JPH10171184A

JPH10171184A - 画像形成プロセス制御装置

Info

Publication number: JPH10171184A
Application number: JP8328477A
Authority: JP
Inventors: Fukashi Okuyama; 奥士奥山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置毎のパッチ検出出力のバラツキ
を低減して色安定性を維持することができる画像形成プ
ロセス制御装置の提供を目的とする。【解決手段】発光ダイオード２２１からの入射光線が
像形成体１０に担持したパッチ面と交わる入射点から反
射する反射光線を受光するホトトランジスタ２２２を配
置し、当該ホトトランジスタ２２２からの出力信号に基
づいて画像形成プロセスを制御する画像形成プロセス制
御回路２００で、発光ダイオード２２１の発光点と入射
点とホトトランジスタ２２２の受光点とのなす挟み角を
４０°〜１００°とし、入射点におけるパッチ面との法
線と発光点とのなす角度と前記法線と受光点とのなす角
度との差が１０°以内とし、かつ、発光ダイオード２２
１とホトトランジスタ２２２の焦点位置を像形成体１０
表面から±５ｍｍ以内に設定してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像形成体の周面に
配置した複数の現像器によって順次単色のカラートナー
像を像形成体に重ね合わせ、該カラートナー像を記録紙
に転写するカラー画像形成の画像形成プロセス条件を制
御する画像形成プロセス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式の画像形成装置とし
て、半導体レーザーをはじめ、６００ｎｍ以上８５０ｎ
ｍ以下の波長域に主たるエネルギーピークを持つＬＥ
Ｄ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＬＣＤ（液晶
シャター）などを書き込み光源として画像部分の感光体
表面をレーザー露光し、例えばイエロー（Ｙ），マゼン
タ（Ｍ），シアン（Ｃ）および黒（ＢＫ）の各現像剤を
収容する４個の現像器による反転現像によって形成した
単色のトナー像を像形成体上に重ね合わせることによっ
てカラーのトナー像を形成し、これを記録紙上に転写し
てカラー画像の記録を行うカラー複写機、カラープリン
タが提案されている。

【０００３】斯かるカラー画像プロセスで重ね合わせて
形成されるカラーのトナー像は、色安定性が重要であ
る。従って、各単色のトナー像が、カラー画像の構成上
それぞれバランスのとれた画像濃度に現像されているか
否か、さらにその画像濃度が多量のコピーに際しても安
定して維持されるか否かによってその画質すなわちカラ
ーバランスの再現性が大きく左右されるため、かかるカ
ラー画像形成装置には各単色のトナー像の画像濃度を管
理する制御手段が設けられる。

【０００４】斯かる濃度管理の制御手段は、像形成体の
非画像領域に各単色のカラートナー像に対応する特定濃
度のパッチを形成し、このカラーパッチの濃度を発光素
子と受光素子からなる画像濃度センサで検出した出力信
号に基づいて現像器のバイアス電圧あるいはカラートナ
ー濃度を制御するものや、あるいは装置内の湿度に応じ
て現像器の現像スリーブの回転数を制御する方法が挙げ
られ、それ等に関しては特開昭５７−４０２７９号、特
開平２−１８６３６８号の各号の公報による提案がすで
に開示されている。かかる濃度管理の制御手段は、イエ
ロー、マゼンタ、シアン、ブラックの一次色及びレッ
ド、グリーン、ブルーの二次色すべての色安定性を満足
すべく、一次色を感度よく検出する必要がある。イエロ
ー、マゼンタ、シアンの色安定性は、ブラックと異な
り、適性範囲の付着量を得るようなプロセス制御とする
必要がある。従って、濃度の一定性を重きをおいていた
黒色の画像再現よりも高い精度でプロセス条件を制御す
る必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像濃
度センサは、例えば発光ダイオードとホトトランジスタ
との受光面の中心が所定の角度をなすような溝をケーシ
ングに形成し、当該溝に発光ダイオード及びホトトラン
ジスタに嵌入し、ケーシングは基板を介して像形成体の
表面に水平でかつ、像形成体の中心に対向するように像
形成体表面から所定の間隙となるように複写機やプリン
タに設置している。このため、ケーシングに形成する溝
の機械精度や嵌入する際の不良によって所定の投受光関
係が得られない場合がある。更に像形成体との間隔も正
確に設定しづらかった。

【０００６】フレネルの反射の法則に従って反射光線は
入射面内の法線に関して入射光線と反対側にあり、か
つ、入射角と反射角が相等しくなった投受光関係にあれ
ば、一般に最高強度の光線をホトトランジスタで受光す
ることができる。パッチから反射する光線は、トナーの
形状やトナー透過率等により正反射する光線のみなら
ず、拡散する光線もあるので、投受光関係が崩れれば、
ホトトランジスタから得られる出力信号は弱くなる。こ
れでは複写機やプリンタ毎に画像濃度センサからの出力
にバラツキを生じて適正なプロセス制御を行えず、カラ
ーバランスを安定させることができない。

【０００７】本発明の目的は、上記技術的課題に鑑み、
受光素子からの出力信号を検知精度を低下させない組み
立て精度の範囲を広げることにより精度管理を緩やかに
できる画像形成プロセス制御装置の提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
によって達成される。

【０００９】（１）発光素子からの入射光線が像形成
体に担持したパッチ面と交わる入射点から反射する反射
光線を受光する受光素子を配置し、パッチを形成しない
状態の像形成体表面から反射光量を前記発光素子からの
発光量で調整し所定値に設定した後に前記発光素子から
の入射光線が前記像形成体に担持したパッチ面と交わる
入射点から反射する反射光線を受光する前記受光素子か
らの出力信号に基づいて画像形成プロセスを制御する画
像形成プロセス制御装置であって、前記発光素子の発光
点と前記入射点と受光素子の受光点とのなす挟み角を４
０°〜１００°とし、前記入射点におけるパッチ面との
法線と発光点とのなす角度と前記法線と受光点とのなす
角度との差が１０°以内とし、かつ、発光素子と受光素
子の焦点位置を像形成体表面から±５ｍｍ以内に設定し
てあることを特徴とする画像形成プロセス制御装置。か
かる構成により、受光素子からの出力信号を検知精度を
低下させない組み立て精度の範囲を広げることができた
ので、精度管理を緩やかにできる。

