JP2017003767A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御の効果が低くなる場合や制御によって濃度むらを悪化させる場合を正確に判断して制御を中止することで、ダウンタイムの発生や画質低下を抑制する。
【解決手段】中間転写ベルトに転写された第一のトナー画像パターンをトナー付着量検知センサで検知し、検知結果に基づいて第一の画像形成条件を決定する。決定した第一の画像形成条件（現像バイアス、露光パワー）に応じて画像形成手段を制御する。第二のトナー画像パターンを第一の画像形成条件下で形成し、検知結果に基づいて第二の画像形成条件（帯電バイアス）を決定する。第一と第二のトナー画像パターンの濃度むら検知情報（振幅、位相）を比較して、制御を実行するか否かを判断する。具体的には、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと第二のトナー画像パターンの位相Ｐｃが理論値からどの程度離れているかで判断を行う。所定値を超えて離れている場合には制御を実行しない。
【選択図】図９

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

近年の電子写真方式の画像形成装置では、画質に対する要求が高まっており、特に、印刷画像のページ内における濃度むらの低減が課題の一つとなっている。この濃度むらは、感光体や現像ローラの回転振れや感度むらによって、感光体と現像ローラ間の電界が変動し、トナー付着量が周期的に変化することに起因している。
特許文献１には、濃度の高い第一の濃度むら検知用パターンを作像して現像バイアスの制御テーブルを作成し、次に、前記現像バイアスの制御テーブルを適用した状態で、中間調の第二の濃度むら検知用パターンを作像して帯電バイアスの制御テーブルを作成し、これらの画像形成条件で画像形成を行うことで画像濃度によらず濃度むらを低減する方法が記載されている。
この方法では現像バイアスだけでなく帯電バイアスも変調させるため、地肌ポテンシャルが支配的となる中間調域でも制御による濃度むらが生じにくい。

しかしながら、特許文献１に記載の制御方式では、中間調の第二の濃度むら検知用パターン検知時に、感光体と現像ローラ間の電界の変動によるもともと存在していた濃度変動と、現像バイアスの制御テーブルの影響で発生する濃度変動とが重畳した状態となっている。
そのため、ノイズ等の影響で第一の濃度むら検知用パターン検知時に誤差があった場合や、もともとの濃度変動が不安定である場合に、周期的な濃度変動が正確に出ず、正しく検知できない場合がある。また、二つの濃度変動の振幅が近い場合、重畳した後の濃度振幅が小さく、正しく検知できない場合もある。このように、位相、振幅などの濃度むら情報の測定誤差が大きくなった場合、制御によって却って濃度むらを悪化させる可能性があった。
このような状況下で制御を実行すると、制御の効果が低くなる場合には制御を実行する時間が無駄になり、制御によって濃度むらが大きくなる場合には画質向上の制御目的とは逆に画質低下を来たすこととなる。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、制御の効果が低くなる場合や制御によって濃度むらを悪化させる場合を正確に判断して制御を中止することにより、ダウンタイムの発生や画質低下を抑制でき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、現像剤担持体を備え、前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体上に転移させて前記像担持体上に形成された潜像をトナー画像として可視化する現像手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体のうち少なくとも一方の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記像担持体上に形成されたトナー画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、所定のトナー画像パターンを前記画像濃度検知手段で検知した結果と、前記回転位置検出手段による検出結果とに基づいて、前記像担持体と前記現像剤担持体とのうち少なくとも一方の回転周期に起因する濃度むらを検知する濃度むら検知手段と、前記像担持体や前記現像手段を含み、前記トナー画像を形成するための画像形成手段と、前記像担持体に第一のトナー画像パターンを形成し、前記濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第一の画像形成条件を決定する第一の画像形成条件決定手段と、決定した第一の画像形成条件に応じて前記画像形成手段を制御する第一の制御手段と、前記像担持体に第一のトナー画像パターンとは濃度が異なる第二のトナー画像パターンを前記決定した第一の画像形成条件下で形成し、前記濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第二の画像形成条件を決定する第二の画像形成条件決定手段と、決定した第二の画像形成条件に応じて前記画像形成手段を制御する第二の制御手段と、第一のトナー画像パターンの濃度むら検知情報と第二のトナー画像パターンの濃度むら検知情報とを比較して、制御を実行するか否かを判断する判断手段と、を有する。

