JP5627359B2

JP5627359B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5627359B2
Application number: JP2010205641A
Authority: JP
Inventors: めぐみ伊藤; 平林　純; 純平林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: EP2444849A2; JP2012063420A; US9020376B2; CN102402154A; US20120063796A1

Description

本発明は、電子写真技術を用いた画像形成装置に関する。

電子写真技術を用いた作像（画像形成）は、概略、次のような工程を経て行われる。すなわち、先ず、帯電器により像担持体である感光体を帯電させ、帯電した感光体の表面に露光器による露光により不可視の静電潜像を形成し、静電潜像を現像剤である着色されたトナー粒子により顕像化させてトナー像を生成させる。トナー像を生成させる、所謂、現像工程は、電荷を帯びたトナー粒子を静電気力により移動、配置させることにより実現される。続いて、感光体の表面に形成されたトナー像は、静電気力によって転写体を介して又は直接に印字紙に転写され、最終的に定着器により印字紙の表面に定着される。

感光体に静電的にトナーを付着させて画像形成を行う装置では、トナー帯電量の変化が色味や濃度変動に直結する。例えば、トナー帯電量は、文字や画像の印字量、トナー補給量、環境等により時々刻々と変化するため、同一画像を連続印字しても、最初と最後とでは、色味や濃度が変わってしまう場合がある。そこで、同質の画像を安定して作像するためには、トナー帯電量の変化、つまり、帯電・現像特性を正確に把握することが重要となる。

画像品質（つまり、印字紙等への印字品質）の安定性を向上させるために、予め定められた階調パッチを作像の前後又は作像の間に形成し、そのズレを補正する技術が知られている。例えば、画像形成装置のウォームアップ終了後に、特定の画像パターンを像担持体上に形成してその画像の濃度を読み取り、ガンマ補正回路等の画像形成条件を決定する回路を変更して、画像品質の安定性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０４−３４３５７３号公報

しかしながら、画像品質の安定性を向上させる従来の技術には種々の問題がある。この問題について、図１８を参照して説明する。図１８は、電子写真方式を用いて作像を行う画像形成装置の帯電・現像特性を模式的に示す図である。

図１８（ａ）は、画像形成装置を起動させてからの時間とトナー帯電量との関係を模式的に示している。画像形成装置を起動させると、現像器が動作（回転）を始め、トナー帯電量は飽和帯電量に向かって上昇する。このトナー帯電量の上昇中のどのタイミングで帯電特性（トナー帯電量）を取得したかによって、帯電特性取得時のトナー帯電量と実際に印字を行う際のトナー帯電量との間に差（ズレ）が生じるおそれがあり、この差（ズレ）が画像品質に大きな影響を与える。

すなわち、図１８（ｂ）に模式的に示されるように、実際に印字を行う際のトナー帯電量が高い場合には、取得した帯電特性に基づいて形成された静電画像に対するトナー粒子の付着量が少なくなるために、出力画像濃度（印字濃度）が低くなってしまう。一方、実際のトナー帯電量が低い場合には、取得した帯電特性に基づいて形成された静電画像に対して多くのトナー粒子が付着するために、出力画像濃度が高くなってしまう。なお、図１８（ｂ）の縦軸は、感光体の表面電位であり、“Ｖｌ”は明電位（露光領域の電位）、“Ｖｃｏｎｔ”は現像コントラスト電位、“Ｖｄｅｖ”は現像バイアス電位、“Ｖｂａｃｋ”はかぶり取り電位差であり、“Ｖｄ”は暗電位である。

図１８（ｃ）に示されるように、トナー帯電量に差（ズレ）が生じたまま画像形成条件が設定されると、最適階調特性からずれた制御が行われてしまい、ターゲット濃度に対する濃度変動が大きくなって制御安定性が大きく低下する。その結果、図１８（ｄ）に示されるように、印字枚数が増えるにしたがって、ターゲット濃度と出力画像濃度との差が大きくなり、色安定性が非常に不安定になってしまう。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも画像品質を安定させた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、変換条件を用いて画像データを変換する変換手段と、前記変換手段により変換された画像データに基づく静電潜像が表面に形成される像担持体と、前記像担持体に形成された前記静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記現像手段により形成された複数のパッチ画像を測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいてトナー帯電量を算出し、前記複数のパッチ画像のそれぞれに対応したトナー帯電量の算出結果に基づいて時間に対するトナー帯電量の変化を示す立ち上がり予測式を作成する作成手段と、前記作成手段により作成された前記立ち上がり予測式に基づいて前記変換条件を補正する補正手段と、前記現像手段の内部温度の変化量を求める手段と、を備え、前記補正手段は、前記現像手段の内部温度の変化量が所定量以上の場合に、前記変換条件を補正しないことを特徴とする。

