JP5278196B2 - 画像形成装置および画像形成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置および画像形成プログラムに関する。

従来、画像形成装置によって形成される画像の濃度は、種々の影響を受けて変化するため、像担持体上に濃度測定用パッチ（以下、パッチパターンと記述する）を形成し、そのパッチパターンの画像濃度を測定することで現像特性を取得し、その現像特性に応じて画像濃度に影響を与える現像バイアスや露光量等の作像条件を調整して画像濃度を安定化させる濃度調整技術が知られている。

濃度調整を行う場合、パッチパターンを形成してから、画像濃度を検出するまで、ユーザが印刷できないダウンタイムが発生する問題があった。この問題に対する従来の方法としてつぎの３つの方法（１）〜（３）が知られている。（１）定着装置が所定の温度に立ち上がるまでのウォーミングアップ時間を利用して、濃度調整を行う方法（たとえば、特許文献１参照）、（２）定着装置が所定の温度に立ち上がるまでのウォーミングアップ時間内に実行可能なエージング動作を行う方法（たとえば、特許文献２参照）、（３）レーザパワーの値をいくつか変更してパッチパターンを形成し、このパッチパターンの濃度情報を取得して、定着装置が所定の温度に立ち上がるまでのウォーミングアップ時間内に、実行可能な濃度調整方法を選択する方法（たとえば、特許文献３参照）、がある。

しかしながら、上記に示されるような従来の方法にあっては、以下に示すような課題があった。上記（１）の方法は、定着のウォーミングアップ時間が短い場合、濃度調整に起因するダウンタイムが発生する。上記（２）の方法は、濃度調整に起因するダウンタイムは発生しないが、現像剤の帯電量以外の濃度制御因子を調整できない。上記（３）の方法は、濃度調整に起因するダウンタイムが発生せず、現像剤の帯電量以外の濃度制御因子も調整できるが、予め用意した選択肢の中からパッチパターン形成条件を選択する方式を採っているため、限られた時間内で精度良く現像特性を得ることが難しい。

ここでなぜ、予め用意した選択肢の中からパッチパターン形成条件を選択すると、限られた時間内で精度良く現像特性を得ることが難しくなるかについて説明する。限られた時間内でパッチパターンを形成するには、パッチ数を減らすしかない。しかし、現像特性（レーザパワーと濃度の関係）は非線形になることもあり、精度の良い現像特性を得るには狙いとする濃度近傍のパッチパターンを形成する必要がある。特許文献３では、パッチパターン形成条件として単純にレーザパワーの値をいくつ用意するかしか検討されておらず、このように予め用意された固定のパッチパターン形成条件から選択しても、狙いとする濃度近傍のパッチパターンは形成することは難しいものとなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所定時間内で、狙いとする濃度近傍の現像特性を効率良く測定することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、像担持体上に複数のパッチパターンを作像し、作像された前記パッチパターンの濃度測定の結果に基づいて記憶手段に記憶されているパッチパターンの作像条件を更新する画像形成装置であって、前記パッチパターンの形成に要する割当可能な時間である割当時間を算出するパッチパターン形成割当時間算出手段と、前記パッチパターン形成割当時間算出手段で算出した割当時間内に形成可能なパッチパターン数から前記割当時間内で形成可能なパッチパターンの最大パッチ長を算出する最大パッチ長算出手段と、前記画像形成装置周辺の温度である環境温度と前記記憶手段に記憶されている作像条件を設定した際の環境温度との変化量を予め設定される閾値とを比較し、比較結果に応じてパッチパターンの作像条件を新たに設定するパッチ形成条件設定手段と、を備え、前記パッチ形成条件設定手段は、前記変化量が前記閾値より小さい場合には前記記憶手段に記憶されている前回更新した作像条件の近傍領域を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定し、前記変化量が前記閾値より大きい場合には前記画像形成装置で設定可能な作像条件の全範囲を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定することを特徴とする。

本発明は、濃度調整に起因するダウンタイムがなく、所定時間内で、狙いとする濃度近傍の現像特性を効率良く測定することができるという効果を奏する。

図１は、この実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す説明図である。 図２は、この実施の形態にかかる画像形成装置の基本的な電気的構成を示すブロック図である。 図３は、転写ベルト上に形成されるパッチパターンを示す説明図である。 図４は、この実施例１にかかる画像形成装置の濃度調整処理を示すフローチャートである。 図５は、パッチパターン形成の割当時間算出処理を示すフローチャートである。 図６は、定着ウォーミングアップ時間を格納したテーブル値を示す図表である。 図７は、給紙時間と定着ウォーミングアップ時間との関係を示す説明図である。 図８は、現在の作像条件近傍の現像特性を得る各パッチの形成条件の算出処理を示すフローチャートである。 図９は、作像条件全域の現像特性を得る各パッチの形成条件の算出処理を示すフローチャートである。 図１０は、この実施例２にかかる画像形成装置の濃度調整処理を示すフローチャートである。 図１１は、実施例２の現在の作像条件近傍の現像特性を得る各パッチの形成条件の算出処理を示すフローチャートである。 図１２は、各色のパッチ形成時のレーザパワーを規定のパッチ濃度間隔毎に設定することを示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置および画像形成プログラムの最良な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
先ず、本発明を適用した画像形成装置の基本的な構成を説明する。

図１は本発明を適用した画像形成装置の一実施の形態にかかる概略構成を示す図である。図１に示す画像形成装置は、像担持体としての転写ベルト１０５に沿って各色のプロセスカートリッジ（１０６Ｂｋ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙ）が並べられた構成、つまり転写ベルト１０５に沿って各プロセスカートリッジが対向して配置された構成を備えるものであり、いわゆる、タンデムタイプといわれる画像形成装置である。転写ベルト１０５は図１でいうと反時計回りに回転し、回転方向の上流側から順に、複数のプロセスカートリッジ（電子写真プロセス部）１０６Ｂｋ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙが配列されている。これら複数のプロセスカートリッジ１０６Ｂｋ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。プロセスカートリッジ１０６Ｂｋはブラックの画像を、プロセスカートリッジ１０６Ｍはマゼンタの画像を、プロセスカートリッジ１０６Ｃはシアンの画像を、プロセスカートリッジ１０６Ｙはイエローの画像をそれぞれ形成する。