【００１０】（２）前記パッチから２０個以上のサン
プリングデータを得て、当該サンプリングデータの相加
平均によって画像形成条件を制御することを特徴とする
（１）の画像形成プロセス制御装置。かかる構成を備え
ることにより、像形成体を構成する導電性支持体の面粗
度、ＣＧＬ層の厚さの不均一、ＣＴＬ層の凹凸及び受光
素子の受光部のよごれに起因したノイズを更に軽減でき
るので、パッチの正しい濃度検出とそれに基づく適正な
色安定性を維持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本実施の形態の画像形成プロセス
制御装置を適用するに好ましい画像形成プロセスと、斯
かるプロセスを実施可能な画像形成装置の概略構成を図
１を参照して説明する。

【００１２】図１は本実施の形態における画像形成プロ
セス制御装置を適用可能な画像形成装置を示した概略断
面図である。

【００１３】各構成部材の説明に先立ちカラー画像形成
プロセスについて説明する。

【００１４】像形成体１０は接地した状態で時計方向に
駆動回転する。帯電器１２による帯電に先だって、前プ
リントまでの像形成体１０の感光体の履歴をなくすため
に発光ダイオード等を用いたＰＣＬ１１による露光を行
って像形成体１０の周面を除電する。帯電器１２は像形
成体１０の周面に対しＶ_Hの一様な電位Ｖ_Gに保持された
グリッドと、コロナ放電ワイヤによるコロナ放電によっ
てイオンを付与する。

【００１５】像形成体１０面への一様帯電後、書き込み
ユニット１３により画像信号に基づいた像露光が行われ
る。書き込みユニット１３は、（図２を参照）半導体レ
ーザ１３１を発光し回転するポリゴンミラー１３４、ｆ
θレンズ１３５等を経て反射ミラー１３７により光路を
曲げられ走査するもので、像形成体１０の回転（副走
査）によって潜像が形成される。なお、画像部に対して
露光を行ない、画像部の方が低電位となるような反転潜
像を形成する。

【００１６】先ず１色目のイエロー（Ｙ）の現像がマグ
ネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブ
１４１によって行われる。現像剤が層形成手段によって
現像スリーブ１４１上に層厚の規制された現像剤を現像
域へと搬送される。

【００１７】現像域における現像スリーブ１４１と像形
成体１０との間隙は層厚（現像剤）よりも大きい０．２
〜１．０ｍｍとして、この間に交流バイアスＶ_ACと直流
バイアスＶ_DCが重畳して印加される。トナーの帯電電位
は直流バイアスＶ_DCと交流バイアスＶ_ACと同極性である
ため、交流バイアスＶ_ACによってキャリアから離脱する
きっかけを与えられたトナーは直流バイアスＶ_DCより電
位の高い静電潜像Ｖ_Hの部分には付着せず、直流バイア
スＶ_DCより電位の低い静電潜像Ｖ_L部分に付着し顕像化
（反転現像）が行われる。

【００１８】１色目の顕像化が終った後２色目の画像形
成行程にはいり、再びスコロトロン帯電器１２による一
様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が書き
込みユニット１３によって形成される。このとき１色目
の画像形成行程で行われたＰＣＬ１１による除電は、１
色目の画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な
低下により飛び散るため行わない。

【００１９】再び像形成体１０周面の全面に亘ってＶ_H
の電位となった感光体のうち、１色目の画像のない部分
に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行われ
るが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行う部
分では、１色目の付着したトナーにより遮光とトナー自
身のもつ電荷によってＶ_M′の潜像が形成され、Ｖ_DCと
Ｖ_M′の電位差に応じた現像が行われる。この１色目と
２色目の画像の重なりの部分では１色目の現像をＶ_Ｌの
潜像をつくって行うと、１色目と２色目とのバランスが
崩れるため、１色目の露光量を減らしてＶ_H＞Ｖ_M′＞Ｖ
_Lとなる中間電位とすることもある。

【００２０】３色目、４色目についても２色目と同様の
画像形成行程が行われ、像形成体１０周面上には４色の
顕像が形成される。

【００２１】一方給紙カセット１５より半月ローラ１６
を介して搬出された記録紙Ｐは一旦停止し、転写のタイ
ミングの整った時点で給紙ローラ１７の回転作動により
転写域へと給紙される。

【００２２】転写域においては転写のタイミングに同期
して像形成体１０の周面に転写ローラ１８が圧接され、
給紙された記録紙を挟着して多色像が一括して転写され
る。

【００２３】次いで記録紙はほぼ同時に圧接状態とされ
た分離ブラシ１９によって除電され像形成体１０の周面
により分離して定着装置２０に搬送され、熱ローラ２０
１と圧着ローラ２０２の加熱、加圧によってトナーを溶
着したのち排紙ローラ２１を介して装置外部に排出され
る。転写ローラ１８および分離ブラシ１９は記録紙の通
過後像形成体１０の周面より退避離間して次なるトナー
像の形成に備える。

【００２４】一方記録紙を分離した像形成体１０は、ク
リーニング装置２２のブレード２２１の圧接により残留
トナーを除去・清掃し、再びＰＣＬ１１による除電と帯
電器１２による帯電を受けて次なる画像形成のプロセス
に入る。なお、ブレード２２１は感光体面のクリーニン
グ後直ちに移動して像形成体１０の周面より退避する。

