JP2005352366A - 現像濃度制御方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成時に必要とされる画像形成条件の制御に要する時間の短縮化により画像形成処理が中断されてしまうダウンタイムを短くすることができるとともに現像剤の濃度検知精度を安定させることが可能な現像濃度制御方法を提供する。
【解決手段】 像担持体上において階調毎に形成される複数の濃度検知用トナーパターンＰに生じている検知無効領域に相当するエッジ部の長さ領域ｂ，ｃに現像バイアス切り換えに要する時間に相当する長さを含めることにより像担持体の進行方向での濃度検知用トナーパターンＰ同士の間隔を短くして濃度検知用トナーパターンの検知に要する時間を短縮することを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、現像濃度制御方法および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、現像濃度制御の際に用いられる濃度検知用トナーパターンの形成方法に関する。

電子写真方式を用いた複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置では、常に安定した画像濃度が得られるようにするために、感光体等の像担持体上に濃度検知用トナーパターン（以下、トナーパッチともいう）を作成し、そのパターン濃度を光学的検知手段により検知し、その検知結果に基づいて現像ポテンシャルを変更（具体的には、ＬＤパワー、帯電バイアス、現像バイアスの変更）して画像濃度に影響する現像濃度を制御するようになっている。

また、２成分現像方式の場合には、現像器内のトナー濃度制御目標値を変更することにより最大目標付着量（目標ＩＤを得るための付着量）が狙いの値となるような画像濃度制御を行っている。

このような濃度検知用トナーパターンの検出手段としては、発光素子（発光手段）としてＬＥＤを、受光素子（受光手段）としてＰＤ（フォトダイオード）又はＰＴｒ（フォトトランジスタ）を組み合わせた反射型光センサが一般的に知られている。

従来、反射型光センサの構成としては、濃度検知用トナーパターンからの正反射光のみを検出対象とする構成（例えば、特許文献１）、濃度検知用トナーパターンからの拡散反射光のみを検出対象とする構成（例えば、特許文献２）、両方の反射光を検知対象とする構成（例えば、特許文献３）が知られている。

正反射光を検出して得られる正反射光出力とは、検知対象面で鏡面反射する光（入射角と反射角とが等しい）のことであり、検知対象面がつるつる（＝鏡面光沢度が高い）の場合、照射された光が検知対象面で僅かに拡散されるのみで、殆どが正反射光として鏡面反射される。

一方、正反射光出力が得られる検知対象面の状態（鏡面光沢度が高い状態）とは異なり、トナーなどの粉体が付着している場合には、入射光がトナー内で拡散されるために正反射光が減少し、逆に拡散反射光、換言すれば、正反射にならない反射光の量が増加する。このような拡散反射光はカラートナーを検知対象とした場合に顕著であり、黒トナーの場合には、照射された光が殆ど吸収されるためさほど増加することはない。

従来、黒色だけでなく複数色のトナーを用いてカラー画像を得るような場合には、黒色および黒色以外の色のトナーを対象として正反射光、拡散反射光をそれぞれ組み合わせて潜像担持体である感光体あるいは転写ベルト上でのトナーの付着量を検出することが行われている（例えば、特許文献４）。

一方、正反射光出力と拡散反射光出力とを組み合わせて黒および黒以外の色のトナーを用いたカラー画像を対象とした各色のトナーの付着量を検出する方法としては、例えば、正反射光出力および拡散反射光出力がそれぞれ得られる受光センサの出力において、正反射光出力から拡散反射光出力を差し引くことで正反射光出力として得られる出力の中で純粋な正反射光成分に対応する出力を割り出す方法が提案されている（例えば、特許文献４）。

特開２００１−３２４８４０号公報（段落「００３５」欄） 特開平５−２４９７８７号公報（段落「００１９」欄） 特開２００１−１９４８４３号公報（段落「０００４」欄） 特開平１０−３１９６６９号公報（段落「００１８」欄）

濃度検知用トナーパターンの濃度を検知し、検知結果に応じて現像バイアス制御や現像剤の補充など必要な現像剤特性を維持するための処理が実行され、この処理は、通常、画像形成装置での画像形成シーケンス処理に含まれるプロセスコントロール処理において実行される。

プロセスコントロールは、電源投入時や所定枚数の画像形成毎あるいは所定タイミング毎などのように、画像形成処理に直接作用する時期に相当しない時点で実行されるが、画像形成時、いわゆるプリントジョブ中に上述した開始条件が成立した場合に実行されると画像形成処理ができなくなり、その間、ユーザは待機状態におかれることになる。

従って、プロセスコントロールがプリントジョブ中に行われると、画像形成モードへの立ち上がりが遅いことやダウンタイムが長いことさらにはダウンタイムが頻繁に発生することなどの弊害が発生し、プリントランタイムの長大化を招き、ユーザに対して使い勝手が悪い印象を与える。