プロセスカートリッジ（１０６Ｂｋ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙ）は、感光体（１０９Ｂｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）と、その他の幾つかの装置とを１つのユニットとして共通の支持体に支持するものであり、本装置に対して着脱可能になっている。ブラック用のプロセスカートリッジ１０６Ｂｋを例にすると、感光体１０９Ｂｋの他、１次転写ニップ部を通過した後の感光体１０９Ｂｋの表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーナーブレード１１３Ｂｋも有している。また、クリーニング後の感光体１０９Ｂｋ表面を除電する図示しない除電装置や、除電後の感光体１０９Ｂｋ表面を一様帯電せしめる帯電手段としての帯電器１１０Ｂｋなども有している。他色用のプロセスカートリッジ（１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙ）も、取り扱うトナーの色が異なる他は、ほぼ同様の構成になっている。なお、露光器１１１は、各プロセスカートリッジ（１０６Ｂｋ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙ）が形成する画像色に対応する露光光であるレーザ光（１１４Ｂｋ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｙ）を、それぞれ対応するプロセスカートリッジの感光体（１０９Ｂｋ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｙ）に照射する。

また、図１において、プロセスカートリッジ１０６Ｂｋ内には、トナーを撹拌するパドル１０６ａ、トナーを供給する供給ローラ１０６ｂ、トナー層を一定厚にする現像ブレード１０６ｃが配置されている。また、図１の符号１１９は搬送ローラ、符号１２０はレジストセンサ、符号１２１は搬送路センサ、符号１２３は排紙センサ、符号１２５は転写後の転写ベルト１０５上の残トナーを除去する中間ベルトクリーナ、符号１３０は転写後の感光体および転写ベルト１０５上の残トナーを回収し収納する廃トナーボックス、符号１３１は廃トナーボックス１３０内の廃トナーの満杯検知を行なう廃トナーフル検知センサである。

転写ベルト１０５は、回転駆動される２次転写駆動ローラ１０７と転写ベルトテンションローラ１０８とに巻回されたエンドレスのベルトである。この２次転写駆動ローラ１０７は、不図示の駆動モータにより回転駆動させられ、この駆動モータと、２次転写駆動ローラ１０７と、転写ベルトテンションローラ１０８とが、転写ベルト１０５を移動させる駆動手段として機能する。

以下の説明では、プロセスカートリッジ１０６Ｂｋについて具体的に説明するが、他のプロセスカートリッジ１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙはプロセスカートリッジ１０６Ｂｋと同様であるので、そのプロセスカートリッジ１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｙの各構成についての説明は省略する。

画像形成に際し、感光体１０９Ｂｋの外周面は、暗中にて帯電器１１０Ｂｋにより一様に帯電された後、露光器１１１からのブラック画像に対応したレーザ光１１４Ｂｋにより露光され、静電潜像を形成される。現像器１１２Ｂｋは、この静電潜像をブラックトナーにより可視像化する。このことにより感光体１０９Ｂｋ上にブラックのトナー画像が形成される。

このトナー画像は、感光体１０９Ｂｋと転写ベルト１０５とが接する位置（一次転写位置）で、一次転写ローラ１１５Ｂｋの働きにより転写ベルト１０５上に転写される。この転写により、転写ベルト１０５上にブラックのトナーによる画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体１０９Ｂｋは、外周面に残留した不要なトナーをクリーナーブレード１１３Ｂｋにより払拭された後、次の画像形成のために待機する。

以上のように、プロセスカートリッジ１０６Ｂｋで転写ベルト１０５に転写されたブラックの画像は、転写ベルト１０５によって次のプロセスカートリッジ１０６Ｍに搬送される。プロセスカートリッジ１０６Ｍでは、プロセスカートリッジ１０６Ｂｋでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより感光体１０９Ｍ上にマゼンタのトナー画像が形成され、そのトナー画像が転写ベルト１０５上に形成されたブラックの画像に重畳されて転写される。

転写ベルト１０５は、さらに次のプロセスカートリッジ１０６Ｃ、１０６Ｙに搬送され、同様の動作により、感光体１０９Ｃ上に形成されたシアンのトナー画像と、感光体１０９Ｙ上に形成されたイエローのトナー画像とが、転写ベルト上に重畳されて転写される。こうして、転写ベルト１０５上にフルカラーのトナー画像が形成される。

なお、画像形成に際して、ブラックのみの印刷の場合は一次転写ローラ１１５Ｍ、一次転写ローラ１１５Ｃ、一次転写ローラ１１５Ｙは、それぞれ感光体１０９Ｍ、感光体１０９Ｃ、感光体１０９Ｙから離間された位置に退避し、前述の画像形成プロセスをブラックの場合のみ行う。

転写ベルト１０５の下方には、給紙トレイ１０１ａ，ｂ、給紙ローラ１０２ａ，ｂ、レジストローラ１０３などを有する給紙手段が設けられている。また、２次転写駆動ローラ１０７に対向するように２次転写ローラ１１６を備えている。ここで、２次転写駆動ローラ１０７は、２次転写ローラ１１６との間に転写ベルト１０５を挟み込んで２次転写ニップ部を形成している。さらに、２次転写ニップ部の上方には、定着器１２２、排紙ローラ１１８などを備えている。

