JP2012128200A

JP2012128200A - 画像形成装置

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Publication number: JP2012128200A
Application number: JP2010279857A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Okada; 紀行岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP5767463B2; US8639135B2; US20120155898A1

Abstract

【課題】自動階調補正後のトナー帯電特性を維持するとともに、自動階調補正を行う際の不必要なダウンタイムや無駄なトナーの消費を低減する画像形成装置を提供する。
【解決手段】本画像形成装置は、自動階調補正処理を実行する前に、露光手段及び現像手段を用いて像担持体に基準現像剤像を形成し、像担持体に形成された基準現像剤像の濃度を検知し、現像手段が有する現像剤の帯電量が所定の範囲内であることを検知結果が示す場合に、自動階調補正処理を実行させ、現像手段が有する現像剤の帯電量が所定の範囲内でないと濃度検知手段の検知結果が示す場合に、現像手段が有する現像剤の帯電量を所定の範囲内にするための調整処理を実行した後に自動階調補正処理を実行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式を利用した、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置において、感光体を帯電し、レーザ光による像露光を行い、これを現像する、いわゆる電子写真方式のレーザプリンタが知られている。このようなレーザプリンタは画像品質が高く、高速である等の長所を持っており、例えば複写機等の出力装置や通常のプリンタとして一般に広く用いられている。このような画像形成装置が具備する現像器には、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、又は非磁性トナーと磁性キャリアとを主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、フルカラーやマルチカラー画像を形成する画像形成装置では、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像器が二成分現像剤を使用している。

近年、このような画像形成装置がＰＯＤ（ＰｒｉｎｔＯｎＤｅｍａｎｄ）と呼ばれる軽印刷市場で用いられるようになってきており、それに対応するべくさらなる高画質、高安定化の要求が高まっている。高安定化において重要視される項目の一つとして、濃度階調特性の安定化がある。画像形成装置は特に環境変動、耐久変動等に対して出力濃度変化の感度が高いため、画像の濃度階調を常に適正な状態に保つ必要がある。

濃度階調安定性の手法として、特許文献１にある自動階調補正というものがある。これは、記録材上に階調パターン画像を形成し、この画像の光学濃度を読み取ることで所望の階調特性が得られるようにγＬＵＴ（Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ）を作成し、階調制御を行っているものもある。自動階調補正を行うことで、環境変動、耐久変動等によらず安定したな濃度階調特性を得ることができる。

濃度階調安定性のもう一つの手法として、特許文献２にあるパッチ検知ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ）制御と呼ばれるトナーの帯電特性を安定化させる手法がある。この手法は、二成分現像剤を用いた際のトナーの帯電特性を安定化させる手法である。電子写真感光体（感光体）上に参照用の画像濃度検知用画像パターン（パッチ画像）を作像し、画像濃度センサにより当該パッチ画像を検知し、その検知値が所望の値になるように、トナーの補給量を制御することでトナーの帯電特性を安定化させている。

特開２０００−２３８３４１号公報特開平１０−０３９６０８号公報

しかしながら、自動階調補正の課題として、自動階調補正後にトナー帯電特性等の現像剤の状態が変化すると最適な濃度階調特性を維持できなくなることがある。例えば、環境変動、現像剤放置時間などの要因で、トナー帯電特性が所望でない時に自動階調補正を行う場合、自動階調補正後に、パッチ検知ＡＴＲ制御などによってトナー帯電特性が所望の値に戻ると、濃度階調特性が大きくずれてしまうことがある。

この課題への対策として、特許文献１において、自動階調補正後については、像担持体上のパッチ画像の濃度を用いて濃度階調特性を変更し、濃度階調特性の安定化を図る手法が提案されている。しかし、この手法では、像担持体上のパッチ画像は転写、定着工程を経ていない濃度であるために、記録材上に形成した画像の濃度を用いる自動階調補正と比べると、精度面では劣ってしまうことがあり、近年の高安定化の要求を十分に満たすことができない。また、この手法における効果をより上げるためには、多階調のパッチ画像を形成する必要があるため、画像形成中におけるのダウンタイムが大きく、トナー使用量も増加するために、所望の費用対効果を得ることができない。

また、自動階調補正後のトナー帯電特性を維持するようにパッチ検知ＡＴＲ制御の目標値を変更すれば、階調特性の維持は可能と考えられる。しかし、この状態では、トナー帯電量が低いなどの現像剤の状態が所望でないことによる不具合が発生することがある。具体的には、画質劣化（粒状性低下（がさつき感）／白地かぶり／転写不良による白抜け等）、トナー飛散などが起こることが想定される。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、自動階調補正後のトナー帯電特性を維持するとともに、自動階調補正を行う際の不必要なダウンタイムや無駄なトナーの消費を低減する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、像担持体と、像担持体に露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、現像剤としてトナー及び磁性キャリアを含み、像担持体に形成された静電潜像を現像剤像に現像する現像手段とを備え、記録材に形成した階調パターンを読み取って、濃度階調特性を調整する自動階調補正処理を実行する画像形成装置として実現できる。画像形成装置は、自動階調補正処理を実行する前に、露光手段及び現像手段を用いて像担持体に基準現像剤像を形成させる形成手段と、像担持体に形成された基準現像剤像の濃度を検知する濃度検知手段と、現像手段が有する現像剤の帯電量が所定の範囲内であることを濃度検知手段の検知結果が示す場合に、自動階調補正処理を実行させ、現像手段が有する現像剤の帯電量が所定の範囲内でないと濃度検知手段の検知結果が示す場合に、現像手段が有する現像剤の帯電量を所定の範囲内にするための調整処理を実行した後に自動階調補正処理を実行させる制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、自動階調補正後のトナー帯電特性を維持するとともに、自動階調補正を行う際の不必要なダウンタイムや無駄なトナーの消費を低減する画像形成装置を提供できる。

本発明における感光ドラム周辺を説明する図である。本発明における画像形成装置の簡略断面図である。本発明における読取部５００を説明する図である。本発明における読取部５００での画像信号演算処理を説明する図である。本発明におけるＣＣＤ５０６の構成を示す図である。本発明におけるパッチ画像位置を示した図である。本発明における自動階調補正のフローチャートである。本発明におけるテストプリント１の出力時の表示器３００の表示を示した図である。本発明におけるテストプリント１の読み取り時の表示器３００の表示を示した図である。本発明におけるテストプリント２の表示器３００の表示を示した図である。本発明におけるテストプリント１の画像を示した図である。本発明におけるテストプリント２の画像を示した図である。本発明におけるテストプリント１の原稿読取部５００への置き方を示した図である。本発明におけるテストプリント２の原稿読取部５００への置き方を示した図である。本発明におけるＶｃｏｎｔと濃度の関係を示した図である。本発明における自動階調補正時のＶｃｏｎｔの決め方を説明する図である。本発明における自動階調補正時の階調特性作成のやり方を説明する図である。本発明における課題を説明している図である。第１実施例における自動階調補正準備処理の実施タイミングを示した図である。第１実施例における自動階調補正準備処理のフローチャートである。第１実施例における自動階調補正準備処理実施の効果を示す図である。第２実施例におけるフローチャートである。第２実施例における画像形成装置の簡略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜画像形成装置の構成＞
以下では、図２を参照して、本発明に係る画像形成装置の構成例について説明する。本発明に適用される画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置である。画像形成装置本体内には矢印Ｘ方向に走行する無端状の中間転写ベルト（ＩＴＢ）８１が配設されている。この中間転写ベルト８１は駆動ローラ３７、テンションローラ３８、及び２次転写内ローラ３９の３つのローラによって張架されている。本実施例での張架力は３ｋｇｆであるが、他の張架力でもかまわない。中間転写ベルト８１は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム、ポリイミド、エチレン４フッ化エチレン共重合体等のような誘電体樹脂等に帯電防止剤としてカーボンブラックを適当量含有させ、その体積抵抗率を１Ｅ＋８〜１Ｅ＋１３［Ω・ｃｍ］に調整させているが他の材質、体積抵抗率でもよい。本実施例では、厚さ８０ｕｍ、体積抵抗率を１Ｅ＋１０［Ω・ｃｍ］の導電性ポリイミドのシームレスベルトを使用した。また、本実施例での中間転写ベルトの走行速度は３００ｍｍ／ｓとしたが、他の速度でもよい。

