(57)【要約】【課題】トナーの質量を測定しようとした場合、トナーが吸着する水晶の振動面においてトナーが横滑りしてしまい、質量を正確に検知できないという課題があった。【解決手段】測定装置であって、両面に電極を有する水晶振動子であって、前記電極への電圧の印加に伴って振動する方向が電極面と平行である水晶振動子と、前記水晶振動子の第一の電極の表面に付着したトナーの質量を測定する測定手段とを有し、前記第一の電極の表面に前記トナーを把持するための凹凸構造が形成される。【選択図】  図１８
2015081955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置であって、
両面に電極を有する水晶振動子であって、前記電極への電圧の印加に伴って振動する方向が電極面と平行である水晶振動子と、
前記水晶振動子の第一の電極の表面に付着したトナーの質量を測定する測定手段と
を有し、
前記第一の電極の表面に前記トナーを把持するための凹凸構造が形成されることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記凹凸構造は、粗面形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記凹凸構造は、前記水晶振動子の振動する方向とほぼ垂直方向に延びたＶ字形状により構成されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記凹凸構造の平均深さは、前記トナーの平均粒径とほぼ同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記凹凸構造の平均深さは、前記トナーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の測定装置を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の現像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、測定装置、現像装置、および画像形成装置に関し、特にトナーの帯電量を検知する検知制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、リーダによって読み取った原稿や外部のＰＣから転送された画像に基づいて感光体上に静電潜像を形成し、感光体上の静電潜像を現像器内のトナーを用いて現像し、トナー像を形成する。この画像形成装置は、感光体に静電潜像を形成するために露光装置から照射されるレーザ光の露光光量、感光体上の静電潜像を現像するための現像バイアス、感光体を帯電させる帯電電位などの画像形成条件を制御することによって、トナー像の濃度を制御する。しかし、大量にトナー像を形成している間に現像器からトナーが消費されたり、現像器に新たにトナーが補給されたりすると、この現像器内のトナーの帯電量が変化してしまう。さらに、現像器内の温度や湿度が変化してしまうと、現像器内のトナーの帯電量が変化してしまう。トナー像の濃度や色味を高精度に制御するためには現像器内のトナーの帯電量に応じて画像形成条件を制御することが望まれている。
【０００３】
現像器の磁気ブラシローラから微小量のトナーを採取するプローブを備え、このプローブにより採取されたトナーの質量と、磁気ブラシローラ上の電荷量の変化とに基づいて、現像器内のトナーの帯電量を測定するものがある（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１では、先ず、圧電性結晶共振器と電極を備えたプローブに現像器の磁気ブラシローラ上のトナーを吸着させ、圧電性結晶共振器を振動させる。プローブにトナーを付着させた状態での振動周波数と、プローブにトナーを付着させていない状態での振動周波数との差に応じて、プローブに付着させたトナーの質量Ｍを演算する。さらに、磁気ブラシローラからプローブにトナーが移動されるので、プローブに付着させたトナーの帯電量Ｑは、磁気ブラシローラ上の電荷量の変化を計測することで求めることができる。プローブに付着させたトナーの質量Ｍと電荷量Ｑとに基づいて現像器内のトナーの帯電量を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５００６８９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際にプローブにトナーを付着させた状態での振動周波数が、プローブにトナーを付着させていない状態での振動周波数と変わらず、プローブに付着させたトナーの質量Ｍを検知することができないことが実験によって判明している。
【０００７】
この理由として考えられるのが、ＱＣＭセンサの振動により、検知すべきトナーが滑り落ちてしまうことである。例えば、プローブの質量検知面は数［ＭＨＺ］から１０［ＭＨｚ］の共振周波数でずり振動している。振動方向は電極面に平行な一つの方向であり、その振幅は数［ｎｍ］程度とされている。トナーの質量を検知するためには、トナーが質量検知面のずり振動に対して滑ることなく、トナーが質量検知面に把持されていなければならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、圧電性結晶共振器を振動させたときのトナーの滑りを抑制することによって、トナー帯電量を高精度に検知できる測定装置、現像装置、及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、測定装置であって、両面に電極を有する水晶振動子であって、前記電極への電圧の印加に伴って振動する方向が電極面と平行である水晶振動子と、前記水晶振動子の第一の電極の表面に付着したトナーの質量を測定する測定手段とを有し、前記第一の電極の表面に前記トナーを把持するための凹凸構造が形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トナー帯電量を高精度に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電子写真画像形成装置の構成例の概略を示す図。
【図２】従来のＱＣＭ水晶センサの構成例を示す図。
【図３】現像装置の構成例を示す図。
【図４】現像装置内のトナーの帯電量の変化を示す図。
【図５】ＱＣＭ水晶センサ周りの構成例を示す図。
【図６】Ｑ／Ｍ計測の概要動作を示すフローチャート。
【図７】回路の構成例を示す回路図。
【図８】本実施例に係るタイミングチャート。
【図９】Ｑ／Ｍ計測におけるトナー吸着電位の充電フローチャート。
【図１０】Ｑ／Ｍ計測におけるトナー剥離フローチャート。
【図１１】Ｑ／Ｍ計測におけるＱとＭの計測フローチャート。
【図１２】Ｑ／Ｍ計測におけるトナー吸着フローチャート。
【図１３】γＬＵＴを説明するための図。
【図１４】トナー帯電量の変動により生じる階調特性変動を説明するための図。
【図１５】ＬＵＴを補正するためのフローチャート。
【図１６】基準値を設定するためのフローチャート。
【図１７】実施例１にＱＣＭ水晶センサの構成を示す図。
【図１８】実施例１のＱＣＭ水晶センサの断面を示す図。
【図１９】実施例２のＱＣＭ水晶センサの構成を示す図。
【図２０】実施例２のＱＣＭ水晶センサの断面を示す図。
【図２１】トナーによるＱＣＭ水晶センサの共振周波数の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施例１＞
（ＱＣＭ水晶センサの構成）
本実施例にて用いるトナーの質量を測定するＱＭＣ水晶センサの構成を、図１７、及び、図１８を用いて説明する。
【００１３】