プロセスコントロールは、画像品質低下を防止するために重要な処理であり、これを省くことは現状ではできないために、上述した弊害の発生を抑制することが望まれる。

一方、プロセスコントロールの際に実行される現像剤の付着量検知に際しては、光学的に検知される濃度検知用パターンが用いられるが、濃度検知に要する時間は濃度検知用パターンの数に比例して長大化する。しかも、長大化を招く要因としては、濃度検知用トナーパターンのサイズやパターン間の間隔の設定そして光学検知素子からのスポット径がある。つまり、濃度検知用トナーパターンの数は形成される画像の色数などにより増加することから、光学検知素子からの検知光スポットが隣接するトナーパターン同士にオーバーラップしないように各トナーパターンの配置間隔を設定することが誤検知防止の上で重要となる。このため、トナーパターン同士の配置間隔を大きくすると、各トナーパターン検知に要する時間が多くなり、結果として検知時間の長大化を招く。

一方、現像装置において実行される現像バイアス制御は、パターンの階調性に応じて現像バイアスを切り換えることが行われる。このため、現像バイアス切り換えに際して所定のバイアス値が得られるまでのタイムラグが発生する。つまり、電源の特性にもよるが、現像バイアスの立ち上がりあるいは立ち下がりの際に所定の時間が必要となる。例えば、現像バイアスの立ち上がり・立ち下がり時間が５０ｍｓであるとすると、シーケンス制御プログラムの処理に必要な時間が３０ｍｓ程度となることを考慮した場合、これら各所要時間を付加した時間（８０ｍｓ）が隣接するトナーパターンを形成開始するまでの間隔に相当することになる。このため、現像バイアス切り換えに要する時間によっては、トナーパターンの濃度検知に必要な時間が長大化する傾向となる場合がある。

ところで、現像装置によりトナー像とされた画像は、一般に縁端部（エッジ部）において濃度が高くなるエッジ効果を生じる場合がある。このことは濃度検知用トナーパターンにおいても生じる。
エッジ効果は帯電・露光・現像のバラツキが主な要因となって発生する。このエッジ部はパターン本来の濃度と異なる部分であり、この部分を除く範囲で安定したパターン濃度を検知することができる。

図６はエッジ効果を生じた画像の検知状態を示す図であり、同図においてエッジ部に相当する符号ｂ、ｃで示す部分の領域がエッジ効果を生じる部分（例えば、２±１ｍｍ）に相当して濃度が高くなっているので、この部分を除外して符号ａで示す領域を対象として検知することになる。

従って、検知対象となるトナーパターンは検知対象から除外する部分であるエッジ部を含む長さであるので、本来検知対象とする領域ａよりもトナーパターンの進行方向長さ（Ｌ）が長くなる。これにより、検知に必要とされない部分を含む領域を検知するために要する時間はエッジ部を除く部分を検知対象とする場合に比べて長くなり、これが検知時間の長大化の原因となる。

本発明の目的は、上記従来の現像濃度制御方法における問題に鑑み、画像形成時に必要とされる画像形成条件の制御に要する時間の短縮化により画像形成処理が中断されてしまうダウンタイムを短くすることができるとともに現像剤の濃度検知精度を安定させることが可能な現像濃度制御方法および画像形成装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、像担持体上に濃度検出用のトナーパターンを形成し、このトナーパターン濃度を濃度検知手段によって検出し、その検出結果に基づいて画像形成条件の一つである現像バイアスが制御される現像濃度制御方法において、前記トナーパターンを形成するために用いられる現像バイアスは、濃度検出用の階調パターンに対応させて切り換えられて複数形成するのに用いられ、複数形成されるトナーパターン同士は、前記像坦持体の進行方向の間隔が前記現像バイアスの切り換えに要する時間よりも短い時間に相当する間隔に設定されて形成されることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像濃度制御方法において、前記トナーパターンは、前記像担持体の進行方向において検知に使用されない領域の長さと隣接するトナーパターンとの間の間隔とを合わせた長さが、前記像担持体の進行速度と前記現像バイアスの切り換えに要する所定時間から決まる長さに対して、少なくともそれと同等以上となる長さに設定されて形成されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の現像濃度制御方法において、濃度検知手段には反射型光センサが用いられ、該反射型光センサは、少なくとも１つの拡散反射光出力の得られるセンサであり、像坦持体の進行方向におけるトナーパターン同士の間隔が、拡散反射光受光センサのスポット径よりも長く設定されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、前記濃度検知手段として用いられる拡散反射光センサは、スポット径が、そのセンサを構成するレンズと遮光部材によって小さく絞れる構成が用いられることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、前記像坦持体の進行方向と垂直方向のトナーパターン長を短く（エッジ効果＋スポット径以上、できるだけ小さく）することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、像坦持体の進行方向のトナーパターン長を短くすることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、前記濃度検知手段には反射型光センサが用いられ、パターンのエッジ検出は正反射光センサで行ない、トナー濃度検知は拡散光センサで行うことを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のうちの一つに記載の現像濃度制御方法を画像形成装置に用いることを特徴としている。

