JP4175013B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、感光体の表面に光ビームを露光してその表面に静電潜像を形成するとともに、トナーを担持するトナー担持体に現像バイアスを印加して前記トナー担持体から前記感光体にトナーを移動させることで前記静電潜像を顕像化して目標濃度のトナー像を形成する画像形成装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置では、感光体およびトナーの疲労・経時変化や、装置周辺における温湿度の変化などに起因して、画像濃度が変化することがある。そこで、従来より帯電バイアス、現像バイアス、露光エネルギーなどのパラメータ（画像形成条件）を適宜調整して画像濃度を安定化させる技術が数多く提案されている。例えば、特開平１０−２３９９２４号公報に記載の発明では、帯電バイアスおよび現像バイアスを適宜調整することで画像濃度の安定化を図っている。すなわち、この従来技術では、帯電バイアスおよび現像バイアスを変えながら、基準パッチ画像を感光体上に形成し、各基準パッチの画像濃度を検出している。そして、これらの検出値に基づき最適な帯電バイアスおよび現像バイアスをそれぞれ最適帯電条件および最適現像条件として決定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、基準パッチ画像を形成する前に帯電バイアス−現像バイアス特性を予め調べておき、基準パッチ画像を形成するに当たっては、この特性を満足するように帯電バイアスおよび現像バイアスを設定している。このように、最適帯電バイアスおよび最適現像バイアスを求めて画像濃度を安定化するためには、画像形成装置ごとに帯電バイアス−現像バイアス特性を求めておく必要があり、作業が煩雑であるという問題を有している。
【０００４】
また、帯電バイアス−現像バイアス特性は常に一定というわけではなく、経時的に変化することがある。このように当該特性が変化してしまうと、最適な帯電バイアスまたは現像バイアスを正確に算出することが難しくなってしまう。この問題を解消するためには、適宜、帯電バイアス−現像バイアス特性を更新すればよいのであるが、このような更新作業は面倒であり、メンテナンス性の点で劣っている。
【０００５】
この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単に、しかも高精度に画像濃度を安定化させることができる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は帯電した感光体の表面に光ビームを露光して静電潜像を形成する露光手段と、その表面にトナーを担持するトナー担持体を有して該トナー担持体に印加される現像バイアスに応じてトナーを感光体表面に移動させて静電潜像をトナーにより顕像化して画像を形成する現像手段と、現像バイアスを調整して高濃度画像および低濃度画像の濃度を制御する制御手段とを備える画像形成装置および画像形成方法に関するものであり、上記目的を達成するため、以下のように構成している。なお、以下の構成中の用語「漸近範囲」とは、感光体の光減衰特性のうち、高濃度画像を形成する場合、感光体に照射する光ビームのエネルギー密度が増大するのに伴って感光体の表面電位が所定の電位に漸近するエネルギー密度の範囲をを意味し、また用語「濃度飽和範囲」とは現像バイアスの設定可能な範囲のうち、高濃度画像を形成する場合、現像バイアスが変動しても光学濃度が変化せずほぼ飽和する現像バイアスの範囲をを意味している。
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、濃度飽和範囲で現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値で低濃度画像に対応する低濃度用パッチ画像を形成し、低濃度用パッチ画像の濃度が目標濃度にほぼ一致するときの現像バイアスを最適現像条件とし、現像バイアスを最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態で高濃度画像および低濃度画像を形成している。
【０００８】
この発明にかかる画像形成方法は、以下の工程(a)ないし(c)、つまり、
(a)濃度飽和範囲で現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値で低濃度用パッチ画像を形成する工程、
(b)低濃度用パッチ画像の画像濃度を検出する工程、
(c)低濃度用パッチ画像の濃度が目標濃度にほぼ一致するときの現像バイアスを最適現像条件とする工程、
を実行することで最適現像条件を求めた後で、現像バイアスを上記最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態で高濃度画像および低濃度画像を形成している。
【０００９】
