(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に取り付けた感光体と、この感光体を取り囲むように帯電器，露光装置，現像器を設けた画像形成装置において、
前記感光体上に付着したトナーの付着量を測定するための検出ユニットと、
前記検出ユニットに設けられ、所定の距離特性と所定の角度特性とを有するセンサと、
前記センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記センサの検出出力が当該センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記センサの検出面と前記感光体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、
前記検出ユニットに設けられ、前記センサの前記検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、
前記検出ユニットに設けられ、前記カバーとは独立して動作し、前記センサの検出面を清掃する清掃機構と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
回転自在に取り付けた感光体と、この感光体を取り囲むように帯電器，露光装置，現像器、中間転写体を設けた画像形成装置において、
前記感光体上または前記中間転写体上に付着したトナーの付着量を測定するための検出ユニットと、
前記検出ユニットに設けられ、所定の距離特性と所定の角度特性とを有するセンサと、
前記センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記センサの検出出力が当該センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記センサの検出面と前記感光体または前記中間転写体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、
前記検出ユニットに設けられ、前記センサの前記検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、
前記検出ユニットに設けられ、前記カバーとは独立して動作し、前記センサの検出面を清掃する清掃機構と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記検出ユニットには、前記センサの検出出力信号を増幅する増幅部、及び前記センサを駆動する駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
【請求項４】
感光体上または中間転写体上に付着したトナーの付着量を測定するためのトナー付着量検出装置において、
所定の距離特性と所定の角度特性とを有する光センサと、
前記光センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記光センサの検出出力が当該光センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記光センサの検出面と前記感光体または前記中間転写体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、
前記光センサの検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、
前記センサ変位機構を駆動する駆動部と、
前記カバーとは独立して動作し、前記光センサの検出面を清掃する清掃機構と、
前記光センサの検出出力信号を増幅する増幅部と、
内部の駆動部および信号を制御する制御部と、
外部と信号の送受信を行うインタフェース部とを１つの筐体内に設けて検出ユニットとしたことを特徴とするトナー付着量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー付着量検出装置および電子写真複写機，レーザービームプリンタ，ファクシミリ，インクジェットプリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真技術を使用した電子写真複写機やレーザープリンタの分野では、トナー補給や画像安定化のために、感光体上または中間転写体上に所定の作業条件において基準となるテストパターンを作成し、このテストパターンのトナー付着量をセンサで光学的に検出することで、現像器へのトナー供給あるいは画像形成条件（感光体帯電電圧，露光光量，現像バイアス電圧等）を制御し、印刷画像の画質を制御している。
【０００３】
特開平11-84761号公報に開示されているセンサユニットは、受光素子と発光素子をケーシング内に収容し、感光体と対向する面に透明な導電性材料からなるカバーを設けている。このカバーには、電源回路を接続してカバーに所定の電圧を印加することで、カバーにトナーが付着することを防止し、または付着したトナーを感光体ドラムに再付着させるようにしている。更に、センサユニットの底部は移動自在に取り付け、トナー付着量の検出ポジションとカバーに付着したトナーを感光体に再付着させるために感光体ドラムに近接するポジションをとることができるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像安定化制御で用いるトナー付着量検出センサは、感光体または中間転写体などの周辺に配置されていることから、現像器などからの飛散トナーあるいは現像されたトナーが剥離して検出面（入光面）に付着して汚れとなり、検出出力信号に誤差を生じるという問題を生じていた。更に、検出面と被測定体である感光体あるいは中間転写体との間の測定距離が経時的あるいはセンサ交換によって変化して検出出力信号に誤差が生じる問題を生じていた。
