JP2017167195A - 画像形成装置、画像形成システムおよび現像バイアス補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー変動量が部分的に大きい画像を出力する際に、濃度ムラが発生することを抑制することが可能な画像形成装置、画像形成システムおよび現像バイアス補正方法を提供する。【解決手段】画像形成装置は、現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体と、トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを現像剤担持体に印加する現像バイアス印加部と、トナー像に対応する入力画像データに基づいて、現像バイアス印加部により現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて現像バイアスを補正するように現像バイアス印加部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置、画像形成システムおよび現像バイアス補正方法に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

このような画像形成装置では、感光体ドラムや現像ローラー（現像剤担持体）の回転振れ等に起因して、画像に周期的な濃度ムラが発生することが知られている。濃度ムラが発生すると、用紙に出力された画像に濃度ムラの影響が出てしまうので、濃度ムラを補正するための様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、現像バイアスの出力インピーダンスに基づいて現像ローラーの回転周期に起因した濃度ムラを検出し、当該濃度ムラを補正する技術が開示されている。

また、特許文献２には、現像ローラーの負荷の変動に応じて現像バイアスを制御することで、濃度ムラを補正する技術が開示されている。

特開２００７−１０２１２６号公報 特開２０１１−８５７１０号公報

ところで、高圧電源から出力される現像バイアスの出力値は、機械的な構成に起因する電位の変動に対して常時補正処理が行われている。しかしながら、感光体ドラムの回転方向（以下、「回転方向」という）に画像が連続するパターンにおいて、主走査方向のトナー量が変動する場合、上記補正処理によっても濃度ムラが発生してしまうという問題があった。

図１は、用紙Ｓに形成された特定画像Ｇ０の一例を示す図である。図２Ａは、図１の特定画像Ｇ０を用紙Ｓに形成した結果を示す図である。図２Ｂは、特定画像Ｇ０を用紙Ｓに形成するために印加される現像バイアスの時間的変動を示す図である。

このような濃度ムラは、例えば図１に示すような特定画像Ｇ０の場合に発生する。特定画像Ｇ０は、回転方向に延びる第１部分Ｇ０１と、第１部分Ｇ０１の任意の位置から主走査方向に延びる第２部分Ｇ０２とを有する。特定画像Ｇ０は、回転方向において第２部分Ｇ０２がある領域と、第２部分Ｇ０２がない領域とで、主走査方向のトナー量が大きく変動する画像となっている。この特定画像Ｇ０を用紙Ｓに実際に出力すると図２Ａに示すような出力結果となり、第１部分Ｇ０１と第２部分Ｇ０２との接続部分Ｇ０３の部分において濃度ムラが発生する。

この特定画像Ｇ０を出力する際、図２Ｂに示すように、接続部分Ｇ０３の部分（時刻ｔ１〜ｔ２および時刻ｔ３〜ｔ４）で現像バイアスが変動することが確認されている。これは、回転方向において第２部分Ｇ０２を形成するときに、主走査方向におけるトナー量が大きく変動することから、現像ローラーと感光体ドラムとの間の電位差が大きく変動することに起因すると考えられる。このように、トナー変動量が部分的に大きい画像を形成する際に現像バイアスが変動するので、濃度ムラが発生し、ひいては画質に影響を及ぼすという問題があった。

本発明の目的は、トナー変動量が部分的に大きい画像を形成する際に、濃度ムラが発生することを抑制することが可能な画像形成装置、画像形成システムおよび現像バイアス補正方法を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、
現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体と、
前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加部と、
前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像バイアス印加部により前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成システムは、
画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体と、
前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加部と、
前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像バイアス印加部により前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る現像バイアス補正方法は、
現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体を備える画像形成装置の現像バイアス補正方法であって、
前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加し、
前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように制御する。

