JP2002040727A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機体間のばらつきや寿命劣化等による記録用
紙上の画像濃度変化を防止することができ、高精度でか
つ安定して画像品質を維持することができる画像形成装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 画像データに応じた露光により静電潜像
が形成される静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に形
成された静電潜像をトナーにより現像して静電潜像担持
体上にトナー像を形成する現像ローラと、静電潜像担持
体上のトナー像が転写位置で転写される中間転写体と、
中間転写体上の検出用トナー像に光を照射する発光部３
００と、発光部から照射される光を平行光とするレンズ
１と、発光部から中間転写体に照射されて反射された光
を電気信号に変換する受光部とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中間転写体上に形
成された検出用トナー像の濃度を検出して濃度の補正を
行う画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】中間転写体方式の画像形成装置において
は、中間転写体に対して並列に配設された静電潜像担持
体としての感光体ドラム上の各色のトナー像は合成像と
して中間転写体に転写され、中間転写体上の合成像は記
録用紙に転写され、定着器で定着される。したがって、
中間転写体上に形成されたトナー像の濃度が適正か否か
は画像品質上極めて重要な要素であるので、中間転写体
上のトナー像の濃度を濃度検出部で検出するようにして
いる。この濃度検出部の濃度検出は高精度に維持される
必要があり、このため中間転写体上に予め濃度が知られ
ている検出用トナー像を形成し、この検出用トナー像に
より上記濃度検出部を補正するようにしている。

【０００３】図１３は一般的な画像形成装置を示す構成
図である。

【０００４】図１３において、１０１は後述の静電潜像
担持体１１０〜１１３上のトナー像が転写位置で転写さ
れる中間転写体、１１０、１１１、１１２、１１３は静
電潜像担持体としての感光体ドラム、１２０、１２１、
１２２、１２３は露光前に感光体ドラム１１０〜１１３
に所定電荷を付与する帯電器、１３０、１３１、１３
２、１３３は感光体ドラム１１０〜１１３上に形成され
た静電潜像をトナーにより現像して感光体ドラム１１０
〜１１３上にトナー像を形成する現像ローラ、１４０、
１４１、１４２、１４３は画像データに応じた光ビーム
を感光体ドラム１１０、１１１、１１２、１１３に走査
して静電潜像を形成する露光部、１５０、１５１、１５
２、１５３は感光体ドラム１１０、１１１、１１２、１
１３に形成された静電潜像を各カラーに応じたカラート
ナーで現像する現像器、１６０は矢印Ｘ方向に回転して
後述の中間転写体ベルト１６２を駆動する駆動ローラ、
１６１は駆動ローラ１６０により駆動される従動ロー
ラ、１６２は駆動ローラ１６０と従動ローラ１６１とに
よって所定の張力を付加され駆動される中間転写体ベル
ト、１７０、１７１、１７２、１７３は現像されたカラ
ートナー像を中間転写体ベルト１６２に転写するのに必
要な電荷を付与する帯電器、１８０、１８１、１８２、
１８３は感光体ドラム１１０、１１１、１１２、１１３
に残留したカラートナーを除去するクリーナ、１９０、
１９１、１９２、１９３は感光体ドラム１１０、１１
１、１１２、１１３を除電する除電器、２００は記録媒
体（例えば記録用紙）、２１０は２次転写位置において
記録媒体２００に一括転写されたカラートナー像を定着
させる定着器である。ここで、駆動ローラ１６０と従動
ローラ１６１と中間転写体ベルト１６２とは中間転写体
１０１を構成する。

【０００５】図１３において、画像データに基づいて変
調された光ビームを感光体ドラム１１０に走査して感光
体ドラム１１０上に静電潜像を形成し、この静電潜像を
トナー現像したトナー像が１次転写位置において感光体
ドラム１１０から中間転写体１０１に転写される。フル
カラー画像形成装置では、Ｋ（黒）、Ｙ（イエロー）、
Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色について現像され
たカラートナー像を中間転写体１０１上で順次重ね合わ
せた後、２次転写位置において記録媒体２００に一括転
写している。図１３の画像形成装置は、複数の感光体ド
ラム１１０〜１１３を中間転写体ベルト１６２の搬送方
向に並列に配置している。

【０００６】図１４は、感光体ドラム１１０〜１１３上
のトナー像を中間転写体ベルト１６２に転写して、単位
面積当たりのトナー量の異なる画像（トナー量相違画
像）を顕在化した状態を示すトナー量相違画像図であ
る。図１４において、１６２は図１３と同様の中間転写
体ベルト、３００は顕在化したトナー量相違画像（検出
用トナー像）に一定の光を照射する為の発光部としての
半導体レーザ、３０１は中間転写体ベルト１６２上の検
出用トナー像や検出用トナー像間の非画像部から反射し
た光を電気信号に変換する為の受光部（受光素子）であ
る。発光部３００と受光部３０１とは濃度検出部を構成
する。

