからの反射光との判別が十分できず、トナー量の測定が困難となるので、別に拡散反射光を検出する構成を必要としていた。
このように、従来のプリンタにおいては、濃度を検出するためのセンサを2種類(拡散反射光を検出するもの、および正反射光を検出するもの)配置していたが、本実施例のプリンタ10においては、黒色トナーにより形成されたパッチについても拡散反射光を検出することにより濃度の検出が可能となっている。
ここで、プリンタ10のキャリブレーション動作について説明する。
まず、前述した印刷動作と同様にして露光・現像を行い、画像特性を判断するためのトナー像として、色補正処理用パターンのトナー像(カラーパッチ)を中間転写体50上に形成(転写)する。なお、この動作は後述する制御部110からの指令に基づいて実行され、この動作は本発明でいうパッチ形成手段に相当する。次いで、このトナー像の濃度を、濃度センサ58により検出する。そして、この検出した濃度に基づき、印刷条件(例えば濃度や階調)を補正することにより、印刷される画像の特性を補正する。
なお、中間転写体50上に形成したトナー像は、クリーニング器55に回収される。
また、本プリンタ10において使用されるトナーは、前述のように赤外線の反射率が一定となるよう設定されているので、プリンタ10(制御部110:図3参照)は、濃度を測定する色ごとに測定モード(フォトトランジスタにより検出された電圧をAD変換するときのダイナミックレンジの設定等)を変更することなく、このキャリブレーション動作を行う。このため、キャリブレーション動作のためのプログラム(制御部110のROMに格納されている)は、トナーごとに赤外線の反射率が異なる場合と比較して簡素化されている。
次に、本プリンタ10の電気的構成について、図3のブロック図を用いて説明する。
同図に示すように、プリンタ10は、前述した濃度センサ58、温度センサ64および残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkと、使用者が指令を入力するための操作部5と、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト装置と接続され当該プリンタ10にて印刷する画像データを入力するためのインターフェイス7と、周知のCPU111,ROM112,RAM113等を有する判定手段としての制御部110とを備えている。
制御部110は、操作部5、インターフェイス7、温度センサ64から入力される指令や駆動信号に基づいて、可視像形成部30、中間転写体50、定着部60(特にヒータ63)、および給紙部70を駆動し、上述の印刷動作やキャリブレーション動作等の各種動作を実行する。
また、制御部110は、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkの何れかが赤外線(トナーからの反射光)を検出していない時間が予め設定された時間(例えば3秒間)以上になったか否かを判定し、赤外線を検出していない時間がその時間以上となった場合には、インターフェイス7を介してトナーエンプティである旨をホスト装置に送信する。
以上のように構成されたプリンタ10においては、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkの表面に静電潜像を形成する露光手段35M,35C,35Y,35Bkと、露光手段35M,35C,35Y,35Bkが形成した静電潜像を、赤外線反射材料を含有したトナーにより可視像化する現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkと、この可視像化したトナー像を被記録媒体に転写する中間転写ローラ53M,53C,53Y,53Bkおよび二次転写ローラ54と、制御部110が露光手段35M,35C,35Y,35Bk、現像ローラ36M,36C,36Y,36Bk等を駆動することにより形成したパッチに対して赤外線を照射するとともに、パッチにより拡散反射された赤外線を検出する濃度センサ58と、を備えている。
従って、このようなプリンタ10によれば、赤外線反射材料を含有する黒色のトナーを用いているので、黒色のトナーについても他の色のトナーと同様に、拡散光を検出することによりトナーの量を検出することができる。このため、このプリンタ10の構成を簡素化することができる。
また、プリンタ10において、複数の現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkは、赤外線反射材料および赤外線吸収材料を含有し、中間転写ローラ53M,53C,53Y,53Bk、および二次転写ローラ54は、この装置にて使用される他の色のトナーと赤外線の反射率が均一化されたトナーにより可視像化する複数の現像ローラ36M,36C,36Y,36Bkが可視像化したトナー像を被記録媒体に転写する。
従って、このようなプリンタ10によれば、トナーの種類によらず、トナーの量を検出するための設定(例えば、赤外線の発光量や赤外線の検出感度等の設定)を一定にすることができる。このため、このプリンタ10の構成を簡素化することができる。
また、トナーは、可視光を透過するとともに赤外線を吸収する赤外線吸収材料を含有している。
従って、このようなプリンタ10によれば、トナーの(見た目の)色に変化を与えることなく赤外線の反射量を調節することができる。
さらに、制御部110は、濃度センサ58による検出結果に基づいて、パッチに含まれる単位面積当たりのトナーの量を判定するよう構成されている。
従って、このようなプリンタ10によれば、確実にトナーの量(濃度)を測定することができる。
