JP6137615B2 - 画像形成装置及び画像濃度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置及び画像濃度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においては、環境変動や経時における画像品質の安定化を図るため、所定のタイミングで様々な濃度調整制御を実行する。例えば、特許文献１に記載の濃度調整制御は、次のように行われている。まず、感光体等の像担持体上に、互いに異なる画像形成条件（現像ポテンシャル）で形成された複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を作成する。次に、このパッチパターン像における個々のパッチ状トナー像に対するトナー付着量を検出する。その検出結果に基づいて、現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出する。そして、その求めた現像ガンマと現像開始電圧とから、目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、目標現像バイアスに基づいて現像バイアスを調整している。これにより、ハイライト部からベタ部までの画像濃度を安定させている。

ところで、電子写真方式画像形成装置において、感光体などの潜像担持体を帯電させる帯電方式として、接触ＤＣ帯電方式がある。接触ＤＣ帯電ローラ方式は、スコロトロン帯電方式や、接触ＡＣ或いは非接触ＡＣ帯電ローラ方式に比べ、構成がシンプルでコストが安い利点がある。しかしながら、上記接触ＤＣ帯電ローラ方式は、他の方式と比べ、例えばローラ汚れによる抵抗変動、潜像担持体との接触ニップ幅（放電領域幅）変動などの原因により、経時で潜像担持体を均一に帯電させることが困難な方式である。さらに、初期であっても帯電ローラの表面性（特に表面粗さ）により、潜像担持体に電荷を均一に与えることができないため微小な電位ムラが発生し、潜像担持体の地肌部（非露光部）にトナーが付着する、いわゆる地汚れが発生しやすい。

この地汚れを発生させないためには、「帯電処理された潜像担持体の地肌部（非露光部）の帯電電位」と「潜像担持体の潜像部（露光部）にトナーを現像させるために印加する現像バイアス」との差（以下、地肌ポテンシャルという）を大きくすることが有効である。現像方式としてキャリアを用いない一成分現像方式を用いる場合には、地肌ポテンシャルを大きくとっても問題は発生しない。しかし、キャリアを用いる二成分現像方式を用いた場合には、地肌ポテンシャルを大きくしすぎると、キャリアが潜像担持体の地肌部に現像される、いわゆるキャリア付着が発生する。このように、二成分現像方式を用いた場合には、地肌ポテンシャルを小さくすると地汚れが発生し、地肌ポテンシャルを大きくするとキャリア付着が発生するという問題があった。

このキャリア付着を発生させないためには、比較的大きな粒径のキャリアや抵抗の高いキャリアを用いるのが有効である。しかし、粒径の大きなキャリア、抵抗の高いキャリアを用いた場合は、潜像担持体上の潜像を忠実に現像することができず、画像品質が劣ってしまうことが問題となる。

このような理由から、接触ＤＣ帯電ローラ方式と二成分現像方式を組み合わせた方式は、画像品質を優先するカラー画像形成装置に採用することが難しく、画像品質が劣っても許されるモノクロ画像形成装置に採用されることが多かった。しかしながら、近年、安価で、且つ高品質な画像を得ることができるカラー画像形成装置の需要が高まっており、接触ＤＣ帯電ローラ方式と、小粒径・低抵抗キャリアを用いた二成分現像方式とを組み合わせて採用したカラー画像形成装置の実用化が求められている。

なお、特許文献１に記載される画像形成装置では、地汚れとキャリア付着の両方を抑制することはできない。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものである。その目的は、接触ＤＣ帯電ローラ方式と、小粒径・低抵抗キャリアを用いた二成分現像方式とを採用した画像形成装置においても、地汚れとキャリア付着の発生を抑制し、高品質な画像を得ることができる画像形成装置及び画像濃度制御方法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、帯電した潜像担持体表面を露光することにより潜像を形成する潜像形成手段と、少なくともトナーを含有する現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加しながら該現像剤担持体上のトナーを該潜像担持体上の潜像に転移させて該潜像を現像する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像若しくは該潜像担持体から転写体に転写されたトナー像に対する単位面積当たりのトナー付着量を検出する付着量検出手段と、互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を形成し、それら複数のパッチ状トナー像に対するトナー付着量を該付着量検出手段によって検出した結果に基づいて、画像を形成する際の作像条件を決定する出力画像作像条件決定処理を所定のタイミングで実施する制御手段とを備える画像形成装置において、上記制御手段は、パッチ状トナー像からなるパッチパターン像の露光電位と上記付着量検出手段の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し、該現像ガンマと該現像開始電圧とから、目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている目標現像開始電圧との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し、該目標帯電電位を補正することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を形成するパッチパターン像形成工程と、前記パッチパターン像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出工程と、該トナー付着量検出工程で検出した検出値に基づいて作像条件を調整することで画像濃度を制御する制御工程とを有する画像濃度制御方法において、上記制御工程は、上記パッチパターン像の露光電位と上記トナー付着量の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し、該現像ガンマと該現像開始電圧とから目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている現像開始電圧の狙い値との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し、該目標帯電電位を補正する工程であることを特徴とするものである。

