以下、本発明の実施形態を、図を参照して説明する。
図1は、本発明を適用可能な画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。なお、図1は、本発明を適用可能な電子写真式の画像形成装置として、4連タンデム型中間転写方式のフルカラー機の構成例を示している。ただし、本発明は、後述の4連タンデム型直接転写方式のフルカラー機や1ドラム型中間転写方式のフルカラー機等の他の画像形成装置にも適用可能である。また本発明は、1ドラム型直接転写方式等のモノクロ機にも適用可能である。
図1に示すように、画像形成装置100は、像担持体としての中間転写体である中間転写ベルト1を有している。画像形成装置100はまた、中間転写ベルト1の展張面言い換えると張架面に沿って並設された、像担持体としての潜像担持体である回転体たる感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kとを有している。
符号に付記したY、M、C、Kはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示している。イエローの作像ステーションを代表して説明すると、感光体ドラム2Yの周りにはその回転方向順に、次の構成が配置されている。すなわち、帯電手段としての帯電装置である帯電チャージャ3Y、感光体ドラム2Yの回転位置言い換えると位相を検出する回転位置検出手段としての像担持体回転位置検出手段であるフォトインタラプタ18Yである。さらに、感光体ドラム2Yに露光を行って静電潜像を書き込む書込手段である光書込手段たる露光手段としての光書込ユニット4Y、感光体ドラム2Yの表面電位を検出する電位検出手段としての表面電位センサ19Yが配置されている。さらに、現像手段としての現像装置である現像ユニット5Y、一次転写手段としての一次転写ローラ6Yが配置されている。さらに、図示しないブレード及びブラシ等を備えた潜像担持体クリーニング手段としての感光体クリーニングユニット7Y、除電手段としてのクエンチングランプであるQL8Yが配置されている。
中間転写ベルト1にトナー像を形成するトナー像形成手段は、感光体ドラム2Y、帯電チャージャ3Y、光書込ユニット4Y、現像ユニット5Y、一次転写ローラ6Y等を用いて構成されている。他の色の作像ステーションにおいても同様である。
中間転写ベルト1は、複数の支持部材としてのローラ11、12、13で回転可能に支持されており、ローラ12に対向する部位には、図示しないブレード及びブラシ等を備えたベルトクリーニングユニット15が設けられている。これら中間転写ベルト1、ローラ11、12、13、ベルトクリーニングユニット15は中間転写ユニット33を構成している。
ローラ13に対向する部位には、転写手段としての二次転写ローラ16が設けられている。
光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kを備えた光書込ユニット4の上方には、画像読み取り手段としてのスキャナ部9、自動原稿供給手段としてのADF10等が設けられている。
装置本体99の下部には、複数の給紙部としての給紙トレイ17が設けられている。
各給紙トレイ17に収容された記録媒体としての記録紙20は、ピックアップローラ21、給紙ローラ22で給紙され、搬送ローラ対23で搬送される。そしてさらに、記録紙20は、レジストローラ対24により所定のタイミングで中間転写ベルト1と二次転写ローラ16とが互いに対向した二次転写部位であるニップ部N2へ送られる。
ニップ部N2の用紙搬送方向下流側には、定着手段としての定着ユニット25が設けられている。
図1において、符号26は排紙トレイを、符号27はスイッチバックローラ対を、符号37は図示しないCPU並びに不揮発性メモリおよび揮発性メモリを搭載した制御手段としての制御部を示している。
現像ユニット5Y、5C、5M、5Kはそれぞれ、感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kとある一定の距離である現像ギャップをとって対向配置された、現像剤担持体としての回転体である現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaを有している。現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaは、現像ユニット5Y、5C、5M、5K内の、トナーとキャリアとを含む2成分現像剤を担持する。そして、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaは、担持した2成分現像剤中のトナーを感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kに対向する現像ニップで感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kに付着させ、感光体ドラム2Y、2C、2M、2K上に画像を形成する。
フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kは、たとえば特許文献3の図4に開示される構成を採用可能である。本実施形態においては、感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kの回転位置を検出する手段として、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kを用いているが、かかる手段は、ロータリエンコーダなど、回転位置を検出するものであればこの構成に限らない。これらのことは、後述するように現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置言い換えると位相を検出する回転位置検出手段についても同様である。
表面電位センサ19Y、19C、19M、19Kは、光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kにより書き込まれた感光体ドラム2Y、2C、2M、2K上の静電潜像の電位を検出する。すなわち、表面電位センサ19Y、19C、19M、19Kは、現像ユニット5Y、5C、5M、5Kによってトナーを付着され現像される前の感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kの表面電位を検出する。
検出された表面電位は、現像ユニット5Y、5C、5M、5Kの現像バイアスの制御に用いられるようにすることが可能である。そのほか、検出された表面電位は、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kの帯電バイアス、光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kのレーザーパワーなどのプロセス条件にフィードバックされ、画像濃度の安定性を保つのに用いられるようにすることが可能である。
光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kは、画像情報に基づいて、図示しないレーザー制御部によって4つの図示しない半導体レーザーを駆動する。これにより、光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kは、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kにより暗中にて一様に帯電された感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kのそれぞれを照射する4つの書込光を出射する。光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kは、この書込光により、感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kのそれぞれを暗中にて走査して、感光体ドラム2Y、2C、2M、2Kの表面にY、C、M、K用の静電潜像を書き込む。
本実施形態では光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kとして、図示しない半導体レーザーから出射したレーザー光によって、次のように光走査を行うものを用いている。すなわち、光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kとして、かかるレーザー光を図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで光走査を行うものを用いている。光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kは、かかる構成のものに代えて、LEDアレイによって光走査を行うものを用いてもよい。
図1に示す構成において、画像形成動作を一通り説明する。プリント開始命令が入力されると、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの周辺・中間転写ベルト1の周辺・給紙搬送経路等にある各ローラが既定のタイミングで回転し始め、給紙トレイ17から記録紙の給紙が開始される。
一方、各感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kは帯電チャージャ3Y、3M、3C、3Kによってその表面を一様な電位に帯電され、光書込ユニット4Y、4C、4M、4Kから照射される書込み光によってその表面を画像データに従って露光される。露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶ。この静電潜像を担持した感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの表面に、現像ユニット5Y、5M、5C、5Kからトナーが供給されることにより、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに担持されている静電潜像が特定色に現像される。
図1の構成においては感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kが四色分あるので、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(色順はシステムによって異なる)のトナー像が各感光体ドラム2Y、2M、2C、2K上に現像されることになる。
各感光体ドラム2Y、2M、2C、2K上に現像されたトナー像は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと中間転写ベルト1との接点である1次転写部としてのニップ部N1において、次のようにして中間転写ベルト1上に転写される。すなわち、かかるトナー像は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに対向して設置された一次転写ローラ6Y、6M、6C、6Kに印加される一次転写バイアス及び押圧力によって、中間転写ベルト1上に転写される。この一次転写動作をタイミングを合わせながら四色分繰り返すことにより、中間転写ベルト1上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト1上に形成されたフルカラートナー像は、ニップ部N2において、レジストローラ対24によってタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙20に転写される。このとき、二次転写ローラ16に印加される二次転写バイアス及び押圧力によって二次転写が行われる。フルカラートナー像が転写された記録紙20は、定着ユニット25を通過することにより、その記録紙20の表面に担持されているトナー像が加熱定着される。
片面プリントならばそのまま直線搬送されて排紙トレイ26へ搬送され、両面プリントならば搬送方向を下向きに変えられ用紙反転部へ搬送されていく。用紙反転部へ到達した記録紙20は、ここでスイッチバックローラ対27により搬送方向を逆転されて紙の後端から用紙反転部を出て行く。これをスイッチバック動作と呼び、この動作によって記録紙20の表裏が反転される。表裏反転された記録紙20は定着ユニット25の方には戻らず、再給紙搬送経路を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は表面プリントの時と同じ様にトナー像を転写されて、定着ユニット25を通過して排紙される。これが両面プリント動作である。
また各部の動作を最後まで説明すると、ニップ部N1を通過した感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kはその表面に一次転写残トナーを担持しており、これを感光体クリーニングユニット7Y、7M、7C、7Kにより除去される。その後、QL8Y、8M、8C、8Kによってその表面を一様に除電されて次の画像のための帯電に備える。また、ニップ部N2を通過した中間転写ベルト1に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらもベルトクリーニングユニット15によってこれを除去され、次のトナー像の転写に備える。この様な動作の繰り返しで、片面プリント若しくは両面プリントが行われる。
画像形成装置100は、中間転写ベルト1の外周面に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段として、光学センサなどで構成された光学センサユニットである濃度検出センサとしてのトナー像検知センサ30を備えている。
トナー像検知センサ30は、中間転写ベルト1上のトナーの付着量を検知して画像の濃度ムラを検出するために中間転写ベルト1上の画像であるトナー像の濃度を検出する画像濃度検出手段としての濃度むら検出手段であるトナー付着量検知センサとして機能する。
