JP2014219628A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤヘッドのように動作状態によって光量を正確に把握することができない場合でも、ベタ画像濃度だけでなくハーフトーン画像濃度も良好に維持しつつ、トナー消費量の削減と動作時間の短縮化を図る。【解決手段】画像形成装置の動作状態（連続動作時間、装置内温度等）によって、作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、露光強度）の１つ以上を調整する現像制御手段を、第１の制御モード又は第２の制御モードに切り換える。第１の制御モードではベタパッチのみ形成し、当該ベタパッチ濃度から作像条件を設定する。第２の制御モードではベタパッチとハーフトーンパッチを形成し、両パッチ濃度からから作像条件を設定する。【選択図】図１０

Description

本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機等に使用される画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置は、常に安定した画質が得られるようにするために、例えば、主電源投入時や所定時間経過した後の待機時、所定枚数以上の印刷を終了した後の待機時などにプロセスコントロールと呼ばれる処理を実行し、その中で、画像の濃度を調整する制御を実施している。画像の濃度調整制御の手法としては、例えば、特許文献１（特開２０１１−１９７１４４号公報）に記載されている手法が知られている。

特許文献１（特開２０１１−１９７１４４号公報）に記載の技術では、以下のような手順で画像濃度調整を行う。すなわち、まず、現像ポテンシャル（現像バイアスとパターン電位の差）を変化させながら複数のトナーパッチを現像し、中間転写ベルトなどの像担持体上に濃度が異なる複数のトナーパッチからなる階調パターンを形成する。そして、像担持体上に形成された階調パターンの各トナーパッチを光学センサにより検出し、光学式センサの検出値から所定のアルゴリズムを用いて各トナーパッチのトナー付着量を算出する。

そして、各トナーパッチのトナー付着量と各トナーパッチを形成したときの現像ポテンシャルとの関係から、直線方程式ｙ＝ａｘ＋ｂを求め、現像γ（現像ポテンシャルを横軸、トナー付着量を縦軸としたときの傾きａ）および現像開始電圧Ｖｋ（現像ポテンシャルを横軸、トナー付着量を縦軸としたときの切片ｂ）を求める。その求めた現像γ、現像開始電圧Ｖｋに基づいて、適正なトナー付着量（すなわち画像濃度）となる現像ポテンシャルとなるように、ＬＤパワー（光書込強度）、帯電バイアス、現像バイアスなどの作像条件を調整するようにしている。

ここで、矩形領域内の全画素に対して均一にインクが打たれているパッチをベタパッチ（ソリッドパターンとも呼称される）と呼び、画素によってインクが打たれたり打たれなかったりしているパッチを「ハーフトーンパッチ」（網点パッチ、ラインパッチ又はテクスチャパターンとも呼称される）と呼ぶことにする。一般には、階調値＝２５５の場合にベタパッチが出力されることが多い。

２値書き込み方式の電子写真方式による現像は、感光体の表面上でトナー像とすべき部分を現像するか否かを制御するのみであり、トナー像の部分の着色量（すなわち、トナー付着量）を連続的に制御することはできない。従って、ハーフトーンは、ハーフトーンパッチを用いて、単位面積あたりのトナーを付着すべき面積の比率を制御することで再現される。すなわち、小さな点や線からなる露光パターンに従って、露光手段による単位面積あたりの光書込を制御することでハーフトーンが再現される。

一般的に、露光手段では、露光に用いられる光をオン／オフ時間を制御する、いわゆるパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式が採用されている。このパルス幅変調方式では、画像の濃度が低い（低階調値の）部分については発光時間の比率を相対的に短くし、画像の濃度が高い（高階調値の）部分については発光時間の比率を相対的に長くする。

画像の濃度調整制御の他の手法として、前述した特許文献１（特開２０１１−１９７１４４号公報）の他に以下の手法も知られている。
（１）ベタパッチ検知結果からベタ濃度を調整し、現像特性から予測してハーフトーン濃度を調整する手法。
（２）ベタパッチ検知結果からベタ濃度を調整し、網点パッチ検知結果からハーフトーン濃度を調整する手法。

なお、ベタパッチを使用せずにラインパッチや網点パッチのみで濃度調整するものもある（実公昭６０−４１８８号）。しかし、そうすると高濃度部ではセンサ感度が増すものの、低濃度部ではラインパッチや網点パッチの濃度ムラ等の影響を受ける。従って、ラインパッチや網点パッチだけでは正確なトナー付着量の測定が困難であった。

