JP2014219453A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の濃度ムラ検出用の画像パターンを、像担持体周長より短い長さで、かつ作成回数を抑えることで、濃度ムラ情報の取得に係る時間の短縮を図る。
【解決手段】回転可能な像担持体上に画像の濃度ムラを測定するための画像パターンをトナー像で形成する画像パターン作成手段４０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）と、画像パターン作成手段で形成された画像パターンの濃度を検出する濃度検出手段３０と、画像パターンが形成された像担持体の回転方向の位置を検出する回転位置検出手段３１と、濃度検出手段で検出した濃度情報から像担持体の回転周期に起因する濃度ムラ情報を抽出する濃度ムラ抽出手段２０４と、濃度ムラ抽出手段で抽出した濃度ムラ情報を基に、画像パターン作成手段における画像形成条件を決定する制御手段２００を備え、濃度ムラ抽出手段により抽出した濃度ムラ情報に基づいて決定した像担持体の回転方向への位置における複数の濃度情報により、画像パターン作成手段における画像形成条件を補正する。
【選択図】図９

Description

本発明は、画像濃度ムラを制御可能な画像形成装置に関する。

トナーを用いて画像を形成する、いわゆる電子写真方式の画像形成装置が知られている。このような画像形成装置では、帯電装置によって像担持体を一様に帯電させ、形成すべき画像に対応して入力した画像データに基づいて露光装置によって像担持体に潜像を形成し、現像装置によって潜像にトナーを付着させて画像を形成している。
電子写真方式の画像形成装置は、近年、印刷業界にも普及し始めており、高速出力かつ高画質化への要求が急速に高まっている。高画質化に関する要求項目の中では、頁内濃度均一性すなわち用紙等の記録媒体の１枚に形成される画像の濃度均一性への要望が強く、ユーザーが画像形成装置を選定する際の判断基準になっている。そのため、頁内の濃度ムラを極力抑制することが重要である。

かかる濃度ムラは、様々な要因によって発生することが知られている。たとえば、帯電の不均一性による帯電ムラ、露光装置の露光ムラ、感光体等の像担持体の回転振れや感度ムラ、現像ローラ等の現像剤担持体の抵抗ムラ、トナーの帯電ムラ、転写ローラ等の転写部材の転写ムラ等が挙げられる。
この中でも特に回転体である像担持体、現像剤担持体の回転振れや感度ムラに起因する濃度ムラは周期が短いため、頁内に周期的に発生し、視認が容易である。したがって、像担持体、現像剤坦持体の回転振れや感度ムラに起因する濃度ムラを低減することが特に重要である。
像担持体の回転振れに起因する濃度ムラに関して説明すると、電子写真方式を用いた画像形成装置では、現像剤担持体と像担持体との間の電位差によって発生する電界を利用して像担持体上にトナーを付着させて画像を形成する。このため、像担持体の回転振れによって、これらの間隔である現像ギャップが変動すると、電界が変動して濃度変動が生じ、濃度ムラが生じる。
像担持体の感度ムラに起因する濃度ムラに関しては、たとえば次の通りである。すなわち、露光に対する像担持体の感度に、環境変動、経時劣化等の要因によってばらつきが発生する場合、一定の露光量で露光しても、像担持体の露光後の電位である明電位に差が出る。このため、かかる電界が変動し、濃度変動が生じて、濃度ムラが生じる。なお、像担持体の感度ムラに関して、感度変化を小さくするため高精度な製法を用いると、コストアップとなるため、これは極力避けることが望ましい。

この点、これらの濃度ムラの補正技術として、帯電バイアス、現像バイアス、露光条件などの画像形成条件を、像担持体の回転周期や感度ムラによって変動する濃度ムラのプロファイルに基づいて変化させるために、濃度ムラ検出用の画像パターンを作像し、かかる各画像形成条件についての補正用データを作成する方法が考えられる。
このような方法として、例えば像担持体の回転周期に合わせて現像バイアスを変調させる方法が考えられる。具体的には、像担持体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、画像パターンの濃度を検出する画像濃度検出手段とを用い、画像濃度検出手段で検出した濃度ムラを像担持体の回転周期で切り分ける。そして検出された濃度ムラを低減すべく、回転振れなどによる電界変動を打ち消して現像電界を一定にするように、回転位置検出手段の信号をトリガとして現像バイアスを周期的に変化させる。また、かかる方法として、たとえば、現像バイアスのみならず、帯電バイアスを変調させる方法も考えられる。

特許文献１（特開平９−６２０４２号公報）には、画像に周期的に発生する濃度ムラを減少させる目的で、予め格納した画像濃度の周期的な変動データ又は像担持体の帯電電位の周期的な変動データに基づいて、帯電電圧、露光光量、現像電圧及び転写電圧のうち少なくとも１つの画像形成条件を制御する画像形成装置が開示されている。この画像形成装置では、画像形成条件の制御に用いる画像濃度等の周期的な変動データを１種類の画像データ（例えば、ベタ画像の画像データ）を用いて予め測定している。