本発明は、接触ＤＣ帯電ローラ方式と、小粒径・低抵抗キャリアを用いた二成分現像方式とを採用した画像形成装置においても、地汚れとキャリア付着の発生を抑制し、高品質な画像を得ることができるという優れた効果がある。

本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図。 同プリンタの画像形成ユニットの構成を示す構成図。 同プリンタにおける画像濃度制御に関わる制御系を示すブロック図。 画像濃度制御の主要な処理の流れを示すフローチャート。 転写搬送ベルト上のパッチパターン像を説明する模式図。 現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す特性図。 現像ポテンシャルと地肌ポテンシャルを説明する特性図。 従来の画像濃度制御と本実施形態に係るプリンタの画像濃度制御を比較するための、地肌ポテンシャルに対する地汚れとキャリア付着の特性を示す特性図。 図９（ａ）（ｂ）は、地肌ポテンシャルの経時におけるシフトについて説明するための、地肌ポテンシャルに対する地汚れとキャリア付着の特性を示す特性図。 常温環境下で１５０Ｋ枚通紙を行ったときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目的地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図。 高温高湿環境下で１５０ｋ枚通紙したときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目標地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図。 低温低湿環境下で１５０ｋ枚通紙したときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目標地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図。 （ａ）（ｂ）は、高温高湿環境での制御方法について説明する特性図。 （ａ）（ｂ）は、低温低湿環境での制御方法について説明する特性図。

以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態の一例として、電子写真方式のプリンタについて説明する。まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図である。図１に示すように、このプリンタは、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備えている。以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、黒を示す。Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの色順は、図１に限るものでなく、他の並び順であっても構わない。

図２は、本プリンタの画像形成ユニットの構成を示す構成図である。図２に示すように、画像形成ユニット１Ｙに備えられた潜像担持体たる感光体ドラム２Ｙの周囲には、帯電手段たる帯電ローラ３Ｙ、現像手段たる現像装置４Ｙ、クリーニング装置５Ｙなどが配設されている。帯電装置３Ｙには、接触ＤＣ帯電ローラ方式を採用している。なお、帯電装置３Ｙには、接触ＡＣ帯電ローラ方式や非接触帯電ローラ方式などの他の方式を採用することもできる。現像装置４Ｙ内には、イエロートナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤が収容されている。ここで用いられている二成分現像剤は、トナーの粒径４．９μｍ〜５．５μｍ、キャリアのブリッジ抵抗１２．１［ＬｏｇΩ・ｃｍ］以下となる小粒径・低抵抗キャリアからなる二成分現像剤である。また、現像装置４Ｙは、感光体ドラム２に対向した現像剤担持体たる現像ローラ４ａＹ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、図示しないトナー濃度センサ等から構成される。現像ローラ４ａＹは、外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。

なお、画像形成ユニット１Ｙでは、感光体ドラム２Ｙと、その周囲に配設される帯電装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、クリーニング装置５Ｙとが１つのユニットとして共通の支持体に支持されるプロセスカートリッジとして構成されている。これにより、画像形成ユニット１Ｙは、プリンタ本体に対して着脱可能になっており、その寿命到達持に一度に消耗部品を交換できるようになっている。他の画像形成ユニット１Ｃ、１Ｍ、１Ｋについても、現像剤として、互いに異なる色のシアン、マゼンダ、黒トナーを用いるが、それ以外は同様の構成である。

画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの下方には、潜像形成手段たる光書込ユニット６が配設されている。光書込ユニット６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋの表面にレーザー光Ｌを走査しながら照射する。この照射により、感光体ドラム２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ上に、イエロー、シアン、マゼンダ、黒の静電潜像が形成される。