給紙トレイ１０１ａ，ｂは、記録媒体としての用紙１０４を複数枚重ねて収納しており、一番上の用紙１０４には給紙ローラ１０２ａ，ｂが当接している。給紙ローラ１０２ａ，ｂは、図示しない駆動手段によって回転し、一番上の用紙１０４の先端をレジストローラ１０３に突き当てた状態で回転を一旦停止させる。そして、用紙１０４を適切なタイミングで転写バイアスが印加された２次転写ニップ部に向けて送り出す。転写ベルト１０５上に形成されたトナー画像は、この２次転写ニップ部で用紙１０４に転写される。２次転写ニップ部を通過した後の転写ベルト１０５には、用紙１０４に転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、中転ベルトクリーナ１２５によってクリーニングされる。

２次転写ニップ部を通過した用紙１０４は、定着器１２２の定着ローラと加圧ローラ間を通過する際の熱と圧力の作用により、表面に転写されたトナー画像が定着される。その後、用紙１０４は、排紙ローラ１１８によって機外へと排出される。

つぎに、本発明を適用した画像形成装置の基本的な電気的構成を、図２に示すブロック図を用いて説明する。この画像形成装置はＣＰＵ１０、画像メモリ２０、Ｉ／Ｏ（入出力部）３０、Ｉ／Ｆ（インターフェース部）４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ６０、操作パネル７０、等を備えている。ＣＰＵ１０はＲＯＭ５０に記憶されたプログラムに従い、画像形成装置を構成する各部を制御する。画像メモリ２０は印刷データに含まれる画像データを一時的に記憶する。Ｉ／Ｏ３０は画像形成部やセンサなどの電装品の入出力を制御する。Ｉ／Ｆ４０は装置とケーブルなどで接続されたパーソナルコンピュータやサーバなどから印刷データやユーザへの問い合せ応答を受け取る。ＲＯＭ５０は装置全体を制御するためのプログラムを記憶する。ＲＡＭ６０は装置に関する各種情報を一時的に記憶する。操作パネル７０はユーザが装置の状態把握や、装置の動作変更を設定するための手段である。Ｉ／Ｏ３０には各センサ群が接続され、このセンサには後述するフォトセンサ１１７、環境センサ８０を設けている。

フォトセンサ１１７は転写ベルト１０５に対向して配置されている。フォトセンサ１１７は転写ベルト１０５に向けて光を投射するＬＥＤ（発光ダイオード）と転写ベルト１０５の反射光を受光するフォトダイオードによる対をなしている。

また、環境センサ８０は、装置周辺の温度検出および湿度検出を行うものである。温度検出には、異種金属どうしあるいは金属と半導体どうしを接合した接点に発生する熱起電力を信号として取り出す熱電対方式、金属あるいは半導体の抵抗率が温度によって変化することを利用した抵抗率変化素子、また、ある種の結晶では温度が上昇したことにより結晶内の電荷の配置に偏りが生じ表面に電位発生する焦電型素子、さらには、温度による磁気特性の変化を検出する熱磁気効果素子などを採用することができる。湿度検出には、Ｈ₂ＯあるいはＯＨ基の光吸収を測定する光学的測定法、水蒸気の吸着による材料の電気抵抗値変化を測定する湿度センサ等がある。

続いて、本発明を適用した画像形成装置における画像濃度調整の詳細を説明する。電子写真方式の画像形成装置においては、温度・湿度などの環境変化や経時劣化などの影響により、画像の濃度が変動してしまう。そのため、所定のタイミングで画像変動に対して濃度の補正を行う必要がある。ここで、所定のタイミングとは、主電源の投入時、待機状態のまま所定時間経過した時、所定枚数以上のプリント処理実行時、や温度や湿度の変化時等が考えられる。

ここで、具体的に濃度調整の方法について説明する。濃度調整を行うべき所定のタイミングになったと判断した場合、まず、感光体１０９Ｂｋ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｙを回転させることで、感光体の表面を一様に帯電する。そして、出力パワーを徐々に大きくしながらレーザ光１１４Ｙ、１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｂｋを感光体（１０９Ｂｋ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｙ）に夫々照射し、パッチパターン用の静電潜像を各感光体上に形成する。感光体上に形成された静電潜像は、現像器１１２Ｙ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｂｋで現像され、転写ベルト１０５上にパッチパターンが形成される。図３に転写ベルト１０５上に形成されるパッチパターンを示す。本実施の形態においては、図３に示すように、濃度の異なるパッチパターンを各色７個づつ転写ベルト１０５上に形成する。転写ベルト１０５上に形成されたパッチパターンは、転写ベルト１０５の無端移動に伴って反射型のフォトセンサ１１７との対向位置まで搬送される。フォトセンサ１１７は、転写ベルト１０５上に光を照射し、転写ベルト１０５上に形成されているパッチパターンからの反射光の光量（以下、「反射量」という）を検知する。検知された反射量は、トナーの付着量に変換され、各色の濃度パターンデータとして蓄積される。つぎに濃度パターンデータから、レーザパワーとトナー付着量の近似式を算出する。最後に近似式から狙いとなるトナー付着量が得られるレーザパワーを決定し、補正された画像形成条件として設定する。また、フォトセンサ１１７との対向位置を通過したパッチパターンは、中転ベルトクリーナ１２５によってクリーニングされる。

（実施例１）
図４に実施例１にかかる濃度調整のメイン処理のフローチャートを示す。この濃度調整処理はＣＰＵ１０によって実行される。先ず、濃度調整処理の開始を判断し（ステップＳ４０１）、濃度調整処理の開始であれば、パッチパターン形成割当時間算出（図５参照）を実行する（ステップＳ４０２）。

