JP2006145903A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体の帯電電位と像担持体の膜厚との両方に対応した最適露光条件を求めることができるとともに、最適な露光条件の設定を開始してから設定が終了するまでの間であっても画像形成を行うことができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供すること。
【解決手段】 像担持体の回転回数に基づき像担持体の膜厚を予測し、この予測した像担持体の膜厚と目標一様帯電電位Ｖｄとに基づいて最適な露光条件を算出する。これにより、像担持体の一様帯電電位と像担持体の膜厚との両方に対応した最適露光条件を求めることができる。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置およびプロセスカートリッジに関するものである。

この種の画像形成装置における像担持体表面には、一般的に帯電ローラ、転写ローラ、現像剤、クリーニングブレード、クリーニングブラシなどが接触するように設けられており、像担持体の回転によってその表面が徐々に磨耗していく。その結果、感光体の表層を形成する電荷輸送層の膜厚が除々に減少し、感光体の露光感度が変動してしまう場合があった。露光感度が変動すると、一様帯電電位Ｖｄが露光後電位Ｖｌに減衰するまでの光減衰特性が変動してしまい、感光体上の中間調のトナー像濃度が変動してしまう。

例えば、所定のタイミングで、一様帯電電位Ｖｄ、現像バイアスＶｂを一定として露光量を除々に減少または増加させて感光体表面に基準の潜像パターンを形成する。この潜像パターンの電位を電位センサで測定して、この測定結果に基づいて露光後電位Ｖｌが目標の露光後電位となるように露光量を調整することで膜厚ｔに対応した最適な露光量を設定することも考えられる。しかし、この場合、上記のような潜像パターンを感光体表面に形成する必要があり、感光体表面に潜像パターンの形成を開始してから膜厚ｔに対応した露光条件の設定が終了するまでの間は画像形成を行うことができないという問題があった。

特許文献１には、感光体の累計回転数、総稼働時間、総印刷枚数などから感光体膜厚ｔを推測し、この推測した感光体膜厚ｔに応じた感光体上のトナー画像濃度調整因子（露光量、現像バイアス、帯電バイアス）を決定する方法が記載されている。具体的には、各膜厚（ｔ１〜ｔ５）に対応する各光減衰特性から各膜厚（ｔ１〜ｔ５）における最適露光量を予め算出しておき、これを膜厚対応値として、画像形成装置内のメモリに記憶しておく。そして、感光体の累計回転数、総稼働時間、総印刷枚数から画像形成装置内のＣＰＵで膜厚ｔを推測する。ＣＰＵで推測した膜厚ｔが、例えば、ｔ２となったら、この膜厚に対応する膜厚対応値を画像形成装置のメモリから読み出し、このメモリから読み出した膜厚対応値を最適露光量として設定する。
従来の潜像パターンを形成して膜厚ｔに対応した最適な露光量を求める手法にかえて、上記特許文献１に記載の感光体の膜厚が所定の膜厚となったら、メモリから膜厚に対応した最適露光量を読み出す手法を採用することで、潜像パターンを形成しなくても膜厚に対応した最適露光量を設定することができる。よって、感光体表面に潜像パターンの形成を開始して膜厚ｔに対応した露光条件の設定が終了するまでの間は画像形成を行うことができないという問題を解決できると考えられる。

しかしながら、特許文献１においては、メモリに複数の膜厚が記憶され、感光体の膜厚がメモリに記憶されている膜厚となった時点で露光量の変更が行われる。このため、感光体の膜厚ｔ１から膜厚ｔ２へ変化する間、露光量が変更されない。その結果、その間で感光体上の中間調のトナー像濃度が変動してしまう問題がある。そこで、各膜厚に対応する最適露光量を予め算出して、各膜厚に対応する最適露光量をメモリに記憶するのではなく、各膜厚に対応する最適露光量を求める算出手法を画像形成装置に組み込んでおいて、所定のタイミングで予測したときの膜厚に対する最適露光量を上記算出手法を用いて求めるようにする。このように、各膜厚に対応する最適露光量を求める算出手法を画像形成装置に組み込んでおけば、所定のタイミングにおける感光体の膜厚に対する最適露光量にすることができる。よって、感光体の膜厚ｔ１から膜厚ｔ２へ変化する間、露光量が変更されないという問題を解決できると考えられる。

また、従来から、環境変動や経時における画像品質の安定化を図るため、像担持体上に基準パターンのトナー像を作成してそのトナー付着量を検出し、検出結果に基づき現像バイアスＶｂや感光体の一様帯電電位Ｖｄの変更を行う技術が知られている。

