JP2010139857A - 画像形成装置およびトナー付着量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制するとともに、狙い通りにトナー付着量を設定すること。
【解決手段】像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置１において、トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像ＴＰＳを像担持体４１上に形成するテスト画像形成手段１２４と、テスト用の線画像を検出する検出センサ４７と、検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段１１２と、検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、線画像の線幅を検出する線幅検出手段１１３と、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件ＧＪを設定するトナー付着量制御手段１２１とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置およびトナー付着量制御方法に関する。

従来より、電子写真方式、静電記録方式、イオノグラフィー、または磁気記録方式（これらを含めて「電子写真方式」という）などにより画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼称される多機能機などの画像形成装置が用いられている。画像形成装置では、例えば、感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルトなどの中間転写体に一次転写し、それをさらに記録紙に二次転写し、これを定着することにより、モノクロまたはカラーの画像形成を行う。

このような画像形成装置では、例えば、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の４色のイメージングユニット（静電記録ユニット）が、中間転写ベルトの走行方向に沿ってタンデム形式で配置される。４色のイメージングユニットにおいては、それぞれ、画像データに基づいて感光体ドラムを光学的に走査して潜像を形成し、その潜像を現像器のカラートナーによって現像してトナー像とした後、トナー像を中間転写ベルトに転写する。中間転写ベルト上に重ね合わされたトナー像は、一定速度で搬送される記録紙上に転写される。記録紙は、最終的に定着器に通され、そこで加熱されトナー像が定着されカラー画像となる。

このような画像形成装置においては、各色のトナーの付着量およびトナー像の位置が、各イメージングユニットにおける使用頻度または使用環境などによってばらつく。そこで、高品質のカラー画像を得るために、画像形成装置内の環境変化や各イメージングユニットの使用頻度に応じて、画像調整およびレジスト調整（以下、「画像安定化処理」または「画像安定化制御」という）を行い、画像形成プロセスが最適な状態となるように維持する。

画像安定化制御では、例えば、中間転写ベルト上にトナーマーク（パッチ画像）を形成し、そのトナーマークを光学センサによって読み取る。光学センサによる検出信号に基づいて、現像バイアス電圧や露光装置を構成するＬＥＤやＬＤなどへの駆動信号の強度または出力タイミングなどを調整し、４色のトナー像の濃度が適正となるよう、また互いの位置ずれがなくなるよう調整を行う。

なお、画像安定化制御は、電源の投入時、環境条件が変化したとき、カバーの開閉時などにおいて行われる。

図１８は従来の光学センサＳＥｊの構造を示す図、図１９は従来の光学センサＳＥｊの感度特性を示す図である。

図１８において、光学センサＳＥｊは、光源である１つのＬＥＤランプ１８１、および受光素子である２つのフォトダイオード１８２ａ，１８２ｂを備える。ＬＥＤランプ１８１は、直径が５ｍｍ程度のスポット光ＳＫをトナーマークＴＭに向かって照射し、フォトダイオード１８２ａ，１８２ｂはトナーマークＴＭによる反射光ＨＫを受光する。一方のフォトダイオード１８２ａは正反射光ＨＫＳを受光し、他方のフォトダイオード１８２ｂは乱反射光ＨＫＲを受光する。フォトダイオード１８２ａ，１８２ｂの前方に配置された偏光ビームスプリッター１８３は、反射光ＨＫを正反射光ＨＫＳと乱反射光ＨＫＲとに分解する。

このように、光学センサＳＥｊが２つの受光部を備える理由は、トナーマークＴＭがべたパターンでありしたがって濃度が高いため反射光量が少ない場合であっても、十分な感度が得られるようにし、狙いのトナー付着量またはトナー濃度の近辺を精度よく検出するためである。

なお、スポット光ＳＫの直径を５ｍｍ程度としたが、これ以外の大きさ、例えば、直径を１ｍｍ程度、２ｍｍ程度であってもよい。

図１９において、正反射光ＨＫＳを受光するフォトダイオード１８２ａの感度が、トナー付着量（またはトナー濃度）が増加するにしたがって低下する傾向が示されており、狙いのトナー付着量の近辺では感度が低いことが分かる。したがって、正反射光ＨＫＳのみを検出した場合には、適正なべた付着量に設定できる可能性が低い。これに対し、乱反射光ＨＫＲを受光するフォトダイオード１８２ｂの感度は、トナー付着量にかかわらずほぼ一定であることが分かる。

そこで、光学センサＳＥｊでは、正反射光ＨＫＳの受光出力と乱反射光ＨＫＲの受光出力とを合成し、例えばその差の出力ＨＫＧを用いることにより、狙いのトナー付着量の近辺での感度を確保している。

しかし、光学センサＳＥｊにおいて受光部を２つ備えることはコストアップにつながる。そこで、正反射光ＨＫＳのみでトナー付着量制御を行なう方法も実施されている。それによると、所望の感度が確保できるトナー付着量において検出を行い、外挿によって狙いのトナー付着量を達成する制御因子を設定する。しかし、この方法では、前提条件として、制御因子とトナー付着量との関係が予め分かっている必要がある。したがって、現像剤の機能性が耐久および環境などで大きく変化する場合には、狙い通りにトナー付着量を設定することが困難である。

また、トナーマークＴＭとして、べたパターンの検出を行うのではなく、ラダーパターンのように隙間があるパターンの検出を行うことにより、受光部が１つの光学センサを用いた場合でも所望の感度を確保できるようにする方法が提案されている（特許文献１〜２）。
特開２００７−３１００１５ 特開２００１−８０１１３