請求項１および２記載の発明によれば、複数形成されるトナーパターン同士の間隔を現像バイアスの切り換えに要する時間より短い時間に相当する間隔に設定し、請求項２記載の発明においては、トナーパターンの検知に使用されない領域の長さと隣接するトナーパターンとの間の間隔が現像バイアス切り換えに要する時間に相当する間隔に対して少なくとも同等以上となるように設定されることにより、通常のトナーパターン同士の形成間隔以下で複数のトナーパターンが形成されることになり、結果として、複数のトナーパターンを検知するのに要する時間を短縮することができる。これにより、画像形成条件制御、いわゆるプロセスコントロールに要する時間を短くすることが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、像担持体の進行方向におけるトナーパターン同士の間隔が拡散反射光センサのスポット径よりも長く設定されていることにより隣接するトナーパターン同士に光スポットがオーバーラップするような事態を防ぐことができ、誤検知を防止することが可能となる。

請求項４および５記載の発明によれば、トナーパターンのサイズを小さくしてトナーパターンの形成に用いられるトナーの消費用の低減およびクリーニングに際しての負荷軽減が可能となる。特に請求項４記載の発明においては光スポット径を小さく絞ることができる構成という簡単な構成により、また請求項５記載の発明においてはトナーパターンのサイズを決める要因の一つである像担持体の進行方向と垂直な方向での長さを短くするだけの簡単な構成によりそれぞれ上述した効果を得ることが可能となる。

請求項６記載の発明によれば、像担持体の進行方向におけるトナーパターンの長さを短くすることによりトナーパターンに生じるエッジ効果の領域のサイズを小さくすることができ、検知に要する時間および上記プロセスコントロールに要する時間を短くすることが可能となる。

請求項７記載の発明によれば、トナーパターンのエッジ検出には正反射光が、そしてトナー濃度検知には拡散反射光がそれぞれ用いられるので、エッジ部の検知に拡散反射光を用いた場合の検知の困難性を解消できる。これにより、エッジ部とこれ以外の領域、つまり生起のトナー濃度検知領域との区別のためにエッジ検出用のパターンを敢えても受ける必要がなくなることによりトナーパターン検知のために要する時間短縮が可能となる。

請求項８記載の発明によれば、トナーパターンの検知に要する時間を短縮することによりプロセスコントロールに要する時間の短縮を図ることが可能となる。

以下、図示実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明実施例による現像濃度制御方法が適用される画像形成装置の構成を示す図である。同図に示す画像形成装置２０は、異なる色毎の画像情報に対応したレーザ光による書き込みが可能なカラーレーザプリンタであるが、本発明はこれに限らず、複写機、印刷機およびファクシミリ装置なども画像形成装置として含む。

図１に示す画像形成装置２０は、色分解毎の画像を転写体として用いられる転写ベルトに吸着した紙などの記録シート重畳転写することによりカラー画像が潜像担持体から直接記録シートに形成される方式が用いられている。
図１において、画像形成装置２０は、次に挙げる各装置を備えている。

原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１ＢＫと、各作像装置２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１ＢＫおよび転写装置２２とが対向する転写領域に記録シートを供給するシート供給手段としての手差しトレイ２３と、給紙装置２４に装備されている第１給紙カセット２４Ａおよび第２給紙カセット２４Ｂと、該手差しトレイ２３あるいは給紙カセット２４、２４から搬送されてきた記録シートを作像装置２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１ＢＫによる作像タイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１とが備えられている。

定着装置１は、詳細を説明しないが、画像と対向する側に加熱されたベルトが配置されているベルト定着方式を採用した構成とされている。このため、定着装置１には、ベルトを加熱するための熱源およびベルトに対向してシートを挟持搬送しながら定着領域であるニップ部を構成する定着ローラおよび加圧ローラが装備され、ベルトは定着ローラと熱源との間に掛け回されて上記ニップ部を通過する構成とされている。

転写装置２２は、転写体として複数のローラに掛け回されているベルト（以下、これを転写ベルトという）２２Ａが用いられたベルト装置に相当しており、詳細は図２において説明するが、各作像装置における感光体ドラムと対向する位置には転写バイアスを印加する転写バイアス手段２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｙ、２２ＢＫがそれぞれ配置され、さらに転写ベルト２２Ａの移動方向（図１中、矢印Ａで示す方向）において第１色目を転写される側には、第１色目の転写に先立ち記録シートを転写ベルト２２Ａに吸着させるための吸着用バイアスを印加する吸着用バイアス手段３１が転写ベルト２２Ａに当接可能に配置されている。

画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ^２相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとの何れをも記録シートとして用いることが可能である。

