JP5517712B2 - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置及びその制御方法に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、像担持体（例えば感光ドラム）の感光面を一様に帯電させる帯電装置、その帯電された感光面に画像情報に応じた静電潜像を形成する潜像形成装置、及び、その静電潜像を現像する現像装置を備える。更に、画像形成装置は、現像剤で現像された静電潜像を記録紙に転写する転写装置を備えており、感光ドラムの感光面を回転させながら逐次的に画像形成処理を行っている。このような画像形成装置においては、装置が設置される環境の変動や装置内の環境の変動に起因する短期的な変動、及び、感光ドラムや現像剤の経時変化（経時劣化）に起因する長期的な変動などが影響し、画像濃度の変動や階調再現性の変動が発生してしまう。つまり、出力される画像の濃度や階調再現性を統一するためには、それらの様々な変動を考慮して随時補正する必要がある。

このような問題点に対して、特許文献１には、レーザのスポット径を考慮して、光量や発光時間を制御する画像形成装置が提案されている。これにより、帯電バイアスや現像バイアスを変化させずに、短時間で、画像形成装置の現像特性を忠実に示した複数の濃度パッチと現像コントラストの関係を得られる。したがって、特許文献１では、得られた関係から、適切な帯電バイアスと現像バイアスの設定値が得られ、精度よく高濃度部の制御を行うことができる。

特開２００７−２９８９４９号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下に記載する問題がある。例えば、特許文献１の技術では、濃度パッチと現像コントラストとの関係から適切な帯電バイアスと現像バイアスとの設定値を得る際に、トナー帯電量が所望の帯電量よりも低い状態の場合には、所定濃度よりも高い濃度で形成される。このため、制御装置はトナーの現像量を抑えるようにコントラストを制御する。トナー帯電量が所望の帯電量でない場合に、適切な帯電バイアスと現像バイアスとの設定値を得た濃度安定化制御後にユーザが印刷を始めると、トナーとキャリアによる摩擦によってトナー帯電量が変化する。トナー消費量が低い場合はトナー帯電量が上昇し、濃度は次第に下がる。そのため、本来の所望の帯電量で適切な帯電バイアスと現像バイアスの設定値が得られない。このようにトナー濃度を基にコントラスト電位を設定する方法では、トナー帯電量の変化により、出力する画像を所望の濃度で出力することができない場合がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、静電潜像のコントラスト電位と現像された画像の濃度値との関係だけでなく、静電潜像を現像するためのトナーの帯電量を考慮して最終的なコントラスト電位を決定する画像形成装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを収容する収容部と、前記収容部内のトナーを用いて前記静電潜像を現像する現像手段と、を備える画像形成装置であって、前記帯電手段、前記露光手段、及び前記現像手段によって形成されたパッチ画像を測定することにより得られた濃度情報を取得する取得手段と、前記像担持体において前記パッチ画像に対応する静電潜像が形成された領域の電位を測定する測定手段と、前記取得手段により取得された前記濃度情報、前記測定手段により測定された前記領域の電位、及び、前記収容部内のトナーの飽和帯電量と前記パッチ画像が形成された際の前記収容部内のトナーの帯電量との比率を用いて、前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、例えば、静電潜像のコントラスト電位と現像された画像の濃度値との関係だけでなく、静電潜像を現像するためのトナーの帯電量を考慮して最終的なコントラスト電位を決定する画像形成装置及びその制御方法を提供できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置１００の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る半導体レーザを駆動させるレーザ駆動パルスと感光ドラム上に形成される静電潜像との関係を示す図である。 第１の実施形態の変形例となる画像形成装置３００の断面図である。 第１の実施形態に係る現像プロセスを説明する図である。 第１の実施形態に係る感光ドラム上に形成される静電潜像について説明する図である。 第１の実施形態に係る２５６階調（０〜２５５レベル）の階調再現の一例を示す図である。 高濃度画像が得られるコントラスト電位を求める際の制御時の画像を示す図である。 第１の実施形態に係るコントラスト電位を導出手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るコントラスト電位（Ｖ）と画像濃度との関係を示す図である。 攪拌によるトナー帯電量の変化例を示す図である。 ＴＤ比と飽和トナー帯電量の関係を示す図である。 トナー濃度に対するインダクタンス検知センサの出力値の関係を示す図である。 第１の実施形態に係るトナー帯電量の演算手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るトナー帯電量を演算する構成例を示す図である。 第２の実施形態に係るコントラスト電位とレーザパワーの関係を示す図である。 本発明に係る濃度補正を適用した場合と、従来の濃度補正を適用した場合との画像濃度のばらつきを示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜第１の実施形態＞
＜画像形成装置の構成＞
以下では、図１乃至図１４を参照して第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態では１つの感光ドラムを有する複写機に本発明を適用する例を説明するが、本発明は１ドラムの複写機に限定されるわけではない。本発明は、例えば、図３に示すように、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋ用の各画像形成部を記録シートの搬送方向に沿って配置した画像形成装置にも適用できる。まず、図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置１００の構成例について説明する。

