JP2008164878A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像濃度調整時における尾引き現象の発生を防止するとともに、濃度ムラが少なくドット再現性や中間調の再現性にも優れた画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像濃度を基準濃度よりも高濃度側に補正する場合、現像バイアス電圧のＶｄｃを一定に保持しつつ、交流成分のパラメータのうちＤｕｔｙ比と、Ｖｐｐ及び周波数ｆの少なくとも一方とを濃度検知センサの検知濃度に応じて変化させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子写真法を用いた画像形成装置に関し、特に出力画像の濃度調整方法に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、画像濃度を適正に設定するためのモード（以下、キャリブレーションモードという）が設定されると、トナー担持体上に直接トナーを転写してパッチ画像（基準画像）を形成し、そのトナー量を検出して濃度補正を行う。例えばタンデム型フルカラー画像形成装置の場合、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各画像形成部により搬送ベルト或いは中間転写ベルト上に各色の補正用パッチ画像が形成され、検知手段によりパッチ画像の濃度及び位置を検知して濃度及び色ずれ補正を行う。

画像濃度の調整方法としては、検知された画像濃度に基づいて感光体の帯電電位、現像バイアス電位、或いは露光ユニットによる露光量を調整する方法等が挙げられるが、現像バイアスの特性値を調整する方法が一般的であり、例えば直流バイアスに交流バイアスを重畳した現像バイアスを用いる場合は、特許文献１、２に開示されているように、直流成分電圧（Ｖｄｃ）、交流成分のピークツーピーク値（Ｖｐｐ）、交流波形１周期に対するプラス側波形の時間の割合（Ｄｕｔｙ比）、周波数（ｆ）のいずれかを変化させる。中でも、Ｖｄｃを変化させる方法は、γ特性の曲線を変化させずに高濃度側又は低濃度側にシフトさせて使用できる点で、最もシンプル且つ効果の高い方法である。

なお、特許文献１の技術は気圧変化に応じて現像バイアスの特性値を変化させて感光体のリーク（電流漏れ）による像流れや像抜けを防止するものであり、特許文献２の技術は用紙の種類（タルクの有無）に応じて現像バイアスの特性値を変化させて感光体へのタルク付着による像流れや像抜けを防止するものである。

また、他の方法として、特許文献３、４に開示されているように交流成分のプラス側電位（＋Ｖｐｋ）及びマイナス側電位（−Ｖｐｋ）を固定した状態でＤｕｔｙ比を変化させる方法もある。この場合、Ｄｕｔｙ比の変化に付随してＶｄｃも変化する。なお、特許文献３の技術はＤｕｔｙ変化により平均バイアス電圧を変化させ、現像スリーブからアース電極までの合成抵抗値変化による現像電流の変動を抑制するものである。また、特許文献４の技術は画像の種類（線画又はベタ画像）に応じてＤｕｔｙ比を変化させ、線画においてはキャリア付着、カブリを防止するとともに、ベタ画像においては画像の粒状性を向上させるものである。

