(57)【要約】【課題】画像濃度センサを用いて画像濃度以外の画質因子状態をも検知し、それらを良好な状態に補正・維持することで、画質を良好な状態に維持する。【解決手段】画像形成装置は、図示せぬ制御部により制御される画像形成部５０を備える。制御部は、露光装置５０３により露光されたときの感光体ドラム５０１の表面電位（露光部電位）をあらかじめ予測し、これが現像装置５０４における現像バイアス電位と等しくなるようにしてトナー像を形成する。そして制御部は、このとき形成されたトナー像の濃度に基づいて実際の露光部電位を決定し、その露光部電位を用いてトナー濃度制御や画像濃度制御を実行する。【選択図】図２
2007219374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導電性を有する感光体と、
前記感光体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された感光体を露光し、当該感光体に静電潜像を形成する露光手段と、
現像バイアス電位を生じさせ、前記露光手段により感光体に形成された静電潜像に対応するトナー像を形成する現像手段と、
前記現像手段により形成されるトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
前記露光手段および現像手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記露光手段に第１の静電潜像を形成させ、
前記現像手段に前記第１の静電潜像に対応する第１のトナー像を形成させ、
前記濃度検知手段により検知された第１のトナー像の濃度とあらかじめ決められた濃度との濃度差に応じた補正を行った値を露光部電位として決定する電位設定を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
光導電性を有する感光体と、
前記感光体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された感光体を露光し、当該感光体に静電潜像を形成する露光手段と、
現像バイアス電位を生じさせ、前記露光手段により感光体に形成された静電潜像に対応するトナー像を形成する現像手段と、
前記現像手段により形成されるトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
前記露光手段および現像手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記露光手段に所定の静電潜像を形成させ、
前記現像手段に、それぞれ異なる現像バイアス電位を生じさせて複数の第１のトナー像を形成させ、
前記濃度検知手段により検知された濃度が決められた濃度以上となる第１のトナー像に基づいてトナー像の現像が開始される現像バイアス電位を推測し、当該推測された現像バイアス電位との差分が所定の値となる電位を露光部電位として決定する電位設定を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記濃度検知手段により検知された濃度が決められた濃度以上となる第１のトナー像が複数ある場合に、これらの濃度と現像バイアス電位の相関について直線近似を行い、その結果に基づいてトナー像の現像が開始される現像バイアス電位を推測する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記電位設定により決定された露光部電位と前記現像バイアス電位の差分である現像コントラスト値があらかじめ決められた値となるように前記帯電手段における帯電電位または現像バイアス電位の少なくとも１つを変更して状態検知用の第２のトナー像を形成させ、その後、前記濃度検知手段により検知された前記第２のトナー像の濃度があらかじめ決められた濃度を上回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を低下させる一方、前記第２のトナー像の濃度が前記決められた濃度を下回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を上昇させるトナー濃度制御を行う
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５】
前記制御手段は、
前記トナー濃度制御の後にトナー像の濃度検知用の第３のトナー像を形成させ、その後、前記濃度検知手段により検知された第３のトナー像の濃度とあらかじめ決められた濃度との間に差異がある場合に、その差異をなくす方向に画像形成条件を変更する画像濃度制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記感光体の使用の程度を判断する判断手段を備え、
前記判断手段により判断された使用の程度が高くなるにしたがい、前記電位設定を行う頻度を高める
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７】
前記感光体の帯電条件毎にその駆動時間または回転数を積算した値、またはそれらの値に対して、その帯電条件毎に定められた所定の演算を実行し、当該演算後の各値の和を前記感光体の使用の程度の指標として用いる
ことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
温度または湿度を計測する計測手段を備え、
前記制御手段は、前記計測手段により計測された温度または湿度が高くなるにしたがい、前記電位設定を行う頻度を高める
