JP6700871B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置の高速化、高画質化が進められている。これらの性能を満たすために、例えばトナー像を記録材に転写させる際には、記録材のインピーダンスを検知し、検知結果に応じた転写電圧を制御する。これにより、画像不良の発生を抑えつつトナー像の転写を行う等、記録材の特性や画像形成装置の設置環境等に応じた画像形成条件の制御を行う。また、カラー画像形成装置では、このような制御に加え、正確な色再現性や濃度安定性も要求されるため、自動で画像濃度を制御する機能を有している。

画像濃度制御では、一般に、トナー像を担持する回転体上に、作像条件を変えながら形成された複数の試験用のトナー像を画像形成装置内に配備した光学検知手段等で検知し、それぞれからトナーの付着量（トナー濃度、以下、トナー付着量）を算出する。そして、その算出結果に基づいて現像、転写、定着等に対する最適な作像条件が決定されたり、濃度階調制御がなされたりする。光学検知手段における検知原理は、発光素子から照射された光に対する試験用のトナー像及び回転体の下地からの反射光をそれぞれ受光素子で取得し、取得した受光素子からの出力（反射出力）の比較結果に基づいて、トナー付着量の算出がなされる。また、近年では、静電容量型の近接センサの高感度化が進んでおり、付着量の微小な変化を捉える必要のあるトナー付着量の検知への適用が期待されている（例えば、特許文献１参照）。更に、画像形成装置の高速化、高画質化を目的として、上述したトナー付着量以外に、トナー像の帯電量も検知して作像条件に反映させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２７６５２４号公報 特開２００９−０９８０３８号公報

しかし、光学検知手段によって試験用のトナー像及び回転体の下地からの反射光量を比較してトナー付着量を算出する手法は、試験用のトナー像の付着量が多い場合には検知感度が低下してしまう。このため、充分な画像形成条件の制御を行うことができない場合がある。トナー付着量だけでなくトナー像の電荷量も測定するためには、新たにトナー像の電荷量を測定するためのセンサを設ける必要があり、画像形成装置の小型化、低コスト化を妨げるおそれがある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、画像形成装置の小型化、低コスト化を妨げることなく、画像形成条件を適切に制御することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）トナー像を形成する形成手段と、前記形成手段により形成されたトナー像を担持する像担持体と、電極を有し、前記像担持体と前記電極との間、又は前記像担持体上に担持されたトナー像と前記電極との間に誘導された電荷量を検知する検知手段と、前記電極に振動を与えた状態と前記電極に振動を与えない状態とに切り替わる振動手段と、前記振動手段により前記電極に振動を与えない状態で前記検知手段により検知された電荷量と前記振動手段により前記電極に振動を与えた状態で前記検知手段により検知された電荷量とに基づいて、画像形成条件を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、画像形成装置の小型化、低コスト化を妨げることなく、画像形成条件を適切に制御することができる。

実施例１の画像形成装置の断面図 実施例１のトナー像センサの概略図 実施例１の電荷量検知部の回路図 実施例１のトナー像センサの動作を説明する図 実施例１の制御演算部のブロック図 実施例１のトナー像センサの概略図 実施例２のトナー像センサの概略図

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

［画像形成装置］
実施例１では、像担持体上に形成されたトナー像の付着量と電荷量とを検知し、検知結果に応じて画像形成条件の制御を行う構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の概略断面図である。本実施例では、画像形成装置の一例として中間転写ベルトを採用したカラー画像形成装置を用いる。本実施例の画像形成装置は、４ドラムフルカラー方式で自動両面印刷機構を搭載したプリンタである。画像形成を行う画像形成部は、トナーの色毎に構成され、中間転写ベルト２４の図中矢印で示す回転方向（反時計回り方向）の上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のステーションが配置されている。図中、符号の末尾の添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはトナーの色を表し、以下の説明では、必要な場合を除き省略する。

画像形成装置は、感光体である感光ドラム１、帯電手段である帯電ローラ２、露光手段であるスキャナ部１１、現像手段である現像器８、補給手段であるトナー容器７、ドラムクリーナ１６を有している。また、画像形成装置は、像担持体である中間転写ベルト２４、第二の転写手段である二次転写ローラ２５、中間転写ベルト２４を駆動しつつ二次転写ローラ２５の対向ローラとして機能する駆動ローラ２６、張架ローラ１３、補助ローラ２３を有している。更に、画像形成装置は、第一の転写手段である一次転写ローラ４、定着手段である定着部２１、及びこれらを制御動作させる制御手段である制御演算部１０を有している。また、画像形成装置は、不図示であるが、現像器８に現像電圧を印加する第一の印加手段である電源、一次転写ローラ４に一次転写電圧を印加する第二の印加手段である電源、二次転写ローラ２５に二次転写電圧を印加する第三の印加手段である電源を備えている。感光ドラム１は、アルミシリンダの外周に有機光導伝層を塗布して構成し、図示しない駆動モータの駆動力が伝達されて回転するもので、駆動モータは感光ドラム１を画像形成動作に応じて時計周り方向に回転させる。

