JP2011028002A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像安定化制御をローコストで実行可能な画像形成装置を得る。
【解決手段】電子写真方式によるカラー画像形成装置であって、中間転写ベルト２１上に所定形状のトナーパターン１１０１，１１０２を作成し、該トナーパターンを光学センサＳＥ１で検出し、トナー付着量補正制御、色ずれ補正制御などの画像安定化制御を行う。トナーパターン１１０１＿ｌａ〜１１０１＿ｌｄ，１１０１＿ｒａ〜１１０１＿ｒｄは同じ作像条件で作成され、同じトナーパターンを用いてトナー付着量及び付着位置を検出する。これらのトナーパターンは中間転写ベルト２１の移動方向（副走査方向）Ｚに格子状に作成されることが好ましい。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置、特に、電子写真方式、静電記録方式、イオノグラフィー、磁気記録方式などによって最終的に記録材上にトナー画像を転写、定着する画像形成装置に関する。

従来、電子写真プロセスによってカラー画像を形成する装置は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各トナー像を形成するプロセスユニットを記録シートの搬送方向に並置したタンデム方式が一般的に採用されている。各プロセスユニットは、感光体ドラム上に画像データに基づいて変調された光を照射して静電潜像を形成し、この潜像をそれぞれのカラートナーによって現像し、中間転写ベルト上に１次転写して合成する。その後、合成されたトナー像は中間転写ベルトから記録シート上に２次転写され、加熱定着される。

この種の画像形成装置において、各色の濃度を正確に合わせて所望の色味の画像を得るために、まず、各色の最大濃度を目標値にするトナー付着量補正制御を行い、その後、ソリッド画像とハーフトーン画像の濃度が良好な直線性を保つようにルックアップテーブルを変更するハーフトーン濃度補正制御が行われる。また、複数のプロセスユニットでそれぞれの機械的精度の相違によって生じる色ずれを防止するために、各色ごとに色ずれ検出パターンを形成し、色ずれ量を検出して補正する色ずれ補正制御も行われている。これらの制御を総称して画像安定化制御と称する。画像安定化制御は、画像濃度や色ずれが目標値からずれたと想定されるタイミングで実行される。例えば、環境が大きく変化した場合や消耗品を交換した時点である。

以下、図１５及び図１６を参照して濃度補正制御について説明する。この種の濃度補正制御は、各プロセスユニットによって所定の作像条件にて形成された所定形状のソリッドなトナーパターンを中間転写ベルト上に１次転写して検出用トナーパターンを作成し、該トナーパターンを光学的に検出することによって行われる。

図１５には、トナー付着量補正制御のために中間転写ベルト２１上に作成されるトナーパターンの一例を模式的に示している。図１６には、ハーフトーン濃度補正制御のために作成されるトナーパターンの一例を模式的に示している。各図において、検出用のトナーパターンを示す符号に添付したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの文字はそれがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。また、以下の説明においてもＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの文字は色を示している。矢印Ｚは中間転写ベルト２１の移動方向（この移動方向Ｚは以下に副走査方向とも称する）を示し、矢印Ｚと直交する方向を主走査方向と称する。また、トナーパターンは発光素子と受光素子とからなる光学センサＳＥ１によって濃度と位置が検出される。

付着量補正制御のためのトナーパターン１０１〜１０４は、同じ画像データを現像バイアス電圧を切り替えながら作成する。そして、光学センサＳＥ１によって反射濃度を検出し、適正な現像バイアス電圧が印加されるように補正する。ハーフトーン濃度補正制御のためのトナーパターン２０１は、現像バイアス電圧を前記付着量補正制御によって適正化された値に設定し、複数階調の画像データに基づいて作成する。そして、光学センサＳＥ１によって反射濃度を検出し、所望のハーフトーン濃度が得られるようにハーフトーン濃度を適正化する。

また、色ずれ補正制御は、まず、各色ごとに色ずれ検出用トナーパターンを作成し、パターン位置を光学センサで測定することで色ずれ量を検出して補正する。この色ずれ補正制御に関しては図１７を参照して説明する。図１７には、色ずれ補正制御のために中間転写ベルト２１上に作成されるトナーパターンの一例を模式的に示している。トナーパターン３０１，３０２は副走査方向の色ずれ量を検出するためのもの、トナーパターン３０３，３０４は主走査方向の色ずれ量を検出するためのものであり、４５°の傾きで作成されている。ｔｓｆ１〜ｔｓｆ４、ｔｍｆ１〜ｔｍｆ４、ｔｓｒ１〜ｔｓｒ４、ｔｍｒ１〜ｔｍｒ４は各トナーパターンの検出タイミングを示している。

中間転写ベルト２１の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、副走査方向の色ずれ検出用トナーパターン３０１，３０２において、Ｋのトナーパターンを基準として他の色のトナーパターンまでの理論距離をｄｃＹ（ｍｍ）、ｄｃＭ（ｍｍ）、ｄｃＣ（ｍｍ）とし、副走査方向の色ずれ検出用トナーパターンと主走査方向の色ずれ検出用トナーパターン間の実測距離を左右それぞれ、ｄｍｆＫ（ｍｍ）、ｄｍｆＣ（ｍｍ）、ｄｍｆＭ（ｍｍ）、ｄｍｆＹ（ｍｍ）、ｄｍｒＫ（ｍｍ）、ｄｍｒＣ（ｍｍ）、ｄｍｒＭ（ｍｍ）、ｄｍｒＹ（ｍｍ）とする。このとき、副走査方向に関してＫを基準とする各色の色ずれ量δｅｓは、以下の計算で求めることができる。

