(57)【要約】【課題】【解決手段】電子写真装置内のトナーパッチ・センサの配置構造は、反射内面を有する実質的に中空状のチャンバと、トナーパッチを光に晒す第１開口と、第２開口と、第３開口とを含む。発光要素は、第１開口と第２開口とを通してトナーパッチ上に光を放射する。光検出要素は、チャンバの内面で光が反射された後にのみ反射された光が受光されるように、トナーパッチ上で反射された光を第３開口を通して受光する。
2004513350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射内面と、トナーパッチを光に晒すように配置された第１開口と、第２開口と、第３開口とを有するチャンバと、
前記第１開口及び前記第２開口を通って前記トナーパッチ上に光を放射するように配置された発光要素と、
前記トナーパッチで反射された光を、その少なくとも大部分を前記チャンバの前記内面で反射された後にのみ、前記第３開口を通して受光するように配置された光検出要素とを含む、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造。
【請求項２】
光が前記トナーパッチで反射される前に、光が前記内面で反射される、請求項１に記載の配置構造。
【請求項３】
光が前記トナーパッチで反射される前後に、光が前記内面で反射される、請求項１に記載の配置構造。
【請求項４】
前記トナーパッチで反射されることなく前記内面で反射された光を前記第３開口を通して受光するように、前記光検出要素が配置された、請求項１に記載の配置構造。
【請求項５】
前記チャンバの前記内面が反射鏡面を含む、請求項１に記載の配置構造。
【請求項６】
前記チャンバの前記内面が楕円体の形状である、請求項５に記載の配置構造。
【請求項７】
前記第１開口が第１焦点を含み、前記第３開口が第２焦点を含む、請求項６に記載の配置構造。
【請求項８】
前記チャンバが第１の非反射内面を有し、該第１の非反射内面が前記第１開口を有する、請求項６に記載の配置構造。
【請求項９】
前記チャンバが第２の非反射内面を有し、該第２の非反射内面が前記第３開口を有する、請求項８に記載の配置構造。
【請求項１０】
前記光検出要素が＋／−４０度の角度感度を有する、請求項６に記載の配置構造。
【請求項１１】
前記光検出要素が前記試験パッチからの鏡面反射された光を受光するように、前記発光要素が配置された、請求項６に記載の配置構造。
【請求項１２】
前記トナーパッチで鏡面反射された光が、前記反射内面の中心に当たる、請求項６に記載の配置構造。
【請求項１３】
前記チャンバ内に設けられ、前記発光要素から直接受光した光を反射するように配置されたバッフルを更に含む、請求項１に記載の配置構造。
【請求項１４】
前記第１開口を少なくとも部分的に画成するフランジを更に含む、請求項１に記載の配置構造。
【請求項１５】
前記チャンバが実質的に中空状である、請求項１に記載の配置構造。
【請求項１６】
トナーパッチを照射するように配置された発光要素と、
前記トナーパッチで反射された光を受光するように配置された光検出要素と、
前記発光要素と前記トナーパッチとの間の第１想像線と、前記光検出要素と前記トナーパッチとの間の第２想像線との少なくとも１つを横切るように配置された不透明要素とを含む、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造。
【請求項１７】
前記不透明要素が、チャンバとバッフルとフランジの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の配置構造。
【請求項１８】
トナーパッチを照射するように配置された発光要素と、
前記トナーパッチで反射された光を受光するように配置された光検出要素と、
前記発光要素から前記トナーパッチへの光と、前記トナーパッチから前記光検出要素への光の少なくとも１つを反射するように配置された反射要素とを含む、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造。
【請求項１９】
前記反射要素がチャンバの内面を含む、請求項１８に記載の配置構造。
【請求項２０】
トナーパッチを間接的にのみ照射するように配置された発光要素と、
前記トナーパッチで反射された光を受光するように配置された光検出要素とを含む、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造。
【請求項２１】
トナーパッチを照射するように配置された発光要素と、
前記トナーパッチで反射された光を間接的にのみ受光するように配置された光検出要素とを含む、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造。
【請求項２２】
電子写真装置における表面でトナーパッチの厚さを測定する方法であって、
反射内面と、第１開口と、第２開口と、第３開口とを有するチャンバを提供する段階と、
前記トナーパッチが前記第１開口を通った光に晒されるように、前記チャンバを前記トナーパッチの上方に配置する段階と、
前記第１開口及び前記第２開口を通って光を前記トナーパッチ上に照射する段階と、
前記トナーパッチで光を反射させる段階と、
前記チャンバの前記反射内面で光を反射させる段階と、
