JP2005326890A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単に、しかも高精度に画像濃度を安定化させる画像形成装置および画像形成方法を提供する。
【解決手段】 電源投入後、最初に行う現像バイアス算出処理では、まず現像バイアスを広レンジの範囲内で現像バイアスの暫定値を求め、次いで該暫定値を含む狭レンジの範囲内で現像バイアスの最適値を求める（ステップＳ３１１〜Ｓ３１３）。これにより、装置の状態や周辺環境が予想できない場合でも高精度に最適化を行うことができる。一方、電源投入後２回目以降に行う現像バイアス算出処理では、暫定値を求めることなく、直前の処理で求めた最適値を含む狭レンジで最適値を算出する（ステップＳ３２１〜Ｓ３２２）。これにより短時間で最適化を行うことができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。

この種の画像形成装置では、感光体およびトナーの疲労・経時変化や、装置周辺における温湿度の変化などに起因して、画像濃度が変化することがある。そこで、従来より帯電バイアス、現像バイアス、露光量などを適宜調整して画像濃度を安定化させる技術が数多く提案されている。例えば、特許文献１に記載の発明では、帯電バイアスおよび現像バイアスを適宜調整することで画像濃度の安定化を図っている。すなわち、この従来技術では、帯電バイアスおよび／または現像バイアスを変えながら、基準パッチ画像を感光体上に形成し、各基準パッチの画像濃度を検出している。そして、これらの検出値に基づき最適な帯電バイアスおよび現像バイアスを決定している。

特開平１０−２３９９２４号公報

上記従来技術では、以下のような問題を生じるおそれがあった。すなわち、装置の電源が投入された直後では、感光体やトナーの特性、装置周辺の温湿度などがどのように変動しているのか予想できないため、現像バイアスまたは帯電バイアスの可変帯域全体をカバーするようにして制御を行う必要がある。この場合には、精度向上のため可変帯域の分割数を多くすると処理時間が長くなり、また分割数を少なくすると算出精度が低下してしまう。また、最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスは経時的に変化するが、その変化はある程度の連続性を有しており予想可能であるため、より短時間で最適値を算出できる可能性がある。しかしながら、上記した従来技術においては、これらの点が考慮されていなかった。

この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単に、しかも高精度に画像濃度を安定化させることが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。

この発明にかかる画像形成装置の第１の態様は、上記目的を達成するため、感光体の表面を帯電させる帯電手段と、前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスまたは前記現像手段に与える現像バイアスを濃度調整因子として制御することでトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する最適値算出処理を実行し、しかも、装置の電源投入後に行う１回目の前記最適値算出処理では、広レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記最適値算出処理では、前記広レンジより狭い狭レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成することを特徴としている。

また、この発明にかかる画像形成方法の第１の態様は、帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記帯電バイアスまたは前記現像バイアスを濃度調整因子として、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のトナー像をパッチ画像として順次形成する第１工程と、各パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する第２工程と
を備え、装置の電源投入後に行う１回目の前記第１工程では、広レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記第１工程では、前記広レンジより狭い狭レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成することを特徴としている。

このように構成された発明では、装置の電源が投入されて最初に行うパッチ画像形成では濃度調整因子を広レンジで変化させる一方、２回目以降のパッチ画像形成では濃度調整因子を狭レンジで変化させる。そのため、電源投入直後で感光体やトナーの特性、周辺環境などが予想できないとき、およびこれらが経時的に変化しその変化の程度がある程度予想できるときのいずれにも対応することができ、その結果、この発明では、画像濃度を簡単に、しかも高精度に安定化させることができる。

また、この発明にかかる画像形成装置の第２の態様は、上記目的を達成するため、感光体の表面を帯電させる帯電手段と、前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスまたは前記現像手段に与える現像バイアスを濃度調整因子として制御することでトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する最適値算出処理を実行し、しかも、装置の電源投入後に行う１回目の前記最適値算出処理では、予め定められた既定値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記最適値算出処理では、直前の最適値算出処理で求められた最適値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成することを特徴としている。

また、この発明にかかる画像形成方法の第２の態様は、帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記帯電バイアスまたは前記現像バイアスを濃度調整因子として、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のトナー像をパッチ画像として順次形成する第１工程と、各パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する第２工程とを備え、装置の電源投入後に行う１回目の前記第１工程では、予め定められた既定値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記第１工程では、直前に求めた最適値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成することを特徴としている。

このように構成された発明では、装置の電源が投入されて最初に行うパッチ画像形成では、感光体やトナーの特性、周辺環境などが予想できないので、濃度調整因子を予め定められた既定値を含む範囲内で変化させる。一方、２回目以降のパッチ画像形成では、直前に求めた最適値からの変化の程度を予想できるので、直前に求めた最適値を含む範囲内で濃度調整因子を変化させる。こうすることで、この発明では、画像濃度を簡単に、しかも高精度に安定化させることができる。

なお、前記現像バイアスを濃度調整因子として前記最適値算出処理を行った後に、前記現像手段に与える現像バイアスを最適値に設定して、前記帯電バイアスを濃度調整因子として前記最適値算出処理を実行することによって前記現像バイアスおよび前記帯電バイアスを最適化するように、本発明を構成してもよい。

この発明では、目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスが２段階で求められる。まず、第１段階では、現像バイアスを変化させながら、複数のパッチ画像（以下、「第１パッチ画像」という）を形成し、パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定する。それに続く第２段階では、現像バイアスを第１段階で求まった最適現像バイアスに固定する一方、帯電バイアスを変化させながら、複数のパッチ画像（以下、「第２パッチ画像」という）を順次形成し、パッチ画像の画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを決定する。このように、この発明は、従来技術において必須となっていた帯電バイアス−現像バイアス特性を全く必要としない。

なお、最適現像バイアスを決定するに際して、現像バイアスの変化にかかわらず帯電バイアスをほぼ一定に固定してもよいし、あるいは現像バイアスの変化に応じて帯電バイアスを変化させてもよい。特に、帯電バイアスを変化させる場合には、露光手段による感光体の表面電位の減衰特性に基づき帯電バイアスを設定するのが望ましい。また、帯電バイアスについては、現像バイアスの変化に対して線形的に変化させたり、非線形的に変化させてもよい。

また、第１パッチ画像としては、そのパッチ画像全体に対するドットの面積率が約８０％以上の画像、例えばベタ画像を用いることができる。また、第２パッチ画像としてはハーフトーン画像を用いることができる。

また、最適現像バイアスの算出を２段階で行ってもよい。まず、最初に、広レンジの範囲内で現像バイアスを第１間隔で段階的に変化させながら、複数の第１パッチ画像を順次形成した後、各第１パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な現像バイアスを暫定的に求める。そして、暫定バイアスを含み、しかも広レンジよりも狭い狭レンジの範囲内で現像バイアスを前記第１間隔よりも狭い第２間隔で段階的に変化させながら、複数の第１パッチ画像を順次形成した後、各第１パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定する。

一方、最適帯電バイアスの算出については、現像バイアスを最適現像バイアスに固定して算出するため、次のように１段階で行うようにしてもよい。すなわち、帯電バイアス可変帯域の約１／２以下のレンジ範囲内で帯電バイアスを段階的に変化させながら、複数の第２パッチ画像を順次形成し、濃度検出手段によって検出された各第２パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを決定するように構成してもよい。

