JP2015011262A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷中におけるＳ−Ｄギャップの変動に伴って発生する印刷画像の濃度ムラを適正かつ迅速に補正できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置３００は、静電潜像を担持する感光ドラム１と、現像剤を担持する現像スリーブ３ａと、現像スリーブ３ａに現像バイアスを印加するＡＣ高圧駆動回路２０１，ＤＣ高圧回路２０３と、感光ドラム１の回転位相を検出するＨＰセンサＨＰと、回転位相に同期してＳ−Ｄギャップを検出するＡＣ電流検出回路２０４と、プリント前に検出されたギャップの変動が画像に及ぼす影響を解消する補正テーブルを作成する手段と、補正テーブルに基づいて現像バイアスを補正する手段と、制御手段としてのＣＰＵ２０８とを備え、ＣＰＵ２０８は、プリント開始後に、検出される感光ドラム１の１周期分のギャップ変動の最大振幅を用いて補正テーブルを補正し、補正後の補正テーブルを用いて現像ＤＣバイアスを補正させる。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真技術を利用した複写機やプリンタの現像方式として、磁性体（現像マグネット）を内蔵した、現像スリーブと呼称される現像剤担持体に、直流電圧成分に交流電圧成分を重畳した現像バイアスを印加する方式が採用されている。交流電圧成分としては、例えばサイン波、矩形波又は三角波等の交流電圧が挙げられる。直流電圧成分は主として現像画像の濃度に寄与し、交流電圧成分は主として現像画像のコントラストに寄与する。

この種の現像方式においては、像担持体、現像剤担持体又は像担持体と現像剤担持体との間の間隙（以下、「Ｓ−Ｄギャップ」という。）を保持するためのスペーサローラの偏心により、Ｓ−Ｄギャップが周期的に変動することがある。Ｓ−Ｄギャップが周期的に変動すると、像担持体と現像剤担持体との間の電界強度が周期的に変化し、結果として、現像画像の濃度ムラが発生するという問題がある。このような問題を解決するため、現像バイアスの交流成分（ＡＣ電流）を検出し、検出値に従って直流成分（ＤＣ電圧）を逐次変動させることで、Ｓ−Ｄギャップの変動に起因する濃度ムラや濃度変動を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０９−０５４４８７号公報

特許文献１の技術は、画像濃度変動の要因であるＳ−Ｄギャップの変動を現像バイアスの交流電流で検出し、フィードバック制御によって現像バイアスの直流電圧を逐次補正するものであり、画像の濃度変動を補正することができる。しかしながら、特許文献１においては、現像バイアスのＡＣ電流とＤＣ電圧との間に直接の相関性がなく、フィードバック制御はループを形成していない。すなわち、フィードバックループが電気的に閉じていないために、補正量（ゲイン）を大きくすると制御が発振して不安定になり易く、また、逆に補正量を小さくすると補正の効果が十分に得られないという問題がある。更にまた、引用文献１は、フィードバック制御を行っているために、必ずしも迅速な補正を実現できないばかりか、印刷中に条件が変動することによって変動するＳ−Ｄギャップの変動を考慮しておらず、必ずしも画像の濃度ムラを適正に補正するものではなかった。

本発明は、印刷中におけるＳ−Ｄギャップの変動に伴って発生する印刷画像の濃度ムラを適正かつ迅速に補正することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体に対向して配置され前記静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して前記像担持体と前記現像剤担持体との間に現像電界を形成する印加手段と、前記像担持体の回転位相を検出する位相検出手段と、前記回転位相に同期して前記像担持体と前記現像剤担持体との間のギャップを検出するギャップ検出手段と、画像形成操作の開始前に前記ギャップ検出手段によって検出された前記ギャップの変動が画像に及ぼす影響を解消するための補正テーブルを作成する作成手段と、前記補正テーブルに基づいて前記現像剤担持体に印加する現像バイアスを補正する補正手段と、前記補正手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成操作の開始後に前記ギャップ検出手段によって検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅を用いて前記補正テーブルを補正し、補正後の補正テーブルを用いて前記現像バイアスの直流成分を補正させることを特徴とする。

