JP2005316191A - 画質予測方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 経時で劣化していく現像剤に対し、現像剤中のトナー帯電量のばらつきと画質との関係を用いて、安定した画質を得るための画質予測方法、およびそのような画質予測方法を適用可能な画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 少なくともビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）およびトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）の実測データとその時のドット反射率変動幅から、関係式を求め、得られた式に基づいて画質を予測する。ここで、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とし、トナー帯電量分布幅ΔＱ／Ｍとは、Ｑ／Ｍ分布最大頻度の１／ｅ²の幅とし、ドット反射率変動幅とは、少なくとも１０００個のドット反射率を測定し、その分布において最大頻度１／ｅ²の幅とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置によって得られる画質を予測する画質予測方法および、そのような画質予測方法を適用可能な画像形成装置に関する。

従来、感光体上にトナー像を現像する過程において、現像剤中のトナー帯電量のばらつきによって、現像される画像にばらつきが生じ、異常画像の発生や画像再現性の悪化が問題となっている。これに対し、トナー帯電量のばらつきを抑えようとする技術検討が多くなされている。例えば、現像ユニット内の攪拌スクリュを改善することで、トナー帯電量分布をシャープにする技術が提案されている（特許文献１参照）。しかし、長時間、現像ユニット内に存在するトナーは劣化していき、現像剤中の帯電量のばらつきはどうしても増加してしまう。
このような問題に対し、現像剤が劣化しやすい条件、すなわち現像剤消費量と現像剤担持体の回転数を記録し、現像剤担持体の単位駆動時間あたりの現像剤消費量が異常に少ない場合、かつ高温多湿条件下の場合に、現像能力を大きくしてトナーの消費を助け、劣化促進を防止する方法が提案されている（特許文献２参照）。また、現像剤の劣化による濃度低下を濃度センサーによって検知し、現像能力を大きくして濃度を正常な値に調整する方法は以前から行われている。
近年、画像形成装置の高速化に伴い現像剤劣化は促進される傾向にあり、また画質への要望が高まる傾向にあるなか、このような経時で現像剤が劣化しても、安定した画質が得られるようなロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）な画像形成装置の開発が望まれている。
なお、本発明において、潜像電荷分布の算出については非特許文献１を、またトナー付着量の予測については非特許文献２を参考にした。
特開平１０−１７１２５１号公報 特開２００２−３６５９１７公報 渡辺好夫他「レーザー露光による潜像形成のシミュレーション」Japan Hardcopy 2000 論文集 pp.125(2000) 株式会社コロナ社発行 富士ゼロックス株式会社総合研究所「ゼログラフィーの原理と最適化」 pp.54-64

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、経時で劣化していく現像剤に対し、現像剤中のトナー帯電量のばらつきと画質との関係を用いて、安定した画質が得られるような動作制御を行えるシステム、すなわち、実際に出力しなくてもどのくらいの画質なのか予測することができる画質予測方法およびそのような画質を予測する画質予測方法を適用可能な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記載の本発明は、感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、感光体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段と、感光体上の静電潜像を現像する現像手段と、感光体上のトナー像を記録体に転写する手段を有する画像形成装置によって得られる画質を予測する方法であって、少なくともビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）およびトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）の実測データとその時のドット反射率変動幅から、関係式を求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする。
ここで、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とし、トナー帯電量分布幅ΔＱ／Ｍとは、Ｑ／Ｍ分布最大頻度の１／ｅ²の幅とし、ドット反射率変動幅とは、少なくとも１０００個のドット反射率を測定し、その分布において最大頻度１／ｅ²の幅とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の画質予測方法において、下記式（１）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする。

（１）
請求項３に記載の本発明は、請求項１記載の画質予測方法において、下記式（２）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする。

（２）
ここで、粒状度とは、

とする。ｆは空間周波数、ＷＳＬ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性、ａ、ｂは定数である。

請求項４に記載の本発明は、感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、感光体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段と、感光体上の静電潜像を現像する現像手段と、感光体上のトナー像を記録体に転写する手段を有する画像形成装置において、少なくともビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）およびトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）の実測データとその時のドット反射率変動幅から、関係式を求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。
ここで、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とし、トナー帯電量分布幅ΔＱ／Ｍとは、Ｑ／Ｍ分布最大頻度の１／ｅ²の幅とし、ドット反射率変動幅とは、少なくとも１０００個のドット反射率を測定し、その分布において最大頻度１／ｅ²の幅とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項４記載の画像形成装置において、下記式（１）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

