(57)【要約】【課題】  画像濃度制御により算出する画像形成条件の算出精度を高める。【解決手段】  画像濃度制御用パターンを形成する画像形成条件を連続的に可変とすることにより、従来では離散的に形成していたパッチパターンを、画像形成条件の可変レンジ全域に亘って連続パターンとして形成する。その結果、目標濃度と検知濃度データを直接比較する事が可能となるため、制御精度が向上する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像濃度制御用パターンを像担持体上に形成するパターン形成手段と、前記画像濃度制御用パターンの濃度を読み取る濃度検出手段とを有し、前記濃度検出手段の出力に基づいて画像パターン形成条件を算出する画像形成装置において、
前記画像濃度制御用パターンは、画像パターン形成条件を連続的に可変する事により連続したパターン群として構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像パターン形成条件とは、像担持体表面を帯電処理する帯電バイアスであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
画像パターン形成条件とは、像担持体表面にトナー像を現像する現像バイアスであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
像担持体とは、感光体ドラムであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
像担持体とは、転写ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
像担持体とは、中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機、レーザービームプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置および画像形成装置の濃度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式を用いた画像形成装置には、トナー像の濃度を所定の濃度に維持するため、画像形成装置本体に具備されたトナー濃度検出装置により得られた検出結果を基に、画像形成に関わる条件を微調整する画像形成装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１に従来の画像形成装置の一例を示す。同図において、画像形成装置は、アルミシリンダの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）等からなる光導電体を塗布して構成された感光ドラム１を配し、この感光ドラム１は不図示の駆動手段によって図示矢印方向に駆動されローラ帯電器２により所定の電位に均一に帯電される。
【０００４】
装置本体内の上方には、レーザーダイオード３１、高速モーター３２によって回転駆動される多面鏡３３、レンズ３４、及び折り返しミラー３５から構成されるスキャナユニット３が配置される。
【０００５】
レーザードライバ３７に画像信号が入力されると、レーザードライバ３７はレーザーダイオード３１を発光させる。そして、この光は光路３６を通って画像信号に対応した光情報が感光ドラム１に照射され、感光ドラム１上に潜像が形成される。さらに感光ドラム１が矢印方向に進むと、この潜像は現像装置４によって現像されトナー可視像となる。現像されたトナー可視像は所定のバイアスが印加された転写ローラ６により転写紙Ｐ上に転写される。転写紙Ｐは搬送手段により定着装置１４に搬送され、トナー可視像は定着装置１４によって溶融固着され永久像とされる。
【０００６】
一方、感光ドラム１上に残留したトナーはファーブラシ、ブレード手段等のクリーニング装置８によって清掃される。
【０００７】