本発明によれば、取得した帯電・現像特性に基づき、実際に印字を行う際のトナー帯電量を適切に推測することができるため、画像品質を安定させた印字を行うことができる。

本発明に係る画像形成装置の概略の構成を模式的に示す図である。画像信号と画像濃度との関係を示すグラフである。計測された反射光量と濃度信号との関係を示すグラフである。第１実施形態に係る、トナー帯電量の立ち上がり特性を取得する処理のフローチャートである。図４に示されるステップＳ１０８の処理を模式的に示す図である。予め準備された反射光量とトナー帯電量との関係を示すデータをグラフにして示した例である。ステップＳ１０８により計測された反射光量と現像器の回転時間との関係を示すグラフ及びステップＳ１０９により得られたトナー帯電量と現像器３の回転時間との関係を示すグラフである。現像器の回転時間とトナー帯電量との一般的な関係を示すグラフである。図４に示されるステップＳ１０５〜Ｓ１１０により得られる、現像器の回転時間とトナー帯電量との関係を示すグラフである。現像器の回転時間の単位時間あたりのトナー帯電量の変化量を示す式を用いて飽和トナー帯電量と立ち上がり係数を求めるプロセスを模式的に示す図である。単位面積あたりのトナー重量と画像濃度の関係を示すグラフである。印字紙の印字枚数と印字濃度との関係を本実施形態と従来例とを比較して示した図である。画像形成装置における実際のトナー帯電量の立ち上がり特性と、立ち上がり時定数τの経過後にパッチ画像を形成してトナー帯電量の立ち上がり特性を推定した結果とを比較した図である。第１実施形態の特徴を模式的に纏めた図である。第２実施形態におけるトナー帯電量の立ち上がり特性を取得する期間を模式的に示す図である。第２実施形態に係るトナー帯電量の立ち上がり特性取得の流れを示すフローチャートである。第３実施形態による階調補正の方法を模式的に示す図である。電子写真方式を用いて作像を行う画像形成装置の帯電・現像特性を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本発明は、具体的には、種々のプリンタや複写機等の画像形成装置に適用可能であり、本発明の中核をなす後述の帯電・現像特性の取得及び制御に関わる手段及びシーケンスを備えること以外の構成要素は、従来の画像形成装置と同様である。よって、以下に説明する本実施形態に係る画像形成装置は、従来の画像形成装置と同様に、原稿画像を読み取り、画像処理を行い、画像データを印字紙等に印字して出力するものであり、そのプロセスも基本的には従来の画像形成装置と同様である。

《第１実施形態》
＜画像形成装置の概略の全体構成＞
図１は本発明に係る画像形成装置の概略の構成を模式的に示す図である。図１には、主に、像担持体である感光体へ静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、トナー像を転写媒体である印字紙等へ転写する工程に係る部分が模式的に示されている。

画像形成装置の動作制御は制御部２０によって行われる。制御部２０では、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、制御信号を生成させる。そして、制御部２０からの制御信号にしたがって、画像形成装置の所定の構成要素が動作し、制御されることによって、画像形成装置による一連の処理が実現される。なお、本実施形態では、後述するγＬＵＴの補正を行うＬＵＴ補正部をＣＰＵから独立した構成要素として図１に示している。以下、図１に示される画像形成装置の構成要素を、画像形成装置において実行される画像形成工程と照らし合わせて説明する。

［潜像形成工程］
画像形成装置では、不図示のスキャナにより原稿画像が読み込まれ、得られた画像データに基づいて印字動作が開始される。像担持体である感光体（感光ドラム）２は、矢印Ａの方向に回転駆動され、帯電器１によって均一に帯電させられる。その後、画像信号に基づいて、感光体２に対して露光器９による露光が行われる。その結果、感光体２の表面には、不可視の静電潜像が形成される。なお、図１に示される符号「５」は表面電位センサであり、表面電位センサ５は、後述するように、感光体２の表面電位を計測するために用いられる。

［現像工程（トナー像形成工程）］
感光体２の表面に形成された静電潜像は、現像器３により現像され、可視のトナー像が形成される。現像器３は、例えば、磁性キャリア粒子と非磁性トナー粒子とを一定の比率で混合させた２成分系の現像剤を用いた現像方式により、トナー像を生成させる。摩擦により帯電したトナー粒子を含む現像剤は、現像スリーブ８上に保持され、現像スリーブ８と感光体２の近接部である現像ニップへ搬送される。

