(57)【要約】【課題】  環境に優しく、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー量を測定することができるトナー量の測定装置および測定方法、画像形成装置を提供すること。【解決手段】  樹脂製のトナーを薄層状に担持する現像ローラ５１０上のトナーＴの量を測定する装置であって、現像ローラ５１０上に赤外線を照射する光源２２と、現像ローラ５１０上で反射した赤外線の強度を検知する受光素子２４と、受光素子２４によって検知された強度に基づきトナー量を算出する算出装置３とを有する。【選択図】  図３
2005249972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを薄層状に担持するトナー担持体上のトナー量を測定する装置であって、
前記トナー担持体上に赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記トナー担持体上で反射した赤外線の強度を検知する強度検知手段と、
前記強度検知手段によって検知された強度に基づきトナー量を算出する算出手段とを有することを特徴とするトナー量の測定装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記強度検知手段によって検知された強度と、設定強度との差に応じてトナー量を算出する請求項１に記載のトナー量の測定装置。
【請求項３】
前記トナーは、樹脂を構成成分として含むものである請求項１または２に記載のトナー量の測定装置。
【請求項４】
前記強度検知手段は、前記トナーを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線の強度を検知するものである請求項３に記載のトナー量の測定装置。
【請求項５】
前記トナー担持体上で反射した赤外線を集光する集光手段を有し、該集光手段によって集光された赤外線を前記強度検知手段が検知する請求項１ないし４のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項６】
前記赤外線照射手段は、前記トナーを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線を前記トナー担持体に照射するものである請求項１ないし５のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項７】
前記トナー担持体の表面付近は、無機材料で構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項８】
前記トナー担持体は、回転可能に配設されたものであり、前記強度検知手段は、検知範囲を前記トナー担持体の回転軸線方向で走査しながら、前記強度を検知する請求項１ないし７のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項９】
前記トナー担持体は、現像ローラである請求項１ないし８のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項１０】
前記トナー担持体は、感光体である請求項１ないし９のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項１１】
前記トナー担持体は、転写体である請求項１ないし１０のいずれかに記載のトナー量の測定装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載のトナー量の測定装置を用いて、トナー担持体上のトナー量を測定することを特徴とするトナー量の測定方法。
【請求項１３】
樹脂製のトナーを薄層状に担持するトナー担持体上のトナー量を測定する方法であって、
前記トナー担持体上に赤外線を照射し、
前記トナー担持体上で反射した赤外線の強度を強度検知手段により検知し、
前記強度検知手段によって検知された強度と設定強度との差に応じてトナー量を算出することを特徴とするトナー量の測定方法。
【請求項１４】
一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体に記録する画像形成装置であって、請求項１ないし１１のいずれかに記載のトナー量の測定装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー量の測定装置および測定方法、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用するコピー、プリンタなどの画像形成装置は、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程などの一連の画像形成プロセスによって、紙などの記録媒体上に、トナーからなる画像を形成するものである。
現像工程では、例えば、静電的な潜像を担持する感光体に、トナーを担持する現像ローラを接触または近接させた状態で、帯電したトナーが前記現像ローラから前記潜像へ付与されて、前記潜像がトナー像として可視化される。このとき、現像ローラ上のトナー量が現像ローラの長手方向において設定範囲内で均一になってないと、トナー付与量のばらつきや過不足が生じて、良好な現像が行われない場合がある。これを防止するために、例えば、現像装置の製造ラインの最終段階にて、現像ローラ上のトナー量を測定し、これが設定範囲内にあるか否かを検査することが行われている。
【０００３】
従来では、重量既知の粘着テープを用いて、現像ローラ上の所定範囲のトナーを前記粘着テープに付着させ、トナーの付着した粘着テープの重量を測ることにより、トナー量を測定する方法が知られている。
しかし、かかる方法では、現像ローラに対する粘着テープの貼り付けや剥がし作業が人手により行われており、測定に長時間を要し、その結果、製品の高コスト化を招くという問題があった。
