JP2017125909A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真方式による画像形成装置において、状態検出のために像担持体上に形成されるパッチの最も好ましい階調を決定でき、画像安定化制御を必要最低限に実行できること。【解決手段】像担持体３１上に画像を形成する手段と、像担持体３１上に形成された画像の濃度を検出する検出手段ＳＥ１と、像担持体３１上に形成した複数の階調からなるパッチの濃度を検出手段ＳＥ１にて検出し、階調に対する濃度を使ってガンマ補正制御を実行する制御手段と、を備えた画像形成装置。検出した複数の階調に対する濃度の特性を演算処理し、傾きが最大となる階調を特定するとともに、該特定した階調を用いて状態検出用パッチを形成し、該特定した階調での濃度を状態検出用パッチの基準濃度とする。【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置、特に、電子写真方式による画像形成装置における画像安定化制御で用いる状態検出用のパッチの形成に関する。

一般に、電子写真方式による複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、現像剤や感光体の経時変化、環境（温度湿度）変化などの影響を受けて画像濃度は一定の状態を維持し得ない。そこで、現像剤、感光体や周辺機器の状態に応じて画像濃度を所定の状態にするため、現像バイアス電位、レーザー露光量などの画像形成条件を制御し、さらに、入力階調と出力画像濃度とが一致するようにガンマ補正制御を行っている。

即ち、累積プリント枚数や感光体の累積回転数に応じて、または、温度や湿度の検出値に応じて、現像バイアス電位、レーザー露光量、及び、ガンマ補正制御を複数のパッチの濃度を検出した検出値を使って画像安定化制御を実行している。

ところで、電子写真プロセスの変動は外乱によって応答が遅れるため、必ずしも環境の変化によって出力画像の濃度変化を生じる訳ではないことから、必要に応じた最低限の画像安定化制御を実行すること、及び、トナー消費量を削減するために所定の条件となる画像形成装置の起動時、スリープ復帰時、温度湿度検出手段による変化検出時において、状態検出用のパッチを少なくとも一つ形成すればよい。また、画像濃度の安定性を確保するために濃度変化をリアルタイムで検出すべく、画像形成領域外となる像間通過時においても状態検出用のパッチを少なくとも一つ形成すればよい。これらのパッチの濃度を光学センサで検出することによって、電子写真プロセスの状態検出が可能である。

しかしながら、前記状態検出用パッチは、従来、特定の階調で形成されていることから、画像形成装置の設置環境や耐久枚数に対して必ずしも適切な階調で形成されることはなく、画像形成装置の状態変化を十分に検出できていないことがあった。また、階調再現方式（スクリーン処理の線数違い、誤差拡散処理）によっても階調に対する濃度の特性が異なるため、出力画像の階調再現方式に対して状態検出用の階調再現方式が異なり、その結果、画像形成装置の状態変化を十分に検出できないことがあった。

特許文献１には、感光体ドラム上にＡ０ＨからＦＦＨまでの濃度でパッチを形成してセンサで測定し、パッチどうしの濃度勾配をとり、さらに勾配の傾き（濃度の２次微分）をとって、傾きが０となるパッチの階調をベタ濃度に対する最適現像コントラスト（最大濃度となるベタ部の最小階調）として電位制御を行う画像形成装置が記載されている。

特開２００１−１２５３２５号公報

本発明の目的は、状態検出のために像担持体上に形成されるパッチの最も好ましい階調を決定でき、画像安定化制御を必要最低限に実行できる画像形成装置を提供することにある。

本発明の一形態である画像形成装置は、
像担持体上に画像を形成する手段と、
前記像担持体上に形成された画像の濃度を検出する検出手段と、
前記像担持体上に形成した複数の階調からなるパッチの濃度を前記検出手段にて検出し、階調に対する濃度を使ってガンマ補正制御を実行する制御手段と、
を備えた電子写真法による画像形成装置において、
前記制御手段は、検出した前記複数の階調に対する濃度の特性を演算処理し、傾きが最大となる階調を特定するとともに、該特定した階調を用いて状態検出用パッチを形成し、該特定した階調での濃度を状態検出用パッチの基準濃度とすること、
を特徴とする。

