JP2018141886A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を正確に測定することを可能にした画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１において、第１算出部７１Ａは、第１センサ７１の受光部７１２で検知された、中間転写ベルト３３１における像転写面３３１Ａ上のトナー像からの反射光に基づき、トナー濃度を算出する。また、第２算出部７２Ａは、受光部７１２による反射光の検知時間と関連付けられた像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１に基づいて、第２センサ７２における、像転写面３３１Ａに対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２を算出する。更に、第２算出部７２Ａは、第２センサ７２の検知回路７２２で検知された電気的出力を前記第２離間距離Ｌ２に応じた電気的出力に補正し、その補正された電気的出力に基づいて、トナー帯電電位を算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

複写機やプリンター等の画像形成装置は、シートを給紙する給紙部と、当該給紙部により給紙されたシートに画像を形成する画像形成部とを備えている。画像形成部としては、トナー像を担持する像担持体としての感光体ドラムと、トナー像が転写される転写体としての中間転写ベルトとを含んで構成されるものが知られている。

画像形成装置において画像形成部によりシート上に形成される画像の品質は、トナーの劣化、画像形成装置の使用環境、画像形成装置を構成する部材の経年劣化や交換等により変化する場合がある。このため、シート上に形成される画像を高品質に維持するために、例えばトナー像のトナー濃度やトナー帯電電位を検出するセンサを設け、これらのセンサの検出結果に基づき画像形成部の動作を制御する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。

ところで、トナー帯電電位を検出するセンサとしては、測定対象物に対向して配置されるアンテナに誘起される誘導電流等の電気的出力を検知してトナー帯電電位を測定する、いわゆる静電容量型の電位センサが一般的に用いられる。この静電容量型の電位センサは、その測定原理からして、測定対象物に対するアンテナの離間距離に応じて測定結果が変化するという距離依存性の高いセンサである。すなわち、電位センサを用いてトナー帯電電位を安定して正確に測定するには、測定対象物に対するアンテナの離間距離を把握しておく必要がある。

画像形成装置の連続運転等により、センサが配置される周辺の温度が上昇し、この温度上昇に伴って、センサの配置位置が設計位置に対してずれてしまう場合がある。この場合、測定対象物に対するアンテナの離間距離が設計値に対して変動し、トナー帯電電位を安定して正確に測定することができなくなる。

特開２００８−１１６６２７号公報 特開２００６−２９２９３８号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を正確に測定することを可能にした画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る画像形成装置は、トナー像を担持する周面を有する像担持体と、前記トナー像が転写される像転写面を有し、移動可能な転写体と、前記像転写面上の前記トナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を検出する検出部と、を備える。前記検出部は、前記転写体の移動に伴って移動する前記像転写面上の前記トナー像に光を照射する発光部と、前記像転写面に対して非接触状態で対向し前記像転写面上の前記トナー像からの反射光を検知する受光部と、を有する第１センサと、前記像転写面に対して非接触状態で対向するプローブ部と、前記転写体の移動に伴って前記像転写面上の前記トナー像が前記プローブ部に対して移動するときに、前記プローブ部に発生する電気的出力を検知する検知回路と、を有する第２センサと、前記受光部で検知された前記反射光に基づき、前記トナー濃度を算出する第１算出部と、前記受光部による前記反射光の検知時間と関連付けられた前記像転写面に対する前記受光部の第１離間距離に基づき前記像転写面に対する前記プローブ部の第２離間距離を算出し、前記検知回路で検知された前記電気的出力を前記第２離間距離に応じた電気的出力に補正し、その補正された電気的出力に基づいて、前記トナー帯電電位を算出する第２算出部と、を含む。

この画像形成装置によれば、転写体における像転写面上のトナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を検出する検出部を備える。この検出部は、発光部及び受光部を有する第１センサ、プローブ部及び検知回路を有する第２センサ、第１算出部、及び第２算出部を含む。

第１センサにおいて、発光部から出射された光の、像転写面上のトナー像に対するビームスポットの径は、像転写面に対する発光部の離間距離に応じて変動する。このため、発光部からの出射光によるビームスポットを通過する際に、転写体の移動に伴う像転写面上のトナー像の移動距離は、像転写面に対する発光部の離間距離、すなわち、像転写面に対する受光部の第１離間距離に応じて変動することになる。この結果、像転写面上のトナー像からの反射光の受光部による検知時間は、前記第１離間距離に応じて変動する。換言すると、受光部において検知時間と第１離間距離とは関連付けられている。このような光学式の第１センサは、像転写面に対する受光部の第１離間距離に応じて検知時間は変動するものの、受光部による検知結果が変化することはなく、距離依存性の低いセンサである。そこで、第１算出部は、第１センサにおいて、像転写面に対向して配置される受光部で検知された像転写面上のトナー像からの反射光に基づき、トナー濃度を算出する。これにより、転写体の移動に伴って移動する像転写面上のトナー像のトナー濃度を、正確に測定することができる。

