JP2007298793A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プロセス速度を変更しても改めて濃度制御をする必要のない画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】 ラインヘッド２３１を有する露光ユニット２３により露光して潜像を形成する複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置１により、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、最適現像条件での現像バイアスを現像剤担持体３３に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーＥを像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、像担持体上に形成した潜像を中間転写体上に画像形成する画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来、カラー画像形成装置では、使用環境の変化や長期間の使用による変化等で、各色の濃度やハーフトーンの階調特性が変動してしまうと、出力画像の色調が変わってしまうため、何らかの画像濃度制御手段が設けられていることが多い。画像濃度制御では画像濃度制御シーケンスを電源投入後や、スリープ(余熱)状態解除後、一定枚数出力後などに実行し、常に安定した出力画像が得られるように設計されている（特許文献１、２）。

しかしながら、一般にカラー画像形成装置では、厚紙に良好に定着させるための低速定着モードや、高解像度モード等の機能を備えたものがあり、通常のプロセススピードのモード(通常モード)において、画像濃度制御シーケンスによりあらかじめ装置や、その周囲の環境に応じた最適な画像形成条件が決められていても、低速モード等では最適な画像形成条件とならないため、画像の品質が変化してしまうという問題があった。

また、低速モードにおいても形成画像を安定させるため、低速モード用に通常モード同様の濃度制御シーケンスを追加して行うことも可能であるが、制御の回数が増す上に、プロセススピードが遅い分制御に時間がかかり、ユーザーの印字待ち時間の大幅な増大につながるため好ましくないという問題がある。

そこで、低速モードでも時間をかけずに適正画質の画像を得るために、通常速度の定着を行う場合の第１のプロセススピードで測定用画像を形成し、その濃度を測定した後、測定結果に基づいて画像形成条件を決定記憶し、低速で定着を行う場合の第２のプロセススピードにおける画像形成条件を、記憶しておいた第１のプロセススピードにおける画像形成条件を演算して決定する画像形成装置がある（特許文献３）。
特開２００３−２７０８７４号公報 特開２００３−２９５５３２号公報 特開２０００−２３１２２８号公報

しかしながら、従来の技術では、低速モード用の像形成条件を濃度制御で得られた通常モードの像形成条件から、環境、耐久レベル、低速モードの種類(厚紙用、ＯＨＴ用、グロス紙用)などに応じた補正テーブル、または補正式を用いて算出し求める必要があり、そのための記憶手段や算出手段が必要となり、また算出時間も必要となる。

本発明は上記課題を解決し、プロセス速度を変更しても改めて濃度制御をする必要のない画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するものであって、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電させる帯電部と、帯電した前記像担持体の表面をラインヘッドにより露光して潜像を形成する露光ユニットと、現像剤を担持する現像剤担持体とを備え、前記像担持体上に形成した潜像を前記現像剤担持体に印加された現像バイアスにより現像し、複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置において、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、前記最適現像条件での現像バイアスを前記現像剤担持体に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを前記像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行する制御装置を備えたことを特徴とする。

また、前記制御装置は、前記高濃度用パッチ画像を適用して前記現像バイアスを最適現像条件に調整する際、露光エネルギーを像担持体電位の飽和領域内の最小値に設定することを特徴とする
さらに、本発明は上記課題を解決する方法であって、帯電部により帯電した像担持体の表面をラインヘッドを有する露光ユニットにより露光して潜像を形成し、像担持体上に形成した潜像を現像剤を担持した現像剤担持体に印加された現像バイアスにより現像する複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置の画像形成方法において、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、前記最適現像条件での現像バイアスを前記現像剤担持体に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを前記像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行することを特徴とする。

また、前記高濃度用パッチ画像を適用して前記現像バイアスを最適現像条件に調整する際、露光エネルギーを像担持体電位の飽和領域内の最小値に設定することを特徴とする

本発明によれば、帯電部により帯電した像担持体の表面をラインヘッドを有する露光ユニットにより露光して潜像を形成し、像担持体上に形成した潜像を現像剤を担持した現像剤担持体に印加された現像バイアスにより現像する複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置の画像形成方法において、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、前記最適現像条件での現像バイアスを前記現像剤担持体に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを前記像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行するので、プロセス速度を変更しても改めて画像濃度制御を実行する必要がない。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の画像形成装置の縦断側面図である。図１において、本実施例の画像形成装置１は、ハウジング本体２と、ハウジング本体２の前面に開閉自在に装着された第１の開閉部材３と、ハウジング本体２の上面に開閉自在に装着された第２の開閉部材（排紙トレイを兼用している）４とを有している。さらに、第１の開閉部材３には、ハウジング本体２の前面に開閉自在に装着された開閉蓋３ａを備え、開閉蓋３ａは第１の開閉部材３と連動して、または独立して開閉可能にされている。