トナー像検知センサ30により、画像ムラの補正制御に用いるために中間転写ベルト1の表面に形成された後述する補正制御用の画像パターンのトナー像の濃度を検知する。
図1に示した構成例では、中間転写ベルト1の、ローラ11に巻き付いている部分に対向する位置である二次転写前の位置P1に、トナー像検知センサ30が配置されている。トナー像検知センサ30は、同図に示すように、N2の下流側の位置である二次転写後の位置P2に配置しても良い。トナー像検知センサ30を位置P2のようなニップ部N2の下流側に配置する場合には次のように構成することが好ましい。すなわち、同図に示すように、中間転写ベルト1の内方に中間転写ベルト1の振れ止めのためのローラ14を設け、このローラ14に対向するようにトナー像検知センサ30を設けることが好ましい。
トナー像検知センサ30の上述した二種類の配置位置のうち、二次転写前の位置P1は、二次転写工程前の中間転写ベルト1上のトナーパターンを検知する位置であり、マシンレイアウトの制約がなければ、この構成が採用されることが多い。補正制御用の画像パターンのトナー像を形成してすぐに検知するため、待ち時間も少なく、また、画像パターンのトナー像にニップ部N2をすり抜けさせる必要がないため、そのための工夫が不要だからである。
しかしながら、4色目(図1の例ではブラック)の作像ステーション直後がニップ部N2のような二次転写位置になっている機種も多く、その場合、上述の位置P1にセンサを設置するのはスペース的に困難である。そのような場合は、二次転写後の位置である位置P2にトナー像検知センサ30を設置し、中間転写ベルト1上に形成した画像パターンのトナー像を、ニップ部N2をスルーさせた後、そのトナー像の濃度をトナー像検知センサ30で検知することになる。ニップ部N2をスルーさせる方式としては、二次転写ローラ16の中間転写ベルト1からの離間、二次転写ローラ16への逆バイアスの印加等が考えられるが、ここでは特に限定しない。
図2は、本発明を適用可能な画像形成装置の他の構成例を示す概略構成図である。なお、図2において、図1に示した画像形成装置100と同様な部材や装置については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
図2に示す画像形成装置100’は、1ドラム型中間転写方式のフルカラー機であり、ドラム状の像担持体である感光体ドラム2と、これに対向する現像手段としてのリボルバ現像ユニット51とを備えている。
リボルバ現像ユニット51は、回転軸を中心にして回転する保持体によって現像手段としての4つの現像器51Y、51M、51C、51Kを保持している。
これらの現像器51Y、51M、51C、51Kは、感光体ドラム2上の静電潜像をイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナーによって現像するものである。
リボルバ現像ユニット51は、保持体を回転させることで、現像器51Y、51M、51C、51Kのうち、任意の色の現像器を感光体ドラム2に対向する現像位置に移動させて、感光体ドラム2上の静電潜像を任意の色に現像する。フルカラー画像を形成する場合には、例えば無端状の中間転写ベルト1を約4周させる過程で感光体ドラム2にY,M,C,K用の静電潜像を順次形成しながら、それらをY,M,C,K用の現像器51Y、51M、51C、51Kによって順次現像していく。そして、感光体ドラム2上で得られたY,M,C,Kトナー像をニップ部N1において中間転写ベルト1に順次重ね合わせて転写していく。
中間転写ベルト1の支持部材であるローラ13と二次転写ユニット28の二次転写ローラ16とが対向しているニップ部N2は、中間転写ベルト1と二次転写ユニット28の転写搬送ベルト28aとが所定のニップ幅で接触した二次転写ニップとなっている。このニップ部N2を上述した中間転写ベルト1上の4色重ね合わせトナー像が通過するとき、その通過にタイミングを合わせて二次転写ユニット28の転写搬送ベルト28aで搬送されてきた記録紙20に対して、かかるトナー像が一括二次転写される。
記録紙20の両面に画像を形成する場合は、次のように二次転写が行われる。すなわち、定着ユニット25を通過した記録紙20が両面ユニット17’に搬送され、両面ユニット17’で表裏反転された記録紙20が再度、ニップ部N2に搬送され、その記録紙20の裏面に中間転写ベルト1上の4色重ね合わせトナー像が一括二次転写される。
図2に示した構成の画像形成装置100’では、中間転写ベルト1の、ローラ11に巻き付いている部分に対向する位置である二次転写前の位置P3に、トナー像検知センサ30が配置されている。
図3は、本発明を適用可能な画像形成装置の更に他の構成例を示す概略構成図である。なお、図3において、図1の画像形成装置100と同様な部材や装置については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
図3に示す画像形成装置100”は、4連タンデム型直接転写方式のフルカラー機であり、4組の作像ステーションの下方に、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに形成されたトナー像を記録紙20に転写する転写ユニット29を備えている。この転写ユニット29は、複数の支持部材としてのローラ11a〜11dで回転可能に支持された無端状の転写搬送ベルト29aを有している。転写搬送ベルト29aは駆動ローラ11aと従動ローラ11b〜11dとに掛け回され、所定のタイミングで図中反時計回り方向に回転駆動しながら、記録紙20を担持して各作像ステーションの転写位置Nを通過するように搬送する。
転写搬送ベルト29aの内側には、各転写位置Nにおいて転写電荷を付与して各感光体ドラム2Y、2M、2C、2K上のトナー像を記録紙20に転写するための転写ローラ6Y、6M、6C、6Kが設けられている。
図3に示す画像形成装置100”において、例えば4色重ね合わせのフルカラーモードが図示しない操作部で選択されたときは、次のような動作が実行される。すなわち、各色の作像ステーションの感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kそれぞれに各色のトナー像を形成する画像形成工程が記録紙20の搬送に同期させて実行される。
一方、給紙トレイ17から給送された記録紙20は、レジストローラ対24により所定のタイミングで送り出されて転写搬送ベルト29aに担持され、各作像ステーションの転写位置Nを通過するように搬送される。各色のトナー像が転写され4色重ね合わせのカラー画像が形成された記録紙20は、定着ユニット25でトナー像が定着された後、排紙トレイ26上に排出される。
図3に示した構成の画像形成装置100”では、転写ユニット29の記録紙搬送方向最下流側で転写搬送29aのローラ11aに巻き付いている部分に対向する位置である定着前の位置P4に、トナー像検知センサ30が配置されている。
なお、図1〜図3のそれぞれに示した画像形成装置100、100’、100”の構成例において、補正制御用の画像パターンのトナー像は感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kまたは感光体ドラム2上で形成される。かかる画像パターンのトナー像は、下流側のベルトである中間転写ベルト1又は転写搬送ベルト29aに転写されるため、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kのそれぞれまたは感光体ドラム2の表面に対向するようにトナー像検知センサ30を設置してもよい。この場合のトナー像検知センサ30の設置位置は、現像ユニット5Y、5M、5C、5K又はリボルバ現像ユニット51による現像位置から中間転写ベルト1又は転写搬送ベルト29aへの転写位置であるニップ部N1又は転写位置Nに至るまでの間となる。
上記構成の画像形成装置100、100’、100”における画像パターンの濃度の検知結果に基づく画像濃度ムラの補正制御について説明する。この補正制御は、形成する画像の高画質化を図るため、補正制御用の画像パターンすなわちパターン画像を形成し、形成されたパターン画像の画像濃度を用いて、ユーザーの指定によって形成する画像の濃度を調整するものである。なお、以下の説明では、画像形成装置100に適用した場合について説明するが、画像形成装置100’、100”についても同様に適用される。
本形態においては、補正制御用の画像パターンとして、大別して2種の画像パターンが形成される。第1の補正制御用の画像パターンは、画像の濃度を均一化するための濃度補正データを取得することを目的として形成される補正条件算出用の画像パターンである。第2の補正制御用の画像パターンは、濃度補正データを、画像の濃度ムラを打ち消すように適切に適用するためのタイミング補正データを取得すること目的として形成される位相ずれ検出用の画像パターンである。
本形態においては、画像の濃度を均一化するために、画像の濃度を調整可能な要素として、第1の要素である現像条件具体的には現像バイアスと、第2の要素である帯電条件具体的には帯電バイアスとを用いる。よって、画像形成装置100は、現像ユニット5Y、5M、5C、5Kを、第1の要素である現像バイアスを用いて画像の濃度の調整可能な第1の画像形成手段として有している。また、画像形成装置100は、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kを、第2の要素である帯電バイアスを用いて画像の濃度の調整可能な第2の画像形成手段として有している。
そこで、本形態では、補正条件算出用の画像パターンを、濃度補正データを現像バイアスと帯電バイアスとについて取得するため、2種類が形成される。また位相ずれ検出用の画像パターンも、濃度補正データを現像バイアスと帯電バイアスとについて取得するため、2種類が形成される。
タイミング補正データを現像バイアスについて取得するための位相ずれ検出用の画像パターンを第1の画像である第1の画像パターンという。タイミング補正データを帯電バイアスについて取得するための位相ずれ検出用の画像パターンを第2の画像である第2の画像パターンという。
濃度補正データを現像バイアスについて取得するための補正条件算出用の画像パターンを第3の画像である第3の画像パターンという。濃度補正データを帯電バイアスについて取得するための補正条件算出用の画像パターンを第4の画像である第4の画像パターンという。
図4は、トナー像検知センサ30の設置状況の一例を示す部分斜視図である。図4は、画像形成装置100における二次転写前の位置P1にトナー像検知センサ30を設置した例を示している。このトナー像検知センサ30は、センサ基板32に4つの濃度検知手段としての光学センサであるセンサヘッド31を搭載した4ヘッドタイプすなわちヘッド4個品のトナー像検知センサ30である。そのため、図4の例は、記録紙20の搬送方向と直交する主走査対応方向言い換えると感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの軸方向にそれぞれのセンサヘッド31を設置している。
この構成であれば主走査対応方向における4箇所のトナー付着量を同時に測定可能であって、各センサヘッド31を各色専用に用いることが可能である。なお、トナー像検知センサ30におけるセンサヘッドの数は4個に限定されるものではない。すなわち、たとえば、1〜3個のセンサヘッドを備えたヘッド1〜3個品のトナー像検知センサ30の構成であってもよいし、5個品以上のトナー像検知センサ30の構成であってもよい。
各センサヘッド31は、検知対象物である中間転写ベルト1のベルト表面との間に、検出距離として5mm程度の距離を設けて対向するように配設されている。本実施形態では、トナー像検知センサ30を中間転写ベルト1近傍に設け、中間転写ベルト1上のトナー付着量に基づいて作像条件を決定するとともに中間転写ベルト1上のトナー付着位置に基づいて作像タイミングを決定する。しかし、トナー像検知センサ30は感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに対向するように配設されていても構わない。また、トナー像検知センサ30は、中間転写ベルト1から画像を転写された記録紙20に対向するように、たとえば図2に示した転写搬送ベルト28aに対向する位置に配設されていても良い。
なお、トナー像検知センサ30を感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに対向するように配設する場合には、次のように配置する。すなわち、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転方向において、現像位置の下流側かつ転写位置の上流側の位置で感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに対向するようにトナー像検知センサ30を配置する。
トナー像検知センサ30からの出力は制御部37において付着量変換アルゴリズムによってトナー付着量に変換され、トナー付着量が認識され、制御部37に備えられた不揮発性メモリまたは揮発性メモリに画像濃度として記憶される。この点、制御部37は画像濃度記憶手段として機能する。画像濃度記憶手段として機能する制御部37は、かかる画像濃度を時系列データとして記憶する。付着量変換アルゴリズムについては従来技術と同様であるため省略する。
制御部37に備えられた不揮発性メモリ又は揮発性メモリには、他に、表面電位センサ19Y、19C、19M、19K、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18K等の各センサの出力や補正用データ、制御結果等に関する様々な情報が記憶されている。制御部37は、表面電位センサ19Y、19C、19M、19Kによって検知された表面電位を記憶する点において、表面電位記憶手段として機能する。また、制御部37は、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検知された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置を記憶する点において、回転位置記憶手段として機能する。