図１に示す画像形成装置１００において複写される原稿３１の画像は、レンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に光学像として投影される。この撮像素子３３は、原稿３１の画像を６００ｄｐｉの画素（１画素単位）に分解し、各画素の濃度に対応した光電変換により電気信号を発生する。撮像素子３３から出力される光電変換信号（アナログ画像信号）は、画像信号処理回路３４に入力される。画像信号処理回路３４は各画素毎にその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号（デジタル信号）に変換し、パルス幅変調回路３５に出力する。パルス幅変調回路３５は、入力される画素画像信号毎にレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを、参照画像信号発生回路７２から発生される画像信号に従って形成して出力する。

ここで、図２を参照して、半導体レーザを駆動させるレーザ駆動パルスと感光ドラム上に形成される静電潜像との関係について具体的に説明する。２０１はレーザ駆動パルスを示す。２０２は、クロックパルス発振器から出力される、半導体レーザ３６を駆動する基準クロックを示す。２０３はレーザ駆動パルス２０１を基準クロック２０２に基づいて形成したクロックパルス数を示す。２０４はレーザ駆動パルス２０１に従って感光ドラム４０上に形成される静電潜像を示す。なお、２０４では、低、中、高濃度の画素の感光ドラム４０上での静電潜像をそれぞれＬ、Ｍ、Ｈで示す。図２に示すように、レベルが高濃度を示す画素画像信号に対してはより幅の広い駆動パルスＷが形成され、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスＳが形成され、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩが形成される。

図１の説明に戻る。パルス幅変調回路３５から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ３６に供給され、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、半導体レーザ３６は、高濃度の画素に対しては１画素あたり、より長い時間で駆動され、低濃度の画素に対しては１画素あたり、より短い時間で駆動される。具体的には、像担持体である感光ドラム４０には、後述する光学系によって、高濃度の画素に対しては１画素あたり感光ドラム４０の長手方向である主走査方向に沿って、より長い範囲で露光される。一方、低濃度の画素に対しては１画素あたり主走査方向に沿って、より短い範囲で露光される。つまり、原稿３１の画像濃度情報に基づいて、記録する画素の濃度に対応したドットサイズ（１画素の中で現像される大きさ）を有する静電潜像が形成される。したがって、当然のことながら、高濃度の画素に対するトナー消費量は、低濃度の画素に対するトナー消費量よりも多くなる。

続いて、画像形成装置１００の光学系について説明する。半導体レーザ３６から照射されたレーザビーム３６ａは、回転多面鏡（ポリゴンミラー）３７に入射される。回転多面鏡３７は等角速度で回転されている。この回転多面鏡３７の回転に伴い、入射したレーザビーム３６ａは、連続的に角度を変える偏向ビームに変換されて反射される。さらにレーザビーム３６ａは、ｆ／θレンズ群３８により、集光作用を受ける。また、ｆ／θレンズ群３８は、レーザビーム３６ａに対して、同時に感光ドラム４０上での走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行う。固定ミラー３９は、レーザビーム３６ａを感光ドラム４０方向に指向させる。したがって、レーザビーム３６ａは、感光ドラム４０上に等速で結合走査される。これにより、レーザビーム３６ａは、感光ドラム４０の回転軸とほぼ平行な方向（感光ドラム４０の長手方向であり、主走査方向に相当する。）に走査され、静電潜像を形成することになる。

感光ドラム４０は、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ等の感光層を表面に有し、図１に示す矢印方向に回転する感光体であり、除電器４１で均一に除電を受けた後、一次帯電器４２により一様に帯電される。その後、上述した画像情報信号に対応して変調されたレーザビーム３６ａで露光走査され、これによって画像信号に対応した静電潜像が感光ドラム４０上に形成される。この静電潜像はトナー粒子とキャリア粒子が混合された２成分現像剤を格納する現像器４３によって反転現像され、可視画像（トナー像）が形成される。

ここで、本実施形態で使用するトナーとキャリアについて説明する。本実施形態では、トナー側が、マイナスに帯電し、キャリア側がプラスに帯電するネガトナーを使用する。現像剤は、絶縁性、非磁性トナーと、磁性粒子（キャリア）とからなる２成分現像剤であり、非磁性トナーとしては重量平均粒径４μｍ以上１０μｍ以下のものが好適である。本実施形態においては重量平均粒径が７μｍのカラー複写機用トナーを使用する。一方、磁性粒子（キャリア）は、重量平均粒径３０〜８０μｍ、好ましくは４０〜６０μｍで、本実施形態においては、重量平均粒径５０μｍのものを使用する。また、抵抗値が１０の７乗Ωｃｍ以上、好ましくは１０の８乗Ωｃｍ以上、更に好ましくは１０の９乗〜１２乗Ωｃｍのものを使用する。このようなキャリア粒子としてはフェライト粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）、又はこれに薄く樹脂コーティングしたものが良好に使用できる。なお、本実施形態では、使用するトナーをイエロー、マゼンタ、シアンの色トナーとし、スチレン系共重合樹脂をバインダとし、各色の色材を分散させて画像を形成する。一方、本実施形態では、ブラックトナーは同じ２成分現像方式ではあるが、純粋な黒を出すために、色材としてカーボンブラックを用いている。

