(57)【要約】【課題】ＡＴＲパッチ画像濃度によってトリボ制御を良好に行い、且つ、トナー消費量を少なくし、更にはクリーニング不良等の弊害を発生することもない画像形成装置を提供する。【解決手段】画像情報に基いて露光手段１００の１画素あたりの露光面積を制御する露光面積制御手段３５と、参照用トナー画像形成時において、通常画像形成時よりも露光手段１００の露光強度を小さくして露光面積を大きくするように露光量を切り替える切替手段７２と、を有する。【選択図】図１
2008158240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と、画像情報に基いて前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーとキャリアを含む現像剤にて現像する現像手段と、を有する画像形成手段と、前記画像形成手段にて形成された参照用トナー画像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記濃度検知手段の検知結果に基いて前記現像手段へ補給するトナー量を制御する補給制御手段と、記録材に形成するトナー像を形成する通常画像形成中において、画像情報に基いて前記露光手段の１画素あたりの露光面積を制御する露光面積制御手段と、前記参照用トナー画像形成時において、前記通常画像形成時よりも前記露光手段の露光強度を小さくして前記露光面積を大きくするように露光量を切り替える切替手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記参照用トナー画像の濃度は、通常画像形成時の中間濃度レベルに相当する濃度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】
前記参照用トナー画像は、前記露光手段を全発光させて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記参照用トナー像の画像形成時の露光強度は、通常画像形成時の露光強度の８０％以下の出力であることを特徴とする請求項１乃至３のいづれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記参照用トナー像の静電潜像の露光電位が、前記現像手段に印加する現像電位に対して前記トナーが飛翔方向になるように露光電位が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいづれかの項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、電子写真方式や静電記録方式等を用いた画像形成装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式や静電記録方式は、複写機やプリンタに用いられる最もよく知られた印刷方式のひとつである。近年では、よりＰＯＤ（プリント・オン・デマンド）の注目により、高速の印刷能力、イメージ画像印刷等が望まれ、その結果印刷画質も高品質で高精細なものが望まれるようになってきた。
【０００３】
一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置では、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、又は、非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、画像の色味などの観点から、殆どの現像装置が二成分現像剤を使用している。
【０００４】
周知のように、この二成分現像剤のＴ／Ｄ比（キャリア及びトナーの合計重量に対するトナー重量の割合）及びトナー帯電量は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナーは現像時に消費され、現像剤のＴ／Ｄ比が減少し、同時にトナー帯電量は上がるため画像濃度は低下する。このため、現像剤濃度制御装置若しくは画像濃度制御装置を使用して、適時、現像剤の濃度若しくは画像濃度を検出して、その変化に応じてトナー補給を行ない、Ｔ／Ｄ比若しくは画像濃度を常に一定に制御し画像の品位を保持する必要がある。
【０００５】
図９に、従来の濃度制御装置を備えた画像形成装置、本例では電子写真方式のデジタル複写機の全体構成例を示す。
【０００６】
本例にて、先ず、原稿３１の画像がＣＣＤ１にて読みとられ、得られたアナログ画像信号が増幅器２で所定のレベルまで増幅され、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３により例えば８ビット（０〜２５５階調）のデジタル画像信号に変換される。
【０００７】
次に、このデジタル画像信号は、γ変換器（本例では、２５６バイトのＲＡＭで構成され、ルックアップテーブル方式で濃度変換を行なう変換器）５に供給され、そこでγ補正された後、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）９に入力される。
【０００８】
この変換器９によりデジタル画像信号は、再びアナログ画像信号に変換されて、コンパレータ１１の一方の入力に供給される。コンパレータ１１の他方の入力には、三角波発生回路１０から発生される所定周期の三角波信号が供給されている。コンパレータ１１の一方の入力に供給されたアナログ画像信号は、この三角波信号と比較されてパルス幅変調される。このパルス幅変調された二値化画像信号は、レーザ駆動回路１２にそのまま入力され、レーザダイオード１３の発光のオン・オフ制御用信号として使用される。レーザダイオード１３から放射されたレーザ光は、周知のポリゴンミラー１４により主走査方向に走査され、ｆ／θレンズ１５、及び反射ミラー１６を経て、矢印方向に回転している像担持体４０に照射され、静電潜像が形成される。
