JP2010145538A - 画像濃度制御装置、これに使用する画像濃度制御方法及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像濃度制御装置は、作像条件を決定するために、検知対象面及び検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なるトナーパッチからなる階調パターンを、検知対象面に対向する位置に配置された光学的検知手段により検知し、該検知結果から得られる前記光学的検知手段の出力電圧の値に基づき、前記光学的検知手段の校正を行い、該校正結果からトナー付着量を算出し、前記階調パターンの前記作像条件は可変であり、前記光学的検知手段の前記校正が必要ないと判断された場合に、前記階調パターンを構成する前記トナーパッチ個数を変更するトナーパッチ個数変更手段を有する画像濃度制御装置。
【選択図】図2
Description
そのため、常に安定した画像濃度を得るために、感光体等の像担持体上に濃度検知用階調パターンを作成し、そのパッチ濃度を光学的検知手段(以下、単にセンサともいう)により検知し、その検出値から階調パターンのトナー付着量を求め、現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係式(傾き:現像γ、X切片:現像開始電圧Vk)を求めるという手法が広く用いられている。
これら手法は求めた現像ポテンシャルとトナー付着量の関係式から、目標付着量となるように現像ポテンシャルを変更(具体的には、LDパワー、帯電バイアス、現像バイアスの変更)、トナー濃度制御基準値を変更することで、常に安定した画像濃度を得るようにしている。
階調パターンのトナー付着量を検出するための光学センサは、正反射光のみを検出するタイプと、拡散反射光のみを検出するタイプと、両者を検出するタイプなどが一般的に用いられている。これらの光学センサは、LEDなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子とで構成されている。
光学センサは検知対象面に作成されたトナーパッチにLED光を照射し、その反射光(正反射光、拡散反射光)をフォトトランジスタなどの受光素子で受光し、その検出結果をトナー付着量に変換している。
このような正確なトナー付着量の検知を行うことができないといった問題を解決するために従来から各種の技術が提案されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
特許文献1には、光学センサ内部に白色基準板を持ち、この校正板を使用して光学センサの校正を行うことで、光学センサの経時の変化に対しても、精度よくトナー付着量の算出を行う技術が開示されている。
特許文献2には、トナー付着量の異なる10〜16のトナーパッチからなる階調パターンを色毎に作成し、正反射光を受光する受光素子と、拡散反射光を受光する受光素子とを備えた光学センサを使用し、その光学センサの検出値から、光学センサの校正とトナー付着量を算出する手法が開示されている。
そのため、光学センサの内部に校正板を設けることなく、光学センサの校正を行うことができるため、センサのコストアップなしで、精度よくトナー付着量を算出することが可能となる。
そのため、多くのトナーパッチを作成しなくても、光学センサの校正と現像γを算出するためのトナーパッチを作成することが可能となる。つまりは、トナーパッチ数を少なくすることができるため、トナー消費量、画像形成装置のダウンタイムの低減という観点から非常に有効な手法である。
また、階調パターン数が多いために、中間転写ベルト上に形成される階調パターンの全長が長くなることになり、光学センサが検知を開始してから終了するまでの時間が長くなってしまう。つまりは、画像濃度調整のために使用する画像形成装置のダウンタイムが長くなるという問題があった。
さらに、特許文献3の技術では、本来光学センサの校正が必要となる条件とは、光学センサに用いられている発光素子、受光素子が周囲温度の上昇などにより出力特性が変化した時、光学センサの検知面がトナーの飛散などにより汚れた時、検知対象面(転写ベルト)の表面性が荒れてきて、ベルトの地肌部の正反射光出力が低下した時などの検知条件に変化があった場合である。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、作成したトナーパッチからなる階調パターンの検出値に基づいて光学センサの校正を行う構成において、光学センサの校正が必要ない場合には、作成する階調パターン数を変更して、トナー消費量、及び画質調整時間を低減する画像濃度制御装置、画像濃度制御方法及びこの画像濃度制御方法を使用する画像形成装置を提供することにある。