ここで、図４のステップＳ４０２におけるパッチパターン形成割当時間算出の詳細な動作のフローチャートを図５に示す。まず、給紙ローラから２次転写ローラ１１６まで用紙１０４を搬送ための時間（以下、「給紙時間」という）を取得する。ここで、給紙ローラから２次転写ローラ１１６までの距離は用紙の給紙元によって異なるため、給紙元によって給紙時間が変動する。したがって、給紙元が給紙トレイ１０１ａ（上段）であるか否かを判断する（ステップＳ５０１）。そして、次印刷ジョブの給紙元が給紙トレイ１０１ａ（上段）の場合（判断Ｙｅｓ）は、給紙ローラ１０２ａから２次転写ローラ１１６までの距離を用紙搬送速度で割ることで、給紙時間を算出する（ステップＳ５０２）。一方、次印刷ジョブの給紙元が給紙トレイ１０１ｂ（下段）の場合（判断Ｎｏ）は、給紙時間を給紙ローラ１０２ｂから２次転写ローラ１１６までの距離を用紙搬送速度で割ることで、給紙時間を算出する（ステップＳ５０３）。

また、上記のように給紙時間を算出するのではなく、予めＲＯＭ内に値を格納しておく構成であってもよい。なお、その場合は紙種によっては搬送速度が異なる（例えば厚紙は定着で十分に加熱できるよう普通紙より搬送速度が遅い）ので、給紙元と紙種をパラメータとした給紙速度を格納しておく必要がある。

つぎに、定着器１２２内の定着ローラの定着温度を複写機等で一般的に用いられているサーミスタ（不図示）によって測定し（ステップＳ５０４）、測定された定着温度（以下、「定着測定温度」という）に基づいて定着器１２２が所定の温度に達するまでのウォーミングアップ時間（これを単に定着ウォーミングアップ時間と記述し、また図では「定着ＷＵＰ時間」と記述する）を算出する。

ここで、定着器１２２の加熱能力をＱ１[Ｋｃａｌ／ｓ]、定着器１２２（実際には定着ローラ）を１℃上昇させるために必要な熱容量をＱ２[ｋｃａｌ／℃]、印刷可能となる定着目標温度をＨ１[℃]、定着測定温度をＨ２[℃]とすると、定着ウォーミングアップ時間＝（Ｈ１−Ｈ２）×Ｑ２／Ｑ１より算出する（ステップＳ５０５）。また、本実施例では、数式から定着ウォーミングアップ時間を算出したが、図６に示すようなテーブル値をＲＯＭに格納しておき、テーブル値から定着ウォーミングアップ時間を得る方法を採用しても良い。

つぎに、給紙時間と定着ウォーミングアップ時間とを比較する（ステップＳ５０６）。この給紙時間と定着ウォーミングアップ時間との関係を図７に示す。この図７において（Ａ）給紙時間が定着ウォーミングアップ時間（立ち上げ時間）より大きい場合、（Ｂ）給紙時間が定着ウォーミングアップ時間以下の場合について示している。給紙時間が定着ウォーミングアップ時間より長い場合（判断Ｙｅｓ）、最上流感光体（Ｂｋ）の露光位置から２次転写ローラ１１６までの距離をＤ１[ｍｍ]、２次転写ローラ１１６から定着器１１２の定着ローラまでの距離をＤ２［ｍｍ］、転写ベルト１０５の線速、および２次転写ローラ１１６の表面速度をＶ１[ｍｍ／ｓｅｃ]とすると、パッチパターン形成割当時間＝給紙時間―（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｖ１より、パッチパターン形成割当時間を算出する（ステップＳ５０７）。なお、このＤ１，Ｄ２については図１に示す。

つまり、給紙ローラから２次転写ローラ１１６まで用紙を搬送するまでに要する時間（給紙時間−Ｄ２／Ｖ１）と、１次転写ニップ部から２次転写ニップ部まで画像が搬送されるまでの時間（Ｄ１／Ｖ１）（以下、「２次転写時間」という）との差分を求める（図７参照）。

ここで、上述したパッチパターン形成割当時間とは、濃度調整に起因するダウンタイムが発生しない、パッチパターン形成時間といえる。例えば、給紙時間が定着ウォーミングアップ時間より長い場合、給紙開始から用紙先端が２次転写ローラ１１６に到達するまでの時間（給紙時間）を５秒、露光開始から形成された画像の先端が２次転写ローラ１１６に到達するまでの時間（Ｄ１／Ｖ１）を３秒とすると、２秒の余剰時間があることになる。すなわち、給紙開始から２秒後に露光を開始すれば良いため、この時間内でパッチパターンを形成しても濃度調整に起因するダウンタイムは発生しない。

一方、ステップＳ５０６において定着ウォーミングアップ時間が給紙時間より長い場合（判断Ｎｏ）は、２次転写ローラ１１６〜定着器１２２内の定着ローラまでの距離をＤ２とし、パッチパターン形成割当時間＝定着ウォーミングアップ時間―（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｖ１より、パッチパターン形成割当時間を算出する（ステップＳ５０８）。

例えば、定着ウォーミングアップ時間が１０秒、２次転写時間（Ｄ１／Ｖ１）が３秒、用紙先端を２次転写ローラ１１６から定着器１２２の定着ローラまで搬送する時間（Ｄ２／Ｖ１）が１秒である場合、定着器１２２のウォーミングアップ開始から６秒後に印刷画像データの露光を開始すれば良いため、この時間内でパッチパターンを形成しても濃度調整に起因するダウンタイムは発生しない。

以上の処理により、パッチパターン形成割当時間を算出する。

図４に戻り、ステップＳ４０３では、パッチ形成最短実行時間の算出を行う）。パッチ形成最短実行時間は、濃度調整に最低限必要なパッチパターンを形成した場合の消費時間から算出する。ここでパッチパターンの、基準パッチ長をＤ３[ｍｍ]、パッチ間隔をＤ４[ｍｍ]、濃度調整時に現像特性を得る上で最低限必要な１色当たりのパッチ形成数をＮ１[個]とすると、パッチ形成最短実行時間＝（Ｄ３＋Ｄ４）×Ｎ１×４／Ｖ１より算出する。

