JP2004102240A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動作停止状態が長時間継続することで現れる濃度ムラの発生を抑制し、画質の良好なトナー像を安定して形成する。
【解決手段】外部装置から画像信号が与えられると（ステップＳ３０１）、画像形成動作を実行する（ステップＳ３０２）。画像を形成し終わると（ステップＳ３０３）、装置は動作停止状態に移行し（ステップＳ３０４）、内部タイマにより動作停止時間ｔｓの計時を開始する（ステップＳ３０５）。その後、新たに画像信号が入力されれば再び画像形成を行うが、画像信号が入力されないまま動作停止時間ｔｓが最大停止時間ｔｍに達したときには（ステップＳ３０６）、パッチ画像を形成して濃度制御因子の最適化を行う（ステップＳ３０７）。そのため、動作停止状態が一定期間を超えて継続することはなく、濃度ムラは生じない。
【選択図】　　　　図２２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電潜像が形成される像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とを対向配置させた状態で前記トナー担持体に現像バイアスを印加して前記トナー担持体から前記像担持体にトナーを移動させて前記静電潜像を顕像化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】
このような画像形成装置としては、像担持体とトナー担持体とが当接状態に保持された接触現像方式のものと、これらが離間した状態に保持された非接触現像方式のものとが知られている。このうち、接触現像方式の画像形成装置では、直流電圧もしくは直流電圧に交流電圧を重畳された現像バイアスがトナー担持体に印加されており、その表面に担持されたトナーが像担持体上の静電潜像に接触した際、その表面電位に応じて一部が像担持体側に移動することによってトナー像が形成される。
【０００３】
また、非接触現像方式の画像形成装置では、現像バイアスとしての交番電圧がトナー担持体に印加されることで像担持体との間のギャップに交番電界が形成され、この交番電界の作用によりトナーが飛翔することでトナー像が形成される。
【０００４】
この種の装置では、装置の個体差、経時変化や、温湿度など装置の周囲環境の変化に起因してトナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、従来より、画像濃度の安定化を図るための種々の技術が提案されている。このような技術としては、例えば像担持体上にテスト用の小画像（パッチ画像）を形成し、そのパッチ画像の濃度に基づいて、画像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化する技術がある。この技術は、濃度制御因子を種々に変更設定しながら像担持体上に所定のパッチ画像を形成するとともに、像担持体の近傍に設置した濃度センサによりその画像濃度を検出し、その濃度が予め設定された目標濃度と一致するように濃度制御因子を調節することで、所望の画像濃度を得ようとするものである。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の画像濃度制御技術では、（１）装置本体電源のオン時、（２）プロセスカートリッジもしくは現像カートリッジの交換時、（３）装置が長時間使用されていない状態で新たにプリント命令を受けた時および（４）所定の枚数がプリントされた時に、次の画像形成に先立って、所定のトナーパッチを形成し、その濃度に基づき濃度制御因子としての現像バイアスを変化させて画像濃度を制御している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７２５８４号公報（第４頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の画像形成装置では、電源のオフ状態、あるいは電源がオンであっても画像形成を行わない動作停止状態が長時間にわたり継続した場合、その後に行う画像形成動作において形成した画像に周期的な濃度ムラが生じる場合があることが知られている。このような濃度ムラは画像形成動作を何度か繰り返すことで次第に解消されるが、動作停止状態にある時間が長くなるとその解消に要する時間も長くなり、また画像品質が看過できない程度にまで低下する場合もある。
【０００８】
特に、このような動作停止状態の後にパッチ画像を形成して濃度制御因子の調節を行う従来技術の画像形成装置では、上記した濃度ムラによってパッチ画像の濃度が変動することがある。そのため、その濃度に基づく濃度制御因子の調節が精度よく行えず、その結果、安定した画像を形成することが難しいという問題があった。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、動作停止状態が長時間にわたり継続することで現れる濃度ムラの発生を抑制し、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、その表面に静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、その表面にトナーを担持しながら所定の方向に回転することで前記像担持体との対向位置に前記トナーを搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体に所定の現像バイアスを印加して前記トナー担持体に担持されるトナーを前記像担持体に移動させることによって前記静電潜像をトナーにより顕像化するバイアス印加手段とを備え、画像信号に対応した静電潜像を前記像担持体に形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで前記画像信号に対応した画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成装置において、上記目的を達成するため、画像形成動作を終了してからの動作停止時間が所定の最大停止時間に達したときには、所定のパッチ画像パターンに対応したパッチ画像信号を前記画像信号として前記画像形成動作を実行しパッチ画像を形成するとともに、前記パッチ画像の画像濃度を検出しその検出結果に基づき画像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して画像濃度を制御することを特徴としている。
【００１１】
本願発明者は、動作停止状態が継続した後の画像形成動作において周期的な濃度ムラが現れる原因について、種々の実験の結果から次のような知見を得た。すなわち、このような濃度ムラは、トナー担持体の表面にトナーを付着させたまま長時間放置することによって次第にトナー担持体とトナーとの結合が強固となりトナーをトナー担持体から引き離すのにより大きな力が必要となること、および、停止した状態でのトナー担持体の表面状態は一様でなくその表面に接しているトナー密度が位置により異なるなど不均一な状態となっているため、上記したトナーとトナー担持体との結合の程度も不均一となっていることを主たる原因として発生していることがわかった。
【００１２】
そこで、この発明では、画像形成動作が終了して装置が動作停止状態となってから所定の最大停止時間が経過したときには、所定のパッチ画像を形成する画像形成動作を実行するようにしている。したがって、ユーザからの画像形成要求に基づく画像形成動作が長時間にわたり実行されなかったとしても、装置は一定期間すなわち最大停止時間毎にパッチ画像信号に基づく画像形成動作を実行しており、この最大停止時間を超えてトナーがトナー担持体上に放置されることがないので、上記した濃度ムラの発生を効果的に抑制することができる。
【００１３】
しかも、このように一定期間毎にパッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて濃度制御因子を最適化しているため、画像形成動作中あるいは動作停止中を問わず常に一定の画像濃度で画像形成を行える状態が保たれている。そのため、ユーザからの要求に応じて先に画像形成を行ってから長い時間間隔を空けて次の画像形成を行った場合でも、その間の画像濃度の変化が少なく画質の良好な画像を安定して形成することができるのはもちろんのこと、次の画像形成を行うのに先立ち改めて濃度制御因子の最適化を行う必要がないので、画像が得られるまでのユーザの待ち時間を短くすることができる。
【００１４】
また、この画像形成装置では、前記動作停止時間が前記最大停止時間に達したときには、前記パッチ画像を形成するのに先立って前記トナー担持体が少なくとも１周以上回転するように構成するのが望ましい。こうすることで以下のような作用効果が得られる。すなわち、上記したように、長期間にわたって動作停止状態が継続した場合トナー担持体上のトナーの状態は一様でなく何らかの不均一性を有している。この発明では、この動作停止状態が継続する期間が最大停止時間を超えないようにすることで濃度ムラが発生するほどの不均一性が生じるのを防止しているが、画像濃度を制御するための指標となるパッチ画像にあってはこのような濃度ムラは可能な限り低く抑えるのが望ましい。そこで、パッチ画像形成に先立ってトナー担持体を少なくとも１周以上回転させるとトナー担持体上のトナーの不均一性は緩和されてより均一な状態に近くなり、こうすることで濃度ムラの発生をより効果的に抑制することができる。
【００１５】
このような濃度制御因子として例えば前記現像バイアスを用い、パッチ画像の濃度に基づき現像バイアスを最適化するようにしてもよい。
【００１６】
また、前記像担持体の表面を光ビームで露光することにより前記像担持体表面に静電潜像を形成する露光手段をさらに備える場合には、前記濃度制御因子の１つとして前記光ビームのエネルギー密度を最適化するようにしてもよい。
【００１７】
さらに、前記静電潜像が形成されるのに先立って、前記像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させる帯電手段をさらに備える場合には、前記帯電手段による前記像担持体の帯電動作を停止した時から前記動作停止時間を起算するようにしてもよい。
【００１８】
また、本願発明者の実験によれば、上記した画像の濃度ムラは、特に次のような構成を有する装置において生じやすい：
１．前記トナー担持体の回転方向において前記対向位置よりも上流側の規制位置で前記トナー担持体表面と当接することで、前記トナー担持体表面に担持されるトナー量を規制する規制手段をさらに備え、前記トナー担持体と前記像担持体とを前記対向位置で対向させた状態では、前記規制位置が前記トナー担持体の回転中心よりも下方に位置するように構成された画像形成装置；
２．前記トナー担持体の回転方向において前記規制位置よりも上流側の剥離位置で前記トナー担持体表面と当接することで、前記トナー担持体表面に付着したトナーを剥離させる剥離手段をさらに備え、前記トナー担持体と前記像担持体とを前記対向位置で対向させた状態では、前記剥離位置が前記規制位置よりも上方に位置するように構成された上記１の画像形成装置；
３．前記トナー担持体の表面が導電性を有する画像形成装置；および、
４．定着オフセットを防止する離型材としてのワックス成分を含有する前記トナーを用いて前記トナー像を形成する画像形成装置。
【００１９】
これらの画像形成装置では、トナー中の微粉成分（小粒径トナーやその他の粒径の小さな粒子）がトナー担持体の周囲に多く存在しており、トナー担持体表面に担持されるトナーの帯電性がこれらの微粉成分による影響を受けやすい。そして、この微粉成分の局在がトナー担持体表面のトナー層の不均一性をもたらし、その結果、画像の濃度ムラが生じる。
【００２０】
そのため、これらの構成のいずれかを有する画像形成装置においては、上記のように、パッチ画像形成前に行うトナー担持体の回転動作の効果が特に顕著である。
【００２１】
また、この発明は、画像信号に対応した静電潜像を像担持体に形成するとともに、その表面にトナーを担持しながら回転するトナー担持体に所定の現像バイアスを印加して前記トナー担持体に担持されるトナーを前記像担持体に移動させることによって前記静電潜像をトナーにより顕像化し、前記画像信号に対応した画像を形成する画像形成方法において、上記目的を達成するため、画像の形成を終了してからの動作停止時間が所定の最大停止時間に達したときには、所定のパッチ画像パターンに対応した画像信号に基づいてパッチ画像を形成するとともにその画像濃度を検出し、その検出結果に基づきトナー像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して画像濃度を制御することを特徴としている。
【００２２】
このように構成された画像形成方法では、画像形成終了後、動作停止状態のまま最大停止時間を経過したときには、ユーザから次の画像形成動作の要求があると否とにかかわらず、パッチ画像を形成して濃度制御因子を調節する。このように一定の時間毎に画像形成を行うことによって、前記装置と同様に、トナー担持体上のトナーが長時間にわたり放置されることを未然に防止し、濃度ムラの発生を効果的に抑制することが可能である。
【００２３】
また、この画像形成方法においても、トナー担持体上のトナーをより均一化して濃度ムラを低減するために、前記動作停止時間が前記最大停止時間に達したときには、前記パッチ画像を形成するのに先立って前記トナー担持体を少なくとも１周以上回転させるのが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（Ｉ）装置の構成
図１は、この発明にかかる画像形成装置の一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）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、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、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が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１０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。
【００２５】
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、帯電ユニット３、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は帯電制御部１０３から帯電バイアスが印加されており、感光体２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。このように、この実施形態では、帯電ユニット３が本発明の「帯電手段」として機能している。
【００２６】