ハウジング本体２内には、電源回路基板及び制御回路基板を内蔵する電装品ボックス５、画像形成ユニット６、送風ファン７、転写ベルトユニット９、給紙ユニット１０が配設され、第１の開閉部材３内には、二次転写ユニット１１、定着ユニット１２、記録媒体搬送手段１３が配設されている。画像形成ユニット６及び給紙ユニット１０内の消耗品は、本体に対して着脱可能な構成であり、その場合には、転写ベルトユニット９を含めて取り外して修理又は交換を行うことが可能な構成になっている。

ハウジング本体２の前面下部の両側には、回動軸３ｂを介して第１の開閉部材３がハウジング本体２に開閉自在に装着されている。本実施例においては、装置の前面のみからのアクセスで各ユニットの着脱を可能としており、装置を室内にコンパクトに設置することができるようにしている。転写ベルトユニット９は、ハウジング本体２の下方に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ１４と、駆動ローラ１４の斜め上方に配設される従動ローラ１５と、この２本のローラ１４、１５間に張架されて図示矢印方向へ循環駆動される中間転写ベルト１６と、中間転写ベルト１６の表面に離当接されるクリーニング手段１７とを備えている。

従動ローラ１５及び中間転写ベルト１６が駆動ローラ１４に対して図で左側に傾斜する方向に配設されている。これにより、中間転写ベルト１６駆動時のベルト搬送方向が下向きになるベルト面１６ａが下方に位置するようにされている。本実施例においては、前記ベルト面１６ａはベルト駆動時のベルト張り面（駆動ローラ１４により引っ張られる面）である。上記駆動ローラ１４及び従動ローラ１５は、支持フレーム９ａに回転自在に支持され、支持フレーム９ａの下端には回動部９ｂが形成され、この回動部９ｂはハウジング本体２に設けられた回動軸（回動支点）２ｂに嵌合され、これにより、支持フレーム９ａはハウジング本体２に対して回動自在に装着されている。

また、支持フレーム９ａの上端にはロックレバー９ｃが回動自在に設けられ、ロックレバー９ｃはハウジング本体２に設けられた係止軸２ｃに係止可能にされている。駆動ローラ１４は、二次転写ユニット１１を構成する二次転写ローラ１９のバックアップローラを兼ねている。また、従動ローラ１５をクリーニング手段１７のバックアップローラとして兼用させている。また、クリーニング手段１７は、搬送方向下向きのベルト面１６ａ側に設けられている。

また、中間転写ベルト１６の搬送方向下向きのベルト面１６ａ裏面には、後述する各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体２０に対向して板バネ電極からなる一次転写部材２１がその弾性力で当接され、一次転写部材２１には転写バイアスが印加されている。転写ベルトユニット９の支持フレーム９ａには、駆動ローラ１４に近接してパッチセンサ１８が設置されている。このパッチセンサ１８は、中間転写ベルト１６上の各色トナー像の位置決めを行うとともに、各色トナー像の濃度を検出し、各色画像の色ずれや画像濃度を補正するためのセンサである。

画像形成ユニット６は、複数（本実施例では４つ）の異なる色の画像を形成する画像形成ステーションＹ（イェロー用）、Ｍ（マゼンタ用）、Ｃ（シアン用）、Ｋ（ブラック用）を備え、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにはそれぞれ、像担持体の一例としての感光体２０と、感光体２０の周囲に配設された、帯電部の一例としての帯電ローラ２２、露光ユニット２３及び現像手段２４を有している。なお、帯電ローラ２２、露光ユニット２３及び現像手段２４は、画像形成ステーションＹのみに図番を付けて、他の画像形成ステーションについては構成が同一のため、図番を省略する。また、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの配置順序は任意である。

そして、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体２０が中間転写ベルト１６の搬送方向下向きのベルト面１６ａに当接されるようにされ、その結果、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋも駆動ローラ１４に対して図で左側に傾斜する方向に配設されることになる。感光体２０は、図示矢印に示すように、中間転写ベルト１６の搬送方向に回転駆動される。帯電ローラ２２は、高電圧発生源に接続された導電性ブラシローラで構成され、ブラシ外周が感光体である感光体２０に対して逆方向で、かつ、２〜３倍の周速度で当接回転して感光体２０の表面を一様に帯電させる。