なお、反転現像とは、感光ドラム４０上のレーザ光で露光された領域に、潜像と同極性に帯電した現像材（トナー）を付着させてこれを可視化する現像方法である。トナー像は、２個のローラ４５、４６間に架張され、図１に示す矢印方向に無端駆動される転写材担持ベルト４７上に保持された転写材４８に転写帯電器４９の作用により転写される。トナー像が転写された転写材４８は、転写材担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器に搬送されて定着される。また、転写後に感光ドラム４０上に残った残留トナー２８はその後クリーナ５０によって回収される。

＜画像形成装置の変形例＞
次に、図３を参照して、本実施形態の変形例となる画像形成装置３００の主な構成について説明する。以下では、画像形成装置１００と同一のコンポーネントについて、同一の参照番号を付し説明を省略する。画像形成装置３００は、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する画像形成部が中間転写ベルト５２上にその移動方向に沿って順次に配列される。各画像形成ステーションの感光ドラム４０上に原稿の画像を色分解した各色毎の静電潜像が順次に形成され、対応する色トナーを格納する現像器４３で現像され、中間転写ベルト５２上に順次全色転写される。その後、二次転写ローラ５３によって転写材４８上に全色一括転写され、フルカラー画像を得ることになる。

本発明には、上述のような画像形成装置３００についても適用することができる。なお、本発明に係る画像形成装置には、原稿を複写する機能の他に、ネットワークケーブルを介して画像形成装置と接続されたパーソナルコンピュータから送信された画像を紙等の転写材に形成するプリンタ機能や、ファクシミリ機能も含むことができる。即ち、紙の原稿以外の画像濃度情報に基づいて画像を形成することも可能である。

＜現像プロセス＞
次に、図４を参照して、本実施形態における現像プロセスについて説明する。一次帯電器４２により感光ドラム４０が４０１に示すように−７００Ｖ（Ｖｄ）に均一に帯電され、レーザビーム３６ａによって照射された部分が４０２に示すように−２００Ｖ（Ｖｌ）の静電潜像が形成される。ここで、Ｖｄは一次帯電器４２によって帯電された感光ドラム４０の電位、Ｖｌはレーザビーム３６ａの照射によって減衰した感光ドラム４０の電位を示す。

そして、現像器４３の現像スリーブに直流電圧−５５０Ｖ（Ｖｓ）を印可することによって、感光ドラム４０上に形成された静電潜像が、負に帯電したトナーにより反転現像されて、４０３に示すようにトナー像が形成される。コントラスト電位（ｖ）は、コントラスト電位検知手段として機能する図１の電位センサ５１による読取値と現像バイアスＶｓとの差分である。そして、転写帯電器４９によって転写材４８の裏面に＋電荷が付与され、トナー像が転写材４８に転写され、所望の画像を転写材４８上に得ることができる。なお、上記説明における転写材４８は、画像形成装置３００においては中間転写ベルト５２に相当する。

本実施形態に係る画像形成装置１００、３００には、現像剤嵩密度に伴って変化する磁気特性から導く磁気センサが設けられている。いわゆる磁気センサとして、現像器４３の第２室（攪拌室）Ｒ２の側壁にインダクタンス検知センサ７が設置されている。インダクタンス検知センサ７の設置場所に関しては、本実施形態では現像器４３の第２室（攪拌室）Ｒ２の側壁に設置しているが、現像剤の滞留がなく、剤の流動が安定し、現像剤の剤面の変動に影響を受けない場所であれば別の場所に設置してもかまわない。ここで、本実施形態の現像剤磁気センサとして使用するインダクタンス検知センサ７について説明する。

インダクタンス検知センサ７は、現像剤の嵩密度変化を、見かけの透磁率変化として検知する。本実施形態においては２３度、６０％の状態で空気中に含まれる水分量を１０．５ｇとするときの初期現像剤の常温室での嵩密度に対するインダクタンス検知センサ７の検出信号を現像剤嵩密度制御の基準値に設定する。そして、例えばその基準値に対し検出信号が高く、現像剤の見かけの透磁率が大きいと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多く、嵩密度が高くなったことを意味する。逆に、基準値に対し検出信号が低く、見かけの透磁率が小さくなったと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なく、嵩密度が低くなったことを意味する。図１２は、トナー濃度に対するインダクタンス検知センサ７の出力値の関係を示す。例えば、トナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）が基準の５％から４％に変動したとき、インダクタンス検知センサ７の出力がＶ１からＶ２に変動することが分かる。