【０００９】
つまり、本例にて、像担持体４０は、ドラム状の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）とされ、露光器１８で均一に除電を受け、一次帯電器１９により均一に、例えばマイナスに帯電される。その後、上述したレーザ光の照射を受けて画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【００１０】
この静電潜像は、現像装置２０によって現像され、可視画像（トナー像）とされる。現像装置２０の上部には補給用トナー２９を収容したトナー補給槽８が取付けられている。トナー補給槽８内の下部には、モータ２８によって回転駆動されることにより、トナー２９を搬送して現像装置２０内に供給するトナー搬送スクリュー３０が設置されている。
【００１１】
感光体ドラム４０上に形成されたトナー像は、転写材担持ベルト１７により感光体ドラム４０に搬送された転写材Ｐ上に転写帯電器２２の作用により転写される。転写材担持ベルト１７は、２個のローラ２５ａ、２５ｂ間に張設され、図示矢印方向に無端駆動することにより、その上に保持した転写材Ｐを感光体ドラム４０に搬送する。感光体ドラム４０上に残った転写残りのトナーは、その後、クリーナ２４で掻き落とされる。
【００１２】
なお、図９には、説明を簡単にするために、画像形成手段を構成する単一の画像形成ステーション（感光体ドラム４０、露光器１８、一次帯電器１９、現像装置２０などを含む）のみを図示している。しかし、カラー画像形成装置の場合には、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する画像形成ステーションが、転写材担持ベルト１７上にその移動方向に沿って順次配列されることになる。
【００１３】
図１０に、現像装置２０の一例を示す。
【００１４】
本例にて現像装置２０は、二成分現像剤２１を収容した現像容器２を備え、現像剤担持体である現像スリーブ１０が感光体ドラム４０と所定の間隙を開けて回転自在に設置されている。現像スリーブ１０は非磁性材料の円筒体からなり、この内側には磁界発生手段のマグネットローラ１１が、現像スリーブ１０の回転に対して非回転に配置されている。マグネットローラ１１は５つの磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２を有している。現像スリーブ１０上方の現像容器２の部分には磁性部材の規制ブレード１２が取付けられ、この規制ブレード１２は、マグネットローラ１１の鉛直方向最上点に略位置した磁極Ｓ２の近傍に向けて、現像スリーブ１０と非接触に配置されている。現像容器２内下部には現像剤搬送スクリュー４、６が配置されている。
【００１５】
現像容器２内に収容された二成分現像剤２１は、搬送スクリュー４、６の撹拌、搬送により容器２内を循環されながら、現像スリーブ１０に供給される。現像スリーブ１０に供給された現像剤は、マグネットローラ１１の磁極Ｎ３により現像スリーブ１０上に汲み上げられる。現像剤は、現像スリーブ１０の回転に伴い、現像スリーブ１０上を磁極Ｓ２→磁極Ｎ１と搬送され、現像スリーブ１０と感光体ドラム４０とが対向した現像部Ａに至る。その搬送の途上で現像剤は、規制ブレード１２により磁極Ｓ２と共同して磁気的に層厚を規制され、現像スリーブ１０上に現像剤の薄層が形成される。
【００１６】
現像部Ａに位置されたマグネットローラ１１の磁極Ｎ１は現像主極であり、現像部Ａに搬送された現像剤は、磁極Ｎ１によって穂立ちして感光体ドラム４０の表面に接触し、感光体ドラム４０の表面に形成された静電潜像を現像する。潜像を現像した現像剤は、現像スリーブ１０の回転に伴い現像部Ａを通過し、搬送極Ｓ１を経て現像容器２内に戻され、磁極Ｎ２、Ｎ３の反発磁界により現像スリーブ１０から除去され、回収される。
【００１７】
画像形成装置には、上記の現像で消費したトナー分、現像装置２０内の現像剤２１にトナーの補給制御を行って、現像剤のＴ／Ｄ比若しくはトリボ（画像濃度）を一定に制御するために、様々な方式の濃度制御装置（ＡＴＲ）が設置されている。
【００１８】
具体的には、
（１）現像装置２０内に設置したＴ／Ｄ比センサ２３により、現像装置２０内現像剤２１のＴ／Ｄ比を反射光量にて検知して制御する方式（現像剤反射ＡＴＲ）、
（２）感光体ドラム４０上に参照用にパッチ画像２６を作像し、その画像濃度を感光体ドラム４０に対向設置した電位センサなどのセンサ２７により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）、
（３）ビデオカウンタ４からの画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルから必要トナー量を演算して制御する方式（ビデオカウンタＡＴＲ）、
などがある。
【００１９】
いずれも、それぞれの方式により得られた情報に基づいて、ＣＰＵ６からモータ駆動回路７を介してモータ２８の回転を制御することにより、現像装置２０内現像剤２１へのトナーの補給制御を行なう。これによって、現像剤のＴ／Ｄ比若しくは画像の濃度を一定に保つように構成されている。
【００２０】
例えば、特許文献１〜３などに記載されるように、二成分現像装置で従来から行われている、直接的にＴ／Ｄ比を測定する（所謂、光ＡＴＲ、インダクタンス制御など）手法による現像剤濃度制御装置は、Ｔ／Ｄ比安定性を主とするものであった。そのため、Ｔ／Ｄ比は安定するものの、キャリアの帯電能力の変化や、長時間放置、或いは画像形成装置の設置環境の急激な変化等によるトナー帯電量（以下、「トリボ」と呼ぶ。）の変化に追従することができなくなっていた。結果として許容されない色味変動や濃度変動を引き起こす場合がある。
【００２１】
