JP4411045B2 - 画像濃度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、又はファクシミリ装置等の画像形成装置に関し、特に、画像形成装置において画像濃度を制御する方法に関するものである。

一般に、画像形成装置においては、感光体ドラム又は中間転写体（中間転写ベルト又は中間転写ドラム）等の像担持体の経年変化による変色又は異物付着等による汚れ、製造バラツキ等に起因して画像濃度が変化することがある。

このような画像濃度の経年変化等に対処するため、つまり、画像濃度を安定させるため、現像器の現像によって感光体ドラム上に付着したトナー付着量を計測して、計測したトナー付着量と予め設定された基準値とを比較し、この比較結果に基づいて像形成条件である帯電器による帯電量、現像器の現像バイアス電圧、光学系の露光量、現像器のトナー濃度の少なくとも１つを変更して画像濃度を安定化するようにしたものがある（特許文献１参照）。

さらに、γ変換テーブル（γ補正テーブル）を用いて潜像γ特性を変えて、機械毎の画像濃度及び階調性のバラつきを補正するとともに、現像剤及び感光体等の経時変動に応じて経時的にγ補正テーブルを変更し、機械に拘わらず一定の階調性及び画像濃度とするとともに、現像剤の現像特性及び感光体の光滅衰特性等の経時変化を吸収して常に一定の画像濃度及び階調性を得ることが行われている（特許文献２参照）。

特開平５−２３０５号公報（段落（００１４）〜段落（００２４）、第１図〜第３図） 特開平５−３３６３６７号公報（段落（０００９）〜段落（００１３）、第３図〜第６図）

ところが、特許文献１に記載された画像形成装置においては、トナー付着量と予め設定された基準値とを比較して、帯電量、現像バイアス電圧、光学系の露光量、現像器のトナー濃度等を変更しなければならず、不可避的に制御が複雑となってしまうという課題がある。さらに、トナー付着量と基準値を比較しているに過ぎないから、像担持体毎の製造バラツキ及び経年変化による表面反射率等の相違があると、この相違を反映させることができず、結果的に画像濃度が機械毎に異なり、しかも経年的に変化してしまうという課題もある。

また、特許文献２に記載された画像形成装置においては、例えば、像担持体である中間転写体の経年変化に起因する汚れ、現像剤及び記録媒体（記録用紙）に含まれる添加剤の中間転写体表面の付着による表面反射率の変化等が発生すると、画像濃度補正を行った結果に起因して画像濃度が初期濃度（当初の濃度）に対して経年的に変化するという現象が生じる。

さらに、製造バラツキに起因して中間転写体表面の反射状態に差異があると、各機械（画像形成装置）間で濃度補正結果に差異が生じてしまうことがある。

いずれにしても、従来の画像形成装置においては、感光体ドラム及び中間転写体等の像担持体の表面反射状態を考慮して画像濃度補正を行うことができず、その結果、画像濃度補正を行っても、画像濃度自体が初期濃度に対して経年的に変化してしまい、良好な画像濃度補正を行うことができないという課題がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、像担持体の表面反射率を考慮して常に良好な画像濃度制御を行うことのできる画像濃度制御方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、トナー像が形成される像担持体を備える画像形成装置に用いられ、画像データの入力濃度に応じた出力濃度を有する前記トナー像を前記像担持体上に形成する画像濃度制御を行うための画像濃度制御方法であって、
前記像担持体の表面地肌濃度を計測して、地肌濃度計測値を得る第１のステップと、
前記地肌濃度計測値に基づいて、前記入力濃度に応じた前記出力濃度を得るための階調補正値を生成する第２のステップとを有し、
前記第２のステップは、前記像担持体上に濃度測定用のトナー像パッチを形成する第３のステップと、
前記トナー像パッチの出力濃度をパッチ出力濃度として計測する第４のステップと、
前記入力濃度毎に前記地肌濃度計測値と前記トナー像パッチの理想出力濃度との関係が規定された参照テーブルを参照して前記地肌濃度計測値に対応する前記理想出力濃度を得て前記パッチ出力濃度と前記理想出力濃度との偏差を求める第５のステップと、
前記偏差に応じて前記階調補正値を示すγ補正テーブルを生成する第６のステップとを有し、
さらに、前記第３のステップは、前記像担持体上に高濃度トナー像パッチを形成する第７のステップと、前記像担持体上に前記高濃度トナー像パッチよりも低濃度の低濃度トナー像パッチを形成する第８のステップとを有し、
前記第４のステップは、前記高濃度トナー像の出力濃度を高濃度パッチ出力濃度として計測する第９のステップと、前記低濃度トナー像の出力濃度を低濃度パッチ出力濃度として計測する第１０のステップとを有し、
前記第５のステップおよび前記第６ステップは、前記参照テーブルを参照して前記理想出力濃度と前記高濃度パッチ出力濃度との偏差を第１の偏差として得て該第１の偏差に応じて現像バイアス条件及び露光条件の少なくとも一つを制御する第１１のステップと、前記参照テーブルを参照して前記理想出力濃度と前記低濃度パッチ出力濃度との偏差を第２の偏差として得て該第２の偏差に応じて前記γ補正テーブルを更新する第１２のステップとを有し、
前記第７のステップ、前記第９のステップ、前記第１１のステップ、前記第８のステップ、前記第１０のステップ、及び前記第１２のステップの順に制御を行うようにしたことを特徴とする。