【０００４】
また、かかる方法では、測定後の粘着テープがゴミとなってしまうので、環境への配慮が欠けていた。
さらに、かかる方法では、粘着テープと現像ローラとが測定時に接触するため、現像ローラに傷を付けたり、粘着テープの粘着剤が現像ローラに付着したままとなって、画像形成装置の画像品位を低下させる可能性がある。
【０００５】
また、現像ローラ上のトナー量が多くその層厚が比較的厚いと、粘着テープに対象範囲内の現像剤の全てを付着させることが難しく、正確な測定結果を得ることが困難であった。
ところで、前述の方法の他に、重量既知のものにトナーを付着させて、トナー量を測定する方法としては、重量既知の不織布を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。かかる方法も、前述の方法と同様の問題点を有している。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１７９２０号公報（第３７段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、環境に優しく、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー量を測定することができるトナー量の測定装置および測定方法、画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的は、以下の本発明により達成される。
本発明のトナー量の測定装置は、トナーを薄層状に担持するトナー担持体上のトナー量を測定する装置であって、
前記トナー担持体上に赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記トナー担持体上で反射した赤外線の強度を検知する強度検知手段と、
前記強度検知手段によって検知された強度に基づきトナー量を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、赤外線照射手段からトナー担持体上へ照射された赤外線の一部が、トナー担持体上のトナーにその量に応じた分だけ吸収されるとともに、その残部がトナー担持体上で反射した後に強度検知手段によって検知されるので、強度検知手段によって検知された強度に基づき算出手段がトナー量を算出することができる。その結果、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー担持体上のトナー量を測定することができる。また、測定時にゴミが発生しないので、環境に優しい。
【００１０】
本発明のトナー量の測定装置では、前記算出手段は、前記強度検知手段によって検知された強度と、設定強度との差に応じてトナー量を算出することが好ましい。
これにより、強度検知手段によって検知された強度と設定強度との差に応じて算出手段がトナー量を算出することができる。その結果、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー担持体上のトナー量を測定することができる。また、測定時にゴミが発生しないので、環境に優しい。
【００１１】
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナーは、樹脂を構成成分として含むものであることが好ましい。
これにより、トナーを構成する樹脂の量を検知することにより、トナー担持体上のトナー量を検知することができるので、より確実に正確なトナー量を測定することができる。
本発明のトナー量の測定装置では、前記強度検知手段は、前記トナーを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線の強度を検知するものであることが好ましい。
これにより、トナーを構成する樹脂の特徴的な構造であるＣ−Ｈ結合の量を検知することにより、トナー担持体上のトナー量を検知することができるので、より確実に正確なトナー量を測定することができる。
【００１２】
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体上で反射した赤外線を集光する集光手段を有し、該集光手段によって集光された赤外線を前記強度検知手段が検知することが好ましい。
これにより、トナー担持体上での赤外線の反射が散乱していても、強度検知手段による検知精度の低下を防止することができる。
【００１３】
本発明のトナー量の測定装置では、前記赤外線照射手段は、前記トナーを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線を前記トナー担持体に照射するものであることが好ましい。
これにより、トナーを構成する樹脂の特徴的な構造であるＣ−Ｈ結合の量を検知することにより、トナー担持体上のトナー量を検知することができるので、より確実に正確なトナー量を測定することができる。
【００１４】
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体の表面付近は、無機材料で構成されていることが好ましい。
これにより、トナー担持体へ照射された赤外線が、トナー担持体で吸収されることなく、トナー担持体上のトナーにその量に応じた分だけ吸収されるので、トナー担持体上のトナー量を算出手段で比較的簡単に算出することができる。
【００１５】
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体は、回転可能に配設されたものであり、前記強度検知手段は、検知範囲を前記トナー担持体の回転軸線方向で走査しながら、前記強度を検知することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、トナー担持体の回転軸線方向でのトナー量の分布を知ることができる。