本発明によれば、トナー変動量が部分的に大きい画像を形成する際に、濃度ムラが発生することを抑制することができる。

用紙に形成された特定画像の一例を示す図である。 図１の特定画像を用紙に出力した結果およびそのときの現像バイアスの変動を示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 本制御で用いるパッチ画像の一例を示す図である。 現像バイアスを−４１０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変化量の関係を示す図である。 現像バイアスを−３３０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変化量の関係を示す図である。 現像バイアスを−５５０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変化量の関係を示す図である。 図６、図７および図８の近似直線を比較するための図である。 現像バイアスの変動と、補正処理後の現像バイアスとを示す図である。 画像形成装置における補正テーブルを作成するときの動作例の一例を示すフローチャートである。 画像形成装置における濃度ムラ補正を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図４は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

図３、４に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部９０を備える。

制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３等を備える。ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ９３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部９０は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部９０は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１および操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部９０から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部９０に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部９０の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、またはＫを添えて示すこととする。図３では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、およびドラムクリーニング装置４１５等を備える。感光体ドラム４１３は、本発明の「像担持体」に対応する。

感光体ドラム４１３は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。

帯電装置４１４は、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム４１３の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。現像装置４１２が有する現像スリーブ４１２Ａは、回転しながら現像剤を担持し、現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム４１３に供給する。具体的には、現像スリーブ４１２Ａは、現像バイアス印加部４１２Ｂから現像バイアスが印加され、感光体ドラム４１３の表面との間で電位差が発生させられることにより、感光体ドラム４１３の表面にトナー像を形成する。現像スリーブ４１２Ａは、本発明の「現像剤担持体」に対応する。

また、現像スリーブ４１２Ａの周辺には、現像スリーブ４１２Ａに印加された現像バイアスを検出するためのバイアス検出部４１２Ｃが設けられている。バイアス検出部４１２Ｃは、現像スリーブ４１２Ａに印加された現像バイアス、詳しくは、電圧値を検出し、当該電圧値を制御部９０に出力する。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光体ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４およびベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。駆動ローラーが回転することにより、中間転写ベルト４２１はＡ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、制御部９０からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり、一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、図示しないバイアス印加部によりバックアップローラー４２３Ｂに二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの表面側、つまり、中間転写ベルト４２１と当接する側にトナーと同極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面であるトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面である定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。また、定着器Ｆには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材または裏面側支持部材から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットが配置されていても良い。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および定着ローラー６３を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と定着ローラー６３とによって張架されている。

加熱ローラー６２は、加熱源（ハロゲンヒーター）を内蔵し、定着ベルト６１を加熱する。加熱源によって加熱ローラー６２が加熱され、その結果、定着ベルト６１が加熱される。

定着ローラー６３は、制御部９０によって駆動制御されることで時計回り方向に回転する。定着ローラー６３が回転することにより、定着ベルト６１および加熱ローラー６２は、時計回り方向に従動回転する。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。加圧ローラー６４は、制御部９０によって駆動制御されることで反時計回り方向に回転する。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、および搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａ等の複数の搬送ローラー対を有する。

搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａ等の複数の搬送ローラー対、用紙Ｓを画像形成部４０および定着部６０を通過させ機外に排出する通常搬送路５３ｂと、定着部６０を通った用紙Ｓの表裏を反転させた後、画像形成部４０の上流で再び通常搬送路５３ｂに合流させる反転搬送路５３ｃとを有する。両面印刷時には、最初に通常搬送路５３ｂを通る際に用紙Ｓの表面にトナー像が形成され、反転搬送路５３ｃを通過した後、再び通常搬送路５３ｂを通る際に用紙Ｓの裏面にトナー像が形成されるようになっている。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

ところで、高圧電源から出力される現像バイアスの出力値は、機械的な構成に起因する電位の変動に対して常時補正処理が行われている。しかしながら、感光体ドラム４１３の回転方向（以下、「回転方向」という）に画像が連続するパターンにおいて、主走査方向のトナー量、つまり、トナー像の幅が変動する場合、上記補正処理によっても濃度ムラが発生してしまうという問題があった。このような濃度ムラは、図１に示すような特定画像Ｇ０の場合に発生することが知られている（図２Ａ参照）。本実施の形態では、制御部９０が当該特定画像Ｇ０に対して補正処理を行うことで当該濃度ムラが発生するのを抑制する。以下、制御部９０による濃度ムラ補正処理について説明する。図５は、本制御で用いるパッチ画像の一例を示す図である。

