JP2008185848A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型光学センサの出力波形を安定させて精度良くセンサ出力値を得ることが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】光学センサ１は転写ベルト４の被検出面４ａが従動ローラ２の曲率面上となるように、配設されており、光学センサ１は、断面Ｌ字状のブラケット８に取り付けられており、ブラケット８は、ホルダ１１上で矢印Ｌ方向に移動可能なように案内支持されている。ＤＣモータ９の回転軸には、偏心カム１０が取り付けられており、偏心カム１０の回転に伴い、偏心カム１０の外面と係合する係合孔１５はブラケット８を左右方向（矢印Ｌ方向）に移動させる。このようにして、光学センサ１は、転写ベルト４に対して左右方向に移動され、ＤＣモータ９の回転を停止させることによって所望の位置に光学センサを設定することが可能となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、感光体に形成されたトナーの基準画像が転写された少なくとも２個のローラに張架された無端状の転写ベルト上に、当該基準画像からの反射光を検出する反射型の光学センサを備え、当該光学センサで検出された当該基準画像からの反射光によるセンサ出力によって画像形成条件を制御する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置においては、常に安定した画像濃度が得られるようにするため、感光体や中間転写体等の像担持体上に濃度検出用トナーパッチ等のトナーの基準画像を作成し、そのパッチ濃度を光学的検出手段によって検出し、その検出結果に基づいて露光強度や帯電バイアス、現像バイアス等の画像形成条件を調整するようになっていた。
このような濃度検出用パッチの検出手段としては、発光手段としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子と、受光手段としてのフォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタ（ＰＴｒ）等の受光素子とを使用して、発光素子からの発光光線を濃度検出用のトナーパッチに照射し、その反射光を受光素子で受光してトナー濃度に対応するセンサ出力を得る反射型光センサが一般的に知られている。
しかし、反射型の光センサにおいて、発光及び受光の各素子における感度のばらつきがあると、トナー濃度に対応する正確なセンサ出力を得ることが困難となり、正確なトナー付着量の割り出しを行うことができない場合がある。
このようなトナー付着量の割り出し不良を改善するために、正反射光用の濃度検出用トナーパッチから得られた正反射光のセンサ出力値を基準にして、拡散反射光の出力レベルを決定するための調整を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３７７４９公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、各素子の感度バラツキに対してセンサ出力レベルを適切に補正することが可能であるが、光学的センサが中間転写ベルトの平面部分に配置されているため、中間転写ベルトの波動状の振動によって出力波形が不安定になるという問題を招き易い。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、反射型光学センサの出力波形を安定させて精度良くセンサ出力値を得ることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも２個のローラに張架された無端状の転写ベルトを有し、前記転写ベルト上に転写されたトナーの基準画像からの反射光を検出する反射型の光学センサを備え、前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置において、前記光学センサによる反射光の被検出面が、前記ローラの少なくとも１個のローラ上となるように、前記光学センサを配設すると共に、前記光学センサの位置を調整する移動手段を備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記移動手段は、駆動モータと、前記駆動モータの回転軸に取り付けられた偏心カムと、前記偏心カムと係合する係合部を有するブラケットとを備え、前記偏心カムの回転によって、前記ブラケットを介して取り付けられた前記光学センサの位置を調整することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記光学センサの出力が最大となる位置に、前記光学センサが配置されたことを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項記載の画像形成装置において、前記光学センサは複数個配設され、各光学センサごとに前記移動手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、反射型光学センサの出力波形を安定させて精度良くセンサ出力値を得ることが可能な画像形成装置を提供することができる。