【０００７】図１５は、反射光を電気信号に変換する受
光素子３０１の出力電圧を示すグラフであり、非印字状
態すなわち非露光、非現像状態で中間転写体ベルト１６
２を回転させ、半導体レーザ３００及び受光素子３０１
を使用して、中間転写体ベルト１６２より反射される反
射光量を光電気変換素子である受光素子３０１にて所定
の電圧値に変換したときの出力電圧を示す。中間転写体
ベルト１６２の表面はおおむね鏡面状態であり、半導体
レーザ３００の反射光量に比例して受光素子３０１の出
力電圧は高くなる。受光素子３０１の出力電圧は本体制
御部（図示せず）へ一旦出力され、それと同時に、本体
制御部は、上記出力電圧値を非画像状態での反射光量値
としてメモリ（図示せず）に保管する。次に、本体制御
部より、任意画像データに基づいて変調された光ビーム
を感光体ドラム１１０に走査する。この時感光体ドラム
１１０上に照射される任意の画像データは単位面積当た
りの光照射ビーム面積が多段階になるように設定されて
おり、感光体ドラム１１０上の静電潜像は順次単位面積
当たりの電荷量が増減するように形成された後、この静
電潜像をトナー現像したトナー像が１次転写位置におい
て感光体ドラム１１０から中間転写体１０１上に単位面
積当たりのトナー量が増減した像として転写される。

【０００８】ここで示すフルカラー画像形成装置では、
Ｋ（黒）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シア
ン）の各色について多段階のパターンで現像されたカラ
ートナー像を中間転写体１０１上で順次重ならないよう
に転写した後、発光部３００よりの照射光を、中間転写
体ベルト１６２に現像された単位面積当たりのトナー量
の増減した像パターンに照射する。

【０００９】図１６は、中間転写体ベルト１６２に現像
された単位面積当たりのトナー量の増減に対する理想的
な受光素子３０１の出力電圧を示すグラフであり、中間
転写体ベルト１６２に現像された単位面積当たりのトナ
ー量の増減したトナー像において中間転写体ベルト１６
２より反射される反射光を受光素子３０１で光電気変換
した出力電圧を示す。図１６において、Ｖ１は非画像部
の反射光量による受光素子３０１の出力電圧であり、Ｖ
２は中間転写体ベルト１６２上にトナー像が顕在化され
た部分の反射光量による受光素子３１０の出力電圧であ
り、単位面積当たりのトナー量が増加するとトナーに照
射した光のほとんどは拡散光となり、そのほとんどの拡
散光は受光素子３０１に到達せず、更に中間転写体ベル
ト１６２自身の正反射光量は、中間転写体ベルト１６２
がトナーに覆われる為、減少する。その結果、単位面積
当たりのトナー量が増加すると、受光素子３０１へ照射
される反射光は減少し、受光素子３０１からの出力電圧
も低くなる。

【００１０】次に、ここで出力されたトナー量毎の受光
素子３０１の出力電圧値は、本体制御部にてＡＤ変換し
た後の電圧値として出力すると同時に、本体のメモリに
保管される。この時、中間転写体ベルト１６２に顕在化
したトナー像と第２転写部で中間転写体ベルト１６２よ
り記録媒体２００上に転写されたトナー像とはほぼ同じ
濃度値を示す。このように、中間転写体ベルト１６２に
顕在化したトナー像を半導体レーザ３００で照射し、そ
の反射光を受光素子３０１の検出電圧として置き換える
ことで、記録媒体２００上のトナー画像の濃度を、中間
転写体ベルト１６２からの反射光による受光素子３０１
の出力電圧として検出可能となる。ここで、中間転写体
ベルト１６２上での非画像部の受光素子３０１の出力電
圧Ｖ１と画像部の出力電圧Ｖ２とから光学濃度Ｄは
（１）式のように算出される。

【００１１】 Ｄ＝ｌｏｇ（Ｖ１／Ｖ２）（ｌｏｇは常用対数）・・・・（１） 図１７は具体的な濃度補正方法を説明するためのグラフ
である。図３において、Ｌｒは理想的濃度変化を示す理
想曲線、Ｌ２、Ｌ３は理想曲線からオフセットした曲線
（オフセット曲線）である。このように理想曲線Ｌｒ
は、装置の理想的濃度変化を示す曲線であるが、オフセ
ット曲線Ｌ２、Ｌ３は、外乱すなわち露光、現像、転写
の各プロセス時の湿度変化、温度変化、各ユニット間の
寸法や配置のばらつき、各ユニットやトナー等の寿命に
よる劣化（特に経時劣化）等により理想的濃度変化を示
す理想曲線Ｌｒからオフセットした状態を示す。すなわ
ち、同一の画像データを形成しようとしても、上記外乱
により、中間転写体ベルト１６２の表面に顕在化される
単位面積当たりのトナー量は異なる。そこで、理想値か
らのオフセット値を定数化し、あらかじめこの定数に対
する装置の設定、主に現像ローラ１３０〜１３３のバイ
アス増減値を本体のメモリに格納しておく。次に、前述
したように、中間転写体ベルト１６２上の単位面積当た
りのトナー量が異なるトナー像の受光素子３０１で検出
した電圧値と中間転写体ベルト１６２自身の電圧値とを
用いて光学濃度Ｄを随時算出し（（１）式参照）、濃度
曲線を作成する。ここで、この実際の濃度曲線と理想濃
度曲線のオフセット値とを算出し、更に、このオフセッ
ト値より、あらかじめ本体メモリに格納した現像バイア
ス増減値だけ現状の現像バイアス値を増減し、理想濃度
曲線に補正する。