なお、前記画像形成装置は、例えば、カラー画像形成装置であり、前記第７〜前記第１２のステップが各色トナー像について行われ、前記像担持体は感光体ドラム又は中間転写体である。

以上のように、本発明による画像濃度制御方法は、像担持体の表面地肌濃度を計測して地肌濃度計測値を得て、地肌濃度計測値に基づいて入力濃度に応じた出力濃度を得るための階調補正値を生成するようにしたので、像担持体の表面状態を考慮することができ、像担持体の表面状態が変化しても、その変化に影響されることなく、常に良好な画像濃度制御を行うことができるという効果がある。

本発明では、理想出力濃度と高濃度パッチ出力濃度との偏差を第１の偏差として得て、第１の偏差に応じて現像バイアス条件及び露光条件の少なくとも一つを制御し高濃度領域の濃度を一定に保ち、その後、理想出力濃度と低濃度パッチ出力濃度との偏差を第２の偏差として得て、第２の偏差に応じてγ補正テーブルを更新するようにしたので、低濃度領域における濃度再現性を安定化させることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１を参照して、図１は本発明による画像形成装置の一例を示す図であり、ここでは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（ＢＫ）の各色を用いたカラー画像形成装置を例に挙げて説明する。そして、図示の例では、像担持体である中間転写ドラム上の画像濃度を制御する例について説明するが、像担持体が感光体ドラム又は中間転写ベルトである場合においても同様に適用できる。

図示の画像形成装置１０は、感光体ドラム１１を有しており、感光体ドラム１１の周囲には、帯電器１２、Ｙ現像器１３、Ｍ現像器１４、Ｃ現像器１５、ＢＫ現像器１６、及び感光体クリーニングユニット１７が配置され、感光体ドラム１１は中間転写ドラム１８に当接している。一方、中間転写ドラム１８の周囲には中間転写体クリーニングユニット１９、２次転写ユニット２０、及び濃度検知センサ２１が配置されている。

カラー画像形成を行う際には、感光体ドラム１１の表面が帯電器１２によって帯電された後、画像データに応じて露光ユニットによって感光体ドラム１１の表面が露光され感光体ドラム１１上に静電潜像が形成される。感光体ドラム１１上の静電潜像はＹ現像器１３によって現像されてＹトナー像とされ、中間転写ドラム１８に転写され（１次転写）、感光体ドラム１１上に残留する残留Ｙトナーは感光体クリーニングユニット１７によって除去される。この際２次転写ユニット２０は中間転写ドラム１８から離間している。

このようにして、順次Ｍトナー像、Ｃトナー像、及びＢＫトナー像が感光体ドラム１１上に形成され、中間転写ドラム１８に１次転写されて各色の色重ねが行われ、中間転写ドラム１８上にカラートナー像が形成される。

中間転写ドラム１８上のカラートナー像は２次転写位置において、タイミングを合わせて中間転写ドラム１８に当接した２次転写ユニット２０によって、給紙装置（図示せず）から搬送された記録用紙２２上に２次転写され、搬送ベルト２３によって定着ユニット２４に送られ、ここで記録用紙２２上のカラートナー像が定着される。その後、記録用紙は排紙経路２５を介して排紙トレイ２６に排紙される。なお、２次転写の後、中間転写ドラム１８上に残留するトナーは中間転写体クリーニングユニット１９によって除去される。

