JP2005148355A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、複数の作像条件制御はトナー付着量のパターン像を複数作成するために通常の作像動作と同時に実行することが困難であるという課題を解決しようというものである。
【解決手段】この発明は、トナー付着パターンを複数作像し、この複数のトナー付着パターンの検出結果に基づいて作像条件を制御する複数の作像条件制御手段を有する画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、この複数のトナー付着パターンを複数の光学式検出装置１９によって同時に検知し、前記複数の作像条件制御手段による作像条件制御を同時に実行するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置は、像担持体としての感光体を帯電器により均一に帯電させた後に感光体を露光装置で露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器により現像してトナー像とし、このトナー像を転写装置により転写紙などに転写している。この画像形成装置においては、感光体上の非画像領域にトナー付着パターンを形成し、このトナー付着パターンの濃度を光反射型フォトセンサによって検出し、その検出結果に応じてトナー補給装置から現像器へのトナー補給を制御するトナー濃度制御方式が従来から一般に利用されている。

このトナー濃度制御方式においては、光反射型フォトセンサの出力値のうち、感光体上のトナー付着パターンに対する光反射型フォトセンサの出力値をＶsp、感光体上のトナー非付着部に対する光反射型フォトセンサの出力値をＶsgとすると、通常はＶsp／Ｖsgが一定になるようにトナー補給制御を行う。トナー付着パターンのトナー付着量が少なくなるとＶsp／Ｖsgが上昇し、現像器内の現像剤のトナー濃度が低いと判断されて、トナー補給装置から現像器へトナー補給が行われることでトナー濃度が一定に保たれる。逆にＶsp／Ｖsgが低い場合には、現像器内の現像剤のトナー濃度が高いと判断されてトナー補給は行われない。

一方、感光体の経時的な感度劣化や画像形成装置本体の使用環境による感光体の感度変化等によって一定の帯電・露光・現像等の作像条件では画像が安定しないため、電位センサ等によって感光体の表面電位を検出し、その検出結果に基づいて上記作像条件を制御することで画質の安定化を図ることも一般的である。但し、電位センサは比較的に高価なものであり、高級機種以外の画像形成装置にはあまり搭載されていない。電位センサ無しで感光体の表面電位を制御する方式として以下の方式がある。

すなわち、トナー濃度制御用の光反射型フォトセンサを用いて感光体表面の地肌汚れレベルを検出し、その検出結果により感光体の表面電位を制御するというものであり、地肌汚れレベル検出領域の作像条件である帯電電圧を通常の画像部よりも低めに設定し、暗部電位Ｖdと現像バイアス電圧Ｖbとの差分である地肌ポテンシャルを小さくなるようにする。この作像条件では、通常はうっすらと地肌汚れが発生するため、この作像領域を光反射型フォトセンサで検出した出力値Ｖsdpも上記Ｖsgよりやや低下する。

同じ帯電電圧を帯電器に印加しても、感光体劣化や帯電器劣化、環境変動等によって、感光体の暗部電位Ｖdが変動すると感光体の地肌汚れレベルが変動し、上記Ｖsdpの変動が大きくなる。つまり、このＶsdpの変化を光反射型フォトセンサで検出して、Ｖdが狙いの電位となるように帯電電圧にフィードバックするように制御している。このほか、カラー複写機やカラープリンタにおいては、複数色のトナーを重ね合わせるため、現像工程、転写工程などにおけるトナー付着量はより厳密に制御する必要があり、そのための中間調補正といった作像条件制御が不可欠となる。

上記作像条件制御は、作像条件を変化させて異なるトナー付着量のパターン像を複数作成するため、通常の作像動作と同時に実行することが困難であり、作像条件制御の動作中は、複写動作やプリント動作を一時的に休止する必要がある。この休止時間は、操作者にとって作業が出来なくなるダウンタイムとなってしまうことから、作像条件制御の実行タイミングは、画像形成装置の操作に極力影響がない時期が適しており、一般的に画像形成装置の本体電源投入直後のウォームアップ中に行われることが多い。しかし、近年の省エネルギー化、使いやすさ重視の傾向に伴って、本体のウォームアップタイムやジョブ間のダウンタイムは極力短くする必要がある。

上記の各種制御動作についても、複数の制御動作をシリアルではなくパラレルに実行して短時間で作像条件制御および上記トナー濃度制御基準値設定等のその他の条件設定を完了させる必要がある。
本発明の目的は、作像条件調整動作によって画像を安定に維持出来ると共に、作像条件調整動作を短時間で完了することができ、オペレーターが長時間待機することなく画像形成作業を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、トナー付着量と地肌汚れの両方の最適化を同時に実行することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、地肌汚れ検知データを広範囲に亘ってサンプリングでき、像担持体周方向のムラを低減させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、確実に地肌汚れを発生させることができ、精度良く地肌汚れ状態を検出することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、より多くの地肌汚れレベルを短時間で、像担持体軸方向のムラを低減させた状態で検出することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、複数の光学式検出装置の感度ばらつきや像担持体軸方向の検出値ばらつきを低減することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、電位センサ等の高価な部品を搭載することなく、画像濃度制御を短時間で実行することができ、画像を安定に維持することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、トナー付着パターンを複数作像し、この複数のトナー付着パターンの検出結果に基づいて作像条件を制御する複数の作像条件制御手段を有する画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、この複数のトナー付着パターンを複数の光学式検出装置によって同時に検知し、前記複数の作像条件制御手段による作像条件制御を同時に実行するものである。