δｅｓＹ＝ｖ×｛（ｔｓｆ４−ｔｓｆ１）＋（ｔｓｒ４−ｔｓｒ１）｝／２−ｄｃＹ
δｅｓＭ＝ｖ×｛（ｔｓｆ３−ｔｓｆ１）＋（ｔｓｒ３−ｔｓｒ１）｝／２−ｄｃＭ
δｅｓＣ＝ｖ×｛（ｔｓｆ２−ｔｓｆ１）＋（ｔｓｒ２−ｔｓｒ１）｝／２−ｄｃＣ

前記各式での計算結果から、Ｋに対するＹＭＣの各色の副走査方向の色ずれ方向／色ずれ量が求められる。そして、ＹＭＣ各色の１ライン目の書出し位置を制御することで、副走査方向の色ずれを補正することができる。

主走査方向に関する左右それぞれの色ずれ量δｅｍｆ、δｅｍｒは、
ｄｍｆＫ＝ｖ×（ｔｍｆ１−ｔｓｆ１）
ｄｍｆＣ＝ｖ×（ｔｍｆ２−ｔｓｆ２）
ｄｍｆＭ＝ｖ×（ｔｍｆ３−ｔｓｆ３）
ｄｍｆＹ＝ｖ×（ｔｍｆ４−ｔｓｆ４）
と、
ｄｍｒＫ＝ｖ×（ｔｍｒ１−ｔｓｒ１）
ｄｍｒＣ＝ｖ×（ｔｍｒ２−ｔｓｒ２）
ｄｍｒＭ＝ｖ×（ｔｍｒ３−ｔｓｒ３）
ｄｍｒＹ＝ｖ×（ｔｍｒ４−ｔｓｒ４）
により、
δｅｍｆＹ＝ｄｍｆＹ−ｄｍｆＫ
δｅｍｆＭ＝ｄｍｆＭ−ｄｍｆＫ
δｅｍｆＣ＝ｄｍｆＣ−ｄｍｆＫ
と、
δｅｍｒＹ＝ｄｍｒＹ−ｄｍｒＫ
δｅｍｒＭ＝ｄｍｒＭ−ｄｍｒＫ
δｅｍｒＣ＝ｄｍｒＣ−ｄｍｒＫ

となり、計算結果の正負から色ずれ方向が判断でき、δｅｍｆに基づいて主走査方向の書出し位置を、δｅｍｒ−δｅｍｆに基づいて主走査長さを補正する。なお、主走査長さに誤差が存在する場合は、主走査方向の書出し位置はδｅｍｆだけではなく、主走査長さの補正に伴って変更する画像クロック周波数の変化量を考慮して算出する。

ところで、付着量補正制御のためのトナーパターン１０１〜１０４は、図１５に示すように、それぞれの副走査方向の長さが現像ローラの１周の長さと同じに作成されている。その理由は、現像ローラの撓みなどに起因して、図１８に示すように、現像ローラの回転周期に応じてトナーの濃度むらが発生するので、光学センサにより現像ローラの１周長さ分は濃度を検出し、検出値を平均することで濃度むらを抑制する必要があるからである。

しかしながら、以上の画像安定化制御では、以下の問題点を有している。付着量補正制御を実行した後に、色ずれ補正制御とハーフトーン濃度補正制御を実行するために、制御に多大な時間を要してしまう。また、付着量補正制御で用いるトナーパターンは、副走査方向に全て均一にトナーが付着したソリッドなパターンであるため、光学センサによって検出しない部分でもトナーが大量に消費されてしまう。

前記問題点に対する対策として、特許文献１には、色ずれ補正制御とハーフトーン濃度補正制御を同時に実行する方法が提案されている。即ち、中間転写ベルト上でトナーパターンを検出できるように、光学センサを主走査方向に三つ並置し、両サイドの二つの光学センサで色ずれ補正制御用のトナーパターンを検出し、中央の光学センサでハーフトーン濃度補正制御用のトナーパターンを検出する。また、同様に、特許文献２には、色ずれ補正制御と付着量補正制御を同時に実行する方法が提案されている。即ち、両サイドの二つの光学センサで色ずれ補正制御用のトナーパターンを検出し、中央の光学センサで付着量補正制御用のトナーパターンを検出する。

しかしながら、前記したいずれの方法であっても、制御に要する時間を短縮できるが、光学センサを三つ必要とするのでコストアップになる。しかも、付着量補正制御用のトナーパターンは最低でも現像ローラの１周長さは必要であり、トナー消費量はそれほど削減されない。

特開２００２−１４５０５号公報 特開２００５−３２１５６９号公報

そこで、本発明の目的は、画像安定化制御をローコストで実行可能な画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態である画像形成装置は、
所定の速度で移動するトナー像担持体上にトナーを付着させて画像を形成する画像形成装置において、
トナー像担持体上に所定形状のトナーパターンを作成するトナーパターン作成手段と、
トナー像担持体上に作成されたトナーパターンを検出する検出手段と、
トナー像担持体上に作成されるトナーパターンへのトナー付着量を可変するための付着量可変手段と、
トナー像担持体上に作成されたトナーパターンのトナー付着量及び付着位置を検出し、その検出結果に基づいて作像条件を調整する画像安定化制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記画像安定化制御において前記トナーパターンを同じ作像条件で作成し、同じトナーパターンを用いてトナー付着量及び付着位置を検出すること、
を特徴とする。

前記画像形成装置は、画像安定化制御において、トナーパターンを同じ作像条件で作成し、同じトナーパターンを用いてトナー付着量及び付着位置を検出するようにしたため、トナー消費量が減少するとともに、センサが少なくて済み、制御時間も短縮される。

