JP6747041B2 - 制御手段及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御手段及び画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機等の画像形成装置において、形成画像の濃度安定化を目的として非画像形成時に画像形成条件の調整を行うことが知られている。具体的には、像担持体（例えば感光体ドラム）上や中間転写体（例えば中間転写ベルト）上に濃度検出用のトナー像を形成してそのトナー付着量を検出し、このときのトナー付着量とそれを与える画像形成条件（帯電バイアス、現像バイアス、露光光量）とから画像形成時の画像形成条件を決定する技術が広く知られている。

しかし上述の調整動作中は、画像形成動作が行えず画像形成のダウンタイムが増加するという問題がある。そこで、画像形成中に画像形成条件を基にトナー濃度検出用のトナー像を画像領域外に形成することで、画像形成のダウンタイムを抑制しながらトナー付着量を維持する技術が知られている。具体的には、ダウンタイム抑制の目的で、画像形成中に調整用トナー像を形成する場合に、記録材の搬送間隔を大きくすることで先行する記録材の後端とこれに続く記録材の先端との間に対応する領域に調整用トナー像を形成する第１のモードと、所定サイズの記録材の搬送領域に対して搬送方向と直交する方向に外れた領域に調整用トナー像を対応する第２のモードとを記録材幅方向のサイズに応じて選択可能である構成が開示されている（例えば「特許文献１」参照）。

また、非画像形成時に階調パターンを作成し、この階調パターンの現像ポテンシャルとトナー付着量とから現像γを算出し、現像γの情報から次回画像形成時の作像条件とトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを決定する第１の濃度制御と、第１の画像濃度制御により決定した作像条件を基にトナーパターンを形成し、このトナーパターンのトナー付着量を光学センサで検出してトナー付着量情報から第３の画像濃度制御のトナー付着量目標値を算出する第２の濃度制御と、画像形成中に第１の濃度制御により決定した作像条件と同一の作像条件かつ単一濃度のパターンを作成し、これを光学センサで検出してこのトナー付着量の情報と第２の画像濃度制御により決定したトナー付着量目標値の情報とから次回画像形成時の画像形成条件を決定する第３の濃度制御とを備えた画像濃度制御方法が知られている。

上述の構成により、現像バイアスＶｂ／感光体電位Ｖｄ、またはレーザダイオード出力、あるいはトナー濃度等の画像形成条件を変更することにより、温度に変動があった場合においても画像濃度変動を抑制することが可能となる。

一方、最近の画像形成装置では、定格電流上下限値を低減した低コストレーザダイオードの使用時において、高線速時にはレーザダイオードを連続駆動させて低線速時にレーザダイオードへデューティ制御した入力電圧を印加することにより露光光量を制御する方式が採用されている。
この方式において、レーザダイオードの出力時に初期化を行っているが、レーザダイオードを駆動する基板の温度が上昇すると基板の特性が変動して初期化する際の基準値にずれが生じてしまう。また、基準値はパルス幅が小さい（点灯期間が短い）場合または駆動時に印加する電圧の値が小さい場合には、レーザダイオードのオンオフ応答性が変化するために特性が大きく変わり易く、出力の変動幅が大きくなってしまう。そのため、温度上昇に起因するレーザダイオード光量のばらつきが大きくなってしまい、ベタ濃度やハーフトーン濃度の変動が発生してしまう。

上述の問題点に対し、従来の制御同様、現像バイアスＶｂ／感光体表面電位Ｖｄ、レーザダイオード出力、トナー濃度等の画像形成条件を変更する方法では、次のような問題点があった。それは、高線速、低線速、高線速とジョブが繰り返されるような場合において、低線速での画像に温度上昇を起因とするレーザダイオード光量のばらつきが生じた場合には、低線速時のみ画像濃度が安定しないだけではなく、同じ作像条件を用いる低線速直後の高線速時における画像においても画像濃度が安定しないという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決し、低コストレーザダイオードの使用時においてデューティ制御した入力電圧波形を用いても低線速ジョブ直後の高線速ジョブでの画像濃度に影響を与えることがなく、低線速ジョブにおいてデューティ駆動する基板の、温度上昇に起因する露光光量のばらつきに対する濃度変動を抑制することが可能な制御手段の提供を目的とする。