このように構成された発明（画像形成装置および方法）では、細線画像やハーフトーン画像などの低濃度画像、すなわち画像全体に対するドットの面積率の低い画像の画質に着目し、その画像濃度に影響を与える画像形成条件としての現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス条件下で実際に形成した低濃度用パッチ画像の濃度に基づいて最適現像条件を求めている。そのため、低濃度側については所定の画像濃度を確保しつつ、しかも現像バイアスのみを変更することですみ従来の最適化処理技術と比較してその処理を大幅に簡略化することが可能となっている。
【００１０】
そして、このように現像バイアスの最適現像条件をいわゆるパッチ処理により求めた画像形成装置や方法では、現像バイアスをその最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態でトナー像を形成しているので、低濃度画像において良好な画質を得ることができるのはもちろんであるが、高濃度画像、すなわちベタ画像などの画像全体に対するドットの面積率の高い画像についても安定した画質のトナー像を形成することが可能である。その理由は以下の通りである。
【００１１】
光ビームのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態で高濃度画像の静電潜像を形成する場合、後述する図３に示すように光ビームの照射により感光体上に形成される静電潜像の表面電位は光ビームのエネルギー密度にかかわらず、ほぼ一定となる。したがって、高濃度画像の画像濃度は現像バイアスに依存することとなる。つまり、低濃度画像の場合と同様に、高濃度画像においても現像バイアスを変化させることでトナー像を構成するトナーの密度が変化する。
【００１２】
しかしながら、高濃度画像では、静電潜像のうちトナーを付すべき部分の面積が比較的広くなっており、このように広い面積にわたってトナーが付着している状態では、トナー密度がある程度以上であれば、それ以上トナー密度を高くしても画像濃度はあまり増加しなくなる。このようにトナー密度に対する画像濃度の変化の小さい濃度飽和範囲が存在する。そして、この発明では低濃度画像の濃度を調整すべく現像バイアスを濃度飽和範囲で変更設定し、最適現像条件を求めているため、その最適現像条件も当然のことながら濃度飽和範囲に含まれており、高濃度画像の濃度が目標濃度から大きく外れることはない。こうすることにより、この画像形成装置および方法は、低濃度画像から高濃度画像までの広い濃度範囲について、画質の良好なトナー像を安定して形成することができる。
【００１３】
ここで、現像バイアスの最適値たる最適現像条件のみならず光ビームのエネルギー密度の最適値、つまり最適露光条件を求め、現像バイアスを最適現像条件に設定するとともに光ビームのエネルギー密度を最適露光条件に設定して所定の目標濃度のトナー像を形成するようにしてもよい。こうすることで目標濃度を得るための画像形成条件（最適現像条件および最適露光条件）を求め易くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２がエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００１５】
このエンジン部ＥＧでは、７つのユニット：(a)感光体ユニット２；(b)イエロー現像ユニット（以下「Ｙ現像ユニット」という）３Ｙ；(c)マゼンタ現像ユニット（「Ｍ現像ユニット」）３Ｍ；(d)シアン現像ユニット（「Ｃ現像ユニット」）３Ｃ；(e)ブラック現像ユニット（「Ｋ現像ユニット」）３Ｋ；(f)中間転写ユニット４および(g)定着ユニット５が装置本体６に対して着脱自在となっている。そして、すべてのユニット２、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、４、５が装置本体６に装着された状態で、図１に示すように、感光体ユニット２の感光体２１が図１の矢印方向Ｄ1に回転するとともに、その感光体２１の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電部２２、現像ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋからなるロータリー現像部３およびクリーニング部２３がそれぞれ配置される。
【００１６】
７つのユニット２、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、４、５のうち感光体ユニット２には感光体２１、帯電部２２およびクリーニング部２３が収容されており、これらを一体的に装置本体６に対して着脱自在となっている。帯電部２２には帯電バイアス発生部１２１から帯電バイアスが印加されており、感光体２１の外周面を均一に帯電させる。また、この感光体ユニット２には、感光体２１の回転方向Ｄ1における帯電部２２の上流側にクリーニング部２３が設けられており、一次転写後に感光体２１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。こうして、感光体２１の表面クリーニングを行っている。