第1〜第4の画像パターンすなわち第1〜第4のパターン画像は、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色について、図5に示すように、中間転写ベルト1の搬送方向に長い、互いに同一形状の帯パターンとなるように形成される。ただし、同図は、第3のパターン画像を示したものとなっている。
同図に示されているように、第3のパターン画像のみが、画像濃度が高濃度となるシャドウ部を形成するようにベタ帯パターンによるベタ画像として形成される。
第1、第2、第4のパターン画像は、画像濃度が第3のパターン画像よりも低い中間調部を形成するようにハーフトーンによる帯パターンでハーフトーンパターンとして形成される。
第3のパターン画像は、本形態ではベタ画像であるが、画像濃度の変動が検出されるのであれば、これよりも濃度の低い画像であっても良い。第3のパターン画像を構成しているベタ帯パターンとは、トナー像検知センサ30の検知感度領域内での高濃度パターンという意味である。本形態において、ベタ帯パターンは、カラー色すなわちイエロー、シアン、マゼンタについては画像濃度100%の高濃度パターンとなっているが、黒については、実際には、画像濃度70%程度の高濃度パターンとなっている。
第1、第2、第4のパターン画像は、画像濃度40%となっている。
第3のパターン画像と、第1、第2、第4のパターン画像とでの画像濃度の変化のさせ方は、面積階調方式でも良いし、アナログ方式でも良い。これらの方式については後述する。
第1、第2のパターン画像は、タイミング補正データを現像バイアス、帯電バイアスについて順次取得するために形成される。よって、タイミング補正データを取得する場合、まず第1の画像パターンが形成され、第2の画像パターンは、第1の画像パターンの後、中間転写ベルト1の搬送方向における下流側に形成される。
第3、第4のパターン画像は、濃度補正データを現像バイアス、帯電バイアスについて順次取得するために形成される。よって、濃度補正データを取得する場合、まず第3の画像パターンが形成され、第4の画像パターンは、第3の画像パターンの後、中間転写ベルト1の搬送方向における下流側に形成される。
すでに述べたことから明らかなように、第1〜第4のパターン画像は、同図の左右方向に対応した副走査方向、すなわち感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転方向に沿った方向に長い帯パターンとなるように形成される。副走査方向における第1〜第4のパターン画像の長さは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの少なくとも1周長分とされ、本形態では3周長分としている。
これは、画像形成装置100における画像の濃度の調整が、次の画像濃度のムラを抑制するように行われるようにするためである。かかる調整が、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとの間隔である現像ギャップの変動及び感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度ムラに基づく画像濃度のムラを抑制するように行われるようにするためである。
この点についてより詳しく説明する。かかる現像ギャップの変動の要因の1つとして、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転振れが挙げられ、この回転振れの要因として、たとえば感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転中心位置の偏心が挙げられる。よって、現像ギャップの変動に基づく画像濃度のムラには、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期に応じて発生する成分である回転変動成分が含まれている。そして、この成分を検出するには、副走査方向におけるパターン画像の長さとして、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの少なくとも1周長分の長さを要する。
第3のパターン画像は、後述するように、かかる成分によって生じる濃度ムラを打ち消すことを目的として、現像バイアスについての濃度補正データを得るために形成される。よって、副走査方向における第3のパターン画像の長さとして、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの少なくとも1周長分の長さを要する。
また、第4のパターン画像は、後述するように、第3のパターン画像によって得られた現像バイアスについての濃度補正データの適用によって生じる濃度ムラを打ち消すことを目的として、帯電バイアスについての濃度補正データを得るために形成される。この理由によっても、副走査方向におけるパターン画像の長さとして、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの少なくとも1周長分の長さを要する。
さらに、濃度補正データを得るためには、後述する平均処理を行うことが望ましいことから、本形態では、副走査方向における第3、第4のパターン画像の長さを、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの3周長分としている。この長さであれば、かかる平均処理による精度が得られるとともに、第3、第4のパターン画像を形成するために要するトナー量が比較的少量で済むという利点も得られる。
また、第1、第2のパターン画像についても、タイミング補正データを得るためには、後述する平均処理を行うことが望ましいため、本形態では、副走査方向における第1、第2のパターン画像の長さを、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの3周長分としている。この長さであれば、かかる平均処理による精度が得られるとともに、第1、第2のパターン画像を形成するために要するトナー量が比較的少量で済むという利点も得られる。
図5(a)においては、各色のベタ帯パターンを、同図の上下方向に対応した主走査方向、すなわち副走査方向に直交する方向において、互いに同位置に形成している。この位置は、主走査方向におけるトナー像検知センサ30の検知領域、具体的にはセンサヘッド31の配設位置に一致する。なお、この位置は、同図(a)においては、主走査方向における中央部となっているが、これに限らず、主走査方向における端部であっても良い。
同図(b)においては、各色のベタ帯パターンを、主走査方向において、互いに異なる位置に形成している。この位置はそれぞれ、主走査方向におけるトナー像検知センサ30の検知領域、具体的にはセンサヘッド31の配設位置に一致する。
同図(a)に示したように画像パターンを形成すると、画像パターンの画像濃度を検知するセンサヘッド31の数が1つで済むという利点がある。
同図(b)に示したように画像パターンを形成すると、各色の画像パターンを副走査方向において重複するように形成することで、画像濃度の検知を完了するまでの時間が短くて済むという利点がある。
なお、トナー像検知センサ30は、すでに述べたように、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kのそれぞれに対して設け、感光体ドラム2Y、2M、2C、2K上に形成された画像の濃度を検知するようにしても良い。このようにすれば、中間転写ベルト1の走行変動による影響が回避される。また、トナー像検知センサ30は、すでに述べたように、中間転写ベルト1から画像を転写された記録紙20に対向するように設け、記録紙20上に形成された画像の濃度を検知するようにしても良い。このようにすれば、記録紙20の走行変動による影響が回避される。
画像濃度のムラに含まれる上述した成分を検出するため、第3のパターン画像を形成するときの画像形成条件、具体的には画像を形成するための要素は、一定に維持される。すなわちたとえば帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kにおける帯電条件、光書込ユニット4Y、4M、4C、4Kにおける露光条件言い換えると書き込み条件が一定に維持される。また、たとえば現像ユニット5Y、5M、5C、5Kにおける現像条件、一次転写ローラ6Y、6C、6M、6Kにおける転写条件等の要素が一定に維持される。
ここでの帯電条件としては帯電バイアスが挙げられ、書き込み条件としては書込光の強度が挙げられ、現像条件としては現像バイアスが挙げられ、転写条件としては転写バイアスが挙げられる。
一方、第4のパターン画像を形成するときは、第3のパターン画像を形成して得られた現像条件についての濃度補正データが適用される。そのため、上述した画像形成条件のうち、現像条件は濃度補正データに従って変動し、他の画像形成条件は一定に維持される。
また、第1のパターン画像を形成するときは、現像条件についてのタイミング補正データを得るために、後述するように、現像条件が積極的に変調され、他の画像形成条件は一定に維持される。第2のパターン画像を形成するときは、帯電条件についてのタイミング補正データを得るために、後述するように、帯電条件が積極的に変調され、他の画像形成条件は一定に維持される。
なお、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3K、光書込ユニット4Y、4M、4C、4K、現像ユニット5Y、5M、5C、5K、一次転写ローラ6Y、6C、6M、6K等は、画像パターンを作成するにあたって、次のように機能する。すなわち、これらは、現像、帯電、露光等の一連の電子写真式画像形成装置の作像プロセスを担う画像パターン作成手段としてのパターン形成手段(図7参照)として機能する。
現像ギャップの変動、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度ムラなどがなければ、画像形成条件を一定に維持してベタ画像などの画像を形成すると、その画像濃度は均一となる。しかし、画像形成条件を一定に維持して画像を形成しても、上述のように、実際には、現像ギャップの変動、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度ムラなどによって、画像濃度は変動する。
この画像濃度の変動は、トナー像検知センサ30によって、副走査方向に長い帯状パターンである第3のパターン画像の画像濃度を検出することによって検知される。なお、他の、第1、第2、第4のパターン画像の画像濃度の変動も、トナー像検知センサ30によって検知される。そして、トナー像検知センサ30の検知信号は、制御部37に時系列データとして入力され、制御部37において、トナー付着量が時系列で認識され、画像濃度記憶手段としての機能により、時系列の画像濃度として記憶される。
画像濃度記憶手段として機能する制御部37は、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kからの信号に基づき、かかる画像濃度を、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの位相と関連付け、次の処理を行い、記憶する。すなわち、画像濃度記憶手段として機能する制御部37は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期で平均処理を行うことで、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの位相と関連付けられた画像濃度を取得し、これを記憶する(後述のf(t)に相当)。
本制御方式は、原則的には、着荷時に回転振れ成分を算出しておけば、感光体の状態がその着脱・交換時などにおいて変化しない限り、制御効果を保ち続けるものである。すなわち、かかる着脱時等に感度ムラによる画像濃度への影響を除去する制御テーブルを生成すれば、原則的には、かかる着脱時等以外は制御テーブルを作成する必要がない。
上述のように、画像を形成するための要素として、帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件が挙げられる。本形態においては、現像条件を、すでに述べたように、第1の要素とし、これを用いて画像の濃度を調整可能な第1の画像形成手段を現像ユニット5Y、5M、5C、5Kとしている。
制御部37は、画像の濃度を調整するために、現像条件についての具体的な濃度補正データすなわち第1の濃度補正データである第3の画像形成条件としての第3の条件を決定する第3の画像形成条件決定手段として機能する。第3の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、トナー像検知センサ30によって検出された、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの少なくとも1周長分のパターン画像の濃度ムラに基づいて、第3の条件を決定する。
第3の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置が変化し得たときに、トナー像検知センサ30によって第3のパターン画像の濃度ムラを検出する。そして、第3の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、かかる濃度ムラのうち、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの現像ギャップ変動成分を構成する回転変動成分に起因する画像濃度のムラを抽出する。さらに、第3の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、この抽出したムラを抑制するように、第3の条件を決定する。
現像条件は、他の要素に比べて、画像の濃度の調整に対する感度が高いため、第1の要素として選択したものである。ただし、露光条件も比較的かかる感度が高いため、これを現像条件に代えて、あるいは現像条件とともに、第1の要素としてのパラメータとして選択しても良い。この点、第1の画像形成手段は、現像ユニット5Y、5M、5C、5Kおよび/または光書込ユニット4Y、4M、4C、4Kである。