本発明によれば、画像形成操作の開始前にギャップ検出手段によって検出されたギャップの変動が画像に及ぼす影響を解消するための補正テーブルを作成する。また、画像形成操作の開始後にギャップ検出手段によって検出される像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅を用いて補正テーブルを補正し、補正後の補正テーブルを用いて現像バイアスの直流成分を補正させる。これによって、印刷開始後の印刷条件の変動に伴って変動するＳ−Ｄギャップに対応した補正テーブルを用いて印刷画像の濃度ムラを適正かつ迅速に補正することができる。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図１の画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。 図１の画像形成装置を用いたプリント処理の手順を示すフローチャートである。 図３ＡのステップＳ１０５で実行されるＳＤギャップの変動に基づくプロファイル取得処理の手順を示すフローチャートである。 図１の画像形成装置における現像スリーブに印加される現像バイアスの波形を示す図である。 図４の現像バイアスが現像スリーブに印加された時のＡＣ電流検出回路の出力波形を示す図である。 現像スリーブに印加される現像バイアスのＤＣ電圧と、感光ドラム表面の電位との関係を示す図である。 ＡＣ電流検出回路で検出した、現像バイアスのＡＣ電流波形とドラムホームポジションとの関係を示す図であり、感光ドラム及び現像スリーブが共に回転状態にある場合を示す図である。 図７ＡのＡＣ電流波形をＦＦＴ解析したパワースペクトルを示す図である。 ＡＣ電流検出回路で検出した、現像バイアスのＡＣ電流波形とドラムホームポジションとの関係を示す図であり、感光ドラムが回転状態であって、現像スリーブが停止している状態を示す図である。 ＡＣ電流検出回路で検出した、現像バイアスのＡＣ電流波形とドラムホームポジションとの関係を示す図であり、感光ドラムが停止状態であって現像スリーブが回転している状態を示す図である。 画像形成装置において、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号を感光ドラムの１周期ごとに、ＨＰセンサからのＨＰ信号を基準に、２０ブロックに分割した状態を示す図である。 移動平均処理を説明するための図であり、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号であるブロック平均値を、１周期毎に２１周期目まで図中、手前から奥側へ並べた図である。 移動平均処理を説明するための図であり、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号のブロック平均値の１０周期分を移動平均したものを古いものから順に手前から奥側へ並べた図である。 移動平均処理を説明するための図であり、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号のブロック平均値の２０周期分を移動平均したものを古いものから順に手前から奥側へ並べた図である。 Ｓ−Ｄギャップの変動に基づいて変動する各ブロックにおけるＡＣ電流の移動平均値（ＩｓｎｓＭＡ（ｎ））のプロファイルを示す図である。 補正後の補正テーブルを説明するための図であり、プリント中の昇温に起因してＳ−Ｄギャップが変化した場合の現像バイアスのＡＣ電流値の移動平均波形を示す図である。 補正後の補正テーブルを説明するための図であり、図１１Ａに基づいて求めた補正後の現像ＤＣバイアスの波形を示す図である。 補正後の補正テーブルを説明するための図であり、補正前の現像ＤＣバイアスの波形（＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ）を示す図である。 プリント中のＳＤギャップの変動によるΔＩｓｎｓＭＡの変化（ａ）、（ΔＩｓｎｓＭＡ）／（ΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉ）の変化（ｂ）、及びこれらの変化に伴う現像ＤＣバイアスの補正量の変化（ｃ）を示す図である。 装置本体の内部温度の変化に基づくＳ−Ｄギャプの変化を考慮しない場合の画像の濃度ムラを示す図である。 装置本体の内部温度の変化に基づくＳ−Ｄギャプの変化を考慮した本実施の形態における画像の濃度ムラを示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

図１において、画像形成装置３００は、画像形成部と、該画像形成部の下方に配置された転写部と、該転写部の下方に配置された給紙部とを備えている。画像形成部は、像担持体としての感光ドラム１、該感光ドラム１の周囲に配置された一次帯電装置２、現像装置３、一次転写ローラ４、クリーニング装置５、前露光装置（前露光ＬＥＤ）６、及びレーザースキャナー７とから主として構成されている。感光ドラム１は、該感光ドラム１を回転駆動する駆動モータＭ１及び感光ドラム１の回転位相を検知するドラムホームポジションセンサ（ＨＰセンサ）ＨＰを備えている。現像装置３は、現像剤担持体としての現像スリーブ３ａと該現像スリーブ３ａを駆動するスリーブモータＭ３を備えている。感光ドラム１の回転中心と現像スリーブ３ａの回転中心とは装置筐体及びスペーサによって固定されており、所定の距離を確保している。

感光ドラム１は駆動モータＭ１によって図1中矢印Ａ方向に回転駆動され、ＨＰセンサＨＰは、感光ドラム１が１周するごとに検知信号を発生し、ドラムの回転位相を検知する。

画像形成部の下方の転写部は、転写体としての中間転写ベルト８と、該中間転写ベルト８を回動自在に張架するテンションローラ８ａ、駆動ローラ８ｂ及び対向ローラ８ｃを備えている。対向ローラ８ｃは、二次転写ローラ９と対向している。中間転写ベルト８は、中間転写ベルトモーターＭ８によって駆動する駆動ローラ８ｂによって駆動され、感光ドラム１と一次転写ローラ４で形成されるニップ部及び二次転写ローラ９と対向ローラ８ｃとで形成されるニップ部を矢印Ｂ方向に回動する。感光ドラム１と一次転写ローラ４で形成されるニップ部は、一次転写部を構成し、二次転写ローラ９と対向ローラ８ｃとで形成されるニップ部は、二次転写部を構成する。

転写部の下方の給紙部は、用紙束１０ａが積載された給紙カセット１０と、用紙束１０ａから用紙Ｓを１枚ずつ搬送路Ｒに給紙するピックアップローラ１１を備えている。ピックアップローラ１１は、駆動モータＭ１０によって駆動される。搬送路Ｒには、用紙Ｓの搬送方向に沿って順次搬送ローラ１２−１、１２−２、１２−３、１２−４が設けられている。搬送ローラ１２−１及び１２−２は駆動モータＭ１２ａによって駆動され、搬送ローラ１２−３及び１２−４は駆動モータＭ１２ｂによって駆動される。二次転写ローラ９と対向ローラ８ｃとで形成される二次転写部の後流に、定着装置１３が配置されている。定着装置１３は、定着ローラ及び加圧ローラと、例えばその一方を駆動する駆動モータＭ１３を備えている。

図２は、図１の画像形成装置３００の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。

図２において、画像形成装置３００には、現像高圧基板２００及び制御基板２０５が装備されている。現像高圧基板２００には、ＡＣ高圧駆動回路２０１、ＡＣトランス２０２、ＤＣ高圧回路２０３、ＡＣ電流検出回路２０４、リップル成分増幅回路２０９、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２及び出力抵抗Ｒが実装されている。他方、制御基板２０５には、Ａ／Ｄ変換回路２０６、Ｄ／Ａ変換回路２０７及びＣＰＵ２０８が実装されている。