画像形成装置の電源オン時等の適宜なタイミングで、画像濃度測定用トナ−像が感光体ドラム１１に形成され、そして中間転写ドラム１８に転写されたこのトナー像は濃度検知センサ２１によってその濃度が検知され、トナー濃度検知信号として制御装置（図１には示さず）に与えられる。濃度検知センサ２１は、例えば、反射型センサであり、濃度検知センサ２１は中間転写ドラム１８に光を送出し、中間転写ドラム１８上のトナー像から反射される反射光に応じた電圧信号を出力する。そして、制御装置では電圧信号で示される電圧値に応じて後述するようにして画像濃度制御を行う。

画像形成を行う際、画像データで示される画像濃度（以下入力濃度と呼ぶ）と実際の出力濃度とが相違することがあり、所望の出力濃度を得るためには、感光体ドラム１１の帯電電位、露光強度、及び現像バイアス条件等の画像形成条件を制御する画像濃度制御を行う必要がある。つまり、制御装置では、濃度検知センサ２１からの電圧信号で示す実際の出力濃度と入力濃度に対応する理想的な出力濃度との偏差を求めて、この偏差に応じて出力濃度を正確に再現するために必要な画像データの補正値を演算して、画像形成の際、この補正値を用いて画像データを補正している。

入力濃度に対する出力濃度の階調特性は、低濃度領域では入力濃度に対して出力濃度が高まってくる一方、高濃度領域では入力濃度に対して出力濃度が低下する。この階調特性の傾きγは、入力濃度の補正値を決定する際において考慮する必要がある。なお、ここでは、階調特性の傾きγの変化量をγ補正値（γ補正テーブル）と呼ぶ。

このため、図１に示す例において、画像濃度制御を行う際、中間転写ドラム１８上に各種入力濃度に応じた測定用トナー像（以下単にパッチと呼ぶ）を形成して、これらパッチの濃度（出力濃度）を濃度検知センサ２１で計測して、この計測結果（つまり、出力濃度）と入力濃度とに基づいてγ補正テーブルを補正して画像濃度制御を行うようにしている。

ここで、図２も参照して、制御装置には、中間転写ドラム１８の表面濃度（中間転写ドラム１８自体の表面（地肌）の出力濃度（電圧値に換算））と中間転写ドラム１８に各色トナー像が形成された際の理想とする出力濃度（電圧値に換算）との関係を規定した算出関数が各色毎及びその目標濃度毎に設定されている。つまり、地肌濃度と各色トナー理想濃度との関係を示す算出関数が規定されている。

図２はＹ（イエロー）に関する算出関数を示す図であり、横軸は地肌の出力濃度（電圧値（ｍＶ））、縦軸はＹトナーの理想出力濃度（電圧値（ｍＶ））であって、縦軸の理想出力濃度は目標値として規定されている。図示の算出関数は予め実験によって求められ、地肌濃度を種々変更した際の望ましいＹ出力濃度（目標値）が縦軸に規定されることになる。

Ｙに関する算出関数は、複数の入力濃度毎に設定され、縦軸をｇ、横軸をｘとした際、一次関数ｇ＝ａｘ＋ｂで表される（ａ及びｂは係数である）。図３に示す例では、５つの入力濃度について算出関数ｇ１〜ｇ５が規定され、入力濃度１００％の際には、算出関数ｇ１（ａ＝０．１５，ｂ＝４６５．９６）、入力濃度７５％の際には、算出関数ｇ２（ａ＝０．３５，ｂ＝２８１．１１）、入力濃度５０％の際には、算出関数ｇ３（ａ＝０．５１，ｂ＝１８３．７７）、入力濃度３０％の際には、算出関数ｇ４（ａ＝０．８０，ｂ＝８６．４４）、そして、入力濃度１５％の際には、算出関数ｇ５（ａ＝０．８７，ｂ＝４１．５５）で表される。なお、算出関数は、少なくとも高入力濃度と低入力濃度の二つについて規定しておけばよい。