特開２００２−２４４３６８号公報

しかしながら、上記一様帯電電位Ｖｄの変更を行った後、特許文献１の手法で膜厚に対応する最適露光量を求めて、この求めた最適露光量に変更しても、感光体上のトナー像濃度に変動が生じる問題があった。これは、像担持体の一様帯電電位Ｖｄが変動すると、像担持体の光減衰特性が変動してしまうためと考えられる。特許文献１の算出手法では、膜厚に対応する光減衰特性から露光量を求めており、上記一様帯電電位Ｖｄの変動に対する光減衰特性は考慮に入れていないため、感光体上のトナー像濃度に変動が生じたと考えられる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、像担持体の帯電電位と像担持体の膜厚との両方に対応した最適露光条件を求めることができるとともに、最適な露光条件の設定を開始してから設定が終了するまでの間であっても画像形成を行うことができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担持体表面を帯電させる帯電手段と、該像担持体表面に静電潜像を形成するための露光手段と、該像担持体上の静電潜像をトナー像化する現像手段とを備えた画像形成装置において、該像担持体の回転回数を検知する検知手段と、検知された該像担持体の回転回数に基づいて予測される該像担持体の膜厚および像担持体の一様帯電電位を制御するための目標一様帯電電位に基づいて該露光手段の露光条件を算出し、算出された露光条件となるように該露光手段を制御する第１制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１画像形成装置において、上記像担持体上に濃度検知用基準トナー像を形成し、該濃度検知用基準トナー像の画像濃度を検出する画像濃度検知手段と、画像濃度を目標の画像濃度とするための目標現像バイアスと目標一様帯電電位とを関連付けて記憶した目標電位決定テーブルと、該画像濃度検出結果に基づいて目標現像バイアスを定め、該定められた目標現像バイアスに基づいて該目標電位決定テーブルから、該目標一様帯電電位を定め、定められた目標一様帯電電位となるように上記帯電手段を制御し、且つ、定められた目標現像バイアスとなるように上記現像手段を制御する第２制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記露光条件の算出は、上記第２制御手段が目標一様帯電電位および目標現像バイアスを定めた後に、該目標一様帯電電位と上記像担持体の回転回数とから算出されることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかの画像形成装置において、上記露光条件の算出は、予測される該像担持体の膜厚および像担持体の帯電電位を制御するための目標一様帯電電位に加え予め設計時に求められた像担持体の露光感度特性を用いて算出するものであり、しかも該像担持体の膜厚の予測にあたって上記像担持体の回転回数に加え予め設計時に求められた像担持体の特性値も用いるものであり、該像担持体の特性値および／または像担持体の露光感度特性を変更する変更手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの画像形成装置において、上記露光条件が、露光時間であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至４いずれかのの画像形成装置において、上記露光条件が、露光パワーであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかの画像形成装置において、上記像担持体と、上記帯電手段、上記現像手段のうち少なくともひとつとを一体とし、装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、像担持体と、帯電手段、上記現像手段のうち少なくともひとつとを一体とし、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したプロセスカートリッジであって、該画像形成装置が、請求項１乃至７いずれかの画像形成装置であることを特徴とするものである。

本発明者らは、鋭意検討の結果、像担持体の一様帯電電位Ｖｄが増加するにつれて、像担持体の光減衰特性が比例的に減少することを見出した。このことから、像担持体の一様帯電電位Ｖｄと露光量Ｌとの間に、Ｌ＝ξ_１Ｖｄ＋ξ_２の関係が成り立つ。つまり、上記したように、像担持体の一様帯電電位Ｖｄが増加するにつれて、像担持体の光減衰特性が比例的に減少するため、像担持体の一様帯電電位Ｖｄが増加したとき、露光量Ｌを比例的に増加させ、像担持体の一様帯電電位Ｖｄが減少したとき、露光量Ｌを比例的に減少させれば、露光後電位Ｖｌが一定となり、感光体上のトナー像濃度が一定となる。
そこで、まず、上記関係から、設定された目標一様帯電電位Ｖｄに対応する露光量Ｌを算出する。そして、目標一様帯電電位Ｖｄに対応した露光量Ｌに基づき、膜厚に対応する最適露光量を算出する。これにより、感光体の一様帯電電位の変動に対する光減衰特性の変動と膜厚に対する光減衰特性の変動との両方を考慮に入れたうえで、最適露光量を算出することができる。

請求項１乃至８の発明によれば、像担持体の回転回数に基づき像担持体の膜厚を予測し、この予測した像担持体の膜厚と目標一様帯電電位とに基づいて最適な露光条件を算出する。これにより、像担持体の一様帯電電位と像担持体の膜厚との両方に対応した最適露光条件を求めることができる。これにより、像担持体の膜厚変動や、一様帯電電位の変更にかかわらず画像濃度を良好に保つことができる。また、潜像パターンを形成しなくても最適な露光条件を設定できるので、最適な露光条件の設定を開始して設定が終了するまでの間であっても画像形成を行うことができる。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本プリンタを示す概略構成図である。同図において、このプリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋを備えている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｙトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ６Ｙを例にすると、図２に示すように、ドラム状の感光体１Ｙ、ドラムクリーニング装置２Ｙ、除電装置（不図示）、帯電装置４Ｙ、現像器５Ｙ、トナー濃度センサ３Ｙ等を備えている。画像形成ユニットたるプロセスカートリッジ６Ｙは、プリンタ１００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。

上記帯電装置４Ｙは、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体１Ｙの表面を一様帯電せしめる。一様帯電せしめられた感光体１Ｙの表面は、レーザ光Ｌによって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。このＹの静電潜像は、Ｙトナーと磁性キャリアとを含有するＹ現像剤を用いる現像器５ＹによってＹトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト８上に中間転写される。ドラムクリーニング装置２Ｙは、中間転写工程を経た後の感光体１Ｙ表面に残留したトナーを除去する。また、上記除電装置は、クリーニング後の感光体１Ｙの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他のプロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいても、同様にして感光体１Ｍ、６Ｃ、６Ｋ上にＭ、Ｃ、Ｋトナー像が形成されて、中間転写ベルト８上に中間転写される。