本発明は、像担持体と、前記像担持体に現像剤像を形成する画像形成手段と、前記像担持体上の前記現像剤像が転写される中間転写体と、前記中間転写体上の現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を露光する露光手段と、前記像担持体を低線速と高線速とで駆動する駆動手段と、前記中間転写体上に形成された前記現像剤像の現像剤濃度を検知する濃度検知手段とを備え、画像形成動作中に前記中間転写体上に形成された調整用現像剤像の現像剤濃度を前記濃度検知手段により検知可能であり、前記露光手段は前記低線速時に入力電圧をデューティ制御させた波形を使用する画像形成装置に用いられ、前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が低い場合には前記低線速時における前記露光手段の露光光量を増加させ、前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が高い場合には前記低線速時における前記露光光量を減少させ、前記露光手段はデューティ変調させた電圧を印加可能な基板と、前記基板の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記温度検知手段による検知温度の変動量の増加に比例して前記調整用現像剤像の作成頻度を増加させ、前記低線速時において前記露光光量を変動させた際の前記検知温度を記憶する記憶手段を有し、前記温度検知手段による検知温度が前記記憶手段に記憶された前記検知温度近傍の所定温度に達した際に前記調整用現像剤像の作成頻度を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、低線速時において画像形成動作中に作成される調整用現像剤像の濃度を一定とすることができ、低線速時における露光光量がばらつくことに起因する画像濃度変動を抑制することにより、良好な画像形成動作を継続して行うことができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 従来のレーザダイオード駆動を行って横ラインを露光する場合を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略図である。 本発明の一実施形態おける第１の画像濃度制御を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態にて作成される階調パターンレイアウトを説明する概略図である。 本発明の一実施形態における現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御時に形成されるトナーパターンを説明する概略図である。 本発明の一実施形態における第３の画像濃度制御時に形成される他のトナーパターンを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる光学センサの正反射出力特性を示す概略図である。 本発明の一実施形態における第１の画像濃度制御時の現像γ変動を説明する概略図である。 本発明の第２の画像濃度制御を搭載した従来機の動作を説明するフローチャートである。 低線速時での書き込み光量が温度上昇によって低下した場合を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における低線速時での書き込み光量が温度上昇によって低下した場合の画像濃度制御を説明する概略図である。 実際に入力されているデューティ波形を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における立ち上がり時にオーバシュートを持たせるように大きな電流を一定時間流すことにより立ち上がり時間を低減させたデューティ波形を説明する概略図である。 スキャベンジの寄与により縦ラインに比して細くなった横ラインを示す概略図である。 低線速時における横ラインの露光駆動電圧においてオーバシュート量が存在するデューティ駆動波形とした場合に横ライン幅が局所的に太ることを説明する概略図である。 本発明の一実施形態における作用効果を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の画像形成手段近傍の概略図である。同図において画像形成装置であるフルカラープリンタ１００の装置本体中央部には、４個のドラム状の感光体１Ｙ（イエロ），１Ｍ（マゼンタ），１Ｃ（シアン），１Ｋ（ブラック）が等間隔で並列に配設されている。以下、イエロ画像用の感光体１Ｙに着目して説明を行う。
感光体１Ｙは、駆動手段としての駆動モータ９により図１において時計回り方向に回転駆動される。駆動モータ９は、感光体１Ｙを低線速または高線速の２速で回転駆動する。感光体１Ｙの周囲には、静電写真プロセスを実行するための帯電ローラ２、現像ローラ３を有する画像形成手段としての現像装置４、クリーニング装置７等の作像手段が順に配設されている。なお、他の感光体１Ｍ．１Ｃ，１Ｋにおいても同様である。

感光体１は帯電ローラ２により表面を一様に帯電された後、レーザダイオードを有する露光手段１１により露光されて画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像装置４内の現像剤は、現像ローラ３により感光体１と対向する現像ニップ領域に搬送され、感光体１に形成された静電潜像にトナーが付着されて顕像化される。
感光体１上に形成されたトナー像は、１次転写ローラ６によって感光体上部に配置されている中間転写ベルト８上に１次転写される。そして、駆動ローラ１５が図示しない駆動手段の作動により回転駆動されることに伴う中間転写ベルト８の走行移動により、中間転写ベルト８上には各色のトナー像が順に重畳転写されて色重ねが行われる。色重ねされたトナー像は転写手段としての２次転写ローラ１２との対向部に移動し、ここで被記録媒体である転写紙に２次転写されて転写紙上にカラー画像が形成される。
クリーニング装置７は感光体１上に残留した不要なトナーをぬぐい去り、廃トナーボトルに不要なトナーを貯留する。上述の手順を繰り返すことにより、連続して画像が形成される。２次転写部よりも中間転写ベルト８の走行方向上流側には、中間転写ベルト８の表面を検知する濃度検知手段としての光学センサ１０が配設されている。

図１において、符号２１は本発明の特徴部である制御手段を示している。制御手段２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータによって構成されており、画像形成装置１００における各駆動部、主に画像濃度や露光光量に関する部位における動作を制御している。