請求項２に係る発明は、複数色の現像剤がそれぞれ充填された複数個の現像器と、像担持体上のトナー付着量を検出する光学式検出装置と、この光学式検出装置の検出結果に基づいて前記現像器内にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像器の現像バイアス電圧を調整する現像バイアス調整手段と、前記像担持体を帯電させる帯電器の帯電電圧を調整する帯電電圧調整手段と、前記像担持体の露光量を調整する露光量調整手段とを備えた画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、この複数のトナー付着パターンを複数の光学式検出装置によって同時に検知し、前記複数の調整手段による前記調整を同時に実行するものである。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧を多段階に切り替えて前記像担持体周方向に複数個のトナー付着量の異なるパターンを前記トナー付着パターンとして作成し、このトナー付着パターンを前記光学式検出装置によって検出する作像条件制御動作において、所定の前記帯電電圧によって帯電した前記像担持体表面の暗部電位と前記現像バイアス電圧の差分が所定の範囲内に入っている領域の前記像担持体上を前記光学式検出装置にて検出し、その検出結果を作像条件制御用の前記調整手段にフィードバックするものである。

請求項４に係る発明は、請求項３記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧の多段階変更に応じて前記帯電電圧を多段階に変更するものである。

請求項５に係る発明は、請求項３記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧の多段階変更に応じて前記帯電電圧を多段階に変更するものである。

請求項６に係る発明は、請求項３記載の画像形成装置において、前記複数の光学式検出装置は前記像担持体の軸方向に配列し、該複数の光学式検出装置の中で少なくとも一つは現像されたトナー付着パターン部を検出し、同時にその他の光学式検出装置によって前記像担持体の地肌部を検出するものである。

請求項７に係る発明は、請求項３記載の画像形成装置において、前記像担持体の地肌部を複数の前記光学式検出装置で検出し、それらの検出値の平均値を地肌部検出値とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項３記載の画像形成装置において、前記光学式検出装置のトナー付着パターン検出結果に基づいて、前記像担持体の露光量調整、前記現像バイアス電圧調整の少なくとも一つを実行し、前記光学式検出装置の地肌部検出結果に基づいて前記帯電電圧調整を実行するものである。

本発明によれば、作像条件調整動作によって画像を安定維持出来ると共に、作像条件調整動作を短時間で完了することができ、オペレーターが長時間待機することなく画像形成作業を行うことができる。
本発明によれば、トナー付着量と地肌汚れの両方の最適化を同時に実行することができる。
本発明によれば、地肌汚れ検知データを広範囲に亘ってサンプリングでき、像担持体周方向のムラを低減させることができる。

本発明によれば、確実に地肌汚れを発生させることができ、精度良く地肌汚れ状態を検出することができる。
本発明によれば、より多くの地肌汚れレベルを短時間で、像担持体軸方向のムラを低減させた状態で検出することができる。
本発明によれば、複数の光学式検出装置の感度ばらつきや像担持体軸方向の検出値ばらつきを低減することができる。
本発明によれば、電位センサ等の高価な部品を搭載することなく、画像濃度制御を短時間で実行することができ、画像を安定に維持することができる。

図１は本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、画像形成装置としてのカラー複写機であり、図示しない画像読み取り装置を有する。この画像読み取り装置は、露光ランプによってコンタクトガラス上の原稿を照明し、その反射光をスキャナで複数の色、例えば赤、青、緑の各色に色分解して読み取って電気信号に変換した後にデジタル信号に変換して図示しない画像処理部へ出力する。この画像処理部は、上記画像読み取り装置からの各色の画像データに対して各種処理を施して複数の記録色、例えばイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像データに変換する。本実施形態は、複数色の画像を作成する複数の画像形成部１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを有する。

この画像形成部１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、無端状１次転写ベルト（中間転写ベルト）２の下側部分に沿って配置され、それぞれ、転写ベルト２の下面に当接される像担持体としての感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋを有する。各画像形成部１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの周囲に、帯電器としての帯電ローラ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋと、露光光５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｋを感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射する図示しない露光手段としての書き込み装置と、現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋと、転写手段としての転写ローラ７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋと、クリーニング装置８Ｙ、８Ｃ、８Ｍ、８Ｋとを有する。帯電ローラ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは図示しない帯電用電源から帯電電圧が印加され、転写ローラ７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋは図示しない１次転写用電源から転写バイアスが印加される。