【００１２】図１８は中間転写体ベルト１６２のトナー
像の反射光を受光素子３０１で検出した実際の出力電圧
を示すグラフである。図１８において、非画像領域及び
画像領域での検出誤差が大きく現れており、非画像領域
での誤差は主に、中間転写体ベルト１６２の表面の傷や
中間転写体ベルト１６２の駆動ローラ１６０の軸方向の
中間転写体ベルト１６２の周長差分布により中間転写体
ベルト１６２の表面が部分的に隆起することに起因し、
中間転写体ベルト１６２の表面からの反射光が受光素子
３０１の受光エリアより外れたり、現像ローラ１３０か
らの周期的なかぶりにより発生している。更に、画像領
域での検出誤差は、非画像部で発生したかぶりが画像部
でも発生することに起因し、更に、現像ローラ１３０の
回転速度変動等により現像ローラ１３０の周期ピッチで
発生する画像ピッチの疎密に起因するものである。

【００１３】ここで、実際の濃度補正を図１９を用いて
説明する。図１９は濃度補正における不具合を説明する
ためのグラフである。図１９において、実線Ｌ６は図１
８で示した中間転写体ベルト１６２上にて単位面積当た
りのトナー量ごとに検出した受光素子３０１の出力電圧
を濃度曲線に変換した実測値である。しかしながら、検
出値には、先に述べたように非画像、画像領域での検出
誤差が発生する為、濃度曲線への変換の際、点線Ｌ４、
Ｌ５で示すように、実測値からの実測近似誤差が発生す
る。その為、理想濃度曲線Ｌｒに測定時の濃度曲線を補
正しようとしても点線Ｌ５’、Ｌ６’で示す範囲で補正
誤差が発生する。

【００１４】図２０は印字時間に対する受光素子出力電
圧を示すグラフである。図２０に示すように、中間転写
体ベルト１６２は印字枚数の増加（つまり印字時間の増
加）と共に中間転写体ベルト１６２のクリーナ１８０ａ
や、トナーの帯電制御剤中に含まれるシリカ、印字媒体
２００との摺動摩擦により表面光沢性が向上する。具体
的には、中間転写体ベルト１６２の反射率は初期状態で
８〜１２％であり、この反射率が時間の経過と共に初期
値の１．３から１．５倍程度に上昇することが実験等で
知られている。これにしたがって受光素子３０１の出力
電圧も上昇する。そこで、受光素子３０１の初期出力電
圧を４Ｖ程度に設定すると、受光素子の定格値（ここで
は５Ｖ）を超えてしまい検出不能となる。具体的には図
２１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００１５】図２１（ａ）は初期状態における受光素子
出力電圧を示すグラフであり、図２１（ｂ）は印字時間
が所定時間経過したときの受光素子出力電圧を示すグラ
フである。図２１（ａ）に示すように、受光素子３０１
の画像部検出出力電圧を初期状態のＶ１、Ｖ２に設定す
ると、印字枚数の増加に従い、図２１（ｂ）に示すよう
に、中間転写体ベルト１６２自身の出力電圧Ｖ１′と画
像部の検出電圧Ｖ２′とが基準出力よりΔＶ１だけ上昇
し（Ｖ１′＝Ｖ１＋ΔＶ１、Ｖ２′＝Ｖ２＋ΔＶ１とな
り）、この結果、中間転写体ベルト１６２自身の出力に
対する画像部の出力比率が変わり、更に、濃度曲線も実
際の記録媒体２００上の濃度曲線と違ったものになる。
そこで、中間転写体ベルト１６２自身の表面光沢性の上
昇に合わせて、発光側である半導体レーザ３００の出力
を増減し、常に受光素子３０１の出力電圧が基準電圧に
なるように画像パターン検出前に補正する必要がある
が、基準電圧となる中間転写体ベルト１６２自身の検出
電圧は平均化した値としていた為、中間転写体ベルト１
６２の１周内での傷、汚れ等がある場合、その部分の検
出精度は悪化してしまうと同時に画像部の検出精度も悪
化していた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の画
像形成装置では、受光素子３０１による濃度検出値は中
間転写体ベルト１６２上での非画像部の出力の平均値を
基準に中間転写体ベルト１６２上の画像形成部の検出出
力電圧の比率（検出値比率）を算出していた為、中間転
写体ベルト１６２上の非画像部、画像部両方に一般にか
ぶりと呼ばれるトナー飛散等が発生した結果、中間転写
体ベルト１６２上で非画像部の検出値が変化してしま
い、かぶりの分だけ非画像部、画像部の検出値比率が異
なるという問題点を有していた。また、受光素子３０１
での検出画像部の画像は、現像ローラ１３０〜１３３の
回転速度変動、感光体ドラム１１０〜１１３の回転速度
変動等により発生するジッター、バンディング等によ
り、同じ単位面積当たりのトナー量であっても、検出位
置により検出値が異なり、これにしたがって、濃度補正
誤差が発生し、実際の記録媒体２００上でも理想画像濃
度と補正後の画像濃度が異なるという問題点を有してい
た。

【００１７】この画像形成装置では、中間転写ベルト上
の検出画像を検出する際の外乱を低減し、精度よく検出
してフィードバック補正することにより、機体間のばら
つきや寿命劣化等による記録用紙上の画像濃度変化を防
止することができ、高精度でかつ安定して画像品質を維
持することが要求されている。

【００１８】本発明は、この要求を満たすため、機体間
のばらつきや寿命劣化等による記録用紙上の画像濃度変
化を防止することができ、高精度でかつ安定して画像品
質を維持することができる画像形成装置を提供すること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の画像形成装置は、画像データに応じた露光に
より静電潜像が形成される静電潜像担持体と、静電潜像
担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像して
静電潜像担持体上にトナー像を形成する現像ローラと、
静電潜像担持体上のトナー像が転写位置で転写される中
間転写体と、中間転写体上の検出用トナー像に光を照射
する発光部と、発光部から照射される光を平行光とする
レンズと、発光部から中間転写体に照射されて反射され
た光を電気信号に変換する受光部とを有する構成を備え
ている。