本発明によれば、制御の効果が低くなる場合や制御によって濃度むらを悪化させる場合を正確に判断して制御を中止することにより、ダウンタイムの発生や画質低下を抑制できる画像形成装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのカラー複写機の概要構成図である。 タンデム型画像形成部における一つの画像形成部の構成を示す拡大図である。 制御ブロック図である。 トナー付着量検知センサの構成を示す図である。 制御動作を示すフローチャートである。 トナー画像パターンとこれを検知するトナー付着量検知センサの位置関係を示す平面図である。 感光体の回転位置検出信号とトナー付着量検知信号との関係を示す特性図である。 濃度むらの算出機能を示すブロック図である。 トナー付着量検知信号の測定誤差を示す図である。 濃度むら補正制御の実行要否判断の原理を示す図である。 濃度むらに対する制御テーブルによる補正制御を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態に係る画像形成装置としてのカラー複写機の構成の概要を説明する。符号１００は複写機本体を、符号２００は複写機本体１００を載せる給紙テーブルを、符号３００は複写機本体１００上部に取り付けられたスキャナを、符号４００はスキャナ３００の上に取り付けられた原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）を、それぞれ示している。
このカラー複写機は、タンデム型で中間転写方式を採用する電子写真方式の複写機である。複写機本体１００には、その中央に、中間転写体としての無端状のベルトからなる中間転写ベルト１０が設けられている。中間転写ベルト１０は、３つの支持回転体としての支持ローラ１４、１５、１６に掛け渡されており、図中時計回り方向に回転移動する。

３つの支持ローラのうち、第２支持ローラ１５の図中左側には、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７が設けられている。３つの支持ローラのうち、第１支持ローラ１４と第２支持ローラ１５との間に張り渡したベルト部分には、ベルト移動方向に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成部１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが並べて配置され、画像形成手段としてのタンデム型の画像形成部２０が構成されている。本実施形態においては、第３支持ローラ１６を駆動ローラとしている。
画像形成部２０の上方には、露光手段としての露光装置２１が設けられている。

中間転写ベルト１０を挟んで画像形成部２０の反対側には、第２の転写手段としての２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２においては、２つのローラ２３１、２３２間に転写シート搬送部材としての無端状ベルトである２次転写ベルト２４が掛け渡されている。２次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０を介して第３支持ローラ１６に押し当てられるように設けられている。
２次転写装置２２により、中間転写ベルト１０上のトナー画像が記録媒体としての転写シートＳに転写される。２次転写ベルト２４の表面はクリーニング手段１７０でクリーニングされる。
第１支持ローラ１４と第３支持ローラ１６との間における中間転写ベルト１０の内側にはテンションローラ３１１が設けられており、中間転写ベルト１０のテンションローラ３１１に対向する外側の部位には、画像濃度検知手段としてのトナー付着量検知センサ３１０が配置されている。

２次転写装置２２の図中左方には、転写シートＳ上に転写されたトナー画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、加熱される無端状ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７が押し当てられた構成を有している。
２次転写装置２２には、トナー画像を中間転写ベルト１０から転写シートＳに転写後の転写シートＳを定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備わっている。２次転写装置２２及び定着装置２５の下部には、転写シートＳの両面に画像を記録すべく転写シートＳを反転するシート反転装置２８が設けられている。

上記カラー複写機を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。あるいは、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。その後、スタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿は搬送されてコンタクトガラス３２上へと移動する。
コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００が駆動される。次いで、第１走行体３３及び第２走行体３４が走行する。

第１走行体３３の光源から光が射出されるとともに原稿面からの反射光が第２走行体３４に向けて反射される。第２走行体３４のミラーで反射した光は結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入り、原稿内容が読取られる。
この原稿読取り動作に並行して、駆動源である駆動モータで第３支持ローラ１６を駆動ローラとして回転駆動させる。これにより、中間転写ベルト１０が図中時計回り方向に移動するとともに、この移動に伴って残り２つの支持ローラ（従動ローラ）１４、１５が連れ回り回転する。
これと同時に、個々の画像形成部１８において像担持体としてのドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋを回転させ、各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上に、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いてそれぞれ露光、現像し、単色のトナー画像（顕像）を形成（可視化）する。

各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上のトナー画像を中間転写ベルト１０上に互いに重なり合うように順次転写して、中間転写ベルト１０上に合成カラートナー画像を形成する。
上記画像形成に並行して、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つが選択的に回転され、ペーパーバンク４３に多段に備えられた給紙カセット４４の１つから転写シートＳが繰り出され、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れられる。
転写シートＳは、搬送ローラ４７で搬送されて複写機本体１００内の給紙路に導かれ、レジストローラ対４９に突き当てられて止められる。あるいは、給紙ローラ５０が回転して手差しトレイ５１上の転写シートＳが繰り出され、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れられ、同じくレジストローラ対４９に突き当てられて止められる。

中間転写ベルト１０上の合成カラートナー画像にタイミングを合わせてレジストローラ対４９が回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に転写シートＳが送り込まれ、２次転写装置２２により転写シートＳ上にカラートナー画像が転写される。
トナー画像を転写後の転写シートＳは、２次転写ベルト２４で搬送されて定着装置２５へと送り込まれ、定着装置２５で定着ベルト２６と加圧ローラ２７とによって熱と圧力とを加えられて転写トナー画像を定着される。
定着を終えた後、転写シートＳは切換爪５５で向きを切り替えられて排出ローラ対５６で排出され、排紙トレイ５７上にスタックされる。あるいは、切換爪５５で切り替えられてシート反転装置２８に入れられ、そこで反転して再び転写位置へと導かれ、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ対５６で排紙トレイ５７上に排出される。

トナー画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で残留トナーを除去され、画像形成部２０による再度の画像形成に備える。レジストローラ対４９は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。

