JP2015090438A

JP2015090438A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2015090438A
Application number: JP2013230541A
Authority: JP
Inventors: 桂太後藤; Keita Goto; 吉田　晃; Akira Yoshida; 晃吉田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-11
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: JP6244828B2; US20150125168A1; US9182701B2

Abstract

【課題】画質調整動作時に地肌ポテンシャルを適切に維持するために作成される地肌汚れパターンを主走査方向全面でなくとも作成することで、トナー消費を抑制しつつ地肌汚れや端部かすれの異常画像が発生しない画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体２を帯電する帯電手段３と、像担持体２上に静電潜像を形成する潜像形成手段４と、トナーを用いて静電潜像を可視像化する現像手段５と、現像手段５により形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段１６と、トナー濃度を算出するトナー濃度算出手段２００と、光学的検知手段１８とを有し、像担持体２上に露光部電位が少なくとも現像条件より大きくなるように設定された露光量にて少なくとも一つのトナーパッチ画像を作成し、トナーパッチ画像を光学的検知手段１８によって読み取り、トナーパッチ画像のトナー濃度と狙いとするトナー濃度との差分に基づいて帯電条件を補正する。【選択図】図１５

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の電子写真式画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、出力画像の画像濃度保証として光学センサによるトナー付着量検知を用いた画像調整方法が広く実施されている。この方法は、感光体または中間転写ベルト上に作像条件（現像ポテンシャルまたはＬＤの書き込み密度）を変化させることにより複数個の基準パッチを作成し、その基準パッチに赤外領域のＬＥＤ光を照射する。そして、このパターンから反射光（正反射光または乱反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタ等）により検出し、その検出結果をトナー付着量に変換することにより個々の階調パッチのトナー付着量を得るものである。その後、ポテンシャルに対するトナー付着量の関係をプロットし、直線近似を実施する。この直線の傾きが現像γである。この近似直線を用い、目標の付着量が得られるように作像条件（現像ポテンシャル）を調整することにより、適正な画像濃度を得る画像濃度調整制御がすでに知られている。

例えば「特許文献１」には、画像撮像装置及び光学式トナー濃度センサを有し、ハーフトーンパッチを作成してそのハーフトーンパッチの光学式トナー濃度センサによる検知結果より地肌汚れがなく、かつ撮像装置により検知したパッチ画像面積より端部かすれがない作像条件を決定する技術が開示されている。また「特許文献２」には、温湿度センサを有しそのセンサ情報に基づいて帯電バイアスを補正し、地肌ポテンシャルを最適に保つ技術が開示されている。

しかし、上述の技術を用いて算出したポテンシャルとなるように現像バイアスを決定した後に所定の地肌ポテンシャルとなるように帯電バイアスを決定すると、帯電位置にて印加される帯電バイアスと現像位置に残る帯電電位との相関は、経時や環境の影響で感光体の表面電位特性が変動した場合に変化するので、設定する帯電バイアスが適切でない場合、地肌ポテンシャルが狭い場合には地肌汚れが、地肌ポテンシャルが広い場合には端部かすれが発生してしまう。そこで、帯電バイアスを低下させて現像バイアスと近づけることにより地肌汚れパターンを作成及び検知し、その地肌汚れ量より地肌ポテンシャルを予測して制御するという方法がある。しかし、この方法では感光体の主走査方向全面に地肌汚れが作成されるため、トナーの消費量が多くなってしまうという問題がある。

また「特許文献１」に開示された技術では、複数のパッチパターンを作成するため、トナーフィールドの抑制が不十分なことやＰセンサのみで正確に地肌ポテンシャルを制御する手段については記載がなく、かつ撮像装置が高価であるという問題点がある。「特許文献２」に開示された技術では、環境センサのみでは感光体の表面電位特性を把握することが困難であり、使用環境によっては地肌ポテンシャルが適切に維持されないという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決し、画質調整動作時に地肌ポテンシャルを適切に維持するために作成される地肌汚れパターンを主走査方向全面でなくとも作成することで、トナー消費を抑制しつつ地肌汚れや端部かすれの異常画像が発生しない画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを用いて前記静電潜像を可視像化する現像手段と、前記現像手段により形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、トナー濃度を算出するトナー濃度算出手段と、光学的検知手段とを有し、前記像担持体上に露光部電位が少なくとも現像条件より大きくなるように設定された露光量にて少なくとも一つのトナーパッチ画像を作成し、前記トナーパッチ画像を前記光学的検知手段によって読み取り、前記トナーパッチ画像のトナー濃度と狙いとするトナー濃度との差分に基づいて帯電条件を補正することを特徴とする。

