JP2004070373A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　光学的センサの発光素子の連続発光時間に関係なく、像担持体上の基準トナー像のトナー付着量を正確に検出できるようにする。
【解決手段】　光学的センサにおける発光素子はその連続発光時間に応じて発光光量が異なるが、実際に基準トナー像の反射光量を検出するまでの発光素子の連続発光時間に応じて、像担持体地肌部の反射光量の検出も異なる態様で行う（Ｓ４，Ｓ１５）ようにしたので、発光光量の違いによる像担持体地肌部の反射光量の違いも加味して現像能力の検知を行うことができ、よって、光学的センサの発光素子の連続発光時間に関係なく基準トナー像のトナー付着量を正確に検知することができる。
【選択図】　　図１

Description

　　本発明は、感光体等の像担持体上に形成された基準トナー像のトナー付着量を検知し、この検知結果に基づいて画像形成時の各種制御条件を決定するようにした電子写真プロセスをとる画像形成装置における現像能力検知方法に関する。

　一般に、デジタル複写機等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置においては、トナー付着量が多すぎたり少なすぎたりしないように高画質化を維持するためには常に現像能力を把握する必要がある。そこで、感光体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された感光体地肌部の反射光量と感光体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力、例えば、トナー付着量を検知し、得られた現像特性から制御電位を算出したり、トナー補給を行うように制御することが知られている。

　このような検知方法に関して、特許文献１によれば、感光体地肌部の反射光量を検出するタイミングでのみ光学的センサの発光素子を発光させることで、発光素子の連続点灯を極力避け、発光素子の早期劣化を防止し、かつ、感光体の光疲労を防止することが記載されている。

特開平０４−０６０５６７号公報 特開平０４−００９９７０号公報

　ところが、光学的センサにおける発光素子、例えば、ＬＥＤの発光量はその連続発光時間に応じて変化し、特に、発光開始付近が最も変化しやすく、最大発光に至った後は発光素子の内部温度上昇により内部抵抗が増加することから発光量が低下する傾向を示す。従って、基準トナー像の反射光量を検出する時の感光体地肌部の反射光量と対応しないことがある。この傾向は、特に基準トナー像のパターンを連続して検知する時には、感光体地肌部の反射光量を検出する時と基準トナー像の反射光量を検出する時とで発光素子の連続発光時間が大きく異なるため、顕著となり、トナー付着量を正確に検知できない一因となっている。

　ちなみに、特許文献２によれば、感光体地肌部の反射光量の測定時に現像スリーブ上の現像剤を穂切りして、感光体を回転させることで、清浄な感光体上の平均的な反射光量を検出する方式が開示されている。しかし、穂切り等、現像剤と感光体とを非接触状態にすることができない構造の画像形成装置においては実施不可能であり、新たにそのような機構を設けるとなるとコスト高になってしまう。

　そこで、本発明は、光学的センサの発光素子の連続発光時間に関係なく、像担持体上の基準トナー像のトナー付着量を正確に検出できる画像形成装置における現像能力検知方法を提供することを目的とする。

　さらには、像担持体地肌部の反射光量の検出時に現像剤が接触した状態でも像担持体へのトナー付着を防止して基準トナー像のトナー付着量を正確に検出できる画像形成装置における現像能力検知方法を提供することを目的とする。

　請求項１記載の発明は、像担持体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された前記像担持体地肌部の反射光量と前記像担持体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力を検知し、画像形成時の現像条件やトナー補給等の現像プロセス制御条件を決定するようにした画像形成装置において、前記基準トナー像の反射光量を検出するまでの前記発光素子の連続発光時間に応じて、異なる態様で前記像担持体地肌部の反射光量を前記光学的センサにより検出するようにした。

　従って、光学的センサにおける発光素子はその連続発光時間に応じて発光光量が異なるが、実際に基準トナー像の反射光量を検出するまでの発光素子の連続発光時間に応じて、像担持体地肌部の反射光量の検出も異なる態様で行われるので、発光光量の違いによる像担持体地肌部の反射光量の違いも加味された現像能力の検知が可能となり、よって、光学的センサの発光素子の連続発光時間に関係なく基準トナー像のトナー付着量を正確に検知することができる。

　請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、異なる態様で像担持体地肌部の反射光量を検出する時の像担持体に対する帯電及び現像バイアスの制御条件を同一としている。従って、光学的センサにおける発光素子の連続発光時間だけを変えて像担持体地肌部の反射光量の検出を行うことにより、地汚れやキャリア付着等の影響を受けることなく、連続発光時間の影響を正確に把握することができ、基準トナー像のトナー付着量を正確に検知する一助となる。

