JP6569586B2 - トナー量検知センサー、および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、トナー量検知センサー、および画像形成装置に関するものである。

デジタル複合機等に代表される画像形成装置においては、画像読み取り部で原稿の画像を読み取った後、画像形成部に備えられる感光体に対して読み取った画像を基に光を照射し、感光体上に静電潜像を形成する。その後、形成した静電潜像の上に帯電したトナー等の現像剤を供給して可視画像とした後、給紙された用紙に転写して定着させ、装置外に排出する。

ここで、フルカラーの画像を形成することができる画像形成装置においては、イエロー、シアン、マゼンタ、およびブラックの各色を重ね合わせて、フルカラーの画像を形成するものがある。この場合、中間転写体としての転写ベルトに一旦各色のトナーを転写した後、用紙にフルカラーの画像を転写する。フルカラーの画像を形成するに際し、発色性や色の再現性を維持するために、所定のタイミングで補正を行う必要がある。補正に際しては、転写体上のトナー量を検知し、適正なトナー量となるよう、現像バイアス値の調整や、露光量の調整、露光のタイミング等の調整を行う。

ここで、トナー量を検知するセンサーに関する技術が、特開平１０−２８１９９１号公報（特許文献１）、および特開２０１１−１７０１６５号公報（特許文献２）に開示されている。

特許文献１によると、物体表面に所定の入射角を有する測定光を投光器により照射し、この物体表面からの反射光を上記入射角と同じ角度の反射角で受光器により測定して光沢度を測定して成る光沢センサーが開示されている。特許文献１に開示の光沢センサーにおいて、前記投光器は単一波長を放射するものとされ且つ偏光装置が設けられて単一方向の偏光を有する光として物体表面に照射し、この物体表面からの反射光を、偏光ビームスプリッタを透過させることで、前記測定光と同一方向の偏光を有する反射光成分と、異なる方向を有する反射光成分とに分離し、各々の反射光成分を各々に対して設けられた受光手段により測定し、この二つの受光手段からの出力を演算することで光沢度を測定することを特徴としている。

特許文献２によると、回転可能に複数のローラー部材で張架された記録媒体搬送ベルトを備えた画像形成装置が開示されている。特許文献２に開示の画像形成装置では、少なくとも一つ以上の正反射光検出型光学センサーと少なくとも一つ以上の正反射光／散乱光同時検出型光学センサーとが中間転写体に対向して設置され、かつ少なくとも一つ以上の正反射光検出型光学センサーが上記記録媒体搬送ベルトまたは第二の像担持体に対向して設置されている。また、特許文献２に開示の画像形成装置は、ブラックのトナー付着量制御を上記記録媒体搬送ベルトまたは第二の像担持体に対向して設置された少なくとも一つ以上の正反射光検出型光学センサーを用いて行い、ブラック以外のトナー付着量制御を上記中間転写体に対向して設置された少なくとも一つ以上の正反射光／散乱光同時検出型光学センサーを用いて行う。さらに、特許文献２に開示の画像形成装置は、各色の位置合わせ制御を上記中間転写体に対向して設置された少なくとも一つ以上の正反射光／散乱光同時検出型光学センサーと少なくとも一つ以上の正反射光検出型光学センサーを用いて行うことを特徴としている。

特開平１０−２８１９９１号公報 特開２０１１−１７０１６５号公報

特許文献１および特許文献２に代表される従来の光学センサーにおいては、発光素子と受光素子とを同じ平面に配置するのが一般的である。しかし、このような構成においては、二つの成分の反射光、具体的には、正反射光と拡散反射光とを、それぞれの反射光の受光のために設けられた二つの受光素子によって受光する際に、特に拡散反射光を受光する受光素子の検出感度の観点から、好ましくない状況となる。

例えば、拡散反射光の受光素子を、発光素子と正反射光の受光素子とが配置される平面と同じ平面であって発光素子が照射する光の方向の反対側に配置する場合、受光する拡散反射光の反射光量が微弱となってしまう。そうすると、拡散反射光を受光する際の電気回路上の増幅率を上げざるを得なくなり、入力信号に含まれる雑音比が上がってしまうこととなる。また、高抵抗の電気回路を設ける必要があり、このような高抵抗の電気回路は、光学センサーの配置された環境の影響も受けやすい。その結果、反射光の光量の検出の精度が低下してしまうこととなり、引いては、トナー量の検知の精度が低下してしまうこととなる。

一方、拡散反射光の受光素子を、発光素子と正反射光の受光素子とが配置される平面と同じ平面であって発光素子が照射する光の方向と同じ側に配置する場合、正反射光の影響を大きく受けてしまう。すなわち、正反射光の一部を含んだ拡散反射光を受光してしまうこととなる。そうすると、正反射光の反射光量に基づく出力と拡散反射光の反射光量に基づく出力との差が小さくなり、上記と同様に入力信号に含まれる雑音比が上がってしまうこととなる。すなわち、この場合も、反射光の光量の検出の精度が低下してしまうこととなり、引いては、トナー量の検知の精度が低下してしまうこととなる。