露光手段１１は、各感光体１に対応して設けられた図示しない書き込みレーザダイオードから各感光体１に露光を行っている。従来の画像形成装置では、各感光体１の低線速と高線速との切替時には書き込みレーザダイオードの光量を一律に低減させる方式が採用されているが、本発明では図２に示すように、定格電流幅を低減したレーザダイオードを使用するために駆動電圧波形をデューティ駆動させる制御を行っている。

図３は、現像装置４の平面図である。現像装置４は現像剤担持体である現像ローラ３を有しており、現像ローラ３は感光体１に対向配置されている。また現像装置４は、第１スクリュ１３及び第２スクリュ１９からなる２軸の搬送スクリュを備えており、この２本の搬送スクリュによって現像装置４内を現像剤が循環搬送される。第１スクリュ１３が設置された部分では現像剤が現像ローラ３の表面に汲み上げられ、現像領域を通過した現像剤が戻される。第２スクリュ１９側の現像剤室の下部には、トナー濃度センサ５が配設されている。トナー濃度センサ５としては、例えば現像装置４内のトナー透磁率を測定するものが用いられる。トナー濃度制御は、トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔをトナー濃度の制御基準値Ｖｔｒｅｆと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置を作動させることによりトナー補給口２０を介して現像装置４内にトナーが補給される。トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆは、図示しないトナー濃度制御基準値算出手段によって算出される。

次に、本実施形態の制御手段２１において行われる第１ないし第３の各画像濃度制御について説明する。
第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）は、非画像形成時に感光体１上に階調パターンを作成し、この階調パターンの現像ポテンシャルとトナー付着量とから現像γを算出し、この算出値から次回画像形成時の作像条件とトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆとを決定する。
第２の画像濃度制御は、非画像形成時に第１の画像濃度制御に続いて行われ、第１の画像濃度制御により決定した作像条件で感光体１上に第１のトナーパターンを形成し、この第１のトナーパターンの付着量から付着量目標値を算出する。
第３の画像濃度制御は、第１の画像濃度制御により決定した作像条件と同一の作像条件で感光体１上に第２のトナーパターンを形成し、この第２のトナーパターンの付着量と第２の画像濃度制御により決定した付着量目標値とから、次回画像形成時の画像形成条件を決定する。

次に、本実施形態の制御手段２１で行われる第１の画像濃度制御と第２の画像濃度制御の動作内容について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、装置立ち上げとして電源投入時及び所定枚数画像形成時に各種モータや各種デバイスのバイアスがオンされ、プロセスコントロールを実行するための準備が行われる（ＳＴ０１）。次に、必要に応じて光学センサ１０のＬＥＤ電流の調整が行われる。これは、中間転写ベルト８の地肌部にＬＥＤ光を照射してその正反射光を検出し、検出した正反射光出力が４ＶとなるようにＬＥＤ電流を調整する（ＳＴ０２）。以下、この調整動作をＶｓｇ調整という。Ｖｓｇ調整はすべてのセンサに対して実施する。ただし、Ｖｓｇ調整には時間がかかるため、前回調整時のＬＥＤ電流値を用いて中間転写ベルト８の地肌部に所定の時間ＬＥＤ光を照射し、その正反射光を検出してその平均値を求める。以下、この動作をＶｓｇａｖｅ検知という。この平均値が所定の範囲内である場合には、ＬＥＤ電流の調整を行う必要はないと判断し、Ｖｓｇ調整は実行しない。

次に、トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔを取得する（ＳＴ０３）。これは、現在のトナー濃度を知るために測定するものであり、後述するトナー濃度の補正（Ｖｔｒｅｆ）に必要なものである。次に、階調パターン１４を中間転写体である中間転写ベルト８上に作成する（ＳＴ０４）。これは現像γを検出するために必要であり、本実施形態では具体的に光学センサ１０が配設された位置に対応するように作成される。階調パターン１４は、例えば図５に示すように、主走査方向の幅１０ｍｍ、副走査方向の幅１４．４ｍｍ、パターン間隔５．６ｍｍで形成される。

作成する各色の階調パターン１４の数は、ドラム（感光体）間ピッチに収まる数とすることが望ましい。これは、作成する各色の階調パターン１４の全長がドラム間ピッチよりも長くなると、他の色と重なってしまうこととなる。そのため書込の遅延を行い、他色の階調パターン１４の作成を待ってから次色の階調パターン１４の書込を開始することとなる。このような動作となると全色の階調パターン１４を作成する時間が長くなってしまい、調整動作にかかる時間が長くなる。このとき作成した階調パターン１４を基に１次関数を算出し、目標付着量に対する現像ポテンシャルを算出する。

次に、ステップＳＴ０４で作成した階調パターン１４を濃度検知手段としての光学センサ１０で検出する（ＳＴ０５）。本実施形態では、ブラックパターンは正反射光のみを検知し、シアン、マゼンタ、イエロの各パターンは正反射光と拡散反射光との両方を検知する。また光学センサ１０は図５に示すように配置しており、画像中心のセンタセンサで全色の階調パターン１４の検知を行う。