本発明によれば、地肌ポテンシャルを適切に保つことができるため、地肌ポテンシャルが小さい場合に発生する地肌汚れや地肌ポテンシャルが大きい場合に発生する端部かすれの発生を効果的に防止して、良好な画像を得ることができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。本発明の一実施形態に用いられるトナー濃度検知センサの概略図である。本発明の一実施形態に用いられる制御部のブロック図である。画像濃度調整用パターンを説明する概略図である。正常画像と端部かすれ画像との比較を示す概略図である。地肌ポテンシャルと画像面積との関係を示す線図である。地肌ポテンシャルと地肌部トナー付着量との関係を示す線図である。地汚れを故意的に発生させる際のバイアス条件を示す概略図である。従来の問題点を説明する概略図である。本発明の一実施形態における帯電バイアス補正動作を説明するフローチャートである。ＬＤパワーと露光部電位との関係を説明する光減衰曲線である。本発明の一実施形態における現像ポテンシャル算出を説明する概略図である。ＬＤパワーと露光部電位との関係を説明する光減衰曲線である。帯電バイアスとＬＤパワーとの関係を説明する近似直線である。本発明の一実施形態における画質調整動作のフローチャートである。本発明の一実施形態に用いられるパッチパターンの概略図である。地汚れパターンの作成電位を示す概略図である。地肌ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す線図である。帯電電位補正量と差分との関係を示す線図である。各環境におけるＬＤパワーと露光部電位との関係を説明する光減衰曲線である。各環境における帯電電位とＬＤパワーとの関係を示す線図である。パターンの光量を説明するための概略図である。地汚れに対する本発明の効果を示す線図である。端部かすれに対する本発明の効果を示す線図である。

図１は、本発明の一実施形態に用いられる画像形成装置を示している。同図において、像担持体であり中間転写体である中間転写ベルト１の展張面に沿って、像担持体である感光体ドラム２Ｙ（イエロ），２Ｍ（マゼンタ），２Ｃ（シアン），２Ｋ（ブラック）が並設されている。感光体ドラム２の周囲には、その回転方向順に帯電手段である帯電チャージャ３、潜像形成手段としての書き込みユニット４、現像手段としての現像ユニット５、１次転写手段である１次転写ローラ６、感光体クリーニングユニット７が配置されている。感光体クリーニングユニット７の上方にはクエンチングランプ８が配置されており、書き込みユニット４の上方にはスキャナ部９及びＡＤＦ１０が配設されている。

中間転写ベルト１は、複数のローラ１１，１２，１３で走行自在に支持されており、ローラ１２と対向する部位には中間転写ベルトクリーニングユニット１５が、ローラ１３と対向する部位には転写手段である２次転写ローラ１６がそれぞれ配設されている。

装置本体の下部には複数の給紙トレイ１７が設けられており、各給紙トレイ１７には記録媒体である記録紙２０がそれぞれ収容されている。記録紙２０はピックアップローラ２１及び給紙ローラ２２によって給紙され、搬送ローラ対２３で搬送されてレジストローラ対２４により所定のタイミングで２次転写部に送られる。２次転写部の用紙搬送方向下流側には、定着手段である定着ユニット２５が配設されている。なお、図１における符号２６は排紙トレイを、符号２７はスイッチバックローラ対をそれぞれ示している。

上述の構成における画像形成動作を説明する。
プリント開始命令が入力されると、感光体ドラム２の周辺及び中間転写ベルト１の周辺及び給紙搬送経路等の各ローラが既定のタイミングで回転を開始し、給紙トレイ１７から記録紙２０の給紙が開始される。一方、感光体ドラム２は帯電チャージャ３によってその表面を一様な電位に帯電され、書き込みユニット４から照射される書き込み光によってその表面を画像データに従って露光される。露光された後の電位パターンである静電潜像をその表面に担持した感光体ドラム２は、現像ユニット５からトナーを供給されることにより担持している静電潜像を特定色に現像される。図１の構成では感光体ドラム２が４色分あるので、それぞれイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック（色順はシステムによって異なる）のトナー像が各感光体ドラム２上に現像される。

