JP4311236B2

JP4311236B2 - 画像形成装置及び画像濃度制御方法

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Publication number: JP4311236B2
Application number: JP2004068860A
Authority: JP
Inventors: 康治諸藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP2005257430A

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置においてトナー濃度を制御するための技術に関する。

複写機やプリンタ等の多色画像形成装置においては、画像濃度の再現性は重要な品質である。特に電子写真方式の画像形成装置においては、画像濃度は温湿度等の環境変化や経時劣化により容易に変動してしまうという問題がある。そこで、従来から各種の画像濃度制御が行われており、なかでも像担持体上に濃度制御用のトナー像（トナーパッチ）を形成し、このトナーパッチの濃度を測定して制御目標値と比較した上で画像形成条件を調整する方法が広く一般的に行われている。このような方法において、高精度の画像濃度制御を行うためには、像担持体上のトナーパッチの濃度を正確に測定することが重要である。

このような状況に鑑みて、特許文献１にはより高精度にトナー濃度を測定するための技術が提案されている。この特許文献１には、図２に示されるようなトナー濃度測定装置において、光漏れに起因する測定誤差を補正する技術が示されている。ここで「光漏れ」とは、同図の発光素子３１から発せられる光が、発光素子３１と受光素子３２とを取り囲むように構成されているハウジング部材の隙間を乱反射しながら進んでいき、受光素子３２へと到達してしまう光学的誤差のことである。この隙間は装置を量産する際の設計上の公差として設けられており、この隙間をなくすように装置を構成することは、装置を量産する上では事実上不可能となっている。

そこで、特許文献１においては、トナー濃度を（Ｖ_pc−Ｖ_err）／Ｖ_refで示される補正式（以下、これを「従来の補正式」と称す）によって求めた。この補正式において、Ｖ_pcは測定されたトナー濃度を示す電圧値であり、Ｖ_errは装置内部の光学的誤差に起因するトナー濃度の誤差を示す電圧値であり、Ｖ_refは上述のＶ_pc，Ｖ_errにより求められるトナー濃度を正規化するための基準値である。すなわち、特許文献１においては、測定により得られたトナー濃度を示す電圧値から光学的誤差に相当する分を減じるという補正を行い、このようにして求められたトナー濃度を用いることで、トナー濃度を従来よりも高精度に測定することが可能となった。

特開２００２−２６８３１４号公報

しかし、その後の研究により、上述のように補正を行ってもなお、理想的なトナー濃度の出力特性と測定されたトナー濃度の出力特性とでは有意な誤差が発生していることが明らかとなった。
図８は、このトナー濃度測定装置を用いた場合における、理想的なカラートナーの出力特性Ｃ₁と実際の出力特性（測定値）Ｃ₂とを示した図である。同図に示されているように、実際の出力特性Ｃ₂はトナー濃度が低いほど理想の出力特性Ｃ₁とのずれが大きくなり、そのずれ量Δは一定でないから、上述の従来の補正式のように定数であるＶ_errを減じていたのでは、結局全ての濃度において適切に補正を行うことはできない。すなわちここには、このずれ量Δには上述の光学的誤差以外の要素が含まれていることが示唆されている。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりもさらに高精度な画像濃度制御を行うことができる画像形成装置、及びこの画像形成装置を用いた画像濃度制御方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記Ｖ_pcに対する前記トナー像濃度測定手段内部の光学的誤差に起因する電圧値の補正係数をＣ₂，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、前記画像濃度制御手段がＤ₁＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d×Ｃ₂×Ｃ）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₁を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₁に基づいて前記画像形成条件を補正する画像形成装置を提供する。

或いは、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、前記画像濃度制御手段がＤ₂＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d×Ｃ）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₂を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₂に基づいて前記画像形成条件を補正する画像形成装置を提供する。

或いは、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁としたとき、前記画像濃度制御手段がＤ₃＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₃を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₃に基づいて前記画像形成条件を補正する画像形成装置を提供する。

