JP2015206899A

JP2015206899A - 画像濃度制御方法及び画像形成装置

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Publication number: JP2015206899A
Application number: JP2014087223A
Authority: JP
Inventors: 木村　和史; Kazufumi Kimura; 和史木村; 吉田　晃; Akira Yoshida; 晃吉田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: JP6318807B2

Abstract

【課題】トナー飛散やキャリア付着等の異常画像の発生を防止する画像濃度制御方法及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置における画像濃度制御方法であって、非画像形成時に次回画像形成時の作像条件とトナー濃度制御基準値とを決定する第１の画像濃度制御と、非画像形成時に第１の画像濃度制御に続いて行われ付着量目標値を算出する第２の画像濃度制御と、画像形成時に次回画像形成時の画像形成条件を決定する第３の画像濃度制御とを備え、第３の画像濃度制御によって求めたトナー付着量が、トナー付着量目標値に定めた所定の閾値内であるときには第３の画像濃度制御により次回画像形成時の画像形成条件を決定し、所定の閾値外であるときには第３の画像濃度制御を中止して第１の画像濃度制御により算出した現像γに応じてトナー濃度制御基準値を決定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、プリンタ、複写機等の画像形成装置における画像濃度制御方法及びこれを用いた画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機等の画像形成装置において、形成画像の濃度安定化を目的として非画像形成時に画像形成条件の調整を行うことが知られている。具体的には、像担持体（例えば感光体ドラム）上や中間転写体（例えば中間転写ベルト）上に濃度検出用のトナー像を形成してそのトナー付着量を検出し、このときのトナー付着量とそれを与える画像形成条件（帯電バイアス、現像バイアス、露光光量）とから画像形成時の画像形成条件を決定している（例えば「特許文献１」参照）。

しかし上述の調整動作中は、画像形成動作が行えず画像形成のダウンタイムが増加するという問題がある。そこで、画像形成中に画像形成条件を基にトナー濃度検出用のトナー像を画像領域外に形成することで、画像形成のダウンタイムを抑制しながらトナー付着量を維持する技術が知られている。具体的には、ダウンタイム抑制の目的で、画像形成中に調整用トナー像を形成する場合に、記録材の搬送間隔を大きくすることで先行する記録材の後端とこれに続く記録材の先端との間に対応する領域に調整用トナー像形成する第３の濃度調整手段と、調整用トナー像を所定サイズの記録材の搬送領域に対して搬送方向と直交する方向に外れた領域に対応する第３の濃度制御手段とを記録材幅方向のサイズに応じて選択可能である構成が開示されている（例えば「特許文献２」参照）。

ここで、第１、第２、第３の濃度制御手段について説明する。
第１の濃度制御手段とは、非画像形成時に階調パターンを作成し、この階調パターンの現像ポテンシャルとトナー付着量とから現像γを算出し、現像γの情報から次回画像形成時の作像条件とトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを決定する手段である。
第２の濃度制御手段とは、第１の画像濃度制御手段により決定した作像条件を基にトナーパターンを形成し、このトナーパターンのトナー付着量を光学センサで検出してトナー付着量情報から第３の濃度制御手段のトナー付着量目標値を算出する手段である。
第３の濃度制御手段とは、画像形成中に第１の濃度制御手段により決定した作像条件と同一の作像条件かつ単一濃度のパターンを作成し、これを光学センサで検出してこのトナー付着量の情報と第２の画像濃度制御手段により決定したトナー付着量目標値の情報とから次回画像形成時の画像形成条件を決定する手段である。

しかし今までの画像形成時におけるトナー付着量は、第２の濃度制御手段実行時に作成したトナーパターンの付着量検知結果を目標値として、第３の濃度制御手段（画像形成時制御）でこのパターンを作成し、これを基にトナー濃度センサ出力Ｖｔを調整することで維持されている。また、第２の濃度制御手段で作成するトナーパターンに白スジやトナー落ちが発生してトナー付着量が目標値から大きく外れた場合に、それをエラーとして検知するために目標値には所定の閾値が定められており、エラー発生時はトナー付着量を更新することなく前回値を使用することでトナー付着量を適正値に保っていた。

このとき、例えば作成したトナーパターンに白スジが発生した場合に、エラー処理を行わずにトナーパターンのトナー付着量を目標値として更新すると、本来は閾値内であった可能性がある付着量を第３の濃度制御手段により閾値外の非常に小さい（薄い）方向へ誘導してしまい、その結果として異常画像が発生する虞がある。

