JP2008020535A - 画像形成装置およびトナー濃度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー帯電量の変動によらずトナー濃度制御を精度高く安定的に行なうことができる画像形成装置およびトナー濃度制御方法を提供する。
【解決手段】感光体ドラム５２上に形成された静電潜像を現像器６０によりトナーを含む現像剤を用いて現像して画像を形成すると共に、濃度測定用の基準画像を形成して該基準画像の濃度を光学濃度センサ１２６で測定し、測定した基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて現像器６０に供給するトナー量を制御する濃度制御動作を行なう画像形成装置において、濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像の画像密度を示す値の移動平均値、または濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作中に現像器６０に供給されたトナー量を示す値の移動平均値を算出し、該算出された移動平均値に基づいて、上記目標値および基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、濃度測定用に形成した基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて現像手段に供給するトナー量を制御する画像形成装置およびトナー供給量制御方法に関する。

従来から、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置において、トナーとキャリヤからなる二成分現像剤を用いてトナー像を形成する画像形成装置が知られている。

従来の二成分現像剤を用いた画像形成装置では、常に安定した画質を得るために、現像装置内のトナーとキャリアの重量比（トナー濃度）を調整するトナー濃度制御が行なわれている。このトナー濃度制御では、出力される画像の画像密度を計測し、それに応じた必要トナー量を現像装置に供給する、いわゆるピクセル・カウント方式のトナー濃度制御が広く採用されている。

しかしながら、このピクセル・カウント方式は誤差が大きいため、トナー濃度測定用の基準画像（以下、パッチ）を所定枚数の画像を形成する毎に形成し、そのパッチの測定濃度と基準となる目標値との比較結果に応じて現像装置内のトナー濃度を調整する方式を併用するのが一般的である。

しかしながら、パッチの測定濃度が、該パッチを形成する以前に出力された画像の画像密度の影響等により変動し、その結果、トナー濃度制御の精度が低下する、という問題があった。

例えば、低い画像密度の画像が連続してプリントされると、消費されるトナーが少ないため現像装置内の現像剤の撹拌時間が長くなり、トナー電荷量（トナー帯電量ともいう）が上昇してパッチの濃度が低下する。この状態で、トナー濃度制御を行なうと、必要以上に多くのトナーが供給されトナー濃度が上昇してしまう。

反対に、高い画像密度の画像を連続してプリントすると、トナー消費量が多いため現像装置に供給されたトナーが十分に帯電されないまま消費されてしまい、現像装置内のトナー電荷量は低下してパッチの濃度が上昇する。この状態で、トナー濃度制御を行うとトナー濃度が低下してしまう。

これらの特性は、現像装置の小型化および高速化が進むについて顕著となる。

そこで、出力した画像の画素数や画素数を用いて算出した画像密度の平均値を用いて、パッチ濃度と比較される目標値を補正する画像形成装置が提案されている（特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。
特開２００５−１７６２７号公報 特開２００２−１６９３４６号公報 特開２００５−３９０４号公報

なお、パッチ形成間隔（パッチを形成してから次のパッチを形成するまでの間隔）で出力画像の画素数や画素密度を累積してトナー濃度を補正する場合には、パッチ作成間隔が短すぎると、その期間に出力される画像の枚数が少なくなるため、その出力画像の画素数や画像密度がトナー帯電量にそれほど影響せず、トナー濃度制御の精度が低くなる場合がある、という問題がある。また、連続するパッチ形成間隔で出力画像の画像密度が急激に変化した場合（例えば、あるパッチ形成間隔では画像密度が非常に高く、その次のパッチ形成間隔では画像密度が非常に低い場合など）に、画像密度による目標値の補正を行なうと過補正になる場合があり、トナー濃度制御の精度が低くなることがある、という問題もある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、トナー帯電量の変動によらずトナー濃度制御を精度高く安定的に行なうことができる画像形成装置およびトナー濃度制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナーを含む現像剤を用いて現像して画像を形成する画像形成手段と、前記形成された画像の濃度を計測する濃度計測手段と、前記画像形成手段に濃度測定用の基準画像を形成させ、前記濃度測定手段により測定された前記基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて、前記現像手段に供給するトナー量を制御する濃度制御動作を行なう濃度制御手段と、前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像の画像密度を示す値の移動平均値、または前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作中に前記現像手段に供給されたトナー量を示す値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、前記移動平均値算出手段で算出された移動平均値に基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する補正手段と、を含んで構成されている。

このように、画像密度を示す値の移動平均値またはトナー供給量を示す移動平均値に基づいて基準画像の濃度の目標値、および基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正することにより、出力する画像の画像密度やトナー供給量に応じて変動するトナー帯電量に影響されることなく、安定的に精度高くトナー濃度制御を行なうことができ、高品質な画像を出力することができる。より詳述すると、移動平均値を算出することで過去の履歴を加味して補正できるため、基準画像の形成間隔が短い場合でも良好にトナー濃度を補正できると共に、トナーの帯電量や画像密度、トナー供給量が急激に変化した場合でも、過補正なく制御可能となる。

なお、画像密度を示す値としては、出力画像の画像密度そのものであってもよいし、出力画像の画素数を画像密度を示す値として用いてもよい。また、トナー供給量を示す値としては、トナー供給量そのものであってもよいし、トナー供給時間をトナー供給量を示す値として用いてもよい。

なお、前記移動平均値算出手段は、前記画像形成手段により画像を１枚形成する毎または予め定められた時間間隔毎に前記移動平均値を算出するようにしてもよい。

前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記現像手段に供給されるトナー量が多くなる方向に前記目標値を補正することができる。また、前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記現像手段に供給されるトナー量が少なくなる方向に前記目標値を補正することができる。