このような画像形成装置によれば、発光手段がトナーパッチに光を照射することで得られた電圧の値を良好に補正してトナー濃度を算出することができるため、従来よりもさらに高精度な画像濃度制御を行うことが可能となる。

また、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記Ｖ_pcに対する前記トナー像濃度測定手段内部の光学的誤差に起因する電圧値の補正係数をＣ₂，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、Ｄ₁＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d×Ｃ₂×Ｃ）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₁を算出するステップと、算出したトナー濃度Ｄ₁に基づいて前記画像形成条件を補正するステップとを有する画像濃度制御方法を提供する。

或いは、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、Ｄ₂＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d×Ｃ）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₂を算出するステップと、算出したトナー濃度Ｄ₂に基づいて前記画像形成条件を補正するステップとを有する画像濃度制御方法を提供する。

或いは、本発明は、所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁としたとき、Ｄ₃＝（Ｖ_pc−Ｖ_cln-d）／（Ｖ_ref×Ｃ₁）によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₃を算出するステップと、算出したトナー濃度Ｄ₃に基づいて前記画像形成条件を補正するステップとを有する画像濃度制御方法を提供する。

このような画像濃度制御方法によれば、発光手段がトナーパッチに光を照射することで得られた電圧の値を良好に補正してトナー濃度を算出することができるため、従来よりもさらに高精度な画像濃度制御を行うことが可能となる。

Ａ：構成及び動作
図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の構成を示した図である。同図に示されているように、画像形成装置１００は、画像形成部１と、給紙部２と、トナー濃度測定部３と、画像濃度制御部４とを備える。

画像形成部１は、図中の矢印ａ方向に回転しながらイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の色毎のトナー像が形成される感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、その感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを均一に帯電させる帯電器１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋと、ＹＭＣＫ各色の画像データに基いて変調された露光光を、帯電した感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに照射することによりＹＭＣＫ各色の静電潜像を形成する露光器１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに形成された静電潜像をトナーによって現像することで感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにトナー像を形成する現像器１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋと、現像器１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに各色のトナーを供給するトナーボックス１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋとを備えている。

また、画像形成部１は、対向ロール１８や駆動ロール１９に張架され、感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと接触しながら図中の矢印ｂ方向に循環移動する無端状の中間転写ベルト１５と、中間転写ベルト１５を挟んで感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋとニップ領域を形成し、このニップ領域において感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ周面のトナー像を中間転写ベルト１５に転写する１次転写ロール１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋと、中間転写ベルト１５を挟んで対向ロール１８とニップ領域を形成し、像担持体である中間転写ベルト１５上のトナー像を、給紙部２の用紙トレイ２０から複数の搬送ロール２１によって搬送されてくる用紙に２次転写する２次転写ロール１７とを備えている。

図２はトナー濃度測定部３の構成を示した図である。同図に示されているように、トナー濃度測定部３は、鏡面反射用発光素子３０と、拡散反射用発光素子３１と、受光素子３２と、基準反射板３３と、光路切替部材３４とを備えている。
鏡面反射用発光素子３０及び拡散反射用発光素子３１は例えばＬＥＤ（発光ダイオード）であり、中間転写ベルト１５上に形成されたトナーパッチに光を照射する。受光素子３２は、鏡面反射用発光素子３０及び拡散反射用発光素子３１がトナーパッチに光を照射したときの反射光を受光する位置に設けられており、反射光の光量に応じた電圧値を出力する。鏡面反射用発光素子３０はＫ色のトナーパッチの測定に用いられ、拡散反射用発光素子３１はＹＭＣ各色のトナーパッチの測定に用いられる。これは、なお、以下においては、このＹＭＣ各色のトナーパッチをＫ色のトナーパッチを区別するために、これを「カラートナーパッチ」と称する。

