(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、
前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスと前記現像手段に与える現像バイアスとを制御してトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段とを備え、
前記感光体表面の潜像低部電位と現像バイアスとの電位差をコントラスト電位としたとき、
前記制御手段は、前記現像バイアスおよび前記帯電バイアスの変化に対する所定の高濃度画像および低濃度画像のそれぞれにおける前記コントラスト電位の変化の態様に対応して定めた現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係を記憶する記憶部を有しており、
現像バイアスを変更設定するとともに、前記現像バイアスの変化に対応させて帯電バイアスを前記相関関係に基づいて設定しながら、複数の前記高濃度画像をパッチ画像として順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて、前記パッチ画像の濃度を所定の高濃度側目標濃度とするために必要な最適現像バイアスを決定し、該最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを前記相関関係から求め、その帯電バイアスを最適帯電バイアスとする
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、現像バイアスの増大に伴って帯電バイアスが増大するように帯電バイアスを設定する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、現像バイアスの変化に伴い帯電バイアスを線形で変化させる請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、現像バイアスの変化に伴い帯電バイアスを非線形で変化させる請求項２記載の画像形成装置。
【請求項５】
帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に露光手段によって静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法において、
前記感光体表面の潜像低部電位と現像バイアスとの電位差をコントラスト電位としたとき、
前記現像バイアスおよび前記帯電バイアスの変化に対する所定の高濃度画像および低濃度画像のそれぞれにおける前記コントラスト電位の変化の態様に対応して定めた現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係を予め記憶しておき、
現像バイアスを変更設定するとともに、前記現像バイアスの変化に対応させて帯電バイアスを前記相関関係に基づいて設定しながら、複数の前記高濃度画像をパッチ画像として順次形成し、各パッチ画像の濃度に基づいて、パッチ画像の濃度を所定の高濃度側目標濃度とするために必要な最適現像バイアスを決定し、
該最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを前記相関関係から求め、その帯電バイアスを最適帯電バイアスとする
ことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に露光手段によって静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像形成装置では、感光体およびトナーの疲労・経時変化や、装置周辺における温湿度の変化などに起因して、画像濃度が変化することがある。そこで、従来より帯電バイアス、現像バイアス、露光量などを適宜調整して画像濃度を安定化させる技術が数多く提案されている。例えば、特開平１０−２３９９２４号公報に記載の発明では、帯電バイアスおよび現像バイアスを適宜調整することで画像濃度の安定化を図っている。すなわち、この従来技術では、帯電バイアスおよび現像バイアスを変えながら、基準パッチ画像を感光体上に形成し、各基準パッチの画像濃度を検出している。そして、これらの検出値に基づき特定階調で所定の目標濃度を得るために最適な帯電バイアスおよび現像バイアスを決定している（第１従来技術）。
【０００３】
また、上記公報では、濃度調整を２段階で行う技術（第２従来技術）も記載されている。この第２従来技術では、高濃度側を保証するために、感光体の表面電位と現像バイアスとの関係を仮設定しておき、次いで高濃度の状態を保持しながら、低濃度の保証をするために、現像バイアスと感光体の表面電位の関係を整える、という２段階の濃度調整を行っている。このように高濃度と低濃度の２点をコントロールすることによって画像の安定性を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１従来技術の如く特定階調での濃度調整を行っただけでは画像を安定して形成することは難しく、画像を安定して形成するためには第２従来技術のように少なくとも２つの階調で濃度調整を行うのが望ましい。
【０００５】
しかしながら、第２従来技術では、濃度調整を２段階で行う必要があり、濃度調整に時間がかかり、スループットの低下を招くという別の問題がある。また、第２従来技術では、現像バイアスおよび帯電バイアスの一方を固定しつつ、他方を変化させながらパッチ画像を形成し、各パッチ画像の濃度に基づき一の階調での濃度調整を行っているため、画像を安定化させるための現像バイアスの最適解が得られないことがある。なお、その理由については、後の「発明の実施の形態」の項で詳述する。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、短時間で、しかも高精度に画像濃度を安定化させることができる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、感光体の表面を帯電させる帯電手段と、前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の検出結果に基づき、前記帯電手段に与える帯電バイアスと前記現像手段に与える現像バイアスとを制御してトナー像の画像濃度を目標濃度に調整する制御手段とを備えたものであり、上記目的を達成するため、制御手段を以下のように構成している。