ところで、転写工程でトナーに十分な電荷が付与されない場合に、定着部の熱により用紙内部から発生する水蒸気により定着前のトナー像の一部が吹き飛ばされて縦スジ状に滲む、いわゆる尾引き現象が発生することが知られている。この尾引き現象は、厚紙或いは高湿条件下で水分量が多い用紙を使用する場合や、トナーの帯電量が少なく電気的吸着力が弱い場合に発生するため、Ｖｄｃを大きく設定する高濃度側への補正を実行した場合に尾引き現象が画像に顕著に現れるという問題点があった。さらに、Ｖｄｃを大きくすると、周波数ｆが高い場合やＶｐｐが低い場合、Ｄｕｔｙ比が小さい場合に画像濃度ムラが顕著になり、逆の場合は中間調の濃度差が小さくなって再現性が低下してしまう。
特開平５−８８４３４号公報 特開平６−１６７８５０号公報 特開平８−４４１６８号公報 特開平９−２９７４６０号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、画像濃度調整時における尾引き現象の発生を防止するとともに、濃度ムラが少なくドット再現性や中間調の再現性にも優れた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に本発明は、像担持体と、該像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットとを含む画像形成部と、該画像形成部で形成されたトナー像の濃度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に基づいて前記現像ユニットに印加する現像バイアス電圧を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置において、前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、前記現像バイアスの直流成分電圧は変化させずに、交流成分のＤｕｔｙ比と、ピークツーピーク値及び周波数のいずれか一方若しくは両方とを変化させることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、反転現像においてはトナーの帯電と逆極性側の交流成分電位を一定に保持し、正規現像においてはトナーの帯電と同極性側の交流成分電位を一定に保持することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、反転現像ではトナーの帯電と同極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくし、正規現像ではトナーの帯電と逆極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくすることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記検知手段の検知濃度と基準濃度との濃度差に基づいて決定される検知濃度ランクと、前記現像バイアス電圧の交流成分の各パラメータ値とを関連づける補正テーブルが格納された記憶部を設けたことを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、現像バイアスのＶｄｃを一定に保持しつつ、交流成分のＤｕｔｙ比と、ピークツーピーク値及び周波数の少なくとも一方とを変化させることにより、トナー帯電量を低下させることなく高濃度側への補正が可能となる。従って、画像形成システムを高速化する場合や、厚紙や水分含量の高い用紙を使用する場合でも尾引き現象を抑制することができ、ドット再現性や中間調の再現性も確保することができる。また、装置の使用環境に係わらず、装置寿命を通じて同一の濃度補正で対応可能となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成において、反転現像においてはトナーの帯電と逆極性側、正規現像においてはトナーの帯電と同極性側の交流成分電位を変化させずに高濃度側への補正を行うことにより、トナーの帯電量をさらに安定化させて尾引き現象の発生を効果的に防止しつつ、中間調やドットの再現性もより一層向上させることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成において、反転現像ではトナーの帯電と同極性側、正規現像ではトナーの帯電と逆極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくして高濃度側への濃度補正を行うことにより、中間調やドットの再現性は若干低下するものの、Ｖｄｃを一定に保持しながら濃度を十分に高くすることができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成において検知濃度と基準濃度との濃度差に基づいて決定される検知濃度ランクと、交流成分の各パラメータ値とを関連づけて記憶する補正テーブルを用いて濃度補正を行うことにより、濃度補正時において検知手段の出力に応じた最適な現像バイアスの各パラメータ値を簡単に決定でき、制御手段の処理負荷を軽減できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明のタンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転しながら各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写（一次転写）された後、二次転写ローラ９において用紙Ｐ上に一度に転写（二次転写）され、さらに、定着部７において用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのクリーニングブレード１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１及びテンションローラ２０に掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）において用紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラ１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｐは排出ローラ１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、制御部３２、記憶部３３、操作パネル３４、定着部７、中間転写ベルト８及び濃度検知センサ２１等を含む構成である。

濃度検知センサ２１は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて中間転写ベルト８上に形成される各パッチ画像に測定光を照射し、パッチ画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部３２に送信される。濃度検知センサ２１としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子からトナー像に対し測定光を射出すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーの付着量が多い場合には、ベルト表面からの反射光がトナーによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、トナーの付着量が少ない場合には、逆にベルト表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値により各色のパッチ画像の濃度を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像バイアスの特性値を調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

画像入力部３０は、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部であり、画像形成装置１００がプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部３０より入力された画像信号はＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部３３内の画像メモリ４０に送出される。

記憶部３３は、画像メモリ４０、ＲＡＭ４１、及びＲＯＭ４２を備えており、画像メモリ４０は、画像入力部３０で読み取られ、ＡＤ変換部３１においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部３２に送出する。ＲＡＭ４１及びＲＯＭ４２は、制御部３２の処理プログラムや処理内容等を記憶する。また、ＲＡＭ４１（或いはＲＯＭ４２）には、濃度検知センサ２１の出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして記憶されており、トナー付着量から決定されるトナー濃度と現像バイアスの特性値（パラメータ値）とを関連づけて記憶した補正テーブル（後述）が格納されている。

操作パネル３４は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、例えば画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は、記憶部３３にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。

制御部３２は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）であり、設定されたプログラムに従って画像入力部３０、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７や濃度検知センサ２１、及び用紙カセット１６（図１参照）からの用紙Ｐの搬送等を全般的に制御するとともに、画像入力部３０で読み取られた画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光ユニット４は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像を形成する。

さらに制御部３２は、操作パネル３４のキー操作によりキャリブレーションモードが入力されると、濃度検知センサ２１により検出された受光信号を受信し、記憶部３３に記憶されたトナー付着量データに基づいてトナー付着量の算出を行う機能、算出されたトナー付着量に基づいてパッチ画像の濃度を決定し、予め定められた基準濃度と比較して補正テーブルを用いて現像ユニット３ａ〜３ｄの現像バイアスの特性値を調整することにより、各色について濃度補正を行う機能を有している。なお、キャリブレーションモードは、装置の電源ＯＮ時や所定枚数の画像形成処理が終了した時にも自動的に設定されるようにしてもよい。