図２に基づいて、タンデム型の画像形成部２０を構成する各画像形成部１８の構成について説明する。ここでは、黒色の画像形成部１８Ｋについて説明するが、Ｙ、Ｍ、Ｃの画像形成部も同様の構成を有する。
画像形成部１８Ｋは、ドラム状の感光体４０Ｋの周りに、帯電手段としての帯電ローラ６０Ｋ、潜像電位検知手段としての電位センサ７０Ｋ、現像手段としての現像装置６１Ｋ、感光体クリーニング装置６３Ｋ、除電装置などを備えている。
画像形成時には、感光体４０Ｋは、駆動モータによって矢印Ａ方向に回転駆動される。感光体４０Ｋは、その表面を帯電ローラ６０Ｋによって一様に帯電せしめられた後、露光装置２１からの前述の原稿等の画像データを露光光Ｌによって露光されて静電潜像を形成される。

スキャナ３００からの画像データに基づくカラー画像信号は、画像処理部で色変換処理などの画像処理が施され、Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃの各色の画像信号として露光装置２１へ出力される。露光装置２１は、画像処理部からのＫの画像信号を光信号に変換し、この光信号に基づいて一様に帯電された感光体４０Ｋの表面を走査して露光することで静電潜像を形成する。
現像装置６１Ｋの現像剤担持体としての現像ローラ６１ａには現像バイアスが印加されており、感光体４０Ｋ上の静電潜像と、現像ローラ６１ａとの間に電位差である現像ポテンシャルが形成されている。この現像ポテンシャルにより現像ローラ６１ａ上のトナーが現像ローラ６１ａから感光体４０Ｋの静電潜像に転移することで、静電潜像が現像されてトナー画像が形成される。

現像装置６１Ｋ内の現像剤搬送スクリュの底面にはトナー濃度センサ３１２Ｋが具備されており、随時トナー濃度を検知することができる。
感光体４０Ｋ上に形成されたＫトナー画像は、第１の転写手段としての１次転写装置６２Ｋ（図１参照）によって中間転写ベルト１０上に一次転写される。感光体４０Ｋは、トナー画像転写後に感光体クリーニング装置６３Ｋによって残留トナーをクリーニングされ、除電装置により除電されて次の画像形成に備えられる。
同様にして、画像形成部１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃは、ドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃの周りに、帯電ローラ、電位センサ、現像装置、感光体クリーニング装置、除電装置などを備えている。感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０ＣにＹ、Ｍ、Ｃのトナー画像を形成し、これらは中間転写ベルト１０上に重ね合わせて１次転写される。

図３に示すように、画像形成部１８Ｋには、感光体４０Ｋの回転位置を検出する回転位置検出手段としてのフォトインタラプタ７１Ｋ及び現像ローラ６１ａの回転位置を検出する回転位置検出手段としてのフォトインタラプタ７２Ｋが具備されている。
回転位置検出手段としてはフォトインタラプタに限定されず、ロータリーエンコーダなどを用いてもよい。
画像形成部１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃにおいても同様に、フォトインタラプタ７１Ｙ、７１Ｍ、７１Ｃが設けられているとともに、フォトインタラプタ７２Ｙ、７２Ｍ、７２Ｃが設けられている。電位センサ７０も各画像形成部１８毎に配置されている。
制御手段としての制御部８０はＣＰＵ（Central Processing Unit）８１と、ＣＰＵ８１にバスライン８２を介して接続された記憶手段としてのＲＯＭ（Read Only Memory）８３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）８４と、Ｉ／Ｏインターフェース８５等を備えたマイクロコンピュータである。

制御部８０には、Ｉ／Ｏインターフェース８５を介して、トナー付着量検知センサ３１０、トナー濃度センサ３１２、電位センサ７０、フォトインタラプタ７１、７２等の各種センサが接続されている。
また、制御部８０には、Ｉ／Ｏインターフェース８５を介して、帯電ローラ６０に帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源８６、現像ローラ６１ａに現像バイアスを印加する現像バイアス電源８７が接続されている。

図４に基づいて、トナー付着量検知センサ３１０の構成について説明する。
図４（ａ）は黒トナー付着量検知センサの構成を、図４（ｂ）は、カラートナー付着量検知センサの構成を示している。図４（ａ）に示すように、黒トナー付着量検知センサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子３１０ａと、正反射光を受光する受光素子３１０ｂとから構成されている。発光素子は中間転写ベルト１０上に光を照射し、この照射光は中間転写ベルト１０によって反射される。受光素子３１０ｂは、この反射光のうちの正反射光を受光する。