（１）

請求項６に記載の本発明は、請求項４記載の画像形成装置において、下記式（２）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

（２）
ここで、粒状度とは、

とする。ｆは空間周波数、ＷＳＬ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性、ａ、ｂは定数である。
請求項７に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により画質を表示するための表示制御を行うことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により正常な画像形成が行われていないことを表示することを特徴とする。
請求項９に記載の本発明は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により現像剤の交換指示を表示することを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御によりサービスマンコールの指示を表示すること特徴とする。

請求項１１に記載の本発明は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により使用するモード変更の指示を表示することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により当該画像形成装置の使用機能を限定する駆動制御を行うことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明は、請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質が良い条件のスクリーン線数のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明は、請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件のビーム径のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明は、請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件の印刷速度のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、当該画像形成装置と接続されているホストコンピュータにデータを送信するためのデータ通信制御を行うことを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明は、請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）とトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）であることを特徴とする。

請求項１８に記載の本発明は、請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが、前記画質予測手段の出力信号であることを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明は、請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信示制御により送信するデータが、前記表示制御により表示する表示内容と同じ内容を表示するためのデータであることを特徴とする。
請求項２０に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、画質がよい条件のビーム径に自動的に変更することを特徴とする。
請求項２１に記載の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、トナー攪拌スクリュの回転速度を変更することを特徴とする。
請求項２２に記載の本発明は、請求項４記載の画像形成装置において、前記画質制御手段は、前記現像手段による現像剤搬送速度を現像時よりも遅くし、前記感光体と前記現像手段との間に複数の値の電位差を形成させて前記感光体にトナーを付着させ、その感光体上に付着したトナー量を光学的に検知し、得られたポテンシャル値とトナー付着量との関係から平均Ｑ／Ｍ値及びΔＱ／Ｍ値を求める測定モードを有することを特徴とする。
このような本発明によれば、あらかじめビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（以下平均Ｑ／Ｍと称す）、トナー帯電量分布幅（以下ΔＱ／Ｍと称す）および画質の実測データから関係式を求めておくステップと、平均Ｑ／ＭおよびΔＱ／Ｍを測定したデータと使用するビーム径ωから、前記関係式を用いて画質を予測するステップからなる画質予測方法、前記の求めた画質予測値から動作制御を行うステップからなる装置を備えた画像形成装置により達成される。

請求項１ないし２の画質予測方法によれば、トナーが劣化し、トナー像のばらつきが増加したとき、従来は実際に出力し、ユーザが目視で、もしくは専用の測定器を用いて画質を測定するというような手間がかかっていたが、ビーム径と帯電量を関係付けて画質を予測することにより、実際に出力しなくても、どのくらいの画質なのか予測することができる。
請求項３の画質予測方法によれば、実際に出力をせずに画質を予測し、その出力をもって一定の粒状性を保つような制御を行うことができる。
請求項４ないし５の画像形成装置によれば、トナーが劣化し、トナー像のばらつきが増加したとき、従来は実際に出力し、ユーザが目視で、もしくは専用の測定器を用いて画質を測定するというような手間がかかっていたが、ビーム径と帯電量を関係付けて画質を予測することにより、実際に出力をせずに画質を予測し、その出力をもって一定の画質を保つような制御を行うことができる。
請求項６の画像形成装置によれば、実際に出力をせずに画質を予測し、その出力をもって一定の粒状性を保つような制御を行うことができる。
請求項７の画像形成装置によれば、動作制御手段により画質を表示するための表示制御を行うようにすれば、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい、後で気づくことになっていたが、表示をすることにより事前にユーザに画質の劣化を知らせることができる。
請求項８の画像形成装置によれば、動作制御手段の表示制御により正常な画像形成が行われていないことを表示すれば、表示をすることにより事前にユーザに画質の劣化を知らせることができる。
請求項９の画像形成装置によれば、動作制御手段の表示制御により現像剤交換の指示を表示して、現像剤交換を指示することで、事前に平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを初期状態に戻し、目標画質を達成させる作業を促すことができる。
請求項１０の画像形成装置によれば、前記動作制御手段の表示制御によりサービスマンコールの指示を表示することで、例えばサービスマンが現像剤を交換し、平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを初期状態に戻し目標画質を達成することができる。