画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの上方には、各画像形成ユニット１のトナー像を転写搬送ベルト７を介して転写紙Ｓに転写する中間転写ユニット８が配置されている。転写搬送ベルト７は、複数のローラに張架されながら、少なくともいずれか１つのローラの回転駆動によって図中時計回り方向に無端移動せしめられる。中間転写ユニット８は、転写搬送ベルト７の他、一次転写ローラ９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置１０、二次転写バックアップローラ１１、後述する反射型フォトセンサ２０などを備えている。一次転写ローラ９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋは、転写搬送ベルト７を感光体２との間に挟み込んで、それぞれ一次転写ニップを形成している。また、中間転写ユニット８おいては、画像形成ユニット１Ｋよりも転写搬送ベルト移動方向下流側で、二次転写バックアップローラ１１に対向するように、二次転写ローラ１２を備えている。二次転写ローラ１２は、二次転写バックアップローラ１１との間に転写搬送ベルト７挟み込んで二次転写ニップを形成している。

また、二次転写ローラ１２の上方には、定着ユニット１３を備えている。定着ユニット１３は、対向配置された定着ローラと加圧ローラとを備えている。定着ローラは、ハロゲンヒータを内蔵し、定着ローラ表面が所定の温度となるように、図示しない電源からのヒータへ電力が供給され、加圧ローラとの間に定着ニップを形成している。

プリンタ本体の下部には、出力画像が記録される記録媒体たる転写紙Ｓが複数枚載置された給紙カセット１４ａ、１４ｂ、図示しない給紙ローラ、レジストローラ対１５などを備えている。また、プリンタ本体の側面には、側面から手差しで給紙を行う手差しトレイ１４ｃが備えられている。また、中間転写ユニット８と定着ユニット１３の右側には、両面印刷時に転写紙Ｓを再び二次転写ニップへ搬送する両面ユニット１６が備えられている。

プリンタ本体の上部には、画像形成ユニット１の現像装置４へトナーを補給するトナー補給容器１７Ｙ、１７Ｃ、１７Ｍ、１７Ｋが備えられている。また、プリンタ本体には、図示していない廃トナーボトル、電源ユニットなども備えられている。

次に、プリンタの動作について説明する。先ず、帯電装置３Ｙの帯電ローラに図示しない電源より所定の電圧が印加されて、対向する感光体ドラム２Ｙ表面を帯電する。所定の電位に帯電した感光体ドラム２Ｙ表面には、引き続いて光書込ユニット６により画像データに基づくレーザー光Ｌが走査され、静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体ドラム２Ｙ表面が現像装置４Ｙに到達すると、感光体ドラム２Ｙと対向配置される現像ローラ４ａＹにより、感光体ドラム２Ｙ表面の静電潜像にトナーが供給されて、トナー像が形成される。現像装置３Ｙ内には、図示しないトナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給容器１７Ｙからトナーが補給される。

上記の動作が画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ全てに同様にして所定のタイミングで行われ、感光体ドラム２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ表面にはそれぞれ所定の色のトナー像が形成される。各感光体ドラム２上のトナー像は、一次転写ニップ部で転写搬送ベルト７に順次転写されていく。このトナー像の転写は、一次転写ローラ９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋに、図示しない電源より感光体ドラム２上のトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。

転写紙Ｓは、給紙カセット１４ａ、１４ｂ、もしくは手差しトレイ１４ｃのいずれかから搬送され、レジストローラ対１５に到達したところで一端停止する。そして、所定のタイミングに合せて、転写紙Ｓはレジストローラ対１５より二次転写ニップへ向けて搬送される。

転写搬送ベルト７上に重ね合わされた４色のトナー像は、二次転写ローラ１２と転写搬送ベルト７の二次転写ニップで転写紙Ｓに転写される。このトナー像の転写は、二次転写ローラ１２に図示しない電源より転写搬送ベルト７上のトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。転写紙Ｓは二次転写ニップにより定着ユニット１３へ搬送され、転写紙Ｓ上のトナー像は、定着ニップにて定着ローラからの熱により加熱定着される。トナー像が定着せしめられた転写紙Ｓは、片面印刷の場合、各搬送ローラによって機外に排出される。両面印刷の場合には、転写紙Ｓは、各搬送ローラによって両面ユニット１６へ搬送されて反転され、先に画像が形成された面とは反対側の面に、上述したように画像が形成された後に機外に排出される。

