JP2017078745A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像に関わるコストアップを避けつつ、良好なトナー濃度検知手段の校正が行える画像形成装置を提供する。
【解決手段】プリンタ１は、中間転写ベルト１２０上に各色のトナー像を形成する各プロセスユニット１０２等の画像形成手段と、中間転写ベルト１２０上に形成された未定着の階調パターンの濃度を検知する濃度センサ１２６とを備えている。また、濃度センサ１２６で検知した検出結果に基づいて、露光量、帯電バイアス、現像バイアスのいずれか１つ以上の作像条件を補正する制御部２００も備えている。また、濃度センサ１２６に赤外光ＬＥＤ１２７と、正反射光を検出する正反射型受光素子１２８と、拡散反射光を検出する拡散反射型受光素子１２９とを有している。そして、イエロー、マゼンタ、シアンのカラートナーの階調トナーパターンは、単一色で形成された複数の単色パターンと、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンとで構成した。
【選択図】図８

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、作像条件を変えて形成した複数のトナーパッチからなるトナーパターンを形成し、光学センサ等のトナー濃度検知手段によるトナーパッチの濃度（トナー付着量）の検知結果に基づき、作像条件を補正（決定）している。ここで、補正する作像条件としては、露光量、帯電バイアス、現像バイアス等のいずれか１つ以上のものが挙げられる。
また、トナー濃度検知手段として正反射型や拡散反射型の光学センサを用いることが知られているが、いずれの型式の光学センサについても、発光素子の光軸ばらつきや、受光素子の個体差やセンサの取り付け誤差等を補正するために感度の校正を行っている。このような校正を行うことで、校正を行わずにトナー付着量を一義的に求める構成に比べて、正確な濃度検知（トナー付着量検知）を行うことができる。

例えば、特許文献１には、濃度検知手段（光学センサ）の感度の校正（以下、単に校正という。）を行うための階調パターンを像担持体上に、少なくとも２色以上、かつ、同一色のトナーパッチが２個以上存在するように形成している画像形成装置が記載されている。この画像形成装置では、校正板を用いずに、上述したように形成した各トナーパッチを濃度検知手段で検出した検出値を用いて、濃度検知手段の校正を行っている。

しかし、従来のトナー濃度検知手段の校正方法では、均等拡散面とみなして問題のない、印刷時に必要な最大付着量よりも多いトナー付着量を単色で確保する必要があり、現像に関わる費用が増してコストアップに繋がる場合があった。
一方、現像に関わるコストアップを避けるために、現像量（トナー付着量）の下限を印刷時の必要上限に設定すると、校正用のトナーパッチの付着量が足りず、トナー付着量の検知精度が低下して良好なトナー濃度検知手段の校正が行えない場合もあった。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体上に複数色のトナー像を形成する画像形成手段と、前記像担持体上に形成された未定着の濃度調整用トナーパターンの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段で検知した濃度情報に基づいて、作像条件を補正する作像条件調整手段とを備え、前記トナー濃度検知手段に発光素子と、正反射光を検出する正反射受光素子と、拡散反射光を検出する拡散反射受光素子とを有した画像形成装置において、カラートナーの濃度調整用のトナーパターンは、単一色で形成された複数の単色パターンと、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンとで構成されることを特徴とする。

本発明によれば、現像に関わるコストアップを避けつつ、良好なトナー濃度検知手段の校正が行える画像形成装置を提供できる。

一実施形態に係るプリンタの概略構成図。 一実施形態に係る濃度センサ１２６の拡大説明図。 濃度センサの発光素子および受光素子の分光特性についての説明図。 シアン、マゼンタ、イエローの拡散反射光の分光特性についての説明図。 トナーパッチの付着量と正反射光出力／拡散反射出力との関係についての説明図。 あるタイミングにおける、ベタのトナーパッチを形成したときの現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係を示すグラフ。 あるパッチ：Ｐ［ｎ］を検知した時、純粋な正反射光のみの正反射出力の正規化値β［ｎ］と拡散反射出力：Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］の関係を示すグラフ。 中間転写ベルト上に形成する階調パターンのレイアウトの一例の説明図。 中間転写ベルト上に形成する階調パターンのレイアウトの別例の説明図。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラープリンタ（以下、プリンタ１という。）の一実施形態について説明する。
ここで、本実施形態では、所謂、中間転写方式のタンデム型の画像形成装置を例に挙げて説明するが、画像形成装置の転写方式は、特に制限されない。したがって、直接転写方式のタンデム型画像形成装置や、４サイクル方式のカラー画像形成装置等、様々な方式の画像形成装置に適用できる。

図１は、本実施形態に係るプリンタ１の概略構成図である。
プリンタ１は、一般的なタンデム方式のカラー対応の画像形成装置であり、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン等のカラー用の３色と、モノクロ用のブラックとにそれぞれ対応したプロセスユニットであるプロセスカートリッジ１０２ａ，ｂ，ｃ，ｄを備えている。各プロセスユニット１０２ａ，ｂ，ｃ，ｄは、装置本体１００に着脱自在に装着されている。また、装置本体１００内には、潜像形成手段としての露光装置１０３、一次転写ローラ１０１ａ，ｂ，ｃ，ｄ、給紙トレイ１０４、定着装置１０６、制御部２００等が配設されている。

