JP2003215862A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置内部へのトナー飛散を防止しながら画質
の良好なトナー像を安定して形成することのできる画像
形成装置および画像形成方法を提供する。 【解決手段】 高濃度パッチ画像を形成して現像バイア
スの最適値を求めた後に、現像バイアス電位と非画像部
電位との電位差（逆コントラスト電位）を一定に保ちな
がら露光エネルギーの最適化処理を行う。すなわち、現
像バイアス電位を最適値に、また非画像部電位を現像バ
イアス電位に所定の値（逆コントラスト電位）を加えた
値に設定し（ステップＳ３１）、露光エネルギーを最小
値から１ステップずつ増加させながら、その都度ハーフ
トーンのトナー像（例えば１オン５オフのライン画像）
をパッチ画像として作成し（ステップＳ３２〜Ｓ３
５）、その画像濃度を測定して（ステップＳ３６）、画
像濃度が目標値に最も近くなる露光エネルギーを最適値
として設定する（ステップＳ３７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プリンタ、複写
機、ファクシミリ装置などの、静電潜像担持体の表面に
静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与
えてその静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を
形成する画像形成装置および画像形成方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置の一例として、負
帯電トナーを用いるレーザービームプリンタの主要部を
図８に示す。この画像形成装置では、静電潜像担持体２
０たる感光体の表面が負の表面電位Ｖoに帯電されてお
り、その表面に露光手段たる半導体レーザー６０からの
光ＬＬが照射されると、照射された部分の電荷の一部が
中和されてその表面電位がＶonに変化する。このよう
に、光ＬＬを画像信号に対応させてオン・オフしながら
感光体上を走査露光することにより、図８（ｂ）に示す
ように、画像信号に対応して画像部に対応する表面領域
の電位がＶon（≠Ｖo）となる一方、非画像部に対応す
る表面領域の電位は帯電直後の表面電位Ｖoから暗減衰
によりＶd（｜Ｖd｜≦｜Ｖo｜）まで減衰し、こうして
画像信号に対応する静電潜像が静電潜像担持体２０上に
形成される。

【０００３】こうして形成された静電潜像は、静電潜像
担持体２０の矢印方向への回転によって現像手段を構成
する現像ローラ４０と対向する現像位置Ｐに搬送され
る。この現像ローラ４０には負に帯電したトナーが担持
されるとともに、静電潜像担持体２０の画像部へのトナ
ー付着を促進すべく現像バイアスＶbが与えられてい
る。この現像バイアスＶbの電位は、図８（ｂ）に示す
ように、非画像部電位Ｖdと画像部電位Ｖonとの間の値
に設定されており、したがって現像位置Ｐにおいて、非
画像部では静電潜像担持体２０の表面が現像ローラ４０
より低電位となっているのに対し、画像部では静電潜像
担持体２０の表面が現像ローラ４０より高電位となって
いる。そのため、現像ローラ４０に担持された負帯電ト
ナーのうち画像部に対向する位置にあるトナーは静電気
力によって静電潜像担持体２０側に移行される一方、非
画像部に対向する位置にあるトナーに対しては現像ロー
ラ４０側に引き寄せる方向の力が作用することとなる。
このように、画像部にのみトナーを付着させることによ
って、静電潜像担持体２０上の静電潜像がトナーにより
顕像化される。

【０００４】このようにしてトナー像を形成する画像形
成プロセスにおいては、照射光ＬＬの露光エネルギー、
非画像部電位Ｖd、画像部電位Ｖon、現像バイアス電位
Ｖbなどの各パラメータが最終的なトナー像の画像濃度
に大きく影響を及ぼすことが知られており、これらのパ
ラメータのうちいくつかを画像濃度制御因子として適宜
調節することによって画像濃度を最適化する技術が従来
より数多く提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の画像形
成プロセスにおいてはこれらのパラメータが相互に関連
しながらトナー像が形成されてゆくため、必ずしもこれ
らを独立にかつ任意に制御できるわけではない。なかで
も、現像バイアス電位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの相対的
な電位関係は、単に画像の濃淡のみならず、以下に述べ
るように、得られるトナー像の画像品質や装置内部への
トナー飛散量に対しても大きな影響を及ぼすため、より
精度よく画像濃度制御因子の設定を行って画像品質の良
好なトナー像を形成するためには、これらの値を適切に
設定することが重要となる。

【０００６】なお、本明細書では、この現像バイアス電
位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの電位差の絶対値を逆コント
ラスト電位Ｖrと称する。すなわち、逆コントラスト電
位Ｖr＝｜Ｖb−Ｖd｜である。

【０００７】ここで、上記電位関係による影響について
検討するために、まず最初に、現像バイアス電位Ｖbを
非画像部電位Ｖdのレベルに近づけて逆コントラスト電
位Ｖrを小さくした場合を考える。このとき、画像部電
位Ｖonと現像バイアス電位Ｖbとの間の電位差、つまり
コントラスト電位（＝｜Ｖb−Ｖon｜）が大きくなり、
画像部においては現像ローラ４０から静電潜像担持体２
０へのトナー移行が促進されるため、高い画像濃度を得
ることができる。しかしながら、その一方で、静電潜像
担持体２０の非画像部においては現像ローラ４０との電
位差が小さくなっているため、余剰のトナーを現像ロー
ラ４０側に引き戻す作用は弱くなっている。そのため、
現像ローラ４０から遊離して装置内部に飛散するトナー
の量が増加することとなる。