図４（ｂ）に示すように、カラートナー付着量検知センサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子３１０ａと、正反射光を受光する受光素子３１０ｂと、拡散反射光を受光する受光素子３１０ｃとから構成されている。発光素子３１０ａは、黒トナー付着量検知センサの場合と同様、中間転写ベルト１０上に光を照射し、この照射光は、中間転写ベルト１０表面によって反射される。正反射受光素子３１０ｂは、この反射光のうちの正反射光を受光し、拡散反射光受光素子３１０ｃは、反射光のうち拡散反射光を受光する。
本実施形態では、発光素子として、発光される光のピーク波長が９５０ｎｍであるＧａＡｓ赤外発光ダイオードを用いており、受光素子としては、ピーク受光感度が８００ｎｍであるＳｉフォトトランジスタなどを用いているが、ピーク波長およびピーク受光感度がこれと異なるものでも構わない。

黒トナー付着量検知センサ及びカラートナー付着量検知センサは、検知対象物である中間転写ベルト１０のベルト表面との間に５ｍｍ程度の距離（検出距離）を設けて配設されている。本実施形態では、トナー付着量検知センサ３１０を中間転写ベルト１０近傍に設け、中間転写ベルト上のトナー付着量に基づいて作像条件を決定するが、感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上や、転写搬送ベルト上に配設されていても構わない。
トナー付着量センサからの出力は付着量変換アルゴリズムによって付着量に変換される。付着量変換アルゴリズムについては従来技術と同様である。

本実施形態に係るカラー複写機は、所定のトナー画像パターンを画像濃度検知手段で検知した結果と、回転位置検出手段による検出結果とに基づいて、感光体と現像ローラとのうち少なくとも一方の回転周期に起因する濃度むらを検知する濃度むら検知手段と、感光体に第一のトナー画像パターンを形成し、濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第一の画像形成条件を決定する第一の画像形成条件決定手段と、決定した第一の画像形成条件に応じて画像形成手段を制御する第一の制御手段と、感光体に第二のトナー画像パターンを前記決定した第一の画像形成条件下で形成し、濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第二の画像形成条件を決定する第二の画像形成条件決定手段と、決定した第二の画像形成条件に応じて画像形成手段を制御する第二の制御手段と、第一のトナー画像パターンの濃度むら検知情報と第二のトナー画像パターンの濃度むら検知情報とを比較して、制御を実行するか否かを判断する判断手段と、を有している。
本実施形態では、制御部８０が、濃度むら検知手段と、第一の画像形成条件決定手段と、第一の制御手段と、第二の画像形成条件決定手段と、第二の制御手段と、判断手段とを兼ねている。

本実施形態における制御動作の概要を図５に基づいて説明する。
まず、第一の画像形成条件決定手段としての制御部８０は、図６に示すように、第一のトナー画像パターンを形成し、トナー付着量検知センサ３１０で検知する。
同時にフォトインタラプタ７１Ｋ、７１Ｃ、７１Ｍ、７１Ｙによって感光体の回転位置を検知する（Ｓ１）。
この検知結果から、感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋの周長周期及び、現像ローラ６１Ｙａ、６１Ｍａ、６１Ｃａ、６１Ｋａの周長周期の濃度むら情報の検出を行う。

この検知結果に基づいて、第一の画像形成条件を算出し、制御テーブルを作成する（Ｓ２）。決定した第一の画像形成条件に基づいて、第一の制御手段としての制御部８０は、画像形成手段を制御する（Ｓ３）。
第一の画像形成条件を第一の制御手段へ反映した状態で、すなわち、第一の画像形成条件に基づいて画像形成手段が制御された状態で、第二の画像形成条件決定手段としての制御部８０は、第二のトナー画像パターンを形成し、第一のトナー画像パターンと同様に、濃度むら情報の検出を行う（Ｓ４）。
この検知結果に基づいて、第二の画像形成条件を算出し、制御テーブルを作成する（Ｓ５）。

次に、判断手段としての制御部８０は、第一のトナー画像パターンの濃度むら検知情報と第二のトナー画像パターンの濃度むら検知情報とを比較し、制御を実行するか否かの判断を行う。
制御実行可能と判断した場合には、決定した第二の画像形成条件に基づいて第二の制御手段としての制御部８０は、画像形成手段を制御する（Ｓ６）。すなわち、決定した第二の画像形成条件を第二の制御手段へ反映する。
制御実行不可能と判断した場合には、決定した第二の画像形成条件を第二の制御手段へ反映せず、決定した第一の画像形成条件の第一の制御手段への反映も中止し、制御を終了する（Ｓ７）。
図５の各ステップの動作を以下に具体的に説明する。

図６は、トナー画像パターンの一例を示す図である。
図６（ａ）は、１つのトナー付着量検知センサ３１０のみを用いてトナー画像パターンを検知する場合の例である。矢印Ｎで示す中間転写ベルト１０の移動方向と直交する幅方向における中央部に配置されたトナー付着量検知センサ３１０の検知領域に各色の帯状の単一濃度のトナー画像パターンＫｐ、Ｃｐ、Ｍｐ、Ｙｐを順次形成し、濃度ムラを検出する。
各トナー画像パターンの長さは、後述する画像濃度むら情報のばらつきを算出するために、各色少なくとも感光体周長ＤＬ及び現像ローラ周長の２周期以上（１周以上）の長さとしている。