ここで、トナーパッチについて簡単に説明する。
図３はトナーパッチＰを示した図である。同図に示されているように、トナーパッチＰは中間転写ベルト１５上に例えば１ｃｍ四方で形成されている。このトナーパッチＰは複数の線状のトナー像Ｔによって形成されており、トナー濃度を増加させたときにはこの線状のトナー像Ｔの数または太さが増加するようになっている。ここで、トナーパッチＰ上の中間転写ベルト１５が露出している領域をＢとすれば、トナーパッチＰのトナー濃度を増加させるほど、トナーパッチＰ上で線状のトナー像Ｔが占める面積の総和が増加し、逆に中間転写ベルト１５が露出している領域Ｂの総和は減少する。すなわち、トナーパッチのトナー濃度は、トナーパッチを形成しているトナー像の面積比率によって決定される。

カラートナーパッチのトナー濃度を測定するときは、拡散反射用発光素子３１がトナーパッチに光を照射する。このとき受光素子３２にはトナー像表面からの拡散反射光Ｌ₁が入射されてくる。このため、トナーパッチのトナー濃度が上昇するほど入射されてくる拡散反射光Ｌ₁の光量は多くなり、カラートナーパッチを測定した場合の受光素子３２の出力電圧は、例えば図４のようになる。なお、このとき鏡面反射用発光素子３０は消灯されている。

一方、Ｋ色のトナーパッチのトナー濃度を測定するときは、鏡面反射用発光素子３０がトナーパッチに光を照射する。このとき拡散反射用発光素子３１は消灯されている。Ｋ色のトナーパッチは拡散反射光をほとんど発しないため、上述のカラートナーパッチの場合のように拡散反射光を測定することではトナー濃度を精度良く測定することができない。そこで、Ｋ色のトナーパッチの濃度を測定するときには、受光素子３２は中間転写ベルト１５からの鏡面反射光Ｌ₂を測定することで、Ｋ色のトナーパッチ濃度を相対的に求めている。トナーパッチ濃度が上昇するほどトナーパッチが形成されている領域のうちの中間転写ベルト１５が露出している領域は減少するから、Ｋ色のトナーパッチを測定した場合の受光素子３２の出力電圧は例えば図５のようになる。

基準反射板３３及び光路切替部材３４は、拡散反射用発光素子３１の基準反射光Ｌ₃を得るために設けられている。光路切替部材３４は孔部３４ａを有し、図中の矢印Ｓ方向にスライドすることによって拡散反射用発光素子３１から受光素子３２へと出射される光の光路を切り替える。カラートナーパッチの濃度を測定するときには、光路切替部材３４は図２に示される位置にあり、拡散反射用発光素子３１がトナーパッチに光を照射したときの拡散反射光Ｌ₁を受光素子３２に受光させる。一方、基準反射光Ｌ₃を測定するときには、光路切替部材３４は図６に示される位置へと移動し、拡散反射用発光素子３１がトナーパッチに光を照射して生じる反射光を遮断するとともに、拡散反射用発光素子３１が基準反射板３３を照射して生じる反射光（基準反射光Ｌ₃）を孔部３４ａを通過させて受光素子３２に受光させる。

画像濃度制御部４は、画像濃度制御を行うために画像形成部１にトナーパッチを形成させ、形成されたトナーパッチをトナー濃度測定部３に測定させる。そして、画像濃度制御部４は、トナー濃度測定部３から入力されたトナー濃度に対し後述する補正式に従って補正を行い、補正されたトナー濃度に基づいて画像形成部１における画像形成条件を調整することにより画像濃度制御を行う。具体的には、画像濃度制御部４は、トナーパッチを測定し、補正を行うことで得られたトナー濃度をその制御目標値と比較し、これらに差違がある場合には、画像形成部１の帯電器１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋにおける帯電電位、露光器１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋにおける露光電位、現像器１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋにおける現像バイアス電位、またはトナーボックス１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋにおけるトナー供給量等の少なくとも一つを調整させることにより、トナー濃度が制御目標値と一致するよう制御を行う。なお、補正に用いられるＣ₁，Ｃ₂及びＶ_cln-d等の各種の値や、画像濃度制御に用いられる制御目標値等は、メモリ４０にあらかじめ記憶されている。