ところで、画像形成装置、中でも多色画像形成装置は、その使用頻度、使用環境によって、画像濃度は変動する。これは、感光ドラム１あるいは現像装置４の物性変動に起因するものである。また、画像濃度とは、主に最大の画像信号により形成された画像のことを言う。これらの変動を安定化させるために、決められた濃度検知用トナー像（以下、「パッチ」と言う）を、異なるパターン形成条件により感光ドラム１上に形成し、そのパッチの濃度を光学濃度センサ２３などによって検知するものである。
【０００８】
異なるパターン形成条件とは、パッチ濃度が単調増加、あるいは単調減少という規則性を有するように段階的に選択している。
【０００９】
最適なパターン形成条件の算出法を図２、図３にて説明する。
【００１０】
図２の如く、パターン形成条件Ｃ１〜Ｃ５にて、パッチＰ１〜Ｐ５を感光ドラム１上に形成する。光学濃度センサ２３によりパッチＰ１〜Ｐ５のパッチ濃度Ｄ１〜Ｄ５を求める。これらの結果より、目標とする濃度ＤＴを形成する目標パターン形成条件ＣＴを算出する。図３の例の如く、ＤＴがＤ３、Ｄ４間に存在する場合は、下記のような直線補間をすることで目標パターン形成条件ＣＴを近似的に算出している。
【００１１】
ＣＴ＝｛（Ｖ４−Ｖ３）／（Ｄ４−Ｄ３）｝×（ＤＴ−Ｄ３）＋Ｖ３
パッチパターンの大きさは、光学濃度センサ２３が形成する光学スポット径よりも大きくすることで、そのパッチパターンの濃度を正確に算出している。
【特許文献１】特開平０８−２８９１０８号公報（第１０頁、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来例においては、目標パターン形成条件ＣＴを算出する際に、５段階のパターン形成条件しか使用していないため、殆ど多くの場合はＣＴを補間による近似直線から求めている。そのため、補間直線と実際の濃度カーブに差が存在した場合には、その差分が濃度の不安定さを招くことになる。また、目標濃度をはさむ前後のパッチ濃度が的確に形成されなかった、あるいは、パッチ濃度の検出時に不具合が生じた場合、補間された直線はさらに実際の濃度カーブから大きく外れてしまうため、目標パターン形成条件ＣＴの算出誤差は大きくなってしまう。
【００１３】
このような誤差を無くすためにパッチ数を増やした場合、パッチパターンを形成する時間が増大してしまう。特に多色画像形成装置の場合には、色数分の時間が付加される。また、多色画像形成装置に一般的に用いられている転写ベルト上にパターンを形成する場合には、ベルト長という距離的制限があるため、パッチ数にも制約が生じてしまう。
【００１４】
パッチパターンのサイズを小型化することで距離的制限を回避することも可能であるが、光学濃度センサの光学スポット径などの変更を必要とし、光学特性、検知精度に大きく影響を与えてしまう。
【００１５】
画像特性の観点からも問題がある。ここで問題とする画像特性とは現像特性などである。
【００１６】
現像特性は、現像条件に対して単調増加あるいは単調減少という特性を示す。従来例は、その特性を利用して目標パターン形成条件の算出を行っている。
【００１７】
しかし、以下のような特性を示すものがある。
【００１８】
（ａ）パターン形成条件の範囲内において、カブリ画像が発生してしまう場合
目標濃度を実現するパターン形成条件において、カブリが発生する場合である。この場合、カブリが発生し始めるパターン形成条件を的確に把握することが出来ないため、パターン濃度としては満足する目標パターン形成条件でもカブリにより採用できない。
【００１９】
（ｂ）パターン形成条件の範囲内において、現像特性に負性特性を有する場合
負性特性とは、単調増加あるいは単調減少となる現像特性において、その傾向が逆転してしまう現象のことを言う。（ａ）同様、負性特性が発生し始めるパターン形成条件を的確に把握することが出来ないため、算出した目標パターン形成条件が的確でない場合が生じる。
【００２０】
上記（ａ）（ｂ）いずれにおいても、得られたパッチ濃度の結果や、基礎検討に基づく現像特性などを鑑みて目標パターン形成条件を算出することになってしまうため、算出誤差は大きくなってしまう。
【００２１】
本出願に係る発明の目的は、以上のような状況に鑑み、正確な目標パターン形成条件を得ることができる画像形成装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、
