JP3854774B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の暗部電位を有する画像形成装置および、そのような装置にあって、最適な画像を常に維持するために感光体上に潜像電位を形成する電位の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真感光体上の暗部電位及び明部電位を測定する電位センサと呼ばれる検知手段を利用して、暗部電位および明部電位を所望の電位とする技術が広く実施されている。
【０００３】
これらの電位の制御は、画像形成装置の立ち上げ時や、所定時間後または所定時間経過後の最初の出力前後や、人為的な実行命令によって実施され、常に安定した暗部電位と明部電位を形成する目的で用いられる。
【０００４】
また、上記の暗部電位と明部電位を所望の電位とする方法としては、暗部電位は露光手段の露光量が略「０」であるため、最初に所望の暗部電位となるように帯電手段の帯電量を調整し、続いて暗部電位を得た帯電量にて露光手段の露光量を決定するシーケンスが広く用いられている。
【０００５】
ところで、電子写真に用いる感光体の受ける露光量と感光体の表面電位の関係は、露光量に対して直線の関係であることは少なく、一般に露光量が多いところで傾きが減少する。その場合、露光量を変化させても明部電位が正確に読み取れず、測定誤差が大きくなる。
【０００６】
この現象の対策として、明部電位を２種類用い、第１の明部電位は露光量に対する電位の傾きが比較的大きな部分で露光量Ｅ１の調整を行い、その露光量に対して一定の値を付加するか、または一定の割合を掛けるかして第２の明部電位である所望すべき最終の明部電位を得るようにしている。そして第２の明部電位を使って画像出力を行う画像形成装置が一般に実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術による２種類の明部電位を用いた電位制御方法では、複数の異なる暗部電位を適用する画像形成装置において、第１の露光量に付加する値、又は第１の露光量に対する割合を保持する値を一つしかもたない（記憶していない）場合には、最終の明部電位である第２の明部電位が大きく変わってしまうという不具合を生じていた。
【０００８】
複数の異なる暗部電位は、コピー画像やプリンタ画像による画作りの違いによるものや、トナー消費量の削減のためのもの、或いは低気圧における帯電手段のリーク対策を目的としたものや、画像の濃度調整を目的としたものや、環境による現像特性に応じたものであったりと、多種多様に暗部電位を変更する場合に適用される。
【０００９】
これら１つ１つの暗部電位についても数種または非常に多くの段階を持つことから、各条件に対応する暗部電位と暗部電位との組み合わせとしては、数十からほぼ無限通りの段階が考えられ得る。
【００１０】
これに対して、常に同じ明部電位を得ようとすると、第１の露光量に対する割合か、または付加する値かのどちらか一方を数十からほぼ無限通り保持していなければならないことになり、シーケンスの作成に対する負荷やメモリ等のハード構成に対する負荷の大きいものになってしまう。
【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電子写真感光体上への画像形成のために行われる暗部電位及び明部電位の調整制御に関し、使用状況に応じて異なる暗部電位を適用する場合であれ、各暗部電位に対応した明部電位を常時確実に得ることのできる電位制御方法、及び画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、
電子写真感光体上を所定の帯電量にて一様に帯電させる帯電手段と、
該帯電された前記感光体に所定の露光量にて露光することによって該感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、
前記露光手段の下流にあって前記感光体上の電位を検知する検知手段とを有する画像形成装置において、
前記露光手段による前記静電潜像の形成のための露光を行うことなく、前記帯電手段により帯電された前記感光体の暗部電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が異なる複数の目標暗部電位のうちの選択された目標暗部電位となるように帯電条件を調整可能な画像形成装置であって、
前記目標暗部電位にかかわらず一定に設定される、第１の目標明部電位及び前記第１の目標明部電位よりも小さい画像形成用の第２の目標明部電位に対して、調整された帯電条件にて帯電された前記感光体表面を前記露光手段にて露光したときの前記感光体の表面電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が前記第１の目標明部電位を得るように前記露光手段の第１の露光量が調整され、この調整された前記第１の露光量と、目標暗部電位を変数とする関数により算出された算出結果との積に基づいて、前記第２の目標明部電位を得るように前記第２の露光量を算出することを要旨とする。
【００１３】
また、前記第１の露光量と、前記目標暗部電位を変数とする関数との積に基づいて、前記第２の露光量を決定するのがよい。
【００１５】
また、前記第１の明部電位を得る光学的物理量と、前記暗部電位を変数とする関数とに基づいて、前記第２の明部電位を得るための光学的物理量を決定するのがよい。
【００１６】
また、前記第１の明部電位を得る光学的物理量と、前記暗部電位を変数とする関数との積に基づいて、前記第２の明部電位を得るための光学的物理量を決定してもよい。
【００１７】
また、複数の暗部電位と、１つの第１の明部電位とを設定するとともに、該第１の明部電位及び各暗部電位に対応する第２の明部電位を得るための第２の露光量若しくは光学的物理量を決定してもよい。
【００１８】
また、前記露光手段は、原稿画像を電子写真感光体に投影するアナログ式の露光装置であってもよい。
【００１９】
また、前記露光手段は、出力すべき元画像が電子情報に少なくとも一時的に変換されるデジタル式の露光装置であってもよい。
【００２０】
また、前記暗部電位を変数とする関数は、双曲線として、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であるのがよい。
【００２１】
また、前記暗部電位を変数とする関数は該暗部電位の指数関数、対数関数、及び累乗関数のうち少なくとも１つ、若しくは何れかの合成関数として、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であってもよい。
【００２２】
また、前記暗部電位を変数とする関数は、多次元関数であり、且つ該暗部電位の実使用領域において、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であってもよい。
【００２４】
発明者らは、暗部電位を帯電手段により帯電した状態で、任意の明部電位（第１の明部電位）を得るための第１の露光量Ｅ１を基準として、所望する他の明部電位（第２の明部電位）が所定値となるような第２の露光量Ｅ２を、複数の暗部電位にて測定したところ、露光量Ｅ２は、暗部電位に対して強い相関があることを見出した。
【００２５】
そこで、第２の露光量Ｅ２を、第１の露光量Ｅ１と、暗部電位ＶＤの関数との積である下記の演算式で記述することで、複数の暗部電位ＶＤに対しても、同式から得られる露光量Ｅ２によって常に安定した第２の明部電位を簡易に得ることができるようになる。
Ｅ２≡Ｅ１・ｆ［ＶＤ］
ただし、ｆ［ＶＤ］はＶＤの関数
また、ＶＤの関数を双曲線を理想の曲線とし、ＶＤの増加に従い減少する関数として、指数関数、対数関数、累乗関数、若しくはこれらの合成関数を適用しても、理想曲線に十分近似する曲線を得ることができることを確認した。
【００２６】
さらにＶＤの実使用領域においてＶＤの増加に従い減少する関数ならば、ｎ次関数でも近似曲線が得られることも確認した。
【００２７】
なお、本発明による明部電位を一定に保つ技術は、ハロゲンランプ等を原稿に照射して、その反射画像を直接ドラムに投影するアナログ式の露光手段を有する画像形成装置でも、一旦ＣＣＤ等により電気信号とした画像や、予めコンピュータ上で作成された電気信号である画像を、半導体レーザを例とするようなデジタル式の露光手段を用いた画像形成装置にも搭載が可能である。
【００２８】
一方、所望の露光量を得るために必要な光学的物理量、例えば、ハロゲンランプの印加電圧や半導体レーザの印加出力値は露光量と１対１で強い相関がある。
【００２９】
そのため第１の明部電位を得るための第１の露光量Ｅ１での光学的物理量Ｐ１と、第２の明部電位を得るための第２の露光量Ｅ２での光学的物理量Ｐ２にも、暗部電位ＶＤに対して強い相関があることがわかった。
【００３０】