前記トナーパッチで反射され、かつ、前記第開口を通った光を検出する段階とを含む方法
【請求項２３】
光が前記トナーパッチで反射される前に、光が前記内面で反射される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
光が前記トナーパッチで反射された後に、光が前記内面で再び反射される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャンバが実質的に中空状である、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電子写真装置における未定着画像のトナー密度をモニターすることに関し、より詳細には、電子写真装置における未定着画像のトナー密度をモニターするためのトナーパッチ・センサの配置構造に関する。
【０００２】
関連技術の説明
トナーパッチ・センサは、未定着画像のトナー密度をモニターするためにプリンタや複写機に用いられ、印刷の濃さを制御する方法を提供する。カラーのプリンタや複写機では、トナーパッチ・センサは色のバランスを維持するために用いられ、また幾つかの場合には、電子写真プロセスが環境及びエージング効果とともに変化する際にガンマ補正又はハーフトーン線形を修正するために用いられる。摩耗やトナーの薄膜化によりどのように光が吸収され、かつ散乱するかで、トナーの付着面が変化するならば、反射を基礎とした従来のトナーパッチ・センサでは検量化ができないであろうという問題が知られている。
【０００３】
反射を基礎とした従来のトナーパッチ・センサは、トナーの試験パッチを照射するのに単一の光源を用いる。殆どの場合、トナーパッチの密度は光導電体上で検出される。中間転写ベルトを備えたカラーレーザ・プリンタの到来で、光導電体上ではなく中間転写ベルト上でトナーパッチを検出することが知られるようになった。４つの光導電体ドラム上でのトナーパッチの検出は、４つのセンサを必要とするので魅力のない選択であり、カートリッジと中間ベルトとの間にこのような４つのセンサのための空間は設けられない。
【０００４】
トナーパッチの信号の相違とは全く異なる反射信号の比率を用いることが知られている。この比率の制御システムでは、トナーの付着していない面の反射率が検出され、トナーパッチの反射率と比較される。これら２つの信号の比率をとることによって、光源、検出器、ならびに、これらの要素の相対的な位置の変化による信号変化が帳消しにされる。しかしながら、画像密度制御におけるこの方法では、光導電体ドラム又は中間ベルトのようなトナー付着面での摩耗やトナーの薄膜化による劣化に対する自己補償がなされない。
【０００５】
正確な密度制御を維持する同様の方法は、“飽和された（ｓａｔｕｒａｔｅｄ）”トナー密度を有する特別のトナーパッチの検出を含む。中間表面上の飽和されたパッチが検出され、得られる数値が密度制御と濃淡補正に用いられる。
【０００６】
中間ベルトは、トナーの薄膜化を生じ易く及び機械的消耗をし易い。中間ベルトの表面粗さの変化は、ベルト表面で散乱する光の量とこの散乱光の方向に影響を与えるので、トナーパッチ・センサは中間ベルト表面の表面粗さに影響を受けないように製造される必要がある。
【０００７】
この分野において必要なものは、様々な度合いの表面粗さを有する表面上で、トナー厚さを正確に測定できるトナーパッチ・センサの配置構造である。
【０００８】
発明の概要
本発明は、中間ベルトの表面粗さに関係なく、正確な密度制御を維持する方法を提供する。
【０００９】
本発明は、その１つの形態において、電子写真装置におけるトナーパッチ・センサの配置構造を含む。実質的に中空状のチャンバは、反射内面と、トナーパッチを光に晒す第１開口と、第２開口と、第３開口とを有する。発光要素は、第１開口及び第２開口を通ってトナーパッチ上に光を放射する。光検出要素は、光がチャンバの内面で反射された後にのみ、前記トナーパッチで反射された光を第３開口を通して受光する。
【００１０】
本発明の利点は、表面粗さの様々な度合いを有する表面において、トナー厚さを正確に測定できることである。
【００１１】
他の利点は、たった１つの感光デバイスしか必要としないことである。
【００１２】
添付図面と結合された本発明の以下の説明を参照することによって、本発明の上述の及び他の特徴、ならびに、それらを達成する方法がより明らかになり、かつ、本発明がより良く理解されるであろう。対応する参照文字は、幾つかの図面において対応する部材を示す。ここに挙げられた例示は、一つの形状において本発明の１つの好適な実施態様を示すものであり、このような例示はあらゆる形態において本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【００１３】
発明の詳細な説明
図面、特に図１について言及すると、反射チャンバ１２とトナーパッチ・センサ１４を含む本発明に係るトナーパッチ・センサの配置構造の一実施態様が示される。
【００１４】