図１のようなタンデム方式のカラー画像形成装置による画像形成では、前述した画像形成過程により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にパッチ画像形成用のトナー像が形成される。形成されたトナー像が一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより中間転写ベルト８上の所定位置に転写され、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のパッチ画像が形成される。

濃度補正用パッチ画像の例を図３に示す。ユーザによりキャリブレーションモードが設定されると、図３（ａ）に示すように、中間転写ベルト８上の進行方向に向かって左端にマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｂ）の各色の矩形のパッチ画像が一列に形成される。感光体ドラム１ａにより形成されるマゼンタ（Ｍ）のパッチ画像は、白ベタ画像（Ｍ１）から、最も濃色の画像（Ｍ５）まで５段階の濃度のパッチ画像Ｍ１〜Ｍ５が進行方向から順に形成される。

図３（ａ）におけるＭ１及びＭ２の部分を拡大した様子を図３（ｂ）に示す。図から判るように、隣接するパッチ画像Ｍ１及びＭ２は、境界において濃度が変化するようにそれぞれ単色で形成されている。以下、パッチ画像Ｍ３〜Ｍ５についても同様に形成され、さらにシアン（Ｃ）のパッチ画像Ｃ１〜Ｃ５、イエロー（Ｙ）のパッチ画像Ｙ１〜Ｙ５及びブラック（Ｂ）のパッチ画像Ｂ１〜Ｂ５についてもＭ１〜Ｍ５と同様の構成で形成されている。

濃度検知センサ２１は、測定対象物であるパッチ画像までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、中間転写ベルト８表面までの距離変動の少ない、駆動ローラ１１（図１参照）に対抗するような位置に配置されており、中間転写ベルト８上のパッチ画像形成位置に合わせて中間転写ベルト８の幅方向に位置決めされている。この濃度検知センサ２１の検出結果に基づいて各パッチ画像のトナー付着量（画像濃度）を測定し、各色について予め定められた基準濃度と比較して濃度補正が行われる。

次に、本発明の第１実施形態に係る濃度補正制御について説明する。本実施形態においては、画像濃度を基準濃度よりも高濃度側に補正する場合、現像バイアス電圧のＶｄｃを一定に保持しつつ、交流成分のＤｕｔｙ比と、Ｖｐｐ及び周波数ｆの一方または両方の、少なくとも２つのパラメータを変化させることを特徴としている。

図４を用いて各パラメータを説明すると、交流波形１周期（Ａ＋Ｂ）に対するプラス側波形の時間（Ａ）の割合（＝Ａ／Ａ＋Ｂ）がＤｕｔｙ比であり、プラス側電位とマイナス側電位の差（ピークツーピーク値）がＶｐｐであり、Ｖｄｃを面積Ｓ１とＳ２が等しくなる面積中心電圧に設定している。ここでは、Ｖｄｃ（＝面積中心電圧）を一定に保持するように他のパラメータを変化させる。

図５、図６及び図７は、横軸に一定面積当たりのドット数、縦軸に画像濃度（ＩＤ）をとり、基本現像条件として感光体ドラムの明電位（Ｖ０）を２５０Ｖ、現像バイアスのＶｄｃを１４０Ｖ、周波数ｆを３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比を５０％、Ｖｐｐを１．５ｋＶに設定して、Ｄｕｔｙ比、周波数、及びＶｐｐをそれぞれ単独で変化させたときのγ特性の変化を示すグラフである。図５〜図７を用いて各パラメータの特性について説明する。

図５に示すように、基本現像条件（Ｄｕｔｙ比５０％）におけるγ特性（図の実線で示すＳ字曲線）は、Ｄｕｔｙ比を４０％に下げると図の破線のように曲線の立ち上がりが急になり、６０％に上げると図の一点鎖線のように曲線の立ち上がりが若干緩やかになる。即ち、Ｄｕｔｙ比を小さくするとドット数変化に対する中間調（ハーフトーン）の濃度変化（以下、単に中間調変化という）が大きくなり、ドット再現性及び中間調の再現性が低下するが濃度は高くなる。逆に、Ｄｕｔｙ比を大きくするとドット再現性が向上する反面、濃度は低くなる。また、中間調の再現性はさほど変化しない。