このように、濃度調整を適切に行う上で最低限必要なパッチパターン形成最短時間を算出し、パッチパターン形成割当時間より短い場合は、パッチパターンを形成せずに濃度調整を中止することで無駄なトナー消費を防止することができる。

なお、この実施の形態における現像特性は、レーザ光１１４のパワー（以下、「レーザパワー」という）と形成されるトナー画像の濃度との関係とする。現像特性を得る方法は、レーザパワーを変えてパッチパターンを形成し、パッチパターンのトナー濃度を測定することで、レーザパワーとトナー濃度の関係をモデル化する。実際は最小２乗法で数式化する。また、最低限必要な１色あたりのパッチ形成数は、求めるのではなく、決めておく数値であり、非線形特性に対応するためにも実際には３が良い。

つぎに、パッチ形成最短実行時間とパッチパターン形成割当時間とを比較する（ステップＳ４０４）。パッチ形成最短実行時間がパッチパターン形成割当時間より長い場合は、濃度調整を実行しない。パッチパターン形成割当時間がパッチ形成最短実行時間より長い場合は、１色当たりのパッチ形成数の算出を行う（ステップＳ４０５）。ここで、パッチパターン形成割当時間をＴ１[sｅｃ]とすると、１色当たりのパッチ形成数＝Ｔ１×Ｖ１／｛（Ｄ３＋Ｄ４）×４｝の商より１色あたりのパッチ形成数を算出する。なお、ここでは商とは上式から得られる整数のことを指し、小数点以下を切り捨てる意味で商とした。

つぎに、最適パッチ長は、１色当たりのパッチ形成数をＮ２[個]とすると、最適パッチ長＝｛（Ｔ１×Ｖ１）―Ｄ４×Ｎ２×４｝／Ｎ２により算出する（ステップＳ４０６）。

最適パッチ長として、パッチ間隔Ｄ４を空けてパッチ長を最大にすることができる。同じレーザパワーでパッチを形成しても実際にはパッチのどの部分を計測するかによって濃度が異なる（パッチ内にも濃度ムラがある）。よって、パッチの濃度を計測するときは、フォトセンサ１１７で同一パッチを複数回サンプリングし測定値を平均化することで精度が上がる。したがって、パッチ長が大きいほど複数回サンプリングでき精度が上がる。

すなわち、濃度調整を適切に行う上で最低限必要な基準パッチ長とパッチ間隔から１色当たりのパッチ数を算出することで、パッチパターン形成割当時間内にパッチパターンを形成することができる。また、パッチパターン形成割当時間に合わせてパッチ長を伸長することで、パッチ濃度にムラがあっても精度良くパッチパターンのトナー濃度を測定することができる。

つぎに、環境センサ８０により現在の環境温度を測定し（ステップＳ４０７）、この測定した環境温度と前回の作像条件を更新したときの環境温度との差異を算出する。ここで、環境温度とは、装置周辺の雰囲気温度のことである。つぎに、前回の作像条件更新時の環境温度と現在の環境温度との差異が予め設定される作像条件の変動の閾値より小さいか否かを判断する（ステップＳ４０８）。上記差異が予め設定される上記閾値より小さい場合は、現在の作像条件の確度が高いと評価し、現在の作像条件近傍の現像特性を得る各パッチの形成条件の算出を行う(ステップＳ４０９)。一方、上記差異が予め設定される上記閾値より大きい場合は、現在の作像条件の確度が低いと評価し、後述する全域特性パッチ形成条件の算出を行う（ステップＳ４１０）。このステップＳ４０９あるいはステップＳ４１０の処理を実行した後、その作像条件にしたがい、前記ステップＳ４０６で求めた最大パッチ長でのパッチパターンを作像し、その作像したパッチパターンのトナー濃度測定を行う（ステップＳ４１１，Ｓ４１２）。トナー濃度の調整に成功したならば、その作像条件および現像特性を更新し、またこの場合の環境温度を保存する（ステップＳ４１３、Ｓ４１４，Ｓ４１５）。

したがって、前回の作像条件（本実施例でレーザパワー値）の変更により濃度調整を行なったときの環境温度と現在の環境温度との差分から、現在の作像条件の確度を評価することができる。

上記作像条件の確度とは、作像条件の変化量の大きさを推定したものである。前回濃度調整した時点の環境温度と現在の環境温度との差が小さければ、最適作像条件は現在の作像条件の近傍にあるので確度が高いとする。その詳細なフローチャートを図８に示す。各色のパッチ形成時のレーザパワーは、現在の印刷画像作像時のレーザパワーを中心に、規定のパッチＬＰ間隔毎に設定する。

図８は、各色パッチパターンのそれぞれのパッチを形成するときのレーザパワーの算出処理を示すフローチャートである。この処理はＣＰＵ１０によって色（Ｂｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）ごとに行なわれる。注目色を設定し（ステップＳ７０１）、その色の現在の印刷画像形成時のレーザパワー（ＬＰ）を第１パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）とし（ステップＳ７０２）、ｉ＝２とする（ステップＳ７０３）。ｉが偶数であるか否かを判断し（ステップＳ７０４）、ｉが偶数であれば（判断Ｙｅｓ）、第[ｉ]パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）を第１パッチ形成ＬＰ−パッチＬＰ間隔×ｊとする（ステップＳ７０５）。一方、ステップＳ７０４においてｉが偶数でなければ（判断Ｎｏ）、第[ｉ]パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）を第１パッチ形成ＬＰ＋パッチＬＰ間隔×ｊとし（ステップＳ７０６）、ｊを一つインクリメントする（ステップＳ７０７）。ステップＳ７０５あるいはステップＳ７０７を実行した後、ｉを一つインクリメントし（ステップＳ７０８）、ｉ＞１色当たりのパッチ数であるか否かを判断する（ステップＳ７０９）。ここでｉ＞１色当たりのパッチ数でなければ（判断Ｎｏ）、ステップＳ７０４に戻り、ｉ＞１色当たりのパッチ数であれば（判断Ｙｅｓ）、第[ｉ]パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）〜第[１色当たりのパッチ数]パッチ形成ＬＰを注目色のパッチパターン形成条件にする（ステップＳ７１０，Ｓ７１１）。