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９】
前記制御手段はタイマを備え、
単位時間当たりの帯電時間が長くなるにしたがい、前記電位設定を行う頻度を高める
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１０】
前記制御手段は、
前記帯電手段における帯電電位を高めた場合、または過去の所定時間当たりに帯電電位を高めて帯電を行った時間の割合が所定以上の場合に、前記電位設定を行う頻度を高める
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１１】
前記制御手段によりその動作を制御される転写手段であって、前記現像手段により前記感光体にトナーが転移されて形成されたトナー像を所定の転写電位により転写体に転写する転写手段を備え、
前記制御手段は、前記転写手段における転写電位を高めた場合、または過去の所定時間当たりに転写電位を高めて転写を行った時間の割合が所定以上の場合に、前記電位設定を行う頻度を高める
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１２】
前記制御手段は、
ユーザにより入力された画像データに応じてトナー像を形成する第１のモード、または、前記第１のトナー像を形成して前記電位設定を行う第２のモードによる動作を行い、
前記第２のモードにおいては、前記第１のモードにおける帯電電位よりも低い帯電電位で前記感光体を帯電させる
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１３】
前記制御手段は、前記第２のモードにおいて決定された露光部電位から前記トナー濃度制御を行うときの露光部電位を算出する算出手段を備えるとともに、
前記第２のモードにおいて、前記露光部電位が前記算出設定により算出された電位と等しくなるように前記帯電手段における帯電電位、前記露光手段における露光量および前記現像手段における現像バイアス電位の少なくとも１つを変更して状態検知用の第２のトナー像を形成させ、その後、前記濃度検知手段により検知された前記第２のトナー像の濃度があらかじめ決められた濃度を上回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を低下させる一方、前記第２のトナー像の濃度が前記決められた濃度を下回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を上昇させるトナー濃度制御を行う
ことを特徴とする請求項１２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、電子写真方式の画像形成装置における画質制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置の画質は、種々の要素によって決定付けられる。これらの要素（以下「画質因子」という。）には、画像またはトナー像そのものの濃度（以下「画像濃度」という。）を始め、感光体の感度、帯電電位、露光量、現像バイアス電位、トナー残量およびトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）等がある。このような画質因子を適宜調整し、画質を適切な状態に維持するために、画像形成装置には従来よりさまざまな検知手段（センサ）が用いられている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
また、一方で、画像形成装置の小型化・低価格化の要請により、できるだけシンプルな構成で高い画質を実現することが求められている。そのため、上述のようなセンサは削減される傾向にある。最終的に画質を決定付けるのは主として画像濃度であることから、このような場合においては、画像濃度を検知する画像濃度センサのみが残されるのが一般的である。このようにして画像濃度センサのみが残された場合には、画像濃度以外の画質因子については、実験的ないしは経験的に予測したりする程度にとどまっている。
【特許文献１】特許第２８８４５２６号公報
【特許文献２】特許第３１７２１７０号公報
【特許文献３】特開平５−２７３８２７号公報
【特許文献４】特開２００２−１４８９２７号公報
【特許文献５】特開２００３−２７０８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電子写真方式の画像形成装置においては、装置の設置環境や使用状況等に応じて画質因子が大きく変化する可能性がある。画質因子が大きく変化した場合に、上述のような予測に頼っていただけでは、ある画質因子の変化に起因する画質の低下を他の画質因子の調整により補正してしまうおそれがある。