請求項１１の画像形成装置によれば、動作制御手段の表示制御により使用するモード変更の指示を表示することで、事前に目標画質が達成できる条件での出力を促すことができる。
請求項１２の画像形成装置によれば、前記動作制御手段により当該画像形成装置の使用機能を限定する駆動制御を行うことで、事前に目標画質が達成できない条件での出力を阻止することができる。
請求項１３の画像形成装置によれば、上記使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質が良い条件のスクリーン線数のみ使用できるように指示または限定することから、画質がよい条件のスクリーン線数のみ使用できるようにすることで、事前に目標画質が達成できない条件での出力を阻止することができる。
請求項１４の画像形成装置によれば、上記使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件のビーム径のみ使用できるように指示または限定することから、画質がよい条件のビーム径のみ使用できるようにすることで、事前に目標画質が達成できない条件での出力を阻止することができる。
請求項１５の画像形成装置によれば、上記使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件の印刷速度のみ使用できるように指示または限定することから、画質がよい条件の印刷速度のみ使用できるようにすることで、事前に目標画質が達成できる条件にすることができる。

請求項１６の画像形成装置によれば、前記動作制御手段により、当該画像形成装置と接続されているホストコンピュータにデータを送信するためのデータ通信制御を行うことから、今までは専門の人が現場に行き、実際に出力をし、目視もしくは専門の測定器で測定を行い、そのデータの収集行為を行っていたが、そのような手間をかけずにデータを収集することができ、現像剤の交換など処置をすべき事態が起きたとき迅速に専門の人が動くことができる。
請求項１７の画像形成装置によれば、動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）とトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）であることから、従来のような手間をかけずにデータを収集することができ、現像剤の交換など画像形成装置になんらかの処置をすべき事態が起きたとき迅速に専門の人が動くことができる。
請求項１８の画像形成装置によれば、動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが、画質予測手段の出力信号であることから、従来のような手間をかけずにデータを収集することができ、現像剤の交換など画像形成装置になんらかの処置をすべき事態が起きたとき迅速に専門の人が動くことができる。
請求項１９の画像形成装置によれば、動作制御手段のデータ通信示制御により送信するデータが、表示制御により表示する表示内容と同じ内容を表示するためのデータであることから、従来のような手間をかけずにデータを収集することができ、現像剤の交換など画像形成装置になんらかの処置をすべき事態が起きたとき迅速に専門の人間が動くことができる。
請求項２０の画像形成装置によれば、動作制御手段により、画質がよい条件のビーム径に自動的に変更することから、事前に目標画質が達成できる条件にすることができる。
請求項２１の画像形成装置によれば、動作制御手段により、トナー攪拌スクリュの回転速度を変更することから、事前に画質がよくなるようにすることができる。
請求項２２の画像形成装置によれば、従来は現像剤を画像形成装置から外に持ち出し、別の場所で専用の測定器を用いてトナー帯電量を測定しなければならなかったが、画像形成装置の内部で測定することができ、その出力をもって制御ができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明を使用した画像形成装置の一例を図１に示す。図において、１が感光体で左から順に１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄである。感光体周りの作像部はすべてａ、ｂ、ｃ、ｄともに同様に備えているため、１ａについてのみ説明する。感光体は反時計回りに回転する。４が帯電装置、５が書き込み装置、２が現像装置、３がクリーニング装置である。感光体上に現像されたトナー像は第１の転写工程として、６の中間転写体上に、１０の転写バイアスローラに印加された電圧による電界で引きつけられ転写される。中間転写体として、１０¹⁰Ωｃｍ以上の高抵抗ベルトを使用することにより、転写領域にトナー像が入る以前に感光体から記録体あるいは中間転写体へ転写（プレ転写）することを防止して、感光体から中間転写体あるいは記録体へのトナーの転写時のチリによる乱れを防止し、感光体上のトナー像を忠実に中間転写体上へ写すことが可能となる。中間転写体６上には更に、ｂ、ｃ、ｄ部でトナーが転写され、フルカラーの画像が形成される。このフルカラー画像は第２の転写手段である転写ローラ７にトナーと同極性のバイアスを印加することにより記録体に転写され、定着部８で加熱されることで記録体上のトナーが定着する。
従来の転写では、感光体上のドットのばらつきよりも転写部での画像の乱れや画像チリ等による変動が大きかったが、中間転写体を高抵抗にして感光体と中間転写部での放電発生を抑制することで転写部での画像の乱れおよび画像チリが低減される。また第２の転写手段として、中間転写体の裏面からトナー帯電極性と同極性のバイアスを印加し、中間転写体と記録体での放電発生を抑制して記録体上に転写しているため、中間転写体上、および記録体上の転写チリが低減し、感光体上のトナー像を忠実に記録体上に再現することが可能となる。よって感光体上のドット変動量が画像にセンシティブに影響することになり、感光体上でのトナー像のばらつきによる粒状性の悪化が顕著になってきた。そこで、粒状性向上を目的とし、感光体上のトナー像のばらつきを防止するために、露光ビーム径を変化させて潜像のプロファイルを変え、検討を行った。
現像剤を固定し、ビーム径を変え感光体上の画像を顕微鏡にて撮影し、ドット反射率変動幅を測定した。その結果を図２に示す。