＜静電潜像：図５、図６＞
次に、図５及び図６を参照して本実施形態に係る静電潜像について説明する。図５は、本実施形態における感光ドラム上に形成される静電潜像について説明する図である。各画像濃度（低濃度画像、中濃度画像、高濃度画像）を表現するためには、レーザ駆動パルスの周期（１インチあたりにレーザを発光させる数を示す。以降、ｄｐｉを単位として表記する。）やレーザビーム３６ａのスポット径を変えている。通常、低濃度画像は、図５に示すように、静電潜像は孤立ドットやラインから形成される。また中濃度画像に近づくにつれて、孤立ドットは大きく形成されるため、隣接のドットと接するようになり、ラインも太く表現される。さらに高濃度画像では、孤立ドットやラインとしては認識できなくなる。

図６は、本実施形態における２５６階調（０〜２５５レベル）の階調再現のうち、一例として、８５レベルの潜像を形成する際の詳細を示す。本実施形態の画像形成装置１００、３００は、６００ｄｐｉ（主走査方向）＊６００ｄｐｉ（副走査方向）の解像度での画像形成が可能であるとする。６０１及び６０２の最小正方形は、単位画素（ここでは６００ｄｐｉの１画素）であり、その大きさは４２μｍ×４２μｍである。この単位画素中においては、半導体レーザ３６は０％〜１００％の時間で発光することが可能であるが、ｏｎ／ｏｆｆを２回以上繰り返せない。つまり、例えば、３０％の時間だけｏｎした後、５０％の時間ｏｆｆし、さらに、その画素中で再度残りの２０％をｏｎすることはできない。単位画素とは、１回だけレーザをｏｎ可能な最小面積（ここでは６００ｄｐｉの１画素を示す。その大きさは４２μｍ×４２μｍ）のことである。ここで、使用する半導体レーザ３６のスポット径は、４３μｍ×５０μｍとする。

６０２は、単位画素あたりでの半導体レーザ３６を発光させる時間の割合を示している。なお、半導体レーザ３６の照射するレーザビーム３６ａは図中で右方向（感光ドラム４０の長手方向）に走査しており、ある画素を走査している時に常に発光（全て発光）していたら１００％と表示する。また、６０１では、それを視覚的に示すために発光させた時間を黒塗りの面積として示した。つまり、８５レベルの潜像は上述のようなデータに基づいて形成されることとなる。また、０レベルでは、全ての最小正方形が０％となり、２５５レベルでは、全ての最小正方形が１００％となる。

＜コントラスト電位の仮決め＞
以下では、コントラスト電位の仮決めについて説明する。本実施形態では、以下で説明するように、まず、所定のトナー帯電量において、複数の濃度レベルのパッチ画像を形成し、そのときのコントラスト電位及び形成されたパッチ画像の濃度とを計測しておく。ここでは、上述のような処理を総称して、コントラスト電位の仮決めと称する。

図７は、高濃度画像が得られるコントラスト電位を求める際の制御時の画像を示す図である。７０１がイメージ図を示し、７０２が画像信号レベルを示す。画像信号は１画素あたりのレーザ信号レベルであり、レーザ発光幅（発光時間）を示す。Ｆが最大の発光幅に設定され、光量がリニアとなるように他のレベルは均等に割り振っている。この時、１画素は６００ｄｐｉである。なお、本実施形態では、Ｆレベルであっても、１画素すべての時間においてレーザを点灯させる必要はなく、例えば、７０％の時間を点灯させてもよい。これは消灯遅延を考慮した結果であるが、これに限るものではない。

次に、図８を参照して、コントラスト電位を求める処理手順について説明する。以下で説明する処理は、図１に示すＣＰＵ１０１によって統括的に制御される。なお、画像形成装置３００においても不図示のＣＰＵによって同様の制御が行われる。また、本フローチャートの起動は、ユーザが画像濃度を合わせたいときに、ユーザによる指示に基づいて開始される。具体的には、本フローチャートは、画像形成装置１００に付属されているタッチパネル（不図示）等を介してユーザからの濃度調整の指示をＣＰＵ１０１が受け付けることにより開始される。

Ｓ１において、ＣＰＵ１０１は、後述するトナー帯電量を種々のエンジン状態から予測する。この際にこのときのトナー帯電量をＱＭｐとする。また、以下では当該制御を制御Ａと称する。続いて、Ｓ２において、ＣＰＵ１０１は、調整用の設定として、通常の画像形成よりも高い一次帯電バイアス、現像バイアス、レーザパワーを設定する。