すると、いずれの画質因子も適切な状態からは外れてしまい、結果的に画質を良好な状態に維持することができないという不都合が生じる可能性があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像濃度センサを用いて画像濃度以外の画質因子状態をも検知し、それらを良好な状態に補正・維持することで、画質を良好な状態に維持することを可能にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、光導電性を有する感光体と、前記感光体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、前記帯電手段により帯電された感光体を露光し、当該感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス電位を生じさせ、前記露光手段により感光体に形成された静電潜像に対応するトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段により形成されるトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記露光手段および現像手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記露光手段に第１の静電潜像を形成させ、前記現像手段に前記第１の静電潜像に対応する第１のトナー像を形成させ、前記濃度検知手段により検知された第１のトナー像の濃度とあらかじめ決められた濃度との濃度差に応じた補正を行った値を露光部電位として決定する電位設定を行う画像形成装置を提供する。
また、本発明は、光導電性を有する感光体と、前記感光体を所定の帯電電位に帯電させる帯電手段と、前記帯電手段により帯電された感光体を露光し、当該感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス電位を生じさせ、前記露光手段により感光体に形成された静電潜像に対応するトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段により形成されるトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記露光手段および現像手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記露光手段に所定の静電潜像を形成させ、前記現像手段に、それぞれ異なる現像バイアス電位を生じさせて複数の第１のトナー像を形成させ、前記濃度検知手段により検知された濃度が決められた濃度以上となる第１のトナー像に基づいてトナー像の現像が開始される現像バイアス電位を推測し、当該推測された現像バイアス電位との差分が所定の値となる電位を露光部電位として決定する電位設定を行う画像形成装置を提供する。
このような画像形成装置によれば、感光体の表面電位を直接検知することなく、濃度検知手段、すなわち画像濃度センサを用いて露光部の電位を決定することが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述の電位設定の結果を用いて、現像コントラスト値を所定の値に調整維持して調整用のトナー像を形成することで、トナー像の濃度変化がトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）の変化を反映する状態に設定することでトナー濃度制御を行うように構成することも可能である。この場合、前記制御手段を、前記電位設定により決定された露光部電位と前記現像バイアス電位の差分である現像コントラスト値があらかじめ決められた値となるように前記帯電手段における帯電電位または現像バイアス電位の少なくとも１つを変更して状態検知用の第２のトナー像を形成させ、その後、前記濃度検知手段により検知された前記第２のトナー像の濃度があらかじめ決められた濃度を上回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を低下させる一方、前記第２のトナー像の濃度が前記決められた濃度を下回る場合には前記現像手段におけるトナー濃度を上昇させるトナー濃度制御を行うような構成とすればよい。
【０００８】
さらに、本発明に係る画像形成装置は、上述のトナー濃度制御の結果を用いて、画像濃度制御を行うように構成することも可能である。この場合、前記制御手段を、前記トナー濃度制御の後にトナー像の濃度検知用の第３のトナー像を形成させ、その後、前記濃度検知手段に検知させた第３のトナー像の濃度とあらかじめ決められた濃度との間に差異がある場合に、その差異をなくす方向に画像形成条件を変更する画像濃度制御を行うような構成とすればよい。
【０００９】
なお、本発明は画像形成装置のみならず、上述の帯電手段、露光手段、現像手段、濃度検知手段および制御手段を備える画像形成装置における画質制御方法や、この画像形成装置に上述の電位設定、トナー濃度制御および画像濃度制御を実行させるためのプログラムとして提供されることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施例として、以下ではロータリー方式の現像装置と中間転写ベルトを備えた電子写真方式の画像形成装置について２つの実施形態を示して説明する。なお、以下の説明においては、特に断りのない限り、基準電位を０Ｖとし、種々の電位をこの基準電位との差として示している。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である画像形成装置１００の全体構成を概略的に示したブロック図である。同図に示すように、画像形成装置１００の構成は、制御部１０と、記憶部２０と、通信部３０と、操作部４０と、画像形成部５０とに大別される。制御部１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えた演算装置であり、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって画像形成装置１００各部の動作を制御する。また、制御部１０は、ＡＳＩＣ等により画像形成部５０における画像形成に適した画像データを得るための画像処理を実行する機能も有する。記憶部２０はＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置であり、画像形成に用いられる各種データを記憶する。通信部３０は、パーソナルコンピュータやスキャナ等の外部装置と画像データをやりとりするためのインターフェース装置である。操作部４０はタッチパネルを備えた入力装置であり、画像形成に関する各種の情報を表示するとともにユーザからの指示を受け付ける。画像形成部５０は制御部１０から供給された画像データに応じたトナー像を形成し、これを記録用紙に定着させる。