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、本発明の「露光手段」として機能するものであり、露光制御部１０２から与えられる制御指令に応じて光ビーム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、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を介してメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に画像信号が与えられると、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が露光制御部１０２に対し所定のタイミングで画像信号に対応した制御信号を出力し、これに応じて露光ユニット６から光ビームＬが感光体２上に照射されて、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。また、必要に応じて後述するパッチ画像を形成する場合には、予め設定された所定パターンのパッチ画像信号に対応した制御信号がＣＰＵ１０１から露光制御部１０２に与えられ、該パターン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「像担持体」として機能する。
【００２７】
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は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、図示を省略する回転駆動部、支持フレーム４０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、図２に示すように、現像器制御部１０４により制御されている。そして、この現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と対向する所定の現像位置に位置決めされて、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。なお、図１は、イエロー用の現像器４Ｙが現像位置に位置決めされた状態を示している。
【００２８】
これらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。図３は、この画像形成装置の現像器を示す断面図である。この現像器４Ｋでは、その内部にトナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記した現像位置に位置決めされると、本発明の「トナー担持体」として機能する現像ローラ４４が感光体２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。この現像ローラ４４は、鉄、銅、アルミニウム等の金属またはステンレス等の合金により円筒状に形成されており、後述する現像バイアスを印加されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでブラックトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。
【００２９】
また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４５が配置されている。この規制ブレード４５は、ステンレスやリン青銅などの板状部材４５１と、板状部材４５１の先端部に取り付けられたゴムや樹脂部材などの弾性部材４５２とで構成されている。この板状部材４５１の後端部はハウジング４１に固着されており、現像ローラ４４の回転方向Ｄ３において、板状部材４５１の先端部に取り付けられた弾性部材４５２が板状部材４５１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４５２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接して現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００３０】
さらに、現像ローラ４４上方のハウジング４１の端部には、ハウジング４１内のトナーが現像器外部へ漏れ出すのを防ぐためのシール部材４６が設けられている。このシール部材４６は、例えば樹脂または金属などの弾性材で薄板状に形成されており、その一方端部はハウジング４１に固着される一方、他方端部は現像ローラ４４表面に対し弾性的に当接されている。そのため、現像ローラ４４に担持されたまま現像ローラ４４上部まで移送されてきたトナーは、このシール部材４６との当接部を通過して再びハウジング４１内へ案内される。そして、図３に示す方向Ｄ４に回転する供給ローラ４３との摩擦により、現像に使われなかったトナーが現像ローラ４４表面から掻き落とされるとともに、現像器内の新しいトナーが現像ローラ４４表面に供給される。
【００３１】
以上のように、この実施形態では、規制ブレード４５が本発明の「規制手段」として機能する一方、供給ローラ４３が本発明の「剥離手段」として機能している。また、このように構成された現像器４Ｋが現像位置に配置された状態では、図３に示すように、規制ブレード４５が現像ローラ４４の下方に配置されることとなる。また、供給ローラ４３による現像ローラ４４からのトナーの剥離が行われる位置（剥離位置）は、現像ローラ４４の回転方向Ｄ３において現像ローラ４４と規制ブレード４５との当接位置（規制位置）よりも上流側で、しかも、この規制位置よりも上方に位置することとなる。
【００３２】
なお、現像ローラ４４表面のトナー層を構成する各トナー粒子は、供給ローラ４３、規制ブレード４５と摩擦されたことによって帯電しており、ここではトナーが負に帯電するものとして以下説明するが、装置各部の電位を適宜変更することで正に帯電するトナーも使用可能である。
【００３３】
このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、本発明の「バイアス印加手段」として機能する現像器制御部１０４からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加されると、現像ローラ４４上に担持されたトナーは、感光体２の表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着し、こうして感光体２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。
【００３４】
現像ローラ４４に与える現像バイアスとしては、直流電圧、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したものを用いることができるが、特に感光体２と現像ローラ４４とを離間配置し、両者の間でトナーを飛翔させることでトナー現像を行う非接触現像方式の画像形成装置では、効率よくトナーを飛翔させるために直流電圧に対して正弦波、三角波、矩形波等の交流電圧を重畳した電圧波形とすることが好ましい。このような直流電圧の大きさおよび交流電圧の振幅、周波数、デューティ比等については任意であるが、以下、本明細書においては、現像バイアスが交流成分を有すると否とにかかわらず、その直流成分（平均値）を直流現像バイアスＶａｖｇと称することとする。
【００３５】
ここで、非接触現像方式の画像形成装置における上記現像バイアスとして好ましいものの一例を示すが、これらの数値等は下記に限定されず、装置構成に応じて適宜変更されるべきものである。例えば、現像バイアスの波形は直流電圧に矩形波交流電圧を重畳したものであり、その矩形波の周波数は３ｋＨｚ、振幅は１４００Ｖである。また、後述するように、本実施形態では現像バイアスＶａｖｇを濃度制御因子の１つとして変更可能としているが、その可変範囲としては、画像濃度への影響や感光体２の特性ばらつき等を考慮して、例えば（−１１０）Ｖ〜（−３３０）Ｖとすることができる。
【００３６】
また、図２に示すように、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの特性などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにはコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられたコネクタ１０８と接続され、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では本体側コネクタ１０８と各現像器側のコネクタ４９Ｋ等とが機械的に嵌合することで相互にデータ送受を行っているが、例えば無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行うようにしてもよい。また、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに固有のデータを記憶するメモリ９１〜９４は、電源オフ状態や該現像器が本体から取り外された状態でもそのデータを保存できる不揮発性メモリであることが望ましく、このような不揮発性メモリとしては例えばフラッシュメモリや強誘電体メモリ、ＥＥＰＲＯＭなどを用いることができる。
【００３７】
図１に戻って、装置構成の説明を続ける。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。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。さらに、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７８が設けられている。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、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７８との間の二次転写領域ＴＲ２に搬送されてくるシート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。なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の感光体２は、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部５により除去された後、帯電ユニット３により次の帯電を受ける。
【００３８】
そして、引き続いてさらに画像を形成する必要がある場合には上記動作を繰り返して必要枚数の画像を形成して一連の画像形成動作を終了し、新たな画像信号が与えられるまで装置は待機状態となるが、この装置では、待機状態での電力消費を抑制するためその動作を停止状態に移行させる。すなわち、感光体２、現像ローラ４４および中間転写ベルト７１等の回転駆動を停止するとともに、現像ローラ４４への現像バイアスおよび帯電ユニット３への帯電バイアスの印加を停止することにより、装置は動作停止状態となる。
【００３９】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６、濃度センサ６０および垂直同期センサ７７が配置されている。これらのうち、クリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいて制御される。さらに、濃度センサ６０は中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、後述するようにして構成されて中間転写ベルト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。
【００４０】
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１１２を介して与えられた画像信号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１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００４１】
図４は濃度センサの構成を示す図である。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面領域のうちローラ７５に巻き掛けられた巻き掛け領域７１ａに光を照射するＬＥＤなどの発光素子６０１を有している。また、この濃度センサ６０には、後述するようにＣＰＵ１０１から与えられる光量制御信号Ｓｌに応じて照射光の照射光量を調整するために、偏光ビームスプリッター６０３、照射光量モニタ用受光ユニット６０４および照射光量調整ユニット６０５が設けられている。
【００４２】
この偏光ビームスプリッター６０３は、図４に示すように、発光素子６０１と中間転写ベルト７１との間に配置されており、発光素子６０１から出射される光を中間転写ベルト７１上における照射光の入射面に平行な偏光方向を有するｐ偏光と、垂直な偏光方向を有するｓ偏光とに分割している。そして、ｐ偏光についてはそのまま中間転写ベルト７１に入射する一方、ｓ偏光については偏光ビームスプリッター６０３から取り出された後、照射光量モニタ用の受光ユニット６０４に入射され、この受光ユニット６０４の受光素子６４２から照射光量に比例した信号が照射光量調整ユニット６０５に出力される。
【００４３】
この照射光量調整ユニット６０５は、受光ユニット６０４からの信号と、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１からの光量制御信号Ｓｌとに基づき発光素子６０１をフィードバック制御して発光素子６０１から中間転写ベルト７１に照射される照射光量を光量制御信号Ｓｌに対応する値に調整する。このように、この実施形態では、照射光量を広範囲に、かつ適切に変更調整することができる。
【００４４】
また、この実施形態では、照射光量モニタ用受光ユニット６０４に設けられた受光素子６４２の出力側に入力オフセット電圧６４１が印加されており、光量制御信号Ｓｌがある信号レベルを超えない限り、発光素子６０１が消灯状態に維持されるように構成されている。こうすることで、ノイズや温度ドリフト等に起因する発光素子６０１の誤点灯を未然に防止している。
【００４５】
そして、所定レベルの光量制御信号ＳｌがＣＰＵ１０１から照射光量調整ユニット６０５に与えられると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト７１にｐ偏光が照射光として照射される。すると、このｐ偏光は中間転写ベルト７１で反射され、反射光量検出ユニット６０７で反射光の光成分のうちｐ偏光の光量とｓ偏光の光量とが検出され、各光量に対応する信号がＣＰＵ１０１に出力される。
【００４６】
この反射光量検出ユニット６０７は、図４に示すように、反射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッター６７１と、偏光ビームスプリッター６７１を通過するｐ偏光を受光し、そのｐ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｐと、偏光ビームスプリッター６７１で分割されたｓ偏光を受光し、そのｓ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｓとを備えている。この受光ユニット６７０ｐでは、受光素子６７２ｐが偏光ビームスプリッター６７１からのｐ偏光を受光し、その受光素子６７２ｐからの出力をアンプ回路６７３ｐで増幅した後、その増幅信号をｐ偏光の光量に相当する信号ＶｐとしてＣＰＵ１０１に対して出力している。また、受光ユニット６７０ｓは受光ユニット６７０ｐと同様に受光素子６７２ｓおよびアンプ回路６７３ｓを有しており、ｓ偏光の光量に相当する信号Ｖｓを出力する。このため、反射光の光成分のうち互いに異なる２つの成分光（ｐ偏光とｓ偏光）の光量を独立して求めることができる。