前記画像形成装置においては、ガンマ補正制御で得られた階調に対する濃度特性から傾き（微分）を算出し、傾きが最大となる階調とその濃度を決定する。決定した階調は画像安定化制御時に形成される状態検出用パッチの階調とし、該パッチの検出された濃度と前記基準濃度とを比較することで、画像安定化制御の実行、非実行を判定する。ガンマ補正制御で検出する階調−濃度特性の傾き（微分）が最大となる階調で状態検出用パッチを形成することで、最も感度よく電子写真プロセスの変動を検出できる。加えて、各種階調再現方式においても条件に応じて状態検出用パッチと階調再現方式を組み合わせることで最適に電子写真プロセスの変動を検出できる。また、画像安定化制御を必要最低限に実行することによって、トナー消費量の削減、プロセスユニットの長寿命化、ダウンタイムの削減が可能となる。

本発明によれば、状態検出のために像担持体上に形成されるパッチの最も好ましい階調を決定でき、画像安定化制御を必要最低限に実行できる。

一実施例である画像形成装置の概略構成図である。 前記画像形成装置の制御部を示すブロック図である。 中間転写ベルト上に形成されるパッチの説明図である。 入力階調と出力画像濃度との関係を示すグラフである。 階調に対する濃度特性を示すグラフである。 濃度特性の各階調での傾きを示すグラフである。 特定の階調による画像濃度を示すグラフである。 階調に対する検出濃度と傾き（微分）を示すグラフである。 階調に対する検出濃度と傾き（２階調）を示すグラフである。 階調に対する検出濃度と傾き（８階調）を示すグラフである。 階調に対する検出濃度と傾き（２０階調）を示すグラフである。 階調に対する検出濃度と傾き（最大となる階調が複数あるとき）を示すグラフである。 画像安定化制御の手順を示すフローチャート図である。 状態検出用パッチを決定する制御手順を示すフローチャート図である。 画像安定化制御の起動手順を示すフローチャート図である。 階調に対する濃度特性を階調再現方式ごとに示すグラフである。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

一実施例である画像形成装置１は、図１に示すように、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたものである。即ち、四つのプロセスユニット１０（イエロー画像用のユニット１０ｙ、マゼンタ画像用のユニット１０ｍ、シアン画像用のユニット１０ｃ、ブラック画像用のユニット１０ｋ）が並置されており、各感光体１１上に形成された各色のトナー画像を矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト３１上に各転写ローラ３２から付与される電界により転写／合成（１次転写）する。その後、合成トナー画像を転写ローラ３５から付与される電界により記録媒体（用紙）上に２次転写する。

それぞれの感光体１１の周囲には、帯電ローラ１２、現像器１３、残留トナーのクリーニングブレード１４などが配置されており、さらに感光体１１上に静電潜像を形成するレーザー走査光学ユニット２０が配置されている。この種のプロセスユニット１０によって電子写真方式で感光体１１上にトナー画像を形成し、該トナー画像を中間転写ベルト３１上に１次転写し、さらに記録媒体上に２次転写するプロセスは周知である。

記録媒体（用紙）は、給紙カセット５０に積載収容されており、給紙ローラ５１によって１枚ずつ給紙される。給紙された用紙は、レジストローラ対５２を介して２次転写部へ搬送され、前記中間転写ベルト３１からトナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット５５でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５６から排出部５７へ排出される。

感光体１１上の残留トナーの除去に関しては、クリーニングブレード１４が設けられている。また、中間転写ベルト３１上の残留トナーの除去に関しては、クリーニングブレード３３が設けられている。

画像形成装置１においては、まず、帯電量、露光量、現像バイアスなどの作像条件を所定の値として感光体１１上にトナー画像を形成し、中間転写ベルト３１上に転写する。そして、中間転写ベルト３１上に転写されたトナー画像（以下、パッチと記す）の濃度をセンサＳＥ１にて光学的に検出し、この検出値に基づいて、以下に説明する状態検出制御、ガンマ補正や画像安定化制御を行う。

画像形成装置１の制御部６０は、図２に示すように、ＣＰＵ６１を中心として構成されている。ＣＰＵ６１には中間転写ベルト３１上でパッチの濃度を光学的に検出するセンサＳＥ１の検出信号が入力され、温度湿度などの環境条件を検出するセンサＳＥ２の検出信号も入力される。ＣＰＵ６１は、感光体１１や中間転写ベルト３１の駆動信号を出力する。ＣＰＵ６１は、感光体１１や中間転写ベルト３１の耐久性検出、現像器１３などのプロセス条件の制御、用紙搬送系などのメカ制御など、画像形成装置１を全体的に制御する。また、ＣＰＵ６１はプログラムを格納したＲＯＭ６２、制御用の情報を記憶しておくメモリ６３を備えている。