給紙カセット６０から取り出された記録材Ｐは、ピックアップローラを経て搬送ローラ４１に供給され、さらに同図左方に搬送される。

中間転写ベルト８１の上方には、ほぼ同様の構成をもつ４個の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが直列状に配置されている。画像形成部Ｐａを例にとって画像形成部を説明する。画像形成部Ｐａの詳細な構成を図１に示す。画像形成部は、像担持体として、回転可能に配置されたドラム状の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と称する。）１ａを備えている。その中心には支軸（不図示）を有し、この支軸を中心として矢印Ｒ１方向に、不図示の駆動手段によって回転駆動されるようになっている。本実施例では、感光ドラム１ａの表面速度は３００ｍｍ／ｓであるが、他の速度でもよい。感光ドラム１ａの周囲には、１次帯電器１１ａ、スキャナ部（露光装置）１２ａ、表面電位センサ２６ａ、現像器２ａ、パッチ検知ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ）センサ２６ａ、１次転写ローラ１４ａ、クリーニング器１５ａ等のプロセス機器が配置されている。

１次帯電器１１ａは、感光ドラム１ａ表面に接してこの表面を所定の極性、電位に一様均一に帯電するものであり、全体としてローラ状に構成されている（以下帯電ローラ１１ａと称する。）。帯電ローラ１１ａは、中心に配置された導電体ローラ（芯金）と、その外周に形成された導電層とからなり、芯金の両端部が不図示の軸受部材によって回転自在に支持されるとともに、感光ドラム１ａに対して平行に配置されている。これら両端部の軸受部材は不図示の押圧手段によって感光ドラム１ａに向けて付勢されている。これにより、帯電ローラ１１ａは、感光ドラム１ａ表面に所定の押圧力を持って圧接されている。帯電ローラ１１ａは、感光ドラム１ａの矢印Ｒ１方向の回転に伴って従動回転する。帯電ローラ１１ａの芯金に電源（不図示）によってバイアス電圧が印加され、これにより、感光ドラム１ａ表面を一様均一に接触帯電するようになっている。本実施例では、帯電ローラ１１ａの芯金に直流電圧：−７００Ｖと交流電圧：１．５ｋＶｐｐを重畳したバイアス電圧を印加させている。

１次帯電器１１ａの下流側に配置されたスキャナ部１２ａから画像信号に応じたレーザ光が感光ドラム１ａに照射され静電潜像が形成される。スキャナ部１２ａの下流には表面電位センサ１３ａが配置され、感光ドラム１ａ表面の電位を測定することができる。スキャナ部１２ａのレーザ光の強度は、０〜２５５の範囲で変更することができ、レーザ光強度を変更することで、潜像電位を変化させることができる。本実施例では、レーザ光強度Ｌを０〜２５５に変更したときの表面電位センサ１３ａの値をＶ（Ｌ）とする（Ｖ（Ｌ＝０）〜Ｖ（Ｌ＝２５５））。

表面電位センサ１３ａの下流側に配置された現像器２ａは、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を使用する二成分現像方式を用いている。本実施例では、マイナス帯電のトナーを用いた。現像器２ａの内部は、現像位置において垂直方向に延在する隔壁２１３ａによって、現像室２１２ａと攪拌室２１１ａとに区画されている。現像室２１２ａには、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ２３２ａが配置されており、この現像スリーブ２３２ａ内には磁界発生手段としてのマグネット２３１ａが固定配置されている。マグネット２３１ａはおおよそ３極以上の構成からなっている。本実施例では、５極のマグネットを使用したが、他のものでもよい。

現像室２１２ａと攪拌室２１１ａにはそれぞれ、現像剤攪拌搬送手段として第１、第２搬送スクリュー２２２ａ、２２１ａが配置されている。第１搬送スクリュー２２２ａは、現像室２１２ａの現像剤を攪拌搬送する。また、第２搬送スクリュー２２１ａは、トナー補給槽２７１ａからのトナー補給部２７２ａ内のトナー搬送スクリュー（不図示）の回転によって供給されたトナーと、すでに現像器２ａ内にある現像剤とを攪拌搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。現像室２１２ａと攪拌室２１１ａとの間の隔壁２１３ａには、手前側と奥側の端部において現像室２１２ａと攪拌室２１１ａとを相互に連通させる現像剤通路が形成されている。第１、第２搬送スクリュー２２２ａ、２２１ａの搬送力により、現像によってトナーが消費されて現像剤のトナー濃度が低下した現像室２１２ａの現像剤が一方の通路から攪拌室２１１ａへ移動する。攪拌室２１１ａで現像剤のトナー濃度の回復した現像剤が他方の通路から現像室２１２ａへ移動する。

現像器２ａ内の第１搬送スクリュー２２２ａで攪拌された二成分現像剤は、汲み上げのための搬送用磁極（汲み上げ極）Ｎ３の磁力で拘束され、現像スリーブ２３２ａの回転により現像剤は現像スリーブ２３２ａ上を搬送される。その後現像剤は、その量が現像剤返し部材２４ａで規制され、安定した現像剤を拘束するために、ある一定以上の磁束密度を有する搬送用磁極（カット極）Ｓ２で十分に拘束され、そして磁気ブラシを形成しつつ搬送される。

次いで、現像剤層厚は、規制ブレード２５ａで磁気穂が穂切りされることにより適正化され、搬送用磁極Ｎ１と現像スリーブ２３２ａの回転に伴って感光ドラム１ａと対向した現像領域に搬送される。そして、現像領域にある現像極Ｓ１によって磁気穂を形成し、現像スリーブ２３２ａに印加される現像バイアスにより感光ドラム１ａ上の静電潜像にトナーのみが転移し、感光体ドラム１ａ表面に静電潜像に応じた現像剤像（現像剤像）が形成される。本実施例では、規制ブレード２５ａとして、厚さ１．０ｍｍの磁性板材を用いたが、他の厚さや非磁性板材のような他の材料を用いてもよい。

現像効率、即ち、潜像へのトナー付与率を向上させるために、現像スリーブ２３２ａには現像バイアス出力手段としての現像バイアス電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。本実施例では、現像スリーブ２３２ａには、現像バイアス電源から、直流電圧（Ｖ（ＤｅｖＤＣ））に交流電圧（Ｖ（ＤｅｖＡＣ））を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施例では、Ｖ（ＤｅｖＤＣ）＝−５２０Ｖ、Ｖ（ＤｅｖＡＣ）＝１．５ｋＶｐｐを用いたが、他のバイアス値でもよい。トナー補給部２７２ａ内のトナー搬送スクリューによるトナーの供給は、後述する制御部１００のＣＰＵ１０１が、モータ駆動回路２７３ａを介してトナー搬送スクリューの回転を制御することにより制御される。ＣＰＵ１０１に接続されたＲＯＭ１０２には、モータ駆動回路２７３ａに供給する制御データ等が記憶されている。

