JP4586870B2

JP4586870B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4586870B2
Application number: JP2008065487A
Authority: JP
Inventors: 尚知郡谷; 公夫西沢; 崇泰上牧
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222849A; US20090232529A1; US8437650B2

Description

本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置においては、感光体や現像剤等の資材の経時変化や環境、即ち、温度・湿度の変化により画像濃度等の画像特性が変化するために、これらの変動要因に対応した補正を行って画質を安定化させる画質制御が行われる。

特許文献１では、帯電・露光により感光体上にパッチ画像と呼ばれる基準静電潜像を形成し、基準静電潜像の電位を検出して記憶し、
画像形成時に、基準静電潜像形成時と同一条件で静電パターンを形成し、該静電パターンの電位を検出した結果に基づいて、画像形成条件を設定している。

このように、基準画像を形成し、形成した基準画像の電位や濃度を検出し、検出結果に基づいて画像形成条件を制御する画質制御は特許文献１以外にも開示されている。
特開平５−３２３７４３号公報

特許文献１で例示した画質制御、即ち、基準画像を形成し、基準画像の電位や濃度を検出し、検出結果に基づいて、画像形成条件を制御する画質制御は、一定した画質を維持するのに有効な制御方法である。

しかしながらこの方法では、現像性等の画像形成特性が経時的に特定の方向に大きく変化した場合に一旦補正してもすぐに目標の画質レベルに対し十分な補正ができなくなって濃度等の画質に問題が生じることが判明した。

即ち、温度又は湿度である環境が大きく変化した場合や、画像の印字率が大きく変化した場合に、補正が追いつかなくなって画質変動が起こる。この問題は、特に、製版などでは印刷物として大きな問題となる。こうした問題に対し、特許文献１で開示された画質制御を含む従来技術では解決することが困難であった。

本発明は、画像形成特性が経時的に変化した場合に起こる画質変動を抑制し、高画質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の発明により達成される。
１．
像担持体、該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する検出手段及び、該検出手段の検出値に基づいて画像形成条件を制御する画質制御手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段の検出値が漸次増加傾向又は漸次減少傾向にあるか否かを判断する判断手段を有し、
前記検出値が漸次増加傾向又は漸次減少傾向にないと前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、前記検出手段による検出値に基づくその時点での適切な補正量である第１補正量で前記画像形成条件を補正し、
前記検出値が前記漸次増加傾向又は前記漸次減少傾向にあると前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、対応する前記第１補正量よりも絶対値において大きい第２補正量で前記画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
２．
前記判断手段は前記検出値が最初の検出値と最終検出値との差が所定量以上大きいか否かを判断し、大きいと判断した場合に、前記画質制御手段は前記第２補正量によって前記画像形成条件を補正することを特徴とする前記１記載の画像形成装置。
３．
像担持体、該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する検出手段及び、該検出手段の検出値に基づいて画像形成条件を制御する画質制御手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段の検出値の近似直線の傾きに基づき、前記検出値が増加傾向又は減少傾向にあるか否かを判断する判断手段を有し、
前記検出値が増加傾向又は減少傾向にないと前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、前記検出手段による検出値に基づいてその時点での適切な補正量である第１補正量で前記画像形成条件を補正し、
前記検出値が前記増加傾向又は前記減少傾向にあると前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、対応する前記第１補正量よりも絶対値において大きい第２補正量で前記画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
４．
前記判断手段が前記近似直線の傾きが所定の傾き以上であると判断したとき、前記画質制御手段は前記第２補正量によって前記画像形成条件を補正することを特徴とする前記３記載の画像形成装置。
５．
前記第１補正量及び前記第２補正量は上限値を有することを特徴とする前記１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

本発明においては、パッチ画像の濃度を検出した濃度センサの検出値が漸次増加傾向又は漸次減少傾向にあるときに、検出手段による検出値に基づくその時点での適切な補正量である第１補正量よりも絶対値で大きい第２補正量により画像形成条件を補正して画質制御が行われる。

したがって、画像形成特性の変動に特定の傾向があった場合にも補正不足が頻繁に起こることがなく、補正不足による濃度変動が良好に防止され、高画質の画像を安定して形成する画像形成装置が実現される。