　請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、像担持体地肌部の反射光量を検出するまでの光学的センサの発光素子の連続発光時間が異なる２つの検出結果をＶ_{sg A}，Ｖ_{sg B}としたとき、検出結果Ｖ_{sg A}を用いて検知された現像能力を検出結果Ｖ_{sg B}に応じて補正するようにしている。従って、現像能力を正確に検知することができる。

　請求項４記載の発明は、像担持体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された前記像担持体地肌部の反射光量と前記像担持体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力を検知し、画像形成時の現像条件やトナー補給等の現像プロセス制御条件を決定するとともに、通常画像形成時には直流電圧が重畳された交流電圧を現像バイアスとして印加するようにした画像形成装置において、前記光学的センサにより前記像担持体地肌部の反射光量を検出する際には直流電圧のみによる現像バイアスを印加するようにしている。

　従って、像担持体地肌部の反射光量を検出する際には現像手段に印加する現像バイアスを直流電圧のみとし交流電圧成分はオフさせるようにしているので、像担持体上にトナーが付着しにくくなり、現像剤が接触したままでも像担持体地肌部の反射光量の検出を正確に検出でき、よって、像担持体上に形成される基準トナー像のトナー付着量も正確に検知し得ることになる。

　請求項１記載の発明によれば、光学的センサにおける発光素子はその連続発光時間に応じて発光光量が異なるが、実際に基準トナー像の反射光量を検出するまでの発光素子の連続発光時間に応じて、像担持体地肌部の反射光量の検出も異なる態様で行うようにしたので、発光光量の違いによる像担持体地肌部の反射光量の違いも加味して現像能力の検知を行うことができ、よって、光学的センサの発光素子の連続発光時間に関係なく基準トナー像のトナー付着量を正確に検知することができる。

　請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、異なる態様で像担持体地肌部の反射光量を検出する時の像担持体に対する帯電及び現像バイアスの制御条件を同一としているので、光学的センサにおける発光素子の連続発光時間だけを変えて像担持体地肌部の反射光量の検出を行うことにより、地汚れやキャリア付着等の影響を受けることなく、連続発光時間の影響を正確に把握することができ、基準トナー像のトナー付着量を正確に検知する一助となる。

　請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、像担持体地肌部の反射光量を検出するまでの光学的センサの発光素子の連続発光時間が異なる２つの検出結果をＶ_{sg A}，Ｖ_{sg B}としたとき、検出結果Ｖ_{sg A}を用いて検知された現像能力を検出結果Ｖ_{sg B}に応じて補正するようにしので、現像能力を正確に検知することができる。

　請求項４記載の発明によれば、像担持体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された前記像担持体地肌部の反射光量と前記像担持体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力を検知し、画像形成時現像条件やトナー補給等の現像プロセス制御条件を決定するとともに、通常画像形成時には直流電圧が重畳された交流電圧を現像バイアスとして印加するようにした画像形成装置において、前記光学的センサにより前記像担持体地肌部の反射光量を検出する際には直流電圧のみによる現像バイアスを印加するようにしたので、像担持体上にトナーが付着しにくくなり、現像剤が接触したままでも像担持体地肌部の反射光量の検出を正確に検出でき、よって、像担持体上に形成される基準トナー像のトナー付着量も正確に検知することができる。

　本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。本発明の画像形成装置は、その実施の一形態として、カラーデジタル複写システムに適用されている。
＜装置構成の概要及び動作の概要＞
　図２にそのシステム構成全体の概要を示す。本複写システムは、スキャナモジュール１とプリンタモジュール２とシステム制御モジュール３と給紙カセットモジュール４とを積層構造としたもので、複写、ファクシミリ及びプリンタ機能付き複写機として構成されている。

　前記スキャナモジュール１は、原稿のカラー画像情報を、例えば、ＲＧＢの３原色に色分解して色毎に読取り、電気的な画像信号に変換して、Ｂｋ（黒）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）のカラー画像データとして出力するカラースキャナ機能を有する。よって、このスキャナモジュール１は走査光学系５とともに、ＲＧＢ色分解手段を伴うＣＣＤラインセンサ等によるカラーセンサ６を備えた周知の構造として構成されている。