図２は、転写装置２２の構成を概略的に示す模式図であり、同図において転写ベルト２２Ａは、体積抵抗率が１０^９〜１０^１１Ωｃｍである高抵抗の無端状単層ベルトで構成されており、その材質はＰＤＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が用いられている。なお、転写ベルト２２に用いられる材質としては、上述したポリフッ化ビニリデンに限らず、高い光沢度が得られる材質を選ぶことが可能である。例えば、カーボンブラックを分散させたポリイミド（ＰＩ）も選択できる。
ポリイミドは、高い耐久性に特徴があり、この材質中にブラックカーボンを分散させると環境依存性が少なく、経時抵抗安定性が良好な、いわゆる電子導電系の抵抗特性が得られる。この場合の体積抵抗率はおおよそ、１０^８〜１０^９Ω・ｃｍである。
ポリイミドにカーボンブラックを分散させた場合には、転写ベルト２２が黒色になるものの、前述したポリフッ化ビニリデンよりも光学度は高く、いわゆる、鏡面反射しやすい状態が得られ、この反射特性を利用することで光センサの検知精度に悪影響を及ぼさないようにできる。また、耐久性が高いことが摩耗しにくいことに繋がり、経時での光沢度低下が少ないという利点もあることがポリイミドを用いる際の理由としてあげられる。なお、光センサを用いた場合の転写ベルト２２の材質には、カーボンを含まない透明な材質を転写ベルト２２に用いることも可能であり、この場合にはベルトの裏側に反射部材としての金属板を位置させて裏側の金属板からの反射光を光センサにより検知することになる。

転写ベルト２２Ａは、各作像部に位置する感光体ドラム２５Ｍ、２５Ｙ、２５Ｃ、２５Ｋに接触対向する各転写位置を通過できるように支持ローラ３２〜３７に掛け回されている。

支持ローラのうちで、各感光体と対向する転写ベルト２２Ａの展張面側で記録シートの移動方向上流側の入り口ローラ３７と対向する位置には、電源３８からの所定電圧が印加された吸着用バイアス手段３１としてのローラ転写ベルト２２Ａの外周面に配置されている。
支持ローラのうち、符号３３で示すローラは、転写ベルト２２Ａを摩擦駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動源に接続されて図示矢印方向に回転することができる。

転写ベルト２２Ａを挟んで各感光体と対向するベルト内側の位置には、転写ベルト２２Ａのり面に接触するように転写バイアス印加部材３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋが設けられている。これらバイアス印加部材は、スポンジなどを外周に有するバイアスローラであり、各転写バイアス電源４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋからローラ芯金に転写バイアスが印加されるようになっている。印加された転写バイアスの作用により、転写ベルト２２Ａに転写電荷が付与され、各転写位置において該転写ベルト２２Ａと感光体ドラム表面との間に所定強度の転写電界が形成される。また上記転写が行なわれる領域での記録シートと感光体との接触を適切に保ち、最良の転写ニップを得るために、バックアップローラ４１が設けてある。

転写バイアス印加部材３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ４１は、回転可能に揺動ブラケット４２に一体的に保持され、回動軸４２Ａを中心として回動が可能である。この回動は、カム４３が矢印の方向に回動することで時計方向に回動する。

入り口のローラ３７とローラからなる吸着用バイアス手段３１は、入り口ローラブラケット４４により支持されており、ローラ軸３６Ａを回動中心として、図２の状態から時計方向に回動可能である。
揺動ブラケット４２に設けた穴４２Ｂと、入り口ローラブラケット４４に固植されたピン４４Ａとが係合しており、揺動ブラケット４２の回動と連動して回動する。これらのブラケット４２，４４の時計方向の回動により、バイアス印加部材３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ４１とは感光体２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃから離され、入り口ローラ３７と吸着用バイアス手段３１も下方に移動する。ブラックのみの画像形成時に、感光体２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃと転写ベルト２２Ａとの接触を避けることが可能となっている。

一方、転写ベルト２２Ａにおける展張面で記録シートの移動方向下流側に位置する転写バイアス部材３９Ｋとこれに隣接するバックアップローラ４１は、出口ローラ３２の回転軸を支点として回動可能な出口ブラケット４５に支持されており、転写装置２２を画像形成装置本体に着脱する際には図示されないハンドルの操作により時計方向に回動することができ、黒色画像形成用の感光体２５Ｋから転写バイアス部材３９Ｋおよびバックアップローラ４１を離間させることができるようになっている。

図１において、駆動ローラ３３に捲装されている転写ベルト２２Ａの外側には、転写ベルト２２Ａに接触可能なブラシローラとクリーニングブレードとを備えたクリーニング装置４６が設けられており、転写ベルト２２Ａに付着しているトナーなどの異物を除去できるようになっている。
転写ベルト２２Ａの移動方向で駆動ローラ３３より下流に、転写ベルト２２Ａの外周面を押し込む方向にローラ３４が設けられ、駆動ローラ３３への転写ベルト２２Ａの巻きつけ角を確保している。ローラ３４より更に下流の転写ベルト２２Ａのループ内に位置するローラ３５は、押圧部材（ばね）４７による押圧力を転写ベルト２２Ａに付与してテンションを与えるテンションローラとして機能するようになっている。
図１に示す画像形成装置２０は、転写装置２２が斜めに延在させてあるので、水平方向での転写装置２２の占有スペースを小さくすることができる。

