(57)【要約】【課題】トナーの質量を正確に測定可能なＱＣＭセンサを提供する。【解決手段】ＱＣＭセンサ１２０は、所定の発振周波数で発振する水晶片１２７と、水晶片１２７を挟んで対向する位置に設けられるトナー付着面１２１及びトナー非付着面１２２とを備える。トナーは、トナー付着面１２１の質量検出感度が略等しい分割領域１３３ｂに付着する。トナーが付着する前の水晶片１２７の発振周波数と、付着した後の水晶片１２７の発振周波数とから、付着したトナーの質量が算出される。【選択図】図９
2016197154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーの質量を測定する質量測定装置であって、
板状の水晶振動子と、
前記水晶振動子の第１面に取り付けられた第１の電極と、
前記水晶振動子の前記第１面と反対側の第２面に取り付けられた第２の電極と、
前記水晶振動子の前記第１面と前記第２面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第１の電極と前記第２の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の電極に付着した前記トナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、
前記トナーが前記第１の電極に付着した状態で、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された共振周波数を取得し、前記取得した共振周波数に基づいて前記第１の電極に付着した前記トナーの質量を決定する決定ユニットと、
前記第１の電極に重なるように設けられ、開口が形成されたカバー部材と、を有し、
前記カバー部材の前記開口から露出している前記第１の電極の領域は、前記水晶振動子の前記振動するときの振幅が略等しいことを特徴とする、
質量測定装置。
【請求項２】
前記決定ユニットは、前記トナーが前記第１の電極に付着する前に、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された第１共振周波数を取得し、前記トナーが前記第１の電極に付着した状態で、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された第２共振周波数を取得し、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数とに基づいて前記第１の電極に付着させた前記トナーの質量を決定することを特徴とする、
請求項１に記載の質量測定装置。
【請求項３】
前記第１の電極に接続されるコンデンサを更に有し、
前記コンデンサは、前記第１の電極に前記トナーを付着させる場合に前記第１の電極に接続されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の質量測定装置。
【請求項４】
前記第１の電極の前記領域に対応した開口部を有し、前記第１の電極を覆うように配置されるマスクを備えることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか1項記載の質量測定装置。
【請求項５】
前記領域に対応する形状の付着電極を、前記第１の電極に、絶縁体を挟んで前記領域に対応する位置に備えており、
前記水晶振動子は、前記第１の電極に代わって前記付着電極に前記トナーが付着することで前記共振周波数が変化することを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項記載の質量測定装置。
【請求項６】
前記第１の電極は円形であって中央部分の質量検出感度が最も高く、縁部に向かって質量検出感度が低くなっており、
前記領域は、前記第１の電極を同心円状の複数の前記質量検出感度が略等しい分割領域に分割したうちの一つであることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項記載の質量測定装置。
【請求項７】
前記領域は、前記複数の分割領域のうち質量検出感度が最も「１」に近い分割領域であることを特徴とする、
請求項６記載の質量測定装置。
【請求項８】
前記質量検出感度は、前記第１の電極に一様に付着した前記トナーの質量、前記第１の電極の前記領域に一様に付着した前記トナーの質量、前記第１の電極の面積、及び前記第１の電極の前記領域の面積に基づいて算出されることを特徴とする、
請求項６又は７記載の質量測定装置。
【請求項９】
感光体と、
前記感光体を露光して前記感光体に静電潜像を形成する露光器と、
請求項１〜８のいずれか１項記載の質量測定装置を有し、前記感光体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させて当該静電潜像を現像する現像器と、
前記質量測定装置の前記第１の電極に付着する前記トナーの質量を、前記トナーが付着する前と付着した後との前記水晶振動子の共振周波数の変化から測定する測定手段と、を備えることを特徴とする、
画像形成装置。
【請求項１０】
前記測定手段は、前記第１の電極に前記トナーを付着させるための付着電圧を印加する充電用素子を備えており、前記第１の電極に付着する前記トナーの電荷量を、前記トナーが付着する前と付着した後との前記充電用素子の出力電位の変化から測定することを特徴とする、
請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記測定手段で測定された前記トナーの質量と電荷量とから、前記第１の電極に付着する前記トナーの帯電量を算出する制御手段と、を備えることを特徴とする、
請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、算出した前記帯電量に応じて、前記感光体を露光するための前記露光器から出射される光の調整を行うことを特徴とする、
請求項１１記載の画像形成装置。
【請求項１３】
板状の水晶振動子と、
前記水晶振動子の第１面に取り付けられた第１の電極と、
前記水晶振動子の前記第１面と反対側の第２面に取り付けられた第２の電極と、
前記水晶振動子の前記第１面と前記第２面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第１の電極と前記第２の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の電極に付着したトナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、を備えた質量測定装置により前記第１の電極に付着した前記トナーの質量を測定する方法であって、
前記トナーが付着する前の前記水晶振動子の第１の発振周波数を測定しておき、
前記第１の電極の質量検出感度が略等しい領域に前記トナーが付着したときの前記水晶振動子の第２の発振周波数を測定して、
前記第１の発振周波数と前記第２の発振周波数とから付着した前記トナーの質量を算出することを特徴とする、
質量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子の質量を測定するための質量測定装置、質量測定装置を搭載した画像形成装置、及び微粒子の質量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機や複合機等の画像形成装置には、感光体上に可視画像であるトナー像を形成し、これを記録用紙に転写することで画像形成を行う電子写真方式のものがある。画像形成装置は、感光体に静電潜像を形成し、現像器に収容された現像剤を用いて静電潜像を現像することによってトナー像を形成する。現像剤がトナーとキャリアとを有する二成分現像剤である場合、トナーは、現像器と感光体との間に発生する電界により静電潜像に付着する。そのために、トナーの帯電量（単位質量あたりの電荷量）が、画像の品質を決める重要な要因となる。例えば、現像器内のトナーの帯電量Ｑ／Ｍが低下した場合に画像の濃度は増加する。一方、現像器内のトナーの帯電量Ｑ／Ｍが増加した場合に画像の濃度は低下する。
【０００３】
トナーの帯電量Ｑ／Ｍが変動する要因として、画像形成装置の設置環境における温度や湿度等の環境条件の変化や、長期間の使用による現像剤の劣化が知られている。他に、現像器内の攪拌動作や、現像時に現像器内の規制部材を通過するときの摩擦によって、電荷量Ｑが増加して帯電量Ｑ／Ｍが変動する。所望の濃度の画像を形成するためには、現像直前のトナーの帯電量Ｑ／Ｍを正確に把握して、画像形成条件を帯電量に適した条件に制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１では、圧電性結晶共振器（ピエゾ素子）と電極とからなるＱＣＭセンサにトナーを吸着させ、ピエゾ素子の発振周波数の変化に基づいて算出された質量Ｍと、ＱＣＭセンサに吸着したトナーの電荷量Ｑとに基づいてトナー帯電量（Ｑ／Ｍ）が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】US 5,006,897
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ＱＣＭセンサの平板状の電極（被吸着面）が、円筒形の現像ローラのトナーを担持する面に対向するように配置されている。現像ローラが円筒形であるので、電極の表面と現像ローラとの距離が一定ではない。そのために、電極の表面に付着するトナーの量が不均一になる。つまり、電極の表面において現像ローラの表面に最も近い領域に付着するトナー量は、電極の表面において現像ローラの表面に最も遠い領域に付着するトナー量よりも多くなる。
【０００７】
測定対象物が電極の表面に不均一に付着した場合、電極に付着した測定対象物の質量を高精度に測定できない可能性がある。これは、ＡＴカットの水晶振動子を用いたＱＣＭセンサは、測定対象物（例えば、トナー）が電極に付着した位置に応じて検出感度が異なるからである。例えば、検出感度の高い電極の中央部に付着する測定対象物が、検出感度の低い他の部分に付着する測定対象物よりも多い場合、ＱＣＭセンサは、電極に付着した全ての測定対象物の質量より大きい質量を検出してしまう可能性がある。そのためにＱＣＭセンサは、電極に付着した測定対象物の質量を測定する場合、電極の表面に一様に測定対象物を付着させる必要がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、トナーの質量を高精度に測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の質量測定装置は、トナーの質量を測定する質量測定装置であって、板状の水晶振動子と、前記水晶振動子の第１面に取り付けられた第１の電極と、前記水晶振動子の前記第１面と反対側の第２面に取り付けられた第２の電極と、前記水晶振動子の前記第１面と前記第２面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第１の電極と前記第２の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、前記第１の電極に付着した前記トナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、前記トナーが前記第１の電極に付着した状態で、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された共振周波数を取得し、前記取得した共振周波数に基づいて前記第１の電極に付着した前記トナーの質量を決定する決定ユニットと、前記第１の電極に重なるように設けられ、開口が形成されたカバー部材と、を有し、前記カバー部材の前記開口から露出している前記第１の電極の領域は、前記水晶振動子の前記振動するときの振幅が略等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、測定対象物（例えばトナーの）質量を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像形成装置の概略構成図。