　前記プリンタモジュール２は電子写真方式を利用したフルカラープリンタとして構成されている。図３にその詳細を示す。このプリンタモジュール２は、ドラム状で像担持体となる感光体７を主体として構成されている。この感光体７の周囲に電子写真プロセスに従い、帯電器８、書込み光学ユニット９による露光部、現像手段となる現像装置１０、中間転写ベルト１１を介在させた転写器１２、クリーニングユニット１３、除電ランプ１４等が順に配設されている。前記書込み光学ユニット９は前記スキャナモジュール１側から得られるカラー画像データを光信号に変換して原稿画像に対応した光書込みを行い、前記感光体７上に静電潜像を形成するもので、レーザ発光手段１５、ポリゴンミラー１６、ｆθレンズ１７等を備えている。

　前記現像装置１０はリボルバ現像装置として構成されており、回転中心の回りに黒現像器１８_Bk、シアン現像器１８_C 、マゼンタ現像器１８_M 、イエロー現像器１８_Y が順に配設されている。また、特に図示しないが、各現像器を反時計方向に回転させるリボルバ回転駆動部も備えている。各現像器は、図４に示すように、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体７の表面に接触させて回転する現像スリーブ１９_Bk，１９_C ，１９_M 、１９_Y と、現像剤を汲上げ・撹拌するために回転する現像パドル２０_Bk，２０_C ，２０_M 、２０_Y 等によって構成されている。

　前記中間転写ベルト１１は複数のローラ群に張架されて時計方向に回転駆動されるもので、材質的にはＥＴＦＥ（エチレンテトラフロロエチレン）が用いられ、その電気的抵抗は表面抵抗で１０⁸ 〜１０¹⁰Ω／ｃｍ² 程度の中抵抗とされている。

　ここに、現像装置１０は待機状態では図４に示すように黒現像器１８_Bkが感光体７に対向する位置にセットされており、コピー動作が開始されるとスキャナモジュール１で所定のタイミングから黒画像データの読取りがスタートし、この画像データに基づきレーザ光による光書込み・潜像形成が始まる。この動作により形成された黒潜像の先端部から現像可能とするため、黒現像器１８_Bkの現像位置に黒潜像先端部が到達する前に現像スリーブ１９_Bkの回転を開始させ、黒潜像を黒トナーで現像する。以後、黒潜像領域の現像動作を続けるが、黒潜像後端部が黒現像位置を通過した時点で、速やかに黒現像器１８_Bkによる現像位置から次の色であるシアン現像器１８_C による現像位置まで現像装置１０が回転する。これは、少なくとも次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了する。

　像形成サイクルが開始されると、まず、感光体７は反時計方向に回転され、中間転写ベルト１１は時計方向に回転される。中間転写ベルト１１の回転に伴って黒トナー像形成後、シアントナー像形成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が順に行われ、最終的に、ＢｋＣＭＹの順に中間転写ベルト１１上に重ねてトナー像が作成される。

　ここに、現像装置１０内のトナーはフェライトキャリアとの撹拌によって負極性に帯電され、かつ、現像スリーブ１９は感光体７の金属基体層に対して電源手段（図示せず）によって負の直流電圧（ＤＣ）と交流電圧（ＡＣ）とが重畳された電位にバイアスされている。この結果、感光体７の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷のない部分、即ち、露光された部分にはトナーが吸着され、潜像と相似な可視像が形成される。

　感光体７上に形成されたトナー像は、感光体７と接触状態で等速駆動されている中間転写ベルト１１の表面に転写器１２の作用によって転写される。この中間転写ベルト１１には感光体７上に順次形成される各色トナー像が同一面に位置合わせされることにより、４色重ねのベルト転写画像が形成され、その後、給紙カセットモジュール４等から給紙された転写紙上にコロナ放電転写器２１の作用により一括転写される。

　ところで、本実施の形態における現像装置１０における現像剤の撹拌方法について説明する。この現像装置１０は概要を前述したように黒現像器１８_Bk、シアン現像器１８_C 、マゼンタ現像器１８_M 、イエロー現像器１８_Y なる４つの現像器を回転中心回りに配設させたリボルバ構造のものである。図４を参照して、例えば、黒現像器１８_Bkについて説明すると、マグネットローラ（図示せず）を内包した現像スリーブ１９_Bkと、この現像スリーブ１９_Bk上の現像剤を感光体７に導く際に現像剤の汲上げ量を規制するドクタ２２_Bkと、現像剤撹拌用の現像パドル２０_Bkと、スクリュパドル２３_Bkと、スクリュ２４_Bkと、スクリュケース２５_Bkとを備えて構成されている。現像剤は図５中に矢印で示す如く循環搬送され現像剤のトナー濃度の偏差がないように撹拌される。スクリュケース２５_Bk内の現像剤はスクリュ２４_Bkにより奥側から手前へ搬送され、前側板２６を通過して下方のスクリュパドル２３_Bkへ落下し、このスクリュパドル２３_Bkにより手前側から奥側へ搬送される。現像スリーブ１９_Bkは現像パドル２０_Bk上に存在する現像剤を汲上げて現像領域へ搬送し、一部がドクタ２２_Bkにより規制された現像剤は、スクリュケース２５_Bkへ落下する。このようにして現像剤が循環している。