また、特許文献２（特開２０１０−０４４２１８号公報）では、ベタ濃度と線画の品質を安定に維持する目的で、像担持体上に形成したトナーパッチの付着量をセンサで検知した結果に基づき、目標のトナー付着量が得られる現像ポテンシャル（静電潜像部の電位と現像バイアスとの差）を設定する。そして、現像ポテンシャルに対する地肌ポテンシャル（非静電潜像部の電位と現像バイアスとの差）の比率を予め決められた比率となるようプロセス制御をする。

電子写真方式の画像形成装置における露光手段（レーザー、ＬＥＤヘッド）の光量は、周囲環境や駆動時間により変動したり、個体差によりバラついたりする。レーザープリンタにおいては、レーザーの光量を測定し、その測定結果をフィードバックして光量を自動調整するようにしている。

一方、露光手段にＬＥＤヘッドを使用したＬＥＤプリンタにおいては、ＬＥＤヘッドと感光体の距離が狭く、光量を測定する手段を配置するのが困難である。このため、レーザープリンタのように光量を測定して光書込強度をフィードバック制御することは実際には行われていない。このため、ＬＥＤプリンタではレーザープリンタと比較して光書込強度のバラツキ幅が大きい。

特に、画像形成装置を連続動作させると装置内温度が上昇し、ＬＥＤヘッドの自己発熱により周囲温度が高くなった場合にＬＥＤの光量が変化する傾向があるが、変動量がどの程度かを推測するのは困難である。すなわち、ＬＥＤプリンタで画像濃度を調整する場合、今までのベタパッチのみの濃度測定結果から画像濃度を決定する方法では、ベタ濃度は狙い通りに決まるものの、光書込強度のバラツキの影響を受けてハーフトーン濃度がバラツキやすい。

一方、従来のベタパッチとハーフトーンパッチの二つの基準画像の濃度検知結果から画像濃度を決定する方法では、ベタ濃度だけでなくハーフトーン濃度も良好に決定することができてもパッチ数が増えてしまう。このため、トナー消費量や待ち時間が増えるという問題があった。

このように露光手段の光量が予測不能にバラつくと、前記特許文献１と２の制御ではハーフトーン濃度を良好に維持することができない。特に、画像面積率の低いハーフトーンにおいては、光書込強度のバラツキによって静電潜像の電位が変わりやすい。このため、基準の光書込強度を想定して算出した潜像電位の誤差が大きい。従って、現像ポテンシャルの誤差が予想以上に大きい場合があり、現像ポテンシャルとの関係で設定した地肌ポテンシャルも適切ではない場合が多い。

本発明の目的は、露光手段の光量変化を正確に把握することができない場合でも、ベタ濃度だけでなくハーフトーン濃度も良好に維持しつつ、トナー消費量の削減と動作時間の短縮化を図ることにある。

前記課題を解決するため本発明は、帯電させた感光体を露光手段で露光して静電潜像を形成し、当該静電潜像を前記感光体上においてトナーで現像して画像を得る電子写真方式の画像形成装置であって、前記感光体上の非画像領域に画像濃度調整用のベタパッチとハーフトーンパッチの少なくとも二種類の基準画像を形成可能な基準画像形成手段と、前記基準画像の反射光量に基づいて当該基準画像のトナー付着量を検知する検知手段と、前記基準画像形成手段及び前記検知手段と連携し、前記検知手段による前記基準画像の反射光量に基づいて、前記静電潜像を現像するための作像条件である前記感光体の帯電バイアス、現像バイアス又は前記露光手段の露光強度の１つ以上を調整する現像制御手段とを有し、前記現像制御手段は、前記露光手段の光量が安定状態を維持する条件が満たされているときは前記基準画像形成手段で前記ベタパッチのみを形成させると共に、前記検知手段で検知した前記ベタパッチの反射光量に基づいて前記作像条件を調整する第１の制御モードと、 前記露光手段の光量が安定状態を維持する条件が満たされていないときは前記基準画像形成手段で前記ベタパッチとハーフトーンパッチの両方を形成させると共に、前記検知手段で検知した前記ベタパッチとハーフトーンパッチの反射光量に基づいて前記作像条件を調整する第２の制御モードを有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、露光手段の光量変化を正確に把握できない場合でも、ベタパッチ画像濃度だけでなくハーフトーン画像濃度も良好に維持し、かつ、トナー消費量の削減と動作時間の短縮化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略図である。 トナー付着量を検知する検知手段の断面図である。 転写ベルトと検知手段の斜視図である。 現像ポテンシャルとトナー付着量の関係を示すグラフである。 網点パッチを低濃度（粗）に形成した場合の感光体上の電位を示す図である。 網点パッチを高濃度（密）に形成した場合の感光体上の電位を示す図である。 ドット面積率とトナー濃度の関係（階調再現性）を示す図である。 網点面積率に対するトナー濃度の変動幅を示す図である。 網点パッチのパターン図である。 光量が基準量の時と低下した時の地肌ポテンシャルとトナー付着量の関係を示す図である。 光量が基準量の時の現像γの大小における地肌ポテンシャルとトナー付着量の関係を示す図である。 第１の制御モードと第２の制御モードを有する現像制御手段のフロー図である。 現像制御手段による第１の制御モードを示すフロー図である。 現像制御手段による第２の制御モードを示すフロー図である。 第２の制御モードにおいてハーフトーンパッチを不要化するフロー図である。 第２の制御モードで現像γと地肌ポテンシャルの関係を線形近似する方法を示す図である。 線形近似の関数を異ならせる画像形成装置の動作状態の区分を示す図である。