この発明によれば、装置の電源が投入されて最初に行うパッチ画像形成では、感光体やトナーの特性、周辺環境などが予想できないので、濃度調整因子を広レンジで、あるいは予め定められた既定値を含む範囲内で変化させる。一方、２回目以降のパッチ画像形成では、直前に求めた最適値からの変化の程度を予想できるので、狭レンジで、あるいは直前に求めた最適値を含む範囲内で濃度調整因子を変化させる。こうすることで、この発明では、画像濃度を簡単に、しかも高精度に安定化させることができる。

また、現像バイアスを変化させながら、複数のパッチ画像を形成し、それらパッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定した後、現像バイアスを先に求めた最適現像バイアスに固定する一方、帯電バイアスを変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、それらパッチ画像の画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを決定するようにすれば、画像濃度を調整するために従来例において必須となっていた帯電バイアス−現像バイアス特性を用いることなく、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを求めることができ、簡単に、しかも高精度で画像濃度を目標濃度に調整して画像濃度を安定化させることができる。

Ａ．画像形成装置の全体構成
図１は、この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、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、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２がエンジン部Ｅ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。

このエンジン部Ｅでは、像担持体ユニット２の感光体２１にトナー像を形成可能となっている。すなわち、像担持体ユニット２は、図１の矢印方向に回転可能な感光体２１を備えており、さらに感光体２１の周りにその回転方向に沿って、帯電手段としての帯電ローラ２２、現像手段としての現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋ、およびクリーニング部２４がそれぞれ配置されている。帯電ローラ２２は帯電バイアス発生部１２１から高電圧が印加されており、感光体２１の外周面に当接して外周面を均一に帯電させる。

そして、この帯電ローラ２２によって帯電された感光体２１の外周面に向けて露光ユニット３からレーザ光Ｌが照射される。この露光ユニット３は、図２に示すように、画像信号切換部１２２と電気的に接続されており、この画像信号切換部１２２を介して与えられる画像信号に応じてレーザ光Ｌを感光体２１上に走査露光して感光体２１上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２３からの指令に基づき、画像信号切換部１２２がパッチ作成モジュール１２４と導通している際には、パッチ作成モジュール１２４から出力されるパッチ画像信号が露光ユニット３に与えられてパッチ潜像が形成される。一方、画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１と導通している際には、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像信号に応じてレーザ光Ｌを感光体２１上に走査露光して感光体２１上に画像信号に対応する静電潜像が形成される。

こうして形成された静電潜像は現像部２３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部２３として、イエロー用の現像器２３Ｙ、シアン用の現像器２３Ｃ、マゼンタ用の現像器２３Ｍ、およびブラック用の現像器２３Ｋがこの順序で感光体２１に沿って配置されている。これらの現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋは、それぞれ感光体２１に対して接離自在に構成されており、エンジンコントローラ１２からの指令に応じて、上記４つの現像器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｂのうちの一の現像器が選択的に感光体２１に当接するとともに、現像バイアス発生部１２５によって高電圧が印加されて選択された色のトナーを感光体２１の表面に付与して感光体２１上の静電潜像を顕在化する。なお、ここで各現像器に与える電圧としては、単に直流電圧を与えるようにしてもよいし、さらに交流電圧を重畳するようにしてもよい。

現像部２３で現像されたトナー像は、ブラック用現像器２３Ｋとクリーニング部２４との間に位置する一次転写領域Ｒ1で転写ユニット４の中間転写ベルト４１上に一次転写される。なお、この転写ユニット４の構造については後で詳述する。

また、一次転写領域Ｒ1から周方向（図１の矢印方向）に進んだ位置には、クリーニング部２４が配置されており、一次転写後に感光体２１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。

次に、転写ユニット４の構成について説明する。この実施形態では、転写ユニット４は、ローラ４２〜４７と、これら各ローラ４２〜４７に掛け渡された中間転写ベルト４１と、この中間転写ベルト４１に転写された中間トナー像をシートＳに二次転写する二次転写ローラ４８とを備えている。この中間転写ベルト４１には、転写バイアス発生部１２６から一次転写電圧が印加されている。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２１上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね合わせてカラー像を形成するとともに、給排紙ユニット６の給紙部６３によってカセット６１、手差しトレイ６２あるいは増設カセット（図示省略）からシートＳを取出して二次転写領域Ｒ2に搬送する。そして、このシートＳに、カラー像を二次転写してフルーカラー画像を得る。また、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上にブラックトナー像のみを中間転写ベルト４１上に形成し、カラー画像の場合と同様にして二次転写領域Ｒ2に搬送されてきたシートＳに転写してモノクロ画像を得る。

なお、二次転写後、中間転写ベルト４１の外周面に残留付着しているトナーについては、ベルトクリーナ４９によって除去される。このベルトクリーナ４９は、中間転写ベルト４１を挟んでローラ４６と対向して配置されており、適当なタイミングでクリーナブレードが中間転写ベルト４１に対して当接してその外周面に残留付着しているトナーを掻き落す。

また、ローラ４３の近傍には、後述するようにして中間転写ベルト４１の外周面に形成されるパッチ画像の濃度を検出するためのパッチセンサＰＳが配置されるとともに、中間転写ベルト４１の基準位置を検出するための同期用読取センサＲＳが配置されている。

図１に戻ってエンジン部Ｅの構成説明を続ける。転写ユニット４によってトナー像が転写されたシートＳは、給排紙ユニット６の給紙部６３によって所定の給紙経路（２点鎖線）に沿って二次転写領域Ｒ2の下流側に配設された定着ユニット５に搬送され、搬送されてくるシートＳ上のトナー像をシートＳに定着する。そして、当該シートＳはさらに給紙経路６３０に沿って排紙部６４に搬送される。

この排紙部６４は２つの排紙経路６４１ａ，６４１ｂを有しており、一方の排紙経路６４１ａは定着ユニット５から標準排紙トレイに延びるとともに、他方の排紙経路６４１ｂは排紙経路６４１ａとほぼ平行に、再給紙部６６とマルチビンユニットとの間に延びている。これらの排紙経路６４１ａ，６４１ｂに沿って３組のローラ対６４２〜６４４が設けられており、定着済みのシートＳを標準排紙トレイやマルチビンユニット側に向けて排出したり、その他方面側にも画像を形成するために再給紙部６６側に搬送したりする。

この再給紙部６６は、図１に示すように、上記のように排紙部６４から反転搬送されてきたシートＳを再給紙経路６６４（２点鎖線）に沿って給紙部６３のゲートローラ対６３７に搬送するものであり、再給紙経路６６４に沿って配設された３つの再給紙ローラ対６６１〜６６３で構成されている。このように、排紙部６４から搬送されてきたシートＳを再給紙経路６６４に沿ってゲートローラ対６３７に戻すことによって給紙部６３においてシートＳの非画像形成面が中間転写ベルト４１を向いて当該面に画像を二次転写可能となる。

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１２７はエンジン部Ｅを制御するための制御データやＣＰＵ１２３における演算結果などを一時的に記憶するためのＲＡＭであり、さらに符号１２８はＣＰＵ１２３で行う演算プログラムなどを記憶するＲＯＭである。

