JP6111780B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いたプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置では、経時環境の変化により生じる濃度変動、色ずれを補正するため、測定用のトナーパターンを転写ベルト上に作成し、その濃度や位置を検知することが行われている。

特許文献１には、電源オン時に所定の出力枚数毎等に転写ベルト上に位置ずれ補正用のトナーパターンを複数作成し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像の位置を合わせる技術が記載されている。

同様な方法でフルカラー画像形成装置において、各色トナー像作成装置の濃度調整を行う技術も知られている。

また、特許文献２には、出力画像作像中に非画像粋にトナーパターンを作り、濃度補正を行う技術が開示されている。

現在、多くのフルカラー画像形成装置においては、特許文献１のように所定の出力枚数毎に画像出力動作を禁止して、転写ベルト上に複数のトナーパターンを形成し、トナーパターンの濃度と位置を検知して、濃度変動と位置の補正を行うことが広く行われている。

特許文献２に開示される技術は、画像出力と並行してトナーパターンを作成するため、上述のような画像出力ができない時間はない。しかし、画像域外にトナーパターンを作成するため、作成可能なパターン数には限界がある。このため、制御の精度が荒くなり、この技術も写真画像等の印刷のために階調安定性が重視されるフルカラー画像形成装置においては十分ではなかった。

そこで、画像出力をしていないときに画像領域内外にトナーパターンを作成し、画像濃度制御を行う方式と、画像出力と並行してトナーパターンを作成する制御を併用し、総合的な画像品質の安定化を達成する方式がある。

また、なんらかの理由により、画像出力をしていないときに画像領域内外にトナーパターンを作成し、画像濃度制御を行う方式において、十分な画像濃度制御が実現できない場合がある。その場合は、画像領域外にトナーパターンを作成する方式を用いて、画像濃度を徐々に狙いの濃度へ調整していく。

しかしながら、画像領域内と画像領域外の濃度偏差が発生していると、画像領域内外にトナーパターンを作成し画像濃度制御を行う方式において画像濃度が狙いの値に制御されない場合がある、という課題が現出した。

そこで、本発明は、画像領域内外にトナーパターンを作成し画像濃度制御を行う方式において画像濃度を狙いの値に制御することを課題とする。

本発明は、上述の課題を解決すべく、
像担持体と、前記像担持体上にトナー像を作成するトナー像作成装置と、前記トナー像作成装置を制御してトナーパターンを作成するコントローラと、前記像担持体上の前記トナーパターンを検知する検知装置と、を有し、
前記トナー像作成装置は、現像ローラを備えた現像装置を有し、
非印刷時には、前記コントローラは、複数のトナーパターンを前記トナー像作成装置により作成して、前記複数のトナーパターンの濃度を前記検知装置により検知し、その検知結果をもとに前記トナー像作成装置の作像条件を調整し、
印刷時には、前記コントローラは、画像領域の出力画像に加えて、非印刷時の前記複数のトナーパターンから選択した前記複数のトナーパターンより少数のトナーパターンを非画像領域に前記トナー像作成装置により作成して、前記少数のトナーパターンの濃度を前記検知装置により検知し、その検知結果をもとに前記トナー像作成装置の作像条件を調整する、画像形成装置において、
前記コントローラは、前記非印刷時には前記像担持体の移動方向と直交方向における前記像担持体の端部領域と中央領域に前記複数のトナーパターンを作成し、前記印刷時には前記端部領域にのみ前記少数のトナーパターンを作成し、
前記コントローラは、前記印刷時の前記少数のトナーパターンの濃度目標値Ｘを、
Ｘ＝（非印刷時の端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）×所定の基準値／（非印刷時の中央領域と端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）
により決定する、ことを特徴とする画像形成装置
を提案するものである。

上記のように画像形成装置を構成することにより、画像出力をしていないときに画像領域内外にトナーパターンを作成し、画像濃度制御を行う方式において、十分な画像濃度制御が実現できない場合でも、画像領域外にトナーパターンを作成する方式により、画像濃度を徐々に狙いの濃度へ調整することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の例であるフルカラープリンタの断面構成図である。 本発明に係る画像形成装置の非印刷時における制御の例を示すフローチャートである。 非印刷時のトナーパターン作成時のトナーパターン電位と現像バイアスの例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の非印刷時におけるトナーパターンの例を示す図である。 トナーパターンを検知する検知装置の一例である光反射濃度センサの図である。 ブラックトナーに対する正反射光濃度センサの出力例を示す図である。 カラートナーに対する拡散反射光濃度センサの出力例を示す図である。 複数のトナーパターンに対するセンサ出力例のグラフである。 本発明に係る画像形成装置の非印刷時におけるトナーパターンの例を示す図である。 非印刷時のトナーパターンをドットの面積率を変えて作成したときのドット配置例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の印刷時における制御の例を示すフローチャートである。 本発明に係る画像形成装置の印刷時におけるトナーパターンの例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の現像装置の断面構成図である。 現像ローラの変動に起因する濃度変動の例を示すグラフである。 図１４の濃度変動発生時に現像ローラの周長の半分をおいた２パターンの濃度の平均を示すグラフである。 ブラックの中間濃度パターンのドット配置の例を示す図である。 コントローラのプログラムに印刷時制御の禁止を包含させたフローチャートの例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。この図に示すフルカラープリンタ１の装置本体２内の略中央部には、４つのドラム状の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋが、水平状態で図中左右方向に等間隔で離間して並列に配設されている。なお、添え字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋは各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示し、この添え字は必要に応じて割愛する。イエロー画像用の感光体３Ｙに着目すると、この感光体３Ｙは例えば直径３０〜１００ｍｍ程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機半導体層を設けた構造よりなり、図中時計回り方向（図に示す矢印方向）に回転駆動される。感光体３Ｙの下方側周囲には静電写真プロセスに従い帯電ローラ４Ｙ、現像ローラ５Ｙを有する現像装置６Ｙ、クリーニング器７Ｙ等の作像手段が順に配設されている。マゼンタ、シアン、ブラック画像用の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ側についても同様である。即ち、用いるトナーの色が異なるだけである。なお、感光体としてはベルト状のものを用いることも可能である。

