JP7027878B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）においては、画像データに基づくレーザー光が、一様に帯電した感光体（例えば感光体ドラム）に対して照射（露光）されることにより、感光体表面に静電潜像が形成される。そして、静電潜像が形成された感光体にトナーが供給されることにより、静電潜像が可視化されてトナー像が形成される。このトナー像が、中間転写ベルトを介して間接的に用紙に転写された後、定着装置で加熱、加圧されることにより、用紙に画像が形成される。

感光体ドラムや中間転写ベルトなどの像担持体へのトナー付着量や画像濃度は、ＩＤＣ（Ｉｍａｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサーで検出される。センサー出力は、画像形成条件にフィードバックされる。これにより、画像安定化制御が行われる。

２層以上（例えば、基材層および表面層）の積層構造を有する中間転写ベルト上に形成されるトナー像をＩＤＣセンサーで検出する場合、表面層の最表層の表面粗さや、表面層の膜厚のばらつき（以下、表面層状態）により、光の干渉強度が変化する。その結果、センサー出力が変動するため、画像安定化制御の精度が低下する。

以下、センサー出力が変動するメカニズムについて図１を参照して説明する。特定波長の単色光が空気中から表面層に入射する。この場合、表面層の上面で反射する光と、表面層の上面で屈折し、表面層の下面で反射する光とは、強め合う（明干渉）または、弱め合う（暗干渉）。なお、ｎは、表面層の屈折率を表し、ｄは、表面層の膜厚を表し、θ２は、表面層の下面で反射する光の反射角度を表し、λは、光の波長を表し、ｍは、０以上の整数を表す。

明干渉の条件は、次の式（１）で表される。
２ｎｄｃｏｓθ２＝ｍλ・・・（１）
また、暗干渉の条件は、次の式（２）で表される。
２ｎｄｃｏｓθ２＝（ｍ＋１／２）λ・・・（２）
上記の式（１）、（２）は、膜厚ｄに応じて光の干渉強度が変化して、センサー出力が変動することを示している。

なお、干渉縞が中間転写ベルトに発生しないように構成された画像形成装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１－１２３３７８号公報

ところで、図２に示すように、中間転写ベルトの最表層には、ｎｍからμｍオーダーの粗さ（微小領域での膜厚のばらつき）が存在する。また、中間転写ベルト面内には、表面層の塗布ムラ等による膜厚のばらつきが存在する。これにより、図３に示すように、中間転写ベルトを検出する位置によって、光の干渉強度が異なるため、センサー出力が変動する。

中間転写ベルト上に形成されたトナー像を検出する場合、中間転写ベルトの表面層状態（最表層の表面粗さや、表面層の膜厚のばらつき）の影響によってセンサー出力が変動して、中間転写ベルトへのトナー付着量を誤検知、誤補正してしまう。特に、中間調やハイライトのトナー像を検出する場合ほど、表面層状態の影響を受け易いため、センサー出力の変動が大きくなるという問題点があった。

本発明は、センサー出力の変動を抑制することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明における画像形成装置は、
基材層に表面層が積層された積層構造を有し、トナー像が形成される像担持体の表面に対して、予め定められた検出条件に基づいて、検出光を照射するとともに、当該検出光が前記像担持体の表面で反射した反射光を受光する光センサーと、
前記反射光の中に明干渉と暗干渉とがそれぞれ含まれるように、前記検出条件のうち少なくとも前記光センサーの主波長を制御するとともに、前記光センサーの出力に基づいて前記像担持体へのトナー付着量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、式（１）を満たすように、前記主波長を制御する、
画像形成装置。
Ｘ＞ａ＊Δｄ（λｐ）・・・（１）
〔式（１）中、Ｘは、最表層の表面粗さに関するパラメータを表し、ａは、１以上の任意の値を表し、λｐは、主波長を表し、Δｄ（λｐ）は、主波長λｐにおいて反射光の中に明干渉が含まれる場合の表面層の膜厚と暗干渉が含まれる場合の表面層の膜厚との間の差を表す〕

