JP2018092101A - 画像形成装置および入射角調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基層および表層を有する中間転写ベルトにおいてトナー付着量の検出を行う場合、トナー付着量を精度良く検出すること。
【解決手段】画像形成装置は、基層と、基層上に配置された光透過性を有する表面層とを有する像坦持体と、像坦持体に対して入射光を照射し、像坦持体で反射された反射光の反射強度に基づいて像坦持体上のトナー付着量を検出するトナー付着量検出部と、トナー付着量検出部を制御して像坦持体に複数の入射角で入射光を照射させ、反射強度の変動がより小さくなる入射角を、像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における入射光の入射角として決定する制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置および入射角調整方法に関する。

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）は、帯電した感光体ドラムに対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより、静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給す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。さらに、このトナー像を直接又は間接的に用紙に転写させた後、加熱、加圧して定着させることにより用紙に画像を形成する。

また、画像形成装置では、感光体ドラムまたは中間転写ベルト（像坦持体）においてトナー付着量をセンサーで光学的に検出し、検出結果に基づいて画像形成動作を制御し、画質の向上を図っている。例えば、特許文献１には、トナー付着量を検出するセンサーの測位位置および角度を変位させることによりトナー付着量を高精度に検出する技術が開示されている。

また、画像形成装置では、転写効率を向上させるために、例えば、ポリイミド（ＰＩ）から成る基層（基材層と呼ぶこともある）に対して、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とする表層（コート層と呼ぶこともある）を塗布した中間転写ベルトの使用が検討されている。これにより、中間転写ベルトにおけるトナー付着力が低減され、転写効率が向上する。

特開２００１−１７５０３９号公報

上述した基層および表層を有する中間転写ベルトにおいてトナー付着量の検出を行う場合、センサーの発光側から照射される入射光が基層および表層の各々で反射した反射光が互いに干渉し、センサーの受光側においてセンサーノイズが生じてしまう。しかしながら、従来のトナー付着量を検出する技術では、反射光の干渉によるセンサーノイズについて考慮されておらず、トナー付着量を精度良く検出することができないという問題がある。

本発明は、トナー付着量を精度良く検出することができる画像形成装置および入射角調整方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、
基層と、前記基層上に配置された光透過性を有する表面層とを有する像坦持体と、
前記像坦持体に対して入射光を照射し、前記像坦持体で反射された反射光の反射強度に基づいて前記像坦持体上のトナー付着量を検出するトナー付着量検出部と、
前記トナー付着量検出部を制御して前記像坦持体に複数の入射角で前記入射光を照射させ、前記反射強度の変動がより小さくなる入射角を、前記像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における前記入射光の入射角として決定する制御部と、
を備える。

本発明の一態様に係る入射角調整方法は、
基層と、前記基層上に配置された光透過性を有する表面層とを有する像坦持体に対して入射光を照射し、前記像坦持体で反射された反射光の反射強度に基づいて前記像坦持体上のトナー付着量を検出し、
前記像坦持体に複数の入射角で前記入射光を照射させ、前記反射強度の変動がより小さくなる入射角を、前記像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における前記入射光の入射角として決定する。

本発明によれば、トナー付着量を精度良く検出することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 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である。 本実施の形態に係るトナー付着量検出部および中間転写ベルトを示す図である。 中間転写ベルトにおいて生じる干渉の説明に供する図である。 本実施の形態に係るトナー付着量検出部で検出されるセンサーノイズの一例を示す図である。 本実施の形態に係る入射角に対するノイズ値の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例１に係るトナー付着量検出部で検出されるセンサーノイズの一例を示す図である。 本実施の形態の変形例２に係るトナー付着量検出部および中間転写ベルトを示す図である。 本実施の形態の変形例２に係るセンサー出力の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例３に係る中間転写ベルト上のトナー付着量検出部の移動の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例３に係るトナー付着量検出部で検出されるセンサーノイズの一例を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１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２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１、２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）の各色トナー画像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１（像坦持体）上で４色のトナー画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。なお、画像形成装置１は、単色の画像（例えばモノクロ画像）を形成する画像装置であってもよい。

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画像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２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及び制御部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を受信し、この画像データ（入力画像データ）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は、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できる。

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。図示及び説明の便宜上、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を添えて示すこととする。図１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、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