　次に、トナー補給機構について説明する。現像装置１０におけるトナー補給部２７は図６に示すように、各色のトナーカートリッジ（トナー収容器）２８_Bk，２８_C ，２８_M 、２８_Y が前側板２６の前面付近に配設されることにより形成されている。もっとも、黒トナーに関しては最も使用頻度が高いため、トナーカートリッジ２８_Bkは現像装置１０の中央筒部内に挿入される構造であり、紙面表裏方向に長く容積を持たせてあり、現像装置１０全体の回転とともにトナーカートリッジ２８_Bk内の黒トナーをトナーホッパ２９_Bk内に供給する構造とされている。このトナーホッパ２９_Bkと補給トナーを搬送するスクリュパドル２３_Bkとの間には補給ローラ３０_Bkが配設され、補給モータ３１、伝達ギヤ３２を介してこの補給ローラ３０_Bkを適宜回転駆動させるように構成されている。トナー補給を実施する場合には、補給モータ３１を駆動させて補給ローラ３０を回転させることでトナーホッパ２９_Bk内或いはトナーカートリッジ２８_C ，２８_M 、２８_Y 内のトナーがスクリュパドル２３上に落下してスクリュパドル２３の回転とともに搬送され、スクリュケース２５からスクリュパドル２３への現像剤落下部で混合撹拌されながら前側板２６を通過して現像器１８内に送られるように構成されている。

　この他、前記感光体７に対しては電位センサ４１や光学的センサ４２が近接させつつ対向配置されている。前記電位センサ４１は感光体７の表面電位を検出するためのものである。前記光学的センサ４２は感光体７の表面の反射光量を光学的に検出するためのものであり、特に図示しないが、ともに感光体７に向けて対向配置させた発光素子としてのＬＥＤと受光素子との対により構成された反射型構造のセンサである。この他、現像装置１０の回りには、黒用トナーカートリッジ検出用光学センサ４３や、カラートナー用トナーカートリッジ検出用光学センサ４４が設けられている。

　次に、電装制御系の概要を図７を参照して説明する。演算制御処理を行うＣＰＵ４５や演算制御処理のための基礎プログラム及びこれらの処理のための基礎データを蓄積したＲＯＭ４６や各種データを取り込むためのＲＡＭ４７を備えた制御部４８が設けられており、この制御部４８によってスキャナモジュール１、プリンタモジュール２、給紙カセットモジュール４等の動作制御がなされる。このため、前記ＣＰＵ４５にはＩ／Ｏインタフェース４９を介して、外部機器等が接続されている。まず、Ｉ／Ｏインタフェース４９の入力側には電位センサ４１、光学的センサ４２、黒用トナーカートリッジ検出用光学センサ４３、カラートナー用トナーカートリッジ検出用光学センサ４４が接続されている。また、Ｉ／Ｏインタフェース４９の出力側には現像バイアス制御駆動部５０、帯電制御駆動部５１、トナー補給制御部５２、レーザ発光駆動部５３、現像ローラ駆動部５４、現像リボルバ駆動部（現像装置回転駆動部）５５及び感光体駆動部５６が各々接続されている。

　前述したトナー補給が実施される場合、その制御は制御部４８により行われる。即ち、感光体７上に基準トナー像を作成して光学的センサ４２によりその反射光量を検出して制御部４８でトナー付着量を算出し、そのトナー付着量からトナー補給量が決定され、トナー補給駆動部５２が駆動され、前述したトナー補給が実行される。
＜基準トナー像に対する現像装置１０の現像能力を示すトナー付着量の検知に関して＞
　感光体７上に形成された基準トナー像のトナー付着量の検知の対象となるパターンには、定着温度センサによる温度検出が１００℃以下の電源投入時と、予め設定されたコピー枚数毎とに行われるプロセスコントロールセルフチェック時（電位制御時）の１２階調パターンと、毎回の画像形成領域外の後端に形成されるトナー補給制御用の中間調パターンとがある。