すなわち、プロセスコントロールを実行しているにもかかわらず、実行するたびに閾値外となると上述したようにトナー付着量の更新が行われないため目標付着量が前回値となり、第３の濃度制御開始時に常に目標値と検出値とがずれた状態となる。そのため、画像形成時においてそれに合わせるようにトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを変更し、トナー付着量を目標値へと誘導するためにトナー濃度センサ出力Ｖｔを下げてトナー濃度を上昇させてしまい、この制御を繰り返した結果としてトナー濃度が高くなりトナー飛散が発生するという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決し、第２の濃度制御手段のトナー付着量目標値が閾値から外れた場合に、画像形成中の画像形成条件より算出したトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆの使用を中断し、プロセスコントロール実行時に算出した現像γに応じてトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを一義的に決定する制御へと切り替え、トナー飛散やキャリア付着等の異常画像の発生を防止する画像濃度制御方法及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。

本発明は、現像剤を収容した現像手段内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、前記トナー濃度検出手段の検出値からトナー濃度制御基準値を算出するトナー濃度制御基準値算出手段と、前記現像剤を担持する像担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段とを備えた画像形成装置における画像濃度制御方法であって、非画像形成時に前記像担持体上に階調パターンを形成し、前記階調パターンの現像ポテンシャルと前記階調パターンのトナー付着量とから現像γを検出し、この検出値から次回画像形成時の作像条件と前記トナー濃度制御基準値とを決定する第１の画像濃度制御と、非画像形成時に第１の画像濃度制御に続いて行われ、第１の画像濃度制御により決定した前記作像条件で前記像担持体上に第１のトナーパターンを形成し、第１のトナーパターンの付着量を前記トナー付着量検出手段によって検出し、この検出値から付着量目標値を算出する第２の画像濃度制御と、画像形成時において、第１の画像濃度制御により決定した前記作像条件と同一の作像条件で前記像担持体上に第２のトナーパターンを形成し、第２のトナーパターンの付着量を前記トナー付着量検出手段により検出し、この検出値と第２の画像濃度制御により決定した前記付着量目標値とから次回画像形成時の画像形成条件を決定する第３の画像濃度制御とを備え、第３の画像濃度制御によって求めた前記トナー付着量が、前記トナー付着量目標値に定めた所定の閾値内であるときには第３の画像濃度制御により次回画像形成時の画像形成条件を決定し、前記所定の閾値外であるときには第３の画像濃度制御を中止して第１の画像濃度制御により算出した現像γに応じて前記トナー濃度制御基準値を決定することを特徴とする。

本発明によれば、予め定められた閾値に対して複数の画像濃度制御に切り替えることで、突発的なエラーや感光体ばらつき等によるエラーが発生した場合であっても適切な制御を実行することができ、異常画像の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略図である。本発明の一実施形態おける第１の画像濃度制御を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態にて作成される階調パターンレイアウトを説明する概略図である。本発明の一実施形態における現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を説明する概略図である。本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御時に形成されるトナーパターンを説明する概略図である。本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御時に形成される他のトナーパターンを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる光学センサの正反射出力特性を示す概略図である。本発明の一実施形態における第１の画像濃度制御時の現像γ変動を説明する概略図である。本発明の第２の画像濃度制御を搭載した従来機の動作を説明するフローチャートである。従来機の課題を説明する概略図である。本発明の一実施形態における一連の動作を説明するフローチャートである。本発明の作用効果を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の画像形成手段近傍の概略図である。同図において画像形成装置であるフルカラープリンタ１００の装置本体中央部には、４個のドラム状の感光体１Ｙ（イエロ），１Ｍ（マゼンタ），１Ｃ（シアン），１Ｋ（ブラック）が等間隔で並列に配設されている。以下、イエロ画像用の感光体１Ｙに着目して説明を行う。

感光体１Ｙは、図示しなく同モータにより図１において時計回り方向に回転駆動される。感光体１Ｙの周囲には、静電写真プロセスを実行するための帯電ローラ２、現像ローラ３を有する現像装置４、クリーニング装置７等の作像手段が順に配設されている。なお、他の感光体１Ｍ．１Ｃ，１Ｋにおいても同様である。