従来の濃度ムラ検出方式であると、像担持体表面の経時劣化などが発生した場合、再度濃度ムラ情報を取得するために、像担持体周長（１周）以上の長さの画像パターンの作成が必要となってしまう。そのため、濃度ムラ情報の取得に多くの時間を要してしまう。
特許文献１は、画像データに基づいた変動データより画像形成条件を制御する点が記載されているが、画像パターンが像担持体周長以上の長さを必要とするため、調整に多くの時間を要してしまう。
本発明は、画像の濃度ムラ検出用の画像パターンを、像担持体周長より短い長さで、かつ作成回数を抑えることで、濃度ムラ情報の取得に係る時間の短縮を図ることを、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る画像形成装置は、回転可能な像担持体上に画像の濃度ムラを測定するための画像パターンをトナー像で形成する画像パターン作成手段と、画像パターン作成手段で形成された画像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、画像パターンが形成された像担持体の回転方向の位置を検出する回転位置検出手段と、濃度検出手段で検出した濃度情報から像担持体の回転周期に起因する濃度ムラ情報を抽出する濃度ムラ抽出手段と、濃度ムラ抽出手段で抽出した濃度ムラ情報を基に、画像パターン作成手段における画像形成条件を決定する制御手段を備え、濃度ムラ抽出手段により抽出した濃度ムラ情報に基づいて決定した像担持体の回転方向への位置における複数の濃度情報により、画像パターン作成手段における画像形成条件を補正することを特徴としている。

本発明によれば、複数の画像パターンの濃度情報に基づいて、像担持体の位相に対応した濃度ムラ情報を作成するので、像担持体周長以上の、画像パターンを形成しなくて済み、濃度ムラ情報の取得に係る時間の短縮を図ることができる。

本発明に係る画像形成装置の一形態を示す概略図。 濃度検出手段の構成と配置の一形態を示す拡大斜視図。 図１に示す画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図。 濃度ムラ情報を検出する画像パターンと濃度検出手段と回転位置検出手段のタイミングを説明する図。 回転位置検出手段からの回転位置検出信号と、濃度検出手段からの濃度ムラ情報（トナー付着量検出信号）と、その信号に基づいて作成される第一ならびに第二の画像形成条件（制御テーブル）の値との関係を示す図。 濃度検出手段からのトナー付着量検出信号が制御後の経時により変化したことを説明する図。 環境情報となる温度変化量Ｔと濃度ムラ発生量の関係を示す図。 本発明に係る画像濃度ムラの制御に係る回転位置検出信号と画像パターンの作成例を示す図。 本発明に係る画像濃度ムラの補正制御の一例を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｃ）は、回転位置検出手段の検出信号の検出時間内における、トナー付着量検出信号の例を示す図。 補正前の制御テーブルに、制御テーブル補正量を加算することにより、補正された制御テーブルを算出することを示す図。 本発明に係る画像濃度ムラの補正制御の別な例を示すフローチャート。 （ａ）、（ｂ）は本実施形態で用いる画像パターンのうちの中間調パターンの形態を示す図。 周知のトナー付着量Ｍ／Ａの算出式を説明する図。

本形態の特徴は、像担持体としてのドラム状の感光体の回転周期における濃度ムラ情報の取得に際して、以下の特徴を有する。
要するに、濃度ムラ情報を取得するためのパッチパターンなどの画像パターンの作成タイミングを初期に作成した濃度ムラ情報に基づいて決定し、画像パターンの作成タイミングを、初期の濃度ムラ情報より判断する。そして濃度ムラ情報の変化量に応じて濃度ムラの変化を予測することで、少ない画像パターン（パッチ数）で濃度ムラの変化を判断する。具体的には、初期に取得した濃度ムラ情報の濃度変動最大部及び最小部の感光体回転位相（回転位置）に対応するタイミングで画像パターンを形成し、初期の濃度ムラ情報に基づいて予め形成されている制御テーブルによって、画像形成条件（例えば現像バイアス）を制御する。
しかしこの状態においても、徐々に感光体の状態が変化していくことにより、当初測定した画像パターンと現実の濃度ムラ（トナー濃度）に差異が現れるようになる。その濃度ムラ（トナー濃度）の差異が所定の閾値を超えた場合には、それら濃度ムラの差異に基づいて、感光体の回転位相と同期した現像バイアスの制御テーブル（変調テーブル）を補正する。また、濃度ムラ情報の取得を中間調についても行うことで、中間調濃度ムラについても適切に抑制することができる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。
各図において、同一部材又は同一機能を有する部材には、同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略図である。この画像形成装置は、４連タンデム型の中間転写方式で両面印刷可能なフルカラー機である。図１に示す画像形成装置は１つの実施形態であり、画像形成装置としては、周知の４連タンデム型の直接転写方式、１ドラム型の中間転写方式等のフルカラー機、あるいは、１ドラム型の直接転写方式等のモノクロ機でも良い。無論記録媒体の両面に画像をプリントする両面機に限定されるものでもなく記録媒体の片面に画像をプリントする片面機であってもよい。

図１において、画像形成装置は、装置本体内に、像担持体であり中間転写体でもある中間転写ベルト１が、複数のローラ１１、１２、１３間に巻きかけられて配置されている。中間転写ベルト１の展張面には、像担持体であるドラム状の感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを備えた作像ステーション４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋが並設されている。各作像ステーションの構成は、現像剤となるトナーの色が異なる以外は、同一構成であるので、以下代表してイエローの作像ステーションを用いて説明する。なお、符号Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックに係る部材を示す添え字であり、適宜省略する。本形態にいて、作像ステーション４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋはトナー像形成手段として機能する。

感光体２Ｙの回りには、その回転方向順に、帯電手段としての帯電チャージャ３Ｙ、露光手段としての書込みユニット４Ｙ、現像手段としての現像ユニット５Ｙ、一次転写部を形成する一次転写部材としての一次転写ローラ６Ｙ、感光体クリーニングユニット７Ｙ、除電手段としてのクエンチングランプ８Ｙが配置されている。他の色の作像ステーション４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋにおいても同様の構成である。書込みユニット４Ｙの上方には、原稿読取部としてのスキャナ部９、オートドキュメントフィーダ（ＡＤＦ）１０等が設けられている。