この制御手段は、前記感光体表面の潜像低部電位と現像バイアスとの電位差をコントラスト電位としたとき、前記現像バイアスおよび前記帯電バイアスの変化に対する所定の高濃度画像および低濃度画像のそれぞれにおける前記コントラスト電位の変化の態様に対応して定めた現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係を記憶する記憶部を有しており、現像バイアスを変更設定するとともに、前記現像バイアスの変化に対応させて帯電バイアスを前記相関関係に基づいて設定しながら、複数の前記高濃度画像をパッチ画像として順次形成し、前記濃度検出手段によって検出された各パッチ画像の濃度に基づいて、前記パッチ画像の濃度を所定の高濃度側目標濃度とするために必要な最適現像バイアスを決定し、該最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを前記相関関係から求め、その帯電バイアスを最適帯電バイアスとする。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、帯電手段に帯電バイアスを与えて感光体の表面を帯電させた後、この感光体の表面に露光手段によって静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与えて前記静電潜像をトナーにより顕在化してトナー像を形成する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記感光体表面の潜像低部電位と現像バイアスとの電位差をコントラスト電位としたとき、前記現像バイアスおよび前記帯電バイアスの変化に対する所定の高濃度画像および低濃度画像のそれぞれにおける前記コントラスト電位の変化の態様に対応して定めた現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係を予め記憶しておき、現像バイアスを変更設定するとともに、前記現像バイアスの変化に対応させて帯電バイアスを前記相関関係に基づいて設定しながら、複数の前記高濃度画像をパッチ画像として順次形成し、各パッチ画像の濃度に基づいて、パッチ画像の濃度を所定の高濃度側目標濃度とするために必要な最適現像バイアスを決定し、該最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを前記相関関係から求め、その帯電バイアスを最適帯電バイアスとする。
【０００９】
上記のように構成された発明では、現像バイアスを変化しつつ複数のパッチ画像を形成するが、パッチ画像を形成するときには、現像バイアスおよび帯電バイアスの変化に対する所定の高濃度画像および低濃度画像のそれぞれにおけるコントラスト電位の変化の態様に対応して定めた相関関係に基づき、各現像バイアスに対応させながら帯電バイアスを設定している。現像バイアスおよび帯電バイアスに対応するコントラスト電位は露光手段による感光体の表面電位の減衰特性に基づき求めることができる。このように減衰特性を考慮しつつ設定された各バイアス設定でパッチ画像が形成された後、各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスが決定される。そして、前記相関関係に基づき、該最適現像バイアスに対応する最適帯電バイアスを求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について詳述するのに先立って、本発明の基本的原理について説明する。
【００１１】
Ａ．発明の基本的原理
画像を安定して形成するためには、上記第２従来技術でも行っているように、高濃度側での濃度調整を行った後で、低濃度側での濃度調整を行うのが望ましい。ここで、高濃度側での濃度調整（以下「高濃度側調整」という）を行うためには、例えば帯電バイアスを固定しつつ現像バイアスを変化させながら、複数の高濃度側調整用のパッチ画像（例えばベタ画像）を形成し、各パッチ画像の濃度に基づき目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスに求めるようにすればよい。また、低濃度側での濃度調整（以下「低濃度側調整」という）を行うためには、例えば現像バイアスを高濃度側調整によって求められた最適現像バイアスに固定した状態で帯電バイアスを変化させながら、複数の低濃度側調整用のパッチ画像（例えばハーフトーン画像）を形成し、各パッチ画像の濃度に基づき目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスに求めるようにすればよい。
【００１２】
このように、濃度調整を２段階（高濃度側調整および低濃度側調整）で行うことで画像を安定して形成することができると考えられるが、実際には以下に説明する問題が生じて画像を高精度に安定させるまでには至らない。というのも、低濃度側調整では、帯電バイアスを変化させながら、低濃度側調整用のパッチ画像を形成しているが、このとき帯電バイアスの変化に連動して潜像低部電位（明部電位）Ｖonが大きく変化することがあるからである。
【００１３】
図１は感光体に対して種々の露光パワーで露光したときの表面電位の減衰を示すグラフであり、互いに異なる帯電バイアスＶa-1〜Ｖa-4で帯電させた場合の光減衰曲線Ｃ(Ｖa-1)，Ｃ(Ｖa-2)，Ｃ(Ｖa-3)，Ｃ(Ｖa-4)を示している。同図中の「露光パワー」は露光手段から感光体の単位面積当たりに照射される露光量である。同図から明らかなように、露光された感光体の表面領域での表面電位、つまり潜像低部電位は露光手段から感光体に与えられる露光パワーおよび帯電バイアスに応じて変化するが、露光パワーが比較的大きな時には帯電バイアスの値にかかわらず潜像低部電位はほぼ一致している。
【００１４】