本発明によれば、センサー出力の変動を抑制することができる。

センサー出力が変動するメカニズムを説明するための図 中間転写ベルトの最面層状態を説明するための図 ベルト走行距離とセンサー出力との関係を表す図 本発明の実施の形態に係る画像形成装置を概略的に示す図 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図 中間転写ベルトの表面層の最表層の表面粗さが大きい場合を表す図 中間転写ベルトの表面層の膜厚と干渉縞との関係を表し、また、光センサーから観察される干渉縞を表す図 中間転写ベルトの表面層の最表層の表面粗さが大きい場合を表す図 中間転写ベルトの表面層の膜厚と干渉縞との関係を表し、また、光センサーから観察される干渉縞を表す図 光センサーを概略的に示す図 膜厚と正規化反射率との関係を表す図 主波長と膜厚差との関係を表す図 表面粗さに対する光センサーの出力のばらつきの評価結果を表す図 表面粗さに対する光センサーの出力のばらつきの評価結果を表す図 特定の主波長を有する光センサーの出力のばらつきを示す図 特定の主波長を有する光センサーの出力のばらつきを示す図 分光部としてのプリズムを概略的に示す図 分光部としての透過型回折格子を概略的に示す図 中間転写ベルトの軸方向に配置された複数種類の光センサーを概略的に示す図 中間転写ベルトの表面層に沿って配置された複数種類の拡散フィルターを概略的に示す図 中間転写ベルトの軸方向に沿って配置された複数種類の光センサーを概略的に示す図

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図５は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。図４、５に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓ（記録媒体）に二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図５に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０、光センサー８０および制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示す。図４では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、およびドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム径が８０［ｍｍ］のアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。電荷発生層は、電荷発生材料（例えばフタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光により一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。

制御部１００は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム４１３の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

帯電装置４１４として、コロナ放電によって感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させるコロナ放電器が利用されている。帯電装置４１４は、帯電ワイヤーおよびシールド電極を有している。帯電ワイヤーは感光体ドラム４１３の幅方向（長手方向）に沿って配置されている。帯電ワイヤーに高電圧を供給することによって、帯電ワイヤーと当該帯電ワイヤーを囲むシールド電極との間でコロナ放電を生じさせて、シールド電極に対向して配置されている感光体ドラム４１３の表面を均一に帯電させる。

現像装置４１２は、二成分現像方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光体ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４およびベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に体積抵抗率が８～１１［ｌｏｇΩ・ｃｍ］である高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１００からの制御信号によって回転駆動される。なお、中間転写ベルト４２１については、導電性および弾性を有するものであれば、材質、厚さおよび硬度を限定しない。

中間転写ベルト４２１は、具体的には、基材層および表面層からなる積層構造を有している。基材層は、導電材等を分散させた合成樹脂からなる。基材層は、単層構成であっても２層以上の複数層構造であってもよい。合成樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファンド、ポリアミドなど、又は、これらの混合物等が例示される。表面層は、アルキル基を含む酸化ケイ素として、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシランなどのシロキサン化合物が例示される。シロキサン化合物としては、シランカップリング剤や、その他従来公知の材料でもよい。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。二次転写ローラー４２４を含む複数の支持ローラーには、二次転写ベルトがループ状に張架されている。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側（一次転写ローラー４２２と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側（二次転写ローラー４２４と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

光センサー８０は、中間転写ベルト４２１の表層面に対向して配置されている。光センサー８０は、例えば、画像安定化のために中間転写ベルト４２１上に形成されるテストパターン（パッチ画像）の濃度を検出するための濃度センサー（ＩＤＣセンサー）である。光センサー８０は、中間転写ベルト４２１の表面層に検出光を照射するとともに、検出光が中間転写ベルト４２１の表面層で反射した反射光を受光する。光センサー８０の詳細については後述する。