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。これにより、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。

現像装置４１２は、例えば、二成分逆転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。現像装置４１２は、感光体ドラム４１３と現像領域を介して対向するよう配置された現像スリーブを備えている。現像スリーブには、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光電導体を含有させた樹脂によりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

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、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、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。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

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、及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。

図３は、中間転写ベルト４２１の断面図である。図３に示すように、中間転写ベルト４２１は、基層４２１ａと、基層４２１ａ上に配置された表層４２１ｂとを有する。基層４２１ａは、例えば、ポリイミド（ＰＩ）等の樹脂材料が使用される。また、表層４２１ｂには、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とする材料が使用され、少なくとも、光透過性を有する。なお、基層４２１ａおよび表層４２１ｂに使用される材料はこれらに限定されるものではない。

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。

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。

ベルトクリーニング装置４２６は、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。なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用しても良い。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、及び加熱源６０Ｃ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材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。また、定着器Ｆには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材又は裏面側支持部材から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットが配置されていても良い。

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）があらかじ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等の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。

トナー付着量検出部７３は、中間転写ベルト４２１に対向し、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する。トナー付着量検出部７３には、例えば、ＩＤＣ（Image Density Control）センサー、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサーなどが用いられる。

例えば、図３に示すように、トナー付着量検出部７３は、発光素子７３１および受光素子７３２からなる光センサーを有する。発光素子７３１は、例えば、ＬＥＤであり、中間転写ベルト４２１に対して入射光を照射する。受光素子７３２は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）であり、中間転写ベルト４２１で反射された反射光を受光する。中間転写ベルト４２１では、中間転写ベルト４２１に付着したトナー量に応じた強度の光が反射される。例えば、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量が少ないほど、中間転写ベルト４２１ではより強い光が反射される。そこで、トナー付着量検出部７３は、受光素子７３２で受光した反射光の反射強度（例えば、電圧値）に基づいて、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する。すなわち、受光素子７３２で受光する反射光の反射強度が高いほど、トナー付着量検出部７３で検出されるトナー付着量はより少なくなる。

制御部１００は、トナー付着量検出部７３の検出結果（トナー付着量）に基づいて、画像形成部４０における転写動作（例えば、転写バイアスなど）等を制御する。

ところで、図３に示すように、基層４２１ａおよび表層４２１ｂを有する中間転写ベルト４２１では、表層４２１ｂの表面で反射する光と、表層４２１ｂを透過し、基層４２１ａで反射する光との干渉が発生する。この反射光の干渉によって受光素子７３２ではセンサーノイズが生じてしまう。

図４は、センサーノイズの発生メカニズムの説明に供する図である。

図４では、発光素子７３１（図示せず）から照射される入射光の波長（センサー波長）をλとし、表層４２１ｂの屈折率（コート層屈折率）をｎとし、表層４２１ｂの厚み（コート層厚み）をｄとする。また、光が表層４２１ｂの内部に入射する角度（屈折角）をθ_ｒとする。

この場合、表層４２１ｂの表面で反射する光と、表層４２１ｂを透過し、基層４２１ａで反射する光とが干渉する条件は、以下の式で表される。
２ｎｄｃｏｓθ_ｒ＝ｍλ・・・（１）
２ｎｄｃｏｓθ_ｒ＝（ｍ＋（１／２））λ・・・（２）

式（１）、（２）においてｍは０以上の整数（０，１，２，…）である。

ここで、中間転写ベルト４２１において基層４２１ａ上に塗布される表層４２１ｂの厚みには、ばらつき（例えば、ｎｍ〜μｍオーダー）が必ず生じてしまう。表層４２１ｂの厚みのばらつきにより、中間転写ベルト４２１では図４に示すような干渉条件にもばらつきが生じる。このため、中間転写ベルト４２１では、トナー付着量検出部７３によって検出されるトナー付着量にもばらつき（センサーノイズ）が生じる。