上記構成を備えた画像形成装置２０では、次の行程および条件に基づき画像形成が行われる。なお、以下の説明では、各作像装置を代表して符号２１Ｍで示したマゼンタトナーを用いて画像形成が行われる作像装置を対象として説明するが、他の作像装置も同様であることを前置きしておく。
画像形成時、感光体ドラム２５Ｍは、図示されないメインモータにより回転駆動され、帯電装置２７Ｍに印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が所定電位（例えば略−５０Ｖ）の基準電位に設定される。
次に感光体ドラム２５Ｍは、帯電装置２７ＭにＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアスを印加されることによりほぼＤＣ成分に等しい電位に均一に帯電される。

感光体ドラム２５Ｍは、一様帯電されると書き込み行程が実行される。書き込み対象となる画像は、図示しないコントローラ部からのデジタル画像情報に応じて書き込み装置２９を用いて静電潜像形成のために書き込まれる。つまり、書き込み装置２９では、デジタル画像情報に対応して各色毎で２値化されたレーザダイオード用発光信号に基づき発光するレーザ光源からのレーザ光がシリンダレンズ（図示されず）、ポリゴンモータ２９Ａ、ｆθレンズ（図示されず）、第１〜第３ミラー、およびＷＴＬレンズを介して、各色毎の画像を担持する感光体ドラム、この場合には、便宜上、感光体ドラム２５Ｍ上に照射され、照射された部分の感光体ドラム表面での表面電位が所定電位（例えば略−５０Ｖ）となり、画像情報に対応した静電潜像が作像される。

感光体ドラム２５Ｍ上に形成された静電潜像は、現像装置２６Ｍにより色分解色と補色関係にある色のトナーを用いて可視像処理されるが、現像行程では、現像スリーブにＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアス（−３００〜−５００Ｖ）が印加されることにより、書き込み光の照射により電位が低下した画像部分にのみトナー（Ｑ／Ｍ：−２０〜−３０μＣ／ｇ）が現像され、トナー像が形成される。

現像行程により可視像処理された各色のトナー画像は、レジストローラ３０によりレジストタイミングを設定されて繰り出される記録シートに転写されることになるが、記録シートは、転写ベルト２２Ａに達する前にローラで構成されたシート吸着用バイアス手段３１による吸着用バイアスの印加によって転写ベルト２２Ａに静電吸着されるようになっている。
転写ベルト２２Ａに静電吸着されて転写ベルト２２Ａと共に搬送移動する記録シートは、各作像装置での感光体ドラムに対向する位置で転写装置２２に装備されている転写バイアス部材３９Ｙ、３９Ｍ、３９Ｃ、３９Ｋによるトナーと逆極性のバイアス印加によって感光体ドラムからトナー像を静電転写される。

各色の転写工程を経た記録シートは、出口ローラ３２の曲率を利用した曲率分離され、定着装置１（図１参照）に向けて搬送され、定着ベルトと加圧ローラとにより構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が転写紙に定着され、その後、片面プリントの場合には、胴内排紙トレイ２０Ａ（図１参照）に向けた第１の排紙方向Ｂ、または、外部排紙トレイに向けた第２の排紙方向Ｃのいずれかの方向に排出切り換え爪４８によって切り換えられることで排出される。
第１の排紙方向Ｂが選択されると、記録シートは画像面が下を向くフェースダウンの状態でスタックされ、第２の排紙方向Ｃが選択されると、図示しないが、外侮に装備されている後処理装置（ソータや綴じ装置など）に向けてあるいはスイッチバックを経て両面への画像形成のための再循環路のいずれかに搬送される。

なお、本実施例におけるカラーレーザプリンタでは、上記のような画像形成モードとは別に、電源投入時、またはある所定枚数通紙後に各色の画像濃度を適正化するためにプロセスコントロール動作（以下、プロコン動作と略す）が実行される。
このプロコン動作では、各色のトナーを対象とした階調パターンを構成された標準被検知物に相当する濃度検知用トナーパターン（以下、Ｐパターンと略す）を、帯電バイアス、現像バイアスを適当なタイミングで順次切り換えることにより転写ベルト上に作像し、これらＰパターンの出力電圧を、転写ベルト２２Ａの駆動ローラの一つの近傍、図１および２では、各感光体が並置されている位置を転写ベルト２２Ａが通過した位置の外部に配置された濃度検知センサ（以下Ｐセンサと略す）５０により検知し、説明は省くが、その出力値を付着量変換アルゴリズム（粉体付着量変換方法）により付着量変換して、現在の現像能力を表す（現像γ、Ｖｋ）の算出し、この算出値に基づき、現像バイアス値及びトナー濃度制御目標値の変更をする制御を行っている。なお、濃度検知センサ、いわゆる、Ｐセンサ５０は、上述した転写ベルト２２Ａを対象とした位置に限らず、各感光体を対象とする位置に設けることも可能である。