【図２】（ａ）、（ｂ）はＱＣＭセンサの斜視図。
【図３】現像器の概略構成図。
【図４】現像器内のトナーの帯電量の変化を表す図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は質量検出感度の分布の説明図。
【図６】（ａ）は現像スリーブ及びＱＣＭセンサの部分拡大図、（ｂ）はＱＣＭセンサをトナーの吸着面側から見た図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は質量検出感度を求める方法について説明する図。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は質量検出感度を求める方法について説明する図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は分割領域にのみトナーを付着させる様子を表す図。
【図１０】現像器の構成図。
【図１１】制御装置の構成図。
【図１２】Ｑ／Ｍ測定部の回路例示図。
【図１３】トナーの帯電量の算出処理を表すフローチャート。
【図１４】帯電量算出時のタイミングチャート。
【図１５】ステップＳ１３０１の詳細な処理を表すフローチャート。
【図１６】ステップＳ１３０２の詳細な処理を表すフローチャート。
【図１７】基準となる電荷量及び質量の測定処理を表すフローチャート。
【図１８】トナー吸着面電極にトナーを付着させる処理を表すフローチャート。
【図１９】画像信号と画像濃度との関係を表す図。
【図２０】基準帯電量の測定処理を表すフローチャート。
【図２１】γＬＵＴを補正する処理を表すフローチャート。
【図２２】帯電量に応じた階調特性変動の模式図。
【図２３】ＱＣＭセンサの構成例示図。
【図２４】Ｑ／Ｍ測定部の回路例示図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、電子写真方式の画像形成装置の概略構成図である。図１中、符番の後尾に付される符号（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、トナー像の色を表す。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。なお、色により区別する必要がない場合には、符番の後尾の符号（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を省略して記述する。この画像形成装置は、感光ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋに形成されたトナー像を中間転写ベルト１１５に重なるように転写することでフルカラーの画像を形成する。
【００１４】
感光ドラム１０１Ｙの周囲には、帯電器１０２Ｙ、露光器１０３Ｙ、現像器１０４Ｙ、光学センサ６０７Ｙ、一次転写ローラ１１３Ｙ、及びクリーナ１０６Ｙが設けられる。感光ドラム１０１Ｙは、感光体であり、図中矢印方向に回転する。現像器１０４Ｙは、トナーの帯電量Ｑ／Ｍを測定するトナー帯電量測定部１０８Ｙを備える。
【００１５】
感光ドラム１０１Ｙは、帯電器１０２により表面が所定の電位に帯電される。露光器１０３Ｙは、形成する画像の画像信号に基づいて変調したレーザ光１００Ｙを、感光ドラム１０１Ｙの帯電した表面に照射する。これにより感光ドラム１０１Ｙの表面には静電潜像が形成される。現像器１０４Ｙは、収容する現像剤中のトナーの帯電量Ｑ／Ｍを測定した後に、感光ドラム１０１Ｙと現像スリーブとの間に生じる電界によりトナーを感光ドラム１０１Ｙに付着させて、静電潜像を現像する。これにより、感光ドラム１０１Ｙにイエローのトナー像が形成される。トナーの帯電量Ｑ／Ｍの測定処理の詳細については後述する。トナー像のトナー濃度は、光学センサ６０７Ｙにより検出される。感光ドラム１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋも周囲に同様の構成を有しており、同様にして各色のトナー像が形成される。
【００１６】
中間転写ベルト１１５は、各感光ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋと、一次転写ローラ１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋとの間に挟まれており、駆動ローラ１０５により回転駆動される。また、中間転写ベルト１１５は、二次転写ローラ１１４に張架される。各感光ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋに形成されたトナー像は、一次転写ローラ１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋにより、中間転写ベルト１１５に重なるように転写される。このようにして中間転写ベルト１１５には４色が重なったトナー像が形成される。なお、トナー像転写後に感光ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋに残留する残留トナーは、クリーナ１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋにより除去される。
【００１７】
記録用紙Ｐは、給紙カセットに収容されており、給紙ローラ１１６により１枚ずつピックアップされて中間転写ベルト１１５との接触部まで搬送される。記録用紙Ｐは、中間転写ベルト１１５に形成されたトナー像が接触部に搬送されるタイミングに合わせて、接触部に搬送される。中間転写ベルト１１５に形成されたトナー像は、接触部において、二次転写ローラ１１４により記録用紙Ｐに転写される。トナー像が転写された記録用紙Ｐは、定着器１０７に搬送される。定着器１０７は、記録用紙Ｐにトナー像を熱圧着する。定着器１０７により記録用紙Ｐにトナー像が定着する。記録用紙Ｐは、トナー像が定着した後に、排紙トレイ１１７に排出される。以上のような構成及び動作により、画像形成装置は、記録用紙Ｐに画像形成を行う。
【００１８】
現像器１０４は、内蔵するトナー帯電量測定部１０８により、現像前のトナーの質量Ｍ及び電荷量Ｑを測定する。測定したトナーの質量Ｍ及び電荷量Ｑは、露光器１０３から照射されるレーザ光１００の制御に用いられて、感光ドラム１０１に形成されるトナー像のトナー濃度を調整する。トナー帯電量測定部１０８は、トナーの質量Ｍを測定するための質量測定装置としてＱＣＭセンサを備える。トナー帯電量測定部１０８は、ＱＣＭセンサで測定したトナーの質量Ｍ、及びトナーの電荷量Ｑにより、トナーの帯電量Ｑ／Ｍを算出する。
【００１９】
（ＱＣＭセンサ）
ＱＣＭセンサの構成を図２に基づいて説明する。ＱＣＭ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。ＱＣＭセンサ１２０は、水晶振動子（水晶片１２７）への交流電圧の印加による圧電逆効果によって結晶振動が励起されるという特性を利用して、ＱＣＭセンサ１２０のプローブ（電極）に吸着させた測定対象物の質量を測定する。ＱＣＭセンサ１２０は、電極表面に付着する測定対象物の質量変化に応じて水晶振動子の発振周波数（共振周波数）が変化するので、この発振周波数の変化量に基づいて測定対象物の質量を検出できる。
【００２０】
測定対象物の質量変化量ΔＭと発振周波数の変化量Δｆとの関係は次の式（１）に示すＳａｕｅｒｂｒｅｙの式で表わされる。
【００２１】
【数１】
2016197154.tif 000003
ｆ0は水晶振動子の基本発振周波数、ρは水晶の密度（2.649x103 kg/m3）、μは水晶のせん断応力(2.947×1010kg ms)、Ａは水晶表面の電極表面積（ｃｍ2）。
【００２２】
例えばｆ0＝１０［ＭＨｚ］の水晶振動子の場合、Δｆ＝１［ＭＨｚ］の変化に対応する質量変化は約５［ｎｇ／ｃｍ2］である。プローブが測定対象物を吸着していない状態での水晶振動子の発振周波数と、プローブが測定対象物を吸着した状態での水晶振動子の発振周波数との差に基づいて、プローブに吸着した測定対象物の質量が算出される。
【００２３】
本実施形態のＱＣＭセンサ１２０は、板状の水晶片１２７と、水晶片１２７の第１面に設けられた第１の電極と、水晶片１２７の第１面の反対側の第２面に設けられた第２の電極とを有する。図２（ａ）は、ＱＣＭセンサ１２０の第１面側の斜視図であり、図２（ｂ）は、ＱＣＭセンサ１２０の第２面側の斜視図である。ＱＣＭセンサ１２０の第１面には、トナーが付着するトナー付着電極１２１と、トナー付着電極１２１に一体に形成された電極端子１２３とが設けられる。トナー吸着電極１２１は第１の電極に相当する。ＱＣＭセンサ１２０の第２面には、トナーが付着しないトナー非付着電極１２２と、トナー非付着電極１２２に一体に形成された電極端子１２４とが設けられる。トナー非吸着電極１２２は第２の電極に相当する。トナー付着電極１２１、トナー非付着電極１２２、電極端子１２３、及び電極端子１２４は、金等の導電体で形成される。電極端子１２３と電極端子１２４とは、トナー付着電極１２１とトナー非付着電極１２２とを電気的に接続する。水晶片１２７は、ＡＴカットの水晶の薄板で構成される水晶振動子である。ＱＣＭセンサ１２０は、トナー付着電極１２１に付着したトナーの質量に応じて水晶片１２７の発振周波数が変化する。
【００２４】
水晶片１２７を挟んで対向する位置に電極が存在しない領域に付着した物質の質量は測定されない。これは、水晶片１２７を挟んで対向する電極間に電圧が印加されると厚みすべり振動が発生するが、対向する位置に電極がない場合には水晶片１２７に電圧が印加されても水晶片１２７は厚みすべり振動を発生しないからである。ＱＣＭセンサ１２０は、トナー付着電極１２１に付着したトナーの質量を測定するために、トナー非付着電極１２２が水晶片１２７を挟んでトナー付着電極１２１と対向する位置に設けられている。また、電極端子１２３と電極端子１２４とは、水晶片１２７を挟んで対向する位置に設けられていない。そのために、ＱＣＭセンサ１２０は、電極端子１２３にトナーが付着してもその質量を測定することはない。なお、電極端子１２３、１２４の表面は、電気的な外乱成分の影響を防止するために、絶縁物質により被覆されている。
【００２５】
（現像器）