ところで、上記プリンタにおいては、環境変動や経時における画像品質の安定化を図るため、感光体ドラム２上に複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を現像し転写搬送ベルト７に転写する。その後、転写搬送ベルト７上のパッチパターン像における個々のパッチ状トナー像に対するトナー付着量を、反射型フォトセンサ２０で検出し、その検出結果に基づき画像形成条件の制御を行っている。図３は、画像濃度制御に関わる制御系を示すブロック図である。図４は、画像濃度制御の主要な処理の流れを示すフローチャートである。

本実施形態に係るプリンタの制御部３０は、図３に示すように、それぞれ電気的に接続された画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ、光書込ユニット６、給紙カセット１４、レジストローラ対１５、中間転写ユニット８、反射型フォトセンサ２０などを制御する。また、この制御部３０は、演算部などを制御するＣＰＵ３０ａと、データを記憶するＲＡＭ３０ｂとを備えている。

上記反射型フォトセンサ２０は、転写搬送ベルト７や転写搬送ベルト７上の後述するパッチ状トナー像の光反射率に応じた信号を出力するように構成されている。この反射型フォトセンサには、拡散光検出型か正反射光検出型のうち、転写搬送ベルト７の表面の反射光量と、パッチ状トナー像の反射光量との差を十分な値にし得る方が用いられる。なお、本プリンタでは、反射型フォトセンサ２０として、カラートナーの高濃度部を検知できる点で望ましい拡散光検出型を用いた。

上記制御部３０は、図示しない主電源の投入時や、所定時間経過した後の待機時、所定枚数以上のプリントを出力したあとの待機時など、所定のタイミングで、各画像形成ユニット１の作像性能を試験するように構成されている。具体的には、この所定のタイミングが到来すると、まず、制御部３０では、図４に示すように、通紙枚数、印字率、温度、湿度などの環境情報を取得する（ステップＳ１）。

そして、本実施形態に係るプリンタの現像特性を得るべく、現像ガンマγと現像開始電圧を算出する（ステップＳ２）。具体的には、次のように行う。まず、感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを回転しながら一様に帯電せしめる。この帯電については、通常のプリント時における一様な帯電（例えば−７００Ｖ）とは異なり、その電位を負極性側で徐々に絶対値を大きくしていく。そして、上記光書込ユニット６によるレーザー光Ｌの走査によって感光体ドラム２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ上にパッチ状トナー像用の静電潜像を形成しながら、現像装置１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋで現像する。この現像により、各色のパッチ状トナー像が感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上に形成される。なお、現像の際に、制御部３０は、それぞれの現像装置４の現像ローラ４ａに印加される現像バイアスの値も負極性側で徐々に絶対値を大きくしていくように制御する。

これら各色のパッチ状トナー像は、例えば図５に示すように、転写搬送ベルト７上に重なり合わずに並ぶように転写される。この転写により、転写搬送ベルト７上には各色のパッチ状トナー像から構成されるパッチパターン像が形成される。このパッチパターン像Ｐ中の各パッチ状トナー像は、転写搬送ベルト７の無端移動に伴って反射型フォトセンサ２０との対向位置を通過する際、その光反射量が検知され、電気信号として上記制御部３０に出力される。制御部３０は、反射型フォトセンサ２０から順次送られてくるこの出力信号に基づいて、各パッチ状トナー像の光反射率を演算し、画像濃度データ（トナー付着量）としてＲＡＭ３０ａに格納していく。また、反射型フォトセンサ２０との対向位置を通過した上記パッチパターン像Ｐは、上記クリーニング装置１０によってクリーニングされる。

次に、ＲＡＭ３０ａに格納した画像濃度データ（トナー付着量）と、別途ＲＡＭ１５０ｂに格納した露光電位（潜像電位）のデータとから、図６に示す直線近似式（Ｙ＝Ａ×Ｘ＋Ｂ）を算出する。Ｘ軸は、露光電位Ｖｌから、そのときに印加した現像バイアスＶｂを減じた値、すなわち現像ポテンシャル（Ｖｌ?Ｖｂ）を示す。Ｙ軸は、単位面積当たりのトナー付着量を示す。図６には、パッチ状トナー像の数に対応した数だけ、Ｘ?Ｙ平面上にデータがプロットされる。そのプロットされた複数のデータから、直線近似をおこなうＸ?Ｙ平面上の区間を決定する。その後、その区間内で、最小自乗法をおこなって直線近似式（Ｙ＝Ａ×Ｘ＋Ｂ）を得る。このとき直線近似式に基づいて、現像ガンマγと現像開始電圧Ｖｋが算出される。現像ガンマγは直線近似式の傾きとして算出され（γ＝Ａ）、現像開始電圧Ｖｋは直線近似式とＸ軸との交点として算出される（Ｖｋ＝−Ｂ／Ａ）。こうして、本実施形態に係るプリンタにおける現像特性が算出される（ステップＳ２）。