以下、本発明を図示の実施の形態を用いて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
〔画像形成装置の構成〕
本発明の実施の形態に係る画像形成装を図１，２により説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す図、図２は画像形成手段の構成を示す図である。

画像形成装置は、イエロー画像を形成する画像形成手段２Ｙ、マゼンタ画像を形成する画像形成手段２Ｍ、シアン画像を形成する画像形成手段２Ｃ及び黒画像を形成する画像形成手段２Ｋを有し、像担持体としての中間転写体１上に電子写真プロセスによりカラートナー像を形成し、転写により記録材Ｓ上にカラートナー像を形成する。

記録材Ｓ上のカラートナー像は定着手段４により定着される。

記録材Ｓへの転写後の中間転写体１はクリーニング手段３によりクリーニングされる。

図２は、図１における画像形成手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの構成を示す。なお、画像形成手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを２で示す。

感光体１０の周囲には、帯電手段１１、露光手段１２、現像手段１３、転写手段１４及びクリーニング手段１５が配置され、帯電、露光及び現像により感光体１０上にトナー像が形成され、転写手段１４によりトナー像が図１の中間転写体１に転写される。

転写後の感光体１０はクリーニング手段１５によりクリーニングされる。
〔画質制御〕
画像形成装置は、制御手段２０を有し、制御手段２０はプログラム記憶手段２９に記憶されているプログラムに従って、前記に説明した画像形成及び以下に説明する画質制御を行う。

画質制御は、画像形成工程の中で実行されるとともに、画像形成装置のメインスイッチが投入されて画像形成装置が立ち上がるとき、画像形成工程の開始時、メンテナンス時等において行われるとともに、画像形成工程の中で実行される。

以下に説明する画質制御は、例えば、５０枚プリント毎のように複数枚の画像形成毎に実施され、連続画像形成工程の中で実行される場合もある。

画質制御においては、周知のように感光体１０上に所定濃度の画像データに基づいた基準静電潜像が形成され、所定の画像形成条件で現像が行われ、中間転写体１上にパッチ画像と呼ばれる基準トナー像（以下パッチ画像と言う）が形成される。

中間転写体１に転写されたパッチ画像の濃度は、濃度センサ２４により検知される。

パッチ画像の濃度を検知した濃度センサ２４の出力は、アンプ２５により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２６によりデジタル化され、検出値記憶手段２７に記憶される。

複数回実施される画質制御工程において検出された検出値は検出値記憶手段２７に蓄積される。

制御手段２０は検出値記憶手段２７から読み出した検出値と、基準値発生部２８からの基準値と比較し、比較結果に基づいて、画像形成条件を補正し、画質を制御する。

この制御により、一定レベルの入力濃度に対して、一定レベル濃度の画像が出力される。

画質制御の内容としては、
（１）帯電手段１１を制御する帯電制御部２１を制御して、感光体１０の帯電電位を制御する、
（２）露光手段１２を制御する露光制御部２２制御して、静電潜像の電位を制御する、及び
（３）現像手段１３を制御する現像制御部２３を制御して、トナー像の濃度を制御する少なくともいずれか一つである。

帯電制御には、スコロトロン帯電器のグリッド電位の制御がある。

露光制御には、露光手段１２を駆動する駆動パルスのパルス幅制御、露光強度の制御等がある。

現像制御には、現像バイアスの直流成分の電圧制御、現像バイアスの交流成分の電圧制御、交流成分の周波数制御、現像剤担持体の移動速度の制御等がある。

なお、図１のカラー画像を形成する画像形成装置においては、Ｙ、Ｍ、Ｃ，Ｋそれぞれのパッチ画像が中間転写体１上に形成され、制御手段２０は画像形成手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ，２Ｋそれぞれにおける画質制御を行う。