制御演算部１０が画像信号を受信すると、記録材Ｓは、給紙カセット１５Ａからピックアップローラ１４、給紙ローラ１７、１８によって画像形成装置内に給送される。給紙ローラ１７、１８から搬送路に搬送された記録材Ｓは、後述の画像形成動作と記録材Ｓの搬送との同期をとるためのローラ状同期回転体、即ち、レジストレーションローラ１９ａ、及びレジストレーション対向ローラ１９ｂに挟持され、停止して待機する。以下、レジストレーションローラ１９ａ及びレジストレーション対向ローラ１９ｂを、単に、レジストローラ対１９ａ、１９ｂとする。そして、制御演算部１０は、帯電ローラ２の作用により一定電位に帯電した感光ドラム１の表面に、受信した画像信号に応じた静電潜像をスキャナ部１１によって形成する。

現像器８は感光ドラム１上（感光体上）に形成された静電潜像を可視化する手段であり、ステーション毎にＹＭＣＫ各色の現像を行う。現像器８には、現像ローラ５が設けられており、静電潜像を可視化するための現像電圧が印加されている。このように、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像は、現像器８の作用により単色のトナー像として現像される。

中間転写ベルト２４は感光ドラム１に接触しており、駆動ローラ２６、張架ローラ１３、補助ローラ２３に張架されて、不図示の駆動源により駆動ローラ２６を回転駆動される。これにより、中間転写ベルト２４は、カラー画像形成時に反時計周り方向に感光ドラム１の回転と同期して回転する。現像された単色のトナー像は、一次転写ローラ４に印加された一次転写電圧の作用により順次転写され、中間転写ベルト２４上（像担持体上）で多色のトナー像となる。本実施例の中間転写ベルト２４は、ポリイミド材料にカーボンブラックを分散させた厚さ７０μｍの無端のフィルム状部材を用いている。材料にはＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＶｄＦ、ＰＥＮ等のスーパーエンジニアリングプラスチックや、ＰＥＴ等の汎用エンジニアリングプラスチックを用いてもよい。また、中間転写ベルト２４を張架する張架ローラ１３、補助ローラ２３は、いずれも金属製の導電芯金で形成されており接地電位となっている。また、駆動ローラ２６は、同じく金属製の導電芯金に駆動伝達用の低抵抗ゴム層を付与したもので、張架ローラ１３、補助ローラ２３と同様に接地電位となっている。中間転写ベルト２４上に転写されず感光ドラム１上に残留したトナーは、感光ドラム１に当接して設置されたドラムクリーナ１６により回収される。各色のドラムクリーナ１６は、それぞれ、クリーナブレード１６１とトナー回収容器１６２とで構成されている。

中間転写ベルト２４上に形成された多色のトナー像は二次転写ローラ２５と駆動ローラ２６とで形成される二次転写ニップ部に搬送される。レジストローラ対１９ａ、１９ｂに挟持された状態で待機していた記録材Ｓは、レジストローラ対１９ａ、１９ｂの作用により、中間転写ベルト２４上の多色のトナー像の搬送と同期をとりながら二次転写ニップ部に搬送される。二次転写ローラ２５には二次転写電圧が印加され、記録材Ｓに多色のトナー像が一括で転写される。

定着部２１は、弾性層を有し回転する加圧ローラ２１ａと、加圧ローラ２１ａに圧接し定着ニップ部Ｎを形成し、また、定着ニップ部Ｎを加熱する加熱手段を有する加熱回転体２１ｂから構成される。多色のトナー像を保持した記録材Ｓは、加圧ローラ２１ａにより搬送されるとともに、定着ニップ部Ｎにて熱及び圧力を加えられ、トナーが表面に定着される。トナー像が定着された後の記録材Ｓは、排出ローラ２０ａ、２０ｂによって排紙トレイ３０に排出され画像形成動作が終了される。ベルトクリーナ２８は、中間転写ベルト２４上に残ったトナーをクリーナブレード２８１の作用によってクリーニングするもので、ここで回収されたトナーはクリーナ容器２８２に蓄えられる。

以上説明したような一連の画像形成動作は、画像形成装置内に設けられた制御演算部１０によって制御される。前述した帯電ローラ２、現像ローラ５、一次転写ローラ４、二次転写ローラ２５に印加される電圧や、加熱回転体２１ｂの温度制御等も、制御演算部１０によって制御されている。

検知手段であるトナー像センサ４０は、張架ローラ１３の張架位置で中間転写ベルト２４と対向して配置されており、中間転写ベルト２４上に形成されたトナーの付着量や電荷量を検知するよう構成されている。一般に、電子写真方式のカラー画像形成装置では、消耗品の交換、使用する環境の変化（温度、湿度、装置の劣化等）、プリント枚数等の諸条件によって、トナーや前述した各部材の特性が変化する。トナーや各部材の特性の変化は、画像形成の最適条件の変化に伴う画像不良や画像濃度の変動として顕在化する。そして、画像不良や画像濃度の変動により、本来出力されるはずの適正な画像や正しい色再現性が得られなくなってしまう。そこで、本実施例では、常に最適な画像形成条件でユーザが所望する画像が適正に形成されるようにするため、次のような動作を行う。本実施例では、ユーザによる画像形成指示がなされる以外のタイミングで、作像条件を変えながら複数の試験用のトナー像であるトナーパッチＰ（図２参照）を、試験的に中間転写ベルト２４上に形成する。そして、トナー像センサ４０によりトナーの付着量とトナーの電荷量を検知する。