図５は、一例として、中間転写ベルト４２１の１周に相当する期間（経過時間）に渡ってトナー付着量検出部７３が検出した、反射強度（つまり、ベルト面の反射強度）に対応するセンサー出力値［Ｖ］を示す図である。図５に示すように、表層４２１ｂの厚みｄのばらつきに起因して、中間転写ベルト４２１上での光の干渉状態が変化し、中間転写ベルト４２１の位置によってセンサー出力値が異なることが分かる。トナー付着量検出部７３では、センサー出力値の変動量（例えば、最大値と最小値との差）がセンサーノイズ（図５ではノイズ値）として現れ、トナー付着量の検出精度を劣化させてしまう。

よって、トナー付着量を精度良く検出するためには、表層４２１ｂの厚みｄのばらつきに起因するセンサーノイズを低減することが望まれる。

ここで、式（１）、（２）に示すパラメーター（ｎ，ｄ，θ_ｒ，λ）のうち、屈折率ｎは表層４２１ｂに使用される材料によって定まる値であり、厚みｄは中間転写ベルト４２１の設計によって予め定まる値であり、波長λは発光素子７３１として使用されるセンサーによって定まる値である。つまり、これらのパラメーターは可変に制御できないパラメーターである。

一方、屈折角θ_ｒは、発光素子７３１から中間転写ベルト４２１（表層４２１ｂ）へ照射される入射光の入射角θ１に応じて変化する値である。つまり、式（１）、（２）に示すθ_ｒは、発光素子７３１から照射される入射光の入射角θ１によって制御可能なパラメーターである。換言すると、入射角θ１を制御して屈折角θ_ｒを変更することにより、式（１）、（２）に示す干渉条件、すなわち、センサーノイズの発生条件を変化させることができる。

そこで、本実施の形態では、トナー付着量検出部７３は、表層４２１ｂに照射する光の入射角θ１が可変となる発光素子７３１を備える。

また、トナー付着量検出部７３には、トナー付着量を検出するモード（トナー付着量検出モード）、および、中間転写ベルト４２１へ照射する光の入射角θ１を調整するモード（入射角調整モード）が設定される。

入射角調整モードにおいて、制御部１００は、トナー付着量検出部７３を制御して中間転写ベルト４２１に複数の入射角で入射光を照射させ、受光素子７３２で受光する反射光の反射強度の変動がより小さくなる入射角を、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する場合における入射光の入射角θ１として決定する。例えば、制御部１００は、複数の入射角θ１の候補について、受光素子７３２で受光する光の反射強度（プロファイル。図５に示すセンサー出力値）を用いてセンサーノイズに相当するノイズ値（図５に示すセンサー出力値の最大値と最小値との差）を算出し、センサーノイズが小さくなるように、入射角θ１を決定する。

なお、入射角調整モードは、例えば、画像形成装置１の初回動作時に実行されてもよく、中間転写ベルト４２１の交換時に実行されてもよく、所定のライフ経過毎に実行されてもよい。

以下、入射角調整モードにおける画像形成装置１の動作について詳細に説明する。

図３に示すように、入射角調整モードでは、制御部１００は、トナー付着量検出部７３の発光素子７３１から照射される入射光の入射角θ１の複数候補（図３では候補（ａ）、（ｂ）、（ｃ））においてセンサーノイズに対応するノイズ値を算出する。

なお、図３に示すように、制御部１００は、入射角θ１が何れの値の場合でも表層４２１ｂ上の照射位置Ｐに光が照射されるように、発光素子７３１の位置を調整する。また、図３に示すように、制御部１００は、入射角θ１の変化に応じて、発光素子７３１から照射される入射光の入射角θ１に対応する反射角θ２（つまり、θ２＝θ１）において反射光が受光素子７３２の受光面に垂直に受光されるように、受光素子７３２の位置を調整する。これにより、受光素子７３２は、入射角θ１が変化する場合でも、反射光を効率良く受光することができる。

このようにして、制御部１００は、入射角θ１の複数の候補の各々に対して、トナー付着量検出部７３で検出されたノイズ値（センサー出力値の最大値と最小値との差）を算出する。そして、制御部１００は、複数の候補の中から、算出したノイズ値が小さくなるように、入射角θ１を決定する。例えば、制御部１００は、ノイズ値が最小となるように、入射角θ１を決定する。

図６は、発光素子７３１の基準となる設置位置（例えば、取り付け時の位置）における入射角θ１＝０°とし、θ１の増減方向に５°（つまり、−５°〜＋５°）の範囲で１°ずつθ１を変化させた場合（つまり、候補数：１１個の場合）に算出されたノイズ値［Ｖ］の一例である。