現像高圧基板２００において、ＡＣ高圧駆動回路２０１は、現像ＡＣバイアス電圧を生成し、ＤＣ高圧回路２０３が生成した現像ＤＣバイアス電圧を重畳して、現像スリーブ３ａに供給する。

感光ドラム１と現像スリーブ３ａとの間のＳ−Ｄギャップは、電気的な等価回路としては静電容量であり、図２ではＳ−Ｄ間容量ＣＬとして表されている。Ｓ−Ｄ間容量ＣＬは、概ね２５０ｐＦ程度である。ＡＣトランス２０２から現像スリーブ３ａを介して感光ドラム１に流れる現像バイアスのＡＣ電流成分は、ＡＣ電流検出回路２０４によって検出される。

このような構成の画像形成装置３００において、画像形成部の一次帯電器２は、前露光装置６によって前露光された感光ドラム１の表面を所定の電位に一様に帯電する。レーザースキャナー７は、所定電位に帯電された感光ドラム１の表面に対し、画像信号に応じたレーザビーム（光ビーム）を出射し、図示省略した偏向手段を介して感光ドラム１の表面を露光して静電潜像を形成する。現像装置３の現像スリーブ３ａは、ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３から印加される現像バイアスに基づいて現像電界を形成し、感光ドラム１に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する。

感光ドラム１に形成されたトナー像は、中間転写ベルト８に一次転写される。このとき、感光ドラム１上に残った転写残トナーは、クリーニング装置５によって回収、除去される。中間転写ベルト８に一次転写されたトナー像は、タイミングを合わせて二次転写部に供給される用紙Ｓに二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは、後流の定着装置１３に搬入され、定着装置１３によって、トナー像が用紙Ｓに熱定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、図示省略した排紙ローラによって装置外に排紙される。

次に、図１の画像形成装置３００を用いたプリント処理について説明する。

図３Ａは、図１の画像形成装置３００を用いたプリント処理の手順を示すフローチャートである。このプリント処理は、画像形成装置３００の制御基板２０５に設けられたＣＰＵ２０８が、図示省略したＲＯＭに記憶されたプリント処理プログラムのプリント処理手順に従って実行する。

図３Ａにおいて、画像形成装置３００に電源が投入されると、先ず、ＣＰＵ２０８は、各駆動部及び各種作像系の初期調整を行う（ステップＳ１０１）。初期調整を行った後、ＣＰＵ２０８は、プリント処理を開始するためのスタンバイ状態に移行する（ステップＳ１０２）。次いで、ＣＰＵ２０８は、プリント開始の信号を受信するまで待機し（ステップＳ１０３）、プリント開始の信号を受信した後（ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」）、各種モータを起動させる（ステップＳ１０４）。各種モータには、ドラムモータＭ１、ＩＴＢ（中間転写ベルト）モータＭ８、クリーナーモータＭ５、現像スリーブモータＭ３が含まれる。モータを起動させた後、ＣＰＵ２０８は、後述する図３ＢのＳ−Ｄギャップの変動に基づくプロファイル取得処理を実行する（ステップＳ１０５）。

Ｓ−Ｄギャップ変動に基づくプロファイルを取得した後、ＣＰＵ２０８は、取得したプロファイルに基づいて現像スリーブ３ａに印加するための現像バイアスの直流電圧（以下、「現像ＤＣバイアス」という。）の補正テーブルを作成する（ステップＳ１０６）。この補正テーブルは、画像形成操作の開始前に、ギャップ検出手段によって検出されたギャップの変動が画像に及ぼす影響を解消するための補正テーブルであり、現像スリーブ３ａに印加する現像ＤＣバイアスを補正するためのものである。

補正テーブルを作成した後、ＣＰＵ２０８は、一次帯電装置２、前露光ＬＥＤ６、レーザースキャナー７など各種作像系を起動し（ステップＳ１０７）、作像及び用紙搬送動作を開始する（ステップＳ１０８）。次いで、ＣＰＵ２０８は、ステップＳ１０６で作成した補正テーブルに基づいて補正された現像ＤＣバイアスを含む現像バイアスを現像スリーブ３ａに印加させて１枚目の用紙Ｓに画像を形成する画像形成動作を実行する（ステップＳ１０９）。次いで、ＣＰＵ２０８は、定着装置１３を制御して１枚目の用紙Ｓに転写されたトナー画像を当該用紙Ｓに定着画像として定着させ（ステップＳ１１０）、定着後の用紙Ｓを装置外に排紙する（ステップＳ１１１）。

このようにして、１枚目の用紙Ｓに対するプリント処理を実行した後、ＣＰＵ２０８は、後述する２枚目以降の用紙Ｓに対するプリント処理に移行するが、ここで、ステップＳ１０５におけるプロファイル取得処理について詳しく説明する。

図３Ｂは、図３ＡのステップＳ１０５で実行されるＳＤギャップの変動に基づくプロファイル取得処理の手順を示すフローチャートである。このプロファイル取得処理は、ＣＰＵ２０８が、図示省略したＲＯＭに記憶されたプロファイル取得処理プログラムのプロファイル取得処理手順に従って実行する。

図３Ｂにおいて、プロファイル取得処理が開始されると、ＣＰＵ２０８は、先ず、ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３（図２参照）を制御して現像スリーブ３ａに所定の現像バイアスを印加する（ステップＳ２０１）。

図４は、図１の画像形成装置３００における現像スリーブ３ａに印加される現像バイアスの波形を示す図である。図４において、現像バイアスは、例えば、周波数２．７ｋＨｚ、振幅１５００Ｖの矩形波であるＡＣ電圧（ＶＡＣ）に、３００ＶのＤＣ電圧（ＶＤＣ）を重畳したものである。