【００１７】
帯電部２２によって帯電された感光体２１の外周面に向けて露光ユニット８から光ビームＬが照射される。この露光ユニット８は、図２に示すように、画像信号切換部１２２と電気的に接続されており、この画像信号切換部１２２を介して与えられる画像信号に応じて露光パワー制御部１２３が露光ユニット８を制御し、光ビームＬを感光体２１上に露光して画像信号に対応する静電潜像を感光体２１上に形成する。
【００１８】
このように構成された画像形成装置では、例えば、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２４からの指令に基づき、画像信号切換部１２２がパッチ作成モジュール１２５と導通している際には、パッチ作成モジュール１２５から出力されるパッチ画像信号が露光パワー制御部１２３に与えられてパッチ潜像が形成される。一方、画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１と導通している際には、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像信号に応じて光ビームＬが感光体２１上に露光されて画像信号に対応する静電潜像が感光体２１上に形成される。
【００１９】
この実施形態では、特に図３（ａ）に示す光減衰特性を有する感光体２１が採用されている。通常、高濃度画像（例えば高濃度用パッチ画像）を形成する場合と、低濃度画像（例えば低濃度用パッチ画像）を形成する場合とで光減衰特性は相互に相違している。すなわち、帯電部２２により均一の表面電位Ｖdに帯電した感光体２１を部分的に光ビームＬにより露光すると、その部分の電荷が中和されて感光体２１の表面に静電潜像が形成されるが、ベタ画像のような高濃度用パッチ画像では感光体２１表面の比較的広い範囲が露光されているため、その表面電位プロファイルは井戸型となり、光ビームＬの単位面積当たりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギー」という）が比較的小さい間では露光エネルギーの増大にしたがって露光部分の表面電位、いわゆる明部電位は徐々に低下していく。そして、感光体２１の特性で決まる残留電位程度まで低下すると、露光エネルギーを増大させたとしても、露光部分の表面電位はほとんど変化しない。その結果、高濃度用パッチ画像については、図３の曲線Ｃhに示すような光減衰特性となり、この光減衰特性は露光エネルギーが増大するのに伴って感光体２１の表面電位が所定の電位Ｖrに漸近する漸近範囲を有している。
【００２０】
これに対し、ライン画像のような低濃度用パッチ画像では露光される領域が狭いため、その表面電位は鋭いディップ状のプロファイルを有することとなる。このため、実際に測定される感光体２１の表面電位の変化は、露光された部分の表面電位（明部電位）の変化と、非露光部分と露光部分とのコントラスト比の変化とにより決定されることとなり、特にこの実施形態では、後者の変化が支配的となっている。その結果、感光体２１の低濃度用パッチ画像については、図３の直線Ｃlに示すような光減衰特性となる。
【００２１】
図１に戻って装置構成の説明を続ける。こうして形成された静電潜像は本発明の「現像手段」に相当するロータリー現像部３によってトナー現像される。このロータリー現像部３では、ブラック用の現像ユニット３Ｋ、シアン用の現像ユニット３Ｃ、マゼンタ用の現像ユニット３Ｍ、およびイエロー用の現像ユニット３Ｙが軸中心に回転自在に設けられている。そして、これらの現像ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは予め決められた複数の位置に移動位置決めされるとともに、感光体２１に対して選択的に現像位置で位置決めされる。図１ではブラック用の現像ユニット３Ｋが現像位置に位置決めされており、この位置決め状態で現像ユニット３Ｋに設けられた現像ローラ３１が感光体２１から離間した状態で対向配置されるが、その他の現像ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃについても現像ユニット３Ｋと全く同様に現像ユニットの現像位置への位置決めにより各現像ユニットに設けられた現像ローラ３１が感光体２１と対向配置される。
【００２２】
また、現像位置に位置決めされた現像ユニットでは、ユニットハウジング内に貯留されたトナーは現像ローラ３１に担持されながら、現像位置に搬送される。このように、この実施形態では、現像ローラ３１が本発明の「トナー担持体」に相当している。なお、トナーが負に帯電するものとして以下説明するが、装置各部の電位を適宜変更することで正に帯電するトナーも使用可能である。
【００２３】
