(57)【要約】【課題】担持体表面の傷による反射波形の歪みを軽減し、担持体に付着したトナー付着量の検出精度の向上を実現する。【解決手段】トナー像は、担持体（１０１又は１０６）ごと搬送され、トナー像、及び、担持体（１０１又は１０６）の表面に光を照射するレーザ光源（３０１）と、トナー像とレーザ光源（３０１）から照射された光で反射した反射光を受光するラインセンサ（３０４）と、ラインセンサ（３０４）で受光した反射光の変化を検出することによりトナー像のトナー付着量を演算するトナー付着量演算部（３０７）とを有し、レーザ光源（３０１）による光の照射軸とラインセンサ（３０４）による反射光の受光軸とのなす入射面と、前記搬送による担持体搬送方向３０８とのなす角を非直角とする。【選択図】図３
2012098474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式の画像形成装置の担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を測定するトナー付着量測定装置であって、
前記トナー像は、前記担持体ごと搬送され、
前記トナー像、及び、前記担持体の表面に光を照射する光照射手段と、
前記トナー像と前記光照射手段から照射された光で反射した反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光の変化を検出することにより前記トナー像のトナー付着量を演算するトナー付着量演算手段と
を有し、
前記光照射手段による光の照射軸と前記受光手段による反射光の受光軸とのなす入射面と、前記搬送による前記担持体の搬送方向とのなす角を非直角とすることを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項２】
前記入射面と前記搬送による前記担持体の搬送方向とのなす角を、０°〜７０°未満とすることを特徴とする請求項１に記載のトナー付着量測定装置。
【請求項３】
前記受光手段は、
前記担持体の表面と前記トナー像の表面によって変化した前記反射光の特徴点の位置を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー付着量測定装置。
【請求項４】
前記受光手段は、
前記担持体の表面と前記トナー像の表面によって変化した前記反射光の光量を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー付着量測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトナー付着量測定装置を含み、
前記トナー付着量演算手段によって算出されたトナー付着量をもとに色安定化制御を行なうことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
電子写真方式の画像形成装置の担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を測定するトナー付着量測定方法であって、
前記トナー像は、前記担持体ごと搬送され、
前記トナー像、及び、前記担持体の表面に光照射手段から光を照射する光照射ステップと、
前記トナー像と前記光照射手段から照射された光で反射した反射光を受光手段で受光する受光ステップと、
前記受光手段で受光した反射光の変化を検出することにより前記トナー像のトナー付着量をトナー付着量演算手段で演算するトナー付着量演算ステップと
を有し、
前記光照射手段による光の照射軸と前記受光手段による反射光の受光軸とのなす入射面と、前記搬送による前記担持体の搬送方向とのなす角を非直角とすることを特徴とするトナー付着量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の担持体上に形成されたトナー像におけるトナー付着量を測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いる画像形成装置が形成する画像の色は、画像形成時の装置設定が一定であったとしても、様々な物理的パラメータの変化によって変動する。特に、現像・転写プロセスは、色の変動に寄与する割合が高い。なぜならば、温度・湿度等の環境変動で、潜像電位、トナー補給量、転写効率などが変化し、感光ドラムや転写ベルト（以下、これらを必要に応じて「担持体」と称する）に付着するトナーの付着量が安定しないからである。そこで、感光ドラム上、または、転写ベルト上のトナーの付着量を計測し、その計測結果に基づき露光量、現像電圧、転写電流などを制御し、現像・転写プロセスを安定化させる必要がある。
【０００３】
一般的に、これらの制御は、トナーカートリッジ交換後や所定枚数印刷後、プリンタ本体の電源投入後等といった、プリンタ環境の変動が発生する時点で実施される。トナー付着量を測定する際は、感光ドラムもしくは転写ベルト（担持体）上に低濃度から高濃度まで様々な濃度のトナーパッチを複数形成する。そして、これらのトナーパッチのトナー付着量をトナー付着量測定装置で測定し、その測定結果を元に適正な画像形成条件で各種制御を行なう。