上記現像器５Ｙは、そのケーシングの開口から一部露出させるように配設された現像ロール５１Ｙを有している。また、互いに平行配設された２つの搬送スクリュウ５５Ｙ、ドクターブレード５２Ｙ、トナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）５６Ｙなども有している。

現像器５Ｙのケーシング内には、磁性キャリアとＹトナーとを含むＹ現像剤が収容されている。このＹ現像剤は２つの搬送スクリュウ５５Ｙによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、上記現像ロール５１Ｙの表面に担持される。そして、ドクターブレード５２Ｙによってその層厚が規制されてからＹ用の感光体１Ｙに対向する現像領域に搬送され、ここで感光体１Ｙ上の静電潜像にＹトナーを付着させる。この付着により、感光体１Ｙ上にＹトナー像が形成される。現像器５Ｙにおいて、現像によってＹトナーを消費したＹ現像剤は、現像ロール５１Ｙの回転に伴ってケーシング内に戻される。

２つの搬送スクリュウ５５Ｙの間には仕切壁が設けられている。この仕切壁により、現像ロール５１Ｙや図中右側の搬送スクリュウ５５Ｙ等を収容する第１供給部５３Ｙと、図中左側の搬送スクリュウ５５Ｙを収容する第２供給部５４Ｙとがケーシング内で分かれている。図中右側の搬送スクリュウ５５Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第１供給部５３Ｙ内のＹ現像剤を図中手前側から奥側へと搬送しながら現像ロール５１Ｙに供給する。図中右側の搬送スクリュウ５５Ｙによって第１供給部５３Ｙの端部付近まで搬送されたＹ現像剤は、上記仕切壁に設けられた図示しない開口部を通って第２供給部５４Ｙ内に進入する。第２供給部５４Ｙ内において、図中左側の搬送スクリュウ５５Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第１供給部５３Ｙから送られてくるＹ現像剤を図中右側の搬送スクリュウ５５Ｙとは逆方向に搬送する。図中左側の搬送スクリュウ５５Ｙによって第２供給部５４Ｙの端部付近まで搬送されたＹ現像剤は、上記仕切壁に設けられたもう一方の開口部（図示せず）を通って第１供給部５３Ｙ内に戻る。

透磁率センサからなる上述のＴセンサ５６Ｙは、第２供給部５４Ｙの中央付近の底壁に設けられ、その上を通過するＹ現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。トナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤の透磁率は、トナー濃度とある程度の相関を示すため、Ｔセンサ５６ＹはＹトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、Ｔセンサ５６Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆを格納したＲＡＭを備えている。このＲＡＭ内には、他の現像器に搭載された図示しないＴセンサからの出力電圧の目標値であるＭ用Ｖｔｒｅｆ、Ｃ用Ｖｔｒｅｆ、Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータも格納されている。Ｙ用Ｖｔｒｅｆは、後述するＹ用のトナー搬送装置の駆動制御に用いられる。具体的には、上記制御部は、Ｔセンサ５６Ｙからの出力電圧の値をＹ用Ｖｔｒｅｆに近づけるように、図示しないＹ用のトナー搬送装置を駆動制御して第２供給部５４Ｙ内にＹトナーを補給させる。この補給により、現像器５Ｙ内のＹ現像剤中のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他のプロセスユニットの現像器についても、Ｍ，Ｃ，Ｋ用のトナー搬送装置を用いた同様のトナー補給制御が実施される。

図において、３Ｙはトナー付着量検知手段としてのフォトセンサ（以下、Ｐセンサという）を示すものである。このＰセンサ３Ｙは、上記感光ドラム２０６に光を照射する発光素子と反射光を受光する受光素子とを備えており、この感光体１Ｙ上のトナー像の光反射量に応じて出力電圧を変化させる。この反射光量はトナー像における単位面積あたりのトナー付着量γによって変化するので、上記Ｐセンサ３Ｙはこのトナー付着量γに応じて出力電圧を変化させることになる。この出力電圧は、例えば、図示しないＡ／Ｄコンバータを経由してデジタル信号として制御部に出力される。

先に示した図１において、プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの図中下方には、露光装置７が配設されている。潜像形成手段たる露光装置７は、画像情報に基づいて発したレーザ光Ｌを、プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおけるそれぞれの感光体に照射して露光する。この露光により、感光体１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像が形成される。なお、露光装置７は、光源から発したレーザ光（Ｌ）を、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。露光装置７は、プロセスプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋなどとともに、潜像担持体たる感光体上にトナー像を形成するトナー像形成手段を構成している。

露光装置７の図中下側には、紙収容カセット２６、これらに組み込まれた給紙ローラ２７、レジストローラ対２８など有する給紙手段が配設されている。紙収容カセット２６は、記録体たる転写紙Ｐを複数枚重ねて収納しており、それぞれの一番上の転写紙Ｐには給紙ローラ２７を当接させている。給紙ローラ２７が図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられると、一番上の転写紙Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給紙される。レジストローラ対２８は、転写紙Ｐを挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、転写紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。かかる構成の給紙手段においては、給紙ローラ２７と、タイミングローラ対たるレジストローラ対２８との組合せによって記録体搬送装置が構成されている。この記録体搬送装置は、転写紙Ｐを収容手段たる紙収容カセット２６から後述の２次転写ニップまで搬送するものである。

プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの図中上方には、中間転写体たる中間転写ベルト８を張架しながら無端移動せしめる中間転写ユニット１５が配設されている。この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８の他、クリーニング装置１０などを備えている。また、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４なども備えている。中間転写ベルト８は、これら７つのローラに張架されながら、少なくとも何れか１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト８を感光体１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。これらは中間転写ベルト８の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する方式のものである。１次転写バイアスローラ９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

上記２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された可視像たる４色トナー像は、この２次転写ニップで転写紙Ｐに転写される。そして、転写紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、転写紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、クリーニング装置１０によってクリーニングされる。

上記２次転写ニップにおいては、転写紙Ｐが互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９との間に挟まれて、上記レジストローラ対２８側とは反対方向に搬送される。２次転写ニップから送り出された転写紙Ｐは、定着装置２０のローラ間を通過する際に、熱と圧力と影響を受けて、表面のフルカラートナー像が定着される。その後、転写紙Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部５０ａが形成されており、上記排紙ローラ対２９によって機外に排出された転写紙Ｐは、このスタック部５０ａに順次スタックされる。

上記中間転写ユニット１５と、これよりも上方にあるスタック部５０ａとの間には、ボトル支持部３１が配設されている。このボトル支持部３１は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを収容するトナー収容部たるトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを搭載している。トナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、互いに水平よりも少し傾斜した角度で並ぶように配設され、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋという順で配設位置が高くなっている。トナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ内のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーは、それぞれ後述するトナー搬送装置により、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの現像器に適宜補給される。これらのトナーボトル３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、プロセスカートリッジ６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとは独立してプリンタ１００本体に脱着可能である。

図３は、画像形成装置の制御ブロック図である。図３に示す制御ブロックは、システムバス、制御部、トナー付着量検知手段、現像装置、帯電装置、露光装置、記憶部で構成されている。制御部は、トナー濃度検知手段で検知された感光体上に形成されたトナー濃度が目標値であるかどうかをチェックする機能を有している。また、制御部は、目標一様帯電電位Ｖｄや、感光体の回転数に基づいて、露光量Ｌを算出する機能を有している。また、制御部は、上記現像装置が目標の現像バイアスとなるように制御したり、露光装置が目標の露光量となるように制御したりする機能を有している。また、制御部は、感光体の一様帯電電位が目標の一様帯電電位となるよう、帯電バイアスを制御する機能も有している。さらに、制御部は、露光量算出時に用いる係数を変更する変更手段としての機能も有している。
記憶部には、露光量Ｌを算出するための係数である膜削れ係数ωや、ＬＤパワー補正係数ξ_１、ξ_２、経時像面光量変換係数τ、感光体回転回数や、初期感光体膜厚などが記憶されている。また、記憶部には、目標決定テーブルや、帯電バイアス決定テーブルなども記憶されている。

本実施形態の画像形成装置においては、トナーとキャリアの摩擦帯電によりトナー帯電量を確保している。このため、環境条件によってはトナー帯電量が大きく変化することがある。トナー帯電量が変化すると、現像特性が変化してしまうため、所望の画像品質を得ることができなくなってしまう。具体的には、トナー帯電量が低下すると感光体の潜像部分にトナーが多く付着して画像濃度が高くなる。逆にトナー帯電量が高いと、感光体の潜像部分に付着するトナー量が減少して画像濃度が低くなりやすくなる。

そこで、本実施形態では、トナー付着量の検出を行い、その検出結果から、感光体表面の一様帯電電位Ｖｄや現像バイアスｖｂを変更している。

まず、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面上のトナー付着量の検出について説明する。
本実施形態においては、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、「プロコン動作」という。）を実行する。このプロコン動作では、濃度検知用パッチ（以下、「基準パターン」という。）を、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上にそれぞれ形成する。各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上にそれぞれ形成される基準パターンは、露光量Ｌを一定とし、一様帯電電位Ｖｄと現像バイアスＶｂとをそれぞれ徐々に低い値に切り換えながら基準パターンを形成する。この基準パターンは、後に形成されるものほど、高い現像ポテンシャル（静電潜像の電位と現像バイアスとの差）で現像されるため、画像濃度が高くなる。そして、この基準パターンを図２に示すように、各プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋに設けられたPセンサ３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで検出する。

なお、本実施形態では、感光体上の基準パターンをPセンサ３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで検出する場合であるが、各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に形成した基準パターンを、中間転写ベルト８上に転写した後にＰセンサで検出する構成としてもよい。この場合、Ｐセンサ３は、中間転写ベルトに対向するように配置する。具体的には、例えば、図１に示す、テンションローラ１４に対向する位置に配置する。なお、中間転写ベルト８上に転写した後に基準パターンを検出する構成とする場合には、各色の基準パターンが互いに重ならないように中間転写ベルト８上に転写する。

基準パターンを形成するときの各現像バイアスと、基準パターンの画像濃度との関係は、例えば図４に示すグラフのようになる。即ち、現像バイアス値と画像濃度（単位面積当たりのトナー付着量）とには正の相関があり、図示のような直線グラフが得られる。この直線グラフを示す関数（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を用いれば、所望の画像濃度（トナー付着量）が得られる現像バイアス値を演算することができる。