現像器２ａの下流側には、パッチ検知ＡＴＲセンサ２６ａが配置され、感光ドラム１ａ上に形成された現像剤像の画像濃度を反射光量を検知することで、光学的に調べることができる。

パッチ検知ＡＴＲセンサ２６ａの下流には１次転写ローラ１４ａが配置される。１次転写ローラ１４ａは直径８ｍｍの導電体ローラ軸（芯金（不図示））と、外周面に円筒状に形成された導電層を形成したものであり、１次転写ローラ１４ａの直径は１６ｍｍに構成されている。この導電層はゴム、ウレタン等の高分子エラストマーや高分子フォームにイオン性導電物質を混入することにより、その抵抗率を１０６〜１０８Ω・ｃｍの中抵抗領域に調整したものを使用したが、他の物性のものを使用してもよい。１次転写ローラ１４ａは、両端部が不図示のスプリング等の押圧部材によって感光ドラム１ａに向けて付勢されており、これにより転写ローラ１４ａは、所定の押圧力で感光ドラム１ａ側に中間転写ベルト８１を挟み込むように圧接され１次転写部Ｔ１ａが形成される。本実施例での押圧力は１．５Ｋｇｆだが、他の押圧力でもよい。

転写ニップ部Ｔ１ａ下流には、クリーニング器１５ａが配置される。クリーニング器１５ａ内のクリーニングブレードにより、感光ドラム１ａに残留したトナーを除去する。本実施例では、クリーニングブレードの材質にポリウレタンゴムを用い、クリーニングブレードと感光ドラム１ａとの当接圧は１０００ｇｆとしたが、他の材質や圧でもよい。

他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、画像形成部Ｐａと同様の構成を備えており、画像形成部Ｐａと画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの異なる点は、それぞれがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像剤像を形成する点である。各現像器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにはそれぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーおよびブラックトナーが収納されており、トナー補給槽２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃ、２７１ｄはそれぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーおよびブラックトナー用の補給トナーが収納されている。

原稿のイエロー成分色による画像信号がポリゴンミラー等を介し、１次帯電器１１ａによって負極性に帯電された感光ドラム１ａ上に投射されて静電潜像が形成され、これに現像器２ａからイエロートナーが供給されて静電潜像がイエロー現像剤像となる。この現像剤像が感光ドラム１ａの回転に伴って、感光ドラム１ａと中間転写ベルト８１とが当接する１次転写ニップ部Ｔ１ａに到来すると、転写ローラ１４ａに印加される１次転写バイアスによって、イエロー現像剤像が中間転写ベルト８１へ転写される。

転写後に感光ドラム１ａに残留したトナーはクリーニング器１５ａによって除去される。イエロー現像剤像を担持した中間転写ベルト８１は、画像形成部Ｐｂに搬送されると、このときまでに、画像形成部Ｐｂにおいて、上記と同様の方法で感光体ドラム１ｂ上に形成されたマゼンタ現像剤像が、イエロー現像剤像上へ転写される。

同様に、シアン現像剤像、ブラック現像剤像が前述の現像剤像に重畳転写され、このときまでに給紙カセット６０から取り出された記録材Ｐが給送される。記録材Ｐは、搬送ローラ４１にその先端が停止させられ、中間転写ベルト８１上に形成された画像が記録材Ｐの所定の位置に転写できるようにタイミングを合わせて搬送ローラ４１から給送される。給送された記録材Ｐは、中間転写ベルト８１を介して２次転写内ローラ３９と２次転写外ローラ４０とが当接する２次転写部Ｔ２に到達する。ここで、記録材Ｐ上には、２次転写外ローラ４０に印加される２次転写バイアスによって上述の４色の現像剤像が転写される。２次転写外ローラ４０は直径１２ｍｍの導電体ローラ軸（芯金）と、外周面に円筒状に形成された導電層を形成したものであり、２次転写外ローラ４０の直径は２４ｍｍに構成されている。この導電層はゴム、ウレタン等の高分子エラストマーや高分子フォームにイオン性導電物質を混入することにより、その抵抗率を１０６〜１０８Ω・ｃｍの中抵抗領域に調整したものを使用したが、他の物性のものを使用してもよい。２次転写内ローラ３９は導電性のローラで、直径は２１ｍｍ、材質は、ＳＵＳ、Ａｌ等が好ましい。なお、２次転写内ローラ３９あるいは２次転写外ローラ４０のいずれかに、転写バイアスを印加することで中間転写ベルト８１上のトナーを、二次転写部を通過する記録材Ｐに転写する。ここでは２次転写外ローラ４０に正のバイアスを印加することで、マイナスに帯電したトナーを中間転写ベルト上から記録材Ｐ上へ転写する。

２次転写部Ｔ２下流には、クリーニング器５０が配置される。クリーニング器５０内のクリーニングブレードにより、中間転写ベルト８１上に残留したトナーを除去する。本実施例では、クリーニングブレードの材質にポリウレタンゴムを用いたが、他の材質のものでもよい。尚、本実施例ではクリーニングブレードと中間転写ベルト８１との当接圧は１０００ｇｆとしたが、他の圧力でもよい。

２次転写部Ｔ２を通過すると、記録材Ｐは中間転写ベルト８１から分離され、定着装置９１へと搬送される。記録材Ｐ上に転写された現像剤像は、定着装置９１によって加熱、加圧されることによって溶融混合されると共に、記録材Ｐ上に定着される。その後、記録材Ｐは画像形成装置外へ排出される。

＜読取プロセス＞
次に、図３を参照して、原稿の読取プロセスを説明する。操作部のコピーキー（不図示）が押下されると、画像形成のための準備工程であるプレスキャン工程が始まり、照射光源５０３が、原稿台５０２上に載置された原稿５０１を照射する。照射光源５０３による原稿５０１からの反射光は、結像素子アレイ５０４、赤外カットフィルタ５０５を通過してＣＣＤ（密着型カラーセンサＣＣＤ）５０６上に到達し、結像される。

光学系ユニット５０７は、図３中、矢印Ｃ方向に移動しながら、順次に原稿台５０２上の原稿５０１を走査していく。そして、ＣＣＤ５０６によって読み取られた画像情報（図５）を基に、原稿範囲を決定するとともに、図４に示す画像処理に従って、ＲＧＢで検出された画像信号がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色信号に処理される。その後、各画素での画像信号をＣＰＵ１０１を通じでＲＡＭ１０３に記録し、その画像信号を元に画像形成が行われる。

＜トナー補給制御＞
ここからは、本発明の実施例に係るトナー補給制御について説明する。静電潜像の現像により現像器２内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、濃度制御装置により、トナー補給槽２７１からトナーを現像器２に補給する制御（トナー補給制御）を行う必要がある。これにより、現像剤のトナー濃度を可及的に一定に制御し、又は画像濃度を可及的に一定に制御することができる。感光ドラム１上に参照用のパッチ画像（基準現像剤像）を作像し、その画像濃度を感光ドラム１に対向設置した画像濃度センサ（パッチ検知ＡＴＲセンサ）２６により検知して制御する方式（パッチ検知ＡＴＲ）の濃度制御装置が設けられる。

本実施例では、ＣＰＵ１０１は、連続画像形成中は、図６に示すように、搬送方向に先行する画像の後端と、後続する画像の先端とに挟まれた非画像領域（以降、画像間と称する。）に、画像濃度検知用画像パターン（パッチ画像）Ｑを形成させる。尚、以下、パッチ画像の静電潜像を「パッチ潜像」とも称する。このパッチ潜像は、現像器２によって現像化され、現像剤像になる。このパッチ潜像は、常に同じ潜像条件で形成されており、現像剤の状態が同じであれば、現像された現像剤像のトナー濃度は同じになる。