図６（ｂ）は、中間転写ベルト１０の移動方向と直交する幅方向に間隔をおいて各色のトナー付着量検知センサ３１０Ｙ、３１０Ｍ、３１０Ｃ、３１０Ｋを配置した例である。各トナー付着量検知センサ３１０Ｙ、３１０Ｍ、３１０Ｃ、３１０Ｋの検知領域にそれぞれに対応したトナー画像パターンを形成し、濃度むらを検出する。
この場合も、図６（ａ）と同様に、トナー画像パターンは帯状の単一の濃度パターンであり、各色少なくとも感光体周長ＤＬの２周期以上の長さとしている。
各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋに対する各電位センサ７０Ｙ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｋの配置位置は、トナー付着量検知センサ３１０Ｙ、３１０Ｍ、３１０Ｃ、３１０Ｋの位置に対応している。図６（ａ）に示すように、トナー付着量検知センサ３１０が単一の場合にはこの位置に対応した配置位置となる。

第一のトナー画像パターンは単一濃度パターンであり、いわゆるベタ画像のパターンである。第二のトナー画像パターンは、第一の画像パターンよりも濃度が低い中間調の単一濃度パターンである。本実施形態における第一のトナー画像パターンと第二のトナー画像パターンの形状は、濃度が異なるのみで共に図６に示した形状である。

図７は、図６で示したトナー画像パターンを作像したときの、フォトインタラプタ７１Ｙ、７１Ｍ、７１Ｃ、７１Ｋにより検知した感光体回転位置検出信号（上）と、トナー付着量検知センサ３１０により検知したトナー付着量検知信号（下）の測定例である。
ここでは、感光体周長の３周期分の信号の例を示している。図示しているように、トナー付着量検知信号は、回転位置検出信号の周期と同じ周期で変動している。
ここでは、感光体回転位置信号の測定例を示したが、現像ローラ回転位置信号に対しても同様の測定例となっている。

図８は、図７で説明したトナー付着量センサ信号と感光体回転位置信号とから、濃度むら情報を取得するまでの流れを示している。
制御部８０において、感光体回転位置信号（図７の上図）を用いて、トナー付着量検知信号（図７の下図）を感光体周期毎に切り分けることができる。例えば、図７において、感光体回転位置信号の検知開始部（出力が落ち始めたところ）を時刻０として、感光体一周期分の信号を取り出すと、図９に示すように、感光体の周長周期の濃度むら情報を三周分取得することができる。
ここで得た、感光体の数周期分のトナー付着量センサ信号には、図９に示すような測定誤差が含まれ、濃度ムラの位相や振幅がばらついている。

そこで、制御部８０では、図９の感光体３周期分のトナー付着量センサ信号それぞれの振幅Ａ１、Ａ２、Ａ３及び、位相θ１、θ２、θ３の算出を行う。これらの算出は、例えば、直交検波手段を用いて実行すればよい。
制御部８０は、振幅Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・情報及び、位相θ１、θ２、θ３・・・情報を画像濃度むら情報の振幅情報及び位置情報として記憶し、図１０で説明する濃度むら情報のばらつき算出及び、図１１で説明する画像形成条件補正制御に用いる。

本実施形態では、感光体一周期分のトナー付着量検知信号の生出力から、濃度むらの位相情報、振幅情報を取得する例を示したが、感光体数周分の出力の平均をとり、一周期分のデータに加工して、上記方法と同様に濃度むら情報を取得しても良い。
また、トナー付着量検知信号の振幅情報を画像濃度むら情報として説明したが、これをトナー付着量に変換して振幅情報を得ても良い。
また、感光体の周長周期の濃度むら情報取得について説明したが、現像ローラの周長周期の画像濃度むらについても同様にして情報を取得する。

現像ローラの周長周期に起因する画像濃度むらは、感光体に比べて周期が短く、むらの振幅も小さい。そのため、図９のように現像ローラの周期毎に濃度ムラ検知信号を切り分けても、現像ローラの周長周期の濃度むらは感光体周期の濃度むらに埋もれてしまい、濃度むら情報の検出誤差が大きくなる可能性がある。
そこで、現像ローラ周期の濃度むら情報を検出する際には、濃度むら検知信号から、上記検出した感光体の周長周期の濃度むらを取り除き、波形を加工してから、濃度むら情報を検出してもよい。

図１０に基づいて、図５のＳ５の後における濃度むら補正制御の実行判断の仕方、すなわち、第一のトナー画像パターンの検出結果と第二のトナー画像パターンの検出結果から、制御実行の要否を判断する方法ついて説明する。
図１０（ａ）は、第一のトナー画像パターンと第二のトナー画像パターンの付着量プロファイルをトナー付着量検知センサ３１０によって検知した結果を示す図である。
ここでは、第一のトナー画像パターンとしていわゆるベタ画像を、第二のトナー画像パターンとして中間調画像を作成した場合の例について述べる。