周知のように、現像工程では、感光体ドラム上に形成された露光電位（「Ｖｌ」と呼ぶ。）と現像電位（「Ｖｄｃ」と呼ぶ。）の現像コントラスト電位差（「Ｖｃｏｎｔ」と呼ぶ。）をトナー電荷で埋めている。
【００２２】
従って、トナーのトリボが変化することは所定Ｖｃｏｎｔに対してのトナー載り量、すなわち、濃度が変化することを意味する。濃度変動を防ぐために、トナートリボの変化に応じてＶｃｏｎｔを変化させることで感光体ドラム上のトナー載り量を安定化させることは可能である。しかし、トナートリボ変化は、現像後に続く転写工程における転写性にも多大な影響を与えるために、結果として転写材上の画像に多大な影響を与えることになる。
【００２３】
これらを鑑みて、現像装置内のトナートリボを安定化させる狙いで、所謂、パッチ検ＡＴＲが従来から行われている。即ち、パッチ検ＡＴＲでは、感光体ドラム上にある基準パッチ（参照用トナー像）を適宜形成し、該パッチの濃度を初期時のそれと比較し、該比較結果に応じてトナー補給制御を行なう。
【００２４】
パッチ検ＡＴＲは、トナートリボそのものを検知して行なっているのではなく、所定Ｖｃｏｎｔにおける感光体ドラム上のパッチ濃度をパッチ検センサで検知して、その検知データからトナートリボを推察してトナー補給制御を行なっているものである。このパッチ検ＡＴＲは、Ｖｃｏｎｔ電位差＝トナートリボ（Ｑ／Ｍ）×トナー載り量（Ｍ／Ｓ）になることが前提になっている。すなわち、パッチ濃度が予め設定された基準濃度に対して低いと検知した場合、それはトリボが基準値に比べて高いことと同値であるので、現トリボを下げるためにトナーを補給して現像剤のＴ／Ｄ比を上げている。逆にパッチ濃度が基準濃度に対して高いと検知した場合は、それはトリボが基準値に比べて低いことと同値であるので、現トリボを上げるためにトナー補給を停止して、その後の作像によるトナー消費によって現像剤のＴ／Ｄ比を下げている。
【００２５】
なお、上記パッチ検センサとしては、ＬＥＤ等の発光素子と光電変換素子などの受光素子とから構成される光学的センサが一般に良く用いられている。この光学的センサでは、発光素子による入射光に対してトナー像と下地（像担持体表面）の反射率の差から、トナー濃度を検知している。従って、高濃度域になるとトナーが層をなして重なってしまうため、トナー像表面からの反射光で検知する光学的センサでは、トナー濃度（トナー載り量）の感度が著しく落ちてしまう。また低濃度ではトナー層からの反射光の出力が弱いため感度が落ちてしまう。
【００２６】
以上の理由から、パッチ検ＡＴＲのパッチ画像の濃度としては、光学的センサの感度のよい中間調濃度０．５〜１．０程度が好適に用いられている。
【００２７】
また、特許文献４などには、ＡＴＲパッチ画像形成にて、現像剤のＴ／Ｄ比（トリボ）変化をパッチ濃度により良く反映させるために、ＡＴＲパッチ画像形成時の現像バイアスの波形を矩形波とし、通常画像形成時にはブランクパルスを用いる方法が提案されている。これは、現像バイアス波形が矩形波の場合、現像剤のＴ／Ｄ比をよく反映し、ブランクパルスの場合には、Ｔ／Ｄ比の影響を受けづらいという特性を利用したものである。
【特許文献１】特開平０８−１１０７００号公報
【特許文献２】特開平１０−３９６０８号公報
【特許文献３】特開２００１−２９６７３２号公報
【特許文献４】特開２００２−２３４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、従来パッチ検ＡＴＲを用いながらも、現像装置内のトナーのトリボが不安定になる場合がみられた。
【００２９】
そもそもパッチ検ＡＴＲで大前提であるＶｃｏｎｔ＝トナートリボ×トナー載り量という関係は、本発明者の鋭意検討の結果、図１２のような一様な潜像電位（所謂、ベタ潜像）Ｖｌ（２）においては極めて良く成り立つものである。しかしながら、ミクロにみると図１１に示されるような凹凸のある電位（中間調潜像）Ｖｌ（１）では、上記関係式を完全に満たすものではないことが分かった。この点に関しては、後で詳細に説明する。
【００３０】
パッチ検ＡＴＲで最も好適に用いられる中間濃度０．５〜１．０程度のパッチ画像の潜像電位は、従来の技術で述べたような画像形成装置で潜像形成を行なった場合、上記凹凸のある電位にある。すなわち、パッチ濃度（トナー載り量）を検知してトナー補給制御を行なっても、そもそものトナートリボとパッチ濃度との相関が薄いために、現像装置内のトリボ制御の精度が著しく落ちてしまう問題が発生する。以上の理由から従来のパッチ検ＡＴＲには検討の余地が残されていた。
【００３１】
なお、パッチ検ＡＴＲのパッチ像を、一様電位状態によって形成する、所謂、ベタ潜像で行なえば、Ｖｃｏｎｔ＝トナートリボ×トナー載り量という関係を良く満たす。しかし、上述したように、ベタ濃度のような高濃度域ではパッチ読取センサの感度が悪いために、結果として現像装置内のトナートリボ制御は困難であった。また、トナー消費量の観点からも、高濃度のパッチ画像を形成することは好ましくない。また、形成したパッチ画像をクリーニングする際に、高濃度パッチ画像ではトナー量が多いために、所謂クリーニング不良が懸念される。
【００３２】
そこで、本発明の目的は、ＡＴＲパッチ画像濃度によってトリボ制御を良好に行い、且つ、トナー消費量を少なくし、更にはクリーニング不良等の弊害を発生することもない画像形成装置を提供することである。
【００３３】