従って、下記の式でも記述することで、複数の暗部電位ＶＤでも、簡単な計算式により得られる光学的物理量Ｐ２によって常に安定した第２の明部電位が得られるようになる。
Ｐ２≡Ｐ１・ｇ［ＶＤ］
ただし、ｇ［ＶＤ］はＶＤの関数
すなわち、上記構成によれば、複数の暗部電位を有する画像形成装置においても、常に一定の明部電位を得ることが容易に可能となり、しかも、煩雑なシーケンスや多くのメモリ容量が必要となることもない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に、本発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態としての複写機の概略を図示する。
【００３２】
この複写機は、装置本体１のほぼ中央に、電子写真感光体として円筒状の感光ドラム２を備えている。感光ドラム２は、装置本体１によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されており、感光ドラム２の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム２上の電位を消去する除電器３、感光ドラム２表面を一様に帯電する帯電手段として一次帯電器４、感光ドラム２表面を露光して静電潜像を形成する露光手段５、露光後の感光ドラム２上の電位を測定する電位センサ６、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段として現像器７、転写材Ｐ上にトナー像を転写する転写帯電器８、転写材Ｐを感光ドラムから分離する分離帯電器９、感光ドラム２上の残留トナーを除去するクリーナー１０が配置されている。トナー像の転写先となる転写材Ｐは、給紙デッキ１１から供給される。感光ドラム２の下方、つまり装置本体１内側の下部には、転写材Ｐを収納する給紙デッキ１１が配置されている。
【００３３】
給紙デッキ１１内の転写材Ｐは、給紙ローラ１２によって給紙され、搬送ローラ１３、レジストローラ１５を介して、感光ドラム２と転写帯電器８との間に供給される。転写材Ｐは、ここで感光ドラム２からトナー像を転写され、搬送ベルト１６によって、定着器１７に搬送される。定着器１７で付与される熱及び圧力によりトナー像が固着された転写材Ｐは、最終的なコピー画像として、排紙ローラ１９によって排紙トレイ２０上に排紙される。
【００３４】
上述の複写機においては、露光手段６は、プラテンガラス２１上に載置された原稿を原稿照明ランプ２２と反射板２３とにより照明し、原稿画像からの反射光を、ミラー２５a、２５b、２５cでさらに反射させ、拡大縮小レンズ２６を通過させた後、投影ミラー２７を介して感光ドラム２表面に導く。これにより、一様に帯電されている感光ドラム２表面を露光し、原稿画像に対応した静電潜像を形成するようになっている。
【００３５】
なお、感光ドラムヘの露光量を調節するために、プラテンガラス２１脇には、標準白色板２８が設置され、原稿照明ランプがこれを照らし感光ドラム上に明部電位を形成することが可能な構成となっている。
【００３６】
図２は、感光ドラム２上の電位を測定するための制御基板周辺の電気構成を概略説明する図である。
【００３７】
図において、制御基板内には制御プログラムの記述されたＲＯＭと、プログラム上の必要デー夕の一時記憶素子であるＲＡＭが処理の中心素子であるＣＰＵに接続されている。また、インターフェイス素子であるＩ／Ｏやデータの変換素子であるＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が外部の周辺機器と接続され、制御基板へ情報が入出力される。そして本実施形態の周辺機器として、電位センサが帯電及び露光後の感光ドラム上電位を測定することが可能となっている。そして、感光ドラム上に所望の暗部電位や明部電位を形成するために一次帯電器の印加電圧と原稿照明ランプの印加電圧を制御することが可能となっている。
【００３８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、異なる２つの暗部電位について、等しい第１の明部電位ＶＬ１と等しい第２の明部電位ＶＬ２を得るための露光量について説明である。
【００３９】
図３（ａ）では、暗部電位を４００Ｖ（＝ＶＤtx）、第１の露光量Ｅ１にて第１の明部電位ＶＬ１を１００Ｖ、第２の露光量Ｅ２にて第２の明部電位ＶＬ２を５０Ｖを得ている。
【００４０】
図３（ｂ）では、暗部電位を３００Ｖ（＝ＶＤph）、第の露光量Ｅ１’にて第１の明部電位ＶＬ１として１００Ｖ、第２の露光量Ｅ１’にて第２の明部電位ＶＬ２として５０Ｖを得ている。
【００４１】
図３（ａ）の暗部電位ＶＤtxは画像形成装置の文字を原稿の主体とした文字モードに適用される条件で、図３（ｂ）の暗部電位ＶＤphは、写真を掠稿の主体とした写真モードに適用される条件であり、画像形成装置における不図示の操作パネル上からユーザが原稿にあわせてモード選択されると同時に目標である暗部電位ＶＤ（ＶＤtx又はＶＤph）が設定される。
【００４２】
両図において露光量Ｅ２とＥ１の差をα、Ｅ１’とＥ１’の差をα’とすると、図３（ａ）の文字モードでの電位制御においては、露光量Ｅ１を調整した後にα分だけ露光量を増加させればよく、図３（ｂ）の写真モードでの電位制御においては、露光量Ｅ１’を調整した後にα’分だけ露光量を増加させればよい。前述のようにＥ２やＥ２’を直接調整することはＥ２及びＥ１’付近の電位の傾きが少なく、調整することが難しいために一旦Ｅ１またはＥ１’を求めてからαまたはα’を付加する必要があるためである。
【００４３】
ところが、両図から明らかなように、αとα’は同一ではない。本実施形態での原稿照明ランプは、電圧印加により露光量が決定されるが、本実施形態による露光量の差分αとα’は原稿照明ランプの印加電圧換算でそれぞれ７Ｖと５Ｖであった。
【００４４】
すなわち電圧差として、モードにより２種類分を保持しておかなければならない。ここで問題となるのは、文字モードと写真モードそれぞれに、トナー削減モードとして、暗部電位ＶＤを下げる手法が加わった場合である。単純に５０Ｖの差分だけＶＤを低下させた場合、ＶＤの設定数は４００Ｖ、３５０Ｖ、３００Ｖ、２５０Ｖの４種類必要である。ここでトナー削減モードとして暗部電位を多段階
に低下させようとすると、ＶＤの設定数はその多段階数の２倍分だけ、露光量の差分を保持していなければならない。
【００４５】
一方、図４（ａ）及び（ｂ）では、露光量の差分で保持するのではなく、Ｅ２とＥ１の比率β及びＥ１’とＥ１’の比率β’を算出した場合であるが、やはり比率βと比率β’は同一ではない。
【００４６】
そこで発明者は、いくつかの暗部電位ＶＤを感光ドラムに作成し、第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量Ｅ１を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１を調整し、さらに第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量Ｅ２を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を精密に調査した。Ｅ２を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２の調査は、画像形成装置本体の電位調整機構では、感光体の電位特性のため測定誤差が大きく短時間での測定が困難であるが、外部の電位測定系を用いて、かつ測定回数を増やすことで精度を高めて実験を行った。
【００４７】
元々、本体の電位調整機構だけでは短時間にＶＬ２を得る印加電圧Ｐ２を求めることは困難であって、ゆえに本発明のような２種類の露光量Ｅ１及びＥ２、即ち２種類の印加電圧Ｐ１及びＰ２を用いて電位の制御をする必要性があることは、最初の条件となっている。
【００４８】
図５は、上記実験により得た第２の露光量Ｅ２を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２と第１の露光量Ｅ１を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１との比率Ｐ２／Ｐ１を暗部電位ＶＤに対してプロットした図である。図から比率Ｐ２／Ｐ１は単調変化しているが、直線ではなく、曲線の関係にある。
【００４９】
そこでこれらのプロットから近似曲線を求めると、図６に示すように、ほぼ近似曲線と一致するような関係にあった。
【００５０】
この近似曲線は、暗部電位ＶＤに対していくつかの関数を与えたところ、もっとも一致したものは双曲線であった。ここで本実施形態では、第２の印加電圧Ｐ２を以下の式により求めるようにしている。
Ｐ２≡Ｐ１・ｇ［ＶＤ］…第１式
ただし、ｇ［ＶＤ］＝５４０８６６２／（（ＶＤ）3−５０3）＋１
ここで、ＶＤ＞５０
図７は、本実施形態の電位制御におけるフローチャートである。