次に、Ｓ３において、ＣＰＵ１０１は、６００ｄｐｉで、画像信号を０レベルに設定し、Ｓ４で静電潜像を形成し、Ｓ５で電位センサ５１で感光ドラム４０の電位を測定する。続いて、Ｓ６において、ＣＰＵ１０１は、画像信号を１レベルに設定し、Ｓ７で静電潜像を形成し、Ｓ８で電位センサ５１で感光ドラム４０の電位を測定する。このように、画像信号の各レベルでＳ３乃至Ｓ５の処理を順次行い、Ｓ９乃至Ｓ１１において、Ｆレベルまでの静電潜像を順次形成し、電位センサ５１で各々の電位を読み取る。ここで、通常の画像形成よりも高い一次帯電バイアス、現像バイアス、レーザパワーを高く設定するのは、確実に目標濃度（ここでは１．６）を本制御中の画像で得るためである。具体的には、本実施形態では、コントラスト電位が通常よりも１００Ｖ高く、レーザパワーとしてはＭａｘ（最大値）を用いている。

その後、Ｓ１２において、ＣＰＵ１０１は、図７に示す画像を転写材４８上に形成させて出力させた後に、Ｓ１３において、レンズ３２によりＣＣＤ等の撮像素子３３によって原稿３１の画像を読み込む。さらに、Ｓ１４において、ＣＰＵ１０１は、読み取った結果から画像濃度を検知する。したがって、Ｓ１３及びＳ１４の処理は、濃度検知手段の処理の一例である。ここでのコントラスト電位（Ｖ）と画像濃度との関係を図９に示す。さらに、Ｓ１５において、ＣＰＵ１０１は、感光ドラム４０の電位と濃度との関係を算出し、Ｓ１６において目標濃度となるコントラスト電位を算出する。

このような静電潜像の電位を電位センサ５１により測定することでコントラスト電位を得て、濃度については上記画像をスキャナ等で読み込んで濃度値に変換すれば得られる。この濃度とコントラスト電位との関係から所望の濃度が得られるコントラスト電位を求めることができる。コントラスト電位を得るための一次帯電バイアスや現像バイアスの設定方法は既知の方法により行う。

ここで得られたコントラスト電位（Ｖｃｏｎｔｐ）はかならずしも最適ではない。なぜなら、図８のフローチャートで得られたコントラスト電位はある所定のトナー帯電量が前提で成立するコントラスト電位だからである。トナー帯電量は画像品質を安定させる上で重要なもう１つの要素である。電子写真方式や静電記録方式は、静電気力を用いて画像を作像するため、トナーの帯電量が変動すると画像の濃度が変動してしまう。トナー帯電量が変動する要因に画像形成装置の設置環境の温度・湿度や放置時間、トナーの消費量や補給量が上げられる。つまり、図８のフローチャートを実行した後にトナー帯電量が変動すると、画像濃度は変動してしまう。その結果、必要コントラスト電位が適切でない結果となる。

図８のフローチャートで設定されたコントラスト電位をＶｃｏｎｔｐとする。なお上記処理で濃度とコントラスト電位との関係からコントラスト電位を求める方法は一例であり、その方法に本発明は限定されるわけではない。上記方法よりも精度が落ちるがより簡便な方法として、以下に３つの例を挙げる。１つ目は、複数のパッチではなく、単一のパッチでもそのパッチ濃度の周辺の濃度とコントラスト電位を予測し、ベタ濃度の濃度とコントラスト電位を求める方法である。２つ目は、ハーフトーンパッチの濃度とコントラスト電位からベタ濃度とそのときの必要コントラスト電位を予測し、コントラスト電位を予測する方法である。３つ目は、紙上ではなく、像担持体上の未定着トナーパッチを光学センサで読み取り、その読み取り結果を濃度とする方法である。

本実施形態では、制御Ａ（図８のフローチャート）で得られたコントラスト電位を、そのまま最終的なコントラスト電位として設定しない。つまり、本実施形態では、得られたパッチ濃度が同じであっても、そのときのトナー帯電量によって設定するコントラスト電位を変化させる。また、トナー消費量の多いジョブを通紙した後に、制御Ａを実行することにより決定されるコントラスト電位と、トナー消費量の少ないジョブを通紙した後に、制御Ａを実行することにより決定されるコントラスト電位とは異なる。本実施形態では、最終的に決定するコントラスト電位（Ｖｃｏｎｔｂ）をエンジン状態から予測される飽和トナー帯電量ＱＭｍａｘに従って設定し、濃度補正する。エンジン状態から予測されるトナー帯電量の求め方については後述する。

＜飽和トナー帯電量の導出＞
次に、図１０及び図１１を参照して、飽和トナー帯電量の求め方について説明する。また、以下で説明する飽和トナー帯電量の算出処理は第１算出手段の処理の一例であり、具体的には、ＣＰＵ１０１の制御によって実現される。周知のように、二成分現像剤において、トナー帯電量は、現像剤の潜像へと向かう力の大きさに影響し、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。このトナー帯電量は、主に現像器４３内のトナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）や現像器４３周辺の温湿度（動作環境）、現像剤の攪拌回数による現像剤劣化の影響を受ける。