図１７（ａ）、（ｂ）はＱＣＭ水晶センサを２つの電極面それぞれの方向からの斜視図である。ＱＣＭ水晶センサ１２０は、トナー吸着面電極１２１、トナー非吸着面電極１２２、トナー吸着面電極１２１側の電極端子１２３、トナー非吸着面電極１２２側の電極端子１２４、水晶片１２７（水晶振動子）から構成される。本実施例において、電極端子１２３は、電気的な外乱成分が入らないよう、表面が絶縁物質で被覆されている。トナー吸着面電極１２１は、水晶片１２７（水晶振動子）の一方の面（第１の面）に設けられた第１の電極に相当し、トナー非吸着面電極１２２は水晶片１２７（水晶振動子）の他方の面（第２の面）に設けられた第２の電極に相当する。すなわち、ＱＣＭ水晶センサ１２０は、両面に電極を有する。ＱＣＭ水晶センサ１２０の測定原理に関しては、例えば特許第３７２５１９５号に詳細に記載されているので、ここでは概要のみを記載する。
【００１４】
図１８は、トナー吸着面電極１２１の断面図である。本実施例において、トナー吸着面電極１２１の表面には平均深さ５［μｍ］の粗面となっている。なお、水晶片１２７の厚みは、例えば、５００［μｍ］である。図１８では平均深さ５［μｍ］の凹凸構造を強調して図示している。図１８に示す水晶振動子の凹凸は砥粒番碇＃８００の研削材砥粒によりラッピング加工を行い、その後、５０［ｎｍ］のＡｕで電極を形成して作成したものである。水晶片１２７の共振周波数は５．００３［ＭＨｚ］である。
【００１５】
図１８に示すトナー吸着面電極１２１に平均粒径６［μｍ］のトナーを振りかけて共振周波数の変化ΔＦを測定した結果を図２１に示す。図２１において、縦軸を共振周波数の変化ΔＦとし、横軸を水晶振動子に振り掛けるトナー量を示す。また、図２はトナー吸着面電極１２１の表面に鏡面仕上げが施されたＱＣＭ水晶センサ１２０の斜視図である。図２と図１９とは、トナー吸着面電極１２１がある面の凹凸の有無が異なり、そのほかの構成は同じものとする。
【００１６】
図２１は、図１７の粗面仕上げが施されたＱＣＭ水晶センサ１２０と、図２の鏡面仕上げが施されたＱＣＭ水晶センサ１２０とにトナーを振りかけた場合の、共振周波数の変化ΔＦを測定した結果である。なお、ＱＣＭ水晶センサ１２０に振りかけたトナーの量は、トナー量２よりもトナー量１の方が多い。鏡面仕上げが施されたＱＣＭ水晶センサ１２０（図２）では、図２１の○で示すように、トナー量を変化させてもまったく共振周波数が変化しなかった。一方、本実施例のＱＣＭ水晶センサ１２０（図１７）では、図２１の◆で示すように、トナー量に応じて共振周波数が変化した。本実施例のＱＣＭ水晶センサ１２０は、トナー量が増加すると、共振周波数が減少し、トナーをＱＣＭ水晶センサ１２０から除去すると共振周波数が上昇した。なお、ＱＣＭ水晶センサ１２０に付着しているトナーを完全に除去すると、本実施例のＱＣＭ水晶センサ１２０（図２１の◆）の共振周波数は５．００３［ＭＨｚ］に戻ることが実験によって確認されている。さらに、ＱＣＭ水晶センサ１２０の応答速度は数ｍ秒以下と極めて高速であった。
【００１７】
なお、本実施例のＱＣＭ水晶センサ１２０（図１７）は、トナー吸着面電極１２１に形成される凹凸部の平均深さを５［μｍ］としたが、凹凸部の深さはトナーが滑りにくい深さであればどのような深さであってもよい。例えば、凹凸部の平均深さを平均粒径とほぼ同一にしてもよく、また、例えば、凹凸部の平均深さを平均粒径よりも大きくするようにしてもよい。トナー吸着面電極１２１が粗面形状に加工されているので、トナーとトナー吸着面電極１２１の接触面積が増加し、トナー吸着面電極１２１にずり振動を生じさせたときのトナーの滑りが低減される。
【００１８】
本実施例によれば、ＱＣＭ水晶センサ１２０（図１７）を振動させた場合であっても、トナー吸着面電極１２１の粗面がトナーの横滑りを防止するので、トナーの質量を検知できる。
【００１９】
＜実施例２＞
（ＱＣＭ水晶センサの構成）
図１９（ａ）、（ｂ）は本実施例のＱＣＭ水晶センサを２つの電極面それぞれの方向からの斜視図である。本実施例のＱＣＭ水晶センサ１２０も実施例１と同様に、トナー吸着面電極１２１、トナー非吸着面電極１２２、トナー吸着面電極１２１側の電極端子１２３、トナー非吸着面電極１２２側の電極端子１２４、水晶片１２７（水晶振動子）から構成される。さらに、本実施例においても、電極端子１２３は、電気的な外乱成分が入らないよう、表面が絶縁物質で被覆されている。トナー吸着面電極１２１は、水晶片１２７（水晶振動子）の一方の面（第１の面）に設けられた第１の電極に相当し、トナー非吸着面電極１２２は水晶片１２７（水晶振動子）の他方の面（第２の面）に設けられた第２の電極に相当する。
【００２０】
図１９（ａ）に示すように、トナー吸着面電極１２１には深さ５［μｍ］の溝が複数形成されている。図２０は、トナー吸着面電極１２１の断面模式図である。本実施例において、複数の溝が並んでいる方向が水晶片１２７のずり振動方向（矢印５０２）と並行となっている。つまり、溝が水晶片１２７のずり振動方向に直交する方向に延びて形成されている。図２０では平均深さ５［μｍ］の複数の溝の凹凸を強調して図示しているが、図２０に示すトナー吸着面電極１２１の表面の凹凸はレジストを露光現像後、ＣＦ４＋Ｏ２ガスを流した環境下ＲＩＥ加工によって形成し、その後、レジストを剥離して形成したものである。また、本実施例においてもトナーの平均粒径は６［μｍ］とする。
【００２１】
本実施例に係るＱＣＭ水晶センサ１２０は、振動方向に対して溝がほぼ垂直方向になるように構成される。図２０に示す矢印５０２は、水晶片１２７の振動方向である。この振動方向は、トナー吸着面電極１２１に対して平行となっている。トナー５０１を把持する溝は、矢印５０２に対してほぼ垂直に構成されている。また、溝の形状は、図２０に示すようにＶ字形状となっているが、その形状はＶ字形状に限定されない。
【００２２】
本実施例における水晶片１２７の共振周波数は５．０１１［ＭＨｚ］であった。実施例２のＱＣＭ水晶センサ１２０も、実施例１と同様、振りかけたトナー量に応じて共振周波数が低下し、またトナーをセンサから除去すると共振周波数は上昇し、完全に除去するともとの５．０１１［ＭＨｚ］に戻る。さらに、実施例１と同様、その応答速度も数ｍ秒以下と極めて高速であった。
【００２３】
本実施例によれば、ＱＣＭ水晶センサ１２０（図１９）を振動させた場合であっても、トナー吸着面電極１２１の溝がトナーの横滑りを防止するので、トナーの質量を検知できる。
【００２４】
＜実施例３＞
［装置構成］
図１は、実施例１の水晶振動子が適用できる、電子写真方式の画像形成装置の構成例の概略を示す図である。四色タンデム型方式で、色毎に感光ドラム上にトナー像を形成し、中間転写ベルト上に四色のトナー像を重ね合わせ、カラー画像を得る方式の画像形成装置である。図１において、番号の後に付してある文字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、形成するトナー像の色を表している。Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを表す。
【００２５】
図１において、レーザ光１００、感光ドラム１０１、帯電装置１０２、レーザスキャナ１０３、現像装置１０４、転写装置１０５、クリーニング装置１０６、定着装置１０７、トナー帯電量測定装置１０８、一次転写ローラ１１３、二次転写ローラ１１４、中間転写ベルト１１５、給紙ローラ１１６、排紙トレイ１１７、および記録紙Ｐを示す。なお、感光ドラム１０１上にトナー画像を形成し、中間転写ベルト１１５上にトナー像を重ね合わせる工程は、各色で同様であるため、説明では色の表記は省略する。異なる図面においても、同一部品や機能については、同じ番号を付す。
【００２６】
プリント開始信号が入力されると、感光ドラム１０１の表面は、帯電装置１０２により所定の電位になるように帯電される。レーザスキャナ１０３から画像信号に基づいて変調されたレーザ光１００が感光ドラム１０１上に照射され、静電潜像が感光ドラム１０１上に形成される。現像装置１０４は、内部に収容している現像剤中のトナーの帯電量を後で説明するように増加させた後、静電潜像と現像スリーブ１１１との間に形成される電界により、トナーを静電力で移動させ、トナー像を感光ドラム１０１上に形成する。中間転写ベルト１１５は、感光ドラム１０１と一次転写ローラ１１３に挟まれる構成を有し、その挟まれる位置に一次転写ニップ部を構成している。感光ドラム１０１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ１１３により、中間転写ベルト１１５上に転写される。