Ｂ．画像形成装置における濃度調整動作
次に、上記のように構成され画像形成装置における画像の濃度調整動作について説明する。

前述した従来技術（特開平１０−２３９９２４号公報に記載の技術）では、基準パッチ画像を形成する前に帯電バイアス−現像バイアス特性を予め調べておき、基準パッチ画像を形成するに当たっては、この特性を満足するように帯電バイアスおよび現像バイアスを設定している。このように、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを求めて画像濃度を安定化するためには、画像形成装置ごとに帯電バイアス−現像バイアス特性を求めておく必要があり、作業が煩雑であるという問題を有している。

また、帯電バイアス−現像バイアス特性は常に一定というわけではなく、経時的に変化することがある。このように当該特性が変化してしまうと、最適な帯電バイアスまたは現像バイアスを正確に算出することが難しくなってしまう。この問題を解消するためには、適宜、帯電バイアス−現像バイアス特性を更新すればよいのであるが、このような更新作業は面倒であり、メンテナンス性の点で劣っている。そこで、本実施形態においては、以下のように濃度調整動作を行うことで、このような問題の解消を図っている。

図３は、図１の画像形成装置における濃度調整動作を示すフローチャートである。この画像形成装置では、同図に示すように、ステップＳ１で濃度調整動作を実行して現像バイアスおよび帯電バイアスを更新設定する必要があるか否かが判断される。例えば、画像形成装置本体のメイン電源を投入した後、画像を形成できる状態になると、バイアス設定を開始するように構成してもよい。また、装置本体内に設けられたタイマー（図示省略）によって連続使用時間を計測し、数時間毎にバイアス設定を開始するようにしてもよい。

このステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断されてバイアス設定が開始されると、ステップＳ２，Ｓ３を実行して最適現像バイアスを算出し、それを現像バイアスとして設定する（ステップＳ４）。また、それに続いて、ステップＳ５を実行して最適帯電バイアスを算出し、それを帯電バイアスとして設定する（ステップＳ６）。こうして、現像バイアスおよび帯電バイアスの最適化が行われる。以下、現像バイアス算出処理（ステップＳ３）および帯電バイアス算出処理（ステップＳ５）の内容について、それぞれ詳細に説明する。

Ｂ−１．現像バイアス算出処理
図４は、図３の現像バイアス算出処理の内容を示すフローチャートである。この現像バイアス算出処理（ステップＳ３）では、まず画像形成装置本体のメイン電源が投入された後、最初に行われるのか、あるいは２回目以降であるのかを判断する（ステップＳ３０１）。そして、初回と判断した場合には、すべての色（この実施形態では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色）についてパッチ画像を形成する旨の設定を行った（ステップＳ３１１）後、ステップＳ３１２に進んで比較的広いレンジで、しかも比較的広い間隔で段階的に現像バイアスを変化させながら、複数のパッチ画像を形成し、各パッチ画像の濃度に基づき最適画像濃度を得るために必要な現像バイアスを暫定的に求める。その処理内容について、図５をおよび図６参照しつつ詳述する。

図５は、図４の広レンジでのバイアス算出処理の内容を示すフローチャートである。また、図６は、図５の処理内容、および後で説明する狭レンジでのバイアス算出処理の内容を示す模式図である。この算出処理では、パッチ画像を作成する色を最初の色、例えばイエローに設定する（ステップＳ３１２ａ）。そして、帯電バイアスを予めステップＳ２で設定した既定値で、かつ広レンジの範囲内で現像バイアスを比較的広い間隔（第１間隔）で４段階に設定する（ステップＳ３１２ｂ）。例えば、この実施形態では、現像バイアス発生部１２５によって現像部２３に供給可能な現像バイアスの可変帯域（Ｖb01〜Ｖb10）全体を広レンジとして設定し、この広レンジ（Ｖb01〜Ｖb10）内のうち４点Ｖb01，Ｖb04，Ｖb07，Ｖb10を現像バイアスとして設定している。このように、この実施形態では、第１間隔Ｗ1を、
Ｗ1＝Ｖb10−Ｖb07＝Ｖb07−Ｖb04＝Ｖb04−Ｖb01
としている。

このようなバイアス設定で４つのイエローベタ画像（図７）を感光体上に順次形成し、さらに図８（ａ）に示すように、これらを中間転写ベルト４１の外周面に転写して第１パッチ画像ＰＩ1を形成する（ステップＳ３１２ｃ）。なお、この実施形態では、第１パッチ画像ＰＩ1をベタ画像としているが、その理由については後で詳述する。

次のステップＳ３１２ｄは、すべてのパッチ作成色についてパッチ画像を作成したか否かを判断し、「ＮＯ」と判断される間は、パッチ作成色を次の色に設定し（ステップＳ３１２ｅ）、ステップＳ３１２ｂ，Ｓ３１２ｃを繰り返して図８（ｂ）〜（ｄ）に示すようにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の順序で中間転写ベルト４１の外周面上に第１パッチ画像ＰＩ1をさらに形成していく。

一方、ステップＳ３１２ｄで「ＹＥＳ」と判断すると、１６（＝４種類×４色）個のパッチ画像ＰＩ1の画像濃度をパッチセンサＰＳで測定する（ステップＳ３１２ｆ）。この実施形態では、すべてのパッチ作成色についてパッチ画像ＰＩ1を形成した後で、一括してパッチ画像ＰＩ1の画像濃度を測定しているが、各パッチ作成色のパッチ画像ＰＩ1を形成する毎にパッチ画像ＰＩ1の画像濃度を順次測定するようにしてもよい。この点に関しては、後のバイアス算出処理（図９，図１０および図１２）においても同様である。

これに続いて、ステップＳ３１２ｇで目標濃度に対応する現像バイアスを求め、これを暫定バイアスとしてＲＡＭ１２７に一時的に記憶する。ここで、測定結果（画像濃度）が目標濃度と一致している場合には、その画像濃度に対応する現像バイアスを暫定バイアスとすればよく、また一致しない場合には、図６（ｂ）に示すように、目標濃度を挟むデータＤ（Ｖb04），Ｄ（Ｖb07）に基づく直線補間や平均化処理などによって暫定バイアスを求めることができる。

こうして、暫定バイアスが求まると、図４の狭レンジでのバイアス算出処理（１）を実行する。図９は、図４の狭レンジでのバイアス算出処理（１）の内容を示すフローチャートである。この算出処理では、先の算出処理（ステップＳ３１２）と同様に、パッチ画像を作成する色を最初の色、例えばイエローに設定する（ステップＳ３１３ａ）。そして、帯電バイアスを予めステップＳ２で設定した既定値で、かつステップＳ３１２で求めた暫定バイアスを含む狭レンジの範囲内で現像バイアスを第１間隔Ｗ1よりも狭い間隔（第２間隔）で４段階に設定する（ステップＳ３１３ｂ）。例えば、この実施形態では、現像バイアスの可変帯域（Ｖb01〜Ｖb10）の約１／３を狭レンジとして設定しており、暫定バイアスが図６（ｂ）に示すように現像バイアスＶb05，Ｖb06の間である場合には、４点Ｖb04，Ｖb05，Ｖb06，Ｖb07を現像バイアスとして設定している（同図（ｃ））。このように、この実施形態では、第２間隔Ｗ2を、
Ｗ2＝Ｖb07−Ｖb06＝Ｖb06−Ｖb05＝Ｖb05−Ｖb04
としている。