本発明においては、光学センサの被検出面を、駆動ローラ又は従動ローラ上に設定したので、転写ベルトの波動状の振動による影響を受けにくく、安定した光学センサの出力波形を得ることが可能となる。
しかし、このように、ローラの曲面上で光学センサによる反射光を検出する場合、受光素子に入る反射光は減少し、その結果、受光素子の出力は低下するという問題を招く。転写ベルトの平面上を被検出面とする場合に比べ、転写ベルトの平坦面がより少ないためである。また、時間経過に伴う転写ベルトの汚染による転写ベルトの光沢度変動や、光学センサのトナーによる汚染等によっても受光素子の出力は低下する。
そのため、所定の使用時間間隔ごとに、前述のような受光素子の出力低下に対応させて発光素子の光量を上げる等、発光素子の光量を調節して、転写ベルトの被検出面に対する受光素子の出力が所定の出力になるようにする必要がある。
しかし、反射型光学式センサの発光光量を上げるためのＬＥＤへの入力電流は、ＬＥＤ回路が許容する上限値電流を超えないように制御する必要がある。上限値電流を超えるとＬＥＤが破損してしまうためである。そのため、時間経過に伴ってＬＥＤへの入力電流が上昇することを見込んで、初期ではなるべく入力電流値を小さくする必要がある。

図１は、ＬＥＤを使用した反射型光学センサの初期及び経時変化における電圧変化要因と、その要因による電圧低下量と、電圧回復のために必要な入力電流値を示している。図１では上限値電流を４０ｍＡとするＬＥＤ回路を用い、転写ベルトの平面部分を被検出面とした場合の基準電圧を４Ｖとして、その結果を示している。初期において電圧変化が生じる要因としては、（１）直径１９ｍｍのローラ上で反射光を検出した場合の電圧低下、（２）センサの取り付け位置のバラツキ等のメカ的なバラツキによる電圧低下が考えられる。（１）においては、ローラ間の平坦面を検出面とした場合の基準電圧Ｖｓｇ＝４Ｖに対し０．７６Ｖ低下して３．２４Ｖの出力となり、（２）においては、０．６５Ｖ低下して２．７１Ｖ（３．２４×（４−０．６５）／４）の出力となる。また、経時においては、（３）中間転写ベルトの光沢度が下限品（初期）による出力低下、（４）中間転写ベルトの経時の光沢度の変化による出力低下、（５）センサのトナー付着による出力低下が考えられ、また、（６）出荷時のＧａｉａセンサ（リコー計器製反射型光学センサ）ＬＥＤ素子の電流バラツキによる出力低下が考えられる。（３）については、中間転写ベルトの光沢度の中心値が８５．０に対し下限品の光沢度は７５．０となり、０．３９Ｖの電圧低下が生じ、出力電圧は、２．４５Ｖ（２．７１×（４−０．３９）／４）となった。また、（４）については、本試験においては、経時において、中間転写ベルトの光沢度が上がり、（３）における７５．０が中心値８５．０まで上昇し、出力低下は０Ｖとなり、出力電圧は、２．４５Ｖとなった。さらに、（５）については、センサの清掃機構を取り付けているため、出力低下が抑制されて０Ｖとなった。また、（６）について、ＬＥＤの電流バラツキが２４ｍＡあり、これらのＬＥＤの電流を総和すると３９．４ｍＡとなり、ＬＥＤ回路電流上限規格電流４０ｍＡ以内に入っていた。

しかし、（２）のメカ的バラツキが大きい場合には、上限規格電流４０ｍＡを超えてしまうので、メカ的バラツキを可及的に抑制する必要がある。このメカ的なバラツキとしては、図２に示すように、中間転写ベルトを張架するローラ、例えば、従動ローラ２の中心軸Ｏと光学センサ１の中心とを結ぶ線に対して、（Ａ）上下方向（図２のＭ方向）の位置ずれ、（Ｂ）左右方向（図２のＬ方向）の位置ずれ、（Ｃ）回動方向（図２のθ方向）での位置ずれ等がある。ＬＥＤの上限値電流は４０ｍＡであり、経時での低下分(ベルト光沢度変動やセンサトナー汚れ)を考慮した場合、初期での反射型光学式センサの位置ずれの許容範囲は、（Ａ）については、±０．３ｍｍ、（Ｂ）については、±０．２ｍｍ、（Ｃ）については、±１度である。これらの位置ずれが許容範囲内となるように光学センサの位置を調整することによって、上限規格電流値内とすることが可能である。なお、図２中、１は反射型光学センサ、２は中間転写ベルト移動用従動ローラで、中間転写ベルトは、図上省略している。