図５は、図４の現像バイアスが現像スリーブ３ａに印加された時のＡＣ電流検出回路２０４の出力波形を示す図である。

図５において、現像バイアス駆動信号が出力されると（Ａ）、現像スリーブ３ａに現像バイアスが印加され、Ｓ−Ｄ間容量ＣＬ（図２参照）にＡＣ電流が流れる（Ｂ）。このＡＣ電流はＡＣ電流検出回路２０４によって検出され（図２中のポイントＡ部）、リップル成分増幅回路２０９に出力され、該リップル成分増幅回路２０９においてＡＣ電流の一部であるリップル成分が増幅される（Ｃ）。Ｓ−Ｄギャップが変動すると、Ｓ−Ｄ間の静電容量ＣＬが変動するので、Ｓ−Ｄギャップの変動は、現像バイアスにおけるＡＣ電流のリップル成分の変動として検出される。リップル成分が増幅された検出信号は、リップル成分増幅回路２０９からＡ／Ｄ変換回路２０６に出力される（図２中のポイントＢ部）。なお、リップル成分増幅回路２０９は、Ａ／Ｄ変換回路２０６の許容入力電圧範囲に合わせるために、所定電流以上又は所定電流以下の検出信号はクランプしてＡ／Ｄ変換回路２０６に出力するように調整されている。

リップル成分増幅回路２０９から検出信号を受信したＡ／Ｄ変換回路２０６は、受信した検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＣＰＵ２０８に出力する。ＣＰＵ２０８は、変換された検出信号を用いて後述する補正テーブルを作成し、補正する。

図６は、現像スリーブ３ａに印加される現像ＤＣバイアスＶｄｃと、感光ドラム１の表面電位との関係を示す図である。画像形成装置３００では、トナーは負に帯電されるため感光ドラム１上の電位が高い部分により多くのトナーが付着し、濃く現像される。図６中、Ｖｄは、感光ドラム上の帯電電位（暗部電位）、Ｖｄｃは、現像ＤＣバイアス、Ｖｌは、感光ドラム上の露光部の電位（明部電位）を表している。ＶｄｃとＶｄとの差、Ｖｃｏｎｔが大きいほど現像性が向上する。

ところで、Ｓ−Ｄギャップが大きくなると現像性は低下するので、現像性を維持するためには、現像バイアスを調整する必要がある。すなわち、Ｓ−Ｄギャップが大きくなるとＳ−Ｄ間静電容量ＣＬは小さくなり、Ｓ−Ｄ間で検出される現像バイアスのＡＣ電流値は減少する。従って、Ｖｄｃを下げて所定のＶｃｏｎｔを確保することによって、Ｓ−Ｄギャップ変動前の現像性が維持される。逆に、Ｓ−Ｄギャップが小さくなると現像性は向上する。すなわち、Ｓ−Ｄギャップが小さくなるとＳ−Ｄ間静電容量ＣＬは大きくなり、現像バイアスのＡＣ電流値は増加する。従って、Ｖｄｃを上げて所定のＶｃｏｎｔとなるように調整することによって、Ｓ−Ｄギャップ変動前の現像性が維持される。すなわち、Ｓ−Ｄギャップの変動に応じて、現像ＤＣバイアスを調整することによって、ＳＤギャップの変動に起因する画像の濃度変動を補正している。

図３Ｂに戻り、現像スリーブ３ａに現像バイアスを印加させた（ステップＳ２０１）後、ＣＰＵ２０８は、ＡＣ電流検出回路２０４を制御して現像バイアスのＡＣ電流値を読み込む（ステップＳ２０２）。すなわち、ＣＰＵ２０８は、図２のＡＣ電流検出回路２０４及びＡ／Ｄ変換回路２０６を制御して、ＨＰセンサＨＰで読み取った感光ドラム１の回転位相に同期して変化する現像バイアスのＡＣ電流値を読み込む。ＨＰセンサは、位相検出手段として機能する。

図７Ａ〜図７Ｄは、ＡＣ電流検出回路２０４で検出した、現像バイアスのＡＣ電流波形と感光ドラム１のドラムホームポジションとの関係を示す図であり、図７Ａは感光ドラム１及び現像スリーブ３ａが共に回転状態にある場合を示す図である。また、図７Ｃは感光ドラム１が回転状態であって、現像スリーブ３ａが停止している状態を示す図、図７Ｄは感光ドラム１が停止状態であって現像スリーブ３ａが回転している状態を示す図である。また、図７Ｂは図７ＡのＡＣ電流波形をＦＦＴ解析したパワースペクトルを示す図である。

作像系の駆動部がすべて回転している通常のプリント状態を示す図７Ａにおいて、感光ドラム１の回転周期に対応して現像バイアスのＡＣ電流値が変動していることが分かる。なお、作像系の駆動部としては、例えば、感光ドラム１、現像スリーブ３ａ、中間転写ベルト８などが挙げられる。図７Ｂにおいて、画像形成装置３００における感光ドラム１の回転周期は、例えば１．９５Ｈｚであり、これを基本周期として２倍の３．９１Ｈｚ、３倍の５．８６Ｈｚ、４倍の７．８１Ｈｚにピークが検出されている。なお、感光ドラム１の回転周期であるドラム周期以外では、現像スリーブ３ａの回転周期である５．３３Ｈｚ、現像スリーブ３ａの駆動系（不図示）の回転周期である７．０３Ｈｚ、７．８８Ｈｚにピークがある。これらのピークは、感光ドラム１の回転周期に基づくピークと比較して１／３以下である。従って、現像スリーブ３ａ及びその駆動系の位相変動が現像バイアスのＡＣ電流に与える影響は、感光ドラム１の位相変動が現像バイアスのＡＣ電流に与える影響に比べて無視できる程度に小さいことが分かる。