感光体１は帯電ローラ２により表面を一様に帯電された後、図示しない光学系により露光されて画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像手段である現像装置４内の現像ローラ３により装置内の現像剤は感光体１と対向する現像ニップ領域に搬送され、感光体１に形成された静電潜像にトナーが付着されて顕像化される。感光体１上に形成されたトナー像は、感光体上部に配置されている中間転写ベルト８上に１次転写される。中間転写ベルト８上に１次転写されたトナー像は、中間転写ベルト８の移動に伴い各色のトナー像が順に重畳転写されて色重ねが行われる。色重ねされたトナー像は２次転写ローラ１２との対向部に移動し、ここで転写紙に２次転写されて転写紙上にカラー画像が形成される。クリーニング装置７は感光体１上に残留した不要なトナーをぬぐい去り、廃トナーボトルに不要なトナーを貯留する。上述の手順を繰り返すことにより、連続して画像が形成される。２次転写部よりも中間転写ベルト８の走行方向上流側には、中間転写ベルト８の表面を検知する光学センサ１０が配設されている。

図２は、現像装置４の平面図である。現像装置４は現像剤担持体である現像ローラ３を有しており、現像ローラ３は感光体１に対向配置されている。また現像装置４は、第１スクリュ１３及び第２スクリュ１９からなる２軸の搬送スクリュを備えており、この２本の搬送スクリュによって現像装置４内を現像剤が循環搬送される。第１スクリュ１３が設置された部分では現像剤が現像ローラ３の表面に汲み上げられ、現像領域を通過した現像剤が戻される。第２スクリュ１９側の現像剤室の下部には、トナー濃度検出手段としてのトナー濃度センサ５が配設されている。トナー濃度センサ５としては、例えば現像器内のトナー透磁率を測定するものが用いられる。トナー濃度制御は、トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔをトナー濃度の制御基準値Ｖｔｒｅｆと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置を作動させることにより、トナー補給口２０を介して現像装置４内にトナーが補給される。トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆは、図示しないトナー濃度制御基準値算出手段によって算出される。

次に、本実施形態で行われる第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）と第２の画像濃度制御の動作内容について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、装置立ち上げとして電源投入時及び所定枚数画像形成時に各種モータや各種デバイスのバイアスがオンされ、プロセスコントロールを実行するための準備が行われる（ＳＴ０１）。次に、必要に応じて光学センサのＬＥＤ電流の調整が行われる。これは、中間転写ベルト８の地肌部にＬＥＤ光を照射してその正反射光を検出し、検出した正反射光出力が４ＶとなるようにＬＥＤ電流を調整する（ＳＴ０２）。以下、この調整動作をＶｓｇ調整という。Ｖｓｇ調整はすべてのセンサに対して実施する。ただし、Ｖｓｇ調整には時間がかかるため、前回調整時のＬＥＤ電流値を用いて中間転写ベルト８の地肌部に所定の時間ＬＥＤ光を照射し、その正反射光を検出してその平均値を求める。以下、この動作をＶｓｇａｖｅ検知という。この平均値が所定の範囲内である場合には、ＬＥＤ電流の調整を行う必要はないと判断し、Ｖｓｇ調整は実行しない。

次に、現像装置４のトナー濃度センサ５の出力値Ｖｔを取得する（ＳＴ０３）。これは、現在のトナー濃度を知るために測定するものであり、後述するトナー濃度の補正（Ｖｔｒｅｆ）に必要なものである。次に、階調パターンを像担持体である中間転写ベルト８上に作成する（
ＳＴ０４）。これは現像γを検出するために必要であり、本実施形態では具体的に光学センサ１０が配設された位置に対応するように作成される。階調パターンは、例えば図４に示すように、主走査方向の幅１０ｍｍ、副走査方向の幅１４．４ｍｍ、パターン間隔５．６ｍｍで形成される。

作成する各色の階調パターンの数は、ドラム間ピッチに収まる数とすることが望ましい。これは、作成する各色の階調パターンの全長がドラム間ピッチよりも長くなると、他の色と重なってしまうこととなる。そのため書込の遅延を行い、他色の階調パターンの作成を待ってから次色の階調パターンの書込を開始することとなる。このような動作となると全色の階調パターンを作成する時間が長くなってしまい、調整動作にかかる時間が長くなる。このとき作成した階調パターンを基に１次直線を算出し、目標付着量に対する現像ポテンシャルを算出する。

次に、ステップＳＴ０４で作成した階調パターンをトナー付着量検出手段としての光学センサ１０で検出する（ＳＴ０５）。本実施形態ではブラックパターンは正反射光のみを検知し、シアン、マゼンタ、イエロパターンは正反射光と核酸反射光との両方を検知する。また濃度検出用の光学センサ１０は図４に示すように配置しており、画像中心のセンタセンサで全色の階調パターンの検知を行う。