プロセスユニット１０２ａ，ｂ，ｃ，ｄは、装置本体１００の所定の位置にセットされ、像担持体（潜像担持体）である感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄが設けられている。各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄは、ドラム状のものであり、本実施形態では１５０［ｍｍ／ｓ］の線速で回転駆動される。各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄの表面には、その回転に対して従動回転するローラ形状の帯電器１１０ａ，ｂ，ｃ，ｄが当接配置されている。各帯電器１１０ａ，ｂ，ｃ，ｄは、高圧電源によって直流電圧、あるいは直流電圧に交流電圧を重畳させた帯電バイアスが印加され、これにより各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄは一様にほぼ均一な表面電位に帯電される。
帯電器１１０ａ，ｂ，ｃ，ｄによって帯電処理された感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄの表面には、それぞれ露光装置１０３ａ，ｂ，ｃ，ｄによって、各色の画像情報に応じた露光処理が行われ、各色の静電潜像が形成される。

ここで、露光装置１０３ａ，ｂ，ｃ，ｄは所望の画素数（画像幅×画素密度１２００ｄｐｉ）のＬＥＤ素子とその駆動回路とＬＥＤ素子で発光した光を集光するレンズを筐体に組み付けたデバイス（ＬＥＤヘッド）である。そして、各ＬＥＤ素子を画像信号に応じて発光させ、感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上に潜像を形成する露光装置である。また、ＬＥＤ素子で発光した光を集光するレンズは、発光光量を効率よく確保するために開口数が大きく焦点距離が短い。このため、ＬＥＤヘッドを各感光体１０８に近接させて（各感光体１０８から数ｍｍの距離に）設置される。複数のレンズを配列したものをレンズアレイとして筐体に組み込んでおり、この筐体にはＬＥＤヘッドを実装するための形状（穴、突起、平面など）が形成されている。また、ＬＥＤヘッドに対して、電源や画像データに合わせた画像信号を供給するためのハーネスが結合されている。

各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上に形成された静電潜像は、それぞれの色に対応した現像手段としての現像器１１１ａ，ｂ，ｃ，ｄによって各色トナーにより現像される。
本実施形態の現像器１１１ａ，ｂ，ｃ，ｄは一成分接触現像器であるが、これに限られず、例えば二成分現像器であってもよい。各現像器１１１ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれの色のトナーを担持した現像剤担持体に高圧電源から所定の現像バイアスが供給され、その現像バイアスにより各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上の静電潜像に現像剤担持体上のトナーを付着させる。これにより、各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上の静電潜像がトナー像として顕像化する。

４つのプロセスカートリッジ１０２ａ，ｂ，ｃ，ｄは、像担持体（中間転写体、被転写体）である中間転写体としての中間転写ベルト１２０の表面移動方向に沿って並べて配置されている。フルカラー画像形成時には、ブラック（１０８ｄ）、シアン（１０８ｃ）、マゼンタ（１０８ｂ）、イエロー（１０８ａ）の順で中間転写ベルト１２０上に各色トナー像が一次転写される。各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄには、中間転写ベルト１２０を挟んで、一次転写ローラ１０１ａ，ｂ，ｃ，ｄが対向配置されている。この一次転写ローラ１０１ａ，ｂ，ｃ，ｄには、各色独立の高圧電源から所定の一次転写バイアス（例えば、＋４００［Ｖ］〜＋１２００［Ｖ］）が印加される。この一次転写バイアスにより形成される転写電界の作用で、各感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上のトナー像が互いに重なり合うように中間転写ベルト１２０上に一次転写される。

中間転写ベルト１２０は、駆動ローラ１２２、一次転写ローラ１０１ａ，ｂ，ｃ，ｄ、テンションローラ１２１によって張架支持されており、駆動モータにより駆動ローラ１２２が回転駆動し、この回転駆動によって表面移動する。テンションローラ１２１のローラ軸両端部は付勢手段としてのばねによって付勢されており、これにより中間転写ベルト１２０に所定のベルト張力が付与されている。また、テンションローラ１２１には、その両端部にフランジが圧入されていて、このフランジが中間転写ベルト１２０の蛇行を規制する規制部材としての役割を果たしている。また、テンションローラ１２１は、中間転写ベルト１２０と二次転写ローラ１２５とで二次転写ニップ部を形成するときの二次転写バックアップローラとしても機能する。

また、中間転写ベルト１２０を張架している各ローラは、転写ベルトユニット側板によって中間転写ベルト１２０の両側より支持されている。また、各感光体１０８と中間転写ベルト１２０は、接離機構により、任意のタイミングで離間可能となっている。