【０００５】
これらの問題に対して、センサの検出面の汚れおよび距離の差に応じてセンサの検出出力信号の値を補正する方法が考えられているが、検出域のダイナミックレンジの低下や検出精度の低下、更には、センサの検出出力特性への影響などが発生する要因となる。
【０００６】
本発明の目的は、トナー付着量の検出精度が高く、常に安定した画像濃度制御を実行可能とする画像形成装置を得ることにある。
【０００７】
更に、他の目的は検出部をユニット化することによりメンテナンス性および他機種への転用の容易さを向上したトナー付着量検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転自在に取り付けた感光体と、この感光体を取り囲むように帯電器，露光装置，現像器を設けた画像形成装置において、前記感光体上に付着したトナーの付着量を測定するための検出ユニットと、前記検出ユニットに設けられ、所定の距離特性と所定の角度特性とを有するセンサと、前記センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記センサの検出出力が当該センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記センサの検出面と前記感光体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、前記検出ユニットに設けられ、前記センサの前記検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、前記検出ユニットに設けられ、前記カバーとは独立して動作し、前記センサの検出面を清掃する清掃機構とを備えていることを特徴とする。
また、本発明は、回転自在に取り付けた感光体と、この感光体を取り囲むように帯電器，露光装置，現像器、中間転写体を設けた画像形成装置において、
前記感光体上または前記中間転写体上に付着したトナーの付着量を測定するための検出ユニットと、前記検出ユニットに設けられ、所定の距離特性と所定の角度特性とを有するセンサと、前記センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記センサの検出出力が当該センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記センサの検出面と前記感光体または前記中間転写体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、前記検出ユニットに設けられ、前記センサの前記検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、前記検出ユニットに設けられ、前記カバーとは独立して動作し、前記センサの検出面を清掃する清掃機構とを備えていることを特徴とする。
これらの場合、前記検出ユニットには、前記センサの検出出力信号を増幅する増幅部、及び前記センサを駆動する駆動部を設けるとよい。
さらに、本発明は、感光体上または中間転写体上に付着したトナーの付着量を測定するためのトナー付着量検出装置において、所定の距離特性と所定の角度特性とを有する光センサと、前記光センサの被測定体に対する距離と角度を変化させたとき前記光センサの検出出力が当該光センサの検出出力特性における距離特性及び角度特性のそれぞれのピーク位置の規定された近傍になるように前記光センサの検出面と前記感光体または前記中間転写体との距離および角度を調整するためのセンサ変位機構と、前記光センサの検出面を飛散トナーや紙片から保護するカバーと、前記センサ変位機構を駆動する駆動部と、前記カバーとは独立して動作し、前記光センサの検出面を清掃する清掃機構と、前記光センサの検出出力信号を増幅する増幅部と、内部の駆動部および信号を制御する制御部と、外部と信号の送受信を行うインタフェース部とを１つの筐体内に設けて検出ユニットとしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明のトナー付着量検出装置の一実施の形態を示す検出ユニットの縦断側面図（ａ）および縦断側面図（ｂ）である。
【００１４】
この検出ユニット３４は、センサ１、制御部９、インタフェース部１０、増幅部３８、カバー駆動機構４１、清掃機構４２、センサ変位機構４５を１つの筐体６に内蔵し、この筐体６のセンサ１に対応する測定窓６ａをカバー３で開閉自在に覆うように構成し、メンテナンス性の向上および他機種への適用の容易さを向上させるようにしている。
【００１５】
この検出ユニット３４の筐体６内は、センサ１、清掃機構４２、センサ変位機構４５、カバー３、カバー駆動機構４１などの機構系と、制御部９、インタフェース部１０、増幅部３８などの信号処理系とに区画し、センサ１を配置した区画は飛散トナーから該センサ１を保護できるように外界から遮断している。
【００１６】
インタフェース部１０は、この検出ユニット３４と外部制御装置との信号制御および電源などを送受信し、外部制御装置から見た場合には、検出ユニット３４をブラックボックスとして取り扱えるように動作する。すなわち、外部からの調整実行，検出開始，検出終了などの信号を検出ユニット３４に伝達することにより該検出ユニット３４内にある制御部９によってセンサ１の距離，角度調整および清掃作業などの制御を実行ようにしている。