また、請求項4に記載の発明は、前記光学的検知手段の前回のLED電流調整時からの印刷枚数に応じて、前記光学的検知手段の感度補正の必要性を判断する請求項1又は2記載の画像濃度制御装置を特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、前記トナー付着量算出時に用いる前記検知対象面の地肌部からの正反射出力値、拡散反射出力値は前回画質調整時の値を使用する請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像濃度制御装置を特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、前記トナー付着量算出に用いる感度補正係数が前回画質調整時の値を使用する請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像濃度制御装置を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
図1に示すフルカラープリンタAの装置本体内の中央部には4つのドラム状の感光体ドラム1Y、1M、1C、1Bkが等間隔で並列に配設されている。なお、Y、M、C、Bkは各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示す。
イエロー画像用の感光体1Yに着目して以下説明を行う。感光体ドラム1Yは図中時計回り方向に駆動モータ(図示しない)により回転駆動される。感光体ドラム1Yの下方側周囲には静電写真プロセスに従い帯電ローラ2、現像ローラ3を有する現像装置4、クリーニング器7等の作像手段が順に配設されている。マゼンタ、シアン、ブラックについても同様である。
感光体ドラム1は帯電装置2により、表面を一様に帯電された後、(図示しない)光学系により露光され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像装置4内の現像ローラ3により現像装置内の現像剤は感光体ドラム1と対向する現像ニップ領域に搬送され、像担持体である感光体ドラム1に形成された静電潜像にトナーを付着させ顕像化する。
色重ねされたトナー像は2次転写装置12に移動し、転写紙(図示せず)に転写され、この転写紙上に画像が形成される。クリーニング装置7は感光体ドラム1上に残留した不要なトナーを拭い去り、廃トナーボトルに不要なトナーを貯留する。上記した手順を再度行うことで、繰り返し画像形成を行う。
現像装置4は現像剤担持体である現像ローラ3を備えており、現像ローラ3は感光体ドラム1に対向させるように配置される。また、現像装置4は第1スクリュ13及び第2スクリュ19からなる2軸の搬送スクリュを備えている。そして、第2スクリュ19側の現像剤室の下部に位置してトナー濃度センサ5が設けられている。
トナー濃度センサ5としては、例えば、現像装置内のトナー透磁率を測定するものを使用する。ここで、トナー濃度制御は、トナー濃度センサの出力値:Vtをトナー濃度の制御基準値:Vtrefと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置により現像装置中にトナー補給を行うことによりなされている。
このプロセスコントロール動作では、各色複数の階調パターンとしての濃度検知用パッチを、帯電バイアス、現像バイアスとを適当なタイミングで順次切り換えることにより中間転写ベルト8上に作像する。
これらの階調パターンを、図1に示すように、駆動ローラ15の近傍における中間転写ベルト8の外部に配置された光学センサ10により検知し、その出力電圧を付着量に変換して、現像能力を表す現像γ、現像開始電圧Vkの算出を行い、この算出値に基づき、現像バイアス値及びトナー濃度制御目標値を変更する制御を行っている。
ここで、光学センサ10は各色感光体ドラム1から中間転写ベルト8に転写するトナーの量を計測するものである。計測方法としては、中間転写ベルト8上に基準パッチを作成し、LED光を照射する。そして、このパターンからの反射光(正反射光、または拡散反射光)を検出する。光学センサの構成は受光素子として、フォトトランジスタ、フォトダイオードなどが用いられる。
図3は図2の動作フローのトナー付着量の算出における光学センサの校正制御のCMYの場合の動作フローを説明するフローチャートである。
図4は光学センサが設けられた位置に対応するように形成された階調パターンを示す概略図である。
図5は光学センサの相対光度と周囲温度特性をグラフで示す図である。
図6は光学センサの検知出力をグラフで示す図である。
図7は感度補正係数αの算出例をグラフで示す図である。
図8は正反射成分分解をグラフで示す図である。
図9は地肌部補正後の核酸反射出力をグラフで示す図である。
以下に、本実施の形態で行われるプロセスコントロール動作の内容について図2のフローチャートとともに図1及び図4を参照して説明を行う。
次いで、必要に応じて光学センサのLED電流を調整する(S2)。中間転写ベルト地肌部にLED光を照射し、その正反射光を検出する。検出した正反射光出力が4VになるようにLED電流を調整する(この調整動作を以後Vsg調整と表記する)。