そこで、上記制御部は各色について、それぞれ、各現像バイアス値と、基準パターンの画像濃度データとを用いて回帰分析を行い、図４に示したような直線グラフを示す関数（回帰式）を求める。そして、この関数に画像濃度の目標値を代入して適切な現像バイアスを演算し、Ｙ、Ｍ、Ｃ又はＫ用の目標現像バイアスを得る。

一方、上記記憶部には、現像バイアスＶｂと、これに適切な一様帯電電位Ｖｄとが関連付けられた目標電位決定テーブルが格納されている。制御部は、この目標電位決定テーブルの中から、上記目標現像バイアスに最も近い現像バイアスＶｂを選び、これに関連付けられた目標一様帯電電位Ｖｄを特定する。

感光体表面の目標一様帯電電位Ｖｄは、帯電バイアスを変更することで、変更される。記憶部には、上記目標一様帯電電位Ｖｄと帯電バイアスとが関連づけられた帯電バイアス決定テーブルが記憶されており、目標テーブルで目標一様帯電電位Ｖｄが決定されたら、帯電バイアス決定テーブルを読み出して、決定された目標一様帯電電位Ｖｄに対応する帯電バイアスを決定する。これにより、感光体表面が目標一様帯電電位Ｖｄに帯電する。

上記各感光体の一様帯電電位Ｖｄ、現像バイアスＶｂを変更しても、中間調濃度が変動して、目標の濃度と異なってしまう。図５は、露光量Ｌを一定として、目標帯電電位Ｖｄを変更させたときの各階調における濃度（ＩＤ）を示すグラフである。図５から、中間調濃度が変動していることがわかる。これは、一様帯電電位Ｖｄが変化すると感光体の露光感度が変化し、一様帯電電位Ｖｄが露光後電位Ｖｌに減衰するまでの光減衰特性が変動してしまうからである。
以下に具体的に説明する。図６は、感光体に１ドットの光書き込みをおこなった場合の潜像電位分布をしめす図である。一般的に感光体の潜像特性は、一様帯電電位Ｖｄと露光後電位Ｖｌとで規定されるが、実際の１ドットでみると、図６に示すように、一様帯電電位Ｖｄが露光後電位Ｖｌに減衰するまでの間に中間の電位が存在する。この中間部分の形状が、最大露光後電位Ｖｌが同一でも一様帯電電位Ｖｄが変化することで変化してしまう。ここで、上記トナー付着量γに基づいて、補正をおこなっているため、最大露光後電位Ｖｌに対応するベタ部のトナー付着量は安定する。しかしながら、中間部分の電位に対応する中間調濃度については特に考慮されていないため、一様帯電電位Ｖｄが変化すると中間階調の露光後電位Ｖｌが変化してしまう。その結果、中間階調において、現像バイアスｖｂと露光後電位Ｖｌと差で表すことができる現像ポテンシャル（Ｖｂ−Ｖｌ）が変化し、中間階調の濃度が異なってしまう。

そこで、この中間調濃度を目標のトナー濃度とするため、目標帯電電位Ｖｄを変更したときは、露光量Ｌを変更して中間階調の濃度を補正する必要がある。本実施形態においては、目標一様帯電電位Ｖｄが変更されたとき、この変更された目標一様帯電電位Ｖｄから、中間階調の濃度が目標の濃度となるように露光量Ｌを算出する。

露光量Ｌと感光体表面の一様帯電電位Ｖｄの関係は、以下の式で表すことができる。

数１のξ_１、ξ_２は、ＬＤパワー補正係数を示している。このＬＤパワー補正係数は、予め設計時に感光体と露光装置とを用いて実験により求められるものである。

図７は、上記実験により求められた露光量Ｌ（ＬＤパワー）と一様帯電電位Ｖｄとの関係を示すグラフである。上記実験では、感光体表面を帯電装置で帯電させる。次に、露光量Ｌを変化させて感光体表面を露光し、感光体表面に静電潜像のパターンを形成する。そして、各潜像の露光後電位Ｖｌと、一様帯電電位Ｖｄとを電位センサで計測する。電位センサで計測したＶｌとＶｄとから、ΔＶ（Ｖｄ−Ｖｌ）をそれぞれ算出する。そして、ΔＶ／Ｖｄが所定の値となったときの露光量（ＬＤパワー）と一様帯電電位Ｖｄとの値をグラフにプロットする。すると、図７に示すようなグラフが得られ、このグラフから、ＬＤパワー補正係数ξ_１、ξ_２を算出する。なお、図７に示す一例では、ξ_１＝０．０００５であり、ξ_２＝０．０５である。

この算出されたＬＤパワー補正係数ξ_１、ξ_２は、画像形成装置内の記憶部に記憶される。そして、上記プロコン動作が実行され、一様帯電電位Ｖｄが変更されたとき、制御部は、記憶部から、ξ_１、ξ_２を読み出して、露光量Ｌを算出する。図８は、数１を用いて算出した各一様帯電電位Ｖｄに対応する露光量Ｌとしたときの各階調における濃度（ＩＤ）を示すグラフである。図８に示すように、各一様帯電電位Ｖｄに対応する露光量Ｌとすることで、一様帯電電位Ｖｄが変わっても中間階調の濃度を一定することができることがわかる。