　まず、プロセスコントロールセルフチェック時の処理を図１（ａ）に示すフローチャートを参照して説明する。定着温度センサにより検出される定着部の温度が１００℃を超えているときには（ステップＳ１のＮ）、異常処理と判定して電位制御は行わない。１００℃未満であれば（Ｓ１のＹ）、電位センサ校正を行う（Ｓ２）。即ち、感光体７に対して現像バイアス電源により基準電圧を印加して電位センサ４１を校正し、以後の電位計算はこの校正値を用いて行う（この時、感光体７及び現像装置１０は何れも駆動させない）。つづいて、感光体地肌部の反射光量Ｖ_sgの調整を行う（Ｓ３）。これは、感光体７の周方向の光反射むらを吸収するため、感光体７を回転させながら光学的センサ４２のＬＥＤから感光体地肌部に向けて照射した光の反射光の受光素子による受光量が４±０．１〔Ｖ〕となるように光学的センサ４２におけるＬＥＤの発光量を調整する。
＜請求項４記載の発明に対応する部分＞
　この時、現像器１８の現像スリーブ１９上の現像剤を感光体７から離した状態を維持することが望ましいが、本実施の形態における画像形成装置においてはモータの制御上困難となる（現像器１８の駆動を感光体７の駆動と別々にするとコスト高となる）。かといって、現像器１８が現像位置にある時は、感光体７の回転とともに現像器１８に機械的な駆動がかかり、現像スリーブ１９が回転し、感光体７上にトナーが付着しやすい状況にあり、清浄な感光体地肌部に対する光の反射光を検出できない。この点、本実施の形態では、感光体地肌部の反射光を光学的センサ４２によって検出・調整する際には、現像器１８の現像スリーブ１９に印加するバイアスに関して、交流電圧ＡＣ成分はオフとし直流電圧ＤＣ成分のみを印加することにより、感光体７上にトナーが付着しにくくしている。

　ちなみに、直流電圧ＤＣが重畳された交流電圧ＡＣを現像バイアスとして印加する状況下に、直流電圧ＤＣ成分を下げることも、感光体７に対するトナー付着を抑制する上では効果的であるが、ＤＣ成分を大きく変化させる必要があり、現像剤の帯電量が高い時にはキャリアが付着しやすくなってしまう弊害を生ずる。よって、直流電圧ＤＣ成分を下げるだけの方式は好ましくなく、交流電圧ＡＣのオフだけで不十分な場合に補助的に直流電圧ＤＣ成分を下げるのが有効である。

　なお、通常の画像形成時には、直流電圧ＤＣが重畳された交流電圧ＡＣを現像バイアスとして印加するため、同条件で画像濃度を制御するために、基準トナー像に関しても直流電圧ＤＣが重畳された交流電圧ＡＣを現像バイアスとして印加して現像し、光学的センサ４２によるその反射光量の検出を経て、トナー付着量を検知する。
＜請求項１記載の発明に対応する部分・・・請求項２，３を含む＞
　ステップＳ３のＶ_sg調整に引き続き、Ｖ_{sg ave}検知を行う（Ｓ４）。このステップでは、光学的センサ４２のＬＥＤを発光させ、一定時間が経過（例えば、３秒経過）した時点から、光学的センサ４２による反射光の読取りを開始し、感光体７が１回転した時点までの読取り値の平均をＶ_{sg ave}として算出する。即ち、光学的センサ４２に関して、感光体７側からの反射光量を検出するまでのＬＥＤの連続発光時間は非常に重要な要素となる。発光素子であるＬＥＤの連続発光時間と反射光量との関係を図示すると、例えば、図８に示すような特性を示す。図から分かるように、ＬＥＤの発光量は連続発光時間に応じて変化し、特に、発光開始付近で最大発光量に達した後、ＬＥＤの内部温度上昇に伴い内部抵抗が増加することから発光量が低下していくため、反射光量も減少していく。ここに、感光体７上で連続した基準トナー像の反射光量を求める場合に、始めのほうの基準トナー像の反射光量はＬＥＤの連続発光時間が短いために大きく検出し、終わりのほうの基準トナー像の反射光量はＬＥＤの連続発光時間が長いために小さく検出してしまう不都合を生ずる。

　本実施の形態においては、後述する１２階調パターン×４色分のＬＥＤの連続発光時間での反射光量は、発光開始から３秒後には飽和した特性を示しているため、Ｖ_{sg ave}の検出に際しては、光学的センサ４２のＬＥＤ発光を行い３秒が経過した時点から読取りを開始している。もっとも、連続発光時間による反射光量の低下に応じて適切な時間を設定すればよいのはもちろんである。