このような構成により、画像形成装置１００は、画像形成部１において図示せぬスキャナやパーソナルコンピュータ等より入力される画像データに基づいてＹＭＣＫ各色のトナー像を形成し、これを給紙部２から搬送ロール２１によって搬送されてくる用紙上に転写することで画像を形成する。また、画像濃度制御時においては、画像濃度制御部４からの指示に基づき、画像形成部１が中間転写ベルト１５上にＹＭＣＫ各色のトナーパッチを形成し、このトナーパッチをトナー濃度測定部３が測定する。そして、画像濃度制御部４は、このトナーパッチの測定結果に基づき、画像形成部１において適切な画像形成条件でトナー像を形成することができるように画像濃度制御を実行する。

ここで、従来の補正式及び数１の補正式に用いられているＶ_pc，Ｖ_err，Ｖ_cln-d，及びＶ_refについて、上述した構成に基づき説明する。Ｖ_pcは拡散反射用発光素子３１がカラートナーパッチに光を照射して生じる拡散反射光Ｌ₁に基づく受光素子３２の出力電圧であり、Ｖ_refは拡散反射用発光素子３１が基準反射板３３を照射して生じる基準反射光Ｌ₃に基づく受光素子３２の出力電圧である。また、Ｖ_errはトナー濃度測定部３内部における光漏れ等の光学的誤差に基づく受光素子３２の出力電圧であり、この値は画像濃度制御を行う前にあらかじめ測定され、画像濃度制御部４のメモリ４０に記憶されている。また、Ｖ_cln-dは中間転写ベルト１５素面の拡散反射光Ｌ₂による受光素子３２の出力電圧であり、この値はトナーパッチの形成されていない中間転写ベルト１５を拡散反射用発光素子３１により照射し、その反射光を受光素子３２が受光することであらかじめ測定され、画像濃度制御部４のメモリ４０に記憶されている。

Ｂ：補正式の導出
本発明者はその後の研究により、上述の光漏れ以外の誤差要因を見出すに至った。まず、本発明者は、特許文献１のトナー濃度測定装置、すなわち本実施形態のトナー濃度測定部３の主要な誤差要因として、上述の光漏れに加えてトナーパッチを測定する像担持体（本実施形態では中間転写ベルト１５）からの拡散反射光があると予測した。すなわちこれは、特許文献１のトナー濃度測定装置でトナーパッチの拡散反射光を測定するときには、トナー像の拡散反射光だけでなく像担持体からの拡散反射光をも含んでしまっている、ということを意味している。そのため、本発明者は、上述の従来の補正式の発展形として、数１の補正式を考案した。数１において、Ｖ_cln-dはトナーパッチが形成されていない状態の像担持体を測定して得られた測定値（これを濃度０％のトナー濃度とする）であり、Ｃ₁はＶ_refに対して重み付けを行うための補正係数であり、この値は画像濃度処理や画質設計において、ＹＭＣ各色のカラーバランスが良好になるように決定されるパラメータである。

ここで、数１の補正式を用いてシミュレーションを行い、トナー濃度を求めた場合の値のばらつきを度数分布で示したグラフが図７である。なお、同図において、横軸は出力電圧を示す階級値であり、縦軸はその各階級における度数（出現頻度）である。また、シミュレーション対象としたトナーパッチのトナー濃度は６０％（１００％で最大濃度、つまりベタ濃度である）、シミュレーションの試行回数は３０００回である。
トナー濃度測定部３の制御目標値は、設計時においてはこの３０００回の試行の平均値を用いているのだが、この度数分布は平均値が「３８６」付近である一方、最頻値は「３７８」付近である。つまりこの度数分布は平均値と最頻値に不一致が生じており、正規分布からは大きく異なる度数分布になっている。このような状態で求められた平均値を制御目標値として用いて画像濃度制御を行っても、制御の結果を精度よく画像形成に反映させることはできない。例えば図７の状態では、最頻値が制御目標値（平均値）よりも低濃度側にあるため、この状態で画像濃度制御を行うと、その結果は理想的な濃度よりも薄くなることが多くなってしまう。