また、前記補正手段は、前記画像形成条件として、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を補正することができる。ここでいう、空回しとは、トナーを供給しない状態で現像手段内の現像剤を撹拌することをいう。空回し時間の補正として具体的には、前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を長くすることができる。また、前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を短くすることができる。なお、空回し時間の補正として、空回し時間の有無を制御するようにしてもよい。

前記補正手段は、前記画像形成条件として、前記基準画像を形成するときの前記現像手段に印加する現像バイアスを補正することができる。具体的には、前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記基準画像を形成するときの前記現像手段の現像バイアスの大きさを小さくすることができる。また、前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記基準画像を形成するときの前記現像手段の現像バイアスの大きさを大きくすることができる。

前記移動平均値算出手段は、前記移動平均値を前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像のサイズに応じた係数を用いて算出することができる。

前記補正手段は、前記移動平均値算出手段で算出された移動平均値と前記画像形成手段により所定時間以上の間隔をあけずに連続して形成された画像の枚数とに基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正することができる。

また、本発明のトナー濃度制御方法は、像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナーを含む現像剤を用いて現像して画像を形成する画像形成手段と、前記形成された画像の濃度を計測する濃度計測手段と、前記画像形成手段に濃度測定用の基準画像を形成させ、前記濃度測定手段により測定された前記基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて、前記現像手段に供給するトナー量を制御する濃度制御動作を行なう濃度制御手段と、を備えた画像形成装置で行なわれるトナー濃度制御方法であって、前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像の画像密度を示す値の移動平均値、または前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作中に前記現像手段に供給されたトナー量を示す値の移動平均値を算出する移動平均値算出ステップと、前記移動平均値算出ステップで算出された移動平均値に基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する補正ステップと、を含んで構成されている。

以上説明したように、本発明によれば、トナー帯電量の変動によらずトナー濃度制御を精度高く安定的に行なうことができる、という優れた効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１０の概略構成図である。画像形成装置１０には、エンジン部１２が備えられており、エンジン部１２の下部には、給紙ユニット１４が設けられている。

この給紙ユニット１４は、用紙が積載される用紙トレイ２２と、この用紙トレイ２２から用紙を送り出す給紙ロール２４と、で構成されており、給紙ロール２４により送り出された用紙は、搬送ロール２６、２８を経て給紙路３０を通過し、最終転写ロール７４へ搬送される。

この最終転写ロール７４によってトナー像が用紙に転写され、定着部３２の定着ロール３２Ａで定着された後、切替爪３４の位置選択によって、排出ロール３６又は排出ロール３８により、エンジン部１２の上部に設けられた第１の排出トレイ１６又は第２の排出トレイ１８へ排出される。

ここで、両面印刷の場合、上記のような順序で表面の印刷が終わった後、第１の排出トレイ１６へ用紙が完全に排出される前に、排出ロール３６が逆転し、該用紙が反転路４０へ供給される。そして、搬送ロール４２、４４、４６、４８を経て再び給紙路３０に戻され、用紙の裏面側が印刷される。また、手差し印刷の場合、手差しトレイ２０へ用紙を載置することで、用紙は手差しロール４９から搬送ロール４８を経て給紙路３０へ搬送され、印刷される。

定着部３２は、ランプ（例えば、ハロゲンランプ等）の点灯によって定着ロール３２Ａが所定温度に加熱されており、前記トナー像は、この加熱された定着ロール３２Ａによる加熱及び加圧によって用紙にトナー像が定着されるようになっている。

ところで、画像形成装置１０の図１の右側には、各色毎の現像剤（トナーと磁性キャリアからなる）が充填された４個のトナーカートリッジ６４が配設されている。このトナーカートリッジ６４は、それぞれ現像剤供給路６５によって、図１の上から順に配列された後述する現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃ（以下、総称する場合は、単に「６０」とする）と接続されており、トナーカートリッジ６４中の現像剤が現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃへ供給される。

トナーカートリッジ６４の近傍には、露光ユニット６２が配置されており、露光ユニット６２からは、画像信号に応じた４本のレーザ光Ｌ（Ｙ）、Ｌ（Ｍ）、Ｌ（Ｋ）、Ｌ（Ｃ）が、露光ユニット６２の図１の左側に配置された感光体ユニット５０を構成する感光体ドラム５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｋ、５２Ｃ（以下、総称する場合は、単に「５２」とする）へ向けて発せられ、感光体ドラム５２に潜像を形成するようになっている。

感光体ドラム５２は、図１の上からイエロー（５２Ｙ）、マゼンダ（５２Ｍ）、ブラック（５２Ｋ）、シアン（５２Ｃ）用となっている。

露光ユニット６２は、Ｙ、Ｍ、Ｋ、Ｃの各色のレーザ光Ｌ（Ｙ）、Ｌ（Ｍ）、Ｌ（Ｋ）、Ｌ（Ｃ）（以下総称する場合は、レーザ光Ｌという）を出力する光源部と、レーザ光Ｌに対して変調及び走査を行なう変調処理部と、露光面上の走査速度を補正するｆθレンズや走査方向にレンズパワーを持つ面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ等により構成された光学系と、を含んで構成されている。

露光ユニット６２では、光源部から射出された各色のレーザ光Ｌが変調処理部に入射され、各色毎の画像情報に応じてそれぞれ変調されて、ポリゴンモータ６３により回転しているポリゴンミラー６７により走査（主走査）される。ポリゴンミラー６７により走査された各色のレーザ光Ｌは、ミラー群６９により各色に対応する感光体ドラム５２の配設方向に反射されて各感光体ドラム５２上に結像される。

