JP2016090860A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーパターンの直前に形成された画像の影響による濃度変動を抑制でき、画像濃度の均一化、ひいては画質向上に寄与する画像形成装置を提供する。【解決手段】中間転写体上で光学センサ４０により検知される位置に、画像処理に用いるトナーパターンＰが画像面積率を段階的に変化させて形成される。印刷時には非画像領域に、プロセスコントロールで決定した作像条件を用いてトナーパターンが形成される。このトナーパターンの直前の画像面積率は０である。これと条件を合わせるべく、トナーパターンＰは現像スリーブの１周分の長さＲａに相当する領域の画像面積率が０となるように形成され、さらに、トナーパターンＰの直前には目標付着量決定用のトナーパターンＰ１が形成される。現像スリーブの１周分手前での画像面積率が０となることによりトナーパターンＰ１の濃度が高くなり、トナーパターンＰには影響しない。【選択図】図１５

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、温度や湿度等の使用環境の変化や経時変化に起因して、画像濃度が変化するという問題がある。このため、常に安定した画像濃度を得るべく、感光体等の像担持体上に濃度検知用の階調パターンを作成してその濃度を光学センサにより検知し、検知結果に基づいて作像条件を変更するという手法が広く用いられている。この手法による調整動作は、一般的にプロセスコントロールと呼ばれている。

特許文献１には、画像形成動作中（以下、「印刷中」ともいう）の用紙と用紙との間、すなわち非画像部にトナーパターンを作成してそのトナー付着量を光学センサで検知し、検知結果に基づいて画像濃度を一定に制御する方法が記載されている。この方法では、非画像形成時のプロセスコントロールで決定した作像条件を用いて、印刷中に作成するトナーパターンと同一のトナーパターンを作成し、該トナーパターンを光学センサで検知して求められたトナー付着量を目標値に設定するようになっている。

ところで、像担持体の帯電電位、像担持体に対する潜像書込強度、現像バイアス、現像剤のトナー濃度などが一定であるときには、トナーパターンのトナー付着量は一定となるはずである。しかしながら、実際にはトナーパターンのトナー付着量はトナーパターンの直前に形成された画像の画像面積率によって影響を受けることがある。
この問題に対処すべく、特許文献１には、トナーパターンに対応する現像スリーブの１周分手前の領域の画像面積率に応じて、トナーパターンを光学センサで検知して算出したトナー付着量の値を補正する方法が記載されている。このようにすることで、直前の画像によって生じるトナーパターンのトナー付着量の誤差を低減することが可能となる。

しかしながら、プロセスコントロール時に作成される階調パターンが直前に形成された画像の影響を受けた場合、前提となる目標値がずれているため、印刷時のトナーパターンの付着量を補正して適正な値を求めても、濃度変動が生じる懸念がある。また、プロセスコントロール時に作成される階調パターンが直前に形成された画像の影響を受けない場合でも濃度変動が生じる懸念がある。
すなわち、プロセスコントロール時に作成される階調パターンは、段階的に濃度が濃くなっていくため、画像面積率の低いパターン前半部が、パターン後半部に対して直前に形成された画像として影響を及ぼし、パターン後半部では段階的な条件変更に対応しない濃度変動が生じる懸念がある。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、トナーパターンの直前に形成された画像の影響による濃度変動を抑制でき、画像濃度の均一化、ひいては画質向上に寄与する画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に回転しながらトナーを供給して該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、トナーパターンを担持して移動するトナーパターン担持体と、トナーパターンに光を照射してその反射光を検知するトナーパターン検知手段と、非画像形成時又は画像形成動作中に前記トナーパターン担持体に調整用トナーパターンを形成し、該調整用トナーパターンからの反射光を前記トナーパターン検知手段で検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する調整モードと、を有し、前記調整用トナーパターンを形成するときに、前記調整用トナーパターンの前記現像剤担持体の１周分手前に、該１周分手前の画像面積率が低いことに起因する前記調整用トナーパターンのトナー付着量の増加を抑制するための付着量抑制画像を形成する。

また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に回転しながらトナーを供給して該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、トナーパターンを担持して移動するトナーパターン担持体と、トナーパターンに光を照射してその反射光を検知するトナーパターン検知手段と、非画像形成時に前記トナーパターン担持体に調整用トナーパターン１を形成し、該調整用トナーパターン１からの反射光を前記トナーパターン検知手段で検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する調整モードと、画像形成時に調整用トナーパターン２を非画像領域に作成し、前記トナーパターン検知手段を用いて該調整用トナーパターン２を検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する第２の調整モードと、を有し、トナーパターン１の少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率と、調整用トナーパターン２の少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率とが一致するように調整用トナーパターン１及び調整用トナーパターン２を作成する。