しかし、上に述べた特許文献１に開示された方法では、ライン面積率が異なる複数のテストパッチよりなるテストパターン像を形成するので、形成するテストパターン像が多くなり、そのため、画像安定化制御のために時間を要し、またトナーの消費量が増えるという課題がある。

また、上に述べた特許文献２に開示された方法では、感光体上に横ライン集合体パターンを形成し、これをフォトセンサで検出する。反射濃度が高い場合は線が細いと判断し、レーザ出力を上げて線を太らせるように制御し、反射濃度が低い場合は線が太いと判断し、レーザ出力を下げて線を細らせるように制御する。しかし、この方法では、線の集合体の反射濃度を検出するものであるから、地肌の濃度の影響を受けて検出精度が低下し、その結果、狙い通りにトナー付着量を設定することが困難となる可能性がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制するとともに、狙い通りにトナー付着量を設定することを可能とすることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、前記テスト用の線画像を検出する検出センサと、前記検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、前記検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を検出する線幅検出手段と、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、前記線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段とを有する。

線画像を形成して線幅を検出し、これに基づいて画像形成条件を設定するので、線画像の形成のために要するトナーの量が低減される。

本発明によると、画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制し、狙い通りにトナー付着量を設定することが可能となる。

〔画像形成装置の全体の説明〕
図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略の内部構成を示す図、図２は画像形成装置１の一部である画像形成部２０を拡大して示す図、図３は画像形成装置１の主要な制御系を示すブロック図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、タンデム型のプリントエンジンを内蔵した電子写真方式のフルカラー複写機である。このような画像形成装置１は、複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼称されることもある。

図１において、画像形成装置１は、画像読取部１０、画像形成部２０、用紙供給部６０、および制御部１００などを有する。

図２をも参照して、画像読取部１０は、原稿ガラス台の上に載置された原稿の画像を、スキャナを移動させて読取る。すなわち、スキャナに設置された露光ランプで原稿を照射し、その反射光による像を、レッド（Ｒ) 、グリーン（Ｇ) 、ブルー（Ｂ）の３原色に対応したＣＣＤイメージセンサで読み取る。これにより、原稿画像に対応したＲ、Ｇ、Ｂの各画像データが得られる。

画像読取部１０で得られた画像データは、制御部１００において各種の処理が施され、さらにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の画像データに変換される。変換された画像データは、制御部１００に設けられた画像メモリに各再現色ごとに格納される。用紙供給部６０から供給される用紙ＹＳの搬送状態に同期して、画像メモリから画像データが１走査ラインごとに読み出され、感光体ドラムを露光するレーザダイオードの駆動信号として出力される。

なお、用紙ＹＳとして、紙、プラスチックシート、その他の記録媒体を用いることが可能である。つまり、用紙は、記録紙、記録材、記録媒体、または転写媒体などと言い換えることができる。

画像形成部２０は、電子写真方式によって用紙上に画像を形成するものであって、イメージングユニットＵ、中間転写部４０、および定着部５０などが設けられている。

イメージングユニットＵとして、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色のイメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫが設けられ、この順で中間転写ベルト４１に沿って配置されている。各イメージングユニットＵには、感光体ドラム２１、帯電チャージャ２２、感光体ドラム２１の表面を露光して静電潜像を形成する露光部２３、静電潜像を各色のトナーで現像してトナー像を形成する現像部２４、トナー像を中間転写ベルト４１に転写（一次転写）するための転写チャージャ２５、図示しない転写ローラ、および感光体ドラム２１の表面をクリーニングするクリーナ２６などが設けられる。

これらのイメージングユニットＵで形成された各色のトナー像（トナー画像）が、走行する中間転写ベルト４１上の同じ位置に重ね合わされて転写され、合成される。

中間転写部４０には、中間転写ベルト４１を走行可能に支持する複数のローラ４２、４３、４４が設けられる。ローラ４４に対向する位置に、転写ローラ４５が設けられる。転写ローラ４５は、中間転写ベルト４１に対して接離可能に設けられており、中間転写ベルト４１に圧接することによって転写ニップ部を形成する。また、転写ローラ４５には、転写のためのバイアス電圧が印加される。

転写ニップ部には、中間転写ベルト４１の走行と同期して用紙ＹＳが給送されてきており、転写ニップ部において、中間転写ベルト４１上に形成されたトナー像が用紙ＹＳ上に転写（二次転写）される。二次転写された後に中間転写ベルト４１上に残留したトナーは、クリーナ４６によって除去される。

また、中間転写部４０には、画像安定化制御（ＩＤＣ）のために中間転写ベルト４１上に形成されるテストパターン（パッチ画像）の濃度を検知するための濃度センサ（ＩＤＣセンサ）４７が設けられている。光学センサ４７として、光学式反射型センサがしばしば用いられる。光学センサ４７によって、例えば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋそれぞれ４色のトナー付着量またはトナー濃度が測定される。

定着部５０には、定着ローラ５１、加熱ローラ５２、および用紙搬送ガイド５３などが設けられる。二次転写によってトナー像が形成された用紙ＹＳは、用紙搬送ガイド５３に案内されて搬送路ＨＲ上を搬送され、定着ローラ５１と加熱ローラ５２との間を通過することによって定着される。定着された用紙ＹＳは、搬送路ＨＲ上を搬送されてトレイ６５上に排出される。

用紙供給部６０には、種々のサイズの用紙ＹＳが収容されており、ローラ６１〜６３などからなる給紙搬送手段によって所定のタイミングで搬送路ＨＲに送り出される。搬送路ＨＲの途中には、図示しない中間ローラおよびレジストローラなどが設けられ、これらによって用紙ＹＳは二次転写位置に搬送される。