ここでは、回転体として、感光体周期のみの濃度変動が発生している例について述べるが、現像ローラ周期の濃度変動が発生した場合、感光体周期と現像ローラ周期両方の濃度変動が発生した場合についても同様に実施することができる。
第一のトナー画像パターンを検知し、図８、９で示したように濃度むら情報として、位相Ｐｂ、振幅Ａｂを取得する。
このとき、検知はしなくとも第二のトナー画像パターンの濃度むら情報は推測することができる。濃度むらが発生する原因は、現像ローラと感光体間の電位が回転体の偏心等により周期的に変動しているためである。

そのため、濃度むらの位相は、画像濃度（感光体平均電位）によってほとんど変化しないと考えられる。
振幅については、画像濃度が高い（感光体平均電位が低い）ほど、現像ローラと感光体間の電位差が大きくなるため、振幅が大きくなると考えられる。そのため、素の状態では、第二のトナー画像パターンの位相は、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂとほぼ同等であり、振幅は、第一のトナー画像パターンの振幅Ａｂより小さいと考えられる。

次に、制御部８０は、図１０（ｂ）に示すように、第一のトナー画像パターンの検知結果から、破線で示すように、第一の制御手段の制御テーブル（第一の画像形成条件）を作成する。このとき、制御テーブルは、第一のトナー画像パターンの濃度むらを打ち消すために、検知した波形と逆位相の付着量変動が発生するように作成する。
但し、過補正もしくは補正不足を防ぐために、補正ゲインを調整して、制御テーブルを作成しても良い。このときの第一の画像形成条件は、現像ローラと感光体間の電界を変動させるために、現像条件、もしくは、露光条件とする。ここでは、現像条件を変更した例について述べる。

次に、制御部８０は、図９（ｃ）に示すように、第一の制御手段の制御テーブルを反映した状態で、第二のトナー画像パターンの検知を行う。このとき、第一のトナー画像パターンは、誤差なく正しく検知できていれば、図のように濃度むらが打ち消され、フラットな状態となっている。
第二のトナー画像パターンは、もともと存在していた電位変動と第一の制御手段の制御による電位変動が重畳された状態になっている。前述したように、理論的には、もともと存在していた電位変動による付着量変動の位相は、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂとほぼ同等であり、振幅は、第一のトナー画像パターンの振幅Ａｂより小さいと考えられる。

一方、第一の制御手段の制御による電位変動による付着量変動の位相は、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと逆位相であり、振幅は、第一のトナー画像パターンの振幅Ａｂと同等と考えられる。
そのため、理論的には、この二つが重畳されたときの第二のトナー画像パターンの濃度むらの位相Ｐｃは、第一のトナー画パターンの位相Ｐｂと逆位相であり、振幅Ａｃは、第一のトナーパターンの振幅Ａｂよりも小さいと考えられる。
次に、制御部８０は、第二のトナー画像パターンの振幅Ａｃ、位相Ｐｃの検知結果から、第二の制御手段の制御テーブル（第二の画像形成条件）を作成する。このとき、制御テーブルは、破線で示す第二のトナー画像パターンの濃度むらを打ち消すために、検知した波形と逆位相の付着量変動が発生するように作成する。
このときの第二の画像形成条件は、帯電条件とする。

これによって、第一の制御手段による第一のトナー画像パターン（ベタ画像）の濃度むらの低減効果を損なうことなく、第二のトナー画像パターン（中間調画像）の濃度むらを低減することができる。
しかしながら、第二のトナー画像パターン検知時に検知誤差があった場合、逆に濃度むらを悪化させる場合がある。特に、第二のトナー画像パターンは、前述したように、もともとの濃度変動と第一の制御手段の制御による濃度変動が重畳された状態であり、ノイズ等の影響で第一のトナー画像パターン検知時に誤差があった場合や、もともとのむらが不安定である場合に、きれいな周期的な濃度変動が出ず、正しく検知できない場合がある。
また、二つの濃度変動の振幅が近い場合、重畳した後の濃度振幅が小さく、正しく検知できない場合もある。

本実施形態ではこの懸念を回避するために、判断手段としての制御部８０は、第一のトナー画像パターンの検出結果と第二のトナー画像パターンの検出結果とを比較して、制御を実行するかどうかを判断する。
具体的には、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと第二のトナー画像パターンの位相Ｐｃが理論値からどの程度離れているかで判断を行う。前述したように、理論的には、第二のトナー画像パターンの位相Ｐｃは、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと逆位相となる。
ノイズ等の影響で、理論値から多少位相がずれる場合はあっても、大きく外れた場合は、誤検知した可能性が高い。そこで、例えば以下のようにして判断を行う。

第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと第二のトナー画像パターンの位相Ｐｃとが下記の式（１）に示すように、理論値（逆位相）から閾値αを超えて離れていた場合、第二のトナー画像パターンを誤検知したと判断する。
｜Ｐｂ−（Ｐｃ−１８０）｜＞α （１）
一方、第一のトナー画像パターンの位相Ｐｂと第二のトナー画像パターンの位相Ｐｃとが下記の式（２）に示すように、理論値（逆位相）から閾値α以下離れていた場合、第二のトナー画像パターンを誤検知していないと判断する。
｜Ｐｂ−（Ｐｃ−１８０）｜≦α （２）