このようなバイアス設定で４つのイエローベタ画像（図７）を感光体上に順次形成し、さらに図８（ａ）に示すように、これらを中間転写ベルト４１の外周面に転写して第１パッチ画像ＰＩ1を形成する（ステップＳ３１３ｃ）。そして、先の算出処理（ステップＳ３１２）と同様に、ステップＳ３１３ｄですべてのパッチ作成色についてパッチ画像が作成されたと判断するまで、パッチ作成色を次の色に設定し（ステップＳ３１３ｅ）、ステップＳ３１３ｂ，Ｓ３１３ｃを繰り返してシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の順序で中間転写ベルト４１の外周面上に第１パッチ画像ＰＩ1をさらに形成していく。

こうして１６（＝４種類×４色）個のパッチ画像ＰＩ1が中間転写ベルト４１に形成されると、各パッチ画像の画像濃度をパッチセンサＰＳで測定する（ステップＳ３１３ｆ）。これに続いて、ステップＳ３１３ｇで目標濃度に対応する現像バイアスを求める。ここで、測定結果（画像濃度）が目標濃度と一致している場合には、その画像濃度に対応する現像バイアスを最適現像バイアスとすればよく、また一致しない場合には、図６（ｄ）に示すように、目標濃度を挟むデータＤ（Ｖb05），Ｄ（Ｖb06）に基づく直線補間などによって最適現像バイアスを求めることができる。

こうして求められた最適現像バイアスについては、ＲＡＭ１２７に記憶して（図４のステップＳ３０２）、後述する帯電バイアスの算出時や通常の画像形成処理において、ＲＡＭ１２７から読み出し、現像バイアスとして設定する。

以上のように、この実施形態では、広レンジで、かつ第１間隔Ｗ1で目標濃度の画像を得るために必要な現像バイアスを暫定的に求め、さらに暫定バイアスを含む狭レンジで、しかもより細かい間隔（第２間隔）Ｗ2で現像バイアスを設定して目標濃度を得るために必要な現像バイアスを求め、これを最終的に最適現像バイアスとしている。したがって、次のような効果が得られる。

例えば画像形成装置本体のメイン電源が投入された時点では、感光体やトナーの特性、また装置周辺の温湿度などはどのように変動しているのか全く予想することができず、現像バイアス可変帯域（Ｖb01〜Ｖb10）全体をカバーするように現像バイアスを設定した上でパッチ画像を形成し、最適現像バイアスを決定する必要がある。そこで、現像バイアス可変帯域（Ｖb01〜Ｖb10）を複数の狭レンジに分け、各狭レンジで上記バイアス算出処理（１）と同様の処理を実行して最適現像バイアスを求めることも可能である。しかしながら、この比較例では、分割数に比例してステップ数が多くなり、最適現像バイアスの算出に時間を要してしまうという問題がある。逆に、分割数を少なくすると、上記問題を解消することができるものの、１つの分割レンジ内でのバイアス間隔が第２バイアス間隔Ｗ2よりも広がり、その結果、最適現像バイアスの算出精度が落ちて画像濃度を目標濃度に正確に調整することができないという別の問題が生じてしまう。

これに対して、本実施形態では、上記のように広レンジでのバイアス算出処理（ステップＳ３１２）によって凡その現像バイアスを暫定的に求めた上で、さらに暫定バイアス近傍の狭レンジで、しかも細かい間隔（第２間隔）Ｗ2で現像バイアスを変化させて最適現像バイアスを算出しているので、上記比較例と比べて、短時間で、しかも高精度に最適現像バイアスを求めることができる。

ところで、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスは感光体およびトナーの疲労・経時変化などに応じて変化するが、その変化はある程度の連続性を有している。したがって、画像濃度の調整処理を繰り返して実行している際には、直前の画像濃度測定結果（ステップＳ３１３ｆや後述するステップＳ３２２ｆ，Ｓ５１０など）に基づき最適現像バイアスを予想することができる。そこで、この実施形態にかかる現像バイアス算出処理（ステップＳ３）では、画像形成装置本体のメイン電源が投入された後、２回目以降であると判断する、つまり図４のステップＳ３０１で「２回目以降」と判断した時には、すべての色（この実施形態では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色）についてパッチ画像を形成する旨の設定を行った（ステップＳ３２１）後、ステップＳ３２２に進んで狭レンジでのバイアス算出処理（２）を実行して暫定バイアスを求めることなしに最適現像バイアスを求めている。以下、その処理内容について図１０を参照しつつ説明する。

図１０は、図４の狭レンジでのバイアス算出処理（２）の内容を示すフローチャートである。また、図１１は、図１０の処理内容を示す模式図である。この算出処理が、先に説明した狭レンジでのバイアス算出処理（１）と大きく相違する点は、図９の算出処理（１）では帯電バイアスを既定値に設定するとともに、暫定バイアスに基づき狭レンジでの４種類の現像バイアスを設定している（ステップＳ３１３ｂ）のに対して、このバイアス算出処理（２）では直前の画像濃度測定によって求められてＲＡＭ１２７に記憶されている最適帯電バイアスを帯電バイアスとして設定するとともに、同ＲＡＭ１２７に記憶されている最適現像バイアスに基づき狭レンジでの４種類の現像バイアスを設定している（ステップＳ３２２ｂ）点であり、その他の構成は同一である。したがって、ここでは、同一構成の説明については、省略する。

このように、２回目以降の濃度調整動作については、暫定バイアスを求めずに、直前の画像濃度測定結果（前回の最適現像バイアス）を用いて狭レンジで、しかも第２間隔で４種類の現像バイアスを設定し、各色のパッチ画像を形成して最適現像バイアスを求めるようにしているので、最適現像バイアスをさらに一層短時間で求めることができる。なお、こうして求められた最適現像バイアスについては、ＲＡＭ１２７に既に記憶されている最適現像バイアスと書き換えて最新のものに更新する（図４のステップＳ３０２）。

こうして最適現像バイアスが求まると、図３に戻り、上記のようにして算出された最適現像バイアスをＲＡＭ１２７から読み出し、これを現像バイアスとして設定する。そして、最適帯電バイアスを算出し（ステップＳ５）、それを帯電バイアスとして設定する（ステップＳ６）。

Ｂ−２．最適帯電バイアス算出処理
図１２は、図３の帯電バイアス算出処理の内容を示すフローチャートである。また、図１３は、図１０の処理内容を示す模式図である。この帯電バイアス算出処理（ステップＳ５）では、すべての色（この実施形態では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色）についてパッチ画像を形成する旨の設定を行った（ステップＳ５０１）後、ステップＳ５０２に進んで第２パッチ画像を作成する色を最初の色、例えばイエローに設定する。

そして、現像バイアス算出処理の場合と同様に、画像形成装置本体のメイン電源が投入された後、帯電バイアス算出処理が最初に行われるのか、あるいは２回目以降であるのかを判断し（ステップＳ５０３）、初回と判断した場合にはステップＳ５０４を実行し、２回目以降であると判断した場合にはステップＳ５０５を実行する。