【０００８】一方、現像バイアス電位Ｖbはそのままで
非画像部電位Ｖdの絶対値を大きくし逆コントラスト電
位Ｖrを大きくすると、装置内部へのトナー飛散量を少
なくすることができるものの、静電潜像担持体２０の非
画像部に保持された負電荷が負帯電トナーを斥ける力が
強くなるため、図８に示すような、静電潜像のうち特に
非画像部に挟まれた狭い領域の画像部にはトナーが付着
しにくくなり、その結果、孤立ドットや細線がかすれた
り、線幅の均一性が損なわれるなど、ドットの面積率が
比較的低い低濃度画像での画像品質の劣化を招くことと
なる。

【０００９】このように、トナー飛散を抑制するために
は逆コントラスト電位Ｖrを大きくするのが好ましいの
に対し、細線の均一性などの画像品質を確保するために
は逆コントラスト電位Ｖrを小さくしたいという相反す
る要求があり、装置内部へのトナー飛散を抑制しつつ画
質の良好な画像形成を行うためには、逆コントラスト電
位Ｖrが常に適正値となるように、現像バイアス電位Ｖb
等のパラメータを設定する必要がある。

【００１０】特に、ハーフトーンのトナー像をパッチ画
像として形成しその画像濃度に基づいて画像濃度制御因
子の最適化を行うに際しては、微小ドットや細線の再現
性の良否が精度に大きく影響するため、画像濃度制御因
子の設定を精度よく行うためには、この逆コントラスト
電位Ｖrを適正値に保った状態でパッチ画像を形成する
ことが重要となる。

【００１１】しかしながら、画像濃度の調節を目的とし
てこれらのパラメータを可変制御している従来の画像形
成装置においては上記のような問題が考慮されておら
ず、したがって、画像濃度制御因子の最適化を精度よく
行って画像品質の向上を図る上で、改善の余地が大きく
残されていた。

【００１２】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、装置内部へのトナー飛散を防止しながら画像濃度
制御因子の設定を精度よく行なって、画質の良好なトナ
ー像を安定して形成することのできる画像形成装置およ
び画像形成方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる画像形
成装置は、上記目的を達成するため、その表面のうち画
像部に対応する表面領域の画像部電位と非画像部に対応
する表面領域の非画像部電位とを互いに相違させること
によってその表面に静電潜像を担持する静電潜像担持体
と、与えられた現像バイアス電位に応じて、前記静電潜
像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する現像手
段と、前記現像手段によって前記静電潜像担持体上に形
成された所定のトナー像、あるいは当該トナー像が転写
媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像としてその
画像濃度を検出する濃度検出手段と、前記現像手段に与
える前記現像バイアス電位と、前記静電潜像担持体上に
おける前記非画像部電位との電位差を一定に保持すると
ともに、トナー像の画像濃度に影響を与える画像濃度制
御因子を多段階に設定変更しながら、ハーフトーンのト
ナー像をパッチ画像として形成し、前記濃度検出手段に
よる該パッチ画像の画像濃度の検出結果に基づいて前記
画像濃度制御因子を最適化することによって前記現像手
段により形成されるトナー像の画像濃度を制御する制御
手段とを備えたことを特徴としている。

【００１４】このように構成された発明では、ハーフト
ーンのトナー像をパッチ画像として形成するに際して、
現像バイアス電位と非画像部電位との電位差、つまり逆
コントラスト電位を一定に保持している。そのため、ハ
ーフトーンを得るために用いられる微小ドットや細線の
再現性のよい条件でこのようなパッチ画像を形成するこ
とができるので、このパッチ画像の画像濃度に基づいて
行う画像濃度制御因子の最適化処理を精度よく行うこと
が可能となり、その結果、画質の良好なトナー像を安定
して形成することができる。さらに、逆コントラスト電
位を適正値に保つことにより、上記したように、装置内
部へのトナー飛散をも効果的に抑制することが可能とな
る。特に、低濃度側でのトナー像の安定形成を図るため
には、パッチ画像全体に対するドットの面積率が２０％
以下のパッチ画像を用いるのが望ましい。

【００１５】ここで、トナー像の画像濃度に影響を与え
る画像濃度制御因子として制御可能なパラメータとして
は、上記した現像バイアス電位や非画像部電位、画像部
電位の他に、画像の構成要素（ドットやライン）ならび
に該構成要素の配列や現像手段からのトナー供給量、現
像バイアスが交流成分を有する場合にはその振幅や周波
数、また露光プロセスにより静電潜像を形成する装置に
おいてはその露光エネルギーおよび露光量などを挙げる
ことができる。

【００１６】このようなパッチ画像としては、例えば、
互いに離隔配置された複数のドットで構成された画像
や、互いに離隔配置された複数本の１ドットラインで構
成された画像を用いることができる。これらの画像で
は、形成される各ドットまたはラインが互いに孤立して
いるのでこれらの間で相互に干渉がなく、画像濃度制御
因子の設定の違いが画像品質に反映されやすくなってい
るため、このような画像をパッチ画像として用いること
によって、より精度よく画像濃度制御因子の設定を行う
ことができる。