一方、第２センサにおいて、転写体の移動に伴って移動する像転写面上のトナー像の電位に応じてプローブ部に発生する電気的出力は、像転写面に対するプローブ部の離間距離に応じて変化する。このため、像転写面上のトナー像のトナー帯電電位を第２センサにおいて正確に測定するには、像転写面に対するプローブ部の離間距離を把握しておく必要がある。そこで、第２算出部は、まず、受光部による反射光の検知時間と関連付けられた像転写面に対する受光部の第１離間距離を利用し、その第１離間距離に基づいて、像転写面に対するプローブ部の第２離間距離を算出する。そして、第２算出部は、検知回路で検知された電気的出力を前記第２離間距離に応じた電気的出力に補正し、その補正された電気的出力に基づいて、トナー帯電電位を算出する。これにより、転写体の移動に伴って移動する像転写面上のトナー像のトナー帯電電位を、正確に測定することができる。

上記の画像形成装置において、前記第１センサと前記第２センサとは、前記発光部及び前記受光部と前記プローブ部及び前記検知回路とが同一の基板に配置されて、一体に形成されている構成としてもよい。

この態様では、第１センサと第２センサとが一体に形成され、各センサの構成要素が同一基板上に配置されているので、基板上において受光部とプローブ部との位置関係が高精度に保持される。このため、第２算出部が、受光部による反射光の検知時間と関連付けられた像転写面に対する受光部の第１離間距離に基づいて、像転写面に対するプローブ部の第２離間距離を算出するに際し、その算出結果の精度を高めることができる。従って、転写体の移動に伴って移動する像転写面上のトナー像のトナー帯電電位を、より正確に測定することができる。

上記の画像形成装置は、磁性体からなるキャリア及びトナーを含む二成分現像剤を収容する収容部と、前記二成分現像剤中のトナーを担持し、そのトナーを前記像担持体に供給するトナー担持体とを含む現像部と、前記トナー担持体による前記像担持体へのトナーの供給に応じて、前記収容部へトナーを補給するトナー補給部と、前記トナー担持体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加部と、前記トナー補給部及び前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、を更に備える。そして、前記制御部は、前記検出部により検出された前記トナー濃度に基づき前記現像バイアス印加部を制御し、前記検出部により検出された前記トナー帯電電位に基づき前記トナー補給部を制御する。

この態様では、制御部は、検出部により検出されたトナー濃度に基づいて、現像バイアス印加部による、現像部のトナー担持体に対する現像バイアス電圧の印加動作を制御する。これにより、良好な濃度の画像をシート上に形成することができる。

また、現像部の収容部に収容される二成分現像剤において、キャリアに対するトナーの比率は、トナーの帯電電位（トナー帯電電位）に影響を与える。換言すると、シート上に形成される画像を高品質に維持すべく、トナー帯電電位を一定に保持するためには、キャリアに対するトナーの比率を制御する必要がある。そこで、制御部は、検出部により検出されたトナー帯電電位に基づいて、トナー補給部による、現像部の収容部に対するトナーの補給動作を制御する。これにより、現像部の収容部に収容される二成分現像剤において、キャリアに対するトナーの比率を適切に制御することができる。このため、画像形成装置においてシート上に形成される画像の品質を、高品質に維持することができる。

以上説明したように本発明によれば、トナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を正確に測定することを可能にした画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。 画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。 画像形成装置に備えられる検出部を示す図である。 検出部の第１センサにおける発光部の発光動作を説明するための図である。 第１センサにおいて、発光部から出射された光ビームのビームスポット径と、受光部による反射光の検知時間との関係を説明するための図である。 第１センサにおいて、発光部から出射された光ビームのビームスポット径と、受光部による反射光の検知時間との関係を説明するための図である。 受光部による反射光の検知時間と、像転写面に対する受光部の離間距離との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図面に基づいて説明する。なお、以下では、方向関係についてはＸＹＺ直交座標軸を用いて説明する。Ｘ方向が左右方向（＋Ｘが右、−Ｘが左）、Ｙ方向が前後方向（＋Ｙが前、−Ｙが後）、Ｚ方向が上下方向（＋Ｚが上、−Ｚが下）に各々相当する。また、以下の説明において、「シート」との用語は、コピー用紙、コート紙、ＯＨＰシート、厚紙、葉書、トレーシングペーパーや画像形成処理を受ける他のシート材料或いは画像形成処理以外の任意の処理を受けるシート材料を意味する。