しかし、このような位置精度を保つことは非常に厳しく、部品精度だけで確保することは難しい。このような位置精度を確保することができないと、初期のＬＥＤの電流値が高くなり、経時では転写ベルト光沢度変動やセンサ汚れによりセンサ出力が低下するので、装置でのＬＥＤ光量調整時にＬＥＤの電流値が上限値を超えてしまうことがある。そうなると発光素子のＬＥＤが故障したり、またＬＥＤの上限電流値で装置がエラー検出するように設定されている場合には装置が故障状態となったりする。また、ＬＥＤの上限電流値をリミッタとしている場合には、ＬＥＤ電流が上限値以上にはならないが受光素子の出力が低下する。そのような場合には、濃度検出用のパターンの検出出力も不安定になり、安定した濃度制御ができなくなる。また、位置精度を確保できないと出力波形が乱れてしまうので、色合わせ用のパターンの検出精度が悪化し、色がずれた異常画像が発生してしまう。
本発明においては、上記事情の観点から、光学センサを、転写ベルトの当該光学センサによる反射光の被検出面が転写ベルトを張架するローラ上となる位置に配し、移動手段によって光学センサの位置を調整するようにしたものである。
以下、図面を参照して、本発明による実施形態を詳細に説明する。

図３は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。図３中３はドラム状の感光体で、Ｙ、Ｃ、Ｍ、ＢＫはそれぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用感光体を示している。４は無端状の中間転写ベルトであり、駆動ローラ５及び従動ローラ２に張架されており、駆動ローラ５の回転によって矢印Ａ方向に移動される。
まず、この画像形成装置による画像形成方法について説明する。矢印方向に回転するそれぞれの感光体３は、帯電装置１２及び現像装置１３を備えており、感光体３の表面が一様に帯電装置１２によって帯電され、帯電された感光体は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックに対応する画像情報に基づいたレーザ光Ｒによって露光され静電潜像が形成される。続いて、静電潜像は、現像装置１３からそれぞれの色トナーが供給されて可視化されたトナー像が形成される。感光体３上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ６によって中間転写ベルト４に転写される。中間転写ベルト４上に形成されたトナー像は、転写用紙Ｓ上に、二次転写ローラ７によって転写される。転写用紙Ｓ上に転写されたトナー像は、定着装置１４によって、加熱、加圧されて定着され、しかる後、排紙される。なお、図３中、帯電装置１２及び現像装置１３は、Ｃ、Ｍ、ＢＫのいずれの感光体３も備えているが、Ｙの感光体３についてのみ図示し、他の感光体３では省略している。
このようにしてフルカラーの画像が形成されるが、前記感光体３におけるトナー像の形成時に、濃度検出用トナーパッチや色合わせパターン等の基準画像を感光体３上に形成し、基準画像を中間転写ベルト４に転写し、この転写された基準画像の濃度や色合いを反射型光学センサ１で検出することによって、トナー濃度等を検出して、この検出結果に基づいて露光強度や帯電バイアス、現像バイアス等の画像形成条件を調整するようになっている。

図４は、反射型光学センサ１の概略構成を示す図である。１ａは発光素子、１ｂは正反射光受光素子、１ｃは拡散反射光受光素子である。発光素子１ａから放射された光線は転写ベルト４のトナー像に照射される（被検出面）。トナー像や転写ベルト表面で反射された反射光を、正反射光受光素子と拡散反射光受光素子で検出する。これら受光素子からの出力電圧を検出してトナー濃度を検知し、適切なトナー濃度となるように、前述の画像形成条件を調整するようになっている。
本実施例では、この反射型光学センサ１を特定の位置に設定すること及び設定位置調整手段を備えている点に特徴がある。この光学センサ１は、図３に示すように、転写ベルト４の被検知面４ａ（図４参照）が従動ローラ２の曲面上となるように、配置されており、また、ＤＣモータ９によってＬ方向に移動可能なようになっている。