以下、添付の図面に基づいて本発明の画像形成装置の実施形態について説明する。なお、この実施形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより、一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。この画像形成装置は一般的なタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置本体１００内に、モノクロ用のブラックのプロセスユニット１０２ａに続いて、カラー３色（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー）の各プロセスユニット１０２ｂ〜１０２ｄが着脱自在に装着されている。ここで、参照番号の次のａ、ｂ、ｃ、ｄは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各プロセスユニットに関連した部品であることを示す。ただし、以下の説明において各色共通の部品を説明する場合は適宜ａ〜ｄを省略して数字のみを記載することとする。

画像形成装置本体１００内には、露光手段１０３、転写ローラ１０１ａ〜１０１ｄ、給紙トレイ１０４、定着装置１０６などが配設されている。各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄの感光体１０８ａ〜１０８ｄは円筒形であり、一例として線速１５０ｍｍ／ｓで時計方向に回転するようになっている。

感光体１０８の表面には帯電手段であるローラ形状の帯電器１１０が圧接されており、当該帯電器１１０が感光体１０８の回転により従動回転するようになっている。そして帯電器１１０に図示しない高圧電源からＤＣ（あるいはＤＣにＡＣが重畳された）バイアスが印加されることで、感光体１０８がほぼ均一な表面電位に帯電されるようになっている。

感光体１０８は、露光手段１０３ａ〜１０３ｄにより画像情報が露光され、感光体１０８上に静電潜像が形成される。感光体１０８の周りに現像手段としての現像ローラ１１１が配設され、当該現像ローラ１１１に図示しない高圧電源が接続されている。そして当該高圧電源から供給される所定の現像バイアスによって、前記感光体１０８の静電潜像がトナー像として顕像化されるようになっている。現像ローラ１１１の上方には当該顕像化のために必要な１成分トナーを収容した現像剤収容器が配設されている。

前記プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄは並列に４個配設され、その下側に転写ベルト１２０が配設されている。この転写ベルト１２０は、図示しない接離機構により、個々の感光体１０８に対して任意のタイミングで離間可能となっている。転写ベルト１２０は、テンションローラ１２１、駆動ローラ１２２及び複数の転写ローラ１０１に掛け渡されている。そして図示しない駆動モータにより駆動ローラ１２２が回転駆動されることで、転写ベルト１２０が矢印方向に周回駆動されるようになっている。転写ローラ１０１には、図示しない高圧電源から各色独立の所定の転写バイアスが印加されて転写電界が形成されるようになっている。

転写ベルト１２０のテンションローラ１２１の直近位置に、トナー濃度検知手段１２６が配設されている。このトナー濃度検知手段１２６は正反射型センサと拡散反射型センサで構成された光学センサである。このトナー濃度検知手段１２６によって、感光体１０８上に形成された後に転写ベルト１２０に転写された画像およびトナーパッチの反射光量が検出される。そして当該反射光量に基づいてトナーの濃度ないし付着量が検出され、検出されたトナー付着量を後述の現像制御手段１３１にフィードバックすることで画像形成条件を決定するようにしている。なお、トナー濃度検知手段１２６は各感光体１０８の外周に配置しても良い。

一方、転写材である用紙は給紙トレイ１０４に収納されている。そして、感光体１０８上のトナー像先端部がテンションローラ１２１と二次転写ローラ１２５との間の転写部に到達するタイミングに合わせて、用紙が給紙ローラ１０５とタイミングローラ対１０７により当該転写部に送り込まれるようになっている。

画像形成装置のフルカラー画像形成時は、図の右から左へ、すなわちイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの順で可視像が形成される。そして感光体１０８上の各色のトナー像による可視像が、転写ローラ１０１との間の転写ベルト１２０上に順次転移されることで、当該転写ベルト１２０上にフルカラー画像が形成される。当該画像はテンションローラ１２１と二次転写ローラ１２５の間の転写部で用紙に転写される。画像が転写された用紙は、その後定着装置１０６によって熱と圧力を掛けられて画像が定着され、その後装置外に排出される。