＜画像形成装置の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示す図である。図２は、画像形成装置１の電気的構成を示すブロック図である。ここでは、画像形成装置１として複写機を例示するが、画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、或いは、これらの機能を備える複合機であってもよい。

画像形成装置１は、略直方体形状の筐体構造を有する装置本体１０と、装置本体１０上に配置される自動原稿給送装置２０とを備える。装置本体１０の内部には、スキャナ装置２５と、シートにトナー像を形成する画像形成部３０と、前記トナー像をシートに定着させる定着部６０と、画像形成部３０へ搬送されるシートを貯留する給紙部４０と、シートを給紙部４０から画像形成部３０及び定着部６０を経由してシート排出口１０Ｅまで搬送する搬送経路５０とが収容されている。

自動原稿給送装置２０は、装置本体１０の上面に回動自在に取り付けられている。自動原稿給送装置２０は、装置本体１０における所定の原稿読取位置（第１コンタクトガラス２４１が組み付けられた位置）に向けて、複写される原稿シートを自動給送する。一方、ユーザーが手置きで原稿シートを所定の原稿読取位置（第２コンタクトガラス２４２の配置位置）に載置する場合は、自動原稿給送装置２０は上方に開かれる。自動原稿給送装置２０は、原稿シートが載置される原稿トレイ２１と、自動原稿読取位置を経由して原稿シートを搬送する原稿搬送部２２と、読取後の原稿シートが排出される原稿排出トレイ２３とを含む。

スキャナ装置２５は、装置本体１０の上面の自動原稿給送装置２０から自動給送される原稿シートの読取用の第１コンタクトガラス２４１、又は手置きされる原稿シートの読取用の第２コンタクトガラス２４２を通して、原稿シートの画像を光学的に読み取る。スキャナ装置２５内には、光源、移動キャリッジ、反射ミラー等を含む走査機構と、撮像素子とが収容されている（図略）。走査機構は、原稿シートに光を照射し、その反射光を撮像素子に導く。撮像素子は、前記反射光をアナログ電気信号に光電変換する。前記アナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル電気信号に変換された後、画像形成部３０に画像データとして入力される。

画像形成部３０は、フルカラーのトナー像を生成しこれをシート上に転写する処理を行うもので、タンデムに配置されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の各トナー像を形成する４つのユニット３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｂｋを含む画像形成ユニット３２と、該画像形成ユニット３２の上に隣接して配置された中間転写ユニット３３と、中間転写ユニット３３上に配置されたトナー補給部３４とを含む。

各画像形成ユニット３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｂｋは、感光体ドラム３２１（像担持体）と、この感光体ドラム３２１の周囲に配置された、帯電器３２２、光走査部３２３、現像部３２４、一次転写ローラー３２５及びクリーニング装置３２６とを含む。

感光体ドラム３２１は、Ｙ方向（前後方向）に延びる円筒体からなり、その軸回りに回転し、静電潜像及びトナー像を担持する周面（ドラム周面）を有する。帯電器３２２は、感光体ドラム３２１のドラム周面を均一に帯電させる。光走査部３２３は、感光体ドラム３２１のドラム周面に光ビームを照射し、当該ドラム周面上に静電潜像を形成する。

現像部３２４は、感光体ドラム３２１上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム３２１のドラム周面にトナーを供給する。現像部３２４は、磁性体からなるキャリア及びトナーを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部３２４１と、当該現像剤収容部３２４１に収容された二成分現像剤中のトナーを担持し、そのトナーを感光体ドラム３２１に供給する現像ローラー３２４２（トナー担持体）とを含む。現像ローラー３２４２による感光体ドラム３２１に対するトナーの供給の際には、現像バイアス印加部３２４Ａが現像ローラー３２４２に現像バイアス電圧を印加する。

一次転写ローラー３２５は、中間転写ユニット３３に備えられている中間転写ベルト３３１（転写体）を挟んで感光体ドラム３２１とニップ部を形成し、感光体ドラム３２１上のトナー像を中間転写ベルト３３１上に一次転写する。一次転写ローラー３２５による中間転写ベルト３３１に対するトナー像の一次転写の際には、一次転写電圧印加部３２５Ａが一次転写ローラー３２５に転写電圧を印加する。クリーニング装置３２６は、クリーニングローラー等を有し、トナー像転写後の感光体ドラム３２１の周面を清掃する。

中間転写ユニット３３は、中間転写ベルト３３１、駆動ローラー３３２、従動ローラー３３３及びテンションローラー３３４を備える。中間転写ベルト３３１は、これらローラー３３２、３３３、３３４及び上述の一次転写ローラー３２５に架け渡された無端ベルトである。中間転写ベルト３３１は、駆動ローラー３３２が回転駆動されることによって、周回移動可能である。中間転写ベルト３３１の外周面は、複数の感光体ドラム３２１からトナー像が同一箇所に重ねて転写される像転写面となる。