また、本実施例のように、クリーナレス構成の画像形成装置１にこのような導電性ブラシローラを用いる場合には、非画像形成時にブラシローラへトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加することで、ブラシローラに付着した転写残りトナーを感光体２０に放出させ、一次転写部で中間転写ベルト１６上に転写して、中間転写ベルト１６のクリーニング手段１７で回収する構成とすることができる。このような帯電ローラ２２を用いることで、極めて少ない電流によって感光体２０表面を帯電させることができるので、コロナ帯電方式のように装置内外を多量のオゾンによって汚染することがない。また、感光体２０との当接がソフトであるので、ローラ帯電方式を用いたときに発生する転写残りトナーの帯電ローラ２２への固着も発生し難く、安定した画質と装置の信頼性を確保することができる。

露光ユニット２３は、ＬＥＤを感光体２０の軸方向に列状に配列したＬＥＤアレイを用いたラインヘッド２３１を有する。図２は、本実施形態のラインヘッド２３１を示す説明図である。図２において、ラインヘッド２３１には主走査方向（Ｙ方向）の１ラインに、多数の発光素子Ｅａを配列した発光素子ラインが形成されている。このような発光素子ラインが副走査方向（Ｘ方向）に２３１ａ〜２３１ｄの複数列設けられている。ＬＥＤアレイを用いたラインヘッド２３１は、レーザー走査光学系よりも光路長が短くてコンパクトであり、感光体２０に対して近接配置が可能であり、装置全体を小型化できるという利点を有する。

本実施例においては、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体２０、帯電部２２及び露光ユニット２３を１つの感光体ユニット（像担持体ユニット）２５としてユニット化している。これらのユニットは、転写ベルトユニット９と共に支持フレーム９ａに交換可能にしている。感光体ユニット２５の交換時には、露光ユニット２３を含めて前記部材を交換する構成としている。

次に、現像手段２４の詳細について、画像形成ステーションＫを代表して説明する。本実施例においては、各画像ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋが斜め方向に配設され、かつ、感光体２０が中間転写ベルト１６の搬送方向下向きのベルト面１６ａに当接される関係上、トナー貯留容器２６を斜め下方に傾斜して配置している。そのため、現像手段２４として特別の構成を採用している。すなわち、現像手段２４は、現像剤の一例としてのトナー（図のハッチング部）を貯留する現像剤貯留容器の一例としてのトナー貯留容器２６と、このトナー貯留容器２６内に形成された現像剤貯留部の一例としてのトナー貯留部２７と、トナー貯留部２７内に配設された現像剤撹拌部材の一例としてのトナー撹拌部材２９と、トナー貯留部２７の上部に区画形成された仕切部材３０を有している。

また、仕切部材３０の上方に配設された現像剤供給部材の一例としてのトナー供給ローラ３１と、仕切部材３０に設けられトナー供給ローラ３１に当接されるブレード３２と、トナー供給ローラ３１及び感光体２０に当接するように配設される現像剤担持体の一例としての現像ローラ３３と、現像ローラ３３に当接される規制ブレード３４とが設けられている。感光体２０は中間転写ベルト１６の搬送方向に回転され、現像ローラ３３及びトナー供給ローラ３１は、図示矢印に示すように、感光体２０の回転方向とは逆方向に回転駆動され、一方、撹拌部材２９はトナー供給ローラ３１の回転方向とは逆方向に回転駆動される。

トナー貯留部２７においてトナー撹拌部材２９により撹拌、運び上げられたトナーは、仕切部材３０の上面に沿ってトナー供給ローラ３１に供給され、供給されたトナーはブレード３２と摺擦してトナー供給ローラ３１の表面凹凸部への機械的付着力と摩擦帯電力による付着力によって、現像ローラ３３の表面に供給される。現像ローラ３３に供給されたトナーは規制ブレード３４により所定厚さの層厚に規制され、薄層化したトナー層は、感光体２０へと搬送されて現像ローラ３３と感光体２０が接触して構成するニップ部及びこの近傍で感光体２０の潜像部を現像する。