【００５１】
まず、原稿照明ランプを消灯し、一次帯電器に所定の電圧を印加して初期の暗部電位を形成する（ｍ１）。初期の印加電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この暗部電位を一次帯電器の感光ドラム下流側にある電位センサ６で測定し（ｍ２）、目標の暗部電位ＶＤになったかを確認する（ｍ３）。ＶＤ±３Ｖの範囲になければ、一次帯電器の印加電圧を増減して（ｍ４）、再度暗部電位が目標電位ＶＤになるように追い込む。
【００５２】
次に上記シーケンスで追い込まれた一次帯電器の印加電圧にて感光ドラムを帯電しながら、原稿照明ランプ２２を標準白色板２８に照らし、感光ドラム上に第１の明部電位を形成する（ｍ５）。この時の原稿照明ランプ２２に印加する電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この明部電位を電位センサ６で測定し（ｍ６）、図３に示したような目標の明部電位ＶＬ１になったかを確認する（ｍ７）。ＶＬ１±３Ｖの範囲になければ、原稿照明ランプ２２の印加電圧を増減して（ｍ８）、再度明部電位が目標電位ＶＬ１になるように露光量を調整する。この結果調整された第１の印加電圧をＰ１と定義しておく（ｍ９）。そして本実施形態では、第２の印加電圧Ｐ２を第１式に従い、算出する（ｍ１０）。
【００５３】
上記第１式から明らかなようにＥ１１加電圧Ｐ２は暗部電位ＶＤの関数として与えられることになる。このような印加電圧Ｐ２により明部電位を形成すれば、どのような暗部電位ＶＤであっても安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となり、画像形成後の画像が安定することになる。
【００５４】
表１は、従来例と本実施形態を比較したものである。
【００５５】
【表１】
同表において、例えば従来例１は、図３で示した露光量の差分αを固定とした方式で、即ち原稿照明ランプの印加電圧の差分（Ａとする）を固定したもので、構成が単純であるが、異なる暗部電位ＶＤには対応できない。従来例２も、図４で示した露光量の比率βを固定とした方式で、即ち原稿照明ランプの印加電圧の比率（Ｂとする）を固定したもので、こちらも構成が単純であるが、異なる暗部電位ＶＤには対応できない。従来例３は従来例１と同じく露光量の差分αを異なるＶＤ分だけ保持する方式で、即ち原稿照明ランプの印加電圧の差分（Ａとする）をＶＤの設定数分だけ保持するものであるが、ＶＤが多段階になると保持するαに相当する印加電圧Ａの差分が多くなり、栴成が複雑でコストもかかる。またＶＤが無段階に変わる場合には、いよいよ差分Ａの保持が困難になる。従来例４は従来例２と同じく露光量の比率βを異なるＶＤ分だけ保持する方式で、即ち原稿照明ランプの印加電圧の比率（Ｂとする）をＶＤの設定数分だけ保持するものであるが、従来例３と同様のデメリットを持っている。しかし本実施形態のように第２の印加電圧Ｐ２を第１の印加電圧Ｐ１とＶＤの関数とで算出することにより、設定数分の異なる暗部電位ＶＤに対応が可能であると同時に従来例３および４のような構成的・コスト的な不具合を生じることなく、安定した明部電位ＶＬ２を得られ、画像が安定する。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、先の第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
第１の実施形態では、第２の明部電位を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を、第１の明部電位を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１と、暗部電位の関数の積で求める演算方式をアナログ露光式の複写様に採用した。本実施形態では、デジタル露光式のプリンタに関して説明を行う。
【００５８】
図８に、本発明にかかる画像形成装置の第２の実施の形態としてのプリンタの概略を図示する。
【００５９】
このプリンタは、装置本体１０１のほぼ中央に、電子写真感光体として円筒状の感光ドラム１０２を備えている。感光ドラム１０２は、装置本体１０１によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されており、感光ドラム１０２の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム１０２上の電位を消去する除電器１０３、感光ドラム１０２表面を一様に帯電する帯電手段として一次帯電器１０４、感光ドラム１０２表面を露光して静電潜像を形成する露光手段１０５、露光後の感光ドラム１０２上の電位を測定する電位センサ１０６、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段として現像器１０７、転写材Ｐ上にトナー像を転写する転写帯電器１０８、転写材Ｐを感光ドラムから分離する分離帯電器１０９、感光ドラム１０２上の残留トナーを除去するクリーナー１１０が配置されている。
【００６０】
トナー像の転写先となる転写材Ｐは、給紙デッキ１１１から供給される。感光ドラム１０２の下方、つまり装置本体１０１内側の下部には、転写材Ｐを根納する給紙デッキ１１１が配置されている。給紙デッキ１１１内の転写材Ｐは、給紙ローラ１１２によって給紙され、搬送ローラ１１３、レジストローラ１１５を介して、感光ドラム１０２と転写帯電器１０８との間に供給される。転写材Ｐは、ここで感光ドラム１０２からトナー像を転写され、搬送ベルト１１６によって、定着器１１７に撒送される。定着器１１７で付与される熱及び圧力によりトナー像が固着された転写材Ｐは、最終的な出力画像として、排紙ローラ１１９によって排紙トレイ１２０上に排紙される。
【００６１】
上述のプリンタにおいては、露光手段１０５は、半導体レーザ１３０から画像信号に応じて照射されたレーザービームがポリゴンミラー１３１により走査され、結像レンズ１３２および反射ミラー１３３を介して感光ドラム１０２に導かれる。
【００６２】
図９は、感光ドラム上の電位を測定するための制御基板周辺の電気構成を概略説明する図である。
【００６３】
図において、制御基板内には制御プログラムの記述されたＲＯＭと、プログラム上の必要データの一時記憶素子であるＲＡＭが処理の中心素子であるＣＰＵに接続されている。またインターフェイス素子であるＩ／Ｏと、データの変換素子であるＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が外部の周辺機器と接続され、制御基板へ情報が入出力される。そして本発明の周辺機器として、電位センサが帯電及び露光後の感光ドラム上電位を測定することが可能となっている。
【００６４】
そして、感光ドラム上に所望の暗部電位や明部電位を形成するために一次帯電器の印加電圧と半導体レーザの印加出力値を制御することが可能となっている。
【００６５】
ところで発明者は、第１の実施形態と同様、暗部電位に対して、第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量Ｅ２を得る半導体レーザの印加出力値Ｌ２と、第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量Ｅ１を得る半導体レーザの印加出力値Ｌ１の比率について調査した。
【００６６】
図１０は、上記調査により得た第２の印加出力値Ｌ２と第１の印加出力値Ｌ１との比率Ｌ２／Ｌ１を暗部電位ＶＤに対してプロットした図である。
【００６７】
図は単調変化しているが、直線ではなく、曲線の関係にある。そこでこれらのプロットから近似地縁を求めると、図１１に示すように、ほぼ近似曲線と一致するような関係にあった。この近似曲線は、暗部電位ＶＤに対していくつかの関数を与えたところ、もっとも一致したものは双曲線であった。ここで本実施形態では、第２の印加出力値Ｌ２を以下の式により求めるようにしている。
Ｌ２≡Ｌ１・ｆ［ＶＤ］…第２式
ただし、ｆ［ＶＤ］＝１５８１／（（ＶＤ）1.5−５０1.5）＋１
ここで、ＶＤ＞５０
なお、本実施形態の半導体レーザの印加出力値とその感光ドラム上露光量は１対１に対応し、近似的に直線関係となっており、半導体レーザの印加出力値を算出することは、露光量Ｅ２を計算することを意味する。
【００６８】
すなわち、下記のような式でも計算が可能である。
Ｅ２≡Ｅ１・ｆ［ＶＤ］…第３式
ただし、ｆ［ＶＤ］は先の第２式のものと同じ
ここで、ＶＤ＞５０
図１２は、本実施形態の電位制御におけるフローチャートである。
【００６９】
まず、半導体レーザを消灯し、一次帯電器に所定の電圧を印加して初期の暗部電位を形成する（ｎ１）。初期の印加電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この暗部電位を一次帯電器の感光ドラム下流側にある電位センサ１０６で測定し（ｎ２）、目標の暗部電位であるＶＤになったかを確認する（ｎ３）。ＶＤ±３Ｖの範囲になければ、一次帯電器の印加電圧を増減して（ｎ４）、再度暗部電位が目標電位ＶＤになるように追い込む。