【００２７】
以上の工程をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色分を順次繰り返すことにより、中間転写ベルト１１５上に４色が重なったトナー像を形成する。なお、トナー像を転写した後の感光ドラム１０１の表面は、クリーニング装置１０６によって転写しきれなかったトナー等の付着物を除去され、繰り返し画像形成に使用される。
【００２８】
給紙カセット内に収容された記録紙Ｐは、給紙ローラ１１６により１枚ずつ分離され、中間転写ベルト１１５との接触部まで搬送される。
【００２９】
中間転写ベルト１１５上のトナー像は、二次転写ローラ１１４と中間転写ベルト１１５とが形成する二次転写ニップ部で、給紙カセットから搬送されてきた記録紙Ｐに転写され、定着装置１０７で熱と圧力を加えられて定着される。画像が定着された記録紙Ｐは、排紙トレイ１１７上に排紙される。
【００３０】
以上が一般的な中間転写体方式を用いたタンデム型カラー電子写真方式の画像形成装置の構成と画像形成工程である。
【００３１】
本実施例においては、上記の画像形成工程の他に、現像装置１０４内に設けたトナー帯電量測定装置１０８により、感光ドラム１０１に現像する前のトナーの質量Ｍと電荷量Ｑとを測定する工程と、測定したトナーの質量Ｍと電荷量Ｑとを用いて、レーザスキャナ１０３から照射されるレーザ光１００の光量の制御を行う工程を備える。
【００３２】
本実施例において、トナー帯電量測定装置１０８は、実施例２で説明したＱＣＭ水晶センサ１２０を用いる。なお、トナー帯電量測定装置１０８としては、実施例２のＱＣＭ水晶センサ１２０の替わりに実施例１のＱＣＭ水晶センサ１２０を用いてもよい。
【００３３】
（現像装置の構成）
図３は本実施例で用いる現像装置１０４の構成例を示す図である。現像装置１０４は、現像スリーブ１１１、規制ブレード１１２、撹拌スクリュー１１８、筒状部材１５１、マグネット１５２、ＱＣＭ水晶センサ１２０を有するトナー帯電量測定装置１０８を備える。この現像装置１０４には現像剤１１０が収容されている。
【００３４】
現像剤１１０は、トナーと、磁性体であるキャリアとを有する。撹拌スクリュー１１８は、現像剤１１０のトナーとキャリアとの接触摩擦を生じさせて、トナーを帯電させながら、現像スリーブ１１１へトナーを搬送する。現像スリーブ１１１は、回動可能な非磁性の筒状部材１５１と、磁力を有するマグネット１５２とから構成される。マグネット１５２は筒状部材１５１に内包されている。現像スリーブ１１１はマグネット１５２の磁力により、現像剤１１０を表面上に引き付け、筒状部材１５１が回転することにより、現像剤１１０を矢印で示す回転方向の下流側へと搬送する。現像スリーブ１１１に担持された現像剤１１０は、現像スリーブ１１１と規制ブレード１１２との間のギャップを通過する。これより、現像スリーブ１１１上に担持されるトナーの量が規制される。また、現像剤１１０がギャップを通過することにより、トナーの帯電量が増加する。
【００３５】
トナー帯電量測定装置１０８は、図３で示すように規制ブレード１１２の下流側で、かつ感光ドラム１０１へトナーを現像する位置の手前に配置される。トナー吸着面電極１２１が現像スリーブ１１１上の現像剤１１０と接触しないように配置される。本実施形態においては、例えば、現像スリーブ１１１に担持されたトナーとトナー吸着面電極１２１の表面との距離が数［ｍｍ］以下となるように、トナー帯電量測定装置１０８が配置されている。
【００３６】
（トナーが帯電する時の帯電量の説明）
図４は、現像装置内のトナーの帯電量の変化を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸はトナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）を示している。なお、実線は所望の帯電特性を有するトナーの帯電量の変化を示し、破線は所望の帯電特性と異なる帯電特性を有するトナーの帯電量の変化を示している。現像装置１０４内に補給されたトナーは、撹拌スクリュー１１８により撹拌されると、トナー同士の摩擦によって所定値（Ｑ／Ｍ）Ｓとなるまで帯電される。そして、現像スリーブ１１１に供給されたトナーが規制ブレード１１２を通過する際に、帯電がさらに促進され、現像スリーブ１１１上のトナーの帯電量が目標値（Ｑ／Ｍ）ｂまで上昇する。なお、目標値（Ｑ／Ｍ）ｂとは、現像装置１０４内のトナーが所望の帯電特性を有する場合に、現像スリーブ１１１上のトナーの帯電量の理論値に相当する。
【００３７】
一方、所望の帯電特性と異なる帯電特性を有するトナーの帯電量は、現像スリーブ１１１に供給されたトナーが規制ブレード１１２を通過しても目標値（Ｑ／Ｍ）ｂとならないので、感光ドラム１０１上の静電潜像に付着するトナーの量が変化してしまう。そのため、所望の帯電特性と異なる帯電特性を有するトナーを用いて現像されたトナー像の濃度や色味が所望の濃度や色味とならない。
【００３８】
トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）が変動する要因には、画像形成装置の設置環境における温度・湿度や、長期間の使用によるキャリアの劣化、トナー消費量、補給量の変化が挙げられる。また、現像剤が使用されずに長時間放置された場合には画像形成装置内のトナーの帯電量が低下するので、現像装置１０４が現像剤を撹拌し始めた直後はトナーの帯電量が急激に変化する。
【００３９】
トナー消費量や補給量が変化した場合や、現像剤が使用されずに長時間放置された状態から現像装置１０４が現像剤を撹拌し始めた場合には、トナーの帯電量が短時間に変化する。トナーの帯電量が短時間に変化する場合には、１ページ出力する最中に、トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）の変動が生じることがある。
【００４０】
同じ現像条件で現像スリーブ１１１からトナーを感光ドラム１０１へ現像する場合にトナーの帯電量が目標量と異なっていれば、感光ドラム１０１に付着するトナーの量に差が出てしまう。そのため、出力画像の濃度と色味が変動してしまう。
【００４１】
例えば、帯電量（Ｑ／Ｍ）が目標値（Ｑ／Ｍ）ｂよりも低いトナーを用いて静電潜像を現像した場合、感光ドラム１０１に付着するトナーの量が増加してしまい、出力画像の濃度が所望の濃度よりも濃くなってしまう。一方、帯電量（Ｑ／Ｍ）目標値（Ｑ／Ｍ）ｂよりも高いトナーを用いて静電潜像を現像した場合、感光ドラム１０１に付着するトナーの量が減少してしまい、出力画像の濃度が所望の濃度よりも薄くなってしまう。
【００４２】
本実施形態においては、ＣＰＵ６０６（図５）が、トナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）の変動が生じたとしても、感光ドラム１０１に供給されるトナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）を測定した結果に基づいて、画像形成条件を制御する。具体的には、感光ドラム１０１に静電潜像を形成するレーザ光１００を制御する。これにより、感光ドラム１０１の表面電位が調整されるので、感光ドラム１０１に付着するトナーの量を制御でき、トナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）に基づいて、出力画像の濃度を所望の濃度に調整することができる。
【００４３】
次にトナーの帯電量Ｑ／Ｍを計測する方法について説明する。
【００４４】
図５は、トナーの帯電量を検知するための電気的な構成を示すブロック図である。コントローラ１１０７により、感光ドラム１０１、帯電装置１０２、レーザスキャナ１０３、現像装置１０４、クリーニング装置１０６、一次転写ローラ１１３を備えた画像形成ステーションが制御される。
【００４５】