中間転写ベルト１は、複数のローラ１１、１２、１３で回転可能に支持されており、ローラ１２に対向する部位にはクリーニング手段としてのベルトクリーニングユニット１５が設けられている。ローラ１３に対向する部位には、二次転写部を形成する転写手段としての二次転写ローラ１６が設けられている。装置本体の下部には、複数の給紙トレイ１７が設けられている。これらの給紙トレイ１７に収容された記録媒体としての記録紙２０は、ピックアップローラ２１、給紙ローラ２２で給紙され、搬送ローラ対２３で搬送され、レジストローラ対２４により所定のタイミングで二次転写部へ送られる。二次転写部よりも用紙搬送方向下流側には、定着手段としての定着ユニット２５が設けられている。図１において、符号２６は排紙トレイを、符号２７はスイッチバックローラ対をそれぞれ示している。

次に画像形成装置による画像形成動作について説明する。
プリント開始命令が画像形成装置に入力されると、感光体周辺・中間転写ベルト周辺・給紙搬送経路等にある各ローラが既定のタイミングで回転し始め、給紙トレイ１７から記録紙２０の給紙が開始される。
一方、各感光体は帯電チャージャ３によってその表面を一様な電位に帯電され、書込ユニット４から照射される書込み光によってその表面が画像データに従って露光される。露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶが、この静電潜像をその表面に担持した各感光体は、各現像ユニットからトナーを供給されることにより、担持している静電潜像を特定色に現像される。図１においては感光体が四色分あるので、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（色順はシステムによって異なる）のトナー像が各感光体上に現像されることになる。

各感光体２上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１との接点において、各感光体に対向して設置された一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに印加される一次転写バイアス、及び各一次転写ローラの押圧力によって中間転写ベルト１上に転写される。この一次転写動作のタイミングを合わせながら四色分繰り返すことにより、中間転写ベルト１上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト１上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ１６と中間転写ベルト１の間に形成される二次転写部において、レジストローラ対２４によってタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙２０に転写される。すなわち、二次転写ローラ１６に印加される二次転写バイアス及びローラ１３と二次転写ローラ１６による押圧力によってフルカラートナー像が記録紙２０に二次転写される。フルカラートナー像を転写された記録紙２０は、定着ユニット２５を通過することにより、表面に担持しているトナー像を加熱定着される。

記録紙２０の片面にプリントする片面プリントならば、そのまま直線搬送されて排紙トレイ２６へ、記録紙２０の両面にプリントする両面プリントならば搬送方向を下向きに変えられ、用紙反転部２８へ搬送されていく。用紙反転部２８へ到達した記録紙２０は、ここでスイッチバックローラ対２７により搬送方向を逆転されて記録紙２０の後端から用紙反転部２８を排出される。これをスイッチバック動作と呼び、この動作によって記録紙２０の表裏を反転させることができる。表裏反転された記録紙２０は定着ユニット方向には戻らず、再給紙搬送経路２９を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は片面プリントの時と同じ様にトナー像を二次転写部で転写されて、定着ユニット２５を通過して排紙トレイ２６へ排紙される。これが両面プリント動作である。

一方、各一次転写部を通過した各感光体２はその表面に一次転写残トナーを担持しており、これをブレード及びブラシ等で構成された各感光体クリーニングユニット５により除去される。その後、各クエンチングランプ８によってその表面を一様に除電されて次の画像のための帯電に備える。また、二次転写部を通過した中間転写ベルト１に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらもブレード及びブラシ等で構成されたベルトクリーニングユニット１５によってこれを除去され、次のトナー像の転写に備える。画像形成装置は、この様な一連の電子写真プロセスによる画像形成動作の繰り返すことで、片面プリント若しくは両面プリントが、予めユーザーによって設定された所定枚数分、行なわれる。本形態において、予め設定された所定枚数分のプリント動作を１ジョブし、１ジョブの終了を印刷動作終了と称する。

画像形成装置は、中間転写ベルト１の外周面に転写されたトナー像で形成された画像の濃度を検出する濃度検出手段として、光学センサなどで構成されたトナー像検出センサ（光学センサユニット）３０を備えている。画像形成装置は、このトナー像検出センサ３０により、画像ムラの補正制御に用いる、中間転写ベルト１の表面に形成される画像パターンのトナー像の濃度を検出するように構成されている。図１の例では、中間転写ベルト１のローラ１１に巻きついている部分に対向する位置（二次転写前の位置）Ｐ１に、トナー像検出センサ３０が配置されている。トナー像検出センサ３０の配置としては、二次転写部の下流側に配置しても良い。この場合には、中間転写ベルト１の内方に振れ止めのためのローラ１４が設けられ、このローラ１４に対向するようにトナー像検出センサ３０を設けるのが好ましい。
なお、図１の画像形成装置の構成例において、補正制御に用いるトナー像で形成された画像パターンは、感光体ドラム２上で形成されて下流側に位置する中間転写ベルト１への転写位置に至るまでの間で形成される。

次に、画像形成装置における画像パターンの濃度の検出結果に基づく濃度ムラの補正制御について説明する。本形態において、画像パターンは作像ステーションによって感光体に形成さて中間転写ベルト１上に転写される。このため各作像ステーションは、トナー像形成手段とともに画像パターン作成手段として機能する。
図２は、トナー像検出センサ３０の設置形態の一例を示す部分拡大斜視図である。図２は、図１の画像形成装置における二次転写前の位置Ｐ１にトナー像検出センサ３０を設置した例を示している。トナー像検出センサ３０は、センサ基板３２に３つの濃度検出手段としてのセンサヘッド（光学センサ）３１ａ、３１ｂ、３１ｃを搭載した３ヘッドタイプ（ヘッド３個品のトナー像検出センサ３０）である。すなわち、図２の例は、記録紙２０の搬送方向と直行する主走査対応方向（感光体の軸線方向）にセンサヘッド（光学センサ）を３個設置したトナー像検出センサ３０であり、３箇所のトナー付着量を同時に検出（測定）できる。なお、トナー像検出センサ３０におけるセンサヘッドの数は上記３個に限定されるものではない。例えば、１個又は２個のセンサヘッドを備えたヘッド１個品又は２個品のトナー像検出センサ３０の構成であってもよいし、各色専用にセンサヘッドを備えたヘッド４品乃至７個品のトナー像検出センサ３０の構成であってもよい。