各画像形成部１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋにおいては、それぞれ、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋが図示しない感光体駆動モータにより回転駆動されて帯電ローラ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにより一様に帯電され、図示しない書き込み装置から露光光５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｋが照射されて露光されることにより静電潜像が形成される。ここに、書き込み装置は、上記画像処理部からのイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像データによりレーザ光源を変調し、このレーザ光源からのイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像データでそれぞれ変調されたレーザ光をポリゴンミラーにより偏向走査しながら感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射する。

感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上の静電潜像は、現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋにより現像されてイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像となり、転写ローラ７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋにより転写ベルト２上に順次に重ねて転写される。感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋは、トナー像転写後にクリーニング装置８Ｙ、８Ｃ、８Ｍ、８Ｋによりクリーニングされて次の画像形成に備える。

転写ベルト２は複数のローラ９〜１３、２７に掛け渡され、このローラ９〜１３、２７のうちの１つが中間転写ベルト駆動モータにより駆動されて転写ベルト２が回転する。転写ベルト２は、上述のように感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像が順次に重ねて転写されることでフルカラー画像が形成される。

一方、図示しない給紙装置から給紙ローラ１４により転写材としての用紙が給紙され、この用紙は転写ベルト２と転写手段としての２次転写ローラ１５との間を通過する際に転写ベルト２上のフルカラー画像が２次転写ローラ１５により転写される。ここに、２次転写ローラ１５は図示しない２次転写用電源から転写バイアスが印加される。転写ベルト２上のフルカラー画像が転写された用紙は、定着ローラ１６及び加圧ローラ１７を有する定着装置によりフルカラー画像が定着され、図示しない排紙部へ排出される。転写ベルト２はフルカラー画像転写後にクリーニング装置１８によりクリーニングされる。

以上の動作はフルカラー画像を形成するフルカラーモードの指定時の動作であり、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのうちの１色または２色重ねの画像を形成するモードの指定時には画像形成部１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋのうち指定された色に対応する画像形成部のみが動作して単色または２色重ねの画像が形成される。また、作像条件調整時には、後述するように転写ベルト２上にトナー付着パターンが形成され、この転写ベルト２上のトナー付着パターンが光学式検出装置１９により検出される。

現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋは、それぞれ、現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋとトナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋを有する。現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋは、現像剤担持体としての現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋと、攪拌部材２３Ｙ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｋ、２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋと、ドクタ部材２５Ｙ、２５Ｃ、２５Ｍ、２５Ｋを有し、内部にイエロートナー及びキャリア、シアントナー及びキャリア、マゼンタトナー及びキャリア、ブラックトナー及びキャリアからなる各２成分現像剤がそれぞれ収容されている。

現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋは図示しない現像バイアス電源から現像バイアスが印加され、各現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ内の２成分現像剤のトナー濃度はトナー濃度センサ２６Ｙ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｋにより検知される。トナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋは、イエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーがそれぞれ収容されている複数のトナーホッパーから現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋへそれぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーを補給するトナー補給手段を構成している。

各現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋにおいては、現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋと、攪拌部材２３Ｙ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｋ、２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋが現像クラッチにより駆動源に接続されて回転駆動され、攪拌部材２３Ｙ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｋ、２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋが２成分現像剤を攪拌しながら搬送する。現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋは、攪拌部材２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋにより搬送される２成分現像剤の一部を保持して搬送し、ドクタ部材２５Ｙ、２５Ｃ、２５Ｍ、２５Ｋが現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋ上の２成分現像剤を一定の厚さに規制する。現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋ上の２成分現像剤は感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋと現像ローラ２２Ｙ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｋとの間の現像領域で感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上の静電潜像を現像する。攪拌部材２３Ｙ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｋ、２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋは、２成分現像剤とトナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋにより補給されたトナーとを攪拌して搬送する。

図８に示すように、制御部２８は、光学式検出装置としての反射型フォトセンサ１９などからの入力信号を取り込み、上記帯電用電源、上記現像バイアス電源、上記感光体駆動モータ、上記中間転写ベルト駆動モータ、上記現像クラッチ、上記１次転写用電源、上記２次転写用電源などを制御する。