各感光体ドラム２上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１との接点において、１次転写ローラ６に印加される１次転写バイアス及び押圧力によって中間転写ベルト１上に１次転写される。タイミングを合わせながらこの１次転写動作を４色分繰り返すことにより、中間転写ベルト１上にフルカラートナー像が形成される。形成されたフルカラートナー像は、レジストローラ対２４によって所定のタイミングで搬送される記録紙２０に２次転写部において２次転写される。このとき、２次転写ローラ１６に印加される２次転写バイアス及び押圧力によって２次転写が行われる。フルカラートナー像が転写された記録紙２０は、定着ユニット２５を通過することにより表面に担持しているトナー像を加熱定着される。

片面プリントの場合はそのまま直線搬送されて排紙トレイ２６へと送られ、両面プリントの場合は搬送方向を下向きに変えられて用紙反転部に搬送される。用紙反転部に到達した記録紙２０は、ここでスイッチバックローラ対２７により搬送方向を逆転されてその後端側から用紙反転部を出て行く。これをスイッチバック動作と呼び、この動作によって記録紙２０の表裏を反転させることができる。表裏反転された記録紙２０は定着ユニット２５方向には戻らず、再給紙搬送経路を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は表面プリントと同じようにトナー像を転写されて定着ユニット２５を通過して排紙される。これが両面プリントである。

１次転写部を通過した感光体ドラム２はその表面に１次転写残トナーを担持しており、これをブレード及びブラシ等で構成された感光体クリーニングユニット７により除去される。その後、クエンチングランプ８によってその表面を一様に除電されて次の画像形成時の帯電に備える。また、２次転写部を通過した中間転写ベルト１もその表面に２次転写残トナーを担持しており、ブレード及びブラシ等で構成された中間転写ベルトクリーニングユニット１５によってこれを除去されて次のトナー像転写に備える。上述の動作の繰り返しにより片面プリントまたは両面プリントが行われる。

図１に示した画像形成装置は、中間転写ベルト１の外周面に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段として、光学センサ等で構成されたトナー像検知センサ（光学センサユニット）３０を有している。このトナー像検知センサ３０により、画像ムラの補正制御に用いるために中間転写ベルト１の表面に形成された画像パターンのトナー像の濃度を検知できる。図１に示した例では、中間転写ベルト１を介してローラ１１と対向する位置（２次転写前の位置）Ｐ１にトナー像検知センサ３０が配設されている。トナー像検知センサ３０を２次転写部の下流側に配置する場合には、中間転写ベルト１の内方への振れ止めにローラ１４を設け、これに対向する位置Ｐ２に配置する。なお、この画像形成装置において、制御用トナーパターン画像は感光体ドラム２上で形成されて下流側の中間転写ベルト１への転写位置に至る。

図２は、トナー像検知センサ３０の設置状況を示しており、位置Ｐ１にトナー像検知センサ３０を設置した例を示している。トナー濃度検知センサ３０は、センサ基板３２に４個のセンサヘッド（光学センサ）３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを搭載した４ヘッドタイプである。すなわちこの例では、記録紙２０の搬送方向と直交する主走査方向（感光体ドラム２の軸方向）にセンサヘッド３１を４個配置しており、４箇所のトナー付着量を同時に測定できる。なお、トナー像検知センサ３０におけるセンサヘッドの数は４個に限定されず、１個または２個のセンサヘッドを備えたもの、各色専用にセンサヘッドを備えた４〜７個のセンサヘッドを備えたものであってもよい。

図３は、本実施形態に用いられる画像形成装置の制御ブロック図である。同図において、制御手段である制御部２００は、マイクロコンピュータで構成された演算処理手段であるＣＰＵ２０１、記憶手段である不揮発性メモリのＲＡＭ２０２及びＲＯＭ２０３等を有している。制御部２００には、各色の作像ステーション４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ、書き込みユニット４、トナー像検知センサ３０等が電気的に接続されており、制御部２００はＲＡＭ２０２内に記憶している制御プログラムに基づいて各種機器を制御する。ＲＡＭ２０２には、トナー像検知センサ３０の検出値からトナー濃度（トナー付着量）を算出するときに用いる出力換算情報としての、後述する出力換算データ（変換テーブル）や出力換算式（アルゴリズム）が記憶されている。制御部２００は、トナー濃度を算出するトナー濃度算出手段としても機能する。