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体は、現像ローラであることが好ましい。
これにより、環境に優しく、現像ローラに接触することなく、短時間にかつ正確に現像ローラ上のトナー量を測定することができる。
【００１６】
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体は、感光体であることが好ましい。
これにより、環境に優しく、感光体に接触することなく、短時間にかつ正確に感光体上のトナー量を測定することができる。
本発明のトナー量の測定装置では、前記トナー担持体は、転写体であることが好ましい。
これにより、環境に優しく、転写体に接触することなく、短時間にかつ正確に転写体上のトナー量を測定することができる。
【００１７】
本発明のトナー量の測定方法は、本発明のトナー量の測定装置を用いて、トナー担持体上のトナー量を測定することを特徴とする。
これにより、環境に優しく、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー担持体上のトナー量を測定することができる。
本発明のトナー量の測定方法は、樹脂製のトナーを薄層状に担持するトナー担持体上のトナー量を測定する方法であって、
前記トナー担持体上に赤外線を照射し、
前記トナー担持体上で反射した赤外線の強度を強度検知手段により検知し、
前記強度検知手段によって検知された強度と設定強度との差に応じてトナー量を算出することを特徴とする。
これにより、環境に優しく、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー担持体上のトナー量を測定することができる。
本発明の画像形成装置は、一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体に記録する画像形成装置であって、本発明の測定装置を備えることを特徴とする。
これにより、環境に優しく、トナー担持体に接触することなく、短時間にかつ正確にトナー担持体上のトナー量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、トナーを担持するトナー担持体上のトナー量を測定するものであって、トナー担持体上に赤外線を照射し、前記トナー担持体上で反射した赤外線の強度を強度検知手段により検知し、前記強度検知手段によって検知された強度に基づきトナー量を算出することを特徴としている。ここで、トナー担持体としては、例えば、電子写真方式を採用するコピー、プリンタなどの画像形成装置に備えられる、現像ローラ、感光体、転写体などが挙げられる。以下、本発明のトナー量の測定装置および測定方法に先立ち、画像形成装置の構成およびその動作を簡単に説明する。
【００１９】
（画像形成装置）
まず、図１に基づいて、画像形成装置の一例としてレーザビームプリンタ（以下、プリンタという）１０を説明する。
図１は、プリンタ１０の概略構成を示す模式的断面図である。なお、図１には、矢印にて上下方向を示している。
【００２０】
かかるプリンタ１０は、図１に示すように、潜像を担持し図示矢印方向に回転する感光体２０を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、一次転写ユニット６０、中間転写体７０、クリーニングユニット７５が配設されている。また、プリンタ１０は、図１にて下部に、紙などの記録媒体Ｐを給紙する給紙トレイ９２を有し、その給紙トレイ９２に対して記録媒体Ｐの搬送方向下流に、二次転写ユニット８０、定着ユニット９０が順次配設されている。
【００２１】
感光体２０は、円筒状の導電性基材と、その外周面に形成された感光層とを有し、その軸線まわりに図１中矢印方向に回転可能となっている。
帯電ユニット３０は、コロナ帯電などにより感光体２０の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット４０は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体２０上に、レーザを照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
【００２２】
現像ユニット５０は、ブラック現像装置５１と、マゼンタ現像装置５２と、シアン現像装置５３と、イエロー現像装置５４との４つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体２０上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像をトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置５１はブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置５２はマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置５３はシアン（Ｃ）トナー、イエロー現像装置５４はイエロー（Ｙ）トナーを用いて現像を行う。
【００２３】
本実施形態におけるＹＭＣＫ現像ユニット５０は、前述の４つの現像装置５１、５２、５３、５４を選択的に感光体２０に対向するように、回転可能となっている。具体的には、このＹＭＣＫ現像ユニット５０は、軸５０ａを中心として回転可能な保持体の４つの保持部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄにそれぞれ４つの現像装置５１、５２、５３、５４が保持されており、前記保持体の回転により、４つの現像装置５１、５２、５３、５４が相対位置関係を維持したまま、感光体２０に選択的に対向するようになっている。なお、各現像装置の詳細な構成については後述する。