中間転写ベルト３３１を介して駆動ローラー３３２に対向して、二次転写ローラー３５が配置されている。駆動ローラー３３２と二次転写ローラー３５とのニップ部は、中間転写ベルト３３１に重ね塗りされたフルカラーのトナー像をシートに転写する二次転写部となる。駆動ローラー３３２又は二次転写ローラー３５のいずれか一方のローラーに、トナー像と逆極性の二次転写バイアス電位が印加され、他方のローラーは接地される。なお、従動ローラー３３３は、中間転写ベルト３３１の周回移動に応じて従動するローラー、テンションローラー３３４は中間転写ベルト３３１に所定の張力を付与するローラーである。

トナー補給部３４は、イエロー用トナーコンテナ３４Ｙ、マゼンタ用トナーコンテナ３４Ｍ、シアン用トナーコンテナ３４Ｃ、及びブラック用トナーコンテナ３４Ｂｋを含む。これらトナーコンテナ３４Ｙ、３４Ｃ、３４Ｍ、３４Ｂｋは、それぞれ各色のトナーを貯留するものであり、ＹＭＣＢｋ各色に対応する画像形成ユニット３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｂｋの現像部３２４における現像剤収容部３２４１に、図略の供給経路を通して各色のトナーを補給する。

給紙部４０は、画像形成処理が施されるシートを収容する２段の給紙カセット４０Ａ、４０Ｂを備える。これら給紙カセット４０Ａ、４０Ｂは、装置本体１０の前方から手前方向に引出可能である。給紙カセット４０Ａ、４０Ｂは、自動給紙用に設けられたカセットであるが、装置本体１０の右側面１０Ｒには、手差し給紙用の給紙トレイ４６も設けられている。

給紙カセット４０Ａ（４０Ｂ）は、複数のシートが積層されてなるシート束を収納するシート収容部４１と、前記シート束を給紙のためにリフトアップするリフト板４２とを備える。給紙カセット４０Ａ（４０Ｂ）の右端側の上部には、ピックアップローラー４３と、給紙ローラー４４とリタードローラー４５とのローラー対とが配置されている。ピックアップローラー４３及び給紙ローラー４４の駆動により、給紙カセット４０Ａ内のシート束の最上層のシートが１枚ずつ繰り出され、搬送経路５０の上流端へ搬入される。一方、給紙トレイ４６に載置されたシートは、同様にピックアップローラー４６１及び給紙ローラー４６２の駆動によって、搬送経路５０へ搬入される。

搬送経路５０は、給紙部４０から画像形成部３０を経由して定着部６０の出口までシートを搬送する主搬送路５０Ａと、シートに対して両面印刷を行う場合に片面印刷されたシートを画像形成部３０に戻すための反転搬送路５０Ｂと、主搬送路５０Ａの下流端から反転搬送路５０Ｂの上流端へシートを向かわせるためのスイッチバック搬送路５０Ｃと、主搬送路５０Ａの下流端から装置本体１０の左側面１０Ｌに設けられたシート排出口１０Ｅまでシートを水平方向に搬送する水平搬送路５０Ｄとを含む。

主搬送路５０Ａの、二次転写部（駆動ローラー３３２と二次転写ローラー３５とのニップ部）よりも上流側には、レジストローラー対５１が配置されている。シートは、停止状態のレジストローラー対５１にて一旦停止され、スキュー矯正が行われる。その後、画像転写のための所定のタイミングで、レジストローラー対５１が駆動モーター（図略）で回転駆動されることで、シートは二次転写部に送り出される。この他、主搬送路５０Ａには、シートを搬送するための搬送ローラー５２が複数配置されている。他の搬送路５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄも同様である。

搬送経路５０の最下流端には、排紙ローラー５３を備えた排紙ユニット５３０が配置されている。排紙ローラー５３は、装置本体１０の左側面１０Ｌに配置される図略の後処理装置に、シート排出口１０Ｅを通してシートを送り込む。なお、後処理装置が取り付けられない画像形成装置では、シート排出口１０Ｅの下方にシート排出トレイが設けられる。

定着部６０は、シートにトナー像を定着させる定着処理を施す定着装置であって、加熱ローラー６１、定着ローラー６２、加圧ローラー６３、定着ベルト６４、誘導加熱ユニット６５及び搬送ローラー対６６を含む。定着ローラー６２に対して加圧ローラー６３が圧接され、定着ニップ部が形成されている。加熱ローラー６１及び定着ベルト６４は誘導加熱ユニット６５によって誘導加熱され、その熱を前記定着ニップ部に与える。シートが定着ニップ部を通過することで、シートに転写されたトナー像が当該シートに定着される。