Ｐセンサ５０は、本実施例による現像濃度制御方法を実行するために用いられる部材であり、図３に示すように、素子ホルダ５０Ａに内蔵されたＬＥＤ５１と、正反射受光素子５２と、拡散反射受光素子５３とを備え、検知対象面５４に形成されたトナーパターンが用いられるＰパターン５５に対して照射された光の反射成分をそれぞれの受光素子により検出するようになっている。なお、受光素子としては、フォトトランジスタやフォトダイオードが用いられる。

本実施例では、Ｐセンサ５０による検知対象となるＰパターン５５が次に挙げる方式により形成される。
本実施例におけるＰパターン５５は、図６において説明したように、濃度検知に寄与しないエッジ効果が生じている端縁が検知の無効領域であるので、感光体の進行方向における無効領域を現像バイアス切り換え時間に相当する領域に重ね合わせることでＰパターン５５同士の間隔を狭くすることができ、これにより、Ｐパターン５５の検知に要する時間を短縮することができる。
つまり、感光体の移動方向におけるＰパターン５５の長さ方向で隣接するＰパターン５５同士の間隔を隣接するＰパターン間で設定される現像バイアスの切り換え時間と感光体の移動速度とで得られる長さ分をオーバーラップさせることによりトナーパッチ同士を近接させることができる。

図４は、この状態を説明するための図Ａ相当のタイミングチャートであり、同図（Ａ）は、図Ａに示した現像バイアスと感光体上での表面電位との関係を示し、同図（Ｂ）が本実施例における現像バイアスと感光体上での表面電位との関係を示している。
現像バイアスは、長さＬのＰパターンを形成する間、符号Ｖｂ１で示す現像バイアスを維持され、次のＰパターンを形成する際にそのＰパターンの濃度に対応した現像バイアスＶｂ２に切り換えられる。
現像バイアスをＶｂ１からＶｂ２に切り換えるために必要な時間はｔ１である。現像バイアスの切り換え時間ｔ１を短縮させることは各Ｐパターン同士の検知に要する時間を短縮する上で有効ではあるが、実際には、現像バイアスを切り換えるための電源を交換するなどの手順が必要となり容易には行えない。このため、上述したトナーパッチ同士の間隔Ｄは現像バイアスの切り換えに要する時間ｔ１に相当する距離よりも長い間隔Ｄに設定されている。

これに対して本実施例では、図４（Ｂ）に示すように、トナーパッチにおける濃度検知に寄与しない領域であるエッジ効果が生じている領域（符号ａ，ｂで示す領域）を利用してこの領域内にＰパターン５５同士の間隔の一部をオーバーラップさせることで、間隔Ｄ’＜ｔ１となるようにし、ｂ＋ｃ＋Ｄ’を現像バイアスの切り換えに要する時間ｔ１と同等とする。つまり、図５に示すように、Ｐパターン５５の数が１０個である場合、プロセス速度が１５０ｍｍ／ｃｍであるとすると、図６に示したエッジ効果による無効領域ｂ（＝ｃ＝３ｍｍ）の長さは、２０ｍｓｅｃ相当となる。このため、従来は間隔Ｄの長さＬが８０ｍｓｅｃに相当していたのに対して、図４（Ｂ）に示すように、無効領域ｂ，ｃの両方に１５ｍｍｓｅｃずつ振り分けることによりＰパターン５５同士の間隔Ｄ’＝８０−（２×３０）＝５０ｍｓｅｃとすることができる。これにより、図５に示すように、Ｐパターン５５の数が１０個である場合には、３０×（１０−１）＝２７０ｍｓｅｃの時間短縮が可能となる。

このような時間短縮を実現するには、一定の現像バイアスを印加する時間ｔ２’をｔ２‘＜ｔ２とすることなど現像バイアスの印加時間について工夫が必要であるが、例えば、無効領域ａより長くするなどの方法で対処できる。
以上のようにＰパターン５５同士の間隔を縮小することで、Ｐパターン５５の読取に要する時間を削減することが可能となる。

本実施例では、上述したようなＰパターン５５同士の間隔を狭くした場合、隣接するＰパターン５５同士の一部が拡散光センサからの光スポット内にオーバーラップすることが原因する誤検知を防止できるようになっている、以下この構成について説明する。
本実施例では、隣接するＰパターン５５光スポットがオーバーラップするのを防止するために、Ｐパターン５５同士の間隔Ｄ’を光スポット径φよりも大きく設定している。これにより、Ｐパターン５５同士の間隔Ｄ’が光スポット径φよりも小さい場合に発生するＰパターン５５同士の境界が検知しにくくなることを防止でき、境界付近に形成されるエッジ効果による検知無効領域ｂ，ｃを割り出す精度を高めることができる。

つまり、Ｐパターン５５同士の間隔Ｄ’が光スポット径φよりも小さいと、隣接するＰパターン５５を共に検知することになり、明確な境界が割り出せなくなるので、少なくとも、間隔Ｄ’＞φの関係を成立させてＰパターン５５が形成されていないＰパターン５５間の領域（地肌部）をサンプリングできるようにする。