すなわち、図８のフローチャートでは現在の作像条件の近傍特性を得ることを目的としているため、現在の印刷画像形成時における各色のレーザパワー（ＬＰ）が、パッチパターン形成時のレーザパワーの中央値になるように算出している。例えばイエローについて、現在の印刷画像形成時のレーザパワーを２００Ｗ、１色当たりのパッチ数を５、パッチＬＰ間隔を１０ｗとすると、イエローの近傍特性パッチ形成条件算出結果は以下のようになる。

第１パッチ形成ＬＰ＝２００Ｗ （現在の印刷画像形成時のレーザパワーが中央値になっている）
第２パッチ形成ＬＰ＝１９０Ｗ （第１パッチ形成ＬＰ−パッチＬＰ間隔×１より算出）
第３パッチ形成ＬＰ＝２１０Ｗ （第１パッチ形成ＬＰ＋パッチＬＰ間隔×１より算出）
第４パッチ形成ＬＰ＝１８０Ｗ （第１パッチ形成ＬＰ−パッチＬＰ間隔×２より算出）
第５パッチ形成ＬＰ＝２２０Ｗ （第１パッチ形成ＬＰ＋パッチＬＰ間隔×２より算出）

したがって、現在の作像条件との差分が小さい順に閾値間隔毎の作像条件を算出してパッチ形成条件とすることで、現在の作像条件近傍の現像特性を精度良く検知することができる。すなわち、ここでは現在のレーザパワーの値（＝２００Ｗ）が最適なトナー濃度値を得る値に近いとして、この値を中心とした作像条件（ＬＰ値１８０Ｗ〜２２０Ｗ）を得る。

さて、差異が閾値以上の場合（図４のステップＳ４０８の判断Ｎｏ）は、現在の作像条件の確度が低いと評価し、作像条件全域、すなわち各色のパッチ形成時のレーザパワーを、パッチ形成の有効レーザパワー最小値から有効レーザパワー最大値までを１色当たりのパッチ数で等間隔に割り振った数値に設定したときの現像特性を得るように各パッチの形成条件の算出を行う。その詳細なフローチャートを図９に示す。この処理はＣＰＵ１０によって色（Ｂｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）ごとに行なわれる。注目色を設定し（ステップＳ８０１）、その色の現在の印刷画像形成時の有効レーザパワー（ＬＰ）の最小値を第１パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）とし（ステップＳ８０２）、ｉ＝２とする（ステップＳ８０３）。第[ｉ]パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）を第１パッチ形成ＬＰ＋（有効ＬＰ最大値―有効ＬＰ最小値）／（１色当たりのパッチ数−１）×（ｉ−１）とする（ステップＳ８０４）。ｉを一つインクリメントし（ステップＳ８０５）、ｉ＞１色当たりのパッチ数であるか否かを判断する（ステップＳ８０６）。ここでｉ＞１色当たりのパッチ数でなければ（判断Ｎｏ）、ステップＳ８０４に戻り、ｉ＞１色当たりのパッチ数であれば（判断Ｙｅｓ）、第[ｉ]パッチ形成時レーザパワー（ＬＰ）〜第[１色当たりのパッチ数]パッチ形成ＬＰを注目色のパッチパターン形成条件にする（ステップＳ８０７，Ｓ８０８）。

上述したように、各色のパッチ形成時のレーザパワーは、パッチ形成の有効レーザパワー最小値から有効レーザパワー最大値までを１色当たりのパッチ数で等間隔に割り振った数値に設定する。なお、本実施例ではパッチ形成条件（作像条件）としてレーザパワー（露光光量）に注目したが、現像バイアス等の現像ポテンシャルを決定するパラメータでも良い。また、作像条件の確度を前回の作像条件の更新時からの環境温度の差異から評価したが、環境湿度の差異や累積印字枚数の差異、感光体走行距離の差異、現像器の交換の有無等から評価することも可能である。

つぎに上述した図８または図９の処理において算出したパッチ形成条件でパッチパターンを形成し、そのトナー濃度を測定する。トナー濃度の測定結果から現像特性を取得し印刷画像形成時の作像条件を算出する。算出した作像条件が有効であれば、濃度調整成功とし、作像条件と現像特性を保存する。算出した作像条件が無効であれば、濃度調整失敗とし、濃度調整を中止する。つぎに、濃度調整成功時の環境温度を保存して、濃度調整を終了し、最初に戻る（図４のステップＳ４１１〜Ｓ４１５参照）。

したがって、上述した実施の形態によれば、濃度調整時に現在の作像条件の確度を評価し、確度が高い場合は、所定時間内で現在の作像条件近傍の現像特性を得る最適なパッチパターンのパッチ数・パッチ長・作像条件を算出し、確度が低い場合は、作像条件全域の現像特性を得る最適なパッチパターンのパッチ数・パッチ長・作像条件を算出し、パッチパターンを形成することで、濃度調整に起因するダウンタイムがなく、所定時間内で精度良く濃度調整することができる。

（実施例２）
つぎに、上述した実施例１とは異なる実施例２について図１０〜図１２を参照し、説明する。図１０は、実施例２にかかる濃度調整処理例を示すフローチャートである。なお、この動作はＣＰＵ１０によって実行される。なお、本実施例は、実施例１の構成の一部を変更したものであるため、同一部分の重複説明は省略する。