図３において、制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭまたはＲＡＭなどの半導体メモリおよび磁気記憶装置などからなる記憶部、制御用回路、種々のインタフェースなどからなる通信部などから構成されている。画像読取部１０で読み取った画像データ、または図示しないパーソナルコンピュータなどから出力された画像データに対して画像処理を行い、また、画像形成装置１の各部の動作を制御する。

図３に示すように、画像形成装置１には、帯電チャージャ２２に帯電バイアス電圧Ｖｇを印加する帯電グリッド高圧電源７１、現像部２４の現像ローラに現像バイアス電圧Ｖｄｃを印加する現像バイアス高圧電源７２、転写ローラ４５にバイアス電圧を印加する二次転写高圧電源７３、および、システム駆動部１１８が設けられている。

システム駆動部１１８は、画像形成装置１における駆動系を構成する図示しないモータを駆動する。システム駆動部１１８によりモータの回転速度を制御することにより、画像形成装置１のシステム速度が制御される。

また、上に述べた光学センサ４７の他に、温湿度センサ５５およびＰＨ温度センサ５６などが設けられている。

制御部１００は、これら、帯電グリッド高圧電源７１、現像バイアス高圧電源７２、二次転写高圧電源７３に対し、それぞれ適切な電圧または電流を出力するように制御する。また、露光部２３のレーザダイオードに対し、駆動信号を出力する。この駆動信号は、レーザダイオードの発光強度を調整するために種々の方式によって変調されている。

制御部１００は、ユーザによる操作部１１からの入力信号を受け付け、また操作部１１に種々の信号を出力する。

また、制御部１００は、上に述べた光学センサ４７、温湿度センサ５５、およびＰＨ温度センサ５６などからの検知信号を入力し、種々の制御のために用いる。

制御部１００は、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することによってソフト的に、または制御用回路によってハード的に、またはこれらの組み合わせによって、システムバスケーブルなどで接続された各部を総括的に制御する。

例えば、操作部１１またはホストコンピュータから入力された各種設定情報を取り込み、データのチェックを行い、予め定められたフォームに変換し、記憶部に保存する。また、画像安定化制御のためのテストパターンを作成し、画像形成部２０を制御して中間転写ベルト４１上にそのトナー像を形成する。画像安定化制御については後で詳述する。

通信部は、双方向性通信媒体を介してホストコンピュータとの通信処理を行うことが可能である。例えば、ホストコンピュータから送信される各種設定情報や画像データなどを受信する。また、ホストコンピュータに対し、画像形成装置１の内部状態や画像安定化制御におけるトナー付着量またはトナー濃度の検出結果などを送信する。

操作部１１には、画像形成装置１の動作の切り替えのためのスイッチなどからなる切替部、画像やメッセージを表示するためのＬＣＤ表示パネルまたはタッチパネルなどからなる表示部が設けられている。ユーザが操作部１１を操作することにより、プリントモードなど種々のモードの設定、用紙ＹＳについての情報などの入力、画像安定化制御モードへの切り替えなどが行われる。表示部には、画像形成装置１のモードや内部状態などが表示される。
〔画像安定化制御〕
次に、画像安定化制御について説明する。

図４は本実施形態の画像安定化制御における機能構成を示すブロック図、図５は光学センサ４７の構造の例を示す図、図６はトナー付着量ＴＦと線幅ＳＨとの関係を示す図である。

画像形成装置１においては、環境の変化、使用による経時変化などによって画質が変動する。このような変動に対して、常に適切な画質の画像が形成されるよう、画像安定化制御（画像安定化処理）が行われる。画像安定化制御においては、テスト用のパッチ画像を形成し、その画像の濃度を光学センサ４７によって検知する（測定する）。光学センサ４７により検知された検知信号に基づいて、画像が狙いの画質範囲内にあるかどうかを判断する。画像が狙いの画質範囲内にない場合には、その検知信号に基づいて、各画像形成条件、つまりプロセスの各制御因子を補正しまたは調整する。

画像安定化制御を実行するタイミングは、大きく分けて２つある。つまり、予め設定されたタイミングと、ユーザまたはサービスマンが強制的に行うタイミングである。前者には、例えば、画像形成装置１の電源オン時、省エネルギーモードからの復帰時、前回の画像安定化処理を実施してからの装置内の温度変化や湿度変化が各閾値を超えたとき、または、累計印刷枚数が閾値を超えたときなどである。

画像安定化制御は、通常の画像出力時に行なうと生産性の低下につながるため、通常は、プリントＪＯＢ終了時など、なるべく生産性とは無関係のタイミングで実行する。しかし、消耗品を交換した直後などのように、必要な場合には強制的に実行する。

本実施形態において、画像安定化制御のための画像の濃度の検知は、中間転写ベルト４１上に形成されたトナー像に対して行われる。しかし、現像後の感光体ドラム２１上のトナー像、一次転写後の未定着の用紙ＹＳ上のトナー像、または、用紙ＹＳ上に定着された画像（定着画像）に対して行ってもよい。

画像安定化制御の内容は、画像形成装置１の特性によっても異なるが、通常は、次の３つの制御を含む。
（１）トナー付着量制御制御
（２）レジスト補正制御
（３）ガンマ補正制御
画像安定化制御の実行時の状況に応じて、そのうちの１つが単独で実行され、または複数が実行される。

トナー付着量制御（べた付着量制御）は、ＢＷ比が１００％のトナー付着量を狙い通りに形成させる制御である。レジスト補正制御は、ＹＭＣＫの各色の画像の主／副方向の位置ずれを補正する制御である。ガンマ（γ）補正制御は、狙いの階調特性を得るための制御である。これらは、フィードバック制御で実施される。実際に画像形成装置１の状態を把握した上で、画像形成条件を設定する。状態を把握するために、各制御において、テスト用のパッチ画像であるテストパターンを形成する。