図３は、図１に示す画像形成装置の制御系の要部構成を示すブロック図である。
図３において、制御手段としての制御部２００は、例えばマイクロコンピュータで構成され、演算処理手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、記憶手段としての不揮発性メモリのＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、及び図示しない計測手段としてのタイマ等を有している。制御部２００には、作像ステーション４０Ｙ、４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ、書込みユニット４、トナー像検出センサ３０及び回転位置検出手段３１などが電気的に接続されている。制御部２００は、ＲＡＭ２０２内に記憶している制御プログラムに基づいて、これらの各種の機器を制御するように構成されている。

ＲＡＭ２０２には、トナー像検出センサ３０の各光学センサの検出値（出力値）からトナー濃度（トナー付着量）を算出するときに用いる出力換算情報としての後述の出力換算データでありとしての制御テーブル（変換テーブル）や出力換算式（アルゴリズム）を記憶している。これら出力換算データとしての制御テーブル（変換テーブル）や出力換算式（アルゴリズム）は、濃度ムラを抽出する濃度ムラ濃度抽出手段２０４として機能する。

制御部２００は、所定のタイミングにて、各色の画像濃度を適正化するように補正制御する第一の制御手段及び第二の制御手段として機能する。第一の制御手段として機能する場合は、中間転写ベルト１に第一の画像パターンのトナー像を形成し、そのトナー像の濃度検出結果に基づいて第一の画像形成条件を決定し、その決定した第一の画像形成条件に基づいて各トナー像形成手段（作像ステーション）を制御する。また、第二の制御手段として機能する場合は、中間転写ベルト１に第一の画像パターンとは異なる第二の画像パターンのトナー像を形成し、そのトナー像の濃度検出結果に基づいて第二の画像形成条件を決定し、その決定した第二の画像形成条件に基づいて各トナー像形成手段を制御する。
第一の画像パターン及び第二の画像パターンはそれぞれ互いに濃度の異なる単一濃度パターンであり、第一の画像パターンは高濃度側の画像パターンであり、第二の画像パターンは低濃度側の画像パターンである。

画像形成装置は、画像濃度ムラの発生源となる回転体としての感光体２の回転位置を検出する回転位置検出手段３１を備えている。回転位置検出手段３１は、例えば、図１に示す各感光体の回転位置（回転角度）を検出するホームポジションセンサである。回転位置検出手段３１は、図３に示すように信号線を介して制御部２００と接続されていて、検出信号を制御部２００に出力している。制御部２００は、回転位置検出手段３１の検出信号に同期して第一の画像形成条件および第二の画像形成条件を決定して制御する機能を有している。
画像形成装置では、感光体２の１周分の位相に対応した濃度ムラ情報が予めＲＡＭ２０２に格納されている。図４に示すように、この予め格納された濃度ムラ情報は、感光体２の数周分の画像パターン１を作成し、その画像パターン１をトナー像検出センサ３０で読み取り、その読み取ったデータを濃度ムラ情報として感光体２の位相に対して平均化処理することにより感光体１周分の位相に対応した濃度ムラ情報とされている。

制御部２００は、上記濃度ムラ情報に基づいて第一の画像形成条件としての露光条件または現像条件を決定する第一の画像形成条件を適切に制御するための第一の制御テーブル作成処理を実行する。図示の例では、第一の制御テーブルとして現像ユニット５の現像ローラに印加する現像バイアスの制御テーブルを作成している。第一の制御テーブルとしては現像バイアスの制御テーブルではく、光書込ユニット４の露光パワーの制御テーブルを作成してもよい。これら第一の画像形成条件の制御パラメータとなる現像バイアスや露光パワーは、いずれもベタ画像濃度制御に有効なパラメータであり、これらの制御パラメータについて作成した第一の制御テーブルを、制御部２００による補正制御に適用することにより、ベタ画像濃度ムラを軽減することができる。

また、上述の第一の画像形成条件のみでは、現像ポテンシャルが周期的に変動するため、地肌ポテンシャルとの比率が変動してしまう。そのため、中間調濃度部には逆に濃度ムラが生じてしまうことになる。そこで、本形態では、上記２つの画像形成条件の制御パラメータ（現像バイアスや露光パワー）が適用された状態で、第二の画像パターンとしての中間調濃度画像パターン（以下「中間調画像パターン」と記す）を各トナー像形成手段で中間転写ベルト１に形成し、その中間調画像パターンのトナー像の濃度をトナー像検出センサ３０で検出する。そして、制御部２００は、トナー像検出センサ３０の検出結果に基づいて、中間調画像パターンの濃度ムラの感光体周期成分を検出し、当該感光体周期成分に基づいて、第二の画像形成条件としての帯電バイアスの制御テーブルを作成する。この帯電バイアスの制御テーブルを制御部２００による補正制御に適用することにより、中間調濃度部に発生した濃度ムラを軽減することができる。