現像ニップに搬送されたトナー粒子は、現像スリーブ８に印加された現像バイアスにより、静電潜像がトナー粒子の電荷で静電的に満たされるように静電潜像に付着する。これにより静電潜像の現像が行われ、トナー像が生成される。ここで、静電潜像に対して現像されるトナー粒子の量（現像トナー量）は、トナー粒子の単位重量あたりの電荷量に依存するため、温湿度の変化や材料特性の経時変化等によってトナー粒子の帯電量に変化が生じると、現像トナー量が変化する。具体的には、トナー粒子の単位重量あたり電荷量が低下すると、現像トナー量は静電潜像を満たすために増加し、出力画像濃度（印字濃度）が高くなる。逆に、トナー粒子の単位重量あたりの電荷量が大きくなると、少ない量のトナー粒子で静電潜像を満たすことができるため、現像トナー量は減少し、出力画像濃度は低くなる。

［転写工程と定着工程］
感光体２に対して中間転写ベルト４を挟んで対向する転写ローラ７に転写電圧を印加することで、感光体２に形成されたトナー像は、感光体２の表面から中間転写ベルト４の表面に静電気力により転写される。中間転写ベルト４の表面上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト４の回転方向である矢印Ｂの方向へ搬送され、矢印Ｃの方向に搬送される印字紙等のメディア上に転写される。トナー像が転写された印字紙等は定着器１０へ搬送され、定着器１０では、熱と圧力によりトナー像を印字紙等に定着させる。

［階調補正工程］
図２は、画像信号と画像濃度との関係を示すグラフである。通常、画像形成装置の起動後に、多階調パッチ画像が出力され、各画像の濃度を計測して、画像信号と画像濃度との関係を示すグラフ（γ曲線）が作成される（図２（ａ）の「実際の階調特性」）。このγ曲線がターゲット濃度の直線になるようにγ曲線を逆変換し、その関係を表す階調補正テーブル（γＬＵＴ）が作成される（図２（ｂ））。なお、γＬＵＴは、不揮発性メモリ等の記憶媒体に記憶される。

γＬＵＴ作成後、印字する画像データに対してこのγＬＵＴを用いてγ変換を行うことで、所望の出力画像濃度を得ている。しかし、環境変動や材料変動等の影響によって、印字中にγＬＵＴにズレが生じて、所望の出力画像濃度が得られなくなってしまう場合がある。

そこで、階調を補正する制御として、γＬＵＴを補正する制御が行われる。定期的に印字領域外（印字紙間等）に予め定められたパッチ画像の静電潜像が感光体２の表面に形成され、現像後に感光体２の表面に形成されたトナー像（画像部）の画像濃度が検知される。この画像濃度の検知は、具体的には、反射光量が光センサ６（図１参照）を用いて行われる。光センサ６としては、例えば、赤外線を入射角４５度でトナー像に照射し、反射角４５度で反射する光を受光する反射型光センサが用いられる。

図３は、計測された反射光量信号と濃度信号との関係を示すグラフであり、ここでは２５６階調を取り上げている。図３に示すグラフから濃度信号（濃度値）が求められ、濃度値とターゲット濃度との差分に基づいてγＬＵＴが補正される。なお、図３は、反射光量信号と濃度信号との間の一般的な対応関係を示すグラフである。そのため、例えば、各色で濃度信号と反射光量信号と関係（依存性）が異なる場合には、各色毎に対応するグラフを準備し、各色毎に濃度値を求めてもよい。

従来の画像形成装置では、トナー帯電量が飽和トナー帯電量に達しているという仮定の基に、最初のγＬＵＴが作成されている。しかし、飽和トナー帯電量に達しておらず、印字中にトナー帯電量が増加した場合、所望の出力画像濃度からのズレが生じてしまう。この問題を解決するために、本実施形態に係る画像形成装置では、以下に説明する通りに、起動後に計測したパッチ画像の濃度値に基づいて取得した帯電・現像特性に基づいて階調を補正することによって、所望する出力画像濃度を得る。

図４は、画像形成装置の起動後に実行される、トナー帯電量の立ち上がり特性を取得する処理のフローチャートである。画像形成装置の電源がオンされると（ステップＳ１０１）、定着器１０の電源がオンとなり（ステップＳ１０２）、現像器３の空回転が開始され（ステップＳ１０３）、更に現像スリーブ８の回転が開始される（ステップＳ１０４）。

現像剤の帯電・現像特性は、主にトナー帯電量の経時変化を知ることによって取得することができる。そこで、先ず、現像器３の回転開始からトナー帯電量の立ち上がり時定数τが経過するまでの間に、感光体２の表面に同一階調（同一画像信号値）の複数のパッチ画像が出力され、静電潜像が形成される（ステップＳ１０５）。