本発明によれば、画像安定化制御、特に、トナー付着量補正制御と色ずれ補正制御を、トナーの消費量を抑えて、また、少ない数のセンサによってローコストで実行可能である。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 前記画像形成装置の制御部を示すブロック図である。 トナーパターン検出用の光学センサの第１例及び第２例を示す断面図である。 画像安定化制御の制御手順を示すフローチャート図である。 トナーパターンの第１例を模式的に示す平面図である。 トナーパターンの第２例を模式的に示す平面図である。 トナーパターンを作成する際の現像バイアス電圧の変化を示すグラフである。 前記光学センサの検出出力を示すグラフである。 トナー付着量と反射濃度との関係を示すグラフである。 目標とするトナー付着量を得るための現像バイアス電圧を算出する手法を説明するためのグラフである。 トナーパターンの第１例において光学センサの検出出力から求められたトナー付着量を示すグラフである。 現像ローラと感光体ドラムとの距離が最大／最小となる位置を特定する方法を示すグラフである。 感光体ドラムと現像ローラ間の距離を示す概略説明図である。 トナーパターンの第２例において光学センサの検出出力から求められたトナー付着量を示すグラフである。 トナー付着量補正制御のために従来作成されていたトナーパターンを模式的に示す平面図である。 ハーフトーン濃度補正制御のために従来作成されていたトナーパターンを模式的に示す平面図である。 色ずれ補正制御のために従来作成されていたトナーパターンを模式的に示す平面図である。 現像ローラに起因するトナーの濃度むらを模式的に示す平面図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
本発明の一実施例である画像形成装置は、図１に示すように、タンデム方式の電子写真プリンタであり、概略、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー画像を形成するためのプロセスユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）と、中間転写ユニット２０と、記録シートを収容した給紙ユニット３０と、定着ユニット３５と、画像読取りユニット４０と、で構成されている。

プロセスユニット１０は、それぞれ、感光体ドラム１１、帯電チャージャ１２、現像器１３、露光装置１４などを配置したもので、露光装置１４から照射される光によってそれぞれの感光体ドラム１１上に描画される静電潜像を現像器１３で現像して各色のトナー画像を形成する。画像データは、画像読取りユニット４０からあるいはコンピュータから制御部５０に転送されてくる。

中間転写ユニット２０は、矢印Ｚ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト２１を備え、各感光体ドラム１１と対向する転写チャージャ２２から付与される電界にて、各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１上に１次転写して合成する。なお、このような電子写真法による画像形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。

装置本体の下部には、記録シートを１枚ずつ給紙する給紙ユニット３０が配置され、記録シートは給紙ローラ３１から前記中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２５とのニップ部に搬送され、ここでトナー画像（合成カラー画像）が２次転写される。その後、記録シートは定着ユニット３５に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部３６に排出される。

画像安定化制御を行うためのトナーパターンを検出するセンサＳＥ１は、中間転写ベルト２１の表面に、プロセスユニット１０Ｋの下流側で、対向して配置されている。このセンサＳＥ１は光学式の反射型センサである。なお、この種の光学センサＳＥ１は、各感光体ドラム１１上でトナーパターンを検出するように配置されていてもよく、あるいは、２次転写後に記録シート上でトナーパターンを検出するように配置されていてもよい。

（制御部、図２参照）
制御部５０は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、ワークメモリなどを備え、図２に示すように、トナーパターン形成制御部５１、トナー付着量補正制御部５２、色ずれ補正制御部５３、ハーフトーン濃度補正制御部５４から構成されている。また、制御部５０は記憶部５５、通信部５６、画像形成制御部５７、操作部５８とシステムバス５９により接続され、これらを総括的に制御する。例えば、操作部５８や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、データチェックを行い、予め決められたフォームに変換して記憶部５５に保存する。さらに、以下に詳述する画像安定化制御を実行する。

（光学センサ、図３参照）
光学センサＳＥ１は、図３（Ａ）に示す第１例又は図３（Ｂ）に示す第２例のいずれかを好適に用いることができる。第１例は、光をトナーパターンＴに照射する発光素子（ＬＥＤ）６１と、トナーパターンＴで正反射された光を受光する受光素子（ＰＤ）６２及びトナーパターンＴで乱反射された光を受光する受光素子（ＰＤ）６３とで構成されている。第２例は、発光素子（ＬＥＤ）６１とトナーパターンＴで正反射された光を受光する受光素子（ＰＤ）６２とで構成されている。

（画像安定化制御、図４〜図１４参照）
画像安定化制御は、目標とする高品質の画像を形成するために作像に寄与する各制御因子に対して制御を行う。画像安定化制御は、予め設定されたタイミングで自動的に行う場合と、ユーザあるいはサービスマンが強制的に行う場合とがある。通常は、プリントジョブの終了時など画像の形成が行われないタイミングで実行される。消耗品の交換直後などにも実行される。

実際に実行される画像安定化制御は、画像形成装置の特性によっても異なるが、通常は、光学センサ光量補正制御、トナー付着量補正制御、色ずれ補正制御、ハーフトーン濃度補正制御である。それぞれの制御は、状況に応じて単独であるいは複数を同時に実行する。複数の制御を同時に実行する場合は、図４に示すように、光学センサ光量補正制御（ステップＳ１）、トナー付着量／色ずれ補正制御（ステップＳ２）、ハーフトーン濃度補正制御（ステップＳ３）の順序で行われる。