次に、光学センサ１０の検出値からトナー付着量を算出する（ＳＴ０６）。本実施形態では、正反射光を受光する受光素子と拡散反射光を受光する受光素子とを備えた光学センサ１０を使用し、高付着量のトナーパッチを検知可能に構成している。光学センサ１０は、温度変化や経時劣化等により発光素子の出力が変化したり受光素子の出力が変化したりする。さらに、中間転写ベルト８の経時劣化によっても受光素子の出力が変化する。このため、受光素子の出力値を何ら補正（校正）することなくこの値からトナー付着量を一義的に求めると、正確なトナー付着量の検知を行うことができないという問題がある。
そこで、光学センサ１０の補正制御を行って拡散反射光を受光する受光素子（拡散反射受光素子）の出力値からトナーパッチの付着量を求めている（詳細は特開２００６−１３９１８０号公報参照）。

次に、現像γと現像開始電圧Ｖｋとを求める（ＳＴ０７）。ステップＳＴ０４で求めた現像ポテンシャルとステップＳＴ０６で求めたトナー付着量との関係から、現像γ及び現像開始電圧Ｖｋを求める。図６に示すように、横軸を現像ポテンシャル、縦軸をトナー付着量とし、最小二乗法により１次直線式を求める。この１次直線式の傾きが現像γ、Ｘ切片が現像開始電圧Ｖｋである。

次に、目標トナー付着量を得るために必要な現像バイアスを求める（ＳＴ０８）。ステップＳＴ０７で求めた１次直線式に基づき、目標付着量（縦軸）から現像ポテンシャル（横軸）を求める。目標付着量は、予め所望の濃度を得るために必要な値が決められている（トナー顔料の着色度合いとトナー粒径とで決まるが、一般的には０．４〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２程度である）。そして、求めた現像ポテンシャルを現像バイアスに変換する。ここで、現像バイアスＶｂ〔−Ｖ〕＝現像ポテンシャル〔−Ｖ〕＋露光部電位Ｖ１〔−Ｖ〕として現像バイアスを求める。
ここで求めた現像バイアス値を画像部の現像バイアスＶｂとする。帯電バイアスＶｃは、キャリアが感光体に飛翔しない程度の値で予め決定されている（Ｖｂ＝４００〜７５０〔−Ｖ〕、Ｖｃ＝Ｖｂ＋１００〜２００〔−Ｖ〕程度が一般的である）。このようにして求めたＶｂ及びＶｃを作像時のバイアスとして設定する。以上説明したステップＳＴ０１〜ＳＴ０８までが第１の画像濃度制御である。

以降のステップＳＴ０９，ＳＴ１０が第２の画像濃度制御である。ステップＳＴ０９では、第１の画像濃度制御で算出した条件を基にトナーパターンを作成する。作成するトナーパターンは、後述する図８に示すトナーパターン１６と同様であり、ブラックトナーでは中間調のトナーパターンを、カラートナーではベタのトナーパターンを使用している。

次に、トナー付着量目標値を更新する（ＳＴ１０）。ステップＳＴ０９で作成したトナーパターンのトナー付着量を光学センサで検知する。その後、ステップＳＴ０６で示した変換方法と同様にセンサ出力値をトナー付着量に変換し、これをトナー付着量目標値として使用する。トナー付着量目標値を更新することにより、第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）実行間で画像濃度を一定に保つことができる。

次に、図７及び図８を用いて制御手段２１における第３の画像濃度制御（画像形成時制御）を説明する。先ず画像形成時とは、画像形成装置１００が画像出力をしているときをいう。画像形成時のトナーパターン検知は常時行ってもよいが、濃度が大きく変化することは希であり、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または画像形成装置１００の所定時間動作毎または感光体１や現像ローラ３の所定稼働距離毎にトナーパターンを作成して画像濃度制御を行うとよい。画像形成時制御では、先ずそのような作像条件タイミングにあるか否かを制御手段２１が判断する（ＳＴ１１）。

作像条件調整タイミングであると判断したときには、制御手段２１は図８に示すように画像領域の出力画像に書込を加えて、中間転写ベルト８上の主走査方向端部の非画像領域の端部に調整用現像剤像としてのトナーパターン１６を形成する（ＳＴ１２）。第１及び第２の画像濃度制御時に形成される階調パターン１４よりも少数のこのトナーパターン１６は、第１及び第２の画像濃度制御で作成した階調パターン１４から事前に決定されたものであり、図４で濃度目標値を算出したトナーパターンと同じものである。同じトナーパターンを用いることにより、第１の画像濃度制御で現像バイアス等を合わせた直後の画像形成装置１００の状態を維持することが、異なるトナーパターンを用いた場合に比して容易となる。