ここで本発明の基本思想を説明する。潜像プロファイルとして感光体上の電荷密度分布、電界強度分布、電位分布を計算で算出し、感光体上のトナー付着量、およびドット反射率の比較検討を行った。算出方法は以下の４ステップ（I〜IV）からなる。
（I）潜像電荷分布算出
露光後の感光体上の潜像電荷分布を算出する。感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度の影響をうけるため、これらの影響を全て考慮した潜像形成シミュレーションにより計算および解析を行った。
解析に用いた物理モデルは、（１）ガウシアンレーザビームによる露光量計算、（２）電荷キャリアの生成とその輸送過程の計算からなる。
露光量計算は、静止ビーム単体の露光量分布を次式と近似し、Ｘ方向に点燈時間での移動距離（Ｖｘ＊点燈時間）分だけ積分することで算出する。

ＯＰＣにおける（２）の電荷キャリア生成とその輸送の概念図を図３に示す。その過程は次に示す正負キャリアの連続の式とＰｏｉｓｓｏｎ方程式によって支配される。

ここでｎ、μ、Ｅ、Γ、ｒ、ε、ｅはそれぞれ、キャリアの個数密度、移動度、電界強度、単位時間あたりのキャリアの生成量、キャリアの単位時間あたりの再結合係数、誘電率、および電荷素量を示す。また添え字ｐ、ｎは、それぞれ正負キャリアを示す。
電荷キャリアは、ＣＧＬ（Charge Generation Layer）層が薄いことを考慮して、層内で一様に生成されると仮定した。このため、キャリア生成量Γは、入射光強度Ｆ、量子効率η、ＣＧＬ層の厚さｄと以下の関係で結ばれる。
（数９）
Γ＝β・η・Ｆ／（ｄ・ｈυ） 式（４）
ここでβ、ｈυは、それぞれＣＧＬ層内での光の吸収効率、レーザビームのフォトン一個あたりのエネルギーである。また、量子効率ηは電界に依存しており、η＝αＥⁿで表される。
また上記式（１）（２）の右辺第二項目のキャリア再結合項は、正負キャリアが同じ近傍に共存する際に、実験的には生成キャリア量が減少することを説明するために導入されたものである。
上記の物理量のうち、光の吸収係数βおよび再結合係数Ｒは、黒ベタ露光時の表面電位から実験的なフィッティングを行い算出する。
露光前には、均一に感光体が帯電していると仮定し、感光体表面の電荷量を算出する。その後上記の式を計算することで、露光後の感光体上電荷密度分布を算出する。

（II）現像電界強度分布算出
（I）で得られた感光体上潜像電荷分布と、現像条件から現像電界強度分布を算出する。現像スリーブと感光体を平行平板で近似し、その間に現像剤（キャリアとトナー）が均一に充填していると仮定する。すなわち、現像剤は平均誘電率をもった均一な誘電層として扱う。ここで平均誘電率は、平均比誘電率と真空の誘電率の積であり、平均比誘電率ε’は
（数１０）
ε’＝ａ・ε₁＋（１−ａ）
で得られる。ここでε₁はキャリアの比誘電率、ａは現像ニップ中でのキャリアの占める体積の割合である。
スリーブ表面が現像バイアス電位、感光体下面が０Ｖ一定の境界条件、左右の境界は周期境界条件として、ポアソン方程式を解くことで電位分布が得られる。感光体表面で
（数１１）
Ｅ＝−ｇｒａｄφ
をとくと、感光体表面の現像電界強度分布が得られる。
（III）トナー付着量算出
（II）で得られた現像電界強度分布と、現像条件からトナー付着量を算出する。電界強度に比例するという仮定の、次のトナー付着モデル式を用いた。