［トナー像センサ］
図２（ａ）に本実施例のトナー像センサ４０の概略図を示す。トナー像センサ４０は、中間転写ベルト２４と対向して容量結合される検知電極４１ａ、４１ｂ、検知電極４１ａ、４１ｂに静電誘導された電荷量を検知するための電荷量検知部４２を有している。また、トナー像センサ４０は、検知電極４１ａ、４１ｂの裏面側に絶縁基板４４を介して設置され、検知電極４１ａ、４１ｂと中間転写ベルト２４の空間距離が変動するように機械的振動を与える振動部４３を有している。

図２（ｂ）は第一の電極である検知電極４１ａと第二の電極である検知電極４１ｂの配置を示した模式図である。検知電極４１ａ、４１ｂは、中間転写ベルト２４の移動方向と直交する方向を略等しい長さの長辺とする長方形をしている。検知電極４１ａ、４１ｂの短辺は、検知電極４１ａに比べて検知電極４１ｂの方が短くなるように構成されている。２つの検知電極４１ａ、４１ｂは、中間転写ベルト２４の移動方向に並んだ状態で絶縁基板４４上に略平行に近接して配置される。本実施例では、検知電極４１ａの短辺は５ｍｍ、検知電極４１ｂの短辺は１ｍｍ、長辺はいずれも５０ｍｍとなるように構成している。トナーパッチＰは、中間転写ベルト２４上に形成され、付着量及び電荷量をトナー像センサ４０により測定されるトナー像であり、詳細については後述する。

［電荷量検知部］
図３は、図２に示した本実施例のトナー像センサ４０に組み込まれている電荷量検知部４２の回路図を示している。Ｃａは検知電極４１ａと中間転写ベルト２４、又は検知電極４１ａと中間転写ベルト２４上のトナーパッチＰの間に形成される静電容量を示している。また、Ｃｂは検知電極４１ｂと中間転写ベルト２４、又は検知電極４１ｂと中間転写ベルト２４上のトナーパッチＰの間に形成される静電容量を示している。検知電極４１ａは、第一の接続手段であるスイッチ４２１ａの接点４２１ａ−１に接続され、検知電極４１ｂは、第三の接続手段であるスイッチ４２１ｂの接点４２１ｂ−１に接続されている。スイッチ４２１ａは、接点４２１ａ−１と接点４２１ａ−２が接続された第一の状態では、検知電極４１ａと第一のアンプである演算アンプ４２２ａの反転入力端子（−）とを接続する。スイッチ４２１ａは、接点４２１ａ−１と接点４２１ａ−３が接続された第二の状態では、検知電極４１ａの接続を開放状態とする。スイッチ４２１ａは、接点４２１ａ−１と接点４２１ａ−４が接続された第三の状態では、検知電極４１ａを接地する。

また、スイッチ４２１ｂは、接点４２１ｂ−１と接点４２１ｂ−２が接続された第四の状態では、検知電極４１ｂと第二のアンプである演算アンプ４２２ｂの反転入力端子（−）とを接続する。スイッチ４２１ｂは、接点４２１ｂ−１と接点４２１ｂ−３が接続された第五の状態では、検知電極４１ｂの接続を開放状態とする。スイッチ４２１ｂは、接点４２１ｂ−１と接点４２１ｂ−４が接続された第六の状態では、検知電極４１ｂを接地する。

このように、検知電極４１ａ、４１ｂは、スイッチ４２１ａ、４２１ｂにより、演算アンプ４２２ａの反転入力端子（−）、高インピーダンスの開放位置（Ｏｐｅｎ）、接地電位（ＧＮＤ）のいずれかとの間の接続が切り替えられる構成になっている。演算アンプ４２２ａ、４２２ｂは、非反転入力端子（＋）が所定の基準電位Ｖｒに接続されるとともに、反転入力端子（−）と出力端子との間に、第一の容量素子である容量素子４２４ａ、第二の容量素子である容量素子４２４ｂが接続されている。容量素子４２４ａ、４２４ｂには、第二の接続手段であるスイッチ４２３ａ、第四の接続手段である４２３ｂがそれぞれ並列に接続されている。

差分検出アンプ４２５の非反転入力端子（＋）には、演算アンプ４２２ａから出力された電圧Ｖａを抵抗Ｒ１ａ、Ｒ２ａで分圧した電圧が入力される。差分検出アンプ４２５の反転入力端子（−）には、演算アンプ４２２ｂから出力された電圧Ｖｂを抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂで分圧した電圧が入力される。差分検出アンプ４２５は、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂからそれぞれ出力される測定した電圧Ｖａ、Ｖｂの差（＝Ｖａ−Ｖｂ）をＶｏｕｔとして、制御演算部１０に出力する。制御演算部１０は、差分検出アンプ４２５から入力された電圧Ｖｏｕｔ（以下、差分電圧Ｖｏｕｔともいう）に基づいて、中間転写ベルト２４上に形成されたトナー像の付着量を検知する。