次に、本実施形態の作像条件調整動作に関して説明する。
本実施形態の作像条件を自動的に調整する動作として次のようなものがある。
（１）光学式検出装置としての反射型フォトセンサ１９の初期設定 …… 制御部２８は1次転写ベルト２表面の地肌部に対するフォトセンサ１９の出力値Ｖsgが４．０ｖになるようにフォトセンサ１９を調整する（例えばフォトセンサ１９の発光量を調整する）。フォトセンサ１９の出力値Ｖsgはフォトセンサ１９の感度、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの反射率によって変化するので、反射型フォトセンサ１９の初期設定は1次転写ベルト２やフォトセンサ１９の交換時には必須の動作である。
（２）感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの表面電位制御 …… 後述のように通常の作像時よりも低目の帯電電圧を帯電ローラ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに印加し、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上の地肌汚れが発生する領域のトナーを転写後の中間転写ベルト２上でフォトセンサ１９によって検出する。その検出結果に基づいて帯電用電源にフィードバックをかける。この表面電位制御は、経時、環境で感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの膜削れ、感度劣化等により感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの表面電位変動が発生するため、逐次実行する必要がある。
（３）現像ポテンシャル電位制御……後述のように上記書き込み装置のレーザ光源（半導体レーザで以下LDという）発光パワーおよび帯電電圧を固定して、現像バイアス電圧を多段階に変化させることで、トナー付着量の異なる複数個のトナー付着パターン像を作像し、これをフォトセンサ１９で検出したトナー付着量が目標値となるように現像バイアス電圧を調整し決定する。
（４）トナー濃度の制御基準値設定……機械を長時間放置した場合のトナー帯電量の低下によりトナー濃度制御レベルが変化する場合があるので、制御部２８は、後述のように感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上にトナー付着パターンを作成させてフォトセンサ１９にてそのトナー付着パターンを検出し、その結果に応じてトナー濃度センサ２６Ｙ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｋの制御基準値（トナー濃度制御基準値）を最適化する。
（５）現像剤攪拌……上記（３）と同様に機械放置後に低下したトナー帯電量を回復させるために、制御部２８は現像クラッチをオンさせて現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ内の攪拌部材２３Ｙ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｋ、２４Ｙ、２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｋを回転駆動させることで現像剤を攪拌させる。
（６）トナー補給制御……制御部２８は、トナー濃度センサ２６Ｙ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｋの出力値、上記トナー濃度制御基準値および画素検知データ（上記書き込み装置に入力される画像データより検知した画素のデータ）より、トナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋのトナー補給時間を算出し、そのトナー補給時間だけトナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋのトナー補給モータを駆動してトナー補給を行わせる。
（７）中間調補正……制御部２８は、現像バイアス電源及び帯電用電源から所定の現像バイアス電圧と帯電電圧を出力させ、書き込み装置のLD発光パワーを変化させながら、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上に複数のトナー付着パターンを作像し、これらのトナー付着パターンをフォトセンサ１９に検知させる。制御部２８は、フォトセンサ１９の出力値より現像入出力特性を求めて、この特性が目標値となるように書き込み装置のLD発光パワーを変更する。

上記（３）現像ポテンシャル電位制御と上記（７）中間調補正は、トナー付着量の異なる１０個のパターンを感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの周方向（回転方向）に沿ってトナー付着パターンとして作像するので、比較的長時間必要となる。
通常の作像領域外の感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上に形成されたトナー付着パターンは、1次転写ベルト２上に転写され、２次転写工程部分の下流に配置されたフォトセンサ１９によって1次転写ベルト２の反射光量、すなわちトナー付着量を検出する。この時、1次転写ベルト２上のトナー付着パターンが乱れないようにするため、２次転写ローラ１５は1次転写ベルト２から図示しない接離手段により離間している。

本実施形態では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー付着パターンの検出を極力短時間で実施するようにしているので、フォトセンサ１９はトナー飛散等の汚れを避けるために２次転写ローラ１５の下流側に(下向きに)１次転写ベルト２の駆動軸方向に各色毎の計４個を配列し、この４個のフォトセンサ１９が1次転写ベルト２上の１次転写ベルト２の駆動軸方向に並べて形成されたイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー付着パターンを同時にかつ各色毎に検出する。

上記（２）感光体表面電位制御と上記（３）現像ポテンシャル電位制御の各動作は、地肌部および画像部の現像ポテンシャルを最適化するものであり、同時期に実行することが望ましいが、各々の動作を順次に実行していたのでは制御動作が完了するまでに長時間を費やしてしまう。先に述べたように、操作者にとってのマシンダウンタイムは極力短くする必要があり、本実施形態では次のようにして動作時間の短縮化を図っている。
すなわち、本実施形態では、上記（２）および（３）の動作を同時に進行させることで、作像条件調整動作にかかる時間を短縮している。

本実施形態を分かりやすくするために（２）感光体表面電位制御、（３）現像ポテンシャル電位制御に関する黒（ブラック）現像での制御フロー（ブラック画像形成部１Ｋの感光体表面電位制御フロー）の従来例を図２、図３に示す。この従来例の制御フローは、図１及び図８に示す構成の画像形成装置にて実行される。まず、従来の感光体表面電位制御方式を説明する。
制御部２８は、作像条件を通常の画像部と変えて、感光体ドラム３Ｋ上に地肌汚れを作成させ、それが1次転写ベルト２上に転写された後にそのトナー付着量がフォトセンサ１９にて検出されることで、フォトセンサ１９の出力値から感光体ドラム３Ｋ表面の暗部電位変動量を推測する。