上述のように、トナーの帯電量が変化した場合、現像バイアスｖｂ、一様帯電電位Ｖｄ、露光量Ｌを変更することで、トナー濃度を目標のトナー濃度にすることができる。しかしながら、露光量Ｌを上記数１で補正しても、中間階調の濃度が低下してしまう場合がある。これは、経時の使用で感光体の膜厚が削れて光減衰特性が変化し、上記数１で算出した露光量Ｌを感光体表面に照射しても、所望の露光後電位Ｖｌが形成されなくなってしまうからである。
図９は、感光体の膜厚が減少した場合の各階調の濃度を示すグラフである。なお、露光量Ｌ、現像バイアスＶｂ、一様帯電電位Ｖｄは、各膜厚で一定とした。図９のグラフからわかるように、膜厚が１０μｍ減少した感光体は、膜厚の減少がない感光体に比べて中間階調の濃度が低下していることがわかる。これは、感光体の膜厚が減少したことで、光減衰特性が変化し、露光後電位Ｖｌに減衰するまでの形状が変化したためと考えられる。

図１０は、ΔＶ／Ｖｄを一定としたときの露光量（露光パワー）Ｌと膜厚との関係を示す一例である。図１０に示すように、ΔＶ／Ｖｄを一定とするためには、感光体の摩耗量（感光体の膜厚減少量）が大きくなるに従って、露光量Ｌを上げる必要があることがわかる。

そこで、本実施形態では、このような感光体による膜厚の減少を考慮して、露光量Ｌを算出している。具体的には、感光体の回転回数をカウントし、これから、感光体の膜厚減少量を算出し、この算出された膜厚減少量から膜厚減少に対応した露光量Ｌを算出する。

感光体の膜厚減少量は、以下の式から求めることができる。

ここで、ωは、膜削れ係数であり、ｄ_０は、初期の感光体の膜厚、ｄ_１は、経時の感光体の膜厚、ｔは、感光体の回転距離を示している。

上記膜削れ係数ωや、初期の感光体膜厚ｄ_０は、画像形成装置内の記憶部に記憶されている。感光体の回転距離ｔは、感光体の回転回数と、感光体の径から算出する。

感光体の回転回数の検知には、例えば反射型光学センサを用いることができる。図１１は、感光体の回転回数を検知する反射型光学センサを説明する斜視図である。図１１に示すように、感光体１の画像形成領域外に、回転検知マーク６０を設け、感光体の周囲にこの回転検知マーク６０を検知する反射型光学センサ６１を設ける。そして、感光体が１回転する毎に回転検知マーク６０を検知し、この検知信号を制御部に送信する。制御部が、この検知信号をカウントすることで感光体の回転回数を検知することができる。そして、この感光体の回転回数を記憶部に記憶する。露光量算出時に、記憶部に記憶されている感光体回転回数と感光体の径とを乗算して、感光体の回転距離ｔを算出する。

また、感光体の回転数の検知に、反射型光学センサを用いているが、これに限られず、磁気センサを用いて感光体の回転数の検知するようにしてもよい。この場合は、上記回転検知マーク６０を磁性部材とし、磁気センサでこの磁性部材の磁気を検知することで、感光体の１回転を検知することができる。また、これに限らず、コピー枚数をカウントして、このコピー枚数を感光体の回転回数としても良い。

上記、膜削れ係数ωは、感光体の種類や、感光体の回転速度等の作像条件等によって変動する係数であるので、感光体が変更された時などに変更するようにしている。例えば、感光体と、現像装置、帯電装置などが一体となったプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの枠体にＩＣチップを設けて、このＩＣチップに膜削れ係数ωを記憶させておく。プロセスカートリッジが交換されたとき、制御部は、上記ＩＣチップと通信を行いこのＩＣチップに記憶されている膜削れ係数ωを読み出す。そして、制御部は、画像形成装置内部の記憶部に記憶されている膜削れ係数ωを、ＩＣチップに記憶されていた膜削れ係数ωに変更する。また、これに限らず、画像形成装置の操作パネルで、上記膜削れ係数ωを変更できるようにしてもよい。

感光体の膜厚減少量を考慮に入れた露光量Ｌ´は、上記数２に示す感光体の膜厚減少量と、上記数１に示す露光量Ｌと感光体表面の一様帯電電位Ｖｄとの関係から、以下のように表すことができる。