【００４７】
また、この実施形態では、受光素子６７２ｐ、６７２ｓの出力側に出力オフセット電圧６７４ｐ、６７４ｓがそれぞれ印加されており、各受光素子からの出力がゼロ、すなわち反射光量がゼロのときであってもアンプ回路６７３ｐ、６７３ｓが所定の正電位となるように構成されている。こうすることによって、各アンプ回路６７３ｐ、６７３ｓのゼロ入力付近での不感帯を回避して反射光量に応じた適正な出力電圧を出力させることができる。
【００４８】
これら出力電圧Ｖｐ、Ｖｓの信号は図示を省略するＡ／Ｄ変換回路を介してＣＰＵ１０１に入力されるとともに、ＣＰＵ１０１が必要に応じてこれらの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓを所定の時間間隔（この実施形態では８ｍｓｅｃ毎）でサンプリングするように構成されている。そして、適当なタイミング、例えば装置電源が投入された時点、いずれかのユニットが交換された直後などのタイミングで、ＣＰＵ１０１が、現像バイアスや露光エネルギーなどの画像濃度に影響を与える濃度制御因子の最適化処理を行って画像濃度の安定化を図っている。より具体的には、所定のパッチ画像パターンに対応してＲＯＭ１０６に予め記憶された画像データを画像信号として、各トナー色毎に上記した濃度制御因子を多段階に変更しながら画像形成動作を実行し、該画像信号に対応したテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともに濃度センサ６０によりその画像濃度を検出し、その結果に基づいて所望の画像濃度を得られる条件を見出している。以下ではこの濃度制御因子の最適化処理について説明する。
【００４９】
（ＩＩ）最適化処理
図５は、この実施形態における濃度制御因子の最適化処理の概要を示すフローチャートである。この最適化処理は、その処理順に次の６つのシーケンス：初期化動作（ステップＳ１）；プレ動作（ステップＳ２）；制御目標値の導出（ステップＳ３）；現像バイアス設定（ステップＳ４）；露光エネルギー設定（ステップＳ５）および後処理（ステップＳ６）から構成されており、以下、その動作の詳細について上記各シーケンス毎に分説する。
【００５０】
（Ａ）初期化動作
図６は、この実施形態における初期化動作を示すフローチャートである。この初期化動作では、まず準備動作として（ステップＳ１０１）、現像ユニット４を回転駆動していわゆるホームポジションに位置決めするとともに、電磁クラッチによりクリーナ７１および二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１から離間位置に移動させる。そして、この状態で中間転写ベルト７１の駆動を開始し（ステップＳ１０２）、次いで感光体２の回転駆動および除電動作を開始することにより感光体２を起動する（ステップＳ１０３）。
【００５１】
そして、中間転写ベルト７１の基準位置を示す垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを検出しその回転が確認されると（ステップＳ１０４）、装置各部に対し所定のバイアス印加を開始する（ステップＳ１０５）。すなわち、帯電制御部１０３から帯電ユニット３に帯電バイアスを印加して感光体２を所定の表面電位に帯電させ、引き続いて中間転写ベルト７１に対して図示を省略するバイアス発生部から所定の一次転写バイアスを印加する。
【００５２】
この状態から、中間転写ベルト７１のクリーニング動作を行う（ステップＳ１０６）。すなわち、クリーナ７６を中間転写ベルト７１の表面に当接させ、この状態で中間転写ベルト７１をほぼ１周回転させて、その表面に残留付着したトナーや汚れを除去する。そして、クリーニングバイアスを印加した二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１に当接させる。このクリーニングバイアスは、通常の画像形成動作を実行中に二次転写ローラ７８に与えられる二次転写バイアスとは逆の極性であり、そのため二次転写ローラ７８に残留付着したトナーは中間転写ベルト７１表面に移行し、さらにクリーナ７６によって中間転写ベルト７１の表面から除去される。こうして中間転写ベルト７１および二次転写ローラ７８のクリーニング動作が終了すると、二次転写ローラ７８を中間転写ベルト７１から離間させるとともに、クリーニングバイアスをオフする。そして、次の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを待って（ステップＳ１０７）、帯電バイアスおよび一次転写バイアスをオフにする（ステップＳ１０８）。
【００５３】
また、この実施形態では、濃度制御因子の最適化処理を実行するときに限らず、必要に応じて、ＣＰＵ１０１がこの初期化動作を他の処理とは独立して実行できるようにしている。すなわち、次の動作を引き続いて実行するときには（ステップＳ１０９）、上記したステップＳ１０８までを実行した状態で初期化動作を終了し次の動作に移行する。一方、次の動作が予定されていない場合には、停止処理として（ステップＳ１１０）、クリーナ７６を中間転写ベルト７１から離間させるとともに、除電動作および中間転写ベルト７１の回転駆動を停止する。この場合、中間転写ベルト７１は、その基準位置が垂直同期センサ７７との対向位置の直前に位置した状態で停止されることが望ましい。というのは、以後の動作で中間転写ベルト７１が回転駆動されるとき、その回転状態は垂直同期信号Ｖｓｙｎｃにより確認されるが、上記のようにすれば、駆動開始後直ちに垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが検出されるか否かで短時間にて異常の有無を判断することができるからである。
【００５４】
（Ｂ）プレ動作
図７は、この実施形態におけるプレ動作を示すフローチャートである。このプレ動作では、後述するパッチ画像の形成に先立つ前処理として、２つの処理を同時に行っている。すなわち、濃度制御因子の最適化処理を精度よく行うために装置各部の動作条件の調整を行う（プレ動作１）のと並行して、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのそれぞれに設けられた現像ローラ４４の空回し処理（プレ動作２）を行っている。
【００５５】
（Ｂ−１）動作条件の設定（プレ動作１）
図７に示す左側のフロー（プレ動作１）では、まず濃度センサ６０の校正を行う（ステップＳ２１ａ、Ｓ２１ｂ）。ステップＳ２１ａの校正（１）では、濃度センサ６０の発光素子６０１が消灯状態にあるときの受光ユニット６７０ｐ、６７０ｓの各出力電圧Ｖｐ、Ｖｓを検出し、暗出力Ｖｐｏ、Ｖｓｏとして記憶しておく。次に、ステップＳ２１ｂの校正（２）では、低光量・高光量の２種の点灯状態となるように発光素子６０１に与える光量制御信号Ｓｌを変化させ、その各々の光量で受光ユニット６７０ｐの出力電圧Ｖｐを検出する。そして、これら３点の値から、トナーが付着していない状態での出力電圧Ｖｐが所定の基準レベル（本実施形態では、３Ｖに上記した暗出力Ｖｐｏを加えた値）となる発光素子６０１の基準光量を求める。こうして発光素子６０１の光量がこの基準光量となるような光量制御信号Ｓｌのレベルを算出し、その値を基準光量制御信号として設定する（ステップＳ２２）。これ以後、発光素子６０１を点灯させる必要があるときには、ＣＰＵ１０１から照射光量調整ユニット６０５に対してこの基準光量制御信号が出力され、これにより発光素子６０１は常にその基準光量で発光するようフィードバック制御される。
【００５６】
また、発光素子６０１が消灯状態にあるときの出力電圧Ｖｐｏ、Ｖｓｏを本センサ系の「暗出力」として記憶しておき、後述するようにトナー像の濃度を検出する際に各出力電圧Ｖｐ、Ｖｓからこの値を差し引くことによって、暗出力の影響を排除してより高精度にトナー像の濃度を検出することが可能となっている。
【００５７】
なお、発光素子６０１の点灯状態での受光素子６７２ｐからの出力信号は中間転写ベルト７１からの反射光量に依存するが、後述するように中間転写ベルト７１の表面状態は光学的に必ずしも均一ではないから、この状態での出力を求める際には中間転写ベルト７１の１周分にわたる出力の平均値をとることが望ましい。一方、発光素子６０１の消灯状態ではこのように中間転写ベルト７１の１周分の出力信号を検出する必要はないが、検出誤差を小さくするためには数点での出力信号を平均するのが好ましい。
【００５８】
この実施形態においては、中間転写ベルト７１表面は白色であるため光の反射率が高く、該ベルト７１上にいずれかの色のトナーが付着するとその反射率は低下する。したがって、この実施形態では、中間転写ベルト７１表面へのトナー付着量が増えるにつれて受光ユニットからの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓが基準レベルから低下してゆくこととなり、これらの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓの大きさからトナーの付着量、ひいてはトナー像の画像濃度を見積もることが可能となっている。
【００５９】
また、この実施形態では、カラー（Ｙ、Ｃ、Ｍ）トナーとブラック（Ｋ）トナーとの間で反射特性が異なっていることに基づき、後述するブラックトナーによるパッチ画像の濃度は該パッチ画像からの反射光のうちｐ偏光の光量に基づいて求める一方、カラートナーによるパッチ画像の濃度はｐ偏光、ｓ偏光の光量比に基づいて求めるようにしているので、広いダイナミックレンジにわたって精度よく画像濃度を求めることが可能となっている。
【００６０】
さて、図７に戻って、プレ動作の説明を続ける。ところで、中間転写ベルト７１の表面状態は必ずしも光学的に一様であるとはいえず、また使用につれてトナーが融着するなどして次第に変色や汚れが生じることもある。このような中間転写ベルト７１の表面状態の変化によりトナー像の濃度検出に誤差を生じるのを防止するため、この実施形態では、中間転写ベルト７１の１周分についての下地プロファイル、つまりトナー像を担持しない状態での中間転写ベルト７１表面の濃淡に関する情報を取得している。具体的には、発光素子６０１を先に求めた基準光量で発光させ、受光ユニット６７０ｐ、６７０ｓからの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓをサンプリングしながら中間転写ベルト７１を１周回転させ（ステップＳ２３）、各サンプルデータ（本実施形態におけるサンプル数：３１２）を下地プロファイルとしてＲＡＭ１０７に記憶しておく。このように中間転写ベルト７１の表面各部の濃淡を予め把握しておくことで、その上に形成されるトナー像の濃度をより正確に見積もることが可能になる。
【００６１】
ところで、上記した濃度センサ６０からの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓには、ローラ７５および中間転写ベルト７１の微小な汚れや傷による反射率の変化、さらにはセンサ回路に混入する電気的なノイズ等に起因するスパイク状のノイズが重畳していることがある。図８は、中間転写ベルトの下地プロファイルの例を示す図である。中間転写ベルト７１の１周分以上にわたりその表面からの反射光量を濃度センサ６０により検出してプロットすると、図８（ａ）に示すように、センサ６０からの出力電圧Ｖｐは中間転写ベルト７１の周長もしくはその回転周期に対応して周期的に変化するだけでなく、その波形には幅の狭いスパイク状のノイズが重畳することがある。このノイズは上記回転周期に同期した成分およびこれに同期しない不規則成分のいずれをも含んでいる可能性がある。図８（ｂ）はこのようなサンプルデータ列の一部を拡大したものである。この図では、ノイズの重畳により各サンプルデータのうち符号Ｖｐ（８）、Ｖｐ（１９）を付した２つのデータが他のデータより突出して大きくなっている一方、符号Ｖｐ（４）、Ｖｐ（１６）を付した２つのデータが他より突出して小さくなっている。なお、ここでは２つのセンサ出力のうちｐ偏光成分について述べたが、ｓ偏光成分についても同様に考えることができる。
【００６２】
濃度センサ６０の検知スポット径は例えば２〜３ｍｍ程度であり、また中間転写ベルト７１の変色や汚れは一般により大きな範囲で生じると考えられるから、このような局所的に突出したデータは上記ノイズの影響を受けているものとみることができる。このようにノイズが重畳したままのサンプルデータに基づき下地プロファイルやパッチ画像の濃度を求め、その結果から濃度制御因子を設定すると、各濃度制御因子を必ずしも最適な状態に設定することができなくなり、却って画像品質が劣化してしまう場合がある。
【００６３】
そこで、この実施形態では、図７に示すように、ステップＳ２３において中間転写ベルト７１の１周分についてセンサ出力のサンプリングを行った後、スパイクノイズの除去処理を実行している（ステップＳ２４）。
【００６４】
図９はこの実施形態におけるスパイクノイズ除去処理を示すフローチャートである。このスパイクノイズ除去処理では、取得した「生の」すなわち加工を加えていないサンプルデータ列のうち連続する一部の区間（本実施形態では２１サンプル分に相当する長さ）を抽出し（ステップＳ２４１）、その区間に含まれる２１個のサンプルデータのうちそのレベルが上位３つおよび下位３つに該当するデータを除去した後（ステップＳ２４２、Ｓ２４３）、残る１５個のデータの算術平均を求める（ステップＳ２４４）。そして、その平均値をこの区間における平均レベルとみなし、ステップＳ２４２およびＳ２４３で除去した６つのデータをこの平均値に置き換えることでノイズが除去された「補正後」のサンプルデータ列を得る（ステップＳ２４５）。さらに、必要に応じて次の区間についても上記ステップＳ２４１〜Ｓ２４５を繰り返し、同様にしてスパイクノイズを除去する（ステップＳ２４６）。
【００６５】
上記処理によるスパイクノイズ除去について、図８（ｂ）に示すデータ列を例にとり、図１０を参照しながらさらに詳しく説明する。図１０は、この実施形態におけるスパイクノイズ除去の様子を示す図である。図８（ｂ）のデータ列においては、他のデータから突出して大きい２つのデータＶｐ（８）およびＶｐ（１９）、突出して小さいデータＶｐ（４）およびＶｐ（１６）にノイズの影響が現れているとみられる。このスパイクノイズ除去処理では、各サンプルデータのうち上位３つを除去しているため（図９のステップＳ２４２）、これらのデータのうちノイズを含むとみられるデータ２つを含む３つのデータＶｐ（８）、Ｖｐ（１４）およびＶｐ（１９）が除去される。同様にして、ノイズを含むとみられるデータ２つを含む３つのデータＶｐ（４）、Ｖｐ（１１）およびＶｐ（１６）も除去されている（図９のステップＳ２４３）。そして、図１０に示すように、これら６つのデータが、他の１５データの平均値Ｖｐａｖｇ（斜線を付した丸印で示す）に置き換えられることで、元のデータ列に含まれていたスパイクノイズが除去されるのである。
【００６６】