【００１７】また、前記現像手段は、ジャンピング現像
により前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成しても
よい。ここで、「ジャンピング現像」とは、非接触状態
に保持した現像手段と静電潜像担持体との間でトナーを
飛翔させて静電潜像担持体上の静電潜像にトナーを付着
させる現像方式である。このジャンピング現像方式の画
像形成装置では、上記したように現像手段と静電潜像担
持体との間でトナーを飛翔させているため、画像形成時
には両者の間でトナーが浮遊した状態となっており、こ
のトナーが周囲に飛散しやすくなっている。したがっ
て、このような装置において逆コントラスト電位を一定
に保つことは、画像品質を保持しつつトナー飛散を抑制
する上で効果的である。また、トナーの飛翔性を向上さ
せるべく、現像バイアスに交流成分を加えている場合に
は、その電位の平均値と非画像部電位との電位差を一定
に保つようにすればよい。

【００１８】また、前記現像手段は、互いに異なるトナ
ー色に対応した複数の現像器を備えており、前記複数の
現像器を順番に所定の現像位置に位置させて当該トナー
色でのトナー像を形成することでカラー画像を形成して
もよい。このようなカラー画像形成装置では、トナー色
の切替に際して現像器の機械的移動を伴うためトナー飛
散が起こりやすく、しかも色再現性のよいカラー画像を
得るためには各トナー色による微細なドットをも精度よ
く安定して形成する必要があるため、このような画像形
成装置において逆コントラスト電位を一定に保つこと
は、画質の良好なトナー像を安定して形成するためにき
わめて有効である。

【００１９】また、この発明にかかる画像形成方法は、
静電潜像担持体の表面のうち、画像部に対応する表面領
域の画像部電位と、非画像部に対応する表面領域の非画
像部電位とを互いに相違させることにより該静電潜像担
持体上に静電潜像を形成するとともに、現像手段に対し
て現像バイアス電位を与えながら前記静電潜像をトナー
により顕像化して画像信号に応じたトナー像を形成する
画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記
画像信号に応じたトナー像を形成するのに先立って、前
記現像バイアス電位と前記非画像部電位との電位差を一
定に保持しながら、トナー像の画像濃度に影響を与える
画像濃度制御因子を多段階に変化させて、その都度ハー
フトーンのトナー像をパッチ画像として形成するととも
に、各パッチ画像の画像濃度に基づいて、前記パッチ画
像の画像濃度が予め設定された目標画像濃度に最も近く
なるように前記画像濃度制御因子を調節することを特徴
としている。

【００２０】このように構成された画像形成方法では、
現像バイアス電位と非画像部電位との電位差、つまり逆
コントラスト電位を一定に保持した状態で、ハーフトー
ンのトナー像をパッチ画像として形成し、そのパッチ画
像の画像濃度に基づいて画像濃度制御因子の最適化を行
っている。そのため、上記した画像形成装置と同様に、
装置内部へのトナー飛散を抑えながら、画像濃度制御因
子の最適化処理を精度よく行うことが可能となってお
り、こうして最適化された画像形成条件で画像形成を行
うことにより、画質の良好なトナー像を安定して形成す
ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる画像形
成装置の一の実施形態を示す図である。また、図２は図
１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー
を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック
（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装
置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ
などの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメイン
コントローラ１１に与えられると、このメインコントロ
ーラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２
がエンジン部ＥＧの各部を制御してシートＳに画像信号
に対応する画像を形成する。

【００２２】このエンジン部ＥＧでは、感光体２が図１
の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、こ
の感光体２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、感光体
２表面を所定の表面電位に帯電させるための帯電ユニッ
ト３、現像手段としてのロータリー現像ユニット４およ
びクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユ
ニット３は帯電バイアス発生部１２１から帯電バイアス
が印加されており、感光体２の外周面を表面電位Ｖoに
均一に帯電させる。このため、この装置では、帯電バイ
アスを調整することによって感光体２の表面電位Ｖoを
制御可能となっている。

【００２３】そして、この帯電ユニット３によって帯電
された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光
ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、図２に
示すように、画像信号切換部１２２と電気的に接続され
ており、この画像信号切換部１２２を介して与えられる
画像信号に応じて露光パワー制御部１２３が露光ユニッ
ト６を制御し、光ビームＬを感光体２上に露光して感光
体２上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例え
ば、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２４からの指
令に基づき、画像信号切換部１２２がパッチ作成モジュ
ール１２５と導通している際には、パッチ作成モジュー
ル１２５から出力されるパッチ画像信号が露光パワー制
御部１２３に与えられてパッチ潜像が形成される。一
方、画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１の
ＣＰＵ１１１と導通している際には、ホストコンピュー
タなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して
与えられた画像信号に応じて光ビームＬが感光体２上に
露光されて画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に
形成される。このように、この実施形態では、感光体２
が本発明の「静電潜像担持体」として機能している。

【００２４】この画像形成装置では、均一の表面電位Ｖ
oに帯電した感光体２表面のうち画像部に対応する部分
に露光ユニット６からの光ビームＬを照射してその部分
の電荷の一部を中和させることによって静電潜像を形成
している。したがって、光ビームＬの照射を受けて電位
の変化した部分の電位、つまり照射域電位が画像部電位
Ｖonに、また光ビームＬの照射を受けなかった部分の電
位、すなわち帯電ユニット３によって付与された感光体
２の初期表面電位Ｖoが暗減衰により減衰した後の電位
が非画像部電位Ｖdに相当する。