この発明の目的は、トナー量を精度よく検知することができるトナー量検知センサーを提供することである。

この発明の他の目的は、形成する画像の画質を向上することができる画像形成装置を提供することである。

この発明の一の局面においては、トナー量検知センサーは、転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知する。トナー量検知センサーは、発光素子と、第一の受光素子と、第二の受光素子と、トナー量算出部とを備える。発光素子は、転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する。第一の受光素子は、転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して発光素子と反対側に設けられている。第一の受光素子は、転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する。第二の受光素子は、発光素子および第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、第一の受光素子と別途設けられている。第二の受光素子は、転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する。トナー量算出部は、第一の受光素子によって受光した正反射光に相当する光の光量、および第二の受光素子によって受光された拡散反射光の光量からトナー量を算出する。転写体は、転写ベルトを含む。転写ベルトの材質は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含む。転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われている。転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略３５°である。

この発明の他の局面においては、画像形成装置は、トナーによる可視画像を形成し、転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーを備える。トナー量検知センサーは、転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知する。トナー量検知センサーは、発光素子と、第一の受光素子と、第二の受光素子と、トナー量算出部とを備える。発光素子は、転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する。第一の受光素子は、転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して発光素子と反対側に設けられている。第一の受光素子は、転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する。第二の受光素子は、発光素子および第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、第一の受光素子と別途設けられている。第二の受光素子は、転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する。トナー量算出部は、第一の受光素子によって受光した正反射光に相当する光の光量、および第二の受光素子によって受光された拡散反射光の光量からトナー量を算出する。転写体は、転写ベルトを含む。転写ベルトの材質は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含む。転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われている。転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略３５°である。

このようなトナー量検知センサーによると、拡散反射光を第二の受光素子で受光するに際し、正反射光の影響を低減しながら、第二の受光素子によって受光する拡散反射光の光量を多くすることができる。したがって、トナー量を精度よく検知することができる。

また、このような画像形成装置によると、トナー量を精度よく検知できるトナー量検知センサーを含むため、形成する画像の画質を向上することができる。

この発明の一実施形態に係る画像形成装置をデジタル複合機に適用した場合のデジタル複合機の外観を示す概略図である。 この発明の一実施形態に係る画像形成装置をデジタル複合機に適用した場合のデジタル複合機の構成を示すブロック図である。 画像形成部の概略的な構成を示す外観図である。 この発明の一実施形態に係るトナー量検知センサーの概略的な構成を示す外観図である。 図４に示すトナー量検知センサーを図４中の矢印Ｖの方向から見た図である。 入射された光に対しての転写ベルトの表面の反射率と反射角度との関係を示すグラフである。 ブラックのトナーによる可視画像のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサーの出力との関係を示すグラフである。 イエローのトナーによる可視画像のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサーの出力との関係を示すグラフである。 この発明の他の実施形態に係るトナー量検知センサーの概略的な構成を示す外観図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るトナー量検知センサーの概略的な構成を示す外観図である。

以下、この発明の実施の形態を説明する。まず、この発明の一実施形態に係る画像形成装置をデジタル複合機に適用した場合のデジタル複合機の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置をデジタル複合機に適用した場合のデジタル複合機の外観を示す概略図である。図２は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置をデジタル複合機に適用した場合のデジタル複合機の構成を示すブロック図である。

図１および図２を参照して、デジタル複合機１１は、デジタル複合機１１全体の制御を行う制御部１２と、デジタル複合機１１側から発信する情報やユーザーの入力内容を表示する表示画面２１を含み、印刷部数や階調性等の画像形成の条件や電源のオンまたはオフを入力させる操作部１３と、セットされた原稿を自動的に読み取り部へ搬送するＡＤＦ（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）２２を含み、原稿の画像を読み取る画像読み取り部１４と、手差しで用紙をセットする手差しトレイ２８やサイズの異なる複数枚の用紙を収納可能な給紙カセット群２９を含み、画像形成部１５に供給する用紙をセットする用紙セット部１９と、読み取った画像やネットワーク２５を介して送信された画像データを基に画像を形成する画像形成部１５と、画像形成部１５により用紙に画像を形成した後に用紙を排出する排出トレイ３０と、送信された画像データや入力された画像形成条件等の格納を行うハードディスク１６と、公衆回線２４に接続されており、ファクシミリ送信やファクシミリ受信を行うファクシミリ通信部１７と、ネットワーク２５と接続するためのネットワークインターフェース部１８とを備える。なお、デジタル複合機１１は、画像データの書き出しや読み出しを行うＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるが、これらについては、図示および説明を省略する。また、図２中の矢印は、制御信号や制御、画像に関するデータの流れを示している。なお、図１に示すように、この実施形態においては、給紙カセット群２９は、３つの給紙カセット２３ａ、２３ｂ、２３ｃから構成されている。