本実施形態において、テストパターンとして、トナー付着量制御では細線の集合体を用いる。レジスト補正制御では、通常、中間転写ベルト４１の走行方向に対して直角方向の直線とレの字パターンを使用する。ガンマ補正制御では、通常、ディザパターンを使用する。現像されたテストパターンを光学センサ４７を用いて検出し、画像形成装置１の状態を把握する。

図４に示すように、画像安定化制御のための構成として、光学センサ４７、サンプリング部１１１、サンプリング周期設定部１１２、線幅検出部１１３、変換部１１４、対応テーブル１１５、濃度検出部１１６、トナー付着量制御部１２１、レジスト補正制御部１２２、ガンマ補正制御部１２３、およびテスト画像形成部１２４などを有する。

光学センサ４７、サンプリング部１１１、サンプリング周期設定部１１２、線幅検出部１１３、変換部１１４、および対応テーブル１１５によって、トナー付着量検出部ＴＫが構成される。

トナー付着量検出部ＴＫによって、テスト用の線画像のトナー付着量ＴＦを検出する。すなわち、光学センサ４７は、テスト用の線画像に対してスポット光ＳＫを照射してその反射光を受光し、検出信号Ｓ１を出力する。光学センサ４７のスポット光ＳＫの中に線画像ＴＰＳが入った場合に、その受光レベルが大きく低下するので、それに対応して検出信号Ｓ１の出力レベルが低下する。

サンプリング部１１１は、検出信号Ｓ１に対し、サンプリング周期設定部１１２で設定されるサンプリング周期（サンプリング周波数）ＳＦでサンプリングを行い、サンプリング周期ＳＦごとの検出信号Ｓ２を出力する。検出信号Ｓ２は、例えば、サンプリング周期ＳＦごとの光学センサ４７の出力レベルを示すデータ列である。

サンプリング周期設定部１１２は、サンプリング部１１１におけるサンプリング周期ＳＦを設定しまたは変更する。サンプリング周期ＳＦは、画像安定化制御の内容に応じて設定される。

本実施形態においては、サンプリング周期設定部１１２は、線画像ＴＰＳの線幅ＳＨを検出するときにそれ以外の検出を行うときよりも、サンプリング周期ＳＦが短くなるように変更する。

線幅検出部１１３は、検出信号Ｓ２に基づいて、つまり光学センサ４７の各サンプリングにおける出力レベルの変化に基づいて、線画像の線幅ＳＨを検出する。なお、検出された線画像ＴＰＳの線幅ＳＨは、本実施形態においては後で述べるようにトナー付着量ＴＦに変換されるのであるが、トナー付着量ＴＦに変換することなく、線幅ＳＨそれ自体をトナー付着量ＴＦに対応する値として用いることも可能である。

変換部１１４は、対応テーブル１１５を参照することにより、線幅ＳＨをトナー付着量ＴＦに変換する。対応テーブル１１５は、線幅ＳＨとトナー付着量ＴＦとの対応関係を示すものである。

図６には、１ドット〜１０ドットからなる１０種類の線画像ＴＰＳについて、その線幅ＳＨとトナー付着量ＴＦとの関係の実測値の一例が示されている。なお、本実施形態では、幅方向が６ドットの線画像ＴＰＳが用いられるが、線が途切れなければこれ以外のドット数の線画像ＴＰＳを用いてもよい。

図６から分かるように、いずれの線画像ＴＰＳについても、線幅ＳＨとトナー付着量ＴＦとの間にほぼ正比例の相関関係がある。つまり、線幅ＳＨが大きくなるとトナー付着量ＴＦも大きくなる。この例では、線幅ＳＨによることなく、約１０〔μｍ／（ｇ／ｍ² ）〕の感度があることが分かる。このような対応関係を用いることにより、線幅ＳＨをトナー付着量ＴＦに変換することができる。図６に示す対応関係が、対応テーブル１１５として格納されている。

対応テーブル１１５では、図６に示す対応関係に基づいて、最小自乗法などを用いて滑らかな関係となるようにデータが修正されている。

このような対応テーブル１１５の内容は、画像形成装置１ごとに異なるものであるから、それぞれの画像形成装置１について実測して得られたデータに基づいて対応テーブル１１５を作成してもよい。

なお、本実施形態では対応テーブル１１５を用いるが、対応テーブル１１５ではなく、演算式や関数のデータとして格納して用いてもよい。

図４に戻って、濃度検出部１１６は、検出信号Ｓ２に基づいて、直接にテストパターンＴＰのトナー濃度またはトナー付着量を検出する。

トナー付着量制御部１２１は、上に述べたように、実画像の形成時においてＢＷ比が１００％のトナー付着量を狙い通りに形成するよう、トナー付着量制御を行う。トナー付着量制御部１２１は、変換部１１４から出力されるトナー付着量ＴＦに基づいて制御を行うが、トナー付着量ＴＦは線幅ＳＨに基づいて推定されているので、線幅ＳＨに基づいてトナー付着量制御を行っているともいえる。

レジスト補正制御部１２２は、ＹＭＣＫの各色の画像の位置ずれを補正するよう、レジスト補正制御を行う。

ガンマ補正制御部１２３は、実画像の形成時において狙いの階調特性が得られるよう、ガンマ補正制御を行う。

これら、トナー付着量制御部１２１、レジスト補正制御部１２２、およびガンマ補正制御部１２３における制御によって、最適の画像形成条件ＧＪが設定され、または画像形成条件ＧＪが最適となるように補正または変更される。