ここでτは、経時露光量変換係数であり、この数値は、予め感光体の特性から求められる数値である。なお、本実施形態における経時露光量変換係数τは、０．７である。

上記数式から、感光体の膜厚減少によって生じる中間階調濃度を補正することができる。

上記においては、露光パワー（レーザ光学系による書き込み光量）を変更することで、一様帯電電位や、感光体の膜厚減少による中間階調濃度を補正しているが、これに限らず、レーザ光学系による書き込みの時間、すなわち露光時間によって一様帯電電位や、感光体の膜厚減少による中間階調濃度を補正するようにしてもよい。露光時間は、ＰＷＭ信号によってレーザ光の点灯時間を制御することで変更される。ＰＷＭのデューティが高いほど１周期あたりのレーザダイオードの発光時間すなわち露光時間が長くなるので、感光体の露光後電位Ｖｌは低下する。
中間階調濃度の変化を露光時間で制御する場合は、上記図７に示す縦軸がＬＤパワーでわなくＰＷＭデューティ（％）となり、実験で求められるＬＤパワー補正係数ξ_１、ξ_２が異なるだけである。即ち、露光時間の場合は、露光時間を変化させて感光体表面を露光し、感光体表面に静電潜像のパターンを形成することとなる。そして、図７で示した実験同様、各潜像の露光後電位Ｖｌと、一様帯電電位Ｖｄとを電位センサで計測して、ΔＶ／Ｖｄが所定の値となったときの露光時間と一様帯電電位Ｖｄとの値をグラフにプロットする。そして、グラフから、ＬＤ時間補正係数ξ_１´、ξ_２´を算出する。なお、図７の実験で用いた感光体の場合、ＬＤ時間補正係数ξ_１´、ξ_２´は、ξ_１´＝０．０８であり、ξ_２´＝１５であった。

本実施形態においては、上記露光量の算出を、プロコン動作の直後に実施するようにしている。図１２は、露光量算出のフローチャートである。図１２に示すように、まず、現像バイアスおよび帯電バイアスを変更させて基準パターンを形成する（Ｓ１）。Ｐセンサで感光体上に付着したトナー付着量を読み取り、制御部で解析する（Ｓ２）。解析結果に基づいて目標テーブルから新たな目標帯電電位Ｖｄおよび現像バイアスＶｂを決定する（Ｓ３）。次に、新たな目標帯電電位Ｖｄに基づいて帯電バイアス決定テーブルから新たな帯電バイアスを決定する（Ｓ４）。帯電バイアスを決定したら、制御部は、記憶部から、ＬＤ補正係数ξ_１、ξ_２、膜削れ係数ω、経時露光量変換係数τ、感光体の回転回数、感光体の初期膜厚ｄ_０、感光体の径等のを読み出す（Ｓ５）。そして、制御部は、新たな目標帯電電位Ｖｄと、上記読み出された各係数に基づいて、新たな露光量を算出する（Ｓ６）。

なお、感光体の膜厚に対する露光量の算出は、上記プロコン動作直後に限られない。例えば、感光体の回転回数が所定回数に達したときに、新たな露光量を算出して、この算出した露光量に変更するようにしても良い。

（１）
以上、本実施形態の画像形成装置によれば、像担持体の回転回数に基づき像担持体の膜厚を予測し、この予測した像担持体の膜厚と目標一様帯電電位とに基づいて最適な露光条件を算出する。これにより、像担持体の一様帯電電位と像担持体の膜厚との両方に対応した最適露光条件を求めることができる。これにより、像担持体の膜厚変動や、一様帯電電位の変更にかかわらず画像濃度を良好に保つことができる。また、潜像パターンを形成しなくても最適な露光条件を設定できるので、最適な露光条件の設定を開始して設定が終了するまでの間であっても画像形成を行うことができる。
（２）
また、本実施形態の画像形成装置によれば、感光体表面に濃度検知用トナー基準パターン像（基準パターン）を形成し、この基準パターンを画像濃度検知手段で検知する。そして、この画像濃度検知手段の検知結果から最大画像濃度が一定となるような目標現像バイアスを定め、この目標現像バイアスから感光体表面の目標一様帯電電位を目標電位決定テーブルから定める。そして、定められた目標一様帯電電位となるように帯電装置の制御を行い、また、定められた目標現像バイアスとなるように現像装置の制御を行う。このように、感光体に付着したトナー濃度から目標現像バイアスや目標帯電電位を定めているので、トナー帯電量の変動によって生じる画像濃度変動を抑制することができる。
なお、上記基準パターンは、現在のトナー帯電量に合致した目標現像バイアスを定めるために形成されるものであるため、一様帯電電位および露光量を一定として現像バイアスを増減させることで形成される基準パターンである。一方、膜厚に対応した最適な露光条件を設定するためには、現像バイアスおよび一様帯電電位を一定とし露光量を増減させることで形成される基準パターンを用いる必要がある。
従って、従来の画像形成装置においては、露光量を一定として現像バイアスを増減させることで形成したトナー基準パターン像から、目標現像バイアスを設定する。この設定された目標現像バイアスに基づいて目標一様帯電電位を設定する。そして、設定された目標現像バイアスおよび目標一様帯電電位とし、露光量を増減させて基準パターンを形成し、この基準パターンに基づいて膜厚に対応した最適な露光条件を設定することとなる。しかし、本実施形態の画像形成装置は、設定された目標一様帯電電位と感光体の回転回数とから膜厚に対応した最適な露光条件を算出するため、現像バイアスを増減させて形成した基準パターンから目標現像バイアスおよび目標帯電電位を設定した後、膜厚に対応した最適な露光条件を設定するため、露光量を増減させて基準パターンを形成しなくても良い。このため、本実施形態においては、濃度検知用トナー基準パターン像を形成して標現像バイアスと目標一様帯電電位を定めたら、画像を形成することができる。
（３）
また、本実施形態の画像形成装置によれば、感光体のトナー付着量から、目標一様帯電電位および目標現像バイアスＶｂ定めた後に、定めた目標一様帯電電位Ｖｄを用いて露光条件を算出している。このように、トナー帯電量の変動によって生じる画像濃度変動を抑制することのできる目標一様帯電電位で露光量を算出することで、トナー帯電量の変動による画像濃度変動および膜厚の減少による画像濃度変動の両方を抑制することができる。
（４）
また、本実施形態の画像形成装置によれば、露光条件を算出するための感光体の特性値である膜削れ係数ω、経時露光量変換係数τ、初期の感光体膜厚ｄ_０、感光体の露光感度特性であるＬＤパワー（時間）補正係数ξ_１、ξ_２は、変更手段としての制御部で変更可能としている。これにより、例えば、寿命により交換される感光体と、膜削れ係数ωや経時露光量変換係数τ、初期の感光体膜厚ｄ_０等が異なる感光体が画像形成装置に取り付けられたとき、変更手段でこの感光体の膜削れ係数ω、経時露光量変換係数τ、初期の感光体膜厚ｄ₀に変更することができる。この変更された感光体の膜削れ係数ω、経時露光量変換係数τ、初期の感光体膜厚ｄ₀から露光条件を算出することで、この感光体の膜厚に応じた露光量を算出することができる。
（５）
また、本実施形態の画像形成装置によれば、露光条件を露光パワーとしている。露光パワーである発光素子の光の強さは、電流や電圧の値を連続的に変更するよう制御すれば、発光素子の光の強さが連続的に変更される。その結果、露光量を連続的に変更することができる。
（６）
また、露光条件を露光時間としてもよい。露光時間、すなわち発光素子の点灯時間を制御すれば、露光パワーである発光素子の光の強さを制御するよりも容易に露光量を調整することができる。このため、露光パワーに比べて精度よく露光量を調整することができる。
（７）、（８）
また、感光体と、帯電装置、現像装置のうち少なくともひとつとを一体とし、装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備えている。これにより、感光体や、帯電装置などの交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性を向上させることができる。