すでに述べたように、第3の条件である現像条件は現像バイアスである。なお、現像バイアスでなくても、画像の濃度を調整可能であれば、これを現像条件としても良い。露光条件を第3の要素とする場合の第3の条件は露光強度言い換えると露光パワーとすることが可能である。
現像ユニット5Y、5M、5C、5Kは、画像形成にあたり、このようにして決定された第3の条件に応じて動作する。この動作は、制御部37によって制御される。この点、制御部37は、画像の濃度を均一化するための第3の条件を用いて第1の画像形成手段としての現像ユニット5Y、5M、5C、5Kを制御する画像濃度制御手段具体的には第1の画像濃度制御手段としての第3の制御手段として機能する。
ここで、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置が変化し得たときとは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの初期取付時、交換時、着脱時の少なくとも1つである。感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置が変化すると、現像ギャップの変化に起因する濃度ムラの発生パターンが変化することから、これを制御するための制御テーブルであるプロファイル、ここでは現像条件を変化させる必要が生じるためである。
画像形成条件の決定、言い換えると制御テーブルの作成・更新を、像担持体がセットされた直後である初期セット時、交換時、脱着時等に行うのは、像担持体をメカ的に取り外した場合に、感光体周期での画像濃度ムラの発生状況が変化する可能性が高いからである。また、設置されている感光体ホームポジションセンサ、ここではフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kとの位置関係がずれてしまうという理由もある。
元々、制御テーブルが作成されていない像担持体初期セット時には、まず一連の補正制御を行う制御テーブルを作成する必要がある。感光体交換時には、今まで使っていた感光体に対して、新しい感光体ではフレ特性や光感度特性ムラの違いがあるため、新しい感光体に応じた制御テーブルを再作成する必要がある。また、メンテナンスの為に、単に感光体を脱着した場合においても、制御テーブルを再作成する必要がある。これは、感光体脱着に伴う感光体の取り付け状況変化、たとえば感光体軸と回転軸とのずれ方の変化が生じる可能性があるとともに、感光体のフレ特性及び光感度特性ムラの位置と感光体ホームポジションセンサとの位置関係がずれてしまうためである。このような理由により、像担持体がセットされた直後には画像形成条件の決定、言い換えると制御テーブルの作成・更新を行う必要がある。
ただし、すでに述べたように、画像の濃度は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度ムラによっても変動する。感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度ムラは、現像ギャップの変動のみならず、画像形成が一定回数行われたとき、画像形成装置100の使用環境が変化するなどして本体99内の環境条件に変動が生じたとき、などによって生ずる。すなわち、たとえば、露光に対する感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度に、経時劣化、環境変動等の要因によってばらつきが発生する場合、一定の露光量で露光しても、濃度変動が生じて、濃度ムラが生じる。これは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの露光後の電位である明電位に差が出るため、かかる電界が変動することによるものである。
この点、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置が変化し得たときよりも後のタイミングで第3の条件を更新すれば、かかる感度ムラの変動による濃度ムラをも抑制可能となる。この第3の条件の更新のタイミングは、画像形成が一定回数行われたとき、画像形成装置100の使用環境が変化するなどして本体99内の環境条件に変動が生じたとき、などのタイミングである。このための第3のパターン画像の形成、読み取り等は、ユーザー指定の画像形成が行われていないときなどの、かかる適宜のタイミングで行うようにすることが可能である。また、ユーザー指定で形成される画像が感光体周期以上の均一の高濃度画像を含むときにこれを利用して第3の条件を更新するようにしても良い。これらのことは、次に述べる第4の条件についても同様である。
第4の条件について説明する。本形態においては、帯電条件を、すでに述べたように、第2の要素とし、これを用いて画像の濃度を調整可能な第2の画像形成手段を帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kとしている。
制御部37は、画像の濃度を調整するために、帯電条件についての具体的な濃度補正データすなわち第2の濃度補正データである第4の画像形成条件としての第4の条件を決定する第4の画像形成条件決定手段として機能する。第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、トナー像検知センサ30によって検出された、第4のパターン画像の濃度ムラに基づいて、第4の条件を決定する。
第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、上述のように、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置が変化し得たとき等に、トナー像検知センサ30によって第4のパターン画像の濃度ムラを検出する。そして、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、かかる濃度ムラのうち、とくに、第3の条件に起因する画像濃度のムラを抽出する。さらに、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、この抽出したムラを抑制するように、第4の条件を決定する。
第3の条件に起因する画像濃度のムラについて説明する。
画像濃度の変動によって、トナー付着量についての感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度を決定する電位差の種類が変化することで、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの感度変化が生ずる。具体的に、トナー付着量が多いベタ画像部などの高濃度部であるシャドウ部においては、明電位と現像バイアスの電位差、すなわち現像ポテンシャルが支配的となる。逆に、シャドウ部よりもトナー付着量の少ない中間調やハイライト部の画像では、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの非露光部の電位である暗電位と現像バイアスの電位差、すなわち地肌ポテンシャルが支配的となる。
現像ポテンシャルが支配的である高濃度の画像のムラについて現像バイアス等の第3の条件を用いてこれを抑制することはすでに述べたとおりである。
しかし、第3の条件だけで補正を行った場合、中間調やハイライト部分に濃度ムラが発生する。これは、第3の条件によって生じる地肌ポテンシャルの変動によって、中間調やハイライト部分のトナー付着量が変化するためである。
そして、地肌ポテンシャルが支配的である中間調やハイライト部の画像のムラについては、第3の条件と異なる条件を用いてこれを制御する必要がある。この条件が第4の条件である。画像を形成するための要素のうち、地肌ポテンシャルを制御するには、帯電条件が有効である。
そこで、本形態では、第4の条件として、帯電条件、具体的には帯電バイアスを用いることとしている。なお、帯電バイアスでなくても、画像の濃度を調整可能であれば、これを帯電条件としても良い。
第4の条件を取得するために形成する第4のパターン画像を中間調の濃度とした理由は、次のとおりである。すなわち、帯電条件によって制御される地肌ポテンシャルが支配的な画像濃度領域が中間調やハイライト部であることである。また、これに加えて、第3の条件である現像条件等によって制御される画像濃度領域は高濃度領域であり、第3の画像パターンが高濃度で形成されるが、これよりも低濃度の領域についても濃度ムラを制御する必要があることである。
上述のように、本形態では、第4の条件として、帯電条件、具体的には帯電バイアスを用いる。このように本形態においては、帯電条件を、すでに述べた制御方式による制御対象である第2の要素とし、これを用いて画像の濃度を調整可能な第2の画像形成手段を帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kとする。
第4の条件は、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37により、すでに述べたように、第3の条件によって補正される濃度よりも、低濃度の画像のムラを抑制するように決定される。
そのため、高濃度の画像の濃度ムラについては第3の条件を用いた画像濃度制御である第1の画像濃度制御としての第3の制御によってこれを制御する。そして、これよりも低濃度の中間調やハイライト部の画像の濃度ムラについては第4の条件を用いた画像濃度制御である第2の画像濃度制御としての第4の制御を用いてこれを制御することとなる。このように、第4の条件は、現像ポテンシャルを変化させる第3の条件とともに用いられるものである。
そうすると、第3の条件によって地肌ポテンシャルが変化することとなり、第4の条件も変化させることを要することとなる。第3の条件は、高濃度の画像に対して支配的であるが、第4の条件にも影響を与える。第3の条件と第4の条件とは、互いに影響を与え得る。
濃度ムラは、より高濃度の画像において認識され易いため、本形態のように、第3の条件と第4の条件とでは、第3の条件を先に決定し、第4の条件を、第3の条件による影響に配慮した上で、この影響をキャンセルするように決定することが望ましい。
よって、すでに述べたように、第4のパターン画像を形成するときは、第3のパターン画像を形成して得られた現像条件については第3の条件を適用して変動させ、他の画像形成条件は一定に維持される。
ここにいう他の画像形成条件は、現像条件以外の要素である。すなわちたとえば帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kにおける帯電条件、光書込ユニット4Y、4M、4C、4Kにおける露光条件言い換えると書き込み条件、一次転写ローラ6Y、6C、6M、6Kにおける転写条件等の要素である。
このように、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、上述した第4のパターン画像の濃度ムラに基づいて、第3の条件によって補正される濃度よりも低濃度の画像濃度を調整するために、第4の条件を決定する。
すなわち、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、第3のパターン画像の濃度ムラと、第3の条件による画像濃度への影響とに基づいて、第3のパターン画像よりも低濃度の画像の濃度を調整するために、第4の条件を決定する。このとき、第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37は、第3の条件による、第3のパターン画像よりも低濃度の画像への影響をキャンセルするように、第4の条件を決定する。
帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kは、画像形成にあたり、このようにして決定された第4の条件に応じて動作する。この動作は、制御部37によって制御される。この点、制御部37は、画像の濃度を均一化するための第4の条件を用いて第2の画像形成手段としての帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kを制御する画像濃度制御手段具体的には第2の画像濃度制御手段としての第4の制御手段として機能する。
したがって、第3の条件および第4の条件の決定後の画像形成は、次のように行われる。すなわち、かかる画像形成は、第3、第4の制御手段として機能する制御部37が、第3の条件に応じて現像ユニット5Y、5M、5C、5Kを動作させるとともに、第4の条件に応じて帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kを動作させることによって行われる。
図6に、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出される回転位置検出信号、トナー像検知センサ30によるトナー付着量検知信号、これらの信号を元に作成される画像形成条件である制御テーブルの関係の例を示す。同図は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの2周分の信号を示している。
なお、第3の条件と第4の条件とを重畳したものは、同図において、決定した画像形成条件として示されている。ただし、この決定した画像形成条件は、厳密には、第3の条件と第4の条件とを重畳したものに、さらに、現像バイアス、帯電バイアスについてのタイミング補正データを適用した状態の条件となっている。この条件をタイミング適正化条件といい、この条件を表すデータをタイミング適正化データという。
また、パターン画像の濃度ムラは、同図において、トナー付着量検知信号として示されている。ここにいうパターン画像は、厳密には、第3、第4のパターン画像とは必ずしも一致しない。