次に、画像濃度調整パターン及び検知構成について説明する。本実施形態では、画像濃度調整用パターンを直列に作像し、かつ検知用センサを１ヘッドとする検知構成とした。図４に示すように、本実施形態では、画像濃度調整用パターンを画像領域幅において中心に配置した。これは、主走査方向の作像幅内での濃度偏差に対して中央部が最も影響を受けにくいからである。画像濃度調整用パターンは５階調であり、ＬＤパワーを固定し帯電バイアスと現像バイアスとを順次変更することにより、現像ポテンシャルを変えて作像するアナログパターンである。本実施形態において画像濃度調整用パターンは５階調であるが、階調数は作像システムの安定性等から適切な階調数を選択することが望ましい。

画像濃度調整は、主に出力画像の画像濃度を保証することを目的としており、光学センサを用いてトナーの付着量を検知し、狙いの付着量となるように作像条件を調整することにより、出力画像の画像濃度を一定に保つ画像濃度調整方法が広く実施されている。この方法について、以下に簡単に説明する。

感光体または中間転写ベルト上に、作像条件（現像ポテンシャルまたはＬＤの書き込み密度）を変化させることにより複数個の基準トナーパッチを作成する。このトナーパッチにＬＥＤ光を照射し、トナーパッチからの反射光（正反射光または拡散反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタ等）により検出し、その検出結果をトナー付着量に変換することによって各トナーパッチの付着量を得る。その後、トナーパッチのトナー付着量を現像ポテンシャルに対してプロットし、その近似直線の傾きである現像γ及びｘ切片である現像開始電圧Ｖｋを算出する。これら各色の１次直線から、目標の付着量が得られる現像ポテンシャルを算出する。そして現像ポテンシャルから現像バイアス及び帯電バイアスを決定し、作像条件を再調整することにより適正な画像濃度を得ることができる。

電子写真方式の画像形成方法においては、環境変動や出力枚数の増加による感光体表面の劣化等に伴う感光体帯電電位の変動が原因となり、地肌ポテンシャルの変動が生じる。地肌ポテンシャルの変動による異常画像としては、低下時には非画像部にトナーが付着してしまう地汚れ、上昇時にはハーフトーン部における端部かすれがあり、適正な地肌ポテンシャルの設定が必要である。現在用いられている地肌ポテンシャル設定に際しては、温度や湿度等の環境の変動により予め設定されている値に変更している。しかしこの方法では、実際に異常画像が発生しているか否かは検知されていないため、画質が改善されない可能性がある。

図５は正常画像と端部かすれ画像との比較を、図６は地肌ポテンシャルと画像面積との関係をそれぞれ示している。図６において、Ｐ点を境に地肌ポテンシャルが上昇すると、端部かすれの影響により画像面積が減少することが判る。地汚れについては、位置Ｐ１にトナー像検知センサ３０を配置してトナー付着量を測定することにより把握できる。図７は、地肌ポテンシャルと画像濃度センサ出力との関係を示している。図７より、地肌ポテンシャル２００Ｖ以下では地汚れが発生してトナー付着量が多くなっていることが判る。

上述の問題に鑑み、従来では画質調整動作中に図８に示すような地汚れを故意的に発生させることにより作成される地汚れパターンをトナー検知センサによって検知し、その検知結果に基づいて帯電バイアスを調整する地肌ポテンシャル調整モードを有していた。そして、このモードによって地肌ポテンシャルを適切に維持していた。

しかし上述の地汚れパターンでは、パターンの作成がバイアスで行われるため、図９に示すように感光体ドラムの主走査方向全面にトナーが付着してしまう。すなわち、トナー検知センサで検知する領域外に多くのトナーを使用してしまうという問題点がある。そこで本発明では、感光体ドラムの主走査方向全面に地汚れパターンを作成することなく、トナー検知センサと対応する部位にのみ地汚れパターンを形成する。これにより、地汚れパターン形成時のトナー消費量を抑制しつつ地肌ポテンシャルを適切に維持することができ、地汚れや端部かすれの発生を抑え適切な画像濃度を得ることができる。

以下に、本発明における一実施形態を説明する。
この実施形態では、通常の画質調整動作（階調パターン作成及び検知により現像γを算出して作像条件（帯電バイアス、現像バイアス、書き込みＬＤパワー）を決定する）の後に地汚れパターンを作成及び検知する。そして、その検知結果に基づいて帯電バイアスを補正することにより、適切な地肌ポテンシャルを維持している。以下、この実施形態における動作を図１０に沿って説明する。