本実施例においては、感光体２０と対向する側の現像ローラ３３、トナー供給ローラ３１及び現像ローラ３３と規制ブレード３４の当接部がトナー貯留部２７内のトナーに埋没しない構成としている。この構成によって、貯留トナーの減少によって現像ローラ３３に対する規制ブレード３４の当接圧力の変動を防ぐことができると共に、規制ブレード３４によって現像ローラ３３から掻き落とされた余剰トナーがトナー貯留部２７へ落下するので、現像ローラ３３のフィルミングを防ぐことができる。

また、トナー供給ローラ３１と現像ローラ３３の当接位置下方に現像ローラ３３と規制ブレード３４の当接部を位置させ、トナー供給ローラ３１によって現像ローラ３３へ供給されて現像ローラ３３に移行しなかった余剰トナーと、規制ブレード３４によって現像ローラ３３から規制除去された余剰トナーを現像手段下部のトナー貯留部２７へ戻す経路を設けている。トナー貯留部２７へ戻ったトナーはトナー撹拌部材２９によってトナー貯留部２７内のトナーと撹拌され、トナー撹拌部材２９によって再度、トナー供給ローラ３１近傍のトナー導入部へ供給される。

したがって、余剰トナーをトナー供給ローラ３１と現像ローラ３３の摺擦部や現像ローラ３３と規制ブレード３４の当接部に渋滞させずに下部へ落下させてトナー貯留部２７のトナーと撹拌を行うので、現像手段内のトナーの劣化が徐々に進行し、現像手段２４の交換直後に急激な画質変化が発生することを防ぐことができる。また、給紙ユニット１０は、記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット３５と、給紙カセット３５から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ３６とからなる給紙部を備えている。

第１の開閉部材３内には、二次転写部への記録媒体Ｐの給紙タイミングを規定するレジストローラ対３７と、駆動ローラ１４及び中間転写ベルト１６に圧接される二次転写手段としての二次転写ユニット１１と、定着ユニット１２と、記録媒体搬送手段１３と、排紙ローラ対３９と、両面プリント用搬送路４０を備えている。定着ユニット１２は、ハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵して回転自在な加熱ローラ４５と、この加熱ローラ４５を押圧付勢する加圧ローラ４６と、加圧ローラ４６に揺動可能に配設されたベルト張架部材４７と、加圧ローラ４５とベルト張架部材４７間に張架された耐熱ベルト４９を有している。記録媒体に二次転写されたカラー画像は、加熱ローラ４５と耐熱ベルト４９で形成するニップ部で所定の温度で記録媒体に定着される。

本実施例においては、中間転写ベルト１６の斜め上方に形成される空間、換言すれば、中間転写ベルト１６に対して画像形成ユニット６と反対側の空間に定着ユニット１２を配設することが可能になり、電装品ボックス５、画像形成ユニット６及び中間転写ベルト１６への熱伝達を低減することができ、各色の色ずれ補正動作を行う頻度を少なくすることができる。

図３は、本実施形態の画像形成装置１のブロック図である。この画像形成装置１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装置の一例としての制御ユニット１００のメインコントローラ１１０に与えられると、このメインコントローラ１１０からの指令に応じてエンジンコントローラ１２０が帯電部２２、露光ユニット２３、現像ローラ３１等の各エンジン部ＥＧを制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどの記録媒体Ｐに画像信号に対応する画像を形成する。

露光ユニット２３は、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露光パワー制御部１２３が露光ユニット２３を制御し、光を感光体２０上に露光して画像信号に対応する静電潜像を感光体２０上に形成する。

画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１０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光Ｌが感光体２０上に露光されて画像信号に対応する静電潜像が感光体２０上に形成される。

一方、エンジンコントローラ１２０のＣＰＵ１２４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１２５と導通している際には、パッチ作成モジュール１２５から出力されるパッチ画像信号が露光パワー制御部１２３に与えられてパッチ潜像が形成される。

なお、図３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ＣＰＵ１２４で行う演算プログラム、ＣＰＵ１２４における演算結果、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メモリ（記憶部）である。

上記のように構成された画像形成装置では、電源投入時などの適当なタイミングで所定のパッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて画像形成条件を最適化するパッチ処理を行っている。具体的には、エンジンコントローラ１２０のＣＰＵ１２４が予め記憶されたプログラムを実行して、トナー色毎に後述する画像濃度制御フローチャートに示す処理を行っている。