図１はカラー画像を形成する画像形成装置の例であるが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

また、中間転写体を用いない画像形成装置、即ち、像担持体としての感光体上にトナー像を形成し、感光体から記録材にトナー像を転写し画像を形成する画像形成装置でもよい。

図３は濃度センサ２４により検出された濃度の変化のモデルを示す。

パッチ画像を検知した濃度センサの検出値Ｐ１、Ｐ２・・・・Ｐｎは必ずしも基準値Ｐｒに一致するものではない。

画質制御においては、パッチ画像を検知した濃度センサの検出値が基準値Ｐｒに一致するか又は基準値Ｐｒに近づくように画像形成条件が制御される。

以下に現像バイアスを制御する現像制御を例にして画質制御を説明する。

画質制御は以下に説明するように、第１補正量又は第２補正量で画像形成条件を補正して行われる。

また、画質制御は、所定枚数の画像形成毎に実施される。

以下に説明する例では、５０プリント毎に前記画質制御を行うことにより、一定の画質が維持される。
＜第１補正量＞
パッチ画像を中間転写体１上に形成し、パッチ画像の濃度を濃度センサ２４が検出する。５０プリント毎に検出されたパッチ画像の濃度の検出値Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐｎが検出値記憶手段２７に記憶される。

パッチ画像の濃度の検出値Ｐ１〜Ｐｎは図示のように、基準値Ｐｒに必ずしも一致せず、基準値Ｐｒから外れる。

制御手段２０は濃度センサ２４の出力に基づいて第１補正量を演算し、第１補正量により現像バイアスの直流成分Ｖｄｃを補正し設定する。

即ち、制御手段２０は、次の（１）式に従った補正を行う。
（１）・・・・・Ｖｄｃ（ｋ）＝Ｖｄｃ（ｋ−１）＋ΔＶｄｃ
現像バイアスの直流成分Ｖｄｃに対する第１補正量ΔＶｄｃは次の式（２）により計算される。
（２）・・・・・ΔＶｄｃ＝（Ｐｒ−Ｐｋ）×α１
（１）（２）式において、
Ｐｒは基準値、ｋは１、２、・・・ｎの間の任意の自然数を表し、α１はパッチ画像形成時の直流成分Ｖｄｃにより決まる係数であり、例えば、α１＝０．２５６×Ｖｄｃ−３７．５３３で与えられる。

このように、第１補正量は基準値と濃度センサ出力との差に対応しており、これらの差に比例した補正量とするのが好ましい。

例えば、Ｐｋ＝７．７Ｖ、Ｐｒ＝８．０Ｖ、Ｖｄｃ＝４００Ｖ、α１＝６５の場合、
ΔＶｄｃ＝（８．０−７．７）×６５＝１９Ｖと計算される。
＜第２補正量＞
このような画質制御により、理論的には一定濃度の画像、即ち、一定レベルの入力濃度に対して一定レベルの出力濃度が得られるはずである。

しかしながら、形成される画像のカバレッジが変化したり、環境（温度又は湿度）の変化により現像性が経時的に変化する場合があり、これにより一定濃度画像が得られない場合がある。

このような画像濃度の変動により画質が低下する結果となる。

本発明では、このような画像濃度の変動を次に説明する方法で補正し、一定濃度の画像が形成されるようにした。

第２補正モードにおいては直流成分Ｖｄｃに対して、次の式（３）で表される第２補正量ΔＶｄｃの補正が行われる。
（３）・・・・・ΔＶｄｃ＝（Ｐｒ−Ｐｋ）×α２
α２＝α１×β
係数βは、濃度センサの検出値から計算される。

係数βの計算例は次の式（４）により与えられる。
（４）・・・・・β＝０．８×｜Ｐｋ−Ｐ（ｋ−１）｜＋１．１
計数βは式（４）が示すとおり、１より大きい値を有する。このことはα２＞α１を意味しており、第２補正量は、対応する補正量よりも絶対値において大きな値を有する。

ここに、対応する第１補正量とは、同一の濃度検出値から計算された第１補正量と第２補正量との関係を言う。

Ｐｋ＝８．８Ｖ、Ｐ（ｋ−１）＝８．４Ｖ、Ｐｒ＝８．０Ｖ、検出値Ｐｋを得たパッチ画像の作成時にＶｄｃ＝４００Ｖとしたとき、
β＝０．８×｜８．８−８．４｜＋１．１＝１．４２
α２＝６５×１．４２＝９２
となり、
補正量ΔＶｄｃ＝−７４Ｖとなる。

係数βの計算例２は次のとおりである。
β＝１．６×｜（Ｐ１＋Ｐ２＋・・・・Ｐｎ）／ｎ−Ｐｒ｜−１２．３４
Ｐ２＝８．８Ｖ、Ｐ１＝８．４Ｖ、Ｐｒ＝８．０Ｖ、ｎ＝２とすると、
β＝１．６×｜（８．８＋８．４）／２−８．０｜−１２．３４＝１．４２
α２＝６５×１．４２＝９２となり、
補正量ΔＶｄｃ＝−７４Ｖとなる。