現像器３の空回転開始からステップＳ１０５によるパッチ画像の出力までの現像器３の回転時間ｔが取得され、メモリ（例えば、制御部２０が備えるＲＡＭ）に保持される（ステップＳ１０６）。そして、感光体２の表面においてパッチ画像部（パッチ画像の静電潜像が形成された領域）の電位が表面電位センサ５を用いて計測される（ステップＳ１０７）。

続いて、静電潜像の現像が行われ、感光体２の表面に形成されたパッチ画像のトナー像（パッチ画像のトナー像が形成された領域）の反射光量が光センサ６を用いて計測される（ステップＳ１０８）。図５はステップＳ１０８の処理を模式的に示す図である。なお、前述の通り、本実施形態では、光センサ６として、トナー像に赤外線を入射角４５度で照射し、反射角４５度で反射する光を受光するものを用いるが、これに限定されるものではない。

ステップＳ１０７で計測された電位ＶとステップＳ１０８で計測された反射光量から変換した濃度値Ｄを用いて、下記（１）式によりトナー帯電量Ｙを算出する（ステップＳ１０９）。ここで、“ａ”は、トナー種や現像器３の特性等によって定まる係数である。
Ｙ＝ａＶ／Ｄ …（１）

なお、反射光量とトナー帯電量との関係を示すデータを予め準備しておき、そのデータを用いて、ステップＳ１０８で計測された反射光量からトナー帯電量を算出してもよい。図６は、予め準備された反射光量とトナー帯電量との関係を示すデータをグラフにして示した例である。例えば、図６から下記（２）式が求まる。反射光量Ｉが０．８の場合、下記（２）式により、トナー帯電量Ｙは−１９．５［μＣ／ｇ］であることが求められる。
Ｙ＝−１５．６／Ｉ …（２）

なお、現像器３の回転時間ｔをずらしてステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理を行うことにより、図７に示されるような、画像形成装置の起動後における現像器３の回転時間に対するトナー帯電量の変化を示す実測データが得られる。図７は、ステップＳ１０８により計測された反射光量と現像器３の回転時間との関係を示すグラフと、ステップＳ１０９により得られたトナー帯電量と現像器３の回転時間との関係を示すグラフである。

ところで、トナーの帯電量は、トナー粒子とキャリア粒子の摩擦帯電により電気を帯びて増加していくため、トナー粒子の補給や消費が無い場合に現像器３を回転させれば、トナー帯電量は大きくなる。図８は、現像器３の回転時間ｔとトナー帯電量との一般的な関係を示すグラフである。トナー帯電量は、図８に示される通り、現像器３の回転時間ｔが経過するにしたがって大きくなり、一定値で飽和する。このときのトナー帯電量Ｙの曲線は、一般的に下記（３）式で表される。
Ｙ＝Ａ（１−ｅ^−ｐｔ） …（３）

ここで、“Ａ”は飽和トナー帯電量、“ｐ”はトナー帯電量の立ち上がり係数である。上記（３）式には、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９では直接には得られない２つの未知数である“Ａ”，“ｐ”があるため、これらの未知数“Ａ”，“ｐ”を求めるために、回転時間ｔをずらしてステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理が行われる。

続いて、パッチ画像の数が２つ以上かが判定される（ステップＳ１１０）。パッチ画像の数が２つ未満の場合（Ｓ１１０で“ＮＯ”）、処理はステップＳ１０５に戻される。パッチ画像の数が２つ以上の場合（Ｓ１１０で“ＹＥＳ”）、処理はステップＳ１１１へ進められる。ステップＳ１１１では、２つ以上のパッチ画像に対してステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理後得られた回転時間ｔとトナー帯電量Ｙを用いて連立方程式を解く。

すなわち、回転時間ｔ_１のときのトナー帯電量Ｙ_１と、回転時間ｔ_２のときのトナー帯電量Ｙ_２とを求めて、上記（３）式に当てはめる。これにより下記（４）式で示される連立方程式が得られ、この連立方程式から下記（５），（６）式で示されるように、“Ａ”，“ｐ”の値が得られる（ステップＳ１１１）。
Ｙ_１＝Ａ（１−ｅ^−ｐｔ１），Ｙ_２＝Ａ（１−ｅ^−ｐｔ２） …（４）
ｐ＝ｌｏｇ（（Ｙ_１−Ｙ_２）／（ｅ^−ｔ２−ｅ^−ｔ１）） …（５）
Ａ＝（１−ｅ^−ｐｔ１）／Ｙ_１ …（６）