【００１２】
図２は、画像形成部５０の構成をより詳細に示した図である。なお、同図において、破線で示した矢印は記録用紙の搬送経路を示している。ここで記録用紙とは、画像を形成するためのシート状の媒体のことであり、特に紙に限定されるものではない。画像形成部５０は、感光体ドラム５０１と、帯電器５０２と、露光装置５０３と、現像装置５０４と、一次転写ロール５０５と、感光体クリーナ５０６と、イレースランプ５０７と、中間転写ベルト５１１と、複数の搬送ロール５１２と、二次転写ロール５１３と、バックアップロール５１４と、画像濃度センサ５１５と、ベルトクリーナ５１６と、定着装置５１７とを備える。
【００１３】
感光体ドラム５０１は表面に感光層を有する像担持体であり、図示せぬ駆動部により図中の矢印Ａの方向に回転される。帯電器５０２は高圧電源により感光体ドラム５０１との間に所定の電位差を生じさせ、その表面を一様に帯電させる。このとき感光体ドラム５０１に生じる電位を、以下では「帯電電位」という。本実施形態の画像形成装置１００は、帯電時には直流電圧または直流成分と交流成分とを重畳した電圧を印加するが、その帯電電位（実効値）は、およそ−５００Ｖ程度である。なお、帯電電位は高圧電源自体の性能により安定的に維持されるため、感光体ドラム５０１の状態等に起因する変化は比較的少ない。
【００１４】
露光装置５０３は制御部１０から供給された画像データに応じたビーム光を照射することで感光体ドラム５０１を露光する。感光体ドラム５０１はその露光量に応じた分の電荷を失うため、ビーム光が照射された部分（以下「露光部」という。）においてその電位を変化させる。この露光部における感光体ドラム５０１の電位を、以下では「露光部電位」という。露光部には帯電電位と露光部電位の差により静電潜像が形成される。
【００１５】
現像装置５０４はイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色の現像ユニットを備えるいわゆるロータリー方式の現像装置である。それぞれの現像ユニットは、現像ロールやオーガ等を含むトナー供給部と、トナー供給部に現像剤を補給するトナーカートリッジとを備えている。なお、本実施形態における現像剤は２成分現像剤であり、トナーとキャリアとを含んでいる。現像装置５０４は、現像ロールと感光体ドラム５０１との間に所定の電位差を生じさせ、この電位差によって感光体ドラム５０１にトナーを転移させる。このとき現像ロールに生じる電位を、以下では「現像バイアス電位」という。
【００１６】
一次転写ロール５０５は中間転写ベルト５１１が感光体ドラム５０１と対向する位置において所定の電位差を生じさせ、この電位差によって中間転写ベルト５１１にトナー像を転写する。このとき一次転写ロール５０５に生じる電位を、以下では「一次転写電位」という。感光体クリーナ５０６は、トナー像の転写後に感光体ドラム５０４１表面に残留している未転写のトナーを取り除く。イレースランプ５０７は感光体ドラム５０４１表面を強露光して除電する。
【００１７】
中間転写ベルト５１１は無端のベルト部材であり、搬送ロール５１２はこの中間転写ベルト５１１を張架する。搬送ロール５１２の少なくとも１つは駆動部を有しており、中間転写ベルト５１１を図中の矢印Ｂの方向に移動させる。この中間転写ベルト５１１が回転移動することにより、一次転写ロール５０５により転写されたトナー像は二次転写ロール５１３とバックアップロール５１４とにより形成されるニップ領域に移動される。
【００１８】
画像濃度センサ５１５は、上述のニップ領域よりも上流側で二次転写前のトナー像の濃度（以下「画像濃度」という。）を検知する光学式のセンサである。具体的には、画像濃度センサ５１５はトナー像に向けて光を照射したときの反射光（正反射光あるいは拡散反射光）の強度に基づいて画像濃度を検知する。本実施形態の画像濃度センサ５１５は、反射光の光量に応じた電圧を出力し、この値を既知の反射率を有する反射体の出力値と比較および基準化することで「０」〜「１０２３」の値に換算して出力する。なお、本実施形態においては、この出力値が低いほど画像濃度が高く（濃く）、この出力値が高いほど画像濃度が低い（薄い）とする。
【００１９】
二次転写ロール５１３およびバックアップロール５１４は、中間転写ベルト５１１が記録用紙と対向する位置において所定の電位差を生じさせ、この電位差によって記録用紙にトナー像を転写させる。なお、二次転写ロール５１３は電気的に接地されており、基準電位となっている。このときバックアップロール５１４に生じる電位を、以下では「二次転写電位」という。ベルトクリーナ５１６は二次転写ロール５１３により転写されずに中間転写ベルト５１１に残留した未転写のトナーを取り除く。定着装置５１７は加熱ロールと加圧ロールとを備えており、これらのロール部材により記録用紙を加熱および加圧することで記録用紙に転写されたトナー像を定着させる。
【００２０】