図５において、Ｑ／Ｍ計測部１１０１は、Ｑ計測回路１１０２、Ｍ計測回路１１０３、電極用電源１１０４、スイッチ回路１１０５を有する。Ｑ／Ｍ計測部１１０１は、現像スリーブ１１１に担持されたトナーをトナー吸着面電極１２１に吸着させたり、トナー吸着面電極１２１に吸着させたトナーの質量Ｍを計測したり、トナー吸着面電極１２１に付着したトナーの電荷量Ｑを計測する。Ｑ／Ｍ計測部１１０１の回路構成については後述の［Ｑ／Ｍ計測部の詳細説明］において説明する。また、コントローラ１１０７は、Ｑ／Ｍ算出部１１０６、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）６０１、ＬＵＴ６０１を補正するＬＵＴ補正部６０２、レーザスキャナ１０３を制御するレーザドライバ６０３、ＲＡＭ６０４、ＲＯＭ６０５、ＣＰＵ６０６を備える。ＬＵＴ６０１は、画像データを、レーザスキャナ１０３を制御するレーザ駆動信号に変換するための変換データである。ＬＵＴの補正方法については、後述する。ＲＡＭ６０４は、書き換え可能なデータを保持する記憶部である。ＲＯＭ６０５は、予め設定してあるデータを保持する記憶部である。ＣＰＵ６０６は、コントローラ１１０７が有する各部の制御および計算を行う。
【００４６】
次に、トナーの帯電量を計測するトナー帯電量計測シーケンスを図６に基づいて説明する。本実施形態において、画像形成ステーションが画像データに基づいてトナー像を形成している間、並びに、後述のパッチ画像を形成している間に、Ｑ／Ｍ計測部１１０１とＱ／Ｍ算出部１１０６とが現像スリーブ１１１上のトナーの帯電量Ｑ／Ｍを検出する。
【００４７】
Ｓ１３０１において、コントローラ１１０７は、トナー帯電量測定装置１０８のトナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に、Ｑ計測回路１１０２のＱ計測用コンデンサＣ１（図１１）の充電を行う。本実施例では、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着するための電位（以下、「トナー吸着電位」と呼ぶ。）を電極用電源１１０４から直接給電するのではなく、Ｑ計測回路１１０２のＱ計測用コンデンサＣ１（図１１）をトナー吸着電位に充電した後、Ｑ計測用コンデンサＣ１からトナー吸着面電極１２１に電力を供給する。なお、電極用電源１１０４から直接給電しない理由は、トナー吸着面電極１２１にトナーが吸着したときに、吸着したトナーの電荷が電極用電源１１０４から放出してしまうことを防止するためである。本工程の詳細については、図９に基づいて後述する。
【００４８】
Ｓ１３０２において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１に付着しているトナーを剥離する。Ｑ／Ｍ計測部１１０１がトナー吸着面電極１２１に付着しているトナーを剥離するための電位（以下、「トナー剥離電位」と呼ぶ。）を、電極端子１２３を介してトナー吸着面電極１２１に印加して、トナー吸着面電極１２１に付着したトナーを静電的に剥離させる。本工程の詳細については、図１０に基づいて後述する。Ｓ１３０３において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に、Ｓ１３０１において充電されたＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差の基準値Ｖ１と、水晶片１２７の共振周波数の基準値ｆ１を夫々計測する。本工程の詳細については、図１１に基づいて後述する。Ｓ１３０４において、コントローラ１１０７は、Ｑ計測回路１１０２に充電したトナー吸着電位を用いて、トナー吸着面電極１２１に静電的にトナーを吸着させる。本工程の詳細については、図１２に基づいて後述する。
【００４９】
Ｓ１３０５において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させた状態で、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差Ｖ２、及び、水晶片１２７の共振周波数ｆ２を計測する。そして、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１に付着したトナーの電荷量Ｑと質量Ｍを夫々演算する。コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に計測した電位Ｖ１と、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させた状態で計測した電位差Ｖ２とに基づいて、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの電荷量Ｑを算出する。さらに、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に計測した共振周波数ｆ１と、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させた状態で計測した共振周波数ｆ２とから後述する算出式を用いて、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの質量Ｍを算出する。
【００５０】
Ｓ１３０６において、コントローラ１１０７は、Ｓ１３０５により演算された電荷量Ｑと質量Ｍに基づいて、トナー吸着面電極１２１に付着したトナーの帯電量Ｑ／Ｍを決定する。コントローラ１１０７は、Ｑ／Ｍ算出部１１０６によって、トナー吸着面電極１２１に吸着させたトナーの電荷量Ｑを質量Ｍで除算することで、トナーの帯電量Ｑ／Ｍを検知する。
【００５１】
Ｓ１３０７において、コントローラ１１０７は、計測を終了するか次の計測を行うかを判定する。本実施例においては、画像形成工程を実施している間、トナー帯電量Ｑ／Ｍの計測を行っている。そのため、Ｓ１３０７において、コントローラ１１０７は、画像形成工程が実行中であればＳ１３０１へ移行し、画像形成工程が終了していればトナーの帯電量Ｑ／Ｍを計測するトナー帯電量計測シーケンスを終了する。
【００５２】
なお、一回の測定において感光ドラム１０１からトナー吸着面電極１２１に吸着されるトナー量は数［μｇ］から数十［μｇ］の極微小な量であり、出力画像の濃度に影響を及ぼすことはない。したがって、図６に示す処理を繰り返すことにより画像形成を行いながらトナーの帯電量Ｑ／Ｍを連続して計測できる。
【００５３】
計測したトナーの帯電量Ｑ／Ｍに基づき、図５のＬＵＴ補正部６０２にてＬＵＴ６０１を補正する。レーザドライバ６０３は補正されたＬＵＴ６０１に基づいてレーザ光の明滅タイミングを設定する。レーザスキャナ１０３は明滅タイミングが調整されたレーザ光１００によって感光ドラム１０１を露光し、感光ドラム１０１上にトナー帯電量Ｑ／Ｍに適した静電潜像を形成する。
【００５４】
［Ｑ／Ｍ計測の詳細説明］
次に、図６のトナー帯電量計測シーケンスの各工程について詳細な説明を行う。ここでは、図７の回路図と図８のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００５５】
図７は、Ｑ／Ｍ計測部１１０１の回路図である。スイッチ１２０１は、トナー吸着面電極１２１とＱ計測回路１１０２とを電気的に接続または切断する（以降、「ＳＷ１」と呼ぶ。）。スイッチ１２０２は、トナー吸着面電極１２１とＭ計測回路１１０３とを電気的に接続または切断する（以降、「ＳＷ２」と呼ぶ。）。スイッチ１２０３は、トナー非吸着面電極１２２とＭ計測回路１１０３とを電気的に接続または切断する（以降、「ＳＷ３」と呼ぶ。）。スイッチ１２０４は、トナー吸着面電極１２１と電極用電源１１０４とを接電気的に接続または切断する（以降、「ＳＷ４」と呼ぶ。）。スイッチ１２０５は、トナー非吸着面電極１２２と電極用電源１１０４とを電気的に接続または切断する（以降、「ＳＷ５」と呼ぶ。）。
【００５６】