ただし、Vsg調整には時間が掛かるため、前回調整時のLED電流値を用いて中間転写ベルト地肌部に所定の時間LED光を照射し、その正反射光を検出し、検出した正反射光出力の平均値を求める(この動作を以後、Vsg_ave検知と表記する)。その平均値が所定の範囲内である場合には、LED電流の調整を行う必要性がないと判断し、Vsg調整は実行しない。
次に、現像装置4のトナー濃度センサ5の出力(Vt)を取得する(S3)。これは現在のトナー濃度を知るために測定するものであって、後述するトナー濃度の補正(Vtref)に必要なものである。
作成する各色の階調パターンの数は感光体ドラム間ピッチに収まる数とするのが望ましい。なぜなら、作成する各色の階調パターンの全長が感光体ドラム間ピッチより長くなると、他の色と重なってしまうことになる。
そのため、書き込みの遅延を行い、他の色の階調パターンの作成を待ってから次の色の階調パターンの書き込みを開始しなくてはならなくなる。このような動作となった場合、全色の階調パターンを作成する時間が長くなってしまうことになり、調整動作にかかる時間が長くなる。
となるため、各色5パッチ以下でトナーパッチを作成する。
そのパターン形成の書き込みに際し、露光量はフル露光(感光体ドラム1が充分に除電される値)とし、現像バイアスと帯電バイアスをパターンごとに変更することで階調パターンを作成する(階調パターン作成時の現像バイアス、帯電バイアスの設定方法については後述する)。
次に、階調パターンを光学センサ10で検出する(S5)。上記で作成し、中間転写ベルト8に転写させた階調パターンにおける各パターンのトナー付着量を光学センサ10で検出する。
本実施の形態においては、Bkパターンは正反射光のみ検知し、C、M、Yパターンは正反射光と拡散反射光の両方を検出する。また、濃度検出用の光学センサ10は図4に示すように1つしか設置しておらず、この1つのセンサで全色の階調パターンの検知を行う。
光学センサ10は、図5に示す温度変化、経時劣化などにより発光素子の出力が変化したり、受光素子の出力が変化したりする。さらに、像担持体(中間転写ベルト8)の経時劣化によっても受光素子の出力が変化する。このため、受光素子の出力値を何ら感度補正(校正)することなく受光素子の出力値からトナー付着量を一義的に求めると、正確なトナー付着量の検知を行うことができないといった問題がある。
そこで、次のような光学センサの感度補正(校正)制御を行って、拡散反射光を受光する受光素子(以下、拡散反射受光素子)の出力値から、トナーパッチの付着量を求めている。
Vsg・・・転写ベルトの地肌部出力電圧
Vsp・・・各パターン部出力電圧
Voffset・・・オフセット電圧(LED_OFF時の出力電圧)
_reg.・・・正反射光出力
_dif.・・・拡散反射光出力
[n]・・・要素数:nの配列変数(トナーパッチ数)
まず、Bkの場合について説明する。Bkの場合におけるデータサンプリング:Vsp,ΔVsg算出。初めに、正反射光出力の全ポイント[n]についてオフセット電圧との差分を計算する。これは、センサ出力の増加分をトナー付着量の増加分のみで表すためである。
△Vsg_reg=Vsg_reg−Voffset_reg ・・・式(A)
△Vsp_reg[n]=Vsp_reg[n]−Voffset_reg
・・・式(B)
次に、正反射光出力を正規化する:正規化値Rnの算出。
正規化値Rn[n]=△Vsp_reg[n]/△Vsg_reg・・・式(C)
最後に、付着量変換テーブルを用いて正規化値Rnを付着量に変換する。正規化値に対応する付着量変換テーブルを予め作成しておき、正規化値に対する付着量変換テーブルを参照して、付着量を求める。以上が、Bkの付着量変換方法である。
初めに、正反射光出力、拡散光出力ともに、全ポイント[n]についてオフセット電圧との差分を計算する(S11)。これは、センサ出力の増加分をトナー付着量の増加分のみで表すためである。
正反射光出力増分、
△Vsp_reg.[n]=Vsp_reg.[n]−Voffset_reg
・・・式(1)
拡散反射光出力増分、
△Vsp_dif.[n]=Vsp_dif.[n]−Voffset_dif
・・・式(2)
ステップ(S11)にて求めた△Vsp_reg.[n]、△Vsp_dif.[n]から、ポイント毎に△Vsp_reg.[n]/△Vsp_dif.[n]を算出し、正反射光出力の成分分解を行う際に、拡散光出力(ΔVsp_dif[n])に乗ずる係数αの算出を行う。
α=min(△Vsp_reg.[n]/Vsp_dif.[n]・・・式(3)
ここで、αの比を最小値により求めたのは、正反射光出力の正反射成分の最小値はほぼゼロであり、かつ正の値となることが解かっているからである。
正反射光の成分分解を実施する(S13)(図8)。
以下の式により、正反射光出力の成分分解を行う。
正反射光出力の拡散光成分、