先ず、光学センサの校正を実行する（ＳＴ０１）。ここでは、中間転写ベルト地肌部からの正反射光を、受光素子が４．０±０．５Ｖの範囲に収まるようにＬＥＤ電流を調整する。次に、画像濃度調整用パターン（階調パターン）を作成する（ＳＴ０２）。ここで作成する画像濃度調整用パターンは図４に示したものである。このパターンは、露光部電位を固定して現像バイアスと帯電バイアスとを変化させ、現像ポテンシャルの低い順から順次作像する。このときに使用する書き込みＬＤパワーは、露光部電位ＶＬを固定するためにも図１１に示すような光減衰曲線に基づき、帯電バイアスに拠らず露光部電位を固定できる領域を用いることが望ましい。

次に、階調パターンからの反射光を検知する（ＳＴ０３）。ここでは、基準トナーパターンにＬＥＤ光を照射し、その反射光をフォトトランジスタ（ＰＴｒ）によって検知する。本実施形態において、黒色パターンは正反射光のみを検知し、カラーパターンは正反射光と拡散反射光との両方を検知する。これは、後述するカラートナー付着量変換アルゴリズムにおいて両反射光を用いるためである。

次に、センサ検出値をトナー付着量に変換する（ＳＴ０４）。ステップＳＴ０３で作成した基準パターンからの反射光を、図１に示すように感光体ドラム２の外周面近傍に配置した光学的検知手段としての光学センサ１８を用いて検知する。図４に示すように画像濃度検出用の光学センサ１８は画像中心に配置されており、この光学センサ１８によって４色全ての画像濃度調整用パターンを検知する。そして、光学センサ１８からの出力値をトナー付着量に変換する。トナー付着量変換方法の詳細は、特開２００６−１３９１８０号公報に開示されている。

次に、現像能力を算出する（ＳＴ０５）。画像濃度調整用パターン作成時の現像ポテンシャルに対して、ステップＳＴ０４で算出した付着量データをプロットしたものが図１２である。これ等の点を最小二乗法により直線近似して得られた関係式が画像形成装置の現像能力を表している。この近似直線の傾きが現像γ、ｘ切片が現像開始電圧Ｖｋである。本実施形態では直線近似としたが、２次近似を用いてもよい。ただし、２次近似を用いた場合の現像γは、目標付着量を得る点における上記関係式の微分値とする。

次に、作像バイアスを算出する（ＳＴ０６）。図１２に示すように、ステップＳＴ０５で得られた関係式から現像ポテンシャル［−Ｖ］を算出する。算出手順は、現像γの関係式（ステップＳＴ０５で得られた近似式）を取得し、最大付着量目標値を取得し、狙いの付着量が得られる現像ポテンシャルを算出する。

次に、現像ポテンシャルを現像バイアスに変換する方法について説明する。本実施形態では、露光部電位を固定値として以下の式を用いて算出した。また、ステップＳＴ０７で算出される書き込みＬＤパワーの変化量を固定値の３０［−Ｖ］とした。感光体表面電位計を有するシステムでは、露光部電位をその都度測定することが望ましい。

現像バイアス［−Ｖ］＝現像ポテンシャル＋５０［−Ｖ］・・・・式（１）
ここで露光部電位を５０［−Ｖ］とする。
帯電バイアス［−Ｖ］＝現像バイアス［−Ｖ］＋２００［−Ｖ］・・・・式（２）
ここで地肌ポテンシャルを２００［−Ｖ］とする。
地肌ポテンシャルは、地肌汚れ防止のため現像バイアスとオフセットして設定する電位差である。

次に、書き込みＬＤパワーを算出する（ＳＴ０７）。ここでは、帯電バイアスの変化量に基づいて書き込みＬＤパワーを算出する。書き込みＬＤパワーは、図１１に示す光減衰曲線の微分値が０に近い部分を用いることで、エッジ効果の発生や微分値の大きい部分を用いることによる感光体表面電位の小さな静電状態変化に対しての濃度不安定性の発生等の課題がある。このため、光減衰曲線の微分値が大きくなく０でない図１３に示すような所定の値となるように書き込みＬＤパワーを設定することが望ましい。実験的に、図１３に示すような光減衰曲線を各帯電電位により求めておく。その結果に基づいて図１４に示すように帯電バイアスＶｃと書き込みＬＤパワーとの関係性を予め求めておき、書き込みＬＤパワーを下式に示すような帯電バイアスＶｃによる１次関数で与えることで算出することも可能である。