図４は、本実施形態の露光と感光体電位との関係を示す図である。通常、高濃度用パッチ画像を形成する場合と、中間調画像としての低濃度用パッチ画像を形成する場合とで光減衰特性は相互に相違している。すなわち、帯電部２２により均一の表面電位Ｖｄに帯電した感光体２０を部分的に露光すると、その部分の電荷が中和されて感光体２０の表面に静電潜像が形成されるが、ベタ画像のような高濃度用パッチ画像では感光体２０表面の比較的広い範囲が露光されているため、その表面電位プロファイルは井戸型となり、露光の単位面積当たりのエネルギーＥ（以下、単に「露光エネルギー」という）が比較的小さい間では露光エネルギーＥの増大にしたがって露光部分の表面電位、いわゆる明部電位は徐々に低下していく。そして、感光体２０の特性で決まる残留電位程度まで低下すると、露光エネルギーＥを増大させたとしても、露光部分の表面電位はほとんど変化しない。その結果、高濃度用パッチ画像については、図４の曲線Ｃｈに示すような光減衰特性となり、この光減衰特性は露光エネルギーＥが増大するのに伴って感光体２０の表面電位が所定の電位Ｖｒに漸近する飽和領域を有している。

これに対し、細線画像のような低濃度用パッチ画像では露光される領域が狭いため、その表面電位は鋭いディップ状のプロファイルを有することとなる。このため、実際に測定される感光体２０の表面電位の変化は、露光された部分の表面電位（明部電位）の変化と、非露光部分と露光部分とのコントラスト比の変化とにより決定されることとなり、特にこの実施形態では、後者の変化が支配的となっている。その結果、感光体２０の低濃度用パッチ画像については、図４の直線Ｃｌに示すような光減衰特性となる。

なお、本実施形態におけるベタ画像とは、パッチ画像の全面にドットを形成した画像が含まれるのはもちろんのこと、部分的に濃淡が存在する画像であっても画像全体として見た場合に実質的に画像全面にトナーが付着している画像も含まれる。例えば、パッチ画像に相当する静電潜像の各部での表面電位が１０Ｖ以下の範囲に揃っているものが実質的にベタ画像に含まれる。また、パッチ画像全体に対するドットの面積率が約８０％以上である画像も含まれる。

図５は、現像ローラ３３に現像バイアス発生部１２６から現像バイアスとして印加される交番電圧を示す。この現像バイアスは、図５に示すように、直流成分Ｖavgに対して振幅Ｖppなる矩形波電圧が重畳された波形を有する交番電圧である。ここでは、交流成分として振幅Ｖpp（＝｜Ｖbmax−Ｖbmin｜）で、しかも交流成分の一周期Ｔaに対する電位Ｖmax側のピーク電位期間Ｔbの割合、つまりデューティーパーセント（＝（Ｔb／Ｔa）×１００％）が５０％の矩形波状の交流成分を印加している。このような波形の現像バイアスを印加することにより、その振幅Ｖppによりトナーの飛翔量を制御することができる一方、その直流成分Ｖavgにより画像濃度を制御することが可能である。

なお、現像バイアスとしての交番電圧の波形はこれに限定されるものではなく、例えば直流成分に正弦波や三角波を重畳したものであってもよい。また、そのデューティ比が５０％でない波形を用いてもよい。この場合には、その直流成分Ｖavgとしては、加重平均電圧、すなわち、時間とともに振幅の変化する電圧波形の瞬時値をある時間範囲について平均化して直流電圧値に換算した値を用いることができる。

次に、本実施形態の画像濃度制御について説明する。まず、感光体からなる感光体２０上に特定のパターンのトナー像(パッチ)を形成、中間転写ベルト１６上に転写し、そのパッチの濃度をパッチセンサ１８で検出する。試験パッチとしては、幅１０〜２０ｍｍ×長さ１０〜４０ｍｍ程度のパターンを用いる。パッチセンサ１８は主にＬＥＤ等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子からなり、発光素子がパターンに対し赤外光を照射し、その乱反射光を受光素子が検出できるようになっている。受光素子が検出した反射光はトナー濃度と１対１の相関があるため、結果的にパッチセンサ１８でトナー濃度を検出できる。

画像濃度は感光ドラムからなる感光体２０の帯電電位、露光量、現像バイアス等の画像形成条件により制御され、ハーフトーン階調特性は画像データ変換テーブルにより制御されるので、パッチはこのような画像形成条件、画像データ変換テーブルを段階的に変えて複数形成される。これらのパッチの濃度をパッチセンサ１８で検出し、その結果より画像形成条件の最適値を導出する。