【００２５】以上が本実施の形態におけるカラー画像形
成プロセスである。

【００２６】次に前述したカラー画像形成プロセスを実
行する画像形成装置の主要構成部材の機能，性能の特徴
を図１〜図４を参照して説明する。

【００２７】像形成体１０は、導電性支持体上に中間層
塗布液を塗布し、これを乾燥硬化して中間層を形成し、
その上に感光層を形成した電子写真感光体があり、Ａ４
判サイズの転写材を使用して長手（２９７ｍｍ）方向に
搬送するために半径を４０ｍｍ以上にしてある。斯かる
４０ｍｍ以上の半径であれば、像書き込み中や転写ロー
ラ１８が圧着又は解除されても像にずれを生じないよう
にするためにも必要とされるものである。なお、導電性
支持体は接地してある。像形成体１０は約７５〜１００
ｍｍ／ｓｅｃの線速度で矢示方向に回転する（−）帯電
の塗布型ＯＰＣから成るφ８０〜φ１２０ｍｍのドラム
状の感光体であり、像形成体１０の回転軸に位相を検出
するためのエンコーダ（図示せず）を設けてあり、エン
コーダ（図示せず）は像形成体１０の位相を示す位相信
号をＣＰＵ２５０に送出している。

【００２８】導電性支持体は、従来公知のもの、例えば
アルミニウム、ステンレススチール等の金属基体等、あ
るいは金属酸化物等の導電性粉末を樹脂層に分散した導
電層などが挙げられ、所定の表面粗さをもつものが用い
られる。支持体表面に粗さを与える加工方法としては、
特に方法は問わない。例えば、金属基体については、化
学エッチング、電気メッキなどの化学的方法、蒸着、ス
パッタリングなどの物理的方法、旋盤加工などの機械的
方法などが例としてあげられる。また、ある種の樹脂導
電層のように、層中に含有する導電性粉末等の構成材料
の形状や存在状態の影響により凹凸を生じ、表面粗さを
もつものでもよい。支持体表面の凹凸の断面形状は、Ｖ
字型状、Ｕ字型状、鋸刃形状等をはじめ、それ以外の不
規則な形状でもよく、特に限定されるものではない。

【００２９】中間層は、金属アルコキシド化合物や有機
金属化合物の有機金属化合物と、シランカップリング剤
を主成分としたものを、溶媒に溶かし塗布液とする。こ
の液を塗布、乾燥硬化して形成される。

【００３０】ＣＧＭは長波長領域でも充分な分光感度を
もつことにより、微少な露光量の差にも対応して忠実に
電荷を発生することが必要であることから、コントラス
トや解像度の優れた画像を形成することができる。この
ような諸特性を考えあわせて、ＣＧＭとしてはチタニル
フタロシアニン（ＴｉＯＰｃと略することがある）が最
も好適である。

【００３１】帯電器１２は例えば帯電ワイヤとして白金
線（クラッド又はアロイ）を採用したスコロトロン帯電
器、又は鋸歯電極或いはブラシ電極のいずれかを現像器
１４と転写ローラ１８の間に配置してあり、潜像形成プ
ロセスに先立ち像形成体１０をＶ_H−７５０Ｖに均一帯
電して階調再現性等を調整することによりカブリ防止等
を行うものである。

【００３２】図２は書き込みユニットの概略構成を示し
た平面図である。

【００３３】書き込みユニット１３は、プリンターコマ
ンドを解読するフォーマッタからの画像データをレーザ
ダイオード（ＬＤ）変調回路に送り、変調された画像信
号により半導体レーザ１３１を発光して２０ＭＨｚのド
ットクロックで像形成体１０上をライン走査して潜像を
形成するものであり、半導体レーザ１３１とコリメータ
レンズ１３２とポリゴンミラー１３４及びｆθレンズ１
３５と第１のシリンドリカルレンズ１３３及び第２のシ
リンドリカルレンズ１３６を備え、パルス幅変調した変
調信号で半導体レーザ１３１を発振させ、レーザ光を所
定速度で回転するポリゴンミラー１３４で偏向させ、ｆ
θレンズ１３５及び第１のシリンドリカルレンズ１３３
及び第２のシリンドリカルレンズ１３６によって像形成
体１０上に６００ＤＰＩ（約６０×８０μｍ）相当にす
るスポットに絞って走査するものである。

【００３４】半導体レーザ１３１はＧａＡｌＡｓ等が用
いられ、最大出力１０ｍＷであり、光効率２５％であ
り、拡がり角として接合面平行方向８〜１６°、接合面
垂直方向２０〜３６°である。なお、カラートナーを順
次重ね合わせることもあるので、着色トナーによる吸収
の少ない波長光による露光が好ましく、この場合の波長
は７８０ｎｍである。

【００３５】ポリゴンミラー１３４は、偏向光学系に相
当するものであり、ビームを集光すると共に走査面の平
坦化を実現するためにペッパール和と非点隔差を小さく
するものであり、６面のポリゴン面を設け、書き込み密
度６００ｄｐｉで２３６００（ｒｐｍ）の回転数で回転
する。

【００３６】ｆθレンズ１３５は走査面の平坦化を実現
するためにペッパール和と非点隔差を小さくし、像面湾
曲を除去するものである。

【００３７】第１のシリンドリカルレンズ１３３と第２
のシリンドリカルレンズ１３６は、補正光学系に相当す
るものであり、ポリゴンミラー１３４の面倒れ誤差によ
る走査線のピッチむらを低減する。これにより、ポリゴ
ン倒れ角１２０秒Ｐ−Ｐであり、倒れ角補正率１´２０
以上となる。第２のシリンドリカルレンズ１３６はビー
ムを像形成体１０上に結像するものである。

【００３８】画像データ出力部は、変調回路（図示せ
ず）と、ＬＤ駆動回路（図示せず）、同期系としてイン
デックスセンサ１３８及びインデックス検出回路（図示
せず）、ポリゴンドライバ（図示せず）を設けてある。

【００３９】変調回路は、参照波と所定ビットからなる
記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号とを比較し
多値化するものである。このようにして得られる変調信
号はＬＤ駆動回路の駆動信号となる。ＬＤ駆動回路は、
変調信号で半導体レーザ１３１を発振させるものであ
り、半導体レーザ１３１からのビーム光量に相当する信
号がフィードバックされ、その光量が一定となるように
駆動するものであり、半導体レーザ１３１に導通する電
流を変更することができるようになっている。これによ
り、潜像電位を調整することができる。同期系は、偏向
光学系からのビームを反射するミラーを介してインデッ
クスセンサ１３８に入射する。インデックスセンサ１３
８はビームに感応して電流を出力し、当該電流はインデ
ックス検出回路で電流／電圧変換してインデックス信号
として出力する。このインデックス信号により所定速度
で回転するポリゴンミラー１３４の面位置を検知し、主
走査方向の周期によって、ラスタ走査方式で変調信号に
よる光走査を行う。