【００１７】
トナー濃度を測定するためのセンサ１は、例えば、光センサなどを用いる。この光センサは、LEDなどの発光素子と感光体や中間転写体およびトナーなどの被測定体からの反射光（正反射光または拡散反射光）を受光する受光素子を備える光学的な測定手段である。光学的な方式によりトナー付着量を検出する光センサなどでは、センサ１の検出面の汚れなどで該センサ１の検出出力信号が低下し、正確なトナー付着量を測定することができなくなる。そのために、飛散しているトナーからセンサ１の検出面を保護するカバー３および該センサ１の検出面に付着した汚れを清掃する清掃機構４２を備える。
【００１８】
また、被測定体とセンサ１の検出面との距離の変化に対してもセンサ１の検出出力信号は変化するために、被測定体とセンサ１の検出面の距離を最適な値に常に設定することが、正確なトナー付着量を測定し、常に安定した画像濃度を得るために非常に重要なことである。そのために、このセンサ１の検出面と被測定体と相対関係を調整するセンサ変位機構４５を備える。このセンサ変位機構４５は、詳細は後述するように、センサ１の検出面と被測定体の距離を調整する距離調整機構３９と、センサ１の検出面と被測定体との角度を調整する角度調整機構４０を含む。
【００１９】
次に、このトナー付着量検出装置のセンサ変位機構４５について説明する。
【００２０】
図２は、このセンサ変位機構４５における距離調整機構３９の一実施の形態を示している。この距離調整機構３９の変位機構は、センサ１の両サイドを挟み込むような形で設けた逆三角形状の第１の支持具４を備える。更に、このセンサ１の第１の支持具４と上下逆転した形状の第２の支持具５を備え、この第２の支持具５を移動することより距離を調整する。
【００２１】
下側の第２の支持具５は、駆動装置８により任意の位置に移動する。この駆動装置８としては、ステッピングモータなどのように移動距離を正確に制御できる駆動装置を用いることが望ましい。
【００２２】
第２の支持具５が移動することにより前記第２の支持具５の傾斜に沿って第１の支持具４が上下動してセンサ１を上下に移動する。
【００２３】
図３は、この距離調整機構３９の他の実施の形態を示している。この距離調整機構３９は、センサ１の下部にパンタグラフ式の第３の支持具１４を備え、この第３の支持具１４の下端部１４ａ，１４ｂのネジ穴に支持部の中心から互いに逆方向にネジ山を形成した駆動シャフト１３を螺合して設け、この駆動シャフト１３を左または右回転させることにより第３の支持具１４を上下方向に伸縮し、センサ１を上下方向に移動する構成である。
【００２４】
図４は、この距離調整機構３９の更に他の実施の形態を示している。この距離調整機構３９は、センサ１の両サイドに縦方向にネジ穴を設けた第４の支持具１２を配し、このネジ穴に螺合した固定用のネジ軸１３ａ，１３ｂを駆動シャフト１３により回転させることにより第４の支持具１２を上下動させてセンサ１の検出面と被測定体との距離を調整する構成である。
【００２５】
図５は、センサ変位機構４５における角度調整機構４０の一実施の形態を示している。この角度調整機構４０は、センサ１の検出面と同じ高さに第５の支持具１８を配し、角度調整におけるセンサ回動のための支点とする。センサ１には、第５の支持具１８の支点からの距離ｒを半径に持つ円弧状の弧状歯車１６を取り付ける。そして、この弧状歯車１６に小歯車１７を噛み合わせて駆動装置（図示省略）により回動することにより、センサ１の検出面と被測定体との対面角度調整を行う。駆動装置としては、スッテピングモータなどのように回転角を自在且つ任意に設定可能な駆動装置を用いることが望ましい。
【００２６】
図６は、この角度調整機構４０の他の実施の形態を示している。この角度調整機構４０は、センサ１の角度調整の駆動力を該センサ１の下部の両サイドからカム１９ａ，１９ｂを用いて横方向に加えることによって該センサ１の角度を変化させる構成としている。
【００２７】
次に、センサ１の清掃機構４２について説明する。
【００２８】
図７は、この清掃機構４２の一実施の形態を示している。このセンサ１の検出面の清掃機構４２は、粘着性の素材で作ったロール状の清掃部材２をセンサ１の検出面に触れるように駆動レール１１ａ，１１ｂに沿って移動させて汚れを吸着して取る構成である。清掃部材２の素材としては、粘着性の素材のほかに、柔らかなフェルト素材などを用いても良い。清掃部材２として粘着性の素材を用いた場合には、ロールの円周面の速度と該ロールの移動速度を同じくする必要がある。または、ロールを回転自在に取り付けることにより、ロールがセンサ１の検出面上を移動するときの検出面との摩擦により該ロールが自ら回転することで検出面の汚れを吸着して清掃するようにする。
【００２９】
清掃部材２の素材として、フェルトなどの柔らかな素材を用いた場合には、ロールの円周面の速度は該ロールの移動速度と異なる速度であることが望ましい。
【００３０】
図８は、この清掃機構４２の他の実施の形態を示している。この清掃機構４２は、センサ１の検出面を清掃する清掃部材２をプレート状に構成している。清掃部材２は、フェルトのような柔らかな素材で形成し、この清掃部材２がセンサ１の検出面の上を駆動レール１１ａ，１１ｂに沿って移動することにより該センサ１の検出面に付着した汚れを拭き取る構成である。
【００３１】
次に、センサ１の検出面を保護するためのカバー開閉機構について説明する。
【００３２】