通常のプリント状態において、現像スリーブ３ａの回転を停止した状態を示す図７Ｃの場合は、現像スリーブ３ａに起因する周波数成分がないので、ほとんどが感光ドラム１の周期変動に起因するものであり、ドラム周期で同じ波形が繰り返されている。なお、図７Ｃでは、現像スリーブ３ａの回転による現像バイアスのＡＣ電流の変動が除かれているので、その分だけ、ＡＣ電流値の変動の振幅が、図７Ａの場合と比較して概略１〜２割程度小さくなっている。

また、通常のプリント状態において、感光ドラム１の回転を停止した場合を示す図７Ｄにおいて、ＡＣ電流値の変動の振幅は図７Ａの１／４程度に収まっている。これは、図７Ｂのパワースペクトルからも分かるように、ＡＣ電流の変動要因の大部分は感光ドラム１の周期変動であることから、感光ドラム１の回転を停止した状態では、ＡＣ電流の変動幅は、図７Ａの場合よりも小さくなるからである。なお、図７ＤにおけるＡＣ電流変動の振幅は感光ドラムの回転周期とは関係がないので、これらの変動成分を、感光ドラム１の周期に基づいて調整しても補正することはできない。

ところで、本実施の形態においては、Ｓ−Ｄ間のＡＣ電流値は、感光ドラム１に設けられたＨＰセンサＨＰからのＨＰ信号を基準として、感光ドラム１の１周期を、例えば２０分割し、各ブロック毎にＡＣ電流値を平均した平均値として求める。

図８は、画像形成装置３００において、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号（図７に相当するもの）を感光ドラムの１周期ごとに、ＨＰセンサＨＰからのＨＰ信号を基準に、２０ブロックに分割した状態を示す図である。図８において、感光ドラム１の１周期毎のＡＣ電流の検出信号がＨＰ信号を基準に２０分割されており、２０分割されたａ０〜ａ１９のブロック毎のＡＣ電流値は、各ブロック内におけるＡＣ電流値を平均した平均値として示されている。

図３Ｂに戻り、Ｓ−Ｄギャップの変動に基づく現像バイアスのＡＣ電流を読み込んだ（ステップＳ２０２）後、ＣＰＵ２０８は、読み込んだＡＣ電流値に対してブロック毎に移動平均値を求める移動平均処理を実行する（ステップＳ２０３）。移動平均処理とは、図８に示した各ブロックのＡＣ電流値の平均値（ブロック平均値）を、さらに、複数周期分平均して再平均値を求める処理をいう。

図９Ａ〜図９Ｃは、移動平均処理を説明するための図であり、図９Ａは、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号であるブロック平均値を、１周期毎に２１周期目まで図９Ａ中、手前から奥側へ並べた図である。なお、図９Ａにおいて、各検出値は、未だ移動平均されていないものである。

一方、図９Ｂは、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号を２０ブロックに分割したブロック平均値の１０周期分を移動平均したものを古いものから順に手前から奥側へ並べた図である。また、図９Ｃは、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号を２０ブロックに分割したブロック平均値の２０周期分を移動平均したものを古いものから順に手前から奥側へ並べた図である。

図９Ａ〜図９Ｃから分かるように、各ブロック毎に求めたブロック平均値を更に移動平均することで、１周期毎の検出値をサンプリングするだけでは見えなかったＳ−Ｄギャップの変動による現像バイアスのＡＣ電流値の変動傾向が明らかになる。

従って、本実施の形態においては、図９Ａ〜図９Ｃの結果を踏まえ、各ブロックごとのブロック平均値を更に２０周期分平均し、ブロック毎の移動平均値ＩｓｎｓＭＡ（ｎ）（ｎ（＝ブロックナンバー）：０〜１９）を求める。ブロック毎の移動平均値ＩｓｎｓＭＡ（ｎ）は、下記（１）式で表される単純移動平均によって求められる。

ＩｓｎｓＭＡ（ｎ）＝（Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍ＋Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍ＋１＋・・・＋Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍ＋１９）／２０・・・・・・（１）
ここで、Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍは、ｍ期目の現像バイアス電流検出値のブロック平均値、Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍ＋１は、ｍ＋１周期目の現像バイアス電流検出値のブロック平均値である。また、Ｉｓｎｓ（ｎ）＿ｍ＋１９は、ｍ＋１９周期目の現像バイアス電流検出値のブロック平均値、ｎは、２０分割されたブロックのブロックナンバー（ｎ：０〜１９）である。

図３Ｂに戻り、移動平均処理を行った（ステップＳ２０３）後、ＣＰＵ２０８は、移動平均値に基づいてＩｓｎｓＭＡ（ｎ）のプロファイルを取得し、取得したプロファイルをＣＰＵ内の図示省略したメモリに格納する（ステップＳ２０４）。

図１０は、Ｓ−Ｄギャップの変動に基づいて変動する各ブロックにおけるＡＣ電流値の移動平均値（ＩｓｎｓＭＡ（ｎ））のプロファイルを示す図である。図１０のプロファイルから変動成分が相殺される条件である補正テーブルを求め、補正テーブルに従って補正した条件でプリント処理を行うことによって、Ｓ−Ｄギャップの変動に伴う影響をなくして濃度ムラのない良質な画像を形成することができる。