感光体ユニット５０には、各感光体ドラム５２に対応して、帯電ロール５６及びリフレッシュロール５４が備えられており（図１では感光体ユニット５０Ｙに対応するもののみに符号を記載）、それぞれ感光体ドラム５２に接触回転するように設けられている。帯電ロール５６では、感光体ドラム５２を一様に帯電させ、現像装置５８の各色毎の現像器６０に備えられたマグネットロール８０から飛翔するトナーを感光体ドラム５２の表面に付着させる。一方、リフレッシュロール５４では感光体ドラム５２を放電させ、感光体ドラム５２の表面に付着した残留トナーを取り除き、感光体ドラム５２の表面にトナーが残留することで生じるゴースト等を防止する。

現像装置５８の各現像器６０には、マグネットロール８０の他に、現像剤を撹拌搬送する一対の撹拌搬送オーガー８２、８４が配設されている。撹拌搬送オーガー８２、８４は、互いに相反する方向に回転する撹拌部材を兼用したスクリュー部材で構成されており、トナーカートリッジ６４から供給されるトナーを搬送すると共に、互いに逆方向に現像剤を搬送循環させて、トナーとキャリアとを十分に撹拌混合する。これにより、トナーとキャリアは摩擦帯電がなされて均一に混合され、二成分現像剤としてマグネットロール８０に供給される。

一方、感光体ユニット５０のプロセス方向下流側には、中間転写ユニット６６が配置されており、３つのドラム状の中間転写体６８、７０、７２が備えられている。２つの第１中間転写体６８、７０は、縦方向に上下に並べられており、上部の第１中間転写体６８が、感光体ドラム５２のうち上部に配置された２つの感光体ドラム５２Ｙ、５２Ｍに接触回転し、下部の第１中間転写体７０が、下部に配置された２つの感光体ドラム５２Ｋ、５２Ｃに接触回転するようになっている。また、第２中間転写ドラム７２は、第１中間転写体６８、７０の双方に接触回転するようになっており、この第２中間転写ドラム７２に、前述した最終転写ロール７４が接触回転する。

したがって、感光体ドラム５２Ｙ、５２Ｍから各トナー像が第１中間転写体６８に転写され、感光体ドラム５２Ｋ、５２Ｃから各トナー像が第１中間転写体７０にそれぞれ転写される。この第１中間転写体６８、７０に転写された各２色のトナー像が、第２中間転写ドラム７２に転写されて４色となり、この４色のトナー像が最終転写ロール７４により最終的に用紙に転写されることになる。

これらの中間転写体６８、７０、７２の近傍には、それぞれクリーニングロール７６及びクリーニングブラシ７８が配置されており、中間転写体６８、７０、７２の表面の残留トナーが掻き落とされる。

図２は、画像形成装置１０の制御系の構成を示すブロック図である。

制御部１００は、画像形成装置１０全体の動作の制御を行なう。制御部１００は、感光体モータ１０２、帯電バイアス電源ユニット（以下帯電バイアス電源）１０４、ポリゴンモータ６３（図２では不図示）、露光駆動部１０６、現像バイアス電源ユニット（以下現像バイアス電源）１０８、現像モータ１１０、カートリッジモータ１１２、中間転写モータ１１４、中間転写バイアス電源ユニット（中間転写バイアス電源）１１６、最終転写モータ１１８、最終転写バイアス電源ユニット（最終転写バイアス電源）１２０、定着駆動部１２２、用紙搬送系モータ１２４、及び光学濃度センサ１２６に接続され、これらの動作を制御する。

感光体モータ１０２は、ＹＭＣＫ各色毎の感光体ドラム５２に対応して設けられており、感光体モータ１０２が駆動されると、その回転力が感光体ドラム５２に伝達されて感光体ドラム５２が回転する。

帯電バイアス電源１０４は、ＹＭＣＫ各色毎の帯電ロール５６に対応して設けられており、帯電ロール５６へ帯電バイアスを印加する。帯電ロール５６へ帯電バイアスが印加されると、感光体ドラム５２が帯電される。

露光駆動部１０６は、露光装置２６のＹＭＣＫ各色毎の光源部を点灯駆動させる。露光駆動部１０６は、制御部１００から点灯信号が入力されると、入力された点灯信号に基づいて光源部をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

現像バイアス電源１０８は、ＹＭＣＫ各色毎に設けられ、各々対応する色の現像器６０に現像バイアスを印加する。この現像バイアス電源１０８から現像器６０へ現像バイアスが印加されると、現像器６０内のトナーが静電的に感光体ドラム５２の潜像部分に付着して潜像部分が現像される。

現像モータ１１０は、ＹＭＣＫ各色毎の現像器６０に対応して設けられている。この現像モータ１１０は、現像器６０のマグネットロール８０、撹拌搬送オーガー８２、８４を回転駆動する。

カートリッジモータ１１２は、トナーカートリッジ６４を駆動して、現像器６０にトナーを供給する。

中間転写モータ１１４は、中間転写体６８、７０、７２の各々に対応して設けられ、この中間転写モータ１１４の回転によって、第１中間転写体６８、７０が感光体ドラム５２の周面に押圧・接触して回転すると共に、第２中間転写ドラム７２は第１中間転写体６８および第１中間転写体７０の周面に押圧・接触して回転する。