ベルトクリーニング装置４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、定着ベルト６１、加熱ローラー６２、用紙Ｓの定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される上加圧ローラー６３、用紙Ｓの裏面（定着面の反対の面）側に配置される下加圧ローラー６５、及び加熱源６０Ｃ等を備える。加熱ローラー６２は、定着ベルト６１を加熱する加熱源６０Ｃを内蔵している。上加圧ローラー６３に下加圧ローラー６５が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。

給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

ところで、画像形成装置１において、中間転写ベルト４２１の表面層には、最表層の表面粗さや、表面層の膜厚のばらつきが存在する。これにより、検出光が表面層で反射する反射光の中に含まれる干渉縞が変化する。このため、反射光量（光センサー８０の出力）が変動する。その結果、画像安定化制御の精度が低下するおそれがある。以下の説明において、中間転写ベルト４２１の表面層の最表層の表面粗さを、単に「表面粗さ」という場合がある。また、中間転写ベルト４２１の表面層の膜厚を、単に「膜厚」という場合がある。

図６Ａは、表面粗さが小さい場合を表す図、図６Ｂは、膜厚と干渉縞との関係を表し、また、光センサー８０から観察される干渉縞を表す図である。図６Ａにおいて、横軸を光センサー８０の検出範囲（検出スポット）の位置、縦軸を表面粗さ及び中心膜厚とする。図６Ｂにおいて、横軸を、拡大された検出範囲の位置、縦軸を膜厚差Δｄとする。なお、光センサー８０の主波長λＰが８７０ｎｍであり、中間転写ベルト４２１の表面層に照射される検出光の入射角が０度（垂直）であることを前提条件した場合、反射光の中に明干渉が含まれる場合の膜厚と反射光の中に暗干渉が含まれる場合の膜厚との膜厚差Δｄは、０．１５μｍである。

図６Ｂに示すように、膜厚差Δｄが０．１５μｍ未満の場合、検出範囲の位置間における反射光量（干渉縞）の変化は大きい。具体的には、反射光の中に明干渉が含まれ、暗干渉が含まれない検出範囲（膜厚１．５０μｍの検出範囲）と、反射光の中に明干渉が含まれず、暗干渉が含まれる検出範囲（膜厚１．６５μｍの検出範囲）とが存在する。反射光の中に明干渉が含まれ、暗干渉が含まれない場合の反射光量は多い。反射光の中に暗干渉が含まれ、明干渉が含まれない場合の反射光量は少ない。つまり、検出範囲の位置間における反射光量の変化が大きい。このように、検出範囲の位置間における反射光量の変化が大きい場合に、光センサー８０の出力に基づいて行われる画像安定化制御の精度が低下するおそれがある。

図７Ａは、表面粗さが大きい場合を表す図、図７Ｂは、膜厚と干渉縞との関係を表し、また、光センサー８０から観察される干渉縞を表す図である。図７Ａにおいて、横軸を光センサー８０の検出範囲（検出スポット）の位置、縦軸を表面粗さ及び中心膜厚とする。図７Ｂにおいて、横軸を、拡大された検出範囲の位置、縦軸を膜厚差Δｄとする。なお、上記する表面粗さが小さい場合の前提条件と表面粗さが大きい場合の前提条件とは、同じである。

図７Ｂに示すように、膜厚差Δｄが０．１５μｍ以上の場合、検出範囲の位置間における反射光量（干渉縞）の変化は小さい。具体的には、反射光の中に３つの明干渉が含まれ、２つの暗干渉が含まれる検出範囲（膜厚１．５０μｍの検出範囲）と、反射光の中に２つの明干渉が含まれ、３つの暗干渉が含まれる検出範囲（膜厚１．６５μｍの検出範囲）とが存在する。両方の検出範囲における反射光量は、明干渉と暗干渉とを含んだ平均化された光量になる。つまり、検出範囲の位置間における反射光量の変化が小さい。このように、検出範囲の位置間における反射光量の変化が小さい場合に、光センサー８０の出力に基づいて行われる画像安定化制御の精度が向上する。