光学センサ光量補正制御は、光学センサＳＥ１で中間転写ベルト２１の裸面を検出したときに、目標とする出力が得られるようにする制御である。トナー付着量補正制御は、白黒比１００％のソリッド画像が得られるようにする制御である。色ずれ補正制御は、ＹＭＣＫそれぞれの画像に対して主走査方向及び副走査方向の位置を補正する制御である。ハーフトーン濃度補正制御は、目標とする階調特性が得られるようにする制御である。

これらの画像安定化制御は、フィードバック制御であり、実際に作像状態を把握したうえで、制御因子を設定して行われる。作像状態を把握するために所定の作像条件でトナーパターンを中間転写ベルト２１上に作成する。本実施例では、トナー付着量補正制御と色ずれ補正制御では同じトナーパターンを使用し、その詳細は後述する。

ハーフトーン濃度補正制御は、通常、ディザパターンあるいは誤差拡散パターンを使用する。前記光学センサＳＥ１によるトナーパターンの検出結果に基づいて各制御因子を補正／設定する。本実施例においてトナー付着量補正制御が対象とする制御因子は現像バイアス電圧を想定している。但し、トナー付着量を制御できる他のパラメータ、例えば、感光体ドラム１１への露光量、現像ローラと感光体ドラム１１の周速比などであってもよい。色ずれ補正制御の制御因子は、通常、露光装置１４による感光体ドラム１１への書込みタイミングである。ハーフトーン濃度補正制御の制御因子は、通常、出力階調に対するディザパターンあるいは誤差拡散パターンである。

（トナー付着量補正制御／色ずれ補正制御の第１例）
まず、トナー付着量補正制御と色ずれ補正制御に使用されるトナーパターンについて説明する。本第１例では、図５に示すように、中間転写ベルト２１の両側に形成され、それに対応して二つの光学センサＳＥ１が配置される。副走査方向の色ずれを検出するためのトナーパターン１１０１＿ｌａ〜１１０１＿ｌｄ，１１０１＿ｒａ〜１１０１＿ｒｄを合計８組、主走査方向の色ずれを検出するためのトナーパターン１１０２＿ｌａ〜１１０２＿ｌｄ，１１０２＿ｒａ〜１１０２＿ｒｄを合計８組、中間転写ベルト２１の１周長さ内に均等な位置に作成する。区間Ａ〜Ｄの全長が中間転写ベルト２１の１周長さに対応している。

副走査方向の色ずれ検出用のトナーパターンは、中間転写ベルト２１の移動方向（副走査方向）Ｚに格子状に作成される。換言すれば、光学センサＳＥ１が副走査方向にライン（トナーパターン）を跨いで検出するように作成される。ラインは合計で左右それぞれ１６本であり、移動方向Ｚに各組ごとにＫＣＭＹの順序で４本ずつ繰り返して作成される。１ラインの副走査方向の幅寸法は２４ドット、主走査方向の長さは１９０ドットである。１連のトナーパターン１１０１，１１０２において先頭のラインから末尾のラインまでの距離Ｌは現像ローラ１３ａ（図１参照）の１周の長さに対応している。

主走査方向の色ずれ検出用のトナーパターンは、副走査方向に対して４５°の傾きを有するラインで作成されている。１組のラインは４本であり、移動方向ＺにＫＣＭＹの順序で繰り返して作成される。１ラインの幅寸法は２４ドットである。

ここで、トナーパターンを作成する際の現像バイアス電圧について図７を参照して説明する。図７に示されているように、副走査方向に分かれた区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでそれぞれ現像バイアス電圧を、Ｖａｖｅ＿ａ，Ｖａｖｅ＿ｂ，Ｖａｖｅ＿ｃ，Ｖａｖｅ＿ｄと段階的に高めていく。４水準の電圧値は画像形成装置の状態（基本となる現像バイアス電圧値、湿度などの環境条件、耐久度合など）で決定される。

次に、前記トナーパターンを光学センサＳＥ１で検出した際の出力について図８を参照して説明する。トナーパターンはＫＣＭＹの順序で検出されるため、図８では、時間軸（横軸）の左からＫＣＭＹのラインを検出した出力となっている。中間転写ベルト２１の裸面での出力は先行して実行されるセンサ光量補正制御で調整されている。トナー付着量補正制御で用いられるセンサ出力は、各色のラインを検出した際の最小出力値である。例えば、ＫであればＫｍｉｎであり、ＣであればＣｍｉｎである。

色ずれ補正制御で用いられるセンサ出力は、各色のラインを検出した際の下降部、上昇部における中間点での出力値である。具体的には、ベルト裸面での出力値と最小出力値の時間的な中間時点での出力値である。例えば、Ｋであればａ＿ｋ、ｂ＿ｋでの出力値、Ｃであればａ＿ｃ，ａ＿ｂでの出力値である。センサＳＥ１が中間出力となる時間を求めることで、ライン（トナーパターン）の重心位置がセンサＳＥ１の検出点を通過したタイミングを求める。例えば、Ｋであれば（ａ＿ｋ＋ｂ＿ｋ）／２であり、Ｃであれば（ａ＿ｃ＋ａ＿ｂ）／２である。

次に、トナー付着量補正制御において目標とする付着量を得るために現像バイアス電圧を求める方法を説明する。まず、前述した方法で、図５に示したトナーパターンのそれぞれのセンサ出力の最小値を得る。計１０個の最小値を平均して、１色ごとに現像バイアス電圧の１水準（図７参照）当たりの平均最小値を求める。この平均最小値からソリッド画像のトナー付着量を求める。トナー付着量を求める際、制御部５０に内蔵されている、センサ出力からトナー付着量を求める換算式、あるいは、ルックアップテーブルを使用する。これにて、４色、現像バイアス電圧の４水準でのトナー付着量が合計１６個得られる。