また、図６に示すように、基本現像条件（周波数３ｋＨｚ）におけるγ特性（図の実線）は、周波数を２．５ｋＨｚに下げると図の破線のように曲線の立ち上がりが緩やかになり、３．５ｋＨｚに上げると図の一点鎖線のように曲線の立ち上がりが急になる。即ち、周波数を大きくすると中間調変化が大きくなりドット再現性も低下するが、濃度は高くなる。逆に、周波数を小さくすると中間調変化が小さくなりドット再現性も向上する反面、濃度は低くなる。

さらに、図７に示すように、基本現像条件（Ｖｐｐ１．５ｋＶ）におけるγ特性（図の実線）は、Ｖｐｐを１．３ｋＶに下げると図の破線のように曲線の傾きが若干緩やかになって低濃度側へシフトし、１．７ｋＶに上げると図の一点鎖線のように曲線の傾きはさほど変化せずに高濃度側へシフトする。即ち、Ｖｐｐを大きくすると濃度が高くなり、中間調変化はそのままでドット再現性は良くなる。逆に、Ｖｐｐを小さくすると濃度が低くなり、中間調変化も小さくなる。

そこで、濃度を高くすることに関しては、Ｖｐｐを大きくするとともにＤｕｔｙ比を小さくすることで対応した。また、ドット再現性に関しては、周波数ｆを小さくすることでＤｕｔｙ比の低下によるドット再現性の低下を抑えることができる。さらに、中間調の再現性に関しては、Ｖｐｐを大きく且つ周波数ｆを小さくすることが中間調変化を抑制する方向に作用するため、Ｄｕｔｙ比を小さくすることによる中間調変化が相殺されて適度な再現性となる。

本実施形態の濃度補正制御では、Ｖｄｃを大きくすることなく高濃度側への補正が可能となるため、画像形成システムを高速化する場合や、厚紙や水分含量の高い用紙を使用する場合でも、ドット再現性や中間調の再現性を損なわずに尾引き現象を抑制することができる。また、使用環境に係わらず、装置寿命を通じて同一の濃度補正で対応可能となる。

一方、低濃度側に濃度を補正する場合は、Ｄｕｔｙ比を大きくすることで対応すれば良い。Ｄｕｔｙ比を大きくする場合はそれだけでドット再現性が向上するため、Ｖｐｐ及び周波数ｆは変化させる必要はない。なお、Ｖｄｃを小さくする場合は、トナー帯電量は低下せず尾引き現象も発生しないため、低濃度側への補正については従来と同様にＶｄｃを小さくしても良い。

なお、Ｄｕｔｙ比、Ｖｐｐ、周波数ｆ等の、濃度補正に用いる交流成分の各パラメータ値は、制御部３２において濃度検知センサ２１の出力値を用いてその都度演算しても良いが、制御部３２の処理負荷を軽減するために、濃度検知センサ２１の検知濃度と基準濃度との濃度差と、交流成分の各パラメータ値とを関連づけてテーブル化し、記憶部３３内のＲＡＭ４１（或いはＲＯＭ４２）に格納しておくことが好ましい。補正テーブルの一例を表１に示す。

表１の補正テーブルでは、感光体ドラムの明電位（Ｖ０）を２５０Ｖ、Ｖｄｃを１４０Ｖとしたときの基準濃度（標準濃度）におけるＤｕｔｙ比を５０％、周波数を３．０ｋＨｚ、Ｖｐｐを１．５ｋＶとし、標準濃度をランク０として高濃度側に１から１０、低濃度側に−１から−１０までの計２１ランクの検知濃度ランクに応じたＤｕｔｙ比、周波数及びＶｐｐ値が記憶されている。例えば、濃度検知センサ２１の検知濃度が標準濃度よりも３ランク低濃度であった場合、検知濃度ランクが−３の箇所を読み出し、Ｄｕｔｙ比を４７％、周波数を２．７ｋＨｚ、Ｖｐｐを１．５６ｋＶに補正する。

なお、表１ではＤｕｔｙ比、周波数、及びＶｐｐの３つのパラメータを変化させる場合の補正テーブルについて示しているが、Ｄｕｔｙ比と周波数、或いはＤｕｔｙ比とＶｐｐの計２つのパラメータを変化させる制御としても良い。Ｄｕｔｙ比及び周波数を変化させる場合に用いる補正テーブルを表２に、Ｄｕｔｙ比及びＶｐｐを変化させる場合に用いる補正テーブルを表３に示す。