【００２５】こうして形成された静電潜像は現像ユニッ
ト４によってトナー現像される。すなわち、この実施形
態では現像ユニット４として、ブラック用の現像器４
Ｋ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、
およびイエロー用の現像器４Ｙが軸中心に回転自在に設
けられている。そして、これらの現像器４Ｋ、４Ｃ、４
Ｍ、４Ｙは回転位置決めされるとともに、感光体２に対
して選択的に当接位置決めされ、現像バイアス発生部１
２６によって現像バイアスが印加されて選択された色の
トナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感
光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

【００２６】上記のようにして現像ユニット４で現像さ
れたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７
の中間転写ベルト７１上に一次転写される。また、この
一次転写領域ＴＲ1の近傍位置では、中間転写ベルト７
１の表面に対向してパッチセンサＰＳが本発明の「濃度
検出手段」として配置されており、後述するようにして
中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の
光学濃度を測定する。さらに、この一次転写領域ＴＲ1
から周方向（図１の回転方向Ｄ1）に進んだ位置には、
クリーニング部５が配置されており、一次転写後に感光
体２の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。
また、必要に応じて不図示の除電部にて、感光体２の表
面電位がリセットされる。

【００２７】転写ユニット７は、複数のローラに掛け渡
された中間転写ベルト７１と、中間転写ベルト７１を回
転駆動する駆動部（図示省略）とを備えている。そし
て、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体
２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１
上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、所定
の二次転写領域ＴＲ2において、カセット８から取り出
されたシートＳ上にカラー画像を二次転写する。また、
こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニッ
ト９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレ
イ部に搬送される。

【００２８】なお二次転写後、中間転写ベルト７１は不
図示のクリーニング部にて中間転写ベルト７１に残留付
着しているトナーが除去される。

【００２９】なお、図２において、符号１１３はホスト
コンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１
２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコン
トローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１２
７はＣＰＵ１２４で行う演算プログラム、ＣＰＵ１２４
における演算結果、ならびにエンジン部ＥＧを制御する
ための制御データなどを記憶するためのメモリ（記憶手
段）である。

【００３０】次に、上記のように構成された画像形成装
置において実行される画像濃度制御因子の最適化処理に
ついて説明する。この画像形成装置では、適当なタイミ
ング、例えば装置電源の投入時などに図３に示す最適化
処理を実行することによって、トナー像の画像濃度に影
響を与える画像濃度制御因子として露光エネルギーおよ
び現像バイアスを最適化して各色のトナー像の画像濃度
を調整している。

【００３１】図３は、図１の画像形成装置における画像
濃度制御因子の最適化処理を示すフローチャートであ
る。この最適化処理では、各トナー色ごとに、画像濃度
制御因子を多段階に変更設定しながらパッチ画像を形成
し、そのパッチ画像の画像濃度に基づいて現像バイアス
電位Ｖbおよび露光エネルギーＥを最適化している。ま
ず、各トナー色のうち１つ、例えばブラック（Ｋ）を選
択しパッチ作成色として設定し（ステップＳ１）、該現
像ユニット４Ｋを感光体２に対向する現像位置に位置決
めする。そして、後述する現像バイアス最適化処理（ス
テップＳ２）および露光エネルギー最適化処理（ステッ
プＳ３）を順次行って、ブラック色における現像バイア
ス電位Ｖbおよび露光エネルギーＥの最適値を求める。
こうして１つのトナー色について現像バイアス電位Ｖb
および露光エネルギーＥの最適値が求まると、引き続き
他の現像ユニット４Ｃ、４Ｍ、４Ｙを順次現像位置に位
置させて、各トナー色について同様に現像バイアス電位
Ｖbおよび露光エネルギーＥの最適値を求め、全トナー
色について最適値が求まれば（ステップＳ４）、最適化
処理を終了する。

【００３２】なお、この画像形成装置における画像濃度
制御因子の最適化処理においては、まず高濃度画像、す
なわちパッチ画像全体に対するドットの面積率の高い画
像、例えばベタ画像や面積率８０％以上の画像などをパ
ッチ画像として形成し、その画像濃度に基づいて現像バ
イアス電位Ｖbの最適値を求めた後に、低濃度パッチ画
像を形成してその画像濃度に基づいて露光エネルギーＥ
の最適値を求めている。その理由は以下の通りである。

【００３３】すなわち、感光体２の画像部電位Ｖonは、
露光エネルギーＥに依存する。まず、感光体２の全面、
若しくは比較的広い範囲を光ビームＬで照射した場合、
その露光エネルギーＥが感光体２の光減衰特性曲線、い
わゆるＰＩＤＣ（Photo Induced Discharge Curve）
の電位飽和領域（露光エネルギーＥの変化に対する感光
体２の表面電位の変化率が十分小さい領域）に入るほど
に大きければ、露光エネルギーＥを変化させても画像部
電位Ｖonは概ね一定となる。したがって、同じ現像バイ
アス電位Ｖbで画像形成を行った場合、コントラスト電
位が概ね一定であるため、画像濃度も概ね一定である。
一方、低濃度パッチ画像のように、露光される領域が小
さくスポット状である場合、露光エネルギーＥを変化さ
せる範囲が上記したＰＩＤＣの電位飽和領域の範囲内で
あったとしても、露光エネルギーＥが大きくなると画像
部に対応する潜像の幅が大きくなる。したがって、同じ
現像バイアス条件で画像形成を行っても、露光エネルギ
ーＥの大小により画像濃度は変化することとなる。