感光ドラム１上のパッチ画像Ｑの反射光量は、パッチ検知ＡＴＲセンサ２６で測定される。パッチ検知ＡＴＲセンサ２６は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部を有する。パッチ検知ＡＴＲセンサ２６は、感光ドラム１上の画像間に形成されたパッチ画像Ｑがパッチ検知センサ２６の下を通過するタイミングを見計らって、上記反射光量を測定する。この測定結果に係る信号は、ＣＰＵ１０１に入力される。その後、ＣＰＵ１０１は、あらかじめ記録されている濃度変換テーブルを用いてパッチ濃度を計算し、所望の濃度（反射光量）が得られると推定される補給トナー量の補正量を求める。本実施例では、濃度変換テーブルで変換されるパッチ濃度は、その値が小さいほど、パッチ現像剤像のトナー量は多い。例えば、現像剤が初期のときのパッチ濃度が５００で、測定したパッチ濃度が４００の場合は、初期と比較してパッチのトナー濃度が濃くなったことを示している。

本実施例では、通常の画像形成中に非画像領域にパッチ画像Ｑを形成し、その濃度を検出して補給トナー量を計算し、出力される画像信号値を随時補正するように制御する。

次に、ビデオカウントＡＴＲを用いたトナー補給制御について説明する。本実施例では、ビデオカウントＡＴＲとパッチ検知ＡＴＲとにより、下記式１から補給トナー量Ｍが求められる。
（補給トナー量：Ｍ）＝Ｍｖ＋Ｍｐ・・・（式１）
ここで、Ｍｖは、ビデオカウントＡＴＲにより求まる補給トナー量であり、Ｍｐはパッチ検知ＡＴＲにより求まる補給トナー量（以降、補給補正量と称する。）である。補給補正量は、上述のように、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度の検知値を基準として、その基準値と測定結果との差分ΔＤから求まる。例えば、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度：Ｄ_ｐ（初期）＝５００で、画像形成装置がＸ枚目に出力した際に測定したパッチ画像Ｑの濃度：Ｄ_ｐ（Ｘ）＝４００の場合は、
ΔＤ_ｐ（Ｘ）＝Ｄ_ｐ（Ｘ）−Ｄ_ｐ（初期）＝−１００・・・（式２）
となる。即ち、例えば、現像器２内のトナーが基準値より１ｇ（基準量）分ずれた時のパッチ画像Ｑの濃度の測定結果の変化量：ΔＤ（基準）とし、このΔＤ（基準）は、ＲＯＭ１０２に記憶されている。これにより、ＣＰＵ１０１は、下記式３から補給補正量Ｍｐを求める。
Ｍｐ＝ΔＤ_ｐ（Ｘ）／ΔＤ_ｐ（基準）・・・（式３）
また、Ｍｖ（以降、「基礎補給量」と称する。）は、出力される画像信号から求められる。このビデオカウント値は、予め記録されているビデオカウント値と補給トナー量との関係を示すテーブルを用いて、基礎補給量Ｍｖへと換算される。このテーブルは、ＲＯＭ１０２に予め記憶されている。こうして、画像形成を行うごとに各画像の基礎補給量Ｍｖが算出される。

以上のようにして、制御部１００のＣＰＵ１０１は、式１により補給トナー量Ｍを求める。即ち、本実施例では、感光ドラム１上の静電潜像はデジタル方式で形成される。そして、トナー補給動作は、パッチ検知ＡＴＲセンサ２６の検知結果に加えて、感光ドラム１上に形成される静電潜像の画素毎のデジタル画像信号に基づいて行われる。

＜自動階調補正処理＞
次に、図７を参照して、自動階調補正処理について説明する。自動階調補正処理では、原稿読取部５００を用いて記録材Ｐ上に形成された階調画像の画像濃度を読み取り、画像階調特性を合わせる手法について述べるが、原稿読取部５００の代わりに、他の濃度センサを用いてもよい。画像形成装置の操作部上に設けられた、自動階調補正というモード設定ボタンを押すことで、本制御がスタートする。なお、本実施例では、表示器３００は図８乃至図１０に示すようなプシュセンサ付きの液晶操作パネル（タッチパネルディスプレイ）で構成されており、直接表示器３００に対して操作を行うことができる。

まず、自動階調補正というモード設定ボタンが押されると、表示器３００上にテストプリント１のプリントスタートボタン３０１が現れる（図８（ａ））。プリントスタートボタン３０１が押されると、Ｓ７０１において、画像形成装置は、テストプリント１の画像をプリントアウトする。このとき、テストプリント１を形成するための用紙の有無をＣＰＵ１０１が判定し、ない場合は図８（ｂ）に示すような警告表示を行う。このテストプリント１の形成時において、コントラスト電位（後述する）は、環境に応じた標準状態のものを初期値として登録しておき、これを用いる。

また、本実施例に係る画像形成装置は、複数の用紙カセットを備え、Ｂ４、Ａ３、Ａ４、Ｂ５等複数種類の用紙サイズが選択可能となっている。しかし、この制御で使用するプリント用紙（記録材）は、後の読み取り作業時に、縦置き、横置きの間違えによるエラーを避けるために、いわゆるラージサイズ紙を用いている。すなわち、Ｂ４、Ａ３、１１×１７、ＬＧＲを用いるように設定されている。

ここで、テストプリント１に形成されるテストパターン１を図１１に示す。テストパターン１には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ４色分の中間階調濃度による、帯状のパターン３０５を形成する。このパターン３０５を目視で検査することにより、スジ状の異常画像、濃度ムラ、色ムラがないことを確認する。図１１に示すように、パターン３０５の長手方向（主走査方向）のサイズは、後述するパッチパターン３０６、及び図１２に示すテストプリント２用の階調パターン３０７、３０８をカバーするようにＣＣＤセンサの主走査方向のサイズが設定されている。一方、パターン３０６はＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色の最大濃度パッチで、濃度信号値で２５５レベルを用いる。

異常が認められる場合には、再度テストプリント１のプリントを行い、再度異常が認められた場合にはサービスマンコールとする。なお、この帯パターン３０５を、原稿読取部５００で読み取り、その長手方向の濃度情報により、以後の制御を行うかどうかの可否判定を行うことも可能である。

次に、Ｓ７０２において、出力したテストプリント１の画像を、原稿台ガラス５０１上に図１３のように載せられ、図９（ａ）に示される読取スタートボタン３０２が押される。このとき、図９（ａ）に示す操作者用のガイダンスが表示される。

図１３は、原稿台を上部から見た図であり、左上のくさび型マークＴが原稿台の原稿つき当て用のマークを示す。操作者は、帯パターン３０５が、つき当てマークＴ側にくるようにして、なおかつ、表裏を間違えないようにテストプリント１を原稿台に載置する必要がある。操作パネル上では、図９（ａ）に示すように、例えば、「出力されたテストプリント１を、黒い帯のある方を左側にして原稿台にふせ、読み込みキーを押してください。」とのメッセージが表示される。このようなメッセージを表示することで、置き間違えによる制御エラーを防ぐことができる。

原稿読取部５００は、パターン３０６を読み取る際に、つき当てマークＴから徐々に走査し、図１１に示すように、最初にパターン３０５の角Ａが得られるので、その座標ポイントから、相対座標で、パターン３０６の各パッチの位置を算出し（予測し）、パターン３０６の濃度値を読み取る。つまり、原稿読取部５００は、パターン３０５の角Ａを読み取ることによって、パターン３０６の読み取りを開始するタイミングを予測することができる。