【００２０】これにより、機体間のばらつきや寿命劣化
等による記録用紙上の画像濃度変化を防止することがで
き、高精度でかつ安定して画像品質を維持することがで
きる画像形成装置が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の画像形
成装置は、画像データに応じた露光により静電潜像が形
成される静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に形成さ
れた静電潜像をトナーにより現像して静電潜像担持体上
にトナー像を形成する現像ローラと、静電潜像担持体上
のトナー像が転写位置で転写される中間転写体と、中間
転写体上の検出用トナー像に光を照射する発光部と、発
光部から照射される光を平行光とするレンズと、発光部
から中間転写体に照射されて反射された光を電気信号に
変換する受光部とを有することとしたものである。

【００２２】この構成により、中間転写ベルトや発光部
の位置が変動してもトナー像の濃度を高精度に検出する
ことができるという作用を有する。

【００２３】請求項２に記載の画像形成装置は、請求項
１に記載の画像形成装置において、レンズは、発光部か
らの光を楕円光とし、楕円光の長軸方向を中間転写ベル
トの進行方向と直交させることとしたものである。

【００２４】この構成により、単位面積あたりのトナー
像の面積率が低い部分でも受光部で検出することができ
るので、中間転写ベルト上の低濃度のトナー像を高精度
に検出することができるという作用を有する。

【００２５】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。

【００２６】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１による画像形成装置の濃度検出部を示す構成図であ
る。本実施の形態による画像形成装置は図１３と同様の
構成であり、その説明は省略する。図２は中間転写ベル
ト上の単位面積当たりのトナー像を示すトナー像図、図
３は中間転写ベルト上からの反射光を受光した時の受光
素子の出力電圧を示すグラフ、図４は中間転写ベルトに
現像周長のかぶりがある場合にトナー像を受光素子で検
出したときの出力電圧を示すグラフ、図５（ａ）は中間
転写ベルトのトナー像検出部分を示す検出状態図、図５
（ｂ）は各トナー像検出部分におけるビーム径を示すビ
ーム径図、図６は中間転写ベルト上のビーム径が異なる
トナー像を検出した場合の受光素子の出力電圧を示すグ
ラフ、図７は中間転写ベルト上のトナー像検出部分を示
す検出状態図、図８（ａ）、（ｂ）はビーム径をレンズ
で絞った後の中間転写ベルト上のビーム径を示すビーム
状態図、図９は中間転写ベルトより透過性保護シート上
に飛散したトナーを示すトナー飛散状態図、図１０はト
ナー飛散状態における中間転写ベルト自身による受光素
子出力電圧を示すグラフ、図１１は第１の転写部分から
トナー像検出部分までを示す転写検出部分図、図１２
（ａ）は中間転写ベルト厚み方向のそれぞれの位置にお
ける中間転写ベルト周速差を示す中間転写ベルト速度
図、図１２（ｂ）は中間転写ベルト上画像位置に対する
受光素子出力電圧を示すグラフである。

【００２７】図１、図２において、１６２は図１３と同
様の中間転写体ベルト、３００は図１４と同様の発光部
としての半導体レーザ、３０１は図１４と同様の受光部
（受光素子）である。また、図５（ａ）、（ｂ）、図７
において、１は半導体レーザ３００からの出射光を調節
するためのレンズ、Ａ、Ｂ、Ｓは中間転写ベルトの位置
である。さらに、図９において、３は発光部３００と受
光部３０１を保護する透過性保護シート、４はトナーで
ある。さらに、図１１において、５はトナー像が検出さ
れるトナー像検出部分、１０２は感光体ドラム１１０
（図１３と同様）上のトナー像が転写される中間転写体
ベルト１６２上の第１の転写部分、１３０は図１３と同
様の現像ローラ、１５０は図１３と同様の現像器、１６
０は図１３と同様の駆動ローラ、１７０は図１３と同様
の帯電器である。

【００２８】このように構成された画像形成装置につい
て、その機能、動作等について説明する。

【００２９】図１において、光源である指向性の良い半
導体レーザ３００は、顕在化したトナー像を保持する中
間転写体ベルト１６２に所定の光量で光ビームを照射
し、受光素子３０１で中間転写体ベルト１６２よりの反
射光を検出する。

【００３０】図２に示す２０％〜１００％のトナー像
は、中間転写体ベルト１６２上の単位面積当たりのトナ
ー像を受光素子３０１で検出する為に、中間転写体ベル
ト１６２上に形成された検出用トナー像であり、任意の
階調数に分割され、中間転写体ベルト１６２の進行方向
Ｙで半導体レーザ３００からの照射ビームを各トナー像
が通過するように中間転写体ベルト１６２上に配置され
ている。更に、中間転写体ベルト１６２の幅で周期的な
濃淡は、現像ローラ１３０〜１３３のかぶり等による汚
れであるが記録媒体２００上に再現されたりされなかっ
たりする。なお、中間転写体ベルト１６２上の検出用ト
ナー像は、温度・湿度が任意量変化した時や、トナー交
換時、中間転写ベルト・ＯＰＣの寿命カウントが所定計
数以上になった時、電源投入時、温度補正実施のコマン
ドをプリンタ本体に入力した時に、自動的に形成され
る。