図５は、回転位置検出手段３１の検出信号に同期して第一ならびに第二の画像形成条件を決定して制御する場合の、回転位置検出手段３１からの回転位置検出信号と、トナー像検出センサ３０による検出情報（トナー付着量検出信号）と、その検出信号に基づいて作成される第一ならびに第二の画像形成条件（制御テーブル）の値との関係を例示する図である。図示の例では、感光体２の２周分の信号を描いている。ここでは、図４の例のように、感光体２周分以上の長さのベタならびに中間調パターンを予めトナー像検出センサ３０により検出している。
本発明者らは、トナー付着量検出信号が回転位置検出信号の周期と同じ周期で変動している点に着目し、図５に一点鎖線で示すように、このトナー付着量検出信号と逆位相になるように第一の画像形成条件ならびに第二の画像形成条件の値とする制御テーブルとした。この制御テーブルを適用することにより、図５に破線で示している制御前のトナー像検出センサ３０からのトナー付着量検出信号（トナー濃度ムラ）を、図５に実線で示すように、制御後のトナー像検出センサ３０からのトナー付着量検出信号（トナー濃度ムラ）まで低減することができる。

実際の画像濃度制御のパラメータとして用いることができる第一の画像形成条件である現像バイアス及び露光パワー、第二の画像形成条件である帯電バイアスは、符号がマイナスだったり、絶対値が大きくなるとトナー付着量が減ったりする（検出出力が低下する）。そのため、第一ならびに第二の画像形成条件の値を一様に「逆位相」と表現するのは適切ではない。このため、本実施形態での「逆位相」とは、トナー付着量検出信号が示す「トナー付着量の変動を打ち消す方向」の制御テーブルを作成する、つまり逆位相のトナー付着量変動を作り出す制御テーブルを作るという意味で使用している。

制御テーブルとなる決定した画像形成条件は、感光体２の回転位置検出信号との間で図５に示すタイミング関係を有している。ここで、制御テーブルの先頭は、回転位置検出信号の発生時点であるとする。この制御テーブルを現像バイアス用の制御テーブルだとすると、現像ニップからトナー像検出センサ３０間の距離を考慮して制御テーブル適用のタイミングを決める必要がある。仮に、現像ニップからトナー像検出センサ間距離が、ちょうど感光体２の周長の整数倍になっていたとすると、回転位置検出信号のタイミングに合わせて、制御テーブルの先頭から適用すればよい。また、現像ニップからトナー像検出センサ間距離が、感光体２の周長の整数倍からずれている場合は、そのずれの距離分だけタイミングをずらして、制御テーブルを適用すればよい。

しかしながら、前記のように予め取得した濃度ムラ情報より作成した制御テーブル（決定した画像形成条件）だと、感光体２が環境や衝撃等の外因により変形してしまった場合、あるいは通紙により感光体表面の状態が変化してしまった場合には、図６に２点鎖線で示すように、トナー付着量検出信号が、制御直後に比べて経時により変化してしまい、濃度ムラの現れ方が変わってしまう。このため、濃度ムラを経時に安定して抑制し続けることが困難になってしまう場合がある。
濃度ムラを経時に安定させるためには、一定の周期で、前記のような感光体数周分のベタ画像パターン及び中間調パターンを作成・検出して、第一ならびに第二の制御テーブルを作り直す制御を行えばよい。
しかし、このような周知的な制御テーブルの作成は、通常の画像形成動作（プリント動作）は中断されるため、画像形成装置の待機時間が発生するとともに、作成した画像パターンを都度クリーニングするため、過度のトナーがベルトクリーニングユニット１５で回収されるため、同ユニット１５の寿命を縮めてしまう懸念がある。無論ベルトクリーニングユニット１５の耐久性や回収容量を多くすることで、このような不具合は解消されるが、その見返りとしてコストアップやベルトクリーニングユニット１５の大型化を否めない。

そこで、ベルトクリーニングユニット１５の耐久性を犠牲にすることなく、画像形成装置の待機時間を低減するために、本形態では感光体数周分のベタ画像パターン及び中間調パターンを作成して取得した濃度ムラ情報の濃度最大部と濃度最小部のそれぞれの感光体位相（感光体の回転方向への位置）に対応するタイミングで、画像パターン（パッチパターン）を再度作成し、それら画像パターンの濃度変動に基づいて制御テーブル（画像形成条件）を補正することにより、安定した濃度ムラの補正制御を行うようにした。

この補正用の画像パターン（パッチパターン）の形成／検出は、画像形成装置内の環境条件変動をトリガする、すなわち、画像形成条件を補正するタイミングとするのが好ましい。環境条件のうち、特に温度条件が変化した場合には、感光体２の感光体素管が持っている熱膨張係数に応じて感光体素管が膨張・収縮する。このため、感光体２の外形特性が変化し、現像ギャップ変動状況が変化することにより、図７に示すように初期と比べ濃度ムラが大きく現れる傾向がある。図７は初期からの温度変化量ΔＴに対する濃度ムラ発生量ΔＭ／Ａを示している。ここでのΔＭ／Ａとは、感光体一周分の画像パターン（パッチパターン）を描いた際の濃度最大部と濃度最小部の差分のことである。初期からの温度変化量ΔＴが大きくなることで、濃度ムラ発生量ΔＭ／Ａは大きくなる。そのため、画像パターン（パッチパターン）の形成／検出のトリガを温度変化量ΔＴとすることにより、適切なタイミングで補正動作を実行することができる。

この場合の画像パターン（パッチパターン）の形成／検出のトリガの決め方としては、例えば、「前回の制御テーブルの更新（制御テーブルの作成・更新）時と比較して、Ｎ［℃］以上の温度変化があった場合」という決め方でよい。また、制御の簡略化のために、画像パターン（パッチパターン）の形成／検出のトリガをプリント枚数とし、プリント出力終了後に、プリント枚数による実行判定閾値を超えている場合に、制御部２００が画像パターン（パッチパターン）の形成／検出の実行動作を行うようにしてもよい。