実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 同プリンタのＹ用のプロセスカートリッジと、その周囲とを示す拡大構成図。 実施形態に係るプリンタの制御ブロック図である。 現像バイアス値と、各基準像のトナー付着量との関係を示すグラフ。 露光量Ｌを一定として、目標帯電電位Ｖｄを変更させたときの各階調における濃度（ＩＤ）の一例を示すグラフ。 感光体に１ドットの光書き込みをおこなった場合の潜像電位分布の一例を示す図。 露光量Ｌ（ＬＤパワー）と帯電電位Ｖｄとの関係の一例を示すグラフ。 各帯電電位Ｖｄに対応する露光量Ｌとしたときの各階調における濃度（ＩＤ）の一例を示すグラフ。 感光体の膜厚が減少した場合の各階調の濃度の一例を示すグラフ。 ΔＶ／Ｖｄを一定としたときの露光量（露光パワー）Ｌと膜厚との関係を示す一例を示すグラフ。 感光体の回転数の検知する反射型光学センサを説明する斜視図。 露光量算出のフローチャートを示す図。

符号の説明

１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ 感光体
６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ プロセスカートリッジ
７ 露光装置

Claims (8)

1. 像担持体表面を帯電させる帯電手段と、該像担持体表面に静電潜像を形成するための露光手段と、該像担持体上の静電潜像をトナー像化する現像手段とを備えた画像形成装置において、
   該像担持体の回転回数を検知する検知手段と、検知された該像担持体の回転回数に基づいて予測される該像担持体の膜厚および像担持体の一様帯電電位を制御するための目標一様帯電電位に基づいて該露光手段の露光条件を算出し、算出された露光条件となるように該露光手段を制御する第１制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１画像形成装置において、
   上記像担持体上に濃度検知用基準トナー像を形成し、該濃度検知用基準トナー像の画像濃度を検出する画像濃度検知手段と、画像濃度を目標の画像濃度とするための目標現像バイアスと目標一様帯電電位とを関連付けて記憶した目標電位決定テーブルと、該画像濃度検出結果に基づいて目標現像バイアスを定め、該定められた目標現像バイアスに基づいて該目標電位決定テーブルから、該目標一様帯電電位を定め、定められた目標一様帯電電位となるように上記帯電手段を制御し、且つ、定められた目標現像バイアスとなるように上記現像手段を制御する第２制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２の画像形成装置において、
   上記露光条件の算出は、上記第２制御手段が目標一様帯電電位および目標現像バイアスを定めた後に、該目標一様帯電電位と上記像担持体の回転回数とから算出されることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３いずれかの画像形成装置において、
   上記露光条件の算出は、予測される該像担持体の膜厚および像担持体の帯電電位を制御するための目標一様帯電電位に加え予め設計時に求められた像担持体の露光感度特性を用いて算出するものであり、しかも該像担持体の膜厚の予測にあたって上記像担持体の回転回数に加え予め設計時に求められた像担持体の特性値も用いるものであり、該像担持体の特性値および／または像担持体の露光感度特性を変更する変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４いずれかの画像形成装置において、
   上記露光条件が、露光時間であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至４いずれかのの画像形成装置において、
   上記露光条件が、露光パワーであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６いずれかの画像形成装置において、
   上記像担持体と、上記帯電手段、上記現像手段のうち少なくともひとつとを一体とし、装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 像担持体と、帯電手段、上記現像手段のうち少なくともひとつとを一体とし、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したプロセスカートリッジであって、
   該画像形成装置が、請求項１乃至７いずれかの画像形成装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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