感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ及び帯電ローラ４、現像装置６、クリーニング器７の下方には、各色の画像データ対応のレーザ光を一様帯電済みの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋに対してスキャニング照射し、静電潜像を形成するための露光装置８が設けられている。各帯電ローラ４と各現像ローラ５との間には、この露光装置８から照射されるレーザ光が感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋに向けて入り込むように細長いスペース（スリット）が確保されている。図示例の露光装置８は、レーザ光源、ポリゴンミラー等を用いたレーザスキャン方式のものを示したが、ＬＥＤアレイと結像手段とを組合せた方式の露光装置を用いることもできる。

感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋの上部には、複数のローラ９，１０，１１により支持されて反時計回り方向に回転駆動される中間転写ベルト１２が設けられている。この中間転写ベルト１２は各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋに対して共通なものであり、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋの現像工程後の一部が接触するようにほぼ水平状態で扁平に配置されており、ベルト内周部には各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋに対向させて転写ローラ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋが設けられている。中間転写ベルト１２の外周部に対しては、例えば、ローラ１１に対向する位置にクリーニング装置１４が設けられている。このクリーニング装置１４はベルト表面に残留する不要なトナーを拭い去る。なお、この中間転写ベルト１２としては、例えば、基体の厚さが５０〜６００μｍの樹脂フィルム或いはゴムを基体とするベルトであって、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋからのトナー像を転写可能とする抵抗値を有する。感光体３、帯電ローラ４、現像装置６、クリーニング器７、露光装置８からなるトナー像作成装置により像担持体たる中間転写ベルト１２上にトナー像が作成され、トナー像は転写ローラ１３により中間転写ベルトに転写される。

また、装置本体２内において露光装置８の下方には複数段、本例では２段の給紙カセット２３，２４が引き出し自在に配設されている。これらの給紙カセット２３，２４内に収納された記録媒体としての用紙Ｓは対応する給紙ローラ２５，２６により選択的に給紙されるもので、転写位置に向けて給紙搬送経路２７がほぼ垂直に形成されている。中間転写ベルト１２の側方には搬送ベルト３５が配設されている。この搬送ベルト３５のループ内において、２次転写手段としての２次転写ローラ１８が中間転写ベルト１２の支持ローラの一つであるローラ９と対向するように設けられている。ローラ９と転写ローラ１８は中間転写ベルト１２及び搬送ベルト３５を挟んで圧接され、所定の転写ニップを形成する。その転写位置直前の給紙搬送経路２７には、転写位置への給紙タイミングをとる一対のレジストローラ２８が設けられている。さらに、転写位置上方には給紙搬送経路２７に連続し、装置本体２の上部の排紙スタック部２９につながる搬送排紙経路３０が形成されている。この搬送排紙経路３０中には一対の定着ローラを有する定着装置３１や、一対の排紙ローラ３２等が配設されている。

なお、装置本体２内において排紙スタック部２９下部の空間は各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋで用いる各色のトナーを収納し、そのトナーを対応する現像装置６にポンプ等により搬送供給可能なトナー容器収納部３３が設けられている。

このような構成において、用紙Ｓに画像を形成する動作について説明する。
先ず、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）、スキャナー、ファクシミリ等から、出力画像に対応する画像信号がコントローラ５０に伝送される。コントローラ５０は、この画像信号を後述する制御動作により決定された適正な出力画像信号に変換し、露光装置８に伝送する。露光装置８では半導体レーザから出射されたイエロー用の画像データ対応のレーザ光が帯電ローラ４Ｙにより一様帯電済みの感光体３Ｙの表面に照射されることにより静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置６Ｙによる現像処理を受けてイエロートナーで現像され、可視像となり、感光体３Ｙと同期して移動する中間転写ベルト１２上に転写ローラ１３Ｙによる転写作用を受けて転写される。このような潜像形成、現像、転写動作は感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ側でもタイミングをとって順次同様に行われる。この結果、中間転写ベルト１２上には、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ及びブラックＢｋの各色トナー画像が順次重なり合ったフルカラートナー画像として担持され、搬送される。