また、図８は、このトナー濃度測定装置を用いた場合における、Ｙ，Ｍ，Ｃのカラートナーの理想的なトナー濃度の出力特性と実際の出力特性（測定値）とを示した図である。なお、同図において横軸はトナー濃度、縦軸は出力電圧を示している。同図に示されているように、トナーの測定値はトナー濃度が低いほど理想の出力特性とのずれが大きくなり、そのずれ量は一定でない。数１においては、測定値に相当するＶ_pcからずれ量に相当するものとしてＶ_errを減算しているが、このようにずれ量はトナー濃度に応じて異なる。すなわち、上述の補正式のように定数であるＶ_errやＶ_cln-dを減じていたのでは、結局全ての濃度において適切に補正を行うことはできない。

既に述べたように、拡散反射用発光素子３１がカラートナーパッチに光を照射して、受光素子３２が受光する反射光には、実際にはトナー像からの反射光だけでなく中間転写ベルト１５からの反射光も含まれていると考えられる。これは、図３に示されているように、トナーパッチ上には像担持体である中間転写ベルト１５がトナー像で覆われている領域Ｔと、中間転写ベルト１５が露出している領域Ｂとが存在するためである。また、トナーパッチのトナー濃度が低下すれば当然、トナーパッチ上において中間転写ベルト１５が露出している領域Ｂが増加する。そのため、トナー濃度が低下するほど、拡散反射用発光素子３１がカラートナーパッチに光を照射して受光素子３２が受光する反射光のうち、中間転写ベルト１５からの拡散反射光成分が占める割合が高くなる。つまり、カラートナーパッチのトナー濃度を測定する場合には、受光素子３２の出力電圧から中間転写ベルト１５からの反射光の寄与分を、そのトナー濃度に応じて減算して相殺する必要がある。

そこで本発明者は、上述の数１で示された補正式の発展形として、数２の補正式を考案した。数２において、Ｃ_inはトナー濃度を示す０〜１００（％）までの値であり、（１００−Ｃ_in）／１００の部分はＣ_in＝０（％）で「１」、Ｃ_in＝１００（％）で「０」というように、トナー濃度の増加に応じて減少する値となっている。また、Ｃ₁は補正係数であり、その値は画像濃度制御部４のメモリ４０に記憶されている。

なお、上述のようにして求められた電圧Ｖ_cln-dは、光学的誤差に起因する電圧Ｖ_errを含んでいる。そのため、数１のように電圧Ｖ_errを減ずる必要はない。
しかし、電圧Ｖ_cln-dが電圧Ｖ_errを含んでいるゆえに、上述の数２を補正式に用いたのでは誤差が生じることになる。これは、電圧Ｖ_cln-dのうち電圧Ｖ_errに相当する部分にまで（１００−Ｃ_in）／１００を乗じることになるためである。

そこで本発明者は、上述の数２で示された補正式の発展形として、数３の補正式を考案した。数３において、Ｃ₂は受光素子３２がトナーパッチからの反射光を受光して生じる出力電圧Ｖ_pcに対する電圧Ｖ_errの寄与分に相当する補正係数であり、Ｖ_cln-dに対して重み付けを行うために実験的に求められ、その値は画像濃度制御部４のメモリ４０に記憶されている。なお、数３において、０≦Ｃ₂≦１である。