【００２４】
一次転写ユニット６０は、感光体２０に形成された単色のトナー像を中間転写体７０に転写するための装置である。
中間転写体７０は、エンドレスのベルトであり、図１に示す矢印方向に、感光体２０とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。中間転写体７０上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも１色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。
【００２５】
二次転写ユニット８０は、中間転写体７０上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐに転写するための装置である。
定着ユニット９０は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐに融着させて永久像として定着させるための装置である。
クリーニングユニット７５は、一次転写ユニット６０と帯電ユニット３０との間で感光体２０の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード７６を有し、一次転写ユニット６０によって中間転写体７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーをクリーニングブレード７６により掻き落として除去するための装置である。
【００２６】
次に、このように構成されたプリンタ１０の動作を説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体２０、現像ユニット５０に設けられた後述の現像ローラ５１０（図３）、及び中間転写体７０が回転を開始する。そして、感光体２０は、回転しながら、帯電ユニット３０により順次帯電される。
感光体２０の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット４０によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
【００２７】
感光体２０上に形成された潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置５４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体２０上にイエロートナー像が形成される。このとき、ＹＭＣＫ現像ユニット５０は、イエロー現像装置５４が、前記現像位置にて感光体２０と対向している。
感光体２０上に形成されたイエロートナー像は、感光体２０の回転に伴って一次転写位置に至り、一次転写ユニット６０によって、中間転写体７０に転写される。このとき、一次転写ユニット６０には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ユニット８０は、中間転写体７０から離間している。
【００２８】
前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目及び第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写体７０に重なり合って転写される。これにより、中間転写体７０上にはフルカラートナー像が形成される。  一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ９２から、給紙ローラ９４、レジローラ９６によって二次転写ユニット８０へ搬送される。
【００２９】
中間転写体７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写体７０の回転に伴って二次転写位置に至り、二次転写ユニット８０によって記録媒体Ｐに転写される。このとき、二次転写ユニット８０は中間転写体７０に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。
記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着ユニット９０によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。
一方、感光体２０は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット７５のクリーニングブレード７６によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット７５内の残存トナー回収部に回収される。
【００３０】
（現像装置）
次に、図２に基づき、ＹＭＣＫ現像ユニット５０のイエロー現像装置５４を詳細に説明する。
図２は、イエロー現像装置５４の概略構成を示す模式的断面図である。なお、ブラック現像装置５１、マゼンタ現像装置５２、シアン現像装置５３については、使用するトナーは相違するが、イエロー現像装置５４と同様の構成であるので、その説明を省略する。
【００３１】
イエロー現像装置５４は、イエロートナーであるトナーＴを収容するハウジング５４０と、トナー担持体たる現像ローラ５１０と、この現像ローラ５１０にトナーＴを供給するトナー供給ローラ５５０と、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴの層厚を規制する規制ブレード５６０とを有している。