図６では、ノイズ値が最小となる入射角θ１は＋３°（ノイズ値：０．１５［Ｖ］）である。よって、制御部１００は、トナー付着量検出部７３（発光素子７３１）に対して入射角θ１を＋３°に設定し、入射角調整モードを終了する。

トナー付着量検出部７３は、トナー付着量検出モードにおいて、入射角θ１＝＋３°でトナー付着量の検出処理を行う。これにより、トナー付着量検出部７３は、センサーノイズが最小となる状態で、中間転写ベルト４２１のトナー付着量を精度良く検出することができる。

上記実施の形態によれば、画像形成装置１は、基層４２１ａと、基層４２１ａ上に配置された光透過性を有する表層４２１ｂとを有する中間転写ベルト４２１と、中間転写ベルト４２１に対して入射光を照射し、中間転写ベルト４２１で反射された反射光の反射強度に基づいて中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出するトナー付着量検出部７３と、トナー付着量検出部７３を制御して中間転写ベルト４２１に複数の入射角で入射光を照射させ、反射強度の変動がより小さくなる入射角を、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する場合における入射角θ１として決定する制御部１００と、を備える。これにより、トナー付着量検出部７３は、センサーノイズ（例えば、反射強度の最大値と反射強度の最小値との差）が低減された状態でトナー付着量を検出することができる。よって、本実施の形態によれば、トナー付着量を精度良く検出することができる。

なお、制御部１００で決定される入射角θ１は、ノイズ値が最小となる入射角θ１に限らない。例えば、制御部１００は、トナー付着量検出においてセンサーノイズの影響を無視できるような所定値を予め設定し、算出したノイズ値が当該所定値以下となるような入射角θ１を決定してもよい。

また、上記実施の形態では、図３、図６に示すように、入射角調整モードにおいて入射角θ１を基準値（０°）から増減方向に変更する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されず、例えば、入射角θ１を基準値から一方方向（増加方向又は減少方向）のみに変更させてもよい。例えば、画像形成装置１の使用実績に伴い、表層４２１ｂ（コート層）の膜厚が減少する場合には、制御部１００は、入射角θ１を基準値から一定方向（例えば、増加方向）のみに変更させてもよい。

（変形例１）
上記実施の形態では、入射角調整モードにおけるノイズ値の算出時に、トナー付着量検出部７３が中間転写ベルト４２１の一周分のセンサー出力値を算出する場合について説明した。しかし、入射角調整モードにおける中間転写ベルト４２１の回転数は１周に限定されない。制御部１００は、中間転写ベルト４２１を少なくとも１回転させた場合のノイズ値が小さくなるように、入射角θ１を決定すればよい。

変形例１では、入射角調整モードにおいて中間転写ベルト４２１を複数回転させる場合について説明する。なお、変形例１において、ノイズ値に基づいて入射角θ１を決定する方法は、上記実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図７は、変形例１の一例として、中間転写ベルト４２１の３周分のセンサー出力値の一例を示す。なお、入射角調整モードにおける中間転写ベルト４２１の回転数は３周に限らず、他の回転数でもよい。

図７では、制御部１００は、中間転写ベルト４２１の３周分のセンサー出力値における最大値と最小値との差をノイズ値として算出する。制御部１００は、入射角θ１の複数の候補の各々に対して、図７に示すノイズ値を算出する。

ここで、中間転写ベルト４２１では、回転時に回転軸方向への揺れ（蛇行）が発生する。よって、中間転写ベルト４２１の蛇行に起因して、トナー付着量検出部７３のセンサー出力値は、中間転写ベルト４２１の回転毎に異なる可能性がある。

これに対して、変形例１によれば、制御部１００は、入射角調整モード時に、中間転写ベルト４２１を複数回転させることにより、中間転写ベルト４２１の蛇行の影響が平均化されるので、ノイズ値の算出精度を向上させることができる。すなわち、変形例１によれば、入射角θ１の調整精度を向上させ、トナー付着量を精度良く検出することができる。