テンションローラ１２１を通過した転写ベルト１２０上に残った転写残トナーは、クリーニングブレード１２３によって回収される。回収された転写残トナーは、図示しないトナー搬送経路を通して廃トナー収納部１２４に収納される。

各プロセスユニットの露光手段１０３ａ〜１０３ｄは、所望の画素数（画像幅×画素密度１２００ｄｐｉ）のＬＥＤ素子と、その駆動回路と、ＬＥＤ素子で発光した光を集光するレンズアレイを有し、これらが筐体内に組み込まれてＬＥＤヘッドを構成している。各ＬＥＤ素子を画像信号に応じて発光させ、感光体１０８上に潜像を形成する。レンズアレイは、発光光量を効率よく確保するために開口数が大きく焦点距離が短い。そのため、ＬＥＤヘッドが感光体に近接されて設置される（感光体から数ｍｍの近接位置）。筐体にはＬＥＤヘッドを実装するための形状（穴、突起、平面など）が形成されている。このＬＥＤヘッドに対して、電源や画像データに合わせた画像信号を供給するためのハーネスが結合される。

画像形成装置本体１００内には、現像制御手段１３１が配設されている。この現像制御手段１３１に温度センサ１３２と湿度センサ１３３が接続され、装置内の温度と湿度がこれらセンサ１３２、１３３で検知されてその測定値が現像制御手段１３１に取り込まれるようになっている。そして現像制御手段１３１は取り込んだ温度値と湿度値から装置内の絶対湿度量を算出し、当該絶対湿度に基づいて感光体の帯電バイアスや表面電位を算出するように構成されている。

以上、タンデム方式のカラー画像形成装置を例にとって説明したが、本発明は４サイクル方式のカラー画像形成装置や、モノクロ画像形成装置にも適用可能である。また、１成分トナーに代えて２成分トナーによる現像方式を採用してもよい。

図２は、図１の濃度検知手段１２６を拡大して示す図である。濃度検知手段１２６は、発光素子としての赤外光ＬＥＤ１２７、正反射型受光素子１２８、拡散反射型受光素子１２９、ケーシング１３０等を有している。正反射型受光素子１２８と拡散反射型受光素子１２９はフォトトランジスタで構成され、これら二つの素子で反射光量を検知するようにしている。正反射型受光素子１２８は黒トナーの検知に使用され、拡散反射型受光素子１２９はシアン，マゼンタ，イエローのカラートナーの検知に使用される。発光素子としては、赤外光ＬＥＤに変えてレーザー発光素子等を用いてもよい。また、正反射型受光素子１２８と拡散反射型受光素子１２９は、フォトダイオードや増幅回路等からなるものを用いてもよい。

図３は、転写ベルト１２０上に転写されたトナーパッチ３０１を複数の濃度検知手段１２６ｘ、１２６ｙ、１２６ｚで検知する状態を示している。転写ベルト１２０の幅方向（主走査方向）ではトナーパッチ作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、露光強度）が同一である。転写ベルト１２０の搬送方向（副走査方向）で作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、露光強度）を異ならせる。図示例では画像濃度調整用のトナーパッチ３０１が連続的に形成された状態を示している。露光手段１０３の焦点距離は、主走査方向における感光体１０８のうねりや膜厚ムラ等により、主走査方向でバラツキが発生する場合がある。このような場合、複数の濃度検知手段１２６ｘ、１２６ｙ、１２６ｚを主走査方向に配置し、検知されたトナーパッチ画像の濃度の平均値を算出することにより、これらのバラツキを吸収しても良い。バラツキが小さい場合はセンサの位置ごとにトナー色を変えてトナーパッチ作像検知時間の短縮を図ることもできる。

図４は、プロセスコントロールにおいて感光体１０８から転写ベルト１２０に転写された基準画像としてのベタパッチの濃度から求めた現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係を例示するグラフである。横軸に現像ポテンシャルをとり、縦軸にトナー付着量をとっている。■と×は同一マシンにおける異なる環境下での結果を示している。■のグラフで目標付着量を得るための現像ポテンシャルがＶ１であるが、×のグラフではＶ２に低下している。このように、現像ポテンシャルは環境等により変化する。グラフの傾きが現像γであり、この現像γは両者の対応関係を示すパラメータである。現像γは常に一定ではなく、装置の使用環境や各部品の劣化度合い等により変化する。

ここで、現像ポテンシャルとは、感光体上の露光部電位ＶＬと現像バイアスＶｂとの電位差を示すものである。現像ポテンシャルが大きいと１ドットの静電潜像に付着するトナー量が多くなり、画像濃度が高まる。また、地肌ポテンシャルとは、感光体上の非露光部電位すなわち帯電電位Ｖｄと現像バイアスＶｂとの電位差を示すものである。地肌ポテンシャルが適切でないと非露光部にトナーが付着するいわゆる地汚れが発生する。