一方、給紙カセット２３，２４のいずれかから用紙Ｓが給紙され、給紙搬送経路２７を通ってレジストローラ２８へと搬送される。中間転写ベルト１２上のフルカラートナー画像とタイミングをとって用紙Ｓがレジストローラ２８より送り出され、転写ローラ１８の作用により中間転写ベルト１２上のフルカラートナー画像が用紙Ｓ上に転写される。フルカラートナー像が転写された用紙Ｓは搬送ベルト３５により定着装置３１へと搬送され、定着装置３１による定着処理を経て排紙ローラ３２により排紙スタック部２９上に排紙される。

両面印刷の場合は、定着後の用紙Ｓを切換爪３８を切り換えることにより反転路３６へ導き、切換爪３９を切り換えることにより反転後の用紙Ｓを再給紙路３７からレジストローラ２８へと再給紙して用紙の表裏を反転させる。このとき、中間転写ベルト１２上には裏面画像となるトナー像を形成して担持させておき、用紙Ｓの裏面（第二面）にトナー像を転写して定着装置３１による定着処理を経て排紙ローラ３２により排紙スタック部２９上に排紙する。

なお、ここではフルカラー印刷の場合で説明したが、特定色あるいはブラックによるモノクロ印刷時であっても、使用されない感光体が存在するだけで、動作的には同様である。

図２を用いて、非印刷時の濃度制御（非印刷時制御）を説明する。
先ず、非印刷時とは、電源オン後の立ち上げ動作時や画像出力前後の感光体３の空走時等の、画像形成装置１が画像出力をしていないときを言う。そして一般に、画像形成装置では一度画像濃度を検知し、濃度補正をしても、濃度は経時的にずれていく。特に画像形成装置内部の温湿度が変化したときや長い放置時間があったときは、濃度はずれる傾向にある。また、出力枚数が増えるにつれて濃度はずれていく。そこで、実験的に定められた所定の出力枚数を印刷した後や、画像形成装置内部に設置した温湿度検知センサが実験的に求められた閾値以上の変化を検出したとき、実験的に決定された放置時間を越えて画像形成装置が使用されなかったとき等を作像条件調整タイミングとして定め、コントローラ５０内部のメモリに記憶させておく。画像形成装置内部のコントローラ５０は、内部に記憶しているプログラムに従い、上記のような作像条件調整タイミングにあるかを判断する（Ｓ１）。

作像条件調整タイミングに来ていると判断されると（Ｓ１、Ｙｅｓ）、図３に示すように現像装置６の帯電バイアス、現像バイアスが切り替えられ、露光装置８により図４のようなパターンが感光体３上にレーザフル点灯で露光される。ここで、フル点灯とは、図４のパターンに相当する領域はレーザ光でドットを作ることなく露光し続けることを言う。このように露光すると、露光後のパターンの感光体電位は図３のようにほぼ同じ値となる。このパターンに対して、図３のように現像バイアスを段階的に切り替えていくと、パターン電位と現像バイアスの差に比例してトナーが増えるように現像がなされる。

その結果、図４のように、濃度の異なる１０個のトナーパターンが各色の感光体上に形成される（図２、Ｓ２）。トナーパターンは、感光体３上のレーザスキャン方向（以下、主走査方向と呼ぶ）の前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所、つまり中間転写ベルト１２の移動方向と直交方向の端部領域と中央領域に作られる。本例では、上からブラック、シアン、マゼンタ、イエローのパターンが形成されている。トナーパターンの大きさが小さいほど、トナー消費量が少なくなる。本実施形態では、トナーパターンは矩形状であり、主走査方向に５ｍｍ、中間転写ベルト１２の移動方向であって主走査方向と直交する副走査方向に７ｍｍの長さを有する。帯電バイアスを現像バイアスと同期して切り替えるのは、現像バイアスと帯電バイアスの差が大きすぎると２成分現像装置ではキャリアが感光体３に付着する等の不具合が出るからである。

感光体３上に形成されたトナーパターンは、転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写される。その結果、図４のように中間転写ベルト１２上にはその前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所に各色１０個のトナーパターンが形成される。次いで、トナーパターンの反射濃度が検知装置としてのセンサ４０Ｆ，Ｃ，Ｒにより検出される（図２、Ｓ３）。

センサ４０は、例えば図５に示すように、発行素子４０Ｂ−１、正反射光検知センサ４０Ｂ−２及び拡散反射光検知センサ４０Ｂ−３を有している。発行素子４０Ｂ−１の照射光は、中間転写ベルト１２上で反射する。正反射光は正反射光検知センサ４０Ｂ−２で検知される。拡散反射光は拡散反射光検知センサ４０Ｂ−３で検知される。図６は、ブラックトナーパターンの濃度に対する正反射センサ出力の例を示す図である。図示のように、ブラックトナーの場合、トナー量が増えるにつれて正反射光が減るので、正反射光検知センサ４０Ｂ−２を用いて濃度制御を行う。一方、カラートナーパターンの濃度に対する拡散反射光センサ出力は、例えば図７に示すようになる。カラートナーの場合、トナー量が増えるにつれて拡散反射光が増えるので、拡散反射光検知センサ４０Ｂ−３を用いて濃度制御を行う。