以上の構成のもと、画像形成装置１００はユーザにより入力された画像データに応じたトナー像を形成し、これを記録用紙に定着させる。また、このような通常の画像形成の他に、画像形成装置１００は、所定のタイミングで画像形成部５０の状態を検知するためのトナー像（以下「状態検知パターン」という。）を形成し、この濃度を画像濃度センサ５１５により検知することで画質制御を行う。画像形成装置１００がこの画質制御を行うタイミングは、例えば、所定枚数のプリント毎や画像形成装置１００のアイドル時、電源投入時などである。なお、この画質制御は、トナーの残量に十分な余裕があるときに実行するのが望ましい。
【００２１】
画像形成装置１００が行う画質制御は、
（１）状態検知パターンを形成するための電位設定
（２）状態検知パターンの検知結果に基づくトナー濃度制御
（３）状態検知パターンの検知結果に基づく画像濃度制御
の３段階に分類される。いずれの段階においても、画像形成装置１００は状態検知パターンを形成し、これを画像濃度センサ５１５で検知する動作を行い、この検知結果を用いて画質因子の補正を行う。つまり、画像形成装置１００は、一連の画質制御において状態検知パターンを３回形成する。以下では、画像形成装置１００が実行する画質制御を、上述の段階毎に分けて詳細に説明する。
【００２２】
（１）電位設定
画像形成装置１００は、トナー濃度制御を実行するに際して、トナー濃度制御を行うときの露光部電位をあらかじめ決定する。これは、トナー濃度制御に際して形成する状態検知パターンからトナー濃度以外の画質因子に起因する濃度変動を排除するためである。つまり、この（１）における処理は、トナー濃度制御を行うときの電位条件（帯電電位、露光部電位、現像バイアス電位等の相互関係）を一定のレベルとするために行うものである。
【００２３】
このような処理を行う理由は、感光体ドラム５０１には環境や使用状況等に応じて変化する残留電位（Residual Potential）が発生することにある。ここで残留電位とは、強露光によっても除電しきれずに感光体ドラム５０１表面に残留する電荷により生じる電位のことである。一般に、残留電位は感光体ドラム５０１の使用の程度によって変化し、長時間使用されたり、あるいは感光体ドラム５０１に強い物理的負荷（感光体クリーナ５０６等の接触圧）や電気的負荷（帯電電位や一次転写電位等）、あるいは環境負荷（温湿度等）が加えられることで増加し、また、これらの負荷が同時に複合的に加えられることで一時的に急激に増加することもある。そして露光部電位は、この残留電位に依存して変化する。
【００２４】
通常の画像形成時においては、露光部電位が画質に与える影響は他の画質因子によって補正すればよいので、露光部電位がいかなる値であっても特に大きな問題とはならない。そのため、画像形成装置１００においては、図３に示すように残留電位ＲＰが変化すると仮定し、この残留電位ＲＰに基づいて露光部電位Ｖlowを予測している。しかし、トナー濃度制御においては、電位条件を一定に保たなければ、濃度変動の要因、すなわち濃度変動を来している画質因子を特定することができないため、トナー濃度の増減自体が無意味になってしまう。そこで、トナー濃度制御を実行するときには、後述する現像コントラスト値が一定となる条件を実現するために露光部電位の決定を行うのである。
【００２５】
なお、図３に示すグラフにおいて、縦軸は電位（Ｖ）、横軸は感光体ドラム５０１の感光層の厚さ（膜厚）を示している。本実施形態においては、膜厚（Ｔ）は感光体ドラム５０１の総回転数に基づいて予測された値であり、回転数の増加に応じて減少するものである。本実施形態の画像形成装置１００においては、制御部１０が感光体ドラム５０１の回転数を計測することで膜厚の算出を行っており、膜厚が１６０μｍになった時点を感光体ドラム５０１のおおよその寿命（交換時期）としている。膜厚は感光体ドラム５０１の回転数に所定の係数を乗じることで求められる値であるが、帯電条件によって係数の値を異ならせている。ここでいう帯電条件とは、例えば、帯電を行っていない状態、直流成分のみで帯電を行う状態、直流成分と交流成分を重畳して帯電を行う状態、電圧を異ならせて帯電を行う状態等における各部の電位等の条件を示すものである。なお、感光体ドラム５０１の総回転数に代えて、感光体ドラム５０１の駆動時間に基づいた予測を行ってもよいし、これらを組み合わせてもよい。
【００２６】
露光部電位の決定は、具体的には以下のようにして行われる。まず、図４は、状態検知パターンが示す画像濃度（Ｄ）と現像コントラスト値（Ｖdeve）の関係を表すグラフを示している。ここで現像コントラスト値とは、露光部電位と現像バイアス電位の差分、すなわち電位差のことである。本実施形態においては、Ｖdeve＝「０」を満たすような露光部電位を求め、これをトナー濃度制御の際に用いることとしている。つまり、このとき求めるべき露光部電位は、現像バイアス電位と等しい電位であり、また、このときの現像バイアス電位は、Ｄ＝「ｄ1」となるような電位である。
【００２７】
このような現像バイアス電位を求めるために、画像形成装置１００の制御部１０は、現像バイアス電位を異ならせて複数の状態検知パターンを形成させ、それぞれの状態検知パターンを画像濃度センサ５１５に読み取らせる処理を行う。このとき制御部１０は、露光部電位の大まかな値をあらかじめ予測し（以下、この予測値を「予測電位」という。）、この予測電位との差が±１００Ｖ程度ないしそれ以下となるいくつかの現像バイアス電位にて状態検知パターンを形成させる。そして制御部１０は、これらの中から上述の画像濃度ｄ1に最も近い画像濃度を示す状態検知パターンを特定し、この状態検知パターンを形成したときの現像バイアス電位を露光部電位として決定する。
【００２８】