ここで、ｎは単位面積あたりのトナー付着個数、Ｖｒ／Ｖｐはスリーブ線速比、ｌはニップ幅、Ｒはキャリア半径、ｑはトナー帯電量、Ｅは感光体表面現像方向の電界強度である。また、ｋ、α₁は合わせ込みパラメータで、ここでは前記画像形成装置の付着量とあわせた値を用いる。
（IV）反射率算出
（III）で得られたトナー付着量と、トナー付着量と濃度の関係式を用いて濃度を算出し、得られた濃度から反射率を算出する。前記画像形成装置で使用したトナーの付着量（Ｍ／Ａ（単位面積当たりの付着量））と濃度の関係を図４に示す。濃度ＩＤと反射率Ｒの関係式は、
（数１３）
ＩＤ＝−ＬｏｇＲ
である。
各ビーム径のΔＱ／Ｍ／平均Ｑ／Ｍとドット反射率変動幅との関係を図５に示す。ここでの、ドット反射率変動幅とは（Ｑ／Ｍ＝平均Ｑ／Ｍ−ΔＱ／Ｍの条件でのドット反射率）−（Ｑ／Ｍ＝平均Ｑ／Ｍ＋ΔＱ／Ｍの条件でのドット反射率）である。
ΔＱ／Ｍ／平均Ｑ／Ｍが増加すると、ドット反射率変動幅はほぼリニアに増加することが確認できる。また、ビーム径が小さいほどドット反射率変動幅は小さくなり、その傾きも小さくなることが確認できる。
この傾きは、潜像のドット面積、つまりビーム径の二乗の関係式であらわされ、これをもとに近似をすると精度の良い関係式が得られる。その関係式は、

となる。ここで、ωはビーム径、ａ₁、ａ₂、ａ₃は近似パラメータである。前記算出したデータから関係式を求めグラフにしたものを図６に示す。
また、関係式を以下に示す。尚、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とする。

ドット反射率変動幅と粒状度とは相関が有ることから、この関係式を用いることによって、粒状度を予測することができる。実測したドット反射率変動幅と粒状度の関係を図７に示す。これよりドット反射率変動幅と粒状度には高い相関があることがわかる。
これらのことから、ΔＱ／Ｍが画質（画像のざらつき感）に影響することがわかる。そして、ビーム径によって上記関係式が決まる。よって、上記関係式とビーム径可変のシステムにより、画質を一定に保つことができる。

以下実施例により本発明をさらに説明する。
以下、前記基本思想をもとに、本発明の実施の形態としての動作制御について説明する。本実施の形態としての動作制御の基本構成図を図８に示す。
入力信号として、ビーム径・平均Ｑ／Ｍ・ΔＱ／Ｍとした画質予測手段１１と、この画質予測手段１１の出力信号を入力信号とした制御手段１２を有し、制御手段１２の出力信号をそれぞれの制御、つまり表示制御・駆動制御・データ通信制御・ユーザインターフェイス制御に渡す構成となる。また、動作制御の流れを図９に示す。各ステップの詳細は下記の説明で示す。
まず、画像形成装置において、現像剤中の平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを測定する。（ステップ１）
本実施例においては、画像形成装置内における平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを以下のようにして測定した。
画像出力モードとは別に用意した平均Ｑ／ＭおよびΔＱ／Ｍ測定用の測定モードにて、感光体にベタ潜像を形成し、ＤＣ現像を行う。この際、現像スリーブと感光体の線速比を下げ、一定空間内の現像剤中の現像されるべきトナーが全て感光体に現像するだけの十分な時間がとれるようにする。スリーブ線速を下げることにより、現像領域（感光体とスリーブ間のトナーが移動しうる領域）でのトナー消費率が上がり、現像剤中の真値に近い平均Ｑ／ＭおよびΔＱ／Ｍを測定することができる。通常の画像形成条件では、トナー消費率（現像効率）が低く、磁気ブラシ表面近くのトナーしか移動しないため、真値が得られない。このような条件で、現像バイアスを少なくとも３種類変え現像を行い、それぞれの感光体上の濃度をセンサーによって検知する。このとき、トナー・キャリア間付着力と電界による力との釣り合いから、感光体に現像されるトナーが決定される。つまり、ある値以上の帯電量をもったトナーが感光体に現像される。よって、一定空間内の現像剤中のうち、現像バイアスを変えることによって、各値以上の帯電量を持ったトナーが現像され、濃度を検知することによりその量を知ることができる。