（変形例２）
上記実施の形態では、図３に示すように、入射角θ１を変化させる際に発光素子７３１から照射される入射光の照射位置Ｐが同一である場合について説明した。

これに対して、変形例２では、入射角θ１を変化させる際に発光素子７３１から照射される入射光の照射位置は、入射角θ１の候補毎に異なる場合について説明する。変形例２では、さらに、受光素子７３２の設置位置が固定される場合について説明する。

なお、変形例２において、ノイズ値を算出する方法、および、ノイズ値に基づいて入射角θ１を決定する方法は、上記実施の形態又は変形例１の方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図８は、変形例２における入射角調整モードの動作例を示す。

図８に示すように、トナー付着量検出部７３は、発光素子７３１および受光素子７３２に加え、集光レンズ７３３を備える。

発光素子７３１は、表層４２１ｂに光を照射する入射角θ１が可変となるように構成される。変形例２では、制御部１００は、入射角θ１の変化に伴い、表層４２１ｂ上の光の照射位置（Ｐ１〜Ｐ３）が変化するように、発光素子７３１の位置を調整する。一方、受光素子７３２は、所定の設置位置に固定される。例えば、図８では、受光素子７３２は、反射角θ２’（所定の反射角）の場合に、反射光が受光素子７３２の受光面に垂直に受光される位置に固定して設置されている。つまり、変形例２では、θ１は可変の値であり、θ２’は固定の値である。

集光レンズ７３３は、中間転写ベルト４２１で複数の入射角（入射角θ１の候補）で反射された全ての反射光を受光素子７３２が受光できるように、中間転写ベルト４２１の反射光を所望の位置に集光する。これにより、受光素子７３２は、設置位置が固定された場合でも、発光素子７３１から照射される入射光の反射光を受光することができる。

ただし、入射角θ１によっては受光素子７３２で受光する光の光量が不足する場合がある。具体的には、θ１＝θ２’の場合の受光素子７３２での反射光の光量が最大となり、θ１とθ２’との差が大きくなるほど、受光素子７３２で受光される反射光の光量が低減していく。

そこで、制御部１００は、図９に示すように、入射角θ１の変化に応じて、発光素子７３１から照射される入射光の出力レベル（必要センサー出力）を変更する。具体的には、制御部１００は、発光素子７３１から照射される入射光の反射光が受光素子７３２の受光面に受光される反射角に対応する入射角（第１入射角）と、発光素子７３１から照射される入射光の反射光が受光素子７３２の受光面に垂直に受光される反射角に対応する入射角（第２入射角）との差が大きいほど、発光素子７３１が出力する入射光の出力レベルを高く設定する。

例えば、制御部１００は、反射光が受光素子７３２の受光面に垂直に受光される反射角θ２’に対応する入射角θ１（＝θ２’。第２入射角）と、決定した入射角θ１（第１入射角）との差が大きいほど、発光素子７３１が照射する入射光の出力レベル（必要センサー出力）を高く設定する。なお、図９では、θ１＝θ２’となる入射角（上記第２入射角）をセンサー角度＝０°と表す。

つまり、図９に示すように、制御部１００は、θ１＝θ２’の場合の発光素子７３１の出力レベルを最小として、入射角θ１が増減方向に大きくなるほど、発光素子７３１の出力レベルをより高く設定する。これにより、θ１＝θ２’の状態を基準として、入射角θ１が増減方向に大きくなるほど、発光素子７３１から照射される入射光の出力レベルを高くすることにより、受光素子７３２で受光される光量が小さくなる分を補っている。

例えば、制御部１００は、入射角調整モードにおいて入射角θ１の各候補でノイズ値を算出する前に、発光素子７３１を発光させて受光素子７３２で受光する光の光量を測定することにより、受光素子７３２で十分な光量を受光できるように発光素子７３１の出力レベルを調整してもよい。

変形例２によれば、受光素子７３２は、十分な光量の反射光を受光することができるので、制御部１００は、入射角θ１の調整を精度良く行うことができる。

なお、変形例２では、入射角θ１に応じて発光素子７３１の出力レベルを設定する場合について説明したが、これに限定されず、入射角θ１に応じて受光素子７３１が出力する反射強度（プロファイル）を設定してもよい。具体的には、制御部１００は、発光素子７３１から照射される入射光の反射光が受光素子７３２の受光面に受光される反射角に対応する入射角（第１入射角）と、発光素子７３１から照射される入射光の反射光が受光素子７３２の受光面に垂直に受光される反射角に対応する入射角（第２入射角）との差が大きいほど、受光素子７３２が出力する反射強度を高く設定する。すなわち、受光素子７３２で受光される光量が小さくなる分を増幅処理によって補ってもよい。