このステップＳ５０４では、予めステップＳ２で設定した既定値を含み、かつ狭レンジの範囲内で帯電バイアスを比較的狭い間隔（第３間隔）で４段階に設定する。一方、ステップＳ５０５では、直前の画像濃度測定結果（最適帯電バイアス）に基づき狭レンジの範囲内で帯電バイアスを比較的狭い間隔（第３間隔）で４段階に設定する。このように、帯電バイアス算出処理は、現像バイアス算出処理とは異なり、広レンジでの算出処理を行うことなく、狭レンジでの算出処理のみを実行する。なお、この実施形態では、帯電バイアスの可変帯域（Ｖa01〜Ｖa10）の約１／３を狭レンジとして設定しており、例えば既定値あるいは直前の最適帯電バイアスが図１３（ａ）に示すように帯電バイアスＶa05，Ｖb06の間である場合には、４点Ｖa04，Ｖa05，Ｖa06，Ｖa07を帯電バイアスとして設定している。このように、この実施形態では、第３間隔Ｗ3を、
Ｗ3＝Ｖa07−Ｖa06＝Ｖa06−Ｖa05＝Ｖa05−Ｖa04
としている。

上記のようにしてイエロー色について４種類の帯電バイアスが設定されると、各イエローのハーフトーン画像（図１４）を感光体上に順次形成し、これらを中間転写ベルト４１の外周面に転写して第２パッチ画像ＰＩ2を形成する（図８（ａ）：ステップＳ５０６）。なお、この実施形態では、第２パッチ画像ＰＩ2をハーフトーン画像としているが、その理由については第１パッチ画像をベタ画像としている理由と併せて後で詳述する。

次のステップＳ５０７は、すべてのパッチ作成色について第２パッチ画像を作成したか否かを判断し、「ＮＯ」と判断される間は、パッチ作成色を次の色に設定し（ステップＳ５０８）、ステップＳ５０３〜Ｓ５０７を繰り返して図８（ｂ）〜（ｄ）に示すようにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の順序で中間転写ベルト４１の外周面上に第２パッチ画像ＰＩ2をさらに形成していく。

一方、ステップＳ５０７で「ＹＥＳ」と判断すると、１６（＝４種類×４色）個のパッチ画像ＰＩ2の画像濃度をパッチセンサＰＳで測定する（ステップＳ５０９）。また、これに続いて、ステップＳ５５０で目標濃度に対応する帯電バイアスを求め（ステップＳ５１０）、これを最適帯電バイアスとしてＲＡＭ１２７に記憶する（ステップＳ５１１）。ここで、測定結果（画像濃度）が目標濃度と一致している場合には、その画像濃度に対応する帯電バイアスを最適帯電バイアスとすればよく、また一致しない場合には、図１３（ｂ）に示すように、目標濃度を挟むデータＤ（Ｖa05），Ｄ（Ｖa06）に基づく直線補間などによって最適帯電バイアスを求めることができる。

こうして最適帯電バイアスが求まると、既に現像バイアスとして最適現像バイアスを設定したのに加えて、上記のようにして算出された最適帯電バイアスをＲＡＭ１２７から読み出し、これを帯電バイアスとして設定する。そして、これらの設定の下で画像形成を行うと、目標濃度で画像を形成することができ、画像濃度の安定化を図ることができる。

以上のように、この実施形態によれば、画像濃度を調整するために従来例において必須となっていた帯電バイアス−現像バイアス特性を用いることなく、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを求めることができ、簡単に画像濃度を目標濃度に調整して画像濃度を安定化させることができる。また、帯電バイアス−現像バイアス特性が経時的に変化したとしても、この実施形態では、その影響を受けずに、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを精度良く求めることができる。

また、上記したように、最適現像バイアスの算出を２段階、つまり広レンジでのバイアス算出処理（ステップＳ３１２）および狭レンジでのバイアス算出処理（ステップＳ３１３）で行っているため、短時間で、しかも高精度に最適現像バイアスを求めることができる。

また、最適帯電バイアスについては、その算出処理の直前に行われた処理によって求められた最適現像バイアスを現像バイアスとして設定した上で実行されるため、最適帯電バイアスを高精度に求めることができる。

また、２回目以降の現像バイアス算出処理および帯電バイアス算出処理においては、直前の画像濃度測定結果（最適帯電バイアスおよび最適現像バイアス）に基づきバイアス算出を行っているため、短時間で、しかも精度良く最新の最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを求めることができる。

さらに、この実施形態では、現像バイアス算出処理ではベタ画像を第１パッチ画像として用いるとともに、帯電バイアス算出処理ではハーフトーン画像を第２パッチ画像として用いているが、その理由は以下のとおりである。

表面電位Ｖ0で均一に帯電された感光体２１の表面に、ベタ画像（第１パッチ画像）ＰＩ1（図７）に相当する静電潜像ＬＩ1を形成すると、図１５に示すように、その静電潜像ＬＩ1に相当する表面電位が電位（潜像低部電位）Ｖonまで大きく下げられて井戸型ポテンシャルが形成される。ここで、仮に帯電バイアスを増大させて感光体２１の表面電位を電位Ｖ0から電位Ｖ0′に高めたとしても、潜像低部電位は電位Ｖonから大きく変化しない。したがって、帯電バイアスが多少変動したとしても、現像バイアスＶbに応じてトナー濃度が一義的に決定される。

これに対し、表面電位Ｖ0で均一に帯電された感光体２１の表面に所定間隔ごとにライン像を有するハーフトーン画像（第２パッチ画像）ＰＩ2（図１４）に相当する静電潜像ＬＩ2を形成すると、図１６に示すように、ライン位置に相当する表面電位が電位（潜像低部電位）Ｖonまで大きく下げられて、くし状の井戸型ポテンシャルが形成される。ここで、上記と同様に帯電バイアスを増大させて感光体２１の表面電位を電位Ｖ0から電位Ｖ0′に高めると、各ラインに対応する潜像低部電位は電位Ｖonから電位Ｖon′に大きく変化する。したがって、帯電バイアスが変動すると、それに連動して現像バイアスＶbに対応するトナー濃度の変動してしまう。なお、このようなバイアス設定（現像バイアスおよび帯電バイアス）と、トナー濃度との相関関係については、次の項「Ｃ．現像バイアス算出処理における帯電バイアスの設定について」において詳しく説明する。

このことから、ベタ画像を形成した場合、帯電バイアスがトナー濃度に及ぼす影響は少なく、現像バイアスを調整することでベタ画像の画像濃度を調整することができることがわかる。つまり、本実施形態の如くベタ画像を第１パッチ画像として用いた現像バイアス算出処理を実行する場合には、帯電バイアスの値にかかわらず最適現像バイアスを正確に求めることができる。

また、画像を安定して形成するためには、最高階調（最高濃度）での調整を行っただけでは十分とはいえず、中間階調における濃度調整をも行う必要がある。ただし、ハーフトーン画像を用いた場合には、図１６に示すように、現像バイアスおよび帯電バイアスの設定値によって影響を受ける。そこで、この実施形態では、先に最適現像バイアスを算出しておき、現像バイアスを最適現像バイアスに設定した状態で帯電バイアスを変化させながら、ハーフトーン画像からなる第２パッチ画像を形成して目標濃度の画像濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを算出している。