本実施例で用いたトナーにおける、３つの現像バイアス条件で濃度を図１０（ａ）に示す。図４のＭ／Ａと濃度の関係を用いて濃度をＭ／Ａに変換する（図１０（ｂ））。これを低バイアス側の隣との差分をとると図１０（ｃ）となる。また、事前に前記３つの現像バイアス条件で現像されたトナーの帯電量分布を測定しておいた（図１０（ｄ−１）、（ｄ−２）、（ｄ−３））。このデータより、図１０（ｅ）が求まる。このグラフより図１０（ｅ）のような直線を引き、最大値の１／ｅの幅をΔＱ／Ｍとした。
本実施例においては、１ｋ（１０００）枚通紙するごとに測定モードへ自動的に変更し、平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを測定した。また、感光体電位−現像バイアス（以下現像ポテンシャルと称す）を１００Ｖ、３００Ｖ、５００Ｖの３条件とした。初期現像剤において前記方法で測定したところ、下記の値となった。
平均Ｑ／Ｍ＝−１９．３［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝１１．６［μＣ／ｇ］
この測定値と、前記画像形成装置において測定したビーム径とドット反射率変動幅のデータをもとに前記関係式を求めると下記のようになる。

次に、動作制御を行う閾値となる値を決める。本実施例では、低／中／高の三水準設定をし、目標画質としてそれぞれ粒状度０．６／０．４／０．２とし、どの水準を選ぶかはユーザに指定してもらう形にした。ここでは初期設定値として水準・中（粒状度０．４）を設定した。前記関係式より、それぞれの閾値は、ΔＱ／Ｍ／平均Ｑ／Ｍｖｓビーム径のグラフとして図１１のようにあらわすことができる。
現在の平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍ、及びビーム径より、図１１において各水準の線より左下であれば水準をクリアしているとみなすことができ、線付近は注意、右上であれば水準をクリアしていないとみなすことができる。よって、現在の状態が図１１のどこにあるかによって、動作制御を行うトリガーとすることになる。（ステップ２）
本実施例においては、初期設定値としてビーム径６０μｍ、スクリーン線数１５０ｌｐｉとし、また初期現像剤の平均Ｑ／Ｍ、ΔＱ／Ｍ値は前記記載の通り、平均Ｑ／Ｍ＝−１９．３［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝１１．６［μＣ／ｇ］であった。これらの条件において、前記関係式をもとにしたグラフ（図１１）を適用すると、水準線より左下にあることがわかり水準をクリアしていることが確認できる。また、このときの粒状度を測定してみると０．２９であり、確かに水準をクリアしていた。この初期状態から所定枚数ごと（本実施例では１ｋ枚ごと）前記測定モードを実行し、得られた平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍの値により目標画質が達成可能かどうかを判断する（ステップ３）
通紙をつづけて行い測定値が以下の値になった時、図１１において水準線を越えたため、粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定した。粒状度は以下のとおり目標値の０．４よりも悪くなっており、前記予測式にあった結果が得られた。
平均Ｑ／Ｍ＝−２１．６［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝２５．４［μＣ／ｇ］
粒状度０．４２
よって、実際に出力をしなくても、図１１において目標値を下回ると予想されたときに、画質を一定にする制御をかけることができる。

本実施例においては、以下の制御を行った。（ステップ４、ステップ５）
表示パネルに選択された水準の画像が形成できない旨を警告メッセージとして表示することで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい、後で気づくことになっていたが、事前にユーザに画質の劣化を知らせることができる。
現像剤を交換し、平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを測定してみると、以下の値となり、この状態の粒状度を測定すると以下の値となった。
平均Ｑ／Ｍ＝−１９．１［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝１２．５４［μＣ／ｇ］
粒状度０．３１
よって、現像剤を交換することを促すメッセージを表示することで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、事前に平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを初期状態に戻し、目標画質を達成させる作業を促すことができる。
また、本実施例で用いた現像装置のようにユーザが用意に現像剤を交換できないような場合は、サービスマンコールを表示することで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、例えばサービスマンが現像剤を交換し、平均Ｑ／ＭとΔＱ／Ｍを初期状態に戻し目標画質を達成することができる。
通紙をつづけて行い測定値が以下の値になった時、図１１において水準線を越えたため、粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定した。粒状度は以下のとおり目標値の０．４よりも悪くなっており、前記予測式にあった結果が得られた。
平均Ｑ／Ｍ＝−２１．４［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝２５．１［μＣ／ｇ］
粒状度０．４１
このとき、スクリーン線数を１５０ｌｐｉから１００ｌｐｉに変更することで粒状度が０．４０となり、目標画質を保持することができた。そこで、１５０ｌｐｉ以上の線数を使用することをできなくすることで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、事前に目標画質が達成できない条件での出力を阻止することができる。
通紙をつづけて行い測定値が以下の値になった時、図１１において水準線を越えたため、粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定した。粒状度は以下のとおり目標値の０．４よりも悪くなっており、前記予測式にあった結果が得られた。
平均Ｑ／Ｍ＝−２１．０［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝２６．１［μＣ／ｇ］
粒状度０．４４
このとき、図１１における水準を下回るビーム径、つまり４５μｍ以上のビーム径を使用できなくすることで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、事前に目標画質が達成できない条件での出力を阻止することができる。
また自動的に４５μｍ未満のビーム径、本実施例においては３０μｍに変更することにより、粒状度０．２８にすることができた。よって自動的に３０μｍにすることにより、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、事前に目標画質が達成できる条件にすることができる。