図８は画像パターン（パッチパターン）の形成例を示す。画像パターン（パッチパターン）は濃度ムラ情報の濃度最大部と濃度最小部の濃度変化を検出できるよう、濃度ムラ情報より決定したタイミングで画像パターン（パッチパターン）を形成する。画像パターン（パッチパターン）は中間転写ベルト１上の画像作成領域外で作成するものとし、濃度情報を図３に示したＲＡＭ２０２内に記憶していくものとする。つまり、本形態では、画像パターンの形成位置が、感光体２の所定の回転位置と同期したタイミングであり、少なくとも感光体２の一周のうち二点以上としている。

図９は、図１の画像形成装置において、濃度ムラの補正制御の一例を示すフローチャートである。この制御フローは、制御部２００によって実行される。本形態において、制御部２００は、画像形成条件を、複数の第一の画像パターンの濃度差が所定の閾値を超えた場合に補正を行なうように機能する。
図９のステップＳ１−１では、画像パターン（ベタパッチパターン）の形成／検出を実行する。ここでは、印刷動作終了後に中間転写ベルト１上に初期の濃度ムラ情報より決定したタイミングで、最大感光体周長の半分よりも短い長さのベタ画像パターンを濃度最大部と濃度最小部に対応して形成し、それをトナー像検出センサ３０の中央のセンサヘッド３１ｂで検出する。
ステップＳ１−２では、パッチ濃度検出結果を関連付けてＲＡＭ２０２に格納する。ここでは、画像パターン（ベタパッチパターン）の濃度検出結果を感光体位相と関連付けてＲＡＭ２０２に保存する。
ステップＳ１−３では、２つの濃度データの差分が閾値を超えているかを判断する。ここでは、濃度最大部と濃度最小部の画像パターン（ベタパッチパターン）の濃度情報から、両者の差分を算出し、その差分が所定の閾値を超えているかを判断する。
ステップＳ１−４では、Ｖｂ制御テーブルの補正量を算出する。ここでは、ステップＳ１−３での算出結果が所定の閾値を超えていると判断した場合、パッチ濃度の差分に基づいて、ＣＰＵ２０１によりＶｂ制御テーブルの補正量を算出する。
ステップＳ１−５では、Ｖｂ制御テーブルを補正する。ここでは、Ｓ１−４で算出した補正量を、制御テーブルに加算し、Ｖｂ制御テーブルを補正する。
ステップＳ１−６では、ＲＡＭ２０２内のデータをクリアする。ここでは、ステップＳ１−２でＲＡＭ２０２に格納した濃度情報をクリアする。
本実施形態において、画像パターン（ベタパッチパターン）は副走査長１０ｍｍ×主走査長５ｍｍの長さを有するベタ画像とした。また、本実施形態の現像ポテンシャル(Ｖｂ−Ｖｌ)は５００[V]とし、濃度情報の差分の閾値を０．０４[ｍｇ/ｃｍ^２]とした場合、Ｖｂ制御テーブルの補正量は±２５［Ｖ］程度となる。

図１０は、ホームポジションセンサである回転位置検出手段３１の検出信号（ホームポジションセンサ信号）の検出時間（ｓｅｃ）からの、トナー付着量検出信号の一例を示す図である。このように初期の濃度ムラ検出時の濃度最大部、濃度最小部に画像パターン（ベタパッチパターン）が検出できるように、制御部２００はホームポジションセンサ信号に基づいて画像パターン（ベタパッチパターン）の形成を行なう。つまり、制御部２００はパッチ濃度検出値に基づいて制御テーブル補正量を算出することができる。補正後の制御テーブルは、例えば現像バイアス補正量ΔＶｂは、以下の式で算出することができる。

制御適用前の現像バイアスをＶｂ、初期のトナー付着量をＭ／Ａ、濃度ムラ時のトナー付着量変動量をＭ／Ａ１、Ｍ／Ａ２とすると、現像バイアス補正量ΔＶｂは数１で求められる。

この式を用いて算出された、各位相の制御テーブル補正量を、補正前の制御テーブルに加算することで、制御テーブルを補正すればよい。

トナー付着量Ｍ／Ａの算出式は、本出願人が出願し既に登録されている特許第４４５６８２８号に添付の図２０で明らかにされている。この図２０を本願の図１４として添付する。
図１１は、補正前の制御テーブルに、制御テーブル補正量を加算することにより、補正された制御テーブルを算出することを示す図である。この補正された制御テーブルを補正前の制御テーブルと置換し、この補正された制御テーブルに基づいて第一の画像形成条件である露光条件もしくは現像条件を制御することにより、感光体周期の濃度ムラを低減することが可能となる。

ここまでの説明のように、画像パターンがベタ画像のような高濃度画像の検出結果を参照した第一の画像形成条件の補正制御のみだと、中間調濃度部の濃度ムラを適切に抑制するのが難しい。そこで、第一の制御テーブルの補正が実施され、ベタ濃度ムラが軽減された状態において、第二の画像パターンである中間調パターンを作成する。そしてその検出結果に基づき、第二の画像形成条件を補正することにより、中間調濃度の濃度ムラを抑制することが可能となる。つまり、制御部２００は、第一の画像形成条件が決定され、第一の制御テーブルに反映された状態で第二の画像パターンの形成を行うように、作像ステーションを制御する。

図１２は、図１の画像形成装置において、画像パターン（ベタパッチパターン）による第一の画像形成条件の制御テーブルの補正フローに加え、画像パターンである中間調パッチパターンによる第二の画像形成条件の制御テーブルの補正フローを追加したフローチャートの一例である。このフローチャートは、制御部２００によって実行される。なお、図１２に示すステップＳ２−１〜Ｓ２−５はベタ濃度ムラ補正フローであり、図９に示したステップＳ１−１〜Ｓ１−５と同一内容なので、詳細な説明は省略する。