図１０に示すフローチャートのステップＳ９０１〜Ｓ９０４では図４のステップＳ４０１〜Ｓ４０４と同様の処理を実行する。ステップＳ９０４において判断Ｎｏの場合、さらに操作パネル７０の所定のキー（不図示）のユーザ操作によりダウンタイムが許可されているか否かを判断し（ステップＳ９０５）、ダウンタイムが許可されていれば、パッチパターン形成割当時間＝パッチパターン形成最短実行時間とする（ステップＳ９０６）。このステップＳ９０６を実行した後あるいはステップＳ９０４において判断Ｙｅｓの場合、図４のステップＳ４０５以降と同様の処理を実行する（ステップＳ９０７〜Ｓ９１７）。

このように図１０では、パッチ形成最短実行時間とパッチパターン形成割当時間を比較し、パッチ形成最短実行時間が長い場合は、ユーザが濃度調整に起因するダウンタイムを許可しているかを確認する。許可していない場合は、濃度調整を中止する。許可している場合は、パッチパターン形成割当時間をパッチ形成最短実行時間として、１色当たりのパッチ形成数算出に進む。

したがって、ユーザが濃度調整に起因するダウンタイムを許可する場合は、パッチパターン割当時間をパッチパターン形成最短実行時間まで延長することで濃度調整することができる。

現在の作像条件近傍の現像特性を得る各パッチの形成条件の詳細な処理を図１１のフローチャートに示す。この処理はＣＰＵ１０によって色（Ｂｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）ごとに行なわれる。この図１１のフローチャートにおいて、注目色を設定し（ステップＳ１００１）、（目標濃度−ｂ）／ａを第１パッチ形成におけるレーザパワーに設定し（ステップＳ１００２）、ｉ＝２にして（ステップＳ１００３）、ｉが偶数であるか否かを判断する（ステップＳ１００４）。ステップＳ１００４において判断Ｙｅｓの場合、第[ｉ]パッチ形成ＬＰ＝{（目標濃度−ｂ）−パッチ濃度間隔×ｊ}／ａとする（ステップＳ１００５）。一方、ステップＳ１００４において判断Ｎｏの場合、第[ｉ]パッチ形成ＬＰ＝{（目標濃度−ｂ）＋パッチ濃度間隔×ｊ}／ａとする（ステップＳ１００６）。ステップＳ１００５あるいはステップＳ１００６を実行した後、図４と同様の処理を実行する（ステップＳ１００７〜Ｓ１０１１）。

図１２に上述した図１０の処理例を示す。図１２のグラフに示すように、前回作像条件更新時の現像特性近似式を用いて目標付着量となるレーザパワーを中心に、各色のパッチ形成時のレーザパワーを規定のパッチ濃度間隔毎に設定する。

したがって、前回濃度調整成功時の現像特性に基づき目標付着量との差分が小さい順に閾値間隔毎の作像条件を算出してパッチ形成条件とすることで、現在の作像条件近傍の現像特性を精度良く検知することができる。また、作像条件の下限値から上限値までをパッチ数で等間隔に分割してパッチ形成条件とすることで、作像条件有効範囲全域の現像特性を精度良く検知することができる。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。

以上のように、本発明にかかる画像形成装置および画像形成プログラムは、電子写真方式の複写機プリンタなどの画像形成装置に有用であり、特に、感光体または転写ベルト上に形成したパッチパターンの画像濃度から現像特性を取得して適性な作像条件に設定する装置や方法などに適している。

８０ 環境センサ
１０１ 給紙トレイ
１０２ａ，ｂ 給紙ローラ
１０３ レジストローラ
１０４ 用紙
１０５ 転写ベルト
１０６ プロセスカートリッジ
１０７ ２次転写駆動ローラ
１０８ 転写ベルトテンションローラ
１０９Ｂｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ 感光体
１１０ 帯電器
１１１ 露光器
１１２ 現像器
１１４ レーザ光
１１６ ２次転写ローラ
１１７ フォトセンサ
１１８ 排紙ローラ
１２２ 定着器

特開平８−９５４６０号公報 特許第３９２４３７５号公報 特開２００２−１１６５８６号公報

Claims (14)