Ｑ計測用コンデンサ１２１１は、電荷量Ｑを計測するためのＱ計測用コンデンサ（以降、「Ｃ１」と呼ぶ。）であり、トナー吸着電位に充電される。コンデンサ１２１２は、トナー吸着面電極１２１とＭ計測回路１１０３との間に挿入され、高周波な発振信号のみを伝達するカップリングコンデンサ（以降、「Ｃ２」と呼ぶ。）である。コンデンサ１２１３は、トナー非吸着面電極１２２とＭ計測回路１１０３との間に挿入され、高周波な発振信号のみを伝達するカップリングコンデンサである（以降、「Ｃ３」と呼ぶ。）。
【００５７】
抵抗１２２１と抵抗１２２２は、トナー吸着面電極１２１とトナー非吸着面電極１２２の両方に電極用電位生成部１２３６を接続した時に２つの電極端子１２３、及び１２４が短絡することを防止するための抵抗である。以降、抵抗１２２１をＲ１と呼び、抵抗１２２２をＲ２と呼ぶ。電位計１２３１は、Ｑ計測用コンデンサ１２１１（Ｃ１）の電位を計測する。電荷量算出部１２３２は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に計測されたＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差の基準値Ｖ１と、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させた状態で計測されたＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）に基づいて、電荷量Ｑを算出する。即ち、電荷量算出部１２３２は、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差に基づいて、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの電荷量Ｑを検知する電荷量検知手段に相当する。発振回路１２３３は、水晶片１２７を発振する。なお、図７に示す発振回路は、ロジックＩＣと抵抗とコンデンサによって構成される。なお、発振回路１２３３の構成は必ずしも本構成に限定されず、他の発振回路を使用しても構わない。
【００５８】
周波数計測部１２３４は、発振回路１２３３の発振周波数を計測する。質量算出部１２３５は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に測定された発振周波数ｆ１と、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させた状態で測定された発振周波数ｆ２との差（ｆ１−ｆ２）から質量Ｍを算出する。即ち、質量算出部１２３５は、トナー吸着面電極１２１に吸着させたトナーの膣量を検知する質量検知手段に相当する。電極用電位生成部１２３６は、トナー吸着電位や現像バイアス、トナー剥離電位、０［Ｖ］電位を出力する。現像スリーブ用電源１２３７は、現像スリーブ１１１に現像バイアスを印加する。
【００５９】
本実施例において、現像バイアスは、例えば、電圧値が＋３００［Ｖ］と−１２００［Ｖ］とで周期的に変化するパルス期間と、電圧値が一定となるブランク期間とを交互に有するブランクパルスである。このとき、現像バイアスの直流成分は−４５０［Ｖ］である。なお、現像バイアスはブランクパルスに限定されず、直流電圧や正弦波であってもよく、現像装置１０４の構成やトナーの組成に応じて適宜決定すればよい。
【００６０】
図８のタイミングチャートは、スイッチであるＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、及びＳＷ５のＯＮ又はＯＦＦの状態と、ブランクパルスが印加された現像スリーブ１１１の電位と、トナー吸着面電極１２１の表面電位と、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差との関係を示している。実線９０１はトナー吸着面電極１２１の表面電位である。点線９０２は現像スリーブ１１１に印加されるブランクパルスの電位である。一点鎖線９０３はＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差である。なお、Ｑ計測用コンデンサＣ１は接地されているので、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差はＱ計測用コンデンサＣ１の電位そのものである。
【００６１】
以下の説明において、説明を簡素化するためにブラック期間を１パルスとした。また、各シーケンス中のパルス数も説明を簡素化するために１または２パルスにしている。
【００６２】
（トナー吸着電位の充電）
トナー帯電量計測シーケンス（図６）におけるトナー吸着電位の充電シーケンス（Ｓ１３０１）を図９に基づいて説明する。
【００６３】
Ｓ１３１１において、コントローラ１１０７は、電極用電源１１０４からトナー吸着電位を出力する。Ｓ１３１１において、電極用電源１１０４は、Ｑ計測用コンデンサＣ１にトナー吸着電位を充電するためのトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］を出力する。
【００６４】
Ｓ１３１２において、コントローラ１１０７は、ＳＷ１、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＮにする。ＳＷ１、及びＳＷ４をＯＮにすると、電極用電源１１０４とＱ計測用コンデンサＣ１が接続される。これにより、Ｑ計測用コンデンサＣ１にトナー吸着電位の充電が開始される。例えば、Ｑ計測用コンデンサＣ１に−２００［Ｖ］の電位が残っている場合について以下に説明する。トナー吸着面電極１２１は、ＳＷ１を介してＱ計測用コンデンサＣ１と接続されるので、電気的な抵抗がほとんど無い。一方、トナー吸着面電極１２１と電極用電位生成部１２３６とはＳＷ４と抵抗Ｒ１とを介して接続されている。そのため、時刻ｔ１においてＳＷ１、及びＳＷ４がＯＮされた場合、トナー吸着面電極１２１の表面電位は、電気的な抵抗のないＱ計測用コンデンサＣ１の電位−２００［Ｖ］になる。さらに、ＳＷ５がＯＮとなるので、トナー非吸着面電極１２２とトナー吸着面電極１２１が同電位になる。
【００６５】
Ｓ１３１３において、コントローラ１１０７は、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差が＋１５０［Ｖ］となるまで待機する。電極用電源１１０４からトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］が出力される場合、図８のｔ１〜ｔ６に示す様に、Ｑ計測用コンデンサＣ１はトナー吸着電位プラス１５０［Ｖ］となるまで充電される。この充電期間は、Ｑ計測用コンデンサＣ１に残っている電位とＱ計測用コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の時定数により決まる。
【００６６】
Ｓ１３１３において、トナー吸着面電極１２１にもトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］が印加される。時刻ｔ２〜ｔ３およびｔ４〜ｔ５において、現像スリーブ１１１の電位−１２００［Ｖ］に対してトナー吸着面電極１２１の電位＋１５０［Ｖ］が＋１３５０［Ｖ］高いので、トナー吸着面電極１２１に現像スリーブ１１１上のトナーが吸着する。但し、次の工程においてトナー吸着面電極１２１に付着しているトナーが剥離されるので、Ｓ１３１３においてトナー吸着面電極１２１にトナーが吸着しても問題無い。また、充電期間中にトナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの電荷は、トナー吸着面電極１２１と接続された電極用電源１１０４を通して放電される。
【００６７】
なお、Ｓ１３１３において、コントローラ１１０７は、例えば、予め決められた時間だけ待機するか、又は、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差を測定するためのセンサを備え、このセンサによる測定結果が目標値＋１５０［Ｖ］となるまで待機する構成とすればよい。
【００６８】