Ｃ．現像バイアス算出処理における帯電バイアスの設定について
ところで、帯電バイアスを変化させながら、第２パッチ画像を形成したとき、帯電バイアスの変化に連動して潜像低部電位（明部電位）Ｖonが大きく変化することがある。

図１７は感光体に対して種々の露光パワーで露光したときの表面電位の減衰を示すグラフであり、互いに異なる帯電バイアスＶa-1〜Ｖa-4で帯電させた場合の光減衰曲線Ｃ(Ｖa-1)，Ｃ(Ｖa-2)，Ｃ(Ｖa-3)，Ｃ(Ｖa-4)を示している。同図中の「露光パワー」は露光ユニット３から感光体２１の単位面積当たりに照射される露光量である。同図から明らかなように、露光された感光体２１の表面領域での表面電位、つまり潜像低部電位は露光ユニット３から感光体２１に与えられる露光パワーおよび帯電バイアスに応じて変化するが、露光パワーが比較的大きな時には帯電バイアスの値にかかわらず潜像低部電位はほぼ一致している。これに対して、露光パワーが比較的小さい時には、帯電バイアスに応じて潜像低部電位が異なっている。このような傾向は、図１５および図１６を参照しつつ説明した通りである。

したがって、露光パワーが比較的高く設定されている場合には、仮に現像バイアス算出処理において設定された帯電バイアスが最適帯電バイアスから大きくずれていたとしても、現像バイアス算出処理でのコントラスト電位（＝現像バイアス−表面電位）は最適帯電バイアス設定後のコントラスト電位と一致しており、上記実施形態によって求められた最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスに設定することで画像を安定して目標濃度で形成することができる。

これに対して、露光パワーが比較的小さい時には、帯電バイアスに応じて表面電位が異なっているため、上記実施形態によって求められた最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスに設定したとしても、画像を安定して目標濃度で形成することができないことがある。というのも、現像バイアス算出処理において設定された帯電バイアスが最適帯電バイアスから大きくずれていると、現像バイアス算出処理でのコントラスト電位（＝現像バイアス−表面電位）が最適帯電バイアス設定後のコントラスト電位と相違してしまうためである。このようにコントラスト電位が変動してしまうと、画像濃度を安定させることは難しくなる。

そこで、以下に説明する実施形態では、現像バイアス算出処理にあたって現像バイアスの変化に応じて帯電バイアスを変化させることで、露光パワーが比較的小さいために発生する上記問題を解消している。なお、具体的な帯電バイアスの変化態様について説明するのに先立って、現像バイアスＶbとコントラスト電位との関係について説明する。

現像バイアス算出処理において、例えば図１８に示すように、帯電バイアスをバイアスＶa-2に固定すると、露光パワーＰ1で第１パッチ画像の潜像を形成したときの潜像低部電位は電位Ｖon1となる。そして、この状態で現像バイアスＶbを変化させると、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1が変化し、第１パッチ画像の濃度が変化する。そこで、上記実施形態の現像バイアス算出処理では、現像バイアスＶbのみを変化させながら、複数の第１パッチ画像を形成し、最適現像バイアスを決定している。

一方、帯電バイアス算出処理では、例えば図１９に示すように現像バイアスを最適現像バイアスＶbに固定しながら、帯電バイアスを種々の帯電バイアスに設定して第２パッチ画像を形成している。ここで、第２パッチ画像は図１６のようなハーフトーン画像であるため、露光パワーＰ1の露光ビームで潜像を形成していても孤立ビームによる露光のために有効な露光パワーは露光パワーＰ1よりも小さく、結果としてくし状の井戸型ポテンシャルの最低部電位はベタ露光時の最低部電位まで落ちきらない。そして、このハーフトーン潜像のマクロ的な表面電位を考えると、露光パワーＰ1よりも小さな露光パワーＰ2でベタ露光した場合と同じと考えることができる。そこで、第２パッチ画像の潜像を露光パワーＰ2によるベタ露光と考えると、その潜像低部電位は帯電バイアスごとに大きく異なることになる。

例えば、帯電バイアスＶa-2のときには潜像低部電位は電位Ｖon2-2となり、コントラスト電位はＶcon2-2となる一方、帯電バイアスＶa-3のときには潜像低部電位は電位Ｖon2-3となり、コントラスト電位はＶcon2-3となる。このように、帯電バイアスＶaの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2が変化し、第２パッチ画像の濃度が変化する。そこで、上記実施形態の帯電バイアス算出処理では、帯電バイアスＶaのみを変化させながら、複数の第２パッチ画像を形成し、最適帯電バイアスを決定している。

この帯電バイアス算出処理の結果、最適帯電バイアスが現像バイアス算出処理において設定された帯電バイアス（図１８では帯電バイアスＶa-2に設定されている）と異なると、現像バイアス算出処理で決定したコントラスト電位Ｖcon1を変えてしまい、最適現像バイアスを印加しているにもかかわらず、画像濃度が目標濃度からずれてしまう可能性がある。特に、露光パワーＰ1が低くなると、その可能性は高くなる。

ここで、光減衰曲線Ｃ(Ｖa-a)，Ｃ(Ｖa-b)に基づき現像バイアスＶbとコントラスト電位との関係を求めると、図２０に示す関係が得られる。同図において、横軸は現像バイアスＶbを示し、縦軸はコントラスト電位を示している。また、直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-a）、直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-b）、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）は、それぞれ図２１中のコントラスト電位Ｖcon1-a、Ｖcon1-b、Ｖcon2-a、Ｖcon2-bを示している。

帯電バイアスＶa-aで第１パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1-aは図２０の直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-a）に示すように比例変化する。また、帯電バイアスＶa-bで第１パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1-bは図２０の直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-b）に示すように比例変化する。また、帯電バイアスＶa-aで第２パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2-aは図２０の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）に示すように比例変化する。さらに、帯電バイアスＶa-bで第２パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2-bは図２０の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）に示すように比例変化する。こうして、光減衰曲線に基づき現像バイアス−コントラスト電位特性が求まる。

そこで、現像バイアス算出処理における目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon01と、帯電バイアス算出処理における目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon02とが存在するが、より高精度に濃度調整を実行するためには、これら２つの目標コントラスト電位Vcon01，Ｖcon02が同時に満足されるように最適現像バイアスＶbおよび最適帯電バイアスＶaを設定する必要がある。

この実施形態では、現像バイアス算出処理において、図２２に示すように、現像バイアスＶbの可変範囲内で現像バイアスＶbを変化させると同時に、帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させている。そして、２つの目標コントラスト電位Vcon01，Ｖcon02がほぼ同一の現像バイアスＶb0で同時に満足されるように、帯電バイアスＶa-a，Ｖa-bを設定すると、高精度に最適現像バイアスＶbおよび最適帯電バイアスＶaを設定することができる。

現像バイアス算出処理における帯電バイアスの変化態様としては、以下に説明する５つの態様があるが、いずれの変化態様においても帯電バイアスは現像バイアスの増大に伴って増大している。

