JP5761927B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置が知られている。この装置は、トナー粒子を帯電させ静電気力を用いて画像形成を行う。そのため、トナー粒子の帯電量が変化した場合、それに応じて出力画像濃度や品位が変化してしまう。トナー粒子の帯電量は、使用環境や、出力される画像濃度や、出力経過時間などに応じて大きく変化するため、何らかの出力安定化のための制御を行わなかった場合、出力画像が各種条件に応じて変動してしまう。

二成分現像装置を用いた電子写真方式の画像形成装置、すなわち現像剤としてトナー粒子とキャリア粒子とを使用して画像形成を行う画像形成装置では、画像データから予想されるトナーの消費量とほぼ同量のトナーが補給される。また、現像剤中のトナー粒子とキャリア粒子との透磁率の違いから、現像剤中のトナー粒子濃度を測定するインダクタンスセンサ（透磁率センサ）などの出力値を用いて、トナー補給量の補給制限・調整補給といったことも、一般的に行われている。

二成分現像装置では、一般的に、現像装置内におけるトナー粒子とキャリア粒子との混合比（Ｔ／Ｃ比）によってトナー粒子の帯電量が変化し、トナー粒子の比率が少なくなるに従い、トナー粒子の帯電量は増加する。トナー粒子の帯電量が増加すると、一定の電荷の潜像に付着するトナー粒子は減少し、その逆に、トナー粒子の帯電量が減少すると、一定の電荷の潜像に付着するトナー粒子は増加する。

従って、トナー粒子の補給量を調整し、現像装置内におけるトナー粒子とキャリア粒子との混合比を制御することで、その結果として、トナー粒子の帯電量及び出力画像濃度を安定化させることができる。

そのために、画像パッチを出力し、像担持体上や転写体上などで測定したパッチ濃度（トナー量）に基づいて、画像パッチの出力濃度が目標濃度に一致するようトナー補給量を制御するフィードバック制御が一般的に広く行われている。すなわち、画像データに応じたトナー補給量やインダクタンスセンサの出力値による補給量の調整に加えて、画像パッチの濃度に基づいて算出されたトナー補給調整量を加味したトナー補給制御が広く行われる。これにより、トナー帯電量及びトナー濃度が調整される。

しかし、このような画像パッチの出力濃度に基づいたトナー補給量調整による出力画像濃度安定化の制御は、パッチ濃度（トナー量）測定を行ってから各種調整を行うというフィードバック制御である。そのため、制御におけるむだ時間（制御の時間遅れ）を持たざるをえない。また、トナー補給量調整がトナー粒子帯電量の変化（追従）に反映されるまでに時間遅れがあることからも、制御遅れが生じることが避けられず、短周期の濃度ズレが発生してしまう。

このような問題を解決するものとして、下記特許文献１のように、トナー粒子の帯電量を推定し、画像形成のコントラスト電位をリアルタイムで抑制するフィードフォワード制御を行って画像濃度を安定化させる技術が提案されている。

特開２００１−４２６１３号公報

上記従来の装置におけるフィードフォワード制御は、トナー粒子帯電量の変動を抑制する効果がある。しかしながら、トナー補給量のフィードバック制御がトナー粒子の帯電量を長期的に一定化させるという作用を、上記フィードフォワード制御が妨げてしまい、結果として、出力画像濃度が安定しなくなってしまう、という問題が生じることがある。以下、そのような例を具体的に説明する。

電子写真技術においては静電気力を用いて画像を作像することから、トナー粒子の帯電量はできるだけ変化しないことが望ましい。しかし、例えば、トナー粒子帯電量の予測結果に基づいて画像形成電位コントラストを調整した場合、トナー粒子帯電量がどのような値になるかに関わらず、原理的には出力濃度はほぼ一定を保つ。ただし、厳密には予測誤差などによる出力濃度の変動は存在するが、これを除外すれば出力濃度は一定となる。

このような状況下では、画像パッチの濃度もほぼ目標通りの一定値が保たれるため、画像パッチに基づくトナー補給量制御における補給量の補正はほぼ行われることがないという状態になる。その結果、トナー補給量制御では、目標とするトナー現像量に応じたトナー補給が行われるのみとなり、現像剤中のトナー濃度がほぼ一定値に保たれる状態になる。従って、実質上、パッチ濃度に基づくトナー補給量の調整は行われない、ということになる。