ハウジング５４０は、その内部空間として形成された収容部５３０内にトナーＴが収容されている。ハウジング５４０には、収容部５３０の下部に形成された開口およびその近傍で、トナー供給ローラ５５０および現像ローラ５１０が互いに圧接回転可能に支持されている。また、ハウジング５４０には、トナー供給ローラ５５０、及び規制ブレード５６０が取り付けられていて、これらが現像ローラ５１０に圧接されている。さらに、ハウジング５４０には、前記開口におけるハウジング５４０と現像ローラ５１０との間からのトナーの漏れを防止するためのシール部材５２０が取り付けられている。
【００３２】
現像ローラ５１０は、トナーＴを担持して感光体２０と対向する現像位置に搬送する。この現像ローラ５１０は、アルミニウム、ステンレス、鉄等を主材料として構成されている。また、現像ローラ５１０の表面には、必要に応じて、ニッケルメッキ、クロムメッキ等や、サンドブラスト等が施される。
また、現像ローラ５１０は、軸線まわりに回転可能であり、本実施形態では、感光体２０の回転方向と逆の方向に回転する。すなわち、現像ローラ５１０と感光体２０との対向部にて、これらの周面が互いに同方向に移動する。
また、本実施形態では、イエロー現像装置５４による現像時に、現像ローラ５１０と感光体２０とが微小間隙をもって、非接触状態で対向する。そして、現像ローラ５１０と感光体２０との間に交番電界を印加することにより、トナーＴを現像ローラ５１０上から感光体２０へ飛翔させて、現像が行われる。
【００３３】
トナー供給ローラ５５０は、収容部５３０に収容されたトナーＴを現像ローラ５１０に供給する。このトナー供給ローラ５５０は、ポリウレタンフォーム等からなり、弾性変形された状態で現像ローラ５１０に圧接している。本実施形態では、トナー供給ローラ５５０は、現像ローラ５１０の回転方向と逆の方向に回転する。なお、トナー供給ローラ５５０は、収容部５３０に収容されたトナーＴを現像ローラ５１０に供給する機能を有するだけでなく、現像後に現像ローラ５１０に残存しているトナーＴを現像ローラ５１０から剥ぎ取る機能をも有している。
【００３４】
規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴの層厚を規制するとともに、その規制時における摩擦帯電により、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴに電荷を付与する。この規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０の回転方向にて現像位置の上流側のシール部材としても機能している。この規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０の軸方向に沿って当接される当接部材としてのゴム部５６０ａと、このゴム部５６０ａを支持する支持部材としてのゴム支持部５６０ｂとを有している。ゴム部５６０ａは、シリコンゴム、ウレタンゴム等を主材料として構成され、ゴム支持部５６０ｂは、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０側に付勢する機能も有するため、リン青銅、ステンレス等のバネ性を有するシート状の薄板が用いられる。ゴム支持部５６０ｂは、その一端がブレード支持板金５６２に固定されている。ブレード支持板金５６２は、ハウジング５４０に取り付けられている。シール部材５２０がハウジング５４０に取り付けられ、さらに現像ローラ５１０が取り付けられた状態で、ゴム部５６０ａは、ゴム支持部５６０ｂの撓みによる弾性力によって、現像ローラ５１０に押しつけられている。
また、本実施形態では、規制ブレード５６０の現像ローラ５１０側とは逆側には、ブレード裏部材５７０が設けられ、ゴム支持部５６０ｂとハウジング５４０との間にトナーＴが入り込むことを防止するとともに、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０へ押圧して、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０に押しつけている。
【００３５】
本実施形態では、規制ブレード５６０の自由端部、すなわち、ブレード支持板金５６２に支持されている側とは逆側の端部は、その端縁で現像ローラ５１０に接触せずに、端縁から若干離れた部位で現像ローラ５１０に接触している。また、規制ブレード５６０は、その先端が現像ローラ５１０の回転方向の上流側に向くように配置されており、いわゆるカウンタ当接している。
【００３６】
このように構成されたイエロー現像装置５４にあっては、トナー供給ローラ５５０が収容部５３０に収容されているトナーＴを現像ローラ５１０に供給する。現像ローラ５１０に供給されたトナーＴは、現像ローラ５１０の回転に伴って、規制ブレード５６０の当接位置に至り、該当接位置を通過する際に、層厚が規制されるとともに、電荷が付与される。層厚の規制後に現像ローラ５１０上に担持されたトナーＴは、現像ローラ５１０のさらなる回転によって、感光体２０に対向する現像位置に至り、該現像位置にて交番電界により感光体２０上の潜像の現像に供される。現像ローラ５１０のさらなる回転によって現像位置を通過した現像ローラ５１０上のトナーＴは、シール部材５２０を通過して、シール部材５２０によって掻き落とされることなくハウジング５４０内に回収される。
【００３７】
前述したような現像工程にあっては、良好な現像処理が行われるために、現像ローラ５１０上のトナー量が現像ローラ５１０の軸線方向のほぼ全域にわたって均一となっている必要がある。したがって、本実施形態では、現像装置の製造ラインにおいて、現像装置を画像形成装置に組み込む前の最終段階で、以下の述べるような測定装置を用いて、現像装置単体の現像ローラ上のトナー量を測定し、現像装置の検査を行っている。ここで、現像ローラ５１０上のトナー量が現像ローラ５１０の軸線方向のほぼ全域にわたって均一とならずに、現像装置が製品として不良となる原因としては、現像ローラの表面の均一性の不良、現像ローラに対する規制ブレードの接触不良、規制ブレードによるトナーの帯電不良などが挙げられ、これらの不良があるか否かの検査を後述の測定装置により行うことができる。