記録材としての用紙は、給紙搬送ローラ１０５、レジストローラ対１０７によって、中間転写ベルト１２０上に重ね合わされたトナー像の先端部が二次転写ローラ１２５と対向する二次転写位置に到達するタイミングに合わせて給紙される。二次転写ローラ１２５には、高圧電源により所定の二次転写バイアスが印加され、これにより中間転写ベルト１２０上のトナー像が用紙に二次転写される（転移する）。本実施形態において、給紙経路は、図１示のように、縦型パスをとっている。用紙は、二次転写ローラ１２５の曲率によって中間転写ベルト１２０から分離され、用紙に転写されたトナー像は定着装置１０６によって定着された後、機外に排紙される。
また、装置本体１００内に配置された制御部２００は、中央演算装置（ＣＰＵ）や、揮発性メモリ（ＲＡＭ）及び不揮発性メモリ（ＲＯＭ）の記憶手段等を有しており、装置本体１００内の各部の動作の制御等を行う。

一次転写後に感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄ上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段１１７ａ，ｂ，ｃ，ｄによって回収され、廃トナー容器１２４に収容される。ここで、感光体１０８ａ，ｂ，ｃ，ｄに対してクリーニング手段を設けず、転写残トナーを現像器で回収して再利用するクリーナレス方式もあり、本実施形態のプリンタ１では、種々公知のクリーニング手段を採用できる。
また、中間転写ベルト１２０上の転写残トナーは、クリーニングブレード１２３によって掻き取られ、廃トナー容器１２４に破棄される。

また、中間転写ベルト１２０の下方には、各感光体１０８上に形成された複数のトナーパッチのトナー量を、中間転写ベルト１２０上に一次転写され、トナーパターンとなった後に検出する濃度センサ１２６（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が配置されている。
この濃度センサ１２６は、上述したように中間転写ベルト１２０上に形成された未定着のトナーパッチの画像濃度（トナー付着量）を検出する濃度センサであり、正反射型センサと拡散反射型センサで構成される正拡一体型の光学センサである。そして、作像条件調整手段として機能する制御部２００は、濃度センサ１２６で検出したトナーパッチの画像濃度をフィードバックし、少なくとも露光量、帯電バイアス、現像バイアスのいずれか１つ以上の画像形成条件を決定（補正）する。

ここで、トナーパッチの濃度検知に用いる光学センサは、ＬＥＤなどの発光素子と、フォトトランジスタなどの受光素子からなる反射型センサが一般的に用いられている。発光素子の正反射光を受光素子で検知する正反射型センサ、発光素子の拡散反射光を受光素子で検知する拡散反射センサがある。
正反射では、検知面の平滑度が高ければ反射光が多く、検知面が粗くなれば反射光が少ない。一般にトナー像の表面は平滑度が粗く正反射光が少ないが、中間転写ベルト１２０等の転写ベルトや感光体などの像担持体は平滑度が高く、正反射光が多い。

これを踏まえ、正反射型光学センサを用いる方法では、平滑度の高い像担持体上にトナーパッチを形成し、トナーパッチに光を照射した際に受光素子で検知する出力が大きいほどトナー付着量が少なく、受光素子の出力が小さいほどトナー付着量が大きいと判断する。すなわち、正反射光は像担持体からの反射光の多寡でトナー付着量を検知するものである。
一方、拡散反射型光学センサでは、トナー像表面で光が均等拡散するものと仮定し、受光素子で検知する拡散光が少ないほどトナー付着量が少なく、拡散光が多いほどトナー付着量が多いと判断する。すなわち、トナー像からの反射光の多寡でトナー付着量を検知するものである。

正反射型、拡散反射型いずれの光学センサについても、発光素子の光軸ばらつきや、受光素子の個体差やセンサの取り付け誤差等を補正するために感度の校正を行う。正反射、拡散反射それぞれに適した反射体を校正板として設け、校正板の出力に応じて出力を補正することにより、誤差を修正することができる。

また、拡散反射型センサのみを使用する例として、次のようなものが知られている。
中間転写体の表面にカラートナーによる最大濃度のパッチを形成し、更にこのパッチを下地としてその上に濃度測定用ブラックトナーによるパッチを形成してブラックトナーの濃度を検知する。また、中間転写体の表面にブラックトナーによる最大濃度のパッチを形成し、さらにこのパッチを下地としてその上に濃度測定用カラートナーによるパッチを形成してカラートナー濃度を検知する。これらのような構成をとることにより、光学センサのダイナミックレンジを広く確保する技術が既に知られている（例えば、特許文献２）。
一方、コストとスペースを抑えた光学センサの校正方法として、光学センサ用の校正板を設けることなく、ベルト地肌やトナーパッチを校正板代わりに使用する方法も既に知られている（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。

特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載された画像形成装置は、１つの発光素子と１つの正反射受光素子、１つの拡散反射受光素子を備えた正拡一体型光学センサを使用している。
正反射型センサは高濃度（トナー付着量が多く、トナー粒子が複数層に重なっている）領域では正確に検知が出来ない（トナーが単層で均一に付着している場合と、複数層に重なって付着した場合で正反射光に差がなくなるため、感度がなくなる）という課題がある。拡散型センサを併用することにより、このような高濃度領域のトナー付着量を正確に検知するという狙いである。

像担持体からの正反射光量は、像担持体表面にキズが入って平滑度が低下する、あるいはクリーナーニング等で像担持体が研磨され光沢度が上がるなどの要因により、変動が見込まれる。そこで、基準となる像担持体の正反射出力が一定となるよう、発光素子の光量を調整する（感度の校正を行う）。