そして、現像ローラ３１に対して、図４に示す交番電圧が現像バイアスとして現像バイアス発生部１２６から印加される。この現像バイアスは、図４に示すように、直流成分Ｖavgに対して振幅Ｖppなる矩形波電圧が重畳された波形を有する交番電圧である。ここでは、交流成分として振幅Ｖpp（＝｜Ｖbmax−Ｖbmin｜）で、しかも交流成分の一周期Ｔaに対する電位Ｖmax側のピーク電位期間Ｔbの割合、つまりデューティーパーセント（＝（Ｔb／Ｔa）×１００％）が５０％の矩形波状の交流成分を印加している。このような波形の現像バイアスを印加することにより、その振幅Ｖppによりトナーの飛翔量を制御することができる一方、その直流成分Ｖavgにより画像濃度を制御することが可能である。
【００２４】
ここで、現像バイアスとトナー像の光学濃度との関係を注目すると、次のような関係が存在する。すなわち、ベタ画像などの高濃度側では、図５に示すように、現像バイアスの直流成分（以下、「直流現像バイアス」という）Ｖavgの絶対値が比較的小さい、つまり低コントラスト電位Ｖcont（図３参照）では直流現像バイアスの増加（コントラスト電位Ｖcontの増大）に伴って比例的にトナー付着量が多くなり、その結果、トナー像の画像濃度が高くなる。しかし、単位面積当たりのトナー付着量が一定値以上となると、それ以上に直流現像バイアスＶavgを増加させたとしても光学濃度はあまり変化しなくなり、トナー飽和濃度Ｄsを示すようになる。このように直流現像バイアスＶavg_s以上の現像バイアス範囲では光学濃度がほぼ飽和しており、この範囲を本発明では「濃度飽和範囲」と称している。また、この「ベタ画像」には、パッチ画像の全面にドットを形成した画像が含まれるのはもちろんのこと、部分的に濃淡が存在する画像であっても画像全体として見た場合に実質的に画像全面にトナーが付着している画像も含まれる。後者としては、例えばパッチ画像に相当する静電潜像の各部での表面電位が１０Ｖ以下の範囲に揃っているものが実質的にベタ画像に含まれる。また、パッチ画像全体に対するドットの面積率が約８０％以上である画像も後者に含まれる。
【００２５】
なお、現像バイアスとしての交番電圧の波形はこれに限定されるものではなく、例えば直流成分に正弦波や三角波を重畳したものであってもよい。また、そのデューティ比が５０％でない波形を用いてもよい。この場合には、その直流成分Ｖavgとしては、加重平均電圧、すなわち、時間とともに振幅の変化する電圧波形の瞬時値をある時間範囲について平均化して直流電圧値に換算した値を用いることができる。
【００２６】
この現像ローラ３１への交番電圧の印加によって現像ローラ３１と感光体２１との間で交番電界が形成され、現像位置に選択位置決めされたユニットハウジング内のトナーが現像ローラ３１から感光体２１に飛翔して静電潜像を顕像化する。こうして、選択された色のトナー像が感光体２１の表面に形成される。
【００２７】
上記のようにして現像部３で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で中間転写ユニット４の中間転写ベルト４１上に一次転写される。すなわち、中間転写ユニット４は複数のローラに掛け渡された中間転写ベルト４１と、中間転写ベルト４１を回転駆動する駆動部（図示省略）とを備えており、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね合わせてカラー画像を形成する一方、単色画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成されるブラック色のトナー像のみを中間転写ベルト４１上に転写して単色画像を形成する。
【００２８】
また、本実施形態にかかる画像形成装置では、パッチ画像の濃度を検出するために、中間転写ベルト４１が掛け渡された一のローラに対向してパッチセンサＰＳが配置されている。
【００２９】
こうして中間転写ベルト４１上に形成された画像については、所定の二次転写領域ＴＲ2において、カセット９から取り出されたシートＳ上に二次転写する。そして、トナー画像が転写されたシートＳを、ヒータ（図示省略）が内蔵された定着ユニット５に導入し、ここで加熱しながら圧力を加えることによってトナーをシートＳに定着させる。こうして画像が形成されたシートＳは装置本体６の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。
【００３０】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１２７はＣＰＵ１２４で行う演算プログラム、ＣＰＵ１２４における演算結果、エンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのメモリ（記憶部）である。
【００３１】
上記のように構成された画像形成装置では、高濃度側では露光エネルギーを漸近範囲に設定することで静電潜像の表面電位をほぼ一定にすることができ、しかも直流現像バイアスＶavgを直流現像バイアスＶavg_s以上の濃度飽和範囲に設定して静電潜像をトナー現像すると、光ビームＬのエネルギー密度の値にかかわらずトナー像の光学濃度の変動を抑えることができる。そこで、この実施形態にかかる画像形成装置では、直流現像バイアスＶavgを濃度飽和範囲内に設定し、しかも光ビームＬのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態でトナー像を形成することで高濃度側でのトナー像の安定形成を図っている。