また、１色ごとに現像バイアス電圧の１水準当たり合計１０個のセンサ出力最小値から、それぞれのトナー付着量を前記換算式又はルックアップテーブルを使用して求める。例えば、図５に示したトナーパターン１１０１＿ｌａ，１１０１＿ｒａ，１１０２＿ｌａ，１１０２＿ｒａのセンサ出力最小値からトナー付着量を求めた結果を図１１に示す。１１０１＿ｌａ＿ｋ１が最大付着量であり、１１０１＿ｒａ＿ｋ２が最小付着量である。

そこで、前記二つのトナー付着量から現像ローラ１３ａの周期濃度むらが検出できる。この最大／最小のトナー付着量のレベルが許容範囲内であれば問題ない。しかし、許容範囲外であれば、画像形成装置を強制的に動作停止にして、正常状態へ復帰させる手段を講じるようユーザに対してトラブル発生を警告してもよい。

他の方法として、トナー付着量とセンサＳＥ１によって検出される反射濃度との関係は、図９に示すように、付着量の増加に伴って感度が減少する傾向にある。この特性を利用して、ソリッドな濃度むらのレベルが許容範囲外であれば、目標とするトナー付着量を増加させて、ソリッドな濃度むらのレベルを許容範囲内に収めることができる。

次に、現像バイアス電圧の４水準でのトナー付着量の合計１６個から、目標とする現像バイアス電圧を求める方法を図１０を参照して説明する。図１０はＫの現像バイアス電圧Ｖａｖｅとトナー付着量との関係を示している。Ｖａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄは図５の検出区間Ａ〜ＤでのＫの現像バイアス電圧に対応する。図１０（Ａ）は目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）がＶａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄの範囲内にある場合を示している。図１０（Ｂ）は目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）がＶａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄの範囲外にある場合を示している。

図１０（Ａ）に示す場合、Ｖａｖｅ＿ｃとＶａｖｅ＿ｄの間で直線近似を行い、内挿することで目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）を求める。図１０（Ｂ）に示す場合、Ｖａｖｅ＿ｄから直線近似を行い、外挿することで目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧を求める。近似直線は得られた４点から最小２乗法を用いて求める。

前記格子状のトナーパターンは、色ずれ補正制御にも利用できる。ここで、色ずれ補正制御における主／副走査方向の書出しタイミングを求める方法を説明する。前述した方法で求めた各トナーパターンの重心位置から主／副走査方向の書出しタイミングを求める。

副走査方向の書出しタイミングは、８組あるトナーパターン１１０１を使用して求める。１組でＫの重心位置に対するＣＭＹの重心位置のずれ量を求め、ＣＭＹそれぞれで合計８個のＫの重心位置に対するずれ量が求められる。そして、８個の平均値を求めることで、ＣＭＹそれぞれのＫの重心位置に対する平均ずれ量が求められ、副走査方向の書出しタイミングを設定する。

次に、１組のトナーパターンからＫの重心位置に対するＣの重心位置のずれ量を求める方法を説明する。図５に示したトナーパターン１１０１＿ｒｂの拡大図から理解できるように、移動方向Ｚから順次、ＫＣＭＹ，ＫＣＭＹ，ＫＣＭＹ，ＫＣＭＹのラインが並んでいる。ここで個々のラインを特定するために、最初のＫＣＭＹに１を、次に２を、その次に３を、最後に４の番号を付ける。Ｃ１の重心位置の比較対象はＫ１であり、Ｃ２の重心位置の比較対象はＫ２であり、Ｃ３はＫ３、Ｃ４はＫ４である。

合計四つのＣのＫに対する色ずれ量が求められる。四つの平均値を求め、その平均値をトナーパターン１１０１＿ｒｂのＣの色ずれ量とする。同様に、Ｍ，ＹもＫに対する色ずれ量を求める。

主走査方向の書出しタイミングは、それぞれ８組あるトナーパターン１１０１，１１０２を組み合わせて求める。よって、トナーパターン１１０１＿ｌａと１１０２＿ｌａでＫの重心位置に対するＣＭＹの重心位置のずれ量がそれぞれ一つ求められる。トナーパターン全体では、ＣＭＹそれぞれで合計８個のＫの重心位置に対するずれ量が求められる。そして、８個の平均値を求めることで、ＣＭＹそれぞれのＫの重心位置に対する平均ずれ量が求められ、主走査方向の書出しタイミングを設定する。

次に、１組のトナーパターンからＫの重心位置に対するＣの重心位置のずれ量を求める方法を説明する。図５に示したトナーパターン１１０２＿ｒｄの拡大図から理解できるように、ＫＣＭＹの各ラインがそれぞれ移動方向（副走査方向）Ｚに対して４５°の傾きを有しているために、基準となるラインから対象となるラインとの間の距離（時間）を測定することで、主走査方向のずれ方向とずれ量が検出できる。基準となるラインは、１１０２＿ｒｄであればその前段に作成される１１０１＿ｒｄのラインを使用する。

具体的には、副走査方向の書出しタイミングを求める際に使用した個々のラインを特定する番号を使用すると、１１０２＿ｒｄ＿Ｋの基準ラインは１１０１＿ｒｄ＿Ｋ４であり、１１０２＿ｒｄ＿Ｃの基準ラインは１１０１＿ｒｄ＿Ｃ４であり、１１０２＿ｒｄ＿Ｍの基準ラインは１１０１＿ｒｄ＿Ｍ４であり、１１０２＿ｒｄ＿Ｙの基準ラインは１１０１＿ｒｄ＿Ｙ４である。基準ラインと対象ライン間の距離が目標値よりも長ければ、図５の右方向にずれており、逆に、短ければ、図５の左方向にずれていることになる。このようにして、４色の位置ずれ量が求められる。次に、Ｋを基準にして、Ｋに対するＣ，Ｍ，Ｙそれぞれの色ずれ量を求める。求めたＣＭＹの色ずれ量が１１０２＿ｒｄと１１０１＿ｒｄから求めた色ずれ量となる。