【００７０】
次に上記シーケンスで追い込まれた一次帯電器の印加電圧にて感光ドラムを帯電しながら、半導体レーザを点灯し、感光ドラム上に第１の明部電位を形成する（ｎ５）。この時の半導体レーザに印加する出力は所定値でもよいし、前回制御時の出力値でもよい。この明部電位を電位センサ１０６で測定し（ｎ６）、図３に示したような目標の明部電位ＶＬ１になったかを確認する（ｎ７）。ＶＬ１±３Ｖの範囲になければ、、半導体レーザの印加出力値を増減して（ｎ８）、再度明部電位が目標電位ＶＬ１になるように露光量を調整する。この結果調整された第１の露光量をＥ１における半導体レーザの印加出力値をＬ１と定義しておく（ｎ９）。
【００７１】
そして本実施形態では、第２の露光量Ｅ２を得るための半導体レーザの印加出力値Ｌ２を第２式に従い算出する（ｎ１O）。同式から明らかなように印加出力値Ｌ２は暗部電位ＶＤの関数として与えられることになる。このような印加出力値Ｌ２により明部電位を形成すれば、どのような暗部電位ＶＤであっても安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となり、画像形成後の画像が安定することになる。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、先の第１及び第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
第１及び第２の実施形態では、露光量Ｅ２、あるいは露光量Ｅ２を得る光学的物理量Ｐ２またはＬ２を得るために、暗部電位ＶＤの関数を使用した。その場合の関数は第１及び第２の実施形態ともに、係数の違いはあるものの暗部電位ＶＤの双曲線関数を使用している。一方、本実施形態では、他の近似曲線を適用している。
【００７４】
図１３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、各種の近似曲線を適用した結果を示す。図では、第２の実施形態にならって関数ｆ［ＶＤ］を縦軸にしている。図から明らかなように近似地縁が単調変化するものであれば、図１３（ａ）に示す対数関数でも、図１３（ｂ）に示す累乗関数でも、図１４（ｃ）に示す指数関数でも演算が可能である。
【００７５】
なお各近似曲線は以下のような曲線を採用している。
対数関数：ｆ［ＶＤ］＝−０．３８３３・ｌｎ（ＶＤ）＋３．５０７８
ただし、ｌｎは自然対数
累乗関数：ｆ［ＶＤ］＝７．７１１９・（ＶＤ）-0.3091
指数関数：ｆ［ＶＤ］＝１．６７５４・e-0.0008・VD
【００７６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、先の第１、第２、及び第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７７】
本実施形態では、さらに、全域にわたって単調変化しない場合、たとえばｎ次関数であっても、実際の使用域で単調変化する地縁であれば、使用可能であることを説明する。
【００７８】
図１４（ａ）は、ＶＤの二次関数を近似曲線とした場合である。また図１４（ｂ）は、ＶＤの三次関数を近似曲線とした場合である。これら曲線は暗部電位ＶＤが５００Ｖ近辺で最小値を向かえ、ＶＤがそれ以上の場合には右上がりの曲線となる。しかし、画像形成装置本体の暗部電位ＶＤが５００Ｖを超えるような設定でない場合、二次関数や三次関数でも十分使用することが可能であることは、図から明らかである。
【００７９】
したがって本実施形態では、暗部電位ＶＤの実使用領域においてＶＤの増加に従い単調変化する関数ならば、二次関数や三次関数などのｎ次関数でも近似曲線が得られる。なお各近似曲線は以下のような曲線を採用している。
二次関数：ｆ［ＶＤ］＝９・１０-10・（ＶＤ）3＋３・１０-6・（ＶＤ）2−０．００３６・（ＶＤ）＋２１３７１
三次関数：ｆ［ＶＤ］＝４・１０-6・（ＶＤ）2−０．００４・（ＶＤ）＋２．１８４６
なお、本実施形態で用いた暗部電位ＶＤの各種関数における係数は一例であり、画像形成装置の特性に従い最適値を選択すればよく、記載した値に限定されるものではないことを記しておく。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第１の明部電位ＶＬ１を得るための露光量Ｅ１に対して、第２の明部電位ＶＬ２を得るための露光量Ｅ２を、露光量Ｅ１とＶＤの関数の積で求めることで、正確な明部電位ＶＬ２を形成することが可能となり、最適な画像品質を提供することが可能となっている。このとき露光量を決定する光学的物理量、例えば原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を露光量Ｅ１を得るための印加電圧Ｐ１とＶＤの関数の積から求めることも可能である。
【００８１】
このように、本発明によれば、異なる暗部電位ＶＤであっても、常に安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となる。
【００８２】
また、アナログ露光式だけでなくデジタル露光方式のプリンタにも採用が可能で、この場合半導体レーザの印加出力値Ｌ２も露光量Ｅ１を得るための印加出力値Ｌ１と暗部電位ＶＤの関数の積から求めることも可能である。
【００８３】
さらに本発明では、暗部電位ＶＤの関数を双曲線だけでなく、単調変化する曲線ならば多くの近似曲線の採用が可能であり、実際に使用する暗部電位ＶＤの領域でのみ単調変化する曲線であれば、ｎ次関数であっても採用が可能であることを見出した。
【００８４】
このように、本発明によれば、複数のＶＤを設定可能な画像形成装置において、第２の明部電位ＶＬ２を得るために、多くの保持用のメモリ等を必要とせず、非常に簡単で精度の高い電位制御を行うことが可能となる。
【００８５】
したがって、異なるＶＤにおいても画像の品質を損なうことなく安定した画像を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における複写機の概略図。
【図２】同実施形態における制御基板周辺の電気構成を説明する図。
【図３】同実施形態における露光量の差分を説明する図。
【図４】同実施形態における露光量の比率を説明する図。
【図５】同実施形態における暗部電位ＶＤによる比率Ｐ２／Ｐ１のプロット図。
【図６】同実施形態における暗部電位による双曲線を説明する図。
【図７】同実施形態の電位制御におけるフローチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるプリンタの概略図。
【図９】同実施形態における制御基板周辺の電気構成を説明する図。
【図１０】同実施形態における暗部電位ＶＤによる比率Ｌ２／Ｌ１のプロット図。
【図１１】同実施形態における暗部電位ＶＤによる双曲線ｆ［ＶＤ］を説明する図。
【図１２】同実施形態の電位制御におけるフローチャート。
【図１３】本発明の第３の実施形態における暗部電位による各種関数を説明する図。
【図１４】本発明の第４の実施形態における暗部電位による各種関数を説明する図。
【符号の説明】
２，１０２ 感光ドラム
４，１０４ 一次帯電器
５，１０５ 露光手段
６，１０６ 電位センサ
２２ 原稿照明ランプ
２８ 標準白色板
１３０ 半導体レーザ
ＶＤ 暗部電位
ＶＬ１ 第１の明部電位
ＶＬ２ 第２の明部電位
Ｅ１ 第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量
Ｅ２ 第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量
Ｐ１ アナログ機において、第１の明部電位ＶＬ１を得るための原稿照明ランプの第１の印加電圧
Ｐ２ アナログ機において、第２の明部電位ＶＬ２を得るための原稿照明ランプの第２の印加電圧
Ｌ１ デジタル機において、第１の明部電位ＶＬ１を得るための半導体レーザの第１の印加出力値
Ｌ２ デジタル機において、第２の明部電位ＶＬ２を得るための半導体レーザの第２の印加出力値
α 第２の露光量Ｅ２と第１の露光量Ｅ１の差分
β 第２の露光量Ｅ２と第１の露光量Ｅ１の比率
Ａ 第２の印加電圧Ｐ２と第１の印加電圧の差分
Ｂ 第２のＥ１印加電圧Ｐ２と第１の印加電圧の比率
ｆ［ＶＤ］，ｇ［ＶＤ］ 暗部電位ＶＤの関数
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の暗部電位を有する画像形成装置および、そのような装置にあって、最適な画像を常に維持するために感光体上に潜像電位を形成する電位の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真感光体上の暗部電位及び明部電位を測定する電位センサと呼ばれる検知手段を利用して、暗部電位および明部電位を所望の電位とする技術が広く実施されている。