そして、複数（１０個）のトナーパターンのセンサ出力は、例えばブラックトナーパターンでは図８に示すようになる。中間転写ベルト１２の移動に伴ってセンサ直下をトナーパターンが通過すると、ブラックトナーパターンの濃度に応じてセンサ出力が図８のように時間的に変化するのである。このセンサ出力に対して、パターンの無い部分（地肌出力）と区別できる閾値を設定し、その閾値からセンサ出力が下がったところをトリガにしてパターン位置又はパターン濃度に対応するセンサ出力を特定する。４つの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋのいずれかにおいて最初にパターンを書き込んだタイミングをトリガにして、各部品のレイアウトとプロセス線速からセンサ直下にパターンが来るタイミングを予測することができる。よって、そのタイミングでパターンを読み取ってもよいが、誤差を考慮するとパターンを大きくする必要がある。

これに対して、センサ直下にパターンが来るタイミングからある程度の時間早めに発光素子４０Ｂ−１が発光開始し、データサンプリングを連続して行ない、前述の閾値を用いてパターンを特定することもできる。これによれば、レイアウト上のタイミングからパターン露光・読み取りタイミングを決める方法よりもパターンの大きさを小さくすることができる。パターンの大きさが小さくなると、トナー消費量をその分減らすことができる。センサ４０の検知領域を小さくすることもパターンの大きさを小さくする上で望ましい。発光素子及び受光素子の小型化又はスリット等の設置等により、本実施形態のセンサ検知領域は１ｍｍ径の円形状となっている。センサ検知領域は２ｍｍ以下が望ましい。本実施形態では、トナーパターンの副走査方向の長さは７ｍｍであるが、データサンプル数やパターンエッジの検出精度等を考慮すると、５ｍｍ程度であってもよい。パターンの副走査方向の長さは５〜７ｍｍの範囲が好ましい。

図２に戻って、トナーパターンのセンサ出力から各トナーパターンの反射濃度が分かる（Ｓ３）。横軸を現像バイアス、縦軸を反射濃度とするグラフに、現像バイアスに対する反射濃度の１０個のデータをプロットし、これらのデータを直線で近似したときの直線の傾きγを求める（図２、Ｓ４）。この傾きγは各トナーの現像装置の現像能力を表す。傾きγは現像剤のトナー濃度を変えることにより制御することができる。傾きγが狙いの値より大きいときはトナー濃度を下げ、小さいときはトナー濃度を上げれば、傾きγを狙いの値に近づけることができる。この傾きγを変えなくても、現像バイアスを変えれば最大濃度を調整することができる。現像バイアスの絶対値を増大させれば、現像されるトナー量は増え、最大濃度のトナーパターンの反射濃度は高くなり、逆に現像バイアスの絶対値を減少させれば反射濃度は低くなる。現像バイアスを変えるときは連動して帯電バイアスを変更し、トナーを現像しない領域の感光体帯電電位と現像バイアスの差分を一定に保つ必要がある。

本実施形態の装置では、傾きγの値が所定範囲内のときは現像バイアスと帯電バイアスを変更して、狙いの最大反射濃度が得られるようにし、傾きγが所定範囲から外れたときはトナー濃度の制御目標値を変更して、γが所定範囲内に入るようにしている。現像バイアスと帯電バイアスの変更量は、実験的に決定した値とセンサの検知結果から容易に求めることができる（図２、Ｓ５）。傾きγとトナー濃度の関係も事前に実験的に求めることができ、そのデータと検知された傾きγから変更すべきトナー濃度量を求めることができる（図２、Ｓ５）。一般的に、現像装置内のトナー濃度はトナー濃度センサを用いて検出することができ、狙いのトナー濃度になるようにそのセンサ出力に基づいてトナーを補給する。変更すべきトナー濃度が決まったら、トナー濃度センサの制御目標値を変更し、トナー濃度を設定する（図２、Ｓ６）。また、現像バイアスと帯電バイアスを設定する（図２、Ｓ６）。以上の制御により、現像装置６の経時的及び環境的な濃度変動を補正することができる。

次に、図９に示すようにドットパターンを作る。このドットパターンは、図１０に示すようにドットで構成され、面積率を変えたものである。図９の例では、上からブラック、シアン、マゼンタ、イエローのパターンが６個ずつ形成されている。デジタル画像形成装置では、中間濃度は単位面積あたりに占めるドットの割合、すなわち面積率で表現される。面積率を変化させることで、低濃度、中間濃度、高濃度を実現することができる。感光体３の感度変動等により、上述のフル点灯による露光を行ってもドットで構成された中間濃度には変動が発生することがある。この変動を補正するため、通常の画像出力時と同じ帯電出力、現像バイアス、露光条件のもと、面積率を変えたドットパターンで構成された複数のトナーパターンを中間転写ベルト１２上に作成し、センサ４０により検知する（図２、Ｓ７）。面積率を変えるには、小さいドットを分散しつつドットの数を増やしていく方法と、ドットを集中させて徐々に大きくしていく方法が考えられるが、本実施形態では後者のドットを大きくしていく方法を用いる。この方法のほうが、ジッター等のノイズに対して安定しているからである。