Ｃ：実験
本発明者は、上述のようにして導き出された補正式の妥当性を検証すべく実験を行った。実験は、図９に示されるカラートナーの出力特性を理想値として用い、上述した光学的誤差に起因する電圧と中間転写ベルト１５からの拡散反射光による電圧は、図１０，図１１に示されたサンプルデータをベースとし、数１〜３で示した補正式による補正効果を数値シミュレーションにて３０００回実行し、得られたトナー濃度の分散と理想値との差分をそれぞれ求めることにより行った。なお、数３の補正式においては、補正係数Ｃ₂の値を変化させ、Ｃ₂＝０．２（２０％），０．５（５０％），０．８（８０％）の３つの場合についてそれぞれ実験を行った。
なお、図９において、横軸はトナー濃度を示す階級値であり、縦軸は受光素子３２の出力電圧（理想値）である。また、図１０，図１１において、横軸は出力電圧（Ｖ_err或いはＶ_cln-d）を示す階級値であり、縦軸はその各階級における度数（出現頻度）である。
また、本実験においては、データはデジタル値としてビット換算した値を用いたため、上述の階級値の単位はビットとなっている。そのため、数１〜３においてもビット換算がなされ、実際には上述した数１〜３の補正式で与えられる値に「１０２３／３．３」を乗じている。ここで、「１０２３」はビット数（１０ビット）を意味しており、「３．３」は本装置の駆動電圧（３．３Ｖ）を意味している。

図１２，図１３はそれぞれ、上述の実験により得られたトナー濃度の分散σと、理想値との差分ｄとを示したグラフである。
図１２に示されているように、数１，２，３の順に分散σの値が小さくなっていることが明らかとなり、この結果、数３の補正式を用いることで従来よりもさらに高精度なトナー濃度の測定を行うことが可能となることが実証された。同様に、図１３においても、数１，２の補正式を用いた場合よりも数３の補正式を用いた場合のほうが、より理想値との差が小さくなることが示されている。

また、これらの図より、数３における補正係数Ｃ₂の値は、「０．５」である場合が最も良好な結果を示すことも明らかとなった。これは、図１０，図１１に示されているように、光学的誤差に起因する電圧と中間転写ベルト１５からの拡散反射光による電圧の平均値がともに１７ビットで、その相対比が「１：１」であるためであると推測される。これが例えば、上述の相対比が「３：１」であれば、補正係数Ｃ₂の値は「０．２５」が最適となると予想できる。

また、数３の補正式を用いてトナー濃度を求めた場合の値のばらつきを度数分布で示したものが図１４である。同図を従来の補正式を用いて得られた結果（図７）と比較すれば明らかなように、数３の補正式を用いることにより、この度数分布は正規分布に近づき、その平均値を最頻値と一致させることが可能となった。これは、この平均値を制御目標値として用いることで従来より適切に画像濃度制御が行えることを示している。

以上の結果に示されたように、本発明の画像形成装置１００において上述の数３に示された補正式を用いることによって、従来よりもさらに高精度なトナー濃度を測定することが可能となった。

Ｄ：変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、以下のような種々の変形が可能である。
まず、上述の実施形態は、中間転写ベルトを備えたいわゆるタンデム方式の画像形成装置を例示して説明されたが、本発明の適用はこの種の画像形成装置には限定されず、例えば用紙搬送ベルトを備えた画像形成装置や、或いはいわゆるサイクル方式（ロータリー現像方式）の画像形成装置においても可能である。また、トナーパッチを形成するための像担持体も、上述の実施形態のように中間転写ベルトに限定されず、感光体や用紙搬送ベルトを用いることも可能である。
また、上述の実施形態においては、例えばＶ_cln-d等の値が画像濃度制御部４０のメモリ４０にあらかじめ記憶されているとしたが、もちろんこのような態様に限定されるものではなく、例えば画像濃度制御を実行する都度測定してもよい。
また、上述の実施形態はＹＭＣＫ４色のトナーを用いた画像形成装置を例示して説明されたが、他の色のトナーを用いたり、使用するトナーの色数を増減することが容易であるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示した図である。同実施形態におけるトナー濃度測定部の構成を示した図である。同実施形態におけるトナーパッチを説明する図である。同実施形態において、拡散反射用発光素子がカラートナーパッチを測定した場合の受光素子の出力電圧を示したグラフである。同実施形態において、鏡面反射用発光素子がカラートナーパッチを測定した場合の受光素子の出力電圧を示したグラフである。同実施形態において、トナー濃度測定部が基準反射光を測定する場合の光路切替部材の位置を示した図である。同実施形態において、数１の補正式を用いてトナー濃度を求めた場合の値のばらつきを度数分布で示したグラフである。同実施形態において、理想的なカラートナーの出力特性と実際の出力特性とを示した図である。同実施形態において、実験に用いられたカラートナーの出力特性を示したグラフである。同実験に用いられた、光学的誤差に起因する電圧の量産実績値を示したグラフである。同実験に用いられた、中間転写ベルトからの拡散反射光による電圧の量産実績値を示したグラフである。同実験により得られたトナー濃度の分散を示したグラフである。同実験により得られたトナー濃度の理想値との差分を示したグラフである。同実験において、数３の補正式を用いてトナー濃度を求めた場合の値のばらつきを度数分布で示したグラフである。