このような補正の概念を図４に示す。

検出値がＰ１からＰｋへと変化したときに、検出値Ｐｋの後に補正を行うことにより次の検出値Ｐｋ＋１は図４（ａ）（ｂ）に白丸で示すように基準値Ｐｒにほぼ等しい値となる。

第１補正量の計算に用いられる係数α１よりも第２補正量の計算に用いられる係数α２が大きいことから分かるように、第２補正量の絶対値は第１補正量の絶対値よりも大きい。

図４に示す濃度の補正結果は計算により得られるのみでなく、実際に形成されたパッチ画像の濃度を検出することにより確認された。

なお、第１補正量又は第２補正量で補正を行う場合に、補正量が過大になると、画像濃度が変化する場合がある。従って、第１補正量及び第２補正量に上限を設けることが好ましい。
＜補正モードの制御＞
次に、前記第１補正量を用いた第１補正モードと、前記第２補正モードを用いた第２補正モードの使い分けについて説明する。

時間的に前後して像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を濃度センサ２４により検出し、検出値がサンプリングの順序に対して増加傾向又は減少傾向にある場合に、制御手段２０は、前記第２補正量を用いた第２補正モードで画像形成条件を補正し、増加傾向又は減少傾向にない場合は、前記第１補正量を用いた第１補正モードで画像形成条件を補正する。

増加傾向又は減少傾向にあるとは、次の論理式（５）が満たされる場合を言う。
（５）・・・・増加傾向又は減少傾向＝・条件Ａｏｒ条件Ｂｏｒ条件Ｃｏｒ条件Ｄ
条件Ａ：Ｐｎ＞Ｐｎ−１＞・・・Ｐ２＞Ｐ１（漸増傾向に相当）
条件Ｂ：Ｐ１＞Ｐ２・・・Ｐｎ−１＞Ｐｎ（漸減傾向に相当）
条件Ｃ：Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐｎの近似直線の傾きθ＞θ０
条件Ｄ：Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐｎの近似直線の傾きθ＜−θ０
なお、近似直線とは、所定数であるｎ個の濃度検出値に対する近似直線であり、最小二乗法等、適宜の演算により求めることが可能である。

図５に条件Ａ〜Ｄの概念を示す。図５（ａ）は条件Ａを示し、図５（ｂ）は条件Ｂを示し、図５（ｃ）は条件Ｃを示し、図５（ｄ）は条件Ｄを示す。なお、なお、前記傾きθは図５（ｃ）、（ｄ）における近似直線Ｌの傾きである。

図６は論理式（５）に従った画像形成条件設定工程フローチャートである。

ステップＳＴ１の画像形成開始（プリント動作）とともに、ステップＳＴ２において、画像形成枚数をカウントする。

ステップＳＴ３において、所定枚数（例えば５０枚）がカウントされた段階で、画質制御用のパッチ画像が形成される（ステップＳＴ４）。

ステップＳＴ５において、パッチ画像の濃度が濃度センサ２４により検出され、ステップ６において、検出値が検出値記憶手段２７に記憶される。

ステップＳＴ７Ａにおいて、検出値Ｐ１〜Ｐｎが
条件Ａ：Ｐｎ＞Ｐｎ−１＞・・・Ｐ２＞Ｐ１又は
条件Ｂ：Ｐ１＞Ｐ２・・・Ｐｎ−１＞Ｐｎ
を満たすか否かが判断される。

ＳＴ７Ａの判断で、Ｎｏ場合、ステップＳＴ７Ｂにおいて、検出値Ｐ１〜Ｐｎが
条件Ｃ：Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐｎの近似直線の傾きθ＞θ０又は
条件Ｄ：Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐｎの近似直線の傾きθ＜−θ０
を満たすか否かが判断される。