読み取り中は、図９（ｂ）に示す表示が行われ、テストプリント１の向きや位置が不正確で読み取り不能のときは図９（ｃ）に示すメッセージが表示され、操作者がテストプリント１を載置し直して、読取スタートボタン３０２を押すと、再度読み取りが行われる。

得られたＲＧＢ値から、光学濃度を換算するためには、下式（４）を用いる。
Ｍ＝−ｋｍ×ｌｏｇ１０（Ｇ／２５５）、
Ｃ＝−ｋｃ×ｌｏｇ１０（Ｒ／２５５）、
Ｙ＝−ｋｙ×ｌｏｇ１０（Ｂ／２５５）、
Ｂｋ＝−ｋｂｋ×ｌｏｇ１０（Ｇ／２５５）・・・式（４）
ここでは、市販の濃度計と同じ値にするために、補正係数（ｋ）で調整している。また、別にＬＵＴを用いてＲＧＢの輝度情報からＭＣＹＢｋの濃度情報に変換してもよい。ＣＰＵ１０１は、式４によって得られた各色の濃度値：Ｄ１（Ｄ１（Ｍ）、Ｄ１（Ｃ）、Ｄ１（Ｙ）、Ｄ１（Ｂｋ））をＲＡＭ１０３に記録させる。

次に、Ｓ７０３において、ＣＰＵ１０１は、コントラスト電位Ｖｃｏｕｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）を算出する。図１５にコントラスト電位Ｖｃｏｎｔと濃度値Ｄとの関係を示す。コントラスト電位Ｖｃｏｎｔとは、レーザ光強度Ｌのときの表面電位センサ１３の値Ｖ（Ｌ）と現像バイアスの直流電圧Ｖ（ＤｅｖＤＣ）の差で求められる。Ｖ（Ｌ）＝−３００Ｖ、Ｖ（ＤｅｖＤＣ）＝−５２０Ｖのときは、Ｖｃｏｎｔは、Ｖｃｏｎｔ＝Ｖ（Ｌ）−Ｖ（ＤｅｖＤＣ）＝２２０Ｖである。

図１５に示すように、濃度値Ｄが１．６近傍では、コントラスト電位Ｖｃｏｎｔと濃度値Ｄの関係が線形性を有している。濃度値Ｄが２．０付近になるとこの線形性が保てなくなってきているのは、原稿読取部５００の読取精度と、現像効率の低下によるものであり、原稿読取部５００や画像形成装置の構成によってこの領域は変化し得る。また、濃度値Ｄが１．６近傍では、コントラスト電位Ｖｃｏｎｔと濃度値Ｄとの関係が線形性を有しているため、ある一点のコントラスト電位Ｖｃｏｎｔと濃度値Ｄ１との関係が分かれば、所望の濃度値になるための必要コントラスト電位Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）を知ることができる。

上記の関係より、最大濃度信号値が２５５のときの目標濃度Ｄ（ｔａｒｇｅｔ）と、テストプリント１時のコントラスト電位Ｖｃｏｎｔ１と、Ｄ１とを用いて、コントラスト電位：Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）を式（５）のように表すことができる。
Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）＝ａ×Ｖｃｏｎｔ１／Ｄ１×Ｄ（ｔａｒｇｅｔ）・・・式（５）
ここで、ａは図の傾きから求められる係数であり、Ｄ（ｔａｒｇｅｔ）、Ｖｃｏｎｔ１と共に、予めＲＯＭ１０２に記録されている。本実施例では、Ｄ（ｔａｒｇｅｔ）＝１．６としているが、他の値でもよい。ただし、Ｄ（ｔａｒｇｅｔ）をあまり高くしすぎると、図１５の関係より精度が落ちる可能性がある。このように、Ｄ１の測定値が分かれば、Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）が得られる。

次に、Ｓ７０４において、ＣＰＵ１０１は、レーザ強度Ｌ１を測定する。図１６に、レーザ光強度Ｌと感光ドラム電位Ｖ（Ｌ）（表面電位センサ１３の値）の関係を示す。図１６に示すように、ＣＰＵ１０１は、Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）が得られる時のレーザ光強度Ｌ１を求め、ＲＡＭ１０３に記録する。また、このときに、Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）とＶｃｏｎｔ１の比Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）／Ｖｃｏｎｔ１をＶｒａｔｅ値として、ＲＡＭ１０３に記録する。Ｖｒａｔｅを記録しておけば、環境変動でＶｃｏｎｔ値を変える必要がある際にも、ＲＯＭ１０２に記録されているデータを用いて対応が可能である。

ここで、Ｓ７０５において、ＣＰＵ１０１は、Ｌ１が２５５以内で収束するか否かを判定する。収束する場合はＳ７０６に進み、収束しない場合はＳ７０９に進んでエラーフラグを設定する。具体的には、レーザ光強度Ｌが２５５になっても、Ｖｃｏｎｔ（ｔａｒｇｅｔ）が得られない場合には、画像形成装置内に不具合がある可能性があるため、Ｓ７０９においてエラーフラグを設定する。さらに、所定のサービスモードで当該エラーフラグをサービスマンが見られるようにしておくことが望ましい。

次に、Ｓ７０６において、ＣＰＵ１０１は、テストプリント２を出力する。図１０（ａ）に示すように、操作パネル上には、テストプリント２の画像のプリントスタートボタン３０３が表示され、それを押すことで図１２のテストプリント２の画像がプリントアウトされる。プリント中は図１０（ｂ）のような表示となる。

テストプリント２は、図１２に示すように、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色、４列１６行の全部で６４階調分のグラデーションのパッチ群により構成される。ここで、６４階調分は、全部で２５６階調あるうちの、濃度の低い領域を重点的にレーザ出力レベルを割り当ててあり、高濃度領域は、レーザ出力レベルを間引いてある。このようにすることにより、特にハイライト部における階調特性を良好に調整することができる。

図１２において、３０７は解像度２００ｌｐｉ（ｌｉｎｅｓ／ｉｎｃｈ）のパッチ、３０８は４００ｌｐｉ（ｌｉｎｅｓ／ｉｎｃｈ）のパッチである。各解像度の画像を形成するためには、パルス幅変調回路（不図示）において、処理の対象となっている画像データとの比較に用いられる三角波の周期を複数用意することによって実現できる。

なお、本画像形成装置では、階調画像を２００ｌｐｉの解像度で形成し、文字等の線画像を４００ｌｐｉの解像度で形成している。この２種類の解像度で同一の階調レベルのパターンを出力しているが、解像度の違いで、階調特性が大きく異なる場合には、解像度に応じて先の階調レベルを設定することがより好ましい。

次に、Ｓ７０７において、テストプリント２が原稿台に載置され、読み取りが開始される。図１４は、テストプリント２の出力を、原稿台ガラス５０１上に置いたときに、上方から見た模式図であり、左上のくさび型マークＴが原稿台の原稿つき当て用のマークを示す。操作者は、Ｂｋのパターンが、つき当てマークＴ側にくるように、かつ、表裏を問違えないようにテストプリント２を載置する必要がある。そのため、操作パネル上では、図１０（ｃ）に示すメッセージが表示される。これにより、置き間違えによる制御エラーを防ぐことができる。

原稿読取部５００は、パターンを読み取る際に、つき当てマークＴから徐々に走査し、最初の濃度ギャップが得られる座標ポイントから、相対座標でパターンの各色パッチの位置を割り出して、読み取る。１パッチ（図１２の３０９）あたりの読むポイントとしては、１パッチ内部の読取ポイントを１６ポイント設定し、得られた信号を平均する。ポイント数は読取装置、画像処理装置によって最適化してもよい。