符号の説明

１００…画像形成装置、１…画像形成部、１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ…感光体、１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ…帯電器、１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ…露光器、１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ…現像器、１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ…トナーボックス、１５…中間転写ベルト、１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ…１次転写ロール、１７…２次転写ロール、１８…対向ロール、１９…駆動ロール、２…給紙部、２０…用紙トレイ、２１…搬送ロール、３…トナー濃度測定部、３０…鏡面反射用発光素子、３１…拡散反射用発光素子、３２…受光素子、３３…基準反射板、３４…光路切替部材、４…画像濃度制御部、４０…メモリ。

Claims

所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，
前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，
前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，
前記Ｖ_pcに対して、前記トナー像濃度測定手段内部の光学的誤差に起因して定まる補正係数をＣ₂，
前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣ
としたとき、前記画像濃度制御手段が

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₁を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₁に基づいて前記画像形成条件を補正する
画像形成装置。
所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，
前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，
前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，
前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣ
としたとき、前記画像濃度制御手段が

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₂を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₂に基づいて前記画像形成条件を補正する
画像形成装置。
所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段とを有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_pc，
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，
前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_ref，
前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁
としたとき、前記画像濃度制御手段が

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₃を算出し、算出したトナー濃度Ｄ₃に基づいて前記画像形成条件を補正する
画像形成装置。
所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段と
を有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記Ｖ_pcに対して、前記トナー像濃度測定手段内部の光学的誤差に起因して定まる補正係数をＣ₂，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₁を算出するステップと、
算出したトナー濃度Ｄ₁に基づいて前記画像形成条件を補正するステップと
を有する画像濃度制御方法。
所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段と
を有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁，前記トナーパッチのトナー濃度の増加に応じて減少する補正値をＣとしたとき、

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₂を算出するステップと、
算出したトナー濃度Ｄ₂に基づいて前記画像形成条件を補正するステップと
を有する画像濃度制御方法。
所定の画像形成条件に従って像担持体表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写する画像形成手段と、
光を照射する発光手段と、前記発光手段によって照射される光を基準反射光として反射する基準反射手段と、前記画像形成手段によって前記像担持体表面に形成されたトナーパッチに対し前記発光手段が光を照射したときの反射光、または、前記発光手段が前記基準反射手段に光を照射したときの基準反射光を受光し、これらの反射光の光量に応じた値の電圧を出力する受光手段と
を有するトナー濃度測定手段と、
前記トナー濃度測定手段により出力された電圧の値に基づいて前記トナーパッチのトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度に基づいて前記画像形成条件を補正する画像濃度制御手段と
を備えた画像形成装置が行う画像濃度制御方法において、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチからの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_pcと、前記発光手段が光を照射したときの前記基準反射手段からの基準反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値Ｖ_refとを測定するステップと、
前記発光手段が光を照射したときの前記トナーパッチが形成されていない前記像担持体表面からの反射光を前記受光手段が受光して出力する電圧の値をＶ_cln-d，前記Ｖ_refに対して重み付けを行うための補正係数をＣ₁としたとき、

によって示される式を用いてトナー濃度Ｄ₃を算出するステップと、
算出したトナー濃度Ｄ₃に基づいて前記画像形成条件を補正するステップと
を有する画像濃度制御方法。