プロファイルをメモリに格納したＣＰＵ２０８は、将来、必要に応じて補正テーブルを補正して更新するために、当該プロファイルからＩｓｎｓＭＡ＿ｍａｘとＩｓｎｓＭＡ＿ｍｉｎ及びその差であるΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉを取得する。また、ＣＰＵ２０８は、ＩｓｎｓＭＡ＿ｍａｘに該当する位相ブロックナンバーＮと、ＩｓｎｓＭＡ＿ｍｉｎに該当する位相ブロックナンバーＮを取得する。そして、ＣＰＵ２０８は、取得した各データをＣＰＵ内のメモリに格納する（ステップＳ２０５）。

図１０のプロファイルにおいて、位相ブロックナンバー６の値ＩｓｎｓＭＡ（６）が最大値（ＩｓｎｓＭＡ＿ｍａｘ）であり、位相ブロックナンバー１５の値ＩｓｎｓＭＡ（１５）が最小値（ＩｓｎｓＭＡ＿ｍｉｎ）である。また、ΔＩｓｎｓＭＡは、[最大値（ＩｓｎｓＭＡ＿ｍａｘ）]−[最小値（ＩｓｎｓＭＡ＿ｍｉｎ）]として求まる。求めたΔＩｓｎｓＭＡは、プリント開始前の「ΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉ」となる。これらのデータは、メモリに格納される。

次いで、ＣＰＵ２０８は、ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３を制御して現像スリーブ３ａへの現像バイアスの印加を停止し（ステップＳ２０６）、画像形成操作の開始前に行うＳＤギャップ変動のプロファイル取得処理を終了する。なお、メモリに格納される各データは、ＣＰＵ２０８内のメモリに格納されてもよいが、ＣＰＵ２０８の周辺回路であるＲＡＭやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ内のレジスタに格納されてもよい。

図３Ｂの処理によれば、現像バイアスのＡＣ電流の検出信号を感光ドラムの１周期ごとに２０ブロックに分割し、各ブロック内におけるＡＣ電流値を平均したブロック平均値を求める。また、求めたブロック平均値を更に２０周期分移動平均した再平均値を用いてＳ−Ｄギャップについてのプロファイルを取得する。これによって、Ｓ−Ｄギャップに対応した正確なプロファイルの取得が可能となる。

ここで、図１０のプロファイルは、画像形成装置３００におけるプリント開始前に、予め検出した現像バイアスのＡＣ電流値を用いて算出したものである。従って、図１０のプロファイルに基づいて作成された補正テーブルを適用して現像ＤＣバイアスを補正するプリント処理は、１枚目の用紙Ｓへのプリント操作時においては有効である。しかしながら、２枚目以降の用紙Ｓへのプリント処理においては、プリント操作中の条件変動、例えば発熱に基づくＳ−Ｄギャップの変動を考慮する必要がある。

すなわち、プリント中の発熱によって画像形成装置３００の内部温度が上昇した場合、図１０のプロファイルに基づいてギャップ変動成分を打ち消す操作を行っても、実際のＳ−Ｄギャップの変動に基づく影響を十分に解消させることは困難である。これは、プリント中の内部温度の上昇に伴って図１０のプロファイルが変化するために、現像ＤＣバイアスの適正な補正値も変化するからである。従って、プリント中の温度変化に伴うＳ−Ｄギャップの変動を加味して補正テーブルを補正する必要がある。ここで、プリント中の内部温度の変化に伴ってＳ−Ｄギャップが変動する場合、図１０におけるプロファイルの全体的な形はほぼ変わらずに、主としてプロファイルの振幅（ΔＩｓｎｓＭＡ）だけが変化することが経験上明らかになっている。

従って、本実施の形態においては、後述するようにプリント開始前に取得したプロファイルに基づいて作成した補正テーブルを、プリント中に取得したプロファイルにおけるＩｓｎｓＭＡ（ｎ）の最大値と最小値との差である最大振幅を用いて補正している。

図３Ａに戻り、１枚目の用紙Ｓ対してプリント処理を実行した（ステップＳ１１１）後、ＣＰＵ２０８は、１枚目の用紙Ｓのプリント中の発熱に基づいて変動するＳ−Ｄギャップの変動を考慮した２枚目以降の用紙Ｓへのプリント処理に移行する。すなわち、ＣＰＵ２０８は、先ず、１枚目の用紙Ｓへのプリント中（プリント開始後）に取得したＳ−Ｄギャップについてのプロファイルにおける最大値と最小値から、その差ΔＩｓｎｓＭＡを取得する（ステップＳ１１２）。このプロファイルは、プリント中の昇温に基づいて変化したＳ−Ｄギャップに対応するものである。

次に、ＣＰＵ２０８は、取得したΔＩｓｎｓＭＡと、プリント開始前のΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉとの比Ｄ（ΔＩｓｎｓＭＡ／ΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉ）を求め、比Ｄに基づいてステップＳ１０６で作成した補正テーブルを補正する（ステップＳ１１３）。

補正した補正テーブルは、下記（２）式を用いて現像ＤＣバイアスのＶｄｃ（ｎ）を求めることによって作成される。

Ｖｄｃ（ｎ）＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ−α・ＩｓｎｓＭＡ（ｎ）・Ｄ・・・・・（２）
ここで、Ｖｄｃ＿ｒｅｆは、通常の濃度制御で算出される現像バイアスＤＣ電圧の設定値
αは、予め決められた所定の係数（係数αは、実験によって求められる。）
ｎは、２０分割されたブロックナンバー（ｎ：０〜１９）
Ｄは、（ΔＩｓｎｓＭＡ）／（ΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉ）
図１１Ａ〜図１１Ｃは、補正後の補正テーブルを説明するための図であり、図１１Ａは、プリント中の昇温に起因してＳ−Ｄギャップが変化した場合の現像バイアスのＡＣ電流値の移動平均波形を示す図である。また、図１１Ｂは、図１１Ａに基づいて求めた補正後の現像ＤＣバイアスの波形（補正後の補正テーブル）を示す図、図１１Ｃは、補正前の現像ＤＣバイアスの波形（＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ）を示す図である。