デジタル複合機１１は、画像読み取り部１４により読み取られた原稿を用いて画像形成部１５において画像を形成することにより、複写機として作動する。また、デジタル複合機１１は、ネットワークインターフェース部１８を通じて、ネットワーク２５に接続されたコンピューター２６ａ、２６ｂ、２６ｃから送信された画像データを用いて、画像形成部１５において画像を形成して用紙に印刷することにより、プリンターとして作動する。すなわち、画像形成部１５は、要求された画像を印刷する印刷部として作動する。また、デジタル複合機１１は、ファクシミリ通信部１７を通じて、公衆回線２４から送信された画像データを用いて、ＤＲＡＭを介して画像形成部１５において画像を形成することにより、また、画像読み取り部１４により読み取られた原稿の画像データを、ファクシミリ通信部１７を通じて公衆回線２４に画像データを送信することにより、ファクシミリ装置として作動する。デジタル複合機１１は、画像処理に関し、複写機能、プリンター機能、ファクシミリ機能等、複数の機能を有する。さらに、各機能に対しても、詳細に設定可能な機能を有する。

この発明の一実施形態に係るデジタル複合機１１を含む画像形成システム２７は、上記した構成のデジタル複合機１１と、ネットワーク２５を介してデジタル複合機１１に接続される複数のコンピューター２６ａ、２６ｂ、２６ｃとを備える。この実施形態においては、複数のコンピューター２６ａ〜２６ｃについては、３台示している。各コンピューター２６ａ〜２６ｃはそれぞれ、デジタル複合機１１に対して、ネットワーク２５を介して印刷要求を行って印刷をすることができる。デジタル複合機１１とコンピューター２６ａ〜２６ｃとは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル等を用いて有線で接続されていてもよいし、無線で接続されていてもよく、ネットワーク２５内には、他のデジタル複合機やサーバーが接続されている構成でもよい。

次に、デジタル複合機１１に備えられる画像形成部１５の構成について、さらに詳細に説明する。図３は、この発明の一実施形態に係るデジタル複合機１１の概略的な構成を示す断面図である。なお、理解の容易の観点から、図３において、部材のハッチングを省略する。また、図３は、上下方向に延びる平面でデジタル複合機１１を切断した場合の断面図である。

図３を参照して、画像形成部１５は、それぞれ感光体３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各４色に対応する４つの作像ユニット３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを含む作像器３３と、画像読み取り部１４によって読み取った画像を基に、４つの作像ユニット３２ａ〜３２ｄにそれぞれ露光するＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｅｒ Ｕｎｉｔ）３４と、作像ユニット３２ａ〜３２ｄによって形成されたトナーによる可視画像を用紙に転写する前に一時的に転写される中間転写体としての転写ベルト３５と、転写ベルト３５上に残存したトナーをブレード等によって除去する転写ベルトクリーニングユニット３７とを備える。ＬＳＵ３４については、一点鎖線で概略的に示している。転写ベルトクリーニングユニット３７についても、概略的に示している。画像形成部１５は、いわゆる４連タンデム形式の現像方式である。

転写ベルト３５は、無端状であって、駆動ローラー３６ｂ、および従動ローラー３６ａによって一方方向に回転しながら、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の作像ユニット３２ａ〜３２ｄにより形成された可視画像を転写される。転写ベルト３５の回転方向は、図３中の矢印Ｄ_１で示される。なお、転写ベルト３５の回転方向において、作像ユニット３２ａ〜３２ｄのうち、イエローの作像ユニット３２ａが最も上流側に配置されており、ブラックの作像ユニット３２ｄが最も下流側に配置されている。また、転写ベルトクリーニングユニット３７は、イエローの作像ユニット３２ａの上流側に配置されている。

転写ベルト３５上に転写されたトナーによる可視画像は、搬送されてきた用紙に転写され、図示しない定着ユニットにより用紙に定着される。定着後、用紙はデジタル複合機１１外、具体的には、排出トレイ３０に排出される。トナーによる可視画像が用紙に転写された後、転写ベルト３５上に残存したトナーは、転写ベルトクリーニングユニット３７によって除去される。そして、次の画像形成が行われる。

デジタル複合機１１は、ブラックの作像ユニット３２ｄのみを用いたモノクロ印刷が可能である。また、デジタル複合機１１は、イエローの作像ユニット３２ａ、マゼンタの作像ユニット３２ｂ、およびシアンの作像ユニット３２ｃの少なくともいずれか一つを用いたカラー印刷が可能である。

ここで、デジタル複合機１１に備えられる制御部１２は、例えば、印字枚数が所定の枚数に達したタイミング、具体的には、画像形成の枚数が１０００枚毎のタイミングや、駆動時間が所定の時間に達したタイミング、さらには、環境変化があったタイミング、具体的には、温度や湿度が急激に変わったタイミングやデジタル複合機１１を構成するユニットの一部を交換するタイミングで、作像ユニット３２ａ〜３２ｄによって転写ベルト３５上に形成される可視画像の濃度や位置、ひいては色ずれを補正する。画像形成部１５は、例えば、定期的なメンテナンスを行う際に、トナーによる可視画像を補正するためのパッチ画像を転写ベルト３５上に形成する。そして、このパッチ画像を用いて転写ベルト３５に付着させるトナー量やＬＳＵ３４によるレーザー光を照射するタイミング、強度等を変更して、トナーの濃度や色ずれ等を調整し、補正を行う。なお、形成されたパッチ画像については、用紙に転写されることはなく、転写ベルトクリーニングユニット３７によって、転写ベルト３５の表面３８から除去される。