図９は、このカバー開閉機構の一実施の形態を示している。センサ１の検出面を保護するためのカバー３は、検出ユニット３４の筐体６のセンサ１と被測定体との間にあり、この筐体６のセンサ１と被測定体との間に開いている測定窓６ａを開閉自在に遮蔽する。カバー３は、筐体６のガイド（図示省略）にスライド可能に取り付けており、この筐体６に沿ってスライドさせることにより測定窓６ａを開閉する。
【００３３】
カバー駆動機構４１は、図示の配列形態とは異なるが、カバー３は、支持具１５ａを介してソレノイドコイル１５に接続し、このソレノイドコイル１５に通電して支持具１５ａの端点を引くことにより測定窓６ａを開くようにスライドさせると良い。また、カバー３は、ソレノイドコイル１５が通電されていないときには常に測定窓６ａを遮蔽するようにバネでスライドさせておく。
【００３４】
図１０は、このカバー開閉機構の他の実施の形態を示している。このカバー開閉機構におけるカバー駆動機構４１は、カバー３の端点を支持具２０ａにより支持して回転ソレノイド２０に接続し、回転ソレノイド２０に通電することにより該カバー３を回転させて測定窓６ａを開閉する構成である。また、カバー３は、回転ソレノイド２０に通電していないときには常に測定窓６ａを閉じるようにバネで回転させるようにする。
【００３５】
図１１は、このカバー開閉機構の他の実施の形態を示している。検出ユニット３４の筐体６は円筒または円筒を縦方向に切断した形状に構成し、センサ１の検出面を保護するカバー３は、筐体６の円柱径よりも大きく、このカバー３の内側の曲率と筐体６の外側の曲率とが同じ形状に構成し、このカバー３を円筒に沿って円周方向にスライドさせることにより測定窓６ａを開閉をするようにする。
【００３６】
カバー３は、支持具２０ａにより回転ソレノイド２０に接続する。回転ソレノイド２０の回転中心は、このカバー３と筐体６が描く円の中心に位置させている。そして、回転ソレノイド２０が通電されるとカバー３が筐体６の外周を円周方向にスライドして測定窓６ａを開く。また、この回転ソレノイド２０が通電されていないときは、バネを用いて、カバー３を測定窓６ａを閉じた状態にスライドさせる。
【００３７】
次に、増幅部３８およびインタフェース部１０について説明する。
【００３８】
増幅部３８は、制御部９とこの検出ユニット３４の外部にある画像形成装置（（プリンタ）の制御部または画像安定化制御回路へ信号を伝達するときに、センサ１からの検出出力信号を増幅して該信号の劣化を少なくするための回路である。そのために、この増幅部３８は、検出ユニット３４の筐体６内に配置し、センサ１からの検出出力信号が劣化する以前に該信号を増幅するようにしている。
【００３９】
この検出ユニット３４は、被測定体と検出面の距離調整および角度調整を制御する制御部９を筐体６に内蔵して備える。そのために、更に、外部から筐体６内の制御部９に対して、被測定体とセンサ１の検出面との距離調整および角度調整を実行させるための信号線と検出結果を送信する信号線、更には、内部回路および駆動装置のための電源供給線などのインタフェース部１０を備える。
【００４０】
次に、センサ１の変位手順について説明する。センサ１として用いた光センサは、図１２に示すような距離特性をもって検出出力信号を出力する。感光体上または中間転写体上のトナー付着量を測定するときは、検出出力信号のピーク値Ａが得られる距離を含む測定距離ｄ１〜ｄ１の範囲で測定することが望ましい。
【００４１】
また、この光センサは、図１３に示すような角度特性をもって検出出力信号を出力する。従って、感光体上または中間転写体上のトナー付着量を測定するときには、検出出力信号のピーク値Ｂが得られる角度を含む角度θ２〜θ１の範囲で測定することが望ましい。
【００４２】
このような検出出力特性をもった光センサによって常に高精度の測定を行うためには、センサ１の検出面と被測定体との距離および角度を正確に調整する必要がある。また、このセンサ１の検出面の汚濁によっても測定精度の低下を来すので、カバー３，清掃機構４２，センサ１２の距離および角度を調整するセンサ変位機構４５を有効に機能させる必要がある。
【００４３】
センサ１の検出面と被測定体との距離調整および角度調整のための制御と前記検出面を保護するためのカバー３の駆動制御および該検出面の清掃制御などの制御処理は、制御部９において実行する。
【００４４】
この制御部９の主な構成としては、３つの方式が考えられる。第１は、外部からの実行信号を受信したときにのみ実行する構成、第２は、検出ユニット３４に電源を投入したときに随時実行する構成、第３は、検出ユニット３４では、調整のための制御部９を設けず、外部に設けた制御部からの制御信号に基づいて距離調整および角度調整用の駆動装置のみを制御する構成である。検出ユニット３４は、センサ１の検出面を保護するためのカバー３、清掃機構４２、距離調整機構３９および角度調整機構４０のそれぞれの動作を独立して制御する。更に、電源が切断されたときには、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を自動的に閉じるように構成する。
【００４５】