トナーパッチ検知時、正反射受光素子は正反射光（像担持体の反射光）と拡散反射光（トナーパッチからの拡散光）を受光する。そのため、正反射受光素子の出力から純粋な正反射光のみを取り出す必要がある。光学センサで均等拡散面を検知した際の正反射受光素子の出力（正反射出力）と拡散反射受光素子の出力（拡散反射出力）の比をαとしたとき、正反射出力中の拡散反射光成分は、拡散反射出力のα倍で算出できる。すなわち、正反射出力から拡散反射出力のα倍を減じたものが、純粋な正反射光受光による出力として求まる。

そして、発光素子の光量の調整後、複数のトナーパッチについて正反射出力、拡散反射出力を各々検知し、上記手順により各トナーパッチの純粋な正反射出力を求める。各トナーパッチの純粋な正反射出力と拡散反射出力の関係に基づき、拡散反射出力の感度を補正する係数βを算出する。拡散反射出力をβ倍することで拡散反射出力の校正を行う。

しかし、今までの拡散反射型センサのみを使用する、例えば、特許文献２に記載の方法では、中間転写体上に色を重ねる順序に制約ができる。そのため、色重ねの順序が可変である４サイクル機では問題がないが、色重ねの順序が変えられないタンデム機では、色順設計の自由度が低下するという問題があった。

また、今までの光学センサ用の校正板を設けず、ベルト地肌やトナーパッチを校正板代わりに使用する、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載の方法では、αを算出するための均等拡散面を単色のトナーで形成した最大濃度パッチで代用している。但し、αを正確に算出できる（均等拡散面とみなして問題のない）校正用トナーパッチを形成するには、印刷時に必要な最大付着量よりも大きなトナー付着量が必要である。したがって、光学センサ校正のために印刷時よりも多く現像量を確保できる能力を持たせる必要があり、現像に関わるコストアップに繋がる。現像に関わるコストアップを避け、現像量の下限を印刷時の必要上限に設定すると、校正用トナーパッチの付着量が足りず、αの算出値が不正確になる、すなわちトナー付着量の検知精度が低下するという問題があった。

これらの問題は、上述したように、特許文献１に記載の画像形成装置でも、同様に生じ得る。
そこで、発明者らは、現像に関わるコストアップを避けつつ、良好な濃度検知手段の校正が行える画像形成装置を提供できないか検討し、以下に説明するような濃度センサ１２６の校正方法を見出した。また、校正板を用いず、精度よく濃度センサ１２６の校正を行うことができる校正方法を見出した。

すなわち、像担持体としての中間転写ベルト１２０上に形成するカラートナーの濃度調整用のトナーパターンを、単一色で形成された複数の単色パターンと、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンとで構成する方法である。
これにより、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンを形成するので、１色毎には印刷時に必要な最大付着量を確保できるだけの能力しかなくても、２色以上重ねることで、校正用トナーパッチを形成するのに必要な、印刷時よりも多い現像量を確保できる。そして、カラートナーの各色の反射率に顕著な差異が生じない感度波長域の正拡一体型の濃度センサ１２６を用いて、混色パターンのトナー濃度を検出し、正反射出力と拡散反射出力の比αを算出できる。

したがって、トナー濃度検知手段の校正のために、各色の作像に関わるユニットに、印刷時よりも多く現像量を確保できる能力を持たせて、現像に関わるコストアップに繋がることがない。また、現像に関わるコストアップを避け、校正用トナーパッチの付着量が足りず、αの算出値が不正確になり、トナー付着量の検知精度が低下して良好なトナー濃度検知手段の校正が行えなくなることもない。
よって、現像に関わるコストアップを避けつつ、良好なトナー濃度検知手段の校正が行える画像形成装置を提供できる。

以下、本実施形態のプリンタ１で行う濃度センサ１２６の校正方法について、図を用いて、具体的に説明する。
まず、本実施形態のプリンタ１に備えるトナー濃度検知手段である濃度センサ１２６について説明する。図２は、本実施形態に係る濃度センサ１２６の拡大説明図である。
濃度センサ１２６は、図２に示すように発光素子としての赤外光ＬＥＤ１２７、正反射型受光素子１２８、拡散反射型受光素子１２９、ケーシング１３０等を有している。
ここで、発光素子として、赤外光ＬＥＤに変えてレーザー発光素子等を用いても良い。また、正反射型受光素子１２８、拡散反射型受光素子１２９としては何れもフォトトランジスタを用いているが、フォトダイオードや増幅回路等からなるものを用いても良い。

中間転写ベルト１２０の個体差や経時変化による光沢の度合い、濃度センサ１２６自体の個体差によらず正反射出力のダイナミックレンジを一定に確保するため、本実施形態のプリンタ１では、次のように赤外光ＬＥＤ１２７の光量を調整している。
トナー付着のない中間転写ベルト１２０の地肌検出時の正反射センサ出力Ｖｓｇ＿ｒｅｇが一定値となるように、赤外光ＬＥＤ１２７の光量を調整している。

次に、濃度センサ１２６の発光素子である赤外光ＬＥＤ１２７、及び受光素子である正反射型受光素子１２８や拡散反射型受光素子１２９の分光特性について、図３を用いて説明する。図３は、濃度センサ１２６の発光素子および受光素子の分光特性についての説明図である。