そのため、像担持体に対するトナー現像量が適正化されたとしても、トナー粒子の帯電量によっては、その後の転写工程等が適正に行われないおそれがある。例えば、転写を良好に行うには、トナー粒子の帯電量が適切である必要があるが、トナー粒子の帯電量が不十分または過剰であると、転写性が変化し、画像濃度・品位が低下してしまう。

従って、画像濃度を短期的且つ長期的に安定させる観点から、改善の余地があった。

本発明の目的は、測定用画像を用いた補給量の決定を高精度に行うとともに、次回の測定用画像を用いた補給量の決定までの間において、画像形成装置の状態変化によって生じる出力画像の品質の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る画像形成装置は、感光体を帯電する帯電部と、前記感光体上に静電潜像を形成するために、前記帯電された感光体を露光条件を用いて露光する露光部と、現像剤を収容する収容部と前記収容部に収容された現像剤を担持する現像剤担持体とを有し、前記現像剤担持体に担持された現像剤を用いて前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像部とを備え、入力された画像データに対応した画像を形成する画像形成手段と、前記画像データに基づき前記現像部から消費される現像剤の消費量を予測する予測手段と、前記画像形成手段に測定用画像を形成させる制御手段と、前記測定用画像を測定する測定手段と、前記予測手段により予測された前記消費量と、前記測定手段の測定結果とに基づいて、前記現像部に補給すべき現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、前記測定用画像を形成する際の前記露光条件としてデフォルトの露光条件を設定する第１設定手段と、前記予測手段により予測された前記消費量、前記決定手段により決定された前記補給量、及び、前記現像剤担持体の駆動情報に基づいて、前記露光条件の補正条件を決定し、画像を形成する際の前記露光条件として前記デフォルトの露光条件を前記補正条件によって補正した補正露光条件を設定する第２設定手段と、を有し、前記制御手段は、前記画像形成手段に、前記第１設定手段により設定された前記デフォルトの露光条件を用いて前記感光体を露光させ、前記測定用画像を形成させることを特徴とする。

本発明によれば、測定用画像を形成する際にデフォルトの露光条件を用いることにより、第２設定手段によって行われる露光条件の補正の影響を受けずに、補給量決定手段が現像剤の補給量を適切に決定することができる。つまり、補給量を高精度に制御することができる。さらに、画像を形成する際は、予測された消費量、決定された補給量および現像剤担持体の駆動情報に基づき決定される補正条件によってデフォルトの露光条件を補正することにより、補給量を決定した後の画像形成装置の状態変化に対して露光条件を適切に補正することができる。このように、本発明によれば、測定用画像を用いた補給量の決定を高精度に行うことができるとともに、次回の測定用画像を用いた補給量の決定までの間においても、画像形成装置の状態変化に対して露光条件を適切に補正することができるので、出力画像の品質が低下することを抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 本実施の形態における基本動作処理のフローチャートである。 図２のステップＳ１１１で実行されるトナー補給調整量ＦＢ制御のフローチャートである。 トナー補給調整量ＦＢ制御の制御ダイアグラムである。 トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。 画像形成時の制御ダイアグラムである。 第２の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。 第３の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による階調補正制御処理のフローチャートである。 階調補正により階調変換テーブルの出力値を下げる場合の例、上げる場合の例をそれぞれ示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。

この画像形成装置は、電子写真方式により画像を形成するタンデム型の画像形成装置であり、例えば、プリンタとして構成される。画像形成部は４つあるが、それらの構成については共通であるので、主に１つについて説明する。

この画像形成装置は、画像形成装置全体を制御するＣＰＵ（予測手段、設定手段、形成手段、制御手段、補正手段）２、画像コントローラ１、ＲＡＭ１１、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２１、Ａ／Ｄ変換器１９を備える。また、画像形成装置本体に温度・湿度センサ１７、不図示のタイマを備える。画像コントローラ１内には階調変換ユニット１８が備えられる。

各画像形成部には、感光ドラム（像担持体）５、レーザドライバ（以下、ＬＤドライバという）３、反射ミラー４、帯電器（帯電ローラ）７、現像器８、１次転写器１２等が備えられる。現像器８は、トナー及びキャリアを含有する現像剤を収容する現像剤容器９を備える二成分現像装置である。現像器８は、現像剤を担持する現像剤担持体である現像ローラ２２のほか、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６、光センサ（検知手段）２０を備える。ＣＰＵ２及びこれによって制御される帯電ローラ７、ＬＤドライバ３、現像器８等が「作像手段」を構成する。