△Vsp_reg._dif.[n]=△Vsp_dif.[n]×α・・・式(4)
正反射光出力の正反射成分、
△Vsp_reg._reg.[n]=△Vsp_reg.[n]−△Vsp_reg._dif.[n] ・・・式(5)
このようにして、正反射光出力から、拡散光成分を分離すれば、純粋な正反射光成分のみを抽出することができる。
次に、各パターン部出力のベルト地肌部出力との比を取り、0〜1までの正規化値へ変換する。
正規化値、
β[n]=△Vsp_reg._reg./△Vsg_reg._reg(転写ベルト地肌部の露出率) ・・・式(6)
拡散光出力の地肌部変動を補正する(S15)。
次に、[拡散光出力電圧]から[ベルトの地肌部からの拡散光出力成分]を除去する処理を行う。
補正後の拡散光出力、
△Vsp_dif.’=[拡散光出力電圧]−[ベルト地肌部出力]×[正反射成分の正規化値]=△Vsp_dif.(n)−△Vsp_dif.×β(n)・・・式(7)
拡散光出力の感度補正を実施する(S16)(図9)。
「正反射光(正反射成分)の正規化値」に対し、地肌部変動補正後の拡散光出力をプロットし、そのプロット線を近似することで、拡散光出力の感度を求め、この感度が予め定めた狙いの感度となるように補正を行う。上記プロット線を近似する方法としては、多項式近似(2次近似)を用いる。
まず、プロット線を2次近似式(y=ξ1x2+ξ2x+ξ3)で近似して、下記のように最小二乗法により係数ξ1、ξ2、ξ3を求める。
m:データ数
x[i]:正反射光_正反射成分の正規化値
y[i]:地肌部変動補正後拡散光出力
なお、計算に用いるxの範囲は、本実施の形態では0.1≦x≦1.00とする。
ステップ(S16)で求めた地肌部変動補正後の拡散光出力に対し、式(9)より求めた感度補正係数ηを乗じることで、付着量と拡散出力との関係が予め定められた関係となるように補正する。感度補正後の拡散光出力:△Vsp_dif”について
△Vsp_dif”=[地肌部変動補正後拡散光出力]×[感度補正係数:η]=△Vsp_dif(n)”×η・・・式(10)
以上が、LED光量低下などにより生じる光学センサの経時的な変動などに対する光学センサ出力値の補正(校正)制御(処理)である。上記のように補正することにより、温度変化、経時劣化などによる発光素子や受光素子の出力値変動に対して受光素子の出力値とトナー付着量との関係を一義的な関係に修正することができる。
ところが、光学センサの校正は、前述したように温度変化(図5参照)や経時変化などによる発光素子や受光素子の出力が変動した場合、さらに、検知対象(中間転写ベルト)の経時劣化によって受光素子の出力が変化した場合などに行う必要があるが、画質調整を行うたびに必ずしも光学センサの校正を行う必要はない。そのため、本実施の形態においては、光学センサの校正が必要ないと判断された場合には、前回調整時の校正値(感度補正係数)を使用することにし、校正のために作成するトナーパッチを削減するようにする。
図2に戻って、次に、現像γと現像開始電圧Vkを求める(S7)。トナーパッチ作像時の現像ポテンシャルと前述したステップ(S6)で求められたトナー付着量の関係から現像γ、現像開始電圧Vkを求める。
再び図2に戻って、次いで、目標トナー付着量を得るのに必要な現像バイアスを求める(S8)。上記1次直線式に基づき、目標付着量(縦軸)から現像ポテンシャル(横軸)を求める。
目標付着量はトップ濃度を得るのに必要な値が予め決められている(トナー顔料の着色度合いとトナー粒径で決まるが、一般的には0.4〜0.6mg/cm2程度である)。 ここで求めた現像バイアス値を画像部の現像バイアス:Vbとする。帯電バイアス:Vcは、キャリアが感光体に飛翔しない程度の値で予め決定されている(Vb=400〜750V、Vc=Vb+100V〜200V程度が一般的である)。このようにして求めたVb及びVcを作像時のバイアスとして設定する。
すなわち、△γ=現像γ検出値−現像γ目標値、を求める。ここで、現像γ目標値は装置毎に予め決められ、例えば、1.0mg/cm2/kV{現像ポテンシャルが1000V(1kV)であれば、1.0mg/cm2のトナーが感光体ドラム1に付着する}ことを意味する。
また、{現像開始電圧=0V、目標トナー付着量が0.5mg/cm2であれば、500Vの現像ポテンシャルが必要となる。現像ポテンシャル=Vb−Vlであるので、Vl=50Vとすると、Vb=550Vとなる。V1は露光後電位を表し、充分露光した場合の感光体ドラム1の電位なので感光体特性に依存する}とする。
△γが所定の値を超えると、Vbが設定可能な範囲を超えたり、異常画像が発生するので、△γが目標範囲になるようにトナー濃度制御基準値(Vtref)を補正する。ただし、この時のVtがVtrefと大きく異なっている時は補正を行わない。
補正条件1:△γ≧0.30mg/cm2/kV(高い)でかつVt−Vtref≧−0.2Vの時、Vtref=Vt−0.2V。つまり、現時点よりトナー濃度を下げるように制御基準値を設定する。