図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、補正前の現像ＤＣバイアスは、一定である。一方、プリント中の昇温に伴うＳ−Ｄギャップの変動に起因する現像バイアスのＡＣ電流値の変動の影響を相殺するために印加される補正された現像ＤＣバイアスは、感光ドラムの位相に対応して周期的に変化していることが分かる。

また、図１２は、プリント中のＳＤギャップの変動によるΔＩｓｎｓＭＡの変化（ａ）、（ΔＩｓｎｓＭＡ）／（ΔＩｓｎｓＭＡ＿ｉｎｉ）の変化（ｂ）、及びこれらの変化に伴う現像ＤＣバイアスの補正量の変化（ｃ）を示す図である。図１２において、プリント中のＳＤギャップは装置の内部温度の変化（昇温）に伴って穏やかに変化しており、それに従って現像ＤＣバイアスの補正量も穏やかに変動していることが分かる。

図３Ａに戻り、補正テーブルを補正した（ステップＳ１１３）後、ＣＰＵ２０８は、１枚目の用紙Ｓについてのプリント時に適用した元の補正テーブルを補正後の新たな補正テーブルで更新する。そして、ＣＰＵ２０８は、更新した補正テーブルに基づいて補正した現像ＤＣバイアスを含む現像バイアスを現像スリーブ３ａに印加して２枚目及びそれ以降の用紙Ｓについて画像形成処理を実行する（ステップＳ１１４）。

次いで、ＣＰＵ２０８は、全てのプリント処理が終了したか否かを判別し（ステップＳ１１５）、全てのプリント処理が終了した（ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」の）場合、各種作像系の駆動を停止させる（ステップＳ１１６）。各種作像系としては、例えば一次帯電装置２、前露光ＬＥＤ６，レーザースキャナー７等が挙げられる。次いで、ＣＰＵ２０８は、ドラムモータＭ１、ＩＴＢ（中間転写ベルト）モータＭ８、クリーナーモータＭ５、現像スリーブモータＭ３の駆動を停止し（ステップＳ１１７）、処理をスタンバイ状態（ステップＳ１０２）へ戻して次のプリントのために待機する。

一方、ステップＳ１１５における判別の結果、全てのプリント処理が終了していない（ステップＳ１１５で「ＮＯ」の）場合、処理をステップＳ１１２に戻し、以下、全てのプリントが終了するまで、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１５の処理を繰り返す。

図３Ａの処理によれば、印刷の開始前にドラムの回転位相に同期して検出された現像バイアスの交流電流値のプロファイルを用いて、Ｓ−Ｄギャップのドラム周期の変動成分を打ち消すための補正テーブルを作成する。また、作成した補正テーブルを、印刷開始後に取得したプロファイルにおける感光ドラムの１周期分のＡＣ電流値の最大振幅を用いて相似形に補正した補正後の補正テーブルに基づいて現像ＤＣバイアスを補正しつつ２枚目以降の用紙Ｓへのプリント処理を実行する。これによって、例えば、プリント操作中の発熱に起因して変動するＳ−Ｄギャップの変動に応じて画像の濃度ムラを適正に補正することができる。また、回転位相に同期した補正テーブルを用いて現像バイアスの直流成分をフィードフォワード制御によって補正するので、画像の濃度ムラの迅速な補正を実現することができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、本実施の形態の効果を説明するための図であり、図１３Ａは、装置本体の内部温度の変化に基づくＳ−Ｄギャプの変化を考慮しない場合の画像濃度ムラを示す図である。また、図１３Ｂは、装置本体の内部温度の変化に基づくＳ−Ｄギャプの変化を考慮した本実施の形態における画像の濃度ムラを示す図である。

図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、画像濃度１０％の全面ハーフトーンの画像を出力した際の画像の明度をＨＰセンサＨＰに同期して副走査方向に測定した値がプロットされており、それぞれ画像の濃度ムラが示されている。プリント開始後に取得したＳ−Ｄギャップの最大振幅であるΔＩｓｎｓＭＡを用いてプリント開始前に作成した補正テーブルを補正し、補正後の補正テーブルに基づいて現像ＤＣバイアスを補正した本実施の形態の方が画像の濃度ムラが抑制されていることが分かる。

本実施の形態において、プリント開始時にＳＤギャップの変動のプロファイルを取得して補正テーブルを作成したが、プロファイル取得タイミングはこれに限ったものではなく、装置の電源投入時や、装置のドア開閉後、または所定枚数プリント後に行ってもよい。

また、本実施の形態において、補正テーブルの更新は、感光ドラム１の回転周期に同期するタイミングで行うことが好ましく、画像形成操作中に、プリント用紙Ｓ毎に順次更新することもできる。この場合、第ｎ枚目（ｎ＝０以外の正の整数）のプリント時に発生する熱量に起因して変化するＳ−Ｄギャップの変動に基づいて第ｎ枚目の画像形成操作に使用した補正テーブルを補正して第ｎ＋１枚目の画像形成時に使用する補正テーブルが作成される。また、所定枚数の用紙Ｓについてプリント操作が終了した後、又はプリント操作を所定時間継続して行った後に、補正テーブルを更新することもできる。