次に、図６により本実施形態の画像濃度制御フローについて説明する。同図の左側に示した処理（ステップＳ１１〜Ｓ１８）では高濃度側目標濃度（ＯＤ＝１．３）のトナー像を形成するために必要な現像バイアスを最適現像条件として求める一方、同図の左側に示した処理（ステップＳ２１〜Ｓ２７）では低濃度側目標濃度（ＯＤ＝０．２２）のトナー像を形成するために必要な露光エネルギーを最適露光条件として求めている。

まず、ステップＳ１１で、露光エネルギーＥを感光体電位Ｖが漸近している飽和領域Ｖｒ内にある値に設定する（ステップＳ１１）。露光エネルギーＥはなるべく低い値、特に飽和領域Ｖｒ内のほぼ最小値である約０．３μＪ／ｃｍ²が好ましい。これは、露光エネルギーＥを飽和領域Ｖｒの大きい値（約０．５μＪ／ｃｍ²）に設定した場合、後述する細線制御時に露光エネルギーＥが減少することになり、ベタ画像濃度が低下する恐れがある。そこで、このようにベタ画像の制御時に露光エネルギーＥを飽和領域内の略最小値に設定しておけば、後述する細線制御時には露光エネルギーＥは増加し、ベタ画像濃度が低下する恐れがないからである。

次に、露光エネルギーＥをステップＳ１１で設定した所定値に固定して、現像バイアスの直流成分（以下、「直流現像バイアス」という）Ｖavgを初期値Ｖavg#Aに設定する（ステップＳ１２）。この初期値Ｖavg#Aは図４に示すように高濃度側目標濃度に対応する直流現像バイアスＶavg、つまり最適現像条件よりも残留電位Ｖrに近い値に設定されている。したがって、初期値Ｖavg#Aに設定した状態で高濃度用パッチ画像として例えばベタ画像を形成する（ステップＳ１３）と、高濃度側目標濃度よりも低濃度のパッチ画像が形成される。

そして、ステップＳ１３〜Ｓ１５を繰り返すことで、さらに直流現像バイアスＶavgをバイアスＶavg#B，Ｖavg#Cに変更設定しながら、各バイアス下でパッチ画像を形成する。このＶavg#Cは図４に示すように高濃度側目標濃度に対応する直流現像バイアスＶavg、つまり最適現像条件よりも大きい値に設定されている。すなわち、高濃度側目標濃度に対応する直流現像バイアスＶavgは、直流現像バイアスＶavg#AとＶavg#Cとの間に内挿される。なお、この実施形態では、直流現像バイアスＶavgとして３種類のＶavg#A，Ｖavg#B，Ｖavg#Cをこの順序で変更設定しているが、個数および順序は任意であることはいうまでもない。

こうして３種類の高濃度用パッチ画像が形成されると、各パッチ画像の画像濃度をパッチセンサ１８により検出する（ステップＳ１６）。これによって、各直流現像バイアスＶavg#A，Ｖavg#B，Ｖavg#C下で形成されたパッチ画像の画像濃度がそれぞれ検出され、直流現像バイアスと画像濃度との組み合わせに基づき直流現像バイアスと画像濃度との相関関係を求める（ステップＳ１７）。次に、ステップＳ１８で上記相関関係に基づき高濃度側目標濃度に対応する直流現像バイアスを求め、これを最適現像条件としてメモリ１２７に記憶する。

それに続いて、図６の右側の処理を実行する。すなわち、直流現像バイアスＶavgを先に求めた最適現像条件に設定し（ステップＳ２１）、露光エネルギーＥを漸近領域の範囲内で変更設定しながら各エネルギー条件の下で中間調画像としての低濃度用パッチ画像として例えば互いに離隔配置された複数の１ドットラインからなるライン画像を形成する（ステップＳ２２〜Ｓ２５）。そして、こうして形成した各パッチ画像の画像濃度をパッチセンサ１８により検出し（ステップＳ２６）、その濃度が予め設定された低濃度用目標濃度、この実施形態では濃度ＯＤ＝０．２２にほぼ一致するときの露光エネルギーを求めてその値を最適露光条件としてメモリ１２７に記憶する（ステップＳ２７）。