次に、光学センサ１０の検出値をトナー付着量に変換する（ＳＴ０６）。本実施形態では、正反射光を受光する受光素子と拡散反射光を受光する受光素子とを備えた光学センサ１０を使用し、高付着量のトナーパッチを検知可能に構成している。光学センサ１０は、温度変化や経時劣化等により発光素子の出力が変化したり受光素子の出力が変化したりする。さらに、像担持体の経時劣化によっても受光素子の出力が変化する。このため、受光素子の出力値を何ら補正（校正）することなくこの値からトナー付着量を一義的に求めると、正確なトナー付着量の検知を行うことができないという問題がある。そこで、光学センサ１０の補正制御を行って拡散反射光を受光する受光素子（拡散反射受光素子）の出力値からトナーパッチの付着量を求めている（詳細は特開２００６−１３９１８０号公報参照）。

次に、現像γと現像開始電圧Ｖｋとを求める（ＳＴ０７）。ステップＳＴ０４で求めた現像ポテンシャルとステップＳＴ０６で求めたトナー付着量との関係から、現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを求める。図５に示すように、横軸を現像ポテンシャル、縦軸をトナー付着量とし、最小二乗法により１次直線式を求める。この１次直線式の傾きが現像γ、Ｘ切片が現像開始電圧Ｖｋである。

次に、目標トナー付着量を得るために必要な現像バイアスを求める（ＳＴ０８）。ステップＳＴ０７で求めた１次直線式に基づき、目標付着量（縦軸）から現像ポテンシャル（横軸）を求める。目標付着量は予めトップ濃度を得るために必要な値が決められている（トナー顔料の着色度合いとトナー粒径とで決まるが、一般的には０．４〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２程度である）。そして、求めた現像ポテンシャルを現像バイアスに変換する。ここで、現像バイアスＶｂ〔−Ｖ〕＝現像ポテンシャル〔−Ｖ〕＋露光部電位Ｖ１〔−Ｖ〕として現像バイアスを求める。ここで求めた現像バイアス値を画像部の現像バイアスＶｂとする。帯電バイアスＶｃは、キャリアが感光体に飛翔しない程度の値で予め決定されている（Ｖｂ＝４００〜７５０〔−Ｖ〕、Ｖｃ＝Ｖｂ＋１００〜２００〔−Ｖ〕程度が一般的である）。このようにして求めたＶｂ及びＶｃを作像時のバイアスとして設定する。以上説明したステップＳＴ０１〜ＳＴ０８までが第１の画像濃度制御である。

以降のステップＳＴ０９，ＳＴ１０が第２の画像濃度制御である。ステップＳＴ０９では、第１の画像濃度制御で算出した条件を基にトナーパターンを作成する。作成するトナーパターンは、後述する図７に示すトナーパターンと同様であり、ブラックトナーでは中間調パターンを、カラートナーではベタパターンを使用している。

次に、トナー付着量目標値を更新する（ＳＴ１０）。ステップＳＴ０９で作成したトナーパターンのトナー付着量を光学センサで検知する。その後、ステップＳＴ０６で示した変換方法と同様にセンサ出力値をトナー付着量に変換し、これをトナー付着量目標値として使用する。トナー付着量目標値を更新することにより、第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）実行間で画像濃度を一定に保つことができる。

次に、図６及び図７を用いて本発明における第３の画像濃度制御（画像形成時制御）を説明する。先ず画像形成時とは、画像形成装置１００が画像出力をしているときをいう。画像形成時のトナーパターン検知は常時行ってもよいが、濃度が大きく変化することは希であり、またトナーの消費も節約したい。そこで、実験的に決定した一定枚数出力毎または画像形成装置１００の所定時間動作毎または感光体や現像ローラの所定稼働距離毎にトナーパターンを作成して画像濃度制御を行うとよい。画像形成時制御では、先ずそのような作像条件タイミングにあるか否かをコントローラが判断する（ＳＴ１１）。

作像条件調整タイミングであると判断したときには、コントローラは図７に示すように画像領域の出力画像に書込を加えて、中間転写ベルト８上の主走査方向端部の非画像領域に端部トナーパターンを形成する（ＳＴ１２）。第１及び第２の画像濃度制御時に形成されるトナーパターンよりも少数のこのトナーパターンは、第１及び第２の画像濃度制御で作成したトナーパターンから事前に決定されたものであり、図３で濃度目標値を算出したトナーパターンと同じものである。同じトナーパターンを用いることにより、第１の画像濃度制御で現像バイアス等を合わせた直後の画像形成装置１００の状態を維持することが、異なるトナーパターンを用いた場合に比して容易となる。