同図に示されているように、トナー付着量検知信号は回転位置検出信号の周期と同じ周期で変動している。これに合わせて、以下の事項は、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に同期させて行われる。
・第3の画像形成条件決定手段として機能する制御部37による第3の条件の算出、決定
・第4の画像形成条件決定手段として機能する制御部37による第4の条件の算出、決定
・第3の条件に応じた現像ユニット5Y、5M、5C、5Kおよび/または光書込ユニット4Y、4M、4C、4Kの動作
・第4の条件に応じた帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kの動作
同図からわかるように、第3の条件と第4の条件とを重畳した画像形成条件は、濃度ムラをキャンセル、言い換えると相殺する波形となる時系列データとして作成される。そのため、画像形成条件である制御テーブルはトナー付着量検知信号と逆位相になるように決定されている。
ここで、第3の条件として用いられ得る画像濃度制御パラメータである現像バイアスや露光パワー、第4の条件として用いられる画像濃度制御パラメータである帯電バイアスは、符号がマイナスである場合や、その絶対値が大きくなると付着量が減る場合がある。そのため、“逆位相”と表現するのが適切でない場合があるが、トナー付着量検知信号が示す付着量変動を打ち消す方向の制御テーブルを作る、つまり逆位相の付着量変動を作り出す制御テーブルを作るという意味で、ここでは“逆位相”と表現している。
この制御テーブルを決定する際のゲイン、すなわちトナー付着量検知信号の変動量[V]に対して制御テーブルの変動量を何[V]にするか、について(後述の各調整ゲインに相当)は、原理的には理論値から求められる。ただし、実機搭載に際しては、理論値を元に実機検証して、最終的には実験データから決定することになる可能性が高いと想定される。
このようにして決められたゲインで決定された制御テーブル(たとえば後述のVB(t)に相当)が、回転位置検出信号との間に、たとえば図6に示すタイミング関係を持っている。同図に示されている例では、制御テーブルの先頭は回転位置検出信号発生時点とされている。
フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に同期させて行われる事項は、上記の事項の他にも、次の事項がある。
・第1〜第4のパターン画像の形成
図6に示されている例では、副走査方向における画像パターンの先頭位置が回転位置検出信号の立ち上がりタイミングと同期するように、画像パターンの形成が行われるようになっている。
このタイミングでの画像パターンの形成を可能とするため、図7に示すように、制御部37に、感光体回転位置検出信号が入力される。この感光体回転位置検出信号は、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に関する検出信号である。この検出信号は、制御部37を介して、パターン形成手段に送信され、パターン形成手段は、入力された検出信号に基づいて画像パターンを形成する。
また、同図に示されているように、制御部37に、トナー像検知センサ30によって検出されたパターン画像の濃度に関する検出信号が入力される。これらの検出信号の入力により、トナー像検知センサ30で検出した濃度ムラ情報と、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kで検出した感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置との関係は、たとえば図8に示すようにして得られる。
なお、制御部37のCPUにおいては、トナー像検知センサ30によって取得した画像パターンの演算、具体的には、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの信号に基づいた、上述の平均処理等が実施される。
かかる平均処理により、本形態では、第3の条件、第4の条件は、回転体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期に対応した濃度補正データとなっている。第3の条件、第4の条件は、制御部37に記憶され、制御テーブルを構成する。本形態における第3の条件、第4の条件の算出に関するその他の事項については、後述する。なお、後述するように、平均処理は、回転体である現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期に対応して行っても良いため、図7においては、便宜的に、現像ローラ回転位置検出信号を併せて図示している。
第3の条件、第4の条件は、回転体の回転周期に対応した、画像の濃度を均一化するための、画像の濃度を調整可能な要素についての濃度補正データであれば、以上述べた手法あるいは後述する関数を用いた手法によって取得されるのに限られない。たとえば、第3の条件、第4の条件は、画像形成装置100の出荷時に制御部37の不揮発性メモリ等に制御テーブルとして予め記憶されたものであっても良いし、周知のいわゆるプロセスコントロールによって取得されるものであっても良い。また、第3の条件、第4の条件は、関数でない形式で与えられていても良い。
ここで、図6に示した制御テーブルが現像バイアス制御テーブルであるとすると、現像ニップ−トナー像検知センサ30間の距離すなわちトナー像の移動距離を考慮して制御テーブル適用のタイミングを決める必要がある。かかる距離が、感光体周長のちょうど整数倍である場合、回転位置検出信号のタイミングに合わせて、制御テーブルを先頭から適用すれば良い。かかる距離が感光体周長の整数倍からずれている場合は、ずれの距離分だけタイミングをずらして制御テーブルを適用すれば良い。これは、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kで検出した感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に基づいて抽出した濃度ムラの波形の位相がずれないようにするためである。
同様に、露光パワーの制御テーブルであれば露光位置−トナー像検知センサ30間距離を考慮して制御テーブルを適用することになる。同様に、帯電バイアスの制御テーブルであれば帯電位置−トナー像検知センサ30間距離を考慮して制御テーブルを適用することになる。
しかしながら、実際にそれぞれのレイアウト距離ずれ分を考慮して制御テーブルを適用しても、濃度ムラと、この濃度ムラを補正しようとする制御テーブルの実効位置とが十数ms程度ずれてしまい、濃度ムラの制御効果を低下させてしまうことが分かった。これは、第3の条件、第4の条件をそのまま適用しても、現像バイアスや帯電バイアスを印加するための電源である高圧パワーパックの応答遅れや部品ばらつきなどによるレイアウト誤差などの影響によって生じてしまうものであることも分かった。
さらに、高周波ほど1ms当たりのずれ量が大きいため、比較的視認しやすい高周波のむらの低減が難しいことも分かった。この解決策としては、画像を見ながら制御テーブルの位相を調整することが考えられるが、画像形成装置の一台一台につき、全色に対して調整が必要となるため、生産効率の低下やダウンタイムを増加させてしまう。
さらにレイアウト距離の誤差を低減するため部品精度を向上させる案も考えられるが、コストアップとなるため部品精度だけの対策は非現実的である。
そこで、画像形成装置100においては、電源の出力遅れや部品ばらつきなどによる理論上レイアウト距離以外の位相ずれを以下の動作モードで測定し、制御テーブル適用に反映させることで、濃度ムラ補正効果が得られるようになっている。
かかる動作モードは、位相ずれ検出用の第1、第2のパターン画像を形成して、濃度補正データである第3、第4の条件を、画像の濃度ムラを打ち消すように適切に適用するためのタイミング補正データを取得するモードすなわちタイミング取得モードである。現像バイアスについての濃度補正データである第3の条件についてのタイミング補正データすなわち第1のタイミング補正データを、第3の条件の位相ずれを防止するための第1の画像形成条件としての第1の条件とする。帯電バイアスについての濃度補正データである第4の条件についてのタイミング補正データすなわち第2のタイミング補正データを、第4の条件の位相ずれを防止するための第2の画像形成条件としての第2の条件とする。
そのため、第1の条件の取得にあたっては、現像バイアスを変化させながら、具体的には、現像バイアスを回転体周波数すなわち感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期で揺らして第1の画像パターンを形成する。第1のパターン画像は、第1の要素である現像バイアスの制御作用点からトナー像検知センサ30までの遅れ、言い換えると位相ずれを測定するために形成される。第1のパターン画像をハーフトーンパターンとしたのは、純粋な位相ずれを計測するために、第1のパターン画像の濃度を、ギャップ変動の影響等が後述のように小さくなる中間調やハイライト部とするためである。
また、第2の条件の取得にあたっては、帯電バイアスを変化させながら、具体的には、帯電バイアスを回転体周波数すなわち感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期で揺らして第2の画像パターンを形成する。第2のパターン画像は、第2の要素である帯電バイアスの制御作用点からトナー像検知センサ30までの遅れ、言い換えると位相ずれを測定するために形成される。第2のパターン画像をハーフトーンパターンとしたのは、純粋な位相ずれを計測するために、第2のパターン画像の濃度を、ギャップ変動の影響等が後述のように小さくなる中間調やハイライト部とするためである。
そして、第1、第2の画像パターンをそれぞれトナー像検知センサ30で計測し、第1、第2の条件を取得する。具体的には、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に基づいて、トナー像検知センサ30から入力した波形と計測結果から、次のデータを算出する。すなわち、高圧パワーパックの出力遅れや部品ばらつきなどによる、レイアウト距離以外のずれ、たとえば遅れを算出する。このずれの算出には、FFTなどの周波数解析などを用いる。
図9に、現像バイアス、帯電バイアスを制御する場合の遅れを測定するために、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Ka、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kからトナー像検知センサ30までの位相遅れを測定するフローである。
同図に沿って説明すると、まず、位相ずれ検知のための作像条件として現像バイアス、帯電バイアスの何れかをセットする(ステップS91)。このときの各バイアスの変化の量、具体的には振幅の大きさは、第3の条件における現像バイアスの変化量、第4の条件における帯電バイアスの変化の量より十分大きいものとする。
次に、現像バイアスをセットしたときは第1のパターンを形成し、帯電バイアスをセットしたときは第2のパターン画像を形成して、そのパターン画像の濃度ムラを感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの周期成分すなわち回転周期で検出する(ステップS92)。
この回転周期における濃度ムラに基づき、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転振れによる濃度ムラを算出し、この算出された濃度ムラに基づいて、現像バイアスまたは帯電バイアスの遅れ時間を算出する(ステップS93)。この遅れ時間が、上述した位相ずれに相当し、現像バイアスについては第1の条件、帯電バイアスについては第2の条件となる。
第1の条件、第2の条件の算出、取得は、制御部37によって行われる。制御部37は、第1の要素である現像バイアスを変化させながら形成されトナー像検知センサ30によって検出された第1のパターン画像の濃度の変化に基づいて、現像ユニット5Y、5M、5C、5Kの駆動タイミングを補正するための第1の条件を取得する。この点、制御部37は、タイミング補正データ取得手段である第1のタイミング補正データ取得手段として機能するとともに、第1の画像形成条件決定手段として機能する。制御部37は、第2の要素である帯電バイアスを変化させながら形成されトナー像検知センサ30によって検出された第2のパターン画像の濃度の変化に基づいて、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kの駆動タイミングを補正するための第2の条件を取得する。この点、制御部37は、タイミング補正データ取得手段である第2のタイミング補正データ取得手段として機能するとともに、第2の画像形成条件決定手段として機能する。
そして、制御部37により、第1の条件が第3の条件に反映される第1の制御が行われ、第2の条件が第4の条件に反映される第2の制御が行われる(ステップS94)。この点、制御部37は、第1の制御を行う第1の制御手段として機能し、第2の制御を行う第2の制御手段として機能する。
よって、第3の制御手段として機能する制御部37によって第3の条件を用いて現像ユニット5Y、5M、5C、5Kが制御されるとき、第3の条件は、第1の制御手段として機能する制御部37によって、第1の条件を適用された状態とされている。よって、現像ユニット5Y、5M、5C、5Kは、タイミング適正化条件としての第1のタイミング適正化条件により、タイミング適正化データとしての第1のタイミング適正化データで駆動される。また、第4の制御手段として機能する制御部37によって第4の条件を用いて帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kが制御されるとき、第4の条件は、第2の制御手段として機能する制御部37によって、第2の条件を適用された状態とされている。よって、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kは、タイミング適正化条件としての第2のタイミング適正化条件により、タイミング適正化データとしての第2のタイミング適正化データで駆動される。