制御部９０は、図５に示すような特定のパッチ画像Ｇを用いて、特定のパッチ画像Ｇの濃度ムラを補正するための補正量を算出する。特定のパッチ画像Ｇは、第１パッチ画像Ｇ１と第２パッチ画像Ｇ２とからなる。第１パッチ画像Ｇ１および第２パッチ画像Ｇ２は、用紙Ｓに出力された場合、回転方向において、用紙Ｓの画像形成領域を二分しており、ともに回転方向に連続した画像である。

第１パッチ画像Ｇ１は、回転方向に延びる基部Ｇ１０と、基部Ｇ１０から主走査方向に延びる第１延出部Ｇ１１、第２延出部Ｇ１２、第３延出部Ｇ１３、第４延出部Ｇ１４、第５延出部Ｇ１５および第６延出部Ｇ１６とを有している。

各延出部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６は、所定の間隔を空けて回転方向に並んでおり、主走査方向における長さがこの順に長くなっている。第１パッチ画像Ｇ１は、回転方向において、各延出部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６がある部分とない部分とで、トナー像の幅が回転方向で大きく変動する画像となっている。回転方向で各延出部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６がない部分から、各延出部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６がある部分に行く際における、回転方向におけるトナー像の幅の変動率（以下、「トナー変動率」という）は、用紙Ｓの画像形成領域幅の全体を１００％としたとき、それぞれ＋２０％、＋３０％、＋４０％、＋６０％、＋７０％、＋８０％となっている。

第２パッチ画像Ｇ２は、主走査方向全体に渡るベタ画像からなり、その中に画像形成されない第１白地部Ｇ２１、第２白地部Ｇ２２、第３白地部Ｇ２３、第４白地部Ｇ２４、第５白地部Ｇ２５および第６白地部Ｇ２６を有している。

各白地部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４，Ｇ２５，Ｇ２６は、所定の間隔を空けて回転方向に並んでおり、主走査方向における長さがこの順に長くなっている。第２パッチ画像Ｇ２は、回転方向において、各白地部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４，Ｇ２５，Ｇ２６がある部分とない部分とで、トナー像の幅が回転方向で大きく変動する画像となっている。回転方向で各白地部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４，Ｇ２５，Ｇ２６がない部分から、各白地部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４，Ｇ２５，Ｇ２６がある部分に行く際における、トナー変動率は、用紙Ｓの画像形成領域幅の全体を１００％としたとき、それぞれ−２０％、−３０％、−４０％、−６０％、−７０％、−９０％となっている。

制御部９０は、このパッチ画像Ｇを所定の現像バイアスにより感光体ドラム４１３上に形成する。所定の現像バイアスは、補正量を算出する際における基準となる現像バイアス（以下、「基準現像バイアス」という）であり、トナー像の濃度を目標温度になるように例えば−４１０Ｖに設定される。

制御部９０は、特定のパッチ画像Ｇを感光体ドラム４１３に形成する際に、バイアス検出部４１２Ｃより現像スリーブ４１２Ａに実際に印加される現像バイアス（以下、「検出現像バイアス」という）を取得し、この検出結果を用いて補正量を算出する。より詳細に、制御部９０は、各延出部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６と、各白地部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４，Ｇ２５，Ｇ２６との部分で生じる、検出現像バイアスと基準現像バイアスとの差分、つまり、基準現像バイアスの電圧変動量をそれぞれ検出する。制御部９０は、その検出結果と、特定のパッチ画像Ｇの各部におけるトナー像の幅の変動量（以下、「トナー変動量」という）とに基づいて、基準現像バイアスの電圧変動量とトナー変動量との関係を示す補正テーブルを算出する。そして、制御部９０は、補正テーブルを参照しながら、当該補正量を用いて、画像形成部４０がトナー像を形成する際における現像バイアスを補正することで、トナー像の濃度ムラを補正する。具体的には、制御部９０は、入力画像データを参照してトナー変動量を特定し、その特定したトナー変動量に基づいて当該トナー量の変動が大きい部分における基準現像バイアスの電圧変動量を推定する。そして、制御部９０は、推定した基準現像バイアスの電圧変動量を打ち消すように現像バイアスを補正する。