このような補正に際しては、転写ベルト３５上に形成されたパッチ画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーが用いられる。すなわち、画像形成部１５は、転写ベルト３５上に転写されたトナーによる可視画像のトナー量を測定するトナー量検知センサー４１ａを備える。

次に、この発明の一実施形態に係るトナー量検知センサー４１ａの構成について、説明する。図４は、この発明の一実施形態に係るトナー量検知センサー４１ａの構成を示す概略図である。図５は、図４に示すトナー量検知センサー４１ａを図４中の矢印Ｖの方向から見た図である。なお、図３においては、トナー量検知センサー４１ａは、二点鎖線で概略的に示している。また、図４は、図５中の矢印ＩＶの方向から見た図である。

図１〜図５を参照して、トナー量検知センサー４１ａは、ブラックの作像ユニット３２ｄの下流側に配置されている。トナー量検知センサー４１ａは、転写ベルト３５側に光を照射する発光素子４２ａと、転写ベルト３５の表面３８側から反射された正反射光を受光する第一の受光素子４３ａと、第一の受光素子４３ａと別途設けられており、転写ベルト３５の表面３８側から反射された拡散反射光を受光する第二の受光素子４４ａと、第一の受光素子４３ａによって受光した正反射光の光量および第二の受光素子４４ａによって受光した拡散反射光の光量からトナー量を算出するトナー量算出部４５とを備える。発光素子４２ａの一例として、具体的には、赤外光を照射する赤外発光ダイオードが採用される。また、第一の受光素子４３ａ、および第二の受光素子４４ａの一例として、具体的には、赤外受光素子が採用される。

発光素子４２ａは、転写ベルト３５の表面３８またはトナーによる可視画像３９に向かって、図４中の矢印Ｅ_１で示す左斜め上方向に赤外光といった光４６ａを照射する。光４６ａの照射に際し、図４に示す入射角度Ａ_１で光４６ａを照射する。この角度Ａ_１は、光４６ａの照射位置４０において転写ベルト３５の表面３８に垂直な方向に延びる平面４９ｃと光４６ａの照射方向とのなす角度である。平面４９ｃは、二点鎖線で示される。この実施形態において、角度Ａ_１は、平面４９ｃに対して発光素子４２ａを配置させる角度でもある。なお、角度Ａ_１については、測定の対象物と発光素子４２ａとの距離の変動に対する第一および第二の受光素子４３ａ、４４ａの出力値の変動をできるだけ小さくする観点から比較的小さい方が好ましい。例えば、角度Ａ_１は、１０°以上１２°未満の範囲内にあることが好ましく、具体的には、Ａ_１＝１１°が選択される。なお、平面４９ｃと平行であって、発光素子４２ａが設けられた位置５０ａを含む平面４９ａは、二点鎖線で示される。

第一の受光素子４３ａは、転写ベルト３５の表面３８に垂直な方向に延びる平面４９ｃに対して発光素子４２ａと反対側に設けられている。第一の受光素子４３ａは、図４中の矢印Ｅ_２で示す左斜め下方向に向かうトナーによる可視画像３９からの正反射光に相当する光４６ｂおよび転写ベルト３５の表面３８からの正反射光に相当する光４６ｂのいずれか一方か、またはトナーによる可視画像３９と転写ベルト３５の表面３８との双方からの正反射光に相当する光４６ｂを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っていれば、トナーによる可視画像３９からの正反射光に相当する光４６ｂのみを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８上に形成されていなければ、転写ベルト３５の表面３８からの正反射光に相当する光４６ｂのみを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っておらず、トナーによる可視画像３９のトナー量が少なければ、トナーによる可視画像３９と転写ベルト３５の表面３８との双方からの正反射光に相当する光４６ｂを受光する。正反射光に相当する光４６ｂの受光に際し、図４中に示す角度Ａ_２で正反射光に相当する光４６ｂを受光する。この実施形態において、角度Ａ_２は、平面４９ｃに対して第一の受光素子４３を配置させる角度である。なお、参考までに、角度Ａ_１で正反射した正反射光の方向を破線４７で示す。また、平面４９ｃと平行であって、第一の受光素子４３ａが設けられた位置５０ｂを含む平面４９ｂは、二点鎖線で示される。また、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａは、図５中の一点鎖線で示される。平面４８ａと平面４９ｃとの交わる位置が、光４６ａの照射位置４０、および光４６ａの反射位置となる。

照射位置４０において転写ベルト３５の表面３８に垂直な方向に延びる平面４９ｃに対する所定の入射角度を角度Ａ_１とし、照射位置４０において転写ベルト３５の表面３８に垂直な方向に延びる平面４９ｃに対する第一の受光素子４３ａの配置される角度を角度Ａ_２とすると、Ａ_１＜Ａ_２＜１．５Ａ_１の関係を有するよう構成されている。角度Ａ_２は、１２°以上１８°未満の範囲内にあることが好ましく、具体的には、例えば、Ａ_２＝１３°が選択される。