【００４０】像形成体１０周縁に図１に示すようにイエ
ロー、マゼンタ、シアン、黒色等のトナーとキャリアと
からなる二成分現像剤を装填した現像器１４が設けられ
てある。

【００４１】図３は現像器の概略構成を示した断面図で
ある。

【００４２】現像器１４は、平均粒径約８．５μｍのポ
リエステル系材料からなるトナーと平均粒径３０μｍの
フェライト系コーティングキャリアとをトナー濃度７〜
９％に制御した現像剤を撹拌スクリュウ１４２を回転す
ることにより撹拌して所定の帯電量（Ｑ／Ｍ）に設定し
た後、マグネットローラの外側にあって所定の回転数で
像形成体１０に対して正回転する現像スリーブ１４１の
外周に層厚規制部材１４４によって層規制された磁気ブ
ラシを形成し、現像スリーブ１４１には１．７ＫＶ，８
ＫＨ_Z交流バイアスと−６５０Ｖの直流バイアスが印加
されて、像形成体１０に対向した現像領域の潜像をトナ
ー像に顕像化するものである。なお、現像間隙は０．４
６ｍｍである。

【００４３】現像器１４は、像形成体１０と対向する筺
体の開口付近に直径２０（ｍｍ）の現像スリーブ１４１
で覆ったマグネットローラの回動軸を筺体の側壁に嵌入
してあり、その後方に直径１６（ｍｍ）の撹拌スクリュ
ウ１４２、供給ローラ１４３の駆動軸を筺体の側壁に嵌
入してあり、これら現像スリーブ１４１，撹拌スクリュ
ウ１４２、供給ローラ１４３の駆動軸は例えば歯車を介
して駆動系（図示せず）に接続することにより、回転数
を変更することができるようになっている。この制御動
作はＣＰＵ２５０によって行われる。この機能を利用し
て例えば現像スリーブ１４１の回転軸を例えば２００
（ｒｐｍ），２５０（ｒｐｍ），３００（ｒｐｍ）に変
更して一定の現像時間における現像剤の供給量を制御す
ることにより現像後の反射濃度をに基づいて画像濃度を
調整するようにしている。

【００４４】図４は各色のトナー特性を示すグラフであ
る。図４に示すように縦軸に透過率（％）、横軸に波長
で示したものである。

【００４５】各トナーのイエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）に於いて、波
長によって光透過率を大きく異にするため、パッチの画
像濃度が一定であっても検出される濃度信号に差異が生
ずる。このトナーの光透過率の差は、パッチの形成に際
し例えば書き込みユニット１３から出力されるＬＥＤの
印加電圧Ｖ_LEDを調整してＬＥＤの発光パワーをトナー
の色に応じて切り替える等の措置によって補正するよう
にしてある。

【００４６】転写ローラ１８は、ステンレス鋼棒からな
る軸体と、その外周にポリウレタンゴム、シリコーンゴ
ム、スチレンブタジエン共重合体エラストマー、オレフ
ィン系エラストマー等の樹脂材をセルサイズ１０〜３０
０μｍ程度の発砲タイプ若しくは連泡タイプで形成し、
更に前述の樹脂材に導電性付与材としてカーボンブラッ
ク等の無機物及び又は有機導電剤を混合させた電化供給
可能な導電性とした弾性部材とから構成してある。弾性
部材としてカーボンブラックを含有した発砲ポリウレタ
ン系樹脂のルビセルローラ（トーヨーポリマー（株）製
造）を用いた。転写ローラ１８の電気抵抗は２×１０⁸
Ω、ゴム硬度はアスカーＣスケールで硬度２５°程度が
好ましい。弾性部材の外形は１６ｍｍ，軸体の外形は８
ｍｍである。

【００４７】分離ブラシ１９は転写プロセスの直後に記
録紙を交流コロナ又は高圧電流で除電して記録紙の像形
成体１０への静電吸着力を低減し、紙の剛性や自重を利
用して分離しやすく、弱いと薄く剛性の弱い記録紙ほど
分離が難しくなるため、記録紙種や環境を考慮して除電
量をバランスよく設定してある。

【００４８】クリーニング装置２２は、ブレード等を像
形成体１０の表面に接触させることにより、像形成体１
０の表面に付着したトナー及び粉塵を掻き落として廃ト
ナーボックスに捕獲する。

【００４９】以上が本実施の形態における画像形成プロ
セス制御装置を適用する画像形成装置の概略構成であ
る。

【００５０】図５は本実施の形態における画像形成プロ
セス制御装置の概略構成を示したブロック図であり、図
６は画像濃度センサの配設状態を示した断面図であり、
図７はパッチ検出回路を示した回路図である。

【００５１】画像形成プロセス制御回路２００は、図５
に示すようにパッチデータ発生回路２１０と画像濃度セ
ンサ２２０とパッチ検知回路２３０とベースライン補正
回路２４０とＣＰＵ２５０とからなる。

【００５２】パッチデータ発生回路２１０は、不揮発Ｒ
ＯＭにイエロー、マゼンタ、シアンの一次色毎にパッチ
データを格納したものであり、斯かるパッチデータをベ
ースライン補正時若しくは画像形成プロセス条件の補正
に際して読み出されるものである。