トナー付着量制御部１２１、レジスト補正制御部１２２、ガンマ補正制御部１２３、画像形成条件ＧＪを格納した格納部などによって、画像安定化制御部ＧＡが構成される。

なお、トナー付着量制御における画像形成条件ＧＪとして、本実施形態では現像バイアス電圧を主として調整するが、他の画像形成条件、例えば、露光強度、現像θ（現像ローラと感光体ドラム２１との周速比）などを調整してもよい。

レジスト補正制御における画像形成条件ＧＪは、通常、プリントヘッドによる感光体ドラム２１への書き込みタイミングである。ガンマ補正制御における画像形成条件ＧＪは、通常、出力階調に対するディザパターンである。

テスト画像形成部１２４は、画像形成部２０の各イメージングユニットＵおよび中間転写ベルト４１などを制御して、画像安定化制御のためのテスト用の画像（テストパターンＴＰ）を形成する。テスト画像形成部１２４には、テストパターンＴＰのためのデータとして、線画像ＴＰＳ、べた画像ＴＰＢ、グレイスケール画像ＴＰＧ、その他の画像のデータが格納されている。

図５に示すように、光学センサ４７は、光源である１つのＬＥＤランプ８１、および受光素子である１つのフォトダイオード８２を備える。ＬＥＤランプ８１は、直径が数ミリメートル〜５ミリメートル程度のスポット光ＳＫをテストパターンＴＰに向かって照射し、フォトダイオード８２はテストパターンＴＰによる反射光ＨＫを受光する。
〔トナー付着量制御〕
次に、トナー付着量制御について詳しく説明する。

図７はテストパターンである線画像ＴＰＳの例を示す図、図８は線画像ＴＰＳの形成の例を示す図、図９は検出信号Ｓ１の例を示す図、図１０は検出信号Ｓ１から検出信号Ｓ２を生成する様子を示す図、図１１は線画像ＴＰＳとスポット光ＳＫとの関係を説明する図、図１２は線幅ＳＨを検出することによって現像バイアス電圧Ｖｘを設定するプロセスを説明する図、図１３はサンプリング周期当たりの中間転写ベルト４１の移動量を示す図、図１４はシステム速度と光学センサ４７による検出の解像度との関係を示す図、図１５は画像安定化制御におけるタイミングを示す図、図１６は画像安定化制御の概略の流れを示すフローチャート、図１７はトナー付着量制御の概略の流れを示すフローチャートである。

トナー付着量制御において、テストパターンＴＰとして図７に示す線画像ＴＰＳを形成する。図７（Ａ）の線画像ＴＰＳ１は、中間転写ベルト４１の走行方向に対して直角方向に伸びる線の集合体である。図７（Ｂ）の線画像ＴＰＳ２は、中間転写ベルト４１の走行方向に対してほぼ４５度の角度を有する線の集合体である。このような線画像ＴＰＳが、ＹＭＣＫの各色ごとに形成される。

このように、線画像ＴＰＳは、中間転写ベルト４１の走行方向に対して角度を有して形成される。そして、複数の線を互いに平行に形成したものである。しかし、１本または複数本の線を線画像ＴＰＳということがある。

図８に示すように、線画像ＴＰＳは、種々の異なる現像バイアス電圧Ｖｄｃのもとで形成される。図８（Ａ）において、現像バイアス電圧ＶｄｃがＶ１〜Ｖ５のもとで各１本、合計５本の線画像ＴＰＳが形成されている。これら５本の線画像ＴＰＳが、中間転写ベルト４１の走行によって順次光学センサ４７によって検出される。

図８（Ｂ）において、現像バイアス電圧ＶｄｃがＶ１〜Ｖ５のもとで各３本、合計１５本の線画像ＴＰＳが形成されている。この場合には、同じ現像バイアス電圧Ｖｄｃのもとで検出された３本の線画像ＴＰＳについての検出信号Ｓ１に基づいて、その現像バイアス電圧Ｖｄｃに対応する線幅ＳＨを検出する。例えば、３つの平均をとる、または中央値をとるなどである。

なお、ここでは、５水準の現像バイアス電圧Ｖ１〜５に対応した線画像ＴＰＳを形成したが、４水準以下または６水準以上の現像バイアス電圧を用いてもよい。複数水準の現像バイアス電圧Ｖｄｃの範囲内に、狙いのトナー付着量ＴＦを達成できる現像バイアス電圧Ｖｄｃが入っていればよい。また、１水準について２本または４本以上の線画像ＴＰＳを形成してもよい。

図９に示すように、光学センサ４７が中間転写ベルト４１の地肌を検出したときは、検出信号Ｓの出力レベルが高いが、線画像ＴＰＳを検出したときは出力レベルが低下する。線幅ＳＨは、出力レベルが低下したときの時間幅ＴＨと中間転写ベルト４１の速度とから求められる。時間幅ＴＨとして、例えば、出力レベルの高低の中間位置の間隔を用いる。

なお、中間転写ベルト４１の速度は、画像形成装置１におけるシステム速度によって決まる。システム速度は、画像形成装置１の電子写真プロセスにおける基本的な速度であり、例えば、感光体ドラム２１、中間転写ベルト４１、給紙搬送系の回転速度または走行速度である。システム速度は、システム駆動部１１８へのシステム速度の設定変更によって変更することができる。

図１０に示すように、検出信号Ｓ１に対してサンプリングを行うことにより、それぞれの出力レベルに対応したパルス群からなる検出信号Ｓ２が得られる。検出信号Ｓ２において、例えば、出力レベルが低いパルス群の幅が時間幅ＴＨ（線幅ＳＨ）として用いられる。または、出力レベルが一定値よりも低くなったパルスとパルスとの間の間隔が時間幅ＴＨとして用いられる。またはこれ以外の幅または間隔を用いてもよい。