これに対して、露光パワーが比較的小さい時には、帯電バイアスに応じて表面電位が異なっているため、高濃度側調整によって最適現像バイアスを求めるとともに、低濃度側調整によって最適帯電バイアスを求め、それらのバイアス設定で画像形成したとしても、必ずしも画像を安定して目標濃度で形成することができるというわけではない。というのも、高濃度側調整時において設定された帯電バイアスが帯電バイアスの最適解（最適帯電バイアス）から大きくずれていると、高濃度側調整時でのコントラスト電位（＝現像バイアス−表面電位）が最適帯電バイアス設定後のコントラスト電位と相違してしまうためである。このようにコントラスト電位が変動してしまうと、画像濃度を安定させることは難しくなる。
【００１５】
しかしながら、種々の検討の結果、高濃度側調整時にあたって現像バイアスの変化に応じて帯電バイアスを変化させることで、露光パワーが比較的小さいために発生する上記問題を解消することができる。なお、具体的な帯電バイアスの変化態様について説明するのに先立って、現像バイアスＶbとコントラスト電位との関係について説明する。
【００１６】
高濃度側調整時において、例えば図２に示すように、帯電バイアスをバイアスＶa-2に固定すると、露光パワーＰ1でパッチ画像の潜像を形成したときの潜像低部電位は電位Ｖon1となる。そして、この状態で現像バイアスＶbを変化させると、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1が変化し、パッチ画像の濃度が変化する。
【００１７】
一方、上記した低濃度側調整を行うために、例えば図３に示すように現像バイアスを上記高濃度側調整によって求められた最適現像バイアスＶbに固定しながら、帯電バイアスを種々の帯電バイアスに設定して低濃度調整用のパッチ画像を形成する。ここで、低濃度調整用パッチ画像は低濃度画像を実現するため、例えば露光パワーＰ1のビームを用いて面積率を低くしたパターンによるハーフトーン画像で形成したり、露光パワーを露光パワーＰ1よりも弱めた露光ビームで形成したりするなどの方法があるが、いずれの場合でもマクロ的にみれば露光パワーが露光パワーＰ1よりも小さな露光パワーＰ2の露光ビームによってパッチ画像を形成していることと等価である。そこで、図３のように露光パワーＰ2（＜Ｐ1）で低濃度調整用パッチ画像の潜像を形成した時の潜像低部電位を見ると、帯電バイアスごとに大きく異なっている。
【００１８】
例えば、帯電バイアスＶa-2のときには潜像低部電位は電位Ｖon2-2となり、コントラスト電位はＶcon2-2となる一方、帯電バイアスＶa-3のときには潜像低部電位は電位Ｖon2-3となり、コントラスト電位はＶcon2-3となる。このように、帯電バイアスＶaの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2が変化し、低濃度調整用パッチ画像の濃度が変化する。
【００１９】
ここで、低濃度側調整を行った結果、この濃度調整によって得られた解、つまり最適帯電バイアスが高濃度側調整時において設定された帯電バイアス（図２では帯電バイアスＶa-2に設定されている）と異なると、高濃度側調整時で決定したコントラスト電位Ｖcon1を変えてしまい、最適現像バイアスを印加しているにもかかわらず、画像濃度が目標濃度からずれてしまう可能性がある。特に、露光パワーＰ1が低くなると、その可能性はより高くなる。
【００２０】
ここで、光減衰曲線Ｃ(Ｖa-a)，Ｃ(Ｖa-b)に基づき現像バイアスＶbとコントラスト電位との関係を求めると、図４に示す関係が得られる。同図において、横軸は現像バイアスＶbを示し、縦軸はコントラスト電位を示している。また、直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-a）、直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-b）、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）は、それぞれ図５中のコントラスト電位Ｖcon1-a、Ｖcon1-b、Ｖcon2-a、Ｖcon2-bを示している。
【００２１】
帯電バイアスＶa-aでパッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1-aは図４の直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-a）に示すように比例変化する。また、帯電バイアスＶa-bでパッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon1-bは図４の直線Ｌ（Ｐ1，Ｖa-b）に示すように比例変化する。また、帯電バイアスＶa-aで低濃度調整用パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2-aは図４の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）に示すように比例変化する。さらに、帯電バイアスＶa-bで低濃度調整用パッチ画像を形成する場合には、現像バイアスＶbの変化に伴ってコントラスト電位Ｖcon2-bは図４の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）に示すように比例変化する。こうして、光減衰曲線に基づき現像バイアス−コントラスト電位特性が求まる。
【００２２】
そこで、高濃度側調整時における目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon01と、帯電バイアス算出処理における目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon02とが存在するが、より高精度に濃度調整を実行するためには、これら２つの目標コントラスト電位Vcon01，Ｖcon02が同時に満足されるように最適現像バイアスＶbおよび最適帯電バイアスＶaを設定する必要がある。
【００２３】
ここでは、高濃度側調整時において、図６に示すように、現像バイアスＶbの可変範囲内で現像バイアスＶbを変化させると同時に、帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させている。そして、２つの目標コントラスト電位Vcon01，Ｖcon02がほぼ同一の現像バイアスＶb0で同時に満足されるように、帯電バイアスＶa-a，Ｖa-bを設定すると、高精度に最適現像バイアスＶbおよび最適帯電バイアスＶaを設定することができる。