図３は、現像器１０４の概略構成図である。各色の現像器１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋの構成は同じであるため、個別の説明は省略する。現像器１０４は、トナー１６１及びキャリア１６２の二成分からなる現像剤１１０を収容しており、これを感光ドラム１０１に付着させて静電潜像を現像する。トナー１６１は、荷電粒子であり、摩擦等により帯電する。現像器１０４は、現像スリーブ１１１、規制ブレード１１２、２つの撹拌スクリュー１１８、及びトナー帯電量測定部１０８を備える。トナー帯電量測定部１０８は、ＱＣＭセンサ１２０を有する。
【００２６】
２つの撹拌スクリュー１１８は、それぞれ図中矢印方向に回転することで、現像剤１１０を現像スリーブ１１１付近まで搬送する。２つの撹拌スクリュー１１８は、現像剤１１０の撹拌で生じる摩擦により、トナー１６１を帯電する。現像スリーブ１１１は、回転可能な非磁性の筒状部材であり、筒内部に、磁力を有するマグネット１５２を備える。現像スリーブ１１１は、マグネット１５２の磁力によりキャリア１６２を外周面に引きつけ、矢印Ａ方向に回転することで現像剤１１０を引きつけつつ回転方向に搬送する。
【００２７】
規制ブレード１１２は、現像スリーブ１１１により搬送される現像剤１１０の量を規制するための規制部材である。現像スリーブ１１１により搬送される現像剤１１０は、現像スリーブ１１１と規制ブレード１１２との間隙を通過する際に、現像スリーブ１１１上の単位面積当たりの現像剤１１０の量が一定になるように規制される。また、同時に、現像剤１１０と規制ブレード１１２との接触摩擦が促進されて、トナー１６１の帯電量が大きくなる。
【００２８】
トナー帯電量測定部１０８は、現像スリーブ１１１の回転方向Ａに対して、規制ブレード１１２の下流側で、感光ドラム１０１へトナー１６１が供給される位置の上流側に配置される。また、トナー帯電量測定部１０８は、ＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１が現像スリーブ１１１上の現像剤１１０と接触せず、かつトナー付着電極１２１が現像スリーブ１１１からのトナー１６１の付着を可能とする距離を開けて配置される。トナー帯電量測定部１０８は、トナー付着電極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ことで、質量測定中の測定値の変動を防止する。
【００２９】
（トナー帯電量）
図４は、現像器１０４内のトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの変化を表す図である。横軸は時間、縦軸は帯電量Ｑ／Ｍを表す。実線は劣化していない現像剤１１０、破線は劣化している現像剤１１０の帯電量Ｑ／Ｍの変化を表す。上記の通り、トナー１６１は、撹拌スクリュー１１８により搬送されながら帯電量（Ｑ／Ｍ）Sまで帯電する。帯電速度は徐々に減少する。また、トナー１６１は規制ブレード１１２を通過する際にも帯電される。トナー１６１は、規制ブレード１１２により感光ドラム１０１に移動するのに十分な帯電量（Ｑ／Ｍ）bまで帯電する。
【００３０】
トナー１６１は、劣化している場合、帯電量（Ｑ／Ｍ）bまで帯電しない。帯電量Ｑ／Ｍが十分でないまま現像を行うと、静電潜像に付着するトナー量に劣化していないトナー１６１との間で差が生じてしまい、画像の濃度、色味が変動してしまう。これを正確に補正するために、トナー帯電量測定部１０８は、トナーの帯電量Ｑ／Ｍを正確に測定する必要がある。そのためにトナー帯電量測定部１０８は、図３に示すように、規制ブレード１１２から現像位置までの間で、トナーの帯電量Ｑ／Ｍを正確に測定可能な位置に配置される。
【００３１】
トナー１６１の帯電量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、湿度の変化、キャリア１６２の経年劣化、トナー消費量、トナー補給量の変化等がある。また、使用しない状態で長時間放置された場合には現像器１０４内のトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍが低下するために、現像器１０４の立ち上げ直後は帯電量Ｑ／Ｍが比較的急激に変化する。環境変動や経年劣化に起因する場合、帯電量Ｑ／Ｍは徐々に変化し、トナー消費や補給に起因する場合、帯電量Ｑ／Ｍは急減に変化する。急激に変化する場合、例えば、１ページの画像形成中に帯電量Ｑ／Ｍが変化することがある。
【００３２】
帯電量Ｑ／Ｍが変化すると、同じ条件で現像スリーブ１１１からトナー１６１を感光ドラム１０１に供給した場合に、電荷量Ｑが同じであってもトナー１６１の質量Ｍに差が生じてしまい、形成する画像の濃度、色味が変動する。例えば、帯電量Ｑ／Ｍが小さいトナー１６１により現像する場合、現像スリーブ１１１の一定面積内の電荷量Ｑが同じであれば、現像に用いたトナー１６１の質量Ｍが大きくなりトナー量が多くなる。そのために画像の濃度が高くなる。逆に帯電量Ｑ／Ｍが大きいトナー１６１により現像する場合には、電荷量Ｑが同じであれば、現像に用いるトナー１６１の質量Ｍが小さくなりトナー量が少なくなる。そのために画像の濃度が低くなる。
【００３３】
本実施形態では、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍに基づいて、原稿データ（画像データ）を補正するための補正条件を変更することで、感光ドラム１０１に付着させるトナー量を調整する。そのために、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを正確に測定する必要がある。補正条件が変更された場合、露光器１０３は補正条件に応じて補正された画像データに基づくレーザ光１００を照射する。補正条件が変更されることによって、レーザ光１００が１画素を露光する時間（パルス幅）が変更される。なお、帯電量Ｑ／Ｍに基づいて補正条件を補正する方法は、フィードバック制御に要する時間が短時間であるという利点がある。画像形成装置は、感光ドラム１０１に付着させるトナー量がトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍに適した目標量となるように、感光ドラム１０１を露光するレーザ光１００のパルス幅が調整される。調整されたパルス幅のレーザ光１００によって形成された静電潜像がトナーを用いて現像されることによって、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの変動に起因する画像の濃度変動を抑制できる。
【００３４】
（ＱＣＭセンサの検出感度）
ＱＣＭセンサ１２０は、質量検出感度がトナー付着電極１２１上の位置により異なることが知られている。図５は、質量検出感度の分布図である。ＱＣＭセンサ１２０の質量を検出可能な領域は、トナー付着電極１２１とトナー非付着電極１２２とが対向して設けられる領域に略等しい。
【００３５】
ＱＣＭセンサ１２０は、振幅の分布が同心円状に最適化されるように、振幅の分布がコンベックス形状となっている。トナー付着電極１２１及びトナー非付着電極１２２はいずれも円形をしており、トナー付着電極１２１の中央部分が最も振動振幅が大きい。さらに、トナー付着電極１２１の振動振幅は、トナー付着電極１２１の中心から遠くなるほど減少する。そのため、トナー付着電極１２１の中央部分が最も質量検出感度が高く、中央部分からの距離が遠くなるほど質量検出感度が低下する。
【００３６】
ＱＣＭセンサ１２０の質量検出領域内の振動振幅の大きさは、図５（ａ）の矢印の大きさで示される。図５（ａ）では、ＡＴカットの水晶片１２７のＸ軸方向とＺ’軸方向（Ｙ−Ｚ平面でＺ軸に対して３５°１５’傾いた方向）を示しており、厚みすべり振動の方向は、Ｘ軸方向となっている。図５（ｂ）、（ｃ）は、質量検出感度の分布１２８を示す。いずれの方向にもトナー付着電極１２１の中央部の質量検出感度が最も高く、トナー付着電極１２１の縁部に近いほど質量検出感度が低くなる。図５（ｄ）は、質量検出感度の分布１２８を立体的に示している。
【００３７】
このようにＱＣＭセンサ１２０は、質量検出感度が振動振幅に応じた分布を有する。トナー付着電極１２１にトナー１６１が一様に付着する場合には、（式１）により発振周波数から付着したトナー１６１の質量を正確に得ることができる。
【００３８】
しかし、図３に示すように現像器１０４内の現像スリーブ１１１とＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１との距離は一定ではない。そのために、トナー付着電極１２１には、トナー１６１が一様に付着せず、トナー付着電極１２１に吸着させたトナー１６１の質量を高精度に測定できない。図６（ａ）は、現像スリーブ１１１及びＱＣＭセンサ１２０の部分拡大図である。
【００３９】
現像スリーブ１１１は、電界によりトナー１６１をＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１に付着させる。ここで、現像スリーブ１１１が円筒形である。本実施形態においては、現像スリーブ１１１に最も近いトナー付着電極１２１の領域がトナー付着電極１２１の中心と略等しくなるように、ＱＣＭセンサ１２０が、配置される。つまり、現像スリーブ１１１とトナー付着電極１２１との距離は、ＱＣＭセンサ１２０の中心程近く、縁部ほど遠くなる。ＱＣＭセンサ１２０がコンベックス形状であれば、中心部はより近く、縁部はより遠くなる。トナー付着電極１２１に付着するトナーの量は現像スリーブ１１１とＱＣＭセンサ１２０との距離に応じて異なる。例えば、図６（ａ）に示すように、トナー付着電極１２１の中央部に付着したトナーの量はトナー付着電極１２１の縁部に付着したトナーの量よりも多くなる。
【００４０】
図６（ｂ）は、ＱＣＭセンサ１２０をトナー１６１の現像スリーブ１１１側から見た図である。図６（ｂ）では、トナー付着電極１２１に付着するトナー１６１の量の分布を濃淡で示す。付着量が多いほど色が濃く表される。ＱＣＭセンサ１２０の質量検出感度は、振動振幅を示す矢印の大きさに対応する。質量検出感度は、トナー付着電極１２１の中心ほど大きくなっている。
【００４１】
図６（ｂ）では、ＱＣＭセンサ１２０の振動方向、すなわち水晶片１２７の軸のＸ方向が現像スリーブ１１１の回転軸方向と平行になるように配置されている。ＱＣＭセンサ１２０の質量検出感度の分布は同心円状であるので、どの向きに配置してもトナー付着量の分布とＱＣＭセンサ１２０の質量検出感度の分布の関係に大きな変化はない。図６（ｂ）の場合、質量検出感度の高いトナー付着電極１２１の中心部にトナー１６１が多く付着し、質量検出感度の低いトナー付着電極１２１の周辺部にトナー１６１が少なく付着する。そのために、（式１）で求められる発振周波数の変化から計算されるトナー１６１の質量Ｍは、付着する全体のトナー量より多くなる。つまり、質量検出感度が一様ではなくばらつきを持つＱＣＭセンサ１２０では、図６（ｂ）のようにトナー１６１の付着量にばらつきが生じ、一様に物質が付着することが前提となっている（式１）が成り立たない。その結果、発振周波数の変化からトナー付着電極１２１に付着したトナー１６１の質量を正確に検出できないことがわかった。
【００４２】
（質量検出感度の補正）