図１１（Ａ）に示すように、線画像ＴＰＳの間隔ＳＡが光学センサ４７のスポット光（光スポット）ＳＫの直径ＳＴよりも大きくなっている。換言すれば、線画像ＴＰＳの間隔ＳＡは、光学センサ４７による検出精度を上げるため、スポット光ＳＫの直径ＳＴに対して十分に広くされている。つまり、スポット光ＳＫは、任意の時点において１つのみの線画像ＴＰＳを検出し、同時に２つの線画像ＴＰＳを検出することはない。また、線画像ＴＰＳの線長も、スポット光ＳＫの直径ＳＴに対して十分に長くされている。これにより、線画像ＴＰＳの少々の位置ずれがあっても、線画像ＴＰＳの線幅ＳＨを正確に検出できる。

図１１（Ｂ）には、矢印Ｍ２の方向へ移動する線画像ＴＰＳと静止したスポット光ＳＫとの相対的な位置関係が示されている。つまり、スポット光ＳＫは、線画像ＴＰＳに対して、ＳＫ１，ＳＫ２，ＳＫ３…の順に移動する。この移動により、スポット光ＳＫ１、２では受光レベルは高いが、スポット光ＳＫ３、４のようにその中に線画像ＴＰＳが入ると受光レベルが低下していき、スポット光ＳＫ５では受光レベルが最も低下する。その後、スポット光ＳＫ６、７のように線画像ＴＰＳが出ていくと受光レベルが上昇していき、スポット光ＳＫ８、９で受光レベルは元の高さに戻る。この間において、図１０で示したような検出信号Ｓ１、２が得られる。

さて、トナー付着量制御における検出信号Ｓ１に対するサンプリング周期ＳＦは次のようにして決められる。

つまり、システム速度つまり中間転写ベルト４１の走行速度が例えば１００ｍｍ／ｓである場合に、線画像ＴＰＳが光学センサ４７のスポット光ＳＫを通過する際のサンプリング周期ＳＦを２μｓとする。つまりこの場合に、サンプリング周波数は５００ＫＨｚである。図１３の表から、サンプリング周期ＳＦが２μｓのときのサンプリング周期当たりのベルトの移動量は、０．２μｍとなる。

一方、図６について述べたように、線幅ＳＨとトナー付着量ＴＦとの間の比例定数は約１０〔μｍ／（ｇ／ｍ² ）〕である。したがって、１（ｇ／ｍ² ）のトナー付着量ＴＦの変化に対応する１０（μｍ）の線幅ＳＨの変化を検出するに当たり、これを例えば２％の精度で検出するとすると、１０×０．０２＝０．２μｍとなる。

つまり、サンプリング周期ＳＦを２μｓとすると、そのときのサンプリング周期当たりのベルトの移動量は、０．２μｍとなり、１（ｇ／ｍ² ）のトナー付着量ＴＦの変化を２％の精度で検出することができる。

サンプリング周期ＳＦが短いほど、つまりサンプリング周波数が高いほど、線画像ＴＰＳのエッジ部を精度よく検出することができ、線幅ＳＨを正確に検出できる。

なお、サンプリング周期ＳＦを１μｓとした場合は、サンプリング周期当たりのベルトの移動量は０．１μｍとなり、１％の精度で検出できる。サンプリング周期ＳＦを１０μｓとした場合は１０％の精度で検出できる。

トナー付着量制御以外の画像安定化制御においては、サンプリング周期ＳＦはもっと長く設定される。例えば、ガンマ補正制御や光学センサ４７の光量制御においては、テストパターンＴＰとして線画像ＴＰＳを用いるのではなく、スポット光ＳＫよりも面積の十分に大きいべた画像またはグレイスケール画像などが用いられ、それらの画像の中でスポット光ＳＫが移動する間に検出を行えばよい。つまり、同じテストパターンＴＰの中で数箇所の検出が可能であれば十分である。したがって、サンプリング周期当たりのベルトの移動量を１〜０．１ｍｍの範囲としたい場合に、サンプリング周期ＳＦは１〜１０ｍｓの範囲となる。したがって、例えば、サンプリング周期ＳＦは１ｍｓに設定される。このとき、サンプリング周波数は１００Ｈｚである。

このように、画像安定化制御の内容によってサンプリング周期ＳＦが異なるので、トナー付着量制御、レジスト補正制御、またはガンマ補正制御の実行に際し、光学センサ４７でテストパターンＴＰを検出する直前において、それぞれの制御に合わせたサンプリング周期ＳＦとなるように設定するのである。

トナー付着量制御においては、テストパターンＴＰの先端部がスポット光ＳＫによる検出の直前位置まで搬送されたときに、サンプリング周波数を上げて、例えば５００ＫＨｚとする。そして、テストパターンＴＰの後端部が検出位置を通過するまで、上げたサンプリング周波数でサンプリングを行い、検出を行う。

図１５において、トナー付着量制御、レジスト補正制御、およびガンマ補正制御が順次行われる。それぞれにおいて、テストパターンＴＰの光学センサ４７による検出、および得られた検出信号に基づく演算などが行われ、その後、制御内容に応じて、現像バイアス電圧Ｖｄｃの設定、露光のタイミングの設定、または階調性の設定などが行われる。テストパターンＴＰの検出において、サンプリング周波数はこの例では、トナー付着量制御で５００ＫＨｚ、レジスト補正制御で１０ＫＨｚ、ガンマ補正制御で１００Ｈｚである。