まず、図１０を参照して、攪拌によるトナー帯電量の変化例について説明する。長時間放置されたトナーの帯電量は、現像器４３内で攪拌されキャリアと擦れあうことにより、摩擦帯電していく。図１０に示すように、時間が経過するにつれて、トナー帯電量が一定値へ収束していくことがわかる。本実施形態では、この収束していく値を飽和トナー帯電量と定義する。この飽和トナー帯電量もトナー帯電量と同様に、主に現像器４３内のトナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）や現像器４３周辺の温湿度、現像剤の攪拌回数による現像剤劣化の影響を受ける。本実施形態で使用したトナーとキャリアにおいて、動作環境である現像器４３周辺の温湿度が、高温・高湿側ではトナー帯電量が低く、逆に低温・低湿側ではトナー帯電量が高い。また現像器４３内のトナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）が高いほど、トナー帯電量が低く、現像器４３内のトナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）が低いほど、トナー帯電量が高い。

本実施形態では、画像形成装置１００、３００内に設置された温度湿度センサとインダクタンス検知センサ７から、現像器４３周囲の温度及び湿度（相対湿度ＲＨ）と、現像器４３内のトナーとキャリアの比率（Ｔ／Ｄ比）を読み取る。さらに、これらの読取結果を用いて、飽和トナー帯電量ＱＭｍａｘを以下の式１から求める。
式１ ＱＭｍａｘ＝ＱＭｔｏｐ／（１＋（ＡＲＨ＋ＡＴＤ）×ＴＤ）
ここで、ＡＴＤは相対湿度によるＴＤ依存係数、ＴＤはインダクタンス検知センサ７から求められたＴＤである。例えば図１１に低温低湿状態と高温高湿状態でのＴＤ比と飽和トナー帯電量の関係を示す。ＡＲＨは温度・湿度センサから求められる動作環境を示す変数である。本実施形態では０．０００８〜０．０３９２まで相対湿度によって変更する。ＡＴＤはＴＤ依存定数であり、本実施形態では０．１１としている。ＡＲＨが小さいほどＴＤ比の増加に伴うＱＭｍａｘの減少が少ない。また、図１１では、ＡＲＨが小さいほどキャリアがトナーを帯電させやすく、大きいほど帯電させにくいことを示している。なおＱＭｔｏｐはＴＤ＝０の場合を想定して、５７μＣ／ｇを設定している。また、図１１に示すように、ＴＤ比に応じて飽和トナー帯電量は変化する。

＜現在トナー帯電量の導出＞
次に、図１３及ぶ図１４を参照して、現在トナー帯電量の求め方について説明する。また、以下で説明する現在トナー帯電量の算出処理は第２算出手段の処理の一例であり、具体的には、ＣＰＵ１０１の制御によって実現される。まず、図１４を参照して、現在トナー帯電量を導出するための構成について説明する。ＣＰＵ１０１は、使用されるトナーの消費量を検知するトナー消費量検知部、現像剤の攪拌量を検知する攪拌検知部、現像剤へのトナーの補給量を検知するトナー補給量検知部、及び現像剤が攪拌されていない状態を検知する非攪拌検知部として機能する。さらに、ＣＰＵ１０１は、各検知部から得た情報から現像剤中のトナーの帯電量を演算する。

図１４に示すように、ＣＰＵ１０１には、使用されるトナーの消費量を検知するトナー消費量を検知するためのトナー消費量カウンタ１３２の出力、及び、現像剤の攪拌量を検知する攪拌モータ１３４のＯＮＯＦＦ信号が入力される。さらに、ＣＰＵ１０１には、現像剤へのトナーの補給量を検知する補給モータ１３１のＯＮＯＦＦ信号、及び、攪拌されていない状態を検知するタイマの各信号が入力される。また、ＣＰＵ１０１は、各入力される信号を用いて現在トナー帯電量を演算するための作業バッファＲＡＭ１０２、及び、演算に必要なテーブルを含むＲＯＭ１０３に接続される。

以下の式２から、ホッパ（現像器４３へのトナー補給装置）から補給された直後のトナー帯電量ＱＭｈｏｐｐｅｒを算出する。
式２ ＱＭｈｏｐｐｅｒ＝ａ×ＱＭｍａｘ
ここで、ａは、ホッパから補給されたトナー量を示す。

次に、現像器４３内のトナーの総量Ｔｔｏｔａｌを算出する。一般的にトナー総量は、現像器４３の容量やインダクタンス検知センサ７から取得するトナー濃度などの情報から容易に算出することが可能である。以上の処理で得られた飽和トナー帯電量ＱＭｍａｘと、補給直後トナー帯電量ＱＭｈｏｐｐｅｒと、トナー総量Ｔｔｏｔａｌとは後述の濃度階調補正処理に用いられる。

次に、図１３を参照して、画像形成装置１００、３００の現在トナー帯電量の演算手順について説明する。以下で説明する処理は、ＣＰＵ１０１によって統括的に制御される。ここで、濃度階調補正は、出力ページ毎に行うものとし、以下で説明する処理フローも出力が行われる度に行われる。