（変形例３）
変形例３では、トナー付着量検出部７３が、中間転写ベルト４２１の回転軸方向に移動可能とする場合について説明する。

なお、変形例３において、ノイズ値を算出する方法は、上記実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図１０は、変形例３に係る中間転写ベルト４２１上のトナー付着量検出部７３の移動を示す図である。

図１０では、トナー付着量検出部７３は、中間転写ベルト４２１の回転軸方向に移動可能である。制御部１００は、入射角調整モード時に、トナー付着量検出部７３が中間転写ベルト４２１の回転軸方向の所定の位置（図１０では、Ｐｏｓ．１〜７）に位置する状態でノイズ値を算出する。なお、入射角調整モードを実行する際のトナー付着量検出部７３の位置は、図１０に示す例（等間隔に７箇所）に限定されず、７箇所以外の複数箇所でもよく、不等間隔な位置でもよい。

そして、制御部１００は、受光素子７３２が出力する反射強度の変動（つまり、ノイズ値）がより小さくなる入射角およびトナー付着量検出部７３の位置を、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する場合における入射光の入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置として決定し、入射角調整モードを終了する。トナー付着量検出モードでは、トナー付着量検出部７３は、決定された位置及び入射角θ１においてトナー付着量の検出処理を行う。

図１１は、発光素子７３１の基準となる設置位置（例えば、取り付け時の位置）における入射角θ１＝０°とし、θ１の増減方向に２°（つまり、−２°〜＋２°）の範囲で０．５°ずつθ１を変化させた場合（つまり、候補数：９個の場合）の位置（Ｐｏｓ．１〜７）においてそれぞれ算出されたノイズ値［Ｖ］の一例である。

図１１では、ノイズ値が最小となる入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置の組み合わせは、θ１＝＋１．０°およびＰｏｓ．５の組み合わせ（ノイズ値：０．０８［Ｖ］）である。よって、制御部１００は、トナー付着量検出部７３（発光素子７３１）に対して入射角θ１を＋１．０°に設定し、トナー付着量検出部７３の位置を図１０に示すＰｏｓ．５に設定し、入射角調整モードを終了する。

トナー付着量検出部７３は、トナー付着量検出モードにおいて、入射角θ１＝＋１．０°、位置Ｐｏｓ．５でトナー付着量の検出処理を行う。これにより、トナー付着量検出部７３は、センサーノイズが最小となる状態で、中間転写ベルト４２１のトナー付着量を精度良く検出することができる。

なお、画像形成装置１の仕様として、連続プリント時の濃度変動を極力抑えつつ、トナー付着量を精度良く検出する必要がある場合、制御部１００は、入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置を設定可能なノイズ値の上限値を予め設定してもよい。

例えば、入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置を設定可能なノイズ値の上限値を０．１［Ｖ］とした場合、制御部１００は、ノイズ値が０．１［Ｖ］以下となる入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置の組み合わせの中から１つを選択する。なお、上限値は０．１［Ｖ］に限定されるものではない。

例えば、図１１では、ノイズ値が０．１［Ｖ］となるのは、Ｐｏｓ．５の入射角θ１＝０．５°、１．０°、１．５°の範囲である。そこで、制御部１００は、ノイズ値が０．１［Ｖ］となる組み合わせのうち、ノイズ値が最小となるθ１＝＋１．０°およびＰｏｓ．５の組み合わせを選択してもよい。

または、変形例２で説明したように、中間転写ベルト４２１に照射される入射光の照射位置が入射角θ１によって異なり、受光素子７３２の位置が固定される場合など、発光素子７３１の光量を調整する必要がある場合には、制御部１００は、ノイズ値が０．１［Ｖ］となる組み合わせのうち、入射角θ１の変更（つまり、第２入射角θ１＝０°との差）が最も小さくなるθ１＝＋０．５°およびＰｏｓ．５の組み合わせを選択してもよい。これにより、発光素子７３１の出力レベルの増加を抑えて消費電力の増加を防止することができる。