［各スイッチの動作と出力電圧の時間変化］
図４（Ａ）は、スイッチ４２１ａ（又はスイッチ４２１ｂ）、スイッチ４２３ａ（又はスイッチ４２３ｂ）の動作と出力電圧の時間変化を示す模式図である。図４（Ａ）の（ａ）は、電荷量検知部４２が動作する際の基準クロックを示している。図４（Ａ）の（ｂ）は、スイッチ４２１ａ（又はスイッチ４２１ｂ）が演算アンプ４２２ａ（又は演算アンプ４２２ｂ）の反転入力端子（−）、開放位置（Ｏｐｅｎ）、接地電位（ＧＮＤ）のどの位置に接続されているかを示している。図４（Ａ）の（ｃ）は、スイッチ４２３ａ（又はスイッチ４２３ｂ）の接続状態（ＯＮ、ＯＦＦ）を示している。図４（Ａ）の（ｄ）は、電荷量検知部４２（詳細には、差分検出アンプ４２５）から制御演算部１０に出力される出力電圧Ｖｏｕｔを示している。横軸はいずれも時間である。

タイミングｔ１で、検知電極４１ａ、４１ｂがスイッチ４２１ａ、４２１ｂを介して演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの反転入力端子（−）に接続され、かつスイッチ４２３ａ、４２３ｂがオフ状態となり、図３に示した状態となる。タイミングｔ１では、演算アンプ４２２ａの出力端子からは、検知電極４１ａと中間転写ベルト２４との間に形成された静電容量Ｃａと容量素子４２４ａの静電容量との比に応じた電圧Ｖａが出力される（図３参照）。また、タイミングｔ１では、演算アンプ４２２ｂの出力端子からは、検知電極４１ｂと中間転写ベルト２４との間に形成された静電容量Ｃｂと容量素子４２４ｂの静電容量との比に応じた電圧Ｖｂが出力される（図３参照）。タイミングｔ２で、スイッチ４２１ａ、４２１ｂが開放位置（Ｏｐｅｎ）に接続されると、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの出力端子の電圧Ｖａ、Ｖｂは保持される。このため、第三のアンプである差分検出アンプ４２５（図３参照）から出力される電圧Ｖｏｕｔ（例えば、電圧Ｖｔとする）も保持される。

タイミングｔ３で、スイッチ４２３ａ、４２３ｂがオフ状態からオン状態に切り替わる。そうすると、容量素子４２４ａ、４２４ｂが短絡され容量素子４２４ａ、４２４ｂに充電されていた電荷が放電されて、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの出力端子の電圧がリセットされる。このとき、スイッチ４２１ａ、４２１ｂを接地電位（ＧＮＤ）に切り替えることによって、検知電極４１ａ、４１ｂも放電され電圧がリセットされる。その後、タイミングｔ４で、スイッチ４２３ａ、４２３ｂを再度オフにした状態で、スイッチ４２１ａ、４２１ｂを検知電極４１ａ、４１ｂと演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの反転入力端子（−）が接続するように、再度切り替える。

この動作により、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの出力端子からは、検知電極４１ａ、４１ｂと中間転写ベルト２４との間に形成された静電容量Ｃａ、Ｃｂと容量素子４２４ａ、４２４ｂの静電容量との比に応じた電圧Ｖａ、Ｖｂが再度、それぞれ出力される。タイミングｔ１からタイミングｔ４までの動作が繰り返されることにより、静電容量Ｃａ、Ｃｂが周期的に測定され、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂからは、測定された電圧が周期的に更新されて出力される。

同じ長さで近接して略平行に配置された検知電極４１ａ、４１ｂには、位相や振幅等が同じように揃った電磁波ノイズが誘導される。差分検出アンプ４２５は、電極面積の大きな検知電極４１ａに接続された演算アンプ４２２ａの出力（Ｖａ）から電極面積の小さな検知電極４１ｂに接続された演算アンプ４２２ｂの出力（Ｖｂ）を差し引くこととなる（Ｖａ−Ｖｂ）。これは、演算アンプ４２２ａの出力から電磁波ノイズを除去することと等価とみなすことができる。このため、トナー像センサ４０を以上のような構成とすることで、高い耐環境ノイズ性能を得ることが可能となり、検知電極４１ａと中間転写ベルト２４との間に形成される静電容量の、トナーの付着量の差に応じた微小な変化を捉えることが可能となる。

トナーの付着量が変化することは、中間転写ベルト２４と検知電極４１ａ、４１ｂとの間に介在するトナー層の厚み及び空気層の厚みが変化することである。トナー層の厚み及び空気層の厚みに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが変化し、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂによって測定された電圧Ｖａ、Ｖｂも変化する。本実施例の制御演算部１０は、基準クロックに基づいて、前述したスイッチ４２１ａ、４２１ｂが開放位置（Ｏｐｅｎ）に接続されて電圧Ｖａ、Ｖｂが保持されているタイミング（タイミングｔ２〜ｔ３）で、差分検出アンプ４２５の出力電圧Ｖｏｕｔを検知する。制御演算部１０は、電圧Ｖａ、Ｖｂが保持されているタイミングで差分検出アンプ４２５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの値を電圧Ｖｔとして測定する。なお、差分検出アンプ４２５からの電圧Ｖｔとトナーの付着量とを対応付けた情報、例えば、トナーの付着量が多くなるほど差分電圧Ｖｔが高くなるといった情報は、設計段階や工場出荷時等に測定されて予め制御演算部１０に記憶されているものとする。これにより、本実施例では、制御演算部１０はトナーの付着量の変化を測定できるようにしている。