濃度センサ１２６の発光素子であるＬＥＤのピーク発光波長、受光素子であるフォトトランジスタのピーク感度波長とも９４０［ｎｍ］であり、濃度センサ１２６の感度波長域はおよそ８７０［ｎｍ］〜１０００［ｎｍ］である。ＪＩＳ Ｚ８１２０の定義によれば、可視光線に相当する電磁波の波長の下界はおおよそ３６０［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］、上界はおおよそ７６０［ｎｍ］〜８３０［ｎｍ］である。
したがって、本実施形態の濃度センサ１２６は、波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜２５００［ｎｍ］の範囲の近赤外光及び波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜１．０［ｍｍ］の範囲の赤外光の少なくともいずれかを検出することができる。

ここで、図４を用いて、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）の拡散反射光の分光特性について説明する。図４は、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）の拡散反射光の分光特性についての説明図である。
シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）のうち２色、３色と混合する度に可視光領域では反射光が減り、暗くなっていくが、可視光領域外に変化はない。本実施形態のプリンタ１で使用するカラートナーでも、可視光領域外の分光反射特性はほぼ同じである。そのため、付着量が同一であれば、単色トナーパッチと混色トナーパッチで濃度センサ１２６の受光出力は同じになる。
このため、濃度センサ１２６のトナー付着量−出力特性はシアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）のトナーでほぼ同じとなる。

そして、上述した濃度センサ１２６の感度波長域においては、シアン、マゼンタ、イエローの３色の反射率に顕著な差は生じない。
したがって、波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜２５００［ｎｍ］の範囲の近赤外光及び波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜１．０［ｍｍ］の範囲の赤外光の少なくともいずれかを検出することができる濃度センサ１２６では、次のような効果を奏することができる。
濃度センサ１２６の検出範囲では各色のカラートナーの分光反射特性が同じであるため、同一色のトナーとして扱えるとともに、カラートナーを検知した時に、色差が発生しない。
このため、カラートナーの各色の反射率に顕著な差異が生じない感度波長域の正拡一体型の濃度センサ１２６を提供できる。

次に、図５を用いて、トナーパッチの付着量と正反射光出力／拡散反射出力との関係について説明する。図５は、トナーパッチの付着量と正反射光出力／拡散反射出力との関係についての説明図である。
トナーパッチの付着量が増えて被覆率が高まるにつれ、濃度センサ１２６による検知面は完全均等拡散面に近づく。このため、トナーパッチが完全に中間転写ベルト１２０の地肌を被覆し、正反射型受光素子１２８で正反射光を受光しなくなったとき、いずれの色のトナーパッチにおいても、図５に示すように正反射光出力と拡散反射出力の比は所定の値αに収束していく。

ここで、中間転写ベルト１２０上に形成（転写）した、Ｎ番目のパッチＰ［ｎ］検出時の正反射出力をＶｓｐ＿ｒｅｇ［ｎ］、拡散反射出力をＶｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］としたとき、αはＶｓｐ＿ｒｅｇ［ｎ］／Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］の最小値として求めることができる。
また、拡散反射光受光による正反射出力の増加分はα＊Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］、純粋な正反射光による出力はＶｓｐ＿ｒｅｇ［ｎ］ − α＊Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］で算出できる。
つまり、濃度センサ１２６で混色パターンを検知して得た、正反射型受光素子１２８の正反射出力と拡散反射型受光素子１２９の拡散反射出力の比αを算出し、αと拡散反射型受光素子１２９の拡散反射出力とに基づいて、パターン検出時の正反射出力を補正する。
このように補正することで、２色以上の重ねあわせにより、所定値以上のトナー付着量を確保し、中間転写ベルト１２０表面の地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。
但し、中間転写ベルト１２０上に形成したトナー像表面が均等拡散面であれば、濃度センサ１２６の検出波長域が可視光波長域でもαの算出は可能である。

次に、図６を用いて、印刷時及びα算出時の、トナーの付着量と各色の現像ポテンシャルの関係について説明する。図６は、あるタイミングにおける、ベタのトナーパッチ（トナーパターン）を形成したときの現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係（以下、現像特性）を示すグラフである。このグラフは、横軸に現像ポテンシャルをとり、縦軸にトナー付着量をとっている。このグラフの傾きを示すパラメータを現像γといい、現像ポテンシャルとトナー付着量との対応関係を示すパラメータである。

現像特性は常に一定ではなく、装置の使用環境や劣化度合いにより変化する。
ここで、現像ポテンシャルとは、感光体１０８上の露光部電位と現像バイアスとの電位差を示すものであり、現像ポテンシャルが大きければ静電潜像に付着するトナー量が多くなり、画像濃度が高まることになる。
図６に示す例では、シアン（Ｃｙａｎ）の現像量が低下し、地肌が露見している。このように未定着状態では隙間があるトナー像も、定着装置１０６で溶融してしまうと、隙間が埋まり、用紙等の記録材上ではある程度の画像濃度が確保できるという状態である。
また、この例ではシアン（Ｃｙａｎ）の現像量が低下した状態を示したが、全色とも同時に現像量が低下することもありえる。