実際の動作に関して図２で説明すると、制御部２８は、ステップ１０１で感光体駆動モータをオンさせて感光体ドラム３Ｋを回転させ、ステップ１０２で中間転写ベルト駆動モータをオンさせて転写ベルト２を回転させる。次いで、制御部２８は、ステップ１０３で帯電用電源から帯電ローラ４Ｋに印加される帯電電圧を通常の画像部(Ｖc＝−1450ｖ)よりも小さいＶc＝−1250ｖに設定してオンさせ、感光体ドラム３Ｋ上に地肌汚れを発生させる。

制御部２８は、ステップ１０４で現像クラッチをオンにして現像器２０Ｋを動作させ、書き込み装置のLD発光パワーを一定にして、ステップ１０５で現像バイアス電源から現像ローラ２２Ｋに印加される現像バイアスをオンさせて−500ｖに設定し、２次転写ローラ１５が1次転写ベルト２から離間した状態で、ステップ１０６で1次転写用電源から転写ローラ７Ｋへ印加される転写バイアスをオンさせて、ステップ１０７で上記の作像条件で作成された感光体ドラム３Ｋ上の地肌汚れパターンを転写ローラ７Ｋで1次転写ベルト２上に転写させることで地肌汚れトナー付着パターンを1次転写ベルト２上に作成させる。1次転写ベルト２上の地肌汚れトナー付着パターンはフォトセンサ１９にて検知され、1次転写ベルト２上の地肌汚れ領域（地肌汚れトナー付着パターン）に対するフォトセンサ１９の出力値をＶsdpとする。

制御部２８は、ステップ１０８でフォトセンサ１９の出力値Ｖsdpを検知し、ステップ１０９でそのＶsdpより、予め用意してある帯電補正量算出テーブルを元に、調整後の帯電電圧（帯電印加電圧）Ｖcを決定する。このＶcは画像形成時に帯電用電源から帯電ローラ４Ｋに印加する帯電電圧の設定値とする。その後、制御部２８は、ステップ１１０で現像バイアス電源、帯電用電源等から出力される現像バイアス電圧、帯電電圧等の各種印加電圧をオフ状態にし、ステップ１１１で感光体駆動モータ、中間転写ベルト駆動モータ等の各種駆動モータをオフにして終了とする。

制御部２８は、感光体表面電位制御に関するイエロー現像、シアン現像、マゼンタ現像での制御フロー（イエロー画像形成部１Ｙ、シアン画像形成部１Ｃ、マゼンタ画像形成部１Ｍの各感光体表面電位制御フロー）の従来例を上記感光体表面電位制御に関する黒（ブラック）現像での制御フロー（ブラック画像形成部１Ｋの感光体表面電位制御フロー）の従来例と同様に行う。

次に、従来の現像ポテンシャル制御方式を図３で説明する。この現像ポテンシャル制御方式では、現像ポテンシャル電位制御用に複数形成する各トナー付着パターンのサイズを２０ｍｍ四方としており、各トナー付着パターン間隔を２０ｍｍとしている。また、作像条件として、帯電電圧Ｖc＝−1450ｖとして、感光体ドラム３Ｋ表面の暗部電位Ｖd＝−800ｖを得ている。現像バイアス電圧Ｖbは−300〜−750ｖまで、−50ｖステップでシフトさせていき、10個のトナー付着パターンのトナー付着量を変化させる。

制御部２８は、まず、ステップ１２１で感光体駆動モータをオンさせて感光体ドラム３Ｋを回転させ、ステップ１２２で中間転写ベルト駆動モータをオンさせて転写ベルト２を回転させる。次いで、制御部２８は、ステップ１２３で帯電用電源から帯電ローラ４Ｋに印加される帯電電圧ＶcをオンさせてＶc＝−1450ｖに設定し、ステップ１２４で現像クラッチをオンにして現像器２０Ｋを動作させる。

次に、制御部２８は、書き込み装置のLD発光パワーを一定にして、ステップ１２５で現像バイアス電源から現像ローラ２２Ｋに印加される現像バイアスＶbをオンさせてＶb＝−500ｖに設定し、２次転写ローラ１５が1次転写ベルト２から離間した状態で、ステップ１２６で1次転写用電源から転写ローラ７Ｋへ印加される転写バイアスをオンさせて、ステップ１２７でパターン作像カウンタｎが０であるか否かを判断し、当初はパターン作像カウンタｎが０であるからステップ１２８で書き込み装置にトナー付着パターンを書き込ませる（LDをオンさせる）。次いで、制御部２８は、ステップ１２９で現像バイアス電源から現像ローラ２２Ｋに印加される現像バイアスＶbを−300ｖ−50×ｎ［ｖ］に設定し、ステップ１３０でパターン作像カウンタｎをインクリメントしてステップ１３１で現像バイアスＶbが−750ｖより大きい（現像バイアスＶbの絶対値が750ｖより大きい）か否かを判断する。