トナー付着電極１２１に付着するトナー１６１の付着量にばらつきが生じる場合、トナー１６１の質量を正確に検出するためには、例えば、ＱＣＭセンサ１２０の質量測定領域の質量検出感度の分布のばらつきをなくして一様にすればよい。質量検出感度を一様にすることで、トナー１６１の付着量にばらつきが生じた場合であっても正確な質量の検出が可能になる。
【００４３】
すなわち、ＱＣＭセンサ１２０の質量検出領域内の質量検出感度が一定で感度が判明している領域に測定対象物を吸着させて質量を測定し、質量検出感度を補正することで正確に測定対象物の質量を検出することができる。トナー付着電極１２１を同心円状の複数の領域に分割し、領域毎に一様な膜を形成し、トナー付着電極１２１における各領域の面積の割合と、各領域に形成された膜の質量とから、分割した領域毎に質量検出感度を求めることができる。図７、図８は、ＱＣＭセンサ１２０の質量検出領域（トナー付着電極１２１）を複数の領域に分割して、各領域の質量検出感度を求める方法について説明する図である。円盤形状のＱＣＭセンサ１２０の質量検出感度の分布１２８は、コンベックス形状である。
【００４４】
図７（ａ）は、トナー付着電極１２１を同心円状に複数の領域に分割した状態を表す。トナー付着電極１２１は、同心円状の複数の分割領域１３３ａ〜１３３ｆに分けられる。図７（ｂ）に示すように、各分割領域１３３ａ〜１３３ｆは、ＱＣＭセンサ１２０全体と比較すると、領域内の質量検出感度のばらつきが少なく、略等しくなる。図７（ｂ）では、各分割領域１３３ａ〜１３３ｆの各質量検出感度の値を「Ｋａ〜Ｋｆ」で表す。なお、質量検出感度が略等しい領域とは、質量検出感度のばらつきが所定の範囲内であり、測定した質量が許容範囲内に収まるような結果が得られる範囲である。
【００４５】
最外周に位置する分割領域１３３ａの質量検出感度Ｋａは、感度が最も低い領域であるので「１」より小さい値となる。中央に位置する分割領域１３３ｆの質量検出感度Ｋｆは、感度が最も高い領域であるので「１」より大きい値となる。分割領域１３３ａと分割領域１３３ｆとの間に位置する分割領域１３３ｂ〜１３３ｅの質量検出感度Ｋｂ〜Ｋｅのいずれかが、「１」に最も近い値となる。質量検出感度が「１」に最も近い領域を用いて質量を検出する場合には、質量検出感度を補正することなく実際の質量に近い値が得られる。
【００４６】
図８は、各分割領域１３３ａ〜１３３ｆに対応するマスク１３４ａ〜１３４ｆの構成図である。図８により、各分割領域１３３ａ〜１３３ｆの質量検出感度Ｋａ〜Ｋｆの求め方を説明する。図８（ａ）に示すマスク１３４ａは、分割領域１３３ａを露出させるための開口部１３５ａを有する。図８（ｂ）に示すマスク１３４ｂは、分割領域１３３ｂを露出させるための開口部１３５ｂを有するカバー部材である。図８（ｃ）に示すマスク１３４ｃは、分割領域１３３ｃを露出させるための開口部１３５ｃを有する。図８（ｄ）に示すマスク１３４ｄは、分割領域１３３ｄを露出させるための開口部１３５ｄを有する。図８（ｅ）に示すマスク１３４ｅは、分割領域１３３ｅを露出させるための開口部１３５ｅを有する。図８（ｆ）に示すマスク１３４ｆは、分割領域１３３ｆを露出させるための開口部１３５ｆを有する。各マスク１３４ａ〜１３４ｆは、絶縁性の材料により形成される。
【００４７】
各開口部１３５ａ〜１３５ｅは、外側エリアと内側エリアとを連結するための４つの連結路を有する。そのために、同心円状の各分割領域１３３ａ〜１３３ｅに対し、略十字状に質量検出感度の測定に用いられない領域が生じる（図７（ａ））。しかし、この質量検出感度の測定に用いられない領域は、他の領域と比較して、質量検出感度の測定の際に問題とならない大きさである。
【００４８】
このようなマスク１３４ａ〜１３４ｆを用いて質量検出感度の分布を求める。まず、トナー付着電極１２１の全域に、所定の条件で一様な膜を形成し、そのときの発振周波数の変化から膜の質量Ｍ０を算出する。次に、マスク１３４ａでトナー付着電極１２１を覆って、同じ条件で膜を形成する。これにより、開口部１３５ａに応じた膜がトナー付着電極１２１に形成される。このときの発振周波数の変化から開口部１３５ａに対応する膜の質量Ｍａが算出される。同様にして、開口部１３５ｂ〜１３５ｆに応じた膜の質量Ｍｂ〜Ｍｆがそれぞれ算出される。
【００４９】
各分割領域１３３ａ〜１３３ｆの面積Ｓａ〜Ｓｆ及びトナー付着電極１２１の面積Ｓ０により、各分割領域１３３ａ〜１３３ｆの質量検出感度Ｋａ〜Ｋｆは、（式２）により算出される。（式２）では、一例として質量検出感度Ｋａの算出式を示す。
Ｋｎ＝Ｍｎ／（Ｍ０×（Ｓｎ／Ｓ０））    （但し、ｎ＝ａ〜ｆ）  （式２）
【００５０】
（式２）の分母は、分割領域１３３ｎの面積Ｓｎに実際に付着した物質（膜）の質量を表し、分子は発振周波数の変化から算出された物質（膜）の質量を表す。例えば、分割領域１３３ａの場合、この割合が分割領域１３３ａの質量検出感度Ｋａとなる。図７（ｂ）に示すように，各分割領域１３３ａ〜１３３ｆの質量検出感度Ｋａ〜Ｋｆは、検出感度の分布１２８の各領域のほぼ中央値となる。また、分割領域１３３ａの質量検出感度Ｋａは「１」より小さい値で、分割領域１３３ｆの質量検出感度Ｋｆは「１」より大きな値となる。その間の分割領域１３３ｂ〜１１３ｅの質量検出感度Ｋｂ〜Ｋeのいずれかが、「１」に近い値となる。
【００５１】
同じ形状のＱＣＭセンサ１２０であれば、質量検出感度の分布も同じになる。そのために、ＱＣＭセンサ１２０の質量検出感度Ｋａ〜Ｋｆを一度算出しておけば、同じ形状のＱＣＭセンサ１２０を使用する限り、同じ分割領域１３３ａ〜１３３ｆ及び質量検出感度Ｋａ〜Ｋｆを適用することができる。
【００５２】
図７（ｂ）に示す通り、分割領域１３３ａ〜１３３ｆのうち最も質量検出感度のばらつきが小さいのは中央部の分割領域１３３ｆである。しかし、分割領域１３３ｆの面積は、分割領域１３３ａ〜１３３ｆの中で最も小さく、物質の付着量が少ない。また、分割領域１３３ｆは、他の分割領域１３３ａ〜１３３ｅに比較して質量検出感度Ｋｆが高いために、物質の付着量に僅かなばらつきがあった場合でも測定誤差が大きくなる。これを避けるために、実際にトナー１６１の質量を検出する場合には、付着する物資の量を増やすために面積が大きく、且つ、質量検出感度が低い領域を用いることが望ましい。中央部の分割領域１３３ｆより外側の分割領域１３３ｅ、さらに外側の分割領域１３３ｄ、とより外側の分割領域が、物質の付着量のばらつきによる影響を低減することができる。
【００５３】
どの分割領域を用いると最も誤差が小さくなるかは、全体の質量検出感度の分布形状と、分割領域の面積、物質の付着量のばらつき方により異なるために、実験的に最適な分割領域を決めることになる。なお、質量検出感度が「１」に近い分割領域であれば、質量検出感度を補正する必要がないために、この分割領域を用いてもよい。
【００５４】
以下、面積がある程度広く、質量検出感度が縁部や中央部に比較すると「１」に近い領域で、物質の付着量のばらつきによる誤差が比較的少ないと思われる分割領域１３３ｂによりトナー１６１の質量を検出する場合について説明する。
【００５５】
図９は、分割領域１３３ｂにのみトナー１６１を付着させる様子を表す図である。図１０は、現像器１０４の構成概略図である。図１０に示すように、トナー帯電量測定部１０８は、ＱＣＭセンサ１２０と現像スリーブ１１１との間に、開口部１３５ｂを有するマスク１３４ｂ（図８（ｂ）参照）を備える。マスク１３４ｂは、図９（ｂ）に示すように、ＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１を覆うように、僅かにギャップを設けて配置される。ＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１に電界をかけることで、マスク１３４ｂの開口部１３５ｂを通して、図９（ａ）に示すように、トナー付着電極１２１の分割領域１３３ｂにのみトナー１６１が付着する。なお、分割領域１３３ｂの質量検出感度Ｋｂは、予め算出されている。
【００５６】
トナー１６１を質量検出感度Ｋｂが算出されている分割領域１３３ｂにのみ付着させて発振周波数の変化を検出することで、（式１）により、付着したトナー１６１の質量を算出することができる。（式１）による算出結果を質量検出感度Ｋｂで除算することで、正確な質量Ｍを算出することができる。このようにして、画像形成装置内で現像直前のトナー１６１の質量Ｍを測定することができる。
【００５７】
（制御装置）
画像形成装置は、トナー１６１の質量Ｍの測定後に、トナー１６１の電荷量Ｑを測定してトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する。図１１は、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの算出及び画像形成処理の制御を行う制御装置の構成図である。制御装置は、画像形成装置により行われる画像形成に関するすべての処理を制御するが、ここでは、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの測定及び帯電量Ｑ／Ｍに応じたレーザ光の調整（階調補正）を行う構成についてのみ示し、他の処理のための構成は省略する。説明を簡単にするために、図１１では、一つの感光ドラム１０１にトナー像を形成する構成を示す。
【００５８】
制御装置は、制御部１１０７及びＱ／Ｍ測定部１１０１を備える。制御部１１０７は、適切なレーザ光が感光ドラム１０１に照射されるように露光器１０３を制御し、ＱＣＭセンサ１２０を制御して現像スリーブ１１１に担持されたトナー１６１の帯電量を検出する。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー１６１の質量Ｍ及び電荷量Ｑの測定結果を制御部１１０７に入力する。
【００５９】
ＣＰＵ６０６は画像形成装置の各ユニットを制御する。ＲＯＭ６０５はコンピュータプログラムなどの予め設定してあるデータを格納する格納部である。ＲＡＭ６０４は、書き換え可能なデータを格納する格納部である。制御部１１０７は、Ｑ／Ｍ算出部１１０６、ＬＵＴ（Look Up Table）６０１、ＬＵＴ補正部６０２、及びレーザドライバ６０３を備える。
【００６０】
Ｑ／Ｍ算出部１１０６は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１で測定されたトナー１６１の質量Ｍ及び電荷量Ｑに応じて、トナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する。ＬＵＴ６０１は、画像データを補正するためのテーブルを格納する。ＣＰＵ６０６は、ＬＵＴ６０１に格納されたテーブルに基づいて画像データを補正し、補正された画像データ（画像信号）をレーザドライバ６０３に転送する。レーザドライバ６０３は画像信号に基づいて露光器１０３から出射されるレーザ光のパルス幅を制御する。ＬＵＴ補正部６０２は、Ｑ／Ｍ算出部１１０６で算出されたトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍに応じてＬＵＴ６０１の内容を補正する。ＬＵＴ６０１が帯電量Ｑ／Ｍに基づいて補正されることによって、画像形成装置により形成される画像の階調特性が補正される。これにより、露光器１０３から出射されるレーザ光により感光ドラム１０１に形成される静電潜像は、現像時に付着するトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍに適した露光時間によって形成されるので、帯電量Ｑ／Ｍの変動の影響による濃度の変動が抑制される。