中間転写バイアス電源１１６は、中間転写体６８、７０、７２の各々に対応して設けられ、各々対応する中間転写体６８、７０、７２へ転写バイアスを印加する。

最終転写モータ１１８は、最終転写ロール７４に接続され、最終転写ロール７４を回転させ、最終転写バイアス電源１２０は、最終転写ロール７４に転写バイアスを印加する。

定着駆動部１２２は、定着ロール３２Ａを加熱するための加熱源としてヒューザランプの点灯制御を実行する。

用紙搬送系モータ１２４は、記録用紙を搬送するための用紙搬送系に接続されている。用紙搬送系搬送モータ１２４が駆動されると、その回転力が用紙搬送系の各ロール（例えば給紙ロール２４、搬送ロール４２、４４、４６、４８等）に伝達し、回転する。

さらに、制御部１００には、トナー濃度制御を行うための光学濃度センサ１２６が接続されている。この光学濃度センサ１２６は、その検出面が最終転写ドラム７４の周面に対向して配設されている。この光学濃度センサ１２６は、反射型であり、最終転写ロール７４に対して光を照射し、その反射光を検出することで、濃度値に応じた電気信号を出力する構成となっている。

トナー濃度制御とは、現像装置５８におけるトナーの供給量が適正か否かを判断してトナー濃度（現像剤のトナーとキャリアの重量比）を調整する制御をいう。その工程としては、まず、出力画像を所定枚数印刷印刷する毎に、用紙を搬送しない状態で、トナー濃度検出用のパッチ画像を形成し、最終転写ロール７４へ転写する。次に、この最終転写ロール７４上のパッチ画像の濃度を前記光学濃度センサ１２６によって検出する。検出した濃度データを目標値と比較し、トナー濃度が適正な値となるようにトナーの供給時間（すなわち、供給するトナー量）を制御する。

制御部１００は、記憶部１００ａを備え、記憶部１００ａには、トナー濃度制御を行なうためのプログラムが記憶されている。該プログラムを実行することによって、制御部１００は印刷用の画像データの生成やトナー濃度制御を行なう。また、記憶部１００ａには、トナー濃度制御に用いるために演算した画像密度の移動平均値が記憶され、演算される度に毎回更新される。また、トナー濃度制御で用いられる目標値や、該目標値を補正するための補正値を演算するための係数、その他演算に用いられる設定値などが予め記憶されている。

制御部１００は、図示しない外部ホストコンピュータと接続されており、画像データが入力されるようになっている。画像データが入力されると、制御部１００では、例えば、画像データに含まれるプリント指示情報とイメージデータとを解析し、ビットマップデータを生成する。更にこのビットマップデータをＹＭＣＫ各色毎の多値画像データに変換し、この多値画像データをプリント画像データ（二値の画像データ）へ変換する。露光ユニット６２では、このプリント画像データに基づいて二値化されたドットパターン、すなわち黒（オン）／白（オフ）で表されたパターンを感光体ドラム５２に露光して静電潜像を形成し、前述したように現像装置５８で現像してトナー画像を形成する。そして上述したように、中間転写体６８、７０、７２を介して最終的に４色が重畳された画像が用紙に転写される。

次に、制御部１００で行なわれるトナー濃度制御について説明する。

トナー濃度制御では、画像を出力するときに生成したプリント画像データから、画像密度（ここでは、オン画素となっているピクセルをカウントし、そのカウント値を画像密度を示す値として扱う）を計測して、その結果に応じた量のトナーをＹＭＣＫ各色毎に供給するように供給時間を制御する。なお、ピクセルカウント値（画像密度を示す値）は、プリント画像データを生成したときにカウントされ、このカウント値は出力画像のサイズ（用紙サイズ）に関する情報と共に記憶部１００ａに一時的に記憶される。また、トナーの補給は、１枚印刷する毎に（１つの画像が現像される毎に）行なわれる。

しかし、この方法では、現像量が変動すると使用されるトナー量が変動してしまい、供給されるトナー量とのバランスがずれて、現像装置５８中のトナー濃度が変動してしまう。このため、基準画像（以下、パッチ）を作成してその濃度を検出し、検出したパッチの濃度と目標値とを比較し、この比較結果に基づいて現像装置５８に対するトナー供給量を補正している。パッチの作成は、出力画像を所定枚数（例えば、１００枚）印刷する毎に行なわれる。

なお、画像密度の低い画像を連続して出力すると、制御されるトナー電荷量（トナー帯電量ともいう）が上昇し、パッチの濃度が低下してトナー濃度が上昇し、反対に高画像密度の画像を連続して出力すると、トナー電荷量が低下し、パッチの濃度が上昇してトナー濃度が低下してしまう傾向があり、パッチを用いたトナー濃度制御を行なってもトナー濃度にばらつきが生じてしまうことがある。従って、本実施の形態では、出力画像の画像密度の移動平均値に基づいて目標値を補正して、トナー濃度のばらつきを抑えるようにしている。

図３は、制御部１００で行なわれる画像密度の移動平均値を演算する処理の流れを示すフローチャートである。この演算処理は、出力画像を１枚プリントする毎に行なわれる。

まず、ステップ１４０で、プリントした出力画像の画像密度情報及び用紙サイズ情報を記憶部１００ａから読み出す。

ステップ１４２では、画像密度情報が示す画像密度と用紙サイズ情報が示す用紙サイズとに基づいて、画像密度の移動平均値を演算する。

まず、連続して画像を出力するときに用紙サイズに全く変動が無い（例えば、用紙サイズが常にＡ４サイズ）場合には、以下に示す数式（１）により画像密度の移動平均値を演算する。
Ａ＝｛（ａ×（Ｎ−１）＋Ｍ｝／Ｎ ・・・ （１）
ここで、ａは前回演算された移動平均値、Ｎは移動平均のサンプリング数、Ｍは画像密度を示す値（本実施の形態ではピクセルカウント数）である。数式（１）では、前回の移動平均値にサンプリング数Ｎから１をマイナスした値を乗算して最新の出力画像の画像密度Ｍを加算したものをサンプリング数Ｎで除算している。