そこで、本実施の形態では、検出範囲の位置間における反射光量の変化を抑えるために、積極的に光学的干渉を発生させ、検出範囲の中に明干渉と暗干渉とが含まれるようにして、反射光量を平均化させることで、反射光量の変化を抑制する。

図８は、光センサー８０を概略的に示す図である。光センサー８０は、予め定められた検出条件に基づいて、中間転写ベルト４２１の表面層に検出光を照射するとともに、検出光が中間転写ベルト４２１の表面層で反射した反射光を受光する。具体的には、光センサー８０は、中間転写ベルト４２１の表面層上に形成されたテストパターン（パッチ画像）の反射強度を検出する。

図８に示すように、光センサー８０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子と、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子とを有する。発光素子は、中間転写ベルト４２１の表面層における検出範囲に検出光を照射する。受光素子は、検出光が表面層で反射した反射光を受光する。

制御部１００は、光センサー８０が受光する反射光の中に明干渉と暗干渉とが含まれるように、検出条件を制御する。具体的には、制御部１００は、表面粗さに応じて、光センサー８０の主波長λｐを制御するとともに、検出範囲のスポット径Ｚが表面粗さの間隔（ここでは、平均粗さ間隔ＲＳｍ［ｍｍ］）より大きくなるように制御する。なお、表面粗さは、例えば、中間転写ベルト４２１の製造時や出荷時の検査データや、汎用の表面粗さ測定器で測定したデータが用いられる。

図９は、膜厚と正規化反射率との関係を表す図である。図９において、横軸を膜厚、縦軸を正規化反射率とする。以下の説明では、中間転写ベルト４２１の表面層に照射される検出光の入射角は、２０°（垂直が０°）であり、表面層の屈折率は、主成分である酸化ケイ素ＳｉＯ_２の屈折率１．４６（波長５５０ｎｍ時）であるとする。

図９に示すように、光センサー８０の主波長λｐが９００ｎｍの場合、明干渉を示すときの膜厚（明干渉膜厚）は、１．２７５μｍであり、暗干渉を示すとき膜厚（暗干渉膜厚）は、１．１２０μｍである。これにより、明干渉膜厚と暗干渉膜厚との膜厚差Δｄは、０．１５５μｍ（＝１．２７５－１．１２０）になる。

また、主波長λｐが７５０ｎｍの場合、明干渉膜厚は、１．３３０μｍであり、暗干渉膜厚は、１．１９５μｍである。これにより、膜厚差Δｄは、０．１３５μｍ（＝１．３３０－１．１９５）になる。

また、主波長λｐが６００ｎｍの場合、明干渉膜厚は、１．２６５μｍであり、暗干渉膜厚は、１．１５８μｍである。これにより、膜厚差Δｄは、０．１０７μｍ（＝１．２６５－１．１５８）になる。

また、主波長λｐが４５０ｎｍの場合、明干渉膜厚は、１．２７０μｍであり、暗干渉膜厚は、１．１８８μｍである。これにより、膜厚差Δｄは、０．０８２μｍ（＝１．２７０－１．１８８）になる。

以上により、膜厚差Δｄは、主波長λｐによって異なる。膜厚差Δｄは、主波長λｐが短波長であるほど小さくなる。

図１０は、主波長λｐと膜厚差Δｄとの関係を表す図である。図１０において、横軸ｘを主波長λｐ[ｎｍ]、縦軸ｙを膜厚差Δｄ［μｍ］とする。図１０に、ｘｙ座標上にプロットされた上記の４点のデータ（例えば、主波長λｐ＝９００ｎｍ、膜厚差Δｄ＝０．１５５μｍ等）を示す。４点のデータを最小二乗法等により直線近似することにより、主波長λｐと膜厚差Δｄとの関係式が求められる。関係式は、以下の式（３）で表される。
ｙ＝０．０００１７７ｘ・・・（３）