第二の受光素子４４ａは、図４中の矢印Ｅ_３で示す下方向に向かうトナーによる可視画像３９からの拡散反射光４６ｃおよび転写ベルト３５の表面３８からの拡散反射光４６ｃのいずれか一方か、またはトナーによる可視画像３９と転写ベルト３５の表面３８との双方からの拡散反射光４６ｃを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っていれば、トナーによる可視画像３９からの拡散反射光４６ｃのみを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８上に形成されていなければ、転写ベルト３５の表面３８からの拡散反射光４６ｃのみを受光する。トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っておらず、トナーによる可視画像３９のトナー量が少なければ、トナーによる可視画像３９と転写ベルト３５の表面３８との双方からの拡散反射光４６ｃを受光する。なお、平面４９ｃは、平面４９ａ、４９ｂとそれぞれ平行であって、第二の受光素子４４ａが設けられた位置５０ｃを含む。

ここで、第二の受光素子４４ａは、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａを避けた位置に設けられている。具体的には、図５を参照して、第二の受光素子４４ａは、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａと平行であって、平面４８ａと平行に配置される平面４８ｂ上に設けられている。平面４８ｂについても、一点鎖線で示している。平面４８ａと平面４８ｂとの間の長さは、図５中の長さＬ_１で示される。平面４９ａと平面４９ｃとの長さは、長さＬ_２によって示される。平面４９ａと平面４９ｃとの長さは、長さＬ_３によって示される。すなわち、図４に示されるように、第二の受光素子４４ａは、発光素子４２ａと第一の受光素子４３ａとの左右方向の間に位置することになる。

トナー量検知センサー４１ａは、その表面３８にトナーによる可視画像３９が形成された転写ベルト３５に対して、図４中の矢印Ｅ_１で示す方向に光４６ａを照射する。光４６ａは、トナーによる可視画像３９および転写ベルト３５の表面３８のいずれか一方か、またはトナーによる可視画像３９と転写ベルト３５の表面３８との双方に当たって反射する。反射された反射光のうち、平面４９ｃに対して角度Ａ_２だけ傾けた角度で配置される第一の受光素子４３ａによって、正反射光に相当する光４６ｂを受光する。また、反射された反射光のうち、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａを避けた位置に設けられた第二の受光素子４４ａによって、拡散反射光を受光する。第一の受光素子４３ａ、および第二の受光素子４４ａは、受光した光の光量に応じた電流をそれぞれ出力する。トナー量算出部４５は、第一の受光素子４３ａ、および第二の受光素子４４ａによって出力された電流により、それぞれ電圧に変換する。そして、これらの電圧値に基づいてトナー量を算出する。このようにして、トナー量検知センサー４１ａは、トナー量を検知する。

このようなトナー量検知センサー４１ａは、第二の受光素子４４ａが、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａを避けた位置に設けられているため、拡散反射光を第二の受光素子４４ａで受光するに際し、正反射光の影響を低減しながら、第二の受光素子４４ａによって受光する拡散反射光の光量を多くすることができる。したがって、トナー量を精度よく検知することができる。また、このようなデジタル複合機１１によると、トナー量を精度よく検知できるトナー量検知センサー４１ａを含むため、形成する画像の画質を向上することができる。

また、角度Ａ_１と角度Ａ_２の関係においては、Ａ_１＜Ａ_２＜１．５Ａ_１の関係を有するよう構成されているため、トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８上に形成されていない場合に、第一の受光素子４３ａについて、転写ベルト３５の表面３８から反射される光量を多く受光することができる。また、トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っておらず、トナーによる可視画像３９のトナー量が少ない場合にも、トナーの層を透過して転写ベルト３５の表面３８に当たって反射される光の光量を正確に検知することができる。

これについて、説明する。図６は、入射された光に対しての転写ベルト３５の表面３８の反射率と反射角度との関係を示すグラフである。図６中の中心５１に位置する０％の目盛の位置が、光の照射位置を示す。図６においては、中心５１を中心に、同心半円状に反射率２５％、反射率５０％、反射率７５％、反射率１００％の位置に目盛の線を引いている。また、実線５２ａで入射される光を示し、実線５２ｂで正反射される光を示している。反射される面に対して垂直な方向に延びる面に相当する線は、実線５３で示している。点線５４で、ある反射角度の範囲内における転写ベルト３５の表面３８の反射率を示している。