また、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bk、または感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkに形成されたトナーを被記録媒体に転写する過程で用いられる中間転写体50の表面は、赤外線を吸収する材料からなり、濃度センサ58は、表面が赤外線を吸収する材料から構成された感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkまたは中間転写体50が担持しているパッチに対して赤外線を照射するよう構成されている。
従って、このようなプリンタ10によれば、感光体ドラム32M,32C,32Y,32Bkにおいて、トナーがない場所では赤外線を反射しないようにすることができるので、トナー量を判定する際の精度を向上させることができる。
また、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkは、現像器31M,31C,31Y,31Bkに収容されたトナーに対して赤外線を照射し、トナーにより反射された赤外線を検出するよう構成されている。
従って、このようなプリンタ10によれば、現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkに収容されたトナーについて、赤外線の反射光を検出することにより、現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkに収容されたトナーの量を検出することができる。このため、このプリンタ10の構成を簡素化することができる。
また、制御部110は、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkによる検出結果に基づいて、現像器31M,31C,31Y,31Bkに収容されたトナーの量を判定する。
従って、このようなプリンタ10によれば、現像器31M,31C,31Y,31Bkに収容されたトナーの量を確実に測定することができる。
さらに、現像器31M,31C,31Y,31Bkは、赤外線を入射するための窓部23と、この窓部23から入射された赤外線を吸収する側壁面24aと、窓部23および側壁面24a,24bの間に形成された空間にてトナーを収容する現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkと、を備え、残量検出センサ25M,25C,25Y,25Bkは、窓部23に赤外線を照射し、窓部23を介して検出される赤外線反射光を検出するよう構成されている。
このようなプリンタ10によれば、現像器31M,31C,31Y,31Bkに光を透過(横断)させてトナーの量を測定する場合と比較して、現像器31M,31C,31Y,31Bkに形成する窓部23の数を少なくすることができるので、現像器31M,31C,31Y,31Bkからトナーが漏れ難くすることができる。また、現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkの内部にトナーがないときには、側壁面24aが赤外線を吸収することにより赤外線を検出しないようにすることができるので、トナー量を判定する際の精度を向上させることができる。
加えて、現像器31M,31C,31Y,31Bkは、窓部23および側壁面24aに付着したトナーを除去するワイプ部材22を備えている。
従って、このようなプリンタ10によれば、窓部23または側壁面24aにトナーが付着することによる誤検出を防止することができる。
さらに、濃度センサ58を構成する光源およびフォトトランジスタは、1つずつだけ備えられている。
従って、このようなプリンタ10によれば、光源およびフォトトランジスタの数を減らすことができるので、プリンタ10の製造コストを削減することができる。
また、カートリッジは、プリンタ10に対して着脱自在に取り付け可能であって、赤外線反射材料を含有し、このプリンタ10にて使用される他のトナーと赤外線の反射率が一致させられたトナーを内部に収容している。
従って、このカートリッジに保持されたトナーを用いれば、トナー量の検出するための機構を簡素化することができる。
なお、本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
例えば、本実施例において、側壁面24bは、入射された赤外線を吸収するよう構成したが、入射された赤外線を拡散反射(乱反射)するよう構成してもよい。
この場合には、現像器ケース39M,39C,39Y,39Bkの内部にトナーがないときには、側壁面24bが赤外線を拡散反射することにより赤外線を検出しないようにすることができる。このため、実施例1のプリンタ10と同様に、トナー量を判定する際の精度を向上させることができる。
また、本実施形態において、中間転写体50の表面は、赤外線を吸収する材料から構成したが、赤外線の反射率が極めて高い材料から構成してもよい。
加えて、本実施形態においては、中間転写体50上に形成されたパッチの濃度を測定するよう構成したが、感光体上に形成されたパッチや、被記録媒体(用紙やOHPシート等)に形成されたパッチの濃度を測定するよう構成してもよい。
さらに、本実施形態のプリンタ10においては、本プリンタ10にて使用する全色のトナーについて、赤外線の反射率を一定に設定したが、例えば、黒色を除くトナーの反射率を一定にするなど、少なくとも2色以上(複数色)のトナーについての赤外線の反射率が均一化されていればよい。このように構成されていれば、全色のトナーについて赤外線の反射率が一定に設定されたときほどではないが、従来のプリンタと比較して優れた効果が得られる。
プリンタ10の概略側断面図である。 現像器31Bkを示す拡大図(a)、および現像器31Bkを示す上面図(b)である。 プリンタ10の電気的構成を示すブロック図である。
符号の説明