図５は、この決定処理の一例を図解した模式図であり、感光体ドラム５０１の電位（Ｖ）と現像バイアス電位（Ｖbias）の関係と、これに対応する画像濃度センサ５１５の出力値（Ｓ）を示したものである。ここでは、帯電電位Ｖhを−５００Ｖ、予測電位Ｖpを−２４０Ｖとしている。また、処理の内容を容易に理解せしめるために、ここでは決定される露光部電位を予測電位と一致させている。同図に示すように、現像バイアス電位が高い状態検知パターン（Ｐ1およびＰ2）においては、画像濃度センサ５１５の出力値は「１０２３」のまま一定である。これは、このような現像バイアス電位ではトナーが転移せず、状態検知パターンが形成されないことを示している。しかしその後、現像バイアス電位が低くなるにつれて、画像濃度センサ５１５の出力値はほぼ直線的に減少していく。つまりこれは、状態検知パターンの画像濃度が徐々に増加していることを示している。
【００２９】
ここで、制御部１０は、所定の閾値Ｔｈ（図５の例においては、「７７３」である。）に最も近い出力値を示す状態検知パターン（すなわち、画像濃度が「ｄ1」に最も近い状態検知パターン）を特定するとともに、この状態検知パターンを形成したときの現像バイアス電位を特定する。図５の例であれば、このとき特定されるのは状態検知パターンＰ5である。そして制御部１０は、このときの現像バイアス電位をそのまま露光部電位として記憶する。このようにして露光部電位は決定される。
【００３０】
本実施形態の画像形成装置１００において、現像バイアス電位（Ｖbias）と画像濃度センサ５１５の出力値（Ｓ）には、図６に示す関係がある。同図において実線で示したように、画像濃度センサ５１５の出力値は現像が開始される点を境にほぼ直線的に低下するようになっている。しかしながら、出力値の変化は必ずしも一定ではなく、感光体ドラム５０１の膜厚やトナー濃度差に応じて、同図において破線で示したような範囲の変動を示し得る。そのため、閾値Ｔｈは現像が開始されるときの出力値の近傍に設けられている。このようにすれば、変動幅が少ない位置で現像バイアス電位（すなわち露光部電位近傍）を特定することができるので、露光部電位の誤差を少なくすることが可能となる。
【００３１】
なお、図５の例においては、予測電位と露光部電位が一致している場合を示したが、実際には予測電位と露光部電位は必ずしも一致しない。そこで、このような場合には、所定の閾値Ｔｈに最も近い出力値を示す状態検知パターンを特定し、この状態検知パターンを形成したときの現像バイアス電位に対して閾値Ｔｈと出力値の差分（すなわち濃度差）に応じた補正を行った値を露光部電位とすればよい。上述したように、画像濃度センサ５１５の出力値はほぼ直線的に変化する。そのため、出力値と閾値Ｔｈとがある程度一致している場合には、その直線の傾きに相当する値をあらかじめ求めることにより、そこから実際の露光部電位を精度良く予測することが可能である。なお、このとき、濃度差が無視できる範囲内の微小な値であれば、現像バイアス電位の値を補正せずにそのまま露光部電位としてもよい。また、上述のような予測を用いるのであれば、状態検知パターンは多数形成する必要はなく、１、２個程度であってもよい。
【００３２】
（１ａ）電位設定の変形例
現像コントラスト値が「０」となるような露光部電位を求める方法は、他にもある。その方法とは、現像開始点における現像コントラスト値を特定し、そこから露光部電位を予測するものである。なお、ここで現像開始点とは、画像濃度センサ５１５の出力値がトナーがまったく現像されていない領域を検知しているときの値を逸脱し始めた点のことであり、具体的には、図４において現像コントラスト値（Ｖdeve）が「Ｖ0」となる点のことである。現像開始点と現像コントラスト値が「０」となる点との差分ΔＶ1は、（装置毎には異なるものの）各装置においてはほぼ一定の値となることから、この差分ΔＶ1をあらかじめ実験的に求めておくことで露光部電位を求めることが可能となる。現像開始点を求める処理は以下のように行われる。
【００３３】
画像形成装置１００の制御部１０は、上述の（１）で説明した場合と同様の要領で、現像バイアス電位を異ならせて複数の状態検知パターンを形成させ、それぞれの状態検知パターンを画像濃度センサ５１５に読み取らせる処理を行う。このときの画像濃度センサ５１５の出力値（Ｓ）と現像バイアス電位（Ｖbias）の関係は、図５の模式図で示した場合と同様に、図７に示すグラフのようになる。制御部１０はこれらの出力値のうち、画像濃度が現像開始点における画像濃度以上となる出力値を除く２以上の出力値を用いて直線Ｌを算出する。図７に示した例においては、出力値Ｓ4〜Ｓ9を用いて最小二乗法により直線近似を行い、直線Ｌを算出している。なお、直線Ｌの算出において出力値Ｓ3を用いることも可能ではあるが、現像開始点近傍の出力値には多くのノイズが含まれるため、ここでは除外している。
【００３４】
このようにして直線Ｌを算出すると、画像濃度が「０」を示すＳ＝１０２３の直線とこの近似直線Ｌの交点Ｘが求まる。この交点Ｘが上述の現像開始点にほぼ一致するため、現像開始点における現像バイアス電位（ここでは−２００Ｖである。）を推測により求めることができる。この現像バイアス電位に上述の差分ΔＶ（ここでは４０Ｖである。）を加算することで、現像コントラスト値が「０」となるときの現像バイアス電位、すなわち現像コントラスト値が「０」となるときの露光部電位を求めることができる。
【００３５】
（２）トナー濃度制御
次に制御部１０は、上述の電位設定により求められた露光部電位が得られるような電位条件の下でトナー像を形成し、これを画像濃度センサ５１５に読み取らせる。このときのトナー像は上述の状態検知パターンと同様であってもよいし、異なるものであってもよい。制御部１０は、このトナー像の出力値の目標値をあらかじめ記憶している。この目標値とは、トナー濃度が適切な濃度である場合に、上記電位条件の下でトナー像を形成したときに検知される出力値に一致している。制御部１０は画像濃度センサ５１５の出力値をこの目標値と比較することで、状態検知パターンが適切な画像濃度で形成されているか否かを判断する。