ここで、画像形成装置１においてシート上に形成される画像の品質は、トナーの劣化、画像形成装置１の使用環境、画像形成装置１を構成する部材の経年劣化や交換等により変化する場合がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置１は、検出部７０と、その検出部７０による検出結果に基づき画像形成部３０の動作を制御する制御部８０と、を備えている。

検出部７０は、中間転写ベルト３３１における像転写面上のトナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を検出する。この検出部７０の詳細については、後述する。

制御部８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御部８０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより画像形成装置１の画像形成部３０を制御し、当該画像形成部３０による画像形成動作を制御する。本実施形態では、制御部８０は、モード切替制御部８１と、画像形成制御部８２と、記憶部８３とを含む。

モード切替制御部８１は、通常モードと補正モードとを切替える制御を実行する。通常モードは、スキャナ装置２５から画像形成部３０に入力される画像データに応じた画像をシート上に形成するためのモードである。一方、補正モードは、シート上に形成される画像を高品質に維持すべく、検出部７０にトナー濃度及びトナー帯電電位を取得させるためのモードである。モード切替制御部８１が通常モードから補正モードに切替えるタイミングは、例えば、画像形成装置１の電源投入時、所定の耐久枚数経過時、画像形成装置１を構成する部材の交換時等である。また、操作部９０を介してユーザーのモード切替指示が入力されたタイミングで、モード切替制御部８１が通常モードから補正モードに切替えるようにしてもよい。操作部９０は、タッチパネル、テンキー、スタートキー及び設定キー等を備え、画像形成装置１に対するユーザーの操作や各種の設定を受け付ける。

画像形成制御部８２は、主として画像形成部３０を構成する画像形成ユニット３２、中間転写ユニット３３及びトナー補給部３４の動作を制御する。画像形成制御部８２の制御には、現像バイアス印加部３２４Ａによる現像ローラー３２４２に対する現像バイアス電圧の印加動作の制御、一次転写電圧印加部３２５Ａによる一次転写ローラー３２５に対する転写電圧の印加動作の制御が含まれる。

モード切替制御部８１によって補正モードとされた場合、画像形成制御部８２は、中間転写ベルト３３１上に特定パターンのトナー像（以下、「パッチ画像」という）が形成されるように、画像形成部３０を構成する各部の動作を制御する。パッチ画像は、中間転写ベルト３３１の移動方向に所定の長さを有するトナー像である。補正モードにおいて、中間転写ベルト３３１上のパッチ画像のトナー濃度及びトナー帯電電位が、後述の検出部７０によって検出される。

検出部７０によるトナー濃度及びトナー帯電電位の検出後に、モード切替制御部８１によって通常モードとされると、画像形成制御部８２は、検出部７０により検出されたトナー濃度及びトナー帯電電位に基づいて、画像形成部３０を構成する各部の動作を制御する。

具体的には、画像形成制御部８２は、検出部７０により検出されたトナー濃度に基づいて、現像バイアス印加部３２４Ａによる、現像部３２４の現像ローラー３２４２に対する現像バイアス電圧の印加動作を制御する。また、画像形成制御部８２は、感光体ドラム３２１のドラム周面の表面電位が現像バイアス電圧に対応した適切な電位となるように帯電器３２２による感光体ドラム３２１に対する帯電動作を制御するとともに、一次転写電圧印加部３２５Ａによる一次転写ローラー３２５に対する転写電圧の印加動作を制御する。このような、検出部７０により検出されたトナー濃度に基づく画像形成制御部８２の制御により、良好な濃度の画像をシート上に形成することができる。

また、現像部３２４の現像剤収容部３２４１に収容される二成分現像剤において、キャリアに対するトナーの比率は、トナーの帯電電位（トナー帯電電位）に影響を与える。換言すると、シート上に形成される画像を高品質に維持すべく、トナー帯電電位を一定に保持するためには、キャリアに対するトナーの比率を制御する必要がある。そこで、画像形成制御部８２は、検出部７０により検出されたトナー帯電電位に基づいて、トナー補給部３４による、現像部３２４の現像剤収容部３２４１に対するトナーの補給動作を制御する。これにより、現像部３２４の現像剤収容部３２４１に収容される二成分現像剤において、キャリアに対するトナーの比率を適切に制御することができる。このため、画像形成装置１においてシート上に形成される画像の品質を、高品質に維持することができる。

記憶部８３は、後述の検出部７０における第１センサ７１の受光部７１２と第２センサ７２のアンテナ７２１との位置関係を表す、予め設定された位置情報を記憶する。また、記憶部８３は、中間転写ベルト３３１に対する受光部７１２の第１離間距離と、中間転写ベルト３３１上のトナー像からの反射光の受光部７１２による検知時間とが関連付けられた、予め実験的に求められた受光部関連付け情報を記憶する。