【００３４】そこで、この画像形成装置では、露光エネ
ルギーＥの大小による濃度の違いが比較的少ない高濃度
パッチ画像を用いてまず現像バイアスＶbの最適値を求
め、その後に低濃度パッチ画像を用いて露光エネルギー
Ｅの最適値を求めている。しかも、後述するように、現
像バイアス電位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの電位差、すな
わち逆コントラスト電位Ｖrを適正値に保持した状態で
低濃度パッチ画像を形成しているので、このような低濃
度画像を再現性よく作成することが可能となっており、
そのためより高い精度で露光エネルギーＥの最適化を行
うことができるのである。

【００３５】なお、前述したように、この実施形態では
露光エネルギーＥの大小により画像部電位Ｖonを変化さ
せることができるが、その可変範囲としては、感光体２
の表面の比較的広い範囲を照射したときの画像部電位Ｖ
onの変動が３０Ｖ以下、より好ましくは２０Ｖ以下とな
るように設定するのが望ましい。こうすることで、露光
エネルギーＥの変更に伴うコントラスト電位の変動も３
０Ｖ以下、あるいは２０Ｖ以下に抑えられ、画像濃度の
変動を最小限とすることができる。

【００３６】次に、図３のステップＳ２に示した現像バ
イアス最適化処理について、図４を参照しつつ詳述す
る。図４は、図１の画像形成装置における現像バイアス
最適化処理を示すフローチャートである。この現像バイ
アス最適化処理では、例えば露光エネルギーＥおよび非
画像部電位Ｖoの絶対値をその可変範囲において最大値
に固定した状態で、現像バイアス電位Ｖbを多段階に変
更設定してパッチ画像を形成している。

【００３７】ここで、非画像部電位Ｖdの絶対値をその
可変範囲において最大値に設定している理由は以下の通
りである。すなわち、非画像部電位Ｖdの絶対値を最大
とすることにより、いずれの現像バイアス電位Ｖbにお
いても逆コントラスト電位Ｖr＝｜Ｖb−Ｖd｜は最大と
なる。そのため、前述したように、このとき装置内への
トナー飛散は最少限に抑えられている。一方、このとき
細線の均一性は悪くなっているが、後述するように、こ
の条件で作成するパッチ画像は高濃度画像であるので逆
コントラスト電位Ｖrが大きくなることによる画像濃度
への影響は少ない。したがって、逆コントラスト電位Ｖ
rを最大、すなわち非画像部電位Ｖdの絶対値を最大に保
ちつつ高濃度パッチ画像を形成することで、画像濃度へ
の影響と装置内へのトナー飛散とを最少限に抑えなが
ら、しかも感光体２の表面電位を変更する必要がないの
で短時間で最適化処理を行うことができる。

【００３８】まず、現像バイアス電位Ｖbをその可変範
囲における最小値に設定する（ステップＳ２１）。そし
て、この条件で高濃度パッチ画像、例えばベタ画像に相
当するトナー像を形成する（ステップＳ２２）。次に、
現像バイアス電位Ｖbを１ステップ増加させて再びパッ
チ画像を形成し、現像バイアス電位Ｖbがその可変範囲
における最大値となるまでこれを繰り返す（ステップＳ
２３、Ｓ２４）。こうして形成され中間転写ベルト７１
に転写された各現像バイアスでのパッチ画像について、
パッチセンサＰＳにより各パッチ画像の画像濃度を測定
する（ステップＳ２５）。そして、その画像濃度が予め
設定された目標濃度、例えば光学濃度ＯＤ＝１．２に最
も近くなる現像バイアスを求め、その値を最適現像バイ
アスとする（ステップＳ２６）。

【００３９】このようにして最適現像バイアスを求めた
後、引き続いて図５に示す露光エネルギー最適化処理
（図３におけるステップＳ３）を行う。図５は、図１の
画像形成装置における露光エネルギー最適化処理を示す
フローチャートである。この露光エネルギー最適化処理
においては、現像バイアス電位Ｖbとして先に求めた最
適値を用いるとともに、これに伴い非画像部電位Ｖdを
逆コントラスト電位Ｖrが一定となるように設定する
（ステップＳ３１）。つまり、感光体２の表面電位Ｖo
が最適現像バイアスに所定の逆コントラスト電位Ｖrお
よび感光体２の暗減衰分を加算した最適値となるよう
に、帯電バイアス発生部１２１から帯電ユニット３に与
える帯電バイアスを制御する。ここで、先に述べたよう
に、感光体２の非画像部電位Ｖdは、帯電直後の初期表
面電位Ｖoが感光体２の現像位置までの回転移動の間に
暗減衰した値となるが、帯電バイアスの大きさと感光体
２の表面電位Ｖoとの関係および暗減衰による減衰量は
既知であるため、帯電ユニット３の帯電バイアスを制御
することで所望の非画像部電位Ｖdを得ることができ、
これにより逆コントラスト電位Ｖrを一定値に保つこと
ができる。

【００４０】そして、露光エネルギーＥをその可変範囲
の最小値から１ステップずつ増加させながら、各露光エ
ネルギーでハーフトーンのトナー像をパッチ画像として
形成する（ステップＳ３２〜Ｓ３５）。