ＣＭＹ各色の１ライン目の書出し位置を前記方法で求めたＣＭＹ３色のＫに対する副走査方向の色ずれ量で制御し、副走査方向に色ずれのない画像を形成する。同様に、主走査方向の書出し位置を前記方法で求めたＣＭＹ３色のＫに対する主走査方向の色ずれ量で制御し、主走査方向に色ずれのない画像を形成する。なお、主走査方向の長さに誤差がある場合は、主走査方向の書出し位置だけではなく、主走査長さの補正に伴って変更する画像クロック周波数の変化量を考慮して算出する。

（トナー付着量補正制御／色ずれ補正制御の第２例）
まず、トナー付着量補正制御と色ずれ補正制御に使用されるトナーパターンについて説明する。本第２例では、図６に示すように、中間転写ベルト２１の両側に形成され、それに対応して二つの光学センサＳＥ１が配置される。副走査方向の色ずれを検出するためのトナーパターン１２０１＿ｌａ〜１２０１＿ｌｄ，１２０１＿ｒａ〜１２０１＿ｒｄを合計８組、主走査方向の色ずれを検出するためのトナーパターン１２０２＿ｌａ〜１２０２＿ｌｄ，１２０２＿ｒａ〜１２０２＿ｒｄを合計８組、中間転写ベルト２１の１周長さ内に均等な位置に作成する。区間Ａ〜Ｄの全長が中間転写ベルト２１の１周長さに対応している。

副走査方向の色ずれ検出用のトナーパターンは、中間転写ベルト２１の移動方向（副走査方向）Ｚに格子状に作成される。換言すれば、光学センサＳＥ１が副走査方向にライン（トナーパターン）を跨いで検出するように作成される。ラインは合計で左右それぞれ３２本であり、移動方向Ｚに各組ごとにＫＫＣＣＭＭＹＹの順序で８本ずつ繰り返して作成される。１ラインの副走査方向の幅寸法は２４ドット、主走査方向の長さは１９０ドットである。１連のトナーパターン１２０１，１２０２において各色は２ラインずつ作成され、２ラインの距離Ｌ／２は現像ローラ１３ａ（図１参照）の１周の長さＬの１／２に対応している。現像ローラ１３ａの回転方向に対して２ラインが作成される位置は固定されておらず、現像ローラ１３ａの１周内のいずれかである。この理由は後述する。

主走査方向の色ずれ検出用のトナーパターンは、副走査方向に対して４５°の傾きを有するラインで作成されている。１組のラインは４本であり、移動方向ＺにＫＣＭＹの順序で繰り返して作成される。１ラインの幅寸法は２４ドットである。

次に、トナーパターン１２０１の各色が作成される位置について説明する。図６に拡大して示すように、各色での２ラインは必ず現像ローラ１３ａの１周内で最小濃度ポイントと最大濃度ポイントで作成される。最小濃度ポイント及び最大濃度ポイントとは、感光体ドラム１１と現像ローラ１３ａの距離が周期的に変動することによる。これは、図１２に示すように、現像ローラ１３ａは感光体ドラム１１に対して両端に配置したローラ１６を介して対向しているが、現像ローラ１３ａ自体に撓みが生じていると距離Ｄｓが最小になるポイント及び最大になるポイントが発生してしまう。距離Ｄｓが最小になるポイントが最大濃度ポイントであり、距離Ｄｓが最大になるポイントが最小濃度ポイントである。

それゆえ、最大濃度ポイントとなる現像ローラ１３ａの回転位置が特定されると、その反対側（回転方向に１８０°対向する側）が最小濃度ポイントとなる。最大濃度ポイントを検出する方法を図１２を参照して説明する。これは、現像ローラ１３ａと感光体ドラム１１との間に電位差を設けてリーク電流を発生させ、該リーク電流を検出することで、最大濃度ポイントを検出する方法である。最大濃度ポイントは距離Ｄｓが最小になるポイントであるので、現像ローラ１３ａの１周内でリーク電流が最大値となるポイントである。

図１２では、現像ローラ１３ａに現像バイアス電圧として直流成分Ｖｄｃ：７０Ｖ、交流成分Ｖｐｐ：７５０Ｖを最初に印加し、徐々にＶｐｐを上昇させている。リーク電流を検出するリーク検出回路をまず安定化させるためである。また、Ｖｐｐ１水準を印加中にＶｐｐを１００Ｖ減少させる区間を設け、リーク電流を確実に検出するようにしている。図１２では、リーク基準値から１Ｖ以上リークしている最大ポイントを最大濃度ポイントとしている。これは、リーク量を増大させることでダイナミックレンジを広げ、より高精度で検出することを目的としている。また、最大濃度ポイントを２回検出することで、より確実な検出を行うようにしている。ここでは、現像ローラ１３ａの位置Ｃが最大濃度ポイントとして検出されている。

図６に示すトナーパターン１２０１＿ｒｂの拡大部分で、Ｋの２ラインの一つが最大濃度ポイントである位置Ｃで作成されている。位置Ｃの１８０°反対側の位置Ａでいま一つのラインが作成されている。これは、前述したように、最大濃度ポイントの反対側で最小濃度ポイントが発生するからである。色ずれ補正制御では、各色のラインが重なってしまうと目標とする検出ができなくなる。そこで、各色で、現像ローラ１３ａの１周分長さＬのパターン作成範囲を設け、各色のラインが重なることを防止している。