補正テーブルの算出方法について詳しく説明する。制御部９０は、例えば、以下のように設定することで補正テーブルを算出する。
感光体ドラム４１３の線速：５７０ｍｍ／ｓ
感光体ドラム４１３に対する現像スリーブ４１２Ａの線速比：１．８
トナーの濃度：６．５％
基準現像バイアス：−４１０Ｖ
露光後における感光体ドラム４１３の表面電位：−１００Ｖ

表１は、各部における電圧変動量の検出結果を示している。

なお、「目視判断」は、予め特定のパッチ画像Ｇを用紙Ｓに出力した際に、目視により濃度ムラが発生しているか否かを判断した結果である。目視判断における「○」は、目立った濃度ムラが発生していないことを示し、「×」は、濃度ムラが発生していることを示している。

この結果から、回転方向のトナー変動率が大きくなるほど、濃度ムラが発生しやすいことを確認できる。図６は、現像バイアスを−４１０Ｖとしたときのトナー変動率に対する基準現像バイアスの電圧変動量の関係を示す図である。

現像バイアスを−４１０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変動量の関係を、縦軸を電圧変動量、横軸をトナー変動率としたグラフで表すと、図６のような近似直線Ｌ１で表すことができる。制御部９０は、この近似直線Ｌ１を打ち消すような補正直線Ｃを、補正テーブルとして設定する。具体的には、例えば、トナー変動率が４０％のとき、電圧変動量が−６Ｖなので、その−６Ｖを打ち消すように現像バイアスに＋６Ｖとするような補正を行う。このような補正テーブルを設定することで、回転方向においてトナー変動量の多い画像において実際の現像バイアスに電圧変動が生じても、基準現像バイアスの電圧変動量に応じた現像バイアスの補正を行うことが可能となる。

ところで、トナーが現像スリーブ４１２Ａから感光体ドラム４１３へ移動する際におけるトナー量は、現像バイアスと、感光体ドラム４１３の表面電位、つまり、露光後の電位との電位差で決定される。しかし、トナーの劣化状態等によってはトナーの帯電量が変動するので、同じ現像条件に設定されていても現像スリーブ４１２Ａから感光体ドラム４１３へ移動するトナー量が変動する場合がある。このようなトナー量の変動は、現像バイアスの設定値と、現像バイアスの検出値とが異なることにより、現像バイアスと、感光体ドラム４１３の表面電位との電位差に差が生じることにより発生する。このように現像バイアスの設定値と、現像バイアスの検出値とが異なってしまうと、回転方向におけるトナー変動量の大きい画像を印刷する際の補正量にも影響してしまう。

そこで、本実施の形態では、制御部９０は、設定した現像バイアスと、バイアス検出部４１２Ｃが検出した現像バイアスとの差に応じて現像バイアスの補正量を変更する。具体的には、基準現像バイアスと、バイアス検出部４１２Ｃが検出した現像バイアスとの差に応じて補正テーブルを修正して、修正した補正テーブルを参照しながら、現像バイアスの補正量を決定する。以下、補正テーブルの修正方法について説明する。

まず、現像バイアスを異ならせた場合における電圧変動量について確認する。表２は、現像バイアスが−３３０Ｖであるときの各部における電圧変動量の検出結果を示し、表３は、現像バイアスが−５５０Ｖであるときの各部における電圧変動量の検出結果を示している。

これらの結果から、基準現像バイアスの時と同様に、トナー変動量が大きくなるほど、濃度ムラが発生しやすいことを確認できる。図７は、現像バイアスを−３３０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変動量の関係を示す図である。図８は、現像バイアスを−５５０Ｖとしたときのトナー変動率に対する電圧変動量の関係を示す図である。