表２及び表３では、Ｄｕｔｙ比と周波数、或いはＤｕｔｙ比とＶｐｐの２つのパラメータを変化させて濃度を上げるため、Ｄｕｔｙ比、周波数、Ｖｐｐの３つのパラメータを変化させて濃度を上げる表１に比べて検知濃度１ランク当たりの周波数、又はＶｐｐの変化量が大きくなっている。Ｄｕｔｙ比、周波数又はＶｐｐの決定方法については表１の場合と同様であるため説明を省略する。

次に、本実施形態の画像形成装置の動作について説明する。図８は、第１実施形態の濃度補正手順を示すフローチャートである。図１〜図３、及び表１を参照しながら、図８のステップに従いキャリブレーションの実行手順について説明する。なお、ここではブラック画像の濃度補正を例に挙げて説明するが、マゼンタ、シアン、イエローの各色についても全く同様の手順で濃度補正が行われる。

先ず、ユーザが操作パネル３４を操作し、キャリブレーションを行うことにより濃度補正が開始されると（ステップＳ１）、画像形成部Ｐｄにおいて感光体ドラム１ｄ上に形成されたパッチ画像が中間転写ベルト８上に転写されて補正用パッチ画像Ｂ１〜Ｂ５（図３参照）が形成される（ステップＳ２）。次に、濃度検知センサ２１の出力値に基づいて各補正パッチ画像のトナー濃度Ｘ１〜Ｘ５を検知する（ステップＳ３）。検知されたトナー濃度Ｘ１〜Ｘ５は制御部３２においてそれぞれ基準濃度と比較され（ステップＳ４）、各トナー濃度Ｘ１〜Ｘ５と基準濃度との濃度差ΔＸ１〜ΔＸ５の平均値ΔＸａが算出される（ステップＳ５）。

次に、平均値ΔＸａが０であるか否かを判断する（ステップＳ６）。ΔＸａ＝０である場合は、濃度補正が不要であるためそのままキャリブレーションを終了する。一方、ステップＳ５においてΔＸａ≠０である場合は、次にΔＸａ＜０であるか否かが判断される（ステップＳ７）。ΔＸａ＜０である場合は高濃度側に補正する必要があるため、ΔＸａの値に対応する検知濃度ランクに応じた現像バイアスの特性値を補正テーブル（表１参照）から読み出し、Ｖｄｃを一定に維持したままＤｕｔｙ比を低く、Ｖｐｐを高く、周波数ｆを低くする（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ６においてΔＸａ＞０である場合は低濃度側に補正する必要があるため、ΔＸａの値に対応する検知濃度ランクに応じた現像バイアスの特性値を補正テーブルから読み出し、Ｖｐｐ及び周波数ｆは一定に維持したままＤｕｔｙ比を高くする（ステップＳ９）。

上記手順で濃度補正を行うことにより、高濃度側への補正においてはＤｕｔｙ比を低くして濃度を高めるとともに、Ｖｐｐを大きく、Ｄｕｔｙ比を小さくすることでドット再現性及び中間調の再現性の低下を抑えることができる。また、Ｖｄｃは一定に保持されるため、尾引き現象の発生を効果的に防止することができる。なお、上記手順では変化させるパラメータを少なくするため、低濃度側への補正はＤｕｔｙ比を高くすることで対応したが、従来のようにＶｄｃを小さくして濃度を低下させても良い。

また、ここでは高濃度側の濃度変化領域を大きく取るためＤｕｔｙ比、ｆ、Ｖｐｐの３つのパラメータを変化させたが、Ｄｕｔｙ比とＶｐｐ、或いはＤｕｔｙ比と周波数ｆの計２つのパラメータを変化させる制御手順も、図８を用いて全く同様に説明される。即ち、それぞれの制御に対応する補正テーブル（表２、表３）を記憶部３３に記憶しておき、ステップＳ８において補正テーブルから所定のＤｕｔｙ比及びＶｐｐ、或いはＤｕｔｙ比及び周波数ｆを読み出して変更すれば良い。

次に、本発明の第２実施形態に係る濃度補正制御について説明する。本実施形態においては、画像濃度を基準濃度よりも高濃度側に補正する場合、現像バイアス電圧のＶｄｃ及び交流成分のマイナス側電位（−Ｖｐｋ）を一定に保ちつつ、交流成分のＤｕｔｙ比と、Ｖｐｐ及び周波数ｆの一方または両方の、少なくとも２つのパラメータを変化させることを特徴としている。