各パッチ毎に１６ポイントの値が平均されたＲＧＢ信号を、先に示した光学濃度への変換方法により、濃度値に直し、それを出力濃度として、横軸に画像信号値をプロットしたのが、図１７である。図１７のターゲット曲線がこの画像形成装置が求める最適な濃度階調特性であるが、測定された曲線はズレが生じている。したがって、Ｓ７０８において、ＣＰＵ１０１は、測定曲線がターゲット曲線に合うようにγＬＵＴを変更することで自動階調補正が終了する。

＜第１実施例＞
以下では、図１８乃至図２１を参照して、本発明における第１実施例について説明する。上述したように、自動階調補正後にトナー帯電特性等の現像剤の状態が変化すると、最適な濃度階調特性を維持できなくなるケースがある。具体的な検証結果を図１８に示す。図１８では、横軸に出力枚数（Ａ４サイズ）、縦軸にそれぞれ本実施例における画像形成装置のパッチ検知ＡＴＲセンサ２６の検知結果、感光ドラム１上の現像剤像のトナー帯電特性Ｑ／Ｍ、画像信号２５５の単色トナー画像の反射濃度（測定は、Ｘ−Ｒｉｔｅ社の反射濃度計を使用）の測定結果とＶｃｏｎｔ設定値の推移を示す。摩擦帯電量Ｑ／Ｍの測定方法は、感光ドラム１上の現像剤像を吸引し、吸引したトナーの電荷量Ｑとトナー重量Ｍをそれぞれ測定することによって求められる。

ここで、Ｖｃｏｎｔが一定の場合でのパッチ検知信号値、Ｑ／Ｍ、反射濃度の関係について述べる。パッチ潜像は常に同じ潜像条件で行われるため、ドラム上のパッチ画像（基準現像剤像）のトナー濃度からＱ／Ｍを知ることができる。パッチ検知信号値が小さい場合、感光ドラム上のトナー濃度が高くなっているので、Ｑ／Ｍは低下している。また、感光ドラム上のパッチ画像のトナー濃度が高いため、出力されるトナー画像の反射濃度は高くなる。逆に、パッチ検知信号値が高い場合、Ｑ／Ｍは上昇しており、トナー画像の反射濃度は低くなる。

図１８の▼の位置（１０万枚使用時）でパッチ検知信号値が急激に減少し、Ｑ／Ｍが急激に低下していることがわかる。これは、画像形成装置を１週間使用しなかったために、トナー帯電量が低下したためである。このときには、紙上濃度の値が急激に上昇している。その後、５０枚程度でパッチ検知信号値、Ｑ／Ｍが元の水準に戻ったときには、紙上濃度も元の水準に戻っている。そこで、図１８に示すように、▼の位置で紙上濃度が変動しているために自動階調補正を行って、濃度を合わせようとした場合、Ｑ／Ｍが低下しているためＶｃｏｎｔを下げてしまう。したがって、図１８の破線に示す通りパッチ検知信号値、Ｑ／Ｍが元の水準に戻っていくにつれて、紙上濃度が低下してしまい、その後も紙上濃度は低下したままになってしまう。

このような問題を解決するために、本実施例では、図１９に示すように、自動階調補正の指示が来てから自動階調補正処理へを移行する前に、トナー帯電特性を確認し、所定の範囲に調整する「自動階調補正準備処理」へ移行する。「自動階調補正準備処理」を行うことで、常に所定の範囲内のトナー帯電特性において自動階調補正を実行することができ、上記問題を解決することができる。ここで、「自動階調補正準備処理」とは、画像形成に先立って行われる階調補正制御を行う前に行われる準備動作であり、現像器内の現像剤のＴ／Ｄ比を所定の範囲内となるように復帰させるモードである。具体的には、画像形成前にパッチ画像を形成して、パッチ画像の濃度に基づいて、現像器へトナーを補給するトナー補給動作、感光ドラムへトナーを吐き出す吐き出し動作、及び現像器の空回転動作の少なくとも１つの動作が実行される。

本実施例においては、パッチ検知信号値からトナー帯電量が所定な範囲であるか否かを確認し、トナー帯電量が所定の範囲を外れている場合は、トナー帯電量が所定の範囲内になるように現像器内の現像剤の状態を整えてから自動階調補正を実施する。この手法を用いれば、自動階調補正後にトナー帯電量の変化による濃度階調特性の変化を抑えることができる。

以下に、具体的な方法について図１及び図２０のフローチャートを参照して説明する。自動階調補正というモード設定ボタンが押されると、自動階調補正の実行指示がＣＰＵ１０１に伝達される。ＣＰＵ１０１は、表示器３００上にテストプリント１の出力表示を出す前に、自動階調補正準備中の表示を出力する。それと同時に、Ｓ２００１において、ＣＰＵ１０１は、パッチ画像を作像させる指示を送り、読み取られたパッチ検知信号値Ｄ_ｐｎをＲＡＭ１０３に記録する。

次に、Ｓ２００２において、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に記録されている初期の現像剤でのパッチ検知信号値Ｄ_ｐ（初期）の値（基準値）を読み出して、Ｄ_ｐｎとＤ_ｐ（初期）の値の比較を行う。両者の差が大きければ、現像剤の帯電特性は基準値から大きくずれていると判定できる。つまり、
｜Ｄ_ｐｎ−Ｄ_ｐ（初期）｜＞＝Ａ１（閾値）
であれば、現像剤の帯電特性は基準値から大きくずれていると判定（Ｙｅｓ）し、Ｓ２００３に進む。本実施例では、Ａ１＝３０としたが、他の値でもよい。この値は、Ｑ／Ｍが初期値より２μＣ／ｇ変化している場合である。Ａ１の値を小さくすることで、現像剤の帯電特性をより合わせた条件で自動階調補正を実行することができる。一方、Ｓ２００２の条件を満たさない場合（Ｎｏ）はＳ２００６に進み、このまま自動階調補正を実行する。

次に、Ｓ２００３において、ＣＰＵ１０１は、現像剤の帯電特性（帯電量）が基準値以下であるか否かを判定する。Ｄ_ｐｎ＜＝Ｄ_ｐ（初期）の場合には、Ｑ／Ｍが初期値より下がっていることを意味する。この場合、即ち、Ｓ２００３の条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ２００４に進む。一方、Ｓ２００３の条件を満たさない場合（Ｎｏ）、Ｑ／Ｍが初期値より上がっているため、Ｓ２００７に進み、Ｑ／Ｍを下げる調整処理を実行する。Ｑ／Ｍを下げるためには、現像剤中のトナーを補給して現像剤（Ｄｅｖ）中のトナー（Ｔ）の比Ｔ／Ｄｅｖを上げる必要がある。トナーを補給した後は、現像剤中のＱ／Ｍ分布は不均一の状態であり、空回転動作を行い現像剤をよく攪拌することで、Ｔ／ＤｅｖにあったＱ／Ｍの値に調整し、Ｑ／Ｍ分布を均一にすると共にＱ／Ｍの値を下げることができる。

Ｓ２００４において、ＣＰＵ１０１は、空回転動作を行うか、又は、トナー吐き出しを行うかの判定を行う。具体的には、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３から、Ｄ_ｐｎの１つ前に形成された、即ち、前回形成されたパッチ画像（基準現像剤像）のパッチ検知信号値Ｄ_ｐｎ−１を読み出し、今回形成したパッチ画像のパッチ検知信号値Ｄ_ｐｎとＤ_ｐｎ−１の値を比較する。