次に、求めた現像特性に基づいて、帯電電位Ｖｄの目標値（目標帯電電位）と、露光電位Ｖｌの目標値（目標露光電位）と、現像バイアスＶｂの目標値（目標現像バイアス電位）とが算出される（ステップ３）。目標帯電電位及び目標露光電位は現像ガンマγと帯電電位Ｖｄ及び露光部電位Ｖｌとの関係を予め定めたテーブルに基づいて定める。これにより、現像ガンマγに適した目標帯電電位及び目標露光電位を選択することができる。目標現像バイアス電位は、求めた現像ガンマγと現像開始電圧Ｖｋとから最大トナー付着量を得るための現像ポテンシャルを求め、現像ポテンシャルを得るように目標帯電電位及び目標露光電に基づいて定める。上述した制御はイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色について行われる。

ここで、地肌ポテンシャルについて説明する。図７は、現像ポテンシャルと地肌ポテンシャルを説明する特性図である。図７に示すように、地肌ポテンシャルとは、帯電電位Ｖｄと現像バイアスＶｂの差分であり、画像の非画像部（地肌部分）に対応する。地肌ポテンシャルが小さいと地汚れが悪く、地肌ポテンシャルが大きいとキャリア付着が悪くなるため適切な地肌ポテンシャルを設定する必要がある。

図８は、従来の画像濃度制御と本実施形態に係るプリンタの画像濃度制御を比較するための、地肌ポテンシャルに対する地汚れとキャリア付着の特性を示す特性図である。図４で示したステップＳ３までの工程及び図６で示した画像濃度制御は、従来行われてきたものである。しかし、図８に示すように、従来の画像濃度制御で算出される地肌ポテンシャル（図中一点鎖線１００で示す）は、地汚れとキャリア付着に対して最適な地肌ポテンシャルになるとは限らない。図６中、点線１０１で示すように、最適な地肌ポテンシャルは小さい値の方にシフトする。このように、経時での温湿度の変化や、帯電ローラやキャリアの劣化など、環境条件が変化した場合、従来の画像濃度制御で求めた地肌ポテンシャルは、最適な地肌ポテンシャルとならない虞がある。

図９（ａ）（ｂ）は、地肌ポテンシャルの経時におけるシフトについて説明するための、地肌ポテンシャルに対する地汚れとキャリア付着の特性を示す特性図である。図９（ａ）（ｂ）に示すように、現像剤の性質として、地汚れは初期に比べて経時の方が悪く、逆にキャリア付着（エッジキャリア付着）は経時に比べて初期の方が悪い状態である。そのため、現像剤の使用に伴って、最適な地肌ポテンシャルは大きな値の方にシフトする。また一般的に、高温高湿環境では、トナーの帯電量が低いために地汚れが悪化し、逆に低温低湿環境では、キャリア付着が不利になる。このため、本実施形態に係る画像濃度制御においては、地肌ポテンシャルを初期／経時＋環境で最適な値にシフトさせる。

既に実験によって地肌汚れとキャリア付着を目標以下にするのに最適な地肌ポテンシャルは各条件において求められている。そのため、帯電ローラやキャリアの劣化及び温湿度の変化などの環境情報があれば、ある程度の補正は可能である。しかし、実験時との誤差や予想外の因子により最適な地肌ポテンシャルが変動する可能性がある。一方、現像開始電圧Ｖｋは感光体ドラム２上への現像が開始される電圧として考えることができるので、現像開始電圧Ｖｋ以上の地肌ポテンシャルがないと地汚れが悪くなると考えられる。

そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、図４に示すように、ステップＳ３の工程後に、狙いの現像開始電圧Ｖｋ’を決定する（ステップＳ４）。狙いの現像開始電圧Ｖｋ’はあらかじめ実験により環境情報と紐付けされテーブル化されており、最初に取得した環境情報からテーブルを参照して狙いの現像開始電圧Ｖｋ’を決定する。そして、現像開始電圧Ｖｋと狙いの現像開始電圧Ｖｋ’との差分の量で区分を決定する（ステップＳ５）。例えば、後述するように、現像開始電圧Ｖｋが狙いの現像開始電圧Ｖｋ’に対して＋４０Ｖ以上離れていれば区分１、＋４０Ｖ未満＋２０Ｖ以上で区分２、＋２０Ｖ未満０Ｖ以上で区分３というように区分分けする。そして、現像開始電圧Ｖｋがどの区分にあるか特定し、区分毎に補正量を決定する（ステップＳ６）。次に、ステップＳ３で求めた帯電電位Ｖｄと現像バイアスＶｂとから算出される地肌ポテンシャルに対して、ステップＳ５で決定された補正量を加算して目標地肌ポテンシャルを算出する。そして、この目標地肌ポテンシャルが得られるように帯電バイアスＶｃを決定する（９ステップＳ７）。