【００５３】画像濃度センサ２２０は、図６に示すよう
に発光ダイオード２２１とホトトランジスタ２２２との
受光面の中心がα，βの角度をなすような溝をケーシン
グに形成し、当該溝に発光ダイオード２２１及びホトト
ランジスタ２２２に嵌入してある。ケーシングは基板を
介して像形成体１０の表面に水平になるようにクリーニ
ング装置２２の近傍に像形成体１０の中心に対向するよ
うに像形成体１０表面から５ｍｍの間隙で設けてある。
これにより、パッチを検知した位置の中心線Ｏに対して
αとβを以て各々４０°の角度で配設したことにより、
発光ダイオード２２１とホトトランジスタ２２２とから
ホトカプリングを構成してある。入射光線がパッチ面と
交わる点を入射点とすれば、入射点における面の法線
と、入射光線と反射光線がつくる角度が９０°以内のと
き、フレネルの反射の法則が適用され、反射光線は法線
に対して入射光線と反対側にあり、入射角と反射角は相
等しくなっている。従って、画像濃度センサ２２０は、
図６に示した反射による投受光関係を維持して回転する
像形成体１０の表面１０ｂに担持したパッチからの反射
した光強度に応じた電気信号を得る。

【００５４】パッチ検知回路２３０は、図７に示したよ
うに画像濃度センサ２２０からの出力信号を電圧に変換
する回路であり、オペレーショナルアンプＯＰと抵抗素
子Ｒ１〜Ｒ６とダイオードスイッチＳ１，Ｓ２とから構
成したものである。

【００５５】発光ダイオード２２１のアノード端子に最
大出力１０（Ｖ）の可変直流電源（図示せず）を接続し
てあり、ホトトランジスタ２２２のアノード端子には出
力１０（Ｖ）の直流電源Ｖ_CCを接続してあり、発光ダイ
オード２２１のカソード端子には例えば抵抗素子Ｒ１を
接続し、ホトトランジスタ２２２のカソード端子にオペ
アンプＯＰと抵抗素子Ｒ２〜Ｒ５とダイオードスイッチ
Ｓ１，Ｓ２から構成される出力検出回路を設けてある。
出力検出回路はオペアンプＯＰの非反転端子に入力を加
え、オペアンプの反転端子に抵抗Ｒ４、Ｒ５を通して出
力電圧の一部を帰還した非反転増幅器である。本実施の
形態において、出力検出回路の利得Ａ_fbは１＋Ｒ４／Ｒ
５である。出力検出回路は非反転増幅回路であるからそ
の利得はオペアンプのループ利得に無関係であって、帰
還回路の抵抗のみによって決定されている。

【００５６】パッチ検知回路２３０は、前述した構成を
備えることにより、発光ダイオード２２１からの光をパ
ッチを介してホトトランジスタ２２２で受光した光強度
に応じた電圧を検出するものである。

【００５７】ベースライン補正回路２４０は、トナーの
付着しない状態で新規および所定枚数プリント後の感光
面の検出による出力電圧を発光ダイオード２２１の光量
を調整して同一とするものである。この様に調整する事
により、画像濃度センサ２２０による出力電圧を一定に
する。これは以下に図１２を参照して述べる技術的課題
を解決するためである。

【００５８】以上が本実施の形態における画像形成プロ
セス制御回路２００の概略構成である。続いて、本実施
の形態のパッチ検出を適正なトナー付着量、適正なスリ
ーブ回転数及び画像形成プロセスにおけるタイミングの
点から概説する。

【００５９】図８は正反射方式の画像濃度センサの検出
能を示すグラフである。

【００６０】グラフで縦軸はパッチ検知回路２３０から
の出力電圧（Ｖ）を示したものであり、横軸はＭ／Ａ
（ｍｇ／ｃｍ²）を示したものである。トナー付着量Ｍ
／Ａ＝０．２（ｍｇ／ｃｍ²）に対応するパッチ検知回
路２３０からの出力電圧Ｖ₁＝２．５（Ｖ）は中間調領
域であり、確実に検出できる。これはパッチとしての付
着量を領域Ａに設定すると、出力電圧のばらつきが大き
くなり、正確な制御が行えない。また、パッチとしての
トナー付着量を領域Ｃに設定すると、出力電圧がトナー
付着量の変動に対して小さく、正確な制御が行えない。
これらの理由から本実施の形態ではパッチとしてのトナ
ー付着量は領域Ｂに設定する。

【００６１】次ぎに本実施の形態は、検出可能領域を現
像スリーブ１４１の回転数とトナー付着量とが比例関係
にあることを応用したパッチ作成方法で検出可能領域を
広げている。斯かる方法を図９及び図１０を参照して説
明する。

【００６２】図９は現像スリーブの回転速度とトナー付
着量との関係を示したグラフである。図９に示すグラフ
は像形成体１０に一様な静電潜像を形成し、斯かる潜像
を現像スリーブ１４１の周速を変化させて顕像化した際
の関係を示したものである。縦軸にＭ／Ａ（ｍｇ／ｃｍ
²）をとり、横軸に現像スリーブ１４１の周速をとった
ものである。斯かるグラフからＭ／Ａ＜１．０（ｍｇ／
ｃｍ²）でトナー付着量と現像スリーブ１４１の周速と
はリニアな関係にあることが分かる。従って、本実施の
形態においてパッチ作成に際して現像スリーブ１４１の
周速を通常の顕像化における現像スリーブ１４１の周速
の１／３に低下して顕像化してある。斯かる現像スリー
ブ１４１の周速で顕像化したパッチを測定した際のパッ
チ検知回路２３０からの出力結果を図１０に示す。

【００６３】図１０はパッチ検出回路の出力特性を示す
グラフである。

【００６４】図１０に示すグラフは図８に示したグラフ
と同一のものである。斯かるグラフは、通常の現像スリ
ーブ１４１の回転数でパッチを顕像化すれば、０．６〜
１．０（ｍｇ／ｃｍ²）のＭ／Ａを検知できないことを
示している。図９に示してあるグラフからＭ／Ａ＜１．
０の領域において現像スリーブ１４１とＭ／Ａとの関係
はリニアであるから、例えば現像スリーブ１４１の周速
を１／３にすれば、Ｍ／Ａも１／３になり、例えば、検
知可能領域と検知不能領域との臨界０．６（ｍｇ／ｃｍ
²）が０．２（ｍｇ／ｃｍ²）となる。これによって検出
可能領域を低濃度部に拡大できたことを意味する。これ
らの検出結果から現像スリーブ１４１の回転制御データ
を作成してある。