Ｓ１３１４において、コントローラ１１０７は、ＳＷ１、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＮからＯＦＦに切り替えて、Ｑ計測用コンデンサＣ１の電気的な接続を切断する。これにより、Ｑ計測用コンデンサＣ１に充電されたトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］を保持する。
【００６９】
以上により、トナー吸着電位の充電シーケンス（Ｓ１３０１）を終了する。
【００７０】
（測定前のトナー剥離）
Ｑ／Ｍ計測部１１０１は、充電が完了した後、トナー吸着面電極１２１に付着しているトナーの剥離を行う。図１０に、トナー帯電量計測シーケンス（図６）におけるトナー剥離シーケンス（Ｓ１３０２）を説明する。
【００７１】
Ｓ１３２１において、コントローラ１１０７は、電極用電源１１０４からトナー剥離電位を出力させる。電極用電源１１０４が−１０５０［Ｖ］のトナー剥離電位をトナー吸着面電極１２１とトナー非吸着面電極１２２とに印加することによって、トナー吸着面電極１２１に付着しているトナーが剥離する。
【００７２】
Ｓ１３２２において、コントローラ１１０７は、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＮにする。ＳＷ４とＳＷ５をＯＮにすることで電極用電源１１０４とトナー吸着面電極１２１の電極端子１２３、並びに、電極用電源１１０４とトナー非吸着面電極１２２の電極端子１２４が接続されてトナー剥離電位−１０５０［Ｖ］が供給される。尚、ＳＷ５をＯＮにしてトナー非吸着面電極１２２にもトナー剥離電位が供給している理由は、トナー帯電量測定装置１０８のＱＣＭ水晶センサ１２０が破壊されることを防止するためである。
【００７３】
Ｓ１３２３において、コントローラ１１０７は、一定期間待機する。図８の時刻ｔ７〜ｔ８およびｔ９〜ｔ１０において、実線９０１で示すトナー吸着面電極１２１の電位（−１０５０［Ｖ］）は、点線９０２で示す現像スリーブ１１１の電位（＋３００［Ｖ］）よりも１３５０［Ｖ］低い。よって、トナー吸着面電極１２１に吸着しているトナーが現像スリーブ１１１に移動することによって、トナー吸着面電極１２１上のトナーが剥離する。なお、Ｓ１３２３において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１上のトナーが全て剥離されるまでに要する時間だけ待機する。トナー吸着面電極１２１上のトナーが全て剥離されるまでに要する時間は、実験によって予め決定され、ＲＯＭ６０５に記憶されている。
【００７４】
Ｓ１３２４において、コントローラ１１０７は、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＦＦにする。Ｓ１３２３においてトナー吸着面電極１２１上のトナーが全て剥離されるまでに要する時間が経過した後、コントローラ１１０７は、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＦＦにすることによってトナーの剥離を完了する。
【００７５】
尚、本シーケンスではＱ計測回路１１０２とトナー吸着面電極１２１との間のＳＷ１が常にＯＦＦであるので、Ｑ計測用コンデンサＣ１の電位は＋１５０［Ｖ］のトナー吸着電位に保持され続ける。
【００７６】
（トナー吸着前の電荷量と質量の計測）
トナー帯電量計測シーケンス（図６）に示したトナー吸着前の計測シーケンス（Ｓ１３０３）を図１１に基づいて説明する。コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前にＳ１３０３の計測シーケンスを実行し、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差の基準値Ｖ１と、水晶片１２７の共振周波数ｆ１とを計測する。
【００７７】
Ｓ１３３１において、コントローラ１１０７は、電極用電源１１０４により現像バイアスを出力する。これは、基準値の計測中にトナー吸着面電極１２１へトナーが吸着しない様にするためである。Ｑ／Ｍ計測部１１０１がトナー吸着面電極１２１を現像スリーブ１１１と同電位に制御することによって、現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１へトナーが移動しないようにする。
【００７８】
つまり、コントローラ１１０７は、電極用電源１１０４から現像スリーブ１１１にブランクパルスを供給する。なお、トナーが現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１に吸着しなければ、電極用電源１１０４からトナー吸着面電極１２１に供給されるブランクパルスと現像スリーブ用電源１２３７から現像スリーブ１１１に供給されるブランクパルスとは多少の電位差があっても良い。ここで、図８においてトナー吸着面電極１２１に印加されるブランクパルスは、現像スリーブ１１１に印加されるブランクパルスより２０［Ｖ］高い。例えば、パルス期間においては電圧値が＋３２０［Ｖ］と−１１８０［Ｖ］とで周期的に変化し、ブランク期間においては電圧値が−４３０［Ｖ］となっている。
【００７９】
Ｓ１３３２において、コントローラ１１０７は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＮにする。電極用電源１１０４から発振回路１２３３にブランクパルスが直接印加されると、発振回路１２３３の素子が破壊されてしまうので、発振回路１２３３はカップリングコンデンサＣ２、及びＣ３を備えている。カップリングコンデンサＣ２、及びＣ３は、高周波の信号を通すが、直流の信号と低周波の信号を通さない。発振回路１２３３の発振周波数を５［ＭＨｚ］とすると、その周期が０．２［μｓｅｃ］である。現像バイアスの変化時間をこの周期より長い時間、例えば２［μｓｅｃ］にする。そして、カップリングコンデンサＣ２、及びＣ３の容量を５［ＭＨｚ］の発振信号は通し、変化時間が２［μｓｅｃ］の現像バイアスの変動は遮断するような値にする。これにより、数［Ｖ］で動作する発振回路１２３３に高電位の現像バイアスが印加されるのを防ぐことができる。
【００８０】
Ｓ１３３３において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に、Ｑ計測用コンデンサＣ１の両端の電位Ｖ１を計測する。コントローラ１１０７は、ブランク期間（例えば、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間）に、電位計１２３１によりＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位差を計測する。このブランク期間に電位Ｖ１の計測を行う理由は、パルス期間に放射される電磁波の影響を避けるためである。計測された電位Ｖ１は、トナー吸着前電位Ｖ１として電荷量算出部１２３２に記録される。
【００８１】
尚、Ｑ計測回路１１０２はＳＷ１がＯＦＦであるので、他の回路とは独立している。計測時間を短縮するために、Ｓ１３３３の計測処理は後述のＳ１３３４と並行して実施されてもよい。
【００８２】
Ｓ１３３４において、コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナーを吸着させる前に、水晶片１２７の共振周波数ｆ１を計測する。コントローラ１１０７は、ブランク期間（例えば、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間）に周波数計測部１２３４によって発振回路１２３３の発振周波数を計測する。このブランク期間に共振周波数ｆ１の計測を行う理由は、カップリングコンデンサＣ２、及びＣ３で完全に取り除けない微少な電位変化の影響を避けるためである。コントローラ１１０７は、計測した周波数ｆ１をトナー吸着前周波数ｆ１として質量算出部１２３５に記録する。
【００８３】