なお、このスパイクノイズ除去を実施するに際し、抽出するサンプル数、除去するデータの数は上記に限定されるものではなく、任意の個数としてよいが、その選び方によっては十分なノイズ除去効果が得られないばかりか、却って誤差を増大させてしまうおそれもあるため、以下の観点に基づき慎重に決定されることが望ましい。
【００６７】
すなわち、ノイズの発生頻度に対しあまり短い区間のデータ列を抽出したのでは、ノイズ除去処理を実行する区間内にノイズが含まれていない確率が高くなり、また演算処理の回数も増大するため効率的でない。一方、あまり広い区間のデータ列を抽出したのでは、センサ出力における有意な変動、すなわち検出対象の濃度変化を反映した変動分まで含めて平均化されてしまうこととなり、本来の目的である濃度プロファイルを正しく求めることができなくなってしまう。
【００６８】
また、ノイズ発生の頻度は一定ではないから、抽出したデータ列からこのように上位または下位それぞれ所定個数のデータを一律に除去するだけでは、上記した例におけるデータＶｐ（１１）、Ｖｐ（１４）のようにノイズを含まないデータまで除去されてしまったり、また逆にノイズが十分に除去されない可能性がある。このうち、ノイズを含まないデータがいくつか除去されてしまったとしても、図１０に示すように、これらのデータＶｐ（１１）、Ｖｐ（１４）と平均値Ｖｐａｖｇとの差は比較的小さいため、これらのデータが平均値Ｖｐａｖｇに置き換えられたことによる誤差は小さい。一方、ノイズを含むデータが除去されずに残された場合には、このデータを含めて求めた平均値で他のデータを置換することによって却って誤差が大きくなってしまうおそれがある。したがって、抽出したデータのサンプル数に対して除去するデータ数の比率は、実際の装置において発生するノイズの頻度と同等もしくはそれより若干大きくなるように決められるのが望ましい。
【００６９】
この実施形態においては、図８（ａ）に示すように、ノイズの影響により本来のプロファイルより大きい側にずれるデータと小さい側にずれるデータの頻度が同程度であり、かつノイズそのものの発生頻度が２５％以下（２１サンプル中５サンプル以下）程度であったという実験的事実に基づき、スパイクノイズ除去処理を上記のように構成しているのである。
【００７０】
なお、スパイクノイズ除去の処理方法については、上記以外にも種々の方法が考えられる。例えば、サンプリングにより得られた「生の」サンプルデータに従来より周知の低域通過フィルタ処理を施すことによっても、スパイク状のノイズを取り除くことは可能である。ただし、従来のフィルタ処理においては、ノイズ波形の鋭さを緩和することはできるものの、その結果として、ノイズを含むデータのみならずその周辺のデータも元の値から変化することとなるため、発生するノイズの態様によっては大きな誤差を招く可能性がある。
【００７１】
これに対して、本実施形態では、各サンプルデータのうちノイズの発生する頻度に応じた個数の上位／下位データを平均値に置き換える一方、それ以外のデータは元のままとしているのでこのような誤差が生じる可能性は低くなっている。
【００７２】
また、このスパイクノイズ除去処理は、上記した下地プロファイルを求めるときのみでなく、後述するようにトナー像の画像濃度を求める際にその反射光量として取得したサンプルデータに対しても施される。
【００７３】
（Ｂ−２）現像器の空回し（プレ動作２）
電源オフ状態、または電源がオンであっても画像形成動作を行わず動作停止状態にある期間が長時間継続した後に画像形成を行うと、画像に周期的な濃度ムラが現れる場合があることが従来より知られている。本明細書ではこの現象を放置バンディング現象と称するが、本願発明者は、この放置バンディング現象が、トナーが各現像器の現像ローラ４４に担持されたまま長時間放置されたことにより現像ローラ４４から離れ難くなり、しかもその程度が現像ローラ４４表面上において一様でないことから現像ローラ４４上のトナー層が次第に不均一となることに起因するものであることを見出した。以下、放置バンディング現象に関する本願発明者の知見について説明する。
【００７４】
放置バンディング現象は、動作停止状態の後、最初に形成した画像に最も強く現れるが、画像形成枚数を繰り返すと次第に濃度ムラは目立たなくなり、数枚の画像形成でほぼ解消される。また、動作停止状態の継続時間が長い場合や、高温・高湿環境下では特に顕著な濃度ムラが現れる。
【００７５】
また、放置バンディング現象は、その表面が導電性を有する現像ローラを使用したときに顕著に現れる。すなわち、金属製の現像ローラ、または非導電性材料の表面に導電性層を設けてなる現像ローラを使用した装置では、放置バンディング現象に起因する濃度ムラが顕著である。
【００７６】
放置バンディング現象の発生メカニズムを解明するため、図３に示す構造を有する現像器を用いて、さらに実験および観察を行い、以下のような知見を得た。まず、画像の濃度ムラの発生状況を観察したところ、画像の濃淡と現像ローラ４４の表面位置との対応関係は次のようであった。すなわち、現像ローラ４４表面のうち、動作停止状態において現像器ハウジング４１の内部に位置していた表面領域（以下、「現像室部」という）に担持されたトナーにより現像された画像は高濃度となる一方、ハウジング４１の外部に露出していた表面領域（以下、「露出部」という）に担持されたトナーにより現像された画像は低濃度となった。
【００７７】
また、動作停止状態が続いた後の現像ローラ４４表面のトナー層の電位分布を表面電位計により測定したところ、トナー層の電位の絶対値は、現像室部に対応する部分で低く、露出部に対応する部分で高くなっていた。この電位差は現像ローラ４４を回転させると次第に小さくなってゆき、やがてほぼ均一となる。
【００７８】
さらに、現像ローラ４４表面でのトナー帯電量（単位：μＣ／ｇ）とトナー搬送量（単位：ｍｇ／ｃｍ^２）を測定したところ、現像室部と露出部とでトナー搬送量はほぼ同じであったが、トナー帯電量は露出部側でより高くなっており、その大きさは現像室部側でのトナー帯電量の２倍程度となっていた。上記したトナー層電位の差は、このトナー帯電量の差に起因するものと考えることができる。
【００７９】
以上の結果より、放置バンディング現象は、動作停止状態から脱したときの現像ローラ４４上のトナーの帯電量が位置により、より具体的には現像室部と露出部とで異なっていることに起因して生じていると考えられる。この帯電量の差は現像ローラ４４の回転により次第に小さくなることから、動作停止状態から脱した直後では、トナーを摩擦帯電させる現像ローラ４４表面の状態が現像室部と露出部とで相違していると考えられる。
【００８０】
現像ローラ４４の表面を観察すると、粒径の小さなトナーやトナーから脱落した外添剤などの微粉が多く付着している。このような微粉成分の付着量や含有水分量等の違いは、現像ローラ４４とトナーとの間の摩擦帯電の状態に影響を及ぼす。そして、現像器の内部では、このような微粉成分を含むトナーが常に現像ローラ４４に接触した状態となっているうえに、現像ローラ４４に対する供給ローラ４３、規制ブレード４５およびシール部材４６などの当接によりトナーが圧接された状態となっている。このため、現像ローラ４４表面のうち、動作停止状態において現像器内部に位置する領域（現像室部）では微粉成分の固着が起きやすい。これに対して、現像器外部に露出している露出部ではトナーが薄層として静電的に付着しているにすぎないため、微粉成分の固着は比較的少ない。
【００８１】
このように、動作停止状態で長時間放置されると、微粉成分の固着の状態が現像ローラ４４表面上において不均一となり、そのためにトナー層の帯電量の差が生じることが、放置バンディング現象の主たる原因となっている。
【００８２】
また、放置バンディング現象の現れやすさは、装置の構成にも依存している。本実施形態における現像器４Ｋ等のように、現像ローラ４４上に所定厚さのトナー層を形成するための規制ブレード４５が現像ローラ４４の下方に設けられた現像器では、微粉成分による放置バンディング現象が特に起きやすい。というのは、このような微粉成分は現像器ハウジング内の下部に滞留しやすいため、規制ブレード４５と現像ローラ４４との当接位置（規制位置）付近に微粉成分が多く存在することとなるからである。
【００８３】
とりわけ、図３に示すように、現像ローラ４４の回転方向Ｄ３において規制位置の上流側で現像ローラ４４からのトナー剥離を行っており、しかも、そのトナー剥離が行われる剥離位置が規制位置より上方にある場合には、放置バンディング現象がより顕著に現れる。その理由は以下の通りである。すなわち、剥離位置周辺には、供給ローラ４３と現像ローラ４４との摩擦により新たに生じたり現像ローラ４４から掻き取られた微粉成分が滞留している。そして、これらの微粉成分が、供給ローラ４３および現像ローラ４４の回転や重力の作用により、供給ローラ４３と現像ローラ４４との当接位置や規制位置に向けて次々に送り込まれるため、現像ローラ４４の表面には微粉成分の固着が起きやすく、したがって、放置バンディング現象が生じやすくなるのである。
【００８４】
また、現像ローラ４４の表面が導電性を有する材料により形成されている場合には、鏡像力による微粉の固着作用が強い。そのため、このような現像ローラを有する装置においても、放置バンディング現象が現れやすい。
【００８５】
現像ローラの構造としては、ローラ全体が同一材料で円筒状に形成されているもの、および、別材料で形成された芯材とスリーブとが同軸状に組み合わされたものが一般的である。このうち上記に該当するものとしては、例えば：ｉ）ローラ全体または少なくともスリーブが金属または合金により形成されているもの；ｉｉ）ローラ全体または少なくともスリーブが導電性ゴムや導電性樹脂により形成されているもの；および、ｉｉｉ）絶縁性または導電性のローラ表面に導電性表面層を被覆したものを挙げることができる。ここでいう「導電性」とは、体積抵抗率が概ね（１×１０^−２）Ω・ｍ以下であることを指しており、これに該当する材料としては、例えば金属、その酸化物あるいは窒化物またはグラファイト等がある。また、上記のうちｉｉｉ）の表面層としては、金属、合金、導電性樹脂等の導電物のほか、絶縁物に導電性物質を分散させたものを用いることができ、その被覆方法としては、メッキ、蒸着、圧着、溶射、スプレー塗布またはディッピング塗布等を用いることができる。
【００８６】
さらに、放置バンディング現象の起こりやすさは、使用するトナーの性質にも依存する。すなわち、定着オフセットを防止する離型材としてのワックス成分を含むトナーを使用した装置では、放置バンディング現象が起こりやすい。これは、トナー粒子から遊離したワックスの微粉や、その表面にワックス成分が露出したトナー粒子は、ファンデルワールス力による現像ローラ４４へのトナー付着が生じやすいからである。
【００８７】
図７に戻って、プレ動作２の説明を続ける。このように現像ローラ４４表面が不均一な状態で長時間にわたり装置が動作停止状態におかれた後、次の画像形成を行うのに先立って濃度制御因子を新たに最適化する場合、放置バンディング現象によって生じるパッチ画像の濃度ムラがこの最適化処理に影響を与えるおそれがある。特に、上記した構成の少なくともいずれかを有する画像形成装置においては、放置バンディング現象による濃度ムラが発生しやすいため、放置バンディング現象を解消するための措置を講じる必要がある。
【００８８】
そこで、この実施形態の画像形成装置では、パッチ画像を形成するのに先立って放置バンディング現象を解消するため、各現像ローラ４４の空回しを行っている。具体的には、図７の右側のフロー（プレ動作２）に示すように、まずイエロー現像器４Ｙを感光体２と対向する現像位置に配置し（ステップＳ２５）、直流現像バイアスＶａｖｇをその可変範囲においてその絶対値が最小となる値に設定した後に（ステップＳ２６）、本体側の回転駆動部により現像ローラ４４を少なくとも１周回転させる（ステップＳ２７）。そして、現像ユニット４を回転させて現像器を切り換えながら（ステップＳ２８）、他の現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｋを順番に現像位置に位置させて、それぞれに設けられた現像ローラ４４を同様に１周以上回転させる。こうして各現像ローラ４４をそれぞれ１周以上空回しすることによって現像ローラ４４表面のトナー層が供給ローラ４３および規制ブレード４５によりいったん剥ぎ取られて再形成されることとなり、引き続いて形成するパッチ画像ではこのように再形成されてより均一な状態のトナー層が像形成に供されるため、放置バンディング現象による濃度ムラは発生し難くなる。
【００８９】
なお、上記したプレ動作２においては、そのステップＳ２６において直流現像バイアスＶａｖｇをその絶対値が最小となるようにしている。その理由は以下のとおりである。
【００９０】
後述するように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子としての直流現像バイアスＶａｖｇは、その絶対値｜Ｖａｖｇ｜が大きいほど形成されるトナー像の濃度が高くなる。これは、直流現像バイアスの絶対値｜Ｖａｖｇ｜が大きくなるほど、感光体２上の静電潜像のうち光ビームＬにより露光された領域、つまりトナーを付着させるべき表面領域と現像ローラ４４との電位差が大きくなって現像ローラ４４からのトナー移動がより促進されるからであるが、中間転写ベルト７１の下地プロファイルを取得する際にはこのようなトナー移動が起こることは好ましくない。というのは、現像ローラ４４から感光体２に移動したトナーが一次転写領域ＴＲ１において中間転写ベルト７１上に転写されると中間転写ベルト７１からの反射光量を変化させてしまうため、下地プロファイルを正しく求めることができなくなるからである。
【００９１】
この実施形態では、後述するように、直流現像バイアスＶａｖｇを濃度制御因子の１つとして所定の可変範囲で多段階に変更設定可能としている。そこで、直流現像バイアスＶａｖｇをその可変範囲においてその絶対値が最小となる値に設定し、現像ローラ４４から感光体２へのトナー移動が最も起こりにくい状態を実現することで、中間転写ベルト７１へのトナー付着を最少限に抑えるようにしている。同様の理由により、現像バイアスに交流成分を有する装置においてはその振幅を通常の画像形成時より小さく設定することが好ましい。例えば、前述したように、現像バイアスの振幅Ｖｐｐを１４００Ｖとしている装置では、この振幅Ｖｐｐを１０００Ｖ程度とするとよい。なお、直流現像バイアスＶａｖｇ以外のパラメータ、例えば現像バイアスのデューティ比や帯電バイアス等を濃度制御因子として用いる装置においても、上記したトナー移動がより起こりにくい条件を実現するように適宜その濃度制御因子を設定するのが好ましい。
【００９２】
また、この実施形態では、上記したプレ動作１およびプレ動作２を並行して同時に実行することで処理時間の短縮を図っている。すなわち、プレ動作１では下地プロファイルを取得するため中間転写ベルト７１の少なくとも１周、さらに望ましくはセンサ校正を行うための２周を含めた３周の周回が必要である一方、プレ動作２においては各現像ローラ４４をできるだけ多く周回させるのが好ましく、しかも、これらの動作は互いに独立して行うことが可能であることから、これらを並行して行うことでそれぞれの処理に要する時間を確保しつつ、最適化処理全体に要する時間を短縮することが可能となる。
【００９３】
（Ｃ）制御目標値の算出
この実施形態の画像形成装置では、後述するようにトナー像の濃度が予め定められた目標値となるように各濃度制御因子の調節を行っているが、この目標値を一定とはせず、装置の稼動状況に応じて変更するようにしている。その理由は以下の通りである。