ガンマ補正制御において、中間転写ベルト３１上に形成されるパッチは、図３に示すように、連続階調パッチ３６又は段階階調パッチ３７のいずれかであり、これらのパッチ３６，３７はセンサＳＥ１によってその濃度が検出される。本画像形成装置１では画像の分解能を８ビットの２５６階調としている。従って、連続階調パッチ３６は、２５６階調でトナーの面積率が連続的に変化するように形成される。段階階調パッチ３７は、２５６階調の所定の階調に割り振った複数個のパッチから構成される。

この種のパッチを用いて入力階調と出力画像濃度との関係を図４に示す。画像形成装置１では、画像制御を実行するコントローラ部によって入力階調に対して取得された濃度特性に基づいてガンマ補正制御を行い、入力階調と出力階調が等しい、もしくは、狙いとする階調に対する画像濃度となるように調整する。

入力階調に対する濃度特性は、装置１の設置環境（温度湿度）や耐久度合などの状態に応じて異なる。ここで、図５に示すように、状態Ａと状態Ｂにおいて、状態によって濃度変動が最大となる階調が異なる例と、その最大階調の算出方法と状態検出パターンとして用いる例を、図６、図７に示す。図５に示した状態Ａと状態Ｂは、それぞれ前記ガンマ補正制御の実行によって階調に対する濃度特性として取得したものである。状態Ａ，Ｂの特性差が生じる最も大きな原因は、電子写真プロセスにおいて設置環境や耐久度合（消耗度合）などによってトナー帯電量や感光体１１の表面電位などに変動を生じ、その結果、感光体１１の静電潜像に対するトナーの付着量が変化するためである。ガンマ補正制御を実行することにより、入力階調に対する出力画像濃度を置き換え、見かけ上の画像濃度が一定になるように補正を行う。

図６は、図５に示した濃度特性の各階調での傾き（微分）を算出して得られたグラフであり、状態Ａでの傾き最大となる階調がａ、状態Ｂでの傾き最大となる階調がｂとなる。なお、傾きの算出については、前記ガンマ補正制御時に得られた階調に対する濃度特性を最小二乗法などによって多項式を算出してもよく、８ビット（２５６段）の階調を濃度検出手段で直接取得してもよい。予めルックアップテーブルとして備えていてもよく、また、濃度検出手段の検出結果と前記ルックアップテーブルを合成して更新したものであってもよい。

図７に、階調ａ，ｂのときの濃度を示し、階調ａのときの濃度はＩＤａ、階調ｂのときの濃度はＩＤｂとなる。これにより、状態Ａの状態検出を行うためのパッチは階調をａとし、その基準濃度をＩＤａとすることになる。同様に、状態Ｂの状態検出を行うためのパッチは階調ｂとし、その基準濃度をＩＣｂとすることになる。

図８Ａ〜図８Ｄは、装置１で実際に得られた階調に対する濃度の特性を示し、傾き算出のため多項式による１次微分、２点間の傾きを算出し、プロットしたものである。図８Ａに示すように、多項式で階調に対する濃度の特性を算出する場合は、各階調での１次微分値を算出することによって各階調での傾きを算出することができる。一方、多項式を算出しない場合は、２５６段の濃度データを階調と濃度における座標の２点間の差分除算から傾きを算出すればよい。

ここでは、隣り合う点（２階調、図８Ｂ参照）であれば傾きの最大を定めることが困難になることから、８階調以上２０階調以下の２点間で傾きの算出を行うことが望ましい（図８Ｃ、図８Ｄ参照）。それゆえ、２階調での傾き算出は行わず、８階調以上２０階調以下の２点間で傾きの算出を行う。次に、多項式の１次微分、又は、２点間の傾き算出によって得られた各階調での傾きから最大となる傾きを決定する。傾き最大となる階調が１点であればその１点を採用する。ところで、図９に示すように、傾き最大となる階調が複数ある場合は、両端の階調を上限、下限とし、上下限の中間となる階調を中心の階調とし、通常は中心の階調を状態検出用の階調としてもよい。

また、傾きが最大となる階調は、微分や２点間の距離によって傾きに幅が出るので、多項式の１次微分、又は、２点間の傾き算出によって得られた各階調での傾きを大きい順にソートし、大きいほうから２０階調と規定してもよい。