つまり、本発明の目的は、色味変動、濃度変動を小さく抑え良好な画像を長期にわたって形成することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー像を担持する像担持体と、画像情報に基いて前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーとキャリアを含む現像剤にて現像する現像手段と、を有する画像形成手段と、前記画像形成手段にて形成された参照用トナー画像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記濃度検知手段の検知結果に基いて前記現像手段へ補給するトナー量を制御する補給制御手段と、記録材に形成するトナー像を形成する通常画像形成中において、画像情報に基いて前記露光手段の１画素あたりの露光面積を制御する露光面積制御手段と、前記参照用トナー画像形成時において、前記通常画像形成時よりも前記露光手段の露光強度を小さくして前記露光面積を大きくするように露光量を切り替える切替手段と、を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ＡＴＲパッチ画像濃度によってトリボ制御を良好に行い、且つ、トナー消費量を少なくし、更にはクリーニング不良等の弊害を発生することがない。従って、本発明によれば、色味変動、濃度変動を小さく抑え良好な画像を長期にわたって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３７】
実施例１
先ず、図１を参照して本発明に係る画像形成装置の一実施例の全体構成について説明する。本実施例では、画像形成装置は、電子写真方式のデジタル複写機とされるが、本発明は、電子写真方式や静電記録方式の種々の画像形成装置にて等しく具現化できる。
【００３８】
本実施例にて、画像形成装置は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム４０と、感光体ドラム４０上に画像情報信号に応じた静電潜像を形成する露光装置１００と、を備えている。感光体ドラム４０上に形成された静電潜像は、トナー及びキャリアを含む現像剤を有した現像装置４４により現像してトナー像とする。
【００３９】
先ず、露光手段としての露光装置１００について説明する。
【００４０】
図１において、複写されるべき原稿３１の画像は、レンズ３２によってＣＣＤなどの撮像素子３３に投影される。この撮像素子３３は原稿画像を多数の画素に分解し、各画素の濃度に対応した光電変換信号を発生する。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号は画像信号処理回路３４に送られ、ここで画素ごとにその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号（入力画像濃度信号）に変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。
【００４１】
露光装置１００にて、露光面積制御手段としての前記パルス幅変調回路３５は、入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して出力する、所謂、面積（レーザ点灯時間）変調方式で潜像形成の機能をなす。すなわち、図２に示すように、高濃度の画素画像信号に対してはより幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形成する。
【００４２】
パルス幅変調回路３５から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ３６に供給され、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。従って、半導体レーザ３６は、高濃度画素に対してはより長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動されることになる。そのため、感光体ドラム４０は、次に述べる光学系によって、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。
【００４３】
半導体レーザ３６から照射されたレーザ光３６ａは、露光装置１００を構成するレーザービームスキャナ装置が具備する回転多面鏡３７によって掃引される。そして、ｆ／θレンズ等のレンズ３８、及びレーザ光３６ａを感光体ドラム４０方向に指向させる固定ミラー３９によって、感光体ドラム４０上にスポット結像される。これにより、レーザ光３６ａは、像担持体としての感光体ドラム４０をその回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）に走査し、静電潜像を形成することになる。
【００４４】
感光体ドラム４０は、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ等の感光体を表面に有し、矢印方向に回転するドラム状の電子写真感光体であり、露光器４１で均一に除電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電される。その後、露光装置１００により、上述した画像情報信号に対応して変調されたレーザ光３６ａで露光走査され、これによって画像情報に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像はトナーとキャリアが混合された二成分現像剤４３を使用する現像手段としての現像装置４４によって反転現像され、トナー像として可視化される。ここで、反転現像とは、感光体ドラム４０の光で露光された領域に、潜像と同極性に帯電したトナーを付着させて、これを可視化する現像方法である。
【００４５】
つまり、本実施例にて、像担持体としての感光体ドラム４０、帯電手段としての一次帯電器４２、露光装置１００、現像手段としての現像装置４４が、画像形成手段を構成している。
【００４６】
画像形成手段にて形成された感光体ドラム４０上のトナー像は、転写材担持体である転写材担持ベルト４７により感光体ドラム４０に搬送された転写材Ｐ上に、転写帯電器４９の作用により転写される。転写材担持ベルト４７は２個のローラ４５ａ、４５ｂ間に張架され、図示矢印方向に無端駆動することにより、その上に保持した転写材Ｐを感光体ドラム４０に搬送する。トナー像が転写された転写材Ｐは、転写材担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器に搬送され、永久像に定着される。また、転写後に感光体ドラム４０上に残った残留トナーは、その後、クリーニング装置５０によって除去される。