補正条件2:△γ≦0.30mg/cm2/kV(低い)でかつVt−Vtref≦0.2Vの時、Vtref=Vt+0.2V。つまり、現時点よりトナー濃度を上げるように制御基準値を設定する。補正条件1及び補正条件2以外ではVtref=前回値とする。
以上が、プロセスコントロールの動作フローである。
現像γの算出において、最小二乗法により1次直線を求める際に使用するデータ点は有効範囲内に均等に分散していることが望ましい。なぜなら、データ点が近くなると、誤差要因により現像γの精度が悪くなることが考えられる。
ここで、誤差要因とは現像スリーブの周期ムラによるパッチのトナー付着量のバラツキや、転写ベルト上の傷などにより、センサの出力に誤差が生じ、正確にトナー付着量を検知できなくなるということがある。
そのため、データ点が近い(階調パターン作成時の現像ポテンシャルが近い)と、形成されるパッチの付着量の差異が小さくなるため、トナー付着量にバラツキが生じた場合、現像γの精度が悪化してしまう恐れがある。以上のことから、現像γを算出するためのトナーパッチは有効範囲内で均等に分散して作成することが求められる。
まず、前回のプロセスコントロールの結果により求められた各色の現像バイアスを取得する。そして、現像バイアスから最大現像ポテンシャル:PotMaxを求める。最大現像ポテンシャルは以下の式(11)により求めることができる。
最大現像ポテンシャル:PotMax=(現像バイアス:Vb)−(べた部露光後電位:Vl)[−V]・・・式(11)
ここで、べた部露光後電位:Vlとは露光を行った後の感光体ドラム電位であり、感光体ドラムの特性に依存する値となる。本実施の形態ではVl=50[−V]とする。例えば、前回のプロセスコントロールの結果、現像バイアスが550[−V]であったとすると、現像ポテンシャルはPotMax=550−50=500[−V]となる。以上のように式(11)を用いて、各色それぞれの最大現像ポテンシャルを求める。
式(11)より求めた、最大現像ポテンシャルを以下の式(12)に代入して、現像バイアスの算出を行う。
VPn(Bk)=PotMax(Bk)×2n/15+(べた部露光後電位:Vl)[−V]・・・式(12)
ここで、VPn(Bk)のnは階調パターンのn番目を表す。
<C、M、Yの場合>
式(11)で求めた各色の最大現像ポテンシャルの大きさを比較し、順序をつけていく。各色の最大現像ポテンシャルを大きい順に、PotMAX(1)、PotMAX(2)、PotMAX(3)とする。
例えば、最大現像ポテンシャルが大きい順にC、M、Yであったとすると、PotMAX(1)=PotMAX(C)、PotMAX(2)=PotMAX(M)、PotMAX(3)=PotMAX(Y)となる。ただし、取得した最大現像ポテンシャルが同一であった場合には、C、M、Yの順とする。
続いて、順序をつけた現像ポテンシャルを以下の式(13)に代入し、階調パターンの現像バイアスを算出する。
VPn(m)=PotMAX(m)×{(m+3(n−1))}/15+(べた部露光後電位:Vl)[−V]・・・式(13)
ここで、VPn(m)はパッチの現像バイアスを表し、VPn(m)のnは各色の階調パターンのn番目、mはバイアスの順序(1、2、3)を表す。各色の階調パターンの現像バイアスは以下のように表すことができる。
VP1(1)=PotMAX(1)×1/15+Vl
VP1(2)=PotMAX(2)×2/15+Vl
VP1(3)=PotMAX(3)×3/15+Vl
VP2(1)=PotMAX(1)×4/15+Vl
VP2(2)=PotMAX(2)×5/15+Vl
VP2(3)=PotMAX(3)×6/15+Vl
VP3(1)=PotMAX(1)×7/15+Vl
VP3(2)=PotMAX(2)×8/15+Vl
VP3(3)=PotMAX(3)×9/15+Vl
VP4(1)=PotMAX(1)×10/15+Vl
VP4(2)=PotMAX(2)×11/15+Vl
VP4(3)=PotMAX(3)×12/15+Vl
VP5(1)=PotMAX(1)×13/15+Vl
VP5(2)=PotMAX(2)×14/15+Vl
VP5(3)=PotMAX(3)×15/15+Vl
例えば、VP2(3)は、前回のプロセスコントロール結果より求められた現像バイアスが一番低い色の、2番目のパッチを指す。
次に、算出した現像バイアスを用いて、階調パターンの帯電バイアスの設定を行う。帯電バイアスの設定はBk、C、M、Y共通の式(14)を用いて算出する。
帯電バイアス:VPcn(色)[V]=VPn(色)×(1+0.01×地肌ポテンシャル係数)+地肌ポテンシャルオフセット・・・式(14)
ただし、帯電バイアスの設定は地肌汚れが生じないように、地肌ポテンシャル係数、地肌ポテンシャルオフセットを設定する。
ここで、各色の前回現像バイアスを基に、大小関係を比較して各色の順位付けを行い、その順位に基づいて階調パターンのパッチ濃度を設定する理由について説明する。