【００３２】
一方、直流現像バイアスＶavgを濃度飽和範囲内に設定し、しかも光ビームＬのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した場合、低濃度側では図３（ａ）の直線Ｃlで示すように静電潜像の表面電位は露光エネルギーに対して比例的に変化し、また直流現像バイアスＶavgに応じてトナー像の光学濃度が比例的に変化する。そこで、本実施形態では低濃度側については所定の目標濃度の画像を得るために、電源投入時などの適当なタイミングで所定のパッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて画像形成条件を最適化する最適化処理を行っている。具体的には、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２４が予め記憶されたプログラムを実行して、各トナー色毎に図６に示す処理を行っている。
【００３３】
図６は、この画像形成装置における現像バイアスの最適化処理を示すフローチャートである。まず、露光エネルギーを漸近範囲の基準エネルギーＥ2に固定する（ステップＳ１１）。そして、ステップＳ１２〜１５を実行して直流現像バイアスＶavgの絶対値を濃度飽和範囲の最小値Ｖminから最大値Ｖmaxまで１ステップずつ増加させながら、各現像バイアス条件で低濃度用パッチ画像として例えば図７に示す１オン１０オフの１ドットライン群からなるトナー像ＰＩを形成する。こうすることで、中間転写ベルト４１上には、それぞれの現像バイアス条件に応じた濃度の複数の低濃度用パッチ画像が形成されることとなる。
【００３４】
ここで、直流現像バイアスＶavgの変更設定範囲については、濃度飽和範囲であれば、その振り幅については任意であるが、この実施形態では画質向上のために最小値Ｖminから最大値Ｖmaxに制限している。すなわち、直流現像バイアスＶavgが大きくなると図３（ａ）に示すコントラスト電位Ｖcontが大きくなる。そのため、直流現像バイアスＶavgが大きすぎると、エッジ効果として知られるように画像の端部が極端な高濃度となったり、トナー付着量が過大となって後段での転写・定着プロセスにおいてトナーの散りが生じ画質が低下するなどの問題がある。一方、直流現像バイアスＶavgが小さすぎる場合、コントラスト電位Ｖcontが小さくなるのでトナーを感光体２１に付着させる力が弱くなり、例えば図８（ａ）に示す矩形パターンＲＩの例のように、特に感光体２１の移動方向から見たときの画像の左右および下流側のトナーが剥ぎ取られて画像が歪むという現象が発生する。この歪み量Ｄは、図８（ｂ）に示すように、コントラスト電位Ｖcontの増加とともに減少し、次第に一定値に漸近するという特性を示す。
【００３５】
したがって、画質が良好で安定したトナー像形成を行うためには、コントラスト電位Ｖcontが、エッジ効果やトナーの散りが出ない程度に低く、かつ画像の歪み量Ｄが許容範囲内に収まる程度に高い値となっていることが必要である。この範囲は、種々のコントラスト電位Ｖcontでトナー像を形成しながらその画質を評価することで予め求めることができ、発明者らの実験では、この実施形態の画像形成装置においてコントラスト電位Ｖcontとしては５０〜２５０Ｖ程度、また直流現像バイアスＶavgとしては、−（１００〜３８０）Ｖ程度が好ましい範囲であった。
【００３６】
上記のようにして複数の低濃度用パッチ画像が中間転写ベルト４１上に形成されると、各パッチ画像が中間転写ベルト４１の移動に伴ってパッチセンサＰＳと対向する位置に移動してくるタイミングで該センサＰＳからの出力信号を読み込み、その信号に基づいて各パッチ画像の光学濃度を求める（ステップＳ１６）。
【００３７】
そして、直流現像バイアスＶminでの形成されたパッチ画像の画像濃度Ｄminが目標濃度Ｄ(op)、例えばＯＤ＝０．２２よりも濃いか否かをステップＳ１７で判断し、また直流現像バイアスＶmaxでの形成されたパッチ画像の画像濃度Ｄmaxが目標濃度Ｄ(op)よりも薄いか否かをステップＳ１８で判断する。ここで、図９（ａ）に示すように
Ｄmin≦Ｄ(op)
Ｄmax≧Ｄ(op)
であるときには、ステップＳ１９に進んで各低濃度用パッチ画像の画像濃度のうちその濃度が予め設定された目標濃度（ＯＤ＝０．２２）にほぼ一致するときの直流現像バイアスを求め、その値を最適現像条件としてメモリ１２７に記憶する。また、そのときの露光エネルギーを最適露光条件としてメモリ１２７に記憶する。
【００３８】