画像コントローラ１は、不図示のホストコンピュータ等（以下、ＰＣという）から特定の記述言語で記述された画像情報の電気信号を受信し、画像データを作成する。この画像データから、ＣＰＵ２がＬＤドライバ３により潜像を作成するための信号処理を行い、それをＬＤドライバ３に信号を送信する。ＬＤドライバ３では、上記送られた信号を光信号に変換し、高速度で回転する（不図示の）ポリゴンモータに取り付けられたポリゴンミラーに上記光信号を照射する。照射された光信号は、ポリンゴンミラーにより反射して、反射ミラー４によって潜像担持体である感光ドラム５の表面に照射される。

感光ドラム５は、高電圧電源であるバイアス印加手段である高圧出力部６により制御された電圧値にて帯電ローラ７により一定電位に均一に帯電されている。感光ドラム５は、光照射を受ける（露光される）ことで照射部の電位が変化し、それにより感光ドラム５上に静電潜像が形成される。

本画像形成装置においては、感光ドラム５を負極性に帯電させるとともに、トナー粒子を負極性に帯電させ、光照射を行った部位（明部）にトナー粒子を付着させる機構となっている。また、感光ドラム５が一定電位になるよう帯電ローラ７を用いて帯電しているため、トナーが現像される明部電位は、ＬＤドライバ３から照射される光の光強度に依存して変化する。すなわち、トナー現像量は感光ドラム５に対する光照射量を制御することにより、調整することが可能である。

現像器８は、現像ローラ２２によって現像剤中のトナーのみを感光ドラム５に付着させ、感光ドラム５上に形成された静電潜像をトナー像として具現化・可視化像とする（現像する）。ＣＰＵ２が必要に応じてトナー補給モータ１０を回すことにより、必要に応じて現像剤容器９にトナーが補給される。ＣＰＵ２は、所定期間内のトナーの補給量の実績をＲＡＭ１１に保持する。

現像ローラ２２には、高圧出力部６によって制御された現像バイアスが印加されている。感光ドラム５上に現像形成されたトナー像は、１次転写器１２によって中間転写ベルト１３上に転写された後、さらに２次転写器１４により紙等の記録媒体１５の表面に転写される。Ｔ／Ｃ比検出センサ１６は、現像剤容器９内のトナー粒子とキャリア粒子との混合比率を測定する。Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値は、Ａ／Ｄ変換器１９を介して必要なタイミングでＣＰＵ２に取り込まれる。

トナー像を転写された記録媒体１５は、搬送ローラにより搬送され、定着装置により、上記トナー像が記録媒体１５に永久定着され、画像形成装置外に搬送される。

図２は、本実施の形態における基本動作処理のフローチャートである。

概略を説明すると、この基本動作処理では、現像剤容器９の中のトナー粒子の帯電量（電荷量）を予測する。そしてその予測結果に基づいて、感光ドラム５上に現像形成される通常画像用のトナー像の濃度が一定となるように、電位形成条件を設定する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６、図５、図６）。これが、トナー粒子の帯電量の変動を抑制するフィードフォワード（以下、「ＦＦ」と記す）制御である。

本実施の形態では電位形成条件の一例として露光強度を設定する。ただし、電位形成条件はこれに限られず、帯電バイアス設定、あるいは現像バイアス設定、あるいはこれらの併用でもよい。また、予測するのはトナー帯電量に限るものでなく、出力画像濃度乃至現像トナー濃度といった、より直接的なものでもよい。

一方、本実施の形態では、現像剤容器９に対するトナー補給量は、基本的には、画像データから算出されるトナー消費量と等しくなるように決定される。ただし、それに加え、現像性・転写性の安定化を目的として、トナー粒子の帯電量を一定に調整する観点から、補給量の調整（トナー補給調整量の決定）がなされる。

すなわち、感光ドラム５上に、温度・湿度センサ１７の検出値に基づき適正な電位コントラスト条件（電位形成条件）を定めた上で、その電位コントラスト条件にて、トナー補給量を制御するための画像パッチの潜像形成を行う。そして、その潜像に対して現像された画像パッチの画像濃度を光センサ２０により検知（測定）する。そして、検知結果から算出されたパッチ濃度（トナー量）に基づき、画像パッチの出力濃度が目標濃度に一致するよう、トナー補給調整量をフィードバック（以下、「ＦＢ」と記す）制御する（図２のステップＳ１１１、図３、図４）。これが、トナー補給調整量ＦＢ制御である。