図６を参照して、実線５２ａと実線５３とのなす角度は、上記した角度Ａ_１に相当するものであり、３０°としている。また、実線５２ｂと実線５３とのなす角度も、上記した角度Ａ_１に相当するものであり、３０°としている。実線５２ｂと点線５４で交わる点は、入射光を正反射した際の反射率を示すものであり、約７５％程度である。そして、反射角度が角度Ａ_１よりも大きくなるにつれ、反射率が徐々に上昇する。この場合、実線５２ｃで示す反射角度が４０°であった場合に反射率がほぼ１００％となり、この反射角度が反射率の最大となる。その後、反射角度が大きくなるにつれ、反射率が徐々に下降し、実線５２ｄで示す反射角度４５°において、正反射した際の反射率と同等の約７５％となる。したがって、角度Ａ_１と角度Ａ_２の関係においては、少なくとも、Ａ_１＜Ａ_２＜１．５Ａ_１の関係を有することにより、正反射の位置よりもより高い反射率で光を受光することができる。したがって、このような構成とすれば、トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８上に形成されていない場合に、転写ベルト３５の表面３８から反射される光量を多く受光することができる。また、トナーによる可視画像３９が転写ベルト３５の表面３８を完全に覆っておらず、トナーによる可視画像３９のトナー量が少ない場合にも、トナーの層を透過して転写ベルト３５の表面３８に当たって反射される光の光量を正確に検知することができる。したがって、トナー量を精度よく検知することができる。

これについては、以下のことが考えられる。すなわち、転写ベルト３５の表面３８には、トナーの転写効率の向上、転写ベルト３５の表面３８の保護等を理由として、何らかのコート剤が非常に薄く被覆されている。このコート剤の種類やコート層の厚み等により、入射光が屈折したり散乱したりする。この入射光の屈折や散乱の影響により、上記した傾向、すなわち、正反射よりも大きい角度で反射率が大きくなるという傾向が現れるものと考えられる。なお、コート剤の種類としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。

したがって、例えば、角度Ａ_１を３０°とした場合に、角度Ａ_２は、３０°よりも大きく４５°以下であるようにすればよい。こうすることにより、より高い正反射光の反射率を示す範囲で光を受光することができる。具体的には、角度Ａ_２を３５°や４０°とする。この角度Ａ_２については、転写ベルト３５の材質等によって上記範囲内、すなわち、３０°よりも大きく４５°以下の範囲内の任意の値が選択されるものである。例えば、転写ベルト３５の材質をポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリカーボネート樹脂の群から選択される少なくともいずれか一つを含む樹脂製とした場合、角度Ａ_２を３５°とするとよい。また、転写ベルト３５の材質をウレタンゴム、およびヒドリンゴムの少なくともいずれか一つを含むゴム製とした場合、角度Ａ_２を４０°とするとよい。

図７は、ブラックのトナーによる可視画像３９のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサー４１ａの出力とのおおよその関係を示すグラフである。図８は、イエローのトナーによる可視画像３９のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサー４１ａの出力とのおおよその関係を示すグラフである。シアンのトナーによる可視画像３９のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサー４１ａの出力とのおおよその関係、およびマゼンタのトナーによる可視画像３９のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサー４１ａの出力とのおおよその関係は、イエローのトナーによる可視画像３９のトナー量を検知する場合のトナー量とトナー量検知センサーの出力とのおおよその関係と同等であるため、それらの説明を省略する。

図７および図８中、縦軸は、トナー量検知センサー４１ａの出力値を示し、横軸は、トナー量を示す。縦軸については、紙面上側に向かう程、その数値は高くなっていき、横軸については、紙面右側に向かう程、その数値は高くなっていく。なお、図７中の上側の実線５６ａは、角度Ａ_２を４０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づいて出力される出力値であり、下側の実線５６ｂが、角度Ａ_２を４０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光の光量に基づいて出力される出力値である。図７中の上側の点線５７ａは、角度Ａ_２を３０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づいて出力される出力値であり、下側の点線５７ｂは、角度Ａ_２を３０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光の光量に基づいて出力される出力値である。図８中の上側の実線５８ａは、角度Ａ_２を４０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づいて出力される出力値であり、下側の実線５８ｂが、角度Ａ_２を４０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光の光量に基づいて出力される出力値である。図８中の上側の点線５９ａは、角度Ａ_２を３０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づいて出力される出力値であり、下側の点線５９ｂは、角度Ａ_２を３０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光の光量に基づいて出力される出力値である。

まず、図７を参照して、ブラックのトナーによる可視画像３９の場合、トナー量が０に近く、非常に少ない場合、実線５６ａで示す角度Ａ_２を４０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づく出力値は、角度Ａ_２を３０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づく出力値と比較して、大きな値となっている。このように、トナー量が少ない場合には、実線５６ａで示す角度Ａ_２を４０°とした場合の方が、点線５７ａで示す角度Ａ_２を３０°とした場合と比較して、反射光量が大きくなっている。

なお、実線５６ｂで、角度Ａ_２を４０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光量に基づく出力値を示している。また、点線５７ｂで、角度Ａ_２を３０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光量に基づく出力値を示している。それぞれは、ほとんど同じとなっている。