第3、第4の条件に第1、第2の条件が適用された状態、すなわち、第1、第2のタイミング適正化条件、第1、第2のタイミング適正化データは、たとえば次のようにして得られる。
すなわち、第3、第4の条件を記憶した制御テーブルが、第1、第2の条件を反映されていないものであるときは、次のタイミングに基づいて第1、第2の条件が反映されて、第3、第4の条件による現像バイアス、帯電バイアスが印加される。このような反映により、第1、第2のタイミング適正化条件、第1、第2のタイミング適正化データが得られ、これらのデータにより、画像形成が行われる。かかるタイミングとは、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの所定の回転位置が検知されたタイミングである。
また、第3、第4の条件を記憶した制御テーブルは、第1、第2の条件を反映した状態で第3、第4の条件を記憶していても良い。この場合には、このような反映により得られた第1、第2のタイミング適正化条件、第1、第2のタイミング適正化データが制御テーブルに記憶されている。よって、制御テーブルをそのまま用いて、第1、第2のタイミング適正化条件、第1、第2のタイミング適正化データによる現像バイアス、帯電バイアスが印加され、画像形成が行われる。
図9に示した制御の内容及び流れをより詳細に説明する。
・ステップS91について
位相ずれ検知すなわち位相ずれ量測定のために第1のパターン画像を形成するにあたっては、現像バイアスを以下の式で変調し、また、第2のパターン画像を形成するにあたっては、帯電バイアスを以下の式で変調する。
OUT(t)=OFFSET+Amp*{sin{ω(t+tl)}
+sin{2*ω(t+tl)}+・・・+sin{n*ω(t+tl)}}・・(式1)
ここで、
OUT(t):帯電バイアスまたは現像バイアスへの入力信号
OFFSET:ベースとなる固定値
Amp:振幅
ω:感光体角速度
n:制御次数
tl:現像・帯電バイアス作用点からのレイアウト分の位相ずれ時間
である。
OFFSETは、所定の画像濃度となるように、別の制御動作によって定められた作像条件のことで、本形態では現像バイアス−500[V]、帯電バイアス−650[V]、露光パワー70%である。
Ampは正弦波の振幅で、パターン画像に悪影響たとえば地汚れやキャリア付着が発生しない程度、かつ濃度ムラの影響を受けないよう十分に大きな振幅で与える。そのため、Ampの値は±30[V]以上±100[V]以下とするのが良く、望ましくは±50[V]である。
角速度ωは制御対象としている回転体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの各速度であり、後述するように制御対象の回転体が現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaである場合はその角速度とする。
制御次数は1次正弦波としている。よって(式1)は2項目までとなる。
tlは時間を表す値であるためtl[t]と表してもよい。
第1のパターン作像時には、tlは、第1の要素すなわち現像バイアスの作用点とみなした現像ニップからトナー像検知センサ30までの設計上レイアウト距離を、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの線速で除した余りを意味する。現像ニップは、具体的には、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとが最も接近している位置としている。
第2のパターン作像時には、tlは、第2の要素すなわち帯電バイアスの作用点とみなされる位置からトナー像検知センサ30までの設計上レイアウト距離を、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの線速で除した余りを意味する。かかる位置は、帯電バイアスの制御作用点であって、A1方向において帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kが感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに対向している領域における中心位置としている。
・ステップS92について
現像バイアス、帯電バイアスの入力はフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に同期して行う。
第1のパターン作像時には、現像バイアスの作用点とみなした現像ニップからトナー像検知センサ30までの設計上レイアウト距離における位相ずれを計測する。第2のパターン作像時には、帯電バイアスの作用点とみなされる位置からトナー像検知センサ30までの設計上レイアウト距離における位相ズレを計測する。これらの位相ズレの計測は、次に述べるように、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置を基準として行う。
図10に、(式1)による入力信号と、トナー像検知センサ30、および感光体ホームポジションセンサであるフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの出力信号との関係を示す。
同図Aの位置すなわち時点において、入力指令信号として(式1)で表される入力信号を与える。この時点ではソフトの誤差などがない限り、遅れが発生していないはずである。よって回転位置検出センサであるフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの出力基準で、tl[t]だけ位相が進んだ波形が出力される。
B点では高圧パワーパックから出力された各バイアスが観測される。この各バイアスの波形の図示は省略するが、各バイアスの出力は、高圧パワーパックの応答特性によりズレ、具体的には遅れが生じている。
C点において、パターン画像を形成後に、トナー像検知センサ30で検出した付着量波形を、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの出力基準で比較すると、tdだけ遅れた波形が計測される。このtdは、バイアス印加からトナー像検知センサ30によって検出されるまでの位相遅れ量すなわち位相ズレであって、現像バイアスについては第1の条件、帯電バイアスについては第2の条件となる、タイミング補正データの値に相当する。
・ステップS93について
図11に、トナー像検知センサ30で検出した付着量波形を、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの出力基準で比較した実波形を示す。
同図(a)は、第1、第2の画像パターンを、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kによって検出された感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置に同期してトナー像検知センサ30で計測した出力波形を示している。トナー像検知センサ30の位置では、ほぼ正弦波に近い周期的な波形が観測されることが分かる。
同図(b)は、同図(a)に示したトナー像検知センサ30による付着量の観測と同期して取得したフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの回転位置情報に基づいて、付着量データを抽出する様子を示している。この抽出は、制御部37において、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期で行っている。
この抽出においては、他周波数成分の影響を除去するため、回転位置を合わせて周回ごとの平均をとる。平均周回波形や周波数解析後の近似波形に対して、入力した正弦波と、出力した正弦波との位相ずれの差分を算出する。これが上述したtdであり、これを現像バイアス、帯電バイアスの遅れ時間として制御部37内に記憶させる。なお、高圧パワーパックの応答遅れやレイアウト距離の誤差が無ければtd=0となる。
本形態例では、理論上のレイアウト距離以外の位相ずれ量を計測するため、(式3)を用いて、第1、第2のパターン画像形成の作像条件具体的には現像バイアス、帯電バイアスを与えているが、位相ずれが測定されれば良いため、次のように作像条件を与えても良い。
・tl=0として、レイアウト分を含めずに現像バイアス、帯電バイアスの入力信号をセットする。この場合制御テーブルにはレイアウト分を反映せず、算出した遅れのみを反映する。
・指定した周期成分のみ印加し、(式1)の2項目以降の少なくとも1つの周波数成分を与える。
・入力信号は、正弦波に限らず、所望の位相ずれが取得できるような形状であれば、何でも構わない。
図12に沿って、第3、第4の条件の算出、決定の具体的手法と、決定された第3、第4の条件への第1、第2の条件の適用について説明する。
まず、第3の画像パターンを図5に示したように形成してトナー像検知センサ30で計測するとともにフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの検出信号を同期して受信し、図13(a)に示すように、付着量の時系列データを得る(ステップS21)。このとき、前述のように第3のパターン画像形成時の、現像バイアス、帯電バイアス、露光パワー、一次転写電圧などの画像形成条件は、全て一定である。
つぎに、第1、第2のパターン画像の周期抽出と同等の処理を行った、図13(b)に示す第3のパターン画像の感光体周期濃度むらデータから、第3の条件を算出する(ステップS22)。第3の条件の算出にあたっては、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期の濃度むら成分に周波数解析を行い、次式2に示すように感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周波数の整数倍の重ね合わせで濃度ムラを表現する。
f(t)=OFFSET+A1*sin(ωt+θ1)+A2*sin(2*ωt+θ2)+・・・+An*sin(n*ωt+θ3)・・・(式2)
ここで、
f(t):感光体周期平均濃度むら
OFFSET:平均付着量
An:振幅
ω:感光体角速度
θ:位相
である。
(式2)のように、感光体周期平均の濃度むらプロファイルを、正弦波の重ね合わせで表現することで、他のノイズによる誤差が低減されるとともに、情報が振幅と位相のみとなるため制御上の管理が容易となる。なお、ここでも制御次数は1次正弦波としているため、(式2)は2項目までとなる。
つぎに、(式2)の形式で表現した濃度ムラを補正するため、前述したレイアウト分の時間および位相遅れ量を考慮し、第1の条件を第3の条件に反映した現像バイアスの駆動信号VB(t)を下式3で与える(ステップS23)。この現像バイアスの駆動信号VB(t)が第1のタイミング適正化条件、第1のタイミング適正化データである。
VB(t)=α*f(t+tl−td)・・・(式3)
ここで、
VB(t):現像バイアス[V]
tl:設計上のレイアウト距離[s]
td:位相遅れ量[s]
α:調整ゲイン1
である。
ここで用いたtdは、図9のステップS93において算出された位相遅れ量すなわち位相遅れ時間であり、第1の条件に相当する。この位相遅れ時間を考慮して第3の条件を補正し、第1のタイミング適正化条件、第1のタイミング適正化データを作成して現像バイアスを印加することにより、濃度ムラの補正精度が向上する。
tlは、現像ニップからトナー像検知センサ30までの設計上のレイアウト距離の整数倍の余りを感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの線速で除したものである。すでに述べたように、第1の要素である現像バイアスの制御を行うため、レイアウト距離は現像ニップからトナー像検知センサ30までである。また、現像ニップは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとが最も接近している位置である。
このような現像バイアスの出力で濃度ムラを補正することで、たとえレイアウト距離が感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期の整数倍でなく及び/又は位相遅れが生じていても、濃度ムラの補正が良好に行われる。フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの検出信号に基づいて作成した制御テーブルを、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kの検出信号を基準として適用するためである。
ここで、調整ゲイン1:αは環境変化などによる現像剤の状態変化に応じて変化するようにしてもよい。また、第3の条件が、(式2)のような関数ではないテーブルとして設定されている場合は、tl及びtdに応じてテーブルの開始位置をずらせばよい。
第4の条件の決定は、基本的には第3の条件の決定方法と同じ処理によって行われる。すなわち、第4のパターン画像を形成、検知し(ステップS24)、その結果を用いて第4の条件を決定する(ステップS25)。第4のパターン画像の抽出や処理方法は(式2)と同様であり、第2の条件を第4の条件に反映した帯電バイアスの駆動信号は、各種調整ゲインこそ異なるが上述の(式3)のように与える(ステップS26)。この帯電バイアスの駆動信号が第2のタイミング適正化条件、第2のタイミング適正化データである。
第4の条件の決定が第3の条件の決定と異なる点は、次の点である。
・帯電バイアスが決定される点
・用いるパターン画像が異なっている点
・現像バイアスがステップS23によって決定されているため一定でない点
・tlが帯電バイアスの作用点とみなされる位置からトナー像検知センサ30までの設計上レイアウト距離を用いる点
・tdが、第2のパターン画像から得られたtdである点
・αが調整ゲイン2となって調整ゲイン1と異なる値となる点