図５Ａと図５Ｂは、基準画像としてのハーフトーンパッチのドットの粗密によりドットの濃度が変わる原理について説明する図である。露光手段の単位面積当たりの露光エネルギー密度を大きくするにしたがって、感光体の表面電位は減衰していく。そして、露光エネルギー密度が十分大きな値になると、それ以上露光エネルギー密度を増大させても感光体の表面電位は減衰せず一定値をとるようになる。このときの感光体の表面電位が残留電位である。

図５Ａはドットとドットの間が十分に離れており、ドット同士の干渉がない。このため、ドットのない空白部分の表面電位は暗電位と同じである。このとき、地肌ポテンシャルは十分に大きいため、トナーが感光体に移動しにくい。従って、ドットの濃度はベタ部に比べて薄くなる。

これに対して図５Ｂは、ドット間隔がビーム径と同等レベルまで狭くなっている。そして隣接する２つのドットの露光時に両ドット間の空白部分も露光される結果、表面電位が暗電位よりも低くなる。このため見かけ上の地肌ポテンシャルが小さくなり、図５Ｂは図５Ａに比べてトナーが感光体に移動しやすく、ドットの濃度が図５Ａより濃くなる。

図６Ａは、露光手段１０３の光量を異ならせた５つの状態で、網点濃度の階調再現性に対する感度、すなわちドット面積率に対する濃度の関係（階調再現性）を示すもので、直線に近いほど理想的な特性といえる。縦軸は用紙上の反射濃度（ＩＤ）である。図６Ａである面積率のハーフトーンパッチ（網点パッチ）を所定の濃度に設定することで、狙いとする階調再現性を実現することができる。

図６Ａのグラフの各面積率における濃度変動幅（ΔＩＤ）を示したのが図６Ｂである。面積
率が３０％〜５０％のあたりで最も濃度の変動が大きいことがわかる。すなわち、階調再現性の変動に最も感度が高いのは面積率が３０％〜５０％の領域である。従って、当該面積率３０％〜５０％では露光手段１０３の光量低下（光書込強度低下）により濃度が顕著に低下する。そこで、光量低下が予想される場合、当該面積率３０％〜５０％の網点パッチが所定の濃度になるように作像条件を予め調整することで精度よく階調性を調整ないし再現することができる。

図７は、第２の制御モードで形成される網点パッチの実施例を示したものである。左上の太枠で囲んだ部分（マスクパターン）が面積率約３０％であり、この面積率３０％のマスクパターンの繰り返しで面積率３０％の網点パッチが形成される。

本発明の実施例では、マスクパターンの最小画素は主走査方向と副走査方向とも１２００ｄｐｉである。これが画像形成装置の最大解像度になる。これに対して、本実施例で想定される露光ビーム径は３０μｍ〜６０μｍの範囲である。従って、１２００ｄｐｉの１画素は１辺の長さが２１μｍであるから、１２００ｄｐｉの２×２画素〜３×３画素分のサイズが概ね露光スポット径に相当することになる。

図８は、第２の制御モードで形成される網点パッチの、地肌ポテンシャルとトナー付着量の関係を示すものである。第２の制御モードで形成する網点パッチの目標トナー付着量は、図６Ａ、図６Ｂで説明したように、階調性が良好になるよう予め設定されている。ＬＥＤヘッドの光量が基準値（図８の◆の実線グラフ）のときに比べ、破線グラフ（図８の□の破線グラフ）のように光量が低下すると、現像バイアスが一定であるので、同じ地肌ポテンシャルでもトナー付着量は低下する。このため、階調性を適正にするための地肌ポテンシャルもＶ１→Ｖ２と小さくなることがわかる。

前述したように面積率が３０％〜５０％のあたりで最も濃度の変動が大きいので、第２の制御モードで形成する網点パッチは例えば図７のような面積率３０％のものを使用する。そして、当該面積率の網点パッチに対応するトナー付着量を、図８のように目標値として設定することで、光量低下時でも階調性を適正化することができる。

ＬＥＤヘッドの光量は、一般に温度によって変化する特性がある。連続印刷時、ＬＥＤの連続点灯による自己発熱や装置内温度上昇等により、ＬＥＤヘッドの周辺温度が変わるとその光量も変わる（低下する）。しかし、ＬＥＤヘッドの温度特性には個体差があるため、連続印刷時のＬＥＤヘッドの光量を正確に予測するのは難しい。そこで、連続印刷時は、ベタパッチ形成による現像特性の測定と、網点パッチによる地肌ポテンシャルと付着量の関係を測定する第２の制御モードで作像条件を調整する。