図１０（ａ）に示す左側縦一列のドットパターンはシアンの例であり、図１０（ｂ）に示す右側縦一列のドットパターンはブラックの例である。ドットは上図から下図に向かって大きくなっている。シアンのドットパターンの面積率は、上から順に１２．５％、２５．０％、３７．５％、５０．０％、６２．５％、１００％である。ブラックのドットパターンの面積率は、上から順に１２．５％、２５．０％、３７．５％、５０．０％、６２．５％、５０％である。

面積率を変えたドットパターンは出力画像信号と対応している。センサ出力よりドットパターンの反射濃度を求め、横軸に出力画像信号、縦軸にドットパターンの反射濃度をとったグラフにおける近似関数を算出する（図２、Ｓ８）。同時に、ブラックでは面積率５０％のパターン濃度、イエロー、マゼンタ、シアンでは面積率１００％のパターン濃度がコントローラ５０内に記憶される（図２、Ｓ８）。算出した近似関数から、ＰＣ等からの入力信号で要求される反射濃度を出力するのに必要な出力画像信号（ドットの面積率）を求めることができる（図２、Ｓ９）。したがって、入力画像信号から、その入力信号が要求する濃度を出すのに必要な出力画像信号を決定することができる（図２、Ｓ９）。

最後に、コントローラ５０は、画像出力中に行う印刷時制御の濃度目標値を決定する（図２、Ｓ１０）。印刷時制御については後述するが、印刷時制御における端部のトナーパターンの濃度目標値Ｘは以下の式１から算出される。
濃度目標値Ｘ＝（非印刷時の端部領域ドットトナーパターン検知濃度の平均値Ｈ）×所定の基準値Ｊ／（非印刷時の中央領域と端部領域ドットトナーパターン検知濃度の平均値Ｉ）
・・・（１）

ここで、非印刷時の端部領域ドットパターン検知濃度とは、図９のセンサ４０Ｆ，４０Ｒにより検知されたドットパターンであって、図２のＳ８で記憶したブラックの面積率５０％のトナーパターンとカラートナーの面積率１００％のトナーパターンの検知濃度である。非印刷時の中央領域ドットトナーパターン検知濃度は、同様に、図９のセンサ４０Ｃで検知されたドットパターンであって、図２のＳ８で記憶したブラックの面積率５０％のトナーパターンとカラートナーの面積率１００％のトナーパターンの検知濃度である。所定の基準値Ｊは、それぞれの色のトナーパターンに対して予め設定される値であって、前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所のトナーパターンの平均の濃度目標値（固定値）である。本例では、所定の基準値Ｊを０．４ｍｇ／ｃｍ^２としている。

非印刷時の端部領域トナーパターン検知濃度の平均値Ｈを、そのまま印刷時制御における端部のトナーパターンの濃度目標値Ｘとすると、画像領域内と画像領域外のパターンに濃度偏差が発生している場合には、目標値Ｘが小さすぎたり、大きすぎたりしてしまう。よって、式１によって平均値Ｈを補正する必要がある。具体的には、平均値ＨにＪ／Ｉを乗じ、これを目標値Ｘとする。

式１により目標値Ｘを決定する理由は次の通りである。
印刷時制御においては、画像領域の主走査方向の両端部のみで検知制御を行う。一方、非印刷時制御では中央領域も含めた３箇所で全体の濃度が適正か判断する。濃度が適正な場合は、端部領域の濃度が多少低くても良いが、端部領域の濃度目標をそのときの検出値に固定してしまうと、中央領域の濃度が高すぎたときに、結果的に画像濃度全体を低く制御してしまう可能性があるのである。

非印刷時の画質調整（濃度制御）において、トナーの現像能力が低く、制御される作像条件（作像電位）が上限値張り付きになった場合、狙いの濃度が確保できず、トナー像が薄くなってしまう。このとき、印刷時の画質調整では、トナー像が薄いと検出し、トナー濃度を上げて、現像能力を上げ、作像電位を低めに設定することで、狙いの濃度を確保する必要がある。

しかしながら、非印刷時の画質調整において常に検出値を目標値としてしまうと、前述のように「トナー像が薄い」と検出することができず、低いままの画像濃度を維持してしまう。そこで、非印刷時の画質調整において得られた検出値を、印刷時の端部のトナーパターンの濃度目標値に設定する際に、その検出された濃度が適正でないときは検出値を補正する必要がある。