第1の条件を第3の条件に反映した第1のタイミング適正化条件、第1のタイミング適正化データによる現像バイアスの駆動信号についての各種調整ゲインは、実際の波形に合わせてチューニングする。同様に、第2の条件を第4の条件に反映した第2のタイミング適正化条件、第2のタイミング適正化データによる帯電バイアスの駆動信号についての各種調整ゲインは、実際の波形に合わせてチューニングする。
各種調整ゲインは、画像形成装置100の使用環境、例えば温度や湿度等の影響を受ける場合には、次のようにして使用されるようにすることが可能である。すなわち、各種調整ゲインは、かかる使用環境に対応したテーブルを構成するように予め準備され、制御部37に備えられた不揮発性メモリおよび揮発性メモリに記憶され、画像形成装置100の使用環境に応じて読み出されて使用されるようにしても良い。
以上の、図12に沿って説明した処理は、複数回繰り返しても良い。すなわち、決定された第1〜第4の条件を適用して現像ユニット5Y、5M、5C、5K、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kを動作させるなどして第1〜第4のパターン画像を形成してトナー像検知センサ30によって濃度を検出する。そして、改めて第1〜第4の条件を決定し、この第1〜第4の条件に応じてユーザー指定の画像形成を行うようにしても良い。
本制御を実機に搭載する場合、過補正を防ぐために制御テーブル作成時のゲインを弱めに設定しておく可能性があるため、一度の補正制御で画像濃度ムラを除去し切れない場合が生じ得る。よって、一連の補正制御を繰り返すことによって濃度ムラを更に軽減することが可能である。繰り返しは1回でも複数回でも良いが、画像パターンを繰り返して描くと、制御時間、トナーイールドの面で不利となってしまう。よって、一度の補正で制御効果が現れるゲイン設定とし、補正制御を複数回繰り返すことなく終了する方が好ましい。
以上述べたように、第3、第4の条件が算出され、感光体周期濃度ムラを補正するための制御テーブルが形成される。第3の条件と第4の条件とでは、画像濃度に応じた感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの濃度ムラに対応した補正量が異なっている。
第3の条件、第4の条件にそれぞれ、実際の高圧パワーパックの出力遅れや部品ばらつきなどによる理論上レイアウト距離以外の位相ずれ量を考慮して第1の条件、第2の条件を適用したことで、部品精度を向上させることなく次の利点が得られる。すなわち、各個体に応じた位相ずれ量を考慮することができ、補正精度が向上するという利点が得られる。
以上の説明においては、現像ギャップを形成する回転体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとのうち、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転変動成分である回転振れを考慮したものとなっている。すなわち、本形態では、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転振れによって、現像ギャップの変動が生じる場合を想定しているが、現像ギャップの変動は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転変動成分である回転振れによっても生じる。
しかし、画像形成装置100は、トナー像検知センサ30によって濃度が検出される画像パターンを形成する回転体として、回転周期が異なる複数、具体的には2つの回転体を備えている。この2つの回転体とは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとである。そのため、トナー像検知センサ30によって濃度が検出される画像パターンを形成する回転体を、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kとともに、あるいはこれに代えて現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとしてもよい。そして、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kのような回転位置検出手段を用いて現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて、濃度ムラの検知、第1〜第4の条件の決定を行うようにしてもよい。
図14に、現像剤担持体である現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置を検出する回転位置検出手段としての現像回転位置検出手段であるフォトインタラプタ71を備えた現像回転位置検出装置70を示す。
現像回転位置検出装置70は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaのそれぞれに対して別個に設けられた現像ローラホームポジションセンサであるが、互いに同構成であって、同図に示す構成となっている。また、同図に示されているように、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaはそれぞれ、その回転中心軸をなす軸76が、カップリング77を介して駆動モータ78の出力軸である軸79に接続され、駆動モータ78の駆動によって回転駆動される。
回転位置検出装置70は、フォトインタラプタ71の他に、軸79と一体に設けられ軸79の回転に伴って回転移動する遮光部材72を有している。遮光部材72は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転に従い、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaが所定の回転位置を占めたときにフォトインタラプタ71によって検出される。これにより、フォトインタラプタ71は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置を検出するようになっている。上述のフォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kも同様にして感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置を検出するようになっている。
同図に示した例では、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの駆動に関し、駆動モータ直結のダイレクトドライブ方式を用いているが、駆動モータ78からの動力伝達の間に減速機構が入っていても良い。但し、減速機構を採用する場合、遮光部材72は現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaと同じ回転数になるよう、軸76上に設置しておくことが望ましい。このことは、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置を検出する場合についても同様である。
図15は、フォトインタラプタ71の出力例を示している。現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaと同期して回転する遮光部材72がフォトインタラプタ71を通過するときに出力がほぼ0Vまで低下していることが分かる。このエッジを利用して、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置を検出する。
このような現像回転位置検出装置70により検出した回転位置信号に基づいて、上述したデータ処理や、各種補正と同様の処理、補正、制御を実施する。
たとえば、トナー像検知センサ30によって検出された第1〜第4の画像パターンの画像濃度の平均処理は、フォトインタラプタ71からの信号に基づいて行われる。
すなわち、画像濃度記憶手段として機能する制御部37は、フォトインタラプタ71からの信号に基づき、かかる画像濃度を、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの位相と関連付け、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期で平均処理を行う。これにより、画像濃度記憶手段として機能する制御部37は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの位相と関連付けられた画像濃度を取得し、これを記憶する(上述のf(t)に相当)。これを測定データに沿って説明すると次のとおりである。
図16に、トナー像検知センサ30によって検出された画像パターンの画像濃度の測定結果と、フォトインタラプタ71の出力信号とを、同図に示されたグラフの横軸にとった時間軸上に、同期した状態で重ね合わせて示す。同図に示されたグラフの縦軸はトナー付着量[mg/cm2×1000]である。
画像パターンは、図5に示して説明したとおりであり、これをトナー像検知センサ30で検知し、トナー付着量に変換している。付着量変換アルゴリズムについては、すでに述べたとおり、従来技術と同様である。
同図中において山型の線は画像濃度に対応したトナー付着量を示し、矩形型の線が、フォトインタラプタ71の出力を示している。同図に示されたトナー付着量より、画像パターンには現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期に対応した周期的なムラが発生していることがわかる。
この周期的なムラには、他の周期的変動成分、たとえば感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転振れによる濃度ムラ等のノイズが含まれている。
そこで、トナー像検知センサ30によって検出された画像パターンの画像濃度を、フォトインタラプタ71の出力信号で切出し、平均処理を施して、この結果を画像濃度言い換えるとトナー付着量に関する補正データとする。そして、この補正データを、画像濃度記憶手段としての制御部37により、時系列の画像濃度として記憶する。
図17に、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転毎にトナー付着量を切出した波形を示す。同図(a)に示されているように、1回転毎にみると、トナー像検知センサ30によって検出された画像パターンの画像濃度を示すN1〜N10で示される細線の波形が、他の周期変動成分を含んで暴れている。しかし、同図(b)に太線で示した平均処理結果で示されているとおり、平均処理を行うことで、本来の現像ローラ周期成分が抽出される。
すでに述べた、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期での平均処理も、このようにして行っている。よって、本稿において、感光体周期濃度ムラデータ、現像ローラ周期濃度ムラデータは、平均処理を行ったデータで論じている。
なお、同図(b)に示されている例では、N1〜N10まで、10周分のデータを取得し、その中で5周分のデータを選択して単純平均処理言い換えると相加平均処理を施しているが、現像ローラ周期の成分が抽出されれば、他の平均処理を施してもよい。
このようにして、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置と現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置とを検出する構成では、画像パターンの濃度ムラから、2つの濃度ムラ成分が独立して抽出される。すなわち、かかる構成では、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kに起因する濃度ムラ成分と現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaに起因する濃度ムラ成分とが独立して抽出される。
これらの成分は、第3、第4の画像パターンの濃度ムラとして重畳されて検出されるが、上述のように独立して抽出可能である。そして、これらがキャンセルされるように、各成分に対する補正量が重畳されて、第3の条件、第4の条件を決定可能である。
この場合の画像パターンの長さ、形成位置等は、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの周長と現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの周長とのうち、長い方の周長、回転位置、レイアウト距離、プロセス線速に基づいて設定される。通常は、前者の方が長いため、上述の説明と同様に設定される。
感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期と、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期とをともに用いた制御を行う場合には、それぞれの周期について第3の条件および第4の条件を決定する。そして、それぞれの回転位置検出センサに基づいて補正信号を生成、重畳して現像バイアスおよび帯電バイアスに印加する。
このときの第1の条件および第2の条件であるtdは、回転周期が短い方、すなわちこの場合は現像ローラ周期で求めた値を用いることが望ましい。これは周期が短い方で算出したほうが算出精度が高いためである。すなわち、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期と、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期とをともに用いる場合に第3、第4の条件に適用する第1、第2の条件である位相ずれ量tdは、次のように算出すること好ましい。すなわちかかる位相ずれ量tdは、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置検出結果および回転周期に基づいて算出することが好ましい。