本出願に係る第１の発明は、画像濃度制御用パターンを像担持体上に形成するパターン形成手段と、前記画像濃度制御用パターンの濃度を読み取る濃度検出手段とを有し、前記濃度検出手段の出力に基づいて画像パターン形成条件を算出する画像形成装置において、前記画像濃度制御用パターンは、画像パターン形成条件を連続的に可変する事により連続したパターン群として構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【００２３】
本出願に係る第２の発明は、画像パターン形成条件とは、像担持体表面を帯電処理する帯電バイアスであることを特徴とする本出願に係る第１の発明に記載の画像形成装置。
【００２４】
本出願に係る第３の発明は、画像パターン形成条件とは、像担持体表面にトナー像を現像する現像バイアスであることを特徴とする本出願に係る第１の発明に記載の画像形成装置。
【００２５】
本出願に係る第４の発明は、像担持体とは、感光体ドラムであることを特徴とする本出願に係る第１の発明に記載の画像形成装置。
【００２６】
本出願に係る第５の発明は、像担持体とは、転写ベルトであることを特徴とする本出願に係る第１の発明に記載の画像形成装置。
【００２７】
本出願に係る第６の発明は、像担持体とは、中間転写ベルトであることを特徴とする本出願に係る第１の発明に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明してきたように本発明によれば、パターン濃度を検出する装置を有し、その装置により検出したパターン濃度に基づいて目標とするパターン形成条件を算出する画像形成装置において、濃度を検出するパターンのパターン形成条件を連続的に可変とすることで、最適な画像を提供する目標パターン形成条件を正確に算出することができるので、常に安定した画像濃度の維持が可能になり、高画質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態１を図１〜図５により詳細に説明する。なお、図１１と同様な構成作用をするものは同一の番号を付し説明は省略する。
【００３１】
２３は感光ドラム１上に作成されたパッチＴの濃度を測定する光学濃度センサで、ＬＥＤなどの発光素子、フォトダイオード、ＣｄＳなどの受光素子及びホルダーから構成されている。
【００３２】
また、２４は画像形成装置の制御部で、ＣＰＵ２５を備え、レーザードライバ３７、光学濃度センサ２３のほか、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７、テストパターン発生手段２８、高圧制御手段２９などが接続されている。このうち、ＲＯＭ２６は、読み出し専用のメモリであり、ＣＰＵ２５が画像形成装置を制御するためのプログラムや各種データが書き込まれている。ＲＡＭ２７は読み書き可能なメモリであり、ＲＯＭ２６内のデータ展開や画像濃度制御のための作業領域になる。テストパターン発生手段２８は画像濃度制御のためのパッチの画像データを発生させる。高圧制御手段２９はＣＰＵ２５からの指示で所定の高圧を発生させる。
【００３３】
まず画像形成装置本体の電源投入、又は電源投入時からの経過時間、印字枚数（画像形成枚数）、ホストコンピュータやユーザからの指示等の適当なタイミングをＣＰＵ２５が検出すると、ＣＰＵ２５は画像濃度制御をスタートさせ、まず、ＲＯＭ２６から各種バイアス設定及び現像バイアス制御の制御目標濃度を読み出しＲＡＭ２７に書き込み、パッチの画像形成時にここから適切なバイアス設定値を読み出して高圧制御手段２９に送る。この後、ＣＰＵ２５は画像形成装置本体の初期動作を開始するとともに、感光ドラム１を所定の帯電バイアスで帯電する。次にＣＰＵ２５はテストパターン発生手段２８から発生させたパッチの画像データをレーザードライバ３７に送り感光ドラム１上に回転方向に沿ってパッチの潜像を形成する。本実施の形態で用いられる光学濃度センサ２３の照射光の感光ドラム１上でのスポット径はφ５程度であるためパッチの大きさはそれよりも大きくする必要があり、ここではパッチ幅７ｍｍのパターンを用いている。感光ドラム１上に形成されたパッチの潜像は現像装置４によって現像される。感光ドラム１上に形成されたパッチのトナー像は適正なタイミングで光学濃度センサ２３によって測定され、濃度測定値はＲＡＭ２７に書き込まれる。この結果を基に、図２、図３を用いて従来例で説明した方式により、最適な現像バイアスＣＴを算出する。