【００６１】
Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、Ｑ測定回路１１０２、Ｍ測定回路１１０３、電極用電源１１０４、及びスイッチ回路１１０５を備える。Ｑ測定回路１１０２は、トナー帯電量測定部１０８によりトナー１６１の電荷量Ｑを測定する。Ｍ測定回路１１０３は、トナー帯電量測定部１０８によりトナー１６１の質量Ｍを測定する決定ユニットである。電極用電源１１０４は、トナー帯電量測定部１０８のトナー付着電極１２１に電界を発生させるための電圧を供給する。スイッチ回路１１０５は、トナー帯電量測定部１０８とＱ測定回路１１０２、Ｍ測定回路１１０３、及び電極用電源１１０４との導通、非導通を制御する。
【００６２】
Ｑ／Ｍ測定部１１０１について、詳細に説明する。図１２は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１の具体的な回路例示図である。
【００６３】
Ｑ測定回路１１０２は、電荷量Ｑを測定するためのＱ測定用コンデンサ１２１１、Ｑ測定用コンデンサ１２１１の出力電位を測定する電位計１２３１、及び電位計１２３１による測定値に応じて電荷量Ｑを算出する電荷量算出部１２３２を備える。Ｑ測定用コンデンサ１２１１は、トナー１６１をトナー付着電極１２１に吸着させるための電圧（以下、「トナー付着電圧」という。）を充電するための充電用素子としても用いられる。電荷量算出部１２３２は、電位計１２３１が測定した、トナー１６１がトナー付着電極１２１に付着する前の電位Ｖ１と付着した後の電位Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）から、電荷量Ｑを算出する。
【００６４】
Ｍ測定回路１１０３は、第１、第２カップリングコンデンサ１２１２、１２１３、発振回路１２３３、発振回路１２３３の発振周波数を測定する周波数測定部１２３４、及び発振周波数に応じてトナー１６１の質量を算出する質量算出部１２３５を備える。第１カップリングコンデンサ１２１２は、発振回路１２３３とスイッチ回路１１０５との間に設けられ、トナー付着電極１２１に高周波の発振信号のみを入力する。第２カップリングコンデンサ１２１３は、発振回路１２３３とスイッチ回路１１０５との間に設けられ、トナー非付着電極１２２に高周波の発振信号のみを入力する。発振回路１２３３は、ＱＣＭセンサ１２０を発振させるための発振信号を出力する。図１２では、発振回路１２３３は、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）、抵抗器、及びコンデンサにより構成されるが、他の構成であってもよい。質量算出部１２３５は、周波数測定部１２３４が測定（検知）した、トナー１６１がトナー付着電極１２１に付着する前の発振周波数ｆ１と付着した後の発振周波数ｆ２との差（ｆ１−ｆ２）から、質量Ｍを算出する。
【００６５】
電極用電源１１０４は、第１、第２抵抗１２２１、１２２２と、ＱＣＭ用電源１２３６とを備える。第１抵抗１２２１はスイッチ回路１１０５を介してトナー付着電極１２１に接続され、第２抵抗１２２２はスイッチ回路１１０５を介してトナー非付着電極１２２に接続される。第１抵抗１２２１及び第２抵抗１２２２により、ＱＣＭ用電源１２３６とトナー付着電極１２１及びトナー非付着電極１２２との短絡を防止する。ＱＣＭ用電源１２３６は、ＱＣＭセンサ１２０にトナー１６１をトナー付着電極１２１から剥離させるための電圧（以下、「トナー剥離電圧」という。）、接地電圧を印加する。
【００６６】
スイッチ回路１１０５は、第１スイッチＳＷ１〜第５スイッチＳＷ５の５個のスイッチを備える。第１スイッチＳＷ１は、トナー付着電極１２１とＱ測定回路１１０２とのオン状態（導通状態）とオフ状態（遮断状態）とを切り替える。第２スイッチＳＷ２は、トナー付着電極１２１とＭ測定回路１１０３とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第３スイッチＳＷ３は、トナー非付着電極１２２とＭ測定回路１１０３とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第４スイッチＳＷ４は、トナー付着電極１２１と電極用電源１１０４とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第５スイッチＳＷ５は、トナー非付着電極１２２と電極用電源１１０４とのオン状態とオフ状態とを切り替える。制御部１１０７のＣＰＵ６０６は、スイッチ回路１１０５の各スイッチを制御する。
【００６７】
なお、現像スリーブ用電源１２３７は、現像スリーブ１１１と感光ドラム１０１との間でトナー１６１を往復させることで現像効率が向上するので、交番電圧を現像スリーブ１１１に供給する。
【００６８】
（帯電量Ｑ／Ｍ算出）
図１３は、このような制御装置を用いたトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの算出処理を表すフローチャートである。
【００６９】
Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、電極用電源１１０４によりＱ測定回路１１０２のＱ測定用コンデンサ１２１１を充電する（Ｓ１３０１）。Ｑ測定用コンデンサ１２１１は、トナー帯電量測定部１０８のトナー付着電極１２１にトナー１６１を付着させるための電界を生じさせるために、トナー付着電極１２１に電圧印加を行う。そのために、Ｑ測定用コンデンサ１２１１は充電される。本実施形態では、電極用電源１１０４から直接トナー付着電極１２１にトナー付着電圧の印加を行わない。これは、トナー付着電極１２１に付着したトナー１６１の電荷が電極用電源１１０４に移動して、トナー１６１の電荷量Ｑが変化することを防止するためである。
【００７０】
Ｑ測定回路１１０２への充電後に、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー付着電極１２１に付着しているトナー１６１を除去する（Ｓ１３０２）。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、電極用電源１１０４からトナー付着電極１２１にトナー１６１を剥離させるトナー剥離電圧を印加して、トナー１６１を除去する。トナー１６１の除去後に、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着する前の状態の、基準となる電荷量及び質量を測定する（Ｓ１３０３）。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、Ｑ測定回路１１０２により電荷量を測定し、Ｍ測定回路１１０３により質量を測定する。
【００７１】
Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、基準となる電荷量Ｑ及び質量Ｍを測定した後に、トナー帯電量測定部１０８のトナー付着電極１２１にトナー１６１を付着させる（Ｓ１３０４）。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、充電されているＱ測定回路１１０２のＱ測定用コンデンサ１２１１によりトナー付着電極１２１にトナー付着電圧を印加する。トナー付着電圧が印加されることで、ＱＣＭセンサ１２０と現像スリーブ１１１との間に電界が生じて、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着する。
【００７２】
トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着すると、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー１６１付着後の電荷量をＱ測定回路１１０２により測定し、質量をＭ測定回路１１０３により測定する（Ｓ１３０５）。トナー１６１付着後の電荷量及び質量の測定処理は、ステップＳ１３０３の処理と同様である。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、基準となる電荷量及び質量と、測定した電荷量及び質量との差により、付着したトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍを算出する（Ｓ１３０６）。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、算出したトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍを制御部１１０７に送信する。
【００７３】
制御部１１０７は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１からトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍを受信して、Ｑ／Ｍ算出部１１０６により、トナー付着電極１２１に付着しているトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する（Ｓ１３０７）。制御装置は、引き続き帯電量Ｑ／Ｍの測定を行うか否かを判断し、測定を継続する場合にはステップＳ１３０１の処理に戻り（Ｓ１３０８：Y）、測定を終了する場合にはそのまま処理を終了する（Ｓ１３０８：N）
【００７４】
ＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１に付着するトナー１６１は、数マイクログラム〜数十マイクログラムの極微少な量であり、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着することで画像形成に影響を及ぼすことはない。そのために、帯電量Ｑ／Ｍの測定処理を連続して行いながら画像形成を行うことが可能である。
【００７５】
図１４は、帯電量Ｑ／Ｍ算出時のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、現像スリーブ１１１の電位９０２、トナー付着電極１２１の電位９０１、Ｑ測定回路１１０２のＱ測定用コンデンサ１２１１の電位９０３の各波形と、第１〜第５スイッチＳＷ１〜ＳＷ５の状態を表す。本実施形態では、現像スリーブ用電源１２３７が、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−４５０［Ｖ］となるブランク期間とを交互に有する電圧を現像スリーブ１１１に印加する。現像スリーブ用電源１２３７が、現像スリーブ１１１に印加する電圧を、以降、「ブランクパルス」と称する。現像バイアス電圧により、現像スリーブ１１１の電位９０２が決まる。ブランクの期間は、説明を簡素にするために１パルスとする。また、処理中のパルス数も説明を簡素にするために１パルス又は２パルスとする。
【００７６】