【００２４】
高濃度側調整時における帯電バイアスの変化態様としては、以下に説明する５つの態様があるが、いずれの変化態様においても帯電バイアスは現像バイアスの増大に伴って増大している。
【００２５】
(1)第１変化態様：図７
図７は、高濃度側調整時における現像バイアスおよび帯電バイアスの第１変化態様を示す図である。この第１変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）を現像バイアスの変化量ΔＶbと等しく設定しており、帯電バイアスＶaは次式、
Ｖa＝Ｖb＋Ｃ
（ただし、Ｃは画像形成装置の構成・動作などに応じて決まる定数である。）に示す値に設定される。
【００２６】
(2)第２変化態様：図８
図８は、高濃度側調整時における現像バイアスおよび帯電バイアスの第２変化態様を示す図である。この第２変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）が現像バイアスの変化量ΔＶbよりも小さくなるように設定している。このような設定は、図９に示すように、高濃度側調整時における露光パワーＰ1が比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う潜像低部電位Ｖon1の変化が少ないのに対し、低濃度側調整時における露光パワーＰ2が比較的低く、帯電バイアスの変化に伴う電位Ｖon2の変化が大きい場合に適している。その理由について、図９ないし図１１を参照しつつ説明する。
【００２７】
図９に示すような光減衰特性を有する場合、図１０中の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）および直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が比較的大きく離間する。このため、帯電バイアスを帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させたとしても、コントラスト電位Ｖcon2の変化量は少なく、低濃度調整用パッチ画像（中間調画像）の目標濃度に対応する目標コントラスト電位Vcon02を得るための適正値を求めることができない場合がある。
【００２８】
そこで、この第２変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶaを現像バイアスＶbの変化量ΔＶbよりも小さく設定している。このため、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が図１１に示すように直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）側に近づき、コントラスト電位Ｖcon2の変化量は大きくなる。その結果、目標コントラスト電位Vcon02を得るための適正値（最適現像バイアスおよび最適帯電バイアス）を確実に求めることができるようになる。
【００２９】
(3)第３変化態様：図１２
図１２は、高濃度側調整時における現像バイアスおよび帯電バイアスの第３変化態様を示す図である。この第３変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶa（＝Ｖa-b−Ｖa-a）が現像バイアスの変化量ΔＶbよりも大きくなるように設定している。このような設定は、図１３に示すように、高濃度側調整時における露光パワーＰ1が比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う潜像低部電位Ｖon1の変化が少なく、しかも低濃度側調整時における露光パワーＰ2も比較的高く、帯電バイアスの変化に伴う電位Ｖon2の変化も比較的小さい場合に適したものである。その理由について、図１３ないし図１５を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１３に示すような光減衰特性を有する場合、図１４中の直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）および直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が相互に比較的接近している。この場合、帯電バイアスを帯電バイアスＶa-aから帯電バイアスＶa-bに変化させたとしても、低濃度調整用パッチ画像の潜像低部電位Ｖon2-a，Ｖon2-bはわずかしか変化せず、最適解（最適帯電バイアス）も事実上一義的に決まってしまう。このため、図１４に示すように、高濃度調整用パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon01と低濃度調整用パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon02との間で整合性が取れないことがある。換言すると、それぞれの目標コントラスト電位を満足する最適現像バイアスＶb0の間にずれ量ΔＶb0が生じてしまうことがある。
【００３１】
そこで、この第３変化態様では、帯電バイアスの変化量ΔＶaを現像バイアスＶbの変化量ΔＶbよりも大きく設定している（図１２）。このため、直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-b）が図１５に示すように直線Ｌ（Ｐ2，Ｖa-a）から離れ、最適解の領域が広がり、高濃度調整用パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon01と低濃度調整用パッチ画像の目標コントラスト電位Vcon02との間で整合性を図ることができる。
【００３２】
(4)第４変化態様：図１７
帯電バイアスについては、上記したように目標コントラスト電位Vcon01を満足する現像バイアスＶb01と、目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02とがほぼ等しくなるように現像バイアスの変化に対応して設定するのが望ましい。しかしながら、画像形成プロセスによっては、上記したように帯電バイアスを線形で変化させたのでは両現像バイアスＶb01，Ｖb02を一致させることが困難な場合がある。例えば第１変化態様（図７）で帯電バイアスを変化させたときに、図１６に示すように現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01よりも小さくなり、現像バイアスのずれ量ΔＶb0を生じることがある。