図９は、ＬＥＤヘッドの光量が基準光量である場合の、地肌ポテンシャルと網点パッチのトナー付着量の関係を示す図である。同図から分かるように、地肌ポテンシャルと網点付着量の関係は、現像γの大小によって異なる。換言すると、ＬＥＤ光量が基準値であり現像γが分かる場合には、当該現像γから地肌ポテンシャルと網点付着量の関係を推定することができる。

つまり、トナー濃度検知手段１２６で検知した網点付着量から現像γを求め、適正な地肌ポテンシャルを予測することができる。このため、網点パッチを実際に形成して測定する必要がない。したがって、ＬＥＤヘッド光量が基準値付近であると想定できる動作状態、すなわち、露光手段の光量が安定状態を維持する条件が満たされているときは、ベタパッチのみを形成する第１の制御モードで作像条件を調整する。当該動作状態は、例えばオフィス環境で装置内温度があまり上がらない間欠印刷のような動作状態である。

要するに、光量が比較的正確に把握できる状態では第１の制御モードを使用し、この第１の制御モードではベタパッチのみを形成・検知し、現像ポテンシャルと地肌ポテンシャルを設定する。これに対して光量が正確に把握できない状態では第２の制御モードを使用し、この第２の制御モードではベタパッチの検知結果から現像ポテンシャルを設定し、ハーフトーンパッチの検知結果から地肌ポテンシャルを設定する。第１の制御モードと第２の制御モードを併用することにより、常にベタ・ハーフトーン画質が良好に維持でき、トナーパッチの形成数も最小限に抑えることができる。

図１０は、現像制御手段１３１の第１の制御モードと第２の制御モードを切り換えるフロー図である。現像制御手段は基準画像形成手段としてのプロセスユニット１０２及びトナー濃度検知手段１２６と連携している。ステップＳ１で画像形成装置の連続動作時間が１０分未満か否かが判定される。１０分未満であればステップＳ２に進み、今度は装置内外の温度差が５℃未満か否かが判定される。５℃未満であればステップＳ３に進み、第１の制御モードでベタパッチが形成され、ステップＳ４で当該ベタパッチの濃度測定値から作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、光書込強度）が設定される。

ステップＳ１で連続動作時間が１０分以上であると判定され、ステップＳ２で装置内外の温度差が５℃以上であると判定された場合は、ステップＳ５で第２の制御モードでベタパッチとハーフトーンパッチが形成される。そして、ステップＳ４で作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、露光強度）が設定される。作像条件（現像バイアス、帯電バイアス、露光強度）の設定は図１１〜図１５により後述する。

図１１は前記第１の制御モードのフロー図である。ステップＳ１でｉ＝１とし、ステップＳ２でベタパッチ用の現像バイアスＶｂ１を設定する。そしてステップＳ３で当該現像バイアスＶｂ１により感光体１０８にベタパッチを形成し、ステップＳ４で当該ベタパッチの画像濃度をトナー濃度検知手段１２６で測定する。次にステップＳ５でｉ＝ｉ＋１とした後にステップＳ６でベタパッチの形成数を判定し、異なる現像バイアスでベタパッチを所定数Ｎだけ形成するとステップＳ６からステップＳ７に移動する。

そしてステップＳ７で、現像バイアスとベタパッチ濃度の相関を調べて、ベタ画像濃度が適正となる作像用の現像バイアスを設定する。続いてステップＳ８で、ステップＳ４の濃度測定から得られたトナー付着量及び現像γから、地肌ポテンシャルを演算する。最後に、ステップＳ９で当該地肌ポテンシャルから帯電バイアスを演算し設定する。すなわち、地肌ポテンシャルと環境情報（絶対湿度）、感光体膜厚（走行距離より推定）より、感光体の帯電バイアスを算出し設定する。

図１２は前記第２の制御モードのフロー図である。ステップＳ１からステップＳ７までは第１の制御モードと同じである。

ステップＳ８でｊ＝１とし、ステップＳ９でハーフトーンパッチ用の帯電バイアスＶｃ１を設定する。現像バイアスＶｂ１は、前記第１の制御モードで設定した現像バイアスにする。そしてステップＳ１０で当該現像バイアスＶｂ１を固定したまま帯電バイアスＶｃ1でハーフトーンパッチを感光体１０８に形成し、ステップＳ１１で当該ハーフトーンパッチの画像濃度をトナー濃度検知手段１２６で測定する。