ここで、図４の細線の時のコントラスト電位であるＶcont#細線は、細線の感光体表面電位がＶavgより図４のグラフ中の上にあり、ベタの時のコントラスト電位であるＶcont#ベタの方向と逆（トナーが飛ばない方向）になっている。しかしながら、その細線の感光体電位は、露光された細線部（画像部、例えば表面電位−５０Ｖ）と露光されていない非画像部（例えば表面電位−５００Ｖ）の平均（１on１０offならば、−５０Ｖが１に対し、−５００Ｖが１０の割合）なので、計測される電位は露光Ｅが０．３〜０．４μＪ／ｃｍ²では−４００〜−３００Ｖ程度になり、Ｖavgより図４のグラフでは上にあるが、実際の現像（トナーの移動）は、画像部の表面電位−５０ＶとＶavgのコントラスト電位でなされる。

次に、画像形成装置のプロセス速度を変更した場合の画像濃度制御について説明する。まず、本実施形態に適用したＬＥＤやＯＰＨのようなラインヘッド２３１による露光と、レーザによる露光との違いについて説明する。ラインヘッド２３１は副走査方向に対して点灯時間、消灯時間を任意に制御できるので、プロセス速度が変更された際にも点灯時間を固定して、消灯時間を変更することで、１ドットに対する露光を同一にできる。例えば、図７に示すように、６００ｄｐｉ（通常速：１８０ｍｍ／ｓ）の１ラインの割り当て時間は２３０μｓ（１ライン＝約４２μｍ／（１８０ｍｍ／ｓ））で、点灯時間が１０μｓとしたとき、消灯時間は２２０μｓとなる。この場合、プロセス速度を低速（９０ｍｍ／ｓ）に変更すると、点灯時間を１０μｓ消灯時間を４５０μｓとすることで、露光エネルギーＥは同一となる。したがって、プロセス速度を１／３速（６０ｍｍ／ｓ，６９０μｓ／ｄｏｔ）にすると、点灯時間１０μｓ、消灯時間６８０μｓとし、２／３速（１２０ｍｍ／ｓ，３４５μｓ／ｄｏｔ）にすると、点灯時間１０μｓ、消灯時間３３５μｓとすることで、露光エネルギーＥは同一となる。

一方、レーザは主走査方向に対しては、点灯位置をＰＷＭ制御等で調整することは可能だが、副走査方向は任意の時間には調整できないので、仮にプロセス速度を１／２速にした場合、書込手段に送出する画像信号を２走査毎に１走査分だけ送出し、他の１走査はレーザ発光を停止する方法、又は、露光パワーを１／２にして露光エネルギーＥを同一にする方法のどちらかを実行する必要がある。

しかしながら、前者の方法では、プロセス速度の変更が整数比に限定され、他のプロセスとの整合をとる上で制約が生じる。例えば、定着は紙種対応で２／３速にしたいが、露光起因では１／２，１／３，１／４速等からしか選択できないので、１／２速を選択することになり、本来の希望する速度より低速となってしまう。

また、後者の方法では、露光パワーを調整した場合、露光エネルギーＥが同一になるようにしても、速度を遅くするほど画像が薄くなり、速度を速くするほど画像濃度が濃くなるため、速度変更前と同じ画像が得られず、速度変更にともなって制御をやり直す必要がある。

図８は、本実施形態のように、ラインヘッド２３１、特にＬＥＤにより露光をする画像形成装置１のプロセス速度を変更した時のハーフトーン階調濃度の違いを示し、図９は、レーザにより露光をする画像形成装置１のプロセス速度を変更した時のハーフトーン階調濃度の違いを示す。

ＬＥＤにより露光をする画像形成装置１では、図８のように、プロセス速度を整数比の速度変更だけでなく、どのように変更しても、ハーフトーン階調濃度は変化しない。すなわち、ＬＥＤ等のラインヘッド２３１により露光をする画像形成装置１では、画像形成装置１のプロセス速度をどのように変更しても、画像濃度制御を改めて実行する必要がない。

一方、レーザにより露光をする画像形成装置１では、図９のように、プロセス速度を基準値２００ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓと１／２速にした場合、露光時間が２倍になるので、図９の「そのまま」で示したグラフのように画像濃度が濃くなる。そこで、露光パワーを１／２にした場合、図９の「露光を１／２」で示したグラフのように画像濃度が薄くなってしまう。このように露光パワーを調整した場合、速度を速くするほど画像濃度が濃くなるため、速度変更前と同じ画像が得られず、速度変更にともなって制御をやり直す必要がある。

また、プロセス速度を１／２速にした場合も走査時間は変更せず、書込手段に送出する画像信号を２走査毎に１走査分だけ露光し、他の１走査は白信号を送ってレーザ発光を停止することで、図９の「間引き」で示したグラフのように露光エネルギーＥをあわせなければならず、この方法では、プロセス速度の変更が整数比に限定され、他のプロセスとの整合をとる上で制約が生じる。