図１４は、検出ユニット３４における制御部９が実行する変位駆動制御処理手順の一実施の形態を示している。制御部９は、外部の制御装置から実行信号を受信すると、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を開く制御処理を実行する。調整プロセスを実行するための信号も送信されている場合は、次に、距離調整および角度調整の制御処理を実行する。距離調整および角度調整は、センサ１の発光光量を予め設定されている値に調整した後に、このセンサ１をトナーの付着していない感光体等の被測定体もしくは感光体などの被測定体上に形成させたトナー層に対して距離および角度を変化させたときに該センサ１の検出出力信号が検出出力特性におけるＡ点およびＢ点の規定された近傍になるように距離および角度を設定する。距離および角度の設定を完了した後に、センサ１の検出出力信号が、予め定められた値よりも低下しているかどうかを調べ、低いときには、検出面に汚れが付着していると判断して清掃機構４２を作動させる制御処理を実行する。清掃後に、再び、センサ１の検出出力信号を調べ、この検出出力信号が回復していれば距離および角度の調整終了の信号を送信し、トナー付着量の測定（検出出力）信号を送信する。しかし、清掃後も検出出力信号が回復していないときには、清掃作業を数回繰り返し、それでも回復しないときには、センサ１の異常として外部の制御装置にエラー信号を送信する。
【００４６】
トナー付着量測定が終了したときには、センサ１を被測定体から退避した後に、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を閉じて作業を終了する。
【００４７】
清掃作業後にセンサ１の検出出力信号が回復しなかった場合の対応としては、センサ１における発光素子の発光光量を再度調整することにより該センサ１の検出出力信号を予め定められた出力値となるように調整する方法も考えられる。
【００４８】
次に、電源を投入したときに随時に実行する調整プロセスについて説明する。図１５は、検出ユニット３４における制御部９が実行する変位駆動制御処理手順の他の実施の形態を示している。外部の制御装置からは、検出ユニット３４に対して電源を投入する。
【００４９】
検出ユニット３４の制御部９は、電源が投入されると、センサ１の検出面を保護するためのカバー３の開閉制御処理、距離および角度の調整制御処理およびセンサ１の検出面の清掃制御処理を自動的に実行する。センサ１の距離および角度の調整終了後にトナー付着量を測定した検出出力信号の値を出力する。
【００５０】
図１４に示した実施の形態との違いは、調整実行信号を授受することなく、センサ１の距離および角度調整を実行して測定可能状態に移行することである。また、測定終了後に検出ユニット３４への電源供給を切断すると自動的にセンサ１を被測定体から退避した後にセンサ１の検出面を保護するためのカバー３を自動的に閉じる。
【００５１】
次に、検出ユニット３４にセンサ１の距離および角度調整用の制御部を持たない場合について説明する。検出ユニット３４に制御部を持たない場合には、この検出ユニット３４の筐体６内にカバー３，センサ変位機構４５，清掃機構４２を制御するための電気接点のみを備える。外部の制御装置からの制御信号で検出ユニット３４の距離および角度調整用の駆動装置を制御し、センサ１の距離および角度を制御する。更に、センサ１の検出出力信号に基づいて清掃機構４２の動作の判断やセンサ１の検出面を保護するためのカバー３の制御までを外部の制御装置から制御する。
【００５２】
以上は、センサ１の位置決定を被測定体を停止した状態で実行した場合である。被測定体として感光体または中間転写体などの回転体を対象にし、更に、回転中に距離および角度の調整を実行することも可能である。その場合には、被測定体が１回転する間のセンサ１の検出出力信号の変動を記憶するための距離変動分と角度変動分の２種類のメモリを設ける。そして、被測定体を回転させながら該被測定体の１周におけるセンサ１の検出出力信号の距離変動および角度変動をメモリに記録する。そして、メモリに記録した距離変動および角度変動の情報をもとにして、被測定体の回転中にリアルタイムで距離および角度の調整制御処理を実行する。
【００５３】
このように、回転する被測定体に対して１周分のセンサ１の検出出力情報を記録し、この記録情報をもとにして距離および角度を補正することにより、被測定体が回転する状態においても常に精度の良い測定が可能となる。
【００５４】
次に、検出ユニット３４の形状について説明する。検出ユニット３４は、筐体６内に、カバー３およびカバー駆動機構４１と、センサ１と、センサ変位機構４５と、制御部９と、増幅部３８と、インタフェース部１０を内蔵している。
【００５５】
図１６は、検出ユニット３４の外観形状と内蔵する各部の配置構成の実施の形態を示している。
【００５６】
図１６（ａ）に示した検出ユニット３４は、前記カバー３およびカバー駆動機構４１を収容する駆動部２１と、センサ１およびセンサ変位機構４５を収容する測定部２２と、制御部９と増幅部３８とインタフェース部１０を収容する回路部２３を筐体内に縦長に並べて配置して、細長い四角柱の形状としている。このように検出ユニット３４を細長い四角柱状の形状にすることにより、感光体とプリンタ筐体の間の隙間や中間転写体とプリンタ筐体の間の隙間などの狭い空間にこの検出ユニット３４を挿入して使用することが可能となる。
【００５７】
また、図１６（ｂ）に示した検出ユニット３４は、円柱状または円柱を円周方向で切断した形状として前記各部２１〜２３を配置するようにしたものである。
【００５８】
更に、図１６（ｃ）に示し検出ユニット３４は、前記各部２１〜２３を底面が正方形になるように配置する形状にしたものである。この形状の検出ユニット３４は、その向きに影響されずに動作するようになる。
【００５９】
次に、このような検出ユニット３４を使用した画像形成装置を説明する。