制御部２８は、現像バイアスＶbが−750ｖより大きくなければ、ステップ１１２８に戻り、ステップ１２８〜１３０を繰り返して行う。したがって、上記の作像条件で感光体ドラム３Ｋ上にその周方向に沿ってトナー付着量の異なる複数のトナー付着パターンが順次に形成され、これらのトナー付着パターンが転写ローラ７Ｋで1次転写ベルト２上に転写されてフォトセンサ１９によりそのトナー付着量が検知される。

制御部２８は、現像バイアスＶbが−750ｖより大きくなれば、ステップ１３２で1次転写ベルト２上の複数のトナー付着パターンに対するフォトセンサ１９の出力値Ｖsp1〜Ｖsp10を検知し、これらＶsp1〜Ｖsp10から、1次転写ベルト２上のトナー付着パターンが目標画像濃度となるトナー付着量を得るための現像バイアス電圧を算出し、ステップ１３３でその算出した現像バイアス電圧を新たな作像条件としての現像バイアス電圧Ｖbに決定する。その後、制御部２８は、ステップ１３４で現像バイアス電源、帯電用電源等から出力される現像バイアス電圧、帯電電圧等の各種印加電圧をオフ状態にし、ステップ１３５で感光体駆動モータ、中間転写ベルト駆動モータ等の各種駆動モータをオフにして終了とする。また、制御部２８は、ステップ１２７でパターン作像カウンタｎが０でない場合には、ステップ１３６でパターン作像カウンタｎを０にリセットして終了とする。

制御部２８は、現像ポテンシャル電位制御に関するイエロー現像、シアン現像、マゼンタ現像での制御フロー（イエロー画像形成部１Ｙ、シアン画像形成部１Ｃ、マゼンタ画像形成部１Ｍの各現像ポテンシャル電位制御フロー）の従来例を上記現像ポテンシャル電位制御に関する黒（ブラック）現像での制御フロー（ブラック画像形成部１Ｋの現像ポテンシャル電位制御フロー）の従来例と同様に行う。

次に、本実施形態において感光体表面電位制御と現像ポテンシャル制御を同時実行する動作に関する黒（ブラック）現像での制御フロー（ブラック画像形成部１Ｋの感光体表面電位制御と現像ポテンシャル電位制御の制御フロー）を図５に示す。この制御フローでは、図３に示す現像ポテンシャル電位制御フローにおいて、制御部２８は、ステップ１３０からステップ１３７に進み、感光体ドラム３Ｋ表面の暗部電位Ｖdと現像バイアス電圧Ｖbの差分(Ｖd−Ｖb)が−100ｖ以下であるか否かを判断することで感光体ドラム３Ｋ表面が地肌汚れ領域であるか否かを判断し、(Ｖd−Ｖb)が−100ｖ以下でなければステップ１３１に進む。

制御部２８は、上述のように10個のトナー付着パターンを作像するために現像バイアス電圧Ｖbを−300ｖから徐々に上げて行き、感光体ドラム３Ｋ表面の暗部電位Ｖdと現像バイアス電圧Ｖbの差分(Ｖd−Ｖb)が−100ｖ以下となった場合には、ステップ１３８で、1次転写ベルト２の駆動軸方向に配列した４個のフォトセンサ１９の中で、正規現像された1次転写ベルト２上の黒トナー付着パターンを検知する黒作像条件制御用フォトセンサ以外の、1次転写ベルト２上の地肌汚れを検知する３個のフォトセンサの出力値Vsdpを検知してメモリに記憶する。ここで、上記３個のフォトセンサの各出力値を色別にＶsdp(M)、Ｖsdp(C)、Ｖsdp(Y)と表記した場合、上記フォトセンサの地肌汚れ検知値は上記３個のフォトセンサの平均値Ｖsdp、すなわち Ｖsdp＝(Ｖsdp(M)＋Ｖsdp(C)＋Ｖsdp(Y))÷3となり、制御部２８は上記３個のフォトセンサの平均値Ｖsdpを算出してメモリに記憶した後にステップ１３１に進む。

制御部２８は、ステップ１３３からステップ１３９に進んで、上記メモリに記憶したＶsdpより、予め用意してある帯電補正量算出テーブルを元に、調整後の帯電電圧（帯電印加電圧）Ｖc'を決定し、ステップ１３４に進む。制御部２８は、その決定したＶc'を画像形成時に帯電用電源から帯電ローラ４Ｋに印加する帯電電圧の設定値とする。

制御部２８は、感光体表面電位制御と現像ポテンシャル制御を同時に実行する動作に関するイエロー現像、シアン現像、マゼンタ現像での制御フロー（イエロー画像形成部１Ｙ、シアン画像形成部１Ｃ、マゼンタ画像形成部１Ｍの各感光体表面電位制御と現像ポテンシャル電位制御の制御フロー）を、感光体表面電位制御と現像ポテンシャル制御を同時に実行する動作に関する黒（ブラック）現像での制御フロー（ブラック画像形成部１Ｋの感光体表面電位制御と現像ポテンシャル電位制御の制御フロー）と同様に行う。