【００３１】図３に示すように、図２のトナー像を半導
体レーザ３００で照射して中間転写体ベルト１６２から
反射される光を受光素子３０１で受光し、受光量を電圧
として出力する。まず、中間転写体ベルト１６２自身の
反射率に伴い変化する受光素子３０１の出力電圧を基準
電圧Ｖｃｏｎに補正する為、中間転写体ベルト１６２の
１回転中（中間転写ベルト１回転目）Ｔ１に半導体レー
ザ３００を任意の周期で照射し、受光素子３０１の出力
がＶｃｏｎになるように半導体レーザ３００の出力を調
整する。しかしながら、実際は、中間転写体ベルト１６
２自身の傷や照射部での中間転写体ベルト１６２自身の
変形で受光素子３０１の出力電圧が変化したり、また、
かぶり等による汚れが非画像形成部でも中間転写体ベル
ト１６２の幅で発生し、かつ現像ローラ１３０〜１３３
の周期で濃淡像による受光素子３０１の出力電圧変動を
引き起こす。そこで、回転中の中間転写体ベルト１６２
の周長方向基準位置よりｔ１秒後のタイミングで中間転
写体ベルト１６２自身の出力（反射光）を受光素子３０
１で検出し、検出電圧（つまりベルト１６２からの反射
光に応じて受光素子３０１が出力する電圧）から基準電
圧Ｖｃｏｎを引き算した誤差電圧Ｖｅｃｏｎをデータ保
管する。次に、中間転写ベルト２回転目Ｔ２で基準位置
よりｔ１秒後の１回転目と同一タイミングで形成された
トナー像を受光素子３０１で検出し、検出電圧をデータ
保管する。この時、現像ローラ１３０〜１３３の周長周
期のかぶりや中間転写体ベルト１６２の傷等の影響は１
回転目Ｔ１と同一タイミングで発生する。この為、２回
転目Ｔ２の検出電圧より１回転目に保管した検出電圧
（誤差電圧）Ｖｅｃｏｎを引き算したＶ２は純粋な単位
面積当たりのトナー量の出力となる。更に、Ｖｃｏｎは
装置寿命中常に同じ値に補正される為、算出されたＶ２
との比率で示される濃度Ｄ＝ｌｏｇ（Ｖｃｏｎ／Ｖ２）
は常時精度良く表現される。これにより、図１７で示す
補正後の濃度曲線も常に理想値の濃度曲線まで補正可能
である。また、この時、中間転写体ベルト１６２の１回
転目Ｔ１と２回転目Ｔ２で中間転写体ベルト１６２の基
準位置からの同一位置を確保する為、中間転写体ベルト
１６２の周長上に開口部を設け、開口部の通過を光セン
サー等で検出することで常に中間転写体ベルト１６２の
正確な位置を読み取り可能である。結果として、機体間
差（機体間ばらつき）や温湿度等の環境等の外乱による
濃度変化を補正して常に理想の濃度曲線まで補正可能で
ある。

【００３２】更に、図４には、中間転写体ベルト１６２
上のかぶり現象が大きい場合の受光素子３０１の出力電
圧示す。これは、中間転写体ベルト１６２自身の受光素
子３０１による検出時は、現像ローラ１３０〜１３３の
周期のかぶり等は少なく、中間転写体ベルト１６２上の
検出用トナー像を形成する時のみ現像ローラ１３０〜１
３３の周長周期のかぶり等が発生した場合の受光素子３
０１の検出出力電圧を示している。基準電圧Ｖｃｏｎは
非トナー像部（非画像部）の出力電圧であり、中間転写
体ベルト１６２の１回転目に検出補正した電圧値であ
る。２回転目は現像ローラ１３０〜１３３の周長周期の
かぶり影響が発生する為、基準電圧Ｖｃｏｎに対して現
像ローラ１３０〜１３３の周長周期で中間転写体ベルト
１６２自身の受光部３０１による出力電圧が基準電圧Ｖ
ｃｏｎを基準に増減する。この増減はトナー像検出時も
同様に発生する。そこで、基準電圧Ｖｃｏｎと実測値と
の差Ｖ１ｅをかぶりによる出力電圧として検出し一時保
管する。次に、現像１回転後、同タイミングで中間転写
体ベルト１６２上に形成されたトナー像の検出電圧より
Ｖ１ｅを引き算することで実質の単位面積当たりのトナ
ー像による出力電圧を検出することができる。この方法
によれば、中間転写体ベルト１６２自身の受光素子３０
１による出力電圧の誤差は無く、トナー像形成時のみ現
像ローラ１３０〜１３３の周長周期の濃度ムラが発生す
る場合でも、単位面積当たりのトナー像間中に、受光素
子３０１の出力電圧は誤差がないか又は常に同量だけシ
フト（同量だけオフセット）し、図１９に示した実測近
似誤差Ｌ４、Ｌ５は少なくなる。この為、補正後の濃度
補正ばらつきが減少する。