以下、現像開始電圧Ｖｋの推移と目標地肌ポテンシャルについて具体的に説明する。図１０は、常温環境下で１５０Ｋ枚通紙を行ったときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目的地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図である。図１０に示すように、常温環境下では通紙枚数による現像開始電圧Ｖｋの変動はほとんどない。よって、地肌ポテンシャルを変動させる必要もない。

図１１は高温高湿環境下で１５０ｋ枚通紙したときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目標地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図である。図１１に示すように、高温高湿環境では１００ｋ枚を超えると現像開始電圧が１００Ｖを超え、通常の地肌ポテンシャル１２５Ｖでは地汚れする可能性がある。特に１２５ｋ以降ではＶｋ＝１２５Ｖ以上のプロットがあり、転写紙の地肌に現像してしまう。このため地肌ポテンシャルを大きな値にシフトさせたい。ただし、初期に地肌ポテンシャルをあげるとエッジキャリア付着が悪化するため、７５Ｋ、１２５Ｋ枚にて段階的に地肌ポテンシャルを大きくシフトさせるのがよい。

図１２は、低温低湿環境下で１５０ｋ枚通紙したときの現像開始電圧Ｖｋの推移と目標地肌ポテンシャルとの関係を示す特性図である。図１２に示すように、低温低湿環境ではＶｋの値が小さくなることが多く、地肌汚れ余裕度が高いため、地肌ポテンシャルを小さくすることが可能である。また、キャリア付着余裕度を上げるため、副作用が出ない程度に地肌ポテンシャルを小さくしたい。そこで、７５ｋ枚、１１５Ｋ枚で段階的に地肌ポテンシャルを小さくシフトさせるのがよい。

次に、現像開始電圧の狙い値を基準とした区分分けについて具体的に説明する。図１３（ａ）（ｂ）は、高温高湿環境での制御方法について説明する特性図である。高温高湿環境下では、図１３（ａ）に示すように、１５０Ｋ通紙を行うと経時で現像開始電圧Ｖｋが推移する。ここでは、見やすいようにプロット数を減らしているが、図１１に示すように、現像開始電圧Ｖｋの算出は随時行っている。そして、上述したように、予め取得されている高温高湿となる環境情報からテーブルを参照して、現像開始電圧の狙い値Ｖｋ’を７５Ｖと決定する。この現像開始電圧Ｖｋ’の狙い値から２５Ｖ間隔（各環境で可変）で区分を設ける。本実施形態に係る制御方法では、６区分を設けることとし、区分毎に下記のように補正値を決定する。図１３では、通紙枚数０ｋ枚で区分１、通紙枚数１２５ｋ枚で区分６のように推移している。そして、補正前の算出された地肌ポテンシャル（１１９Ｖ）に対して以下の補正値を加算し、図１３（ｂ）に示すような目標地肌ポテンシャルを導出することができる。
区分１→＋３１Ｖ
区分２→＋１８．５Ｖ
区分３→＋６Ｖ
区分４→−６Ｖ
区分５→−１８．５Ｖ
区分６→−３１Ｖ

図１４（ａ）（ｂ）は、低温低湿環境での制御方法について説明する特性図である。高温高湿環境では地肌汚れを回避するために地肌ポテンシャルを主に上げる制御であったが、低温低湿環境については、地肌汚れは問題となることが少なくキャリア付着を回避するような制御としたい。特にベタキャリア付着は経時で悪化しやすく、特に低温低湿環境においては地肌ポテンシャルを可能な限り低くして使用したい。以上の理由から、本実施形態に係る制御方法では、予め取得されている低温低湿となる環境情報からテーブルを参照して、現像開始電圧の狙い値Ｖｋ’を−５０Ｖと決定する。この現像開始電圧Ｖｋ’の狙い値から２５Ｖ間隔（各環境で可変）で区分を設ける。本実施形態に係る制御方法では、６区分を設けることとし、区分毎に下記のように補正値を決定する。図１４では、通紙枚数０ｋ枚で区分６、通紙枚数１２５ｋ枚で区分３のように推移している。そして、補正前の算出された地肌ポテンシャル（７５Ｖ）に対して以下の補正値を加算し、図１１（ｂ）に示すような目標地肌ポテンシャルを導出することができる。本実施形態に係る制御方法では、安全に地肌ポテンシャルを下げられる量だけ下げるという思想の制御を可能とすることができる。
区分１→０Ｖ
区分２→０Ｖ
区分３→０Ｖ
区分４→−２５Ｖ
区分５→−５０
区分６→−７５Ｖ