本発明によれば、トナーパターンの直前に形成された画像の影響による濃度変動を抑制でき、画像濃度の均一化、ひいては画質向上に寄与する。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタの概要構成図である。 非印刷時の調整動作を示すフローチャートである。 トナーパターンの電位と現像バイアスとの関係を示す図である。 非印刷時の調整用トナーパターン１（ベタ階調パターン）を示す平面図である。 光学センサの構成を示す概要断面図である。 ブラックトナーにおける光学センサの正反射光出力とトナーパターン濃度との関係を示す図である。 カラートナーにおける光学センサの拡散反射光出力とトナーパターン濃度との関係を示す図である。 複数のトナーパターンに対する光学センサの出力を示す図である。 非印刷時のトナーパターン（ドット階調パターン）を示す平面図である。 ドット階調パターンにおける面積率の変化を示す図で、（ａ）はシアントナーについての図、（ｂ）はブラックトナーについての図である。 印刷時の調整動作を示すフローチャートである。 調整用トナーパターン２とその作成領域を示す平面図である。 現像スリーブの周方向と画像濃度との関係を示す図である。 現像スリーブ上のトナー量と現像スリーブの電位との関係を示す図である。 非印刷時の調整用トナーパターン１の作成例を示す要部平面図である。 第３の実施形態における調整用トナーパターン１の作成例を示す要部平面図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置としてのフルカラー方式のカラープリンタの概要構成図である。カラープリンタ１の装置本体２内の略中央部には、像担持体としての４つのドラム状の感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫが、水平方向に等間隔で並列に配置されている。符号の添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示している。以下において、これらの添え字は適宜省略する。

イエロー画像用の感光体３Ｙについて説明する。感光体３Ｙは、例えば直径３０〜１００ｍｍ程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機半導体層を設けた構造よりなり、図中時計回り方向に回転駆動される。感光体３Ｙの下方側周囲には、静電写真プロセスに従い、帯電ローラ４Ｙ、現像剤担持体としての現像ローラ（以下、「現像スリーブ」ともいう）５Ｙを有する現像装置６Ｙ、クリーニング装置７Ｙ等の作像手段が順に配設されている。これらは１つの筐体内に一体的に収容されてプロセスカートリッジを構成し、プロセスカートリッジは装置本体２に対して着脱自在となっている。用いるトナーの色が異なるだけで、マゼンタ、シアン、ブラック画像用の感光体３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫ側についても同様である。感光体としてはベルト状のものを用いてもよい。

各プロセスカートリッジの下方には、静電潜像を形成するための露光装置８が設けられている。露光装置８は、各色の画像データに対応したレーザ光を、帯電ローラによって一様に帯電された感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫに対して照射しながら走査する。各帯電ローラ４と各現像ローラ５との間には、この露光装置８から照射されるレーザ光が感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫに向けて入り込むように細長いスペース（スリット）が確保されている。露光装置８としては、レーザ光源、ポリゴンミラー等を用いたレーザスキャン方式のものを示したが、ＬＥＤアレイと結像手段とを組合せた方式の露光装置を用いることもできる。

感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫの上部には、複数のローラ９、１０、１１により支持されて反時計回り方向に回転駆動されるトナーパターン担持体としての中間転写ベルト１２が設けられている。ここでは、中間転写ベルト１２がトナーパターン担持体であるが、感光体３上のトナーパターンを直接検知する場合には感光体がトナーパターン担持体としてなる。また、用紙等の記録媒体を搬送しながら感光体上のトナー像を直接記録媒体に転写し、記録媒体上にトナーパターンを形成する場合には、記録媒体がトナーパターン担持体としてなる。

中間転写ベルト１２は、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫに対して共通なものであり、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫの現像工程後の一部が接触するようにほぼ水平状態で扁平に配置されている。中間転写ベルト１２の内周部には、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫに対向させて転写ローラ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３ＢＫが設けられている。中間転写ベルト１２の外周部においては、例えば、ローラ１１に対向する位置にクリーニング装置１４が設けられている。クリーニング装置１４は、中間転写ベルト１２の表面に残留する不要なトナーを除去する構成を有している。

中間転写ベルト１２は、例えば、基体の厚さが５０〜６００μｍの樹脂フィルム或いはゴムを基体とするベルトであって、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫからのトナー像を転写可能とする抵抗値を有する。感光体３、帯電ローラ４、現像装置６、クリーニング器７、露光装置８からなるトナー像作成部により各感光体３上にトナー像が作成され、これらのトナー像は転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に重ね合わせるように転写される。

装置本体２内において、露光装置８の下方には複数段、本例では２段の給紙カセット２３、２４が引き出し自在に配設されている。これらの給紙カセット２３、２４内に収納された記録媒体としての用紙Ｓは、対応する給紙ローラ２５、２６により選択的に給紙される。給紙された用紙Ｓは、２次転写位置に向けて搬送経路２７をほぼ垂直に搬送される。中間転写ベルト１２の側方には無端状の搬送ベルト３５が配設されている。搬送ベルト３５のループ内において、２次転写手段としての２次転写ローラ１８が中間転写ベルト１２の支持ローラの一つであるローラ９と対向するように設けられている。ローラ９と２次転写ローラ１８は中間転写ベルト１２及び搬送ベルト３５を挟んで圧接され、所定の転写ニップを形成する。

２次転写位置の直前の搬送経路２７には、２次転写位置への給紙タイミングをとるレジストローラ対２８が設けられている。２次転写位置の上方には、搬送経路２７に連続し、装置本体２の上部の排紙スタック部２９に繋がる搬送排紙経路３０が形成されている。搬送排紙経路３０中には定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置３１や、排紙ローラ対３２等が配設されている。装置本体２内において、排紙スタック部２９の下部の空間には、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫで用いる各色のトナーを収納し、そのトナーを対応する現像装置６にポンプ等により搬送供給可能なトナー容器収納部３３が設けられている。

上記構成のカラープリンタ１において、用紙Ｓに画像を形成する動作について説明する。まず、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という）、スキャナー、ファクシミリ等から、出力画像に対応する画像信号がコントローラ５０に伝送される。
コントローラ５０は、この画像信号を後述する制御動作により決定された適正な出力画像信号に変換し、露光装置８に伝送する。露光装置８では半導体レーザから出射されたイエロー用の画像データ対応のレーザ光が帯電ローラ４Ｙにより一様に帯電された感光体３Ｙの表面に照射され、これにより感光体３Ｙに静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置６Ｙによる現像処理を受けてイエロートナーで現像され、可視像となり、感光体３Ｙと同期して移動する中間転写ベルト１２上に転写ローラ１３Ｙによる転写作用を受けて転写される。