ここで、本実施形態は、上述のように地肌汚れ領域を(Ｖd−Ｖb)が−100ｖ以下である領域としているが、これは本画像形成装置の現像特性によるものであり、図４に示すように地肌汚れ領域を、現像ポテンシャルが現像開始電圧であるところよりも現像し易い、すなわち地肌汚れが発生し易い条件の領域として設定している。

本実施形態は、10個のトナー付着パターンを作像して検知した結果を元に、新たな現像バイアス電圧Ｖbを決定したが、現像バイアス電圧Ｖbで現像ポテンシャルを補正しきれない場合や、中間調電位補正を含めて制御する場合には、書き込み装置のLD出力値を新たな作像条件として決定することも可能である。

本実施形態では、一定の帯電電圧に対して複数のトナー付着パターンを書き込む度に現像バイアス電圧を段階的に切り替えて出力し、各々の現像バイアス電圧印加毎に条件が変わる地肌現像ポテンシャル電位(Ｖd−Ｖb)が最適条件(Ｖd−Ｖb)＜１００ｖとなったところをフォトセンサ１９で読み取ってその出力値をＶsdpとしたが、帯電電圧を切り替えることで、上記の地肌現像ポテンシャル電位(Ｖd−Ｖb)を積極的に最適条件にすることが可能となる。また、現像バイアス電圧を切り替えた場合、暗部電位が一定である場合には地肌現像ポテンシャルが大きすぎたり小さ過ぎたりして、過度のキャリア付着や地肌汚れが発生するため、現像バイアス電圧に応じて帯電電圧も適宜切り替えることが望ましい。

例えば制御部２８が帯電電圧Ｖc（ＶL）を現像バイアス電圧Ｖbの切換に合わせて図７に示すように切り換えることで、Ｖsdpを検出するための領域を広範囲に亘って確保することが出来るとともに、過度のキャリア付着や地肌汚れの発生も抑制できる。Ｖsdpを広範囲で検知することは、感光体周方向電位ムラの影響低減に効果がある。

次に、本実施形態の作像条件制御動作を実行するタイミングに関して述べる。定着ローラ１６に接触して配置された温度センサは、本実施形態の本体電源ＯＮの間は常に定着ローラ１６の温度を検出する検出状態にある。制御部２８は、本実施形態の本体電源投入直後に上記温度センサの検出値を読み取り、その検出値が５０℃以下の場合には本体電源がオフ状態となってから十分な時間が経過していると判断し、複写可能な状態にするために定着装置の定着温度を上昇させると共に、帯電電圧、書き込み装置のＬＤ発光パワー、現像バイアス電圧等の作像ユニット出力条件の再調整を行う。定着ローラ１６の温度は定着ローラ１６内に設置されているヒーターのオン／オフ制御によって所定の温度に上昇させられる。制御部２８は、作像条件制御動作実行タイミングを、上記の実行タイミング以外に、通常の複写ジョブ動作終了直後や内蔵時計が予め設定された時刻になった場合等のタイミングとする。

本実施形態によれば、複数色の現像剤を複数個の現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋに充填し、像担持体としての感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のトナー付着量を検出する光学式検出装置１９を備え、その検出結果に基づいてトナーホッパーから現像器２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ内にトナー補給するトナー補給手段としてのトナー補給部２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ、現像バイアス電圧を調整する現像バイアス調整手段としての制御部２８、帯電電圧を調整する帯電電圧調整手段としての制御部２８、感光体露光量を調整する露光量調整手段としての制御部２８とを備えた画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、これらのトナー付着パターンを複数の光学式検出装置によって同時に検知して、上記複数の調整手段による調整を同時に実行するので、作像条件調整動作によって画像を安定に維持出来ると共に、上記作像条件調整動作を短時間で完了することができ、オペレータが長時間待機することなく画像形成作業を行うことができる。

本実施形態によれば、現像バイアス電圧を多段階に切り替えて、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ周方向に複数個のトナー付着量の異なるトナー付着パターンを作成し、これらのトナー付着パターンを光学式検出装置１９によって検出する作像条件制御動作において、所定の帯電電圧によって帯電した感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ表面の暗部電位と現像バイアス電圧の差分(地肌現像ポテンシャル)が、所定の範囲内に入っている領域の感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上を光学式検出装置１９にて検出して作像条件制御にフィードバックするので、トナー付着量と地肌汚れの両方の最適化を同時に実行することができる。

本実施形態によれば、現像バイアス電圧の多段階変更に応じて、帯電電圧を多段階に変更しているので、トナー付着量の異なる複数のトナー付着パターンを作成するのと同時に、トナー付着パターン部以外の領域での地肌汚れレベルを任意に調整することができ、地肌汚れ検知データを広範囲に亘ってサンプリングでき、感光体周方向のムラを低減させることができる。