【００４１】この逆コントラスト電位Ｖrは、装置の構
造・仕様やトナーの特性に応じて適宜設定することがで
きる。すなわち、前述したように、逆コントラスト電位
Ｖrの大小に対して、装置内部へのトナー飛散量と細線
の再現性とは相反する関係にある。そこで、各画像濃度
制御因子が最適値に設定された状態で、現像器４Ｙ、４
Ｍ、４Ｃ、４Ｋから装置内部へのトナー飛散量が許容で
きるレベルにあり、かつ、細線画像が必要十分な画質で
形成できるように逆コントラスト電位Ｖrを設定すれば
よい。

【００４２】露光エネルギー最適化処理において用いる
パッチ画像としては、例えば図６に示す１オン５オフの
１ドットライン画像ＬＩを用いることができる。という
のは、前述したように、露光される領域が小さくスポッ
ト状である画像では露光エネルギーＥの大小が画質に与
える影響が大きく、中でも図６のような隣接するライン
間相互の干渉のない孤立ドットライン画像ＬＩではその
差が明確に現れるため、このような画像をパッチ画像と
して用いることで露光エネルギーＥの最適値を精度よく
求めることができるのである。このように好ましい低濃
度パッチ画像は、画像全体に対するドットの面積率が２
０％以下、さらに好ましくは１６．７％以下の画像であ
る。

【００４３】なお、先にも述べたように、このような細
線画像の画質に対しては、逆コントラスト電位Ｖrの値
も大きな影響を及ぼしている。そのため、逆コントラス
ト電位Ｖrを考慮していない従来の画像形成装置におい
ては、低濃度画像における画像濃度の調整を露光エネル
ギーＥの制御によって精度よく行うことは困難であっ
た。これに対して、この実施形態では、上記した逆コン
トラスト電位Ｖrを適正値に保ちながらライン画像ＬＩ
を形成しており、その画像濃度に基づいて露光エネルギ
ーＥの最適値を求めることによって、より高い精度で露
光エネルギーＥを最適化することが可能となっている。

【００４４】こうして各露光エネルギーでのパッチ画像
を形成した後、パッチセンサＰＳにより各パッチ画像の
画像濃度を測定し（ステップＳ３６）、その画像濃度が
予め設定された目標濃度、例えば光学濃度ＯＤ＝０．３
５に最も近くなる露光エネルギーＥを求め、その値を最
適露光エネルギーとする（ステップＳ３７）。

【００４５】こうして求められた各トナー色における最
適現像バイアス値および最適露光エネルギー値について
は、メモリ１２７に記憶しておき、以後の画像形成処理
において各トナー色でのトナー像形成を行うときにはこ
れらの値を随時読み出し、現像バイアス電位Ｖbおよび
露光エネルギーＥとして設定する。

【００４６】なお、このようにして中間転写ベルト７１
上に形成された各パッチ画像は、パッチセンサＰＳによ
り画像濃度が測定された後、図示しないクリーニング部
にて中間転写ベルト７１表面から除去される。

【００４７】以上のように、この実施形態の画像濃度制
御因子の最適化処理では、パッチ画像の画像濃度の測定
結果に基づいて現像バイアス電位Ｖbの最適値を求め、
その最適値にオフセット値として逆コントラスト電位Ｖ
rを加算した値を感光体２の非画像部電位Ｖoとしてい
る。そして、以後の露光エネルギー最適化処理や通常の
画像形成処理を行う際にはこの逆コントラスト電位Ｖr
を常に一定となるように制御している。このように微小
ドットを良好に形成できる条件の下でハーフトーンのパ
ッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて露光エネル
ギーＥの最適値を求めているので、この画像形成装置で
は、画像濃度制御因子としての露光エネルギーＥの最適
化処理を精度よく行うことができる。

【００４８】そして、このようにして最適化された現像
バイアス電位Ｖbおよび露光エネルギーＥを用いるとと
もに、逆コントラスト電位Ｖrを一定に保った状態で画
像形成を行っているので、この画像形成装置では、細線
や微小ドットからなる画像においてもかすれや線幅の不
均一などの問題が発生せず、画像品質の優れたトナー像
を安定して形成することが可能であると同時に、装置内
部へのトナー飛散も効果的に抑制されている。

【００４９】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。例えば、上記した実施形態では、高濃度パッチ画像
を用いて現像バイアス電位Ｖbの最適化を行い、その後
に低濃度パッチ画像を用いて露光エネルギーＥの最適化
を行っているが、さらに画像品質を高めるために、露光
エネルギー最適化処理の後にハーフトーンのトナー像を
パッチ画像として形成し再度現像バイアス電位Ｖbの微
調整を行うようにしてもよい。また、装置構成を簡略化
してコスト低減を図るために、露光エネルギーＥを固定
値として、現像バイアス電位Ｖbのみを画像濃度制御因
子として用いるようにしてもよい。また、画像濃度制御
因子として制御するパラメータとして、上記した現像バ
イアス電位Ｖbおよび露光エネルギーＥ以外にも、例え
ば感光体２に与えるバイアス電位や光ビームＬの露光
量、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによる各色のトナ
ー供給量などを用いてもよい。