図１２のステップＳ２−５において、Ｖｂ制御テーブルを補正すると、制御部２００はステップＳ２−５に進む。ステップＳ２−５では、中間調パッチパターン形成／検出する。ここでは、前記で取得した中間調濃度ムラ情報の濃度最大部、濃度最小部の感光体位相と対応するタイミングで中間調パッチパターンをそれぞれ作成し、それをトナー像検出センサ３０の中央のセンサヘッド３１ｂで検出する。
ステップＳ２−７では、中間調パッチパターンの濃度検出結果をＲＡＭ２０２に格納する。ここでは、中間調パッチパターンの濃度検出結果を、感光体位相と関連付けてＲＡＭ２０２に保存する。
ステップＳ２−８では、２つの濃度データの差分より、Ｖｃ制御テーブルの補正量を算出する。ここでは、濃度最大部、濃度最小部の中間調パッチパターンの濃度情報の差分を算出する。パッチ濃度の差分に基づいて、ＣＰＵ２０１により、制御テーブル補正量を算出する。
ステップＳ２−９では、Ｖｃ制御テーブルを補正する。ここでは、ステップＳ２−８にて算出した補正量を、制御テーブルに加算し、Ｖｃ制御テーブルを補正する。
ステップＳ２−１０では、ステップＳ２−７でＲＡＭ２０２に格納しデータをクリアする。ここでは、ＲＡＭ２０２に入っている濃度情報をクリアする。
本実施形態において、中間調パッチパターンは副走査長１０ｍｍ×主走査長５ｍｍの長さを有する中間調画像とする。

図１３は、本実施形態で用いる中間調パターンを示してある。図１３(ａ)は、面積階調による中間調パターンである。この方式では露光領域を変化させることにより中間調を実現している。図１３(ａ)のは、黒い領域に対し露光手段により一画素単位で露光し、同領域にトナーが付着した状態を示している。
図１３(ｂ)は、Ｄｕｔｙ変化・バイアス変化した場合のハーフトーン画像の一例を示している。これは、露光手段４の露光強度(Duty)を通常の印刷条件よりも小さい設定で感光体露光後電位を高めとし、現像ポテンシャルを小さくすることにより中間調パターンを形成するものである。また、現像バイアス、帯電バイアスを印刷時よりも低い設定とし中間調パターンを形成しても良い。
本実施形態において、画像部の現像ポテンシャル(Ｖｂ−Ｖｌ)を５００[Ｖ]とし、濃度データの差分の閾値を０．０４[ｍｇ/ｃｍ^２]とした場合、Ｖｃ制御テーブルの補正量は±２５[Ｖ]程度となる。

中間調濃度ムラでの制御テーブルの補正量が、例えば帯電バイアスΔＶｃの場合、以下の式で算出することができる。
制御適用前の帯電バイアスをＶｃ、ベタ部電位をＶ１、トナー付着量をＭ／Ａ、中間調濃度ムラ時のトナー付着量変動量をΔM／A’とすると、ΔＶｃは数２で求められる。

この式により算出された位相ごとの制御テーブルの補正量を、補正前の制御テーブルに加算することにより制御テーブルを補正すればよい。

第一の制御テーブルと同様に、図１１は、補正前の制御テーブルに前記で算出した制御テーブルの補正量を加算することにより、補正された制御テーブルを算出することを示す図である。この補正された制御テーブルを補正前の制御テーブルと置換し、この補正された制御テーブルに基づいて第二の画像形成条件である帯電条件を制御することにより、感光体周期の中間調濃度ムラを低減することが可能となる。

本形態において、画像濃度を制御して補正する処理は、制御部２００によって、印刷動作終了後に行なっているが、制御する形態としては、この時期に限定されるものではない。例えばトナー像が記録紙２０に転写されてプリントされる一定枚数間隔で制御しても好い。こり場合、画像濃度調整は印刷中に行われるものであり、印刷用紙間に所定の副走査長さを有する画像パターン（ベタパッチパターン）を形成し、そのベタパッチパターン中の全検出ポイントの濃度検出結果の平均値に基づいて第一の画像形成条件を決定し、その決定した第一の画像形成条件に基づいて上記構成のトナー像形成手段（作像ステーション）を制御する（トナー濃度制御）。

このようなトナー濃度制御で用いる画像パターン（ベタパッチパターン）を、本実施形態で示すようにも用いることで、画像パターン（ベタパッチパターン）１つでトナー濃度制御と制御テーブル補正の二つを同時に行うことができる。このため、トナーパッチパターン作成／検出時間及びトナーイールドの悪化を防ぐことができる。トナーイールドとは、トナーをどれだけ効率的に使用しているかの指標である。

本実施形態では、制御テーブルの作成・更新を感光体２の回転位置（回転位相）に関連付けたが、濃度ムラは感光体周期でのみ発生しているものでなく、現像ローラや帯電ローラ、転写ローラ等の各種回転体の偏芯や表面状態に対応して発生する。そのため、各種回転体の位相に対応した制御テーブルを予め用意しておき、それぞれの制御テーブルについて、上述と同様の補正を行うことにより、より適切に濃度ムラの抑制を行うことが可能となる。
また、上記制御テーブルの補正量を決定する際のゲインをどの程度にするか、すなわち、トナー付着量検出信号の変動量［Ｖ］に対して制御テーブルの変動量を何［Ｖ］にするかについては、理想的には理論値から求められるが、実機搭載に際しては、理論値を元に実機検証して、最終的には実験データから決定してもよい。