また、図８に示す端部のトナーパターン１６では、各色で同じ２つのパターンが現像ローラ半周分の間隔をおいて形成される。現像ローラ３と感光体１との間にはギャップがあるが、このギャップは現像ローラ３の振れで変動する。例えば現像ローラ３の回転軸が本来の位置より少しずれるとギャップ変動が発生し、このギャップ変動により同一現像ポテンシャルで作像したトナーパターンに濃度変動が発生する。そこで、上述したように間隔をおいて２つのトナーパターン１６を形成することで、感光体１や現像ローラ３の振れによる濃度変動を相殺することができる。

画像形成装置１００のパターン検知構成上、図８に示した端部のトナーパターン１６を形成できない場合がある。この場合には、図９に示すように、先行する記録材１７ａの後端とこれに続く記録材１７ｂの先端との間に対応する領域に同様の調整用現像剤像としてのトナーパターン１８を作成することで、同様の画像濃度制御が可能となる。

図８に示す端部のトナーパターン１６、図９に示す紙間のトナーパターン１８において、ブラックのパターンは中間濃度のトナーパターンであり、特に画像面積率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１０から判るように、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が小さくなり、感度が下がるためである。従って、図１０における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に含まれる範囲となるように、画像形成時制御のトナーパターン１６またはトナーパターン１８を形成することが望ましい。領域Ａの範囲は、約７０％以下の画像面積率に対応して存在する。また、最大濃度を補償することが重要であるため、トナーパターン濃度は高い方がよい。従ってトナーパターン濃度の下限は３０％としている。

一方カラートナーでは、ブラックトナーとは異なり光学センサ１０で正反射光と拡散反射光とを検出する機構を採用しており、正反射光成分と拡散反射光成分との差分を求めることにより、高画像面積率であっても高感度で付着量を検出できる。このため、上述のように最大濃度を補償するためにベタのトナーパターンを使用している。

第２の画像濃度制御で作成するブラックトナーやカラートナーのトナーパターン１６，１８は、第１の画像濃度制御で算出した条件を基に作像しているにもかかわらず、トナー付着量にばらつきが生じる虞がある。ブラックトナーで作像した中間調パターンのトナー付着量は、ベタのトナーパターンのトナー付着量から算出した現像バイアスやレーザダイオード出力を基に一義的に決定しているため、感光体１の劣化等による特性値の変化で目標付着量からずれる虞がある。また、カラートナーで作像したベタのトナーパターンのトナー付着量は、図８に示したような端部のトナーパターン１６の平均濃度を計算している。このため、感光体１のばらつき等により面内付着量にばらつきがあるときには目標付着量からずれる虞があり、画像形成中の画像濃度制御により調整することが求められる。

次に、上述のように２つの同じトナーパターン１６の平均濃度を計算する（ＳＴ１３）。そしてセンサ出力からわかる反射濃度と先の非画像形成時制御で決定した濃度目標値とを比較し、目標トナー濃度、光量、現像バイアスの何れかを調整する（ＳＴ１４）。反射濃度が濃度目標値よりも低ければ、トナー濃度の制御目標値を上げるか光量を増加するか現像バイアスの絶対値を増大させるかの何れかを行えばよく、反射濃度が濃度目標値よりも高ければ逆にこれ等を減少させればよい。このときの変更量は、画像形成装置に応じて実験的に決定される。書込光量はトナー濃度に比して速く増減させることができるので、本実施形態の画像形成装置１００では光量を調整している。

以上のように、非画像形成時に複数の階調パターン１４を形成して作像条件を高精度で設定し、画像形成時にはより少数のトナーパターン１６またはトナーパターン１８を出力画像と並行して形成及び検知し、非画像形成時と同じ状態を維持しながら濃度制御を行う。これにより、非画像形成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、画像形成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行うことができる。

なお図８では、出力画像に加えてトナーパターン１６を形成しているが、記録材のサイズが大きいときはトナーパターン１６を形成しなくてもよい。最大サイズの記録材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トナーパターン１６を形成するには、中間転写ベルト８の幅を最大サイズの記録材よりも大きくしなければならず、その分だけ装置構成が大きくなる。一方、ユーザが最大サイズの記録材を使用することは希である。よって、第３の画像濃度制御は小サイズの記録材を用いる場合に行い、最大サイズの記録材を用いる場合には行わなくともよい。