【００３８】
（トナー量の測定装置）
次に、トナー量の測定装置１を図３に基づき説明する。ここでは、この測定装置１を用いて、前述のイエロー現像装置５４の現像ローラ５１０上のトナー量を測定する場合を例に説明する。
図３は、本実施形態におけるトナー量の測定装置１の概略構成を示す模式図である。
かかる測定装置１は、図３に示すように、トナーＴを薄層状に担持するトナー担持体たる現像ローラ５１０上に赤外線を照射するとともに、現像ローラ５１０上で反射した赤外線の強度を検知する検知装置２と、検知装置２によって検知された強度と設定強度との差に応じてトナー量を算出する算出手段たる算出装置３とを有している。
【００３９】
検知装置２は、図３に示すように、ケース２１と、赤外線を発する光源２２と、光学系２３と、現像ローラ５１０で反射した赤外線を受光する受光素子２４とを有する。
ケース２１は、光源２２、光学系２３、強度検知手段たる受光素子２４を収容しており、ケース２１の一部には、赤外線を透過する窓部２１Ａが設けられている。
光源２２は、トナーを構成する樹脂が吸収する波長の赤外線を発するものである。
光学系２３は、光源２２で発せられた赤外線をレンズ２３ａで集光しこれを平面鏡２３ｂで現像ローラ５１０へ向け反射させるとともに、現像ローラ５１０で反射した赤外線を凹面鏡群２３ｅで集光しこれを平面鏡２３ｄで受光素子２４へ向け反射させるものである。
【００４０】
本実施形態では、前述の光源２２、レンズ２３ａ、平面鏡２３ｂで、赤外線を現像ローラ５１０上に照射する赤外線照射手段を構成している。本実施形態では、平面鏡２３ｂで反射した赤外線は、ケース２１の窓部２１Ａを通じて、現像ローラ５１０上へ照射される。なお、光源２２から現像ローラ５１０へ直接赤外線を所望の照射面積で照射するように構成した場合などには、レンズ２３ａ、平面鏡２３ｂは必ずしも必要ではない。
【００４１】
赤外線照射手段としては、トナーを構成する樹脂が吸収する波長の赤外線を発するものであれば特に限定されず、例えば、ガスマントル、グローバー燈、ネルンストランプ、タングステン電球、電流で加熱した白金リボン、石英水銀灯、ガスレーザ、固体レーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザ等が挙げられる。
これらの中でも、赤外線照射手段としては、トナーＴを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトル、例えば２９６０ｃｍ−１に対応する波長の赤外線を現像ローラ５１０に照射するものであるのが好ましい。これにより、トナーＴを構成する樹脂の特徴的な構造であるＣ−Ｈ結合の量を検知することにより、現像ローラ５１０上のトナーＴの量を検知することができるので、より確実に正確なトナーＴの量を測定することができる。
なお、赤外線照射手段から現像ローラ５１０に照射される赤外線は、トナーを構成する樹脂が吸収する波長を含んでいればよく、前述のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルの波長のほか、Ｃ＝Ｏ結合などの他の結合の吸収スペクトルの波長であってもよい。
【００４２】
また、前記赤外線は、これらの波長単独であっても、他の波長を含むものであってもよい。単独の波長の赤外線を用いるには、例えば、複数波長または広域波長の光源からの光を、特定波長の赤外線を透過させる公知のフィルタなどに透過させることにより、赤外線照射手段を構成できる。また、単一波長の赤外線レーザを赤外線照射手段とすることもできる。
このような赤外線照射手段から現像ローラ５１０へ照射された赤外線は、その一部が現像ローラ５１０上のトナーにその量に応じて吸収されるとともに、その残部が現像ローラ５１０上で反射される。そして、現像ローラ５１０上で反射した赤外線（前記残部）は、その強度を後述の受光素子２４で検知される。
【００４３】
本実施形態では、現像ローラ５１０上で反射した赤外線（前記残部）は、図３に示すように、凹面鏡群２３ｅで集光されつつ、平面鏡２３ｄで反射した後に、受光素子２４によって検知される。これにより、現像ローラ５１０上での赤外線の反射がトナー層の凹凸などにより散乱していても、受光素子２４による検知精度の低下を防止することができる。
また、本実施形態の測定装置１は、光源２２からの赤外線が現像ローラ５１０の表面に対しほぼ直角に照射するように構成されているので、現像ローラ５１０上での赤外線の散乱量が比較的低く抑えられている。
なお、本実施形態では凹面鏡群２３ｅが現像ローラ５１０上で反射した赤外線を集光する集光手段を構成しているが、集光手段は、現像ローラ５１０上で反射した赤外線を集光するものであれば、特に限定されず、凸レンズなどでもよい。
【００４４】
受光素子２４は、赤外線の強度を検知する機能を有するサーミスタなどであり、強度検知手段を構成している。
強度検知手段としては、サーミスタのほかに、現像ローラ５１０上で反射する赤外線の強度を検知できるものであれば特に限定されず、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電対、ボロメータ、半導体光導電素子、ゴーレイ検出器、ラジオメータ、光電管、光電池、光伝導セルなどを用いることができる。
【００４５】
また、強度検知手段は、トナーＴを構成する樹脂のＣ−Ｈ結合の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線の強度を検知するものであるのが好ましい。これにより、トナーＴを構成する樹脂の特徴的な構造であるＣ−Ｈ結合の量を検知することにより、現像ローラ５１０上のトナー量を検知することができるので、より確実に正確なトナー量を測定することができる。