光学センサ１は、断面Ｌ字状のブラケット８に取り付けられており、ブラケット８は、ホルダ１１上で矢印Ｌ方向に移動可能なように案内支持されている。ＤＣモータ９の回転軸には、偏心カム１０が取り付けられており、偏心カム１０は、図５に示すように、ブラケット８の屈曲片に形成された矩形状の係合孔１５内に係合されており、ＤＣモータ９の回転軸９ａの回転に伴い、偏心カム１０の中心が偏心しながら回転する。偏心カム１０の回転に伴い、偏心カム１０の外面と係合する係合孔１５はブラケット８を矢印Ｌ方向に移動させる。このようにして、光学センサ１は、転写ベルト４に対して副走査方向に移動され、ＤＣモータ９の回転を停止させることによって所望の位置に光学センサ１を設定することが可能となっている。
光学センサ１の出力電圧を観測することによって、光学センサ１をＬ方向における適正位置に設定することが可能である。図６は光学センサ１の出力電圧とＬ方向における位置（オフセット量）との関係を示すグラフである。この図から明らかなように、出力電圧のピーク位置Ｐ１が被検出面に対する光学センサ１の最適な位置となる。このピーク位置Ｐ１を求めてＤＣモータ９の回転を停止することによって、最適位置に光学センサ１を設定することが可能となる。
このように、本実施例では反射型の光学センサ１の位置調整をするために、偏心カム１０を利用したので、微調整が可能である。また、画像形成装置には、回転軸９ａ上に偏心カムを取り付けたＤＣモータ９だけを設置すればよいので、画像形成装置のレイアウト上、簡単に設置可能となる。これにより反射型光学式センサ１の出力から自動的に最適な位置に光学センサ１の位置を調整することができるので、初期のＬＥＤの電流値を低くし、経時でＬＥＤの電流が上限値を超えることを抑制することが可能となるのでセンサの故障を防止することができ、安定した画像濃度制御をすることができる。

また、複数の反射型光学センサを設置することも考えられるが、レイアウト上の問題、あるいはコスト面の問題から、これらセンサが一つの基板上に設置される場合がある。しかし、それぞれの光学センサ１は、発光素子と受光素子の感度バラツキや、基板上への設置位置精度のバラツキもあるために、一体型としたのでは、設置された全てのセンサを最適な位置にすることは難しい。それ故、本実施例においては、図５に示すように、２個の光学センサ１それぞれに対応したＤＣモータ９を設け、それぞれのセンサが独立して調整されるようにした。画像両端等の複数個所に形成された色合わせ検出用のパターン等の基準画像４ｂを、それぞれ独立して調整される光学センサ１で検出するように、光学センサ１が配設されている。このように、転写ベルト４の複数個所に基準画像４ｂを形成し、これらの基準画像４ｂに対して、それぞれ対応する光学センサ１を設置し、これらの複数の光学センサ１を独立して調整可能とする場合には、それぞれの光学センサ１を最適位置に調整可能となるため好ましい。このように、設置された全ての光学センサ１を最適な位置にするために光学センサ１一つ一つを独立して位置調整をするようにしたので、初期のＬＥＤの電流値が最も低く、また出力波形が安定する位置に反射型光学センサの位置精度を確保することが可能となる。これにより反射型光学センサ１の出力から自動的に最適な位置にセンサ１を調整することができるので、初期のＬＥＤの電流値を低くし、経時でＬＥＤの電流が上限値を超えることを抑制し、センサ１の故障を防止することが可能となり、安定した画像濃度制御をすることができる。

以上のように、本実施例による画像形成装置においては、その転写ベルト４上の色合わせ検出用のパターンや画像濃度検出用のパターン４ｂを従動ローラ２の曲面上で反射型光学センサ１によって検出するように光学センサ１を配設したので、転写ベルト４の波動状の振動が生じても適切な安定した出力波形を得ることが可能となり、色合わせパターンの検出精度も良く、色ずれ画像の発生も防止することができる。
また、本実施例による画像形成装置においては、反射型光学センサ１の位置を駆動モータ等の移動手段によって調整可能にし、その位置精度を確保するようにしたので、初期のＬＥＤの電流値を低く抑えることが可能となり、経時でＬＥＤの電流が上限値を超えることがなく、光学センサ１の故障を防止することができ、安定した画像濃度制御をすることが可能となる。
なお、上記実施例においては、転写ベルト４の被検出面４ａを従動ローラ２上となるように光学センサ１を配設したが、従動ローラ２に限らず、駆動ローラ５上であってもよく、また、転写ベルト４を張架する他のローラ上であってもよい。
また、本実施例においては、フルカラーの画像形成装置について説明したが、モノクロの単色の画像形成装置であっても同様な効果を奏することが可能である。