ステップＳＴ７Ａ及びステップ７Ｂにおける判断は、検出値が増加傾向又は減少傾向にあるか否かを見る判断である。

ステップＳＴ７Ａ、ＳＴ７Ｂにおける判断は、検出値記憶手段２７に記憶されている検出値の内の最新の所定数ｎ個に対して行われる。

ステップＳＴ７Ａの判断でＮｏであり、且つ、ステップ７Ｂの判断でＮｏの場合、ステップ８において、第１補正量が算出される。

ステップＳＴ７Ａの判断でＹｅｓと判断されたときは、ステップＳＴ１２において、最終検出値である検出値Ｐｎと最初の検出値Ｐ１との差の絶対値が所定の閾値Ｔ１と比較される。
ｎは、増加傾向又は減少傾向にあるか否かを判断する際の検出値のサンプリング数であり、検出値Ｐｎは検出値記憶手段２７に記憶されている検出値の最終のものである。またＰ１は検出値記憶手段２７に記憶されている検出値の最初のものである。

絶対値｜Ｐｎ−Ｐ１｜が閾値Ｔ１以下であるときは（ＳＴ１２のＮｏ）、ステップＳＴ８に移行する。

このように、検出値Ｐｎと基準値Ｐｒとの差が小さい場合には、増加傾向又は減少傾向であっても第１補正量が選択されることでより精度の高い制御が可能となる。

ステップＳＴ１２において、検出値Ｐｎと基準値Ｐｒとの差の絶対値が閾値Ｔ１より大であるときは（ＳＴ１２のＹｅｓ）式（２）：ΔＶｄｃ＝（Ｐｒ−Ｐｋ）×α２にしたがって、第２補正量である現像バイアスの補正値ΔＶｄｃが計算される（ＳＴ１３）。

ステップＳＴ８において算出された第１補正量又はステップＳＴ１３において算出された第２補正量に基づいて補正された現像バイアスＶｄｃがステップＳＴ９において設定される。そして、枚数カウンタがクリアされる（ＳＴ１０）。

ステップＳＴ１〜ＳＴ１０のループが繰り返され、ジョブの終了時に（ＳＴ１１）終了する。

以上の実施例の画像形成装置によれば、画像特性の変動に特定の傾向があった場合やその変動が大きい場合にも補正不足が頻繁に起こることがなく、補正不足による濃度変動が良好に防止され、高画質の画像を安定して形成することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す図である。画像形成手段を示す図である。濃度センサ２４により検出された濃度の変化のモデルを示す。補正の概念を示すグラフである。検出値が増加傾向又は減少傾向の概念を示すグラフである。第１補正モードと第２補モードとを選択する制御例のフローチャートである。

符号の説明

１中間転写体
２、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ画像形成手段
２０制御手段
２４濃度センサ
２７検出値記憶手段

Claims

像担持体、該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する検出手段及び、該検出手段の検出値に基づいて画像形成条件を制御する画質制御手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段の検出値が漸次増加傾向又は漸次減少傾向にあるか否かを判断する判断手段を有し、
前記検出値が漸次増加傾向又は漸次減少傾向にないと前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、前記検出手段による検出値に基づくその時点での適切な補正量である第１補正量で前記画像形成条件を補正し、
前記検出値が前記漸次増加傾向又は前記漸次減少傾向にあると前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、対応する前記第１補正量よりも絶対値において大きい第２補正量で前記画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
前記判断手段は前記検出値が最初の検出値と最終検出値との差が所定量以上大きいか否かを判断し、大きいと判断した場合に、前記画質制御手段は前記第２補正量によって前記画像形成条件を補正することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
像担持体、該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する検出手段及び、該検出手段の検出値に基づいて画像形成条件を制御する画質制御手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段の検出値の近似直線の傾きに基づき、前記検出値が増加傾向又は減少傾向にあるか否かを判断する判断手段を有し、
前記検出値が増加傾向又は減少傾向にないと前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、前記検出手段による検出値に基づいてその時点での適切な補正量である第１補正量で前記画像形成条件を補正し、
前記検出値が前記増加傾向又は前記減少傾向にあると前記判断手段が判断したときに、前記画質制御手段は、対応する前記第１補正量よりも絶対値において大きい第２補正量で前記画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
前記判断手段が前記近似直線の傾きが所定の傾き以上であると判断したとき、前記画質制御手段は前記第２補正量によって前記画像形成条件を補正することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
前記第１補正量及び前記第２補正量は上限値を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。