【００３４】
ＣＰＵ２５は算出結果である現像バイアスＣＴをＲＡＭ２７に書き込み、この現像バイアスＣＴは続いて行われる中間調制御や以後の画像形成において用いられる。
【００３５】
次に比較例としての従来方式である離散パターン方式による画像濃度制御について説明する。
【００３６】
濃度検知用パッチは５つであり、離散的に形成している。離散的に形成している理由は、各パターンを形成する現像バイアスを数十Ｖのレンジで可変させながら形成するためであり、各パターンを形成する現像バイアスを昇圧し、安定するまでの時間を考慮したためである。
【００３７】
パッチＰ１〜Ｐ５は現像装置４によって、パッチＰ１はＶ１、パッチＰ２はＶ２、パッチＰ３はＶ３、パッチＰ４はＶ４、パッチＰ５はＶ５の現像バイアスでそれぞれ現像する。それ以後については前記した手法により最適な現像バイアスＣＴを算出する。
【００３８】
本発明では、パターンが連続的に形成されていることを特徴としている。すなわち、パターンを形成する現像バイアスを連続可変とすることでそれを実現したものである。
【００３９】
画像濃度制御および濃度算出法などの動作の態様としては、従来方式と同様である。
【００４０】
図４は連続可変パターンの概略図である。高圧制御手段のひとつである現像バイアスの出力は、ＣＰＵ２５により８Ｂｉｔ（２５６ステップ）の分解能を有している。すなわち、現像バイアスＶｎはＶ０〜Ｖ２５５までの出力が可能ということである。この場合、現像バイアスの１ステップは１Ｖ前後であるため、各ステップ間の現像バイアスの追従性には何ら問題なく、現像バイアスを連続可変としてパターンを形成することが可能である。画像濃度制御時に、ＣＰＵ２５より現像バイアスを５ｍｓｅｃごとに更新してパターンを形成することにより、プロセススピード１００ｍｍ／ｓｅｃの画像形成装置の場合、約１３０ｍｍ弱で全パターンの形成が完了する。現像バイアスＶｎは、通常、出力可能範囲は画像形成に必要とされるよりもマージンを持たせているため、画像形成装置の特性に応じて可変範囲を選択することによりパターン長はさらに短くすることも可能である。
【００４１】
連続可変パターンの場合、各現像バイアスに対するパターン長は、光学濃度センサ２３の光学スポット（約５（ｍｍ））に対して大変小さい。しかしながら、現像バイアスＶｎが連続的に可変するのに伴い光学濃度も連続的に追随して可変するので、目標パターン形成条件ＣＴを算出する上では何ら問題ない。
【００４２】
図５は従来の離散的にパターンを形成した場合に対し、如何に本実施例で示す連続可変的にパターンを形成した場合の制御精度が優れているかを表した図である。
【００４３】
現像バイアスＶｎの可変レンジをＣ１〜Ｃ５（Ｖ）とし、従来方式（離散パターン）は５点、すなわちＶｎ＝Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５（ｎ＝１〜５）のポイントのパターンを形成する。
【００４４】
本実施例の方式（連続可変パターン）は２５６点、すなわちＶｎ＝Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３〜Ｖ２５４，Ｖ２５５，Ｖ２５６（ｎ＝１〜２５６）のポイントのパターンを形成する。図５のごとく、目標濃度ＤＴにおいて、従来の離散パターンの場合にはＣ離散を目標パターン形成条件ＣＴとして算出する。しかし、連続可変パターンの場合にはＣ連続を目標パターン形成条件ＣＴとして算出可能である。従来の離散パターン結果Ｃ離散と連続可変結果Ｃ連続の差分ΔＣ＝Ｃ連続−Ｃ離散は濃度安定化を目指す上で無視できない誤差となって現れる。一方、本実施例で例示した連続可変パターンの場合には、従来よりさらに精度よく目標パターン形成条件を算出することが可能になるため、画像濃度の維持、安定化をさらに高めることが可能となる。また、制御パターンの形状を徒に大きくすること無く実行可能としたので、制御にかかる時間を増大させることも無い。