Ｖｄｃ、Ｖｐｐ、＋Ｖｐｋ、−Ｖｐｋ、及びＤｕｔｙ比の関係を図９に示す。図４の場合と同様に、面積Ｓ１とＳ２が等しくなる面積中心電圧をＶｄｃに設定し、Ｖｄｃ及び−Ｖｐｋを一定に保持するように他のパラメータを変化させる。なお、各パラメータの特性については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の濃度補正制御では、第１実施形態と同様に、画像形成システムを高速化する場合や、厚紙や水分含量の高い用紙を使用する場合でも尾引き現象を抑制することができる。また、Ｖｄｃに加えて−Ｖｐｋを一定に保持した状態で高濃度側への補正を行うため、ドット再現性や中間調の再現性がより一層向上する。本実施形態に用いられる補正テーブルの一例を表４に示す。

表４の補正テーブルでは、感光体ドラムの明電位（Ｖ０）を２５０Ｖ、Ｖｄｃを１４０Ｖとしたときの基準濃度（標準濃度）におけるＤｕｔｙ比を５０％、周波数を３．０ｋＨｚ、Ｖｐｐを１．５ｋＶ、＋Ｖｐｋを８９０Ｖ、−Ｖｐｋを６１０Ｖとし、標準濃度をランク０として高濃度側に１から１０、低濃度側に−１から−１０までの計２１ランクの検知濃度に応じたＤｕｔｙ比、周波数、＋Ｖｐｋ値、−Ｖｐｋ値、及びＶｐｐ値が記憶されている。例えば、濃度検知センサ２１の検知濃度が標準濃度よりも２ランク低濃度であった場合、検知濃度ランクが−２の箇所を読み出し、Ｄｕｔｙ比を４８．７％、周波数を２．８ｋＨｚ、Ｖｐｐを１．５４ｋＶに補正する。このとき、−Ｖｐｋは６１０Ｖのまま保持されるので、＋Ｖｐｋは必然的に９３０Ｖとなる。

なお、表４ではＤｕｔｙ比、周波数、＋Ｖｐｋ及びＶｐｐの３つのパラメータを変化させる場合の補正テーブルについて示しているが、Ｄｕｔｙ比と周波数、或いはＤｕｔｙ比とＶｐｐの計２つのパラメータを変化させる制御としても良い。Ｄｕｔｙ比及び周波数を変化させる場合に用いる補正テーブルを表５に、Ｄｕｔｙ比及びＶｐｐを変化させる場合に用いる補正テーブルを表６に示す。

表５及び表６では、Ｄｕｔｙ比と周波数、或いはＤｕｔｙ比とＶｐｐの２つのパラメータを変化させて濃度を上げるため、表５では標準濃度における周波数を高め（３．３ｋＨｚ）に設定し、表６では標準濃度におけるＶｐｐ値を低め（１．４０ｋＶ）に設定している。そして、表４に比べて検知濃度１ランク当たりの周波数、又はＶｐｐの変化量を大きくとっている。なお、Ｄｕｔｙ比、＋Ｖｐｋ、周波数又はＶｐｐの決定方法については表４の場合と同様である。

図１０は、第２実施形態の濃度補正手順を示すフローチャートである。図１〜図３、及び表４を参照しながら、図１０のステップに従いキャリブレーションの実行手順について説明する。なお、ここでは図８と同様にブラック画像の濃度補正を例に挙げて説明するが、マゼンタ、シアン、イエローの各色についても全く同様の手順で濃度補正が行われる。ユーザの操作により濃度補正が開始され、補正用パッチ画像Ｂ１〜Ｂ５（図３参照）を形成してトナー濃度Ｘ１〜Ｘ５を検知し、各トナー濃度Ｘ１〜Ｘ５と基準濃度との濃度差ΔＸ１〜ΔＸ５の平均値ΔＸａが算出されるまで（ステップＳ１〜Ｓ５）は図８と同様である。

次に、平均値ΔＸａが０であるか否かを判断する（ステップＳ６）。ΔＸａ＝０である場合は、濃度補正が不要であるためそのままキャリブレーションを終了する。一方、ステップＳ５においてΔＸａ≠０である場合は、次にΔＸａ＜０であるか否かが判断される（ステップＳ７）。ΔＸａ＜０である場合は高濃度側に補正する必要があるため、ΔＸａの値に対応する検知濃度ランクに応じた現像バイアスの特性値を補正テーブル（表４参照）から読み出し、Ｖｄｃ及び−Ｖｐｋを一定に維持したままＤｕｔｙ比及び周波数ｆを低く、Ｖｐｐを高くする（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ６においてΔＸａ＞０である場合は低濃度側に補正する必要があるため、ΔＸａの値に対応する検知濃度ランクに応じた現像バイアスの特性値を補正テーブルから読み出し、Ｖｐｐ及び周波数ｆは一定に維持したままＤｕｔｙ比を高くする（ステップＳ９）。