一方、図９（ｂ）に示すように画像濃度Ｄminが目標濃度Ｄ(op)よりも濃い場合には、ステップＳ２０で露光エネルギーを基準エネルギーＥ2から１ステップ下げて露光エネルギーＥ1に設定した後、ステップＳ１２に戻って最適化処理を繰り返す。また、図９（ｃ）に示すように画像濃度Ｄmaxが目標濃度Ｄ(op)よりも薄い場合には、ステップＳ２１で露光エネルギーを基準エネルギーＥ2から１ステップ上げて露光エネルギーＥ3に設定した後、ステップＳ１２に戻って最適化処理を繰り返す。このようにパッチ画像の画像濃度に応じて露光エネルギーＥを変更設定するようにしているため、濃度制御範囲を広げることができ、目標濃度を得るための画像形成条件（最適現像条件および最適露光条件）を求め易くなる。
【００３９】
以上のように、この実施形態によれば、細線画像やハーフトーン画像などの低濃度用パッチ画像を形成して画像形成条件（最適現像条件および最適露光条件）を最適化し、この画像形成条件で画像を形成するため、低濃度画像において良好な画質を得ることができるのはもちろんであるが、最適現像条件および最適露光条件はそれぞれ濃度飽和範囲および漸近範囲に存在しているため、上記「課題を解決するための手段」の項で詳述したと同様の理由により、高濃度側についても安定した画質でトナー像を形成することが可能となっている。
【００４０】
また、画像濃度を調整するために変更設定するパラメータは基本的に現像ローラ３１に与える直流現像バイアスＶavgだけであり、制御が簡単であるとともに、短時間にて処理を行うことが可能である。
【００４１】
また、画質向上の観点から直流現像バイアスＶavgの可変範囲を制限しているので、一定の画質のトナー像をさらに安定して形成することができる。
【００４２】
さらに、直流現像バイアスＶavgの調整のみで所望の画像濃度を得られない場合には濃度調整に露光エネルギーを補助的に使用しているので、広い範囲にわたり濃度制御を行うことが可能である。換言すれば、露光エネルギーを補助的に使用する必要がない装置においては、最適露光条件を漸近範囲に存在する露光エネルギーに固定しておき、直流現像バイアスのみを濃度飽和範囲内で変更設定しながら各バイアス値で低濃度用パッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて最適現像条件を求めるようにしてもよい。
【００４３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では露光エネルギーを補助的に使用しているが、露光エネルギーを直流現像バイアスと同様に主たる画像形成条件として最適化するようにしてもよい。すなわち、直流現像バイアスＶavgと露光エネルギーＥとを画像形成条件として濃度飽和範囲および漸近範囲で多段階に変更設定しながら各画像形成条件で低濃度用パッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて最適現像条件および最適露光条件を求めるようにしてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、高濃度用パッチ画像としてベタ画像を、また低濃度用パッチ画像として互いに離隔配置された複数の１ドットラインからなるライン画像を用いているが、パッチ画像として用いることのできる画像はこれらに限定されるものではなく、他のパターンを有する画像であってもよい。これらは使用されるトナーの特性やパッチセンサＰＳの感度等に応じて適宜変更されるべきものである。また、各パッチ画像の低濃度側目標濃度も上記の数値に限定されるものではなく、適宜変更してよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、現像ローラ３１に交番電圧を現像バイアスとして印加することでトナーを感光体２１に移動させて静電潜像を顕像化させる、いわゆる非接触現像方式の画像形成装置に本発明を適用しているが、直流電圧を現像バイアスとして印加する装置や接触現像方式の装置に対しても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００４６】
また、上記実施形態では、パッチセンサＰＳは、感光体２１から一次転写された直後の中間転写ベルト４１上でパッチ画像の濃度を検出するように構成されているが、パッチセンサＰＳの位置は他の位置であってもよく、例えば感光体２１上に形成されたパッチ画像の濃度を検出するようにしてもよい。
【００４７】
さらに、上記実施形態は、４色のトナーを用いてカラー画像を形成可能な装置であったが、これ以外にも、例えば、モノクロ画像のみを形成する装置に対しても本発明を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、濃度飽和範囲で現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値で低濃度用パッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて最適現像条件を求め、現像バイアスをその最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギー密度を漸近範囲内に設定した状態でトナー像を形成するように構成しているので、低濃度画像において良好な画質を得ることができるのはもちろんのこと、高濃度画像についても安定した画質のトナー像を形成することができ、低濃度画像から高濃度画像までの広い濃度範囲について、画質の良好なトナー像を簡単に、しかも高精度で安定して形成することができる。