また、図１１では、トナー付着量検出部７３が移動可能な複数の位置において算出したノイズ値を用いて入射角θ１を決定する場合について説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、制御部１００は、トナー付着量検出部７３が移動可能な複数の位置のうち、１つの位置において算出したノイズ値が上限値（例えば、０．１［Ｖ］）より大きくなる場合に、トナー付着量検出部７３を他の位置に移動させて、ノイズ値が上限値以下となる入射角θ１および位置を探索してもよい。これにより、入射角調整モードにおける処理量を削減することができる。また、制御部１００は、トナー付着量検出部７３が移動可能な全ての位置においてノイズ値が上限値以下となる入射角θ１および位置が存在しない場合、算出した全てのノイズ値のうち、最小となるノイズ値に対応する入射角θ１およびトナー付着量検出部７３の位置を選択してもよい。

以上、本実施の形態の各変形例について説明した。

なお、トナー付着量検出部７３は、中間転写ベルト４２１に限らず、感光体ドラム４１３などの像担持体上におけるトナー像の付着量を検出してもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を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
１０ 画像読取部
２０ 操作表示部
２１ 表示部
２２ 操作部
３０ 画像処理部
４０ 画像形成部
５０ 用紙搬送部
６０ 定着部
７１ 通信部
７２ 記憶部
７３ トナー付着量検出部
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ

Claims (10)

1. 基層と、前記基層上に配置された光透過性を有する表面層とを有する像坦持体と、
   前記像坦持体に対して入射光を照射し、前記像坦持体で反射された反射光の反射強度に基づいて前記像坦持体上のトナー付着量を検出するトナー付着量検出部と、
   前記トナー付着量検出部を制御して前記像坦持体に複数の入射角で前記入射光を照射させ、前記反射強度の変動がより小さくなる入射角を、前記像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における前記入射光の入射角として決定する制御部と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記反射強度の最大値と最小値との差が小さくなるように、前記像坦持体に対する前記入射角を決定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー付着量検出部は、発光素子および受光素子を有し、
   前記制御部は、前記発光素子から照射される前記入射光の前記入射角に対応する反射角において前記反射光が前記受光素子の受光面に垂直に受光されるように、前記受光素子の位置を調整する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー付着量検出部は、発光素子、および、設置位置が固定された受光素子を有し、
   前記制御部は、前記発光素子から照射される前記入射光の前記反射光が前記受光素子の受光面に受光される反射角に対応する第１入射角と、前記発光素子から照射される前記入射光の反射光が前記受光素子の受光面に垂直に受光される反射角に対応する第２入射角との差が大きいほど、前記発光素子が出力する前記入射光の出力レベルを高く設定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー付着量検出部は、発光素子、および、設置位置が固定された受光素子を有し、
   前記制御部は、前記発光素子から照射される前記入射光の反射光が前記受光素子の受光面に受光される反射角に対応する第１入射角と、前記発光素子から照射される前記入射光の反射光が前記受光素子の受光面に垂直に受光される反射角に対応する第２入射角との差が大きいほど、前記受光素子が出力する反射強度を高く設定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記像坦持体は、中間転写体である、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記差が最小となるように、前記入射角を決定する、
   請求項２に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、前記像坦持体を少なくとも１回転させた場合の前記差が小さくなるように、前記入射角を決定する、
   請求項２に記載の画像形成装置。
9. 前記トナー付着量検出部は、発光素子および受光素子からなる光センサーを有し、
   前記制御部は、前記像坦持体の回転軸方向に前記光センサーを移動させて、前記反射強度の変動がより小さくなる入射角、および、前記光センサーの位置を、前記像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における前記入射光の入射角および前記光センサーの位置として決定する、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の画像形成装置。
10. 基層と、前記基層上に配置された光透過性を有する表面層とを有する像坦持体に対して入射光を照射し、前記像坦持体で反射された反射光の反射強度に基づいて前記像坦持体上のトナー付着量を検出し、
    前記像坦持体に複数の入射角で前記入射光を照射させ、前記反射強度の変動がより小さくなる入射角を、前記像坦持体上のトナー付着量を検出する場合における前記入射光の入射角として決定する、
    入射角調整方法。

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