また、上述したように、いずれの色においても、印刷時のトナーの付着量よりも、α算出時のトナー付着量が多く必要である。そして、図６に示す例では、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）では、現像ポテンシャルを大きくすることで、α算出時のトナー付着量を得ることができる。これに対し、シアン（Ｃｙａｎ）では、現像ポテンシャルを大きくしても、α算出時のトナー付着量を得ることができない。

次に、図７を用いて、純粋な正反射光のみの正反射出力の正規化値：β［ｎ］と拡散反射出力：Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］の関係および拡散光出力の感度補正方法について説明する。図７は、あるパッチ：Ｐ［ｎ］を検知した時、純粋な正反射光のみの正反射出力の正規化値β［ｎ］と拡散反射出力：Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］の関係を示すグラフである。
上述したように、濃度センサ１２６の感度波長域においては、シアン、マゼンタ、イエローの３色の反射率に差異はない、つまり、濃度センサ１２６の感度波長域においては、カラートナーの色差はなく、所定の範囲内では線形近似が可能である。
そして、図７図中、実線で示した基準が、所定の範囲内では線形近似したものである。

本実施形態のプリンタ１では正反射センサである正反射型受光素子１２８の正反射出力が一定になるように発光素子である赤外光ＬＥＤ１２７の光量を調整している。
すなわち、光量調整の度にトナー付着量に対する拡散反射センサである拡散反射型受光素子１２９の拡散反射出力の感度が変わる。
濃度センサ１２６の拡散光出力とトナー付着量との関係を一定に保つには、上記の関係が、基準のセンサと一致するように、拡散反射出力の感度をη倍してやれば良い。正反射光の感度がなくなる高付着量領域でも拡散反射光の感度は十分確保されているため、カラートナー像の高濃度部付着量は拡散反射出力の補正値η＊Ｖｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］で精度よく算出することができる。

ここで、基準のセンサとは、ばらつき中央の理想の濃度センサを意味する。
フォトトランジスタの受光感度や発光素子の光軸の傾きなどの要因で「拡散光出力とトナー付着量の関係」には濃度センサごとに個体差（ばらつき）がある。
そこで、所定の（なるべくばらつきの中央の）濃度センサを基準のセンサと定め、基準のセンサの「拡散光出力とトナー付着量の関係」が、理想的な「拡散光出力とトナー付着量の関係」であるものとしている。

次に、図８を用いて、本実施形態のプリンタ１で、像担持体としての中間転写ベルト１２０上に形成する階調パターンとしてのトナーパターンのレイアウトの一例について説明する。図８は、中間転写ベルト１２０上に形成する階調パターンのレイアウトの一例の説明図である。
この例では、図８に示すように、濃度センサ１２６ａ，ｂ，ｃ，ｄを各色毎に配置し、階調パターンの全長を短くしてダウンタイムを短縮している。具体的には、イエロー用に濃度センサ１２６ａ、マゼンタ用に濃度センサ１２６ｂ、シアン用に濃度センサ１２６ｃ、ブラック用に濃度センサ１２６ｄを配置して、各階調パターンの全長を短くしてダウンタイムを短縮している。

各色の階調パターンは現像ポテンシャル（トナー付着量）の異なるベタパッチ（ベタ画像）で形成されている。そして、カラーパターンの最終パッチはカラートナーのうち２色乃至３色のベタパッチを重ねて形成した混色パターンである。
混色パターン形成時の現像ポテンシャルは、各色とも、２回目以降の調整時には、前回調整時に決定した前回印刷時の現像ポテンシャル以上とすれば、必要十分な付着量が得られる。設定可能な最大の現像ポテンシャル（固定）としてもかまわないが、中間転写ベルト１２０のクリーニング能力とのバランスをみて（あまりにも過大な付着量にならないように）設定すると良い。

階調パターンに用いる単色パターンがベタパッチ（ベタ画像）で形成されていることで、次のような効果を奏することができる。
ベタパッチ、つまりベタ画像は、印刷時の最大現像ポテンシャルで形成されるので、最大現像ポテンシャルが、基準現像ポテンシャルとなる。このように、所定のトナー付着量を有する基準トナー像を形成するときの現像ポテンシャルを基準現像ポテンシャルとし、その基準現像ポテンシャルに予め定められた異なる値を乗じることで各トナーパッチを形成するための画像形成条件を算出することができる。
このように算出することで、新たに、基準現像ポテンシャルを求めたり、階調パターンを形成するためだけの基準現像ポテンシャルを制御部２００内のメモリ内に記憶しておいたりする必要がない。
よって、階調パターン作成時の制御を簡単にすることができる。また、制御部２００内のメモリ容量を削減できる。

また、カラーパターンの最終パッチとなる混色パターンが、２色乃至３色のベタバッチの重ね合わせで形成されている、つまり、２色以上のベタ画像で形成されていることで、次のような効果を奏することができる。
２色以上の重ねあわせにより、所定値以上のトナー付着量を確保し、中間転写ベルト１２０表面の地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。
但し、中間転写ベルト１２０上に形成したトナー像表面が均等拡散面であれば、濃度センサ１２６の検出波長域が可視光波長域でもαの算出は可能である。