次にステップＳ１２でｊ＝ｊ＋１とした後にステップＳ１３でハーフトーンパッチの形成数を判定し、異なる帯電バイアスでハーフトーンパッチを所定数Ｍだけ形成するとステップＳ１３からステップＳ１４に移動する。そしてステップＳ１４で、現像バイアス，得られた帯電バイアスとハーフトーンパッチ画像濃度の関係から狙いのハーフトーンパッチ濃度が得られる地肌ポテンシャルを演算する。最後に、ステップＳ１５で当該地肌ポテンシャルからハーフトーン濃度が適正となる帯電バイアスを演算し設定する。

次に、ハーフトーンパッチの形成を不要化する第２の制御モードについて、図１３〜図１５に基づいてさらに詳しく説明する。図１２の第２の制御モードではステップＳ３とステップＳ１０でベタパッチとハーフトーンパッチをそれぞれ形成していた。しかし、図１３の第２の制御モードではベタパッチとハーフトーンパッチをある程度の数だけ形成すると、以後はハーフトーンパッチを形成せずにベタパッチのみを形成する第１の制御モードに戻るようにしている。

すなわち、第２の制御モードでベタパッチとハーフトーンパッチを複数形成してその濃度測定を繰り返すことで、現像γと地肌ポテンシャルの相関関係を回帰分析により線形近似可能であることが判明した。図１４は現像γと地肌ポテンシャルの相関関係を示すもので、現像γと地肌ポテンシャルのセットを複数セット二次元プロットし、それらプロット点を最小二乗法により直線近似し、現像γと地肌ポテンシャルの一次関係式を導く。以後は、ハーフトーンパッチを形成することなく、ベタパッチから求めた現像γと前記一次関係式により地肌ポテンシャルを算出する。これにより、トナー消費量低減と待ち時間短縮を図ることができる。

図１３のステップＳ１は、プロセスコントロールを第２の制御モードで実行するもので、第２の制御モードで現像バイアスＶｂ＝Ｖｂ（ｉ）と帯電バイアスＶｃ＝Ｖｃ（ｊ）を設定する。そして、ステップＳ２で現像バイアスＶｂ（ｉ）とそれによるトナー付着量から現像γ（ｐ）を算出する。

ステップＳ３で、現在の絶対湿度がＡＨ＝ＡＨ（ｋ）のとき、ＡＨ（ｋ）と帯電バイアスＶｃ（ｊ）から現在の感光体表面電位Ｖｄ（ｍ）＝Ｆ｛Ｖｃ（ｊ）、ＡＨ（ｋ）｝を算出する。
ステップＳ４で、現在の地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）＝Ｖｄ（ｍ）−Ｖｂ（ｉ）を算出する。
ステップＳ５で、現像γ（ｐ）と地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）のセットをメモリに格納（蓄積）する。

ステップＳ６で印刷ジョブを実行する。
ステップＳ７で、現像ｒ（ｐ）と地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）のセット格納数がＸ以上か否かが判定され、Ｘ未満であればステップＳ１に戻って第２の制御モードによるプロセスコントロールが行われる。Ｘ以上であれば、ステップＳ８で、ｒ（ｐ）とＰｏ（ｎ）の２次元プロットを最小二乗法で線形近似してＰｏ＝Ｇ（γ）の一次関数を求める。

ステップＳ９で、装置内温度及び連続動作時間から、Ｇ₁（γ）〜Ｇ₉（γ）を更新する。露光手段１０３の光量は、特にＬＥＤの場合、装置内温度及び連続動作時間によって大きく異なる。すなわち、適正な地肌ポテンシャルを求める関数：Ｐｏ＝Ｇｎ（γ）の値が、装置内温度及び連続動作時間によって大きく異なる。そこで、図１５のようにＧ₁（γ）〜Ｇ₉（γ）を装置内温度及び連続動作時間で区別して設定する。

ステップＳ１０で、第１の制御モードによるプロセスコントロールを実行する。この第１の制御モードでは、図１１と同様にベタパッチを形成し、当該ベタパッチの画像濃度の測定により作像用の現像バイアスを設定する。また、装置内温度と連続動作時間を考慮した地肌ポテンシャルと現像γの関係式に基づいて、地肌ポテンシャルを算出する。そして、この地肌ポテンシャルから帯電バイアスＶｃ（ｊ）を算出し設定する。

現像ｒ（ｐ）と地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）の蓄積は、制御実施時の動作状態別（装置内温度別及び連続動作時間別）に行う。ここでは、図１５に示すように、装置内温度が３０℃未満、３０℃以上４０℃未満、４０℃以上の３区分に分け、かつ、連続動作時間が１０分未満、１０分以上３０分未満、３０分以上の３区分に分ける。従って、合計９区分に分ける。Ｐｏ＝Ｇ（γ）の一次関数は合計９種類できる。なお、前記動作状態別は９区分に限る必要はなく、装置内温度の例えば３区分のみ、又は連続動作時間の例えば３区分のみとしてもよい。また、画像形成装置又は露光手段１０３の動作状態に関係する他の条件によって前記動作状態を適宜区分してもよい。