【０００３】
これらの電位の制御は、画像形成装置の立ち上げ時や、所定時間後または所定時間経過後の最初の出力前後や、人為的な実行命令によって実施され、常に安定した暗部電位と明部電位を形成する目的で用いられる。
【０００４】
また、上記の暗部電位と明部電位を所望の電位とする方法としては、暗部電位は露光手段の露光量が略「０」であるため、最初に所望の暗部電位となるように帯電手段の帯電量を調整し、続いて暗部電位を得た帯電量にて露光手段の露光量を決定するシーケンスが広く用いられている。
【０００５】
ところで、電子写真に用いる感光体の受ける露光量と感光体の表面電位の関係は、露光量に対して直線の関係であることは少なく、一般に露光量が多いところで傾きが減少する。その場合、露光量を変化させても明部電位が正確に読み取れず、測定誤差が大きくなる。
【０００６】
この現象の対策として、明部電位を２種類用い、第１の明部電位は露光量に対する電位の傾きが比較的大きな部分で露光量Ｅ１の調整を行い、その露光量に対して一定の値を付加するか、または一定の割合を掛けるかして第２の明部電位である所望すべき最終の明部電位を得るようにしている。そして第２の明部電位を使って画像出力を行う画像形成装置が一般に実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術による２種類の明部電位を用いた電位制御方法では、複数の異なる暗部電位を適用する画像形成装置において、第１の露光量に付加する値、又は第１の露光量に対する割合を保持する値を一つしかもたない（記憶していない）場合には、最終の明部電位である第２の明部電位が大きく変わってしまうという不具合を生じていた。
【０００８】
複数の異なる暗部電位は、コピー画像やプリンタ画像による画作りの違いによるものや、トナー消費量の削減のためのもの、或いは低気圧における帯電手段のリーク対策を目的としたものや、画像の濃度調整を目的としたものや、環境による現像特性に応じたものであったりと、多種多様に暗部電位を変更する場合に適用される。
【０００９】
これら１つ１つの暗部電位についても数種または非常に多くの段階を持つことから、各条件に対応する暗部電位と暗部電位との組み合わせとしては、数十からほぼ無限通りの段階が考えられ得る。
【００１０】
これに対して、常に同じ明部電位を得ようとすると、第１の露光量に対する割合か、または付加する値かのどちらか一方を数十からほぼ無限通り保持していなければならないことになり、シーケンスの作成に対する負荷やメモリ等のハード構成に対する負荷の大きいものになってしまう。
【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電子写真感光体上への画像形成のために行われる暗部電位及び明部電位の調整制御に関し、使用状況に応じて異なる暗部電位を適用する場合であれ、各暗部電位に対応した明部電位を常時確実に得ることのできる電位制御方法、及び画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、
電子写真感光体上を所定の帯電量にて一様に帯電させる帯電手段と、
該帯電された前記感光体に所定の露光量にて露光することによって該感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、
前記露光手段の下流にあって前記感光体上の電位を検知する検知手段とを有する画像形成装置において、
前記露光手段による前記静電潜像の形成のための露光を行うことなく、前記帯電手段により帯電された前記感光体の暗部電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が異なる複数の目標暗部電位のうちの選択された目標暗部電位となるように帯電条件を調整可能な画像形成装置であって、
前記目標暗部電位にかかわらず一定に設定される、第１の目標明部電位及び前記第１の目標明部電位よりも小さい画像形成用の第２の目標明部電位に対して、調整された帯電条件にて帯電された前記感光体表面を前記露光手段にて露光したときの前記感光体の表面電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が前記第１の目標明部電位を得るように前記露光手段の第１の露光量が調整され、この調整された前記第１の露光量と、目標暗部電位を変数とする関数により算出された算出結果との積に基づいて、前記第２の目標明部電位を得るように前記第２の露光量を算出することを要旨とする。
【００１３】
また、前記第１の露光量と、前記目標暗部電位を変数とする関数との積に基づいて、前記第２の露光量を決定するのがよい。
【００１５】
また、前記第１の明部電位を得る光学的物理量と、前記暗部電位を変数とする関数とに基づいて、前記第２の明部電位を得るための光学的物理量を決定するのがよい。
【００１６】
また、前記第１の明部電位を得る光学的物理量と、前記暗部電位を変数とする関数との積に基づいて、前記第２の明部電位を得るための光学的物理量を決定してもよい。
【００１７】
また、複数の暗部電位と、１つの第１の明部電位とを設定するとともに、該第１の明部電位及び各暗部電位に対応する第２の明部電位を得るための第２の露光量若しくは光学的物理量を決定してもよい。
【００１８】
また、前記露光手段は、原稿画像を電子写真感光体に投影するアナログ式の露光装置であってもよい。
【００１９】
また、前記露光手段は、出力すべき元画像が電子情報に少なくとも一時的に変換されるデジタル式の露光装置であってもよい。
【００２０】
また、前記暗部電位を変数とする関数は、双曲線として、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であるのがよい。
【００２１】
また、前記暗部電位を変数とする関数は該暗部電位の指数関数、対数関数、及び累乗関数のうち少なくとも１つ、若しくは何れかの合成関数として、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であってもよい。
【００２２】
また、前記暗部電位を変数とする関数は、多次元関数であり、且つ該暗部電位の実使用領域において、該暗部電位の増加に伴い単調変化する関数であってもよい。
【００２４】
発明者らは、暗部電位を帯電手段により帯電した状態で、任意の明部電位（第１の明部電位）を得るための第１の露光量Ｅ１を基準として、所望する他の明部電位（第２の明部電位）が所定値となるような第２の露光量Ｅ２を、複数の暗部電位にて測定したところ、露光量Ｅ２は、暗部電位に対して強い相関があることを見出した。
【００２５】
そこで、第２の露光量Ｅ２を、第１の露光量Ｅ１と、暗部電位ＶＤの関数との積である下記の演算式で記述することで、複数の暗部電位ＶＤに対しても、同式から得られる露光量Ｅ２によって常に安定した第２の明部電位を簡易に得ることができるようになる。
Ｅ２≡Ｅ１・ｆ［ＶＤ］
ただし、ｆ［ＶＤ］はＶＤの関数
また、ＶＤの関数を双曲線を理想の曲線とし、ＶＤの増加に従い減少する関数として、指数関数、対数関数、累乗関数、若しくはこれらの合成関数を適用しても、理想曲線に十分近似する曲線を得ることができることを確認した。
【００２６】
さらにＶＤの実使用領域においてＶＤの増加に従い減少する関数ならば、ｎ次関数でも近似曲線が得られることも確認した。
【００２７】
なお、本発明による明部電位を一定に保つ技術は、ハロゲンランプ等を原稿に照射して、その反射画像を直接ドラムに投影するアナログ式の露光手段を有する画像形成装置でも、一旦ＣＣＤ等により電気信号とした画像や、予めコンピュータ上で作成された電気信号である画像を、半導体レーザを例とするようなデジタル式の露光手段を用いた画像形成装置にも搭載が可能である。
【００２８】
一方、所望の露光量を得るために必要な光学的物理量、例えば、ハロゲンランプの印加電圧や半導体レーザの印加出力値は露光量と１対１で強い相関がある。
【００２９】
そのため第１の明部電位を得るための第１の露光量Ｅ１での光学的物理量Ｐ１と、第２の明部電位を得るための第２の露光量Ｅ２での光学的物理量Ｐ２にも、暗部電位ＶＤに対して強い相関があることがわかった。
【００３０】
従って、下記の式でも記述することで、複数の暗部電位ＶＤでも、簡単な計算式により得られる光学的物理量Ｐ２によって常に安定した第２の明部電位が得られるようになる。
Ｐ２≡Ｐ１・ｇ［ＶＤ］
ただし、ｇ［ＶＤ］はＶＤの関数
すなわち、上記構成によれば、複数の暗部電位を有する画像形成装置においても、常に一定の明部電位を得ることが容易に可能となり、しかも、煩雑なシーケンスや多くのメモリ容量が必要となることもない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に、本発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態としての複写機の概略を図示する。