そして、混色パターン形成時の現像ポテンシャルは、各色とも、２回目以降の調整時には、前回調整時に決定した前回印刷時の現像ポテンシャル以上とすれば、必要十分な付着量が得られる。
これは、混色パターンを形成するときの現像ポテンシャルを、２回目以降の調整時には、前回印刷時の画像形成条件と同じ値を用いることも含まれることを意味している。
このように２回目以降の調整時に、前回印刷時の画像形成条件と同じ現像ポテンシャルの値を用いることで、各色とも前回調整時に決定した印刷時の現像ポテンシャルと同じ値とすれば十分な付着量が得られる。
したがって、複数色の重ねあわせにより所定値以上のトナー付着量を確実に確保し、地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。

また、図８に示す階調パターンのレイアウトでは、各カラートナーの単色パターンと混色パターンの主走査方向の位置が等しくなるように構成している。
このように、階調パターンのレイアウトを行うことで、特定の濃度センサ１２６の感度補正係数αを算出するのに混色パターン（校正用パターン）を使用し、同一濃度センサ１２６で検知した単色パターン(濃度測定パターン)の出力をαで適切に補正できる。
もし、単色パターンと混色パターンの主走査位置が異なっていれば、同一の濃度センサ１２６で検知することはできず、適切な単色パターンの補正を行うことができなくなる。

ここで、図９を用いて、中間転写ベルト１２０上に形成する階調パターンのレイアウトの別例について説明しておく。図９は、中間転写ベルト１２０上に形成する階調パターンのレイアウトの別例の説明図である。
この別例では、図９に示すように、１つの濃度センサ１２６で全色を検知する配置とし、濃度センサの数を抑えてコストダウンを図るとともに、各色のパターン全長を各感光体１０８間のピッチ未満とすることで、ダウンタイムの短縮も達成している。

各色の階調パターンはトナー付着量の異なる複数のパッチで構成される。この別例では、シアン（Ｃｙａｎ）とマゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）の混色パッチを１つ作成し、混色パッチの検知結果から濃度センサ１２６の正反射出力／拡散反射出力比率：αを求めている。
ここで、混色パターンは、図９に記載したものに限定されるものではなく、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）とイエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）とイエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、カラー全色でも構わない。

以上、本実施形態について、図面を参照しながら説明してきたが、具体的な構成は、上述した本実施形態のプリンタ１の構成に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても良い。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
中間転写ベルト１２０などの像担持体上にイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックなどの複数色のトナー像を形成するプロセスユニット１０２ａ，ｂ，ｃ，ｄなどの画像形成手段と、前記像担持体上に形成された未定着の階調パターンなどの濃度調整用トナーパターンの濃度を検知する濃度センサ１２６などのトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段で検知した正反射出力や拡散反射出力などの濃度情報に基づいて、露光量、帯電バイアス、現像バイアスのいずれか１つ以上の作像条件などの作像条件を補正する制御部２００などの作像条件調整手段とを備え、前記トナー濃度検知手段に赤外光ＬＥＤ１２７などの発光素子と、正反射光を検出する正反射型受光素子１２８などの正反射受光素子と、拡散反射光を検出する拡散反射型受光素子１２９などの拡散反射受光素子とを有したプリンタ１などの画像形成装置において、イエロー、マゼンタ、シアンなどのカラートナーの濃度調整用のトナーパターンは、単一色で形成された複数の単色パターンと、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンとで構成されることを特徴とする。

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
カラートナーを２色以上重ねた混色パターンを形成するので、１色毎には印刷時に必要な最大付着量を確保できるだけの能力しかなくても、２色以上重ねることで、校正用トナーパッチを形成するのに必要な、印刷時よりも多い現像量を確保できる。そして、カラートナーの各色の反射率に顕著な差異が生じない感度波長域の正拡一体型のトナー濃度検知手段を用いて、適切なトナー付着量で形成された校正用トナーパッチのトナー濃度を検出し、正反射出力と拡散反射出力の比αを精度良く算出できる。

したがって、トナー濃度検知手段の校正のために、各色の作像に関わるユニットに、印刷時よりも多く現像量を確保できる能力を持たせて、現像に関わるコストアップに繋がることがない。また、現像に関わるコストアップを避け、校正用トナーパッチの付着量が足りず、αの算出値が不正確になり、トナー付着量の検知精度が低下して良好なトナー濃度検知手段の校正が行えなくなることもない。
よって、現像に関わるコストアップを避けつつ、良好なトナー濃度検知手段の校正が行える画像形成装置を提供できる。

（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記トナー濃度検知手段は、波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜２５００［ｎｍ］の範囲などの近赤外光及び波長がおよそ７６０［ｎｍ］〜１．０［ｍｍ］の範囲などの赤外光の少なくともいずれかを検出することを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、トナー濃度検知手段の検出範囲では各色のカラートナーの分光反射特性が同じであるため、同一色のトナーとして扱えるとともに、カラートナーを検知した時に、色差が発生しない。
このため、カラートナーの各色の反射率に顕著な差異が生じない感度波長域の正拡一体型のトナー濃度検知手段を提供できる。