これは、現像剤の特性の変化が起こった際にも、より安定して現像γを算出するためである。本手法では、前回プロセスコントロール時の各色の現像バイアスを基にし、その大小関係から順位付けを行い、その結果から階調パターンのバイアス値を設定する。
図11に示すように、他の色と比較して、現像バイアスが低い(現像γが高い)場合には高付着量側に、現像バイアスが高い(現像γが低い)場合には低付着量側にトナーパッチを作成する。このように、トナーパッチを作成することで、現像γ算出時の有効範囲内に、より多くのトナーパッチを作成することが可能となる。以上が、本実施の形態における階調パターンバイアス算出方法である。
上記のように、階調パターンバイアスの設定、及びトナー付着量算出を行うことで、精度よく現像γを検出することが可能となり、安定した画像濃度を得ることが可能となる。
ここで、光学センサの補正(校正)が必要な場合とは、光学センサに用いられている発光素子、受光素子が周囲温度の上昇などにより出力特性が変化した場合、光学センサの検知面がトナーの飛散などにより汚れた場合、検知対象面(中間転写ベルト)の表面性が荒れてきて、ベルトの地肌部の正反射光出力が低下した場合などである。
上記した、光学センサの補正(校正)が必要となる要因はいずれも経時変化に起因するものであり、突発的に、又は頻繁に起こりうるものではないため、光学センサの校正は画質調整を行う際に必ずしも毎回行う必要はなく、光学センサの校正が必要な場合にだけ行うようにすればよい。
そこで、本実施の形態では、前回光学センサのLED電流の調整を行った時からの温度変化、印刷枚数から光学センサの補正(校正)が必要であるかの判定を行う。光学センサの校正が必要ないと判定された場合には、光学センサの校正値(感度補正係数)には前回値を使用する。そのため、補正(校正)に必要なトナーパッチを作成する必要がないため、トナーパッチ数を削減した階調パターンを作成し、現像γの算出を行うことにする。
以上のように、光学センサの補正(校正)が必要かどうかの判定を行い、作成するトナーパッチ数の変更を行うことで、トナー消費量、及び画質調整に掛かる時間を低減することが可能となる。
まず、温度、通紙枚数などの情報の取得を行う(S21)。前回のLED電流の調整を行った時から、現在までの温度変化、通紙枚数の取得を行う。温度変化は、前回のLED電流調整時の温度を不揮発メモリに保存しておき、現在の温度との差分値を求める。
通紙枚数については、前回のLED電流調整時から1枚印刷する毎にカウントアップするカウンタを設ける。そして、LED電流の調整が行われた際にカウンタのクリアを行うようにする。
次に、光学センサ10の補正(校正)実施の判定を行う(S22)。ステップ(S21)で取得した、温度変化量、通紙枚数を判定閾値と比較し、光学センサ10の補正(校正)が必要かどうかの判定を行う。
ここで、温度変化量と通紙枚数を用いて光学センサの校正の必要性の判定を行う理由を説明する。光学センサの補正(校正)が必要な場合とは前述したように、光学センサ10に用いられている半導体の発光素子、受光素子が周囲の温度上昇により出力変動が起こった場合である。そこで、前回のLED電流の調整時からの温度変化量によって光学センサの補正(校正)の必要性があるかを判定する。
ステップ(S22)において、光学センサ10の補正(校正)が必要なしと判定された場合には、前回画質調整時のVsg_reg、Vsg_difを使用する(S23)。
次いで、ステップ(S23)において、光学センサの補正(校正)が必要あると判定された場合には、実際に中間転写ベルト8の地肌部にLEDを照射し、正反射光出力、拡散反射光出力の平均値を求める(S24)。その際のLED電流値は前回LED電流の調整の結果求められた値を使用する(この動作を以後Vsg_ave検知と表記する)。
本実施の形態では、測定サンプリング間隔:4msec、測定時間:600msecとし、地肌部の正反射光出力(Vsg_reg)、拡散反射光出力(Vsg_dif)を検出し、その平均値を算出する。
次に、ステップ(S24)で求めたVsg_ave検知の結果、Vsg_regが所定の範囲内の値であるかどうかの確認を行う(S25)。本実施の形態では3.5V≧Vsg_reg≧4.5Vである場合には光学センサの補正(校正)は必要なしと判断する(Vsg_ave上下限判定)。
次いで、ステップ(S25)において、Vsg_aveの結果が上下限範囲内の場合には、ステップ(S24)で求めた、Vsg_reg、Vsg_difの値を以後の計算に使用する(S26)。
ステップ(S22)、及びステップ(S25)の判定において、光学センサ10の補正(校正)が必要ないと判断された場合には、補正(校正)に必要なトナーパッチを作成する必要がないため、トナーパッチ数の削減を行った階調パターンを作成する(S27)。
<Bk>
VPn(Bk)=PotMax(Bk)×2n/6+(べた部露光後電位:Vl)[−V]・・・式(16)
<CMY>