ここで、画像安定化制御の手順を図１０のフローチャートを参照して説明する。画像安定化制御は、電子写真プロセスの状態変化をキャンセルし、所望の画像濃度が得られるように、各種設定値が適正な帯電、露光、現像などの条件を適切な値としたパッチを中間転写ベルト３１上に形成し、該パッチの濃度をセンサＳＥ１で検出することで制御している。最大濃度制御によって現像バイアス電位を調整し、トナーの最大の付着量を調整する（ステップＳ１）。次に、露光量制御によってレーザー走査光学ユニット２０の露光量を調整し（ステップＳ２）、画像濃度及び線幅を調整する。最後に、ガンマ補正制御によって画像の中間調を所定の濃度になるように画像出力時の階調を調整する（ステップＳ３）。

なお、画像濃度に関する画像安定化制御は前記各制御のいずれか、または、組合せで実行される。本実施例においては、前記ガンマ補正制御時に画像濃度変化（電子写真プロセスの状態変化）を最も感度よく検出する状態検出用パッチを決定するとともに、その状態検出用パッチを使って画像安定化制御を必要に応じて起動する起動要件とすることになる。

次に、状態検出用パッチを決定するための制御手順を図１１のフローチャートを参照して説明する。前記ガンマ補正制御の実行（ステップＳ１１）に伴い、中間転写ベルト３１上に形成したパッチ３６又は３７の濃度をセンサＳＥ１によって検出した濃度特性を取得する（ステップＳ１２）。取得した階調に対する濃度特性は、一方でガンマ補正の演算処理（ステップＳ１３）として使用され、もう一方で前記のごとく２点間及び多項式の微分演算から傾きを算出し（ステップＳ１４，Ｓ１５）、傾き最大となる階調、即ち、状態検出用パッチの階調を決定する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。傾き最大となる階調での濃度は既知であることから、その濃度を基準濃度とし、それらの情報をメモリ６３に保存する（ステップＳ１８）。傾き最大となる階調は状態検出用に形成するパッチの階調とするために保存し、基準濃度は状態検出時の検出値と比較対象として使用する。つまり、状態変化が生じて画像安定化制御を起動させるか否かの比較判定に使用される。

なお、状態検出用のパッチは、主走査方向に濃度センサＳＥ１の検出スポットの直径以上のサイズであればよく、副走査方向には感光体１１の周長以下であればよい。それゆえ本実施例において、状態検出用パッチのサイズは、主走査方向に２ｍｍ以上とし、感光体１１の直径が３０ｍｍであることから副走査方向に９４．２ｍｍ以下としている。

次に、状態検出用のパッチの形成と該パッチの濃度検出による画像安定化制御の起動に関して図１２のフローチャートを参照して説明する。前記ステップＳ１７で決定した階調からなる状態検出用パッチを、画像形成装置１の起動時、スリープ復帰時、センサＳＥ２からの温度、湿度の検出に基づく環境状態変化検出時、所定枚数のプリント処理時、感光体１１ないし中間転写ベルト３１の所定回転数経過時、及び、プリント処理時の像間通過時のいずれかのタイミングにおいて形成する（ステップＳ２１）。形成したパッチの濃度をセンサＳＥ１で検出し（ステップＳ２２）、該検出濃度と前記基準濃度とを比較する（ステップＳ２３）。

前記比較判定した濃度差（絶対値）が所定値（本実施例では反射濃度差０．０７とする）以上である場合は（ステップＳ２４でＹＥＳ）、画像安定化制御を起動、又は、起動するためのフラグをセットする（ステップＳ２５）。画像安定化制御の実施中に処理されるガンマ補正制御によって階調に対する濃度特性を更新し、ガンマ補正制御を実行するとともに、傾き最大となる状態検出用パッチの階調と基準濃度とを更新する（ステップＳ２６）。なお、ステップＳ２３で比較判定した結果に応じて、ガンマ補正制御のみ、または、現像電位制御、露光量制御の少なくともいずれかとの組み合わせで実行し、ガンマ補正値を更新するとともに、状態検出用パッチの階調となる傾き最大となる階調と基準濃度をも更新するようにしてもよい。

ここで、前記ステップＳ２３での比較判定に用いる濃度差（絶対値）の所定値は、以下の表１に示すように、ユーザーが設定する各モードに応じて閾値を変更してもよい。

また、前記演算処理によって得られた傾きが複数からなる場合は、換言すれば、傾き最大となる階調が複数算出された場合は、トナー消費量軽減優先モードにおいては濃度が最小となる階調を採用し、前記パッチに入るノイズ誤検出防止優先モードにおいては濃度が最大となる階調を採用し、トナー消費量軽減と誤検出防止を両立するモードにおいては中間となる階調を採用するようにしてもよい。