用紙サイズに変動がある場合には、以下の数式（２）を用いる。
Ａ＝｛（ａ×（Ｎ−１×Ｋ）＋Ｍ｝／Ｎ ・・・ （２）
Ｋは用紙サイズに応じた係数である。本実施の形態では、オン画素となっているピクセルのカウント値を画像密度を示す値として用いているため、用紙サイズの異なる印刷を連続して行なった場合には数式（１）では移動平均値がばらついてしまう。従って、サンプリング数Ｎから用紙サイズに応じた係数だけ減算した数を前回の移動平均値ａに乗算してばらつきを無くしている。例えば、Ａ４サイズを基準サイズとすれば、Ａ４サイズに対応する係数を１、Ａ５サイズに対応する計数を０．５、Ａ３サイズに対応する係数を２とすることができる。

このように算出した画像密度の移動平均値は、記憶部１００ａに記憶される。

なお、サンプリング数Ｎは、現像器６０の大きさ等に応じて適宜好適な値を設定できる。

図４は、制御部１００により行なわれるパッチ形成によるトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。この処理は画像形成装置１０で画像を所定枚数形成する毎に且つＹＭＣＫ各色毎に行なわれる。

パッチ作成タイミングが到来すると、ステップ２００では、制御部１００は、画像形成条件及びトナーパッチ作成条件を設定して、パッチを形成する。例えば、転写バイアス電位や現像バイアス電位、帯電電位などの画像形成条件を所定の値に設定すると共に、カバレッジやサイズなどのトナーパッチ作成条件を所定の値に設定して、最終転写ロール７４上にパッチとしてのトナー像を形成する。光学濃度センサ１２６は、パッチの濃度を測定すると、パッチの濃度に応じた電圧（Ｖo）を出力する。

ステップ２０２では、光学濃度センサ１２６からパッチの濃度測定の結果が入力されたか否かを判断する。測定結果が入力されたと判断したときには、ステップ２０４に移行し、測定結果からトナー濃度を算出する。

具体的には、予めパッチを形成する前に、パッチが転写されていない状態で最終転写ロール７４の表面を光学濃度センサ１２６で検出し、その出力電圧値を基準電圧Ｖrefとして記憶部１００ａに記憶しておく。そして、上記ステップ２０２で入力された電圧Ｖoを基準電圧Ｖrefで除算した値Ｖｏ／Ｖrefをパッチ濃度の代用値として算出する。

ステップ２０６では、予め記憶部１００ａに記憶しておいたパッチ濃度の目標値を読み込む。

ステップ２０８では、該目標値を補正する補正値を演算する。

図５は、目標値を補正する補正値を演算する演算処理サブルーチンの流れを示すサブルーチンである。

ステップ３００では、記憶部１００ａから読み出した画像密度の移動平均値に基づいて補正値を演算する。ここでは、予め設定されている基準の画像密度Ｂより上記読み出した移動平均値Ａが低いか高いかに応じて、目標値の補正方向を異ならせる。Ａ＝Ｂであれば、補正値は０に設定し、Ａ＞Ｂであれば、トナー濃度が高くなるように目標値を小さくする補正値を算出して設定し、Ａ＜Ｂであれば、トナー濃度が低くなるように目標値を大きくする補正値を算出して設定する。また、移動平均値Ａが基準画像密度Ｂから離れるほど補正量が大きくなるようにする。

具体的には、まず、基準画像密度Ｂから移動平均値Ａを減算してその差分（ΔＡ）を算出する。差分ΔＡは、Ａ＞Ｂであれば、マイナスの値をとり、Ａ＜Ｂであれば、プラスの値をとる。このΔＡを用いて、以下数式（３）により補正値を求める。
補正値＝差分ΔＡ×補正係数Ｐ ・・・（３）
なお、補正係数Ｐは予め設定されている。

ステップ３０２では、求めた補正値が予め定められた上限値以上であるか否かを判断する。補正値が上限値未満であれば、ステップ３０４に移行し、求めた補正値が予め定められた下限値以下であるか否かを判断する。補正値が下限値を超えている場合には、ステップ３０６で、演算した補正値を、目標値を補正する補正値としてそのまま設定する。

また、ステップ３０４で、求めた補正値が予め定められた下限値以下であると判断した場合には、ステップ３０８で、目標値を補正する補正値として下限値を設定する。

また、ステップ３０２で、求めた補正値が予め定められた上限値以上であると判断した場合には、ステップ３１０で、目標値を補正する補正値として上限値を設定する。

補正値に上限値および下限値を定めたのは、画像形成装置１０が、目標値を上限値より大きな値で補正しても、また反対に下限値未満の値で補正しても、補正の効果が得られないような特性を有していることがあり、これを考慮したものである。従って、ここでは、予め定められた上限値から下限値までの範囲となるように、補正値を設定している。

図６は、画像密度の移動平均値と補正値との関係を示したグラフの一例である。このグラフでは、横軸は用紙サイズをＡ４サイズに換算して百分率で表したときの画像密度の移動平均値を表し、縦軸は補正値を表している。