次に、図１１を用いて第３の画像濃度制御における現像γ、現像ポテンシャル、画像濃度変動について説明する。
図７に示した画像形成時画像濃度制御非搭載の画像形成装置では、第１及び第２の画像濃度制御実行後に現像ポテンシャルを一定に保った状態で、現像γを誘導するためにトナー濃度センサ５の出力値Ｖｔを変化させることでトナー濃度を変化させていた。このため、Ｖｔ変化量を適正に設定しないと第１の画像濃度制御（プロセスコントロール）実行間で画像濃度が変動するという問題があった。
図７に示した画像形成時画像濃度制御を搭載した画像形成装置では、第１及び第２の画像濃度制御実行後、所定のタイミングで第３の画像濃度制御を実行することができる。そして、現像γを目標値へ誘導するためにトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを更新しながら現像ポテンシャルを変化させることが可能である。なお、現像γを目標値へ誘導するのは、現像γが目標値よりも高いときにトナー飛散等の、低いときにキャリア付着等の異常画像が発生する虞があるためである。

図１１は、現像γを低めから目標値へ誘導する場合であり、画像形成時濃度制御実行毎に現像バイアスＶｂを下げ、トナー付着量を低下させる。このときのトナー付着量をセンサで検知し、その検知結果からトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを前回値より小さい値に変更してトナー付着量を増加させる。その結果、これまで課題となっていた現像γ誘導時に生じる画像濃度の変動を抑制でき、画像濃度を一定に保ちつつ現像γの目標値への誘導を可能としている。

次に、第２の画像濃度制御を搭載した従来機の動作を図１２のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図４に示した第１の画像濃度制御を実行し、現像γの算出結果より現像ポテンシャルを決定する（ＳＴ２１）。次に、第１の画像濃度制御で算出した作像条件を用い、同一濃度のトナーパターンを作成する（ＳＴ２２）。そして、トナーパターンのトナー付着量を光学センサで検知し、この付着量が所定の閾値内であるか否かの判定を行う（ＳＴ２３）。この判定には、複数個作成したトナーパターンの平均値をとった平均濃度を使用する。なお、閾値は実験結果から予め決定しており、白スジやトナー落ち等の突発的エラーを検出できるように予め調整された値を使用している。

ステップＳＴ２２でトナー付着量が閾値内であるとき、ステップＳＴ２２で作成したトナーパターンのトナー付着量を新たなトナー付着量目標値とし（ＳＴ２４）、その後に第３の画像濃度制御を実行する（ＳＴ２５）。一方、ステップＳＴ２２でトナー付着量が閾値外であるとき、トナー付着量目標値は更新せずに前回使用したトナー付着量を目標値とし、ステップＳＴ２５に進んで第３の画像濃度制御を実行する。

本実施形態では、レーザダイオードを出力する際に初期化を行っているが、レーザダイオードを駆動する基板の温度が上昇すると基板の特性が変動し、初期化を行う際の基準値にずれが生じてしまう。また、基準値はパルス幅が小さい（点灯期間が短い）場合または駆動時に印加する電圧の値が小さい場合には、レーザダイオードのオンオフ応答性が変化するために大きく特性が変動し易く、レーザダイオード出力の変動幅が大きくなってしまう。この変動タイミングでは、ベタのトナーパターンのずれやハーフトーン濃度のずれが生じてしまい、画像に多大な影響を及ぼすことが判明している。

また、高線速の画像形成時において、図１１に示すような現像γの変動が発生するように（トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆ）／（トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔ）と現像バイアスとを変動させた際に低速のパターンが入り込み、かつ上述したようなパルス割りに起因する温度上昇時における露光光量のばらつきが生じた場合には、図１１に示すような一定の濃度に画像濃度を保つことができない。低線速時での書き込み光量が温度上昇によって低下した場合の画像濃度制御イメージを図１３に示す。

図１３に示す画像濃度制御において、線速の切り替えが行われた直後において画像濃度は一定に保たれているが、書き込み光量が温度上昇によって低下した直後には画像濃度が低下してしまう。トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを上げてトナー濃度センサ５の出力値Ｖｔを上げることにより、低下した画像濃度は低線速時において適正に保たれるが、低線速終了直後の高線速時における画像濃度は、低線速時にトナー濃度センサ５の出力値Ｖｔを上げてしまったために画像濃度が高くなってしまう。ここでは、（トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆ）／（トナー濃度センサ５の出力値Ｖｔ）を変動させた場合の説明を行ったが、現像バイアスＶｂ及び感光体電位Ｖｄを変動させた場合も同様に、低線速直後の高線速時における画像濃度が高くなってしまうという問題点がある。

そこで本発明では、高線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度よりも低線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度の方が低い場合には低線速時における露光手段１１の露光光量を増加させ、高線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度よりも低線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度の方が高い場合には低線速時における露光手段１１の露光光量を減少させる構成とした。
この構成により、図１４に示すように、低線速時において画像形成動作中に作成されるトナーパターン１６の濃度を一定とすることができ、低線速時におけるレーザダイオードの光量がばらつくことに起因する画像濃度変動を抑制することにより、良好な画像形成動作を継続して行うことができる。