以下のように、Ｓ２００４において、
Ｄ_ｐｎ−１−Ｄ_ｐｎ＞＝Ａ２
の関係が成り立つ場合（Ｙｅｓ）、パッチ検知ＡＴＲの制御間隔である短い期間にＱ／Ｍが急激に低下していることになり、この場合はパッチ検知ＡＴＲの制御間隔で現像剤の放置がなされているとほぼ断定できる。したがって、トナー吐き出しを行うより空回転によって現像剤を攪拌することによってＱ／Ｍを上昇させる方が良いと判定できるため、空回転動作を実施する。尚、空回転時間は１分間としたが、他の時間でもよい。

一方、Ｓ２００４の条件を満たさない場合（Ｎｏ）、パッチ検知ＡＴＲの制御間隔でＱ／Ｍの低下は大きくなく、放置の影響は小さいと判定できる。よって、Ｓ２００７に進み、空回転動作はせずに現像剤中のトナーを感光ドラム１上に吐き出して、現像剤（Ｄｅｖ）中のトナー（Ｔ）の比Ｔ／Ｄｅｖを下げることでＱ／Ｍを上げる工程を行う。ここでは、現像剤中のトナーを感光ドラム１上に吐き出す工程において、Ｔ／Ｄｅｖを下げながら現像剤を攪拌しているので、空回転動作は必要ない。尚、本実施例では、Ａ２＝１５としたが、他の値でもよい。ただし、Ａ１＞＝Ａ２を満たす必要がある。

ここで、Ｓ２００７において、Ｓ２００３を満たさない場合（Ｎｏ）とＳ２００４を満たさない場合（Ｎｏ）におけるトナー補給量又はトナー吐き出し量について説明する。Ｓ２００７のトナー補給量又はトナー吐き出し量については、パッチ検知信号値Ｄ_ｐｎとＤ_ｐ（初期）と上述した式（３）より、補給補正量Ｍｐ分補給又は吐き出せば良いため、吐き出し量／補給量はＭｐ分とする。

Ｓ２００５又はＳ２００７が終了するとＳ２００８に進み、ＣＰＵ１０１は、再度パッチ濃度測定を行い、Ｓ２００９において測定したパッチ検知信号値Ｄ_ｐｎ＋１が、
｜Ｄ_ｐｎ＋１−Ｄ_ｐ（初期）｜＜＝Ａ３
を満たすか否かを判定する。満たす場合（Ｙｅｓ）には、現像剤の帯電特性は基準値に復帰したと判定して、Ｓ２０１０に進み、自動階調補正処理を実行し自動階調補正を実行する。本実施例では、Ａ３＝１０としたが、他の値でもよい。

一方、Ｓ２００９の条件を満たさない場合（Ｎｏ）には、Ｓ２００２に戻って現像剤の帯電特性の調整動作を行う。この際には、ｎ＝ｎ＋１となり、以後ｎ＋１，２，３，４，５とこのサイクルを繰り返す度に数値が上がっていく。なお、ｎ＝ｎ＋５になっても、Ｓ２００９の条件を満たさない場合、トナーが劣化しているために現像剤の帯電能力が低下している恐れがある。したがって、この場合には現像剤中のトナーを一度感光ドラム上に吐き出して、新しいトナーを補給する「トナー入れ替え処理」を実施し、現像剤の帯電能力を復帰させる。例えば、現像剤（Ｄｅｖ）中のトナー（Ｔ）の比Ｔ／Ｄｅｖで２％のトナー量入れ替えを行うことが望ましいが、この量は他の値でもよい。「トナー入れ替え処理」実施後、Ｓ２００５に戻って現像剤の帯電特性の調整動作を行う。

さらに、ｎ＝ｎ＋１０になってもＳ２００９の条件を満たさない場合、画像形成装置側の不具合がある、特に、パッチ検知ＡＴＲセンサ２６、現像器２、感光ドラム１、帯電ローラ１１、スキャナ１２等に不具合がある可能性がある。したがって、ＣＰＵ１０１は、「自動階調補正準備処理」を中止し、表示器３００上にサービスメンテナンスを促すメッセージを画像形成装置の表示部に表示させる。

次に、図２１を参照して、本実施例における「自動階調補正準備処理」を実施した際の効果について説明する。図２１の▼の位置（１０万枚使用時）でパッチ検知信号値が急激に減少し、Ｑ／Ｍが急激に低下していることがわかる。このときには、紙上濃度の値が急激に上昇したため、自動階調補正を実施した。その際に、本実施例における「自動階調補正準備処理」を実施したのが実線と黒丸、実施していないのが破線と白抜き丸である。図２１に示すように、「自動階調補正準備処理」を実施していない場合（破線と白抜き丸）では、自動階調補正時にＶｃｏｎｔが低下していることにより、自動階調補正後に紙上濃度が下がってきてしまっている。一方、「自動階調補正準備処理」を実施した場合、自動階調補正後も紙上濃度は安定していることがわかる。以上より、「自動階調補正準備処理」の効果を確認することができた。

＜第２実施例＞
上記第１実施例では、パッチ濃度を測定し、その値を元に「自動階調補正準備処理」を行ったが、この方法では常にパッチ画像を形成する必要がある。パッチ濃度が初期値と多くずれるような状況（長期放置後、環境変動など）ではこの工程を行う必要があるが、画像形成装置を使用中に、より色味を合わせるために自動階調補正を行う場合に上記自動階調補正準備処理を実行する必要はない。つまり、画像形成装置を使用中では、パッチ検知ＡＴＲ制御により現像剤の帯電特性は所望の範囲内であるため、パッチ画像形成を行うことが無駄になってしまう。そこで、本実施例では、画像形成装置内に設置した温湿度センサやＲＡＭ１０３に画像形成装置の動作記録を記録させ、その結果を用いることで、第１実施例の「自動階調補正準備処理」を行うことが妥当かどうかの判定を行う工程を加える。これにより、上記第１実施例の効果を享受しつつ、自動階調補正を行う際の不必要なダウンタイムや無駄なトナーの消費を低減することができる。

まず、図２３を参照して、本実施例における画像形成装置の構成例について説明する。なお、以下では、上記第１実施例と異なる構成及び技術についてのみ説明する。

図２３に示すように、本実施例における画像形成装置には、第１実施例の構成に加えて、温湿度センサ７０１及び時計７０２を備える。温湿度センサ７０１は、画像形成装置内の温度、湿度、絶対水分量ＷのデータをＲＡＭ１０３に記録する。時計７０２は、プリント信号があったときの時刻と現像器２が動作した時刻をＲＡＭ１０３に記録する。また、本実施例による画像形成装置は、現像剤の使用枚数をＲＡＭ１０３に記録する。

次に、図２２のフローチャートを参照して、本実施例における処理手順について説明する。自動階調補正というモード設定ボタンが押されると、自動階調補正の実行指示がＣＰＵ１０１に伝達される。ＣＰＵ１０１は、表示器３００上にテストプリント１の出力表示を出す前に、自動階調補正準備中の表示を出力する。それと同時に、Ｓ２２０１において、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３から以下の情報（１）〜（５）を読み出す。
（１）直前にプリントされてからの水分の変化量ΔＷｎ
（２）直前にプリントされてからの経過時間（プリント間隔）ｔ１
（３）プリント間隔ｔ１内、即ち、上記経過時間内に現像器２が動作した時間ｔ２
（４）過去１０００枚での画像形成領域の割合を示す平均画像デューティー：Ｉ（過去１０００枚のビデオカウント値の平均値と２５５信号時のビデオカウント値の比で求められる）
（５）現像剤の使用枚数Ｃ（初期剤からの使用枚数）、即ち、画像形成枚数
これらの情報の少なくとも１つを用いて、ＣＰＵ１０１は、第１実施例で説明した自動階調補正準備処理を行うか否かを決定する。以下では、これらの情報を用いた決定処理の一例について説明する。なお、以下の決定処理における判定条件とは異なる条件を本発明に適用してもよい。