［トナーの電荷量］
次に、図４（Ｂ）を用いて、中間転写ベルト２４上に形成されたトナーの電荷量を見積もる手法について説明する。図４（Ｂ）の（ａ）は、図４（Ａ）の（ａ）と同様の基準クロックを示す。図４（Ｂ）の（ｂ）は、トナー像センサ４０に組み込まれた振動部４３を駆動する駆動信号を示し、基準クロックの分周信号となっている。振動部４３に図４（Ｂ）の（ｂ）のような駆動信号が入力されると、振動部４３は入力された駆動電圧に応じて一定の振幅で振動する。これにより、検知電極４１ａ、４１ｂと中間転写ベルト２４との間の空間距離が一定の振幅で変動し、検知電極４１ａ、４１ｂと中間転写ベルト２４の間に形成される静電容量Ｃａ、Ｃｂもこれに応じて変化する。

まず、スイッチ４２１ａ、４２１ｂにより、検知電極４１ａ、４１ｂと演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの反転入力端子（−）を接続する。この状態で、スイッチ４２３ａ、４２３ｂがオフされていると、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂの出力端子からは、静電容量Ｃａ、Ｃｂと容量素子４２４ａ、４２４ｂの静電容量との比に応じた電圧Ｖａ、Ｖｂがそれぞれ出力される。そして、振動部４３の振動に応じて、電圧Ｖａ、Ｖｂも変化する。

図４（Ｂ）の（ｃ）は、演算アンプ４２２ａ（又は４２２ｂ）から出力される電圧Ｖａ（又はＶｂ）の時間変化を、図４（Ｂ）の（ｂ）に対応させて模式的に示す。なお、図４（Ｂ）の（ｃ）は模式図であり、演算アンプ４２２ａからの出力Ｖａと演算アンプ４２２ｂからの出力Ｖｂは、その絶対値が異なる。図４（Ｂ）の（ｃ）に示すように、演算アンプ４２２ａから出力される電圧Ｖａは、振動部４３の振動による検知電極４１ａと中間転写ベルト２４との空間距離が振動することに応じて、一定の振幅Ｖｐｐａで振動する。ここで、振幅Ｖｐｐａは、電圧Ｖａ１と電圧Ｖａ２の差分（Ｖａ１−Ｖａ２）である。同様に、演算アンプ４２２ｂから出力される電圧Ｖｂは、振動部４３の振動による検知電極４１ｂと中間転写ベルト２４との空間距離が振動することに応じて、一定の振幅Ｖｐｐｂで振動する。ここで、振幅Ｖｐｐｂは、電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２の差分（Ｖｂ１−Ｖｂ２）である。

例えば、振動部４３の振動により演算アンプ４２２ａから出力される電圧Ｖａについて、最も大きい場合の電圧ＶａをＶａ１、最も小さい場合の電圧ＶａをＶａ２とする。差分検出アンプ４２５は、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂからそれぞれ出力される電圧Ｖａ、Ｖｂの差を出力電圧Ｖｏｕｔとして制御演算部１０に出力する。ここで、差分検出アンプ４２５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔについて、最も大きい場合の出力電圧ＶｏｕｔをＶｃ１、最も小さい場合の出力電圧ＶｏｕｔをＶｃ２とする。制御演算部１０は、差分検出アンプ４２５から出力された出力電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の差を振幅Ｖｐｐ（Ｖｃ１−Ｖｃ２）として検知する。制御演算部１０は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、中間転写ベルト２４上に形成されたトナーの電荷量を検出する。

トナーの電荷量が変化することは、中間転写ベルト２４と検知電極４１ａ、４１ｂとの間の電界強度分布が変化することであり、電界強度分布の変化に応じて、演算アンプ４２２ａ、４２２ｂから出力される電圧の振幅Ｖｐｐａ、Ｖｐｐｂも変化する。そして、差分検出アンプ４２５から出力される電圧の振幅Ｖｐｐも変化する。本実施例では、基準クロックに基づいて、図４（Ｂ）に示されるタイミングＴ１で差分検出アンプ４２５からの差分電圧Ｖｏｕｔの値を電圧Ｖｃ１として測定し、タイミングＴ２で差分検出アンプ４２５からの差分電圧Ｖｏｕｔの値を電圧Ｖｃ２として測定する。電圧Ｖｃ１と電圧Ｖｃ２の差分値である振幅Ｖｐｐとトナーの電荷量とを関連付けた情報、例えば、トナーの電荷量が多いほど振幅Ｖｐｐが大きくなるといった情報は、設計段階や工場出荷時等に測定されて予め制御演算部１０に記憶されているものとする。これにより、本実施例では、制御演算部１０はトナーの電荷量の変化を測定できるようにしている。