Ｓ１３３５において、コントローラ１１０７は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、及びＳＷ５をＯＦＦにする。これにより、トナー吸着前電位Ｖ１とトナー吸着前周波数ｆ１との計測が終了する。
【００８４】
尚、トナー吸着前のブランク期間においてＱ計測用コンデンサＣ１の両端の電位Ｖを繰り返し計測し、複数の計測結果の平均値をトナー吸着前電位Ｖ１としてもよい。同様に、トナー吸着前のブランク期間において共振周波数ｆを繰り返し計測し、複数の計測結果の平均値をトナー吸着前周波数ｆ１としてもよい。この構成とすれば、検出精度を向上できる。
【００８５】
（トナー吸着）
トナー帯電量計測シーケンス（図６）に示したトナー吸着シーケンス（Ｓ１３０４）について図１２に基づいて説明する。
【００８６】
Ｓ１３４１において、コントローラ１１０７は、電極用電源１１０４によりトナー吸着用電位を出力する。トナー非吸着面電極１２２もトナー吸着面電極１２１と同電位になるように、電極用電源１１０４からトナー非吸着面電極１２２に、トナー吸着電位＋１５０［Ｖ］を出力する。トナー吸着面電極１２１とトナー非吸着面電極１２２とが同電位に制御されることによって、トナー帯電量測定装置１０８の破壊を防止する。
【００８７】
Ｓ１３４２において、コントローラ１１０７は、ＳＷ１、及びＳＷ５をＯＮにする。ＳＷ１をＯＮにすることによりトナー吸着面電極１２１とＱ計測用コンデンサＣ１が接続され、Ｑ計測用コンデンサＣ１に充電されたトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］がトナー吸着面電極１２１に印加される。これにより、トナー吸着面電極１２１に現像スリーブ１１１上のトナーが吸着し始める。この時、ＳＷ５もＯＮにすることでトナー非吸着面電極１２２にもトナー吸着電位＋１５０［Ｖ］が印加され、トナー帯電量測定装置１０８の破壊が防げる。
【００８８】
Ｓ１３４３において、コントローラ１１０７は、一定期間待機する。時刻ｔ１４〜ｔ１５（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（−４５０［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の電位（＋１５０［Ｖ］）よりも６００［Ｖ］高いので、現像スリーブ１１１上のトナーの一部がトナー吸着面電極１２１に吸着する。さらに、実線９０１（図８）に示すように、トナー吸着面電極１２１の電位は、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの負の電荷により減少する。時刻ｔ１５（図８）において、トナー吸着面電極１２１の電位は＋１００［Ｖ］になる。
【００８９】
時刻ｔ１５〜ｔ１６（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（＋３００［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の電位（＋１００［Ｖ］）より２００［Ｖ］高いので、現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１にトナーは移動しない。そのため、トナー吸着面電極１２１の電位は＋１００［Ｖ］のままである。時刻ｔ１６〜ｔ１７（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（−１２００［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の電位（＋１００［Ｖ］）よりも１３００［Ｖ］低いので、現像スリーブ１１１上のトナーがトナー吸着面電極１２１に吸着する。実線９０１（図８）で示すように、トナー吸着面電極１２１はトナーが吸着すると、その電位は−５０［Ｖ］になる。
【００９０】
時刻ｔ１７〜ｔ１８（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（＋３００［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の電位（−５０［Ｖ］）より３５０［Ｖ］高いので、現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１にトナーが移動しない。時刻ｔ１８〜ｔ１９（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（−１２００［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の表面電位（−５０［Ｖ］）より１１５０［Ｖ］低いので、現像スリーブ１１１上のトナーがトナー吸着面電極１２１に吸着する。実線９０１（図８）で示すように、トナー吸着面電極１２１はトナーが吸着すると、その電位が低下する（−２００［Ｖ］）。時刻ｔ１９〜ｔ２０（図８）において、現像スリーブ１１１の電位（−４５０［Ｖ］）はトナー吸着面電極１２１の電位（−２００［Ｖ］）よりも２５０［Ｖ］低いので、現像スリーブ１１１上のトナーがトナー吸着面電極１２１に吸着する。このとき、現像スリーブ１１１の電位（−４５０［Ｖ］）とトナー吸着面電極１２１の表面電位（−２００［Ｖ］）との電位差に基づいて、トナー吸着面電極１２１に吸着するトナーの量が変動する。つまり、電位差が増加すれば吸着するトナーの量も増加し、電位差が減少すれば吸着するトナーの量も減少する。
【００９１】
コントローラ１１０７は、トナー吸着面電極１２１にトナー吸着電位を供給した後、予め決められた時間が経過するまで待機する。なお、Ｑ計測用コンデンサＣ１の電位は、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの電荷に基づいて低下する。この電位差の変化量がトナーの電荷量Ｑに相当する。
【００９２】
Ｓ１３４４において、コントローラ１１０７は、ＳＷ１、及びＳＷ５をＯＦＦにする。これにより、現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１へのトナーの吸着が停止する。この時、Ｑ計測用コンデンサＣ１はトナー吸着面電極１２１から切り離されているので、トナー吸着により変化したＱ計測用コンデンサＣ１の電位は保持される。
【００９３】
（トナー吸着後のＱとＭの計測）
トナー吸着面電極１２１にトナーが吸着されると、コントローラ１１０７はトナー帯電量計測シーケンス（図６）に示したトナー吸着状態での帯電量の計測シーケンス（Ｓ１３０５）を実行する。即ち、コントローラ１１０７は、トナー吸着状態でのＱ計測用コンデンサＣ１の電位Ｖ２と、トナー吸着状態での水晶片１２７の共振周波数ｆ２の計測を行う。ここで、現像バイアスはパルス期間とブランク期間とを有するので、時刻ｔ２１〜ｔ２２（図８）の期間にＱ計測用コンデンサＣ１の電位Ｖ２と共振周波数ｆ２とが計測される。
【００９４】
トナー吸着状態での電位差Ｖ２と共振周波数ｆ２との計測シーケンスは、図１１に示したトナー吸着前の計測シーケンスと同様の方法で計測されるので、ここでの説明を省略する。
【００９５】
（電荷量Ｑの算出）
電荷量算出部１２３２は、トナー吸着前に計測した電位Ｖ１とトナー吸着状態で計測した電位Ｖ２とに基づいて、トナー吸着面電極１２１に吸着させたトナーの電荷量Ｑを算出する。電荷量Ｑは、トナー吸着前に計測した電位Ｖ１、トナー吸着状態で計測した電位Ｖ２、Ｑ計測用コンデンサＣ１の容量値Ｃとすると、式１で算出できる。
Ｑ＝Ｃ×（Ｖ１−Ｖ２）  ・・・（式１）
【００９６】
（質量Ｍの算出）
質量算出部１２３５は、トナー吸着前に計測した共振周波数ｆ１とトナー吸着状態で計測した共振周波数ｆ２とに基づいて、トナー吸着面電極１２１に吸着しているトナーの質量Ｍを算出する。質量Ｍは、トナー吸着面電極１２１の面積Ａ、水晶片１２７のせん断応力μ、水晶片１２７の比重ｐとすると、式２により算出できる。
2015081955.tif 000003
・・・（式２）
【００９７】
（Ｑ／Ｍの算出）