制御部８０は誤検知していないと判断した場合、作成した制御テーブル（第二の画像形成条件）を第二の制御手段の制御へ反映し、制御を終了する。
一方、誤検知したと判断した場合、作成した制御テーブルを第二の制御手段の制御へ反映せず、且つ、第一の画像形成条件を第一の制御手段の制御へ反映することも中止して、制御を終了する。これによって、制御による濃度むら悪化を防ぐことができる。
誤検知したと判断した場合、図１０（ｂ）に示す制御テーブルを第一の制御手段の制御へ反映しても補正効果はあまり期待できず、制御を実行する分だけダウンタイムを来たすこととなるからである。

理論的に位相が算出できるのであれば、第二のトナー画像パターンを描く必要はなく、第二の制御手段の制御テーブルを第一のトナー画像パターンの検知結果から算出することも考えられる。
しかしながら、ノイズ等によって第一のトナー画像パターンの位相、振幅を誤検知した場合、第二の制御手段の制御における位相、振幅を誤設定する可能性がある。また、振幅については、環境やその時のパターンの濃度等によって変動する可能性があり、予想することが困難である。
そのため、第二のトナー画像パターンの検知が必要である。

特許文献２には、副走査方向の画像濃度むらを低減するために、画像形成条件を感光体や現像ローラ周期で補正する制御を実行した時、制御テーブルによる制御効果が低い場合や、画像濃度ムラを悪化させる場合を防ぐ目的で、制御を実行するかしないかを選択する方法が開示されている。
具体的には、補正がなされた第一の検査用画像の濃度むらが、補正がなされない第二の検査用画像の濃度むらよりも大きい場合には濃度むら補正を実行しないというものである。
特許文献２では、制御テーブル作成時とは別に画像パターンを作成し、その濃度むらを検知することによって、制御の実行判断を行っている。
これに対し、本実施形態では、一度の画像パターン形成によって、制御テーブルの作成と制御の実行要否判断とを同時に実施できるため、制御によるダウンタイムを低減できるとともに、画像パターン形成によるトナー消費量を抑制できる。
また、第一のトナー画像パターンとこれとは濃度が異なる第二のトナー画像パターンとにおける濃度むら情報の比較による判断であるので、判断効果が広い濃度範囲に及ぶ利点がある。

図１１は、図６で示した所定のトナー画像パターンを形成したときの、回転位置検出信号、トナー付着量検知信号と、これらの信号に基づいて制御部８０が決定した画像形成条件（制御テーブル）との関係の例を示している。
ここでは、感光体の二周期分の測定例を示している。トナー付着量検知信号は回転位置検出信号の周期と同じ周期で変動しており、トナー付着量検知信号と逆位相になる様に画像形成条件（制御テーブル）を決定する。
実際の画像濃度の制御パラメータである、帯電バイアス、現像バイアス、露光パワーは、符号がマイナスだったり、絶対値が大きくなると付着量が減ったりするので、一様に逆位相と表現するのは適切ではない。
ここでは、トナー付着量検知信号が示す付着量変動を打ち消す方向の制御テーブルを作る、つまり逆位相の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逆位相と表現している。

制御テーブルを決定する際のゲイン、すなわち、トナー付着量検知信号の変動量［Ｖ］に対して、制御テーブルの変動量を何［Ｖ］にするかの値は、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することになる可能性が高い。
このようにして決められたゲインで決定された制御テーブルは、回転位置検出信号と図１１に示すタイミング関係を持っている。ここで、制御テーブルの先頭は回転位置検出信号発生時点であるとする（回転位置に同期）。この制御テーブルを現像バイアス制御テーブルであるとすると、現像ニップとトナー画像検知センサ（トナー付着量検知センサ３１０）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。

現像ニップとトナー画像検知センサ間の距離が、ちょうど感光体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良い。また、現像ニップとトナー画像検知センサ間の距離が、感光体周長の整数倍からずれている場合は、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良い。
図１０では、第一の制御手段が現像バイアスを周期的に変動させる場合について説明を行ったが、第一の制御手段によって制御する画像形成条件は、露光パワーでもよい。現像バイアスと同様に、露光パワーの制御テーブルであれば露光位置とトナー画像検知センサ間の距離を考慮して、制御テーブルを適用することになる。
また、第二の制御手段が帯電バイアスの制御テーブルで制御する場合、帯電位置とトナー画像検知センサ間の距離を考慮して、制御テーブルを適用することになる。

上記制御の実行要否の判定は、画像形成装置本体に対する感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋの回転位置が変化し得たタイミングで行ようにしてもよい。上記タイミングとは、感光体がセットされた直後、すなわち初期セット時、交換時、脱着時等である。
感光体を取り外した場合に、感光体周期での画像濃度むらの発生状況が変化する可能性が高いからである。また、設置されている感光体フォトインタラプタとの位置関係がずれてしまうという理由もある。