上述のような算出関数は、Ｍ，Ｃ，及びＢＫについても規定されており、制御装置はこれら算出関数に応じて後述するようにしてγ補正値（γ補正テーブル）を生成することになる（なお、以下の説明では、Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫに関する上述の算出関数を換算テーブル（参照テーブル）と呼ぶことにする）。

図３を参照して、画像濃度制御を行う際には、まずγ補正テーブルを生成する。γ補正テーブルを生成する際には、中間転写体クリーニングユニット１９で中間転写ドラム１８上の残留トナーを除去した後、濃度検知センサ２１によって、トナー像が転写されていない状態で中間転写ドラム１８の表面（以下地肌と呼ぶ）の濃度を計測して、地肌濃度計測値（電圧値）を得る（ステップＳ１）。

この地肌濃度計測値は制御装置に与えられ、制御装置では地肌濃度計測値に対応する各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫ）の目標値を各色目標値として換算テーブルから得る。この例においては、高濃度（入力濃度１００％）の算出関数ｇ１及び低濃度（入力濃度７５％，入力濃度５０％，入力濃度３０％，入力濃度１５％）の算出関数ｇ２〜ｇ５からそれぞれＹ色目標値を求め、同様にして、高濃度及び低濃度算出関数に基づいて、Ｍ，Ｃ，ＢＫ目標値を求めることになる（濃度検出：ステップＳ２）。

上述のようにして、各色目標値（高濃度及び低濃度）を求めた後、中間転写ドラム１８上に各色毎に高濃度印字（入力濃度１００％）のパッチを形成し（ステップＳ３）、濃度検知センサ２１によって各色毎に印字パッチ濃度（出力濃度）を計測して、制御装置では各色高濃度パッチ濃度計測値（電圧値）を得る（ステップＳ４）。制御装置では、各色毎に高濃度パッチ濃度計測値と高濃度目標値とを比較してその偏差（第１の偏差）を求め、偏差がゼロとなるように現像バイアス条件等の画像形成条件（現像バイアス条件及び露光条件の少なくとも一つ）を調整する。つまり、高濃度パッチ計測値と高濃度目標値とが一致するように現像バイアス条件等の画像形成条件を調整する（ステップＳ５）。

次に、上述のようにして調整した現像バイアス条件等下で、低濃度印字のパッチを順次各色毎に中間転写ドラム１８に形成し（ステップＳ６）、これら低濃度パッチの濃度を各色毎に濃度検知センサ２１で計測して、各色低濃度パッチ濃度計測値（電圧値）を得る（ステップＳ７）。続いて、制御装置では、各色低濃度パッチ濃度計測値と各色入力濃度との関係を調べて補間法によって補間を行って、図４に曲線Ａで示す関係を得る。図４は、横軸が入力濃度（％）を示し、縦軸がパッチ濃度計測値（つまり、濃度検知センサ２１の出力電圧値）を示している。

さらに、制御装置では、前述の各色目標値（濃度検知センサ２１の出力電圧値）と入力濃度との関係を調べて補間法によって補間を行って、図４にＢで示す曲線を得る。そして、制御装置は曲線Ａを曲線Ｂとの偏差（第２の偏差）を求めて、この偏差に応じてγ補正テーブルを更新する（ステップＳ８）。つまり、制御装置では各色低濃度パッチ濃度計測値と地肌濃度計測値に応じた各色低濃度目標値との偏差を得て、曲線Ａを曲線Ｂに換算する換算方程式を求めて、この方程式に応じてγ補正テーブルを生成する。なお、γ補正テーブルは各色毎に求められる。

以後、上述のγ補正テーブルを用いて画像濃度制御を行うことになるが、中間転写ドラムの経年変化等を考慮して上述した手法で定期的にγ補正テーブルの更新が行われることになる。このようにして、中間転写ドラム１８の地肌濃度を考慮したγ補正テーブルを生成・更新するようにしたから、長期間に亘って各階調毎の濃度を安定させることができる。

さらに、上述の例では、高入力濃度で形成されたパッチの濃度（出力濃度）を計測して、中間転写ドラム１８の地肌濃度が加味された目標濃度と高出力濃度と比較して現像バイアス条件等の画像形成条件を調整して濃度制御を行い、低入力濃度で形成されたパッチの濃度（出力濃度）を計測して、中間転写ドラム１８の地肌濃度が加味された目標濃度と低出力濃度と比較してγ補正テーブル（γ補正値）を求めるようにしたから、低濃度領域における濃度再現性を安定化させることができる。