ここで、上記した「通常画像用のトナー像」は、記録媒体１５に定着させるためのトナー像であって、「トナー補給量を制御するための画像パッチ」を含まないものである。通常画像用のトナー像の電位形成条件は、トナー粒子の帯電量の予測結果に基づき設定される一方、画像パッチの電位形成条件は、温度・湿度センサ１７の検出値に基づき設定され、上記予測結果に依存しない。従って、これら２種の電位形成条件は、独立して設定される。

図２の処理は、装置本体の電源オンによって開始される。まず、ＣＰＵ２は、初期化処理を行い（ステップＳ１０１）、印字条件、パラメータをＨＤＤ２１からＲＡＭ１１に読み込む（ステップＳ１０２）。次に、ステップＳ１０３で、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが発生したか否かを判別する。ＵＩイベントは、不図示の操作部からユーザが指示を入力することで発生する。

そして、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが発生した場合は、それに応じた処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントがキャリブレーションの実行指示であればキャリブレーションを実行し（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）、設定パラメータの変更指示であれば設定パラメータを変更してＲＡＭ１１に保存する（ステップＳ１１４、Ｓ１１５）。その後、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。また、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが電源オフ（ＯＦＦ）の指示であれば、ＲＡＭ１１から印字条件、パラメータを読み出してＨＤＤ２１に保存して（ステップＳ１１６、Ｓ１１７）、装置電源をオフにする（本処理が終了する）。ＵＩイベントが電源オフ（ＯＦＦ）の指示でもない場合は、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。

前記ステップＳ１０３の判別の結果、ＵＩイベントが発生していない場合は、ＣＰＵ２は、トナー補給を実行する（ステップＳ１０４）。ここでは、前回のステップＳ１１０の処理で決定された補給量の補給が実行される。次に、ＣＰＵ２は、現像剤容器９内のトナー粒子の帯電量を予測する処理（ステップＳ１０５）、及び、通常画像形成時用の露光強度（以下、「レーザパワー」あるいは「ＬＰＷ」と記す）補正量を決定する処理（ステップＳ１０６）を実行する。これらの処理については、図５、図６で後述する。ここで決定されるレーザパワー補正量は、あくまで通常画像のトナー像の形成に適用されるものであり、画像パッチの形成には適用されない。

次に、ＣＰＵ２は、トナー補給制御用の画像パッチを出力するタイミングとなったか否かを判別し（ステップＳ１０７）、当該タイミングとなった場合は、トナー補給調整量ＦＢ制御を実行してから（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０８に処理を進める。一方、当該タイミングとなっていない場合は、ＣＰＵ２は、今回はトナー補給調整量ＦＢ制御を実行することなくステップＳ１０８に処理を進める。

ステップＳ１０８では、ＣＰＵ２は、未処理のジョブが有るか否かを判別し、なければ前記ステップＳ１０３に処理を戻す一方、有れば、その印刷ジョブを実行する（ステップＳ１０９）。この印刷ジョブの実行においては、ステップＳ１０６で決定された通常画像形成におけるレーザパワー補正量が反映される。

ところで、ＨＤＤ２１には階調変換テーブルが記憶されており、ＲＡＭ１１に読み出されて参照される。本実施の形態では、印刷ジョブでの通常画像形成、及び画像パッチの形成において、階調変換テーブルによる変換処理も併せて行われる。

次に、ステップＳ１１０では、ＣＰＵ２は、トナー補給量を決定する。ここでは、トナー消費量に、ステップＳ１１１で決定される補正量（すなわち、トナー補給調整量）を加味した量が、トナー補給量として決定される。その後、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。

図３は、図２のステップＳ１１１で実行されるトナー補給調整量ＦＢ制御のフローチャートである。図４は、トナー補給調整量ＦＢ制御の制御ダイアグラムである。

まず、図３において、ＣＰＵ２は、画像パッチの形成・濃度検知を行うためのパッチ検発行を行うと共に、像担持体である感光ドラム５の下地を読み取る（ステップＳ２０１）。次に、ＣＰＵ２は、読み取った下地の出力に異常があるか否かを判別する（ステップＳ２０２）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、異常がなければステップＳ２０４に処理を進める一方、異常があれば、画像パッチの濃度を検知する光センサ２０の下地レベルを更新してから（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０４に処理を進める。