　何れにしても、基準トナー像に対する光学的センサ４２の検出結果は、その時の感光体地肌部に対する光学的センサ４２の検出結果（＝Ｖ_sg）により大きく左右されるので、トナー付着量の検知に当たっては、検出時のＶ_sgの値を考慮若しくは検出して行うことが重要となる。

　ついで、パッチパターンを作成する（Ｓ５）。即ち、レーザ出力を順次切り換え変化させることにより、図９に示すように、感光体７上にＮ個の階調濃度を持つ静電潜像を作成する（ここでは、１２個＝１２階調）。そして、電位センサ４１によって各パッチパターン上の電位を検出してＲＡＭ４７に格納する（Ｓ６）。引き続き、Ｐセンサ検知を行う（Ｓ７）。即ち、感光体７上に作成されたパッチパターンによる静電潜像を現像装置１０により現像して基準トナー像として顕像化し、光学的センサ４２で各基準トナー像からの反射光量を検出し、各パッチパターン対応の基準トナー像のセンサ出力値Ｖ_pi（ｉ＝１〜Ｎ）としてＲＡＭ４７に格納する。なお、階調濃度パターンの作成は、レーザ出力の切り換えに限らず、例えばレーザ出力は一定とし現像バイアスを切り換える方式であってもよい。また、上記の工程は、Ｂｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの順で順次行われる。そして、トナー付着量を算出する（Ｓ８）。

　ここで、トナー付着量の算出法について説明する。図１０に基準トナー像上のトナー付着量に対する光学的センサ４２の出力の関係を示す。図中、曲線ａは黒基準トナー像に対する特性、曲線ｂはカラー基準トナー像に対する特性を示す。図から分かるように、曲線ａに対して曲線ｂは感光体地肌部の反射光量Ｖ_sg（＝４．０）に対してのダイナミックレンジが狭いことが分かる。これは、カラートナー像の場合、そのカラートナー表面からの直接反射光が感光体７からの反射光に対して多くなるために起こる現象であるが、特性が飽和するＶ_sp値（以後、Ｖ_min とする）は、光学的センサ４２、感光体７、現像条件等のばらつきによって変化するため、
　ｋ＝（Ｖ_sp−Ｖ_min ）／（Ｖ_sg−Ｖ_min ）
によって規格化している（ｋ＝０．００〜１．００）。

　このようにして、ステップＳ７で得られた光学的センサ４２の出力値をＲＯＭ４６内に予め格納されている光学的センサ出力の規格化値（ｋ）とトナー付着量との関係を示すテーブルを参照することにより、単位面積当たりのトナー付着量に換算し、ＲＡＭ４７に格納する（Ｓ８）。

　ここに、ステップＳ６で得られた電位データとステップＳ８で得られたトナー付着量データとの各パッチパターンにおけるデータをＸ‐Ｙ平面上にプロットすると図１１に示すような特性が得られる。図において、Ｘ軸に電位ポテンシャル（現像バイアスと感光体表面電位との電位差：Ｖ_B −Ｖ_D ）を割り振り、Ｙ軸に単位面積当たりのトナー付着量Ｍ／Ａ〔mg／cm²〕 を割り振っている。そこで、ステップＳ９では、このような電位センサ４１と光学的センサ４２とから得られたパターンデータより直線区間を選択し、区間内のデータに対して最小自乗法を適用することにより直線近似を行って得られる直線方程式Ａに対して制御電位を各色トナー毎に計算する。

　センサ出力より得られた電位、トナー付着量データ（Ｘ_n ，Ｙ_n ；ｎ＝１〜１０）の数字の若いほうから５個のデータ組を取出し、直線近似計算を行うとともに、相関係数を算出する。これを、ｎ＝１，２，３，〜，６について各々計算すると、
　Ｙ＝Ａ₁₁＊Ｘ＋Ｂ₁₁　　；Ｒ₁₁
　Ｙ＝Ａ₁₂＊Ｘ＋Ｂ₁₂　　；Ｒ₁₂
　Ｙ＝Ａ₁₃＊Ｘ＋Ｂ₁₃　　；Ｒ₁₃
　Ｙ＝Ａ₁₄＊Ｘ＋Ｂ₁₄　　；Ｒ₁₄
　Ｙ＝Ａ₁₅＊Ｘ＋Ｂ₁₅　　；Ｒ₁₅
　Ｙ＝Ａ₁₆＊Ｘ＋Ｂ₁₆　　；Ｒ₁₆
なる６組の直線近似式及び相関係数が得られる。得られた相関係数Ｒ₁₁〜Ｒ₁₆のうちから最大となるものを直線方程式Ａとして選択する。ここでは、選択された直線方程式Ａを
　Ｙ＝Ａ₁ ＊Ｘ＋Ｂ₁
とする。