Ｑ／Ｍ算出部１１０６は、Ｑ計測回路１１０２で計測した電荷量Ｑと、Ｍ計測回路１１０３で計測した質量Ｍとに基づいて、帯電量Ｑ／Ｍを算出する。トナーの帯電量Ｑ／Ｍは、図８のタイミングチャートに示すｔ２２以降において、電荷量Ｑと質量Ｍの算出が終わった直後に演算される。
【００９８】
トナーの帯電量Ｑ／Ｍの算出は式３で算出できる。
Ｑ／Ｍ＝（計測したＱ）／（計測したＭ）  ・・・（式３）
【００９９】
以上の様なシーケンスを用いて、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの帯電量Ｑ／Ｍの測定が行われる。また、図８で示すように一回の計測に有する時間はｔ１からｔ２３までの期間（例えば、３．５ｍｓ）であり、一枚当たりにかかる印刷時間より十分に短い時間である。そのため、画像を印刷しながらのトナー帯電量計測シーケンスを複数回繰り返して実行することも十分に可能である。
【０１００】
［ＬＵＴの補正］
本実施例において、ＣＰＵ６０６は、トナー帯電量計測シーケンスによって測定したトナーの帯電量Ｑ／Ｍが予め記憶されている所定の数値範囲内であるか否かを判定する。そして、トナーの帯電量Ｑ／Ｍが所定の数値範囲内でなければ、ＣＰＵ６０６は、ＬＵＴ補正部６０２によりＬＵＴ６０１を補正する。これにより、現在の帯電量Ｑ／Ｍに適切なＬＵＴ６０１となるように、ＬＵＴ６０１を更新する。以下、ＬＵＴ６０１を更新する更新処理について説明する。
【０１０１】
まず、γＬＵＴについて説明する。図１３は、画像信号と画像濃度との関係を示すグラフである。本実施例の画像形成装置は、固有の階調特性を有しており、入力された画像データに基づいて形成された画像の濃度が所望の濃度（以降、「ターゲット濃度」と称す。）とならない可能性がある。以下の説明において、画像信号と画像濃度との関係は、例えば図１３（ａ）の「実際の階調特性」に示す関係となった場合について説明する。なお、画像信号とは、画像データに含まれる画素毎の濃度値を示す信号である。
【０１０２】
画像形成装置の階調特性としては、入力された画像信号に対する出力画像の濃度もしくは明度等が線形なものとなることが望まれる。しかし、画像形成装置に固有の階調特性は、必ずしも線形とはならない。そこで、コントローラ１１０７は、所望の階調特性を得るために、図１３（ａ）の「実際の階調特性」をＸ軸とＹ軸とを入れ替え、画像信号と画像濃度との対応関係を補正するための階調補正テーブル「γＬＵＴ」を作成する（例えば図１３（ｂ）の一点鎖線）。
【０１０３】
γＬＵＴは、以下の工程で作成される。コントローラ１１０７は、予め設定してある複数の画像信号に基づき、階調の異なるパッチ画像を感光ドラム１０１上に形成する。このパッチ画像の濃度を、光学センサ６０７（図１）が検知する。そして、コントローラ１１０７は、パッチ画像の画像信号とパッチ画像の濃度を検知した結果との対応関係、即ち、階調特性を取得する。コントローラ１１０７は、この階調特性に基づき、γＬＵＴを作成する。γＬＵＴを作成するためには、複数階調のパッチ画像を出力する必要があり、短時間で作成することが難しい。そこで、本実施例では、印刷中等の短い時間でγＬＵＴを補正する階調補正制御を行う。
【０１０４】
なお、本実施例において、ＬＵＴ６０１は予め記憶されている基準となるγＬＵＴである。このγＬＵＴを更新するタイミングは、例えば、画像形成装置の起動直後や一定のプリント数を印刷後、著しく階調が変化している可能性がある場合などに行う。
【０１０５】
図１４にトナー帯電量による階調特性変動の模式図を示す。ここでは縦軸を画像濃度とし、横軸を画像信号とする。画像信号に対する画像濃度は、トナー帯電量の変化により、図１４に示すような挙動を示す。従って、本実施例において、コントローラ１１０７が階調補正制御を実施した場合、トナー帯電量の変動量ΔＱ／Ｍに基づいて、γＬＵＴを補正する。例えば、トナー帯電量補正係数ｋをγＬＵＴに乗じて、γＬＵＴを補正する。補正係数ｋは以下の式４にて求めることができる。
ｋ＝（Ｑ／Ｍ）／（Ｑ／Ｍｒｅｆ）  ・・・（式４）
【０１０６】
（γＬＵＴの補正処理）
次にγＬＵＴの補正処理の詳細について図１５を用いて説明する。本処理フローはＬＵＴ補正部６０２により実行される。
【０１０７】
Ｓ１４０１にて、ＬＵＴ補正部６０２は、基準値の設定処理を行う。本工程の詳細は、図１６を用いて説明する。Ｓ１４０２にて、ＬＵＴ補正部６０２は、Ｓ１４０１にて決定したγＬＵＴを基準γＬＵＴに設定する。Ｓ１４０３にて、ＬＵＴ補正部６０２は、印刷処理が開始されたか否かを判定する。印刷処理が開始された場合（Ｓ１４０３にてＹＥＳ）Ｓ１４０４へ進み、印刷処理が開始されていない場合（Ｓ１４０３にてＮＯ）処理が開始されるまで待機する。
【０１０８】
Ｓ１４０４にて、ＬＵＴ補正部６０２は、画像形成を開始する。Ｓ１４０５にて、ＬＵＴ補正部６０２は、画像形成が行われている際に、上述した方法によりトナー帯電量Ｑ／Ｍの測定を行う。Ｓ１４０６にて、ＬＵＴ補正部６０２は、トナー帯電量の基準値であるＱ／ＭｒｅｆとＳ１４０５にて測定したＱ／Ｍとの差分が閾値α以上であるか否かを判定する。ここでのαは、図１４に示したようにトナー帯電量の階調特性変動により生じる画像濃度と画像信号との関係の変動に応じて定義される。差分が閾値α以上である場合（Ｓ１４０８にてＹＥＳ）Ｓ１４０７へ進み、閾値より小さい場合（Ｓ１４０６にてＮＯ）Ｓ１４０８へ進む。
【０１０９】
Ｓ１４０７にて、ＬＵＴ補正部６０２は、現在設定されているγＬＵＴを補正する。ここでは、上述したように、式４にて求められる補正係数ｋを用いてγＬＵＴを補正する。そして、Ｓ１４０９へ進む。Ｓ１４０８にて、ＬＵＴ補正部６０２は、基準γＬＵＴを補正することなく用いるとして設定する。そして、Ｓ１４０９へ進む。Ｓ１４０９にて、ＬＵＴ補正部６０２は、補正処理が完了したか否かを判定する。ここで完了したか否かの判断は、例えば、トナーの帯電量Ｑ／Ｍが所定の数値範囲になった場合や、所定回数繰り返した場合などに基づいて判断することが挙げられる。補正処理が完了した場合（Ｓ１４０９にてＹＥＳ）Ｓ１４０３へ進み、次の印刷処理が行われるまで待機する。補正処理が完了していない場合（Ｓ１４０９にてＮＯ）Ｓ１４０５へ進み、再度トナー帯電量Ｑ／Ｍの測定し、その変動に基づいてγＬＵＴの補正を繰り返す。
【０１１０】
（基準値設定シーケンス）
図１５のＳ１４０１における基準値設定シーケンスの詳細フローについて図１６を用いて説明する。
【０１１１】
Ｓ１４１１にて、ＬＵＴ補正部６０２は、感光ドラム１０１上への予め定義されたパッチ画像の形成動作を開始する。上述したように、ここでは複数のパッチが形成されるものとする。Ｓ１４１２にて、ＬＵＴ補正部６０２は、パッチ画像の形成の際のトナー帯電量の測定を開始する。Ｓ１４１３にて、ＬＵＴ補正部６０２は、光学センサ６０７により、パッチ画像の濃度の検知を開始する。Ｓ１４１４にて、ＬＵＴ補正部６０２は、形成された全てのパッチ画像の濃度を検知したか否かを判定する。全てのパッチ画像の濃度を検知した場合（Ｓ１４１４にてＹＥＳ）Ｓ１４１５へ進み、検知が完了していない場合（Ｓ１４１４にてＮＯ）パッチの検知が完了するまで待機する。
【０１１２】
Ｓ１４１５にて、ＬＵＴ補正部６０２は、検知したパッチの濃度とその際の出力信号とに基づいてγＬＵＴを作成し、基準γＬＵＴとして設定する。Ｓ１４１６にて、ＬＵＴ補正部６０２は、パッチ画像形成の際に測定したトナー帯電量から、基準となるトナー帯電量Ｑ／Ｍｒｅｆを決定する。そして、本処理フローを終了する。
【０１１３】
以上、本願発明に係るＱＣＭ水晶センサを用いることにより、ＱＣＭの振動に対し質量が検知されるべきトナーが横滑りすることを防止する。そして、トナーとＱＣＭ水晶センサとを一体的に振動させることで、画像形成に用いられるトナー量を正確に測定することが可能となる。
【図１】
2015081955.tif 000004
【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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