現像ｒ（ｐ）と地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）の蓄積により、露光手段１０３のＬＥＤヘッドの光量低下の傾向を把握し、現像γと適正な地肌ポテンシャルの関係を学習する。現像ｒ（ｐ）と地肌ポテンシャルＰｏ（ｎ）の十分なデータがとれたら、第１の制御モードで取得した現像γとの関係から地肌ポテンシャルを決定するように制御を変える。その後、ステップＳ１１で次の印刷ジョブを実行する。これにより、ハーフトーン濃度制御のために網点パッチを形成する必要がなくなり、トナー消費量低減と待ち時間短縮を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。また、本発明に係る給紙装置は、図１に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、その他の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に設けることも可能である。

１００：画像形成装置本体 １０１ａ−１０１ｄ：転写ローラ
１０２ａ−１０２ｄ：プロセスユニット １０３ａ−１０３ｄ：露光手段
１０４：給紙トレイ １０５：給紙ローラ
１０８ａ−１０８ｄ：感光体 １０６：定着装置
１０７：タイミングローラ対 １１０：帯電器
１１１ａ−１１１ｄ：現像ローラ １２０：転写ベルト
１２１：テンションローラ １２２：駆動ローラ
１２３：クリーニングブレード １２４：廃トナー収納部
１２５：二次転写ローラ １２６：トナー濃度検知手段
１２７：赤外光ＬＥＤ １２８：正反射型受光素子
１２９：拡散反射型受光素子 １３０：ケーシング

特開２０１１−１９７１４４号公報 特開２０１０−０４４２１８号公報

Claims (8)

1. 帯電させた感光体を露光手段で露光して静電潜像を形成し、当該静電潜像を前記感光体上においてトナーで現像して画像を得る電子写真方式の画像形成装置であって、
   前記感光体上の非画像領域に画像濃度調整用のベタパッチとハーフトーンパッチの少なくとも二種類の基準画像を形成可能な基準画像形成手段と、
   前記基準画像の反射光量に基づいて当該基準画像のトナー付着量を検知する検知手段と、
   前記基準画像形成手段及び前記検知手段と連携し、前記検知手段による前記基準画像の反射光量に基づいて、前記静電潜像を現像するための作像条件である前記感光体の帯電バイアス、現像バイアス又は前記露光手段の露光強度の１つ以上を調整する現像制御手段とを有し、
   前記現像制御手段は、
   前記露光手段の光量が安定状態を維持する条件が満たされているときは前記基準画像形成手段で前記ベタパッチのみを形成させると共に、前記検知手段で検知した前記ベタパッチの反射光量に基づいて前記作像条件を調整する第１の制御モードと、
   前記露光手段の光量が安定状態を維持する条件が満たされていないときは前記基準画像形成手段で前記ベタパッチとハーフトーンパッチの両方を形成させると共に、前記検知手段で検知した前記ベタパッチとハーフトーンパッチの反射光量に基づいて前記作像条件を調整する第２の制御モードを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記安定状態を維持する条件が、画像形成装置の連続動作時間が所定の時間以内であることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記安定状態を維持する条件が、画像形成装置の内部温度が所定の温度範囲内にあることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の制御モードで、前記ベタパッチの反射光量に基づいて現像バイアスを調整して所望の現像ポテンシャルを得ることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記第２の制御モードで、前記ベタパッチの反射光量に基づいて現像バイアスを調整して所望の現像ポテンシャルを得ると共に、前記ハーフトーンパッチの反射光量に基づいて帯電バイアスを調整することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記第２の制御モードで、
   前記ベタパッチの反射光量に基づいて現像バイアス及び現像γを算出し、
   前記ハーフトーンパッチの反射光量に基づいて調整された帯電バイアスと画像形成装置内の絶対湿度から現在の感光体表面電位を算出し、当該感光体表面電位と前記現像バイアスから現在の地肌ポテンシャルを算出し、当該地肌ポテンシャルと前記現像γのセットを基準画像の形成毎に複数セット蓄積し、所定セット数が蓄積されると、以後は前記ハーフトーンパッチを形成せず、これら複数セットを回帰分析することにより地肌ポテンシャルと現像γの一次関係式を導き、当該一次関係式を使用して、前記ベタパッチの反射光量に基づいて算出された現像γから地肌ポテンシャルを算出して帯電バイアスを算出することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
7. 前記露光手段の光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１の画像形成装置。
8. 前記第２の制御モードで形成するハーフトーンパッチは、面積率が３０％〜５０％であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１の画像形成装置。