図１３のステップＳ１３０１の処理は、時刻ｔ１〜ｔ６の間で行われる。図１５は、図１３のステップＳ１３０１の詳細な処理を表すフローチャートである。ステップＳ１３０１では、Ｑ測定用コンデンサ１２１１に充電が行われる。
【００７７】
電極用電源１１０４は、充電電圧（＋１５０［Ｖ］）を出力する（Ｓ１３１１）。スイッチ回路１１０５は、第１スイッチＳＷ１、第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオンにして、電極用電源１１０４とＱ測定用コンデンサ１２１１とを接続する（Ｓ１３１２）。これにより、電極用電源１１０４からＱ測定用コンデンサ１２１１に充電電圧が印加され、時刻ｔ１でＱ測定用コンデンサ１２１１の充電が開始される。ここで、Ｑ測定用コンデンサ１２１１は、例えば−２００［Ｖ］に相当する電荷が残っているものとする。トナー付着電極１２１は、第１スイッチＳＷ１を通してＱ測定用コンデンサ１２１１に接続され、この間の電気的な抵抗はほとんど無い。しかし、トナー付着電極１２１と電極用電源１１０４とは、第４スイッチＳＷ４及び第１抵抗１２２１を介して接続されるため、電気的な抵抗が第１抵抗１２２１の抵抗値となる。そのために、時刻ｔ１では、トナー付着電極１２１の電位９０１が、電気的な抵抗のないＱ測定用コンデンサ１２１１の−２００［Ｖ］の電位９０３と同電位になる。このとき第５スイッチＳＷ５もオンとなっているため、トナー非付着電極１２２とトナー付着電極１２１とが同電位になる。
【００７８】
Ｑ測定用コンデンサ１２１１への充電を開始すると、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、時刻ｔ１〜ｔ６に示すように、Ｑ測定用コンデンサ１２１１にトナー付着電圧である＋１５０［Ｖ］に相当する電荷が充電されるまで待機する（Ｓ１３１３）。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、予め定められた時間だけ待機、或いはＱ測定用コンデンサ１２１１の電位が所定値になるまで待機する。充電時間は、Ｑ測定用コンデンサ１２１１に残っている電荷や、Ｑ測定用コンデンサ１２１１と第１抵抗１２２１とによる時定数により決まる。充電中は、トナー付着電極１２１にも充電電圧が印加される。時刻ｔ２〜ｔ３及び時刻ｔ４〜ｔ５では、現像スリーブ１１１の電位９０２（−１２００［Ｖ］）に対して、トナー付着電極１２１の電位９０１（＋１５０［Ｖ］）は１３５０［Ｖ］高いために、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着する。しかし、ステップＳ１３０２（図１３参照）によりトナー１６１を除去するために、ここでトナー１６１が付着しても動作に問題はない。また、充電中に付着するトナー１６１の電荷は、電極用電源１１０４を通して放電される。
【００７９】
Ｑ測定用コンデンサ１２１１への充電が終了すると、スイッチ回路１１０５は、第１スイッチＳＷ１、第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオフにしてＱ測定用コンデンサ１２１１への充電を終了する（Ｓ１３１４）。第１スイッチＳＷ１がオフになるために、Ｑ測定用コンデンサ１２１１に充電された電荷により、Ｑ測定用コンデンサ１２１１は、トナー付着用電圧（＋１５０［Ｖ］）を出力可能に保持することになる。
【００８０】
図１３では、充電処理が終了すると、ステップＳ１３０２の処理が行われる。図１３のステップＳ１３０２の処理は、時刻ｔ６〜ｔ１１の間で行われる。図１６は、図１３のステップＳ１３０２の詳細な処理を表すフローチャートである。ステップＳ１３０２では、トナー付着電極１２１からのトナー１６１除去が行われる。
【００８１】
トナー付着電極１２１に付着するトナー１６１を除去するために、電極用電源１１０４は、トナー剥離電圧（−１０５０［Ｖ］）を出力する（Ｓ１３２１）。スイッチ回路１１０５は、第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオンにする（Ｓ１３２２）。第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５がオンになることで、トナー剥離電圧がトナー付着電極１２１及びトナー非付着電極１２２に印加される。第５スイッチＳＷ５をオンにしてトナー非付着電極１２２にもトナー剥離電圧が印加されるために、ＱＣＭセンサ１２０（水晶片１２７）の破壊が防止される。なお、図１５のステップＳ１３１４において第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオフにしなければ、ステップＳ１３２２の処理は不要になる。この場合、トナー剥離電圧は、電極用電源１１０４が出力を開始すると直ちにトナー付着電極１２１及びトナー非付着電極１２２に印加される。
【００８２】
トナー付着電極１２１及びトナー非付着電極１２２へトナー剥離電圧を印加開始すると、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー付着電極１２１に付着するトナー１６１がすべて除去されるまで待機する（Ｓ１３２３）。図１４の時刻ｔ６〜ｔ７ブランク開け及び時刻ｔ８〜ｔ９では、トナー付着電極１２１の電位９０１が−１０５０［Ｖ］であるのに対し、現像スリーブ１１１の電位９０２が＋３００［Ｖ］と、１３５０［Ｖ］高い。電位９０１と電位９０２との電位差によりトナー付着電極１２１に付着するトナー１６１が現像スリーブ１１１に戻ることで除去される。トナー１６１がすべて除去されるまでの待機時間は、予め決められており、Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、予め決められた待機時間が経過すると、トナー付着電極１２１のトナー１６１がすべて除去されたと判断する。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、待機時間が経過すると、スイッチ回路１１０５により第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオフにして、トナー１６１の除去処理を終了する（Ｓ１３２４）。トナー１６１の除去を行う間、第１スイッチＳＷ１はが常にオフであるため、Ｑ測定回路１１０２のＱ測定用コンデンサ１２１１は、充電された電荷の保持を継続する。
【００８３】
図１３では、トナー１６１の除去が終了すると、その状態のまま基準となる電荷量及び質量を測定する。図１７は、基準となる電荷量及び質量の測定処理を表すフローチャートである。この処理は時刻ｔ１１〜ｔ１４の間に行われる。
【００８４】
電極用電源１１０４は、基準となる電荷量及び質量の測定中にトナー付着電極１２１にトナー１６１が付着しないように、トナー付着電極１２１に、現像バイアス電圧と同じブランクパルスを印加する。これによりトナー付着電極１２１と現像スリーブ１１１とが同電位になり、現像スリーブ１１１からトナー付着電極１２１へのトナー１６１の移動が防止される。なお、電極用電源１１０４が印加するブランクパルスは、トナー１６１が現像スリーブ１１１からトナー付着電極１２１に移動しない範囲で現像バイアス電圧との間で電位差が生じてもよい。図１４ではトナー付着電極１２１の電位９０１が、電極用電源１１０４から印加されるブランクパルスにより、現像スリーブ１１１に印加される現像バイアス電圧より２０［Ｖ］高い＋３２０［Ｖ］〜−１１８０［Ｖ］で、ブランク時が−４３０［Ｖ］になる。
【００８５】
そのために電極用電源１１０４は、図１４の時刻ｔ１１でブランクパルスの出力を開始する（Ｓ１３３１）。電極用電源１１０４がブランクパルスの出力を開始した後に、スイッチ回路１１０５は、第２〜第５スイッチＳＷ２〜ＳＷ５をオンにする（Ｓ１３３２）。第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３をオンにして発振回路１２３３をトナー帯電量測定部１０８に接続するのと同時に、第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５をオンにして電極用電源１１０４をトナー帯電量測定部１０８に接続する。これにより、時刻ｔ１２〜ｔ１３に示すように、ブランクパルスの波形が発振を伴ったものとなる。このブランクパルスが発振回路１２３３に印加されると、発振回路１２３３内の素子が破壊されてしまう。そのために第１、第２カップリングコンデンサ１２１２、１２１３でブランクパルスを遮断する。第１、第２カップリングコンデンサ１２１２、１２１３は高周波の信号は通すが、直流または低周波の信号は通さない性質を有する。発振回路１２３３から出力される発振信号の発振周波数を５［ＭＨｚ］とすると、周期が０．２［μＳ］である。ブランクパルスの変化時間をこの周期より長い、例えば２［μＳ］にして、第１、第２カップリングコンデンサ１２１２、１２１３を、５［ＭＨｚ］の発振信号は通し、変化時間が２［μＳ］のブランクパルスの変動は遮断するものとする。これにより、発振回路１２３３に高電位のブランクパルスが印加されることを防止する。
【００８６】
第２〜第５スイッチＳＷ２〜ＳＷ５をオンにした後に、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間に電位計１２３１がＱ測定用コンデンサ１２１１の電位９０３を測定し、電荷量算出部１２３２が電位計１２３１の測定結果を記憶する（Ｓ１３３３）。図１４では、Ｑ測定用コンデンサ１２１１の電位９０３が＋１５０［Ｖ］であるので、電荷量算出部１２３２はこれを電荷量の基準として記憶する。時刻ｔ１２〜ｔ１３の間は、ブランクパルスが変化しないために、変化時に放射される電磁波の影響を受けることがない。そのために、このタイミングでＱ測定用コンデンサ１２１１の電位９０３を測定する。
【００８７】
時刻ｔ１２〜ｔ１３の間に周波数測定部１２３４は、発振回路１２３３の発振周波数を測定する（Ｓ１３３４）。質量算出部１２３５は、周波数測定部１２３４が測定した発振周波数を、質量の基準として記憶する。時刻ｔ１２〜ｔ１３の間に測定を行うのは、第１、第２カップリングコンデンサ１２１２、１２１３で完全に取り除けない微少な電位変化の影響を回避するためである。なお、Ｑ測定回路１１０２は、第１スイッチＳＷ１がオフであるために、他の回路から電気的に独立している。そのために、基準となる電荷量を測定する処理（Ｓ１３３３）と基準となる質量を測定する処理（Ｓ１３３４）とは、並行して行うことができる。
【００８８】
基準となる電荷量及び質量の測定が終了すると、第２〜第５スイッチＳＷ２〜ＳＷ５をオフにして処理を終了する（Ｓ１３３５）。電荷量及び質量を複数回測定し、その平均を基準の電荷量及び質量とすることで、測定時間は増加するが、測定誤差を低減することができ、測定精度が向上する。
【００８９】
図１３では、基準となる電荷量及び質量の測定が終了すると、ＱＣＭセンサ１２０のトナー付着電極１２１に、トナー１６１を付着させる。図１８は、トナー付着電極１２１にトナー１６１を付着させる処理を表すフローチャートである。この処理は時刻ｔ１４〜ｔ２０の間に行われる。
【００９０】