また、図７に示す端部トナーパターンでは、各色で同じ２つのパターンが現像ローラ半周分の間隔をおいて形成される。現像ローラ３と感光体１との間にはギャップがあるが、このギャップは現像ローラ３の振れで変動する。例えば現像ローラ３の回転軸が本来の位置より少しずれるとギャップ変動が発生し、このギャップ変動により同一現像ポテンシャルで作像したトナーパターンに濃度変動が発生する。そこで、上述したように間隔をおいて２つのトナーパターンを形成することで、感光体１や現像ローラ３の振れによる濃度変動を相殺することができる。

画像形成装置１００のパターン検知構成上、図７に示した端部パターンを形成できない場合がある。この場合には、図８に示すように、先行する記録材の後端とこれに続く記録材の先端との間に対応する領域に同様のトナーパターンを作成することで同様の画像濃度制御が可能となる。

図７に示す端部パターン、図８に示す紙間パターンにおいて、ブラックのパターンは中間濃度パターンであり、特に画像面積率５０％のドットパターンである。このようなパターンを用いる理由は、ブラックトナーに対する正反射センサ出力特性を示す図９から判るように、トナーパターン濃度（反射濃度）の高い領域では濃度の変化に対するセンサ出力が小さくなり、感度が下がるためである。従って、図９におけるトナーパターン濃度の変化に対するセンサ出力の変化が大きい中間濃度である領域Ａにおいて、画像形成時制御のトナーパターンを設定することが望ましい。領域Ａの範囲は約７０％以下の画像面積率に存在する。また、最大濃度を補償することが重要であるため、トナーパターン濃度は高い方がよい。従ってトナーパターン濃度の下限は３０％としている。

一方カラートナーでは、ブラックトナーとは異なり光学センサ１０で正反射光と核酸反射光とを検出する機構を採用しており、正反射光成分から核酸反射光成分の差分をとることにより、高画像面積率であっても高感度で付着量を検出できる。このため、上述のように最大濃度を補償するためにベタパターンを使用している。

第２の画像濃度制御で作成するブラックトナーやカラートナーのパターンは、第１の画像濃度制御で算出した条件を基に作像しているにもかかわらず、トナー付着量にばらつきが生じる虞がある。ブラックトナーで作像した中間調パターンのトナー付着量は、ベタパターンのトナー付着量から算出した現像バイアスやＬＤパワーを基に一義的に決定しているため、感光体１の劣化等による特性値の変化で目標付着量からずれる虞がある。また、カラートナーで作像したベタパターンのトナー付着量は、図７に示したような端部のドットパターンの平均濃度を計算している。このため、感光体ばらつき等により面内付着量にばらつきがあるときには目標付着量からずれる虞があり、画像形成中の画像濃度制御により調整することが求められる。

次に、上述のように２つの同じドットパターンの平均濃度を計算する（ＳＴ１３）。そしてセンサ出力からわかる反射濃度と先の非画像形成時制御で決定した濃度目標値とを比較し、目標トナー濃度、光量、現像バイアスの何れかを調整する（ＳＴ１４）。反射濃度が濃度目標値よりも低ければ、トナー濃度の制御目標値を上げるか光量を増加するか現像バイアスの絶対値を増大させるかの何れかを行えばよく、反射濃度が濃度目標値よりも高ければ逆にこれ等を減少させればよい。このときの変更量は、画像形成装置に応じて実験的に決定される。書込光量はトナー濃度に比して速く増減させることができるので、本形態の画像形成装置１００では光量を調整している。

以上のように、非画像形成時に複数のトナーパターンを形成して作像条件を高精度で設定し、画像形成時にはより少数の端部トナーパターンを出力画像と並行して形成及び検知し、非画像形成時と同じ状態を維持しながら濃度制御を行う。これにより、非画像形成時の濃度制御しか行わない場合よりも画像の安定状態を長く維持することができる。また、画像形成時の濃度制御しか行わない場合よりも細かい濃度制御を行うことができる。

なお図７では、出力画像に加えて端部トナーパターンを形成しているが、記録材のサイズが大きいときは端部トナーパターンを形成しなくてもよい。最大サイズの記録材の場合まで画像領域の出力画像と並行して非画像領域の端部トナーパターンを形成するには、中間転写ベルト８の幅を最大サイズの記録材よりも大きくしなければならず、その分だけ装置構成が大きくなる。一方、ユーザが最大サイズの記録材を使用することは希である。よって、第３の画像濃度制御は小サイズの記録材を用いる場合に行い、最大サイズの記録材を用いる場合には行わなくともよい。