主波長λｐと膜厚差Δｄとが式（３）を満たすことは、光センサー８０が受光する反射光の中に明干渉と暗干渉とが一つずつ含まれること意味する。

反射光の中に、明干渉と暗干渉とを一つ以上ずつ含ませるためには、以下の式（４）を満たす光センサー８０の主波長λｐに設定すればよい。
Ｘ＞ａ＊Δｄ（λｐ）・・・（４）
ここで、Ｘは、表面粗さである。ａは、１以上の任意の値である。Δｄ（λｐ）は、上記の式（３）を満たす膜厚差である。

表面粗さに関するパラメータは、十点平均粗さ（Ｒｚ）、最大高さ粗さ、粗さ曲線の最大山高さ（Ｒｐ）、粗さ曲線の最大谷深さ（Ｒｖ）、粗さ曲線要素の平均高さ（Ｒｃ）、粗さ曲線の最大断面高さ（Ｒｔ）、算術平均粗さ（Ｒａ）、二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）、等が例示される。なお、本実施の形態では、パラメータを十点平均粗さ（Ｒｚ）で説明する。

例えば、ａ＝１（明干渉と暗干渉とが一つずつ）、十点平均粗さＲｚ＝０．１２μｍとした場合、膜厚差Δｄが０．１２μｍとなる主波長λｐは、式（３）から６７８ｎｍと求まる。主波長λｐを６７８ｎｍ以下に設定すれば、Ｘ（Ｒｚ）＞Δｄ（λｐ）を満たす。

主波長λｐの範囲は、４００ｎｍから１０００ｎｍが好ましく、４００ｎｍから６７８ｎｍがさらに好ましい。なお、主波長λｐの範囲は、コスト面などの理由から設定されるが、将来、安価になれば、これ以外の波長であってもよい。

上記実施の形態における画像形成装置１によれば、制御部１００は、光センサー８０が受光する反射光の中に明干渉と暗干渉とを含ませるように、光センサー８０の主波長を制御する。これにより、反射光量が平均化するため、光センサー８０の出力の変動を抑制することができる。

また、上記実施の形態によれば、制御部１００は、光センサー８０の検出範囲のスポット径Ｚが平均粗さ間隔ＲＳｍより大きくなるように制御する。これにより、反射光の中に明干渉と暗干渉とを含ませることができるため、光センサー８０の出力を安定させることができる。具体的には、中間転写ベルト４２１の表面層の平均粗さ間隔ＲＳｍが約０．０４ｍｍから０．２０ｍｍである場合、スポット径Ｚがφ３．０ｍｍの光センサー８０、および、スポット径Ｚがφ２．５ｍｍの光センサー８０においては、共に、膜厚のばらつきが生じても安定した反射光を検出することが可能である。

（変形例１）
次に、変形例１について説明する。反射光量をより平均化するためには、反射光の中に明干渉と暗干渉とを均等に含ませることが好ましい。

上記（４）式における任意の数ａが正の整数Ｎの場合、明干渉と暗干渉とは同数・同比率となる（状態Ａ）、ａが整数Ｎから半値（０．５）ずれた場合、明干渉又は暗干渉のいずれかが多い状態、偏った状態（状態Ｂ）となる。そこで、ａを状態Ａと状態Ｂとの中間よりも状態Ａに近い状態、すなわち、ａを、整数Ｎから０．２５（＝０．５／２）ずれた範囲に設定する。これを、式(５)で表す。
Ｎ－０．２５≦ａ≦Ｎ＋０．２５・・・（５）

以上により、変形例１における制御部１００は、上記の式（４）および（５）を満たすように、光センサー８０の主波長λｐを制御する。これにより、反射光量をより平均化することができる。その結果、光センサー８０の出力の変動をさらに抑えることができる。

（変形例２）
次に、変形例２について、図１１、図１２、図１３、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明する。実験により、表面粗さに対する光センサー８０の出力を求める。ここでは、表面粗さと任意の値ａとを、上記の式（４）を満たすように設定した。また、式（４）におけるΔｄ（λｐ）を、０．１５μｍとした。