したがって、トナーがない状態、すなわち、トナーによる可視画像３９が形成されておらず、転写ベルト３５の表面３８を検知している状態から、転写ベルト３５の表面３８を覆う程度のトナー量を検知するまでの状態において、よりトナー量検知センサー４１ａの出力値の幅を広く保って、精度の高いトナー量の検知を行うことができる。すなわち、最終的にトナー量が多くなってセンサーの値として収束する値は、実線５６ａの場合と点線５７ａの場合とであまり変わらないにも関わらず、トナー量が０の点において、出力値を高くすることができるため、精度の高いトナー量の検知をすることができる。

次に、図８を参照して、イエローのトナーによる可視画像３９の場合も同様に、トナー量が０に近く、非常に少ない場合、角度Ａ_２を４０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づく出力値は、角度Ａ_２を３０°とした場合の第一の受光素子４３ａによって受光された光量に基づく出力値と比較して、大きな値となっている。このように、トナー量が少ない場合には、実線５８ａで示す角度Ａ_２を４０°とした場合の方が、点線５９ａで示す角度Ａ_２を３０°とした場合と比較して、反射光量が大きくなっている。

なお、実線５８ｂで、角度Ａ_２を４０°とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光量に基づく出力値を示している。点線５９ｂで、角度Ａ_２を３０°とした場合とした場合の第二の受光素子４４ａによって受光された光量に基づく出力値を示している。それぞれは、ほとんど同じ値となっている。

以上より、角度Ａ_１と角度Ａ_２の関係においては、少なくとも、Ａ_１＜Ａ_２＜１．５Ａ_１の関係を有することにより、転写ベルト３５の表面３８側から反射される光量を多く受光することができる。したがって、トナー量を精度よく検知することができる。

なお、第二の受光素子が設けられる位置については、以下のように構成してもよい。すなわち、第二の受光素子が設けられる位置は、発光素子と第一の受光素子の間にあって、発光素子および第一の受光素子を含む平面に垂直な平面上に設けられていてもよい。

図９は、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面に垂直であって、発光素子４２ａを含む平面４９ａ上に第二の受光素子４４ｂを設けた場合のトナー量検知センサー４１ｂの概略的な構成を示す外観図である。

図９を参照して、この発明の他の実施形態に係るトナー量検知センサー４１ｂは、発光素子４２ａと、第一の受光素子４３ａと、第二の受光素子４４ｂと、トナー量算出部４５とを備える。発光素子４２ａ、第一の受光素子４３ａ、およびトナー量算出部４５の構成については、図４等に示す場合と同様であるため、それらの説明を省略する。

ここで、第二の受光素子４４ｂについては、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａに垂直であって、発光素子４２を含む平面４９ａ上に設けられている。このように構成することにしてもよい。

また、図１０は、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面に垂直であって、第一の受光素子４３ａを含む平面４９ｂ上に第二の受光素子４４ｃを設けた場合のトナー量検知センサー４１ｃの概略的な構成を示す外観図である。

図９を参照して、この発明の他の実施形態に係るトナー量検知センサー４１ｃは、発光素子４２ａと、第一の受光素子４３ａと、第二の受光素子４４ｃと、トナー量算出部４５とを備える。発光素子４２ａ、第一の受光素子４３ａ、およびトナー量算出部４５の構成については、図４等に示す場合と同様であるため、それらの説明を省略する。

ここで、第二の受光素子４４ｃについては、発光素子４２ａおよび第一の受光素子４３ａを含む平面４８ａに垂直であって、第一の受光素子４３ａを含む平面４９ｂ上に設けられている。このように構成することにしてもよい。

また、上記の実施の形態において、発光素子から所定の波長を有する偏光を照射し、反射される光のうちの所定の波長を有する偏光を分けて第一の受光素子および第二の受光素子によって受光し、これに基づいてトナー量を検知するよう構成してもよい。このような構成によれば、Ｐ波、Ｓ波といった偏光を用いてそれぞれの光量に基づいて、トナー量を検知することができる。

なお、上記の実施の形態においては、樹脂製の転写ベルトの材質を、ポリイミド樹脂としたが、これに限らず、例えば、転写ベルトの材質は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちのいずれかであってもよい。また、ゴム製の転写ベルトの材質として、ウレタンゴムを用いることとしたが、これに限らず、ヒドリンゴムであってもよい。すなわち、転写ベルトの材質として、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタンゴム、およびヒドリンゴムのうちの少なくともいずれか一つを含む構成としてもよい。

また、上記の実施の形態においては、発光素子の一例として赤外光を照射する赤外発光ダイオードを挙げ、第一の受光素子、および第二の受光素子の一例として、赤外受光素子が採用されることとしたが、これに限らず、可視光等、他の波長を有する光を照射する発光素子、および他の波長を有する光を受光する第一の受光素子、第二の受光素子を用いることにしてもよい。

なお、上記の実施の形態において、角度Ａ_１については、上記した角度以外の角度を選択することとしてもよい。また、上記の実施の形態においては、第一の受光素子４３ａを取り付ける角度を角度Ａ_２とすることとしたが、これに限らず、第一の受光素子４３ａを取り付ける角度Ａ_２について、角度Ａ_１と同じとしてもよい。すなわち、正反射光に相当する光として、正反射光そのものを第一の受光素子４３ａで受光することにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、転写体として、中間転写体である転写ベルトを用いることとしたが、これに限らず、例えば、転写体が感光体等であっても、適用されるものである。また、転写体の表面が曲面であった場合、転写体の表面に垂直な平面は、図４に示す平面においては、曲面の法線で表されるものである。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明に係るトナー量検知センサー、および画像形成装置は、形成する画像の画質の向上が要求される場合に、特に有効に利用される。