【００３３】
このような場合には、図１７に示すように帯電バイアスを対数形で変化させることで目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01に近づき、両現像バイアスＶb01，Ｖb02をほぼ一致させることが可能となる（図１８）。
【００３４】
(5)第５変化態様：図２０
また、第１変化態様（図７）で帯電バイアスを変化させたときに、図１９に示すように現像バイアスＶb02が現像バイアスＶb01よりも大きくなり、現像バイアスのずれ量ΔＶb0を生じることがある。このような場合には、図２０に示すように帯電バイアスを指数形で変化させることで目標コントラスト電位Vcon02を満足する現像バイアスＶb02を現像バイアスＶb01に近づけ、ほぼ一致させることが可能となる（図２１）。
【００３５】
以上の解析からわかるように、高濃度側調整時に、現像バイアスを変化させるとともに、露光手段による感光体の表面電位の減衰特性に基づき各現像バイアスに対応する帯電バイアスを設定しながら、複数の高濃度側パッチ画像を順次形成し、各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定するようにすれば、高濃度側および低濃度側で目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを正確に求めることができる。しかも、低濃度側調整を行う必要がなくなり、２段階の濃度調整を行っていた第２従来技術に比べて濃度調整時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００３６】
なお、最適帯電バイアスについては、次のようにして求めればよい。すなわち、現像バイアスと帯電バイアスとは上記減衰特性に応じて予め第１〜第５変化態様で示すような相関関係が設定されているため、この相関関係をＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段にテーブル状あるいは相関関数として記憶しておき、上記のようにして求められた最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを求め、これを最適帯電バイアスとすればよく、低濃度側調整用のパッチ画像を形成することなく、最適帯電バイアスを設定することができる。
【００３７】
Ｂ．実施形態
次に、上記した発明の基本的原理を利用した画像形成装置の一実施形態について説明する。
【００３８】
図２２は、この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態を示す図である。また、図２３は図２２の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２がエンジン部Ｅの各部を制御してシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００３９】
このエンジン部Ｅでは、像担持体ユニット２の感光体２１にトナー像を形成可能となっている。すなわち、像担持体ユニット２は、図２２の矢印方向に回転可能な感光体２１を備えており、さらに感光体２１の周りにその回転方向に沿って、帯電手段としての帯電ローラ２２、現像手段としての現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋ、およびクリーニング部２４がそれぞれ配置されている。帯電ローラ２２は帯電バイアス発生部１２１から高電圧が印加されており、感光体２１の外周面に当接して外周面を均一に帯電させる。
【００４０】
そして、この帯電ローラ２２によって帯電された感光体２１の外周面に向けて露光ユニット３からレーザ光Ｌが照射される。この露光ユニット３は、図２３に示すように、画像信号切換部１２２と電気的に接続されており、この画像信号切換部１２２を介して与えられる画像信号に応じてレーザ光Ｌを感光体２１上に走査露光して感光体２１上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２３からの指令に基づき、画像信号切換部１２２がパッチ作成モジュール１２４と導通している際には、パッチ作成モジュール１２４から出力されるパッチ画像信号が露光ユニット３に与えられてパッチ潜像が形成される。一方、画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１と導通している際には、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像信号に応じてレーザ光Ｌを感光体２１上に走査露光して感光体２１上に画像信号に対応する静電潜像が形成される。
【００４１】
こうして形成された静電潜像は現像部２３によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では現像部２３として、イエロー用の現像器２３Ｙ、シアン用の現像器２３Ｃ、マゼンタ用の現像器２３Ｍ、およびブラック用の現像器２３Ｋがこの順序で感光体２１に沿って配置されている。これらの現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋは、それぞれ感光体２１に対して接離自在に構成されており、エンジンコントローラ１２からの指令に応じて、上記４つの現像器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｂのうちの一の現像器が選択的に感光体２１に当接するとともに、現像バイアス発生部１２５によって高電圧が印加されて選択された色のトナーを感光体２１の表面に付与して感光体２１上の静電潜像を顕在化する。なお、ここで各現像器に与える電圧としては、単に直流電圧を与えるようにしてもよいし、さらに交流電圧を重畳するようにしてもよい。
【００４２】