このような潜像形成、現像、転写動作は感光体３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫ側でもタイミングをとって順次同様に行われる。この結果、中間転写ベルト１２上には、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ及びブラックＢＫの各色のトナー画像が順次重なり合ったフルカラートナー画像として担持され、搬送される。
一方、給紙カセット２３、２４のいずれかから用紙Ｓが給紙され、搬送経路２７を通ってレジストローラ対２８へと搬送される。中間転写ベルト１２上のフルカラートナー画像とタイミングをとって用紙Ｓがレジストローラ対２８より送り出され、２次転写ローラ１８の作用により中間転写ベルト１２上のフルカラートナー画像が用紙Ｓ上に転写される。フルカラートナー画像が転写された用紙Ｓは搬送ベルト３５により定着装置３１へと搬送され、定着装置３１による定着処理を経て排紙ローラ対３２により排紙スタック部２９上に排紙される。

両面印刷の場合は、定着後の用紙Ｓを切換爪３８を切り換えることにより反転路３６へ導き、切換爪３９を切り換えることにより反転後の用紙Ｓを再給紙路３７からレジストローラ対２８へと再給紙して用紙の表裏を反転させる。このとき、中間転写ベルト１２上には裏面画像となるトナー像を形成して担持させておき、用紙Ｓの裏面（第二面）にトナー像を転写して定着装置３１による定着処理を経て排紙ローラ対３２により排紙スタック部２９上に排紙する。
ここではフルカラー印刷の場合で説明したが、特定色あるいはブラックによるモノクロ印刷時であっても、使用されない感光体が存在するだけで、動作的には同様である。

図２に基づいて、非印刷時の濃度制御（以下、「非印刷時制御」という）を説明する。
非印刷時とは、電源オン後の立ち上げ動作時や画像出力前後の感光体３の空走時等の、画像形成装置１が画像出力をしていない非画像形成時をいう。非印刷時制御は調整モードにて実行される。

一般に、画像形成装置では、一度画像濃度を検知して濃度補正をしても、濃度は経時的にずれていく。特に、画像形成装置内部の温湿度が変化したときや長い放置時間があったときは、濃度はずれる傾向にある。また、出力枚数が増えるにつれて濃度はずれていく。

そこで、実験的に定められた所定の出力枚数を印刷した後や、画像形成装置内部に設置した温湿度検知センサが実験的に求められた閾値以上の変化を検出したとき、あるいは実験的に決定された放置時間を超えて画像形成装置が使用されなかったとき等を作像条件の調整タイミングとして定め、コントローラ５０の内部のメモリに記憶させておく。コントローラ５０は、内部に記憶しているプログラムに従い、上記のような調整タイミングにあるかどうかを判断する（Ｓ１）。調整タイミングに来ていると判断されると、図３に示すように、現像装置６の帯電バイアス、現像バイアスが切り替えられ、露光装置８により図４に示すような階調性のトナーパターンが感光体３上にレーザフル点灯で露光される。

ここで、トナーパターンとは、階調パターン全体を意味することもあり、階調パターンを構成する個々のトナーパターンを意味することもある。フル点灯とは、図４のトナーパターンに相当する領域はレーザ光でドットを作ることなく露光し続けることをいう。このように露光すると、露光後のトナーパターンの感光体電位は図３に示すようにほぼ同じ値となる。

このトナーパターンに対して、図３に示すように現像バイアスを段階的に切り替えていくと、トナーパターン電位と現像バイアスとの差に比例してトナーが増えるように現像がなされる。その結果、図４に示すように、濃度の異なる１０個のトナーパターン（調整用トナーパターン１）が各色の感光体上に形成される（図２（Ｓ２））。トナーパターンは、感光体３上のレーザスキャン方向（以下、「主走査方向」という）の前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所、つまり中間転写ベルト１２の移動方向と直交方向の端部領域と中央領域に作られる。図４では、上からブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナーパターンが形成されている。トナーパターンの大きさが小さいほど、トナー消費量が少なくなる。

本実施形態のトナーパターンは矩形状であり、主走査方向の長さは５ｍｍ、中間転写ベルト１２の移動方向であって主走査方向と直交する副走査方向の長さは７ｍｍである。帯電バイアスを現像バイアスと同期して切り替えるのは、現像バイアスと帯電バイアスの差が大きすぎると２成分現像装置ではキャリアが感光体３に付着する等の不具合が出るからである。トナーパターンの副走査方向の間隔は４ｍｍである。図４において、階調パターンの全長Ｌは４３４ｍｍ、感光体ドラム間のピッチＬ１は１１０ｍｍである。

感光体３上に形成されたトナーパターンは、転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写される。その結果、図４に示すように、中間転写ベルト１２上にはその前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所に各色１０個のトナーパターンが形成される。次いで、トナーパターンの反射濃度がトナーパターン検知手段としての反射型の光学センサ４０Ｆ、Ｃ、Ｒにより検出される（図２、Ｓ３）。図４に示すように、光学センサ４０Ｃは像光中心に位置し、光学センサ４０Ｃと光学センサ４０Ｆ、４０Ｒとの距離Ｌ２はそれぞれ１６０ｍｍである。図４において、符号Ｋは基準ポイントを示している。