【００４７】
尚、説明を簡単にするために、図１においては、画像形成手段として、単一の画像形成ステーション（感光体ドラム４０、露光装置１００、一次帯電器４２、現像装置４４等を含む）のみを図示した。しかし、本実施例の画像形成装置は、例えばシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色に対する画像形成ステーションを具備したカラー画像形成装置である。従って、この画像形成ステーションが、転写材担持ベルト１７上にその移動方向に沿って順次に配列される。各画像形成ステーションにおいては、各画像形成ステーションの感光体ドラム上に原稿の画像を色分解した各色毎（画像の各色成分毎）の静電潜像が順次に形成されて、対応する色のトナーを有する現像剤を用いる現像装置で現像され、トナー像とされる。各感光体ドラム上のトナー像は、転写材担持ベルト４７によって搬送される転写材Ｐ上に順次に重ね合わせて転写される。
【００４８】
上記現像装置４４は、先に図１０に示した現像装置２０と同様の構成とされる。つまり、現像装置４４は、磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分現像剤４３を収容した現像容器２を備えている。この現像容器２内には現像剤担持体である、ＳＵＳなどの非磁性材料にて作製された現像スリーブ１０が、回転する感光体ドラムに対向して設けられている。その他の構成については、図１０と同様であるため、上記説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。
【００４９】
本実施例によると、トナー補給手段として、現像装置４４の上部には、図１に示されるように、補給用トナー６３を収容したトナー補給槽６０が取付けられ、このトナー補給槽６０内の下部にはトナー搬送スクリュー６２が設置されている。ギア列７１を介して接続したモータ７０でトナー搬送スクリュー６２を回転駆動することにより、補給槽６０内のトナー６３が搬送されて現像装置４４内に供給される。トナー搬送スクリュー６２によるトナーの供給は、ＣＰＵ６７によりモータ駆動回路６９を介してモータ７０の回転を制御することにより制御される。ＣＰＵ６７に接続されたＲＡＭ６８には、モータ駆動回路６９に供給する制御データ等が記憶されている。
【００５０】
さて、静電潜像の現像により現像装置４４内現像剤４３のＴ／Ｄ比が低下し同時にトナートリボが上がるので、濃度制御装置によりトナー補給槽６０からトナー６３を現像装置４４に補給する補給制御を行なう。
【００５１】
本実施例では、濃度制御装置として、光学的画像濃度検知手段としての画像濃度センサ７３により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）を備えている。つまり、感光体ドラム４０上に参照用にパッチ画像（参照用トナー像）を作像し、その画像濃度を感光体ドラム４０に対向設置した発光部７３ａ及び受光部７３ｂを有する画像濃度センサ７３により検知し、その検知結果に基いて制御する。
【００５２】
このように、本実施例では、参照用のパッチ画像の濃度が適正化するように現像装置へのトナー補給量を制御することで、現像装置内のトナーのトリボを常に安定化することによって、市場で重要視されている画像濃度の適正化を目的としている。
【００５３】
上述したように、従来、特許文献４（特開２００２−２３４３６号公報）などに以下のことが記載されている。即ち、ＡＴＲパッチ画像形成にて、現像剤のＴ／Ｄ比（トリボ）変化をパッチ濃度により良く反映させるために、ＡＴＲパッチ画像形成時の現像バイアスの波形を矩形波とし、通常画像形成時にはブランクパルスを用いる方法が提案されている。これは、現像バイアス波形が矩形波の場合、現像剤のＴ／Ｄ比をよく反映し、ブランクパルスの場合には、Ｔ／Ｄ比の影響を受けづらいという特性を利用したものである。
【００５４】
これに対して、本発明は、このような従来技術とは異なり、現像バイアスではなく、潜像パターンを変えてパッチ画像を形成することにより、トリボ感度を高くして、パッチ濃度が現像剤Ｔ／Ｄ比（トリボ）を良く反映するようにしている。
【００５５】
つまり、本発明によれば、レーザパワー（露光強度）を下げて露光面積を増やした潜像によって、中間調濃度のパッチ画像形成及び検知を行う。これによって、パッチ画像濃度がトリボをより良く反映するようになる。従って、トリボ制御、即ち、現像剤Ｔ／Ｄ比制御の精度を増すことができる。
【００５６】
一般に、ＡＴＲパッチで用いられるアナログパッチ（露光工程のない帯電電位Ｖｄと現像バイアスＶｄｃでパッチを形成）でも同様の効果が得られる。しかしながら、アナログ形成では、スラスト（感光体ドラム４０の軸線方向）全域に画像形成されるためにトナーが無駄に消費されてしまう。
【００５７】
これに対して、本発明では、パッチ検できる範囲のみ任意に画像形成が可能なため、無駄なトナー消費がない。更に、アナログパッチではダウンタイムが生じる欠点がある。即ち、アナログパッチ画像形成時と通常画像形成時では、現像バイアスを変更するために、通常画像形成と同時に行うことができない。
【００５８】
これに対して、本発明では、レーザパワーのみ変更してパッチ画像形成を行うため、通常画像形成と同時に実施可能である。例えば、非画像域や紙間にてＡＴＲパッチを行うことができる。
【００５９】
ここで、本発明の最も特徴的であるところの、参照用パッチ画像を作像する際の潜像形成について説明する。
【００６０】