【００６５】次ぎに図１１を参照して本実施の形態にお
ける画像形成プロセス制御回路２００の動作を説明す
る。

【００６６】図１１は本実施の形態における画像形成プ
ロセス制御回路の動作を示したタイミングチャートであ
る。

【００６７】図１１（ａ）はＰＣＬ１１の駆動タイミン
グを示したものであり、図１１（ｂ）は帯電器１２の駆
動タイミングを示したものであり、図１１（ｃ）は書き
込みユニット１３の露光タイミングを示したものであ
り、図１１（ｄ）〜図１１（ｇ）は現像器の駆動タイミ
ングを示したものであり、図１１（ｈ）はパッチ検知タ
イミングを示したものである。図１１（ａ）〜図１１
（ｈ）はハイレベルでオン状態を示しており、ローレベ
ルでオフ状態を示してある。

【００６８】ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点でメインモータ
（図示せず）をオン状態にする。これにより、像形成体
１０は矢印方向（図１参照）に回転し始めるので、エン
コーダ（図示せず）から位相信号は変化する。これによ
り、ＣＰＵ２５０は像形成体１０の回転位相を検知する
ことができる。ＣＰＵ２５０は、像形成体１０の回転開
始と同時にＰＣＬ１１の露光と高圧電源（図示せず）か
ら所定の出力電圧を帯電器１２に印加し、これにより帯
電器１２は放電を開始して像形成体１０の画像形成領域
を一様に帯電する。

【００６９】一方、ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点で像形成
体１０上に形成したパッチをクリーニング装置２２の像
形成体１０の回転上流側に位置する画像濃度センサ２２
０によって、先ずＯＰＣ感光体１０ａからの反射光レベ
ルのパッチ検知回路２３０を介してベースライン補正回
路２４０で補正する。ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点で発光
ダイオード２２１に可変直流電源の出力電圧を変化させ
てトナーパッチのない部分でのセンサ出力が８（Ｖ）に
なるように直流可変電源の出力電圧を設定する。

【００７０】ＣＰＵ２５０は、ｔ２時点以降にパッチデ
ータ発生回路２１０からグレースケールを表すパッチ信
号を書き込みユニット１３に送出する。書き込みユニッ
ト１３は図１１（ｃ）に示すように記録信号をパルス幅
変調回路に送出する。パルス幅変調回路は１走査ライン
分のパッチ信号をパルス幅変調した変調信号をＬＤ駆動
回路に送出する。ＬＤ駆動回路は変調信号で半導体レー
ザ１３１を発振させることによりレーザビームを照射す
る。斯かるレーザ光は所定速度で回転するポリゴンミラ
ー１３４で偏向して、ｆθレンズ１３５及び第１のシリ
ンドリカルレンズ１３３及び第２のシリンドリカルレン
ズ１３６によって像形成体１０上に微小なスポットに絞
って０．３ｓｅｃの露光時間と０．２ｓｅｃのオフ時間
を４回繰り返して走査する。これによって、例えば４つ
の２０×３０ｍｍ角で約１２ｍｍ間隔で像形成体１０の
非画像領域に静電潜像が形成される。ＣＰＵ２５０は潜
像形成動作の終了を検知すると、図１１（ｄ）〜図１１
（ｇ）に示すようにエンコーダ（図示せず）から送出さ
れる位相信号から像形成体１０の位相を検知した後に、
静電潜像と同期した位置で現像器１４を駆動する。具体
的には回転する現像スリーブ１４１は先ず直流バイアス
を印加した後に３ｍｓｅｃ経過後に交流バイアスを印加
することにより、像形成体１０上に形成してある潜像は
例えば２０×３０ｍｍ角で約１２ｍｍ間隔でパッチトナ
ー像を４回連続して顕像化することになる。これによっ
て、イエロー、マゼンタ、シアン、黒のパッチトナー像
が形成される。このときパッチを作成する際の露光レベ
ルは最大露光量であるＰＷＭ２５５を使用する。このよ
うにして作成された潜像を１００ｒｐｍから４５０ｒｐ
ｍのいずれかで回転する現像スリーブ１４１で顕像化す
る。

【００７１】ＣＰＵ２５０は、図１１（ｈ）に示すタイ
ミングで像形成体１０表面上に形成したパッチの両端１
ｍｍを除いた部分を画像濃度センサ２２０によって２０
点以上のデータをサンプリングすることにより、パッチ
検知回路２３０を介して入力される。これにより、ホト
ダイオード２２２は像形成体１０上に顕像化したパッチ
から反射する光の強度に応じた信号をＣＰＵ２５０に出
力して現像スリーブ１４１の回転数を決定する。

【００７２】ここで、いわゆるベースライン補正による
ノイズ除去の必要性及びベースライン補正の手法を図１
２及び図１３を参照して詳述する。

【００７３】図１２は正反射方式の画像濃度センサのノ
イズとその要因の関係を示したグラフである。

【００７４】画像濃度センサ２２０は発光素子と受光素
子とからフォトカプラにより正反射方式で像形成体１０
上にスリット状態に形成してあるパッチを検出している
ために検出出力に各種のノイズを生じる。斯かるノイズ
要因としては導電性支持体の面粗度、ＣＧＬ層の厚さの
不均一、ＣＴＬ層の凹凸及びセンサ面のよごれが考えら
れる。これらのノイズ要因と画像濃度センサの出力電圧
との関係を図１２を参照して解析する。