【００６０】
図１７は、検出ユニット３４を備えた画像形成装置の一実施の形態を示す模式図である。この画像形成装置は、回転自在に取り付けた感光ドラム２４の廻りに帯電器２９とレーザー露光装置３０と現像装置３１と転写装置３２とクリーナー２８を備える。そして、回転する感光ドラム２４の表面を帯電器２９で均一に帯電した後に、レーザー露光装置３０を用いてレーザー光を画像情報に基づいて選択的に感光ドラム２４に照射して該感光ドラム２４上に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３１により静電気力によりトナーを選択的に飛翔させることにより現像してトナー像を形成する。
【００６１】
感光ドラム２４の表面に形成したトナー像は、転写装置３２を用いて感光ドラム２４から印刷用紙３５上に転写する。転写行程で印刷用紙３５に転写されずに感光ドラム２４の表面に残留したトナーは、クリーナー２８にて清掃する。
【００６２】
転写装置３２により印刷用紙３５に転写したトナー像は、定着器４６において熱を加えて溶融して印刷用紙３５上に熱定着する。
【００６３】
そして、検出ユニット３４は、現像装置３１から転写装置３２に至る間の感光ドラム２４の表面を測定する位置に設置する。
【００６４】
図１８，図１９は、検出ユニット３４を使用した画像形成装置の他の実施の形態を示している。これらの画像形成装置は、中間転写ベルト３３または中間転写ドラム２６に付着したトナーの量を検出するように検出ユニット３４を設置している。その他は、前述した実施の形態と同様であるので、同一参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００６５】
次に、画像形成装置における検出ユニット３４の取り付け方法について説明する。
【００６６】
図２０は、画像形成装置における検出ユニット取り付け構造の一実施の形態を示している。この実施の形態では、検出ユニット３４を取り付けるために、画像形成装置筐体３６に検出ユニット固定ガイド３７を用意し、検出ユニット３４の底部には、前記検出ユニット固定ガイド３７に対応したレールを用意する。検出ユニット固定ガイド３７の終端部は、検出ユニット３４を固定するために板バネなどで形成した突起を設ける。そして、検出ユニット３４の底部に用意したレールには、前記検出ユニット固定ガイド３７に取り付けた板バネに形成した突起の位置に対応した部分に窪みを設けることにより、検出ユニット３４を画像形成装置筐体３６の検出ユニット固定ガイド３７に取り付けたときに突起と窪みを係合させて抜け止めして測定中に動かないように検出ユニット３４を固定する。
【００６７】
図２１は、画像形成装置における検出ユニット取り付け構造の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、検出ユニット３４に取り付け用の爪を用意し、画像形成装置筐体３６に前記検出ユニット３４の取り付け爪を嵌着して固定する固定穴をあける。検出ユニット３４の取り付け爪は、画像形成装置筐体３６に取り付けた際に弾性変形して該検出ユニット３４を固定穴の縁に押さえ付けるような力が常に加わるように加工しておく。このような加工を検出ユニット３４および画像形成装置筐体３６に施しておくことにより、画像形成装置筐体３６に対する検出ユニット３４の着脱を容易にすることができる。
【００６８】
次に、検出ユニット３４の交換方法について説明する。
【００６９】
検出ユニット３４の故障を診断し、故障した検出ユニット３４を交換するときには、画像形成装置から検出ユニット３４を外してユニット単位で交換する方法がある。しかし、検出ユニット３４中で、寿命などにより交換が必要となる部品は、センサ１，清掃機構４２，駆動装置のように限られた部品である。
【００７０】
そこで、検出ユニット３４中の故障部品のみを交換する方法について説明する。検出ユニット３４における部品の交換は、センサ１および該センサの駆動装置を１つのパーツとして構成し、センサ１および該センサの駆動装置のパーツを交換する。その他の方法として、センサ１のみをセンサ固定用の支持具ごと取り外して交換する。このような方法によりパーツの交換を行なうことにより、不必要な部品の交換を最小限にすることができ、リサイクル性の向上が見込める。
【００７１】
次に、検出ユニット３４と画像形成装置の変位手順について説明する。
【００７２】
図２２は、検出ユニット３４内の信号伝達系の一実施の形態を示すブロック図である。この検出ユニット３４のセンサ１は、電源線（Ｖｃｃ）、アース（Ｇｎｄ）、検出出力信号（Ｖ-ｏｕｔ）、ＬＥＤ電流調整線（Ｉ-ｌｅｄ）があり、センサ１によっては、ＬＥＤの発光強度をモニタリングするモニタ線（Ｖ-ｍｏｎ）がある。
【００７３】
制御部９は、センサ１の検出面を保護するためのカバー３の開閉やセンサ１の検出面の清掃作業や距離および角度調整などの制御処理を実行し、更に、センサ１のＬＥＤ発光光量を制御するためのＬＥＤ電流の制御処理を実行する場合もある。
【００７４】
センサ１から出力される検出出力信号とモニタ出力は、増幅部３８で増幅して信号強度を強くした後に、インタフェース部１０を介して外部の制御装置へ検出信号として送信する。インタフェース部１０から制御部９に対しては、外部の制御装置から送信されてくる命令信号と制御部９から外部の制御装置に対して送信する状態信号の信号線がある。この制御部９は、センサ１からの検出出力信号をもとにして距離および角度調整制御処理を実行する。
【００７５】