ステップＳ２０４では、ＣＰＵ２は、既定パッチレベル（図４参照）に対応する画像データに基づき、画像パッチを形成する。その際、温度・湿度センサ１７の検出値に基づき定めた電位コントラスト条件（図４のデフォルトのＬＰＷ設定）にて露光する。

次に、画像パッチの濃度を光センサ２０が検知（測定）すると（図４参照）、ＣＰＵ２は、その検知結果を受け取り（ステップＳ２０５）、ＣＰＵ２は、検知結果から画像パッチの濃度を演算により求める（ステップＳ２０６）。

次に、ＣＰＵ２は、演算で求めた測定パッチ濃度と目標パッチ濃度（目標濃度）とを比較し、その差分値を求める（ステップＳ２０７）。ここでいう差分値は、測定パッチ濃度（図４の補給ＦＢパッチ読み取り値）から目標パッチ濃度（図４の補給制御用パッチ基準値）を差し引いた値である。また、ここで、パッチ濃度は濃度が高いほど大きな値を示すものとする。

そして、ＣＰＵ２は、測定パッチ濃度と目標パッチ濃度との比較結果に基づいてトナー補給調整量を増減する。具体的には、測定パッチ濃度が目標パッチ濃度より低い（差分値がマイナスである）場合は、トナー補給調整量を増加させる（ステップＳ２０９）。一方、測定パッチ濃度が目標パッチ濃度より高い（差分値がプラスである）場合は、トナー補給調整量を減少させる（ステップＳ２１０）。また、測定パッチ濃度が目標パッチ濃度に等しい（差分値が０である）場合は、トナー補給調整量をゼロにリセットする（ステップＳ２０８）。

これらの処理後、ＣＰＵ２は、処理をステップＳ２１１に進める。そして、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０で設定されたトナー補給調整量を、最新のトナー補給調整量として更新し、ＲＡＭ１１に記憶させる。上記したように、図２のステップＳ１１０では、ステップＳ２１１で更新されたトナー補給調整量を、トナー消費量に加算した量が、トナー補給量として決定される。図４に示すように、トナー消費量は、画像信号からビデオカウンタ算出により算出され、この算出したトナー消費量に上記の差分値が加算される。なお、図３のステップＳ２０９、Ｓ２１１で増減される量は、差分値に応じた量としたが、所定量としてもよい。

ところで、トナー粒子の帯電量はＴ／Ｃ比によって変化する。トナー粒子の比率が少なくなるに従ってトナー粒子の帯電量は増加する。トナー粒子の帯電量が増加すると、一定の電荷潜像に付着するトナー粒子は減少し、その逆に、トナー粒子の帯電量が減少すると、一定の電荷潜像に付着するトナー粒子は増加する。

上記したトナー補給調整量ＦＢ制御は、一定の電位潜像に対して、トナー現像量が一定となるようにトナー補給量を制御し、現像剤容器９内のトナー粒子とキャリア粒子との混合比（Ｔ／Ｃ比）を変化させるものである。測定パッチ濃度と目標パッチ濃度とが一致するように制御することで、トナー粒子の帯電量が所望の帯電量に収束する。これにより、時間平均的、すなわち長期的にみれば、トナー帯電量を一定に保つことができる。

以上のトナー補給調整量ＦＢ制御に加え、トナーの飛散やキャリア粒子の感光ドラム５への付着を防ぐため、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力に基づいて、Ｔ／Ｃ比が一定の上下限内に収まるように制御を行う。

ところで、トナー補給調整量ＦＢ制御は、あくまでフィードバック制御であるため、外乱に対して時間遅れが生じることは避けられず、ある程度の短期的な濃度ズレが発生する。そこで、本実施の形態では、トナー帯電量（もしくは出力画像濃度）の予測（推定）に基づき、通常画像形成時の電位形成条件を制御することで、トナー補給調整量ＦＢ制御では補いきれない短期的な濃度変動についても抑制する。これにより、「トナー現像量」の安定と、「トナー粒子帯電量」の安定の両方を実現させ、短周期から長期にわたる画像濃度・品位の安定性を得る。

図５は、トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正（ＦＦ）制御処理のフローチャートである。本処理は、図２のステップＳ１０５、Ｓ１０６に相当する。図６は、画像形成時の制御ダイアグラムである（特に通常画像形成時用）。