以上の説明では、画像形成装置１の環境や耐久度合によって傾きが最大となる階調が異なることを示した。その一方で、同一環境や同一耐久度合であっても図１３に示すように、階調再現方式（スクリーン線数や誤差拡散など）によっても濃度特性がＡ，Ｂ，Ｃと異なる。それゆえ、状態検出用パッチとしては、画像形成装置が保有する階調再現方式で傾きが最大となる階調再現方式（図１３での階調再現Ａ）を使用してもよい。階調再現方式の違いによる傾き最大となる階調は前述の算出方式で得てもよく、また、以下の表２に示す各階調再現方式での傾き最大となる階調のテーブル（温湿度からなる環境ステップでのルックアップテーブル）から決定してもよい。

また、複数部の像間に状態検出用パッチを形成する場合は、複数部で使用する階調再現方式と同一の階調再現方式からなる状態検出用パッチを使用してもよい。または、画像形成装置１の起動時、スリープ復帰時、環境状態変化検出時のいずれかでは、状態検出用パッチをユーザーが使用する階調再現方式の最も使用する頻度に合わせた階調再現方式からなる状態検出用パッチとするいずれか一つ以上の階調再現方式からなるパッチを検出し、前記濃度検出による濃度変化による画像安定化制御の起動要件としてもよい

なお、本発明に係る、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、画像形成装置としては、その基本的な構成や細部の構成は任意であり、プリント機能のみを備えたもの以外に、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、状態検出のために像担持体上に形成されるパッチの最も好ましい階調を決定でき、画像安定化制御を必要最低限に実行できる点で優れている。

１０…プロセスユニット
１１…感光体
１３…現像器
２０…レーザー走査光学ユニット
３１…中間転写ベルト
３６，３７…特性検出用パッチ
６１…ＣＰＵ
ＳＥ１…濃度検出センサ

Claims (6)

1. 像担持体上に画像を形成する手段と、
   前記像担持体上に形成された画像の濃度を検出する検出手段と、
   前記像担持体上に形成した複数の階調からなるパッチの濃度を前記検出手段にて検出し、階調に対する濃度を使ってガンマ補正制御を実行する制御手段と、
   を備えた電子写真法による画像形成装置において、
   前記制御手段は、検出した前記複数の階調に対する濃度の特性を演算処理し、傾きが最大となる階調を特定するとともに、該特定した階調を用いて状態検出用パッチを形成し、該特定した階調での濃度を状態検出用パッチの基準濃度とすること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記演算処理の際、検出した階調に対する濃度を微分処理して傾きを算出すること、または、２点間の差分と除算から傾きを算出すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記傾きが最大となる特定した階調を使った状態検出用パッチを、画像形成装置の起動時、スリープ復帰時、環境状態変化検出時、所定枚数のプリント処理時、像担持体の所定回転数経過時、及び、プリント処理時の像間通過時のいずれかのタイミングにおいて形成し、形成したパッチの濃度を前記検出手段で検出し、該検出濃度と前記基準濃度とを比較し、該比較判定した結果に応じてガンマ補正制御のみ、または、現像電位制御、露光量制御の少なくともいずれかとの組み合わせで実行し、ガンマ補正値を更新するとともに、状態検出用パッチの階調となる前記傾き最大となる階調と前記基準濃度をも更新すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検出濃度と前記基準濃度との比較判定において、判定の閾値は画像優先モード、プリント生産性優先モードに応じて比較判定の閾値を変更すること、を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記演算処理によって得られた傾きが複数からなる場合は、トナー消費量軽減優先モードにおいては濃度が最小となる階調を採用し、前記パッチに入るノイズ誤検出防止優先モードにおいては濃度が最大となる階調を採用し、トナー消費量軽減と誤検出防止を両立するモードにおいては中間となる階調を採用すること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記状態検出用パッチとしては、画像形成装置が保有する階調再現方式で傾きが最大となる階調再現方式を使用する、または、複数部の像間に前記状態検出用パッチを形成する場合は複数部で使用する階調再現方式と同一の階調再現方式からなる状態検出用パッチを使用する、または、画像形成装置の起動時、スリープ復帰時、環境状態変化検出時のいずれかでは、前記状態検出用パッチをユーザーが使用する階調再現方式の最も使用する頻度に合わせた階調再現方式からなる状態検出用パッチとするいずれか一つ以上の階調再現方式からなるパッチであること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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