【００５０】これらの場合においても、逆コントラスト
電位Ｖrを一定に保ちながら低濃度パッチ画像を形成
し、その画像濃度に基づいて画像濃度制御因子の最適化
処理を行うことによって、装置内部へのトナー飛散を効
果的に抑制しながら画像品質の優れたトナー像を安定し
て形成することが可能となる。

【００５１】また、上記した実施形態では、現像バイア
ス電位Ｖbの最適化を行うために高濃度パッチ画像を形
成する際には非画像部電位Ｖdを一定としているが、こ
れに限定されるものではなく、高濃度パッチ画像を形成
するときにも非画像部電位Ｖdを現像バイアス電位Ｖbに
追随させて変化させるようにしてもよい。

【００５２】また、上記した実施形態では低濃度パッチ
画像として１オン５オフの１ドットライン画像ＬＩを用
いているが、低濃度パッチ画像としてはこれに限定され
るものではなく、これ以外にも種々のドットやラインで
構成されるハーフトーン画像を用いることができる。例
えば、互いに離隔配置された複数の孤立ドットからなる
画像を用いてもよく、また上記と異なるオフ本数を有す
るライン画像を用いてもよい。ただし、極端に低濃度の
画像を用いるとパッチセンサＰＳの測定感度の面で問題
がある場合があり、また必要以上に高濃度の画像を用い
ると低濃度での画像品質のチェックが適切に行えないこ
ととなるので、装置の仕様やトナーの特性に応じて形成
すべきパッチ画像を適切に設定する必要があり、ハーフ
トーンのパッチ画像としては例えばパッチ画像全体に対
するドットの面積率が２０％以下のトナー像を用いるの
が好ましい。

【００５３】また、上記した実施形態における画像濃度
制御因子の最適化処理では、画像濃度制御因子としての
現像バイアス電位Ｖbまたは露光エネルギーＥを、その
最小値から順に１ステップずつ増加させてパッチ画像を
形成し、その画像濃度が目標濃度に最も近くなるときの
値を最適値としているが、これに限定されるものではな
く、例えば、これらの画像濃度制御因子を最大値から１
ステップずつ減少させながらパッチ画像形成を行っても
よいし、また、例えば、各パッチ画像ごとの画像濃度の
変化分に基づいて画像濃度制御因子の最適値を算出する
ようにしてもよい。さらに、この実施形態の現像バイア
ス最適化処理は露光エネルギーＥを最大値に固定して行
っているが、これ以外にも例えば露光エネルギーＥの中
央値を用いて行ってもよい。

【００５４】また、上記した実施形態は、各現像器４
Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが感光体２に当接した状態で現像
を行う接触現像方式による画像形成装置であるが、これ
以外に、現像器と感光体とが離間配置された、例えばジ
ャンピング現像などの非接触現像方式による画像形成装
置に対しても本発明を適用することが可能である。この
ような非接触現像方式では、トナーが現像位置にある現
像器と感光体との間を飛翔することによって現像を行っ
ているため、上記した接触現像方式の装置よりトナーが
さらに飛散しやすくなっている。そのため、このような
装置に本発明を適用することによるトナー飛散防止の効
果はより顕著なものとなる。

【００５５】ジャンピング現像方式の画像形成装置で
は、トナーの飛翔性を向上させて現像効率を高めるべ
く、各現像器に与える現像バイアスとしては、図７に示
すように、直流成分に交流成分を重畳したもの（同図
（ａ））や正負のデューティ比を変えた交流電圧（同図
（ｂ））を用いるのが好ましい。このような現像バイア
スを用いる場合には、その現像バイアスの平均値（各図
に示す「Ｖmean」）を先に述べた「現像バイアス電位」
と考えればよく、このとき交流電圧の波形、振幅、周波
数、デューティ比およびこれに重畳する直流電位等を
「画像濃度制御因子」としてもよい。

【００５６】また、上記した実施形態は、イエロー
（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック
（Ｋ）の４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成す
る画像形成装置であるが、単色（例えばブラック）のト
ナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置に対して
も本発明を適用することができる。このようなモノクロ
画像形成装置は主に文字等の細線で構成された画像の形
成に多用されると考えられるから、このような装置に対
して本発明を適用し、細線の再現性のよい状態でパッチ
画像を形成し、その画像濃度に基づいて画像濃度制御因
子を設定することは、画像品質の向上を図る上できわめ
て有効である。この場合には、他のトナー色による画像
との濃度のバランスを考慮する必要がないので、評価の
対象を細線の再現性に絞って最適化処理を行ってもよ
く、こうすることにより、最適化処理を簡単にすること
ができて、しかも主に文字等の細線で構成される画像形
成に適した画像形成装置を供することができる。

【００５７】また、上記実施形態では、感光体２上に形
成したトナー像を中間転写ベルト７１に転写している
が、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写
ベルト、転写シート、中間転写ドラム、中間転写シー
ト、反射型または透過型記録シートなど）にトナー像を
転写して画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用
することができる。また、パッチセンサを感光体上に形
成したトナー像の画像濃度を検出できる位置に設け、こ
のパッチセンサによって感光体上のパッチ画像の画像濃
度を測定するようにしてもよい。

【００５８】また、上記した実施形態は、各トナー色に
対応した現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃおよび４Ｋが軸中心に
配置されたロータリー現像ユニット４を備える画像形成
装置であるが、これ以外にも、例えば、各トナー色の現
像器を転写媒体の搬送方向に沿って一列に並ぶように設
けた、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても
本発明を適用することができる。