立ち上がり係数ｐの逆数がトナー帯電量の立ち上がり時定数τとなるので、ステップＳ１１１では、立ち上がり係数ｐが求められると共に、下記（７）式から、トナー帯電量の立ち上がり時定数τが求められる。トナー帯電量の立ち上がり時定数τは、トナー帯電量が飽和トナー帯電量の約６３％に達するまでの時間を示している。
τ＝１／ｐ …（７）

ステップＳ１０５〜Ｓ１１１により、図９に示される現像器３の回転時間ｔとトナー帯電量Ｙとの関係を示すグラフが得られる。

なお、上記（３）式に代えて、下記（８）式、すなわち、現像器３の回転時間の単位時間あたりのトナー帯電量の変化量を示す式を用いてもよい。なお、“α”は、事前に設定した補正係数である。
β_ｎ＝α（Ｙ_ｎ−Ｙ_ｎ＋１）／（ｔ_ｎ−ｔ_ｎ＋１）［ｎ：自然数］ …（８）

図１０は、上記（８）式を用いて飽和トナー帯電量Ａと立ち上がり係数ｐを求めるプロセスを模式的に示す図である。例えば、最初に勾配β_１，β_２を求めて比較する。このような隣接する勾配β_ｎ，β_ｎ＋１をｎの値を大きくしていきながら比較し、β_ｎ値が最小になった時のＹ_ｎ＋１を飽和トナー帯電量Ａとする。そして、飽和トナー帯電量Ａに達した時間の６３％の時間をトナー帯電量の立ち上がり時定数τとする。

次に、ステップＳ１０６で取得した現像器３の回転時間ｔとステップＳ１１１で求めたトナー帯電量の立ち上がり時定数τとを比較し、“ｔ＞τ”の関係が成立するかが判定される（ステップＳ１１２）。

“ｔ＞τ”の関係が成立しない場合（Ｓ１１２で“ＮＯ”）、処理は終了となり、メモリ内に保持されているγＬＵＴとトナー帯電量の立ち上がり係数ｐ、飽和トナー帯電量Ａが、画像印字シーケンスの実行時に用いられる。“ｔ＞τ”の関係が成立する場合（Ｓ１１２で“ＹＥＳ”）、ステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３では、ステップＳ１１１で求めたトナー帯電量の立ち上がり係数ｐと飽和トナー帯電量Ａとがメモリ（例えば、γＬＵＴが保持されているメモリ）に保持され、上記（３）式に適用されることで、トナー帯電量Ｙの立ち上がり予測式が作成される。こうして作成された立ち上がり予測式は、画像印字シーケンスの実行時（印字紙に画像を印字する際）に、トナー帯電量を予測するために使用される。

続いて、ステップＳ１１３で作成したトナー帯電量の予測式を用いてトナー帯電量Ｙが推定され、下記（９）式に示すトナーの帯電量と単位面積当たりのトナー重量Ｍの関係より、単位面積当たりのトナー重量Ｍが求められる（ステップＳ１１４）。なお、“ｋ”はトナー帯電量とトナー重量の関係を示す比例定数である。
Ｍ＝ｋ／Ｙ …（９）

更に、図１１に示す、単位面積あたりのトナー重量と画像濃度の関係を用いて、ステップＳ１１４で求めた単位面積あたりのトナー重量から画像濃度が求められる（ステップＳ１１５）。そして、ステップＳ１１５で求めた画像濃度を用いてメモリに予め保持してあるγＬＵＴを補正して新たなγＬＵＴが作成され、メモリに保存される（ステップＳ１１６）。

画像印字シーケンスの実行時には、上述の通りにして求められたトナー帯電量の立ち上がり係数ｐ、飽和トナー帯電量Ａを用いてトナー帯電量Ｙが予測され、ステップＳ１１４〜Ｓ１１６により１枚毎にγＬＵＴが作成され、印字紙等への印字が行われる。このように本実施形態では、現像剤の帯電特性及び現像特性の取得を、その他の条件が変わらない時間内に、且つ、帯電特性及び現像特性を反映した時間内に取得するため、１枚目の印字紙に対する印字から出力画像濃度の制御を適切に行うことができる。

図１２は、印字紙の印字枚数と印字濃度との関係を本実施形態と従来例とを比較して示した図である。図１２に示されるように、従来例では、実際に印字される画像の濃度が大きく変動してしまっている。この原因を図１３を参照して説明する。