光学センサ４０は、例えば図５に示すように、発光素子４０Ｂ−１、正反射光受光素子４０Ｂ−２及び拡散反射光受光素子４０Ｂ−３を有している。光学センサを、以下単にセンサともいう。発光素子４０Ｂ−１の照射光は、中間転写ベルト１２上で反射する。正反射光は正反射光受光素子４０Ｂ−２で検知され、拡散反射光は拡散反射光受光素子４０Ｂ−３で検知される。

図６は、ブラックトナーパターンの濃度に対する正反射光受光素子４０Ｂ−２の出力の例を示す図である。ブラックトナーの場合、トナー量が増えるにつれて正反射光が減るので、正反射光受光素子４０Ｂ−２を用いて濃度制御を行う。
一方、カラートナーパターンの濃度に対する拡散反射光受光素子４０Ｂ−３の出力は、例えば図７に示すようになる。カラートナーの場合、トナー量が増えるにつれて拡散反射光が増えるので、拡散反射光受光素子４０Ｂ−３を用いて濃度制御を行う。

複数（ここでは１０個）のトナーパターンのセンサ出力は、例えばブラックトナーパターンでは図８に示すようになる。中間転写ベルト１２の移動に伴ってセンサ直下をトナーパターンが通過すると、ブラックトナーパターンの濃度に応じてセンサ出力が時間的に変化する。
このセンサ出力に対して、トナーパターンの無い地肌部分と区別できる閾値を設定し、その閾値からセンサ出力が下がったところをトリガにしてトナーパターン位置又はトナーパターン濃度に対応するセンサ出力を特定する。４つの感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３ＢＫのいずれかにおいて、最初にトナーパターンを書き込んだタイミングをトリガにして、各部品のレイアウトとプロセス線速とからセンサ直下にトナーパターンが来るタイミングを予測することができる。よって、そのタイミングでトナーパターンを読み取ってもよいが、誤差を考慮するとトナーパターンを大きくする必要がある。

これに対して、センサ直下にトナーパターンが来るタイミングからある程度の時間早めに発光素子４０Ｂ−１が発光を開始し、データサンプリングを連続して行い、前述の閾値を用いてトナーパターンを特定することもできる。これによれば、レイアウト上のタイミングからトナーパターンの露光・読み取りタイミングを決める方法よりもトナーパターンの大きさを小さくすることができる。トナーパターンの大きさが小さくなると、トナー消費量をその分減らすことができる。光学センサ４０の検知領域を小さくすることもトナーパターンの大きさを小さくする上で望ましい。

発光素子及び受光素子の小型化又はスリット等の設置等により、本実施形態のセンサ検知領域は１ｍｍ径の円形状となっている。センサ検知領域は２ｍｍ以下が望ましい。本実施形態では、図４に示すように、トナーパターンの副走査方向の長さは７ｍｍであるが、データサンプル数やパターンエッジの検出精度等を考慮すると、５ｍｍ程度であってもよい。トナーパターンの副走査方向の長さは５〜７ｍｍの範囲が好ましい。

トナーパターンのセンサ出力から各トナーパターンの反射濃度が分かる（図２ Ｓ３）。横軸を現像バイアス、縦軸を反射濃度とするグラフに、現像バイアスに対する反射濃度の１０個のデータをプロットし、これらのデータを直線で近似したときの直線の傾きγを求める（図２、Ｓ４）。この傾きγは各トナーの現像装置の現像能力を表す。傾きγは現像剤のトナー濃度を変えることにより制御することができる。傾きγが狙いの値より大きいときは、トナー濃度を下げ、小さいときはトナー濃度を上げれば、傾きγを狙いの値に近づけることができる。

傾きγを変えなくても、現像バイアスを変えれば最大濃度を調整することができる。現像バイアスの絶対値を増大させれば、現像されるトナー量は増え、最大濃度のトナーパターンの反射濃度は濃くなり、逆に現像バイアスの絶対値を減少させれば反射濃度は薄くなる。
現像バイアスを変えるときは連動して帯電バイアスを変更し、トナーを現像しない領域の感光体帯電電位と現像バイアスの差分を一定に保つ必要がある。本実施形態では、傾きγの値が所定範囲内のときは現像バイアスと帯電バイアスを変更して、狙いの最大反射濃度が得られるようにし、傾きγが所定範囲から外れたときはトナー濃度の制御目標値を変更して、傾きγが所定範囲内に入るようにしている。現像バイアスと帯電バイアスの変更量は、実験的に決定した値とセンサの検知結果から容易に求めることができる（図２、Ｓ５）。

傾きγとトナー濃度との関係も事前に実験的に求めることができ、そのデータと検知された傾きγから変更すべきトナー濃度量を求めることができる（図２、Ｓ５）。一般的に、現像装置内のトナー濃度はトナー濃度センサを用いて検出することができ、狙いのトナー濃度になるようにそのセンサ出力に基づいてトナーを補給する。変更すべきトナー濃度が決まったら、トナー濃度センサの制御目標値を変更し、トナー濃度を設定する（図２、Ｓ６）。また、現像バイアスと帯電バイアスを設定する（図２、Ｓ６）。以上の制御により、現像装置６の経時的及び環境的な濃度変動を補正することができる。