【００９４】
前述したように、この実施形態の画像形成装置では、感光体２上で顕像化されて中間転写ベルト７１の表面に一次転写されたトナー像からの反射光量を検出することでその画像濃度を見積もっている。このようにトナー像の反射光量から画像濃度を求める技術は従来より広く用いられているが、以下に詳述するように、このような中間転写ベルト７１上に担持されたトナー像からの反射光量（またはそれに対応する濃度センサ６０からのセンサ出力Ｖｐ、Ｖｓ）と、最終的な転写材であるシートＳ上に形成されたトナー像の光学濃度（ＯＤ値）との対応関係は一意的に定まるわけではなく、装置やトナーの状態により微妙に変化している。そのため、従来技術のように、たとえ各濃度制御因子をトナー像からの反射光量が一定となるように制御したとしても、シートＳ上に最終的に形成される画像の濃度はトナーの状態により変動してしまうこととなる。
【００９５】
このようにセンサ出力とシートＳ上のＯＤ値とが一致しない原因の一つは、定着プロセスを経てシートＳ上に融着されたトナーと、定着されず単に中間転写ベルト７１表面に付着しているだけのトナーとでその反射の状態が異なることである。図１１はトナーの粒径と反射光量との関係を示す模式図である。図１１（ａ）に示すように、最終的にシートＳ上に得られた画像Ｉｓでは、定着プロセスでの加熱・加圧によって溶融されたトナーＴｍがシートＳに融着した状態となっている。したがって、その光学濃度（ＯＤ値）はトナーが融着した状態での反射光量を反映したものとなるが、その大小は主としてシートＳ上のトナー密度（例えば、単位面積あたりのトナー質量で表すことができる）によって決まることとなる。
【００９６】
これに対して、定着プロセスを経ない中間転写ベルト７１上のトナー像では各トナー粒子が個別に中間転写ベルト７１表面に付着しているに過ぎない。したがって、たとえトナー密度が同じ（つまり定着後のＯＤ値は等しい）であったとしても、例えば図１１（ｂ）に示す粒径の小さなトナーＴ１が高密度に付着している状態と、図１１（ｃ）に示す粒径の大きなトナーＴ２がより低密度に付着して中間転写ベルト７１の表面が部分的に露出した状態とでは、その反射光量は必ずしも同じにはならない。言い換えれば、定着前のトナー像からの反射光量が同じであっても定着後の画像濃度（ＯＤ値）が同じになるとは限らない。一般には、反射光量が等しい場合、トナー像を構成するトナー粒子中に占める大粒径トナーの比率が高いと定着後の画像濃度が高くなる傾向にあることが本願発明者の実験によりわかっている。
【００９７】
このように、シートＳ上でのＯＤ値と中間転写ベルト７１上でのトナー像からの反射光量との対応はトナーの状態、特にその粒径分布によって変化する。図１２はトナーの粒径分布とＯＤ値の変化との対応を示す図である。トナー像を形成すべく各現像器に収容されているトナー粒子はその粒径が全て設計中心値に揃っているのが理想である。しかしながら、図１２（ａ）に示すように、実際にはその粒径は様々な態様の分布を有しており、その態様はトナーの種類や製法によって異なるのはもちろんのこと、同一の仕様で製造したトナーであってもその製造ロット毎、製品毎に微妙に異なっている。
【００９８】
これら様々な粒径のトナーはその質量や帯電量が異なるため、このような粒径分布を有するトナーを用いて画像形成を行うと、これらのトナーが一様に消費されるわけではなく、その装置により適合した粒径のトナーが選択的に消費される一方、それ以外のトナーはあまり消費されず現像器内に残ることとなる。したがって、トナー消費が進むにつれて現像器内に残るトナーの粒径分布も変化してゆくこととなる。
【００９９】
前述したように、定着前のトナー像からの反射光量は像を構成するトナーの粒径によって変化するから、この反射光量が常に一定となるように各濃度制御因子を調節したとしても、シートＳ上に定着された後の画像濃度は必ずしも一定とはならない。図１２（ｂ）は、トナー像からの反射光量が一定となるように、つまり濃度センサ６０からの出力電圧が一定となるように各濃度制御因子を制御しながら画像形成を行った場合のシートＳ上における画像の光学濃度（ＯＤ値）の変化を示している。例えば、図１２（ａ）に示す曲線ａのように、トナーの粒径が設計上の中心値付近によく揃っている場合には、図１２（ｂ）の曲線ａのように、現像器内のトナー消費が進んでもＯＤ値はほぼ目標値に保たれる。これに対し、例えば図１２（ａ）の曲線ｂに示すように、より幅広い粒径分布を有するトナーを用いた場合には、図１２（ｂ）の曲線ｂに示すように、当初は設計中心値付近の粒径のトナーが主に消費されてほぼ目標値どおりのＯＤ値が得られるものの、トナー消費が進むにつれてこのようなトナーの割合が減少し、代わってより粒径の大きなトナーが画像形成に使われるようになるためＯＤ値が次第に上昇する。さらに、図１２（ａ）の各点線で示すように、トナーまたは現像器の製造ロットによっては分布の中央値が当初より設計値からずれている場合もあり、これに対応してシートＳ上のＯＤ値も、図１２（ｂ）の各点線に示すように、トナー消費量の増加とともに様々な変化を示すこととなる。
【０１００】
このようにトナーの特性を左右する要因としては、上記したトナーの粒径分布以外にも、例えばトナー母粒子内の顔料の分散の状態や、トナー母粒子と外添剤との混合の状態によるトナーの帯電性の変化などがある。このようにトナー特性が製品毎に微妙に異なっているため、シートＳ上での画像濃度は必ずしも一定とはならず、使用するトナーにより濃度変化の程度はまちまちである。したがって、濃度センサからの出力電圧が一定となるように各濃度制御因子を制御する従来の画像形成装置においては、トナー特性のばらつきによる画像濃度の変動が避けられず、必ずしも満足できる画像品質が得られないことがあった。
【０１０１】
そこで、この実施形態では、装置の稼動状況に応じ、後述する２種のパッチ画像それぞれについて、濃度センサ６０からの出力に基づいて算出されて画像濃度を表す尺度となる画像濃度の評価値（後述）の制御目標値を設定し、各パッチ画像について得られる評価値がこの制御目標値となるように各濃度制御因子を調節することで、シートＳ上での画像濃度が一定に保たれるようにしている。図１３はこの実施形態における制御目標値の導出プロセスを示すフローチャートである。このプロセスでは、各トナー色毎に、そのトナーの使用状況、具体的には、現像器に充填された時点で求められたトナーの粒径分布等の初期特性と、該現像器に残存しているトナーの量とに見合った制御目標値を求めている。まずトナー色の１つを選択し（ステップＳ３１）、ＣＰＵ１０１が該トナーの使用状況を推定するための情報として、選択トナー色に関するトナー個性情報、露光ユニット６により形成されたドットの数を示すドットカウント値および現像ローラ回転時間に関する情報を取得する（ステップＳ３２）。ここでは、ブラック色に対応した制御目標値を求める場合を例として説明するが、他のトナー色についても同様である。
【０１０２】
「トナー個性情報」とは、現像器４Ｋに充填されているトナーの特性に応じて該現像器４Ｋに設けられたメモリ９４に書き込まれたデータである。この装置では、上記したトナーの粒径分布等の諸特性が製造ロット毎に異なることに鑑みてトナーの特性を８種のタイプに分類している。そして、製造時の分析によってそのトナーがどのタイプに属するかを判定し、それを表す３ビットのデータをトナー個性情報として各現像器４Ｋに付している。このデータは該現像器４Ｋが現像ユニット４に装着されたときにメモリ９４から読み出され、エンジンコントローラ１０のＲＡＭ１０７に記憶されている。
【０１０３】
また、「ドットカウント値」は、現像器４Ｋ内に残存しているトナーの量を推定するための情報である。トナーの残量を推定する方法としては画像形成枚数の積算値から求めるのが最も簡便であるが、１枚の画像を形成することで消費されるトナーの量は一定ではないからこの方法では正確な残量を知ることは難しい。一方、露光ユニット６が感光体２上に形成したドット数は、感光体２上でトナーにより顕像化されるドットの数を表しているから、トナーの消費量をより正確に反映したものとなる。そこで、この実施形態では、当該現像器４Ｋで現像されるべき感光体２上の静電潜像を露光ユニット６が形成したときのドット数をカウントしてＲＡＭ１０７に記憶しておき、このドットカウント値を、該現像器４Ｋのトナー残量を示すパラメータとしている。
【０１０４】
さらに、「現像ローラ回転時間」は、現像器４Ｋ内に残存しているトナーの特性をより詳しく推定するための情報である。前述したように、現像ローラ４４表面にはトナー層が形成されており、そのうちの一部のトナーが感光体２上に移動することで現像が行われる。このとき、現像ローラ４４表面では、現像に寄与しなかったトナーは供給ローラ４３との当接位置まで搬送され、該ローラ４３により剥ぎ取られて新たなトナー層が形成されるのであるが、こうして現像ローラ４４への付着、剥離が繰り返されることでトナーが疲労し、その特性は次第に変化してゆく。このようなトナーの特性変化は、現像ローラ４４が回転を重ねるにつれて進行する。したがって、例えば、現像器４Ｋ内のトナー残量は同じであっても、未使用のフレッシュなトナーと何度も付着、剥離を繰り返した古いトナーとではその特性が異なっていることがあり、これらを用いて形成した画像の濃度は必ずしも同じにはならない。
【０１０５】
そこで、この実施形態では、トナー残量を示すドットカウント値と、トナーの特性変化の程度を示す現像ローラ回転時間との２つのパラメータの組み合わせに基づいて現像器４Ｋに内蔵されたトナーの状態を推定し、その状態に合わせてきめ細かく制御目標値を設定することで画質の安定化を図っている。
【０１０６】
なお、これらの情報は装置各部の損耗状況を管理してメンテナンス性を高めるためにも用いられる。すなわち、１ドットカウントは０．０１５ｍｇのトナー量に相当しており、１２００００００ドットカウントでその消費量はほぼ１８０ｇとなって各現像器内に貯留されたトナーのほとんどを使い切った状態となる。また現像ローラの回転時間については、その積算値１０６００ｓｅｃがＡ４連続印字で８０００枚に相当しており、画像形成をこれ以上続けるのは画像品質の点で好ましくない。そこで、この実施形態では、これらの情報のいずれかが上記の値に達したときには、図示を省略する表示部にトナーエンドを報知する旨のメッセージを表示し、ユーザに対し現像器の交換を促すようにしている。
【０１０７】
さて、こうして取得した装置の稼動状況に関する各情報から、その状況に応じた制御目標値を定める。この実施形態では、トナーのタイプを表すトナー個性情報と、ドットカウント値および現像ローラ回転時間の組み合わせから推定される残存トナーの特性とに応じた最適な制御目標値が予め実験的に求められており、この値はトナーのタイプ毎のルックアップテーブルとしてエンジンコントローラ１０のＲＯＭ１０６に記憶されている。ＣＰＵ１０１は、取得したトナー個性情報に基づいて、これらのルックアップテーブルのうちトナーのタイプに対応して参照すべき１つのテーブルを選択し（ステップＳ３３）、その時点でのドットカウント値と現像ローラ回転時間との組み合わせに対応する値をそのテーブルから読み出す（ステップＳ３４）。
【０１０８】
また、この実施形態の画像形成装置では、図示しない操作部によりユーザが所定の操作入力を行うことによって、形成する画像の濃度を好みに応じて、または必要に応じて所定の範囲で増減できるように構成されている。すなわち、上記ルックアップテーブルから読み出された値に対して、ユーザが画像濃度を１段階増加または減少する毎に所定のオフセット値、例えば１段階あたり０．００５が加算または減算され、その結果がそのときのブラック色に対する制御目標値Ａｋｔとして設定されてＲＡＭ１０７に記憶される（ステップＳ３５）。こうしてブラック色における制御目標値Ａｋｔが求まる。
【０１０９】
図１４は制御目標値を求めるルックアップテーブルの例を示す図である。このテーブルは、ブラック色でその特性が「タイプ０」に属するトナーを使用する場合に参照されるテーブルである。この実施形態では、後述する高濃度用、低濃度用の２種類のパッチ画像のそれぞれに対応して、各トナー色毎に、８タイプのトナー特性に対応する８種のテーブルが用意されて、エンジンコントローラ１０に設けられたＲＯＭ１０６に記憶されている。ここで、図１４（ａ）は、高濃度用パッチ画像に対応したテーブルの一例であり、また図１４（ｂ）は、低濃度用パッチ画像に対応したテーブルの一例である。
【０１１０】
上記したステップＳ３２において取得したトナー個性情報が、例えば「タイプ０」を示すものであったとすると、続くステップＳ３３では、８種のテーブルの中からトナー個性情報「０」に対応する図１４のテーブルが選択される。そして、取得したドットカウント値と現像ローラ回転時間とに基づき制御目標値Ａｋｔが求められる。例えば、高濃度用パッチ画像については、ドットカウント値が１５０００００カウント、現像ローラ回転時間が２０００ｓｅｃであれば、図１４（ａ）を参照して、これらの組み合わせに相当する値０．９８４がこの場合の制御目標値Ａｋｔである。さらに、例えばユーザが画像濃度をその標準状態より１段階高く設定している場合には、この値に０．００５を加算した値０．９８９が制御目標値Ａｋｔとなる。同様にして、低濃度用パッチ画像についての制御目標値も求めることができる。
【０１１１】
このようにして求めた制御目標値Ａｋｔについてはエンジンコントローラ１０のＲＡＭ１０７に記憶しておき、以後の各濃度制御因子の設定においてはパッチ画像の反射光量に基づき求められる評価値がこの制御目標値に一致するようにする。
【０１１２】
このように、上記ステップＳ３１〜Ｓ３５を実行することにより１のトナー色についての制御目標値が求まるが、各トナー色について上記処理を繰り返すことで（ステップＳ３６）、全てのトナー色についてその制御目標値Ａｙｔ、Ａｃｔ、ＡｍｔおよびＡｋｔが求まる。ここで、添字ｙ、ｃ、ｍおよびｋは各トナー色すなわちイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックをそれぞれ表し、また添字ｔは制御目標値であることを示すものである。
【０１１３】
（Ｄ）現像バイアス設定
この画像形成装置では、現像ローラ４４に与える直流現像バイアスＶａｖｇと、感光体２を露光する露光ビームＬの単位面積当たりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギー」という）Ｅとを可変としており、これらを調節することで画像濃度の制御を行っている。ここでは、直流現像バイアスＶａｖｇの可変範囲を低レベル側からＶ０ないしＶ５の６段階、また露光エネルギーＥの可変範囲を低レベル側からレベル０ないし３の４段階に変更設定してそれぞれの最適値を求める場合について説明するが、これらの可変範囲およびその分割数についてはその装置の仕様に応じて適宜改変することができる。なお、先に述べた直流現像バイアスＶａｖｇの可変範囲を（−１１０）Ｖ〜（−３３０）Ｖとしている装置では、最も低レベルのＶ０は電圧の絶対値が最も小さい（−１１０）Ｖに、また最も高レベルのＶ５は電圧の絶対値が最も大きい（−３３０）Ｖにそれぞれ相当する。
【０１１４】
図１５はこの実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。また、図１６は高濃度用パッチ画像を示す図である。この処理では、まず露光エネルギーＥをレベル２に設定し（ステップＳ４１）、次いで直流現像バイアスＶａｖｇを最小レベルのＶ０から１レベルずつ増加させながら、各バイアス値で高濃度用パッチ画像としてのベタ画像を形成する（ステップＳ４２、Ｓ４３）。