【００４６】
算出装置３は、前述の強度検知手段（受光素子２４）によって検知された強度（以下、検知強度という）と、設定強度との差を求め、その差に応じてトナー量を算出するものである。
本実施形態では、算出装置３は、図３に示すように、ＡＤ変換回路３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ＣＰＵ３４を有している。
【００４７】
ＡＤ変換回路３１は、受光素子２４の出力値をアナログからデジタルに変換するものである。
ＲＯＭ３２は、検知強度と設定強度の差分やトナー量の算出のためのプログラム、設定強度、前記差分をトナー量に変換するための変換テーブルなどが格納されている。ここで、設定強度や変換テーブルは、測定されるトナーの種類（例えば、トナーの樹脂の種類など）に対応して複数設定され、適宜選択される。
ＲＡＭ３３は、プログラムにより算出された値等を記憶する機能を有する。
【００４８】
ＣＰＵ３４は、ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、ＡＤ変換回路３１でデジタル化された検知強度と、ＲＯＭ３２に格納された設定強度との差分値を算出し、その差分値を変換テーブルに従いトナー量に変換する。なお、本実施形態では、前記設定強度は、ＲＯＭ３２に予め固定して設定されているが、前述の光源２２から現像ローラ５１０上に照射される赤外線をモニタしたものであってもよい。
【００４９】
前述したように、赤外線照射手段から現像ローラ５１０上へ照射された赤外線は、その一部が現像ローラ５１０上のトナーＴにその量に応じた分だけ吸収されるとともに、その残部が現像ローラ５１０上で反射した後に強度検知手段２４によって検知される。したがって、検知強度と設定強度との差は、現像ローラ５１０上でのトナーによる赤外線吸収量に応じたものとなる。このような赤外線吸収量とトナー量との関係を用いることにより、算出装置３はトナー量を算出できる。
【００５０】
このように算出されたトナー量は、例えば、算出装置３に接続された液晶などの表示手段（図示せず）により、数値などで視覚的に表示することができる。これにより、測定者は、測定結果が設定基準範囲内であるか否かを判断することができる。また、算出されたトナー量と設定基準値との差を前記表示手段に表示させるようにしたり、算出されたトナー量が設定基準範囲内であるか否かを前記表示手段に表示させるようにすることもできる。
【００５１】
前述の測定において、現像ローラ５１０の表面付近は、無機材料で構成されているのが好ましい。これにより、現像ローラ５１０へ照射された赤外線が、現像ローラ５１０で吸収されることなく、現像ローラ５１０上のトナーＴにその量に応じた分だけ吸収されるので、現像ローラ５１０上のトナーＴの量を算出装置３で比較的簡単に算出することができる。
また、強度検知手段２４は、検知範囲を現像ローラ５１０の回転軸線方向で走査しながら、前記強度を検知するのが好ましい。これにより、比較的簡単な構成で、現像ローラ５１０の回転軸線方向でのトナーＴの量の分布を測定できる。
【００５２】
以上説明したように、強度検知手段２４によって検知された強度と設定強度との差に応じて算出装置３がトナーＴの量を算出することができる。その結果、現像ローラ５１０に接触することなく、短時間にかつ正確に現像ローラ５１０上のトナーＴの量を測定することができる。また、測定時にゴミが発生しないので、環境に優しい。
なお、前述の実施形態では、トナー担持体を現像ローラ５１０とした例について説明したが、トナーを担持するものであれば、特に限定されない。例えば、前述の画像形成装置における感光体２０や中間転写体７０をトナー担持体とし、その表面に担持されたトナーの量を測定することができる。また、記録媒体Ｐをトナー担持体とし、その表面に担持されたトナーの量を測定することもできる。
【００５３】
また、前述の実施形態では、製造ラインにおける製品の検査のためにトナー担持体上のトナー量を測定する例について説明したが、前述のトナー量測定装置を画像形成装置に組み込んで、トナー量測定装置によるトナー量の測定結果に基づき、画像形成装置の動作の各種制御を行うことができる。以下、本発明のトナー量測定装置を用いた画像形成装置の制御の一例を、トナー量測定装置１をプリンタ１０に組み込んだ場合について、簡単に説明する。
【００５４】
現像ローラ５１０や感光体２０に担持されたトナーの量を本発明のトナー量測定装置１で測定する場合、例えば、測定トナー量に応じて、現像バイアスを制御することができる。この場合、例えば、測定トナー量が多くなるに従い、現像バイアスを小さくすることにより、現像ローラ５１０から感光体２０へのトナーの飛翔量を一定にするようにすることができる。なお、感光体２０上のトナー量を測定する場合には、例えば、感光体２０上の非通紙領域にトナー量測定用の潜像を形成し、この潜像をトナー像としたものを測定すると、比較的簡単で正確にトナー量を測定できる。また、この場合、光源２２からの赤外線で感光体２０が感光されないように構成することが好ましい。
【００５５】
また、本発明のトナー量測定装置１で中間転写体７０上のトナー量を測定する場合、例えば、測定トナー量に応じて、一次転写バイアスや二次転写バイアスを制御することができる。この場合、例えば、測定トナー量が多くなるに従い、一次転写バイアスや二次転写バイアスを小さくして、感光体２０から中間転写体７０への転写性や、中間転写体７０から記録媒体Ｐへの転写性を良好に保つようにすることができる。なお、この場合にも、例えば、感光体２０上の非通紙領域にトナー量測定用の潜像を形成し、この潜像をトナー像とし、これを中間転写体７０上に転写したものを測定すると、比較的簡単で正確にトナー量を測定できる。
【００５６】