検出ユニット３４の変位機構は、センサ１の検出面と被測定体との測定距離を最適な距離に制御する距離調整機構３９とセンサ１の検出面の法線と被測定体の面との角度を最適な角度（一般的には垂直）に調整するための角度調整機構４０とに別けられる。センサ１は、検出出力がセンサ１の検出面と被測定体との距離および角度に対して依存するために、精度の良いトナー付着量などの検出を行うためには、これらのセンサ１の検出面と被測定体との距離および角度を調整して最適な状態に常に保持することが必要である。
【００７６】
図２３は、検出ユニット３４と画像形成装置によるセンサ調整作業制御処理手順の一実施の形態を示している。図２３に示したフローチャートは、距離および角度調整の制御処理を外部からの実行信号を受信したときに実行し、被測定体が固定または移動していないときの場合である。
【００７７】
外部の制御装置からの信号を受信すると、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を開く。調整作業を実行するための信号が送信された場合には、距離調整および角度調整制御処理を実行する。距離調整および角度調整は、センサ１の検出出力信号の距離特性および角度特性が、図１２および図１３に示したように凸状のピークを持っていることを利用する。センサ１の検出面からの距離および角度を変化させたときに該センサ１の検出出力信号が最大になるように距離および角度を調整する。距離および角度の調整を完了した後に、センサ１の検出出力信号値が規定の値よりも低いかどうかを調べ、低い場合には、センサ１の検出面に汚れが付着していると判断して清掃作業制御処理を実行する。清掃作業を実行した後に、再度、センサ１の検出出力信号を調べ、検出出力信号が回復していれば調整作業終了の信号を送信し、トナー付着量の測定信号を送信する。
【００７８】
しかし、清掃作業後もセンサ１の検出出力信号が回復していない場合には、清掃作業を数回繰り返し、それでも検出出力が回復しない場合には、センサ１の異常として外部の制御装置に検出ユニット３４に障害が発生したことを通知する。
【００７９】
トナー付着量の測定が終了した場合は、センサ１を被測定体から退避した後に検出面を保護するためのカバー３を閉じて作業を終了する。
【００８０】
図２４は、検出ユニット３４と画像形成装置の制御処理手順の他の実施の形態を示している。図２４に示したフローチャートは、距離および角度調整の制御処理を検出ユニット３４に電源が投入されたときに実行し、被測定体が固定または移動していないときの場合である。
【００８１】
外部の制御装置からの検出ユニット３４に電源が投入されると、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を開く。センサ１の検出面を保護するためのカバー３を開いた後に、センサ１の検出面と被測定体との距離および角度の調整制御処理を実行する。距離および角度の調整を終了した後に、センサ１の検出出力信号値が規定の値よりも低いかどうかを調べ、低い場合には、センサ１の検出面に汚れが付着していると判断して清掃作業を実行する。清掃作業を実行した後に、再度、センサ１の検出出力信号を調べ、検出出力信号が回復していれば、トナー付着量の測定信号を送信する。
【００８２】
しかし、清掃作業後もセンサ１の検出出力信号が回復していない場合には、清掃作業を数回繰り返し、それでも検出出力が回復しない場合には、センサ１の異常として外部の制御装置に検出ユニット３４に障害が発生したことを通知する。
【００８３】
測定終了後に検出ユニット３４への電源の供給をカットすると、自動的にセンサ１の検出面を保護するためのカバー３を閉じる。
【００８４】
次に、外部の制御装置から検出ユニット３４を制御する場合について説明する。外部の制御装置から検出ユニット３４のセンサ１の検出面を保護するためのカバー３や被測定体との距離および角度の調整やセンサ１の検出面の清掃作業を制御する場合は、外部からの制御信号により、検出ユニット３４の制御部９を介在させずに、カバー３の開閉駆動機構４１とセンサ１の距離および角度調整や清掃機構４２などの駆動装置を直接的に制御する。または、外部の制御装置から検出ユニット３４の制御部９に対して制御信号を送信し、検出ユニット３４の制御部９によりカバー３の開閉駆動機構４１とセンサ１の距離および角度調整や清掃機構４２などの駆動装置を制御する。そのために、検出ユニット３４の制御部９には、外部からの信号をバイパスする機能を持たせる。更に、検出ユニット３４を外部の制御装置により制御することに限定した場合には、検出ユニット３４内の制御部９を省略することも可能である。
【００８５】
次に、被測定体とセンサ１の検出面の距離および角度が被測定体の回転運動などにより周期的に変動するときの校正方法について説明する。
【００８６】
外部の制御装置からの信号を受信すると、センサ１の検出面を保護するためのカバー３を開く。回転している被測定体に対するセンサ１の検出出力信号を該被測定体の１周期分についてサンプリングする。図２５は、回転している被測定体に対するセンサ１の検出出力信号の一例を示している。図２５において、検出出力信号の変動は、被測定体が回転していることにより、被測定体とセンサ１の検出面の距離および角度が経時的に変化することに起因している。トナーの付着していない感光体等の被測定体もしくは感光体などの被測定体上の周方向全面に形成させたトナー層をサンプリングした検出出力信号に基づいて、距離および角度を調整し、且つ、調整した距離および角度を記録しながら、再度、センサ１の検出出力信号をサンプリングする。ここでサンプリングしたセンサ１の検出出力信号が、規定範囲に定まった時点の距離および角度の制御記録を回転中の被測定体の距離および角度の制御値とし、以後、この制御記録情報をもとにしてセンサ１の距離および角度を調整する制御処理を行う。被測定体の測定中は、この制御記録をもとにして常にセンサ１の距離および角度を調整する。