(1)第１変化態様：図２３
図２３は、現像バイアス算出処理における現像バイアスおよび帯電バイアスの第１変化態様を示す図である。この第１変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）を現像バイアスの変化量ΔＶbと等しく設定しており、帯電バイアスＶaは次式、
Ｖa＝Ｖb＋Ｃ
（ただし、Ｃは画像形成装置の構成・動作などに応じて決まる定数である。）
に示す値に設定される。

(2)第２変化態様：図２４
図２４は、現像バイアス算出処理における現像バイアスおよび帯電バイアスの第２変化態様を示す図である。この第２変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）が現像バイアスの変化量ΔＶbよりも小さくなるように設定している。このような設定は、図２５に示すように、現像バイアス算出処理における露光パワーＰ1が比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う潜像低部電位Ｖon1の変化が少ないのに対し、帯電バイアス算出処理における露光パワーＰ2が比較的低く、帯電バイアスの変化に伴う電位Ｖon2の変化が大きい場合に適している。その理由について、図２５ないし図２７を参照しつつ説明する。

図２５に示すような光減衰特性を有する場合、図２６中の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）および直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が比較的大きく離間する。このため、帯電バイアスを帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させたとしても、コントラスト電位Ｖcon2の変化量は少なく、第２パッチ画像（中間調画像）の目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon02を得るための適正値を求めることができない場合がある。

そこで、この第２変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶaを現像バイアスＶbの変化量ΔＶbよりも小さく設定している。このため、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が図２７に示すように直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）側に近づき、コントラスト電位Ｖcon2の変化量は大きくなる。その結果、目標コントラスト電位Vcon02を得るための適正値（最適現像バイアスおよび最適帯電バイアス）を確実に求めることができるようになる。

(3)第３変化態様：図２８
図２８は、現像バイアス算出処理における現像バイアスおよび帯電バイアスの第３変化態様を示す図である。この第３変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）が現像バイアスの変化量ΔＶbよりも大きくなるように設定している。このような設定は、図２９に示すように、現像バイアス算出処理における露光パワーＰ1が比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う潜像低部電位Ｖon1の変化が少なく、しかも帯電バイアス算出処理における露光パワーＰ2も比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う電位Ｖon2の変化も比較的小さい場合に適したものである。その理由について、図２９ないし図３１を参照しつつ説明する。

図２９に示すような光減衰特性を有する場合、図３０中の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）および直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が相互に比較的接近している。この場合、帯電バイアスを帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させたとしても、第２パッチ画像の潜像低部電位Ｖon2-a，Ｖon2-bはわずかしか変化せず、最適解（最適帯電バイアス）も事実上一義的に決まってしまう。このため、図３０に示すように、第１パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon01と第２パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon02との間で整合性が取れないことがある。換言すると、第１パッチ画像の最適現像バイアスＶb0と第２パッチ画像の最適現像バイアスとの間にずれ量ΔＶb0が生じてしまうことがある。

そこで、この第３変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶaを現像バイアスＶbの変化量ΔＶbよりも大きく設定している（図２８）。このため、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が図３１に示すように直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）から離れ、最適解の領域が広がり、第１パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon01と第２パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon02との間で整合性を図ることができる。

(4)第４変化態様：図３３
帯電バイアスについては、上記したように目標コントラスト電位Vcon01を満足する現像バイアスＶb01と、目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02とがほぼ等しくなるように現像バイアスの変化に対応して設定するのが望ましい。しかしながら、画像形成プロセスによっては、上記したように帯電バイアスを線形で変化させたのでは両現像バイアスＶb01，Ｖb02を一致させることが困難な場合がある。例えば第１変化態様（図２３）で帯電バイアスを変化させたときに、図３２に示すように現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01よりも小さくなり、現像バイアスのずれ量ΔＶb0を生じることがある。このような場合には、図３３に示すように帯電バイアスを対数形で変化させることで目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01に近づき、両現像バイアスＶb01，Ｖb02をほぼ一致させることが可能となる（図３４）。

(5)第５変化態様：図３６
また、第１変化態様（図２３）で帯電バイアスを変化させたときに、図３５に示すように現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01よりも大きくなり、現像バイアスのずれ量ΔＶb0を生じることがある。このような場合には、図３６に示すように帯電バイアスを指数形で変化させることで目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02を現像バイアスＶb01に近づけ、ほぼ一致させることが可能となる（図３７）。

Ｄ．その他
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、上記実施形態では、図８に示すようにパッチ画像ＰＩ1を各色毎にクラスタ状に形成しているが、図３８に示すように各色交互に形成するようにしてもよい。より具体的には、まず各イエローパッチ画像ＰＩ1(Y)を比較的広い間隔で中間転写ベルト４１上に配列形成する。そして、次のシアンパッチ画像ＰＩ1(C)についてはイエローパッチ画像ＰＩ1(Y)から副走査方向（同図の右手方向）に１パッチ画像分に加えてパッチ間隔分シフトした位置に各シアンパッチ画像ＰＩ1(C)を順次配列形成する。その後、マゼンタパッチ画像ＰＩ1(M)およびブラックＰＩ1(K)についても同様にして形成される。このように各パッチ画像を比較的広い間隔で形成する場合には、バイアス切替の安定時間を確保することができ、各パッチ画像を設定バイアスで確実に形成することができる。ここでは、第１パッチ画像について説明したが、第２パッチ画像についても全く同様である。

また、上記実施形態では、帯電手段として帯電ローラ２２を用いているが、非接触帯電手段によって感光体２１を帯電させる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。

また、上記実施形態では、４色のトナーを用いたカラー画像を形成することができる画像形成装置であったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する画像形成装置にも当然に適用することができる。また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、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を複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートに形成するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置全般に適用することができる。

また、上記実施形態では、感光体２１上のトナー像を中間転写ベルト４１に転写し、このトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出するとともに、その検出結果に基づき最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスを算出しているが、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写ベルト、転写シート、中間転写ドラム、中間転写シート、反射型記録シートあるいは透過性記憶シートなど）にトナー像を転写してパッチ画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用することができる。また、転写媒体にパッチ画像を形成する代わりに、感光体上のパッチ画像の濃度を検出するパッチセンサを設け、このパッチセンサによって感光体上の各パッチ画像の画像濃度を検出し、その検出結果に基づき最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスを算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスはエンジンコントローラ１２のＲＡＭ１２７に記憶され、画像形成装置本体のメイン電源が落とされると、その記憶内容が揮発してしまい、再度メイン電源が投入されると、現像バイアス算出処理および帯電バイアス算出処理においては、「初回」と判断され、それに応じた処理が実行されるように構成されているが、順次求められる最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスをＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに記憶し、メイン電源の再投入時にも現像バイアス算出処理および帯電バイアス算出処理において「２回目以降」に対応する処理を実行するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、現像バイアス算出処理においては、「初回」と判断されると２段階で最適現像バイアスを決定しているが、広レンジでのバイアス算出処理（ステップＳ３１２）のみで最適現像バイアスを求めるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、現像バイアスの可変帯域（Ｖa01〜Ｖa10）の約１／３を狭レンジとして設定しているが、狭レンジの幅はこれに限定されるものではない。しかし、この幅が広くなると、狭レンジを用いる意義が薄れ、最適現像バイアスの算出精度が低下するため、現像バイアス可変帯域の約１／２以下に設定する必要がある。このことは帯電バイアスの狭レンジの場合も同様である。