このように、画像パターンであるパッチパターンを用いて、感光体２の位相に対応する濃度ムラ情報を読み取り、当該パッチパターンを、感光体位相に対応した所定のタイミングで形成する。このパッチパターンの作成タイミングは、予め濃度ムラ情報に基づいて決定したタイミングであり、感光体位相に対応する２点以上についてパッチパターンを形成する。このため、従来に比べて少ない画像パターンにより帯電バイアスもしくは現像バイアスなどの画像形成条件を補正制御することができる。すなわち、感光体２の周長以上の、画像パターンを形成しなくて済み、濃度ムラ情報の取得に係る時間の短縮を図ることができる。

上記の画像パターン（パッチパターン）は２種類あり、一方がベタパッチパターンであり、もう一方が中間調パッチパターンであり、制御部２００は、ベタパッチパターンにより取得したベタ濃度ムラ情報を用いて、ベタ部の濃度ムラを抑制し、中間調パッチパターンにより取得した中間調濃度ムラ情報を用いて、中間調部の濃度ムラを抑制することができる。
制御部２００は、ベタ画像の濃度ムラを抑制するための、現像条件または露光条件による作像条件が決定された状態で、中間調画像の濃度ムラの抑制のための画像パターン（パッチパターン）の形成を開始するため、幅広い濃度範囲の画像濃度を均一にすることができる。
制御部２００は、ベタ濃度ムラを抑制するために、現像条件及び露光条件を制御し、現像ポテンシャルを適切に保ち、中間調画像の濃度ムラを抑制するために、帯電条件を制御し、地肌ポテンシャルを適切に保つため、幅広い濃度範囲の画像濃度を均一にすることができる。

本形態において、制御部２００は、複数の画像パターン（パッチパターン）間の濃度差が所定の閾値を超えている場合には、制御テーブル（画像形成条件）の補正を必要と判断するので、効率的かつ高精度に画像濃度調整を実施することができる。
本形態において、画像形成装置の環境条件となる温度の変化により画像ムラの発生源となっている回転体が偏芯してしまい濃度ムラが変化してしまう場合がある。このような場合、制御部２００は、制御テーブルの再補正が必要となるため、補正動作実行のトリガを温度変化としておくことで、適切なタイミングで補正動作を実行することができる。なお、環境条件とは、画像形成装置内温度に限定されるものではなく、画像形成装置内や画像形成装置の設置場所の温度や湿度であってもよい。
感光体表面状態は、温度や湿度ばかりでなく、通紙枚数によっても濃度ムラが大きくなり、制御テーブルの再補正が必要となる場合がある。このため、補正動作実行のトリガを温度や湿度の変化ではなく、通紙枚数とすることで、より簡易に補正動作のタイミングを判定することができる。

１、２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 像担持体
３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 帯電手段
４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 露光手段
５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 現像手段
１６ 転写手段
２０ 記録媒体
３０ 濃度検出手段
３１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 回転位置検出手段
４０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 画像パターン作成手段
２００ 制御手段
２０４ 濃度ムラ抽出手段

特開平９−６２０４２号公報

Claims (9)

1. 回転可能な像担持体上に画像の濃度ムラを測定するための画像パターンをトナー像で形成する画像パターン作成手段と、
   前記画像パターン作成手段で形成された画像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記画像パターンが形成された像担持体の回転方向の位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記濃度検出手段で検出した濃度情報から前記像担持体の回転周期に起因する濃度ムラ情報を抽出する濃度ムラ抽出手段と、
   前記濃度ムラ抽出手段で抽出した濃度ムラ情報を基に、前記画像パターン作成手段における画像形成条件を決定する制御手段を備える画像形成装置において、
   前記濃度ムラ抽出手段により抽出した濃度ムラ情報に基づいて決定した前記像担持体の回転方向への位置における複数の濃度情報により、前記画像パターン作成手段における画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記濃度ムラ情報に基づいて決定した前記像担持体の回転方向への位置における濃度情報は、前記制御手段による、所定の位置を含む画像パターンの形成とその検出により行われ、
   前記画像パターンの形成位置は、前記像担持体の所定の回転位置と同期したタイミングであり、少なくとも像担持体の一周のうち二点以上であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２項に記載の画像形成装置において、
   前記画像パターンは第一の画像パターン及び第二の画像パターンを有し、
   前記第一の画像パターン及び第二の画像パターンはそれぞれ互いに濃度の異なる単一濃度パターンであり、
   前記第一の画像パターンは高濃度側の画像パターンであり、第二の画像パターンは低濃度側の画像パターンであることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、複数の前記第一の画像パターンより取得した画像濃度データに基づいて、前記像担持体の回転位置と対応する第一の制御テーブルを補正し、複数の前記第二の画像パターンより取得した画像濃度データに基づいて、前記像担持体の回転位置と対応する第二の制御テーブルを補正することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記第一の画像形成条件が決定され、前記第一の制御テーブルに反映された状態で前記第二の画像パターンの形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項３乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記画像パターン作成手段は、前記像担持体の表面を帯電し、該帯電した表面に露光することにより潜像を形成し、該潜像をトナーで現像することにより、該像担持体の表面にトナー像を形成するものであり、
   前記第一の画像パターンで決定する画像形成条件は、現像条件及び露光条件の少なくとも一つの条件であり、第二の画像パターンで決定する画像形成条件は、帯電条件であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項３乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記画像形成条件を、前記複数の第一の画像パターンの濃度差が所定の閾値を超えた場合に補正を行なうことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記画像形成条件を、画像形成装置内の環境条件変化時に補正することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記像担持体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段を備え、
   前記制御手段は、前記画像形成条件を、前記トナー像が転写される記録媒体の一定枚数間隔で行うことを特徴とする画像形成装置。

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