【０１１５】
６段階に変更設定される直流現像バイアスＶａｖｇに対応して、図１６に示すように、中間転写ベルト７１の表面には６個のパッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ５が順次形成されるが、このうち先頭から５個のパッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ４は長さＬ１に形成される。この長さＬ１は、円筒形の感光体２の周長よりも長くなるように構成されている。一方、最後のパッチ画像Ｉｖ５は感光体２の周長より短い長さＬ３に形成される。このようにする理由は後に詳述する。また、直流現像バイアスＶａｖｇを変更設定したとき、現像ローラ４４の電位が均一になるまでには若干の時間遅れがあるので、この時間遅れを見込んで各パッチ画像は間隔Ｌ２を隔てて形成される。中間転写ベルト７１表面のうち、実際にトナー像を担持可能な領域は同図に示す像形成領域７１０であるが、パッチ画像の形状および配置を上記のように構成しているため、像形成領域７１０に形成することのできるパッチ画像は３個程度となり、６個のパッチ画像は、図１６のように中間転写ベルト７１の２周分にわたって形成される。
【０１１６】
ここで、パッチ画像の長さを上記のように設定している理由について、図１および図１７を参照しつつ説明する。図１７は感光体周期で生じる画像濃度の変動を示す図である。図１に示すように、感光体２は円筒形に形成されている（その周長をＬ０とする）が、製造上のばらつきや熱変形等に起因して、その形状が完全な円筒でなかったり偏心を有する場合があり、このような場合、形成されるトナー像の画像濃度に感光体２の周長Ｌ０に対応した周期的な変動を生じることがある。というのは、感光体２と現像ローラ４４とが当接した状態でトナー現像が行われる接触現像方式の装置では両者間の当接圧が変動し、また両者が離間配置されてトナー現像が行われる非接触現像方式の装置では両者間にトナーを飛翔させる電界の強度が変化し、いずれの装置においても現像ローラ４４から感光体２へトナーが移動する確率が感光体２の回転周期で周期的に変動することとなるからである。
【０１１７】
この濃度変動の幅は、図１７（ａ）に示すように、特に直流現像バイアスＶａｖｇの絶対値｜Ｖａｖｇ｜が比較的低い場合に大きく、この値｜Ｖａｖｇ｜が大きくなるにつれて小さくなる。例えば、直流現像バイアスの絶対値｜Ｖａｖｇ｜を比較的小さい値Ｖａに設定してパッチ画像を形成すると、図１７（ｂ）に示すように、その画像濃度ＯＤは感光体２上での位置によって幅Δ１の範囲で変化することとなる。同様に、他の直流現像バイアスでパッチ画像を形成した場合でも、その画像濃度は図１７（ｂ）の斜線部に示すようにある範囲で変動する。このように、パッチ画像の濃度ＯＤは直流現像バイアスＶａｖｇの大きさだけでなく、その感光体２上への形成位置によっても変動する。したがって、その画像濃度から直流現像バイアスＶａｖｇの最適値を求めるためには、パッチ画像に及ぼす上記感光体２の回転周期に対応した濃度変動の影響を排除する必要がある。
【０１１８】
そこで、この実施形態では、感光体２の周長Ｌ０を超える長さＬ１のパッチ画像を形成し、後述するようにそのうちの長さＬ０分について求めた濃度の平均値を該パッチ画像の画像濃度としている。こうすることによって、各パッチ画像の濃度に及ぼす感光体２の回転周期に対応する濃度変動の影響を効果的に抑制しており、その結果、その濃度に基づいて直流現像バイアスＶａｖｇの最適値を適正に求めることが可能となっている。
【０１１９】
なお、この実施形態では、図１６に示すように、各パッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ５のうち、直流現像バイアスＶａｖｇを最大として形成する最後のパッチ画像Ｉｖ５については、その長さＬ３を感光体２の周長Ｌ０より小さくしている。これは、図１７（ｂ）に示すように、直流現像バイアスの絶対値｜Ｖａｖｇ｜が大きい条件で形成したパッチ画像では感光体２の回転周期に対応した濃度変動が小さいため上記のように感光体周期にわたる平均値を求める必要がないからであるが、こうすることでパッチ画像の形成およびその処理に要する時間を短縮するとともに、パッチ画像形成におけるトナー消費量を低減することが可能である。
【０１２０】
このように、感光体周期に対応して生じる濃度変動が濃度制御因子の最適化処理に及ぼす影響を排除するためにはパッチ画像の長さを感光体２の周長Ｌ０より長く形成することが望ましいが、必ずしも全てのパッチ画像をこのような長さとする必要はなく、何個のパッチ画像をこのような長さとするかは各装置において現れる濃度変動の程度や求められる画像品質のレベルに応じて適宜決定されるべきものである。例えば、感光体周期での濃度変動の影響が比較的小さい場合には、直流現像バイアスＶａｖｇが最小の条件で形成されるパッチ画像Ｉｖ０のみを長さＬ１として、他のパッチ画像Ｉｖ１〜Ｉｖ５についてはこれより短い長さＬ３に形成するようにしてもよい。
【０１２１】
逆に、全てのパッチ画像を長さＬ１に形成してもよいが、この場合には処理時間およびトナー消費量が増大するという問題がある。また直流現像バイアスＶａｖｇを最大とした状態でも感光体周期に対応した濃度変動が現れるのは画像品質の観点から好ましくなく、少なくともその最大値に設定したときにはこのような濃度変動が現れないように、直流現像バイアスＶａｖｇの可変範囲を定めるのが本来的である。そして、そのように直流現像バイアスＶａｖｇの可変範囲を設定した場合には、少なくともその最大値においてこのような濃度変動は現れないから、この場合のパッチ画像の長さをＬ１とする必要はない。
【０１２２】
図１５に戻って、現像バイアス設定処理の説明を続ける。こうして各直流現像バイアスで形成したパッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ５については、その表面からの反射光量に対応して濃度センサ６０から出力される電圧Ｖｐ、Ｖｓをサンプリングする（ステップＳ４４）。この実施形態では、長さＬ１のパッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ４では７４点（感光体２の周長Ｌ０に相当する）、また長さＬ３のパッチ画像Ｉｖ５では２１点（現像ローラ４４の周長に相当する）について、サンプリング周期８ｍｓｅｃで濃度センサ６０からの出力電圧Ｖｐ、Ｖｓのサンプルデータを得ている。そして、前述した下地プロファイルの導出時（図７）と同様にして、サンプルデータからスパイクノイズを除去した後（ステップＳ４５）、そのデータからセンサ系の暗出力や下地プロファイルの影響を除いた各パッチ画像の「評価値」を算出する（ステップＳ４６）。
【０１２３】
前述したように、この装置における濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１にトナーが付着していない状態での出力レベルが最も大きく、トナー量が多くなるにつれてその出力が小さくなるという特性を示す。さらに、この出力には暗出力によるオフセットも加わっているから、このセンサからの出力電圧データのままではトナー付着量を評価する情報として扱い難い。そこで、この実施形態では、得られたデータを加工してよりトナー付着量の大小を反映したデータ、すなわち評価値に変換し、以後の処理を容易に行えるようにしている。
【０１２４】
この評価値の算出方法について、ブラックトナー色によるパッチ画像を例としてより具体的に説明する。ブラックトナーにより現像された６個のパッチ画像のうち、第ｎ番目のパッチ画像Ｉｖｎ（ただし、ｎ＝０、１、…、５）の評価値Ａｋ（ｎ）については、以下の式：
Ａｋ（ｎ）＝１−｛Ｖｐｍｅａｎｋ（ｎ）−Ｖｐｏ｝／｛Ｖｐｍｅａｎ＿ｂ−Ｖｐｏ｝
に基づき、算出する。ここで、上式の各項の意味はそれぞれ以下のとおりである。
【０１２５】
まず、Ｖｐｍｅａｎｋ（ｎ）は、第ｎ番目のパッチ画像Ｉｖｎからの反射光のうちｐ偏光成分に対応する出力電圧Ｖｐとして濃度センサ６０から出力され、サンプリングされた各サンプルデータのノイズ除去後の平均値である。すなわち、例えば最初のパッチ画像Ｉｖ０に対応する値Ｖｐｍｅａｎｋ（０）は、該パッチ画像のうちの長さＬ０分において濃度センサ６０からの出力電圧Ｖｐとして検出された後スパイクノイズ除去処理を施されてＲＡＭ１０７に記憶された７４個のサンプルデータの算術平均である。なお、上式における各項の添字ｋは、ブラック色についての値であることを表すものである。
【０１２６】
また、Ｖｐｏは、先のプレ動作１において発光素子６０１を消灯した状態で取得した受光ユニット６７０ｐからの暗出力電圧である。このように、サンプリングされた出力電圧から暗出力電圧Ｖｐｏを差し引くことにより、暗出力の影響を排除してより高精度にトナー像の濃度を求めることが可能である。
【０１２７】
さらに、Ｖｐｍｅａｎ＿ｂは、先に求められＲＡＭ１０７に記憶されている下地プロファイルデータのうち、中間転写ベルト７１上において上記Ｖｐｍｅａｎｋ（ｎ）の算出に用いた７４個の各サンプルデータが検出されたのと同じ位置で検出された各サンプルデータの平均値である。
【０１２８】
つまり、ブラック色における第ｎ番目のパッチ画像Ｉｖｎに対する評価値Ａｋ（ｎ）とは、トナーが付着する前の中間転写ベルト７１の表面から得られたセンサ出力Ｖｐの平均値と、トナーの付着したパッチ画像Ｉｖｎから得られたセンサ出力Ｖｐの平均値とのそれぞれからセンサの暗出力を差し引いた後に両者の比を取り、その値を１から減じたものである。したがって、パッチ画像としてのトナーが中間転写ベルト７１に全く付着しない状態ではＶｐｍｅａｎｋ（ｎ）＝Ｖｐｍｅａｎ＿ｂとなって評価値Ａｋ（ｎ）がゼロとなる一方、中間転写ベルト７１の表面がブラックトナーにより完全に覆われて反射率がゼロとなった状態ではＶｐｍｅａｎｋ（ｎ）＝Ｖｐｏとなって評価値Ａｋ（ｎ）＝１となる。
【０１２９】
このように、センサ出力電圧Ｖｐの値をそのまま用いるのでなく評価値Ａｋ（ｎ）を用いると、中間転写ベルト７１の表面状態による影響をキャンセルしてパッチ画像の画像濃度を高精度に測定することができる。また、中間転写ベルト７１上のパッチ画像の濃淡に応じて補正されているため、画像濃度の測定精度をさらに向上させることができる。さらに、トナーが付着しない状態を表す最小値０から中間転写ベルト７１の表面が高密度のトナーに覆われた状態を表す最大値１までの値でパッチ画像Ｉｖｎの濃度を正規化して表すことができるので、以後の処理においてトナー像の濃度を見積もるのに好都合である。
【０１３０】
なお、ブラック以外のトナー色、すなわちイエロー色（Ｙ）、シアン色（Ｃ）およびマゼンタ色（Ｍ）については、ブラック色より反射率が高くトナーが中間転写ベルト７１の表面を覆った状態でもその反射光量はゼロではないから、上記により求めた評価値ではその濃度を精度よく表すことができない場合がある。そこで、この実施形態では、これらのトナー色に対する評価値Ａｙ（ｎ）、Ａｃ（ｎ）、Ａｍ（ｎ）を求めるに際して用いるサンプルデータとしてｐ偏光成分に対応した出力電圧Ｖｐではなく、これから暗出力Ｖｐｏを差し引いた値を、ｓ偏光成分に対応した出力電圧Ｖｓからその暗出力Ｖｓｏを差し引いた値で除した値ＰＳ、すなわちＰＳ＝（Ｖｐ−Ｖｐｏ）／（Ｖｓ−Ｖｓｏ）を各位置におけるサンプルデータとして用いることにより、これらのトナー色についても精度よくその画像濃度を見積もることを可能としている。また、ブラック色の場合と同様に、トナーが付着する前の中間転写ベルト７１の表面から得られたセンサ出力を考慮することで、中間転写ベルト７１の表面状態による影響をキャンセルし、また中間転写ベルト７１上のパッチ画像の濃淡に応じて補正されているため、画像濃度の測定精度を向上させることができる。
【０１３１】
例えばシアン色（Ｃ）に対しては、その評価値Ａｃ（ｎ）は、次式：
Ａｃ（ｎ）＝１−｛ＰＳｍｅａｎｃ（ｎ）−ＰＳｏ｝／｛ＰＳｍｅａｎ＿ｂ−ＰＳｏ｝
により求めることができる。ここで、ＰＳｍｅａｎｃ（ｎ）は、シアン色における第ｎ番目のパッチ画像Ｉｖｎの各位置におけるセンサ出力Ｖｐ、Ｖｓに基づいて求めた上記値ＰＳのノイズ除去後の平均値である。また、ＰＳｏは、中間転写ベルト７１の表面がカラートナーにより完全に覆われた状態でのセンサ出力Ｖｐ、Ｖｓに対応する上記値ＰＳであり、この値ＰＳが取りうる最小値である。さらに、ＰＳｍｅａｎ＿ｂは、中間転写ベルト７１上の各位置において下地プロファイルとしてサンプリングしたセンサ出力Ｖｐ、Ｖｓに基づき求めた上記値ＰＳの平均値である。
【０１３２】
カラートナーに対応する評価値を上記のように定義することによって、先に述べたブラック色の場合と同様に、中間転写ベルト７１にトナーが全く付着しない状態（このとき、ＰＳｍｅａｎｃ（ｎ）＝ＰＳｍｅａｎ＿ｂ）を表す最小値０から該ベルト７１が完全にトナーに覆われた状態（このとき、ＰＳｍｅａｎｃ（ｎ）＝ＰＳｏ）を表す最大値１までの値でパッチ画像Ｉｖｎの濃度を正規化して表すことができる。
【０１３３】
こうして各パッチ画像の濃度（より正確にはその評価値）が求まると、その値に基づいて直流現像バイアスＶａｖｇの最適値Ｖｏｐを算出する（ステップＳ４７）。図１８は、この実施形態における直流現像バイアスの最適値算出処理を示すフローチャートである。なお、この処理の内容はトナー色によらず同一であるため、図１８および下記においてはトナー色に対応する評価値の添字（ｙ、ｃ、ｍ、ｋ）を省略しているが、評価値およびその目標値については各トナー色毎に異なる値であることはいうまでもない。
【０１３４】
まず、パラメータｎを０に設定し（ステップＳ４７１）、評価値Ａ（ｎ）、すなわちＡ（０）と、先に求めた制御目標値Ａｔ（例えばブラック色においてはＡｋｔ）とを比較する（ステップＳ４７２）。このとき、評価値Ａ（０）が制御目標値Ａｔ以上であれば、直流現像バイアスＶａｖｇの最小値Ｖ０において目標濃度を超える画像濃度が得られていることを意味しているから、これより高い現像バイアスについては検討するまでもなく、このときの直流現像バイアスＶ０を最適値Ｖｏｐとして処理を終了する（ステップＳ４７７）。
【０１３５】
これに対して、評価値Ａ（０）が目標値Ａｔに達していないときには、１レベル高い直流現像バイアスＶ１において形成したパッチ画像Ｉｖ１についての評価値Ａ（１）を読み出し、評価値Ａ（０）との差を求めるとともに、その差が所定の値Δａ以下であるか否かを判断する（ステップＳ４７３）。ここで、両者の差が所定の値Δａ以下である場合には、上記と同様に直流現像バイアスＶ０をその最適値Ｖｏｐとする。このようにする理由は後に詳述する。
【０１３６】
一方、両者の差が所定の値Δａより大きい場合にはステップＳ４７４に進み、評価値Ａ（１）と制御目標値Ａｔとを比較する。このとき、評価値Ａ（１）が目標値Ａｔ以上であれば、目標値Ａｔは評価値Ａ（０）より大きくかつＡ（１）以下、すなわちＡ（０）＜Ａｔ≦Ａ（１）であるから、直流現像バイアスＶａｖｇのＶ０とＶ１との間に目標の画像濃度を得るための直流現像バイアスの最適値Ｖｏｐが存在することになる。すなわち、Ｖ０＜Ｖｏｐ≦Ｖ１である。
【０１３７】