次の評価結果が得られた。図１１は、表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）に対する光センサー８０の出力のばらつきの評価結果を表す図である。なお、光センサー８０の出力のばらつきは、中間転写ベルト４２１の１周長を検出した時のＶｍａｘ－Ｖｍｉｎで評価した。なお、評価基準として、ばらつきがある程度の範囲に抑えられた場合を“△”とした。また、ばらつきが許容範囲内に抑えられた場合を“〇”とした。ばらつきが十分に抑えられた場合を“◎”とした。

図１１に示す評価結果から次のことがわかった。光センサー８０の出力のばらつきが許容されるためには、表面粗さは、０．２μｍ以上、任意の値ａは、１．３以上、整数Ｎは、２以上とする必要である。また、表面粗さは、０．６μｍ以上、任意の値ａは、３．８以上、整数Ｎは、４以上とすることが好ましい。

なお、主波長λｐは、上述するようにコストの面などの理由から、４００ｎｍから１０００ｎｍまでの中で設定される。このため、整数Ｎの上限は、８となる。これにより、整数Ｎは、式（６）を満たすことが好ましい。
４≦Ｎ≦８・・・（６）

図１１に示す評価結果が得られた実験においては、Δｄ（λＰ）を一定（＝０．１５μｍ）とした上で、複数種類の表面粗さを設定した。また、その表面粗さに応じた任意の値ａを設定した。

以下の実験においては、表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を一定（＝０．６μｍ）とした上で、複数種類の主波長λｐを設定した。また、その主波長λｐに応じた任意の値ａを設定した。

次の評価結果が得られた。図１２は、表面粗さＲｚが０．６μｍの中間転写ベルト４２１において光センサー８０の出力のばらつきの評価結果を表す図である。図１２に、表面粗さＲｚに対して、式（７）を満たす主波長λｐを示す。
０．６＞ａ＊Δｄ（λｐ）・・・（７）
なお、任意の値ａは、式（８）を満たす。
Ｎ－０．２５≦ａ≦Ｎ＋０．２５（Ｎは、１から８の整数）・・・（８）

図１２に示す評価結果から次のことがわかった。なお、評価基準として、ばらつきがある程度の範囲に抑えられた場合を“△”とした。また、ばらつきが許容範囲内に抑えられた場合を“〇”とした。ばらつきが十分に抑えられた場合を“◎”とした。表面粗さが０．６μｍの場合、光センサー８０の出力のばらつきが許容されるためには、任意の値ａは、１．７５以上、整数Ｎは、２以上とする必要である。また、任意の値ａは、３．７５以上、整数Ｎは、４以上とすることが好ましい。

具体的に、主波長λｐ及び任意の値ａを設定した光センサー８０の出力のばらつきを測定した。図１３Ａは、９４０ｎｍ（ａ＝３．５）の主波長λｐを有する光センサー８０の出力のばらつきを示す図である。図１３Ａにおいて、横軸をベルト走行距離［ｍｍ］、縦軸をセンサー出力［Ｖ］とする。図１３Ａに示すように、ばらつきの範囲は、２．６５［Ｖ］から２．９５［Ｖ］であって、大きかった。その結果、表面層の膜厚のばらつきがある場合、光センサー８０が安定した反射光を検出できなかった。

図１３Ｂは、６３５ｎｍ（ａ＝５．２）の主波長λｐを有する光センサー８０の出力のばらつきを示す図である。図１３Ｂにおいて、横軸をベルト走行距離［ｍｍ］、縦軸をセンサー出力［Ｖ］とする。図１３Ｂに示すように、ばらつきの範囲は、２．８５［Ｖ］から２．９５［Ｖ］であって、小さかった。その結果、表面層の膜厚のばらつきがある場合、光センサー８０が安定した反射光を検出できた。なお、図示しないが、８７０ｎｍ（ａ＝３．８）の主波長λｐを有する光センサー８０の出力のばらつきも測定した。この場合も、ばらつきの範囲は、小さかった。その結果、表面層の膜厚のばらつきがある場合、光センサー８０が安定した反射光を検出できた。