次に、図９に示すように、ドットパターン（調整用トナーパターン１）を作る。このドットパターンは、図１０に示すようにドットで構成され、面積率を変えたものである。換言すれば、面積階調パターンである。図９の例では、上から順に、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのドットパターンが形成されている。デジタル画像形成装置では、中間濃度は単位面積あたりに占めるドットの割合、すなわち面積率で表現される。面積率を変化させることで、低濃度、中間濃度、高濃度を実現することができる。

感光体３の感度変動等により、上述のフル点灯による露光を行ってもドットで構成された中間濃度には変動が発生することがある。この変動を補正するため、通常の画像出力時と同じ帯電出力、現像バイアス、露光条件のもと、面積率を変えたドットパターンで構成された複数のトナーパターンを中間転写ベルト１２上に作成し、センサ４０により検知する（図２、Ｓ７）。面積率を変えるには、小さいドットを分散しつつドットの数を増やしていく方法と、ドットを集中させて徐々に大きくしていく方法が考えられるが、本実施形態では後者のドットを大きくしていく方法を用いる。この方法のほうが、ジッター等のノイズに対して安定しているからである。

図１０（ａ）に示す左側縦一列のドットパターンはシアンの例であり、図１０（ｂ）に示す右側縦一列のドットパターンはブラックの例である。ドットは図中上側から下側に向かって大きくなっている。シアンのドットパターンの面積率は、上から順に１２．５％、２５．０％、３７．５％、５０．０％、６２．５％、１００％である。ブラックのドットパターンの面積率は、上から順に１２．５％、２５．０％、３７．５％、５０．０％、６２．５％、５０％である。面積率を変えたドットパターンは出力画像信号と対応している。

センサ出力よりドットパターンの反射濃度を求め、横軸に出力画像信号、縦軸にドットパターンの反射濃度をとったグラフにおける近似関数を算出する（図２、Ｓ８）。同時に、ブラックでは面積率５０％のパターン濃度、イエロー、マゼンタ、シアンでは面積率１００％のパターン濃度がコントローラ５０内に記憶される（図２、Ｓ８）。算出した近似関数から、ＰＣ等からの入力信号で要求される反射濃度を出力するのに必要な出力画像信号（ドットの面積率）を求めることができる（図２、Ｓ９）。
したがって、入力画像信号から、その入力信号が要求する濃度を出すのに必要な出力画像信号を決定することができる（図２、Ｓ９）。

最後に、コントローラ５０は、画像形成動作中に行う印刷時制御の濃度目標値を決定する（図２、Ｓ１０）。印刷時制御については後述するが、印刷時制御におけるトナーパターンの濃度目標値Ｘは以下のように決定される。
すなわち、Ｓ６で設定したトナー濃度、現像バイアス、帯電バイアスによって作成された、図１０に示すような面積率を変えたトナーパターンの中に、印刷時制御で使用するトナーパターンが含まれている。そのトナーパターンの非印刷時の端部領域のドットパターン検知濃度の平均値を濃度目標値Ｘとする。ここで、非印刷時の端部領域のドットパターン検知濃度とは、図９の光学センサ４０Ｆ、４０Ｒにより検知されたドットパターンであって、図２のＳ８で記憶したブラックの面積率５０％のトナーパターンとカラートナーの面積率１００％のトナーパターンの検知濃度である。

上述のように平均値を求める他に、面積率の異なる複数のトナーパターンのセンサ出力を直線で近似し、濃度目標値Ｘを定めても良い。

次に、図１１及び図１２に基づいて、印刷時の濃度制御（印刷時制御）を説明する。
印刷時とは、カラープリンタ１が画像出力をしている画像形成時（画像形成動作中）をいう。印刷時制御は第２の調整モードにて実行される。

印刷時のトナーパターン検知は常時行っても良いが、濃度が大きく変化することは稀である。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、一定枚数出力毎又はカラープリンタ１の所定動作時間毎又は感光体３や現像ローラ５の所定走行距離毎にトナーパターンを作成し、濃度制御を行うとよい。

印刷時制御では、まずそのような作像条件調整タイミングにあるかどうかをコントローラ５０が判断する（図１１、Ｓ１１）。作像条件調整タイミングに来たと判断したときには、コントローラ５０は、図１２に示すように、画像領域の出力画像の書き込みに加えて、中間転写ベルト１２上の主走査方向端部の非画像領域において、トナーパターン（調整用トナーパターン２）を作成する（図１１、Ｓ１２）。非印刷時制御におけるよりもパターン数が少数のこのトナーパターンは、非印刷時制御で作成したトナーパターン（調整用トナーパターン１）の中から事前に選択されたものであって、図２における非印刷時制御のフローチャートで濃度目標値Ｘ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で、非印刷時制御で現像バイアス等を合わせた直後のカラープリンタ１の状態を維持することが、異なるトナーパターンを用いるときより容易となる。

図１２のトナーパターンにおいて、最も下のブラックのトナーパターンは中間濃度パターンであって、特に面積率５０％のドットパターンである。このような面積率のドット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光受光素子の出力特性を示す図６から分かるように、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の変化が小さくなり、感度が下がるからである。よって、図６で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、印刷時制御のトナーパターン濃度を設定することが望ましい。領域Ａの範囲は約７０％以下の面積率にある。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濃い方がよい。したがって、トナーパターン濃度の下限は３０％としている。

作像されたトナーパターンは、光学センサ４０Ｆ、４０Ｒの下を通り抜け、反射濃度が検知される（図１１、Ｓ１３）。このときのデータサンプル方法は、前述のレーザフル点灯で作成したトナーパターンの読み取り時と略同じである。すなわち、パターン書き込みタイミングから、レイアウトとプロセス線速からセンサ直下にトナーパターンが来る時間が分かる。そこで、その時間より少し早めに発光素子４０Ｂ−１を点灯させ、予め定めた閾値を下回ったところからトナーパターン位置又はトナーパターン濃度に対するセンサ出力を特定する。