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
感光体ドラム２などの潜像担持体と、該潜像担持体を所定の帯電電位に帯電させる帯電装置３などの帯電手段と、帯電した潜像担持体表面を露光することにより潜像を形成する光書込ユニット６などの潜像形成手段と、少なくともトナーを含有する現像剤を担持する現像ローラ３ａなどの現像剤担持体に現像バイアスを印加しながら該現像剤担持体上のトナーを該潜像担持体上の潜像に転移させて該潜像を現像する現像装置３などの現像手段と、該潜像担持体上のトナー像若しくは該潜像担持体から転写体に転写されたトナー像に対する単位面積当たりのトナー付着量を検出する反射型フォトセンサ２０などの付着量検出手段と、互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像Ｐなどのパッチパターン像を形成し、それら複数のパッチ状トナー像に対するトナー付着量を該付着量検出手段によって検出した結果に基づいて、画像を形成する際の作像条件を決定する出力画像作像条件決定処理を所定のタイミングで実施する制御部３０などの制御手段とを備える画像形成装置において、上記制御手段は、パッチ状トナー像からなるパッチパターン像の露光電位と上記トナー付着量検出手段の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し、該現像ガンマと該現像開始電圧とから、目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている目標現像開始電圧との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し、該目標帯電電位を補正する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、接触ＤＣ帯電ローラ方式と、小粒径・低抵抗キャリアを用いた二成分現像方式とを採用した画像形成装置においても、地汚れとキャリア付着の発生を抑制することができる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）の画像形成装置において、上記制御手段が用いる環境情報は、出力画像の画像形成枚数の履歴情報である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、経時でのキャリア付着の悪化に対しても、適切な地肌ポテンシャルになるように補正量を設定することでこれを抑制することができる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）の画像形成装置において、上記制御手段が用いる環境情報は、温度及び／又は湿度条件である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、高温高湿度や低温低湿度などの環境変化に対しても、適切な地肌ポテンシャルになるように補正量を設置することで、地肌汚れやキャリア付着の発生を抑制することができる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）（態様Ｂ）又は（態様Ｃ）の画像形成装置において、上記制御手段は、現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている目標現像開始電圧との差分と、地肌ポテンシャルの補正量とをテーブル化している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、演算の効率化により印刷速度の向上を図ることができる。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）（態様Ｂ）（態様Ｃ）又は（態様Ｄ）の画像形成装置において、上記トナー付着量検出手段は、拡散光検出型光学センサである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、精度よく簡易的に、パッチパターン像のトナー付着量を測定できる。
（態様Ｆ）
互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像Ｐなどのパッチパターン像を形成するパッチパターン像形成工程と、前記パッチパターン像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出工程と、該トナー付着量検出工程で検出した検出値に基づいて作像条件を調整することで画像濃度を制御する制御工程とを有する画像濃度制御方法において、上記制御工程は、上記階調パターンの露光電位と上記トナー付着量の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し（ステップＳ２）、該現像ガンマと該現像開始電圧とから目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め（ステップＳ３）、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている現像開始電圧の狙い値との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し（ステップＳ５、Ｓ６）、該目標帯電電位を補正する（ステップＳ７）工程である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、接触ＤＣ帯電ローラ方式と、小粒径・低抵抗キャリアを用いた二成分現像方式とを採用した画像形成装置においても、地汚れとキャリア付着の発生を抑制することができる。
（態様Ｇ）
（態様Ｆ）の画像濃度制御方法において、上記制御工程では、環境情報に出力画像の画像形成枚数の履歴情報を用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、経時でのキャリア付着の悪化に対しても、適切な地肌ポテンシャルになるように補正量を設定することでこれを抑制することができる。
（態様Ｈ）
（態様Ｆ）の画像濃度制御方法において、上記制御工程では、環境情報に温度及び／又は湿度条件を用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、高温高湿度や低温低湿度などの環境変化に対しても、適切な地肌ポテンシャルになるように補正量を設置することで、地肌汚れやキャリア付着の発生を抑制することができる。
（態様Ｉ）
（態様Ｆ）（態様Ｇ）又は（態様Ｈ）の画像濃度制御方法において、上記制御工程では、上記環境情報と該環境情報に基づき得られている現像開始電圧の狙い値との差分と、地肌ポテンシャルの補正量とをテーブル化している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、演算の効率化により印刷速度の向上を図ることができる。
（態様Ｊ）
（態様Ｆ）（態様Ｇ）（態様Ｈ）又は（態様Ｉ）の画像濃度制御方法において、上記基準パターンのトナー付着量を検出する検出センサとして、拡散光検出型光学センサを用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、精度よく簡易的に、パッチパターン像のトナー付着量を測定できる。