【００３６】
このとき、画像濃度センサ５１５の出力値が目標値を上回る（すなわち、画像濃度が目標よりも薄い）場合には、制御部１０は現像装置５０４のトナーカートリッジからトナー供給部により多くの現像剤を補給させ、トナー濃度を上昇させる。トナー濃度が上昇するとトナーの帯電量が低下するため、結果的により多くのトナーが感光体ドラム５０１に転移するようになる。一方、画像濃度センサ５１５の出力値が目標値を下回る（すなわち、画像濃度が目標よりも濃い）場合には、制御部１０はトナーカートリッジからの補給を所定時間停止させるか、あるいはトナーを強制的に排出させ、トナー濃度を低下させる。トナー濃度が低下するとトナーの帯電量が上昇するため、結果的に感光体ドラム５０１に転移するトナーが減少する。なお、オーガ等によるトナーの撹拌速度を増減させることによってトナーの帯電量を制御してもよい。
【００３７】
このような処理を行うことで、画像形成装置１００は常に一定の電位条件でトナー濃度制御を実行することが可能となる。そのため、画像形成装置１００は、他の画質因子に起因する濃度変動の影響を受けることなくトナー濃度を正確に測定し、これを補正することが可能となる。
【００３８】
（３）画像濃度制御
上述のトナー濃度制御を実行し、現像装置５０４内のトナー濃度を適切な状態にした後、制御部１０は画像濃度制御を行う。画像濃度制御とは、トナー像が狙い通りの画像濃度で形成されるように画像形成条件を制御するものである。なお、既にトナー濃度は補正され、適切な状態となっているので、このときの電位条件はトナー濃度制御のときの電位条件と一致していなくてもよい。このとき制御対象となる画像形成条件は、帯電電位、露光量、現像バイアス電位、一次転写電位および二次転写電位のうちの少なくとも１つであり、どのような組み合わせで制御を行うかは任意である。
【００３９】
以上のような段階的な画質制御を実行することにより、本実施形態の画像形成装置１００は、表面電位センサを用いることなく露光部電位を検知するとともに、トナー濃度センサを用いることなくトナー濃度を検知することが可能となる。また、この画像形成装置１００は、他の画質因子の影響を受けることなくトナー濃度制御を行うことが可能となるとともに、トナー濃度が適切な状態で画像濃度制御を行うことが可能となる。つまり、本実施形態の画像形成装置１００によれば、画像濃度センサを用いて画像濃度以外の画質因子をも良好に検知し、画質を良好な状態に維持することが可能となる。
【００４０】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の第１実施形態において生じ得る不都合を解消するものである。すなわち、本実施形態においても、画像形成装置の構成や動作は第１実施形態と基本的には同様である。そこで以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明を行う。なお、以下の説明においては、本実施形態の画像形成装置を「画像形成装置２００」といい、第１実施形態の画像形成装置１００と区別するが、その構成（図１、２参照）は画像形成装置１００と同様である。
【００４１】
第１実施形態の（１）において行ったように、複数の異なる現像バイアス電位によって状態検知パターンを形成した場合、帯電電位と現像バイアス電位の電位差（以下「ΔＶ2」という。）に非常に大きなばらつきが生じるという問題がある。例えば図５に示した例では、状態検知パターンＰ1を形成するときの電位差ΔＶ2は３８０Ｖである一方、状態検知パターンＰ9を形成するときの電位差ΔＶ2は１４０Ｖとなる。一般に、電位差ΔＶ2の適正範囲は５０〜２５０Ｖ程度であり、５０Ｖより小さいといわゆるカブリが発生しやすくなり、２５０Ｖより大きいと感光体ドラム５０１の画像背景に相当する部分でキャリアの付着（いわゆるＢＣＯ：Beads Carry Over）が生じやすくなる。そのため、複数の異なる現像バイアス電位によって状態検知パターンを形成する場合には、全ての状態検知パターンについて電位差ΔＶ2を適正範囲内に収める必要がある。
【００４２】
そこで、本実施形態においては、画像形成装置２００は電位設定の際に通常の画像形成時と異なる帯電電位を用い、全ての状態検知パターンについて電位差ΔＶ2が適正範囲内に収まるようにしている。具体的には、図８に示すように、帯電電位Ｖhを−５００Ｖから−３００Ｖに変更し、各状態検知パターンの現像バイアス電位（Ｖbias）の差を３０Ｖから２０Ｖに変更している。このようにすることで、帯電電位を切り替えることなく、各状態検知パターンを適切な状態で形成することが可能となる。なお、図８にも示されているように、電位条件が変化するために閾値Ｔｈも変化する。本実施形態においては、閾値Ｔｈは「８７３」であり、現像バイアス電位および露光部電位は−１７０Ｖに決定される。
【００４３】
続いて、トナー濃度制御を実行する際には、画像形成装置２００は帯電電位を−５００Ｖに戻す。帯電電位が変更されるため、現像バイアス電位および露光部電位も帯電電位の変化に応じた補正を行う必要がある。この補正は、図９に示すような変換テーブルを用いることで行われる。画像形成装置２００はこの変換テーブルを用いて、上述のように決定された露光部電位（Ｖlow）を実際の帯電電位（−５００Ｖ）に応じた値に補正する。なお、この変換テーブルはあらかじめ実験的に求めておき、記憶部２０に記憶されているものである。画像形成装置２００は感光体ドラム５０１の状態等に応じた複数の変換テーブルを記憶部２０に記憶しており、状態等に応じて使用する変換テーブルを切り替える。