【００７５】図１２（ａ）は面粗度に起因した検出ノイ
ズを示したグラフである。像形成体１０の導電性支持体
は露光光の干渉縞の発生のために静電潜像が乱れるのを
防止するためにその表面に凹凸を形成することにより乱
反射させているが、斯かる凹凸による乱反射は画像濃度
センサ２２０の出力電圧をばらつかせる要因ともなって
いる。具体的には導電性支持体の面粗度が低ければ、画
像濃度センサ２２０の出力電圧が高くなり、導電性支持
体の面粗度が高ければ、画像濃度センサ２２０の出力電
圧が低くなる。図１２（ｂ）はＣＧＬ層の層厚に起因し
た検出ノイズを示したグラフである。像形成体のＣＧＬ
層は均一な厚さに形成しがたい、斯かる層厚のばらつき
も画像濃度センサ２２０の出力電圧のバラツキとなる。
具体的にはＣＧＬ層の層厚が厚ければ、画像濃度センサ
２２０の出力電圧が低くなり、ＣＧＬ層の層厚が薄けれ
ば、画像濃度センサ２２０の出力電圧が高くなる。図１
２（ｃ）はＣＴＬ層のけずれに起因した検出ノイズを示
したグラフである。像形成体１０は像形成を繰り返すこ
とによってＣＴＬ層にけずれを生じる。斯かるけずれは
画像濃度センサ２２０の出力電圧の低下となる。図１２
（ｄ）はセンサよごれに起因した検出ノイズを示したグ
ラフである。センサのよごれはセンサ出力の低下とな
る。斯かるノイズを除去するために像形成体１０にトナ
ーが付着していない状態（Ｍ／Ａ＝０）での像形成体１
０からの反射光を一定にする必要がある。

【００７６】図１３はベースライン補正の概念を示す概
念図である。

【００７７】本実施の形態において、前述したノイズ要
因によるパッチ検知回路２３０からの出力電圧の偏りを
補正するため、本実施の形態において、新規の像形成体
１０の反射率をトナーを付着しない状態（Ｍ／Ａ＝０）
で画像濃度センサ２２０により測定してその値を一定値
となるようにフォトトランジスタ２２２の出力値を決定
する。今仮に前記値を８Ｖとなるように発光ダイオード
２２１の光量を設定してある。例えば１００枚のプリン
ト後でも像形成体１０の感光体１０ａの反射率を前記の
ように値を８Ｖとなるように設定する（発光ダイオード
２２１の光量は可変可能に設定する）。これにより、図
１３（ｂ）に示すように理想的な出力特性にパッチ検知
回路２３０からの出力値を一致させることができる。そ
の結果感光体のバラツキやノイズならびに長期の使用に
よる画像濃度センサ２２０の検出能力の低下に伴う出力
電圧の偏りが自動的に補正されて、パッチの正しい濃度
検出とそれに基づく画像濃度の適確な制御が実現され
る。

【００７８】発光ダイオード２２１の光量調整によるベ
ースラインの補正を加えた場合を、従来のようにベース
ラインの補正を一切加えない場合と対比させた結果を表
１に示す。使用開始の初期には双方の例ともに特に問題
は見当たらないが、ベースライン補正を加えない場合、
プリント枚数が５万枚の時点で色バランスにくずれが認
められ、１０万枚に達するとさらに画像濃度の低下が現
れるのに対し、ベースライン補正を加えれば使用開始の
初期と変わりなく終始各色の濃度が適正でバランスのと
れたカラー画像が得られるのが確認された。

【００７９】前述のようにして本実施の形態において、
パッチを形成しない状態の像形成体１０表面からの反射
光量を所定値に安定するように発光ダイオード２２１の
印加電圧を調整することにより、像形成体１０を構成す
る導電性支持体の面粗度、ＣＧＬ層の厚さの不均一、Ｃ
ＴＬ層の凹凸及び受光素子の受光部のよごれに起因した
ノイズを低減できるので、パッチの正しい濃度検出とそ
れに基づく適正な色安定性を維持することができる。

【００８０】

【表１】

【００８１】次に前述したベースライン補正によっても
除去仕切れなかったノイズを更に除去する手法を図８を
再掲し、図１４を参照して説明する。

【００８２】図８（ａ）は正反射方式の画像濃度センサ
の一般的な出力特性を示すグラフである。

【００８３】ここでは像形成体１０表面、Ｍ／Ａ＝０
（ｍｇ／ｃｍ²）における画像濃度センサ２２０の最大
出力電圧を最大８（Ｖ）に設定し、パッチとしてのトナ
ー付着量、Ｍ／Ａ＝０．２（ｍｇ／ｃｍ²）で画像濃度
センサ２２０の出力電圧を２．５（Ｖ）に設定した。こ
の際パッチとしての付着量を領域Ａに設定すると、出力
電圧のばらつきが大きくなり、正確な制御が行えない。
また、パッチとしてのトナー付着量を領域Ｃに設定する
と、出力電圧がトナー付着量の変動に対して小さく、正
確な制御が行えない。これらの理由からパッチとしての
トナー付着量は領域Ｂに設定する。図８（ｂ）は０．２
（ｍｇ／ｃｍ²）のパッチを画像濃度センサで検出した
出力電圧を示したものである。パッチは前述してあるよ
うにスリット状に形成してあるからパッチからの出力電
圧も０．５Ｖの範囲で変動していることが分かる。かか
る出力電圧の変動を吸収するために以下の処理がなされ
る。

【００８４】図１４は検知点数と標準偏差δ_xとの関係
を示したグラフである。

【００８５】グラフで縦軸は標準偏差δ_xを示してお
り、横軸は検知点数を示したものである。

【００８６】表２及び図１４のグラフは検知点数２０以
下では標準偏差δ_xがばらつくことを示しており、一
方、検知点数２０以上で標準偏差δ_xを０．１１付近に
収まることを示している。これは２０×３０ｍｍのパッ
チをエッジ効果等によるトナー付着量の変動を軽減すべ
くスリット状に形成しているため、検知点数を少なくす
ると、トナー付着の無い凹凸のある感光面からの反射濃
度で出力が安定しないためであると考えられる。従っ
て、本実施の形態では２０×３０ｍｍのパッチから２０
点以上サンプリングすることにより像形成体１０表面の
凹凸による乱反射に起因したノイズを軽減している。