【００３２】
この複写機は、装置本体１のほぼ中央に、電子写真感光体として円筒状の感光ドラム２を備えている。感光ドラム２は、装置本体１によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されており、感光ドラム２の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム２上の電位を消去する除電器３、感光ドラム２表面を一様に帯電する帯電手段として一次帯電器４、感光ドラム２表面を露光して静電潜像を形成する露光手段５、露光後の感光ドラム２上の電位を測定する電位センサ６、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段として現像器７、転写材Ｐ上にトナー像を転写する転写帯電器８、転写材Ｐを感光ドラムから分離する分離帯電器９、感光ドラム２上の残留トナーを除去するクリーナー１０が配置されている。トナー像の転写先となる転写材Ｐは、給紙デッキ１１から供給される。感光ドラム２の下方、つまり装置本体１内側の下部には、転写材Ｐを収納する給紙デッキ１１が配置されている。
【００３３】
給紙デッキ１１内の転写材Ｐは、給紙ローラ１２によって給紙され、搬送ローラ１３、レジストローラ１５を介して、感光ドラム２と転写帯電器８との間に供給される。転写材Ｐは、ここで感光ドラム２からトナー像を転写され、搬送ベルト１６によって、定着器１７に搬送される。定着器１７で付与される熱及び圧力によりトナー像が固着された転写材Ｐは、最終的なコピー画像として、排紙ローラ１９によって排紙トレイ２０上に排紙される。
【００３４】
上述の複写機においては、露光手段６は、プラテンガラス２１上に載置された原稿を原稿照明ランプ２２と反射板２３とにより照明し、原稿画像からの反射光を、ミラー２５a、２５b、２５cでさらに反射させ、拡大縮小レンズ２６を通過させた後、投影ミラー２７を介して感光ドラム２表面に導く。これにより、一様に帯電されている感光ドラム２表面を露光し、原稿画像に対応した静電潜像を形成するようになっている。
【００３５】
なお、感光ドラムヘの露光量を調節するために、プラテンガラス２１脇には、標準白色板２８が設置され、原稿照明ランプがこれを照らし感光ドラム上に明部電位を形成することが可能な構成となっている。
【００３６】
図２は、感光ドラム２上の電位を測定するための制御基板周辺の電気構成を概略説明する図である。
【００３７】
図において、制御基板内には制御プログラムの記述されたＲＯＭと、プログラム上の必要デー夕の一時記憶素子であるＲＡＭが処理の中心素子であるＣＰＵに接続されている。また、インターフェイス素子であるＩ／Ｏやデータの変換素子であるＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が外部の周辺機器と接続され、制御基板へ情報が入出力される。そして本実施形態の周辺機器として、電位センサが帯電及び露光後の感光ドラム上電位を測定することが可能となっている。そして、感光ドラム上に所望の暗部電位や明部電位を形成するために一次帯電器の印加電圧と原稿照明ランプの印加電圧を制御することが可能となっている。
【００３８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、異なる２つの暗部電位について、等しい第１の明部電位ＶＬ１と等しい第２の明部電位ＶＬ２を得るための露光量について説明である。
【００３９】
図３（ａ）では、暗部電位を４００Ｖ（＝ＶＤtx）、第１の露光量Ｅ１にて第１の明部電位ＶＬ１を１００Ｖ、第２の露光量Ｅ２にて第２の明部電位ＶＬ２を５０Ｖを得ている。
【００４０】
図３（ｂ）では、暗部電位を３００Ｖ（＝ＶＤph）、第の露光量Ｅ１’にて第１の明部電位ＶＬ１として１００Ｖ、第２の露光量Ｅ１’にて第２の明部電位ＶＬ２として５０Ｖを得ている。
【００４１】
図３（ａ）の暗部電位ＶＤtxは画像形成装置の文字を原稿の主体とした文字モードに適用される条件で、図３（ｂ）の暗部電位ＶＤphは、写真を掠稿の主体とした写真モードに適用される条件であり、画像形成装置における不図示の操作パネル上からユーザが原稿にあわせてモード選択されると同時に目標である暗部電位ＶＤ（ＶＤtx又はＶＤph）が設定される。
【００４２】
両図において露光量Ｅ２とＥ１の差をα、Ｅ１’とＥ１’の差をα’とすると、図３（ａ）の文字モードでの電位制御においては、露光量Ｅ１を調整した後にα分だけ露光量を増加させればよく、図３（ｂ）の写真モードでの電位制御においては、露光量Ｅ１’を調整した後にα’分だけ露光量を増加させればよい。前述のようにＥ２やＥ２’を直接調整することはＥ２及びＥ１’付近の電位の傾きが少なく、調整することが難しいために一旦Ｅ１またはＥ１’を求めてからαまたはα’を付加する必要があるためである。
【００４３】
ところが、両図から明らかなように、αとα’は同一ではない。本実施形態での原稿照明ランプは、電圧印加により露光量が決定されるが、本実施形態による露光量の差分αとα’は原稿照明ランプの印加電圧換算でそれぞれ７Ｖと５Ｖであった。
【００４４】
すなわち電圧差として、モードにより２種類分を保持しておかなければならない。ここで問題となるのは、文字モードと写真モードそれぞれに、トナー削減モードとして、暗部電位ＶＤを下げる手法が加わった場合である。単純に５０Ｖの差分だけＶＤを低下させた場合、ＶＤの設定数は４００Ｖ、３５０Ｖ、３００Ｖ、２５０Ｖの４種類必要である。ここでトナー削減モードとして暗部電位を多段階
に低下させようとすると、ＶＤの設定数はその多段階数の２倍分だけ、露光量の差分を保持していなければならない。
【００４５】
一方、図４（ａ）及び（ｂ）では、露光量の差分で保持するのではなく、Ｅ２とＥ１の比率β及びＥ１’とＥ１’の比率β’を算出した場合であるが、やはり比率βと比率β’は同一ではない。
【００４６】
そこで発明者は、いくつかの暗部電位ＶＤを感光ドラムに作成し、第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量Ｅ１を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１を調整し、さらに第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量Ｅ２を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を精密に調査した。Ｅ２を得る原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２の調査は、画像形成装置本体の電位調整機構では、感光体の電位特性のため測定誤差が大きく短時間での測定が困難であるが、外部の電位測定系を用いて、かつ測定回数を増やすことで精度を高めて実験を行った。
【００４７】
元々、本体の電位調整機構だけでは短時間にＶＬ２を得る印加電圧Ｐ２を求めることは困難であって、ゆえに本発明のような２種類の露光量Ｅ１及びＥ２、即ち２種類の印加電圧Ｐ１及びＰ２を用いて電位の制御をする必要性があることは、最初の条件となっている。
【００４８】
図５は、上記実験により得た第２の露光量Ｅ２を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２と第１の露光量Ｅ１を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１との比率Ｐ２／Ｐ１を暗部電位ＶＤに対してプロットした図である。図から比率Ｐ２／Ｐ１は単調変化しているが、直線ではなく、曲線の関係にある。
【００４９】
そこでこれらのプロットから近似曲線を求めると、図６に示すように、ほぼ近似曲線と一致するような関係にあった。
【００５０】
この近似曲線は、暗部電位ＶＤに対していくつかの関数を与えたところ、もっとも一致したものは双曲線であった。ここで本実施形態では、第２の印加電圧Ｐ２を以下の式により求めるようにしている。
Ｐ２≡Ｐ１・ｇ［ＶＤ］…第１式
ただし、ｇ［ＶＤ］＝５４０８６６２／（（ＶＤ）3−５０3）＋１
ここで、ＶＤ＞５０
図７は、本実施形態の電位制御におけるフローチャートである。
【００５１】
まず、原稿照明ランプを消灯し、一次帯電器に所定の電圧を印加して初期の暗部電位を形成する（ｍ１）。初期の印加電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この暗部電位を一次帯電器の感光ドラム下流側にある電位センサ６で測定し（ｍ２）、目標の暗部電位ＶＤになったかを確認する（ｍ３）。ＶＤ±３Ｖの範囲になければ、一次帯電器の印加電圧を増減して（ｍ４）、再度暗部電位が目標電位ＶＤになるように追い込む。