【００４４】
［変形例］
以上、本発明を２つの実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の態様にて実施することが可能である。本発明においては、例えば、上述した実施形態に対して以下のような変形を適用することができる。なお、これらの変形は、各々を適宜に組み合わせることも可能である。
【００４５】
上述の実施形態は、いわゆるロータリー方式の現像装置と中間転写ベルトとを備える画像形成装置を用いて説明されたが、もちろん他の構成の画像形成装置を用いることもできる。すなわち、感光体ドラムがトナーの色数と同数設けられたいわゆるタンデム方式を採用してもよいし、中間転写ベルトに代えて用紙搬送ベルトを設け、二次転写を行わずに記録用紙に直接転写を行う構成を採用してもよい。また、画像濃度センサは中間転写ベルト上のトナー像を検知するものに限らず、感光体ドラム上や記録用紙上のトナー像を検知するものであってもよい。
【００４６】
また、上述の実施形態においては、複数の異なる現像バイアス電位によって状態検知パターンを形成すると説明したが、これらは互いに離間しているものであってもよいし、互いに接しているものであってもよい。互いに接している状態検知パターンは、例えば、単一の帯状の静電潜像を形成し、この静電潜像の範囲内で現像バイアス電位を段階的に変化させることによって形成することができる。
【００４７】
また、上述したように、画像形成装置１００は、画質制御を通常の画像形成時以外の時点で実行するものである。すなわち、換言すれば、画像形成装置１００は通常の画像形成を行うモード（以下「第１モード」という。）と画質制御を行うモード（以下「第２モード」という。）とを有しており、制御部１０は第１モードの合間で適宜第２モードに切り替えながら画像形成装置１００全体を動作させている。この切り替えタイミングは、画像形成装置１００においてあらかじめ決められているものであったが、これをユーザが選択できるように構成してもよい。例えば、上述の第２モードの実行を指示するためのボタンを操作部に備えておき、ユーザが任意のタイミングで第２モードを実行させることができるようにしてもよい。
【００４８】
また、画像形成装置１００の感光体ドラム５０１は、新品のときには高い安定性を有しているが、使用に伴って残留電位が増加するなどして安定性が低下していく。そのため、画質制御の実行頻度は、感光体ドラム５０１の使用の程度に応じて異ならせるのが望ましい。具体的には、例えば、画像形成装置１００の制御部１０が図３に示すグラフを用いて感光体ドラム５０１の膜厚を算出し、膜厚が減少するにしたがって画質制御を実行する頻度を高めるようにするとよい。
【００４９】
また、残留電位は、感光体ドラム５０１に加わる負荷に応じて一時的に増加することもあるので、このような場合にも画質制御が行われるのが望ましい。感光体ドラム５０１に加わる負荷が増加するのは、単位時間（例えば数時間）当たりの帯電時間が増加した場合や、帯電電位そのものが増加した場合、あるいは一次転写電位が増加した場合などである（帯電電位や一次転写電位は、画像濃度制御によって変更されることがあるし、環境や記録用紙の種類によって変更されることもある）。そこで、このような場合においても、画像形成装置１００は画質制御を実行する頻度を高めるようにしてもよい。
【００５０】
また、上述したように、残留電位は温湿度の上昇によっても増加する。そこで、画像形成装置１００に装置内部の温度または湿度を計測するためのセンサを設けて、温湿度の増加にしたがって画質制御を実行する頻度を高めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態である画像形成装置の全体構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】画像形成装置の画像形成部の構成をより詳細に示した図である。
【図３】残留電位ＲＰと露光部電位Ｖlowの変化の予測を示した図である。
【図４】状態検知パターンが示す画像濃度（Ｄ）と現像コントラスト値（Ｖdeve）の関係を示した図である。
【図５】画像形成装置が行う決定処理の一例を図解した模式図である。
【図６】現像バイアス電位（Ｖbias）と画像濃度センサの出力値（Ｓ）の関係を示した図である。
【図７】現像バイアス電位（Ｖbias）と画像濃度センサの出力値（Ｓ）の関係を示した図である。
【図８】画像形成装置が行う決定処理の一例を図解した模式図である。
【図９】露光部電位を補正するための変換テーブルを例示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００…画像形成装置、１０…制御部、２０…記憶部、３０…通信部、４０…操作部、５０…画像形成部、５０１…感光体ドラム、５０２…帯電器、５０３…露光装置、５０４…現像装置、５０５…一次転写ロール、５０６…感光体クリーナ、５０７…イレースランプ、５１１…中間転写ベルト、５１２…搬送ロール、５１３…二次転写ロール、５１４…バックアップロール、５１５…画像濃度センサ、５１６…ベルトクリーナ、５１７…定着装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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