上述の説明では、中間転写ドラムを用いたカラー画像形成装置において画像濃度制御を行う場合について説明したが、モノクロ画像形成装置において、感光体ドラム上に形成されるトナー像濃度を計測して画像濃度制御を行う場合についても同様に適用できる。そしてこのγ補正テ−ブルに応じた露光制御を行って画像形成を行う。

像担持体の表面地肌濃度を計測して地肌濃度計測値を得て、地肌濃度計測値に基づいて入力濃度に応じた出力濃度を得るための階調補正値を生成するようにしたので、像担持体の表面状態を考慮して階調補正値を生成することができ、像担持体の表面状態が変化しても、その変化に影響されることなく、常に良好な画像濃度制御を行うことができる結果、複写機又はプリンター等の画像形成装置（特に、カラー画像形成装置）の画像濃度制御に適用できる。

本発明による画像濃度制御方法が用いられる画像形成装置の一例を示す断面図である。 本発明による画像濃度制御方法で用いられる地肌計測値と目標値との関係をイエロートナー像（パッチ）について示す図である。 本発明による画像濃度制御方法を説明するためのフロー図である。 本発明による画像濃度制御方法におけるγ補正テーブルの生成を説明するための図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電器
１３ イエロー（Ｙ）現像器
１４ マゼンタ（Ｍ）現像器
１５ シアン（Ｃ）現像器
１６ ブラック（ＢＫ）現像器
１７ 感光体クリーニングユニット
１８ 中間転写ドラム
１９ 中間転写体クリーニングユニット
２０ ２次転写ユニット
２１ 濃度検知センサ
２４ 定着ユニット

Claims (3)

1. トナー像が形成される像担持体を備える画像形成装置に用いられ、画像データの入力濃度に応じた出力濃度を有する前記トナー像を前記像担持体上に形成する画像濃度制御を行うための画像濃度制御方法であって、
   前記像担持体の表面地肌濃度を計測して、地肌濃度計測値を得る第１のステップと、
   前記地肌濃度計測値に基づいて、前記入力濃度に応じた前記出力濃度を得るための階調補正値を生成する第２のステップとを有し、
   前記第２のステップは、前記像担持体上に濃度測定用のトナー像パッチを形成する第３のステップと、
   前記トナー像パッチの出力濃度をパッチ出力濃度として計測する第４のステップと、
   前記入力濃度毎に前記地肌濃度計測値と前記トナー像パッチの理想出力濃度との関係が規定された参照テーブルを参照して前記地肌濃度計測値に対応する前記理想出力濃度を得て前記パッチ出力濃度と前記理想出力濃度との偏差を求める第５のステップと、
   前記偏差に応じて前記階調補正値を示すγ補正テーブルを生成する第６のステップとを有し、
   さらに、前記第３のステップは、前記像担持体上に高濃度トナー像パッチを形成する第７のステップと、前記像担持体上に前記高濃度トナー像パッチよりも低濃度の低濃度トナー像パッチを形成する第８のステップとを有し、
   前記第４のステップは、前記高濃度トナー像の出力濃度を高濃度パッチ出力濃度として計測する第９のステップと、前記低濃度トナー像の出力濃度を低濃度パッチ出力濃度として計測する第１０のステップとを有し、
   前記第５のステップおよび前記第６ステップは、前記参照テーブルを参照して前記理想出力濃度と前記高濃度パッチ出力濃度との偏差を第１の偏差として得て該第１の偏差に応じて現像バイアス条件及び露光条件の少なくとも一つを制御する第１１のステップと、前記参照テーブルを参照して前記理想出力濃度と前記低濃度パッチ出力濃度との偏差を第２の偏差として得て該第２の偏差に応じて前記γ補正テーブルを更新する第１２のステップとを有し、
   前記第７のステップ、前記第９のステップ、前記第１１のステップ、前記第８のステップ、前記第１０のステップ、及び前記第１２のステップの順に制御を行うようにしたことを特徴とする画像濃度制御方法。
2. 前記画像形成装置はカラー画像形成装置であり、前記第７〜前記第１２のステップを各色トナー像について行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像濃度制御方法。
3. 前記像担持体は感光体ドラム又は中間転写体であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の画像濃度制御方法。

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