この画像露光強度補正制御処理では、一定時間おき（タイムステップ毎）にトナー帯電量を予測する。そのため、各期間における、トナー消費量、トナー補給量、現像剤容器９内のトナー量を、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１１内に保持させる。保持するトナー消費量、トナー補給量のデータについては、タイムステップ間の期間内で時間平均をとったものを採用する。

まず、図５のステップＳ３０１で、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測値を算出するためのデータを読み込む。このデータには、前回算出時からの累積データ、トナー消費量、トナー補給量等が含まれる。次に、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測値を算出する（ステップＳ３０２）。ここで、トナー粒子帯電量の予測値は、各タイムステップ毎に計算され、それに用いる算出式は、現像ローラ２２が回転しているか否かに応じて切り替えられる。現像ローラ２２の回転時には下記数式１を用い、現像ローラ２２の非回転時には下記数式２を用いて算出する。

［数１］
トナー粒子帯電量（予測値）＝前タイムステップにおけるトナー粒子帯電量×（１−計算タイムステップ／α−現像量／現像器内トナー量）
＋β×計算タイムステップ／α
＋前回計算時のトナー粒子帯電量

［数２］
トナー粒子帯電量(予測値)＝前タイムステップにおけるトナー粒子帯電量×（１−γ）
ここで、α、β、γの３つのパラメータは、トナーの帯電特性に応じて前もって決められたパラメータである。αは摩擦帯電（除電）が行われる時間速さ、βはトナー粒子の飽和帯電量、γはトナー粒子からの電荷漏洩の時間速さを示している。トナー粒子帯電量の初期値は０である。

上記数式１の右辺の第１項の「現像量／現像器内トナー量」は、「帯電したトナー粒子が現像されると同時に未帯電のトナー粒子が補給される分の電荷収支」に相当する。すなわち、「現像量／現像器内トナー量」が、現像剤容器９からのトナーの消費・補給に応じた帯電量の減少分に対応する。

上記数式１の右辺の第２項及び第１項のうちの上記項を除いた部分は、「摩擦帯電によりトナー粒子の電荷が変化する量」に相当する。これらを、上記数式１の右辺の第３項が示す前回のトナー粒子帯電量に対して加えることで、次回の帯電量を予測するという式となっている。上記数式２は、一定の時定数でトナー粒子帯電量が減衰することを示す式となっている。

本実施の形態では、トナー補給調整量ＦＢ制御により、トナー帯電量をある程度一定に保つことができる。しかし、外乱に対して帯電量調整の時間遅れが生じることは避けられず、ある程度の変化が発生する。そこで、本実施の形態では、予測したトナー帯電量、言い換えれば、所定の目標トナー帯電量に対する実際のトナー帯電量のズレ・変化を推定（予測）する。そして、そのズレ分・変化分による濃度変動を打ち消すよう、ＬＤドライバ３から照射される通常画像出力時の画像露光強度をＦＦ制御する。具体的には、ＣＰＵ２は、下記数式３を満たす電位コントラストになるよう、ＬＤドライバ３の照射強度（画像露光強度）を調整する。

［数３］
画像出力時電位コントラスト＝（基準時電位コントラスト／基準時に予測されたトナー粒子帯電量）×出力時に予測されたトナー粒子帯電量
ここで、「基準時」とは、例えば、色合わせのためのキャリブレーション動作を行った時や、キャリブレーションを行わない設定の場合には、出力ＪＯＢ開始初期時等、出力画像の色味基準となる出力を行った時を指す。

すなわち、図５のステップＳ３０３で、ＣＰＵ２は、予測される濃度変動を打ち消すために必要な電位調整量を算出する。次に、ステップＳ３０４で、ＣＰＵ２は、算出した電位調整量に相当するレーザパワー補正量を通常画像出力時のレーザパワー補正量（作像用の電位形成条件）としてＲＡＭ１１に記憶させる。

ここで記憶されたレーザパワー（ＬＰＷ）補正量が、図２のステップＳ１０９における印刷ジョブの通常画像形成に反映される。図６に示すように、算出・記憶されたＬＰＷ補正量をデフォルトのＬＰＷ設定の露光強度に加算した露光強度にて、次回の通常画像形成が行われる。