【００３３】図５（ａ）は中間転写体ベルト１６２のト
ナー像検出部分を示すが、光源である半導体レーザ３０
０から照射した光はレンズ１によって中間転写体ベルト
１６２上で所定のビーム径に絞られる。この時、中間転
写体ベルト１６２の駆動ローラ１６０の偏芯等により中
間転写体ベルト１６２と光源である半導体レーザ３００
との間の距離が変動すると、中間転ベルト１６２の位置
が中間転写体ベルト１６２の標準位置Ｓより光源に近い
位置Ａである場合、ビーム径は図５（ｂ）に示すように
中間転写体ベルト１６２の標準位置の場合に比べビーム
径が大きくなる。中間転写体ベルト１６２が中間転写ベ
ルト標準位置Ｓより光源に遠い位置Ｂである場合、中間
転写体ベルト１６２の標準位置Ｓの場合よりビーム径は
小さくなる。

【００３４】図６に、ビーム径の変化に伴って、中間転
写体ベルト１６２上のトナー像を検出した場合の受光素
子３０１の出力電圧を示す。ビーム径が標準状態の受光
素子３０１の出力電圧をＶ２Ｍとすると、ビーム径が標
準状態より小さい場合の受光素子３０１の出力はＶ２Ｍ
より大きいＶ２Ｓとなり、ビーム径が標準状態より大き
い場合の受光素子３０１の出力電圧はＶ２Ｍより小さい
Ｖ２Ｌとなる。これは、中間転写体ベルト１６２上に形
成される単位面積あたりのトナー像の面積率が低い場合
にとくに顕著となる。単位面積あたりのトナー像の面積
率が低い場合にビーム径が大きいと、ビーム径で照射し
たトナーのドット数は多くなり、反射光量は減少し、受
光素子３０１の出力電圧も減少する、逆にビーム径が小
さくなると、ビーム径で照射したトナーのドット数は少
なくなり、中間転写体ベルト１６２自身の反射光量と変
わらないレベルまで増加し、その結果、受光素子３０１
の出力電圧も増加する。

【００３５】図７も、中間転写体ベルト１６２のトナー
像検出部分を示すが、この場合レンズ１を光源である半
導体レーザ３００側に近づけることで、半導体レーザ３
００から照射した光はレンズ１を通過後、平行光として
中間転写体ベルト１６２上に照射される。そこで、レン
ズ１と中間転写体ベルト１６２との間に任意の形状の開
口部を持つ非透過性板であるマスク２を配置すること
で、レンズ１を透過した平行光は、マスク２の通過時に
マスク２の開口形状の光線として中間転写体ベルト１６
２上に照射、つまりマスク２形状のビーム径として照射
される。このため、中間転写体ベルト１６２の駆動ロー
ラ１６０の偏芯等により中間転写体ベルト１６２と光源
である半導体レーザ３００との間の距離が変動してもビ
ーム径は変わらず、結果として単位面積あたりのトナー
像の面積率が低い場合でも常に同一の受光素子３０１の
出力電圧がえられる。

【００３６】更に、ここでは、指向性のよい半導体レー
ザ３００を光源としているが、半導体レーザ３００の場
合、その性質上、発光する方向により光の広がり角が異
なる為、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ビーム径を
単にレンズ１で絞った後の中間転写体ベルト１６２上の
ビーム径は概ね、短軸長ｂと長軸長ａとの比が１：３の
楕円形状になる。この為、中間転写体ベルト１６２の進
行方向に対してビームの長軸方向が直交するように配置
した場合、中間転写体ベルト１６２の回転中にビームで
照射可能な面積は、中間転写体ベルト１６２の進行方向
にたいしてビームの長軸方向が平行になるように配置し
た場合よりも大きくなり、前述したように単位面積あた
りのトナー像の面積率が低い部分をも受光素子３０１で
検出可能となり、ひいては濃度曲線の測定向上を図るこ
とが可能である。また、光源である半導体レーザ３００
と受光素子３０１とを図１３の中間転写体ベルト１６２
を基準に感光体１１０の対向位置に配置した場合、現像
器１５０より中間転写体ベルト１６２に不必要にもれる
トナーや画像形成装置内部に浮遊したトナーは、半導体
レーザ３００と受光素子３０１を汚染してしまう。

【００３７】その為、図９にしめすように、中間転写体
ベルト１６２と受光部・発光部との間に飛散するトナー
保護の透過性保護シート３を配置しているが、飛散した
トナー４の量が多いと、半導体レーザ３００から中間転
写体ベルト１６２へ照射される光量は、トナー４に遮ら
れ、また、中間転写体ベルト１６２から反射される光量
もトナー４に遮られ、受光素子３０１の出力電圧も低下
してしまう。

【００３８】この為、図１０に示すように、透過性保護
シート３上のトナー４量が非画像部基準電位を中心に設
定された半導体レーザ３００の出力補正量内であれば、
半導体レーザ３００の出力を増減させて補正可能である
が、補正範囲外のトナー４の量が透過性保護シート３に
付着すると濃度曲線算出時の基準電位と実際の基準電位
であるトナー付着時の基準電位とに大きな差が生じ、理
想濃度曲線に対して補正後の濃度曲線が大きくずれてし
まう。この為、透過性保護シート３上のトナー４の量が
非画像部基準電位を中心に設定された半導体レーザ３０
０の出力補正量外である場合、本体に設けた表示灯（図
示せず）を点灯させて警告を発し、透過性保護シート３
上のトナー４の清掃を促すことで、誤作動検知を容易に
防止することができる。