（態様Ｃ）
（態様Ａ）又は（態様Ｂ）において、カラートナーの前記単色パターンと前記混色パターンの主走査方向の位置が等しいことを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、特定の濃度センサ１２６の感度補正係数αを算出するのに混色パターン（校正用パターン）を使用し、同一濃度センサ１２６で検知した単色パターン(濃度測定パターン)の出力をαで適切に補正できる。

（態様Ｄ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｃ）のいずれかにおいて、前記単色パターンは、ベタ画像で形成されていることを特徴とする。

これによれば、本実施形態で説明したように、ベタ画像は、印刷時の最大現像ポテンシャルで形成されるので、最大現像ポテンシャルが、基準現像ポテンシャルとなる。このように、所定のトナー付着量を有する基準トナー像を形成するときの現像ポテンシャルを基準現像ポテンシャルとし、その基準現像ポテンシャルに予め定められた異なる値を乗じることで各トナーパッチを形成するための画像形成条件を算出することができる。
このように算出することで、新たに、基準現像ポテンシャルを求めたり、階調パターンを形成するためだけの基準現像ポテンシャルを制御部２００内のメモリ内に記憶しておいたりする必要がない。
よって、階調パターン作成時の制御を簡単にすることができる。また、制御部２００内のメモリ容量を削減できる。

（態様Ｅ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかにおいて、前記トナー濃度検知手段で前記混色パターンを検知して得た、前記正反射受光素子の出力と前記拡散反射受光素子の出力の比αを算出し、該αと前記拡散反射受光素子の出力とに基づいて、パターン検出時の正反射出力を補正することを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、２色以上の重ねあわせにより、所定値以上のトナー付着量を確保し、像担持体表面の地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。
但し、像担持体上に形成したトナー像表面が均等拡散面であれば、光学センサの検出波長域が可視光波長域でもαの算出は可能である。

（態様Ｆ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｅ）のいずれかにおいて、前記混色パターンはベタ画像の重ね合わせで形成されていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、２色以上の重ねあわせにより、所定値以上のトナー付着量を確保し、像担持体表面の地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。
但し、像担持体上に形成したトナー像表面が均等拡散面であれば、光学センサの検出波長域が可視光波長域でもαの算出は可能である。

（態様Ｇ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｆ）のいずれかにおいて、前記混色パターンを形成するときの現像ポテンシャルは、２回目以降の調整時には、前回印刷時の画像形成条件と同じ値を用いることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、各色とも前回調整時に決定した印刷時の現像ポテンシャルと同じ値とすれば十分な付着量が得られる。
したがって、複数色の重ねあわせにより所定値以上のトナー付着量を確実に確保し、地肌からの正反射光の影響を排除した均等拡散面とみなせるトナーパッチが形成できる。

１ プリンタ
１００ 装置本体
１０１ 一次転写ローラ
１０２ プロセスカートリッジ
１０３ 露光装置
１０４ 給紙トレイ
１０５ 給紙ローラ
１０６ 定着装置
１０７ レジストローラ対
１０８ 感光体
１１０ 帯電器
１１１ 現像器
１１７ クリーニング手段
１２０ 中間転写ベルト
１２１ テンションローラ
１２２ 駆動ローラ
１２４ 廃トナー容器
１２５ 二次転写ローラ
１２６ 濃度センサ
１２７ 赤外光ＬＥＤ
１２８ 正反射型受光素子
１２９ 拡散反射型受光素子
１３０ ケーシング
２００ 制御部

特許第４８１５３２２号公報 特開平０９−０３４２１０号公報 特開２００６−１３９１８０号公報 特開２００４−２７９６６４号公報 特開２００４−３５４６２３号公報

Claims (7)

1. 像担持体上に複数色のトナー像を形成する画像形成手段と、前記像担持体上に形成された未定着の濃度調整用トナーパターンの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段で検知した濃度情報に基づいて、作像条件を補正する作像条件調整手段とを備え、前記トナー濃度検知手段に発光素子と、正反射光を検出する正反射受光素子と、拡散反射光を検出する拡散反射受光素子とを有した画像形成装置において、
   カラートナーの濃度調整用のトナーパターンは、単一色で形成された複数の単色パターンと、カラートナーを２色以上重ねた混色パターンとで構成されることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記トナー濃度検知手段は、近赤外光及び赤外光の少なくともいずれかを検出することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   カラートナーの前記単色パターンと前記混色パターンの主走査方向の位置が等しいことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載の画像形成装置において、
   前記単色パターンは、ベタ画像で形成されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一に記載の画像形成装置において、
   前記トナー濃度検知手段で前記混色パターンを検知して得た、前記正反射受光素子の出力と前記拡散反射受光素子の出力の比αを算出し、該αと前記拡散反射受光素子の出力とに基づいて、パターン検出時の正反射出力を補正することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一に記載の画像形成装置において、
   前記混色パターンはベタ画像の重ね合わせで形成されていることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一に記載の画像形成装置において、
   前記混色パターンを形成するときの現像ポテンシャルは、２回目以降の調整時には、前回印刷時の画像形成条件と同じ値を用いることを特徴とする画像形成装置。

Images