赤外線発光ダイオード１６とシリコン感光ダイオード１８を含む単一のトナーパッチ・センサ１４は、現像され、中間転写ベルト２２に転写されたトナーパッチを測定するのに用いられる。センサ配置構造１０は、最後のカラー転写ステーション（不図示）の後方で、中間ベルトの駆動ロール（不図示）にごく近接して配置される。発光ダイオード１６は、インフィネオン（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ）によって製造されるダイオードＳＦＨ４８０のビームのような幅の狭い出力ビームを有することができる。
【００１５】
チャンバ１２は、ベルト２２の表面で反射した光を入射及び／又は反射の多様な角度で感光ダイオードによって検出できるような光学キャビティ２４を含み、これによって、高レベルの精度を備えたトナーパッチ・センサ１４を提供する。チャンバ１２は、箱状、筒状、球状又は他の中空３次元空間の形状を有していてもよい。チャンバ１２は、アールティーピー・イメージニアリング・プラスチックス（ＲＴＰ Ｉｍａｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）のＳＣ２４−２４４のような、高反射率を生み出すために二酸化チタンが添加されたポリスチレンのような熱可塑性プラスチックで型成形してもよい。光はフォトダイオード１８に到達する前に、チャンバ１２の内側で複数回反射するので、キャビティ２４の反射率は約９０％より大きい。
【００１６】
これに代わって、低表面反射率を有する材料でチャンバ１２を形成してもよく、高反射率面非鏡面を形成するために、チャンバ１２のキャビティ２４を画成する内面２５を硫酸バリウムでコーティングしてもよい。
【００１７】
チャンバ１２は、照射源１６、フォトダイオード１８及び試験パッチにそれぞれ関連する開口２６、２８及び３０を備える。エミッタ１６の波長において高吸収性の材料とするために２％〜３％のカーボンブラックが添加されたポリカーボネートから型成形されたコリメーティングユニット２７内に、光源１６は配置される。コリメーティングユニット２７は、エミッタ１６と入口開口２６の間に設けられた３つの開口２９、３１及び３３を備える。開口２９、３１及び３３は光ビームの範囲と方向を限定する役割を有し、その結果、入口開口２６及びサンプリング開口３０を囲む面のいずれかからも反射することなく、光ビームが開口２６及び開口３０を通過することができる。
【００１８】
図１の実施態様では、開口２６、２８及び３０は直接的な照射による間接的な検出を許容するように形成される。より詳細には、発光ダイオード１６からの照射光は小開口２６を通って反射キャビティ２４に入り、チャンバ１２の内面２５で更に反射する前に、光の殆ど又は全てが試験パッチの表面で反射する。入口開口２６は試験パッチ２０の位置に対して中心がずれて配置されており、その結果、鏡面反射したあらゆる光は、入口開口２６から直接戻るのではなくチャンバ１２の内面２５で乱反射する。
【００１９】
試験パッチ２０を照射するために光が通る開口３０は、中間ベルト２２の表面から約１．５ｍｍの所に位置する円形開口を形作っている。開口３０の直径は約８ｍｍであり、これは開口と中間ベルトの表面との間における１．５ｍｍのギャップよりかなり大きい。この配置構造によって、ベルト２２又はトナーパッチ２０によって反射された光の殆どが光学キャビティ２４内に確実に再入光することになり、再入光した光はフォトダイオード１８によって検出されることになる。
【００２０】
表面粗さの変化によりセンサ１４がどの程度まで影響されるかは、これら３つの開口２６、２８及び３０の大きさと位置によって左右される。上述の幾何学構造は、中間ベルト２２の表面及びチャンバ１２の内面２５で反射する光のコンピュータ・シミュレーションに基づいて選択される。高精度の鏡面と非鏡面から検出された光の量を比較するために、ＯｐｔｉＣＡＤ光トレーシング・ソフトウエアを用いて計算が行なわれた。検出された光強度における差異は、キャビティの幾何学構造、開口の大きさ及び開口の位置に関する上記組合わせに対して最小となることが、コンピュータ・シミュレーションによって示された。
【００２１】
フォトダイオード１８は、光学キャビティ内の光強度を検出するために開口２８の後方に配置される。カリホルニア州、ホウソーン（Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ）のユーディーティー・センサーズ・インク（ＵＤＴ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｉｎｃ．）によって製造されるフォトダイオード１８は、比較的大きな表面積（４ｍｍ×４ｍｍ）と広角度での感度とを有する。内面２５によって吸収されるか、或いは、開口３０又は開口２６を通って出て行く前にフォトダイオード１８によって検出される光のフラクションが、この比較的大きな表面積によって増加する。図１の実施態様では、薄い色を付けた又はそのままの試験パッチ２０が十分に規制された入射角をもって照射され、広範囲の反射角にわたって反射率が光検出器１８によって検出される。キャビティ２４は一方向ではなく多くの反射光方向から光を採取するので、配置構造１０はベルト表面の粗さの変化の影響を受け難い。
【００２２】