まず、Ｓ１３０１において、ＣＰＵ１０１は、ｎ枚目のトナー帯電量を算出する際に、ｎ−１枚目（前回）のトナー帯電量算出が行われた時点から、今回の補正処理の間に行われたトナーの補給量を算出する。ここで、トナー補給量は、ＣＰＵ１０１が何らかの方法で決定したものであり、その方法は限定されるものではない。トナー補給量の決定方法としては、例えば、特開平０５−３２３７９１号公報に提案されている。

Ｓ１３０２において、ＣＰＵ１０１は、ｎ−１枚目のトナー帯電量の算出が行われた時点から、今回の補正処理の間に消費したトナー量を算出する。ここでは、ｎ−１枚目の入力画像データの画素値（ビデオカウント値）を積算し、トナー消費量を予測するものとする。なお、画像形成の目的以外でトナーを消費した場合、例えば現像器４３内のトナー濃度を調整するような場合もトナーを消費したものとして扱う。つまり、現像器４３からなくなったトナーの量を算出する。当該消費トナー量は、トナー消費量カウンタ１３２からＣＰＵ１０１に対して出力される。

Ｓ１３０３において、ＣＰＵ１０１は、ｎ−１枚目のトナー帯電量を算出した時点から、ｎ枚目のトナー帯電量を算出する時点までに、現像器４３内で行われたトナーの攪拌量を算出する。ここでは、現像器４３内のスクリューは一定速度で回転するものとし、スクリューの回転時間をトナー攪拌量として扱う。スクリューの回転時間は、攪拌モータ１３４からのＯＮＯＦＦ信号を用いて算出される。

Ｓ１３０４において、ＣＰＵ１０１は、トナー補給量Ｔｓｕｐ、トナー消費量Ｔｕｓｅｄ、トナー攪拌量を基に、トナー帯電量を算出する。ＣＰＵ１０１は、記録してあるｎ−１枚目に算出したトナー帯電量ＱＭと飽和トナー帯電量ＱＭｍａｘとトナー攪拌量から、トナー消費やトナー補給のない場合のｎ枚目のトナー帯電量ＱＭｓｔｉｒを算出する。ここで、増量分は予め取得しておいたトナー帯電量ＱＭと飽和トナー帯電量ＱＭｍａｘとトナー攪拌量Ｔｓｔｉｒと攪拌後トナー帯電量ＱＭｓｔｉｒとの関係を記したテーブルを利用する。次に、攪拌後トナー帯電量ＱＭｓｔｉｒ、トナー補給量Ｔｓｕｐ、トナー消費量Ｔｕｓｅｄ、補給直後トナー帯電量ＱＭｈｏｐｐｅｒ、トナー総量Ｔｔｏｔａｌからｎ枚目の濃度階調補正時の現在トナー帯電量ＱＭｐｒｅｓｅｎｔを式３を用い算出する。
式３ ＱＭｐｒｅｓｅｎｔ＝（ＱＭｓｔｉｒ×（Ｔｔｏｔａｌ−Ｔｕｓｅｄ）＋ＱＭｈｏｐｐｅｒ×Ｔｓｕｐ）／（Ｔｔｏｔａｌ−Ｔｕｓｅｄ＋Ｔｓｕｐ）
以上のように現在トナー帯電量ＱＭｐｒｅｓｅｎｔを求めることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、所定のトナー帯電量において、静電潜像のコントラスト電位と、当該コントラスト電位におけるトナー像の濃度とを予め測定する。さらに、画像形成装置は、画像形成を行う際に、現在トナー帯電量と、飽和トナー帯電量とに基づいて、予め測定したコントラスト電位と濃度との関係を調整して画像を形成する。これにより、本実施形態に係る画像形成装置は、トナー帯電量の変化を考慮した濃度補正を行うことができる。

＜コントラスト電位の決定＞
次に、最終的に決定されるコントラスト電位ｖｃｏｎｔｂについて説明する。最終的に決定されるコントラスト電位Ｖｃｏｎｔｂは、通紙によるトナー帯電量の変化に対応したコントラスト電位とすることで濃度変化に対応した目標Ｖｃｏｎｔが得られる。ユーザが通紙を開始し、トナー帯電量が変化していっても、所望の濃度が得られるように、目標となるＶｃｏｎｔを以下の式４で設定する。
式４ Ｖｃｏｎｔｂ＝Ｖｃｏｎｔｐ×ＱＭｍａｘ／ＱＭｐ
ここで、ＱＭｐは現在トナー帯電量を示す。これにより、飽和トナー帯電量を想定した時点での所望の濃度が得られるように目標Ｖｃｏｎｔを設定している。また、最終的に決定されるＶｃｏｎｔであるＶｃｏｎｔｂにコントラスト電位を設定し、既知の方法で、一次帯電バイアスや現像バイアスを決めた後、階調パッチを形成し、階調性についてルックアップテーブル等を補正することで合わせても良い。以上のように設定することで、飽和トナー帯電量に基づくコントラスト電位を設定することで、コントラスト設定の調整を通紙によるトナー帯電量の変化に応じてする必要がなくなる。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、トナー帯電量に応じて目標Ｖｃｏｎｔとなるようにレーザパワー制御を行うことで濃度変動を約半減できる。また、飽和トナー帯電量に基づき、コントラスト電位を設定することで、コントラスト設定の調整を通紙によるトナー帯電量の変化に応じてする必要がなくなり、ユーザ調整の頻度を減少させることができる。