【００３９】図１１は第１の転写部分１０２からトナー
像検出部５までを詳細に示す。図１１において、感光体
ドラム１１０は現像器１５０内部の現像ローラ１３０に
て静電現像され、第１の転写部分１０２で帯電器１７０
により中間転写体ベルト１６２上にトナー像を形成後、
駆動ローラ１６０によってトナー像検出部５の位置まで
トナー像を搬送し、単位面積当たりのトナー量の異なる
トナー像を受光素子３０１の出力電圧として検出する。
この時、駆動ローラ１６０の振れがある場合、駆動ロー
ラ１６０の駆動部からの角速度伝達時に駆動ローラ１６
０の１回転周期で角速度ω（ｒａｄ／ｓｅｃ）が変動す
る。すなわち、中間転写体ベルト１６２の周速は、駆動
ローラ１６０の周期で増減する。

【００４０】図１２（ａ）に中間転写体ベルト１６２の
周速変動を示す。中間転写体ベルト１６２は、それ自身
に厚みを持つ為、駆動ローラ１６０に接触する中間転写
ベルト内周長と感光体ドラム１１０と接触する中間転写
ベルト外周長とでその速度が異なる。ここで中間転写体
ベルト１６２の厚みをｄ、駆動ローラ１６０の外径をＤ
とすると（図１１参照）、中間転写ベルト内周長位置で
は、中間転写体ベルト１６２の周速ｖｉｎはｖｉｎ＝Ｄ
／２×ωとなり、中間転写ベルト外周長では、中間転写
体ベルト１６２の周速ｖｏｕｔはｖｏｕｔ＝（Ｄ／２＋
ｄ）×ωとなる。そこで、実際の中間転写体ベルト１６
２自身の実質速度を検討した結果、中間転写体ベルト１
６２自身の速度は中間転写体ベルト１６２の厚み中心位
置で示すｖｃｅｎであり、式で示すとｖｃｅｎ＝（（Ｄ
＋ｄ）／２）×ωとなる。中間転写体ベルト１６２の速
度がサイン波形で増減しているのは、上述したごとく、
駆動ローラ１６０の周長周期で伝達角速度誤差が発生す
るためである。ここで、駆動ローラ１６０が１回転する
時間での中間転写体ベルト１６２のそれぞれの部位にお
ける移動距離は、図１２（ａ）の斜線部で示されるよう
に、ｖｉｎ、ｖｏｕｔ、ｖｃｅｎに駆動ローラ１６０が
１回転する時間を掛け算すると求まる。すなわち、中間
転写体ベルト１６２の周速が変動すると、単位面積当た
りのトナー像が同一な印字データであっても、第１の転
写部分１０２での駆動ローラ１６０の周期でトナー像が
濃淡となり、トナー像検出部５での受光素子３０１のト
ナー像検出出力電圧は、トナー像の濃淡に従い増減す
る。この為、同一ピッチで配置された各色の感光体ドラ
ム１１０、１１１、１１２、１１３上のトナー像を随時
検出する際、ｖｉｎ、ｖｏｕｔ、ｖｃｅｎにそれぞれ対
応したＬｏｕｔ、Ｌｃｅｎ、Ｌｉｎピッチ間隔で各色の
トナー像を検出すると、ｖｉｎ、ｖｏｕｔで検出する各
色毎のトナー像は、中間転写体ベルト１６２の速度変動
影響により各色間での出力電圧が異なる。そこで、中間
転写体ベルト１６２の速度を決定する中間転写体ベルト
１６２の厚みセンタ値の周長ピッチであり、感光体ドラ
ム１５０の配置ピッチと同一距離に半導体レーザ３００
のビームが照射するようにトナー像検出部５を配置する
ことで、駆動ローラ１６０の速度変動が発生しても、各
色毎のトナー像を検出する受光素子３０１の出力電圧は
常に同じとなり、色間による濃度補正精度が向上する。
出力電圧が常に同じになるのは、各ＯＰＣ間ピッチと等
しい距離に検出ビームが照射されるので、中間転写駆動
ローラ１６０に係る速度変動でＯＰＣから中間転写体ベ
ルト１６２への転写変動（濃度変動）が各色間で等しく
なるためである。

【００４１】以上のように本実施の形態によれば、画像
データに応じた露光により静電潜像が形成される静電潜
像担持体１１０〜１１３と、静電潜像担持体１１０〜１
１３上に形成された静電潜像をトナーにより現像して静
電潜像担持体１１０〜１１３上にトナー像を形成する現
像ローラ１３０〜１３３と、静電潜像担持体１１０〜１
１３上のトナー像が転写位置で転写される中間転写体１
０１と、中間転写体１０１上の検出用トナー像に光を照
射する発光部３００と、発光部３００から照射される光
を平行光とするレンズ１と、発光部３００から中間転写
体１０１に照射されて反射された光を電気信号に変換す
る受光部３０１とを有するようにしたことにより、レン
ズ１により発光部３００からの光は平行光となるので、
中間転写体ベルト１６２や発光部３００の位置が変動し
てもトナー像の濃度を高精度に検出することができる。

【００４２】また、レンズ１は、発光部３００からの光
を楕円光とし、楕円光の長軸方向を中間転写体ベルト１
６２の進行方向と直交させることにより、単位面積あた
りのトナー像の面積率が低い部分でも受光部３０１で検
出することができるので、中間転写体ベルト１６２上の
低濃度のトナー像を高精度に検出することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載の画像形成装置によれば、画像データに応じた露光
により静電潜像が形成される静電潜像担持体と、静電潜
像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像し
て静電潜像担持体上にトナー像を形成する現像ローラ
と、静電潜像担持体上のトナー像が転写位置で転写され
る中間転写体と、中間転写体上の検出用トナー像に光を
照射する発光部と、発光部から照射される光を平行光と
するレンズと、発光部から中間転写体に照射されて反射
された光を電気信号に変換する受光部とを有することに
より、発光部からの出射光が平行光であるので、中間転
写ベルトや発光部の位置が変動してもトナー像の濃度を
高精度に検出することができ、機体間のばらつきや寿命
劣化等による記録用紙上の画像濃度変化を防止すること
ができ、高精度でかつ安定して画像品質を維持すること
ができるという有利な効果が得られる。