5…操作部、7…インターフェイス、10…プリンタ、21a,21b,21c…アジテータ、21d…中心軸、22…ワイプ部材、23…窓部、24a…側壁面、24b…側壁面、25M,25C,25Y,25Bk…残量検出センサ、30…可視像形成部、31M,31C,31Y,31Bk…現像器、32M,32C,32Y,32Bk…感光体ドラム、33M,33C,33Y,33Bk…クリーニングローラ、34M,34C,34Y,34Bk…帯電器、35M,35C,35Y,35Bk…露光手段、36M,36C,36Y,36Bk…現像ローラ、37M,37C,37Y,37Bk…供給ローラ、38M,38C,38Y,38Bk…層厚規制ブレード、39M,39C,39Y,39Bk…現像器ケース、50…中間転写体、51…駆動ローラ、52…駆動ローラ、53…中間転写ローラ、53M…中間転写ローラ、54…二次転写ローラ、55…クリーニング器、56…掻き取り部材、57…ケース、58…濃度センサ、60…定着部、61…加熱ローラ、62…加圧ローラ、63…ヒータ、64…温度センサ、70…給紙部、71…収容トレイ、72…ピックアップローラ、73…搬送ローラ対、80…排紙トレイ、91…搬送ローラ対、110…制御部。

Claims (10)

  1. 画像形成装置であって、
    感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
    前記露光手段が形成した静電潜像をそれぞれ異なる色の現像剤により可視像化する複数の現像手段と、
    前記複数の現像手段が可視像化した現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、
    少なくとも前記複数の現像手段うちの1つを用いて、テスト用の現像剤像であるパッチを形成するパッチ形成手段と、
    前記パッチ形成手段により形成されたパッチに対して赤外線を照射する照射手段と、
    前記照射手段により照射され、前記パッチにより拡散反射された赤外線を検出する検出手段と、
    を備え
    前記画像形成装置にて使用される複数色の現像剤は、赤外線反射材料および赤外線吸収材料の少なくとも一方を含有し、赤外線の反射率が均一化されていること
    を特徴とする画像形成装置。
  2. 前記現像剤は、可視光を透過するとともに赤外線を吸収する赤外線吸収材料を含有したことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記検出手段による検出結果に基づいて、前記パッチに含まれる単位面積当たりの現像剤の量を判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項2の何れかに記載の画像形成装置。
  4. 前記感光体、または前記感光体に形成された現像剤を前記被記録媒体に転写する過程で用いられる中間転写体の表面は、赤外線を吸収する材料からなり、
    前記照射手段は、表面が赤外線を吸収する材料から構成された感光体または中間転写体が担持しているパッチに対して赤外線を照射すること
    を特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載の画像形成装置。
  5. 画像形成装置であって、
    それぞれ異なる色の現像剤を各々収容する複数の現像剤収容手段と、
    感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
    前記露光手段が形成した静電潜像を、前記各現像剤収容手段に収容された現像剤により可視像化する現像手段と、
    この可視像化した現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、
    前記各現像剤収容手段に収容された現像剤に対して赤外線を照射する照射手段と、
    前記照射手段により照射され、前記各現像剤により反射された赤外線を検出する検出手段と、
    を備え
    前記画像形成装置にて使用される複数色の現像剤は、赤外線反射材料および赤外線吸収材料の少なくとも一方を含有し、赤外線の反射率が均一化されていること
    を特徴とする画像形成装置。
  6. 前記検出手段による検出結果に基づいて、前記各現像剤収容手段に収容された現像剤の量を判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記各現像剤収容手段は、
    赤外線を入射するための窓部と、
    この窓部から入射された赤外線を吸収する壁面部と、
    前記窓部および前記壁面部の間に形成された空間にて前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
    を備え、
    前記照射手段は、前記各窓部に赤外線を照射し、
    前記検出手段は、前記各窓部を介して検出される赤外線反射光を検出すること
    を特徴とする請求項5または請求項6に記載の画像形成装置。
  8. 前記各現像剤収容手段は、
    赤外線を入射するための窓部と、
    この窓部から入射された赤外線を拡散反射する壁面部と、
    前記窓部および前記壁面部の間に形成された空間にて前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
    を備え、
    前記照射手段は、前記各窓部に赤外線を照射し、
    前記検出手段は、前記各窓部を介して検出される赤外線反射光を検出すること
    を特徴とする請求項5または請求項6に記載の画像形成装置。
  9. 前記複数の現像剤収納手段のうちの少なくとも1つは、前記窓部および前記壁面部の少なくとも一方に付着した現像剤を除去する現像剤除去手段を備えたことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の画像形成装置。
  10. 前記照射手段および前記検出手段は、1つずつだけ備えられていることを特徴とする請求項1〜請求項9の何れかに記載の画像形成装置。
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