この例では、基準の画像密度は７％である。算出された画像密度の移動平均値が７％を下回った場合には、補正値はプラスになり、７％を上回った場合には、補正値はマイナスになる。また、この例では、補正値の下限値は−２００として設定されており、移動平均値が４５％以上になると、補正値としては下限値が適用される。この例では上限値は設定されていない。

なお、補正係数Ｐを、差分ΔＡに応じて異ならせてもよい。図６では、画像密度の移動平均値Ａが基準画像密度Ｂより小さい領域では、グラフの傾きが２段階に変化している。このように差分ΔＡに応じて補正係数Ｐを異ならせることでトナー濃度制御の精度が高くなる場合には、補正係数Ｐを差分ΔＡに応じて複数個設定しておくことが好ましい。

補正値を演算した後は、メインルーチン（図４）のステップ２１０に移行し、下記に示す数式（４）のように目標値に上記求めた補正値を加算して目標値を補正する。
補正後目標値＝目標値＋補正値 ・・・ （４）
ステップ２１２では、パッチ濃度と補正後の目標値との差に基づいて、トナー供給量を調整する。具体的には、パッチ濃度が補正後の目標値より低い場合は、その差に応じて、プリント画像データから画像密度を計測して決定されるトナー供給量よりもトナー供給量を増加させるように補正する補正値を設定する。反対にパッチ濃度が補正後の目標値より高い場合は、その差に応じて、プリント画像データから画像密度を計測して決定されるトナー供給量よりもトナー供給量を減少させるようにトナー供給時間を補正する補正値を設定する。

前述したように、トナーの補給は、１枚印刷する毎に（１つの画像が現像される毎に）行なわれるが、このとき、上記移動平均値に基づいて設定した補正値でトナー供給時間を補正してトナー濃度を調整する。これにより、パッチ形成間隔（パッチを形成してから次のパッチを形成するまでの間隔）が短い場合や、連続するパッチ形成間隔で出力画像の画像密度が急激に変化する場合であっても、トナー濃度を好適な状態に維持できる。

図７は、連続するパッチ形成間隔で出力画像の画像密度が急激に変化する場合に移動平均値を用いて補正するメリットを説明するグラフである。

このグラフでは、縦軸が画像密度を示すピクセルカウント値の平均値を示し、横軸がＰＶ（Process Volume：印刷枚数）を示している。図中、△で示したポイントが、パッチ形成間隔で画像密度を積算し、この間隔のＰＶ（ここでは２０枚）で該積算した画像密度を除算して平均をとったときの単純平均値を示し、×で示したポイントが上記実施の形態で説明したように算出した画像密度の移動平均値を示している。

同図の点線Ｔで示す部分では出力画像の画像密度が急激に変化している。この部分では単純平均値は急激に変化しているが、移動平均値の変化は単純平均値に比べて比較的緩やかである。従って、単純平均値を用いて目標値を補正すると、過補正となって、本来の目的であるトナー帯電性の不安定さを補いきれないことがあるが、移動平均値を用いれば、画像密度が急激に変化した場合でも、過去の履歴が加味されるため過補正とならず、トナー濃度を安定化させることができる。

また、パッチ形成間隔が短い場合は、その期間に出力される画像の枚数が少なくなるため、単純平均値を用いるとかえって過補正となって、トナー濃度制御の精度が低くなる場合があるが、移動平均値を用いれば、上述したように過去の履歴が加味されるため過補正とならず、トナー濃度を安定化させることができる。

なお、上記実施の形態では、移動平均値に基づいてパッチ濃度の目標値を補正する例について説明したが、移動平均値に基づいてパッチの画像形成条件を補正するようにしてもよい。

例えば、パッチの画像形成条件をパッチ濃度が低くなるように補正すれば、上記実施の形態においてトナー濃度が高くなるように目標値を補正する場合と同様の効果が得られ、逆にパッチの画像形成条件をパッチ濃度が高くなるように補正すれば、上記実施の形態においてトナー濃度が低くなるように目標値を補正する場合と同様の効果が得られる。

以下、パッチの画像形成条件を補正する変形例について説明する。

図８は、制御部１００により行なわれるパッチの画像形成条件を補正する場合のトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。この処理は画像形成装置１０で画像を所定枚数形成する毎に且つＹＭＣＫ各色毎に行なわれる。

なお、この場合も、画像密度の移動平均値を算出する処理は、上記実施の形態と同様に出力画像を１枚プリントする毎に行なわれる。

パッチ作成タイミングが到来すると、ステップ４００では、画像形成条件及びトナーパッチ作成条件を設定して、パッチを形成する。このとき、移動平均値に基づいてパッチの画像形成条件を補正する。パッチの画像形成条件を補正する補正値の演算は、図５に示すフローチャートの流れと同様に行なうことができる。なお、ここでは、補正する画像形成条件として、現像バイアス電圧を補正する。

具体的には、まずステップ３００で、記憶部１００ａから読み出した画像密度の移動平均値に基づいて補正値を演算する。ここでは、予め設定されている基準の画像密度Ｂより上記読み出した移動平均値Ａが低いか高いかに応じて、画像形成条件の補正方向を異ならせる。Ａ＝Ｂであれば、補正値は０に設定し、Ａ＞Ｂであれば、パッチ濃度が低くなるように（すなわちトナー濃度が高くなるように）現像バイアスの大きさを小さくする補正値を算出して設定し、Ａ＜Ｂであれば、パッチ濃度が高くなるように（すなわちトナー濃度が低くなるように）現像バイアスの大きさを大きくする補正値を算出して設定する。また、移動平均値Ａが基準画像密度Ｂから離れるほど補正量が大きくなるようにする。