先ず、通常画像形成時は、上で述べた通り画素ごとにその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号（入力画像濃度信号）に変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。そして、パルス幅変調回路３５は入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（レーザ発光時間長）のレーザ駆動パルスを形成して出力する、所謂面積変調方式で潜像形成している。この面積変調方式は、別に特徴のあるものではなく、階調表現に有利なため最も広く複写機等の画像形成装置に用いられている。なお、レーザ強度は全画素で一律同じ強度にしている。各画素でレーザ強度を切り替えて階調表現を行なうことは、レーザ強度切り替え速度が１画素の走査時間に対して間に合わないため、高解像度や高速化を求められる昨今の画像形成装置には困難な方式である。
【００６１】
一方、本発明によれば、参照用パッチ画像形成時は、通常画像形成時のレーザ強度に対して強度を落として潜像形成を行なっている。この狙いは、上記で説明した通りパッチ検ＡＴＲの前提であるＶｃｏｎｔ＝トナートリボ×トナー載り量という相関を強く出すために、パッチ画像の潜像を微視的に凹凸のある電位状態ではなく、なるべく一様な電位状態にするためにある。
【００６２】
繰り返しの説明になるが、そもそもパッチ検ＡＴＲではＶｃｏｎｔ＝トナートリボ×トナー載り量という関係を利用して行なっており、所定Ｖｃｏｎｔによって形成されたパッチ像の濃度を検知することで、現像装置内のトナートリボ値を推測して行なっている。
【００６３】
本発明者の鋭意検討の結果、図１２のような一様な潜像電位（所謂ベタ潜像）（Ｖｌ（２））においては極めて良く成り立つ関係式である。しかしながら、ミクロにみると図１１に示されるような凹凸のある電位（中間調潜像）（Ｖｌ（１））では、上記関係式を完全に満たすものではないことが分かった。その理由を以下のように考えている。
【００６４】
通常画像形成時における中間調電位は、図７に示すように、感光体ドラム表面では微視的に凹凸の電位状態である。しかし、感光体ドラム表面から現像スリーブ方向に距離が離れるにつれ、微視的な露光部（Ｖ（１））と非露光部（Ｖ（２））による電界の重ね合わせによって電位は一様になり、トナー電荷は凹凸電位の平均電位Ｖａの方向に電界の力を受ける。
【００６５】
なお、ここで平均電位Ｖａとは、図７の凹凸電位のＡ面積とＢ面積が等しくなる電位を指す。Ｖｄｃは現像バイアスの電位を示す。
【００６６】
図８は、図７の位置（１）における感光体ドラム−現像スリーブ間の位置毎の電位を示している。図８で示すように、感光体ドラム−現像スリーブ間の電位勾配のうち、現像スリーブよりの電位勾配は、平均電位Ｖａと現像スリーブ電位Ｖｄｃで形成される電位勾配となる。一方、感光体ドラムの極近傍位置では、ミクロ的にみるとドラム電位の影響を受け、露光部電位Ｖ（１）に収束するように電位変動するため、電位の谷が形成されている。感光体ドラムと位置Ｘの間で形成される電位の谷より、この空間内ではドラムに引き寄せられる方向に力を受ける（現像される）が、ドラムから位置Ｘより離れると、スリーブに引き戻される力を受ける（現像されない）ことになる。即ち、谷部にトナーが落ち込み谷部を埋めきるとネガ帯電されたトナーは飛翔しない方向の電界になるため現像終了になる。
【００６７】
このように考えると、例えば、トナー電荷量が小さくてもトナー体積によって位置Ｘまで埋まってしまうと、現像が終了することになる。すなわち、現像終了が、埋めたトナー電荷量に依存せずにトナー載り量（感光体ドラム表面からトナー上層までの距離）によって決定されることを意味する。この結果、微視的に凹凸の電位状態での現像では、ある所定Ｖｃｏｎｔに対してトナー電荷（トリボ）が変化してもトナー載り量が変化しにくい傾向になると考えられる。
【００６８】
なお、このようにトリボの感度が低下する現象は、上記平均電位Ｖａが現像バイアス（現像電位）よりトナー非飛翔方向（本実施例ではネガ電位方向）にある場合に顕著に発生する。したがって、トリボの感度を向上させるために、上記平均電位Ｖａが現像バイアス（現像電位）よりトナー飛翔方向（本実施例ではポジ電位方向）にあるほうが好ましい。しかし、平均電位Ｖａがトナー飛翔方向であっても一定量トナー現像して電位を埋めると、同様に図８の状態になるためトナー電荷量（トリボ）に依存しずらい傾向が発生する。
【００６９】
この結果、パッチ検ＡＴＲで最も好適に用いられる中間濃度０．５〜１．０程度のパッチ画像を、通常画像形成時と同様に潜像形成した場合、次の問題が起こる。
【００７０】
つまり、ミクロに凹凸のある電位状態になるためパッチ濃度（トナー載り量）を検知してトナー補給制御を行なっても、現像装置内のトナートリボ制御の精度が著しく損なわれてしまう、こととなる。
【００７１】
以上の理由から、本発明では参照用パッチ画像形成時には、一様な潜像電位にするべくレーザ強度を通常画像形成時に比べて強度を落として潜像形成を行なっている。
【００７２】
図３は、意図的にトナートリボを変動させた際の、それぞれ、（１）レーザパワー６０％、（２）レーザパワー１００％（通常画像形成時のレーザパワー）で潜像形成したパッチ濃度を示しており、本発明の作用効果をよく説明するものである。この際の帯電電位Ｖｄ＝−５００Ｖ、現像スリーブに印加する現像バイアスＶｄｃ＝−３８０Ｖとしている。
【００７３】
また、（１）レーザパワー１００％での潜像形成時には、図４で示すように、レーザ全発光（ＦＦ点灯）時に露光電位Ｖｌ＝−１５０Ｖである。パッチ画像形成時は、パルス幅変調により信号値９０ｈ（０〜ＦＦｈｅｘ）でレーザ点灯しており露光電位（マクロ的にみた平均電位）Ｖａ＝−３００Ｖになっている。すなわち、Ｖｃｏｎｔは８０Ｖに設定してある。