また本発明では、上述の構成に加えて高線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度よりも低線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度の方が低い場合には露光手段１１に印加する電圧の入力デューティを増加させ、高線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度よりも低線速時に光学センサ１０により検知されたトナーパターン１６の現像剤濃度の方が高い場合には露光手段１１に印加する電圧の入力デューティを減少させる構成としている。
図１４に示すような露光光量の増加を、入力デューティを一定としたまま行うと入力電圧の幅が増大してしまうためにレーザダイオード自体がコストアップしてしまう。しかし、本発明のように電圧の入力デューティを増減させて露光光量を制御することにより、必要以上にレーザダイオードへの入力電圧幅を上げることがなくなるため、レーザダイオードのコストダウンを達成することができる。

しかし本発明の構成ではナノ秒オーダでデューティ駆動を行っているため、実際に入力されているデューティ波形を図示すると図１５に示すように、単純にデューティ電圧を印加するだけでは立ち上がりの端部がだれて時間がかかってしまっていた。そのため、実際に実機にて印加されている波形には、立ち上がり時にオーバシュートを持たせるように大きな電流を一定時間流すことにより、図１６に示すように立ち上がり時間を低減させている。

図２に示した従来のレーザダイオード駆動を行って横ラインを露光し、図３に示した現像装置４で現像を行った場合には、トナーを有する現像剤の磁気を帯びた穂立ちが画像領域においてトナーを消費した後、トナーのカウンタチャージを有する穂立ちにより画像領域後端部のトナーを静電的にあるいは非静電的に掻き取ってしまう、いわゆるスキャベンジという現象が発生する。
横ラインでは縦ラインに比してスキャベンジの寄与が強くなり易いため、図１７に示すように横ラインが細くなり易い。しかし、低線速時における横ラインの露光駆動電圧を図１６に示すようにオーバシュート量が存在するデューティ駆動波形とした場合には、図１８に示すように横ライン幅が局所的に太ることが判明している。

画像領域後端部では横ラインが細るというスキャベンジの影響を受けるが、画像領域先端部ではスキャベンジの影響を受けないため、露光の凹凸がそのままトナー像として残ることとなる。この結果、縦ライン幅に対する横ライン幅の細りを低減することができるため、ライン幅の縦横比が改善して高画質化に寄与することとなる。
得られた効果の一例を図１９に示す。オーバシュートなしの入力波形とオーバシュート有り（オーバシュート量＝露光手段駆動時印加電圧の安定領域電圧×１．５倍）の入力波形とで比較を行った場合、横ライン幅はオーバシュートの有無で１２００ｄｐｉ低線速時の横ライン幅が１１．１μｍ、６００ｄｐｉ低線速時の横ライン幅が６．１μｍ増加している。オーバシュート以外の因子もあるためにその分を差し引くと、オーバシュート有りに対する横ライン幅の太りへの寄与は６．０μｍである。
縦ライン幅は、オーバシュートの有無で１２００ｄｐｉ低線速時の縦ライン幅が６．７μｍ、６００ｄｐｉ低線速時の縦ライン幅が５．８μｍ増加している。オーバシュート以外の因子もあるためにその分を差し引くと、オーバシュート有りに対する縦ライン幅の太りへの寄与は０．９μｍである。

本発明において、低線速時における露光手段１１の露光強度を強める場合には、コスト低減を狙うのであれば駆動デューティを増加させ、機能向上を狙うのであれば図１６に示すようにオーバシュート量を増加させることが考えられる。しかし、低線速時において露光手段１１の露光強度を弱める場合には、オーバシュート量を減少させる場合においても駆動デューティを減少させる場合においても立ち上がりの寄与が大きくなってしまう。
立ち上がり時間は、レーザダイオードや駆動基板の個体ばらつきの影響を受け易いことが判っている。ばらつきの影響が大きいということは狙いの書き込み光量が設定しにくいことを意味しており、低線速時における濃度変動が大きくなってしまう。この解決方法として、露光手段１１の駆動時における印加電圧の安定領域電圧を下げることが挙げられる。これにより、立ち上がり時間の影響を大きく受けることなく、露光光量を低減させることが可能となる。

また本発明では、図１に示すように、露光手段１１がデューティ変調させた電圧を印加可能な基板２３と、基板２３の温度を検知する温度検知手段である温度センサ２４とを備え、温度センサ２４の検知温度の変動量が大きい場合にはトナーパターン１６の作成頻度を増加させている。
この構成により、無駄に現像剤を消費することなく温度上昇起因のレーザダイオード出力ずれが発生したタイミングを逃すことなく、濃度変動を抑制することができる。これは、温度上昇起因のレーザダイオード出力ずれが発生しそうなタイミングを重点的に調べることにより達成される。