［書き込みＬＤパワー］＝αＶｃ＋β・・・・式（３）
式（３）中の係数α，βの実験による決定手順を説明する。光減衰曲線は、感光体表面電位を所定の値のまま書き込みＬＤパワーを数段階に変化させて書き込みを行う。その書き込み部の感光体表面電位を実験的に取り付けた電位センサで測定する。また、帯電バイアスも数段階に変化させ、各帯電バイアスにおける光減衰曲線を予め取得しておく。これにより、帯電バイアスと書き込みＬＤパワーとの関係をプロットすることができる。その関係性より、各帯電電位での光減衰曲線が所定の微分値を示す書き込みＬＤパワーを記録する。これにより、各帯電電位での適切な書き込みＬＤパワーをプロットすることができる。このプロットの直線近似式を最小二乗法により求めることで、係数α，βを決定することができる。以上により、決定された式（３）を用いて書き込みＬＤパワーを算出する。

最後に作像バイアスを設定する（ＳＴ０８）。これは、作像条件をステップＳＴ０６で算出した現像バイアス、帯電バイアス、ステップＳＴ０７で算出した書き込みＬＤパワーに設定する。

以上の動作により現像γ、現像ポテンシャルを算出し、作像バイアス、書き込みＬＤパワーを決定している。ところが、地汚れ防止のために温度や通紙枚数により帯電バイアスを補正し地肌ポテンシャルを適正に保つ場合がある。この場合にも帯電電位が変化し、地肌ポテンシャルが適切な値となるような帯電バイアスに設定されない場合、地汚れや端部かすれといった異常画像が発生する。そこでこの問題を解決するため、本発明では上述の階調パターンの作成後にパッチパターンの作成を行い、その検知結果により作像条件を補正するという方法を用いている。以下、本発明における画質調整動作を図１５に沿って説明する。

先ず、パッチパターン作成時の作像条件を設定する（ＳＴ１１）。ここでは、パッチパターン作成時の作像条件（帯電バイアスＶｃ、現像バイアスＶｂ）を上述の画質調整動作にて決定したものへ設定する。また、書き込みＬＤパワーは実験により求められたものを用いるが、本実施形態においては地肌ポテンシャルが５０［−Ｖ］となるような書き込みＬＤパワーを用いることとする。実験方法については後述する。

次に、パッチパターンを作成する（ＳＴ１２）。ここで作成するパッチパターンのパターンレイアウトは、図１６に示すものである。ここでは、ステップＳＴ１１で設定した作像条件を用いるために地汚れパターンとなる。地汚れパターンの作像電位についての概略図を図１７に示す。

次に、パッチパターンからの反射光を検知する（ＳＴ１３）。ここでは、ステップＳｔ１２で作成したパッチパターンにＬＥＤ光を照射し、その反射光をフォトトランジスタにより検知する。本実施形態において、黒色パターンは正反射光を検知し、カラーパターンは正反射光と拡散反射光とを検知する。

次に、センサ検出値をトナー付着量に変換する（ＳＴ１４）。トナー付着量の変換は、ステップＳＴ０４と同様に行われる。なお、感度補正係数α，β等は現像γ及び現像ポテンシャル算出フローにおいて算出した値を用いる。

次に、基準地汚れ付着量とパッチパターン付着量との差分を算出する（ＳＴ１５）。上述したパッチパターンのトナー付着量と基準地肌トナー付着量との差分ΔＭ／Ａを算出する。ここでいう基準地肌トナー付着量とは、地肌ポテンシャルが５０［−Ｖ］のときに得られる地汚れ付着量のことである。パッチパターンの付着量と基準地肌トナー付着量とに差がある場合には、地肌ポテンシャルが適切となるように帯電電位を補正する。