本実施形態によれば、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ表面の暗部電位と現像バイアス電圧の差分電圧を現像開始電圧よりも大きく設定しているので、確実に地肌汚れを発生させることができ、精度良く地肌汚れ状態を検出することができる。

本実施形態によれば、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの軸方向に複数個配列させた光学式検出装置１９の中で、少なくとも一つは正規現像されたトナー付着パターン部を検出し、同時にその他の光学式検出装置によって感光体ドラムの地肌部(トナー付着パターン部以外の領域)を検出するので、より多くの地肌汚れレベルを短時間で、感光体ドラム軸方向のムラを低減させた状態で検出することができる。

本実施形態によれば、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの地肌部を複数の光学式検出装置としてのフォトセンサ１９で検出し、それらの検出値の平均値を地肌部検出値としているので、複数のフォトセンサの感度ばらつきや感光体ドラム軸方向の検出値ばらつきを低減することができる。

本実施形態によれば、トナー付着パターン検出結果に基づいて、感光体ドラム３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ露光量調整または現像バイアス電圧調整の少なくとも一つを実行し、地肌部検出結果に基づいて帯電電圧調整を実行しているので、電位センサ等の高価な部品を搭載することなく、短時間で感光体表面電位制御と現像ポテンシャル制御、すなわち画像濃度制御を短時間で実行することができ、画像を安定に維持することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば感光体ドラムの代りに感光体ベルトなどの感光体を像担持体として用いてもよく、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態を示す断面図である。 感光体表面電位制御に関する黒（ブラック）現像での制御フローの従来例を示すフローチャートである。 現像ポテンシャル電位制御に関する黒（ブラック）現像での制御フローの従来例を示すフローチャートである。 上記実施形態の現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す特性図である。 上記実施形態において感光体表面電位制御と現像ポテンシャル制御を同時実行する動作に関する黒現像での制御フローを示すフローチャートである。 上記実施形態の各種電位及びトナー付着パパーンの例を示す図である。 上記実施形態の各種電位及びトナー付着パパーンの他の例を示す図である。 上記実施形態の制御系の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ 画像形成部
２ １次転写ベルト
３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ 感光体ドラム
４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ 帯電ローラ
７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋ 転写ローラ
１９ 光学式検出装置
２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ 現像器
２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ トナー補給部
２８ 制御部

Claims (8)

1. トナー付着パターンを複数作像し、この複数のトナー付着パターンの検出結果に基づいて作像条件を制御する複数の作像条件制御手段を有する画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、この複数のトナー付着パターンを複数の光学式検出装置によって同時に検知し、前記複数の作像条件制御手段による作像条件制御を同時に実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 複数色の現像剤がそれぞれ充填された複数個の現像器と、像担持体上のトナー付着量を検出する光学式検出装置と、この光学式検出装置の検出結果に基づいて前記現像器内にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像器の現像バイアス電圧を調整する現像バイアス調整手段と、前記像担持体を帯電させる帯電器の帯電電圧を調整する帯電電圧調整手段と、前記像担持体の露光量を調整する露光量調整手段とを備えた画像形成装置において、複数の異なるトナー付着パターンを同時に作像し、この複数のトナー付着パターンを複数の光学式検出装置によって同時に検知し、前記複数の調整手段による前記調整を同時に実行することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧を多段階に切り替えて前記像担持体周方向に複数個のトナー付着量の異なるパターンを前記トナー付着パターンとして作成し、このトナー付着パターンを前記光学式検出装置によって検出する作像条件制御動作において、所定の前記帯電電圧によって帯電した前記像担持体表面の暗部電位と前記現像バイアス電圧の差分が所定の範囲内に入っている領域の前記像担持体上を前記光学式検出装置にて検出し、その検出結果を作像条件制御用の前記調整手段にフィードバックすることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧の多段階変更に応じて前記帯電電圧を多段階に変更することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３記載の画像形成装置において、前記像担持体表面の暗部電位と前記現像バイアス電圧との差分電圧を現像開始電圧よりも大きく設定していることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項３記載の画像形成装置において、前記複数の光学式検出装置は前記像担持体の軸方向に配列し、該複数の光学式検出装置の中で少なくとも一つは現像されたトナー付着パターン部を検出し、同時にその他の光学式検出装置によって前記像担持体の地肌部を検出することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項３記載の画像形成装置において、前記像担持体の地肌部を複数の前記光学式検出装置で検出し、それらの検出値の平均値を地肌部検出値とすることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項３記載の画像形成装置において、前記光学式検出装置のトナー付着パターン検出結果に基づいて、前記像担持体の露光量調整、前記現像バイアス電圧調整の少なくとも一つを実行し、前記光学式検出装置の地肌部検出結果に基づいて前記帯電電圧調整を実行することを特徴とする画像形成装置。
   

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