（変形例３）
次に、変形例３について図１４および図１５を参照して説明する。制御部１００は、表面粗さに応じて、光センサー８０の主波長λｐを選択する。

変形例３における画像形成装置１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）から照射された白色光を複数の単色光に分光する分光部を備えている。図１４に、分光部としてプリズム８２を示している。プリズム８２は、分光した複数の単色光をフォトダイオード（ＰＤ）が選択的に受光するように回転する。制御部１００は、表面粗さに応じた主波長λｐを求め、フォトダイオード（ＰＤ）が所望の主波長の光を受光するように、プリズム８２を回転させる。なお、分光部としては、プリズム８２に限らず、例えば、図１５に示すように、透過型回折格子８４であってもよい。また、制御部１００は、表面粗さに応じた主波長λｐをまとめた表であるテーブルに基づいて、主波長λｐを求めてもよい。

変形例３によれば、一つの光センサー８０であっても、分光部を備えることで、表面粗さに応じた主波長λｐを、複数種類の主波長λｐの中から選択することが可能となる。

（変形例４）
次に、変形例４について図１６を参照して説明する。なお、図１６における上方向を中間転写ベルト４２１の回転方向（副走査方向）とし、左右方向を中間転写ベルト４２１の軸方向（走査方向）とする。

複数種類の光センサー８０は、図１６に示すように、軸方向に配置されている。ここで、それぞれの光センサー８０の主波長λｐは、８５０ｎｍ、７００ｎｍ、５５０ｎｍ、４００ｎｍである。なお、光センサー８０を副走査方向に配置してもよい。制御部１００は、表面粗さに応じた主波長λｐを求め、その主波長λｐを有する光センサー８０を選択する。なお、制御部１００は、表面粗さに応じた主波長λｐをまとめた表であるテーブルに基づいて、主波長λｐを求めてもよい。

変形例４によれば、主波長λｐが互いに異なる複数種類の光センサー８０を備えることで、表面粗さに応じた主波長λｐを有する光センサー８０を、複数種類の光センサー８０のから選択することが可能となる。

（変形例５）
次に、変形例５について図１７を参照して説明する。上記実施の形態では、制御部１００は、表面粗さに応じて、検出範囲のスポット径Ｚが表面粗さの間隔（例えば、平均粗さ間隔ＲＳｍ）より大きくなるように、例えば、絞り（図示略）を制御する。

これに対して、変形例５では、図１７に示すように、中間転写ベルト４２１の表面層に沿って拡散強度が互いに異なる複数種類の拡散フィルター８６が配置される。拡散フィルター８６のそれぞれの拡散倍率は、例えば、１．０倍、１．５倍、２．０倍、３．０倍である。複数種類の拡散フィルター８６は、センサーの防塵シャッター８８の板金に保持されている。制御部１００は、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚ（表面粗さの間隔より大きなスポット径Ｚ）を求め、スポット径Ｚに応じた所望の拡散フィルター８６が光路上に配置されるように、防塵シャッター８８を表面層に沿って移動させる。なお、制御部１００は、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚをまとめた表であるテーブルに基づいて、スポット径Ｚを求めてもよい。

変形例５によれば、一つの光センサー８０であっても、複数種類の拡散フィルター８６を備えることで、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚが得られる拡散フィルター８６を、複数種類の拡散フィルター８６の中から選択することが可能となる。

（変形例６）
次に、変形例６について図１８を参照して説明する。上記の変形例５では、図１７に示すように複数種類の拡散フィルター８６を備え、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚを選択するようにした。これに対して、変形例６では、図１８に示すように、スポット径Ｚが互いに異なる複数種類の光センサー８０が備えられている。