次に、上述の差分と現像γより帯電電位Ｖｃの補正量を算出する（ＳＴ１６）。上述した現像γ及び現像ポテンシャル算出フローにて算出した現像γと、ステップＳＴ１５にて算出したΔＭ／Ａより、実験的に求められたΔＭ／Ａに対するΔＶｃ補正量であるΔＶｃ（Ｔａｂｌｅ）を用いて、帯電電位補正量ΔＶｃを以下の式で算出する。以下の式中の記号の意味は、ΔＶｃ（Ｔａｂｌｅ）・・・予め実験より求められたΔＶｃ補正量、現像γ（ｄｅｆ）・・・対象となる製品での作像システムにおける標準γである。
ΔＶｃ＝ΔＶｃ（Ｔａｂｌｅ）×現像γ（ｄｅｆ）／現像γ・・・・式（４）
ここで、補正式に現像γを用いているのは、現像γが高い場合にはΔＶｃが小さく、逆に現像γが低い場合にはΔＶｃが大きくなるためである。この補正量を用いて、Ｖｃを式Ｖｃ’＝Ｖｃ＋ΔＶｃ・・・・式（５）を用いて計算する。そして最後に、作像条件をステップＳＴ０７で算出した書き込みＬＤパワー及びステップＳＴ１６で算出した帯電バイアスに変更して、書き込みＬＤパワー及び帯電バイアスを設定する（ＳＴ１７）。

次に、本実施形態におけるＶｃ補正量であるΔＶｃのテーブル作成手順について説明する。標準的な現像γにおいて、目標付着量が得られるときの作像バイアス（帯電バイアス及び現像バイアス）から帯電バイアスを数段階に切り替えることで地肌ポテンシャルを変化させ、故意的に地汚れを発生させる。その結果、実験的に図１８に示すような地肌ポテンシャルと地汚れによるトナー付着量の関係を得ることができる。その結果より、地肌ポテンシャルを５０［−Ｖ］としたときの付着量を算出し、それを基準地汚れ付着量とする。この基準地汚れ付着量から、図１９に示すような図１５で説明したフローチャートにより作成及び検知される地汚れパッチパターンの付着量の差分より、どれだけ地肌ポテンシャルを補正すればよいかを算出することができる。

続いて、本実施形態における書き込みＬＤパワーの設定手順について説明する。書き込みＬＤパワーは、Ｖｄ及び温度のテーブルから設定され、そのテーブルの作成方法について以下に説明する。先ず、図２０に示すように各環境（本形態では１０℃、２３℃、３２℃の３環境）及び各Ｖｃ（本形態では帯電電位が４００［−Ｖ］，６００［−Ｖ］，８００［−Ｖ］の３水準となるように設定）について水準を振りつつ書き込みＬＤパワーを露光する。そしてその露光部電位を電位センサにより取得することで、各環境の光減衰曲線を得ることができる。その結果より、それぞれの環境及びＶｄの光減衰曲線について、適切な地肌ポテンシャルである２００［−Ｖ］から帯電電位Ｖｄを１５０［−Ｖ］減衰させ、地肌ポテンシャルを５０［−Ｖ］とするための書き込みＬＤ光量を算出することができる。その結果を図２１に示すように横軸Ｖｄ、縦軸ＬＤパワーでプロットし、そのプロット点について直線近似する。この結果より、各環境におけるＶｄについて、初期の地肌ポテンシャル２００［−Ｖ］から露光により１５０［−Ｖ］に減衰させ、地肌ポテンシャルを５０［−Ｖ］とするときの書き込みＬＤパワーを算出することができる。この書き込みＬＤパワーをパターン作成時に用いる。なお、ここで作成するパターンの光量は、本形態では図２２（ａ）に示すようなＬＤ−Ｄｕｔｙにより変更とするが、図２２（ｂ）に示すようなドットマトリクスでもよい。

図２３は地汚れに対する補正前と補正後の効果を、図２４は端部かすれに対する補正前と補正後の効果をそれぞれ示している。上述の構成により、地肌ポテンシャルを適切に保つことができるため、地肌ポテンシャルが小さい場合に発生する地肌汚れや地肌ポテンシャルが大きい場合に発生する端部かすれの発生を効果的に防止して、良好な画像を得ることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。この他の実施形態は、地汚れパターンの形成及び検知を単独で行うものである。上述した実施形態における地汚れパターンに基づく帯電電位補正であるが、作像バイアスの補正による画質調整動作を行わない機種については作像バイアスを固定で行い、ＬＤパワーのみを環境テーブルに基づいて補正する。

上記各実施形態において実行判定を設けることにより、必要最小限のタイミングで実行することによりトナー消費量を抑制することができる。感光体の表面電位特性は環境により変化するため、画像形成装置の環境温度を取得する温度センサ情報より、前回の地肌ポテンシャル制御時からの温度変動が所定の閾値を超えた場合を本制御の実行判定としてもよい。また、経時での膜圧変化により感光体ドラムの表面電位特性は変化する。そこで、画像形成装置によるプリント枚数が所定の間隔となるタイミングを本制御の実行判定としてもよい。これ等実行判定を設けることにより、トナー消費量を抑えつつ地汚れや端部かすれといった異常画像の発生を抑制することができる。