＜検出部の詳細構成＞
次に、画像形成装置１に備えられる検出部７０の構成について、図１及び図２に加えて、図３を参照して説明する。図３は、画像形成装置１に備えられる検出部７０を示す図である。検出部７０は、モード切替制御部８１によって補正モードとされた場合において、中間転写ベルト３３１における像転写面３３１Ａ上のパッチ画像のトナー濃度及びトナー帯電電位を検出する。この検出部７０は、中間転写ベルト３３１と対向するように、主搬送路５０Ａを画定する装置本体１０の壁部に取り付けられている。検出部７０は、第１センサ７１と、第２センサ７２と、第１算出部７１Ａと、第２算出部７２Ａとを含んで構成される。

第１センサ７１は、中間転写ベルト３３１の像転写面３３１Ａに対して非接触状態で対向して配置される発光部７１１及び受光部７１２を含んで構成される、光学式のセンサである。発光部７１１は、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って移動する像転写面３３１Ａ上のパッチ画像に光ビームを照射する。受光部７１２は、像転写面３３１Ａ上のパッチ画像からの反射光を検知する。

本実施形態では、第１センサ７１において、発光部７１１の像転写面３３１Ａと対向する光出射面７１１Ａと、受光部７１２の像転写面３３１Ａと対向する受光面７１２Ａとは、同一平面上に配置され、像転写面３３１Ａと平行である。換言すると、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１及び受光部７１２の各々の離間距離は、同値である。

図４は、検出部７０の第１センサ７１における発光部７１１の発光動作を説明するための図である。図５及び図６は、第１センサ７１において、発光部７１１から出射された光ビームＨＢの像転写面３３１Ａ上におけるビームスポットのビームスポット径と、像転写面３３１Ａ上のパッチ画像からの反射光の受光部７１２による検知時間との関係を説明するための図である。また、図７は、受光部７１２による反射光の検知時間と、像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離との関係を示すグラフである。

第１センサ７１において、発光部７１１から出射された光ビームＨＢの、像転写面３３１Ａ上のパッチ画像に対するビームスポットの径（ビームスポット径）は、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１の離間距離に応じて変動する。図４に示す例では、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１の離間距離が「ＬＡ」のときのビームスポット径ｒＡは、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１の離間距離が「ＬＡ」よりも短い「ＬＢ」のときのビームスポット径ｒＢよりも、大きくなる。すなわち、発光部７１１から出射された光ビームＨＢによるビームスポット径は、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１の離間距離が長いほど、大きくなる。

このため、発光部７１１から出射された光ビームＨＢによるビームスポットを通過する際に、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴う像転写面３３１Ａ上のパッチ画像の移動距離は、像転写面３３１Ａに対する発光部７１１の離間距離、すなわち、像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１に応じて変動することになる。図５及び図６は、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って像転写面３３１Ａ上のパッチ画像３３１Ｂが、一定速度で移動方向Ｒ１に移動する例を示している。このとき、パッチ画像３３１Ｂの移動方向Ｒ１に沿った長さは、「ＬＰ」とされている。受光部７１２の第１離間距離Ｌ１が発光部７１１の離間距離と同値の「ＬＡ」であり、発光部７１１から出射された光ビームＨＢによるビームスポット径が「ｒＡ」のビームスポットを通過する際（図５）の、パッチ画像３３１Ｂの移動距離ＤＡは、ビームスポット径が「ｒＡ」よりも小さい「ｒＢ」のビームスポットを通過する際（図６）のパッチ画像３３１Ｂの移動距離ＤＢよりも、長くなる。すなわち、発光部７１１から出射された光ビームＨＢによるビームスポットを通過する際に、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴う像転写面３３１Ａ上のパッチ画像の移動距離は、像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１が長いほど、長くなる。

この結果、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って一定速度で移動する、像転写面３３１Ａ上のパッチ画像からの反射光の受光部７１２による検知時間は、前記第１離間距離Ｌ１に応じて変動する。図５及び図６に示す例では、受光部７１２の第１離間距離Ｌ１が発光部７１１の離間距離と同値の「ＬＡ」であるときの、受光部７１２による反射光の検知時間ｔＡ（図５に示す検知パターンＫ１における、検知開始時刻ｔ０１から検知終了時刻ｔ１１までの時間）は、受光部７１２の第１離間距離Ｌ１が「ＬＡ」よりも短い「ＬＢ」であるときの、受光部７１２による反射光の検知時間ｔＢ（図６に示す検知パターンＫ２における、検知開始時刻ｔ０２から検知終了時刻ｔ１２までの時間）よりも、長くなる。すなわち、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って一定速度で移動する、像転写面３３１Ａ上のパッチ画像からの反射光の受光部７１２による検知時間は、受光部７１２の第１離間距離Ｌ１が長いほど、長くなる。