［トナー像検知動作、画像形成条件の制御］
次に、トナー像センサ４０を用いた画像形成装置のトナー像検知動作及び検知結果に応じた画像形成条件の制御について説明する。図５は、本実施例の画像形成装置における制御演算部１０の構成の一例を示すブロック図である。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された各種制御プログラムに基づいてＲＡＭ１０３を作業領域に用い、画像形成装置の各部を制御しながら画像形成を行う。ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや各種データ、テーブルが格納されており、上述した差分電圧Ｖｔとトナーの付着量を対応付けた情報や、振幅Ｖｐｐとトナーの電荷量を対応付けた情報も記憶されている。ＲＡＭ１０３にはプログラムロード領域、ＣＰＵ１０１の作業領域、各種データの格納領域等がある。また、パターン発生部１０４は、試験用のトナー像としてのトナーパッチＰの画像データ信号を発生させる。形成手段である画像形成部１０５には、前述した感光ドラム１、帯電ローラ２、スキャナ部１１、現像器８、一次転写ローラ４等が含まれる。

外部機器等からのユーザ指示によって画像形成装置のキャリブレーションが開始されると、画像形成装置は最初にトナー像センサ４０の初期化動作を行う。初期化動作では、中間転写ベルト２４上にトナー像がない状態で前述したトナー像センサ４０を動作させる。即ち、トナー像センサ４０は、中間転写ベルト２４の表面を検知する。具体的には、図４（Ａ）に示したスイッチ４２１ａ、４２１ｂの切替えを行い、差分電圧Ｖｔを検知する動作によりトナーの付着量の測定を行う。その後、図４（Ｂ）に示したように、振動部４３を駆動させ、振幅Ｖｐｐを検知する動作によりトナー像の電荷量の測定を行う。ここで、初期化動作において測定された差分電圧ＶｔをＶｔ０、振幅ＶｐｐをＶｐｐ０とする。初期化動作における差分電圧Ｖｔ０、振幅Ｖｐｐ０は、それぞれ、トナーの付着量０ｍｇ／ｃｍ^２、トナーの電荷量０μＣにおける出力値としてＲＡＭ１０３に格納される。

次に、画像形成部１０５は、パターン発生部１０４から出力された画像データ信号に応じて、作像条件を変えながら試験的に帯状のトナーパッチＰを中間転写ベルト２４上に形成する。画像形成部１０５により形成されるトナーパッチＰは、図２（ｂ）に示すように、検知電極４１ａと対向する位置に、検知電極４１ａ、４１ｂの長辺全域を覆うように幅５５ｍｍで形成される。形成されたトナーパッチＰは、中間転写ベルト２４が回転したままの状態で、トナー像センサ４０の動作によって検知され、トナーの付着量とトナーの電荷量に応じた出力値（差分電圧Ｖｔ、振幅Ｖｐｐ）が順次測定される。

ＣＰＵ１０１は、トナーパッチＰを検知した際のトナー像センサ４０の出力値とＲＡＭ１０３に格納されたトナーの付着量０ｍｇ／ｃｍ^２、トナーの電荷量０μＣにおける出力値との差分（Ｖｔ−Ｖｔ０、Ｖｐｐ−Ｖｐｐ０）を演算する。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に予め格納されているこれらの差分値とトナーの付着量及び電荷量とを対応付けた情報（例えばテーブル）から、中間転写ベルト２４上に形成されたトナー像の付着量及び電荷量を求める。ＣＰＵ１０１は、求めたトナー像の付着量及び電荷量に基づいて、ＲＯＭ１０２に格納された各種の画像制御プログラムに従って画像形成部１０５の画像形成条件を決定する。

画像形成条件としては、例えば、現像電圧、一次転写電圧、二次転写電圧、又は定着部２１の加熱回転体２１ｂの温度等がある。ＣＰＵ１０１は、求めたトナー像の付着量及び電荷量に基づいて、これらの画像形成条件を決定し、画像形成動作を実行する。例えば、定着部２１の加熱回転体２１ｂの温度の場合、トナー像の付着量が多いほど温度を高く設定する。また、例えば、一次転写電圧や二次転写電圧の場合、トナー像の付着量が多いほど一次転写電圧や二次転写電圧を高く設定する。また、例えば、一次転写電圧や二次転写電圧の場合、トナー像の電荷量が多いほど一次転写電圧や二次転写電圧を高く設定する。更に、現像電圧の場合、トナー像の付着量や電荷量に他の特性等も考慮して、現像電圧が設定される。

以上説明したように、本実施例よれば、一つのトナー像センサ４０でトナーの付着量と電荷量を測定することが可能となり、適正な画像形成条件で画像形成を行うことが可能となる。なお、本実施例では、トナー像センサ４０の検知電極として２つの検知電極を用い、それらの差分を測定することで、電磁波ノイズに対する耐性を強化している。しかし、電磁波ノイズの影響を受けにくい環境下で使用される場合等は、必ずしも２つの検知電極の差分を測定する必要はなく、その場合には検知電極も１つでよい。