ここで、トナーパターン１２０１，１２０２を作成する際の現像バイアス電圧について図７を参照して説明する。図７に示されているように、副走査方向に分かれた区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでそれぞれ現像バイアス電圧を、Ｖａｖｅ＿ａ，Ｖａｖｅ＿ｂ，Ｖａｖｅ＿ｃ，Ｖａｖｅ＿ｄと段階的に高めていく。４水準の電圧値は画像形成装置の状態（基本となる現像バイアス電圧値、湿度などの環境条件、耐久度合など）で決定される。

次に、前記トナーパターンを光学センサＳＥ１で検出した際の出力について図８を参照して説明する。トナーパターンはＫＣＭＹの順序で検出されるため、図８では、時間軸（横軸）の左からＫＣＭＹのラインを検出した出力となっている。中間転写ベルト２１の裸面での出力は先行して実行されるセンサ光量補正制御で調整されている。トナー付着量補正制御で用いられるセンサ出力は、各色のラインを検出した際の最小出力値である。例えば、ＫであればＫｍｉｎであり、ＣであればＣｍｉｎである。

色ずれ補正制御で用いられるセンサ出力は、各色のラインを検出した際の下降部、上昇部における中間点での出力値である。具体的には、ベルト裸面での出力値と最小出力値の時間的な中間時点での出力値である。例えば、Ｋであればａ＿ｋ、ｂ＿ｋでの出力値、Ｃであればａ＿ｃ，ａ＿ｂでの出力値である。センサＳＥ１が中間出力となる時間を求めることで、ライン（トナーパターン）の重心位置がセンサＳＥ１の検出点を通過したタイミングを求める。例えば、Ｋであれば（ａ＿ｋ＋ｂ＿ｋ）／２であり、Ｃであれば（ａ＿ｃ＋ａ＿ｂ）／２である。

次に、トナー付着量補正制御において目標とする付着量を得るために現像バイアス電圧を求める方法を説明する。まず、前述した方法で、図６に示したトナーパターンのそれぞれのセンサ出力の最小値を得る。計６個の最小値を平均して、１色ごとに現像バイアス電圧の１水準（図７参照）当たりの平均最小値を求める。この平均最小値からソリッド画像のトナー付着量を求める。トナー付着量を求める際、制御部５０に内蔵されている、センサ出力からトナー付着量を求める換算式、あるいは、ルックアップテーブルを使用する。これにて、４色、現像バイアス電圧の４水準でのトナー付着量が合計１６個得られる。

また、１色ごとに現像バイアス電圧の１水準当たり合計６個のセンサ出力最小値から、それぞれのトナー付着量を前記換算式又はルックアップテーブルを使用して求める。例えば、図６に示したトナーパターン１２０１＿ｌａ，１２０１＿ｒａ，１２０２＿ｌａ，１２０２＿ｒａのセンサ出力最小値からトナー付着量を求めた結果を図１４に示す。１２０１＿ｌａ＿ｋ１が最大付着量であり、１２０２＿ｌａ＿ｋ２が最小付着量である。

そこで、前記二つのトナー付着量から現像ローラ１３ａの周期濃度むらが検出できる。この最大／最小のトナー付着量のレベルが許容範囲内であれば問題ない。しかし、許容範囲外であれば、画像形成装置を強制的に動作停止にして、正常状態へ復帰させる手段を講じるようユーザに対してトラブル発生を警告してもよい。

他の方法として、トナー付着量とセンサＳＥ１によって検出される反射濃度との関係は、図９に示すように、付着量の増加に伴って感度が減少する傾向にある。この特性を利用して、ソリッドな濃度むらのレベルが許容範囲外であれば、目標とするトナー付着量を増加させて、ソリッドな濃度むらのレベルを許容範囲内に収めることができる。

次に、現像バイアス電圧の４水準でのトナー付着量の合計１６個から、目標とする現像バイアス電圧を求める方法を図１０を参照して説明する。図１０はＫの現像バイアス電圧Ｖａｖｅとトナー付着量との関係を示している。Ｖａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄは図６の検出区間Ａ〜ＤでのＫの現像バイアス電圧に対応する。図１０（Ａ）は目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）がＶａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄの範囲内にある場合を示している。図１０（Ｂ）は目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）がＶａｖｅ＿ａ〜Ｖａｖｅ＿ｄの範囲外にある場合を示している。

図１０（Ａ）に示す場合、Ｖａｖｅ＿ｃとＶａｖｅ＿ｄの間で直線近似を行い、内挿することで目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧（Ｖａｖｅ＿ｔｒｇ）を求める。図１０（Ｂ）に示す場合、Ｖａｖｅ＿ｄから直線近似を行い、外挿することで目標とするトナー付着量を達成する現像バイアス電圧を求める。近似直線は得られた４点から最小２乗法を用いて求める。

前記格子状のトナーパターンは、色ずれ補正制御にも利用できる。ここで、色ずれ補正制御における主／副走査方向の書出しタイミングを求める方法を説明する。前述した方法で求めた各トナーパターンの重心位置から主／副走査方向の書出しタイミングを求める。

副走査方向の書出しタイミングは、８組あるトナーパターン１２０１を使用して求める。１組でＫの重心位置に対するＣＭＹの重心位置のずれ量を求め、ＣＭＹそれぞれで合計８個のＫの重心位置に対するずれ量が求められる。そして、８個の平均値を求めることで、ＣＭＹそれぞれのＫの重心位置に対する平均ずれ量が求められ、副走査方向の書出しタイミングを設定する。