換言すると、図７のグラフで示されるように、受光部７１２によるパッチ画像３３１Ｂからの反射光の検知時間と、像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１とは、比例関係にあり（図７の特性線Ｋ３）、受光部７１２において検知時間と第１離間距離Ｌ１とは関連付けられている。この受光部７１２における検知時間と第１離間距離Ｌ１との関連性を示す情報は、受光部関連付け情報として記憶部８３に記憶されている。

上述の如くの特性を有する光学式の第１センサ７１は、像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１に応じて検知時間は変動するものの、受光部７１２による検知結果が変化することはなく、距離依存性の低いセンサである。そこで、第１算出部７１Ａは、第１センサ７１において、像転写面３３１Ａに対向して配置される受光部７１２で検知された像転写面３３１Ａ上のパッチ画像からの反射光に基づき、トナー濃度を算出する。これにより、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って移動する像転写面３３１Ａ上のパッチ画像のトナー濃度を、正確に測定することができる。

第２センサ７２は、アンテナ７２１と検知回路７２２とを含んで構成される。アンテナ７２１は、プローブ部の一例であって、中間転写ベルト３３１の像転写面３３１Ａに対して非接触状態で対向して配置される。アンテナ７２１において中間転写ベルト３３１と対向するアンテナ対向面７２１Ａは、像転写面３３１Ａと平行である。検知回路７２２は、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って像転写面３３１Ａ上のトナー像がアンテナ７２１に対して移動するときに、アンテナ７２１に発生する電気的出力（誘導電流）を検知する回路である。

第２センサ７２は、中間転写ベルト３３１における像転写面３３１Ａ上のトナー像の電位に応じてアンテナ７２１に誘起される誘導電流を検知回路７２２にて検知して、トナー像のトナー帯電電位を測定する、いわゆる静電容量型の電位センサである。第２センサ７２によるトナー帯電電位の測定の原理は、下記式（１）で表すことができる。

式（１）において、「Ｉ」はアンテナ７２１の誘導電流、「Ｖ」はアンテナ７２１と像転写面３３１Ａ上のトナー像との間の電位差、「Ｃ」はアンテナ７２１とトナー像との間の静電容量である。式（１）に示すように、アンテナ７２１には、電位差Ｖと静電容量の変化量ｄＣ／ｄｔに応じた誘導電流Ｉが電気的出力として発生する。

更に、アンテナ７２１に発生する誘導電流Ｉは、アンテナ７２１のアンテナ対向面７２１Ａと像転写面３３１Ａとの間の第２離間距離を「Ｌ２」、真空の誘電率を「ε０」、アンテナ対向面７２１Ａの面積を「Ｓ」とすると、下記式（２）で表される。

式（２）に示すように、アンテナ７２１に発生する誘導電流Ｉは、電位差Ｖのほかに、アンテナ対向面７２１Ａと像転写面３３１Ａとの間の第２離間距離Ｌ２、及びアンテナ対向面７２１Ａの面積変化量ｄＳ／ｄｔに応じて変化する。アンテナ対向面７２１Ａの面積変化量ｄＳ／ｄｔは、像転写面３３１Ａに対してアンテナ対向面７２１Ａが平行となるようにアンテナ７２１を配置することによって、一定に保持することが可能である。

従って、検知回路７２２により検知されるアンテナ７２１の誘導電流Ｉを解析することで、電位差Ｖ（すなわち、トナー像のトナー帯電電位）を安定して算出するには、アンテナ対向面７２１Ａと像転写面３３１Ａとの間の第２離間距離Ｌ２を把握しておく必要がある。

画像形成装置１の連続運転等により、検出部７０が配置される周辺の温度が上昇し、この温度上昇に伴って、検出部７０の配置位置が設計位置に対してずれてしまう場合がある。この場合、第２センサ７２において、測定対象となる像転写面３３１Ａ上のトナー像に対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２が設計値に対して変動し、トナー像のトナー帯電電位を安定して正確に測定することができなくなる。

そこで、第２算出部７２Ａは、まず、記憶部８３に記憶される受光部関連付け情報を参照し、受光部７１２による反射光の検知時間と関連付けられた像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１に基づいて、像転写面３３１Ａに対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２を算出する。具体的には、第２算出部７２Ａは、受光部７１２による反射光の検知時間から導かれる受光部７１２の第１離間距離Ｌ１と、記憶部８３に記憶される位置情報にて表される、受光部７１２とアンテナ７２１との位置関係に関する予め設定された設定値とに基づいて、像転写面３３１Ａに対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２を算出する。図３を参照してより詳しく説明すると、像転写面３３１Ａに直交する方向に関する、受光部７１２の受光面７１２Ａとアンテナ７２１のアンテナ対向面７２１Ａとの間の第３離間距離ＬＷが、受光部７１２とアンテナ７２１との位置関係に関する設定値として記憶部８３に記憶されている。第２算出部７２Ａは、受光部７１２による反射光の検知時間から導かれる受光部７１２の第１離間距離Ｌ１から、記憶部８３に記憶された第３離間距離ＬＷを減算することにより、像転写面３３１Ａに対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２を算出する。