本実施形態では、図１２に示すように、２つの同じドットパターンの平均濃度を計算する。センサ出力から分かる反射濃度と、先の非印刷時制御で決定した濃度目標値Ｘとを比べ、目標トナー濃度、光量、現像バイアスのいずれかを調整する（図１１、Ｓ１４）。反射濃度が濃度目標値Ｘより低ければ、トナー濃度の制御目標値を上げるか、光量を増やすか、現像バイアスの絶対値を増大させればよい。反射濃度が濃度目標値Ｘより高ければ逆にこれらを減少させればよい。変更量は、個々の画像形成装置に応じて実験的に決められる。

書き込み光量はトナー濃度と比べて比較的早く増減させることができるので、本実施形態の装置においては光量を調整している。

以上のように、本実施形態では非印刷時に複数のトナーパターン（調整用トナーパターン１）を作像して、作像条件を高精度で設定し、印刷時にはより少数のトナーパターン（調整用トナーパターン２）を出力画像と並行して形成し、検知する。印刷時には非印刷時と同じ状態を維持しながら濃度制御を行うので、非印刷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、印刷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することができる。

図１３に基づいて、全面を非画像部とした画像を形成した直後に全面ベタ画像を形成したときの、画像先端から後端までの画像濃度の測定結果を示す。同図において、用紙Ｓの長さ方向は、現像スリーブの周長方向すなわち回転方向に一致している。同図から、画像先端から一定長さ部分とそれ以外の部分との画像濃度が異なり、画像先端から一定長さ部分の画像濃度がそれ以外の部分の画像濃度より濃くなっていることが分かる。この先端部分の画像濃度と後端部分の画像濃度との濃度差は、約０．１であった。

カラーで作像する場合に、２色のベタ画像を重ねる場合など、複数の色の画像を重ねると、上記濃度差はより明確となるという問題がある。かかる一定長さ部分について検討したところ、該一定長さは、現像スリーブの１周長に一致していた。この点について本発明者らが考察したところ、現像スリーブに付着したトナーが現像バイアスと同極性に帯電していることに起因して、仮に現像バイアスが印加されていない状態であっても、現像スリーブにトナーが付着している場合には、現像スリーブの表面に現像バイアスが掛かっているのと同一視される状態となってしまっていることが判明した。

図１４に、一般的な現像スリーブに、トナーが付着又は固着したときの、現像スリーブ表面のトナー濃度、換言すると現像スリーブに付着したトナーの量と、現像スリーブ表面の電位との関係を示す。現像スリーブ表面のトナー濃度は、ベタ画像形成後に現像スリーブからキャリアを引き離したときの現像スリーブ表面のトナー濃度を反射濃度計によって測定した値である。トナー濃度の測定時にはバイアス電圧は印加していない。
同図から明らかなように、トナーの付着が少ないと測定値は小さくなり、トナーの付着やトナーの固着が生じた状態では測定値が高くなる。また、現像スリーブへのトナーの付着量や固着量が増えるに従い、現像スリーブの表面電位も上昇することがわかった。

現像スリーブの表面電位の上昇は、例えば図１４に示した、現像スリーブ表面の電位の分生じる。トナーの付着やトナーの固着の量の増減は、その画像を形成する前に形成した画像である前画像の画像面積率の増減と同様の傾向を示す。図１３及び図１４から、画像濃度は、その画像を形成する前に形成した画像である前画像の画像面積率によって影響を受けることが分かる。
例えば、前画像の画像面積率が低く前画像形成後に現像スリーブ上に残留しているトナーの量が多い場合には、この残留しているトナーにより現像スリーブの実効バイアスが高くなる。これにより、次の画像の画像濃度が、少なくとも現像スリーブの１周長分高くなる。

この点についてさらに説明すると、図１３に示したように、画像先端から現像スリーブ１周分に対応する長さだけベタ画像の画像濃度が濃い現象は、全面が非画像部の前画像を形成後の現像スリーブ表面にはトナーが多く付着した状態であり、実効の現像バイアスが高くなっているために、現像に用いられるトナーの量が多くなることによって生じる。その後、現像スリーブが１回転し、この間にベタ画像の現像を行うと、現像スリーブ上に付着していたトナーの多くは現像によって現像スリーブから静電的に離れてしまう。よって、現像スリーブの２回転目の実効の現像バイアスは実際に現像スリーブに印加している現像バイアス程度にまで低くなり、現像スリーブ２回転目以降において現像に用いられるトナーの量は、１周目よりも少なくなるため、濃度差が発生する。

このような現象は、プロセスコントロール時にも生じる。前述したように、図２（Ｓ１０）において、印刷時の制御に用いる濃度目標値の決定を行う。この時に、トナーパターンのトナー量がトナーパターン形成直前の画像面積率によって変化してしまうと、印刷時の制御の目標値がずれてしまうことになる。そのため、印刷時の画像濃度が適正範囲から外れる可能性がある。

例えば、基準トナー像の形成直前の画像面積率が低いとともに、基準トナー像が形成された位置が、直前に画像が形成された位置から、現像スリーブ１周長以内に対応している場合には、光学センサによって検知される基準トナー像のトナー量が、実際に検知されるべきトナー量より多くなる。このため、プロセスコントロールが、適正な画像濃度よりも低い画像濃度となる側に行われることとなる。