次に、１組のトナーパターンからＫの重心位置に対するＣの重心位置のずれ量を求める方法を説明する。図６に示したトナーパターン１２０１＿ｒｂの拡大図から理解できるように、移動方向Ｚから順次、ＫＫＣＣＭＭＹＹのラインが並んでいる。ここで個々のラインを特定するために、最初のＫＣＭＹに１を、次に２を付ける。Ｃ１の重心位置の比較対象はＫ１であり、Ｃ２の重心位置の比較対象はＫ２である。

合計二つのＣのＫに対する色ずれ量が求められる。二つの平均値を求め、その平均値をトナーパターン１２０１＿ｒｂのＣの色ずれ量とする。同様に、Ｍ，ＹのＫに対する色ずれ量を求める。

主走査方向の書出しタイミングは、それぞれ８組あるトナーパターン１２０１，１２０２を組み合わせて求める。よって、トナーパターン１２０１＿ｌａと１２０２＿ｌａでＫの重心位置に対するＣＭＹの重心位置のずれ量がそれぞれ一つ求められる。トナーパターン全体では、ＣＭＹそれぞれで合計８個のＫの重心位置に対するずれ量が求められる。そして、８個の平均値を求めることで、ＣＭＹそれぞれのＫの重心位置に対する平均ずれ量が求められ、主走査方向の書出しタイミングを設定する。

次に、１組のトナーパターンからＫの重心位置に対するＣの重心位置のずれ量を求める方法を説明する。図６に示したトナーパターン１２０２＿ｒｄの拡大図から理解できるように、ＫＣＭＹの各ラインがそれぞれ移動方向（副走査方向）Ｚに対して４５°の傾きを有しているために、基準となるラインから対象となるラインとの間の距離（時間）を測定することで、主走査方向のずれ方向とずれ量が検出できる。基準となるラインは、１２０２＿ｒｄであればその前段に作成される１２０１＿ｒｄのラインを使用する。

具体的には、副走査方向の書出しタイミングを求める際に使用した個々のラインを特定する番号を使用すると、１２０２＿ｒｄ＿Ｋの基準ラインは１２０１＿ｒｄ＿Ｋ２であり、１２０２＿ｒｄ＿Ｃの基準ラインは１２０１＿ｒｄ＿Ｃ２であり、１２０２＿ｒｄ＿Ｍの基準ラインは１２０１＿ｒｄ＿Ｍ２であり、１２０２＿ｒｄ＿Ｙの基準ラインは１２０１＿ｒｄ＿Ｙ２である。基準ラインと対象ライン間の距離が目標値よりも長ければ、図６の右方向にずれており、逆に、短ければ、図６の左方向にずれていることになる。このようにして、４色の位置ずれ量が求められる。次に、Ｋを基準にして、Ｋに対するＣ，Ｍ，Ｙそれぞれの色ずれ量を求める。求めたＣＭＹの色ずれ量が１２０２＿ｒｄと１２０１＿ｒｄから求めた色ずれ量となる。

ＣＭＹ各色の１ライン目の書出し位置を前記方法で求めたＣＭＹ３色のＫに対する副走査方向の色ずれ量で制御し、副走査方向に色ずれのない画像を形成する。同様に、主走査方向の書出し位置を前記方法で求めたＣＭＹ３色のＫに対する主走査方向の色ずれ量で制御し、主走査方向に色ずれのない画像を形成する。なお、主走査方向の長さに誤差がある場合は、主走査方向の書出し位置だけではなく、主走査長さの補正に伴って変更する画像クロック周波数の変化量を考慮して算出する。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、画像安定化制御をローコストで実行可能である点で優れている。

１０…プロセスユニット
１１…感光体ドラム
１２…帯電チャージャ
１３…現像器
１４…露光装置
２１…中間転写ベルト
６１…発光素子
６２，６３…受光素子
１１０１，１１０２，１２０１，１２０２…格子状トナーパターン
ＳＥ１…光学センサ

Claims (6)

1. 所定の速度で移動するトナー像担持体上にトナーを付着させて画像を形成する画像形成装置において、
   トナー像担持体上に所定形状のトナーパターンを作成するトナーパターン作成手段と、
   トナー像担持体上に作成されたトナーパターンを検出する検出手段と、
   トナー像担持体上に作成されるトナーパターンへのトナー付着量を可変するための付着量可変手段と、
   トナー像担持体上に作成されたトナーパターンのトナー付着量及び付着位置を検出し、その検出結果に基づいて作像条件を調整する画像安定化制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記画像安定化制御において前記トナーパターンを同じ作像条件で作成し、同じトナーパターンを用いてトナー付着量及び付着位置を検出すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. トナー像担持体上に作成されるトナーパターンは、トナー像担持体の移動方向の寸法が現像ローラの１周の長さに対して十分に短いこと、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、前記トナーパターンをトナー像担持体の移動方向に格子状に、かつ、少なくとも現像ローラの１周の長さにわたって作成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. さらに、感光体と現像ローラ間の距離を検出する距離検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記距離検出手段の検出結果に基づく感光体と現像ローラ間が最長距離となるポイント及び最短距離となるポイントに対して前記トナーパターンを作成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記距離検出手段は、感光体と現像ローラ間に電位差を生じさせることでリーク電流を発生させ、該リーク電流を検出すること、を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. トナーパターンを検出する検出手段は、光をトナーパターンに照射する発光部と、トナーパターンから反射する光を受光する受光部からなること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

Images