次に、検出した線幅ＳＨに基づいて現像バイアス電圧Ｖｄｃを設定するプロセスについて説明する。

テストパターンＴＰである各線画像ＴＰＳについての線幅ＳＨを検出すると、各線画像ＴＰＳを形成したときの現像バイアス電圧Ｖｄｃとの対応から、図１２（Ａ）に示す対応関係が得られる。この対応関係と、予め設定してある対応テーブル１１５の線幅ＳＨとトナー付着量ＴＦとの対応関係〔図１２（Ｂ）〕とから、現像バイアス電圧Ｖｄｃとトナー付着量ＴＦとの関係〔図１２（Ｃ）〕を求める。

図１２（Ｃ）において、狙いのトナー付着量ＴＦＮを挟む２点ＴＦ２，ＴＦ３の間を直線補間により近似し、狙いのトナー付着量ＴＦを達成する現像バイアス電圧Ｖｘを求める。

図８（Ｂ）に示すように、同じ現像バイアス電圧Ｖｄｃによる線画像ＴＰＳが複数ある場合には、検出した線幅ＳＨの全平均値、または上下限値を省いた平均値を求め、これを線幅ＳＨとすればよい。

求められた現像バイアス電圧Ｖｘは、その現像バイアス電圧Ｖｘによって現像が行われるように、画像形成条件ＧＪの所定のメモリを書き換える。メモリを書き換えるタイミングは、トナー付着量制御の終了時が望ましい。但し、トナー付着量制御の後に、レジスト補正制御またはガンマ補正制御が行なわれる場合には、ガンマ補正制御を実行する前までに所定のメモリを書き換え、求めた現像バイアス電圧Ｖｘによって現像が行われるようにすればよい。

図１６において、画像安定化制御の実行指示が出されると、光学センサ４７の光量制御を行う（＃１１）。これは、光学センサ４７が中間転写ベルト４１のら面（表面）を検出した際に、狙いの出力レベルとなるように、光学センサ４７の発光部であるＬＥＤランプ８１の光量を調整する制御である。

そして、トナー付着量制御（＃１２）、レジスト補正制御（＃１３）、ガンマ補正制御（＃１４）を順次行う。

図１７において、トナー付着量制御では、テストパターンＴＰである線画像ＴＰＳを形成し（＃２１）、形成した線画像ＴＰＳを検出する（＃２２）。サンプリング周期設定部１１２により短く設定されたサンプリング周期ＳＦによって、検出信号Ｓ１のサンプリングを行い（＃２３）、これにより線幅ＳＨを検出する（＃２４）。検出された線幅ＳＨに基づいて、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるような現像バイアス電圧Ｖｘを算出する（＃２５）。算出された現像バイアス電圧Ｖｘを設定する（＃２６）。

なお、ステップ＃２５において、線幅ＳＨを一旦トナー付着量ＴＦに変換した後、トナー付着量ＴＦから現像バイアス電圧Ｖｘを算出してもよく、また、線幅ＳＨをトナー付着量ＴＦに変換することなく、線幅ＳＨから直接に現像バイアス電圧Ｖｘを算出してもよい。

上に述べた実施形態によると、トナー付着量制御において、線画像ＴＰＳを形成し、これを光学センサ４７で検出するので、べた画像を形成した場合と比較してトナーの消費量が低減する。また、トナー付着量ＴＦを検出するに当たり、線画像ＴＰＳの線幅ＳＨを検出することにより行うので、狙いのトナー付着量の近辺で光学センサ４７の感度が低下することなく、したがって乱反射光用の受光部を備えた高価な光学センサを用いることなく、簡単な構造の安価な光学センサ４７を用いることができる。しかし、上に述べた以外の構成を有する光学センサを用いてもよい。

また、トナー付着量制御における線幅ＳＨの検出に当たり、レジスト補正制御およびガンマ補正制御のために用いられる光学センサ４７のサンプリング周期ＳＦを短くすることによって検出が可能であるから、容易に実施でき、コスト的に有利である。

したがって、画像形成装置１におけるコストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制することができ、狙い通りにトナー付着量を設定することが可能である。

上に述べた実施形態では、光学センサ４７のスポット光ＳＫの形状は、円形ではなく、例えば楕円形、多角形、その他の形状であってもよい。光学センサ４７を用いてテストパターンＴＰの検出を行ったが、光学センサとして、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを用いることも可能である。また、光学センサ以外のセンサ、例えば、磁気センサ、静電容量センサ、超音波センサなどを用いることも可能である。

上に述べた実施形態では、光学センサ４７の検出信号Ｓ１のサンプリング周期ＳＦを変更することによって線幅ＳＨの検出を行うようにしたが、これとともに、システム速度を変更するようにしてもよい。

すなわち、図１４に示すように、システム速度が速くなるにしたがって、光学センサ４７の検出時の分解能は低下する。システム速度が十分に遅い場合に、光学センサ４７による線画像ＴＰＳの検出時に高い分解能が得られ、線幅ＳＨを高い精度で検出することができる。これを利用して、トナー付着量制御における線幅ＳＨの検出に当たり、光学センサ４７のサンプリング周期ＳＦを短くすると同時に、システム速度を遅くする。サンプリング周期ＳＦとシステム速度との組み合わせによって、光学センサ４７による線幅ＳＨの検出精度を確保するのである。