【０００４】
トナー付着量の測定方法に関する従来技術を下記の特許文献１、特許文献２にそれぞれ記載する。具体的に、特許文献１には、担持体に光を照射した時の反射光量と、トナーパッチに光を照射した時の反射光量とを検出し、これらの反射光量の変化でトナー付着量を測定し、この測定値に基づいて画像濃度パラメータを制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、レーザ変位計によるトナーパッチの厚さ（層厚）を測定することでトナー付着量を検出する方法が開示されている。そして、像担持体とトナー像上にスポット光を照射し、担持体上に付着するトナーパッチの層厚に応じた位置に反射光を結像させ、結像位置の変化でトナー付着量を測定し、層厚測定の結果に基づいて撮像系の画像濃度パラメータのフィードバック制御を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２７３３１号公報
【特許文献２】特開平４−１５６４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
感光ドラム、及び、転写ベルトの担持体は、周方向回転にともなって表面に筋状の傷がつき、表面の光学的反射率が変化する。これらの担持体上に照射した光の反射位置、もしくは、反射光量の変化を検出することでトナーパッチの高さを測る方式のトナー付着量測定装置においては、これらの傷による反射波形の歪み（図１２参照）によって、測定の誤差が増加する。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、担持体表面の傷による反射波形の歪みを軽減し、担持体に付着したトナー付着量の検出精度の向上を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のトナー付着量測定装置は、電子写真方式の画像形成装置の担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を測定するトナー付着量測定装置であって、前記トナー像は、前記担持体ごと搬送され、前記トナー像、及び、前記担持体の表面に光を照射する光照射手段と、前記トナー像と前記光照射手段から照射された光で反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光した反射光の変化を検出することにより前記トナー像のトナー付着量を演算するトナー付着量演算手段とを有し、前記光照射手段による光の照射軸と前記受光手段による反射光の受光軸とのなす入射面と、前記搬送による前記担持体の搬送方向とのなす角を非直角とする。
また、本発明は、上述したトナー付着量測定装置によるトナー付着量測定方法、及び、当該トナー付着量測定装置を含む画像形成装置を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、入射面（光の照射軸と反射光の受光軸のなす面）と担持体の搬送方向とのなす角を非直角（非垂直）な角度に設定するようにしている。これにより、担持体表面の傷による反射波形の歪みが軽減し（図１３参照）、担持体に付着したトナー付着量の検出精度の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、トナー付着量測定によって画像形成プロセスを制御する際の一例を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るトナー付着量測定装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、トナー付着量測定装置と担持体搬送方向との関係１を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、図３のトナー付着量演算部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示し、トナー付着量測定装置と担持体搬送方向との関係２を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示し、トナー付着量測定装置と担持体搬送方向との関係３を示す模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示し、トナー付着量測定装置と担持体搬送方向との関係４を示す模式図である。
【図９】本発明の第４の実施形態を示し、入射面と担持体搬送方向のなす角θと、傷による反射光量との関係の一例を示す特性図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係るトナー付着量測定装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態を示し、トナー付着量測定装置と担持体搬送方向との関係５を示す模式図である。
【図１２】担持体表面の傷による反射波形の歪み１の一例を示す写真である。