　次に、現像ポテンシャルを算出する（Ｓ１０）。即ち、算出された直線方程式Ａにおいて、Ｙの値が必要最大付着量Ｍ_max となるときのＸ値Ｖ_max を算出し、このＶ_max の値から現像バイアスＶ_B 、露光電位Ｖ_L を算出する。これらは、
　　Ｖ_max ＝（Ｍ_max −Ｂ₁ ）／Ａ₁
　　Ｖ_B −Ｖ_L ＝Ｖ_max ＝（Ｍ_max −Ｂ₁ ）／Ａ₁
となり、Ｖ_B ，Ｖ_L の関係を直線方程式Ａの係数を用いて表すことができる。

　そして、露光前の帯電電位Ｖ_D と現像バイアスＶ_B との関係は図１１中に示す直線方程式Ｂ
　Ｙ＝Ａ₂ ＊Ｘ＋Ｂ₂
とＸ軸の交点のＸ座標Ｖ_K （現像開始電圧）と、実験的に求めた地汚れ余裕電圧Ｖ_αとから、
　Ｖ_D −Ｖ_B ＝Ｖ_K ＋Ｖ_α
で与えられる。実際には、Ｖ_max を参照値として、Ｖ_D ，Ｖ_B ，Ｖ_L の関係が、図１２に示すように予めテーブル５７としてＲＯＭ４６中に格納してあり、Ｖ_max に最も近いテーブルで各電位を制御する（Ｓ１１，Ｓ１２）。

　この後、感光体７にパワーを最大としたレーザ光を照射することにより残留電位を検出し、残留電位が検出された場合にはテーブル５７を参照することにより得られた各電位に対して残留電位分を補正し、補正後の値を目標電位とする（Ｓ１３）。次いで、Ｖ_D の目標電位を達成するように帯電器８に印加する電位を調整し（Ｓ１４）、Ｖ_D が得られたら、Ｖ_L の目標電位を達成するようにレーザパワーを調整する。

　この後、ステップＳ１５では、再び光学的センサ４２により感光体地肌部の反射光量Ｖ_{sg pth}の検出を行う。ここでは、トナー補給制御用の基準トナー像の反射光量の検出と同じタイミングで、ＬＥＤの発光と反射光量の検出動作とを行うことで、反射光量Ｖ_{sg pth}の検出を行う。ここに、感光体地肌部の反射光量の検出であっても、ステップＳ４のＶ_{sg ave}検出と大きく異なるのは、光学的センサ４２におけるＬＥＤの連続発光時間である。即ち、プロセスコントロールセルフチェック時と異なりトナー補給制御用の基準トナー像のトナー付着量検知は、毎回毎色について画像形成領域外で行うため、ＬＥＤの長時間の点灯は感光体７、ＬＥＤの劣化の点で不利であり、特に問題となるのは、ＬＥＤの発光が画像形成領域にかかった場合には感光体７上のトナーに対して光除電が作用してしまい、ＬＥＤ光が当った個所のみが中間転写ベルト１１に転写されにくくなってしまう不都合を生ずる。このため、トナー補給制御用の基準トナー像に対する光学的センサ４２中のＬＥＤの発光は画像形成領域外で行うため、反射光量を検知するまでのＬＥＤの連続発光時間は短くなる。

　この際、ＬＥＤの連続発光時間に応じてＶ_sgを測定する場合に、帯電電位、現像バイアス等の作像条件を揃えて、光学的センサ４２におけるＬＥＤの連続発光時間だけを変えてＶ_{sg pth}の測定を行うことで、ＬＥＤの連続発光時間の影響を正確に検知することができる。この制御は、請求項１記載の発明中の請求項２記載の発明に対応する制御部分であり、もし、現像バイアス等の条件がバラバラであると適切でない条件のほうに地汚れやキャリア付着が発生する可能性があり、トナー付着量を正確に検知できない一因となり得る。