第２実施態様のトナーパッチ・センサの配置構造３２（図２）では、照射光は小開口２６を通って光学キャビティ２４に入り、試験パッチ２０に到達する前にキャビティの内面２５で乱反射する。チャンバの下壁３６から突出する小バッフル３４は、フォトダイオードの検出器１８が発光ダイオード１６の光に直接晒されるのを防止する役割を果たす。環状フランジ３７によって、開口３０が取り囲まれ、かつ画成される。この第２実施態様では、試験パッチ２０の散乱照射が行なわれる。試験パッチ２０によって反射された光も、光学キャビティ２４内で乱反射する。この配置構造３２では、フォトダイオード１８に到達する光の一部は、試験パッチ２０の表面で反射することなく、キャビティ２４のあちこちで反射する。光の残りの部分は、試験パッチ２０で１回以上反射する。この配置構造においては、多くの異なる方向からの光で試料２０が照射され、かつ、多くの異なる方向に反射又は散乱した光が検出されるので、この配置構成によって表面粗さによる反射率の誤差が最も多く無くせる。第１の配置構造１０のように、チャンバ１２は高反射性の非鏡面材料から作られ、又は、内面２５は高反射性の非鏡面材料でコーティングされ、開口３０の直径は底壁３６と中間ベルト２２との間のギャップよりかなり大きい。
【００２３】
第３実施態様のトナーパッチ・センサの配置構造３８（図３）では、図２のように試験パッチ２０が散乱照射されるが、フォトダイオード１８の視野は試験パッチ２０に対して大きく又は完全に制限される。インフィネオン（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ）のフォトダイオードＳＦＨ２０３Ａは、制限された視野、並びに、感光部分上で集光された光の焦点を合わせるための一体レンズを有し、図３の配置構造３８のフォトダイオード１８として用いることができる廉価なフォト検出器の一例である。
【００２４】
反射鏡面を備えた光学キャビティもまた、様々な反射方向をサンプリングするのに使用することができる。キャビティの反射鏡面は、楕円体形状とすることができる。第４実施態様ののトナーパッチ・センサの配置構造４０（図４）では、反射体チャンバ４２は楕円体形状を成し、一方の焦点における試験パッチ２０と他の焦点に位置するフォトダイオード検出器１８とを有する。チャンバ４０はアクリルから型成形され、上内面４４は高い鏡面反射率を得るためにアルミニウム処理される。底内面４６は高吸収性とするために黒い塗料で覆われ、試験パッチ２０が光に晒されるように開口３０を有する。側内面４８もあらゆる光を吸収するために黒い塗料で覆われるが、この塗料によってフォトダイオード１８は覆われない。発光ダイオード１６は幅の狭い放射ビームを有し、この実施態様ではフォトダイオード１８は、低コストで＋／−６０度の視野を有するインフィネオン（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ）のフォトダイオードＢＰＷ３４である。発光ダイオード１６は、試験パッチ２０で鏡面反射された光がフォトダイオード１８に到達するように配置されている。散乱方向が鏡面方向からずれると散乱光の強度が減少するので、楕円状ミラーの表面４４の中心５２近くに鏡面反射されたビーム５０が当たるように配置するのが有利である。
【００２５】
このように、照射源用の開口、試験パッチ及びフォトダイオードが、３つの異なる設計シナリオ：１）直接的な照射による間接的な検出、２）間接的な照射及び検出、並びに、３）散乱照射による直接的な検出、を達成するように配置される。
【００２６】
ここに示される実施態様では、チャンバは中空状であるとして示される。しかしながら、チャンバのキャビティがアクリルのような透明材料で満たされることも可能であることが理解されるべきである。
【００２７】
好適な設計を有するように本発明を説明したが、本発明はこの開示の意図及びその範囲内で更に修正することができる。したがって、本出願は、その一般原理を用いる発明のあらゆる変更、使用又は適応を含むものと企図される。更に、本出願は、本発明が属する分野で知られ又は習慣的な実施の範囲内にあればこの開示から逸脱するものであって添付の特許請求の範囲内にあるものも含むと企図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明におけるトナーパッチ・センサの配置構造の第１実施態様における側断面図である。
【図２】
図２は、本発明におけるトナーパッチ・センサの配置構造の第２実施態様における側断面図である。
【図３】
図３は、本発明におけるトナーパッチ・センサの配置構造の第３実施態様における側断面図である。
【図４】
図４は、本発明におけるトナーパッチ・センサの配置構造の第４実施態様における側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004513350.tif 000008
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2004513350.tif 000017
2004513350.tif 000018
2004513350.tif 000019
2004513350.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513350.tif 000021
2004513350.tif 000022
【国際調査報告】
2004513350.tif 000023
2004513350.tif 000024
2004513350.tif 000025