現像部２３で現像されたトナー像は、ブラック用現像器２３Ｋとクリーニング部２４との間に位置する一次転写領域Ｒ1で転写ユニット４の中間転写ベルト４１上に一次転写される。なお、この転写ユニット４の構造については後で詳述する。
【００４３】
また、一次転写領域Ｒ1から周方向（図２２の矢印方向）に進んだ位置には、クリーニング部２４が配置されており、一次転写後に感光体２１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。
【００４４】
次に、転写ユニット４の構成について説明する。この実施形態では、転写ユニット４は、ローラ４２〜４７と、これら各ローラ４２〜４７に掛け渡された中間転写ベルト４１と、この中間転写ベルト４１に転写された中間トナー像をシートＳに二次転写する二次転写ローラ４８とを備えている。この中間転写ベルト４１には、転写バイアス発生部１２６から一次転写電圧が印加されている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね合わせてカラー像を形成するとともに、給排紙ユニット６の給紙部６３によってカセット６１、手差しトレイ６２あるいは増設カセット（図示省略）からシートＳを取出して二次転写領域Ｒ2に搬送する。そして、このシートＳに、カラー像を二次転写してフルーカラー画像を得る。また、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上にブラックトナー像のみを中間転写ベルト４１上に形成し、カラー画像の場合と同様にして二次転写領域Ｒ2に搬送されてきたシートＳに転写してモノクロ画像を得る。
【００４５】
なお、二次転写後、中間転写ベルト４１の外周面に残留付着しているトナーについては、ベルトクリーナ４９によって除去される。このベルトクリーナ４９は、中間転写ベルト４１を挟んでローラ４６と対向して配置されており、適当なタイミングでクリーナブレードが中間転写ベルト４１に対して当接してその外周面に残留付着しているトナーを掻き落す。
【００４６】
また、ローラ４３の近傍には、後述するようにして中間転写ベルト４１の外周面に形成されるパッチ画像の濃度を検出するためのパッチセンサＰＳが配置されるとともに、中間転写ベルト４１の基準位置を検出するための同期用読取センサＲＳが配置されている。
【００４７】
図２２に戻ってエンジン部Ｅの構成説明を続ける。転写ユニット４によってトナー像が転写されたシートＳは、給排紙ユニット６の給紙部６３によって所定の給紙経路（２点鎖線）に沿って二次転写領域Ｒ2の下流側に配設された定着ユニット５に搬送され、搬送されてくるシートＳ上のトナー像をシートＳに定着する。そして、当該シートＳはさらに給紙経路６３０に沿って排紙部６４に搬送される。
【００４８】
この排紙部６４は２つの排紙経路６４１ａ，６４１ｂを有しており、一方の排紙経路６４１ａは定着ユニット５から標準排紙トレイに延びるとともに、他方の排紙経路６４１ｂは排紙経路６４１ａとほぼ平行に、再給紙部６６とマルチビンユニットとの間に延びている。これらの排紙経路６４１ａ，６４１ｂに沿って３組のローラ対６４２〜６４４が設けられており、定着済みのシートＳを標準排紙トレイやマルチビンユニット側に向けて排出したり、その他方面側にも画像を形成するために再給紙部６６側に搬送したりする。
【００４９】
この再給紙部６６は、図２２に示すように、上記のように排紙部６４から反転搬送されてきたシートＳを再給紙経路６６４（２点鎖線）に沿って給紙部６３のゲートローラ対６３７に搬送するものであり、再給紙経路６６４に沿って配設された３つの再給紙ローラ対６６１〜６６３で構成されている。このように、排紙部６４から搬送されてきたシートＳを再給紙経路６６４に沿ってゲートローラ対６３７に戻すことによって給紙部６３においてシートＳの非画像形成面が中間転写ベルト４１を向いて当該面に画像を二次転写可能となる。
【００５０】
なお、図２３において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１２７はエンジン部Ｅを制御するための制御データやＣＰＵ１２３における演算結果などを一時的に記憶するためのＲＡＭであり、さらに符号１２８はＣＰＵ１２３で行う演算プログラムなどを記憶するＲＯＭである。特に、この実施形態では、露光ユニット３による感光体２１の表面電位の減衰特性に対応する現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係を予め求めておき、本発明の「記憶手段」として機能するＲＯＭ１２８に記憶させている。
【００５１】
次に、上記のように構成される画像形成装置における画像の濃度調整動作について説明する。
【００５２】
図２４は、図２２の画像形成装置における濃度調整動作を示すフローチャートである。また、図２５は、図２４の処理内容を示す模式図である。なお、この実施形態では、露光ユニット３による感光体２１の表面電位の減衰特性に基づき、例えば図２５（ａ）に示すように現像バイアスと帯電バイアスとの相関関係（第１変化態様）が設定されている。
【００５３】
この画像形成装置では、例えば画像形成装置本体のメイン電源を投入した後や数時間毎に濃度調整動作を実行するように構成されている。まず、ステップＳ１でパッチ画像を作成する色を最初の色、例えばイエローに設定する（ステップＳ１）。そして、現像バイアス発生部１２５によって現像部２３に供給可能な現像バイアスの可変帯域のうち４点Ｖb01，Ｖb02，Ｖb03，Ｖb04を現像バイアスとして設定するとともに、ＲＯＭ１２８に記憶されている相関関係にしたがって各現像バイアスＶb01，Ｖb02，Ｖb03，Ｖb04に対応する帯電バイアスＶa01，Ｖa02，Ｖa03，Ｖa04をそれぞれ設定し、４種類のバイアスを設定する（ステップＳ２）。すなわち、次の４組の帯電・現像バイアス
（Ｖa01，Ｖb01）＝（Ｖb01＋Ｃ，Ｖb01）
（Ｖa02，Ｖb02）＝（Ｖb02＋Ｃ，Ｖb02）
（Ｖa03，Ｖb03）＝（Ｖb03＋Ｃ，Ｖb03）
（Ｖa04，Ｖb04）＝（Ｖb04＋Ｃ，Ｖb04）
を設定する。
【００５４】