図１３は、画像形成装置における実際のトナー帯電量の立ち上がり特性と、立ち上がり時定数τの経過後にパッチ画像を形成してトナー帯電量の立ち上がり特性を推定した従来例の結果とを比較した図である。従来例のようにしてトナー帯電量を推定した場合、立ち上がり係数を正確に算出することができていない。そのため、実際の立ち上がり特性（実測値）との差が大きな立ち上がり推定曲線（破線）となってしまい、飽和トナー帯電量も実測値から大きくずれてしまっている。

このように従来例では、画像形成装置の起動初期に取得したトナー帯電量と実際のトナー帯電量との誤差が大きく、そのような誤差の大きい値を用いて作像条件を設定しているために、出力画像濃度が大きく変動してしまう。換言すれば、帯電・現像特性の１つであるトナー帯電量の立ち上がり係数ｐと飽和トナー帯電量Ａを推定するために、立ち上がり時定数τの経過後にパッチ画像を形成した場合、トナー帯電量の変化（立ち上がり特性）を精度よく推定することができない。

これに対して本実施形態では、図１２に示されるように、１枚目の印字紙に対する印字からターゲット濃度に対する濃度変動が抑制されていることがわかる。図１４は、本実施形態の特徴を模式的に纏めた図である。本実施形態では、上述の通り、現像器３の回転開始後、トナー帯電量の立ち上がり時定数τの経過前にステップＳ１０５〜Ｓ１１６の処理を行う。これにより図１４（ａ）に示されるように、トナー帯電量の立ち上がり時定数τの経過後のトナー帯電量の立ち上がり特性及び飽和トナー帯電量を適切に推測できている。つまり、トナー帯電量の立ち上がり推定特性が、実測されるトナー帯電量の立ち上がり特性とほぼ一致するように、トナー帯電量を適切に予測することが可能になっている。こうして、トナー帯電量が適切に推定されるので、画像形成装置の起動から実際の画像印字までの間にトナー帯電量が飽和トナー帯電量に達していなくても、１枚目の印字紙に対する印字からトナー帯電量の変動を考慮した作像条件を適切に設定することができる。

本実施形態によれば、図１４（ｂ）に示されるように、印字紙１枚毎に最適な画像形成条件を設定することができるために、色安定性が大きく向上し、図１２及び図１４（ｃ）に示されるように、画像品質のよい画像を安定して印字することが可能となっている。また本実施形態によれば、トナー帯電量の立ち上がり特性に基づいて飽和トナー帯電量を実際の印字前に適切に推定することができるため、トナー帯電量を飽和させるために要する時間（現像器３の空回転時間）を短縮することができる。これにより、印画紙への印字を行う処理性能を向上させることができる。

《第２実施形態》
第１実施形態では、画像形成装置を起動させ、現像スリーブ８の回転開始後、トナー帯電量の立ち上がり時定数τの経過前に、同一階調の複数のパッチ画像を形成し、トナー帯電量の立ち上がり特性を現像剤の帯電特性を反映した時間内に取得した。

しかし、トナー帯電量の立ち上がり時定数τ、飽和トナー帯電量Ａは、環境の変化等によって変化してしまう場合がある。例えば、画像形成装置を起動させて定着器１０が作動し始めると、定着器１０の周辺温度が上昇する等の環境変化が生じ、これがトナー帯電量の立ち上がり特性に影響を与えることがある。すなわち、トナー帯電量の立ち上がり特性の計測中に現像器３内の環境が変化してしまうと、この環境の変化の影響により、正確なトナー帯電量の立ち上がり特性を取得することができなくなる。

そこで、第２実施形態では、画像形成装置を起動させた際に、現像スリーブ８の回転開始から定着器１０の起動に起因して現像器３の内部の温度が急峻に上昇するまでの環境が安定している時間内に、トナー帯電量の立ち上がり特性を取得する。図１５は、第２実施形態におけるトナー帯電量の立ち上がり特性を取得する期間を模式的に示す図である。

図１６は、画像形成装置の起動後に実行される、第２実施形態に係るトナー帯電量の立ち上がり特性取得の流れを示すフローチャートである。なお、画像形成装置のハードウェア構成は、第１実施形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。また、図１５に示される処理のうち、第１実施形態として図４を参照して説明した処理と同じ処理については、詳細な説明は行わず、簡単な説明に止める。

画像形成装置の電源がオンされると（ステップＳ２０１）、自動的に定着器１０の電源がオンされる（ステップＳ２０２）。そこで、定着器１０の電源がオンされた時刻である起動時刻ｔｔ_０と、起動時刻ｔｔ_０における定着器１０の初期温度Ｔ_０が取得され、メモリに保持される（ステップＳ２０３）。