次に、図１０を用いて第３の画像濃度制御における現像γ、現像ポテンシャル、画像濃度変動について説明する。
図６に示した画像形成時画像濃度制御非搭載の画像形成装置では、第１及び第２の画像濃度制御実行後に現像ポテンシャルを一定に保った状態で、現像γを誘導するためにＶｔを変化させることでトナー濃度を変化させていた。このため、Ｖｔ変化量を適正に設定しないと第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）実行間で画像濃度が変動するという問題があった。図６に示した画像形成時画像濃度制御を搭載した画像形成装置では、第１及び第２の画像濃度制御実行後、所定のタイミングで第３の画像濃度制御を実行することができる。そして、現像γを目標値へ誘導するためにトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを更新しながら現像ポテンシャルを変化させることが可能である。なお、現像γを目標値へ誘導するのは、現像γが目標値よりも高いときにトナー飛散等の、低いときにキャリア付着等の異常画像が発生する虞があるためである。

図１０は、現像γを低めから目標値へ誘導する場合であり、画像形成時濃度制御実行毎に現像バイアスを下げ、トナー付着量を低下させる。このときのトナー付着量をセンサで検知し、その検知結果からトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを前回値より小さい値に変更してトナー付着量を増加させる。その結果、これまで課題となっていた現像γ誘導時に生じる画像濃度の変動を抑制でき、画像濃度を一定に保ちつつ現像γの目標値への誘導を可能としている。

次に、第２の画像濃度制御を搭載した従来機の動作を図１１のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図３に示した第１の画像濃度制御を実行し、現像γの算出結果より現像ポテンシャルを決定する（ＳＴ２１）。次に、第１の画像濃度制御で算出した作像条件を用い、同一濃度のトナーパターンを作成する（ＳＴ２２）。そして、トナーパターンのトナー付着量を光学センサで検知し、この付着量が所定の閾値内であるか否かの判定を行う（ＳＴ２３）。この判定には、複数個作成したトナーパターンの平均値をとった平均濃度を使用する。なお、閾値は実験結果から予め決定しており、白スジやトナー落ち等の突発的エラーを検出できるように予め調整された値を使用している。

ステップＳＴ２２でトナー付着量が閾値内であるとき、ステップＳＴ２２で作成したトナーパターンのトナー付着量を新たなトナー付着量目標値とし（ＳＴ２４）、その後に第３の画像濃度制御を実行する（ＳＴ２５）。一方、ステップＳＴ２２でトナー付着量が閾値外であるとき、トナー付着量目標値は更新せずに前回使用したトナー付着量を目標値とし、ステップＳＴ２５に進んで第３の画像濃度制御を実行する。

次に、従来機の課題を図１２に基づいて説明する。
画像形成時のトナー付着量は、第２の画像濃度制御実行時に作成したトナーパターンの付着量検知結果を目標値として、第３の画像濃度制御（画像形成時制御）でこのパターンを作成し、これを基にＶｔを調整することで維持されている。また、第２の画像濃度制御で作成するトナーパターンに白スジやトナー落ち等が発生し、トナー付着量が目標値から大きく外れた場合にそれをエラーとして検知するため、目標値には所定の閾値が定められている。そして、エラー発生時はトナー付着量を更新することなく前回値を使用することでトナー付着量を適正値に保っている。このとき、例えば作成したトナーパターンに白スジが発生した場合、エラー処理を行わずに前回値を目標値として更新すると、本来は閾値内であった可能性がある付着量を第３の画像濃度制御により閾値外の非常に小さい（薄い）方向に誘導してしまう。この結果、異常画像が発生する虞がある。

一方、第２の画像濃度制御で作成したトナーパターンを検知した際に、突発的エラー以外の要因（感光体や現像剤劣化、感光体の偏心による付着量ばらつき等）で閾値外の付着量を検知する可能性がある。すなわち、プロセスコントロールを実行しているにもかかわらず実行する毎に閾値外となると、上述したようにトナー付着量の更新は行わないために目標付着量が前回値となり、第３の画像濃度制御開始時に常に目標値と検出値とがずれた状態となる。そのため、画像形成時にそれに合わせるようにトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを変更し、トナー付着量を目標値へと誘導するためにＶｔを下げるとトナー濃度が上昇してしまう。この制御を繰り返すと、結果としてトナー濃度が高くなりトナー飛散が発生する虞があり、これが課題となっている。