そこで、このような場合にはステップＳ４７８に進み、計算により最適値Ｖｏｐを求める。この計算方法としては種々の方法が考えられるが、例えば直流現像バイアスＶａｖｇに対する評価値の変化をＶ０ないしＶ１の区間で適当な関数に近似し、その関数の値が目標値Ａｔとなるような直流現像バイアスＶａｖｇをその最適値Ｖｏｐとしてもよい。このうち評価値の変化を直線で近似する方法が最も簡単であるが、直流現像バイアスＶａｖｇの可変範囲を適当に選ぶことによって十分な精度で最適値Ｖｏｐを求めることが可能である。もちろんこれ以外の方法、例えばより精確な近似関数を導入して最適値Ｖｏｐを算出するようにしてもよいが、装置の検出誤差やばらつき等を考慮すると必ずしも現実的でない。
【０１３８】
一方、ステップＳ４７４において評価値Ａ（１）より目標値Ａｔの方が大きい場合には、ｎを１だけインクリメントし（ステップＳ４７５）、ｎが最大値となるまで（ステップＳ４７６）上記したステップＳ４７３〜Ｓ４７５を繰り返して直流現像バイアスの最適値Ｖｏｐを求めるが、ステップＳ４７６においてｎが最大値（ｎ＝５）となっても最適値Ｖｏｐが求まらなかった、つまり６つのパッチ画像に対応する評価値のいずれもが目標値に達していなかったときには、濃度が最大となる直流現像バイアスＶ５を最適値Ｖｏｐとする（ステップＳ４７７）。
【０１３９】
このように、この実施形態では、各パッチ画像Ｉｖ０〜Ｉｖ５に対応する評価値Ａ（０）〜Ａ（５）のそれぞれと目標値Ａｔとを比較し、その大小関係に基づいて、目標濃度を得るための直流現像バイアスの最適値Ｖｏｐを求めているが、上記したように、ステップＳ４７３においては、連続する２つのパッチ画像に対応する評価値Ａ（ｎ）とＡ（ｎ＋１）との差が所定値Δａ以下であるときには直流現像バイアスＶｎを最適値Ｖｏｐとするようにしている。その理由は以下のとおりである。
【０１４０】
すなわち、図１７（ｂ）に示すように、直流現像バイアスＶａｖｇが大きくなるとシートＳ上における画像濃度ＯＤは増加するが、直流現像バイアスＶａｖｇが比較的大きい領域ではその増加率は小さくなり、次第に飽和するという特性を示す。これは、ある程度高密度にトナーが付着すると、それ以上にトナー付着量を多くしても画像濃度はあまり増加しないからである。このように画像濃度の増加率が小さくなっている領域において、さらに画像濃度を高めるべく直流現像バイアスＶａｖｇを大きくすることは、濃度の増加はさほど見込めないにもかかわらずトナー消費量のみをむやみに増大させることとなり現実的でない。逆に、このような領域では、濃度変化を許容しうる範囲で直流現像バイアスＶａｖｇをできるだけ低く設定することによって、画像濃度の低下を最少限に抑えながらトナー消費量を大きく低減することが可能となる。
【０１４１】
そこで、この実施形態においては、直流現像バイアスＶａｖｇに対する画像濃度の増加率が所定値より小さい領域では直流現像バイアスの最適値Ｖｏｐとして可能な限り低い値を設定するようにしている。具体的には、ＶｎおよびＶｎ＋１の２種の直流現像バイアスＶａｖｇで形成した各パッチ画像Ｉｖｎ、Ｉｖ（ｎ＋１）それぞれの濃度を表す評価値Ａ（ｎ）とＡ（ｎ＋１）との差が所定値Δａ以下であった場合には、より低い方の直流現像バイアス、すなわちＶｎの値をその最適値Ｖｏｐとして設定するようにしている。ここで、この値Δａは、それぞれの評価値がΔａだけ異なる２つの画像があるとき、両者の濃度の差が肉眼では容易に判別できない程度、もしくはその装置において両者の濃度の差が許容しうる程度となるように選ぶことが望ましい。
【０１４２】
こうすることによって、画像濃度の増加がほとんどないにもかかわらず直流現像バイアスＶａｖｇを必要以上に高い値に設定してしまうことは防止されており、画像濃度とトナー消費量とのトレードオフが図られている。
【０１４３】
以上のようにして、所定のベタ画像濃度が得られる直流現像バイアスＶａｖｇの最適値Ｖｏｐが、その最小値Ｖ０から最大値Ｖ５までの範囲のいずれかの値に設定される。なお、この画像形成装置においては、画質向上の観点から、感光体２上の静電潜像のうち画像信号に対応してトナーを付着させない部分（非画線部）の表面電位と直流現像バイアスＶａｖｇとの電位差が常に一定（例えば、３２５Ｖ）となるようにしており、上記のように直流現像バイアスＶａｖｇの最適値Ｖｏｐが求まると、それに応じて帯電制御部１０３から帯電ユニット３に与えられる帯電バイアスの大きさも変更されて、上記電位差が一定に保たれている。
【０１４４】
（Ｅ）露光エネルギー設定
引き続いて、露光エネルギーＥをその最適値に設定する。図１９はこの実施形態における露光エネルギーの設定処理を示すフローチャートである。図１９に示すように、その処理内容は先に述べた現像バイアスの設定処理（図１５）と基本的に同じである。すなわち、まず直流現像バイアスＶａｖｇを先に求めた最適値Ｖｏｐに設定し（ステップＳ５１）、次いで露光エネルギーＥを最小レベルのレベル０から１レベルずつ増加させながら、各レベルでパッチ画像を形成する（ステップＳ５２、Ｓ５３）。そして、各パッチ画像からの反射光量をサンプリングし（ステップＳ５４）、そのサンプルデータからスパイクノイズを除去するとともに（ステップＳ５５）、各パッチ画像の濃度を表す評価値を求め（ステップＳ５６）、その結果に基づいて露光エネルギーの最適値Ｅｏｐを求める（ステップＳ５７）。
【０１４５】
この処理（図１９）において、その処理内容が前記した現像バイアス設定処理（図１５）と相違しているのは、形成するパッチ画像のパターン・個数と、評価値から露光エネルギーの最適値Ｅｏｐを求める演算処理とであり、その他の点については両者はほぼ共通の処理を行っている。そこで、ここでは主にその相違点について説明する。
【０１４６】
この画像形成装置では、感光体２表面が光ビームＬにより露光されることで画像信号に対応した静電潜像が形成されるが、例えばベタ画像のように露光される面積が比較的広い高濃度画像では露光エネルギーＥを変化させても静電潜像の電位プロファイルはあまり変化しない。これに対して、例えば細線画像やハーフトーン画像のように露光される領域が感光体２表面にスポット的に散在している低濃度画像では、露光エネルギーＥによりその電位プロファイルが大きく変化する。このような電位プロファイルの変化はトナー像の濃度変化をもたらす。つまり、露光エネルギーＥの変化は、高濃度画像にはあまり影響を及ぼさないのに対し、低濃度画像ではその濃度に大きく影響する。
【０１４７】
そこで、この実施形態では、まず画像濃度に対する露光エネルギーＥの影響が少ないベタ画像を高濃度用パッチ画像として形成し、その濃度に基づいて直流現像バイアスＶａｖｇの最適値を求める一方、露光エネルギーＥの最適値を求める際には低濃度用パッチ画像を形成するようにしている。そのため、この露光エネルギー設定処理においては、直流現像バイアス設定処理において形成したパッチ画像（図１６）とは異なるパターンのパッチ画像を用いている。
【０１４８】
なお、露光エネルギーＥの高濃度画像に対する影響は小さいものの、その可変範囲を広くしすぎると高濃度画像の濃度変化も大きくなってしまう。これを防止するため、露光エネルギーＥの可変範囲としては、露光エネルギーを最小（レベル０）から最大（レベル３）に変化させたときの高濃度画像（例えばベタ画像）に対応する静電潜像の表面電位の変化が２０Ｖ以内、より望ましくは１０Ｖ以内となるようにするのがよい。
【０１４９】
図２０は、低濃度用パッチ画像を示す図である。先に述べたように、この実施形態では露光エネルギーＥを４段階に変更設定するようにしており、ここではその各レベルで各１個ずつ、計４個のパッチ画像Ｉｅ０〜Ｉｅ３を形成している。また、ここで用いるパッチ画像のパターンは、図２０に示すように、互いに離隔配置された複数の細線により構成されており、より詳しくは、１オン１０オフの１ドットラインパターンである。低濃度用パッチ画像のパターンはこれに限定されるものではないが、このようにラインまたはドットが互いに孤立したパターンを用いると、より露光エネルギーＥの変化を画像濃度の変化に反映させることができ、より精度よくその最適値を求めることが可能となるのである。
【０１５０】
また、各パッチ画像の長さＬ４は、高濃度用パッチ画像の長さＬ１（図１６）より小さく設定されている。これは、この露光エネルギー設定処理では直流現像バイアスＶａｖｇが既にその最適値Ｖｏｐに設定されており、この最適条件の下では感光体２周期での濃度ムラが発生しないからである（逆に、この状態でこのような濃度ムラが発生するようならＶｏｐは直流現像バイアスＶａｖｇとして最適な値ではない）。しかし、一方で現像ローラ４４の変形に伴う濃度ムラが発生している可能性もあるので、パッチ画像の濃度としては現像ローラ４４の周長に相当する長さについて平均した値を用いるのが好ましく、そこでパッチ画像の周長Ｌ４は現像ローラ４４の周長よりは大きくなるように設定している。なお、非接触現像方式の装置において現像ローラ４４および感光体２それぞれの表面の移動速度（周速）が同一でない場合には、その周速比を考慮して現像ローラ４４の１周分に対応する長さのパッチ画像を感光体２に形成するようにすればよい。
【０１５１】
また、各パッチ画像の間隔Ｌ５については、図１６に示す間隔Ｌ２より小さくしてよい。というのは、露光ユニット６からの光ビームＬのエネルギー密度は比較的短時間で変更することが可能であり、特にその光源が半導体レーザーで構成されている場合にはきわめて短い時間でそのエネルギー密度を変更することができるからである。このように各パッチ画像の形状およびその配置を構成したことにより、図２０に示すように、中間転写ベルト７１の１周分に全てのパッチ画像Ｉｅ０〜Ｉｅ３を形成することが可能となっており、それに伴って処理時間も短縮されている。
【０１５２】
このようにして形成された低濃度用パッチ画像Ｉｅ０〜Ｉｅ３については、先に述べた高濃度パッチ画像の場合と同様にしてその画像濃度を表す評価値が求められる。そして、その評価値と、先に述べた高濃度パッチ画像用とは別に用意された低濃度パッチ画像用のルックアップテーブル（図１４（ｂ））から導き出される制御目標値とに基づいて露光エネルギーの最適値Ｅｏｐが算出される。図２１は、この実施形態における露光エネルギーの最適値算出処理を示すフローチャートである。この処理においても、図１８に示す現像バイアスの最適値算出処理と同様に、低エネルギーレベルで形成したパッチ画像から順にその評価値を目標値Ａｔと比較し、評価値が目標値と一致するような露光エネルギーＥの値を求めることでその最適値Ｅｏｐが決定される（ステップＳ５７１〜Ｓ５７７）。
【０１５３】
ただし、通常用いる露光エネルギーＥの範囲では、細線画像濃度と露光エネルギーＥとの間にはベタ画像濃度と直流現像バイアスとの関係においてみられる飽和特性（図１７（ｂ））は現れないため、図１８のステップＳ４７３に相当する処理は省かれている。このようにして、所望の画像濃度を得られる露光エネルギーＥの最適値Ｅｏｐが求められる。
【０１５４】
（Ｆ）後処理
以上のように直流現像バイアスＶａｖｇ、露光エネルギーＥについてそれぞれの最適値が求められたことにより、これ以降は所定の画像品質での画像形成が可能な状態となる。したがって、この時点で濃度制御因子の最適化処理を終了し、中間転写ベルト７１等の回転駆動を停止して装置を待機状態に移行させるようにしてもよいし、さらに他の濃度制御因子を制御すべく何らかの調節動作を行うようにしてもよく、このように後処理の内容は任意であるのでここでは説明を省略する。
【０１５５】
（ＩＩＩ）その他
この実施形態の画像形成装置では、上記した濃度制御因子の最適化処理は、ＣＰＵ１０１からの制御指令により、適当なタイミング、例えば装置電源が投入された時点、いずれかのユニットが交換された直後などに実行されるように構成している。しかし、上記以外にもこのような最適化処理を実行すべきタイミングがある。例えば、装置の電源は投入されているものの画像形成が行われない時間が長時間にわたって継続した場合である。例えばオフィスに設置されたプリンタでは、必要に応じて直ちに画像形成が行えるよう常に電源が投入された状態におかれていても、ユーザの画像形成要求に応じてメインコントローラ１１に画像信号が実際に与えられて画像形成を行う頻度はさほど高くなく、場合によっては画像形成を行わないまま数時間が経過することもある。従来の画像形成装置における「スリープモード」等と称せられる節電動作モードも、このような装置の使用実態に鑑み画像形成を行わない状態での無駄な電力消費を抑制するために設けられたものである。
【０１５６】
このように画像形成を行わずに放置された時間が長く続くと前述した放置バンディング現象が発生し、次の画像形成動作において形成した画像に濃度ムラを生じることがある。また、気温など周囲環境が変化することによって次第に画像濃度が変化することもある。そこで、この実施形態では、上記した電源投入の時点、いずれかのユニットが交換された直後のみでなく、電源がオン状態でしかも画像形成動作が行われない時間、すなわち動作停止時間が一定時間継続した場合にも同様に濃度制御因子の最適化処理を実行するようにしている。
【０１５７】
図２２はこの実施形態における画像形成動作および動作停止状態を示すフローチャートである。また、図２３は動作停止状態から復帰したときの装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この画像形成装置では、外部装置からインターフェース１１２を介して画像信号が入力されたか否かを常時判断しており（ステップＳ３０１）、画像信号が与えられた場合には先に述べた一連の画像形成動作を実行して画像信号に対応した画像をシートＳ上に形成する（ステップＳ３０２）。そして、必要に応じてこの画像形成動作を繰り返すことで（ステップＳ３０３）、所定枚数の画像を形成する。こうして一連の画像形成動作が終了すると、中間転写ベルト７１等の回転駆動を停止するとともに現像バイアスおよび帯電バイアス等の印加を停止し、装置は動作停止状態に移行する（ステップＳ３０４）。この時、より詳しくは帯電制御部１０３から帯電ユニット３に与える帯電バイアスの出力を停止した時点で、ＣＰＵ１０１が内部タイマをリセットするとともにその計時を開始し（ステップＳ３０５）、再びステップＳ３０１に戻って画像信号が入力されるのを待つ。つまり、この実施形態では、ＣＰＵ１０１がその内部タイマにより、装置が動作停止状態にある時間、すなわち動作停止時間ｔｓを計時している。
【０１５８】
このとき、直ちに次の画像信号が与えられれば、同様に上記ステップＳ３０２〜Ｓ３０３を繰り返して必要枚数の画像を形成し、その後、再び内部タイマによる計時が開始されるが（ステップＳ３０５）、画像信号が与えられていない場合にはステップＳ３０６に進みそのまま計時は継続される。そして、動作停止時間ｔｓが後述する所定の時間ｔｍに達したときにはステップＳ３０７に進んで先に述べた濃度制御因子の最適化処理を実行し、さらにステップＳ３０５に進んで内部タイマをいったんリセットした後ステップＳ３０１に戻るが、ステップＳ３０６において動作停止時間ｔｓが時間ｔｍに達していなかったときにはそのままステップＳ３０１に戻る。
【０１５９】
つまり、この装置では、画像形成動作の終了後、外部装置から新たな画像信号が与えられていなければ、動作停止状態となって内部タイマによる動作停止時間ｔｓの計時を続けながら次の画像信号が入力されるのを待っている。そして、図２３（ａ）に示すように、動作停止時間ｔｓが所定の時間ｔｍに達する前に次の画像信号が入力された場合には、装置は直ちに動作停止状態から復帰して画像形成動作を実行する。
【０１６０】