続いて、現像器３の空回転が開始され（ステップＳ２０４）、現像スリーブ８の回転が開始されると（ステップＳ２０５）、感光体２の表面に同一階調（同一画像信号値）の複数のパッチ画像が出力され、静電潜像が形成される（ステップＳ２０６）。現像器３の空回転開始からステップＳ２０６によるパッチ画像の出力までの現像器３の回転時間ｔが取得され、メモリに保持される（ステップＳ２０７）。続いて、感光体２の表面のパッチ画像部の電位が表面電位センサ５を用いて計測される（ステップＳ２０８）。そして、静電潜像の現像が行われ、感光体２の表面に形成されたパッチ画像のトナー像の反射光量が光センサ６を用いて計測される（ステップＳ２０９）。

ステップＳ２０８で計測された電位ＶとステップＳ２０９で計測された反射光量から変換した濃度値Ｄを用いてトナー帯電量Ｙが算出される（ステップＳ２１０）。続いて、パッチ画像の数が２つ以上かが判定される（ステップＳ２１１）。パッチ画像の数が２つ未満の場合（Ｓ２１１で“ＮＯ”）、処理はステップＳ２０６に戻される。パッチ画像の数が２つ以上の場合（Ｓ２１１で“ＹＥＳ”）、処理はステップＳ２１２へ進められる。ステップＳ２１２では、ステップＳ２０６からＳ２１０の処理で得られた回転時間ｔとトナー帯電量Ｙより、飽和トナー帯電量Ａとトナー帯電量の立ち上がり係数ｐが算出され、これによりトナー帯電量の立ち上がり時定数τが算出される。

続いて、ステップＳ２０７で取得した現像器３の回転時間ｔとステップＳ２１２で求めたトナー帯電量の立ち上がり時定数τとを比較し、“ｔ＞τ”の関係が成立するかが判定される（ステップＳ２１３）。“ｔ＞τ”の関係が成立しない場合（Ｓ２１３で“ＮＯ”）、処理は終了となり、予めメモリに保持されているトナー帯電量の立ち上がり時定数τ及び飽和トナー帯電量Ａが用いられる。“ｔ＞τ”の関係が成立する場合（Ｓ２１３で“ＹＥＳ”）、処理はステップＳ２１４へ進められ、ステップＳ２１４では、トナー帯電量Ｙの立ち上がり予測式が作成される。なお、ステップＳ２０６〜２１４の処理は、図４を参照して説明したステップＳ１０５〜Ｓ１１３の処理と同じである。

ステップＳ２１４の後、現在の時刻ｔｔ_ｉと定着器１０の温度Ｔ_ｉを取得する（ステップＳ２１５）。ここで取得した値とメモリに保持されている定着器１０の起動時刻ｔｔ_０と定着器１０の温度Ｔ_０を用いて、時間に対する温度変化率ｄＴｅが算出される。なお、定着器１０の温度上昇に対する現像器３の内部温度を算出するための変換テーブルが、予め環境テーブルを準備して実験等によって測定することにより、予め作成されてメモリ（例えば、制御部２０のＲＯＭ）に保持されている。

この変換テーブルを用いて、ステップＳ２０３で取得された初期温度Ｔ_０とステップＳ２１５で取得された現在の温度Ｔ_ｉが、現像器３の内部温度Ｔｄ_０、Ｔｄ_ｉにそれぞれ変換され、現像器３の内部温度の温度変化値ｄＴｅが下記（１０）式によって算出される。
ｄＴｅ＝（Ｔｄ_ｉ−Ｔｄ_ｏ） …（１０）

ここで、定着器１０がオンされてからの現像器３の内部温度の変化特性を予め実験等により計測し、テーブル化したデータをメモリ（例えば、制御部２０のＲＯＭ）に保持しておいて、このデータから温度変化値ｄＴｅを求めるようにしてもよい。また、現像器３の内部に温湿度センサ等を設置して、温度変化値ｄＴｅを直接に計測し、その計測値を用いるようにしてもよい。

ステップＳ２１６では、更に、求められた温度変化値ｄＴｅに対して、“ｄＴｅ＜５．０”の関係が満たされているかが判定される。“ｄＴｅ＜５．０”である場合（ステップＳ２１６で“ＹＥＳ”）、ステップＳ２１２で求められたトナー帯電量の立ち上がり時定数τ及び飽和トナー帯電量Ａがメモリに保持され（ステップＳ２１７）、その後、処理は終了となる。一方、“ｄＴｅ＜５．０”でない場合（ステップＳ２１６で“ＮＯ”）、予めメモリに保持されているトナー帯電量の立ち上がり時定数τ及び飽和トナー帯電量Ａが用いられ、その後、処理は終了となる。