【図１３】担持体表面の傷による反射波形の歪み２の一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
本発明の第１の実施形態においては、−４５°〜０°乱反射系で、入射面が担持体搬送方向と平行である場合を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図１（ａ）に示す画像形成装置１００−１は、像担持体としての感光ドラム１０１、露光用レーザ１０２、ポリゴンミラー１０３、帯電ローラ１０４、現像器１０５、転写ベルト１０６、トナー付着量測定装置１０７、定着器１１０を有して構成されている。ここで、トナー付着量測定装置１０７は、電子写真方式の画像形成装置１００−１の担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を測定するものである。また、トナー像は、担持体（１０１又は１０６）ごと搬送される。
【００１４】
まず、画像形成装置１００−１は、帯電ローラ１０４で感光ドラム１０１表面を帯電し、露光用レーザ１０２とポリゴンミラー１０３で静電潜像を作成する。次に、画像形成装置１００−１は、現像器１０５で感光ドラム１０１上にトナーパッチ１０８を形成し、現像後の位置に設置したトナー付着量測定装置１０７でトナーパッチ１０８のトナー付着量を測定する。そして、トナー付着量測定後、トナーパッチ１０８は、印刷用紙１０９に転写され、定着器１１０によって定着され、印刷物として出力される。
【００１５】
また、図１（ｂ）に示す画像形成装置１００−２のように、感光ドラム１０１から転写ベルト１０６にトナーパッチ１０８を転写した後に、転写ベルト１０６上でトナー付着量測定を行なっても良い。
【００１６】
なお、トナー付着量測定装置１０７は、電子写真方式の画像形成装置１００の担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を測定する、本発明のトナー付着量測定装置の適用例となる構成である。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態を示し、トナー付着量測定２０７によって画像形成プロセス２０１を制御する際の一例を示す制御ブロック図である。
画像形成プロセス２０１は、帯電２０２、露光２０３、現像２０４、転写２０５、定着２０６の各プロセス工程で構成されている。その上で、現像２０４後、もしくは、転写２０５後において、トナー付着量測定２０７を実施し、測定したトナー付着量を転写制御２０８、現像制御２０９、露光制御２１０にフィードバックし、それぞれのプロセスを制御する。例えば、転写制御２０８では、転写２０５における転写電流を、現像制御２０９では、現像２０４における現像バイアス電圧やトナー補給量を、露光制御２１０では、露光２０３における階調γ特性を、実測したトナー付着量に応じて補正制御する。
【００１８】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るトナー付着量測定装置１０７の概略構成の一例を示す模式図である。
図３に示すように、トナー付着量測定装置１０７は、レーザ光源３０１、集光レンズ３０２、受光レンズ３０３、ラインセンサ３０４、制御部３０５、バッファアンプ３０６、トナー付着量演算部３０７を有して構成されている。
【００１９】
図３に示す例では、レーザ光源３０１と集光レンズ３０２によって、感光ドラム１０１もしくは転写ベルト１０６表面、及び、トナーパッチ１０８表面に対して、４５°（−４５°）の傾きでＹ軸方向にレーザ光が照射されている。そして、トナーパッチ１０８表面で反射した光は、反射面に対し垂直方向（Ｚ軸方向）に設置された受光レンズ３０３でラインセンサ３０４上に結像される。また、４５°の傾きで照射された光が高さ変化によってＹ軸方向に反射光スポットが変化することを検出するために、ラインセンサ３０４はＹ軸方向に画素アレイが並ぶ設置となる。また、担持体搬送方向３０８もＹ軸方向である。結像された反射光は、ラインセンサ３０４によって反射の分布を示す電圧の波形に変換され、バッファアンプ３０６を介してトナー付着量演算部３０７で後述する信号処理を実行し、トナー付着量が算出される。そして、画像形成装置１００は、トナー付着量演算部３０７によって算出されたトナー付着量をもとに色安定化制御を行なう。
【００２０】
なお、本実施形態におけるレーザ光源３０１は、トナー像、及び、担持体（１０１又は１０６）の表面に光を照射する、本発明の光照射手段の適用例となる構成である。また、本実施形態におけるラインセンサ３０４は、本発明の受光手段の適用例となる構成である。また、ラインセンサ（受光手段）３０４は、担持体（１０１又は１０６）の表面とトナー像の表面によって変化した反射光の特徴点の位置を検出する。
【００２１】
図４は、本発明の第１の実施形態を示し、トナー付着量測定装置１０７と担持体搬送方向３０８との関係１を示す模式図である。