上記手順で濃度補正を行うことにより、高濃度側への補正においてはＤｕｔｙ比を低くして濃度を高めるとともに、Ｖｐｐを大きく、Ｄｕｔｙ比を小さくすることでドット及び中間調の再現性の低下を抑えることができる。また、Ｖｄｃに加えて−Ｖｐｋも一定に保持されるため、尾引き現象の発生を効果的に防止しつつ中間調やドットの再現性をより向上させることができる。なお、上記手順では低濃度側への補正においてＤｕｔｙ比を高くしたが、従来通りＶｄｃを小さくして濃度を低下させても良い。

なお、上記各実施形態においては、正帯電トナーを用い、光照射で表面電位が低下した部分にトナーを付着して現像する反転現像方式の画像形成装置について説明しているため、濃度補正と各パラメータとの関係は上記のようになるが、負帯電トナーを用いた反転現像方式の画像形成装置の場合は、Ｄｕｔｙ比及び−Ｖｐｋ、＋Ｖｐｋと濃度補正の方向との関係は上記と逆になる。従って、負帯電トナーを用いる画像形成装置の場合は、高濃度側への補正においてはＤｕｔｙ比を高く設定し、低濃度側への補正においてはＤｕｔｙ比を低く設定すれば良い。また、第２実施形態では、高濃度側へ補正する場合はＶｄｃ及び＋Ｖｐｋを一定に維持したままＤｕｔｙ比を変化させるようにすれば良い。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、潜像電荷と逆極性の電荷を持ったトナーを静電的に付着させる正規現像方式の場合にも適応できる。正規現像方式では、高濃度側へ濃度補正を行う場合、トナーの帯電と同極性側の交流成分電圧を一定に保持し、トナーの帯電と逆極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくすれば良い。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、トナー担持体の一例である中間転写ベルト８上にトナー像（パッチ画像）を形成し、中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する場合について説明したが、搬送ベルトに担持されて搬送される用紙上に各色のトナー像を順次転写する直接転写方式の画像形成装置において、搬送ベルト上に形成されたパッチ画像のトナー付着量を測定する場合についても全く同様に適用可能である。

また、ここでは一例として、画像形成部を複数備えたタンデム方式のカラー画像形成装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、感光体ドラムに対向する位置に複数の現像カートリッジを順次回転移動させて感光体ドラム上の静電潜像の現像を行うロータリー式のカラー画像形成装置や、デジタル、アナログ方式のモノクロ画像形成装置、或いはファクシミリやプリンタ等の他の画像形成装置にも適用できるのはもちろんである。

本発明の画像形成装置を用いた場合の尾引き現象の抑制効果について調査した。尾引き現象はトナーの帯電量が少なく電気的吸着力が弱い場合に発生するため、用紙上の未定着トナーの帯電量を測定することで尾引き現象の抑制効果を評価した。以下、試験方法について説明する。

先ず、基本現像条件として、反転現像方式における感光体ドラムの明電位Ｖ０を２５０Ｖ、現像バイアスの各パラメータをＶｄｃ＝１４０Ｖ、周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％、Ｖｐｐ＝１．５ｋＶに設定した。そして、Ｖｄｃを一定（１４０Ｖ）に保持した状態で、表１の補正テーブルを用いて検知濃度ランク−１０から１０までＤｕｔｙ比、ｆ、Ｖｐｐの各パラメータを変化させる濃度補正を本発明１、表４の補正テーブルを用いて検知濃度ランク−１０から１０までＤｕｔｙ比、ｆ、Ｖｐｐの各パラメータを変化させる濃度補正を本発明２とした。一方、Ｖｄｃを１００Ｖから１８０Ｖまで変化させる濃度補正を比較例１とした。そして、本発明１、２及び比較例１の濃度補正を実行しながら現像を行い、用紙上に転写された未定着トナーの帯電量Ｑ／Ｍを測定した。結果を図１１〜図１３に示す。

図１１から明らかなように、Ｖｄｃを変化させずに濃度補正を行う本発明１では、検知濃度ランク−１０から１０の全ての範囲でトナー帯電量が３７〜４５μＣ／ｍｇで安定しており、高濃度側への補正においてもトナー帯電量の低下は認められなかった。また、図１２から明らかなように、Ｖｄｃ及び−Ｖｐｐを一定にして濃度補正を行う本発明２においても、検知濃度ランク−１０から１０の全ての範囲でトナー帯電量が３８〜４５μＣ／ｍｇであり、本発明１と同等若しくはそれ以上にトナー帯電量が安定していた。