VPn(m)=PotMAX(m)×{(m+3(n−1))}/6+(べた部露光後電位:Vl)[−V]・・・式(17)
帯電バイアスは式(14)を用いて算出する。上記算出式により求められた現像バイアス、帯電バイアスを用いて、階調パターンを作成する。以上のようにして階調パターンバイアスの設定を行うことで、均等に分散して作成することができる。
階調パターンを均等に分散して作成することで、現像スリーブ3の周期ムラによるトナー付着量のバラツキ、中間転写ベルト8上の傷などの誤差要因による現像γ算出精度の悪化を防ぐことができる。
光学センサの補正(校正)を行う必要がないため、前述したトナー付着量算出における式(3)、式(9)で求められる感度補正係数α、ηには前回調整時の値をそのまま使用する(S28)。
また、Vsg調整実行後の、Vsg_reg、Vsg_difの値を以後の計算に用いる。ただし、Vsg調整には時間が掛かるため、プロセスコントロールの実行タイミングに応じてステップ(S29)はスキップする。具体的には、印刷中の割り込みでプロセスコントロールが実行された場合には画質調整時間が長くなってしまうため、行わないようにする。
前記した階調パターンバイアス算出方法によって算出されたパターンバイアスを用いて階調パターンを作成する(S30)。次に、前記した光学センサ校正制御方法を用いて、感度補正係数α、ηを算出する(S31)。次いで、光学センサ10の検出値からトナー付着量を算出する(S32)。最後に、トナーパッチ作像時の現像ポテンシャルとステップ(S32)で求められたトナー付着量の関係から現像γを算出する(S33)。
以上が本発明における、トナーパッチ数を変更する制御である。光学センサ10の校正が必要ないと判断された場合には、トナーパッチ数を削減し、また、Vsg_ave検知を行わないので、トナー消費量、及び調整動作に掛かる時間を低減することが可能となる。
本実施例における、光学センサ10の補正(校正)が必要ないと判断された場合の時間短縮効果を示すために以下の2つの動作の比較を行う。すなわち、この比較は光学センサの補正(校正)を行うことが必要と判断され、Vsg_ave検知を行い、各色5パッチの階調パターンを作成した場合と、光学センサの補正(校正)が必要ないと判断され、各色2パッチの階調パターンを作成した場合とである。
図13は各色5パッチの階調パターンを作成した場合と各色2パッチの階調パターンを作成した場合に作成される階調パターンを示す図である。
図14は本実施の形態における各パラメータを表として示す図である。
各色5パッチの階調パターンを作成した場合、プロセスコントロール直前のBkの書き込み終了信号を基準として、Vsg_ave検知を行い、その終了をトリガとして、全色同時に階調パターンの作成を行う。
検知終了はYの最終パターンまでとなる。そのため、階調パターンの検知に掛かる時間は、Vsg_ave検知+(感光体ドラム間ピッチ×4色)/線速となる。これを図14に示すパラメータを用いて計算すると、3.93(sec)となる。
ただし、各色の書き込み終了信号から階調パターンを作成すると、全色重なってしまうことになる。これは本実施の形態においては、全色同一の光学センサ10で検知を行うためである。そのため、上流側にある色は下流側の階調パターンの作成時間分、書き込み時間の開始を遅延させなければならない。
以上から、各色2パッチの階調パターンを作成した場合では階調パターンの検知に掛かる時間は、Bkの書き込み終了信号からYの最終パターンまでであり、
{トナーパッチ副走査長さ×トナーパッチ総数+間隔長さ×(トナーパッチ総数−1)}/線速
と表せる。図14に示すパラメータを用いて計算すると、1.29(sec)となる。
各色5パッチの階調パターンを作成した場合と各色2パッチの階調パターンを作成した場合の階調パターン検知時間に掛かる時間を比較すると、各色2パッチの階調パターンを作成した場合では約2.5秒の時間短縮を行うことができる。
また、検知対象面の地肌部からの反射光出力の平均値に応じて、光学センサの校正の必要性を判断し、光学センサの補正(校正)が必要ないと判断された場合には、補正(校正)を行うためのトナーパッチを作成する必要がなくなるため、作成するトナーパッチの数を低減することができ、画質調整時に使用されるトナー消費量を削減することができる。また、トナーパッチ数の削減により、補正(校正)に掛かる時間を短縮することが可能となる。
このように、作成するトナーパッチの数を低減ができ、画質調整時に使用されるトナー消費量を削減できる画像濃度制御方法を用いることにより、トナー消費量、及び画質調整に掛かる時間を低減することができる画像形成装置を提供することができる。
Claims (9)