非印刷時の画質調整完了時に濃度が適正の場合としては、表１のようなケースが考えられる。これは、非印刷時での前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所のトナーパターン平均値Ｉが、３箇所のトナーパターンの平均の濃度目標値である所定の基準値Ｊに一致する場合である（Ｉ＝Ｊ）。
前記のように、所定の基準値Ｊ＝０．４ｍｇ／ｃｍ^２である。ケースａ，ｂ，ｃでは、３箇所の平均値Ｉが０．４であり、基準値Ｊと等しくなっていて、濃度は適正である。例えば、ケースａでは２箇所の平均値Ｈ＝０．４である。よって、式１によれば、２箇所の端部のトナーパターンの濃度目標値Ｘ＝０．４となる。よって、平均値Ｈ＝目標値Ｘとなるため、検出値である平均値Ｈは補正によっても変動していない。言い換えれば、非印刷時の画像濃度が印刷時制御における端部のトナーパターン作成時にも維持される。平均値Ｈ＝０．３，０．５の場合も、同様に目標値Ｘ＝０．３，０．５となる。

また、非印刷時の端部領域トナーパターン検知濃度の平均値が低く、端部の濃度低下が発生している場合であっても、所定の基準値Ｊ＝０．４ｍｇ／ｃｍ^２となる。
非印刷時の画質調整完了時に濃度が適正でない場合としては、表２のようなケースが考えられる。これは、非印刷時での前（Ｆ）、後（Ｒ）及び中央（Ｃ）の３箇所のトナーパターン平均値Ｉが、３箇所のトナーパターンの平均の濃度目標値である所定の基準値Ｊに一致しない場合である（Ｉ≠Ｊ）。

例えばケースｄでは、基準値Ｊが０．４であるが、３箇所の平均値Ｉが０．３であり、２箇所の平均値Ｈ＝０．３である。よって、式１によれば、２箇所の端部のトナーパターンの濃度目標値Ｘ＝０．４となる。よって、平均値Ｈ≠目標値Ｘであり、検出値である平均値Ｈは補正により０．４に修正されている。
また、ケースｇでは、基準値Ｊが０．４であるが、３箇所の平均値Ｉが０．４５であり、２箇所の平均値Ｈ＝０．５である。よって、式１によれば、２箇所の端部のトナーパターンの濃度目標値Ｘ＝０．４４４となる。よって、平均値Ｈ≠目標値Ｘであり、検出値である平均値Ｈは補正により０．４に向かって修正されている。

つまり、平均値Ｈ＜目標値Ｘのとき、非印刷時の画像濃度が低いと検出することができ、平均値Ｈ＞目標値Ｘのとき、非印刷時の画像濃度が高いと検出することができる。従って、印刷時の画質調整において画像濃度を適正に（より高く又はより低く）補正することができる。

次に、図１１，１２を用いて、印刷時の濃度制御（印刷時制御）を説明する。
先ず、印刷時とは画像形成装置１が画像出力をしているときを言う。印刷時のトナーパターン検知は常時行っても良いが、濃度が大きく変化することは稀である。また、トナーの消費も節約したい。そこで、実験的に決定した、一定枚数出力毎又は画像形成装置１の所定動作時間毎又は感光体３や現像ローラ５の所定走行距離毎にトナーパターンを作成し、濃度制御を行うとよい。印刷時制御では、先ずそのような作像条件調整タイミングにあるかをコントローラ５０が判断する（図１１、Ｓ１１）。

作像条件調整タイミングに来たと判断したときには（Ｙｅｓ）、コントローラ５０は、図１２に示すように、画像領域の出力画像の書き込みに加えて、中間転写ベルト１２上の主走査方向端部の非画像領域において端部トナーパターンを作成する（図１１、Ｓ１２）。非印刷時制御におけるよりも少数のこのパターンは、非印刷時制御で作成したパターンから事前に選択されたものであって、図２における非印刷時制御のフローチャートで濃度目標値Ｘを算出したパターンと同じものである。同じパターンを用いることで、非印刷時制御で現像バイアス等を合わせた直後の画像形成装置１の状態を維持することが、異なるパターンを用いるときより容易となる。

また、図１２に示す端部トナーパターンでは、各色で同じ２つのパターンが現像ローラ半周分の１８．１６ｍｍの間隔をおいて作成される。このような間隔をおくことで次のような利点がある。すなわち、図１３に示すように現像ローラ５と感光体３の間にはギャップｇがあるが、このギャップｇは現像ローラ５の振れで変動する。例えば、現像ローラ５の回転中心が本来の位置より少しずれるとギャップ変動が発生し、このギャップ変動は図１４に示すような濃度変動を発生する。図１４は、一定の表面電位のパターンを一定の現像バイアスで現像したときにできたトナーパターンの反射濃度変動を示している。これは、反射濃度の平均値からのずれを縦軸にとり、トナーパターンの感光体移動方向の位置を横軸にとったグラフである。本来、一定電位に対して一定の現像バイアスで現像しているので反射濃度は一定となるはずである。しかし、現像ギャップｇの変動のため、反射濃度は図１４のように変動する。このような濃度変動があるときに少数のトナーパターンを用いて濃度制御をすると、かえって濃度制御が不安定になる場合がある。これを防止するには現像ローラ５を高精度で作ればよいが、そうするまでもなく、本実施形態のように現像ローラ半周分の間隔をおいてトナーパターンを作ることで、この濃度変動を相殺することが可能となる。