【００４９】
また、この発明によれば、現像バイアスと光ビームのエネルギー密度とを画像形成条件として濃度飽和範囲および漸近範囲で多段階に変更設定しながら各画像形成条件で低濃度用パッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて最適現像条件および最適露光条件を求め、現像バイアスを最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギー密度を最適露光条件に設定した状態でトナー像を形成するように構成しているので、さらに高精度で画像濃度を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１の画像形成装置に採用されている感光体の光減衰特性、ならびに現像バイアスおよび露光エネルギーの設定範囲を示す図ある。
【図４】図１の画像形成装置において現像ローラに印加される交番電圧の電気的特性を示す図である。
【図５】現像バイアスとトナー像の画像濃度との関係を示す図である。
【図６】この画像形成装置の最適化処理を示すフローチャートである。
【図７】この最適化処理に用いる低濃度用パッチ画像の例を示す図である。
【図８】直流現像バイアスが不適正な場合の画像の歪みを例示する図である。
【図９】最適化処理の動作を示す図である。
【符号の説明】
３…ロータリー現像部（現像手段）
８…露光ユニット（露光手段）
１２…エンジンコントローラ（制御手段）
２１…感光体
３１…現像ローラ（トナー担持体）
１２４…ＣＰＵ（制御手段）
Ｅ2…基準エネルギー
Ｌ…光ビーム

Claims (2)

1. 帯電した感光体の表面に光ビームを露光して静電潜像を形成する露光手段と、その表面にトナーを担持するトナー担持体を有して該トナー担持体に印加される現像バイアスに応じてトナーを前記感光体表面に移動させて前記静電潜像をトナーにより顕像化して画像を形成する現像手段と、前記現像バイアスを調整して高濃度画像および低濃度画像の濃度を制御する制御手段とを備える画像形成装置において、
   前記感光体の光減衰特性のうち、高濃度画像を形成する場合、前記感光体に照射する光ビームのエネルギー密度が増大するのに伴って前記感光体の表面電位が所定の電位に漸近する前記エネルギー密度の範囲を漸近範囲とし、
   前記現像バイアスの設定可能な範囲のうち、高濃度画像を形成する場合、現像バイアスが変動しても光学濃度が変化せずほぼ飽和する現像バイアスの範囲を濃度飽和範囲とするとき、
   前記制御手段は、前記濃度飽和範囲で前記現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値で低濃度画像に対応する低濃度用パッチ画像を形成し、低濃度用パッチ画像の濃度が目標濃度にほぼ一致するときの現像バイアスを最適現像条件とし、
   現像バイアスを前記最適現像条件に設定し、しかも前記光ビームのエネルギー密度を前記漸近範囲内に設定した状態で高濃度画像および低濃度画像を形成する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 感光体の表面に光ビームを露光してその表面に静電潜像を形成するとともに、トナーを担持するトナー担持体に現像バイアスを印加して前記トナー担持体から前記感光体にトナーを移動させることで前記静電潜像を顕像化して高濃度画像および低濃度画像を形成する画像形成方法において、
   前記感光体の光減衰特性のうち、高濃度画像を形成する場合、前記感光体に照射する光ビームのエネルギー密度が増大するのに伴って前記感光体の表面電位が所定の電位に漸近する前記エネルギー密度の範囲を漸近範囲とし、
   前記現像バイアスの設定可能な範囲のうち、高濃度画像を形成する場合、現像バイアスが変動しても光学濃度が変化せずほぼ飽和する現像バイアスの範囲を濃度飽和範囲とするとき、
   以下の工程(a)ないし(c)を実行することで最適現像条件を求めた後で、
   現像バイアスを前記最適現像条件に設定し、しかも前記光ビームのエネルギー密度を前記漸近範囲内に設定した状態で高濃度画像および低濃度画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
   (a)前記濃度飽和範囲で前記現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値で低濃度用パッチ画像を形成する工程。
   (b)前記低濃度用パッチ画像の画像濃度を検出する工程。
   (c)低濃度用パッチ画像の濃度が目標濃度にほぼ一致するときの現像バイアスを最適現像条件とする工程。

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