本実施の形態によれば、画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、トナー補給量をＦＢ制御するので、画像濃度を長期的に安定させることができる。また、通常画像を形成する際に用いる作像用の電位形成条件と、トナー補給量を制御するための画像パッチを形成する際に用いる電位形成条件とを独立に設定する。そして、トナー粒子帯電量を予測し、通常画像の濃度が一定となるように、作像用の電位形成条件を設定する。これにより、短周期での画像濃度の変動を抑制することができる。従って、短周期での画像濃度の安定及び長期に亘る画像濃度の安定を両立することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理が、第１の実施の形態と異なる。従って、図５に代えて図７を用いて第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態では、上記数式１、２において、パラメータα、βを、Ｔ／Ｃ比に基づいて変化させると共に、パラメータα、γを、画像形成装置の本体内の環境湿度に基づいて変化させる制御を加えた点だけが第１の実施の形態と異なる。その他の構成や制御態様は同じである。ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値（タイムステップ間の期間内で時間平均をとる）、温度・湿度センサ１７の検出値（特に環境湿度の値）をＲＡＭ１１に保持させる。

図７は、第２の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。

ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値から、Ｔ／Ｃ比が高くなったか否かを判別する（ステップＳ４０１）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が低くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を小さくすると共に、β値を大きくする（ステップＳ４０２、Ｓ４０３）。また、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が高くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を大きくすると共に、β値を小さくする（ステップＳ４０４、Ｓ４０５）。Ｔ／Ｃ比が変わらない場合は、ＣＰＵ２は、α値、β値も変化させない。

次に、ＣＰＵ２は、温度・湿度センサ１７の検出値から、環境湿度が高くなったか否かを判別する（ステップＳ４０６）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、環境湿度が高くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を小さくすると共に、上記数式２におけるγ値を小さくする（ステップＳ４０９、Ｓ４１０）。また、ＣＰＵ２は、環境湿度が低くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を大きくすると共に、上記数式２におけるγ値を大きくする（ステップＳ４０７、Ｓ４０８）。環境湿度が変わらない場合は、ＣＰＵ２は、α値、γ値も変化させない。

すなわち、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が高くなった場合は、トナー粒子帯電量（予測値）がより小さい値に算出される方向にパラメータを変化させる。また、環境湿度が高くなった場合は、摩擦帯電（除電）の速度が遅く算出される方向にパラメータを変化させる。あるいは、環境湿度が高くなった場合は、トナー粒子帯電量（予測値）がより小さい値に算出される方向にパラメータを変化させてもよい。

その後、ＣＰＵ２は、図５のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様の処理を実行して、本処理を終了させる。

Ｔ／Ｃ比や環境湿度により、トナー粒子の飽和帯電量・摩擦帯電（除電）が行われる時間速さ、トナー粒子からの電荷漏洩の時間速さが変化するが、ステップＳ４０１〜Ｓ４１０の処理によって、それらを適切に調整することができる。このような調整を行うことにより、画像形成装置の設置環境が変化し、トナー帯電量の変化特性が変化した場合にも、その特性の変化に対応して誤差の少ないトナー粒子帯電量予測が可能となる。ひいては、画像露光強度補正制御の精度が高くなる。

よって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、特に、トナー粒子帯電量の予測に基づくＦＦ制御の精度を高め、短周期の濃度変動を効果的に抑えることができる。

なお、パラメータの補正は、Ｔ／Ｃ比に基づくもの、環境湿度に基づくもののいずれか一方のみを採用するようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、トナー粒子帯電量の予測に基づく補正制御が、通常画像出力時のレーザパワー補正量に適用された。しかし、本発明の第３の実施の形態では、トナー粒子帯電量の予測に基づく補正制御が、画像データに対して適用される階調変換である点が異なる。予測したトナー帯電量の変化、すなわち予測した濃度変化を抑えるための制御先は、階調変換ユニット１８（図１参照）である。このトナー粒子の帯電量予測に基づく階調変換は、トナー粒子の帯電量を一定に保つためのトナー補給調整量ＦＢ制御における画像パッチには適用しない。従って、図５、図６に代えて図８を用い、さらに図９を加えて第３の実施の形態を説明する。

図８は、第３の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による階調補正制御処理のフローチャートである。図８の処理は、図２において、ステップＳ１０５、Ｓ１０６の代わりに、ステップＳ１０４とステップＳ１０７との間に挿入されて実行される。