１１ デジタル複合機、１２ 制御部、１３ 操作部、１４ 画像読み取り部、１５ 画像形成部、１６ ハードディスク、１７ ファクシミリ通信部、１８ ネットワークインターフェース部、１９ 用紙セット部、２１ 表示画面、２２ ＡＤＦ、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 給紙カセット、２４ 公衆回線、２５ ネットワーク、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ コンピューター、２７ 画像形成システム、２８ 手差しトレイ、２９ 給紙カセット群、３０ 排出トレイ、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 感光体、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 作像ユニット、３３ 作像器、３４ ＬＳＵ、３５ 転写ベルト、３６ａ 従動ローラー、３６ｂ 駆動ローラー、３７ 転写ベルトクリーニングユニット、３８ 表面、３９ 可視画像、４０，５０ａ，５０ｂ，５０ 位置、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ トナー量検知センサー、４２ａ 発光素子、４３ａ 第一の受光素子、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 第二の受光素子、４５ トナー量算出部、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 光、４７，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５３，５４，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ 線、４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ 平面、５１ 中心。

Claims (5)

1. 転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーであって、
   前記転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する発光素子と、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して前記発光素子と反対側に設けられ、前記転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する第一の受光素子と、
   前記発光素子および前記第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、前記第一の受光素子と別途設けられており、前記転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する第二の受光素子と、
   前記第一の受光素子によって受光した前記正反射光に相当する光の光量、および前記第二の受光素子によって受光された前記拡散反射光の光量から前記トナー量を算出するトナー量算出部とを備え、
   前記転写体は、転写ベルトを含み、
   前記転写ベルトの材質は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含み、
   前記転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われており、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略３５°である、トナー量検知センサー。
2. 転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーであって、
   前記転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する発光素子と、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して前記発光素子と反対側に設けられ、前記転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する第一の受光素子と、
   前記発光素子および前記第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、前記第一の受光素子と別途設けられており、前記転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する第二の受光素子と、
   前記第一の受光素子によって受光した前記正反射光に相当する光の光量、および前記第二の受光素子によって受光された前記拡散反射光の光量から前記トナー量を算出するトナー量算出部とを備え、
   前記転写体は、転写ベルトを含み、
   前記転写ベルトの材質は、ウレタンゴム、およびヒドリンゴムのうちの少なくともいずれか一つを含み、
   前記転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われており、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略４０°である、トナー量検知センサー。
3. 前記発光素子によって照射される光は、赤外光を含む、請求項１または２に記載のトナー量検知センサー。
4. トナーによる可視画像を形成し、転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーを備える画像形成部を含む画像形成装置であって、
   前記トナー量検知センサーは、前記転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する発光素子と、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して前記発光素子と反対側に設けられ、前記転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する第一の受光素子と、
   前記発光素子および前記第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、前記第一の受光素子と別途設けられており、前記転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する第二の受光素子と、
   前記第一の受光素子によって受光した前記正反射光に相当する光の光量、および前記第二の受光素子によって受光された前記拡散反射光の光量から前記トナー量を算出するトナー量算出部とを備え、
   前記転写体は、転写ベルトを含み、
   前記転写ベルトの材質は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含み、
   前記転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われており、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略３５°である、画像形成装置。
5. トナーによる可視画像を形成し、転写体の表面上に形成されたトナーによる可視画像のトナー量を検知するトナー量検知センサーを備える画像形成部を含む画像形成装置であって、
   前記トナー量検知センサーは、前記転写体の表面側に向かって所定の入射角度で光を照射する発光素子と、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対して前記発光素子と反対側に設けられ、前記転写体の表面側から反射された正反射光に相当する光を受光する第一の受光素子と、
   前記発光素子および前記第一の受光素子を含む平面を避けた位置であって、前記第一の受光素子と別途設けられており、前記転写体の表面側から拡散反射された拡散反射光を受光する第二の受光素子と、
   前記第一の受光素子によって受光した前記正反射光に相当する光の光量、および前記第二の受光素子によって受光された前記拡散反射光の光量から前記トナー量を算出するトナー量算出部とを備え、
   前記転写体は、転写ベルトを含み、
   前記転写ベルトの材質は、ウレタンゴム、およびヒドリンゴムのうちの少なくともいずれか一つを含み、
   前記転写ベルトの表面は、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むコート剤で覆われており、
   前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記所定の入射角度を角度Ａ _１ とし、前記転写体の表面に垂直な方向に延びる平面に対する前記第一の受光素子の配置される角度を角度Ａ _２ とすると、Ａ _１ は略３０°であり、Ａ _２ は略４０°である、画像形成装置。

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