上に述べた実施形態において、サンプリング周期ＳＦまたはシステム速度は、上に述べた以外の種々のものとすることができる。また、サンプリング周期ＳＦを変更することなく、システム速度を変更することによって線幅ＳＨを検出するようにしてもよい。つまり、光学センサ４７による線幅ＳＨの検出時に、システム速度を低下させる。例えば、検出前のシステム速度が１００ｍｍ／ｓであったのを、検出時に０．１ｍｍ／ｓ程度に低下させる。これにより、サンプリング周期ＳＦを短くすることなく、線画像ＴＰＳの線幅ＳＨを高い精度で検出することができる。なお、その場合に、基本的なサンプリング周期ＳＦをある程度短いものとしておくことが望ましい。

その他、光学センサ４７、線画像ＴＰＳ、制御部１００、または画像形成装置１の各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略の内部構成を示す図である。 画像形成装置の一部である画像形成部を拡大して示す図である。 画像形成装置の主要な制御系を示すブロック図である。 本実施形態の画像安定化制御における機能構成を示すブロック図である。 光学センサの構造の例を示す図である。 トナー付着量と線幅との関係を示す図である。 テストパターンである線画像の例を示す図である。 線画像の形成の例を示す図である。 検出信号Ｓ１の例を示す図である。 検出信号Ｓ１から検出信号Ｓ２を生成する様子を示す図である。 線画像とスポット光との関係を説明する図である。 線幅から現像バイアス電圧を設定するプロセスを説明する図である。 サンプリング周期当たりの中間転写ベルトの移動量を示す図である。 システム速度と光学センサによる検出の解像度との関係を示す図である。 画像安定化制御におけるタイミングを示す図である。 画像安定化制御の概略の流れを示すフローチャートである。 トナー付着量制御の概略の流れを示すフローチャートである。 従来の光学センサの構造を示す図である。 従来の光学センサの感度特性を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２１ 感光体ドラム（像担持体）
４１ 中間転写ベルト（像担持体）
４７ 光学センサ（検出センサ）
１００ 制御部
１１１ サンプリング部
１１２ サンプリング周期設定部（サンプリング周期変更手段）
１１３ 線幅検出部（線幅検出手段）
１１４ 変換部
１１５ 対応テーブル
１２１ トナー付着量制御部（トナー付着量制御手段）
１２２ レジスト補正制御部
１２３ ガンマ補正制御部（ガンマ補正制御手段）
１２４ テスト画像形成部（テスト画像形成手段）
ＧＡ 画像安定化制御部
ＴＫ トナー付着量検出部
ＴＰＳ 線画像
ＴＦ トナー付着量
ＴＰ テストパターン
ＴＰＳ 線画像
ＳＨ 線幅
ＳＫ スポット光
Ｓ１，Ｓ２ 検出信号
ＴＦ トナー付着量
ＹＳ 用紙
ＳＦ サンプリング周期
Ｖｄｃ，Ｖ１〜Ｖ５，Ｖｘ 現像バイアス電圧

Claims (8)

1. 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
   トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
   前記テスト用の線画像を検出する検出センサと、
   前記検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、
   前記検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を検出する線幅検出手段と、
   実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、前記線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
   トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
   前記テスト用の線画像のトナー付着量を検出するための付着量検出手段と、
   実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、検出された前記トナー付着量に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、を有し、
   前記付着量検出手段は、
   前記テスト用の線画像に対して光を照射してその反射光を受光する光学センサと、
   前記光学センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、
   前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を前記トナー付着量に対応する値として検出する線幅検出手段と、を有し、
   前記トナー付着量制御手段は、
   前記線幅検出手段により検出された前記線幅に基づいて前記画像形成条件を設定する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. テスト画像形成手段は、
   前記線画像を前記像担持体の走行方向に対して角度を有して形成し、
   しかも、複数の前記線画像を互いに平行に形成し、前記線画像間の間隔が前記光学センサの光スポットの直径よりも大きく形成する、
   請求項２記載の画像形成装置。
4. テスト画像形成手段は、
   複数の前記線画像を互いに異なる複数の現像バイアス電圧によって形成する、
   請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記付着量検出手段は、
   前記線画像の線幅とトナー付着量との対応関係を示す対応テーブルを有する、
   請求項３または４記載の画像形成装置。
6. 前記サンプリング周期変更手段は、
   前記光学センサのサンプリング周期を、前記線画像の線幅を検出するときにそれ以外の検出を行うときよりも短くなるように変更する、
   請求項３または４記載の画像形成装置。
7. 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
   画像安定化制御を行なうためのテスト用の画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
   前記テスト用の画像を検出するための検出手段と、
   実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、検出手段により検出されたトナー付着量に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、
   実画像の画像形成時において所定のガンマ特性となるように、検出手段により検出された濃度に基づいて画像形成条件を設定するガンマ補正制御手段と、
   を有し、
   テスト画像形成手段は、トナー付着量制御を行うときに前記テスト用の画像として線画像を形成し、
   前記検出手段は、
   前記テスト用の画像に対して光を照射してその反射光を受光する光学センサと、
   前記光学センサのサンプリング周期を、トナー付着量制御を行うときにガンマ補正制御を行うときよりも短くなるように変更するサンプリング周期変更手段と、
   トナー付着量制御を行うときに、前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅をトナー付着量に対応する値として検出する、線幅検出手段と、
   前記ガンマ補正制御を行うときに、前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルに基づいて前記画像の濃度を検出する濃度検出手段と、
   を有し、
   前記トナー付着量制御手段は、前記線幅検出手段により検出された前記線幅に基づいて前記画像形成条件を設定する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置におけるトナー付着量制御方法であって、
   テスト用の線画像を前記像担持体上に形成するステップと、
   前記テスト用の線画像の線幅をセンサにより検出するステップと、
   検出された線幅に基づいて、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように画像形成条件を設定するステップと、
   を有することを特徴とする画像形成装置におけるトナー付着量制御方法。

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