図７は、本発明による他の実施形態の光学センサ１の移動手段の概略構成を示す。この実施例においては、光学センサ１を従動ローラ２に対して上下方向（矢印Ｍ方向）に移動可能に取り付けた。この実施例においてもＤＣモータ９の回転軸９ａに、偏心カム１０が取り付けられ、偏心カム１０は、直片状のブラケット８の端部に形成された前述の図５で示すような矩形状の係合孔１５内に係合され、偏心カム１０の回転によってブラケット８が上下動するようになっている。ブラケット８を上下動させる場合には、係合孔１５の配置が前述の図５で示す位置に対して長孔１５ａが直交するように配置し、ホルダ１１に上下方向に案内支持するガイド溝などを形成することよって容易になし得る。
このように、偏心カムを使用することで簡単な構造で、自動的に上下方向の光学センサ１の位置決めが可能となる。

図８は、本発明による他の実施形態の光学センサ１の移動手段の概略構成を示す。この実施例においては、光学センサ１を従動ローラ２に対して回転可能（矢印θ方向での回転）に取り付けた例を示している。この例においてもＤＣモータ９の回転軸９ａに、偏心カム１０が取り付けられ、偏心カム１０は、前述の図５で示すようなブラケット８の矩形状の係合孔１５内に係合され、ブラケット８はホルダ１１に形成されたブラケット８の回転支点１１ａを中心に回転されるように案内支持されている。従って、偏心カム１０の回転によってブラケット８は、回転支点１１ａを支点としてθ方向に回転され、ＤＣモータ９の回転を停止させることによって所望の角度で光学センサ１を位置決めすることが可能となる。
このように、偏心カムを使用することで簡単な構造で、自動的に所望角度で回転された位置に光学センサ１の位置決めが可能となる。
なお、上記実施例１〜３においては、光学センサ１の移動方向をＬ方向、Ｍ方向及びθ方向のそれぞれ単独方向としているが、必要に応じて、これらＬ方向、Ｍ方向及びθ方向の複数方向または全ての方向に調整可能とすることは言うまでもない。

ＬＥＤの出力低下要因と出力電圧及び電流の総和値を示す関係を表で示す図。 本発明による反射型光学センサの要求位置精度を説明するための光学センサの取り付け位置関係を示す概略図。 本発明による実施例１の画像形成装置の概略構成を示す側面図。 本発明による実施例１で使用される光学センサの概略構成を示す断面図。 本発明による実施例１のブラケットと偏心カムの係合関係を示す平面図。 本発明による実施例１の光学センサ位置と出力電圧の関係を示すグラフ図。 本発明による実施例２の光学センサの移動手段による光学センサの移動関係を示す概略構成図。 本発明による実施例３の光学センサの移動手段による光学センサの移動関係を示す概略構成図。

符号の説明

１…反射型光学センサ、１ａ…発光素子、１ｂ…正反射光受光素子、１ｃ…拡散反射光受光素子、２…従動ローラ、３…感光体、４…転写ベルト、４ａ…被検出面、５…駆動ローラ、８…ブラケット、９…ＤＣモータ、９ａ…回転軸、１０…偏心カム、１１…ホルダ、１１ａ…回転支点、１２…帯電装置、１３…現像装置、１４…定着装置、１５…係合孔

Claims (4)

1. 少なくとも２個のローラに張架された無端状の転写ベルトを有し、
   前記転写ベルト上に転写されたトナーの基準画像からの反射光を検出する反射型の光学センサを備え、
   前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を制御する画像形成装置において、
   前記光学センサによる反射光の被検出面が、前記ローラの少なくとも１個のローラ上となるように、前記光学センサを配設すると共に、
   前記光学センサの位置を調整する移動手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記移動手段は、
   駆動モータと、
   前記駆動モータの回転軸に取り付けられた偏心カムと、
   前記偏心カムと係合する係合部を有するブラケットとを備え、
   前記偏心カムの回転によって、前記ブラケットを介して取り付けられた前記光学センサの位置を調整することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記光学センサの出力が最大となる位置に、前記光学センサが配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記光学センサは複数個配設され、
   各光学センサごとに前記移動手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の画像形成装置。

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