トナー付着電極１２１は、Ｑ測定用コンデンサ１２１１によりトナー付着電圧が印加されてトナー１６１が付着する。この際、トナー帯電量測定部１０８の破壊を防止するために、トナー非付着電極１２２もトナー付着電極１２１と同電位となるように、電極用電源１１０４がトナー付着電圧と同電圧の＋１５０［Ｖ］をトナー非付着電極１２２に印加する。そのために電極用電源１１０４は、トナー付着電圧と同電圧の＋１５０［Ｖ］を出力する（Ｓ１３４１）。
【００９１】
電極用電源１１０４がトナー付着電圧と同電圧を出力すると、スイッチ回路１１０５は、第１スイッチＳＷ１、第５スイッチＳＷ５をオンにする（Ｓ１３４２）。第１スイッチＳＷ１がオンになることで、Ｑ測定用コンデンサ１２１１とトナー付着電極１２１とが接続され、Ｑ測定用コンデンサ１２１１からトナー付着電極１２１にトナー付着電圧が印加される。また、第５スイッチＳＷ５がオンになるために、電極用電源１１０４は、トナー非付着電極１２２にトナー付着電圧と同電圧を印加する。この状態でＱ／Ｍ測定部１１０１は待機する（Ｓ１３４３）。待機時間は、例えば予め決められており待機時間に応じてトナー１６１の付着量が決まる。本実施形態では、時刻ｔ１４〜ｔ２０まで待機することになる。
【００９２】
時刻ｔ１４〜ｔ１５では、現像スリーブ１１１の電位９０２（−４５０［Ｖ］）に対して、トナー付着電極１２１の電位９０１（＋１５０［Ｖ］）が６００［Ｖ］高いために、トナー付着電極１２１には、トナー１６１が付着する。付着したトナー１６１の負の電荷によりトナー付着電極１２１の電位９０１が負方向に変化する。図１４の例では、トナー付着電極１２１の電位９０１が時刻ｔ１５において＋１０［Ｖ］に下がる。
【００９３】
時刻ｔ１５〜ｔ１６では、現像スリーブ１１１の電位９０２（＋３００［Ｖ］）が、トナー付着電極１２１の電位９０１（＋１００［Ｖ］）よりも２００［Ｖ］高いために、トナー１６１は、トナー付着電極１２１に付着しない。そのために、トナー付着電極１２１の電位９０１は＋１００［Ｖ］のままである。
【００９４】
時刻ｔ１６〜ｔ１７では、現像スリーブ１１１の電位９０２（−１２００［Ｖ］）に対して、トナー付着電極１２１の電位９０１（＋１００［Ｖ］）が１３００［Ｖ］高いために、トナー付着電極１２１には、トナー１６１が付着する。付着したトナー１６１の負の電荷により、トナー付着電極１２１の電位９０１が時刻ｔ１７で−５０［Ｖ］に下がる。
【００９５】
時刻ｔ１７〜ｔ１８では、現像スリーブ１１１の電位９０２（＋３００［Ｖ］）の方が、トナー付着電極１２１の電位９０１（−５０［Ｖ］）よりも３５０［Ｖ］高いために、トナー１６１は、トナー付着電極１２１に付着しない。そのために、トナー付着電極１２１の電位９０１は−５０［Ｖ］のままである。
【００９６】
時刻ｔ１８〜ｔ１９では、現像スリーブ１１１の電位９０２（−１２００［Ｖ］）に対して、トナー付着電極１２１の電位９０１（−５０［Ｖ］）が１１５０［Ｖ］高いために、トナー付着電極１２１には、トナー１６１が付着する。付着したトナー１６１の負の電荷により、トナー付着電極１２１の電位９０１が時刻ｔ１９で−２００［Ｖ］に下がる。
【００９７】
時刻ｔ１９〜ｔ２０では、現像スリーブ１１１の電位９０２（−４５０［Ｖ］）に対して、トナー付着電極１２１の電位９０１（−２００［Ｖ］）が２５０［Ｖ］高いために、トナー付着電極１２１には、微量のトナー１６１が付着する。
【００９８】
待機時間の間にトナー付着電極１２１に付着したトナー１６１の電荷により、Ｑ測定用コンデンサ１２１１の電位９０１が変化する。この変化量から、Ｑ測定回路１１０２は、トナー１６１の電荷量Ｑを測定することができる。
【００９９】
待機時間が終了すると、スイッチ回路１１０５は、第１スイッチＳＷ１、第５スイッチＳＷ５をオフにする。これにより、トナー付着電極１２１へのトナー１６１の付着処理が終了する。第１スイッチＳＷ１がオフになることで、Ｑ測定用コンデンサ１２１１の電位は他からの影響を受けずに保持される。
【０１００】
図１３では、トナー付着電極１２１へのトナー１６１の付着後に、トナー１６１付着後の電荷量及び質量が測定される。この処理は時刻ｔ２０〜ｔ２３の間に行われるが、ブランクパルスであるために実際の測定は時刻ｔ２１〜ｔ２２の間に行われる。トナー１６１付着後の電荷量及び質量の測定処理は、図１７の処理と同様であるので説明を省略する。トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着した状態で測定されたＱ測定用コンデンサ１２１１の電位を「Ｖ２」、発振周波数を「ｆ２」とする。
【０１０１】
付着したトナー１６１の電荷量Ｑは、基準となる電荷量として電荷量算出部１２３２が記憶する電位Ｖ１と、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着した状態で測定された電位Ｖ２とから算出される。電荷量算出部１２３２は、Ｑ測定用コンデンサ１２１１の容量を「Ｃ」として、付着したトナー１６１の電荷量Ｑを（式３）により算出する。
Ｑ＝Ｃ×（Ｖ１−Ｖ２）    （式３）
【０１０２】
付着したトナー１６１の質量Ｍは、基準となる質量として質量算出部１２３５が記憶する発振周波数ｆ１と、トナー付着電極１２１にトナー１６１が付着した状態で測定された発振周波数ｆ２とから算出される。質量算出部１２３５は、（式１）と、本実施形態でトナー１６１を付着させる分割領域１３３ｂの質量検出感度Ｋｂとを用いて、付着したトナー１６１の質量Ｍを（式４）により算出する。
Ｍ＝−（ｆ２−ｆ１）×［Ａ√（μ×ｐ）］／（２×ｆ０＾２）／Ｋｂ    （式４）
【０１０３】
算出されたトナー付着電極１２１に付着するトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍは、Ｑ／Ｍ測定部１１０１から制御部１１０７に送られる。制御部１１０７は、Ｑ／Ｍ算出部１１０６により、トナー付着電極１２１に付着するトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する。この処理は、時刻ｔ２２以降、電荷量Ｑ及び質量Ｍの算出が終わった直後に開始される。Ｑ／Ｍ算出部１１０６は、受信した電荷量Ｑ及び質量Ｍを用いて（式５）により帯電量Ｑ／Ｍを算出する。
Ｑ／Ｍ＝（測定したＱ）／（測定したＭ）    （式５）
【０１０４】
以上のような処理により、ＱＣＭセンサ１２０に付着したトナー１６１の質量Ｍと電荷量Ｑとを正確に測定することができ、またトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの正確な測定が行われる。図１４に示す一回の帯電量Ｑ／Ｍの測定に有する時間は、ｔ２３＝３．５［ｍｓ］であり、一枚当たりにかかる画像形成時間より十分に速い。そのために画像形成処理を行いながら、帯電量Ｑ／Ｍの測定を複数回行うことも十分に可能である。
【０１０５】
（階調補正）
算出した帯電量Ｑ／Ｍは、例えば階調補正に用いることができる。画像形成装置は、固有の階調特性を有している。図１９は、画像信号と画像濃度との関係を表す図であり階調特性を表している。画像信号は、制御部１１０７により画像データを階調補正等の処理を行うことで生成される。通常、画像形成装置の階調特性は、入力された画像データに対して、形成した画像の濃度もしくは明度が線形で有ることが望ましい（ターゲット濃度）。画像形成装置は、所定の階調特性を得るために、ＬＵＴ６０１を用いて階調補正を行う。ＬＵＴ６０１には、破線で示す「実際の階調特性」を逆変換して得られるデータが記憶される。ＬＵＴ６０１は、ＬＵＴ補正部６０２によりデータの書き込み、更新、削除等が行われる。一点破線は、「実際の階調特性」を逆変換して得られる階調補正テーブルを表しており、ＬＵＴ６０１に記憶される。この階調補正テーブルを、以下、「γＬＵＴ」という。階調補正テーブルを用いて「実際の階調特性」を補正することで、ターゲット濃度が得られる。
【０１０６】
γＬＵＴは、感光ドラム１０１上に形成された所定の複数階調のテスト画像のトナー像の濃度を、光学センサ６０７（図１参照）により検出し、テスト画像の画像データと検出したトナー像の濃度とから得られる階調特性により作成される。γＬＵＴは、複数階調のテスト画像を形成する必要があり、短時間で作成することが難しい。しかし、画像形成装置の設置環境の変動や、材料変動等の影響により画像形成中にγＬＵＴにずれが生じて、所望の画像濃度が得られなくなる場合がある。そのために、画像形成中等の短時間で、テスト画像を元に作成されたγＬＵＴを基準として、これを補正する必要がある。
【０１０７】
通常の画像形成処理において制御部１１０７は、入力された画像データに対してγＬＵＴを用いたγ変換を行うことで階調補正を行う。γＬＵＴの補正は、必要に応じて行われる。補正された画像データに対して、ハーフトーン処理、ＰＷＭ処理を行う。ＰＷＭ処理は、画像データを階調補正及びハーフトーン処理することで得られた画像信号と、所定周期の三角波信号との比較を行うことで行われる。画像信号は、ＰＷＭ処理によりパルス幅変調されて、レーザ駆動信号として制御部１１０７から出力される。レーザ駆動信号は、露光器１０３へ送られる。露光器１０３は、レーザ駆動信号に応じてレーザ光を感光ドラム１０１に照射して静電潜像を形成する。
【０１０８】
所定の複数階調のテスト画像のトナー像の濃度に応じて作成された基準となるγＬＵＴは、不揮発性メモリ等の記憶媒体に格納される。また、γＬＵＴは、予めメモリ（例えば、制御部１１０７が備えるＲＡＭ６０４）に格納しておいてもよい。γＬＵＴの作成は、例えば、画像形成装置の起動直後や一定回数の画像形成処理後、著しく階調が変化している可能性がある場合等に行う。
【０１０９】
画像形成装置は、γＬＵＴの作成と同時に基準帯電量Ｑ／Ｍrefの測定を行う。図２０は、基準帯電量Ｑ／Ｍrefの測定処理を表すフローチャートである。基準帯電量Ｑ／Ｍrefの測定は、例えば、画像形成装置の起動時に行われる。
【０１１０】
画像形成装置が起動すると、現像器１０４の２個の撹拌スクリュー１１８が現像前回転を開始して、トナー１６１を帯電する（Ｓ７０１）。次いで画像形成装置はテスト画像を形成し（Ｓ７０２）、現像器１０４が現像処理を開始する（Ｓ７０３）。現像器１０４が現像処理を開始することで、トナー帯電量測定部１０８が、トナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍの検出を開始する。
【０１１１】
Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー帯電量測定部１０８の検出結果からトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍを時刻とともに測定する（Ｓ７０４）。制御部１１０７は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１の測定結果に応じてトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する（Ｓ７０５）。制御部１１０７は、算出した帯電量Ｑ／ＭをＲＡＭ６０４に保持する（Ｓ７０６）。
【０１１２】