【００４５】
以上説明したように、現像バイアス全領域にわたって濃度を補正することにより画像形成装置の最も好ましいパターン形成条件を算出することが可能である。この算出結果をＲＡＭ２７内に書き込む。ＲＡＭ２７内に書き込まれた結果は、暫くの間パターン形成条件として利用することになる。なお、現像バイアスが可変となる全領域について連続可変パターンとすることなく、注目したい領域だけ連続可変としてパターンを形成し、さらに算出精度を高めることなども可能である。
【実施例２】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態２を図６〜図８により詳細に説明する。なお、図１と同様な構成作用をするものは同一の番号を付し説明は省略する。
【００４７】
本実施例では、検知するパターンが無地、すなわち画像データが００ｈであることが特徴のひとつであり、可変するパターン形成条件によって生じるカブリを検出し、制御の算出精度をより高める方式の提案である。
【００４８】
ここで、カブリについて定性的なことを図６により説明する。帯電バイアスＶＣが一定の場合、現像バイアスＶＤとで形成されるコントラスト電位Ｖｇがある値より大きい場合、あるいはある値より小さい場合に画像の白地部にトナーが薄っすらと付着する、「カブリ」という現象が発生する。
【００４９】
コントラスト電位Ｖｇがある値より大きい場合、現像装置のトナーのうちで、一部極性が反転したトナーがコントラスト電位Ｖｇにより形成される電界により感光ドラム１の帯電電位ＶＣ部に現像してしまう、いわゆる「反転カブリ」となる。
【００５０】
コントラスト電位Ｖｇがある値より小さい場合、現像装置のトナーのうちで、不十分な帯電状態にあるトナーが感光ドラム１の帯電電位ＶＣ部に現像してしまう、いわゆる「地カブリ」となる。
【００５１】
図７は、現像バイアスに対する濃度特性を具体的に表した図である。かぶりにより図６で示す「反転カブリ」「地カブリ」の領域には画像濃度として現れてしまう。また、「ＯＫ領域」から外れるに伴い、カブリによる画像濃度が増してくるという現象をもたらしている。
【００５２】
従って、たとえ画像濃度として満足する最適なパターン形成条件が求められたとても、その条件がカブリの発生する領域の場合には、パターン形成条件の修正が必要とされる。
【００５３】
また、上述したカブリの発生領域は、画像形成装置の使用される環境やその使用状況により変化するため、その変動を全てカバー出来るように高圧出力を用意しておく必要がある。
【００５４】
しかし、本実施例で説明するように、カブリの発生領域を予め検出することにより、カブリの発生しない領域において画像濃度を満足させる最適なパターン形成条件を求めることが可能となる。
【００５５】
すなわち、実施例１で例示した画像濃度制御実行の前に、カブリ領域検出制御を行うことである。
【００５６】
図８は一連の画像濃度制御のフローを表した図である。
Ｓｔｅｐ１：ＣＰＵ２５が画像濃度制御タイミングであると認識し、制御をスタートする。
Ｓｔｅｐ２：現像バイアスＶ０〜Ｖ２５５の可変範囲において、「白地パターン」（画像データ００ｈ）による現像バイアス連続可変制御を実行する。
Ｓｔｅｐ３：Ｓｔｅｐ２で形成されたパターンの濃度測定結果に基づき、「カブリの発生しない画像濃度＝０」の領域である現像バイアス下限値Ｖｍｉｎおよび現像バイアス上限値ＶｍＡｘを算出し、ＲＡＭ２７内に算出結果を書き込む。
Ｓｔｅｐ４：ＣＰＵ２５が次なる画像濃度制御をスタートさせる（実施例１で例示した画像濃度制御）。
Ｓｔｅｐ５：現像バイアスの可変範囲は、ＲＡＭ２７よりＶｍｉｎおよびＶｍａｘを読み取ることで決定する。
Ｓｔｅｐ６：最適な目標パターン形成条件ＣＴを算出（詳細は実施例１同様）。
【００５７】
このようなステップを経ることで、カブリの発生する領域を的確に検出し、より選択された範囲内で画像濃度制御を実行できるため、最適な画像濃度を実現する目標パターン形成条件を算出することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施例では現像バイアスについて例示したが、パターン形成条件に関わる変動パラメータなら現像バイアスに限るものではなく、帯電バイアス、転写バイアスにおいても同様の手法による制御が可能である。