上述の構成により、階調パターンを作成しこの階調パターンより現像γを求める画質調整動作の後に感光体上に地肌ポテンシャルを狭めるようにパッチパターンを露光することで、字汚れされたトナー像を形成して地汚れトナー付着量をセンサにより検知する。その検知結果に基づいて帯電電位を補正することにより、地肌ポテンシャルを適切に維持することができるので、地汚れや端部かすれの発生を抑制することができる。

また、温度検知手段による温度検知結果に基づいて露光量を補正するので、地汚れパッチパターンの書き込みＬＤパワーを温度から決定することで、帯電電位と地汚れパッチパターン部電位との差分を一定に維持することができる。これにより、地肌ポテンシャル量の変化に対して正確に地汚れパッチパターン部のトナー付着量を得ることができる。

また、トナーパッチ画像形成時における帯電条件に基づいて露光量を補正するので、地汚れパッチパターンの書き込みＬＤパワーを温度から決定することで、帯電電位と地汚れパッチパターン部電位との差分を一定に維持することができる。これにより、地肌ポテンシャル量の変化に対して正確に地汚れパッチパターン部のトナー付着量を得ることができる。

また、温度検知結果に基づいてトナーパッチ画像による帯電条件補正の実行判定を行うことにより、常に本制御を実行する場合に比してトナー消費量を抑制しつつ地汚れや端部かすれといった異常画像の発生を抑制することができる。また、枚数カウンタの情報に基づいてトナーパッチ画像による帯電条件補正の実行判定を行うことにより、常に本制御を実行する場合に比してトナー消費量を抑制しつつ地汚れや端部かすれといった異常画像の発生を抑制することができる。

上述した構成では、画像形成装置としてフルカラー複写機を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、プリンタ、モノクロ複写機、ファクシミリ、プロッタ、これらの複合機でもよい。また、４連タンデム型直接転写式や１ドラム型中間転写方式等のフルカラー複写機、１ドラム型直接転写方式のモノクロ機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

２像担持体（感光体ドラム）
３帯電手段（帯電チャージャ）
４潜像形成手段（書き込みユニット）
５現像手段（現像ユニット）
１６転写手段（２次転写ローラ）
１８光学的検知手段（光学センサ）
２００トナー濃度算出手段（制御部）

特開２００５−３０８８３３号公報特開２０００−１４７８４８号公報

Claims

像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを用いて前記静電潜像を可視像化する現像手段と、前記現像手段により形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、トナー濃度を算出するトナー濃度算出手段と、光学的検知手段とを有し、前記像担持体上に露光部電位が少なくとも現像条件より大きくなるように設定された露光量にて少なくとも一つのトナーパッチ画像を作成し、前記トナーパッチ画像を前記光学的検知手段によって読み取り、前記トナーパッチ画像のトナー濃度と狙いとするトナー濃度との差分に基づいて帯電条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
それぞれ色の異なるトナー毎に、帯電電位及び現像電位を段階的に変化させると共に露光光量を一定として複数のトナー階調パターンを作像し、前記トナー階調パターンを光学的検知手段により読み取って現像能力を算出し、この算出結果に基づいて狙いとするトナー濃度が得られるように帯電条件及び現像条件を決定し、前記帯電条件に基づいて露光条件を決定する画像形成装置において、
トナー濃度を算出するトナー濃度算出手段を有し、決定された前記帯電条件及び前記現像条件にて露光部電位が少なくとも現像条件より大きくなるように設定された露光量で少なくとも一つのトナーパッチ画像を作成し、前記トナーパッチ画像を前記光学的検知手段により読み取り、前記トナーパッチ画像のトナー濃度と狙いとするトナー濃度との差分に基づいて帯電条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２記載の画像形成装置において、
温度検知手段を有し、該温度検知手段による温度検知結果に基づいて前記露光量を補正することを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記トナーパッチ画像作成時における帯電条件に基づいて前記露光量を補正することを特徴とする画像形成装置。
請求項３記載の画像形成装置において、
前記温度検知手段による温度検知結果に基づいて前記トナーパッチ画像による帯電条件補正の実行判定を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
枚数カウンタを有し、該枚数カウンタの情報に基づいて前記トナーパッチ画像による帯電条件補正の実行判定を行うことを特徴とする画像形成装置。