図４に示す通り、担持体（１０１又は１０６）表面には、回転ローラやクリーニングブレード等が接触するため、その担持体搬送方向３０８に伸びた擦り傷（筋状傷４０１）が存在する。本実施形態の照射・受光条件においては、入射面４０４（照射軸４０２と受光軸４０３とのなす面）と担持体搬送方向３０８が平行（非直角（非垂直））であるため、ラインセンサ３０４で撮像した反射波形は傷による歪みは少なく、トナー付着量の検出精度が向上する。なお、照射軸４０２と受光軸４０３のなす角は−４５°以外の角度でも良い。
【００２２】
図５は、本発明の第１の実施形態を示し、図３のトナー付着量演算部３０７の内部構成の一例を示すブロック図である。
この図５のブロック図でトナー付着量演算のプロセスを説明する。
図５に示すように、トナー付着量演算部３０７は、反射データ記憶部５０１、トナー付着量算出部５０２を有して構成されている。
【００２３】
ラインセンサ３０４から出力された反射波形は、バッファアンプ３０６でインピーダンス調整された後、反射データ記憶部５０１に記憶される。トナー付着量算出部５０２は、反射データ記憶部５０１に記憶されている反射データの重心を検出することで反射位置を、面積を検出することで反射光量をそれぞれ算出する。そして、これらの処理を担持体（１０１又は１０６）からの反射波形とトナーパッチ１０８からの反射波形に対してそれぞれ実行し、算出値の変化量を最終的なトナー付着量として算出する。
反射位置検出の重心計算では、以下の数式（１）を用いる。
【００２４】
【数１】
2012098474.tif 000003
【００２５】
なお、重心以外の計算方法としては、例えば、波形を二次関数（以下の数式（２））でフィッティングし、パラメータＢを波形の中心値として算出しても良い。あるいは、フィッティングを行なわずにクリップされた波形平坦部の中心Ｘ座標の検出を行なうだけでも良い。
【００２６】
【数２】
2012098474.tif 000004
【００２７】
トナー付着量算出部５０２では、得られた反射位置の移動量Ｌとレーザ光源３０１の照射角度θ、受光レンズ３０３の光学倍率Ｍ、ラインセンサ３０４の画素ピッチｐからトナーパッチ１０８の厚さｈ（層厚）を算出し、以下の数式（３）を用いてトナー付着量を算出する。
【００２８】
【数３】
2012098474.tif 000005
【００２９】
また、反射光量検出の面積計算では、以下の数式（４）を用いる。
【００３０】
【数４】
2012098474.tif 000006
【００３１】
なお、面積以外の計算方法としては、例えば、ピーク頂点を検出し、その頂点のＹ座標（ピーク高さ）を用いて反射光量を算出しても良い。また、担持体（１０１又は１０６）からの反射波形とトナーパッチ１０８からの反射波形を複数回ずつ測定し、それぞれの波形に対して厚さｈや光量Ｓを算出し、平均高さｈ'や平均光量Ｓ'をトナー付着量としても良い。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
以下では、本発明の第２の実施形態におけるトナー付着量の測定方法を説明する。
本実施形態においては、０〜４５°乱反射系で、入射面が、担持体搬送方向と平行である場合を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００３３】
図６は、本発明の第２の実施形態を示し、トナー付着量測定装置１０７と担持体搬送方向３０８との関係２を示す模式図である。
図６に示す通り、レーザ光は、担持体（１０１又は１０６）表面に対して垂直な照射軸６０２で照射され、ラインセンサ３０４は、受光軸６０３に係る４５°の位置に設置されている。本実施形態においても、入射面６０４は、担持体搬送方向３０８に平行に発生する筋状傷６０１に平行（非直角（非垂直））であるため、筋状傷６０１による波形の歪みが少なく、トナー付着量の検出精度が向上する。
【００３４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
以下では、本発明の第３の実施形態におけるトナー付着量の測定方法を説明する。
本実施形態においては、−４５°〜４５°正反射系で、入射面が担持体搬送方向３０８と平行である場合を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００３５】
図７は、本発明の第３の実施形態を示し、トナー付着量測定装置１０７と担持体搬送方向３０８との関係３を示す模式図である。
図７に示す通り、レーザ光は、担持体表面（１０１又は１０６）に対して４５°（−４５°）の傾きをもってＹ軸方向に照射され（照射軸７０２参照）、ラインセンサ３０４は、受光軸７０３に係る４５°の位置に設置されている（−４５°〜４５°正反射系）。本実施形態においても、入射面７０４は、担持体搬送方向３０８に平行に発生する筋状傷７０１に平行（非直角（非垂直））であるため、筋状傷７０１による波形の歪みが少なく、トナー付着量の検出精度が向上する。
【００３６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
以下では、本発明の第４の実施形態におけるトナー付着量の測定方法を説明する。