通紙をつづけて行い測定値が以下の値になった時、図１１において水準線を越えたため、粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定した。粒状度は以下のとおり目標値の０．４よりも悪くなっており、前記予測式にあった結果が得られた。
平均Ｑ／Ｍ＝−２０．５［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝２５．３［μＣ／ｇ］
粒状度０．４１
このとき本実施例では、印刷速度を１０％遅くすることで、転写プロセスにおけるチリを少なくし、粒状性を保持することができる。よって、自動的に印刷速度を１０％遅くすることで、今までは画質が劣化していることに気づかずにユーザは出力してしまい後で気づくことになっていたが、事前に目標画質が達成できる条件にすることができる。
データ通信回線でつながれているホストコンピュータに、測定モードで測定された平均Ｑ／ＭΔＱ／Ｍ、また図１１における予測結果を送信することで、一箇所で集中管理することができ、現像剤の交換など画像形成装置になんらかの処置をすべき事態が起きたとき迅速に専門の人間が対処することができる。
通紙をつづけて行い測定値が以下の値になった時、図１１において水準線を越えたため、粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定した。粒状度は以下のとおり目標値の０．４よりも悪くなっており、前記予測式にあった結果が得られた。
平均Ｑ／Ｍ＝−２１．５［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍ＝２５．９［μＣ／ｇ］
粒状度０．４３
このとき、現像ユニットの攪拌スクリュ速度をあげることで、新規補給された未帯電トナーを今までより早く帯電させることができ、ΔＱ／Ｍを小さくすることができる。測定モードにおいて平均Ｑ／ＭΔＱ／Ｍ測定し、また粒状度測定用サンプルを出力し粒状度を測定すると以下の値となり
平均Ｑ／Ｍ＝−２２．１［μＣ／ｇ］、ΔＱ／Ｍを２３．０［μＣ／ｇ］
粒状度０．３９
の粒状度を保持することができた。よって、自動的に現像ユニットの攪拌スクリュ速度をあげることで、目標画質を達成できる条件に自動的に変更することができた。

本発明を使用した画像形成装置の一例を示す構成図である。 ビーム径と感光体上の画像のドット反射率変動幅との関係を示すグラフである。 ＯＰＣにおける電荷キャリア生成とその輸送との関係を示す概念図である。 トナーの付着量と濃度の関係式を示すグラフである。 各ビーム径のΔＱ／Ｍ／平均Ｑ／Ｍとドット反射率変動幅との関係を示すグラフである。 図５に、さらに算出データから求めた関係式をグラフに重ねたものである。 実測したドット反射率変動幅と粒状度の関係を示すグラフである。 本実施の形態の画像形成装置の画質予測ための動作制御の基本構成を示すブロック図である。 動作制御の流れを示すブロック図である。 （ａ）は現像バイアス条件とトナー濃度を示した図、（ｂ）は現像バイアス条件とＭ／Ａとの関係を示した図、（ｃ）は現像バイアス条件と（ｂ）における低バイアス側の隣との差分を示した図、（ｄ）は各現像バイアス条件で現像されたトナーの帯電量分布との関係を示すグラフ図、（ｅ）は（ｄ）のトナーの帯電量分布から求まるグラフ図である。 ΔＱ／Ｍ／平均Ｑ／Ｍとビーム径との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 感光体、２ 現像装置、３ クリーニング装置、４ 帯電装置、５ 書き込み装置、６ 中間転写体、１０ 転写バイアスローラ、１１ 画質予測手段、１２ 制御手段