【００５２】
次に上記シーケンスで追い込まれた一次帯電器の印加電圧にて感光ドラムを帯電しながら、原稿照明ランプ２２を標準白色板２８に照らし、感光ドラム上に第１の明部電位を形成する（ｍ５）。この時の原稿照明ランプ２２に印加する電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この明部電位を電位センサ６で測定し（ｍ６）、図３に示したような目標の明部電位ＶＬ１になったかを確認する（ｍ７）。ＶＬ１±３Ｖの範囲になければ、原稿照明ランプ２２の印加電圧を増減して（ｍ８）、再度明部電位が目標電位ＶＬ１になるように露光量を調整する。この結果調整された第１の印加電圧をＰ１と定義しておく（ｍ９）。そして本実施形態では、第２の印加電圧Ｐ２を第１式に従い、算出する（ｍ１０）。
【００５３】
上記第１式から明らかなようにＥ１１加電圧Ｐ２は暗部電位ＶＤの関数として与えられることになる。このような印加電圧Ｐ２により明部電位を形成すれば、どのような暗部電位ＶＤであっても安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となり、画像形成後の画像が安定することになる。
【００５４】
表１は、従来例と本実施形態を比較したものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、先の第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
第１の実施形態では、第２の明部電位を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を、第１の明部電位を得るための原稿照明ランプの印加電圧Ｐ１と、暗部電位の関数の積で求める演算方式をアナログ露光式の複写様に採用した。本実施形態では、デジタル露光式のプリンタに関して説明を行う。
【００５８】
図８に、本発明にかかる画像形成装置の第２の実施の形態としてのプリンタの概略を図示する。
【００５９】
このプリンタは、装置本体１０１のほぼ中央に、電子写真感光体として円筒状の感光ドラム１０２を備えている。感光ドラム１０２は、装置本体１０１によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されており、感光ドラム１０２の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム１０２上の電位を消去する除電器１０３、感光ドラム１０２表面を一様に帯電する帯電手段として一次帯電器１０４、感光ドラム１０２表面を露光して静電潜像を形成する露光手段１０５、露光後の感光ドラム１０２上の電位を測定する電位センサ１０６、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段として現像器１０７、転写材Ｐ上にトナー像を転写する転写帯電器１０８、転写材Ｐを感光ドラムから分離する分離帯電器１０９、感光ドラム１０２上の残留トナーを除去するクリーナー１１０が配置されている。
【００６０】
トナー像の転写先となる転写材Ｐは、給紙デッキ１１１から供給される。感光ドラム１０２の下方、つまり装置本体１０１内側の下部には、転写材Ｐを根納する給紙デッキ１１１が配置されている。給紙デッキ１１１内の転写材Ｐは、給紙ローラ１１２によって給紙され、搬送ローラ１１３、レジストローラ１１５を介して、感光ドラム１０２と転写帯電器１０８との間に供給される。転写材Ｐは、ここで感光ドラム１０２からトナー像を転写され、搬送ベルト１１６によって、定着器１１７に撒送される。定着器１１７で付与される熱及び圧力によりトナー像が固着された転写材Ｐは、最終的な出力画像として、排紙ローラ１１９によって排紙トレイ１２０上に排紙される。
【００６１】
上述のプリンタにおいては、露光手段１０５は、半導体レーザ１３０から画像信号に応じて照射されたレーザービームがポリゴンミラー１３１により走査され、結像レンズ１３２および反射ミラー１３３を介して感光ドラム１０２に導かれる。
【００６２】
図９は、感光ドラム上の電位を測定するための制御基板周辺の電気構成を概略説明する図である。
【００６３】
図において、制御基板内には制御プログラムの記述されたＲＯＭと、プログラム上の必要データの一時記憶素子であるＲＡＭが処理の中心素子であるＣＰＵに接続されている。またインターフェイス素子であるＩ／Ｏと、データの変換素子であるＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が外部の周辺機器と接続され、制御基板へ情報が入出力される。そして本発明の周辺機器として、電位センサが帯電及び露光後の感光ドラム上電位を測定することが可能となっている。
【００６４】
そして、感光ドラム上に所望の暗部電位や明部電位を形成するために一次帯電器の印加電圧と半導体レーザの印加出力値を制御することが可能となっている。
【００６５】
ところで発明者は、第１の実施形態と同様、暗部電位に対して、第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量Ｅ２を得る半導体レーザの印加出力値Ｌ２と、第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量Ｅ１を得る半導体レーザの印加出力値Ｌ１の比率について調査した。
【００６６】
図１０は、上記調査により得た第２の印加出力値Ｌ２と第１の印加出力値Ｌ１との比率Ｌ２／Ｌ１を暗部電位ＶＤに対してプロットした図である。
【００６７】
図は単調変化しているが、直線ではなく、曲線の関係にある。そこでこれらのプロットから近似地縁を求めると、図１１に示すように、ほぼ近似曲線と一致するような関係にあった。この近似曲線は、暗部電位ＶＤに対していくつかの関数を与えたところ、もっとも一致したものは双曲線であった。ここで本実施形態では、第２の印加出力値Ｌ２を以下の式により求めるようにしている。
Ｌ２≡Ｌ１・ｆ［ＶＤ］…第２式
ただし、ｆ［ＶＤ］＝１５８１／（（ＶＤ）1.5−５０1.5）＋１
ここで、ＶＤ＞５０
なお、本実施形態の半導体レーザの印加出力値とその感光ドラム上露光量は１対１に対応し、近似的に直線関係となっており、半導体レーザの印加出力値を算出することは、露光量Ｅ２を計算することを意味する。
【００６８】
すなわち、下記のような式でも計算が可能である。
Ｅ２≡Ｅ１・ｆ［ＶＤ］…第３式
ただし、ｆ［ＶＤ］は先の第２式のものと同じ
ここで、ＶＤ＞５０
図１２は、本実施形態の電位制御におけるフローチャートである。
【００６９】
まず、半導体レーザを消灯し、一次帯電器に所定の電圧を印加して初期の暗部電位を形成する（ｎ１）。初期の印加電圧は所定値でもよいし、前回制御時の電圧値でもよい。この暗部電位を一次帯電器の感光ドラム下流側にある電位センサ１０６で測定し（ｎ２）、目標の暗部電位であるＶＤになったかを確認する（ｎ３）。ＶＤ±３Ｖの範囲になければ、一次帯電器の印加電圧を増減して（ｎ４）、再度暗部電位が目標電位ＶＤになるように追い込む。
【００７０】
次に上記シーケンスで追い込まれた一次帯電器の印加電圧にて感光ドラムを帯電しながら、半導体レーザを点灯し、感光ドラム上に第１の明部電位を形成する（ｎ５）。この時の半導体レーザに印加する出力は所定値でもよいし、前回制御時の出力値でもよい。この明部電位を電位センサ１０６で測定し（ｎ６）、図３に示したような目標の明部電位ＶＬ１になったかを確認する（ｎ７）。ＶＬ１±３Ｖの範囲になければ、、半導体レーザの印加出力値を増減して（ｎ８）、再度明部電位が目標電位ＶＬ１になるように露光量を調整する。この結果調整された第１の露光量をＥ１における半導体レーザの印加出力値をＬ１と定義しておく（ｎ９）。
【００７１】
そして本実施形態では、第２の露光量Ｅ２を得るための半導体レーザの印加出力値Ｌ２を第２式に従い算出する（ｎ１O）。同式から明らかなように印加出力値Ｌ２は暗部電位ＶＤの関数として与えられることになる。このような印加出力値Ｌ２により明部電位を形成すれば、どのような暗部電位ＶＤであっても安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となり、画像形成後の画像が安定することになる。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、先の第１及び第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
第１及び第２の実施形態では、露光量Ｅ２、あるいは露光量Ｅ２を得る光学的物理量Ｐ２またはＬ２を得るために、暗部電位ＶＤの関数を使用した。その場合の関数は第１及び第２の実施形態ともに、係数の違いはあるものの暗部電位ＶＤの双曲線関数を使用している。一方、本実施形態では、他の近似曲線を適用している。