また、現像ローラ５１０、感光体２０、中間転写体７０、記録媒体Ｐの少なくとも１つにおける測定トナー量に応じて、定着ユニット９０における定着条件を制御することもできる。例えば、測定トナー量が大きくなるに従い、定着ユニット９０に備えられた定着ローラの加熱温度を高くしたり、定着ローラと加圧ローラとの圧接力を大きくしたり、記録媒体Ｐの搬送速度を遅くしたりして、定着結果を良好に保つようにすることもできる。トナー中の樹脂量が定着性に関与するが、特に、本発明のトナー測定装置はトナー中の樹脂の量を正確に検知できるので、仮にトナー粒子間でトナー中の樹脂量にばらつきがあっても、記録媒体Ｐ上のトナーを適切な温度および圧力で記録媒体Ｐに定着させることができる。
【００５７】
また、前述の実施形態では、現像ローラ５１０上のトナーＴの樹脂量に基づきトナー量を検知する例について説明したが、トナー中の他の構成成分、例えば顔料、添加剤などの量に基づきトナー量を検知することもできる。この場合、トナー担持体に照射する赤外線として、顔料や添加剤の特有の吸収スペクトルに対応する波長の赤外線を用いることにより、トナー担持体上のトナー量を測定できる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の実施例を説明する。
図３に示すように構成されたトナー量測定装置を用いて、図３に示すように構成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各現像装置の現像ローラ上で反射したトナー量をそれぞれ測定した。
このとき、光源としてタングステンランプ、受光素子としてフォトダイオードを用いた。また、各色のトナーは、ポリエステルおよび着色剤を材料とし混練粉砕法により製造されたものであり、その平均粒径は８．５μｍであった。各トナーの着色剤として、イエロートナーは非ベンジン系顔料、マゼンタトナーはカーミン系顔料、シアントナーは銅フタロシアニン顔料、ブラックトナーはカーボンブラックを用いた。
【００５９】
測定は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各現像装置で、現像ローラ上のトナー量の異なる２種の現像装置（現像装置１、２）について行った。
また、１回の測定時間を０．０５ｓｅｃとし、４００回測定し、その平均値を測定トナー量とした。この４００回の測定に要した時間は、２０秒であった。
各現像装置の現像ローラのトナー量の測定結果を表１に示す。また、表１には、光源からの赤外線量に対する、現像ローラ上で反射した赤外線量の比、すなわち吸光度も示す。
参考例として、幅１２ｍｍ×長さ２７５ｍｍ四方で重量既知のメンディング粘着テープ（住友スリーエム社製）を用いて、実施例での測定後に、各現像装置の現像ローラについて、実施例と同一部位のトナー量を慎重に測定した結果も表１に示す。
【００６０】
【表１】
2005249972.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、前記吸光度は参考例の測定トナー量に応じた関係となっていた。本実施例では、このような関係の変換テーブルを用いることにより、粘着テープを用いて慎重に測定したものと同等の結果が得られた。このように、本発明のトナー量測定装置を用いると、現像ローラ上のトナー量を極めて正確に測定できる。また、本発明のトナー量測定装置は、現像ローラに対し非接触でトナー量の測定を行うので、現像ローラに傷をつけることはなく、また、測定時間も、粘着テープを用いた測定方法に比し、極めて短時間である。
なお、感光体、中間転写体、記録媒体についても、これらに担持されるトナー量を前述の実施例と同様に測定したところ、実施例と同様に、良好にトナー量を測定することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態における画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】図１の画像形成装置に備えられた現像装置の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態におけるトナー量の測定装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１‥‥‥トナー量の測定装置  ２‥‥‥検知装置  １０‥‥‥プリンタ（画像形成装置）  ２０‥‥‥感光体  ２１‥‥‥ケース  ２１Ａ‥‥‥窓部  ２２‥‥‥光源  ２３‥‥‥光学系  ２３ａ‥‥‥レンズ  ２３ｂ‥‥‥平面鏡  ２３ｄ‥‥‥平面鏡  ２３ｅ‥‥‥凹面鏡群  ２４‥‥‥受光素子（強度検知手段）  ３‥‥‥算出装置（算出手段）  ３０‥‥‥帯電ユニット  ３１‥‥‥ＡＤ変換回路  ３２‥‥‥ＲＯＭ  ３３‥‥‥ＲＡＭ  ３４‥‥‥ＣＰＵ  ４０‥‥‥露光ユニット  ５０‥‥‥現像ユニット  ５０ａ‥‥‥軸  ５１‥‥‥ブラック現像装置  ５２‥‥‥マゼンタ現像装置  ５３‥‥‥シアン現像装置  ５４‥‥‥イエロー現像装置  ５５ａ〜５５ｄ‥‥‥保持部  ５１０‥‥‥現像ローラ  ５２０‥‥‥シール部材  ５３０‥‥‥収容部  ５４０‥‥‥ハウジング  ５５０‥‥‥トナー供給ローラ  ５６０‥‥‥規制ブレード  ５６０ａ‥‥‥ゴム部  ５６０ｂ‥‥‥ゴム支持部  ５６２‥‥‥ブレード支持板金  ５７０‥‥‥ブレード裏部材  ６０‥‥‥一次転写ユニット  ７０‥‥‥中間転写体  ７５‥‥‥クリーニングユニット  ７６‥‥‥クリーニングブレード  ８０‥‥‥二次転写ユニット  ９０‥‥‥定着ユニット  ９２‥‥‥給紙トレイ  ９４‥‥‥給紙ローラ  ９６‥‥‥レジローラ  Ｐ‥‥‥記録媒体  Ｔ‥‥‥トナー
【図１】
2005249972.tif 000004
【図２】
2005249972.tif 000005
【図３】
2005249972.tif 000006