元々、制御テーブルが作成されていない感光体の初期セット時には、まず一連の補正制御を行って制御テーブルを作成する必要がある。感光体交換時には、今まで使っていた感光体に対して、新しい感光体では振れ特性や光感度特性むらの違いがあるため、新しい感光体に応じた制御テーブルを再作成する必要がある。
また、メンテナンスの為に、単に感光体を脱着した場合においても、感光体脱着に伴う感光体の取り付け状況変化、すなわち感光体軸と回転軸のずれ方の変化が生じる可能性がある。
また、感光体の振れ特性及び光感度特性むらの位置と感光体フォトインタラプタの位置とがずれてしまうため、制御テーブルを再作成する必要がある。

以上のような理由により、感光体がセットされた直後には画像形成条件の決定（制御テーブルの作成・更新）を行う必要がある。
記録媒体の一定枚数間隔で、上記と同様の制御の実行要否判定を行うようにしてもよい。これによって、経時で検知した濃度むら情報が変化した場合でも最適な制御テーブルに更新することができる。

装置内の環境条件変動時に、上記と同様の制御の実行要否判定を行うようにしてもよい。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、感光体の外形プロファイルが変化し、現像ギャップ変動状況が変化することにより濃度むらの発生状況が変化する可能性がある。
この変化に対応するため、環境条件変動時に画像形成条件の決定（制御テーブルの作成・更新）を行う必要がある。トリガの決め方としては、例えば、前回の画像形成条件の決定（制御テーブルの作成・更新）時と比較して、Ｎ［ｄｅｇ］以上の温度変化があった場合、という決め方で良い。

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。

１８ 画像形成手段としての画像形成部
４０ 像担持体としての感光体
６１ 現像手段としての現像装置
６１ａ 現像剤担持体としての現像ローラ
７１、７２ 回転位置検出手段としてのフォトインタラプタ
８０ 第一の制御手段、第二の制御手段、濃度むら検知手段、第一の画像形成条件決定手段、第一の制御手段、第二の画像形成条件決定手段、第二の制御手段、判断手段としての制御部
３１０ 画像濃度検知手段としてのトナー付着量検知センサ
Ｙｐ、Ｍｐ、Ｃｐ、Ｋｐ トナー画像パターン
Ｓ 記録媒体としての転写シート

特開２０１２−１６３６４５号公報 特許第５５７０３１０号公報

Claims (10)

1. 像担持体と、
   現像剤担持体を備え、前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体上に転移させて前記像担持体上に形成された潜像をトナー画像として可視化する現像手段と、
   前記像担持体と前記現像剤担持体のうち少なくとも一方の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記像担持体上に形成されたトナー画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
   所定のトナー画像パターンを前記画像濃度検知手段で検知した結果と、前記回転位置検出手段による検出結果とに基づいて、前記像担持体と前記現像剤担持体とのうち少なくとも一方の回転周期に起因する濃度むらを検知する濃度むら検知手段と、
   前記像担持体や前記現像手段を含み、前記トナー画像を形成するための画像形成手段と、
   前記像担持体に第一のトナー画像パターンを形成し、前記濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第一の画像形成条件を決定する第一の画像形成条件決定手段と、
   決定した第一の画像形成条件に応じて前記画像形成手段を制御する第一の制御手段と、
   前記像担持体に第一のトナー画像パターンとは濃度が異なる第二のトナー画像パターンを前記決定した第一の画像形成条件下で形成し、前記濃度むら検知手段の検知結果に基づいて第二の画像形成条件を決定する第二の画像形成条件決定手段と、
   決定した第二の画像形成条件に応じて前記画像形成手段を制御する第二の制御手段と、
   第一のトナー画像パターンの濃度むら検知情報と第二のトナー画像パターンの濃度むら検知情報とを比較して、制御を実行するか否かを判断する判断手段と、
   を有する画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記濃度むら検知情報が、前記像担持体の周長周期で繰り返される濃度むらの振幅情報及び位相情報である画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記濃度むら検知情報が、前記現像剤担持体の周長周期で繰り返される濃度むらの振幅情報及び位相情報である画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   第一の画像形成条件は現像条件又は露光条件であり、第二の画像形成条件は帯電条件である画像形成装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   第一のトナー画像パターンは単一濃度パターンであり、第二のトナー画像パターンは、第一のトナー画像パターンよりも画像濃度が低い単一濃度パターンである画像形成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記所定のトナー画像パターンの副走査方向の長さは、少なくとも前記像担持体の周長及び前記現像剤担持体の周長の1周以上である画像形成装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   第一の制御手段による前記画像形成手段の制御と、第二の制御手段による前記画像形成手段の制御とは、前記回転位置検出手段によって検出された回転位置に同期させて行われる画像形成装置。
8. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   第一の画像形成条件及び第二の画像形成条件の決定は、前記像担持体又は前記現像剤担持体の回転位置が変化し得たときに実行される画像形成装置。
9. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   第一の画像形成条件及び第二の画像形成条件の決定は、一定枚数間隔で行う画像形成装置。
10. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
    第一の画像形成条件及び第二の画像形成条件の決定は、画像形成装置内の環境条件の変動時に行う画像形成装置。

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