【００４４】請求項２に記載の画像形成装置によれば、
請求項１に記載の画像形成装置において、レンズは、発
光部からの光を楕円光とし、楕円光の長軸方向を中間転
写ベルトの進行方向と直交させることにより、単位面積
あたりのトナー像の面積率が低い部分でも受光部で検出
することができるので、中間転写ベルト上の低濃度のト
ナー像を高精度に検出することができるという有利な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による画像形成装置の濃
度検出部を示す構成図

【図２】中間転写ベルト上の単位面積当たりのトナー像
を示すトナー像図

【図３】中間転写ベルト上からの反射光を受光した時の
受光素子の出力電圧を示すグラフ

【図４】中間転写ベルトに現像周長のかぶりがある場合
にトナー像を受光素子で検出したときの出力電圧を示す
グラフ

【図５】（ａ）中間転写ベルトのトナー像検出部分を示
す検出状態図 （ｂ）各トナー像検出部分におけるビーム径を示すビー
ム径図

【図６】中間転写ベルト上のビーム径が異なるトナー像
を検出した場合の受光素子の出力電圧を示すグラフ

【図７】中間転写ベルト上のトナー像検出部分を示す検
出状態図

【図８】（ａ）ビーム径をレンズで絞った後の中間転写
ベルト上のビーム径を示すビーム状態図 （ｂ）ビーム径をレンズで絞った後の中間転写ベルト上
のビーム径を示すビーム状態図

【図９】中間転写ベルトより透過性保護シート上に飛散
したトナーを示すトナー飛散状態図

【図１０】トナー飛散状態における中間転写ベルト自身
による受光素子出力電圧を示すグラフ

【図１１】第１の転写部分からトナー像検出部分までを
示す転写検出部分図

【図１２】（ａ）中間転写ベルト厚み方向のそれぞれの
位置における中間転写ベルト周速差を示す中間転写ベル
ト速度図 （ｂ）中間転写ベルト上画像位置に対する受光素子出力
電圧を示すグラフ

【図１３】一般的な画像形成装置を示す構成図

【図１４】感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルト
に転写して、単位面積当たりのトナー量の異なる画像を
顕在化した状態を示すトナー量相違画像図

【図１５】反射光を電気信号に変換する受光素子の出力
電圧を示すグラフ

【図１６】中間転写ベルトに現像された単位面積当たり
のトナー量の増減に対する理想的な受光素子の出力電圧
を示すグラフ

【図１７】具体的な濃度補正方法を説明するためのグラ
フ

【図１８】中間転写ベルトのトナー像の反射光を受光素
子で検出した実際の出力電圧を示すグラフ

【図１９】濃度補正における不具合を説明するためのグ
ラフ

【図２０】印字時間に対する受光素子出力電圧を示すグ
ラフ

【図２１】（ａ）初期状態における受光素子出力電圧を
示すグラフ （ｂ）印字時間が所定時間経過したときの受光素子出力
電圧を示すグラフ

【符号の説明】

１ レンズ ２ マスク ３ 透過性保護シート ４ トナー ５ トナー像検出部 １０１ 中間転写体 １１０、１１１、１１２、１１３ 感光体ドラム １２０、１２１、１２２、１２３、１７０、１７１、１
７２、１７３ 帯電器 １３０、１３１、１３２、１３３ 現像ローラ １４０、１４１、１４２、１４３ 露光部 １５０、１５１、１５２、１５３ 現像器 １６０ 駆動ローラ １６１ 従動ローラ １６２ 中間転写体ベルト １８０、１８０ａ、１８１、１８２、１８３ クリーナ １９０、１９１、１９２、１９３ 除電器 ２００ 記録媒体 ２１０ 定着器 ３００ 半導体レーザ（発光部） ３０１ 受光部（受光素子）

フロントページの続き (72)発明者 渡邉 聖生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 麻生 俊洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 志水 忠文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB10 DD12 EE02 EE13 FF08 GG01 GG02 GG06 JJ11 KK01 MM01 MM05 MM10 MM14 2H027 DA09 DE02 DE07 DE10 EB04 EC03 EC06 EC09 ED24 2H032 AA05 BA05 BA09 BA23 CA02 CA15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像データに応じた露光により静電潜像が
   形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上に
   形成された静電潜像をトナーにより現像して前記静電潜
   像担持体上にトナー像を形成する現像ローラと、前記静
   電潜像担持体上のトナー像が転写位置で転写される中間
   転写体と、前記中間転写体上の検出用トナー像に光を照
   射する発光部と、前記発光部から照射される光を平行光
   とするレンズと、前記発光部から前記中間転写体に照射
   されて反射された光を電気信号に変換する受光部とを有
   することを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記レンズは、前記発光部からの光を楕円
   光とし、前記楕円光の長軸方向を前記中間転写ベルトの
   進行方向と直交させることを特徴とする請求項１に記載
   の画像形成装置。