なお、補正値は、予め定められた数式により演算してもよいし、画像密度に応じて予め定められた補正値をテーブルに登録しておき、該補正値をテーブルから読み出すようにしてもよい。

そして、上記実施の形態と同様に、ステップ３０２〜３１０で、補正値が予め定められた上限値から下限値までの範囲となるように補正値を設定する。

ステップ４０２では、前記算出した補正値で画像形成条件を補正して設定し、ステップ４０４で最終転写ロール７４上にパッチを形成する。光学濃度センサ１２６からは、パッチの濃度を測定すると、パッチの濃度に応じた電圧（Ｖo）が出力される。

ステップ４０６では、光学濃度センサ１２６からパッチの濃度測定の結果が入力されたか否かを判断する。測定結果が入力されたと判断したときには、ステップ４０８に移行し、測定結果からトナー濃度を算出する。算出方法は、上記実施の形態と同様であるため説明を省略する。

ステップ４１０では、予め記憶部１００ａに記憶しておいたパッチ濃度の目標値を読み込む。

ステップ４１２では、パッチ濃度と目標値との差に基づいて、トナー供給量を調整する。具体的には、パッチ濃度が目標値より低い場合は、その差に応じて、プリント画像データから画像密度を計測して決定されるトナー供給量よりもトナー供給量を増加させるように補正する補正値を設定する。反対にパッチ濃度が目標値より高い場合は、その差に応じて、プリント画像データから画像密度を計測して決定されるトナー供給量よりもトナー供給量を減少させるようにトナー供給時間を補正する補正値を設定する。

このように、画像密度を示す値の移動平均値を用いてパッチの画像形成条件を補正することによっても、パッチ濃度の目標値を補正する場合と同様の効果が得られる。

なお、上述したように、移動平均値を求める際のサンプリング数Ｎは、現像器６０の大きさ等に応じて適宜好適な値を設定できる。これにより、現像剤量や大きさが異なる現像器６０を用いた場合でも同様のロジックで移動平均値を求めることができ、精度高く補正することができる。なお、カラーの現像器６０Ｙ，６０Ｍ、６０Ｃとブラックの現像器６０Ｋとで大きさの異なる画像形成装置であっても、適用できる。

なお、上記実施の形態および変形例では、画像密度を示す値の移動平均値を算出してパッチ濃度の目標値またはパッチの画像形成条件を補正する例について説明したが、画像密度を示す値の移動平均値に代えてトナー供給量を示す値の移動平均値を算出して補正してもよい。なお、トナー供給時間によってトナー供給量が調整される場合が多いため、トナー供給量を示す値としてトナー供給時間を採用することができる。

具体的には、現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃへのトナーの補給は１枚印刷する毎に（１つの画像が現像される毎に）行なわれるが、このときのトナー供給時間を毎回サンプリングし、所定のサンプリング間隔で移動平均値を求める。この移動平均値に基づいて上記実施の形態と同様に目標値の補正値、またはパッチの画像形成条件の補正値を演算し、目標値またはパッチの画像形成条件を該補正値によって補正することにより、トナー濃度制御を行なう。これによっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。なお、トナー供給量は、画像密度と同様あるいはそれ以上にトナー帯電量と深い相関関係がある。従って、トナー供給量の移動平均値を求め、これに基づいて補正することで、トナー供給量が急激に変化しても過補正なく制御できる。

また、上記実施の形態および変形例では、移動平均値に基づいてパッチ濃度の目標値またはパッチの画像形成条件のいずれか一方を補正する例について説明したが、双方を補正するようにしてもよい。

また、上記実施の形態および変形例では１枚印刷する毎に（１つの画像が現像される毎に）移動平均値を求める例について説明したが、一般的にプロセススピードは一定速度が維持されるため、所定時間毎に移動平均値を求めるようにしてもよい。

また、上記変形例では、パッチの画像形成条件として、現像バイアスを補正する例について説明したが、パッチの形成前に行なう現像装置５８の現像器６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｋ、６０Ｃの空回し時間（トナー補給無しの撹拌搬送オーガー８２、８４による撹拌時間）を補正するようにしてもよい。

空回し時間を長くするほど現像装置５８のトナー帯電量が増加するため、パッチの濃度を低下させることができる。逆に空回し時間を短くするほどトナー帯電量が低下するため、パッチの濃度を上昇させることができる。さらにまた、空回し時間を０にする、すなわち空回しを無しにすることもできる。

従って、予め設定されている基準の画像密度Ｂと上記実施の形態のように算出した画像密度の移動平均値Ａが、Ａ＝Ｂであれば、空回し時間を通常通りの時間に設定し、Ａ＞Ｂであれば、パッチ濃度が低くなるように（すなわちトナー濃度が高くなるように）空回し時間を長く設定し、Ａ＜Ｂであれば、パッチ濃度が高くなるように（すなわちトナー濃度が低くなるように）空回し時間を短く、或いは空回し時間を無しに設定する。また、移動平均値Ａが基準画像密度Ｂから離れるほど空回し時間に対する補正量が大きくなるようにする。このように補正することによっても、上記変形例と同様の効果が得られる。

また、パッチの画像形成条件として、現像バイアスおよび空回し時間の双方を補正するようにしてもよい。

また、画像を形成した後に画像を形成しない時間（画像形成装置１０の停止時間）がある程度続くと、現像装置５８のトナー帯電量が通常の状態に戻るため、上述したように画像密度やトナー供給量に応じて補正すると過補正になってしまうときがある。従って、連続して印刷した枚数をカウントした値（連続ＰＶカウント値）に応じて、パッチ濃度の目標値やパッチの画像形成条件を補正する補正値を補正してもよい。