この問題を解消すべく、本実施形態では、印刷時の制御に用いるトナーパターンの作成時と、非印刷時のプロセスコントロール実行時の目標とするトナー付着量を決定する際のトナーパターンの作成時の少なくとも現像スリーブ１周分手前の画像面積率が同じになるようにする。すなわち、非印刷時のプロセスコントロールでの調整用トナーパターン１の作成時と、印刷時の制御に用いる調整用トナーパターン２の作成時とで、いずれも直前画像の影響を受けないようにする。
本実施形態では、印刷時のトナーパターン（調整用トナーパターン２）は、図１２で示すように、主走査方向端部の非画像領域に作成するトナーパターンを作成する直前に画像は作成されないため、現像スリーブ１周分手前の領域については画像面積率が０となる。
図１３で示すように、トナーパターンを作成する直前の画像面積率が低い場合にはトナー付着量が高くなる傾向がある。このため、印刷時のトナーパターンのトナー付着量は毎回高い状態となる。

図９に示す方式のように、目標付着量を決めるトナーパターンを連続する階調の途中から後半にかけて作成すると、その前半部分（階調パターンの濃度が低い側）のトナーパターンが現像スリーブ１周分手前に位置することになる。現像スリーブ１周分手前とは、感光体上でトナーパターンを形成するときの時間的に現像スリーブ１周分過去の領域である。
このため、目標付着量を決める際には図１３で示すトナー付着量が高くならない領域となる。その結果、目標付着量は低く、一方、印刷時のトナーパターンの付着量は高くなるため、トナー付着量を下げる方向に作像条件（トナー濃度、現像バイアス、ＬＤパワーなど）を変更する制御となる。このため、画像濃度が徐々に低下するようになる。次のプロセスコントロール時に再度適正な画像濃度になるように設定されるが、印刷中には画像濃度を低下させるといったことが繰り返し実施されることになる。すなわち、リピート変動を生じる。

図１５に、上記問題を解消するための本実施形態におけるトナーパターン（調整用トナーパターン１）のレイアウトを示す。印刷時に作成するトナーパターン（調整用トナーパターン２）と同一の画像面積率のトナーパターンである目標付着量決定用のトナーパターンＰ１を画像処理用の面積階調パターンＰの先頭に作成する。その際に、現像スリーブ１周分手前の領域は必ず何もパターンを作らない領域とする。
これは、印刷時に作成するトナーパターンを作成する直前に画像は作成されないため、現像スリーブ１周分手前の領域については画像面積率が０となる条件に合わせるためである。このようにすれば、図１３で説明した原理から、目標付着量を決定する際もトナー付着量が高くなる。すなわち、目標付着量決定用のトナーパターンＰ１のトナー付着量が高くなる。

印刷時にトナーパターンを作成し画像濃度を調整する制御では、プロセスコントロール時の画像濃度を維持することができればよいため、目標付着量決定時、印刷時のどちらも付着量が高い状態となれば差異が発生しない。
このため、制御で画像濃度を低く（もしくは高く）誘導することはなく、適正な画像濃度を維持することが可能となる。

本実施形態によれば、トナーパターンを作成する直前の画像面積率による影響によるトナー付着量のずれが発生しなくなるため、プロセスコントロール直後の画像濃度をリピート変動がない状態で維持することが可能となる。プロセスコントロール時には、現像スリーブ１周分手前に何も画像を作成しないようにしたので、トナーパターン作成条件を印刷時の目標付着量決定時と一致させることができる。

印刷時のトナーパターンの直前にトナーパターンを作成するようにしても良い（第２の実施形態）。
上記のように、トナーパターン直前の画像面積率に応じてトナーパターンの付着量が変化することから、印刷時に作成するトナーパターンの直前にトナーパターンを作成し、プロセスコントロール時の目標付着量を決定する場合の現像スリーブ１周分手前の画像面積率と同じになるようにする。
このようにすることで、印刷時のトナーパターンの付着量が高くなることを防ぐことができ、目標付着量と印刷時のトナーパターンの付着量との間に差異がなくなるため、画像濃度を適正に維持することが可能となる。この場合のトナーパターンの直前に作成するトナーパターンは、付着量抑制画像である。

図１６に基づいて第３の実施形態を説明する。
図９で示したように、画像処理の補正では、面積率の異なるパターン（面積階調パターン）を作成する。画像処理に用いるトナーパターンにおいては、直前の画像面積率に応じてトナー付着量が変化してしまうと、画像処理の補正が適正できなくなる可能性がある。例えば、面積率の異なる画像を作成する際にその現像スリーブ１周分手前の画像面積率が０の場合、トナーパターンの付着量は高くなる。そのため、入力の面積率に対して、光学センサの検知結果による付着量が高くなるため、画像処理部へのフィードバックとして入力の面積率が低くなるように設定される。

しかしながら、実際の画像部ではトナー付着量が高くなっていない場合があるため、画像濃度が狙いより低く設定されてしまう可能性がある。そのため、画像処理部へフィードバックする際のトナーパターンに対しては、直前の画像面積率による影響がないようにトナーパターンを作成する必要がある。

画像処理用のトナーパターンを作成する直前、すなわち現像スリーブ１周分手前の部分に、付着量抑制画像としてのトナーパターンを作成し、画像面積率が高い状態にすれば、トナー付着量が高くなる影響を防ぐことが可能となる。しかしながら、制御で用いないトナーパターンを作成することになるため、トナー消費量の増加や、トナーパターンを作成する分だけ調整時間が長くなる。