このように、本実施形態では、ＬＥＤ等のラインヘッド２３１により露光をする画像形成装置１において、プロセス速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、最適現像条件での現像バイアスを現像ローラ３３に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを感光体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行するので、プロセス速度を変更しても改めて画像濃度制御を実行する必要がない。。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す図 一実施形態のラインヘッドを示す図 一実施形態のブロック図 一実施形態の感光体の光減衰特性を示す図 一実施形態の現像ローラに印加される電圧を示す図 一実施形態のフローチャートを示す図 ラインヘッドの点灯時間と消灯時間の関係を示す図 ラインヘッドの速度変更時の階調濃度の違いを示す図 レーザの速度変更時の階調濃度の違いを示す図

符号の説明

１…画像形成装置、２…ハウジング本体、２ｂ…回動軸（回動支点）、２ｃ…係止軸、３…第１の開閉部材、３ａ…開閉蓋、３ｂ…回動軸、４…第２の開閉部材、５…電装品ボックス、６…画像形成ユニット、７…送風ファン、９…転写ベルトユニット、９ａ…支持フレーム、９ｂ…回動部、１０…給紙ユニット、１１…二次転写ユニット、１２…定着ユニット、１３…記録媒体搬送手段、１４…駆動ローラ、１５…従動ローラ、１６…中間転写ベルト、１６ａ…ベルト面、１７…クリーニング手段、１８…パッチセンサ、１９…二次転写ローラ、２０…感光体（像担持体）、２１…一次転写部材、２２…帯電ローラ（帯電部）、２３…露光ユニット、２４…現像手段、２５…感光体ユニット（像担持体カートリッジ）、２６…トナー貯留容器（現像剤貯留容器）、２７…トナー貯留部（現像剤貯留部）、２９…トナー撹拌部材（現像剤撹拌部材）、３０…仕切部材、３１…トナー供給ローラ（現像剤供給部材）、３２…ブレード、３３…現像ローラ（現像剤担持体）、３４…規制ブレード、３５…給紙カセット、３６…ピックアップローラ、３７…レジストローラ対、３９…排紙ローラ対、４０…両面プリント用搬送路、４５…加熱ローラ、４６…加圧ローラ、４７…ベルト張架部材、４９…耐熱ベルト、１００…制御ユニット（制御装置）、１１０…メインコントローラ、１１１…ＣＰＵ、１１２…インターフェース、１１３…画像メモリ、１２０…エンジンコントローラ、１２１…帯電バイアス発生部、１２２…画像信号切換部、１２３…露光パワー制御部、１２４…ＣＰＵ、１２５…パッチ作成モジュール、１２６…現像バイアス発生部、１２７…メモリ、２３１，２３１Ｋ，２３１Ｃ，２３１Ｍ，２３１Ｙ…ラインヘッド

Claims (4)

1. 像担持体と、前記像担持体の表面を帯電させる帯電部と、帯電した前記像担持体の表面をラインヘッドにより露光して潜像を形成する露光ユニットと、現像剤を担持する現像剤担持体とを備え、前記像担持体上に形成した潜像を前記現像剤担持体に印加された現像バイアスにより現像し、複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置において、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、前記最適現像条件での現像バイアスを前記現像剤担持体に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行する制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御装置は、前記高濃度用パッチ画像を適用して前記現像バイアスを最適現像条件に調整する際、露光エネルギーを像担持体電位の飽和領域内の最小値に設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 帯電部により帯電した像担持体の表面をラインヘッドを有する露光ユニットにより露光して潜像を形成し、像担持体上に形成した潜像を、現像剤を担持した現像剤担持体に印加された現像バイアスにより現像する複数の速度で画像形成可能なタンデム型画像形成装置の画像形成方法において、速度変更時に画像の解像度を変更すると共に、高濃度用パッチ画像を適用して現像バイアスを最適現像条件に調整した後、前記最適現像条件での現像バイアスを前記現像剤担持体に印加した状態で低濃度用パッチ画像を適用して、露光エネルギーを前記像担持体電位の飽和領域内で最適露光条件に調整し、画像濃度制御を実行することを特徴とする画像形成方法。
4. 前記高濃度用パッチ画像を適用して前記現像バイアスを最適現像条件に調整する際、露光エネルギーを前記像担持体電位の飽和領域内の最小値に設定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成方法。

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