図１５は、図１４に示すサインカーブの濃度変動が発生している場合に、サインカーブ上で半周期ずれた２点（すなわち、図１２における各色の２つのパターン）の濃度の平均値を示すグラフである。図示のように濃度変動は相殺されている。このように、現像ローラ半周分の間隔だけずらして同じトナーパターンを作り、その濃度平均を取ることにより、現像ローラ５の振れに起因する濃度変動を相殺し、濃度制御を安定化することができる。

また、図１２の端部トナーパターンにおいて、最も下のブラックのパターンは中間濃度パターンであって、特に面積率５０％のドットパターンである。このようなパターンを用いる理由は、ブラックトナーに対する正反射センサ出力特性を示す図６から分かるように、トナーパターン濃度（反射濃度）の高い領域では濃度の変化に対するセンサ出力の変化が小さくなり、感度が下がるからである。よって、図６でトナーパターン濃度の変化に対するセンサ出力の変化が大きい中間濃度である領域Ａにおいて、印刷時制御のトナーパターン濃度を設定することが望ましい。領域Ａの範囲は約７０％以下の面積率にある。また、最大濃度を補償することが重要であるため、パターン濃度は高い方がよい。したがって、パターン濃度の下限は３０％としている。

さらに図１２のブラックの中間濃度のドットパターンは、図１６（ａ）のように中間転写ベルト１２の移動方向である副走査方向Ｂにドットを直線的に並べることで形成されることが望ましい。図１６（ｂ）のようにドットを主走査方向に並べると、転写ベルト線速の変動により図１６（ｃ）のようにドット位置が変動することがあり、パターン濃度が不安定となるからである。ドットパターンの配置は、コントローラ５０内にパターン画像データを入れておけば容易に作成することができる。

図１１に戻って、作像されたトナーパターンは、センサ４０Ｆ、センサ４０Ｒの下を通り抜け、反射濃度が検知される（図１１、Ｓ１３）。このときのデータサンプル方法は、前述のレーザフル点灯で作成したトナーパターンの読み取り時と略同じである。すなわち、パターン書き込みタイミングから、レイアウトとプロセス線速からセンサ直下にパターンが来る時間が分かる。そこで、その時間より少し早めに発光素子４０Ｂ−１を点灯させ、予め定めた閾値を下回ったところからパターン位置又はパターン濃度に対するセンサ出力を特定する。

そして、本実施形態では、図１２に示すように２つの同じドットパターンの平均濃度を計算する。そして、センサ出力から分かる反射濃度と先の非印刷時制御で決定した濃度目標値Ｘとを比べ、目標トナー濃度、光量、現像バイアスのいずれかを調整する（図１１、Ｓ１４）。反射濃度が濃度目標値Ｘより低ければ、トナー濃度の制御目標値を上げるか、光量を増やすか、現像バイアスの絶対値を増大させればよく、反射濃度が濃度目標値Ｘより高ければ逆にこれらを減少させればよい。変更量は、個々の画像形成装置に応じて実験的に決められる。書き込み光量はトナー濃度と比べて比較的早く増減させることができるので、本実施形態の装置においては光量を調整している。

以上のように、本実施形態では非印刷時に複数のトナーパターンを作像して、作像条件を高精度で設定し、印刷時にはより少数の端部トナーパターンを出力画像と並行して形成・検知し、非印刷時と同じ状態を維持しながら濃度制御を行うので、非印刷時の濃度制御しか行わない場合よりも画像の安定状態を長く維持することができる。また、印刷時の濃度制御しか行わない場合よりも細かい濃度制御をすることができる。

なお、図１２では、出力画像に加えて端部トナーパターンを作成しているが、用紙Ｓのサイズが大きいときは端部トナーパターンを作成しなくてもよい。最大サイズ紙の場合まで画像領域の出力画像と並行して非画像領域の端部トナーパターンを作るには、中間転写ベルト１２の幅を最大サイズ紙より大きくしなければならず、その分画像形成装置１も大きくなる。一方、ユーザーが最大サイズ紙を使用することは稀である。よって、印刷時制御は小サイズ紙を用いるときに行い、最大サイズ紙を用いるときには印刷時制御をしなくてもよい。

また、本実施形態の装置において最大サイズ紙の場合にも印刷時制御を行う場合、２次転写ローラ１８の幅は、最大サイズ紙の幅に対応していて、中間転写ベルト１２上の端部トナーパターンが２次転写ローラ１８に当たらない大きさであればよい。このようにすれば、端部トナーパターンは２次転写ローラ１８に接触しないので、２次転写ローラ１８を中間転写ベルト１２から離す必要が無い。なお、非印刷時制御においては、２次転写ローラ１８は不図示の接離機構により離され、トナーパターンに接しないようになっている。

２次転写ローラ１８を中間転写ベルト１２の幅より短くし、印刷時に端部トナーパターンが当たらないように構成した画像形成装置１において、ユーザーが大きな用紙Ｓを使用したいとき、幅の広い２次転写ローラ１８に交換すれば、端部トナーパターンの作像領域に及ぶ大きな紙サイズが使用可能になる。ただし、この場合は２次転写ローラの汚れ防止のために、印刷時制御のトナーパターンの作像を禁止する必要がある。