【００７４】
なお、図６は、１画素当たりのパルス幅変調により露光される面積と信号値の関係を示す図である。
【００７５】
一方、（１）レーザパワー６０％での潜像形成時には、ベタ潜像のレーザ強度に対して６０％の強度に変調して露光している。レーザ強度を落とした分、露光電位が当然下がるためにパルス幅変調により信号値ＦＦｈ（０〜ＦＦｈｅｘ）でレーザ点灯しておりその際の露光部電位はＶｂ＝−３００Ｖになっている。すなわち、Ｖｃｏｎｔは８０Ｖに設定してある。
【００７６】
なお、感光体ドラムの電位は、Ｔｒｅｋ製（モデル３３４）の表面電位計により測定したものであり、本実施例の電位は全てこの表面電位計の測定値を用いている。
【００７７】
上記条件において、トナートリボ３０μＣ／ｇで、上記（１）、（２）の両潜像方式で潜像形成した後に現像したパッチ濃度は、共に濃度０．７になっていた。両潜像方式において、トリボを意図的に変動させたときのそれぞれパッチ濃度は、図３に示すとおりであり、（１）レーザパワー６０％で潜像形成したパッチ濃度の方がトナートリボに対して感度が約１．３倍あることが分かった。換言すると、パッチ検ＡＴＲ時に（１）レーザパワー６０％で潜像形成したパッチ濃度を用いたほうが約１．３倍の精度で現像装置内のトナートリボを管理できることになる。
【００７８】
そこで本実施例１では、パッチ画像を形成する際には現像装置内のトリボ感度を高くするために、ターゲットの濃度のパッチ画像を形成するにあたって、以下のように通常画像形成時に比べて露光量を切り替える制御を実行している。即ち、通常画像形成時に比べてレーザパワーを落とし、１画素あたりの露光面積が大きくなるように露光量を変更し静電潜像を形成してパッチ検ＡＴＲを行なっている。具体的には、レーザパワー及び画素毎の露光面積を切り替える切替手段としての参照用画像信号発生回路７２によりパッチ画像を形成用のレーザパワー及び発光時間を変更する。
【００７９】
パッチ検ＡＴＲ時の条件は、上記で示したと同様に、帯電電位Ｖｄ＝−５００Ｖ、現像スリーブに印加する現像バイアスＶｄｃ＝−３８０Ｖ、露光部電位はＶｂ＝−３００Ｖにしている。すなわち、Ｖｃｏｎｔは８０Ｖに設定している。このとき、露光部電位は、通常画像形成時のレーザ強度に対して６０％の強度でパルス幅変調により信号値ＦＦｈ（０〜ＦＦｈｅｘ）でレーザ点灯によって形成される。本実施例１においては、Ｔ／Ｄ比＝８％現像剤においてトナートリボが約３０μＣ／ｇであって、そのとき上記電位条件で作像したパッチ濃度は約０．７になっており、これを初期画像濃度としている。なおパッチ濃度は、パッチ検ＡＴＲの濃度センサ７３が読取感度の高い濃度域（０．５〜１．０）であればよい。ここで、パッチ画像の濃度は、濃度検知手段としての光学濃度センサで測定したとき、通常画像形成時の中間濃度レベルに相当する濃度である。
【００８０】
得られたパッチ画像（トナー像）は、パッチ検ＡＴＲの濃度センサ７３の発光部７３ａからの光を照射し、その反射光を光電変換素子などの受光部７３ｂで受光し、パッチ画像の実際のパッチ濃度を検知する。
【００８１】
上記の受光部７３ｂからの実際のパッチ画像濃度を検知した出力信号は、比較器７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の入力には、基準電圧信号源７６からパッチ画像の初期画像濃度に対応する基準信号が入力されている。比較器７５はパッチ画像濃度と初期画像濃度とを比較してその濃度差を求め、濃度差の出力信号をＣＰＵ６７に供給する。
【００８２】
この濃度差の出力信号は、図５に従って現像装置４４内現像剤４３へのトナー補給制御に使用する。このトナー補給により、現像装置内のトリボが基準トリボに対しての変化を是正するように制御される。
【００８３】
例えば、パッチ濃度が予め設定された基準濃度に対して低いと検知した場合、それはトリボが基準値に比べて高いことと同値であるので、現トリボを下げるためにトナーを補給して現像剤のＴ／Ｄ比を上げている。逆にパッチ濃度が基準濃度に対して高いと検知した場合は、それはトリボが基準値に比べて低いことと同値であるので、現トリボを上げるためにトナー補給を停止して、その後の作像によるトナー消費によって現像剤のＴ／Ｄ比を下げている。
【００８４】
なお、上記レーザパワー値（通常画像形成時の６０％）とパルス幅変調の信号値ＦＦｈは、本実施例１の画像形成装置においては、０．５〜１．０の中間調濃度で且つ一様な電位状態に潜像形成できる一例であるが、これに限定されるものではない。本発明者の検討結果、通常画像形成時に比べて少なくともレーザパワーを８０％以下に落として、且つパッチ濃度０．５〜１．０程度にすることで、通常画像形成時に比べて電位は平坦に近づくためにパッチ検ＡＴＲによるトリボ制御の精度は向上した。
【００８５】
なお、パッチ画像の面積は、トナー消費量を考慮して上記濃度センサ７３が検知できる最低限の大きさであればよい。一般に、通常画像形成時のレーザパワーの８０％以下とされる。
【００８６】
なお、本実施例の画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの４色分の画像形成ステーションを備えている。従って、各色の画像形成ステーションにおいて、上記のようにして、各色のパッチ画像の濃度検知及び初期濃度との比較が行なわれ、各色のパッチ画像における実際の濃度と初期濃度との濃度差が求められて、濃度差の出力信号がＣＰＵ６７に供給される。
【００８７】
以上説明したように、本発明は、感光体ドラム上に濃度参照用のパッチ画像を作像し、その画像濃度を画像濃度センサにより検知して該結果を用いてトナー補給制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）において、次の特徴を有する。つまり、本発明では、通常画像形成時に比べてレーザ強度を落として潜像形成した中間調濃度のパッチ画像を用いる。このために、パッチ濃度が現像装置内のトリボを依り良く反映するようになり、従って、現像装置内のトナーのトリボを適正且つ安定に制御することが出来る。