本実施の形態において、補正テーブルの更新を、感光ドラム１の回転周期に同期するタイミングで行う代わりに、以下のようにして更新することもできる。すなわち、感光ドラムの１周期を複数に分割したブロック毎にＳ−Ｄギャップを補正するための補正値を求め、ブロック毎の補正値を、当該ブロックについて次のタイミングで現像バイアスを印加するまでに補正して、新たな補正値に更新することもできる。この場合、補正後の補正値に基づいて当該ブロックにおける次のタイミングで印加される現像ＤＣバイアスが補正される。ブロック毎の補正値及び補正された補正値は、補正テーブル作成時及び補正された補正テーブルの作成時に求めた補正値及び補正された補正値を適用できる。

複数に分割されたブロック毎に、次のタイミングで現像バイアスを印加するまでに、補正値を求め、かつ補正することにより、Ｓ−Ｄギャップの変動によらない現像バイアス電流の変動を除外することができ、画像の濃度ムラを防止する制御が安定する。また、補正値の更新間隔を長くしたり、更新タイミングを順次変更するなど、更新時期を不規則に変更することによって、Ｓ−Ｄギャップの変動に起因しない現像バイアス電流の変動要因を除外した制御が可能となる。

本実施の形態において、画像形成操作の開始後のΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ）と、画像形成操作の開始前のΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ−１）との差が所定値以上の場合には、ΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ）とΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ−１）の差を所定値とみなすことが好ましい。差が、所定値以下に制限されたΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ）とΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ−１）の比に基づいて補正テーブルを補正することによって、補正テーブルの急な変化により、かえって画像の濃度変動が顕著になる虞をなくすことができる。画像形成操作の開始後のΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ）と、画像形成操作の開始前のΔＩｓｎｓＭＡ（ｎ−１）との差に関する所定値は、許容される画像の濃度ムラの程度等に基づいて経験的に決定される。

本実施の形態においては、感光ドラム１の１周期を複数のブロックに分割したブロック毎の現像バイアスのＡＣ電流値のブロック平均値を更に平均した移動平均値（再平均値）に基づいて補正テーブルを作成し、補正した。しかしながら、移動平均値の変わりにブロック平均値をそのまま使用して補正テーブルを作成し、補正することもできる。この場合、移動平均値を使用した場合に比べて画像の濃度ムラが多少大きくなるので、目的とする画像の質、許容される濃度ムラ等を考慮して使い分けることが好ましい。

本実施の形態において、画像形成操作の開始後におけるＳ−Ｄギャップの変動要因として、プリント中の発熱による内部温度の昇温を例に説明したが、経時変化による変動等、昇温以外の要因によるＳ−Ｄギャップの変動にも同様に対応することができる。

１ 感光ドラム
３ 現像器
３ａ 現像スリーブ
２００ 現像高圧基板
２０１ ＡＣ高圧駆動回路
２０３ ＤＣ高圧回路
２０４ ＡＣ電流検出回路
２０８ ＣＰＵ
２０９ リップル成分増幅回路
３００ 画像形成装置
ＣＬ 静電容量
ＨＰ 感光ドラムホームポジションセンサ

Claims (10)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に対向して配置され前記静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して前記像担持体と前記現像剤担持体との間に現像電界を形成する印加手段と、
   前記像担持体の回転位相を検出する位相検出手段と、
   前記回転位相に同期して前記像担持体と前記現像剤担持体との間のギャップを検出するギャップ検出手段と、
   画像形成操作の開始前に前記ギャップ検出手段によって検出された前記ギャップの変動が画像に及ぼす影響を解消するための補正テーブルを作成する作成手段と、
   前記補正テーブルに基づいて前記現像剤担持体に印加する現像バイアスを補正する補正手段と、
   前記補正手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、画像形成操作の開始後に前記ギャップ検出手段によって検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅を用いて前記補正テーブルを補正し、補正後の補正テーブルを用いて前記現像バイアスの直流成分を補正させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記作成手段は、前記像担持体の１周期を複数に分割した各ブロックに対応する前記ギャップの検出信号であって、各ブロック内の検出信号の平均値を用いて前記補正テーブルを作成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記作成手段は、前記平均値を、更に複数周期分に亘って平均した再平均値を用いて前記補正テーブルを作成することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記ギャップ検出手段によって検出された前記ギャップの検出信号を増幅する増幅手段を備え、
   前記作成手段は、前記増幅手段によって増幅された検出信号を用いて前記補正テーブルを作成し、
   前記制御手段は、前記増幅手段によって増幅された検出信号を用いて前記補正テーブルを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、画像形成操作の開始前に検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅と、画像形成操作の開始後に検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅との比を用いて前記補正テーブルを相似形に補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記画像形成操作の開始後に検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅と、前記画像形成操作の開始前に検出される前記像担持体の１周期分のギャップ変動の最大振幅との差が所定値以下となるように制限を設けて前記補正テーブルを補正することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記画像形成操作の開始前に作成した補正テーブルを用いて第１枚目の用紙に画像を形成する際の前記現像バイアスの直流成分を補正させ、前記第１枚目の用紙に画像を形成する際に発生する熱量に起因して変化する前記ギャップの変動に基づいて前記補正テーブルを補正した補正後の補正テーブルを用いて第２枚目以降の用紙に画像を形成する際の前記現像バイアスの直流成分を補正させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記補正テーブルは、画像形成操作中に前記像担持体の回転周期に同期するタイミングで順次更新されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、第ｎ枚目の用紙に画像を形成する際に発生する熱量に起因して変化する前記ギャップの変動に基づいて第ｎ枚目の用紙に画像を形成する際に使用した補正テーブルを補正して第ｎ＋１枚目の用紙に画像を形成する際に使用する補正テーブルを作成することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
10. 前記ギャップは、前記現像バイアスの交流電流値として検出され、前記直流成分は直流電圧であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の画像形成装置。