一方、図２３（ｂ）に示すように、次の画像信号が与えられないまま動作停止時間ｔｓが時間ｔｍに達した場合には、装置は動作停止状態から復帰して先に述べた濃度制御因子の最適化処理の実行を開始する。そして、その処理が終了すると再び動作停止状態に戻る。このときにもタイマはいったんリセットされるので、その後の動作停止時間ｔｓが時間ｔｍに達する度毎に、同様にして濃度制御因子の最適化処理が実行されることとなる。
【０１６１】
以上のように、この実施形態の画像形成装置は、外部装置から与えられる画像信号に対応した画像形成動作、もしくは、濃度制御因子の最適化処理を実行すべく画像信号としてパッチ画像信号が与えられるのに対応したパッチ画像の画像形成動作を終了した後の動作停止時間ｔｓが時間ｔｍに達したときには、濃度制御因子の最適化処理を実行するように構成されている。したがって、この装置において動作停止状態が継続する期間は最大でも時間ｔｍ程度であり、この時間ｔｍが本発明の「最大停止時間」に相当するものである。
【０１６２】
このように、定期的に濃度制御因子の最適化処理を行って装置の動作停止時間ｔｓを最大停止時間ｔｍ以下としたことにより、この画像形成装置では、トナーが現像ローラ４４に担持されたまま長時間にわたり放置されることで生じる放置バンディング現象の発生が抑制される。しかも、この放置バンディング現象を抑制したことにより該現象に起因するパッチ画像の濃度ムラも生じないので、パッチ画像の濃度に基づいて濃度制御因子を常に最適な状態に設定することができ、その結果、この画像形成装置では、画質の良好なトナー像を安定して形成することが可能となっている。
【０１６３】
また、動作停止状態にあるときでも常に濃度制御因子は最適な状態に保たれているため、新たな画像信号が外部から与えられれば動作停止状態から速やかに復帰して画像形成動作を実行することができ、ユーザの要求に素早く対応することが可能となっている。
【０１６４】
ここで、この最大停止時間ｔｍを如何に設定するかが問題となる。すなわち、パッチ画像を形成する度にトナーが消費されるため、装置のランニングコストを低く抑えるためにはパッチ画像形成の頻度はできる限り少なくする必要があり、最大停止時間ｔｍを長くするのが好ましい。一方、動作停止時間ｔｓが長くなると放置バンディング現象による濃度ムラが現れるため、画像品質維持の観点からは最大停止時間ｔｍをできるだけ短くするのが好ましい。このように、最大停止時間ｔｍは一義的に決め難いため、大量のトナーを収容可能な現像器を備える装置や、より画質を重視する装置では、最大停止時間ｔｍを短く、例えば１時間程度とする一方、画像にある程度の濃度ムラが許容しうる装置では最大停止時間ｔｍをより長く、例えば３時間程度とするなど、装置の仕様やトナーの特性等に応じて最大停止時間ｔｍを適宜設定すればよい。
【０１６５】
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、濃度センサ６０を中間転写ベルト７１の表面に対向配置し、中間転写ベルト７１に一次転写されたパッチ画像としてのトナー像の濃度を検出するように構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば濃度センサを感光体２の表面に向けて配置し、感光体２上に現像されたトナー像の濃度を検出するようにしてもよい。
【０１６６】
また、例えば、上記した実施形態における濃度制御因子の最適化処理は、各現像器を順番に現像位置に位置させて各現像ローラ４４の空回しを行った後に、改めて各現像器を切り換えながら順次パッチ画像を形成するように構成されているが、各現像器ごとに現像ローラの空回しとパッチ画像の形成を連続して行うようにしてもよい。このようにした場合には、現像器の切り換え動作の回数を減らすことができるので、例えば待機状態での静粛性が要求される装置では、このように構成することで現像器の切り換えに伴って生じる動作音の頻度を最少限に抑えることが可能となる。
【０１６７】
また、上記した実施形態における濃度制御因子の最適化処理の手順はその一例を示したものであって、これ以外の手順であってもよい。例えば、本実施形態ではプレ動作１およびプレ動作２を同時に開始するようにしているが、これらは必ずしも同時に実行しなくてもよい。また、画像濃度の制御目標値は少なくとも直流現像バイアスの最適値Ｖｏｐを求める時点で求められていればよく、本実施形態とは異なるタイミング、例えばプレ動作より前に制御目標値を求めるようにしてもよい。
【０１６８】
また、上記した実施形態では、帯電制御部１０３から帯電ユニット３に与える帯電バイアスを停止した時点から動作停止時間ｔｓを起算するようにしているが、動作停止時間を起算するタイミングはこれに限定されるものではなく、例えば、現像ローラ４４の回転駆動を停止した時点や、中間転写ベルト７１の回転駆動を停止した時点から動作停止時間を起算するようにしてもよい。要するに、各現像器に備えられた現像ローラ４４がトナーを担持したまま停止した状態が所定時間以上継続したときに、パッチ画像の形成を伴う濃度制御因子の最適化処理が実行されるように構成されればよい。
【０１６９】
また、上記した実施形態では、中間転写ベルト７１の下地プロファイルとして濃度センサ６０の出力を中間転写ベルト７１の１周分についてサンプリングした各サンプルデータを記憶するようにしているが、後にパッチ画像が形成される位置に相当する位置からのサンプルデータのみを記憶するようにしてもよく、こうすることで記憶すべきデータ量を削減することが可能である。この場合には、中間転写ベルト７１への各パッチ画像の形成位置をできるだけ一致させるようにすれば、各パッチ画像について共通の下地プロファイルを使用して演算を行うことができてさらに効果的である。
【０１７０】
また、上記した実施形態では、画像濃度を制御する濃度制御因子としての直流現像バイアスおよび露光エネルギーを可変としているが、これらのうち一方のみを可変として画像濃度を制御するようにしてもよく、また他の濃度制御因子を用いるようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、帯電バイアスが直流現像バイアスに追従して変化するように構成されているが、これに限定されるものでなく、帯電バイアスを固定としたり、直流現像バイアスとは独立に変更できるようにしてもよい。
【０１７１】
また、上記した実施形態は、感光体２上で現像されたトナー像を一時的に担持する中間媒体としての中間転写ベルト７１を有する画像形成装置であるが、転写ドラムや転写ローラなど他の中間媒体を有する画像形成装置や、中間媒体を備えず感光体２上に形成されたトナー像を最終的な転写材であるシートＳに直接転写するように構成された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。
【０１７２】
また、上記した実施形態は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成可能に構成された画像形成装置であるが、使用するトナー色およびその色数はこれに限定されるものでなく任意であり、例えばブラック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可能である。
【０１７３】
さらに、上記実施形態では、装置外部からの画像信号に基づき画像形成動作を実行するプリンタに本発明を適用しているが、ユーザの画像形成要求、例えばコピーボタンの押動に応じて装置内部で画像信号を作成し、その画像信号に基づき画像形成動作を実行する複写機や、通信回線を介して与えられた画像信号に基づき画像形成動作を実行するファクシミリ装置に対しても本発明を適用可能であることはいうまでもない。
【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】この画像形成装置の現像器を示す断面図である。
【図４】濃度センサの構成を示す図である。
【図５】この実施形態における濃度制御因子の最適化処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】この実施形態における初期化動作を示すフローチャートである。
【図７】この実施形態におけるプレ動作を示すフローチャートである。
【図８】中間転写ベルトの下地プロファイルの例を示す図である。
【図９】この実施形態におけるスパイクノイズ除去処理を示すフローチャートである。
【図１０】この実施形態におけるスパイクノイズ除去の様子を示す図である。
【図１１】トナーの粒径と反射光量との関係を示す模式図である。
【図１２】トナーの粒径分布とＯＤ値の変化との対応を示す図である。
【図１３】この実施形態における制御目標値の導出プロセスを示すフローチャートである。
【図１４】制御目標値を求めるルックアップテーブルの例を示す図である。
【図１５】この実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。
【図１６】高濃度用パッチ画像を示す図である。
【図１７】感光体周期で生じる画像濃度の変動を示す図である。
【図１８】この実施形態における直流現像バイアスの最適値算出処理を示すフローチャートである。
【図１９】この実施形態における露光エネルギーの設定処理を示すフローチャートである。
【図２０】低濃度用パッチ画像を示す図である。
【図２１】この実施形態における露光エネルギーの最適値算出処理を示すフローチャートである。
【図２２】この実施形態における画像形成動作および動作停止状態を示すフローチャートである。
【図２３】動作停止状態から復帰したときの装置各部の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２…感光体（像担持体）、　３…帯電ユニット（帯電手段）、　４…現像ユニット、　４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ…現像器、　６…露光ユニット（露光手段）、１０…エンジンコントローラ、　１１…メインコントローラ、　４４…現像ローラ（トナー担持体）、　６０…濃度センサ、　７１…中間転写ベルト、　１０１…ＣＰＵ、　１０４…現像器制御部（バイアス印加手段）、　ＥＧ…エンジン部、　ｔｍ…最大停止時間、　ｔｓ…動作停止時間

Claims (11)

1. その表面に静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、
   その表面にトナーを担持しながら所定の方向に回転することで前記像担持体との対向位置に前記トナーを搬送するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に所定の現像バイアスを印加して前記トナー担持体に担持されるトナーを前記像担持体に移動させることによって前記静電潜像をトナーにより顕像化するバイアス印加手段と
   を備え、
   画像信号に対応した静電潜像を前記像担持体に形成するとともに該静電潜像をトナーにより顕像化することで前記画像信号に対応した画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成装置において、
   画像形成動作を終了してからの動作停止時間が所定の最大停止時間に達したときには、所定のパッチ画像パターンに対応したパッチ画像信号を前記画像信号として前記画像形成動作を実行しパッチ画像を形成するとともに、前記パッチ画像の画像濃度を検出しその検出結果に基づき画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して画像濃度を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記動作停止時間が前記最大停止時間に達したときには、前記パッチ画像を形成するのに先立って前記トナー担持体が少なくとも１周以上回転するように構成された請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記濃度制御因子の１つとして前記現像バイアスを最適化する請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体の表面を光ビームで露光することにより前記像担持体表面に静電潜像を形成する露光手段をさらに備え、
   前記濃度制御因子の１つとして前記光ビームのエネルギー密度を最適化する請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記静電潜像が形成されるのに先立って、前記像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させる帯電手段をさらに備え、
   前記帯電手段による前記像担持体の帯電動作を停止した時から前記動作停止時間を起算する請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナー担持体の回転方向において前記対向位置よりも上流側の規制位置で前記トナー担持体表面と当接することで、前記トナー担持体表面に担持されるトナー量を規制する規制手段をさらに備え、
   前記トナー担持体と前記像担持体とを前記対向位置で対向させた状態では、前記規制位置が前記トナー担持体の回転中心よりも下方に位置するように構成された請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記トナー担持体の回転方向において前記規制位置よりも上流側の剥離位置で前記トナー担持体表面と当接することで、前記トナー担持体表面に付着したトナーを剥離させる剥離手段をさらに備え、
   前記トナー担持体と前記像担持体とを前記対向位置で対向させた状態では、前記剥離位置が前記規制位置よりも上方に位置するように構成された請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記トナー担持体の表面が導電性を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 定着オフセットを防止する離型材としてのワックス成分を含有する前記トナーを用いて前記トナー像を形成する請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 画像信号に対応した静電潜像を像担持体に形成するとともに、その表面にトナーを担持しながら回転するトナー担持体に所定の現像バイアスを印加して前記トナー担持体に担持されるトナーを前記像担持体に移動させることによって前記静電潜像をトナーにより顕像化し、前記画像信号に対応した画像を形成する画像形成方法において、
    画像の形成を終了してからの動作停止時間が所定の最大停止時間に達したときには、所定のパッチ画像パターンに対応した画像信号に基づいてパッチ画像を形成するとともにその画像濃度を検出し、その検出結果に基づき画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して画像濃度を制御することを特徴とする画像形成方法。
11. 前記動作停止時間が前記最大停止時間に達したときには、前記パッチ画像を形成するのに先立って前記トナー担持体を少なくとも１周以上回転させる請求項１０に記載の画像形成方法。

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