具体例として、図１２は上述した白スジやトナー落ち等突発的なエラー以外の要因によりトナー付着量が閾値から外れた場合の、特に閾値よりトナー付着量が低い場合のトナー付着量、Ｖｔ、トナー濃度のリピート画像形成時の推移を示している。本実施形態では、この課題を解決するために、図１３に示すように第２の画像濃度制御で算出したトナー付着量目標値に対して、作像したトナー像のトナー付着量が閾値内であるか否かの判定手段を組み込んでいる。そして、その結果に応じて制御を切り替えることで、白スジやトナー落ち等によるエラーやその他のエラーが発生した場合であっても、トナー飛散やキャリア付着等を抑制しつつトナー付着量を維持することができる。図１３に示したフローチャートについて以下に説明する。

図１３に示す実施形態では、第１の画像濃度制御（ＳＴ３１）で算出した作像条件を基に同一濃度のトナーパターンを作成し（ＳＴ３２）、このトナーパターンのトナー付着量を検知して（ＳＴ３３）所定の閾値内であるか否かの判定を行う（ＳＴ３４）。閾値内であれば、前回値トナーパターンのトナー付着量を目標値として更新し、その後、図６に示した第３の画像濃度制御（画像形成時制御）を実行する（ＳＴ３５）ここまでの手順は、従来の第２の画像濃度制御と同様である。

ステップＳＴ３４で閾値外であった場合、先ずステップＳＴ３２に戻る。その後、再び第１の画像濃度制御で算出した作像条件を基に同一濃度のトナーパターンを作成し、このトナーパターンのトナー付着量が閾値内であるか否かの判定を実行する。このときに閾値なであれば、このトナーパターンのトナー付着量をトナー付着量目標値として更新し、ステップＳＴ３５に進んで第３の画像濃度制御を実行する。本実施形態では、ステップＳＴ３２に戻る制御を加えたことにより、白スジやトナー落ち等の突発的エラーによる誤検知を防止することができる。

ステップＳＴ３４における２度目の判定で再び閾値外であった場合には、第２の画像濃度制御により作成したトナーパターンのトナー付着量を目標値として使用することを中止する。そして、第１の画像濃度制御実行時に算出した現像γから一義的にトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを決定し（ＳＴ３６）、その後に第３の画像濃度制御を実行する。

現像γの上限値及び下限値は、トナー飛散やキャリア付着といった異常画像の発生を防ぐために設けられており、目標付着量に対して現像ポテンシャルが下限値をとる場合に現像γが最大となり、現像ポテンシャルが上限値をとる場合に現像γは最小となる。

本実施形態では、第１の画像濃度制御実行時に現像γの算出値が基準値よりも高いときにはＶｔを上げ、一方で基準値よりも低い場合にはＶｔを下げる。現像γの値からトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを一義的に上昇させるとき、例えばトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆ＝Ｖｔ＋αといった算出値に基づいて決定する。ここで、αは第１及び第２の画像濃度制御を実行する間で許容可能な画像濃度変動が生じない値で、かつ現像γ誘導を実施可能な値に設定する。また、目標値と現像γの算出値との差分に応じて値を変化させてもよい。

例えばΔγが大きい場合にはαの値を大きくすることで現像γをより早く目標値に追従させることが可能となる。ただし、上述したように画像濃度変動が生じないように設定することが重要である。これにより、課題であった第１の画像濃度制御実行毎のトナー濃度の上昇を防止することができ、その結果、図１４に示すようにトナー飛散やキャリア付着を防止することが可能となる。

本発明によれば、予め定められた閾値に対して複数の画像濃度制御に切り替えることで、突発的なエラーや感光体ばらつき等によるエラーが発生した場合であっても適切な制御を実行することができ、異常画像の発生を抑制することができる。また、画像形成中に付着量目標値へ誘導することができるので、画像形成中に動作を中断して調整を行うことが不要となるため、余計な時間をかけることなく画像形成中の画像濃度を維持することができる。さらに、第１の画像濃度制御実行毎に目標値を更新し続けることによるトナーの過剰補給、消費という課題に対してある一定の目標値を使用することで課題を解決でき、トナーの過剰補給や消費によって生じる異常画像の発生を防止することができる。

また、画像形成動作中に濃度調整を行うことができ、余計な時間をかけることなく画像形成動作中の画像濃度を維持することができる。また、記録材の搬送方向と直交する方向に外れた領域にトナーパターンを形成できない場合であっても第３の画像濃度制御を実行することができる。また、ブラックトナーパターン濃度が高い部分では濃度変化に対するセンサ感度が小さくなり高濃度のトナーパターンでは付着量を正しく検知できないため、中間調パターンのセンサ出力を検知することで検知誤差を低減することができる。また、カラートナーではセンサ構成上の特性からトナーパターン濃度変化に対するセンサの感度変化が小さいため、高濃度のトナーパターンを検知することで最大濃度を補償でき、カラートナー付着量の検知誤差を低減することができる。