Claims (22)

1. 感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、感光体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段と、感光体上の静電潜像を現像する現像手段と、感光体上のトナー像を記録体に転写する手段を有する画像形成装置によって得られる画質を予測する方法であって、
   少なくともビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）およびトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）の実測データとその時のドット反射率変動幅から、関係式を求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする画質予測方法。
   ここで、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とし、トナー帯電量分布幅ΔＱ／Ｍとは、Ｑ／Ｍ分布最大頻度の１／ｅ²の幅とし、ドット反射率変動幅とは、少なくとも１０００個のドット反射率を測定し、その分布において最大頻度１／ｅ²の幅とする。
2. 請求項１記載の画質予測方法において、下記式（１）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする画質予測方法。
   

   

   （１）
3. 請求項１記載の画質予測方法において、下記式（２）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測することを特徴とする画質予測方法。
   

   

   （２）
   ここで、粒状度とは、
   

   

   とする。ｆは空間周波数、ＷＳＬ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性、ａ、ｂは定数である。
4. 感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、感光体上に画像情報に基づいて静電潜像を形成するための露光手段と、感光体上の静電潜像を現像する現像手段と、感光体上のトナー像を記録体に転写する手段を有する画像形成装置において、
   少なくともビーム径ω、現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）およびトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）の実測データとその時のドット反射率変動幅から、関係式を求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   ここで、ビームスポット系ωとは、ビーム最大強度の主副走査方向それぞれの１／ｅ²径の平均値とし、トナー帯電量分布幅ΔＱ／Ｍとは、Ｑ／Ｍ分布最大頻度の１／ｅ²の幅とし、ドット反射率変動幅とは、少なくとも１０００個のドット反射率を測定し、その分布において最大頻度１／ｅ²の幅とする。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、下記式（１）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

   

   （１）
6. 請求項４記載の画像形成装置において、下記式（２）のａ₁、ａ₂、ａ₃の各パラメータを求め、得られた式に基づいて画質を予測する画質予測手段と、該画質予測手段の出力信号に基づいて動作制御を行う動作制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

   

   （２）
   ここで、粒状度とは、
   

   

   とする。ｆは空間周波数、ＷＳＬ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性、ａ、ｂは定数である。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により画質を表示するための表示制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により正常な画像形成が行われていないことを表示することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により現像剤の交換指示を表示することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御によりサービスマンコールの指示を表示すること特徴とする画像形成装置。
11. 請求項７に記載の画像形成装置において、前記動作制御手段の表示制御により使用するモード変更の指示を表示することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により当該画像形成装置の使用機能を限定する駆動制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質が良い条件のスクリーン線数のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件のビーム径のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項１１または１２記載の画像形成装置において、使用モードの変更指示を表示する表示制御または使用機能を限定する駆動制御により、画質がよい条件の印刷速度のみ使用できるように指示または限定することを特徴とする画像形成装置。
16. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、当該画像形成装置と接続されているホストコンピュータにデータを送信するためのデータ通信制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
17. 請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが現像剤中の平均トナー帯電量（平均Ｑ／Ｍ）とトナー帯電量分布幅（ΔＱ／Ｍ）であることを特徴とする画像形成装置。
18. 請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信制御により送信するデータが、前記画質予測手段の出力信号であることを特徴とする画像形成装置。
19. 請求項１６記載の画像形成装置において、前記動作制御手段のデータ通信示制御により送信するデータが、前記表示制御により表示する表示内容と同じ内容を表示するためのデータであることを特徴とする画像形成装置。
20. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、画質がよい条件のビーム径に自動的に変更することを特徴とする画像形成装置。
21. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記動作制御手段により、トナー攪拌スクリュの回転速度を変更することを特徴とする画像形成装置。
22. 請求項４記載の画像形成装置において、
    前記画質制御手段は、前記現像手段による現像剤搬送速度を現像時よりも遅くし、前記感光体と前記現像手段との間に複数の値の電位差を形成させて前記感光体にトナーを付着させ、その感光体上に付着したトナー量を光学的に検知し、得られたポテンシャル値とトナー付着量との関係から平均Ｑ／Ｍ値及びΔＱ／Ｍ値を求める測定モードを有することを特徴とする画像形成装置。

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