１ 画像形成ユニット
２ 感光体ドラム
３ 帯電装置
４ 現像装置
５ クリーニング装置
６ 転写搬送ベルト
２０ 反射型フォトセンサ
Ｐ パッチパターン像

特許第４２４８２２８号公報

Claims (10)

1. 潜像担持体と、該潜像担持体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、帯電した潜像担持体表面を露光することにより潜像を形成する潜像形成手段と、少なくともトナーを含有する現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加しながら該現像剤担持体上のトナーを該潜像担持体上の潜像に転移させて該潜像を現像する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像若しくは該潜像担持体から転写体に転写されたトナー像に対する単位面積当たりのトナー付着量を検出する付着量検出手段と、互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を形成し、それら複数のパッチ状トナー像に対するトナー付着量を該付着量検出手段によって検出した結果に基づいて、画像を形成する際の作像条件を決定する出力画像作像条件決定処理を所定のタイミングで実施する制御手段とを備える画像形成装置において、
   上記制御手段は、パッチ状トナー像からなるパッチパターン像の露光電位と上記付着量検出手段の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し、該現像ガンマと該現像開始電圧とから、目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている目標現像開始電圧との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し、該目標帯電電位を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記制御手段が用いる環境情報は、出力画像の画像形成枚数の履歴情報であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１の画像形成装置において、
   上記制御手段が用いる環境情報は、温度及び／又は湿度条件であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２又は３の画像形成装置において、
   上記制御手段は、現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている目標現像開始電圧との差分と、地肌ポテンシャルの補正量とをテーブル化していることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２、３又は４の画像形成装置において、
   上記付着量検出手段は、拡散光検出型光学センサであることを特徴とする画像形成装置。
6. 互いに異なる作像条件で現像した複数のパッチ状トナー像からなるパッチパターン像を形成するパッチパターン像形成工程と、前記パッチパターン像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出工程と、該トナー付着量検出工程で検出した検出値に基づいて作像条件を調整することで画像濃度を制御する制御工程とを有する画像濃度制御方法において、
   上記制御工程は、上記パッチパターン像の露光電位と上記トナー付着量の検出結果とから現像ポテンシャルとトナー付着量との直線近似式を求め、該直線近似式の傾きから現像ガンマと現像開始電圧とを算出し、該現像ガンマと該現像開始電圧とから目標帯電電位と目標露光電位と目標現像バイアスとを定め、該現像開始電圧と環境情報に基づき予め得られている現像開始電圧の狙い値との差分により、該目標帯電電位と該目標現像バイアスとの差分である地肌ポテンシャルの補正量を決定し、該目標帯電電位を補正する工程であることを特徴とする画像濃度制御方法。
7. 請求項６の画像濃度制御方法において、
   上記制御工程では、環境情報に出力画像の画像形成枚数の履歴情報を用いることを特徴とする画像濃度制御方法。
8. 請求項６の画像濃度制御方法において、
   上記制御工程では、環境情報に温度及び／又は湿度条件を用いることを特徴とする画像濃度制御方法。
9. 請求項６、７又は８の画像濃度制御方法において、
   上記制御工程では、上記現像開始電圧と上記環境情報に基づき得られている現像開始電圧の狙い値との差分と、地肌ポテンシャルの補正量とをテーブル化していることを特徴とする画像濃度制御方法。
10. 請求項６、７、８又は９の画像濃度制御方法において、
    上記パッチパターン像のトナー付着量を検出する検出センサとして、拡散光検出型光学センサを用いることを特徴とする画像濃度制御方法。

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