一方、図１３から明らかなように、Ｖｄｃを変化させて濃度補正を行う比較例１では、Ｖｄｃを高くして高濃度側への補正を行う場合、トナー帯電量が３０μＣ／ｍｇまで低下した。以上の結果より、Ｖｄｃを一定に保持した状態でＤｕｔｙ比、周波数、Ｖｐｐを変化させて濃度補正を行う本発明１及び２の濃度補正制御では、Ｖｄｃを変化させて濃度補正を行う比較例１に比べて用紙上に転写された未定着トナーの帯電量を抑えることができ、尾引き現象を効果的に防止できることが確認された。

なお、ここには記載しないが、表２、３、５、６に示した各補正テーブルを用いて濃度補正を行った場合においても、本発明１、２と同様に尾引き現象を効果的に防止できることが確認されている。

本発明は、像担持体と、該像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットとを含む画像形成部と、該画像形成部で形成されたトナー像の濃度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に基づいて現像ユニットに印加する現像バイアス電圧を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置において、制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、現像バイアスの直流成分電圧は変化させずに、交流成分のＤｕｔｙ比と、ピークツーピーク値及び周波数のいずれか一方若しくは両方とを変化させる。

これにより、トナーの帯電量を低下させることなく高濃度側への補正が可能となるため、画像形成システムを高速化する場合や、厚紙や水分含量の高い用紙を使用する場合でも尾引き現象を抑制するとともに、ドット再現性や中間調の再現性も確保可能な画像形成装置を提供することができる。また、装置の使用環境に関係なく、使用期間を通じて安定した濃度補正が可能となる。

また、Ｖｄｃに加えて、反転現像ではトナーの帯電と逆極性側、正規現像ではトナーの帯電と同極性側の交流成分電位を変化させずに高濃度側への補正を行うことすれば、尾引き現象の防止効果に優れ、中間調やドットの再現性も一層向上した画像形成装置となる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。 は、濃度補正用パッチ画像の概略図である。 は、本発明の第１実施形態の濃度補正制御に用いられる現像バイアスの各パラメータの関係を示す波形図である。 は、Ｄｕｔｙ比を変化させたときのγ特性の変化を示すグラフである。 は、周波数を変化させたときのγ特性の変化を示すグラフである。 は、Ｖｐｐを変化させたときのγ特性の変化を示すグラフである。 は、第１実施形態の濃度補正制御手順を説明するフローチャートである。 は、本発明の第２実施形態の濃度補正制御に用いられる現像バイアスの各パラメータの関係を示す波形図である。 は、第２実施形態の濃度補正制御手順を説明するフローチャートである。 は、本発明１の濃度補正を行った場合のトナー帯電量の変化を示すグラフである。 は、本発明２の濃度補正を行った場合のトナー帯電量の変化を示すグラフである。 は、比較例１の濃度補正を行った場合のトナー帯電量の変化を示すグラフである。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電器
３ａ〜３ｄ 現像ユニット
４ａ〜４ｄ 転写ローラ
７ 定着部
８ 中間転写ベルト
２１ 濃度検知センサ（検知手段）
３２ 制御部（制御手段）
３３ 記憶部
３４ 操作パネル
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 像担持体と、該像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットとを含む画像形成部と、
   該画像形成部で形成されたトナー像の濃度を検知する検知手段と、
   該検知手段の検知結果に基づいて前記現像ユニットに印加する現像バイアス電圧を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置において、
   前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、前記現像バイアスの直流成分電圧は変化させずに、交流成分のＤｕｔｙ比と、ピークツーピーク値及び周波数のいずれか一方若しくは両方とを変化させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、反転現像ではトナーの帯電と逆極性側の交流成分電位を一定に保持し、正規現像ではトナーの帯電と同極性側の交流成分電位を一定に保持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. 前記制御手段は、基準濃度よりも濃度を高くする方向に濃度補正を行う場合、反転現像ではトナーの帯電と同極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくし、正規現像ではトナーの帯電と逆極性側の交流成分のＤｕｔｙ比を小さくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検知手段の検知濃度と基準濃度との濃度差に基づいて決定される検知濃度ランクと、前記現像バイアス電圧の交流成分の各パラメータ値とを関連づける補正テーブルが格納された記憶部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。

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