本実施形態においては、−４５°〜０°乱反射系において、反射位置変化の方向と担持体搬送方向３０８とのなす角が４５°である場合を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００３７】
図８は、本発明の第４の実施形態を示し、トナー付着量測定装置１０７と担持体搬送方向３０８との関係４を示す模式図である。
図８に示す通り、搬送方向の筋状傷４０１に対してラインセンサ３０４がＹ軸から４５°傾いて設置されている。この場合においても、照射軸８０２と受光軸８０３とのなす面である入射面８０４の角度は、傷方向に対して垂直とはならないため（非直角（非垂直）である）、筋状傷４０１による波形の歪みが少なく、トナー付着量の検出精度が向上する。なお、入射面８０４と担持体搬送方向３０８のなす角が非直角（９０°でない）であれば、４５°以外の任意の角度で良い。
【００３８】
図９は、本発明の第４の実施形態を示し、入射面と担持体搬送方向３０８のなす角θと、傷による反射光量との関係の一例を示す特性図である。
この図９の特性図から、９０°〜７０°の範囲においては、傷からの光量成分が存在するため、波形歪みが生じる可能性がある。従って、θは０°〜７０°未満の任意の角度に設計することが望ましい。なお、−４５°〜０°系乱反射に限らず、他の角度の乱反射、もしくは、正反射系でも良い。
【００３９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
以下では、本発明の第５の実施形態におけるトナー付着量の測定方法を説明する。
本実施形態においては、ラインセンサ３０４の代わりにフォトダイオード１００１を使用することで、反射光の光量のみの検出でトナー付着量を検出する場合を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００４０】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係るトナー付着量測定装置１０７の概略構成の一例を示す模式図である。
図１０に示す例では、レーザ光源３０１と集光レンズ３０２によって、担持体（１０１又は１０６）表面、及び、トナーパッチ１０８表面に対し４５°（−４５°）の傾きでＹ軸方向にレーザ光が照射される。反射した光は、反射面に対し垂直方向（Ｚ軸方向）に設置されたフォトダイオード１００１上に反射する。トナー付着量演算部３０７は、担持体（１０１又は１０６）とトナーパッチ１０８とで変化した反射光量をフォトダイオード１００１の出力する電圧を検出することで、トナー付着量を算出する。
【００４１】
図１１は、本発明の第５の実施形態を示し、トナー付着量測定装置１０７と担持体搬送方向３０８との関係５を示す模式図である。
図１１に示す通り、担持体（１０１又は１０６）表面には回転ローラやクリーニングブレード等が接触するため、その担持体搬送方向３０８に伸びた擦り傷（筋状傷４０１）が存在する。本実施形態の照射・受光条件においては、照射軸１１０１と受光軸１１０２とのなす面である入射面１１０３と担持体搬送方向３０８が平行（非直角（非垂直））であるため、フォトダイオード１００１には均一な分布をもった反射光が入射する。このため、フォトダイオード１００１からは、傷の有無による乱反射光量の変化が少なく安定した電圧が出力される。フォトダイオード１００１からの出力電圧は、バッファアンプ３０６を通してトナー付着量演算部３０７に入力され、トナー付着量が算出される。なお、照射軸１１０１と受光軸１１０２のなす角は４５°以外の任意の角度を持つ乱反射型でも良いし、正反射型でも良い。また、入射面（１１０３）と担持体搬送方向３０８が非直角（非垂直）であれば、平行以外の角度でも良い。
【００４２】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含めることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１又は１０６  担持体、１０７  トナー付着量測定装置、１０８  トナーパッチ、３０１  レーザ光源、３０２  集光レンズ、３０３  受光レンズ、３０４  ラインセンサ、３０５  制御部、３０６  バッファアンプ、３０７  トナー付着量演算部、３０８  担持体搬送方向
【図１】
2012098474.tif 000007
【図２】
2012098474.tif 000008
【図３】
2012098474.tif 000009
【図４】
2012098474.tif 000010
【図５】
2012098474.tif 000011
【図６】
2012098474.tif 000012
【図７】
2012098474.tif 000013
【図８】
2012098474.tif 000014
【図９】
2012098474.tif 000015
【図１０】
2012098474.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
2012098474.tif 000018
【図１３】
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