一方、電磁波ノイズの影響を極力取り除きたい場合には、例えば、図６（ａ）に示すように、２つの検知電極４１ａ、４１ｂの回りを検知電極４１ａ、４１ｂと同電位になるよう制御された遮蔽手段である遮蔽電極５０で覆う構成としてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、２つの検知電極４１ａ、４１ｂと振動部４３との間に、検知電極４１ａ、４１ｂと同電位になるよう制御された遮蔽手段である遮蔽電極５１を設ける等してもよい。また、本実施例では、トナー像センサ４０として検知電極４１ａ、４１ｂの裏面側に振動部４３を設置して、トナーの付着量及び電荷量の両方を測定できる構成としている。しかし、振動部４３を設置せず、トナーの付着量のみを測定するよう動作させてもよい。

以上、本実施例によれば、画像形成装置の小型化、低コスト化を妨げることなく、画像形成条件を適切に制御することができる。

［トナー像センサ］
図７（ａ）に実施例２のトナー像センサ４５の概略図を示す。トナー像センサ４５は、検知電極４６ａ、４６ｂと、電荷量検知部４７と、絶縁基板４９と、振動部４８とを有している。検知電極４６ａ、４６ｂは、中間転写ベルト２４と対向して容量結合される。電荷量検知部４７は、検知電極４６ａ、４６ｂに静電誘導された電荷量を検出する。振動部４８は、検知電極４６ａ、４６ｂの裏面側に絶縁基板４９を介して設置され、検知電極４６ａ、４６ｂと中間転写ベルト２４の空間距離が変動するように機械的振動を与える。

図７（ｂ）は、検知電極４６ａ、４６ｂの配置を示した模式図である。検知電極４６ａ、４６ｂは、中間転写ベルト２４の移動方向と直交する方向を長辺とする略同じ形状の長方形をしており、２つの検知電極４６ａ、４６ｂは、中間転写ベルト２４の移動方向と直交する方向に並んだ状態で絶縁基板４９上に近接して配置される。本実施例では、検知電極４６ａ、４６ｂの短辺は５ｍｍ、長辺は５０ｍｍとなるように構成している。なお、電荷量検知部４７の構成及びそれらの動作は実施例１で説明した構成と同様であり、説明を省略する。また、画像形成装置の構成や制御演算部１０の構成は実施例１で説明した構成を同様であり、説明を省略する。

［トナー像検知動作、画像形成条件の制御］
次に、このように構成された本実施例のトナー像センサ４５を用いて、実施例１で説明した構成と同様の画像形成装置におけるトナー像検知動作及び検知結果に応じた画像形成条件の制御を行う方法について説明する。外部機器等からのユーザ指示によって画像形成装置のキャリブレーションが開始されると、次の動作が開始される。画像形成装置の画像形成部１０５は、パターン発生部１０４からの信号出力に応じて帯状のトナーパッチＰを、作像条件を変えながら試験的に中間転写ベルト２４上に形成する。この際に形成されるトナーパッチＰは、検知電極４１ａと対向する位置に検知電極４１ａの長辺全域を覆うように、かつ検知電極４１ｂと対向する位置を避けるように、幅５５ｍｍで形成する（図７（ｂ）参照）。形成されたトナーパッチＰは、中間転写ベルト２４が回転したままの状態で、トナー像センサ４０と同様の動作によってトナーの付着量とトナーの電荷量に応じた出力値が順次測定される。

ここで、図３の演算アンプ４２２ａからの出力は、トナーパッチＰと対向する検知電極４６ａに静電誘導された電荷量に応じた出力となる。一方、図３の演算アンプ４２２ｂからの出力は、トナーパッチＰと対向していない検知電極４６ｂ、言い換えれば、中間転写ベルト２４の表面と検知電極４６ｂに静電誘導された電荷量に応じた出力となる。したがって、本実施例の差分検出アンプ４２５からの出力は、実施例１における、トナーパッチＰを検知したときの出力からＲＡＭ１０３に格納されたトナーの付着量０ｍｇ／ｃｍ^２、電荷量０μＣにおける出力値の差分を演算することと等価である。

即ち、本実施例では、検知電極４６ａに対向してトナーパッチＰを形成し、検知電極４６ｂに対向する位置にはトナーパッチＰを形成しないことによって、差分検出アンプ４２５からＶｔ−Ｖｔ０、Ｖｐｐ−Ｖｐｐ０が出力される。このため、本実施例では、実施例１において実施した初期化動作（Ｖｔ０、Ｖｐｐ０を求める動作）を行うことなく、トナーの付着量及び電荷量の計測を行うことができる。本実施例では、トナーパッチＰを形成したときに、図４（Ａ）のスイッチ４２１ａ、４２１ｂの切替え動作によるトナーの付着量の検知、図４（Ｂ）の振動部４３の駆動によるトナーの電荷量の検知と同様の動作を行う。したがって、本実施例では、画像形成装置のキャリブレーションに要する時間を短縮することが可能となる。そして、ＣＰＵ１０１は、測定された出力値に基づいて、実施例１と同様、ＲＯＭ１０２に格納された各種の画像制御プログラムに従って画像形成部１０５の画像形成条件を決定し、画像形成動作を実行する。画像形成条件については実施例１と同様であり、説明を省略する。