上述の通り、第２実施形態では、画像形成装置を起動させた際に、定着器１０の起動によって現像器３の内部温度が上昇する前の環境が安定した条件で、トナー帯電量の立ち上がり特性を推定する。これにより、トナー帯電量の立ち上がり時定数τ及び飽和トナー帯電量Ａを精度よく算出することができる。

《第３実施形態》
第１実施形態及び第２実施形態では、γＬＵＴを用いて階調補正を行った。これに対し、第３実施形態では、感光体２に対して露光を行う露光器９のレーザ強度を補正することによって階調補正を行う。

画像形成装置の起動後、感光体２の表面を露光する露光器９のレーザ強度の初期値を設定する際にトナー帯電量が飽和トナー帯電量に到達していないと、実際の印字が開始された後に、トナー帯電量の変動に対応できず、印字される出力画像濃度が変動してしまう。そこで、第３実施形態では、トナー帯電量を予測し、予測されたトナー帯電量にしたがって露光器９のレーザ強度の設定値を補正する。

先ず、例えば、第１実施形態におけるステップＳ１０１〜Ｓ１１１にしたがって算出されたトナー帯電量の立ち上がり係数ｐと飽和トナー帯電量Ａとを用いたトナー帯電量の立ち上がり予測式より、印字開始前のトナー帯電量Ｙ_ｉを予測する。この予測トナー帯電量Ｙ_ｉから入力画像信号の最大値２５５における単位面積当たりのトナー重量Ｍ_ｅｓを下記（１１）式を用いて推定する。ここで、“ｋ”はトナー帯電量とトナー重量との関係を示す比例定数である。
Ｍ_ｅｓ＝ｋ／Ｙ_ｉ …（１１）

こうして推定したトナー重量Ｍ_ｅｓと、予めメモリ（例えば、制御部２０のＲＯＭ）に保持されている入力画像信号の最大値２５５における単位面積当たりのターゲットトナー重量Ｍ_ｔａｒとから、下記（１２）式にしたがってレーザ強度の補正係数ｑが算出される。
ｑ＝Ｍ_ｔａｒ／Ｍ_ｅｓ …（１２）

制御部２０のＣＰＵは、補正係数ｑを入力信号に乗算し、露光器９を駆動させるレーザドライバへ出力する。これにより感光体２の表面に形成される静電潜像の電位が変更されて、静電潜像は適切な量のトナーによって現像されるようになり、出力画像濃度を安定に制御することが可能になる。

図１７は、上述の第３実施形態による階調補正の方法を模式的に示す図である。なお、図１７の縦軸に示されているＶｄｅｖ等の各電位は、図１８に示されているものと同じである。図１７は、トナー帯電量が高いときには、少ない量のトナー粒子で静電潜像が現像されて出力画像濃度が低くなるのを防止するために、露光領域の電位を下げて現像に必要なトナー量を増やし、ターゲットとする濃度が得られるトナー量を確保する例を示している。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、画像形成装置において、本発明の中核をなす現像剤の帯電・現像特性の検知に関わる手段及びシーケンスを備える限りにおいて、上述した画像形成装置と異なる構成を備えていてもよい。

１帯電器
２感光体（像担持体）
３現像器
４中間転写体
５表面電位センサ
６光センサ
７転写ローラ
８現像スリーブ
９露光器
１０定着器
２０制御部

Claims

変換条件を用いて画像データを変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された画像データに基づく静電潜像が表面に形成される像担持体と、
前記像担持体に形成された前記静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
前記現像手段により形成された複数のパッチ画像を測定する測定手段と、
前記測定手段による測定結果に基づいてトナー帯電量を算出し、前記複数のパッチ画像のそれぞれに対応したトナー帯電量の算出結果に基づいて時間に対するトナー帯電量の変化を示す立ち上がり予測式を作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された前記立ち上がり予測式に基づいて前記変換条件を補正する補正手段と、
前記現像手段の内部温度の変化量を求める手段と、を備え、
前記補正手段は、前記現像手段の内部温度の変化量が所定量以上の場合に、前記変換条件を補正しないことを特徴とする画像形成装置。
前記補正手段は、前記現像手段の内部温度の変化量が所定量以上の場合、前記作成手段により作成された前記立ち上がり予測式に基づく前記変換条件の補正を行わないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記立ち上がり予測式は、帯電量Ｙ、飽和帯電量Ａ、立ち上がり時定数τ、前記現像手段の駆動開始から経過した時間ｔから、
Ｙ＝Ａ（１−ｅ^−ｐｔ）、
ｐ＝１／τ、
によって表わされることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。