【００５９】また、上記した実施形態は、負帯電トナー
を用いており、また画像部に対応する位置に光ビームＬ
を照射することで感光体２上に静電潜像を形成する画像
形成装置であるが、これに限定されるものではなく、正
帯電トナーを用いる装置や、非画像部に光を照射して静
電潜像を形成するタイプの画像形成装置に対しても、本
発明を適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、この発明では、ハーフト
ーンのトナー像をパッチ画像として形成するに際して、
現像バイアス電位と非画像部電位との電位差、つまり逆
コントラスト電位を一定に保持している。そのため、微
小ドットや細線の再現性のよい条件でこのような低濃度
パッチ画像を形成することができるので、このパッチ画
像の画像濃度に基づいて行う画像濃度制御因子の最適化
処理を精度よく行うことが可能となり、その結果、画質
の良好なトナー像を安定して形成することができる。さ
らに、逆コントラスト電位を適正値に保つことにより、
装置内部へのトナー飛散をも効果的に抑制することが可
能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態
を示す図である。

【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の画像形成装置における画像濃度制御因子
の最適化処理を示すフローチャートである。

【図４】図１の画像形成装置における現像バイアス最適
化処理を示すフローチャートである。

【図５】図１の画像形成装置における露光エネルギー最
適化処理を示すフローチャートである。

【図６】ラインパッチ画像を示す図である。

【図７】ジャンピング現像方式における現像バイアス波
形の例を示す図である。

【図８】レーザービームプリンタの原理図である。

【符号の説明】

１…制御ユニット（制御手段） ２…感光体（静電潜像担持体） ３…帯電ユニット ４…現像ユニット（現像手段） ６…露光ユニット ７１…中間転写ベルト（転写媒体） ＬＩ…ラインパッチ画像 ＰＳ…パッチセンサ（濃度検出手段） Ｖb…現像バイアス電位 Ｖd…非画像部電位 Ｖon…画像部電位 Ｖr…逆コントラスト電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H027 DA10 DD01 DD07 DE07 DE09 DE10 EA02 EA05 EA06 EC03 EC06 EC07 ED06 ED09 ED10 ED24 EE02 FA28 2H030 AD12 AD16 BB02 BB24 BB34 BB36 BB38 BB42 BB46 BB52 BB63 2H077 AD06 AD35 AD36 DA04 DA05 DA10 DA43 DA47 DA63 DB03 DB08 DB13 DB14 DB22 GA13

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その表面のうち画像部に対応する表面領
   域の画像部電位と、非画像部に対応する表面領域の非画
   像部電位とを互いに相違させることによってその表面に
   静電潜像を担持する静電潜像担持体と、 与えられた現像バイアス電位に応じて、前記静電潜像を
   トナーにより顕像化してトナー像を形成する現像手段
   と、 前記現像手段によって前記静電潜像担持体上に形成され
   た所定のトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に
   転写されてなるトナー像をパッチ画像としてその画像濃
   度を検出する濃度検出手段と、 前記現像手段に与える前記現像バイアス電位と、前記静
   電潜像担持体上における前記非画像部電位との電位差を
   一定に保持するとともに、トナー像の画像濃度に影響を
   与える画像濃度制御因子を多段階に設定変更しながら、
   ハーフトーンのトナー像をパッチ画像として形成し、前
   記濃度検出手段による該パッチ画像の画像濃度の検出結
   果に基づいて前記画像濃度制御因子を最適化することに
   よって前記現像手段により形成されるトナー像の画像濃
   度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像
   形成装置。
2. 【請求項２】 前記パッチ画像は、互いに離隔配置され
   た複数のドットで構成されている請求項１に記載の画像
   形成装置。
3. 【請求項３】 前記パッチ画像は、互いに離隔配置され
   た複数本の１ドットラインで構成されている請求項１に
   記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記パッチ画像では、該パッチ画像全体
   に対するドットの面積率が２０％以下である請求項１な
   いし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記現像手段は、ジャンピング現像によ
   り前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する請求項
   １ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記現像手段は、互いに異なるトナー色
   に対応した複数の現像器を備えており、前記複数の現像
   器を順番に所定の現像位置に位置させて当該トナー色で
   のトナー像を形成することでカラー画像を形成する請求
   項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 静電潜像担持体の表面のうち、画像部に
   対応する表面領域の画像部電位と、非画像部に対応する
   表面領域の非画像部電位とを互いに相違させることによ
   り該静電潜像担持体上に静電潜像を形成するとともに、
   現像手段に対して現像バイアス電位を与えながら前記静
   電潜像をトナーにより顕像化して画像信号に応じたトナ
   ー像を形成する画像形成方法において、 前記画像信号に応じたトナー像を形成するのに先立っ
   て、前記現像バイアス電位と前記非画像部電位との電位
   差を一定に保持しながら、トナー像の画像濃度に影響を
   与える画像濃度制御因子を多段階に変化させて、その都
   度ハーフトーンのトナー像をパッチ画像として形成する
   とともに、 各パッチ画像の画像濃度に基づいて、前記パッチ画像の
   画像濃度が予め設定された目標画像濃度に最も近くなる
   ように前記画像濃度制御因子を調節することを特徴とす
   る画像形成方法。