このようなバイアス設定で４つのイエローベタ画像（図２６）を感光体上に順次形成し、さらに図２７（ａ）に示すように、これらを中間転写ベルト４１の外周面に転写してパッチ画像ＰＩ1を形成する（ステップＳ３）。なお、この実施形態では、パッチ画像ＰＩ1をベタ画像としているが、ベタ画像の代わりに他の高濃度側調整用のパッチ画像、例えば、その面積率が約８０％以上の画像をパッチ画像として用いてもよい。
【００５５】
次のステップＳ４は、すべてのパッチ作成色についてパッチ画像を作成したか否かを判断し、「ＮＯ」と判断される間は、パッチ作成色を次の色に設定し（ステップＳ５）、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返して図２７（ｂ）〜（ｄ）に示すようにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の順序で中間転写ベルト４１の外周面上にパッチ画像ＰＩ1をさらに形成していく。
【００５６】
一方、ステップＳ４で「ＹＥＳ」と判断すると、１６（＝４種類×４色）個のパッチ画像ＰＩ1の画像濃度をパッチセンサＰＳで測定する（ステップＳ６）。この実施形態では、すべてのパッチ作成色についてパッチ画像ＰＩ1を形成した後で、一括してパッチ画像ＰＩ1の画像濃度を測定しているが、各パッチ作成色のパッチ画像ＰＩ1を形成する毎にパッチ画像ＰＩ1の画像濃度を順次測定するようにしてもよい。
【００５７】
これに続いて、ステップＳ７で目標濃度に対応する現像バイアスを求め、これを最適現像バイアスとしてＲＡＭ１２７に一時的に記憶する。ここで、測定結果（画像濃度）が目標濃度と一致している場合には、その画像濃度に対応する現像バイアスを最適現像バイアスとすればよく、また一致しない場合には、図２５（ｂ）に示すように、目標濃度を挟むデータＤ（Ｖa02，Ｖb02），Ｄ（Ｖa03，Ｖb03）に基づく直線補間や平均化処理などによって最適現像バイアスを求めることができる。
【００５８】
また、この実施形態では、減衰特性に基づき現像バイアスと帯電バイアスとが
Ｖa＝Ｖb＋Ｃ
という相関関係を有しているため、この関係から最適現像バイアスに対応する帯電バイアスを求め、これを最適帯電バイアスとしてＲＡＭ１２７に一時的に記憶する（ステップＳ８）。
【００５９】
こうして濃度調整が完了すると、上記のようにして算出された最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスをＲＡＭ１２７から読み出し、それらを現像バイアスおよび帯電バイアスとしてそれぞれ設定する。そして、これらの設定の下で画像形成を行うと、目標濃度で画像を形成することができ、画像濃度の安定化を図ることができる。
【００６０】
以上のように、この実施形態によれば、高濃度側調整のみによって目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスを決定しており、２段階の濃度調整を行っていた第２従来技術に比べて濃度調整時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００６１】
また、濃度調整を行うにあたって、単に現像バイアスを変化させるのではなく、露光ユニット３による感光体２１の表面電位の減衰特性に基づき各現像バイアスに対応する帯電バイアスを設定しながら（ステップＳ２）、複数の高濃度側パッチ画像ＰＩ1を順次形成し、各パッチ画像ＰＩ1の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定しているため、高濃度側および低濃度側で目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを正確に求めることができる。また、帯電バイアスについても、上記減衰特性に基づき最適現像バイアスに対応させながら、最適帯電バイアスを求めているため、高濃度側および低濃度側で目標濃度を得るために必要な最適帯電バイアスを正確に求めることができる。
【００６２】
Ｃ．その他
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、図２７に示すようにパッチ画像ＰＩ1を各色毎にクラスタ状に形成しているが、図２８に示すように各色交互に形成するようにしてもよい。より具体的には、まず各イエローパッチ画像ＰＩ1(Y)を比較的広い間隔で中間転写ベルト４１上に配列形成する。そして、次のシアンパッチ画像ＰＩ1(C)についてはイエローパッチ画像ＰＩ1(Y)から副走査方向（同図の右手方向）に１パッチ画像分に加えてパッチ間隔分シフトした位置に各シアンパッチ画像ＰＩ1(C)を順次配列形成する。その後、マゼンタパッチ画像ＰＩ1(M)およびブラックＰＩ1(K)についても同様にして形成される。このように各パッチ画像を比較的広い間隔で形成する場合には、バイアス切替の安定時間を確保することができ、各パッチ画像を設定バイアスで確実に形成することができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、帯電手段として帯電ローラ２２を用いているが、非接触帯電手段によって感光体２１を帯電させる画像形成装置に対しても、本発明を適用することができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、４色のトナーを用いたカラー画像を形成することができる画像形成装置であったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する画像形成装置にも当然に適用することができる。また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートに形成するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置全般に適用することができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、感光体２１上のトナー像を中間転写ベルト４１に転写し、このトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出するとともに、その検出結果に基づき最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスを算出しているが、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写ベルト、転写シート、中間転写ドラム、中間転写シート、反射型記録シートあるいは透過性記憶シートなど）にトナー像を転写してパッチ画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用することができる。また、転写媒体にパッチ画像を形成する代わりに、感光体上のパッチ画像の濃度を検出するパッチセンサを設け、このパッチセンサによって感光体上の各パッチ画像の画像濃度を検出し、その検出結果に基づき最適現像バイアスおよび最適帯電バイアスを算出するようにしてもよい。