本実施例においては、Ｐパターン５５同士の間隔を狭くする方式として、トナーパッチ５５に照射される光スポット径を絞り込んで小さくすることが行われる。以下これについて説明する。
図３（Ａ）において、Ｐセンサ５０に設けてある発光素子としてのＬＥＤ５１と正反射受光素子５２とは、検知対象面５４に対する法線Ｚの方向に沿って互いに配置位置がずらされて設けてある。これにより、ＬＥＤ５１と正反射受光素子５２とは検知対象面５４に沿った方向で近接させても互いに接触することがなく、しかも、法線Ｚを境にした入射角θ０と反射角θ１とのなす角度がきわめて小さい角度、本実施例では、従来の構成では困難とされていた２５°以下、好ましくは２０°以下に設定するようになっている。

また、ＬＥＤ５１と正反射受光素子５２とは法線Ｚの方向に沿って互いの配置位置を近接させることには限界があり、これにより入射角θ０と反射角θ１とでなす角度を上述した２５°以下に設定することが困難となることがある。
本実施例では、図３（Ｂ）に示すように、法線Ｚの方向に沿って互いに位置をずらさない場合などのように、検知対象面５４に沿ってＬＥＤ５１と正反射受光センサ５２との配置位置を近接させることが困難な場合には、入射光路および反射光路のうちの少なくともいずれかの光路に光の進行方向を変化させる進行方向偏光手段５５，５５’を設ける。これによりＬＥＤ５１からの光が正反射受光センサ５２に至る光路の入射角θ０と反射角θ１とのなす角度を上述した２５°以下に設定することができる。この構成に関しては、本出願人の先願である特願２００３−１０２７４５号および特願２００３−１０２７６６号の願書に添付した明細書において詳細が説明されている。

このようなスポット径を小さく絞ることによりスポット径に対応したサイズのＰパターン５５を形成することができるので、Ｐパターン５５のサイズ縮小化によりＰパターン５５を検知するに要する時間を短くすることができる。

一方、光スポット径を小さくする構成としては、センサに対する光路内に集光可能なレンズを配置して光スポットを絞る構成とすることも可能である。本実施例の場合、拡散光スポット径を従来の４〜５ｍｍに対して２〜３ｍｍに縮小できる光学レンズを備えさせている。

このような構成によりＰパターン５５のサイズを小さくできることでＰパターン同士の間隔も短くでき、そしてＰパターン５５の長さも短くすることができるので、制御部側でのサンプリング周期やサンプリング間隔の変更に比べて簡単な構成により検知に要する時間短縮が可能となる。つまり、Ｐパターンの移動方向における長さＬは、少なくともＬ＝Ｔｓ×Ｖｓ×（Ｎ−１）＋φ＋ｂ＋ｃ以上の長さが必要となる（但し、Ｔｓ；サンプリング周期、Ｖｓ＝プロセス速度）。
サンプリング周期やサンプリング間隔は、本体側での処理内容、つまり、画像形成に係る各装置の特性との絡みもあり、変更することは容易ではない。また、サンプリング数を減らすと、検知精度が下がってしまう。そこで、スポット径φの小さいセンサを使用することにより、その分パターンの縮小が可能となる。

本実施例に関して本発明者が実験したところ、従来のスポット径５ｍｍのセンサを用いていた場合に比べて、スポット径３ｍｍのセンサにすると２ｍｍの縮小が実現できた。

ところで、像坦持体の進行方向と垂直の方向のパターンサイズは、プロセスコントロールの時間短縮には直接的には寄与しない。しかし、パターンの進行方向の長さだけでなく、パターンサイズ全体を小さくすることは、トナーの消費量を減らすとともに、作成したＰパターンを除去するクリーニングの負荷を軽減させることになり、重要な項目である。進行方向と垂直方向のパターン長として必要なのは、エッジ効果、帯電・露光・現像のばらつき、像坦持体の搬送による位置ずれなどである。よって、センサのスポット径を小さいセンサを用いることで、像坦持体の進行方向と垂直方向のパターンサイズを縮小させることができ、パターンのサイズ全体を縮小させることが可能となる。
スポット径が３ｍｍのセンサを使用した場合、両端のエッジ効果を３ｍｍと、位置ずれ等のメカ的な余裕度１ｍｍを見込んで算出するとＷ＝１０ｍｍとなり、従来のスポット径５ｍｍのセンサを用いていた場合のＷ＝１２ｍｍに比べると２ｍｍの縮小が実現できる。

現像バイアスを切り換えることにより複数のトナー階調パターンを作成する場合には現像バイアスを上げるのは容易であるが、現像バイアスを下げるのは下がるのを待つしかないため、現像バイアスを低い方から高い方へ、すなわち、トナー濃度の薄い方から濃い方へ作像する方法が容易である。
しかし、濃度が薄いＰパターンは、時には検知できない場合もあるため、第一に検知するＰパターンとしてはあまり適していない。
そこで、トナー濃度のサンプリングを開始するトリガとなるのは、ソフト上の所定の起点が相当する場合、またはトナー検知開始を知る為のエッジ検出用パターンを作成する場合もある。後者の場合、トナー濃度検出用のパターンの他に、エッジ検出用のパターンが必要となり、トナー濃度検知に要する時間がその分延びることになる。