また、上記実施形態では、第１パッチ画像としてパッチ画像全体に対するドットの面積率が１００％のベタ画像を用いているが、ベタ画像の代わりに、その面積率が約８０％以上の画像を第１パッチ画像として用いても、ベタ画像の場合と同様の作用効果が得られる。

さらに、上記実施形態では、広レンジおよび狭レンジにおいて４種類のバイアス値を設定しているが、レンジ内でのバイアス設定数（パッチ画像数）はこれに限定されるものではなく、複数種類であれば任意である。また、広レンジと狭レンジとでバイアス設定数を相違させてパッチ画像数を相違させてもよい。

この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 図１の画像形成装置における濃度調整動作を示すフローチャート。 図３の現像バイアス算出処理の内容を示すフローチャート。 図４の広レンジでのバイアス算出処理の内容を示すフローチャート。 図５の処理内容および狭レンジでのバイアス算出処理の内容を示す模式図。 第１パッチ画像を示す図。 パッチ画像の形成順序を示す図。 狭レンジでのバイアス算出処理（１）の内容を示すフローチャート。 狭レンジでのバイアス算出処理（２）の内容を示すフローチャート。 図１０の処理内容を示す模式図。 図３の帯電バイアス算出処理の内容を示すフローチャート。 図１２の処理内容を示す模式図。 第２パッチ画像を示す図。 第１パッチ画像と、表面電位および現像バイアス電位との関係を示す図。 第２パッチ画像と、表面電位および現像バイアス電位との関係を示す図。 感光体に対して種々の露光パワーで露光したときの表面電位の減衰を示すグラフ。 帯電バイアスを固定しながら現像バイアスを変化させた場合の現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 現像バイアスを固定しながら帯電バイアスを変化させた場合の帯電バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 帯電バイアスが変化することに伴うコントラスト電位および潜像低部電位の変動を示す図。 第１変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第１変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図。 第２変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図。 露光パワーと表面電位との関係を示す図。 図２５に示す露光パワーでの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第２変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第３変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図。 露光パワーと表面電位との関係を示す図。 図２９に示す露光パワーでの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第３変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第４変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図。 第４変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 第５変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図。 第５変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図。 他の実施形態におけるパッチ画像の形成順序を示す図。

符号の説明

１…制御ユニット（制御手段）、 ２…像担持体ユニット、 ３…露光ユニット、 １１…メインコントローラ（制御手段）、 １２…エンジンコントローラ（制御手段）、 ２１…感光体、 ２２…帯電ローラ（帯電手段）、 ２３…現像部（現像手段）、 ２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋ…現像器、 ４１…中間転写ベルト（転写媒体）、 １２１…帯電バイアス発生部、 １２３…ＣＰＵ（制御部）、 １２５…現像バイアス発生部、 １２７…ＲＡＭ（記憶手段）、 Ｅ…エンジン部、 ＰＩ1…（第１）パッチ画像、 ＰＩ2…（第２）パッチ画像、 ＰＳ…パッチセンサ（濃度検出手段）

Claims (16)

1. 感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、
   前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスまたは前記現像手段に与える現像バイアスを濃度調整因子として制御することでトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記濃度調整因子を変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する最適値算出処理を実行し、しかも、
   装置の電源投入後に行う１回目の前記最適値算出処理では、広レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記最適値算出処理では、前記広レンジより狭い狭レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 装置の電源投入後に行う２回目以降の前記最適値算出処理では、直前の最適値算出処理で求められた最適値を含む前記狭レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、
   前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスまたは前記現像手段に与える現像バイアスを濃度調整因子として制御することでトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記濃度調整因子を変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する最適値算出処理を実行し、しかも、
   装置の電源投入後に行う１回目の前記最適値算出処理では、予め定められた既定値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記最適値算出処理では、直前の最適値算出処理で求められた最適値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記現像バイアスを濃度調整因子として前記最適値算出処理を行った後に、前記現像手段に与える現像バイアスを最適値に設定して、前記帯電バイアスを濃度調整因子として前記最適値算出処理を実行することによって前記現像バイアスおよび前記帯電バイアス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. 前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において形成されるパッチ画像全体に対するドットの面積率が、前記帯電バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において形成されるパッチ画像全体に対するドットの面積率よりも高い請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において形成されるパッチ画像は、該パッチ画像全体に対するドットの面積率が約８０％以上である画像である請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記帯電バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において形成されるパッチ画像は、ハーフトーン画像である請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、現像バイアスの変化にかかわらず帯電バイアスをほぼ一定に固定している請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、前記露光手段による前記感光体の表面電位の減衰特性に基づき、現像バイアスの変化に応じて帯電バイアスを変化させる請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、現像バイアスの増大に伴って帯電バイアスが増大するように帯電バイアスを設定する請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、現像バイアスの変化に伴い帯電バイアスを線形で変化させる請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理において前記複数のパッチ画像を形成するにあたって、現像バイアスの変化に伴い帯電バイアスを非線形で変化させる請求項１０に記載の画像形成装置。
13. 前記制御手段は、
    現像バイアスを所定の現像バイアス可変帯域内で変更可能で、しかも、その現像バイアス可変帯域内において現像バイアスを変化させるレンジを広レンジおよび狭レンジの２段階に設定可能となっており、しかも、装置の電源投入後最初に行う前記現像バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理として、
    広レンジの範囲内で現像バイアスを第１間隔で段階的に変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な現像バイアスを暫定的に求め、
    さらに、この暫定バイアスを含む狭レンジの範囲内で現像バイアスを前記第１間隔よりも狭い第２間隔で段階的に変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定する
    請求項１ないし１２のいずれかに記載の画像形成装置。
14. 前記制御手段は、
    帯電バイアスを所定の帯電バイアス可変帯域内で変更可能となっており、しかも、前記帯電バイアスを濃度調整因子とする前記最適値算出処理として、
    前記帯電バイアス可変帯域の約１／２以下のレンジ範囲内で帯電バイアスを段階的に変化させながら、複数のパッチ画像を順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを決定する
    請求項１ないし１３のいずれかに記載の画像形成装置。
15. 帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法において、
    前記帯電バイアスまたは前記現像バイアスを濃度調整因子として、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のトナー像をパッチ画像として順次形成する第１工程と、
    各パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する第２工程と
    を備え、
    装置の電源投入後に行う１回目の前記第１工程では、広レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記第１工程では、前記広レンジより狭い狭レンジの範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する
    ことを特徴とする画像形成方法。
16. 帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法において、
    前記帯電バイアスまたは前記現像バイアスを濃度調整因子として、前記濃度調整因子を変化させながら、複数のトナー像をパッチ画像として順次形成する第１工程と、
    各パッチ画像の濃度を検出し、それらの画像濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な前記濃度調整因子の最適値を決定する第２工程と
    を備え、
    装置の電源投入後に行う１回目の前記第１工程では、予め定められた既定値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する一方、２回目以降の前記第１工程では、直前に求めた最適値を含む範囲内で前記濃度調整因子を変更設定しながら前記パッチ画像を形成する
    ことを特徴とする画像形成方法。

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