図８のステップＳ５０１、Ｓ５０２では、ＣＰＵ２は、図５のステップＳ３０１、Ｓ３０２と同様の処理を実行する。次に、ステップＳ５０３では、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測結果から、トナー粒子帯電量が高くなったか否かを判別する。そして、その判別の結果に基づいて、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１１に記憶されている階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を増減する（ステップＳ５０４、Ｓ５０５）。この増減処理は、ＣＰＵ２の制御に従って、階調変換ユニット１８によって行われる。

すなわち、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量が低くなった場合は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を下げるよう制御する（ステップＳ５０４）。一方、トナー粒子帯電量が高くなった場合は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を上げるよう制御する（ステップＳ５０５）。また、トナー粒子帯電量が変わらない場合は、入力に対する出力の値を、階調変換テーブルのままとする。

図９（ａ）、（ｂ）は、階調変換テーブルの出力値を下げる場合の例、上げる場合の例をそれぞれ示す図である。図８のステップＳ５０６では、ＣＰＵ２は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値の増減量をＲＡＭ１１に記憶させる。すなわち、図９（ａ）、（ｂ）に示すような、元の（実線の）テーブル曲線に対して増減制御をした後の（点線の）テーブル曲線を記憶させる。そして、図２のステップＳ１０９における印刷ジョブの通常画像形成において、記憶された内容が増減の態様として反映される。ただし、図３のステップＳ２０４における画像パッチの形成には、このような出力値の増減制御は適用しない。

ここで、出力値の増減の程度については、トナー粒子帯電量の予測結果に応じた量とする。ただし、それに限定されるものではなく、通常画像形成のトナー像を形成する際、該トナー像の濃度変動が抑制される方向に増減させるのであれば、それなりの効果は得られる。

なお、予測するのはトナー帯電量に限るものでなく、現像トナー濃度（トナー出力濃度）といった、より直接的なものでもよい。その場合には、現像トナー濃度が上がると予測された場合には階調変換テーブルの出力値を下げ、現像トナー濃度が下がると予測された場合には階調変換テーブルの出力値を上げる。

第３の実施の形態によれば、画像濃度を長期的に安定させることに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、トナー粒子帯電量の予測結果に基づく階調補正により、トナー補給調整量ＦＢ制御では抑えきれないトナー粒子帯電量の変化に起因する濃度変動を抑制することが可能となる。よって、短周期での画像濃度の安定及び長期に亘る画像濃度の安定を両立することができる。

なお、第３の実施の形態において、第２の実施の形態における図７のＳ４０１〜Ｓ４１０（α値、β値、γ値の補正）を、図８の処理にも適用可能である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１ 画像コントローラ
２ ＣＰＵ
５ 感光ドラム
９ 現像剤容器
１６ Ｔ／Ｃ比検出センサ
２０ 光センサ

Claims (4)

1. 感光体を帯電する帯電部と、前記感光体上に静電潜像を形成するために、前記帯電された感光体を露光条件を用いて露光する露光部と、現像剤を収容する収容部と前記収容部に収容された現像剤を担持する現像剤担持体とを有し、前記現像剤担持体に担持された現像剤を用いて前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像部とを備え、入力された画像データに対応した画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像データに基づき前記現像部から消費される現像剤の消費量を予測する予測手段と、
   前記画像形成手段に測定用画像を形成させる制御手段と、
   前記測定用画像を測定する測定手段と、
   前記予測手段により予測された前記消費量と、前記測定手段の測定結果とに基づいて、前記現像部に補給すべき現像剤の補給量を決定する補給量決定手段と、
   前記測定用画像を形成する際の前記露光条件としてデフォルトの露光条件を設定する第１設定手段と、
   前記予測手段により予測された前記消費量、前記決定手段により決定された前記補給量、及び、前記現像剤担持体の駆動情報に基づいて、前記露光条件の補正条件を決定し、画像を形成する際の前記露光条件として前記デフォルトの露光条件を前記補正条件によって補正した補正露光条件を設定する第２設定手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記画像形成手段に、前記第１設定手段により設定された前記デフォルトの露光条件を用いて前記感光体を露光させ、前記測定用画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記デフォルトの露光条件を変更する変更手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置の環境状態を取得する取得手段を更に有し、
   前記変更手段は、前記取得手段により取得された前記環境状態に基づいて前記デフォルトの露光条件を変更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. 前記露光条件は、前記露光部が前記感光体を露光する光の強度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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