【００６６】
さらに、上記実施形態では、４種類のバイアス値を設定しているが、レンジ内でのバイアス設定数（パッチ画像数）はこれに限定されるものではなく、複数種類であれば任意である。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、現像バイアスを変化させるとともに、露光手段による感光体の表面電位の減衰特性に基づき各現像バイアスに対応させながら帯電バイアスを設定しつつ、複数のパッチ画像を順次形成し、各パッチ画像の濃度に基づいて目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを決定するように構成しているので、２段階の濃度調整を行っていた第２従来技術に比べて濃度調整時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００６８】
また、濃度調整を行うにあたって、単に現像バイアスを変化させるのではなく、上記減衰特性に基づき各現像バイアスに対応する帯電バイアスを設定しながら、複数のパッチ画像を形成しているので、高濃度側および低濃度側で目標濃度を得るために必要な最適現像バイアスを正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】感光体に対して種々の露光パワーで露光したときの表面電位の減衰を示すグラフである。
【図２】帯電バイアスを固定しながら現像バイアスを変化させた場合の現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図３】現像バイアスを固定しながら帯電バイアスを変化させた場合の帯電バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図４】現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図５】帯電バイアスが変化することに伴うコントラスト電位および潜像低部電位の変動を示す図である。
【図６】第１変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図７】第１変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図である。
【図８】第２変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図である。
【図９】露光パワーと表面電位との関係を示す図である。
【図１０】図９に示す露光パワーでの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１１】第２変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１２】第３変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図である。
【図１３】露光パワーと表面電位との関係を示す図である。
【図１４】図１３に示す露光パワーでの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１５】第３変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１６】現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１７】第４変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図である。
【図１８】第４変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図１９】現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図２０】第５変化態様での帯電バイアスと現像バイアスとの関係を示す図である。
【図２１】第５変化態様で帯電バイアスを設定したときの現像バイアスとコントラスト電位との関係を示す図である。
【図２２】この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態を示す図である。
【図２３】図２２の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２４】図２２の画像形成装置における濃度調整動作を示すフローチャートである。
【図２５】図２４の処理内容を示すフローチャートである。
【図２６】パッチ画像を示す図である。
【図２７】パッチ画像の形成順序を示す図である。
【図２８】他の実施形態におけるパッチ画像の形成順序を示す図である。
【符号の説明】
１…制御ユニット（制御手段）
２…像担持体ユニット
３…露光ユニット
１１…メインコントローラ（制御手段）
１２…エンジンコントローラ（制御手段）
２１…感光体
２２…帯電ローラ（帯電手段）
２３…現像部
２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋ…現像器
４１…中間転写ベルト（転写媒体）
１２１…帯電バイアス発生部
１２３…ＣＰＵ（制御部）
１２５…現像バイアス発生部
１２８…ＲＯＭ（記憶手段）
ＰＩ1…パッチ画像
ＰＳ…パッチセンサ（濃度検出手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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