【００８８】
つまり、本発明によれば、レーザパワーを下げて露光面積を増やした潜像によって、中間調濃度のパッチ画像形成及び検知を行う。これにより、パッチ画像濃度がトリボをより良く反映することができ、従って、トリボ制御、即ち、現像剤Ｔ／Ｄ比制御の精度が増す。
【００８９】
また、本発明では、パッチ検できる範囲のみ任意に画像形成が可能なため、無駄なトナー消費がない。
【００９０】
更に、本発明では、パッチ画像形成はレーザパワーのみ変更して実施されるので、通常画像形成と同時に、例えば、非画像域や紙間などにて実施することができ、ＡＴＲパッチ検に起因したダウンタイムを生じない。
【００９１】
実施例２
実施例１では、パッチ検ＡＴＲ時の条件として、帯電電位Ｖｄ＝−５００Ｖ、現像スリーブに印加する現像バイアスＶｄｃ＝−３８０Ｖ、露光部電位はＶｂ＝−３００Ｖ、すなわち現像コントラスト電位は８０Ｖに設定していた。露光部電位は、通常画像形成時のレーザ強度に対して６０％の強度に落として、且つパルス幅変調により信号値ＦＦｈ（０〜ＦＦｈｅｘ）のレーザ点灯によって形成した。
【００９２】
しかしながら、感光体ドラムの帯電及び露光感度や環境特性による露光電位変動等によって、同じ条件で帯電及び同レーザパワーによって露光を行なっても同様の潜像電位が形成されない場合がある。この場合、パッチ画像作成時のＶｃｏｎｔが、狙いであるＶｃｏｎｔ（本実施例では８０Ｖ）からずれてしまい、結果として現像装置内のトリボが予測と異なる方向に制御してしまう問題が生じる。
【００９３】
実施例２では感光体ドラムの環境変化、耐久変化を考慮して、感光体ドラムの表面電位を検知する電位センサ８０を設けて、現像コントラスト電位を所望値（本実施例では８０Ｖ）に合わせたのちに、パッチ検ＡＴＲを行なっている。即ち、公知の電位制御によってパッチ画像作成用の露光電位と現像スリーブに印加する現像バイアスの電位差を所定の電位差となるように電位制御している。露光電位を変更する手段として、レーザパワーを変更するかパルス幅（発光時間）を変更するかを選択できるが、少なくとも通常画像形成時に比べてレーザパワーは下がっていればどちらを選択しても良い。好ましくは、より均一な電位状態にするためにパルス幅変調の信号値ＦＦｈに近い方が好ましい。これにより、環境変動や耐久劣化等によって感光体ドラムの帯電、露光特性が変動しても、常に基準Ｖｃｏｎｔによってパッチ画像を形成することが出来る。このため、適正な電位によって得られたパッチ濃度によって現像装置内のトリボを精度よく制御することが可能になる。
【００９４】
以上述べたように、実施例２においては、感光体ドラムの電位を検知する電位センサを設けて、電位制御によって所望Ｖｃｏｎｔ値に合わせた後にパッチ検ＡＴＲを行なっている。そのために、例えば、環境変動によって感光体ドラムの特性が変動した場合にも、パッチ検ＡＴＲによって現像装置内のトナーのトリボを適正且つ安定に制御することが出来る。
【００９５】
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施例において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００９６】
以上説明したように、本発明によれば、色味変動、濃度変動を小さく抑え良好な画像を長期にわたって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施例１、２におけるレーザ信号制御の概念図である。
【図３】現像装置のトナートリボとパッチ濃度の関係を示す図である。
【図４】通常画像形成時におけるパルス幅信号値と感光体ドラム電位を示す図である。
【図５】パッチ検出力値と補給量との関係を示す概念図である。
【図６】１画素当たりのパルス幅変調により露光される面積と信号値の関係を示す図である。
【図７】感光体ドラム表面の電位状態を微視的に示す図である。
【図８】感光体ドラム表面の電位状態を微視的に示す図である。
【図９】従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図１０】従来の現像装置の一例を示す概略構成図である。
【図１１】通常画像形成時のおける中間調濃度の潜像電位を示す図である。
【図１２】参照用トナー像形成時における中間調濃度の潜像電位を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
３５      パルス幅変調回路（露光面積制御手段）
３６      半導体レーザ
３６ａ    レーザ光
４０      感光体ドラム（像担持体）
４２      一次帯電器（帯電手段）
４４      現像装置（現像手段）
６０      トナー補給槽
７２      参照用画像信号発生回路（切替手段）
７３      画像濃度センサ（光学的検知手段）
８０      表面電位センサ（表面電位検知手段）
１００    露光手段
【図１】
2008158240.tif 000003
【図２】
2008158240.tif 000004
【図３】
2008158240.tif 000005
【図４】
2008158240.tif 000006
【図５】
2008158240.tif 000007
【図６】
2008158240.tif 000008
【図７】
2008158240.tif 000009
【図８】
2008158240.tif 000010
【図９】
2008158240.tif 000011
【図１０】
2008158240.tif 000012
【図１１】
2008158240.tif 000013
【図１２】
2008158240.tif 000014