また、現像ローラのピッチに対して所定の間隔でトナーパターンを作成することにより、像担持体の偏心等によるトナー付着量のばらつきを排除でき、トナー付着量の検知精度が上昇して画像濃度を精度よく維持することができる。また、トナーパターンを複数個作成することで、像担持体の像担持体の偏心等によるトナー付着量のばらつきを排除でき、トナー付着量の検知精度が上昇して画像濃度を精度よく維持することができる。また、像担持体の偏心等によるトナー付着量のばらつきによって発生するエラーと、白スジやトナー落ち等が発生した場合の突発的なエラーとを判定することにより、エラーを区別することができ判定処理を適正に実行することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、本発明を適用する画像形成装置は、上述のタイプの画像形成装置に限らず、他のタイプの画像形成装置であってもよい。すなわち、本発明を適用する画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリの単体、あるいはこれらの複合機、これらに関するモノクロ機やカラー機等の複合機であってもよい。その他、本発明を適用する画像形成装置は、電気回路形成に用いられる画像形成装置、バイオテクノロジー分野において所定の画像を形成するのに用いられる画像形成装置であってもよい。
本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１画像形成装置（インクジェットプリンタ）
４現像手段（現像装置）
５トナー濃度検出手段（トナー濃度センサ）
８像担持体（中間転写ベルト）
１０トナー付着量検出手段（光学センサ）
１００画像形成装置（フルカラープリンタ）

特開２０１３−２１８２８４号公報特開２００６−２９３２４０号公報

Claims

現像剤を収容した現像手段内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
前記トナー濃度検出手段の検出値からトナー濃度制御基準値を算出するトナー濃度制御基準値算出手段と、
前記現像剤を担持する像担持体上に形成されたトナー像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段とを備えた画像形成装置における画像濃度制御方法であって、
非画像形成時に前記像担持体上に階調パターンを形成し、前記階調パターンの現像ポテンシャルと前記階調パターンのトナー付着量とから現像γを検出し、この検出値から次回画像形成時の作像条件と前記トナー濃度制御基準値とを決定する第１の画像濃度制御と、
非画像形成時に第１の画像濃度制御に続いて行われ、第１の画像濃度制御により決定した前記作像条件で前記像担持体上に第１のトナーパターンを形成し、第１のトナーパターンの付着量を前記トナー付着量検出手段によって検出し、この検出値から付着量目標値を算出する第２の画像濃度制御と、
画像形成時において、第１の画像濃度制御により決定した前記作像条件と同一の作像条件で前記像担持体上に第２のトナーパターンを形成し、第２のトナーパターンの付着量を前記トナー付着量検出手段により検出し、この検出値と第２の画像濃度制御により決定した前記付着量目標値とから次回画像形成時の画像形成条件を決定する第３の画像濃度制御とを備え、
第３の画像濃度制御によって求めた前記トナー付着量が、前記トナー付着量目標値に定めた所定の閾値内であるときには第３の画像濃度制御により次回画像形成時の画像形成条件を決定し、前記所定の閾値外であるときには第３の画像濃度制御を中止して第１の画像濃度制御により算出した現像γに応じて前記トナー濃度制御基準値を決定することを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１記載の画像濃度制御方法において、
第２のトナーパターンは画像が形成される記録材の画像領域から搬送方向と直交する方向に外れた画像領域外に形成されることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１または２記載の画像濃度制御方法において、
第２のトナーパターンは画像が形成される記録材間の画像領域外に形成されることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし３の何れか一つに記載の画像濃度制御方法において、
黒色トナーにより第２のトナーパターンが形成される場合には中間調パターンが用いられることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし３の何れか一つに記載の画像濃度制御方法において、
カラートナーにより第２のトナーパターンが形成される場合にはベタパターンが用いられることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし５の何れか一つに記載の画像濃度制御方法において、
第２のトナーパターンは前記像担持体の移動周期に応じて形成されることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし６の何れか一つに記載の画像濃度制御方法において、
第２のトナーパターンは画像形成時に連続して複数個形成されることを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし７の何れか一つに記載の画像濃度制御方法において、
第１のトナーパターンの付着量が前記トナー付着量目標値に定めた所定の閾値外であるときには、再度第１のトナーパターンを作成してその付着量が前記所定の閾値内であるか否かの判定を行うことを特徴とする画像濃度制御方法。
請求項１ないし８の何れか一つに記載の画像濃度制御方法を実行する画像形成装置。