感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置と現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置とのうちの後者の回転位置を検出する構成では、次の制御が行われることとなる。すなわち、第3、第4の画像パターンの濃度ムラから、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaに起因する濃度ムラ成分が抽出され、こがれキャンセルされるように、第3の条件、第4の条件が決定される。そして、第3の条件、第4の条件に、別途決定された第1の条件、第2の条件が適用されて第1、第2のタイミング適正化条件、第1、第2のタイミング適正化データが取得される。よって、第1、第2のタイミング適正化条件の重畳、あるいは第1、第2のタイミング適正化データの重畳によって形成されるタイミング適正化条件、タイミング適正化データによって画像形成が行われることとなる。
この場合の第1、第2の画像パターンの長さ、形成位置等は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの周長、回転位置、レイアウト距離、プロセス線速に基づいて設定される。
ここでのレイアウト距離は、現像ニップと、トナー像検知センサ30による画像パターンの検知位置との間の区間の、副走査方向に沿った方向における距離を意味する。
第1、第2の画像パターンの形成は、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置に基づいてパターン作像タイミングを取って行われる。かかる現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置はフォトインタラプタ71によって検出されたものである。
なお、画像パターンの形成タイミングを計るという点においては、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転位置と、現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転位置との何れかが取得されればよい。そのためには、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kと、フォトインタラプタ71との何れかが設けられれば良い。すなわち、トナー像検知センサ30によって濃度が検出される画像パターンを形成する回転体を、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kまたは現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaとする。
ところで、すでに述べたように、本形態では、第1、第2のパターン画像としてハーフトーン画像を用いて位相遅れ量を検出するようになっているが、位相遅れ量を高精度に検出するためには、元々の画像パターンに濃度ムラの影響がない方が好ましい。
図18に、入力画像濃度の画像濃度と濃度ムラとの関係の例を示す。
この例は、図5に示したような帯状のパターン画像をトナー像検知センサ30のような濃度センサで検知し、フォトインタラプタ18Y、18C、18M、18Kのような回転位置検出手段に基づいて感光体数周分で平均処理したものである。
本実験で用いた感光体径はφ100mmである。また、本実験では、プロセス線速を440mm/s、帯電・現像・LDパワーをそれぞれ−700V、−500V、70%(ベタ画像形成時)とし、シアン色で濃度100%〜15%の帯状パターンを作像して、感光体周期5周分を平均処理した。同図の100%と示されている波形は、シアン100%のベタ画像の帯状パターンの濃度ムラを示すものであり、他の波形は、かかる条件と露光条件のみを異ならせて作像した、シアンの各画像濃度の帯状パターンの濃度ムラを示すものである。
同図からわかるように、画像濃度が高いほど、すなわち濃いほど、濃度ムラの振幅が大きい。よって、第1、第2の画像パターンを、画像濃度が高いパターンで作像した場合、この濃度ムラの影響を受けて算出精度が低下してしまうこととなる。これは、現像バイアスないし帯電バイアスを変調しながら第1、第2のパターン画像を作像して濃度センサで検知することで、高圧パワーパックの出力遅れや部品ばらつきなどによるレイアウト距離以外の遅れを測定する場合に、次の不具合が生じ得ることを意味する。すなわち、第1、第2のパターン画像として高画像濃度のパターンを用いると、ギャップ変動による濃度ムラの影響を受け、位相遅れ量を算出するための測定値の信頼性が低下してしまうという不具合である。
位相遅れ量を取得するうえで、この元々の濃度ムラすなわちパターン画像の濃度ムラの影響を避けるためには、パターン画像を形成するときに画像形成条件を変調する振幅を十分に大きくする構成も考えられる。しかしながら、たとえば現像バイアスなどの振幅を十分に大きくした場合、地肌ポテンシャルの変動により非画像部へのトナー・キャリア付着など画像不良が周期的に発生する可能性があり、現実的ではない。
そこで、本形態では、第1、第2の画像パターンを、ギャップ変動に対する濃度ムラの影響が少ないハーフトーンパターンとすることで、かかる不具合の回避を図っている。
図19に、第1、第2の画像パターンを構成するハーフトーンパターンの例を示す。
同図(a)、(b)はそれぞれ、ドット状、ライン状の面積階調パターンによるハーフトーンパターンを示している。同図(a)、(b)の黒い領域は、露光手段により一画素単位で露光され、同領域にトナーが付着した状態を示している。このような階調表現方法は面積階調パターンと呼ばれ、同図(a)、(b)に示されているように、入力画像濃度によって露光領域と非露光領域の面積率を変化させること、すなわち感光体の露光面積率を調整することによって階調を表現する方法である。第1、第2の画像パターンは、このように、露光領域を変化させることによって実現することが可能である。
同図(c)は、Duty変化・バイアス変化して形成したハーフトーン画像の一例を示している。このハーフトーン画像は、図20に示すように、現像ポテンシャルが通常の画像形成条件によって得られる場合よりも小さくなるように、画像形成条件を設定することで形成されている。
同図は、現像バイアスを感光体または現像ローラ周期で変調させた場合の例である。
同図(a)は、露光手段の露光強度(Duty)を通常の印刷条件よりも小さい設定に調整することで感光体の露光後電位を高めとし、現像ポテンシャルを小さくすることにより一面に濃度が薄いハーフトーンパターンを形成する場合の例を示している。同図(b)は、同図(a)と同様の原理であるが、露光強度(Duty)は印刷時と同等とし、現像バイアス、帯電バイアスを印刷時よりも低い設定に調整してハーフトーンパターンを形成する場合の例を示している。
このように、第1、第2のパターン画像の濃度の変化を検出するための、現像バイアス、帯電バイアスの変化の幅は、現像ポテンシャルが得られるように設定されればよく、とくに、第1、第2のパターン画像がハーフトーンパターンとなるように設定されればよい。よって、現像ポテンシャルを得るための現像バイアス、帯電バイアスの変化の幅は、第3、第4のパターン画像、あるいはユーザー指定の通常の画像すなわち出力画像を形成するときの帯電電位と現像バイアスの差以下とされればよい。
第1、第2のパターン画像は、ベタの画像面積を100とし場合、その15%〜70%であることが好ましく、40%程度がより望ましいため、本形態においては、すでに述べたように40%とされている。なお、第4のパターン画像も40%とされている。
本形態では、第1、第2の画像パターンの画像濃度を40%とするとともに、現像バイアス、帯電バイアスの振幅(Amp.1)を50Vとしてこれを現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaの回転周期で変調し、位相遅れを測定している。
本形態において、制御部37は、不揮発性メモリおよび/または揮発性メモリに、以上述べた、像担持体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと、この像担持体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kにトナーを付着させる現像剤担持体である現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaと、この現像剤担持体である現像ローラ5Ya、5Ca、5Ma、5Kaにより像担持体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kにトナーを付着させることによって形成される画像の濃度を検出する画像濃度検出手段であるトナー像検知センサ30と、かかる画像の濃度を調整可能な要素である現像バイアス、帯電バイアスを用いてかかる画像を形成する画像形成手段である現像ユニット5Y、5C、5M、5K、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kと、画像濃度検出手段であるトナー像検知センサ30によって濃度が検出される画像パターンを形成する回転体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kと、かかる画像の濃度を均一化するための、回転体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Kの回転周期に対応した、かかる要素についての濃度補正データを用いて、画像形成手段である現像ユニット5Y、5C、5M、5K、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kを制御する画像濃度制御手段として機能する制御部37と、かかる要素を変化させながら形成され画像濃度検出手段であるトナー像検知センサ30によって検出されたかかる画像パターンの濃度の変化に基づいて、画像形成手段である現像ユニット5Y、5C、5M、5K、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kの駆動タイミングを補正するためのタイミング補正データを取得するタイミング補正データ取得手段として機能する制御部37とを用い、画像濃度制御手段として機能する制御部37によってかかる濃度補正データを用いて画像形成手段である現像ユニット5Y、5C、5M、5K、帯電チャージャ3Y、3C、3M、3Kが制御されるとき、当該濃度補正データは、タイミング補正データ取得手段として機能する制御部37によって取得されたタイミング補正データを適用された状態とされている画像形成方法である画像濃度制御方法を実行するための画像濃度制御プログラムとしての画像形成プログラムを記憶している。この点、制御部37ないし不揮発性メモリおよび/または揮発性メモリは、画像形成プログラム記憶手段として機能している。かかる画像形成プログラムは、制御部37に備えられた不揮発性メモリおよび/または揮発性メモリのみならず、半導体媒体(たとえば、RAM、不揮発性メモリ等)、光媒体(たとえば、DVD、MO、MD、CD−R等)、磁気媒体(たとえば、ハードディスク、磁気テープ、フレキシブルディスク等)その他の記憶媒体に記憶可能であり、かかるメモリ、他の記憶媒体は、かかる画像形成プログラムを記憶した場合に、かかる画像形成プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体を構成する。
以上述べた装置構成、制御、方法から、回転変動に対する濃度ムラの影響を極力受けずに実際の高圧パワーパックの出力遅れや部品ばらつきなどによる理論上レイアウト距離による遅れが高精度に実測される。そのため、回転体周期で現像バイアス、帯電バイアス、その他必要に応じて露光光量を変調した濃度ムラ補正の補正効果が向上する。
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
たとえば、上記形態は、画像の濃度を均一化するために制御する要素を複数備え、これに伴って、かかる要素を用いて画像を形成する画像形成手段を複数備えているとともに、各要素に対応した複数のタイミング補正データを取得することとしている。しかし、かかる要素、画像形成手段、タイミング補正データは複数でなく、1つであってもよい。よって、第3、第4の条件は、一方のみを用いても良く、これに伴って第1、第2の条件も一方のみを用いても良い。この場合を上述の形態に当てはめると、第1、第2のタイミング適正化条件の一方がタイミング適正化条件となり、第1、第2のタイミング適正化データの一方がタイミング適正化データとなる。
また、本発明を適用する画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であってフルカラーの画像形成を行うことが可能なカラーデジタル複合機であってもよい。また、本発明を適用する画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタの単体、あるいは複写機とプリンタとの複合機等他の組み合わせの複合機であっても良い。近年では、市場からの要求にともない、カラー複写機やカラープリンタなど、カラー画像を形成可能な画像形成装置が多くなってきているが、本発明を適用する画像形成装置は、モノカラー画像のみを形成可能なものであっても良い。
かかる画像形成装置は、一般にコピー等に用いられる普通紙のみならず、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも記録シートであるシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能であることが望ましい。かかる画像形成装置は、記録媒体としての記録体である記録紙たる転写紙の片面に画像形成可能な画像形成装置であっても良い。このような画像形成装置に用いる現像剤は、2成分現像剤に限らず、一成分現像剤であっても良い。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。