そして、第２算出部７２Ａは、検知回路７２２で検知されたアンテナ７２１の誘導電流（電気的出力）を前記第２離間距離Ｌ２に応じた誘導電流（電気的出力）に補正し、その補正された誘導電流（電気的出力）に基づいて、トナー帯電電位を算出する。これにより、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って移動する像転写面３３１Ａ上のパッチ画像のトナー帯電電位を、正確に測定することができる。

また、図３に示すように、第１センサ７１と第２センサ７２とは、発光部７１１及び受光部７１２と、アンテナ７２１及び検知回路７２２とが、同一の基板７３に配置されて、一体に形成されている構成とすることが望ましい。

第１センサ７１と第２センサ７２とが一体に形成され、各センサ７１、７２の構成要素が同一の基板７３上に配置されているので、基板７３上において受光部７１２とアンテナ７２１との位置関係が高精度に保持される。このため、第２算出部７２Ａが、受光部７１２による反射光の検知時間と関連付けられた像転写面３３１Ａに対する受光部７１２の第１離間距離Ｌ１に基づいて、像転写面３３１Ａに対するアンテナ７２１の第２離間距離Ｌ２を算出するに際し、その算出結果の精度を高めることができる。従って、中間転写ベルト３３１の周回移動に伴って移動する像転写面３３１Ａ上のパッチ画像のトナー帯電電位を、より正確に測定することができる。

１ 画像形成装置
３０ 画像形成部
３２ 画像形成ユニット
３２１ 感光体ドラム（像担持体）
３２２ 帯電器
３２３ 光走査部
３２４ 現像部
３２４１ 現像剤収容部
３２４２ 現像ローラー（トナー担持体）
３２４Ａ 現像バイアス印加部
３３ 中間転写ユニット
３３１ 中間転写ベルト（転写体）
３３１Ａ 像転写面
３４ トナー補給部
７０ 検出部
７１ 第１センサ
７１１ 発光部
７１２ 受光部
７１Ａ 第１算出部
７２ 第２センサ
７２１ アンテナ（プローブ部）
７２２ 検知回路
７２Ａ 第２算出部
７３ 基板

Claims (3)

1. トナー像を担持する周面を有する像担持体と、
   前記トナー像が転写される像転写面を有し、移動可能な転写体と、
   前記像転写面上の前記トナー像のトナー濃度及びトナー帯電電位を検出する検出部と、を備え、
   前記検出部は、
   前記転写体の移動に伴って移動する前記像転写面上の前記トナー像に光を照射する発光部と、前記像転写面に対して非接触状態で対向し前記像転写面上の前記トナー像からの反射光を検知する受光部と、を有する第１センサと、
   前記像転写面に対して非接触状態で対向するプローブ部と、前記転写体の移動に伴って前記像転写面上の前記トナー像が前記プローブ部に対して移動するときに、前記プローブ部に発生する電気的出力を検知する検知回路と、を有する第２センサと、
   前記受光部で検知された前記反射光に基づき、前記トナー濃度を算出する第１算出部と、
   前記受光部による前記反射光の検知時間と関連付けられた前記像転写面に対する前記受光部の第１離間距離に基づき前記像転写面に対する前記プローブ部の第２離間距離を算出し、前記検知回路で検知された前記電気的出力を前記第２離間距離に応じた電気的出力に補正し、その補正された電気的出力に基づいて、前記トナー帯電電位を算出する第２算出部と、を含む、画像形成装置。
2. 前記第１センサと前記第２センサとは、前記発光部及び前記受光部と前記プローブ部及び前記検知回路とが同一の基板に配置されて、一体に形成されている、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 磁性体からなるキャリア及びトナーを含む二成分現像剤を収容する収容部と、前記二成分現像剤中のトナーを担持し、そのトナーを前記像担持体に供給するトナー担持体とを含む現像部と、
   前記トナー担持体による前記像担持体へのトナーの供給に応じて、前記収容部へトナーを補給するトナー補給部と、
   前記トナー担持体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加部と、
   前記トナー補給部及び前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記検出部により検出された前記トナー濃度に基づき前記現像バイアス印加部を制御し、前記検出部により検出された前記トナー帯電電位に基づき前記トナー補給部を制御する、請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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