図１８における上方向を中間転写ベルト４２１の回転方向（副走査方向）とし、左右方向を中間転写ベルト４２１の軸方向（走査方向）とする。複数種類の光センサー８０は、図１８に示すように、軸方向に配置されている。ここで、それぞれの光センサー８０の主波長λｐは、８５０ｎｍ、７００ｎｍ、５５０ｎｍ、４００ｎｍである。光センサー８０は、主波長λｐに応じたスポット径Ｚを有している。制御部１００は、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚ（表面粗さの間隔より大きなスポット径Ｚ）を求め、そのスポット径Ｚを有する光センサー８０を選択する。なお、制御部１００は、表面粗さに応じたスポット径Ｚをまとめた表であるテーブルに基づいて、スポット径Ｚを求めてもよい。

変形例６によれば、スポット径Ｚが異なる複数種類の光センサー８０を備えることで、表面粗さの間隔に応じたスポット径Ｚを有する光センサー８０を、複数種類の光センサー８０の中から選択することが可能となる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
８０ 光センサー
８２ プリズム
８４ 透過型回折格子
８６ 拡散フィルター
８８ 防塵シャッター
１００ 制御部
４２１ 中間転写ベルト

Claims (8)

1. 基材層に表面層が積層された積層構造を有し、トナー像が形成される像担持体の表面に対して、予め定められた検出条件に基づいて、検出光を照射するとともに、当該検出光が前記像担持体の表面で反射した反射光を受光する光センサーと、
   前記反射光の中に明干渉と暗干渉とがそれぞれ含まれるように、前記検出条件のうち少なくとも前記光センサーの主波長を制御するとともに、前記光センサーの出力に基づいて前記像担持体へのトナー付着量を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、式（１）を満たすように、前記主波長を制御する、
   画像形成装置。
   Ｘ＞ａ＊Δｄ（λｐ）・・・（１）
   〔式（１）中、Ｘは、最表層の表面粗さに関するパラメータを表し、ａは、１以上の任意の値を表し、λｐは、主波長を表し、Δｄ（λｐ）は、主波長λｐにおいて反射光の中に明干渉が含まれる場合の表面層の膜厚と暗干渉が含まれる場合の表面層の膜厚との間の差を表す〕
2. 前記制御部は、式（２）を満たすように、前記主波長を制御する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
   Ｎ－０．２５≦ａ≦Ｎ＋０．２５・・・（２）
   〔式（２）中、Ｎは、正の整数を表す〕
3. 前記制御部は、式（３）を満たすように、前記主波長を制御する、
   請求項２に記載の画像形成装置。
   ４≦Ｎ≦８・・・（３）
   〔式（３）中、Ｎは、整数を表す〕
4. 基材層に表面層が積層された積層構造を有し、トナー像が形成される像担持体の表面に対して、予め定められた検出条件に基づいて、検出光を照射するとともに、当該検出光が前記像担持体の表面で反射した反射光を受光する光センサーと、
   前記反射光の中に明干渉と暗干渉とがそれぞれ含まれるように、前記検出条件のうち少なくとも前記光センサーの主波長を制御するとともに、前記光センサーの出力に基づいて前記像担持体へのトナー付着量を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出条件としての前記光センサーの検出範囲を、最表層の表面粗さの間隔より大きくするように制御する、
   画像形成装置。
5. 白色光源からの光を分ける分光器をさらに備え、
   前記制御部は、前記式（１）を満たす前記主波長の光を、前記分光器により分けられた光から選択する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記主波長が互いに異なる複数の光センサーを備え、
   前記制御部は、前記複数の光センサーの中から、前記式（１）を満たす前記主波長を有する光センサーを選択する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
7. 拡散強度が互いに異なる複数の拡散フィルターをさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の拡散フィルターの中から、前記表面粗さの間隔より大きい検出範囲を得る拡散フィルターを選択する、
   請求項４に記載の画像形成装置。
8. 前記検出範囲が互いに異なる複数の光センサーを備え、
   前記制御部は、前記複数の光センサーの中から、前記表面粗さの間隔より大きい検出範囲を有する光センサーを選択する、
   請求項４に記載の画像形成装置。

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