このため、本実施形態では、図１６に示すように、印刷時の目標付着量を決めるためのトナーパターンＰ１を作成し、トナーパターンＰ１のちょうど現像スリーブ１周後の位置に画像処理に用いる面積率を変化させた階調パターンＰを作成するようにする（第３の調整モード）。図１５で示したのと同様に、先頭パターンであるトナーパターンＰ１の現像スリーブ１周分手前は画像面積率が０となるように、トナーパターンの作成は実施しない。

このようにトナーパターンを作成することで、画像処理部へフィードバックするためのトナーパターンＰは直前にトナーパターンＰ１があるため、トナー付着量が低下する現象は発生しない。すなわち、現像スリーブ１周分手前が画像面積率０であることによる影響を受けるのはトナーパターンＰ１であり、トナーパターンＰは影響を受けない。また、トナー付着量が高くなるのを防ぐためだけのトナーパターンを作成する必要がないため、トナー消費量や調整時間が増加することを防ぐことができる。トナーパターンＰ１は付着量抑制画像である。

図１６に示すように、現像スリーブ１周の長さは、トナーパターンＰ１を構成する各トナーパターンのサイズに対して長いため、目標付着量を算出するための同一のトナーパターンを複数作成し、その平均値で目標付着量を算出するようにするとよい。目標付着量算出用のトナーパターンが１つの場合、画像処理に用いるトナーパターンの２〜３個目の現像スリーブ１周前は画像がない状態となり、トナー付着量が増加する可能性がある。そのため、目標付着量算出用のトナーパターンは現像スリーブ１周分の間でトナーパターンが作成できる個数（ここでは３つ）を作成する。このようにすれば、画像処理用のトナーパターンの２〜３個目に対してトナー付着量が増加してしまう現象を防ぐことが可能となる。

上記各実施形態では、非印刷時のプロセスコントロールでの調整用トナーパターン１の作成時と、印刷時の制御に用いる調整用トナーパターン２の作成時とで、いずれも直前画像の影響を受けないようにしたが、本発明はこれに限定されない。非印刷時のプロセスコントロールのみで濃度制御を実施する場合も、階調パターンの濃度が低い前半部分の前に、トナーパターン等の付着量抑制画像を形成すれば階調パターンの濃度変動を抑制することができ、濃度目標値の精度を向上させることができる。印刷時に非画像領域にトナーパターンを形成するのみで濃度制御を実施する場合も同様である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる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。
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例示したに過ぎず、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。

３ 像担持体としての感光体
５ 現像剤担持体としての現像ローラ
６ 現像装置
１２ トナーパターン担持体としての中間転写ベルト
４０ トナーパターン検知手段としての光学センサ

特開２０１１−１５０１８２号公報

Claims (8)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に回転しながらトナーを供給して該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、
   トナーパターンを担持して移動するトナーパターン担持体と、
   トナーパターンに光を照射してその反射光を検知するトナーパターン検知手段と、
   非画像形成時又は画像形成動作中に前記トナーパターン担持体に調整用トナーパターンを形成し、該調整用トナーパターンからの反射光を前記トナーパターン検知手段で検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する調整モードと、
   を有し、
   前記調整用トナーパターンを形成するときに、前記調整用トナーパターンの前記現像剤担持体の１周分手前に、該１周分手前の画像面積率が低いことに起因する前記調整用トナーパターンのトナー付着量の増加を抑制するための付着量抑制画像を形成する画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記付着量抑制画像がトナーパターンである画像形成装置。
3. 像担持体と、
   前記像担持体に回転しながらトナーを供給して該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、
   トナーパターンを担持して移動するトナーパターン担持体と、
   トナーパターンに光を照射してその反射光を検知するトナーパターン検知手段と、
   非画像形成時に前記トナーパターン担持体に調整用トナーパターン１を形成し、該調整用トナーパターン１からの反射光を前記トナーパターン検知手段で検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する調整モードと、
   画像形成時に調整用トナーパターン２を非画像領域に作成し、前記トナーパターン検知手段を用いて該調整用トナーパターン２を検知し、その出力をトナー付着量に変換することにより、適正なトナー付着量を得るべく作像条件を変更する第２の調整モードと、
   を有し、
   トナーパターン１の少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率と、調整用トナーパターン２の少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率とが一致するように調整用トナーパターン１及び調整用トナーパターン２を作成する画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   調整用トナーパターン２の付着量の目標値を、第１の調整モードで決定した作像条件で作成した、調整用トナーパターン２と同一の画像面積率を有する調整用トナーパターン１を前記トナーパターン検知手段で検知した結果により決定する画像形成装置。
5. 請求項３又は４に記載の画像形成装置において、
   調整用トナーパターン２は、主走査方向端部の非画像領域に形成する画像形成装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   調整用トナーパターン１の、少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率が０である画像形成装置。
7. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   調整用トナーパターン２の少なくとも前記現像剤担持体の１周分手前の画像面積率が、調整用トナーパターン１の対応する部分の画像面積率と一致するように、調整用トナーパターン２の直前にトナーパターンを作成する画像形成装置。
8. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   調整用トナーパターン１が、面積率の異なる複数のドットパターンから構成され、
   前記トナーパターン検知手段を用いて前記ドットパターンを検知し、その検知結果より画像処理の入力信号を変更する第３の調整モードを有し、
   調整用トナーパターン１の前記現像剤担持体の１周分手前に、前記目標値を決定するトナーパターンを作成する画像形成装置。

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