図１７は、上述のように用紙サイズの変更、特に大サイズ紙の使用時を考慮して、コントローラ５０のプログラムに印刷時制御の禁止を包含させたフローチャートである。図示のように、コントローラ５０は最初に印刷時の濃度制御を行うかどうか判断する（Ｓ１５）。印刷時制御のオン・オフは、ユーザーが画像形成装置１の操作パネルから設定したり、ＰＣ等にインストールされた画像形成装置１のドライバプログラムに入れたりしてもよい。印刷時の濃度制御を行う場合は、図１１のフローチャートと同様にして、コントローラ５０は作像条件調整タイミングに来たかを判断し（Ｓ１１）、端部トナーパターンの作成（Ｓ１２）、反射濃度の検知（Ｓ１３）、目標トナー濃度、光量、現像バイアスの調整（Ｓ１４）を行う。印刷時の濃度制御を行わない場合は、そのまま印刷時の濃度制御を終了する。

以上のように、本発明では、画像領域と画像領域外のトナーパターンの濃度の違いを検知し、その検知結果をもとに印刷時のトナー像作成装置の作像条件を調整する。これにより、画像領域内外にトナーパターンを作成し画像濃度制御を行う方式において、画像濃度を狙いの値に制御することができる。

以上の実施形態においては、中間転写ベルトを像担持体とした実施形態を説明した。本願の制御は中間転写ベルトを用いる画像形成装置に限らず適用可能である。例えば、中間転写ベルトは中間転写ドラムでもよい。用紙をその上に搬送し、感光体からトナー像を用紙上に転写させる直接転写ベルトを用いる画像形成装置にも本発明は適用できる。また、感光体上のトナーパターンを検知して本発明を実施することも可能である。この場合、「像担持体」は感光体が該当し、「トナー像作成装置」から感光体は除外され、「トナー像作成装置」は感光体上にトナー像を作成するための装置となる。

１ 画像形成装置
５ 現像ローラ
６ 現像装置
１２ 中間転写ベルト（像担持体）
４０ センサ（検知装置）
５０ コントローラ

特開２００２−２０７３３７号公報 特開２００６−２９３２４０号公報

Claims (10)

1. 像担持体と、前記像担持体上にトナー像を作成するトナー像作成装置と、前記トナー像作成装置を制御してトナーパターンを作成するコントローラと、前記像担持体上の前記トナーパターンを検知する検知装置と、を有し、
   前記トナー像作成装置は、現像ローラを備えた現像装置を有し、
   非印刷時には、前記コントローラは、複数のトナーパターンを前記トナー像作成装置により作成して、前記複数のトナーパターンの濃度を前記検知装置により検知し、その検知結果をもとに前記トナー像作成装置の作像条件を調整し、
   印刷時には、前記コントローラは、画像領域の出力画像に加えて、非印刷時の前記複数のトナーパターンから選択した前記複数のトナーパターンより少数のトナーパターンを非画像領域に前記トナー像作成装置により作成して、前記少数のトナーパターンの濃度を前記検知装置により検知し、その検知結果をもとに前記トナー像作成装置の作像条件を調整する、画像形成装置において、
   前記コントローラは、前記非印刷時には前記像担持体の移動方向と直交方向における前記像担持体の端部領域と中央領域に前記複数のトナーパターンを作成し、前記印刷時には前記端部領域にのみ前記少数のトナーパターンを作成し、
   前記コントローラは、前記印刷時の前記少数のトナーパターンの濃度目標値Ｘを、
   Ｘ＝（非印刷時の端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）×所定の基準値／（非印刷時の中央領域と端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）
   により決定する、ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コントローラは、前記印刷時の前記少数のトナーパターンを前記トナー像作成装置により前記現像ローラの約半周分の間隔をおいて作成する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記印刷時の前記少数のトナーパターンにはブラックの中間濃度パターンが含まれる、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. 前記中間濃度パターンは面積率３０％〜７０％のドットで構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記中間濃度パターンは前記像担持体の移動方向に直線的に並んだドットで形成される、ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記トナーパターンの長さは前記像担持体の移動方向に５〜７ｍｍである、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記トナー像作成装置は露光装置をさらに有し、
   前記非印刷時の前記複数のトナーパターンは、前記露光装置のフル点灯と前記現像装置の現像バイアスの切り替えにより作られる複数のパターンと、面積率の異なる複数のドットパターンとを有し、
   前記印刷時の前記少数のトナーパターンは、前記面積率の異なる複数のドットパターンのいずれかである、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記コントローラは、出力画像が形成される記録媒体のサイズに応じて前記印刷時の前記少数のトナーパターンの作成を実行しないことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. ユーザーが前記印刷時の前記少数のトナーパターンの作成を禁止することができる、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 非印刷時における前記トナー像作成装置の作像条件の調整時に、制御される作像電位が限界値に張り付いた場合に、前記コントローラは、前記印刷時の前記少数のトナーパターンの濃度目標値Ｘを、
    Ｘ＝（非印刷時の端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）×所定の基準値／（非印刷時の中央領域と端部領域トナーパターン検知濃度の平均値）
    により決定する、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像形成装置。