本実施例ではこのような現状を踏まえ、トナーのエッジ検出には正反射光センサの出力値を用い、トナー濃度検知は拡散光センサで行う方式によって解決できることを見出した。
これにより、正反射光センサはトナーの有／無のみによって判断できるので、薄いＰパターンを検知する場合には拡散光でエッジ検出をするよりは精度高いエッジ検出ができる。

本実施例は以上のような構成により、Ｐパターンを複数形の階調により形成し、各トナーパッチの濃度を検知する際には、各Ｐパターン５５に生じているエッジ部が相当する検知に無効な領域内に現像バイアス切り換えに要する時間に相当する長さを含めることでＰパターン同士の間隔を短くして、換言すれば、Ｐパターン同士の間隔を狭くして接近させることでＰパターンの検知に要する時間を短縮することができる。
しかも、隣接するＰパターンの検知に用いられる光スポットの径に対して上述したＰパターン同士の間隔を大きくし、さらには、光スポットを絞ることで小さくすることにより、隣接するＰパターン同士に光スポットがオーバーラップするような事態を避けて一つのＰパターンを対象とした濃度検知を正確に行うことが可能となる。

本発明実施例による光センサを用いた画像形成装置としてのカラーレーザプリンタの概要正面図である。 図１に示した画像形成装置に用いられる転写装置の構成を説明するための図である。 本実施例による光センサの構成として用いられる、正反射光と拡散反射光を同時に検出するタイプの光学的検知手段の構成図であり、（Ａ）は検知対象面の法線に沿って配置位置がずらされている場合を、（Ｂ）は検知対象面の法線を境にしてセンサ同士を近接させることができない場合をそれぞれ示している。 本実施例による現像濃度制御方法に用いられる濃度検知用パターン（トナーパッチ）の形成条件を説明するための現像バイアスと感光体上の表面電位との関係を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は従来例を、（Ｂ）は本実施例をそれぞれ示している。 図４に示したタイミングチャートで説明した形成条件により形成された濃度検知用パターン（トナーパッチ）の形成状態を示す図である。 現像濃度制御方法に用いられる濃度検知用トナーパターン（トナーパッチ）の形成条件に関する従来例を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

２０ 画像形成装置
５０ 光センサ
５１ ＬＥＤ
５２ 正反射受光素子
５３ 拡散反射受光素子
５４ 検知対象面
５５ 濃度検知用トナーパターンであるＰパターン
Ｌ Ｐパターン長
Ｄ’ Ｐパターン同士の間隔

Claims (8)

1. 像担持体上に濃度検出用のトナーパターンを形成し、このトナーパターン濃度を濃度検知手段によって検出し、その検出結果に基づいて画像形成条件の一つである現像バイアスが制御される現像濃度制御方法において、
   前記トナーパターンを形成するために用いられる現像バイアスは、濃度検出用の階調パターンに対応させて切り換えられて複数形成するのに用いられ、
   複数形成されるトナーパターン同士は、前記像坦持体の進行方向の間隔が前記現像バイアスの切り換えに要する時間よりも短い時間に相当する間隔に設定されて形成されることを特徴とする現像濃度制御方法。
2. 請求項１記載の現像濃度制御方法において、
   前記トナーパターンは、前記像担持体の進行方向において検知に使用されない領域の長さと隣接するトナーパターンとの間の間隔とを合わせた長さが、前記像担持体の進行速度と前記現像バイアスの切り換えに要する所定時間から決まる長さに対して、少なくともそれと同等以上となる長さに設定されて形成されていることを特徴とする現像濃度制御方法。
3. 請求項１記載の現像濃度制御方法において、
   濃度検知手段には反射型光センサが用いられ、該反射型光センサは、少なくとも１つの拡散反射光出力の得られるセンサであり、像坦持体の進行方向におけるトナーパターン同士の間隔が、拡散反射光受光センサのスポット径よりも長く設定されていることを特徴とする現像濃度制御方法。
4. 請求項１乃至３のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、
   前記濃度検知手段として用いられる拡散反射光センサは、スポット径が、そのセンサを構成するレンズと遮光部材によって小さく絞れる構成が用いられることを特徴とする現像濃度制御方法。
5. 請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、
   前記像坦持体の進行方向と垂直方向のトナーパターン長を短く（エッジ効果＋スポット径以上、できるだけ小さく）することを特徴とする現像濃度制御方法。
6. 請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、
   像坦持体の進行方向のトナーパターン長を短くすることを特徴とする現像濃度制御方法。
7. 請求項１乃至６のうちの一つに記載の現像濃度制御方法において、
   前記濃度検知手段には反射型光センサが用いられ、パターンのエッジ検出は正反射光センサで行ない、トナー濃度検知は拡散光センサで行なうことを特徴とする現像濃度制御方法。
8. 請求項１乃至７のうちの一つに記載の現像濃度制御方法を用いることを特徴とする画像形成装置。

Images