＜第２の実施形態＞
以下では、図１５を参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、目標ＶｃｏｎｔであるＶｃｏｎｔｂに設定し、ターゲット濃度を現像するＶｃｏｎｔｐに追従するように予測したトナー帯電量であるＱＭｐｒｅｓｅｎｔに基づいてレーザパワー制御をすることで、濃度補正することを特徴する。なお、以下では、第１の実施形態と同様の構成及び技術については説明を省略する。

印刷時に設定されるコントラスト電位Ｖｃｏｎｔは、以下の式５に基づいて決定される。
式５ Ｖｃｏｎｔ＝Ｖｃｏｎｔｂ×ＱＭｐ／ＱＭｍａｘ
予めコントラスト電位とレーザパワーの関係を制御Ａで求める。図１５は、コントラスト電位とレーザパワーの関係を示す。制御Ａで求まったＶｃｏｎｔであるＶｃｏｎｔｐになるようにレーザパワーを調整する。つまりＶｃｏｎｔｂ／ＱＭｍａｘが一定になるようにレーザパワーを調整し、所望のＶｃｏｎｔに設定する。

ここで、本実施形態における濃度補正の処理手順について説明する。まず、ＣＰＵ１０１は、制御Ａをした時点でＶｃｏｎｔｂ×ＱＭｐ＝２３０×３０＝６９００と演算する。この時点でレーザパワーは２００とする。その後、ユーザが通紙をしたことで、トナー帯電量が２５となる。次に、ＣＰＵ１０１は、６９００／２５＝２７６と演算する。さらに、ＣＰＵ１０１は、Ｖｃｏｎｔが２７６になるようにレーザパワーを２００から２３０とする。

＜実行結果＞
図１６は、本発明に係る濃度補正を実行した際の濃度変動と、従来の濃度補正を実行した際の濃度変動を示す。図１６では、横軸に画像形成枚数を示し、縦軸に濃度を示す。これらの結果は、同一の濃度で複数枚の記録紙に画像を形成した際の結果となる。図１６に示すように、従来の濃度補正による濃度のばらつきが０．０８であるのに対して、本実施形態の濃度補正による濃度のばらつきは０．０４となる。つまり、本実施形態に係る濃度補正の方が制御Ａからの濃度変動を抑制していることがわかる。

Claims (5)

1. 像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを収容する収容部と、前記収容部内のトナーを用いて前記静電潜像を現像する現像手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記帯電手段、前記露光手段、及び前記現像手段によって形成されたパッチ画像を測定することにより得られた濃度情報を取得する取得手段と、
   前記像担持体において前記パッチ画像に対応する静電潜像が形成された領域の電位を測定する測定手段と、
   前記取得手段により取得された前記濃度情報、前記測定手段により測定された前記領域の電位、及び、前記収容部内のトナーの飽和帯電量と前記パッチ画像が形成された際の前記収容部内のトナーの帯電量との比率を用いて、前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位を決定する決定手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記パッチ画像を測定し、前記パッチ画像の濃度情報を検知する検知手段を更に有し、
   前記取得手段は、前記検知手段により検知された前記パッチ画像の濃度情報を取得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. 前記収容部はトナーとキャリアとを収容し、
   前記画像形成装置は、前記収容部に収容されたトナーとキャリアとの比率と、前記画像形成装置の動作環境における相対湿度とから、現在の動作環境に応じた前記飽和帯電量を算出する第１算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. トナー補給量、トナー消費量、及びトナー攪拌量に基づいて、前記パッチ画像が形成された際の前記収容部内のトナーの帯電量を算出する第２算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを収容する収容部と、前記収容部内のトナーを用いて前記静電潜像を現像する現像手段と、を備える画像形成装置の制御方法であって、
   前記帯電手段、前記露光手段、及び前記現像手段によってパッチ画像を形成する形成ステップと、
   前記パッチ画像の濃度を測定する第１の取得ステップと、
   前記像担持体において前記パッチ画像に対応する静電潜像が形成された領域の電位を測定する第２の測定ステップと、
   前記パッチ画像の濃度、前記領域の電位、及び、前記収容部内のトナーの飽和帯電量と前記パッチ画像が形成された際の前記収容部内のトナーの帯電量との比率に基づいて、前記飽和帯電量に対応するコントラスト電位を決定する決定ステップとを実行することを特徴とする画像形成装置の制御方法。