以上説明したように、本実施例においても一つのトナー像センサ４５でトナーの付着量及び電荷量を測定することが可能となり、適正な画像形成条件で画像形成を行うことが可能となる。なお、本実施例では、トナー像センサ４５として検知電極４６ａ、４６ｂの裏面側に振動部４８を設置して、トナーの付着量及び電荷量の両方を測定できる構成としている。しかし、振動部４８を設置せず、トナーの付着量のみを測定するよう動作させてもよい。また、本実施例においても、電磁波ノイズの影響を極力取り除きたい場合には、２つの検知電極４６ａ、４６ｂの回りを検知電極４６ａ、４６ｂと同電位になるよう制御された遮蔽電極で覆う構成としてもよい（図６（ａ）参照）。また、２つの検知電極４６ａ、４６ｂと振動部４８との間に、検知電極４６ａ、４６ｂと同電位になるよう制御された遮蔽電極を設ける等してもよい（図６（ｂ）参照）。

以上、本実施例によれば、画像形成装置の小型化、低コスト化を妨げることなく、画像形成条件を適切に制御することができる。

１０ 制御演算部
２４ 中間転写ベルト
４０ トナー像センサ
４１ａ、４１ｂ 検知電極
１０５ 画像形成部

Claims (11)

1. トナー像を形成する形成手段と、
   前記形成手段により形成されたトナー像を担持する像担持体と、
   電極を有し、前記像担持体と前記電極との間、又は前記像担持体上に担持されたトナー像と前記電極との間に誘導された電荷量を検知する検知手段と、
   前記電極に振動を与えた状態と前記電極に振動を与えない状態とに切り替わる振動手段と、
   前記振動手段により前記電極に振動を与えない状態で前記検知手段により検知された電荷量と前記振動手段により前記電極に振動を与えた状態で前記検知手段により検知された電荷量とに基づいて、画像形成条件を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記検知手段により検知された電荷量に基づいて、前記トナー像のトナーの付着量を求め、前記付着量に基づいて前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記検知手段により検知された電荷量に基づいて、前記トナー像のトナーの電荷量を求め、前記電荷量に基づいて前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電極は第一の電極及び第二の電極からなり、
   前記振動手段は、前記第一の電極及び前記第二の電極と前記像担持体、又は前記第一の電極及び前記第二の電極と前記トナー像との間の距離を変化させるように前記電極に振動を与えた状態に切り替わり、
   前記制御手段は、前記振動手段により前記第一の電極及び前記第二の電極を振動させて前記検知手段により検知した結果に基づき、前記トナーの電荷量を求めることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記第一の電極及び前記第二の電極は長方形であり、前記像担持体の移動方向に直交する方向を長辺として前記移動方向に略平行に近接して設けられ、
   前記第一の電極及び前記第二の電極の前記長辺の長さは略等しく、
   前記第二の電極の前記移動方向の長さは、前記第一の電極の前記移動方向の長さに比べて短いことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記像担持体にトナー像が形成されていない状態で前記検知手段により検知された電荷量と、前記像担持体にトナー像が形成されている状態で前記検知手段により検知された電荷量と、に基づいて、前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記電極は第一の電極及び第二の電極からなり、
   前記第一の電極及び前記第二の電極は略同じ形状の長方形であり、前記像担持体の移動方向に直交する方向を長辺として前記移動方向に直交する方向に並べて設けられ、
   前記形成手段は、前記像担持体の前記第一の電極に対向する位置にトナー像を形成し、前記像担持体の前記第二の電極に対向する位置にはトナー像を形成しないことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
8. 前記振動手段は、前記第一の電極と前記トナー像、及び前記第二の電極と前記像担持体との間の距離を変化させるように前記電極に振動を与えた状態に切り替わり、
   前記制御手段は、前記振動手段により前記第一の電極及び前記第二の電極を振動させて前記検知手段により検知した結果に基づき、前記トナーの電荷量を求めることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記第一の電極及び前記第二の電極を取り囲むように配置され、前記第一の電極及び前記第二の電極の電位と略同じ電位となるように制御された遮蔽手段を備えることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記第一の電極及び前記第二の電極と前記振動手段との間に配置され、前記第一の電極及び前記第二の電極の電位と略同じ電位となるように制御された遮蔽手段を備えることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記形成手段は、感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記感光体を露光して潜像を形成する露光手段と、前記露光手段により形成された潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像手段と、前記現像手段により形成された前記感光体上のトナー像を前記像担持体に転写する第一の転写手段と、を有し、
    前記現像手段に電圧を印加する第一の印加手段と、
    前記第一の転写手段に電圧を印加する第二の印加手段と、
    前記第一の転写手段により前記像担持体上に転写されたトナー像を記録材に転写する第二の転写手段と、
    前記第二の転写手段に電圧を印加する第三の印加手段と、
    前記第二の転写手段により転写されたトナー像を記録材に定着させる定着手段と、
    を備え、
    前記画像形成条件は、前記第一の印加手段により印加される電圧、前記第二の印加手段により印加される電圧、前記第三の印加手段により印加される電圧、前記定着手段の温度、の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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