【００７４】
図１３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、各種の近似曲線を適用した結果を示す。図では、第２の実施形態にならって関数ｆ［ＶＤ］を縦軸にしている。図から明らかなように近似地縁が単調変化するものであれば、図１３（ａ）に示す対数関数でも、図１３（ｂ）に示す累乗関数でも、図１４（ｃ）に示す指数関数でも演算が可能である。
【００７５】
なお各近似曲線は以下のような曲線を採用している。
対数関数：ｆ［ＶＤ］＝−０．３８３３・ｌｎ（ＶＤ）＋３．５０７８
ただし、ｌｎは自然対数
累乗関数：ｆ［ＶＤ］＝７．７１１９・（ＶＤ）-0.3091
指数関数：ｆ［ＶＤ］＝１．６７５４・e-0.0008・VD
【００７６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、先の第１、第２、及び第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７７】
本実施形態では、さらに、全域にわたって単調変化しない場合、たとえばｎ次関数であっても、実際の使用域で単調変化する地縁であれば、使用可能であることを説明する。
【００７８】
図１４（ａ）は、ＶＤの二次関数を近似曲線とした場合である。また図１４（ｂ）は、ＶＤの三次関数を近似曲線とした場合である。これら曲線は暗部電位ＶＤが５００Ｖ近辺で最小値を向かえ、ＶＤがそれ以上の場合には右上がりの曲線となる。しかし、画像形成装置本体の暗部電位ＶＤが５００Ｖを超えるような設定でない場合、二次関数や三次関数でも十分使用することが可能であることは、図から明らかである。
【００７９】
したがって本実施形態では、暗部電位ＶＤの実使用領域においてＶＤの増加に従い単調変化する関数ならば、二次関数や三次関数などのｎ次関数でも近似曲線が得られる。なお各近似曲線は以下のような曲線を採用している。
二次関数：ｆ［ＶＤ］＝９・１０-10・（ＶＤ）3＋３・１０-6・（ＶＤ）2−０．００３６・（ＶＤ）＋２１３７１
三次関数：ｆ［ＶＤ］＝４・１０-6・（ＶＤ）2−０．００４・（ＶＤ）＋２．１８４６
なお、本実施形態で用いた暗部電位ＶＤの各種関数における係数は一例であり、画像形成装置の特性に従い最適値を選択すればよく、記載した値に限定されるものではないことを記しておく。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第１の明部電位ＶＬ１を得るための露光量Ｅ１に対して、第２の明部電位ＶＬ２を得るための露光量Ｅ２を、露光量Ｅ１とＶＤの関数の積で求めることで、正確な明部電位ＶＬ２を形成することが可能となり、最適な画像品質を提供することが可能となっている。このとき露光量を決定する光学的物理量、例えば原稿照明ランプの印加電圧Ｐ２を露光量Ｅ１を得るための印加電圧Ｐ１とＶＤの関数の積から求めることも可能である。
【００８１】
このように、本発明によれば、異なる暗部電位ＶＤであっても、常に安定した明部電位ＶＬ２を得ることが可能となる。
【００８２】
また、アナログ露光式だけでなくデジタル露光方式のプリンタにも採用が可能で、この場合半導体レーザの印加出力値Ｌ２も露光量Ｅ１を得るための印加出力値Ｌ１と暗部電位ＶＤの関数の積から求めることも可能である。
【００８３】
さらに本発明では、暗部電位ＶＤの関数を双曲線だけでなく、単調変化する曲線ならば多くの近似曲線の採用が可能であり、実際に使用する暗部電位ＶＤの領域でのみ単調変化する曲線であれば、ｎ次関数であっても採用が可能であることを見出した。
【００８４】
このように、本発明によれば、複数のＶＤを設定可能な画像形成装置において、第２の明部電位ＶＬ２を得るために、多くの保持用のメモリ等を必要とせず、非常に簡単で精度の高い電位制御を行うことが可能となる。
【００８５】
したがって、異なるＶＤにおいても画像の品質を損なうことなく安定した画像を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における複写機の概略図。
【図２】同実施形態における制御基板周辺の電気構成を説明する図。
【図３】同実施形態における露光量の差分を説明する図。
【図４】同実施形態における露光量の比率を説明する図。
【図５】同実施形態における暗部電位ＶＤによる比率Ｐ２／Ｐ１のプロット図。
【図６】同実施形態における暗部電位による双曲線を説明する図。
【図７】同実施形態の電位制御におけるフローチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるプリンタの概略図。
【図９】同実施形態における制御基板周辺の電気構成を説明する図。
【図１０】同実施形態における暗部電位ＶＤによる比率Ｌ２／Ｌ１のプロット図。
【図１１】同実施形態における暗部電位ＶＤによる双曲線ｆ［ＶＤ］を説明する図。
【図１２】同実施形態の電位制御におけるフローチャート。
【図１３】本発明の第３の実施形態における暗部電位による各種関数を説明する図。
【図１４】本発明の第４の実施形態における暗部電位による各種関数を説明する図。
【符号の説明】
２，１０２ 感光ドラム
４，１０４ 一次帯電器
５，１０５ 露光手段
６，１０６ 電位センサ
２２ 原稿照明ランプ
２８ 標準白色板
１３０ 半導体レーザ
ＶＤ 暗部電位
ＶＬ１ 第１の明部電位
ＶＬ２ 第２の明部電位
Ｅ１ 第１の明部電位ＶＬ１を得るための第１の露光量
Ｅ２ 第２の明部電位ＶＬ２を得るための第２の露光量
Ｐ１ アナログ機において、第１の明部電位ＶＬ１を得るための原稿照明ランプの第１の印加電圧
Ｐ２ アナログ機において、第２の明部電位ＶＬ２を得るための原稿照明ランプの第２の印加電圧
Ｌ１ デジタル機において、第１の明部電位ＶＬ１を得るための半導体レーザの第１の印加出力値
Ｌ２ デジタル機において、第２の明部電位ＶＬ２を得るための半導体レーザの第２の印加出力値
α 第２の露光量Ｅ２と第１の露光量Ｅ１の差分
β 第２の露光量Ｅ２と第１の露光量Ｅ１の比率
Ａ 第２の印加電圧Ｐ２と第１の印加電圧の差分
Ｂ 第２のＥ１印加電圧Ｐ２と第１の印加電圧の比率
ｆ［ＶＤ］，ｇ［ＶＤ］ 暗部電位ＶＤの関数
Claims (6)
- 電子写真感光体上を所定の帯電量にて一様に帯電させる帯電手段と、
該帯電された前記感光体に所定の露光量にて露光することによって該感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、
前記露光手段の下流にあって前記感光体上の電位を検知する検知手段とを有する画像形成装置において、
前記露光手段による前記静電潜像の形成のための露光を行うことなく、前記帯電手段により帯電された前記感光体の暗部電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が異なる複数の目標暗部電位のうちの選択された目標暗部電位となるように帯電条件を調整可能な画像形成装置であって、
前記目標暗部電位にかかわらず一定に設定される、第１の目標明部電位及び前記第１の目標明部電位よりも小さい画像形成用の第２の目標明部電位に対して、調整された帯電条件にて帯電された前記感光体表面を前記露光手段にて露光したときの前記感光体の表面電位を前記検知手段により検知し、この検知結果に基づいて前記感光体の表面電位が前記第１の目標明部電位を得るように前記露光手段の第１の露光量が調整され、この調整された前記第１の露光量と、目標暗部電位を変数とする関数により算出された算出結果との積に基づいて、前記第２の目標明部電位を得るように前記第２の露光量を算出する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記露光手段は、原稿画像に基づいて前記感光体を露光することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記露光手段は、画像信号に基づいて前記感光体を露光することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
- 前記露光手段は、レーザを備え、前記レーザに印加する出力値を制御することで前記第１の露光量および前記第２の露光量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置。
- 前記関数は、前記目標暗部電位の増加に伴い単調減少することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
- 前記関数は双曲線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の画像形成装置。
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