Ｓ２２０２において、ＣＰＵ１０１は、まず水分の変化量ΔＷｎが、
ΔＷｎ＜＝１ｇ
を満たすか否かを判定する。満たす場合（Ｙｅｓ）は、水分の変化量は多くないと判定して、自動階調補正準備処理を実行することなくＳ２２０３に進む。一方、Ｎｏの場合はＳ２２０７に進み自動階調補正準備処理を実行する。なお、１ｇの値については、他の値でもよい。

次に、Ｓ２２０３において、ＣＰＵ１０１は、プリント間隔ｔ１が、
ｔ１＞＝３ｈｒ
を満たすか否かを判定する。満たす場合（Ｙｅｓ）は、プリント間隔が３時間以上であるため、放置による影響があると判定してＳ２２０４に進む。一方、Ｎｏの場合はＳ２２０８に進み、環境変動、放置による影響が小さく問題はないと判定して、自動階調補正準備処理を実行することなく自動階調補正を実施する。なお、３ｈｒの値については、他の値でもよい。

次に、Ｓ２２０４において、ＣＰＵ１０１は、プリント間隔ｔ１と現像器２の動作時間ｔ２とが、以下のような関係、
（ｔ２／ｔ１）＞＝２．１Ｅ−２
を満たすか否かを判定する。満たさない場合（Ｎｏ）には、１２時間あたり１５分以上は現像器２が空回転動作しており、環境変動、放置による影響が小さいと判定できるため、Ｓ２２０９に進み自動階調補正準備処理を実行することなく自動階調補正処理を実行する。なお、２．１Ｅ−２の値については、他の値でもよい。一方、Ｙｅｓの場合は、現像剤の状態によっては、放置による影響がありうるため、Ｓ２２０５に進む。

次に、Ｓ２２０５において、ＣＰＵ１０１は、再度プリント間隔ｔ１と現像器２の動作時間ｔ２とが、以下のような関係、
（ｔ２／ｔ１）＜＝３．５Ｅ−４
を満たすか否かを判定する。満たさない場合（Ｎｏ）には、１２時間あたり１５秒未満の時間しか現像器２が空回転動作しておらず、現像剤が放置により帯電特性が変化している可能性があるため、Ｓ２２０６に進み自動階調補正準備処理を実行する。これにより、現像剤の帯電特性を所望の範囲にする。なお、３．５Ｅ−４の値については、他の値でもよい。

Ｓ２２０４及びＳ２００５の両方を満たす（Ｙｅｓ）場合、つまり現像器２の空回転時間が１２時間あたり１５秒以上１５分未満の場合には、現像剤の状態によっては、放置による影響がありうるため、Ｓ２２１０に進む。

次に、Ｓ２２１０において、ＣＰＵ１０１は、現像剤の使用枚数（初期剤からの使用枚数）、即ち、画像形成枚数が、以下のような関係、
Ｃ＜＝１０万枚（Ａ４）
を満たすか否かを判定する。満たす場合（Ｙｅｓ）には、１２時間あたり１５秒以上１５分未満の時間、現像器２が空回転動作していれば、放置による影響が小さい現像剤であると判定できるため、自動階調補正準備処理を実行することなくＳ２２１１に進む。なお、１０万枚の値については、他の値でもよい。一方、Ｎｏの場合は、Ｓ２２１３に進み自動階調補正準備処理を実行する。

最後に、Ｓ２２１１において、ＣＰＵ１０１は、過去１０００枚での平均画像デューティーＩが、以下のような関係、
Ｉ＞＝５％
を満たすか否かを判定する。満たす場合（Ｙｅｓ）は、１２時間あたり１５秒以上１５分未満の時間、現像器２が空回転動作していれば、１０万枚以上使用していても放置による影響が小さい現像剤であると判定し、Ｓ２２１２に進み自動階調補正準備処理を実行することなく自動階調補正処理を実行する。なお、５％の値については、他の値でもよい。一方、Ｎｏの場合は、Ｓ２２１４に進み、自動階調補正準備処理を実行する。

以上説明したように、本実施例によれば、必要に応じて自動階調補正準備処理を的確に実施することができるため、不必要なダウンタイムやトナーの消費を低減することができる。

Claims

像担持体と、前記像担持体に露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、現像剤としてトナー及び磁性キャリアを含み、前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤像に現像する現像手段とを備え、記録材に形成した階調パターンを読み取って、濃度階調特性を調整する自動階調補正処理を実行する画像形成装置であって、
前記自動階調補正処理を実行する前に、前記露光手段及び前記現像手段を用いて前記像担持体に基準現像剤像を形成させる形成手段と、
前記像担持体に形成された前記基準現像剤像の濃度を検知する濃度検知手段と、
前記現像手段が有する前記現像剤の帯電量が所定の範囲内であることを前記濃度検知手段の検知結果が示す場合に、前記自動階調補正処理を実行させ、前記現像手段が有する前記現像剤の帯電量が所定の範囲内でないと前記濃度検知手段の検知結果が示す場合に、前記現像手段が有する前記現像剤の帯電量を所定の範囲内にするための調整処理を実行した後に前記自動階調補正処理を実行させる制御手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記調整処理は、前記現像手段に含まれるトナー及び磁性キャリアを攪拌するための空回転動作、前記現像手段へトナーを補給するトナー補給動作、及び、前記像担持体へトナーを吐き出す吐き出し動作の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、
前記濃度検知手段によって検知された前記基準現像剤像の濃度値と、前記画像形成装置の記憶手段に予め記憶されている基準値との差分が所定の閾値を超える場合であって、かつ、該濃度値が該基準値より大きい場合に、前記調整処理として、前記トナー補給動作を実行した後に前記空回転動作を実行することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、
前記濃度検知手段によって検知された前記基準現像剤像の濃度値と、前記画像形成装置の記憶手段に予め記憶されている基準値との差分が所定の閾値を超える場合であって、かつ、該濃度値が該基準値以下である場合であって、かつ、前回形成した基準現像剤像の濃度値と比較して今回形成した基準現像剤像の濃度値が所定の閾値を超えて低下していない場合に、前記調整処理として、前記吐き出し動作を実行することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、
前記濃度検知手段によって検知された前記基準現像剤像の濃度値と、前記画像形成装置の記憶手段に予め記憶されている基準値との差分が所定の閾値を超える場合であって、かつ、該濃度値が該基準値以下である場合であって、かつ、前回形成した基準現像剤像の濃度値と比較して今回形成した基準現像剤像の濃度値が所定の閾値を超えて低下している場合に、前記調整処理として、前記空回転動作を実行することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
前記調整処理を実行した場合であっても、前記現像剤の帯電量が所定の範囲内に収まらない場合には、前記像担持体や前記現像手段のメンテナンスを促す表示を画像形成装置の表示手段に出力することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、
直前に画像形成されてからの水分の変化量、直前に画像形成されてからの経過時間、該経過時間内に前記現像手段が動作した時間、過去の画像形成における画像形成領域の割合を示す平均画像デューティー、及び、画像形成枚数の少なくとも１つの情報を用いて、前記現像手段が有する前記現像剤の帯電量が所定の範囲内であるか否かに関わらず、前記調整処理を実行することなく前記自動階調補正処理を実行させることを決定する決定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。