【実施例３】
【００５９】
以下、本発明の実施の形態３を図９、図１０により詳細に説明する。なお、図１と同様な構成作用をするものは同一の番号を付し説明は省略する。
【００６０】
本実施例では、検知するパターンの濃度が、可変するパターン形成条件によって予測外の濃度変動を生じさせた場合にいても効果的であることを説明するものである。
【００６１】
ここでいう予測外の濃度変動とは、パターン形成条件の変化に応じて画像濃度が単調増加あるいは単調減少しない場合のことを指す。
【００６２】
一般的には、画像濃度は、パターン形成条件である現像バイアスの変化に伴い、濃度は単調に増加あるいは単調に減少するものである。しかしながら、現像方式によっては、そのような傾向を示さない場合がある。
【００６３】
図９はその様子を表した図である（負性特性が現れた場合の例示）。現像バイアスＶｎを、Ｖ１〜Ｖ２５６に連続的に変化させた場合、濃度は単調に増加するが、あるバイアスから濃度増加が認められず、減少し始める場合がある。これを現像の「負性特性」と呼んでいる。特に、現像バイアスに交番電界を印加する現像方式において見られる現象である。また、この負性特性の領域においては、その挙動が不安定であり、制御することが大変困難である。
【００６４】
従来の離散パターン方式による画像濃度制御の場合、この負性特性を発生させる変化点を的確に検出することが出来ない。
【００６５】
しかしながら、本発明に基づく連続可変パターン方式による画像濃度制御の場合、この負性特性を発生させる変化点を的確には検出することが可能であるため、目標パターン形成条件ＣＴを算出精度がより高いことは明白である。
【００６６】
図１０によりその効果について説明する。５点のプロットからなる破線は従来法の離散パターンによる濃度制御結果である。一方、実線は連続可変パターンによる濃度制御結果である。
【００６７】
目標濃度ＤＴに対する最適パターン形成条件ＣＴの算出結果はそれぞれＣ離散およびＣ連続となる。Ｃ離散の場合、負性特性が生じた領域の条件、すなわち現像バイアスとしては過度に高い領域であるので、画像濃度としては満足する場合もあるが適正な現像バイアスとは異なり、画像全体としては非常に不安定な領域の値である。ここでいう不安定とは、例えば画像濃度が変動してしまう、地カブリが発生しやすくなるなどである。
【００６８】
本発明では現像バイアス全体の濃度推移を検出できるため、負性特性が生じる以前の最適なパターン形成条件Ｃ連続を容易に算出することが可能である。そのため、画像濃度を含め画像品質全般的に安定させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施例に係わる画像形成装置を説明する図
【図２】本発明に係わる離散パターンを説明する図
【図３】本発明に係わる画像濃度制御の最適なパターン形成条件算出を説明する図
【図４】本発明に係わる連続可変パターンを説明する図
【図５】本発明に係わる連続可変パターンにおける濃度算出法を説明する図
【図６】本発明の第２の実施例に係わるカブリ発生について説明する図
【図７】本発明の第２の実施例に係わる現像バイアスとカブリ濃度の関係図
【図８】本発明の第２の実施例に係わるフローチャート
【図９】本発明の第３の実施例に係わる負性特性について説明する図
【図１０】本発明に第３の実施例に係わる効果について説明する図
【図１１】従来例を説明する図
【符号の説明】
【００７０】
１  感光ドラム
２  帯電ローラ
３  露光装置
６  転写ローラ
７  プロセスカートリッジ
８  クリーニング装置
１２  転写ベルト
１６  吸着ローラ
１４  定着装置
２２  転写ベルトクリーニング装置
２３  光学濃度センサ
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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