　この後、ステップＳ１５で検知されたＶ_{sg pth}を用いて、先に求めたＶ_min を補正する。即ち、トナー補給制御用の基準トナー像のトナー付着量を求める際にはＶ_min が必要となるが、Ｖ_min を検知した時のＶ_{sg ave}が、Ｖ_{sg pth}と異なり低いため、Ｖ_{sg pth}のレベルに見合ったＶ_min に補正するためである。この補正処理が、請求項３記載の発明に対応する処理となる。ここでは、Ｖ_{sg pth}用に補正されたＶ_min をＶ_{min pth} とする。補正は、
　Ｖ_{min pth} ＝Ｖ_min ＊Ｖ_{sg pth}／Ｖ_{sg ave}
に基づいて行われる。
＜トナー補給制御に関して＞
　トナー補給用の制御は、図１（ｂ）に示すフローチャートに従い行われる。まず、パッチパターン作成工程として、感光体７上に中間調の静電潜像を作成する（Ｓ２１）。次いで、電位センサ４１によってこの静電潜像の電位を読込み、ＲＡＭ４７に格納する（Ｓ２２）。この後、感光体７上に形成されたこの静電潜像を現像装置１０により現像することにより基準トナー像を形成する。この際、ＲＡＭ４７に格納された電位に対して一定のポテンシャル（例えば、１３０Ｖ）を加えた現像バイアスをかけ、トナー現像して顕像化した基準トナー像を形成する。このような基準トナー像に関して光学的センサ４２によってその反射光量を検出し（Ｓ２３）、プロセスコントロールセルフチェック時と同様にしてトナー付着量を算出する（Ｓ２４）。ここに、トナー付着量は
　ｋ＝（Ｖ_sp−Ｖ_{min pth} ）／（Ｖ_{sg pth} −Ｖ_{min pth} ）
により算出する。

　前述したように、トナー補給制御用の基準トナー像のトナー付着量検知に際しては、光学的センサ４２のＬＥＤの発光は早い時点から行えないため、プロセスコントロールセルフチェック時のように連続発光時間が長い時に比較して発光量が多く、同じトナー付着量に対して高い反射光量を示す。従って、光学的センサ４２におけるＬＥＤの連続発光時間が異なる、感光体地肌部の反射光量の検知結果であるＶ_{sg ave}を用いて求めた現像能力Ｖ_min を、Ｖ_{sg pth} で補正して利用
することは正確な現像能力（トナー付着量）を求める上で非常に重要となる。

　その後、求められたトナー付着量を、予め設定されたトナー付着量とトナー補給量とのテーブル（図示せず）に基づいてトナー補給駆動部５２を制御することによりトナー補給が行われる（Ｓ２５）。

本発明の実施の一形態を示すフローチャートである。 カラーデジタル複写システムの概要を示す概略正面図である。 プリンタモジュールの概要を示す概略正面図である。 現像装置の構成を示す縦断正面図である。 その一部の縦断側面図である。 トナー補給部の構成を示す正面図である。 電装制御系の構成を示すブロック図である。 ＬＥＤの連続発光時間と反射光量との関係を示す特性図である。 １２階調パターンの一部を例示する模式図である。 トナー付着量とトナーの種類による反射光量との関係を示す特性図である。 電位ポテンシャル、制御電位等とトナー付着量との関係を示す特性図である。 テーブルの内容を示す説明図である。

符号の説明

　７　　　像担持体
１０　　　現像手段
４２　　　光学的センサ

Claims (4)

1. 像担持体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された前記像担持体地肌部の反射光量と前記像担持体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力を検知し、画像形成時の現像条件やトナー補給等の現像プロセス制御条件を決定するようにした画像形成装置において、
   　前記基準トナー像の反射光量を検出するまでの前記発光素子の連続発光時間に応じて、異なる態様で前記像担持体地肌部の反射光量を前記光学的センサにより検出するようにしたことを特徴とする画像形成装置における現像能力検知方法。
2. 異なる態様で像担持体地肌部の反射光量を検出する時の像担持体に対する帯電及び現像バイアスの制御条件が同一であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像能力検知方法。
3. 像担持体地肌部の反射光量を検出するまでの光学的センサの発光素子の連続発光時間が異なる２つの検出結果をＶ_{sg A}，Ｖ_{sg B}としたとき、検出結果Ｖ_{sg A}を用いて検知された現像能力を検出結果Ｖ_{sg B}に応じて補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像能力検知方法。
4. 像担持体に対向させた発光素子と受光素子とを備えた反射型の光学的センサを設け、この光学的センサによって検出された前記像担持体地肌部の反射光量と前記像担持体上に形成された基準トナー像の反射光量との比を予め設定された基準値と比較することにより現像手段の現像能力を検知し、画像形成時の現像条件やトナー補給等の現像プロセス制御条件を決定するとともに、通常画像形成時には直流電圧が重畳された交流電圧を現像バイアスとして印加するようにした画像形成装置において、
   　前記光学的センサにより前記像担持体地肌部の反射光量を検出する際には直流電圧のみによる現像バイアスを印加するようにしたことを特徴とする画像形成装置における現像能力検知方法。
   

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