- 像担持体表面上に形成される静電潜像を現像剤担持体に担持されたトナーと磁性キャリアを含む現像剤で現像し、作像条件を決定するために、検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なるトナーパッチからなる階調パターンを、前記検知対象面に対向する位置に配置された光学的検知手段により検知し、該検知結果から得られる前記光学的検知手段の出力電圧の値に基づき、前記光学的検知手段の感度補正を行い、該感度補正結果からトナー付着量を算出する画像濃度制御装置において、
前記階調パターンの前記作像条件は可変であり、前記光学的検知手段の前記感度補正が必要ないと判断された場合に、前記階調パターンを構成する前記トナーパッチ個数を変更するトナーパッチ個数変更手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。 - 像担持体表面上に形成される静電潜像を現像剤担持体に担持されたトナーと磁性キャリアを含む現像剤で現像し、作像条件を決定するために、検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なるトナーパッチからなる階調パターンを、前記検知対象面に対向する位置に配置された光学的検知手段により検知し、該検知結果から得られる前記光学的検知手段の出力電圧の値に基づき、前記光学的検知手段の感度補正を行い、該感度補正結果からトナー付着量を算出する画像濃度制御装置において、
前記階調パターンの前記作像条件は可変であり、前記検知対象面の地肌部からの反射光出力の平均値を算出し、該算出した平均値が予め設定してある値の範囲内である時に、前記光学的検知手段の前記感度補正が必要ないと判断された場合に、前記階調パターンを構成する前記トナーパッチ個数を変更するトナーパッチ個数変更手段を有することを特徴とする画像濃度制御装置。 - 前記光学的検知手段の前回のLED電流調整時からの温度変化に応じて、前記光学的検知手段の感度補正の必要性を判断することを特徴とする請求項1又は2記載の画像濃度制御装置。
- 前記光学的検知手段の前回のLED電流調整時からの印刷枚数に応じて、前記光学的検知手段の感度補正の必要性を判断することを特徴とする請求項1又は2記載の画像濃度制御装置。
- 前記トナー付着量算出時に用いる前記検知対象面の地肌部からの正反射出力値、拡散反射出力値は前回画質調整時の値を使用することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像濃度制御装置。
- 前記トナー付着量算出に用いる感度補正係数が前回画質調整時の値を使用することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像濃度制御装置。
- 像担持体に対向して配置された現像剤担持体がトナーと磁性キャリアとからなる2成分現像剤を担持し、該2成分現像剤を前記像担持体との間に形成される現像領域において、前記像担持体表面上に形成された静電潜像を前記トナーで現像する工程と、作像条件を決定するために、検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なるトナーパッチからなる階調パターンを作成する工程と、該階調パターンを前記検知対象面に対向する位置に配置された光学的検知手段により検知する工程と、検知した結果から得られる前記光学的検知手段の出力電圧の値に基づき、前記光学的検知手段の感度補正を行う工程と、該感度補正結果からトナー付着量を算出する工程と、を含む画像濃度制御方法において、
前記階調パターンの作像条件は可変とし、前記光学的検知手段の感度補正が必要ないと判断された場合に、前記階調パターンを構成する前記トナーパッチ個数を変更する工程を含むことを特徴とする画像濃度制御方法。 - 像担持体に対向して配置された現像剤担持体がトナーと磁性キャリアとからなる2成分現像剤を担持し、該2成分現像剤を前記像担持体との間に形成される現像領域において、前記像担持体表面上に形成された静電潜像を前記トナーで現像する工程と、作像条件を決定するために、検知対象面上に連続的に複数個形成された付着量の異なるトナーパッチからなる階調パターンを作成する工程と、該階調パターンを検知対象面に対向する位置に配置された光学的検知手段により検知する工程と、検知した結果から得られる前記光学的検知手段の出力電圧の値に基づき、前記光学的検知手段の感度補正を行う工程と、該感度補正結果からトナー付着量を算出する工程と、を含む画像濃度制御方法において、
前記階調パターンの作像条件は可変とし、前記検知対象面の地肌部からの反射光出力の平均値を算出する工程と、前記算出した平均値が予め設定してある値の範囲内である場合に、前記階調パターンを構成する前記トナーパッチ個数を変更する工程を含むことを特徴とする画像濃度制御方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項記載の画像濃度制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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