【００８７】

【表２】

【００８８】表２は約２０×３０ｍｍ角のパッチをサン
プリング点数を変えて画像濃度センサ２２０で検知した
際のパッチ検知回路からの出力信号のばらつきを示した
ものであり、サンプリングデータ数が増えれば、サンプ
リングデータのばらつきが小さくなることを示してい
る。なお、パッチの両端１ｍｍからの検出データはエッ
ジ効果の影響を除去するために除いてある。

【００８９】

【表３】

【００９０】表３は検知点数を変えて初期、５万プリン
ト、１０万プリント終了後に１００プリント実写した画
像サンプルを３枚抜き出して評価した結果を示したもの
である。

【００９１】検知点数２０以上では、色安定性と画像濃
度Ｄｍａｘも良好であるが、検知点数２０未満では５万
プリント、１０万プリントで色安定性及び画像濃度Ｄｍ
ａｘが低下することを示している。×は検知不能であっ
たことを示してある。

【００９２】前述してあるように本実施の形態におい
て、パッチから２０以上のサンプリングデータを得て、
その相加平均によって画像形成条件を制御することによ
り、像形成体１０を構成する導電性支持体の面粗度、Ｃ
ＧＬ層の厚さの不均一、ＣＴＬ層の凹凸及び受光素子の
受光部のよごれに起因したノイズを更に軽減できるの
で、パッチの正しい濃度検出とそれに基づく適正な色安
定性を維持することができる。

【００９３】最後に画像濃度センサの取り付け精度と検
知性との関係を表４〜表６を参照して説明する。

【００９４】表４〜表６はトナー付着量Ｍ／Ａを０．２
〜０．４ｍｇ／ｃｍ²に変化させた際の画像濃度センサ
２２０の出力電圧から検知性を検討してある。

【００９５】

【表４】

【００９６】表４は、図６に示すようにα＝βで焦点ず
れ±３ｍｍ以内でθを変更して検知性を検討したもので
ある。検知性は出力電圧がΔ１Ｖ以上である場合に良好
とした。

【００９７】

【表５】

【００９８】表５は焦点ずれ±３ｍｍ以内でα、βを変
更して検知性を検討したものである。検知性は出力電圧
がΔ１Ｖ以上である場合に良好とした。

【００９９】

【表６】

【０１００】表６はθ＝９０°でα＝β＝４５°で焦点
位置をずらして検知性を検討したものである。検知性は
出力電圧がΔ１Ｖ以上である場合に良好とした。

【０１０１】前述したように本実施の形態の画像濃度セ
ンサ２２０は、図６に示すように発光ダイオード２２１
の発光点と入射点とホトトランジスタ２２２の受光点と
のなす挟み角θを４０°〜１００°とし、入射点におけ
るパッチ面との法線と発光点とのなす角度αと法線と受
光点とのなす角度βとの差が１０°以内とし、かつ、発
光ダイオード２２１とホトトランジスタ２２２の焦点位
置を像形成体１０表面から±５ｍｍ以内に設定したこと
により、ホトトランジスタ２２２からの出力信号の検知
精度を低下させない組み立て精度の範囲で画像濃度セン
サ２２０を組み付けることができるので、製造工程での
組み立て精度管理が容易となる。

【０１０２】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、上記構成を備え
ることにより、受光素子からの出力信号の検知精度を低
下させない組み立て精度の範囲に収めることができるの
で、製造工程での組み立て精度管理が容易となった。

【０１０３】請求項２記載の発明は、上記構成を備える
ことにより、像形成体を構成する導電性支持体の面粗
度、ＣＧＬ層の厚さの不均一、ＣＴＬ層の凹凸及び受光
素子の受光部のよごれに起因したノイズを更に軽減でき
るので、パッチの正しい濃度検出とそれに基づく適正な
色安定性を維持することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における画像形成プロセス制御装
置を適用可能な画像形成装置を示した概略断面図であ
る。

【図２】書き込みユニットの概略構成を示した平面図で
ある。

【図３】現像器の概略構成を示した断面図である。

【図４】各色のトナー特性を示すグラフである。

【図５】本実施の形態における画像形成プロセス制御装
置の概略構成を示したブロック図である。

【図６】画像濃度センサの配設状態を示した断面図であ
る。

【図７】パッチ検知回路を示した回路図である。

【図８】正反射方式の画像濃度センサの検出能を示すグ
ラフである。

【図９】現像スリーブの回転速度とトナー付着量との関
係を示したグラフである。

【図１０】パッチ検知回路の出力特性を示すグラフであ
る。

【図１１】本実施の形態における画像形成プロセス制御
回路の動作を示したタイミングチャートである。

【図１２】正反射方式の画像濃度センサのノイズとその
要因の関係を示したグラフである。

【図１３】ベースライン補正の概念を示す概念図であ
る。

【図１４】検知点数と標準偏差δ_xとの関係を示したグ
ラフである。

【符号の説明】

１０像形成体１３書き込みユニット１４現像器１４１現像スリーブ２００画像形成プロセス制御回路２１０パッチデータ発生回路２２１発光ダイオード２３０パッチ検知回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子からの入射光線が像形成体に担
持したパッチ面と交わる入射点から反射する反射光線を
受光する受光素子を配置し、パッチを形成しない状態の
像形成体表面から反射光量を前記発光素子からの発光量
で調整し所定値に設定した後に前記発光素子からの入射
光線が前記像形成体に担持したパッチ面と交わる入射点
から反射する反射光線を受光する前記受光素子からの出
力信号に基づいて画像形成プロセスを制御する画像形成
プロセス制御装置において、前記発光素子の発光点と前
記入射点と受光素子の受光点とのなす挟み角を４０°〜
１００°とし、前記入射点におけるパッチ面との法線と
発光点とのなす角度と前記法線と受光点とのなす角度と
の差が１０°以内とし、かつ、発光素子と受光素子の焦
点位置を像形成体表面から±５ｍｍ以内に設定してある
ことを特徴とする画像形成プロセス制御装置。
【請求項２】前記パッチから２０個以上のサンプリン
グデータを得て、当該サンプリングデータの相加平均に
よって画像形成条件を制御することを特徴とする請求項
１記載の画像形成プロセス制御装置。