具体的には、カウンタを設けてプリント枚数を累積的にカウントする。ただし、このカウンタは、画像形成装置１０の電源がオフしたとき、あるいは画像形成装置１０が規定時間以上停止したときにリセットされる（カウント値を０に戻す）ように予め設定しておく。このカウンタのカウント値を連続ＰＶカウント値として用い、上記実施の形態および変形例で算出した補正値を補正する。

パッチ濃度の目標値やパッチの画像形成条件の補正値は、連続ＰＶカウント値に応じて以下の式（５）のように補正する。
補正後の補正値＝移動平均値に基づいて算出した補正値×連続ＰＶカウント値に応じた寄与率 ・・・（５）
図９は、連続ＰＶカウント値に応じた寄与率の一例を百分率で表したグラフである。同図に示すように、連続して印刷した印刷枚数が多くなるほど寄与率が高くなる。

このように補正した補正値を、パッチ濃度の目標値、あるいはパッチの画像形成条件を補正する補正値として用いることにより、トナー帯電量に応じてより精度高くトナー濃度を制御できる。

本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。 制御部で行なわれる画像密度の移動平均値を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 制御部により行なわれるパッチ形成によるトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。 目標値を補正する補正値を演算する演算処理サブルーチンの流れを示すサブルーチンである。 画像密度の移動平均値と補正値との関係を示したグラフの一例である。 連続するパッチ形成間隔で出力画像の画像密度が急激に変化する場合に移動平均値を用いて補正するメリットを説明するグラフである。 制御部により行なわれるパッチの画像形成条件を補正する場合のトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。 連続ＰＶカウント値に応じた寄与率の一例を百分率で表したグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
２６ 露光装置
３２ 定着部
５０ 感光体ユニット
５２ 各感光体ドラム
５６ 帯電ロール
５８ 現像装置
６０ 現像器
６２ 露光ユニット
６４ トナーカートリッジ
６５ 現像剤供給路
６６ 中間転写ユニット
６８、７０ 第１中間転写体
７２ 第２中間転写ドラム
７４ 最終転写ロール
８０ マグネットロール
８２、８４ 撹拌搬送オーガー
１００ 制御部
１００ａ 記憶部
１０２ 感光体モータ
１０４ 帯電バイアス電源
１０６ 露光駆動部
１０８ 現像バイアス電源
１１０ 現像モータ
１１２ カートリッジモータ
１１４ 中間転写モータ
１１６ 中間転写バイアス電源
１１８ 最終転写モータ
１２０ 最終転写バイアス電源
１２２ 定着駆動部
１２４ 用紙搬送系モータ
１２６ 光学濃度センサ

Claims (13)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナーを含む現像剤を用いて現像して画像を形成する画像形成手段と、
   前記形成された画像の濃度を計測する濃度計測手段と、
   前記画像形成手段に濃度測定用の基準画像を形成させ、前記濃度測定手段により測定された前記基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて、前記現像手段に供給するトナー量を制御する濃度制御動作を行なう濃度制御手段と、
   前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像の画像密度を示す値の移動平均値、または前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作中に前記現像手段に供給されたトナー量を示す値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
   前記移動平均値算出手段で算出された移動平均値に基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する補正手段と、
   を含む画像形成装置。
2. 前記移動平均値算出手段は、前記画像形成手段により画像を１枚形成する毎または予め定められた時間間隔毎に前記移動平均値を算出する請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記現像手段に供給されるトナー量が多くなる方向に前記目標値を補正する請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記現像手段に供給されるトナー量が少なくなる方向に前記目標値を補正する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記補正手段は、前記画像形成条件として、前記基準画像を形成するときの前記現像手段に印加する現像バイアスを補正する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の画像形成装置。
6. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記基準画像を形成するときの前記現像手段の現像バイアスの大きさを小さくする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記基準画像を形成するときの前記現像手段の現像バイアスの大きさを大きくする請求項５記載の画像形成装置。
8. 前記補正手段は、前記画像形成条件として、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を補正する請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の画像形成装置。
9. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも高い場合には、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を長くする請求項８記載の画像形成装置。
10. 前記補正手段は、前記算出された移動平均値が基準値よりも低い場合には、前記基準画像の形成前に行なう前記現像手段の空回し時間を短くする請求項８記載の画像形成装置。
11. 前記移動平均値算出手段は、前記移動平均値を前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像のサイズに応じた係数を用いて算出する請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の画像形成装置。
12. 前記補正手段は、前記移動平均値算出手段で算出された移動平均値と前記画像形成手段により所定時間以上の間隔をあけずに連続して形成された画像の枚数とに基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の画像形成装置。
13. 像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナーを含む現像剤を用いて現像して画像を形成する画像形成手段と、前記形成された画像の濃度を計測する濃度計測手段と、前記画像形成手段に濃度測定用の基準画像を形成させ、前記濃度測定手段により測定された前記基準画像の濃度と予め定められた目標値との比較結果に基づいて、前記現像手段に供給するトナー量を制御する濃度制御動作を行なう濃度制御手段と、を備えた画像形成装置で行なわれるトナー濃度制御方法であって、
    前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作によって形成された画像の画像密度を示す値の移動平均値、または前記濃度制御動作以外で行なわれた画像形成動作中に前記現像手段に供給されたトナー量を示す値の移動平均値を算出する移動平均値算出ステップと、
    前記移動平均値算出ステップで算出された移動平均値に基づいて、前記目標値および前記基準画像を形成するときの画像形成条件の少なくとも一方を補正する補正ステップと、
    を含むトナー濃度制御方法。

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