制御手段２１は、図１に示すように、低線速時において露光手段１１の露光光量を変動させた際の温度センサ２４の検知温度を記憶する記憶手段２２を有している。そして、温度センサ２４の検知温度が記憶手段２２に記憶された温度の近傍である所定温度に達すると、制御手段２１はトナーパターン１６の作成頻度を増加させる。これにより、上述と同様の作用効果を得ることができる。

上述した各実施形態では、画像が形成される被記録媒体として画像形成用の用紙を示した。しかし被記録媒体は用紙には限定されず、厚紙、ハガキ、封筒、普通紙、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。また用紙以外の被記録媒体として、ＯＨＰシート、ＯＨＰフィルム、樹脂フィルム等の、シート状を呈していて画像形成可能な物質であればどのようなものを用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した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。
例えば、本発明を適用する画像形成装置は、上述のタイプの画像形成装置に限らず、他のタイプの画像形成装置であってもよい。すなわち、本発明を適用する画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリの単体、あるいはこれらの複合機、これらに関するモノクロ機やカラー機等の複合機であってもよい。その他、本発明を適用する画像形成装置は、電気回路形成に用いられる画像形成装置、バイオテクノロジー分野において所定の画像を形成するのに用いられる画像形成装置であってもよい。
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。

１ 像担持体（感光体）
４ 画像形成手段（現像装置）
８ 中間転写体（中間転写ベルト）
９ 駆動手段（駆動モータ）
１０ 濃度検知手段（光学センサ）
１１ 露光手段
１２ 転写手段（２次転写ローラ）
１６ 調整用現像剤像（トナーパターン）
２１ 制御手段
２２ 記憶手段
２３ 基板
２４ 温度検知手段（温度センサ）
１００ 画像形成装置（フルカラープリンタ）

特開２００６−２９３２４０号公報

Claims (5)

1. 像担持体と、前記像担持体に現像剤像を形成する画像形成手段と、前記像担持体上の前記現像剤像が転写される中間転写体と、前記中間転写体上の現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を露光する露光手段と、前記像担持体を低線速と高線速とで駆動する駆動手段と、前記中間転写体上に形成された前記現像剤像の現像剤濃度を検知する濃度検知手段とを備え、
   画像形成動作中に前記中間転写体上に形成された調整用現像剤像の現像剤濃度を前記濃度検知手段により検知可能であり、前記露光手段は前記低線速時に入力電圧をデューティ制御させた波形を使用する画像形成装置に用いられ、
   前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が低い場合には前記低線速時における前記露光手段の露光光量を増加させ、前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が高い場合には前記低線速時における前記露光光量を減少させ、
   前記露光手段はデューティ変調させた電圧を印加可能な基板と、前記基板の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記温度検知手段による検知温度の変動量の増加に比例して前記調整用現像剤像の作成頻度を増加させ、
   前記低線速時において前記露光光量を変動させた際の前記検知温度を記憶する記憶手段を有し、前記温度検知手段による検知温度が前記記憶手段に記憶された前記検知温度近傍の所定温度に達した際に前記調整用現像剤像の作成頻度を増加させる制御手段。
2. 請求項１記載の制御手段において、
   前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が低い場合には前記露光手段に印加する電圧の入力デューティを増加させ、前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が高い場合には前記入力デューティを減少させることを特徴とする制御手段。
3. 請求項１または２記載の制御手段において、
   前記露光手段に印加される電圧は、矩形動作時における立ち上げ時に駆動時印加電圧の安定領域の書き込み電圧よりも高い電圧が印加されるようなオーバシュート量をその波形に有しており、前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が低い場合には前記オーバシュート量を増加させることを特徴とする制御手段。
4. 請求項３記載の制御手段において、
   前記高線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度よりも前記低線速時に前記濃度検知手段により検知された前記調整用現像剤像の現像剤濃度の方が高い場合には、前記書き込み電圧を下げることを特徴とする制御手段。
5. 像担持体と、前記像担持体に現像剤像を形成する画像形成手段と、前記像担持体上の現像剤像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を露光する露光手段と、前記像担持体を低線速と高線速とで駆動する駆動手段と、前記像担持体上の前記現像剤像が転写される中間転写体と、前記中間転写体上に形成された前記現像剤像の現像剤濃度を検知する濃度検知手段とを備え、
   画像形成動作中に前記中間転写体上に形成された調整用現像剤像の現像剤濃度を前記濃度検知手段により検知可能であり、前記露光手段は前記低線速時に入力電圧をデューティ制御させた波形を使用し、請求項１ないし４の何れか一つに記載の制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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