【００８７】
測定終了後は、センサ１を退避した後にセンサ１の検出面を保護するためのカバー３を閉じる。
【００８８】
この検出ユニット３４の校正において、初期のセンサ１のLED発光量を決定する段階において、センサ１の検出面を保護するためのカバー３の裏面に、LED電流を決定するときの基準となるターゲットを設置し、被測定体との調整を実行する前の段階でこのターゲットを使用してLED電流を決定することも可能である。
【００８９】
この検出ユニット３４は、インクジェットプリンタにおいてインクの濃度を調整する制御処理を行うための検出装置として使用することもできる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明は、トナー付着量の検出精度が高く、常に安定した画像濃度制御を実行可能な画像形成装置を得ることができ、更に、検出および制御部をユニット化することによりメンテナンス性および他機種への転用の容易さを向上したトナー付着量検出装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー付着量検出装置の一実施の形態を示す検出ユニットの縦断側面図（ａ）および縦断正面図（ｂ）である。
【図２】図１に示した検出ユニットにおける距離調整機構の一実施の形態を示す側面図である。
【図３】図１に示した検出ユニットにおける距離調整機構の他の実施の形態を示す側面図である。
【図４】図１に示した検出ユニットにおける距離調整機構の他の実施の形態を示す側面図である。
【図５】図１に示した検出ユニットにおける角度調整機構の一実施の形態を示す側面図である。
【図６】図１に示した検出ユニットにおける角度調整機構の他の実施の形態を示す側面図である。
【図７】図１に示した検出ユニットにおける清掃機構の一実施の形態を示す側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図８】図１に示した検出ユニットにおける清掃機構の他の実施の形態を示す側面図（（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図９】図１に示した検出ユニットにおけるカバー開閉機構の一実施の形態を示す縦断側面図（ａ）および横断平面図（ｂ）である。
【図１０】図１に示した検出ユニットにおけるカバー開閉機構の他の実施の形態を示す縦断側面図（ａ）および横断平面図（ｂ）である。
【図１１】図１に示した検出ユニットにおけるカバー開閉機構の更に他の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１２】光センサの検出出力信号の距離特性を示す図である。
【図１３】光センサの検出出力信号の角度特性を示す図である。
【図１４】本発明の検出ユニットにおける制御部が実行するセンサの調整作業制御処理の一実施の形態を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の検出ユニットにおける制御部が実行するセンサの調整作業制御処理の他の実施の形態を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の検出ユニットの外観形状と内蔵する各部の配置状態を示す斜視図である。
【図１７】本発明の検出ユニットを使用した画像形成装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図１８】本発明の検出ユニットを使用した画像形成装置の他の実施の形態を示す模式図である。
【図１９】本発明の検出ユニットを使用した画像形成装置の更に他の実施の形態を示す模式図である。
【図２０】画像形成装置への検出ユニットの取り付け構造を示す縦断側面図（ａ）および縦断正面図（ｂ）である。
【図２１】画像形成装置への検出ユニットの取り付け構造を示す縦断側面図である。
【図２２】本発明の検出ユニット内部の信号伝達系の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２３】本発明の検出ユニットのセンサの調整作業制御処理の一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の検出ユニットのセンサの調整作業制御処理の他の実施の形態を示すフローチャートである。
【図２５】回転している被測定体に対するセンサの検出出力特性図である。
【符号の説明】
１  センサ
２  清掃部材
３  カバー
６  検出ユニットの筐体
６ａ  測定窓
９  制御部
１０  インタフェース部
２１  駆動部
２２  測定部
２３  回路部
２４  感光ドラム
２９  帯電器
３０  レーザー露光装置
３１  現像装置
３４  検出ユニット
３８  増幅部
３９  距離調整機構
４０  角度調整機構
４１カバー駆動機構
４２  清掃機構
４５  センサ変位機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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