現像処理が継続される場合（Ｓ７０７：N）、Ｑ／Ｍ測定部１１０１及び制御部１１０７は、トナー１６１の電荷量Ｑ、質量Ｍ及び時刻の測定を繰り返す。現像処理を終了する場合（Ｓ７０７：Y）、制御部１１０７は、ＲＡＭ６０４に保持する各時刻の帯電量Ｑ／Ｍのうち最も高い帯電量を基準帯電量Ｑ／Ｍrefに決定し（Ｓ７０８）、ＲＡＭ６０４に保持する。このようにして、γＬＵＴの作成中に基準帯電量Ｑ／Ｍrefが決定される。なお、基準帯電量Ｑ／Ｍrefは、各時刻のトナーの帯電量Ｑ／Ｍの推移から決められてもよく、予め測定されていてもよい。
【０１１３】
γＬＵＴを作成した後に、画像データに対してγＬＵＴを用いたγ変換を行うことで、形成する画像を所望の濃度とする。しかし、画像形成処理中にγＬＵＴにずれが生じる場合には、所望の濃度で画像形成が行えなくなる。そのために画像形成装置（制御部１１０７）は、画像形成中に取得したトナーの帯電量Ｑ／Ｍに応じて、γＬＵＴを補正する。図２１は、画像形成中にγＬＵＴを補正する処理を表すフローチャートである。
【０１１４】
画像形成処理が開始されると、画像データが制御部１１０７に入力される（Ｓ７１１）。現像器１０４は現像処理を開始する（Ｓ７１２）。現像器１０４が現像処理を開始することで、トナー帯電量測定部１０８が、トナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍの検出を開始する。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、トナー帯電量測定部１０８の検出結果からトナー１６１の電荷量Ｑ及び質量Ｍを時刻とともに測定する（Ｓ７１３）。制御部１１０７は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１の測定結果に応じてトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを算出する（Ｓ７１４）。制御部１１０７は、算出した帯電量Ｑ／ＭとＲＡＭ６０４に保持する基準帯電量Ｑ／Ｍrefとの差（ΔＱ／Ｍ）が閾値α以上であるかを判断する（Ｓ７１５）。閾値αは、トナー１６１の種類やトナー１６１及びキャリア１６２の比率等によって変化する基準帯電量Ｑ／Ｍrefにより異なる。例えば基準帯電量Ｑ/Ｍrefが−６０［μＣ／ｇ］の場合、閾値αは、３［μＣ／ｇ］に設定される。なお、差（ΔＱ／Ｍ）は、（式６）で表される。
ΔＱ／Ｍ＝｜Ｑ／Ｍref−Ｑ／Ｍ｜    （式６）
【０１１５】
ΔＱ／Ｍが閾値α未満である場合（Ｓ７１５：N）、制御部１１０７は、現在設定されているγＬＵＴが基準γＬＵＴであるか否かを判断する（Ｓ７１９）。現在設定されているγＬＵＴが基準γＬＵＴである場合（Ｓ７１９：Y）、Ｑ／Ｍ測定部１１０１及び制御部１１０７は、トナーの電荷量Ｑ、質量Ｍ、及び時刻の測定を繰り返す。現在設定されているγＬＵＴが基準γＬＵＴではない場合（Ｓ７１９：N）、制御部１１０７は、現在設定されているγＬＵＴを基準γＬＵＴに設定変更する（Ｓ７２０）。設定変更後に、Ｑ／Ｍ測定部１１０１及び制御部１１０７は、トナーの電荷量Ｑ、質量Ｍ、及び時刻の測定を繰り返す。
【０１１６】
ΔＱ／Ｍが閾値α以上である場合（Ｓ７１５：Y）、制御部１１０７は、ΔＱ／Ｍに応じてγＬＵＴを補正する（Ｓ７１６）。制御部１１０７は、補正したγＬＵＴによりＬＵＴ６０１を更新する。図２２に、トナーの帯電量Ｑ／Ｍに応じた階調特性変動の模式図を示す。画像信号に対する画像の濃度を表す階調特性は、トナーの帯電量Ｑ／Ｍの変化に応じて変動する。従って、ΔＱ／Ｍに応じてγＬＵＴを補正する。例えば、ＬＵＴ補正部６０２がトナー帯電量補正係数ｋを算出し、当該トナー帯電量補正係数ｋをγＬＵＴに乗算することで、γＬＵＴを補正する。トナー帯電量補正係数は、（式７）により表される。
ｋ＝（Ｑ／Ｍ）／（Ｑ／Ｍref）    （式７）
【０１１７】
ＬＵＴ６０１の更新後に現像処理が継続される場合（Ｓ７１８：N）、Ｑ／Ｍ測定部１１０１及び制御部１１０７は、トナーの電荷量Ｑ、質量Ｍ、及び時刻の測定を繰り返す。現像処理を終了する場合（Ｓ７１８：Y）、制御部１１０７は、基準γＬＵＴを変更して処理を終了する（Ｓ７２１）。
【０１１８】
以上のように本実施形態では、現像器１０４内で、現像処理に用いられる直前のトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを測定する。トナー１６１の質量を測定するために、ＱＣＭセンサ１２０は、質量検出感度が略等しい領域毎に、複数に分割される。ＱＣＭセンサ１２０の現像スリーブ１１１に対向する側にマスク１３４を配置して、トナー１６１が、複数に分割した領域の一つにのみ付着するようにする。質量検出感度が略等しい領域にしかトナー１６１が付着しないために、発振周波数の変化及び質量検出感度から算出されるトナー１６１の質量Ｍを、正確に測定することが可能になる。そのために、円筒形の現像スリーブ１１１に対向する位置にトナー１６１が付着する面が平面であるＱＣＭセンサ１２０を配置した場合であっても、トナー１６１の質量が高精度に検出でき、帯電量Ｑ／Ｍを正確に測定することが可能となる。
【０１１９】
さらに、画像形成処理中でもトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍを測定することで、帯電量Ｑ／Ｍの変動を考慮した画像形成条件を適切に設定することができる。そのために、色安定性が大きく向上して、品質のよい画像を安定して形成することが可能となる。
【０１２０】
［第２実施形態］
図２３は、第２実施形態のＱＣＭセンサ１２０の構成例示図である。画像形成装置の構成、動作、トナーの帯電量の測定動作については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２１】
図２３のＱＣＭセンサ１２０は、第１実施形態の円盤形状のＱＣＭセンサと基本構成は同じであり、質量検出感度も第１実施形態と同様の分布である。従って、質量検出感度が略等しい領域が同心円状に存在する。第１実施形態と同様に、例えば質量検出感度Ｋｂの領域１３３ｂにのみトナー１６１を付着させて、発振周波数（共振周波数）の変化と質量検出感度Ｋｂとによりトナー１６１の質量Ｍを算出する。
【０１２２】
図２３のＱＣＭセンサ１２０は、第１実施形態のＱＣＭセンサ１２０の構成に、絶縁層１３１、トナー付着電極１２９、及び電極端子１３０を追加した構成である。絶縁層１３１は、ＳｉＯ2等の絶縁体であり、トナー付着電極１２１全域を覆うように形成される。トナー付着電極１２９は、絶縁層１３１上に、領域１３３ｂに重なるように金等の導電体により形成される。電極端子１３０はトナー付着電極１２９に一体に形成される。このような構成のＱＣＭセンサ１２０は、トナー付着電極１２９を現像スリーブ１１１側に向けて配置される。トナー付着電極１２９は、領域１３３ｂに重なって形成されるために、第１実施形態のマスク１３４ｂ（図１０参照）は不要となる。第２実施形態では、トナー付着電極１２９に付着するトナー１６１の質量及び電荷量が測定される。トナー１６１は、絶縁層１３１によりトナー付着電極１２１に直接付着することがないために、領域１３３ｂに対応する部分にのみトナー１６１が付着することになる。半導体製造工程と同様の工程によりトナー付着電極１２９を形成することができるために、マスク１３４を用いる場合よりも正確にトナー１６１の質量及び電荷量が測定可能である。
【０１２３】
図２４は、Ｑ／Ｍ測定部１１０１の回路例示図である。Ｑ／Ｍ測定部１１０１は、Ｑ測定回路１１０２及び電極用電源１１０４を、スイッチ回路１１０５を介してトナー付着電極１２９に接続する。また、トナー付着電極１２１とトナー非付着電極１２２との間には、第６スイッチＳＷ６が設けられる。第６スイッチＳＷ６がオンになることで、トナー付着電極１２１とトナー非付着電極１２２とが短絡して同じ電位となり、同じ機能を有することとなる。
【０１２４】
このような構成でトナー付着電極１２１の電気的な制御は、現像スリーブ１１１に印加される現像バイアス電圧に合わせて行われる。トナー付着電極１２１は、トナー１６１の質量Ｍの測定時のみＭ測定回路１１０３に接続されるように、スイッチ回路１１０５が動作する。すなわち、第６スイッチＳＷ６は、トナー１６１の質量Ｍの測定時のみオフ状態になり、他のときはオン状態である。トナー１６１の質量Ｍは、ＱＣＭセンサ１２０の発振周波数の変化により算出されるために、第２、第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３がオン状態になり、第６スイッチＳＷ６がオフ状態になる。
【０１２５】
トナー付着電極１２９は、トナー１６１の付着時に第１実施形態のトナー付着電極１２１と同様に電圧が印加される。Ｍ測定回路１１０３は、トナー付着電極１２９に付着したトナー１６１の質量Ｍを測定する。Ｑ測定回路１１０２は、トナー付着電極１２９に付着したトナー１６１の電荷量Ｑを測定する。すなわち、トナー付着電極１２９は、第１実施形態のトナー付着電極１２１と同様のタイミングで、充電電圧、トナー剥離電圧、及びトナー付着電圧が印加される（図１３、図１４参照）。それに応じて、第１、第４、第５スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５のオン状態、オフ状態が、第１実施形態と同様のタイミングで制御される。
【０１２６】
以上のような第２実施形態では、トナー１６１の質量を測定するために、ＱＣＭセンサ１２０は、質量検出感度が略等しい領域毎に、複数に分割される。トナー付着電極１２９は、領域１３３ｂに重なって形成されるために、第１実施形態のマスク１３４ｂを用いずにトナー１６１の帯電量Ｑ／Ｍの正確な測定が可能となる。質量検出感度が略等しい領域にしかトナー１６１が付着しないために、発振周波数の変化及び質量検出感度から算出されるトナー１６１の質量Ｍを、正確に測定することが可能になる。そのために、円筒形の現像スリーブ１１１に対向する位置にトナー１６１が付着する面が平面であるＱＣＭセンサ１２０を配置した場合であっても、トナー１６１の質量が高精度に検出でき、帯電量Ｑ／Ｍを正確に測定することが可能となる。マスク１３４を用いる場合、マスク１３４とＱＣＭセンサ１２０との間のギャップにトナー１６１が入り込んだときに清掃が必要となるが、第２実施形態ではそのようなことが必要なくなる。また、マスク１３４とＱＣＭセンサ１２０との間のギャップの厳密な調整も不要となる。
【符号の説明】
【０１２７】
１０１…感光ドラム、１０２…帯電器、１０３…露光器、１０４…現像器、１０８…トナー帯電量測定部、１１０…現像剤、１１１…現像スリーブ、１１２…規制ブレード、１１８…撹拌スクリュー、１２０…ＱＣＭセンサ、１２１，１２９…トナー付着電極、１２２…トナー非付着電極、１２３，１２４，１３０…電極端子、１２７…水晶片、１３１…絶縁層、１６１…トナー、１６２…キャリア
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図３】
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【図６】
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【図１０】
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