1. 像担持体上に複数のパッチパターンを作像し、作像された前記パッチパターンの濃度測定の結果に基づいて記憶手段に記憶されているパッチパターンの作像条件を更新する画像形成装置であって、
   前記パッチパターンの形成に要する割当可能な時間である割当時間を算出するパッチパターン形成割当時間算出手段と、
   前記パッチパターン形成割当時間算出手段で算出した割当時間内に形成可能なパッチパターン数から前記割当時間内で形成可能なパッチパターンの最大パッチ長を算出する最大パッチ長算出手段と、
   前記画像形成装置周辺の温度である環境温度と前記記憶手段に記憶されている作像条件を設定した際の環境温度との変化量を予め設定される閾値とを比較し、比較結果に応じてパッチパターンの作像条件を新たに設定するパッチパターン形成条件設定手段と、
   を備え、
   前記パッチパターン形成条件設定手段は、前記変化量が前記閾値より小さい場合には前記記憶手段に記憶されている前回更新した作像条件の近傍領域を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定し、前記変化量が前記閾値より大きい場合には前記画像形成装置で設定可能な作像条件の全範囲を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 用紙を蓄積する用紙蓄積手段と、印刷画像データに応じて像担持体上に形成された画像を用紙に転写する転写手段と、前記用紙蓄積手段から前記転写手段へ用紙を給紙する給紙手段と、をさらに有し、
   前記パッチパターン形成割当時間算出手段は、前記給紙手段が用紙を前記用紙蓄積手段から前記転写手段の転写部分まで給紙する給紙時間を前記割当時間と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. 転写した画像を用紙へ定着させる定着手段をさらに有し、
   前記パッチパターン形成割当時間算出手段は、前記定着手段のウォーミングアップ時間からパッチパターンの形成に要する割当時間を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記パッチパターン形成割当時間算出手段は、前記定着手段のウォーミングアップ時間と前記転写手段の転写部分まで用紙を給紙する給紙時間の長い方を前記割当時間と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. 濃度調整に最低限必要なパッチパターンを形成した場合に消費される形成最短時間を算出するパッチパターン形成最短実行時間算出手段をさらに有し、
   前記パッチパターン形成最短実行時間算出手段は、パッチパターンの前記形成最短時間とパッチパターン形成割当時間とを比較し、パッチパターンの前記形成最短時間の方が長い場合は、濃度調整を中止することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 濃度調整に最低限必要なパッチパターンを形成した場合に消費される形成最短時間を算出するパッチパターン形成最短実行時間算出手段と、ユーザによる濃度調整に起因するダウンタイムを許容するか否かを受け付けて設定するユーザ許容設定手段と、をさらに有し、
   前記ユーザ許容設定手段は、パッチパターンの前記形成最短時間とパッチパターンの形成割当時間とを比較し、パッチパターンの前記形成最短時間の方が長くかつユーザ許容設定が有りの場合は、パッチパターンの形成割当時間をパッチパターンの前記形成最短時間まで延長することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記最大パッチ長算出手段は、基準パッチ長をＤ１、パッチ間隔をＤ２、パッチパターン形成割当時間をＴ１、像担持体の画像搬送速度をＶ１、とすると、（Ｔ１×Ｖ１）／｛（Ｄ１＋Ｄ２）×色数｝の商を１色当たりのパッチ数とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 前記最大パッチ長算出手段は、パッチパターンの間隔をＤ２、パッチパターン形成割当時間をＴ１、像担持体の画像搬送速度をＶ１、パッチパターン数算出結果をＮ１、とすると、｛（Ｔ１×Ｖ１）―Ｄ２×Ｎ１×色数｝／Ｎ１を最大パッチ長とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
9. 像担持体上に複数のパッチパターンを作像し、作像された前記パッチパターンの濃度測定の結果に基づいて記憶手段に記憶されているパッチパターンの作像条件を更新する画像形成プログラムであって、
   パッチパターン形成割当時間算出手段が前記パッチパターンの形成に要する割当可能な時間である割当時間を算出するパッチパターン形成割当時間算出工程と、
   最大パッチ長算出手段が前記パッチパターン形成割当時間算出工程で算出した割当時間内に形成可能なパッチパターン数から前記割当時間内で形成可能なパッチパターンの最大パッチ長を算出する最大パッチ長算出手段と、
   パッチパターン形成条件設定手段が前記画像形成装置周辺の温度である環境温度と前記記憶手段に記憶されている作像条件を設定した際の環境温度との変化量を予め設定される閾値とを比較し、比較結果に応じてパッチパターンの作像条件を新たに設定するパッチパターン形成条件設定工程と、
   を含み、
   前記パッチパターン形成条件設定工程は、前記変化量が前記閾値より小さい場合には前記記憶手段に記憶されている前回更新した作像条件の近傍領域を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定する一方、前記変化量が前記閾値より大きい場合には前記画像形成装置で設定可能な作像条件の全範囲を前記最大パッチ長で作像するパッチパターンの作像条件として新たに設定することを特徴とする画像形成プログラム。
10. 用紙蓄積手段に用紙を蓄積する用紙蓄積工程と、転写手段が印刷画像データに応じて像担持体上に形成された画像を用紙に転写する転写工程と、給紙手段が前記用紙蓄積手段から前記転写手段へ用紙を給紙する給紙工程と、をさらに含み、
    前記パッチパターン形成割当時間算出工程は、前記給紙手段が用紙を前記用紙蓄積手段から前記転写手段の転写部分まで給紙する給紙時間をパッチパターンの形成割当時間とすることを特徴とする請求項９に記載の画像形成プログラム。
11. 定着手段が転写した画像を用紙へ定着させる定着工程をさらに含み、
    前記パッチパターン形成割当時間算出工程は、前記定着手段のウォーミングアップ時間からパッチパターンの形成に要する割当時間を算出することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成プログラム。
12. 前記パッチパターン形成割当時間算出工程は、前記定着手段のウォーミングアップ時間と前記転写手段の転写部分まで用紙を給紙する給紙時間の長い方をパッチパターン形成割当時間とすることをコンピュータに実行させるようにプログラミングされていることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成プログラム。
13. パッチパターン形成最短実行時間算出手段が濃度調整に最低限必要なパッチパターンを形成した場合に消費される形成最短時間を算出するパッチパターン形成最短実行時間算出工程をさらに含み、
    前記パッチパターン形成最短実行時間算出工程は、パッチパターンの前記形成最短時間とパッチパターン形成割当時間とを比較し、パッチパターンの前記形成最短時間の方が長い場合は、濃度調整を中止することをコンピュータに実行させるようにプログラミングされていることを特徴とする請求項９に記載の画像形成プログラム。
14. パッチパターン形成最短実行時間算出手段が濃度調整に最低限必要なパッチパターンを形成した場合に消費される形成最短時間を算出するパッチパターン形成最短実行時間算出工程と、ユーザ許容設定手段がユーザによる濃度調整に起因するダウンタイムを許容するか否かを受け付けて設定するユーザ許容設定工程と、をさらに含み、
    前記ユーザ許容設定工程は、パッチパターンの前記形成最短時間とパッチパターンの形成割当時間とを比較し、パッチパターンの前記形成最短時間の方が長くかつユーザ許容設定が有りの場合は、パッチパターンの形成割当時間をパッチパターンの前記形成最短時間まで延長することをコンピュータに実行させるようにプログラミングされていることを特徴とする請求項９に記載の画像形成プログラム。

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