図６と同様に、グラフで表すと、図７および図８に示すような近似直線Ｌ２，Ｌ３となる。図７における近似直線Ｌ２と、図８における近似直線Ｌ３とから、図６における近似直線Ｌ１と略同様の軌道を描くことが確認できる。ここで、近似直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を重ね合わせてみると、図９に示すように、各近似直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の傾きに差が生じていることが確認できる。そのため、現像バイアスを基準現像バイアスから異ならせた場合において、同様の補正テーブルを用いた場合、正確な補正とはならない。

そこで、制御部９０は、基準現像バイアスと感光体ドラム４１３の表面電位との第１電位差ΔＶと、現像バイアスの検出値と感光体ドラム４１３の表面電位との第２電位差ΔＶ１とから以下の式（１）を用いて補正係数ｋを算出する。
ｋ＝ΔＶ１／ΔＶ・・・（１）

制御部９０は、当該補正係数を補正テーブルの各補正量に乗算することで補正テーブルを修正する。このようにすることで、補正テーブルに示される関係が、トナーの帯電量に影響を与えるパラメーターに応じて異ならせることができるので、トナーの劣化状態等により現像バイアスの検出値が変動した場合においても、その変動を考慮した補正を行うことが可能となる。

また、制御部９０は、回転方向におけるトナー像のトナー変動量に応じて現像バイアスを補正するか否かについて決定する制御を行う。上記の表１、表２および表３の結果から、トナー変動率が比較的小さい場合、目視判断による濃度ムラが発生していない。この結果から、トナー変動率が所定率（例えば、２０％）より小さい場合、現像バイアスの補正を行わないようにすることで、無駄に補正処理をすることを抑制することが可能となる。

また、制御部９０は、画像形成条件に応じて補正量、つまり、補正テーブルにおける補正量を算出し直す制御を実行すると良い。現像バイアスは、画像形成条件に応じて都度決定されるので、画像形成条件で用いる現像バイアスの設定値が、補正テーブルを算出したときの基準現像バイアスと異なる場合、正確な濃度ムラ補正ができなくなるのを抑制するためである。

ところで、濃度ムラの補正が発生するような場合、つまり、現像バイアスに部分的に変動が生じるような場合、現像バイアスの変動を完全に打ち消すような現像バイアス補正を行うのが望ましい。図１０は、現像バイアスの変動と、補正処理後の現像バイアスとを示す図である。

図１０に示すように、例えば、時間ｔ１から時間ｔ２の間において、現像バイアスの検出値が、基準現像バイアスＶｂよりも大きいＶｂ１となる場合（実線Ｂ１参照）、制御部９０により、当該Ｖｂ１を打ち消すような現像バイアスであるＶｂ２となるように補正処理が実行される。補正処理を行う場合、一般的に、該当する時間幅（時間ｔ１〜時間ｔ２）内における現像バイアスの値をＶｂ２とする補正処理を行うことが考えられる（破線Ｂ２参照）。しかし、このように補正処理を行ってしまうと、少しでも補正処理のタイミングがずれてしまうと、基準現像バイアスＶｂに対するＶｂ２との差分が生じてしまう箇所が生じてしまい、かえって濃度ムラが発生する。

そこで、本実施の形態では、制御部９０は、現像バイアスを補正する際の補正入力がステップ入力にならないような処理（以下、「平準化処理」という）を行う（一点鎖線Ｂ３参照）。具体的には、制御部９０は、現像バイアスの変動に対応する時間幅内において、変動していない現像バイアスの値から、時間が経過するにつれ、補正量に対応した現像バイアスの値になるように変動させる。制御部９０は、現像バイアスの変動に対応する時間幅内において、当該補正量に対応した現像バイアスの値から、時間が経過するにつれ、変動していない現像バイアスの値になるように変動させる。このように、補正処理における現像バイアスの変動をなだらかにすることで、補正処理のタイミングがずれても、ずれた部分での現像バイアスの変動量が小さくなるので、濃度ムラを目立ちにくくすることが可能となる。

ここで、図３に示す画像形成装置１を用いて、本発明の平準化処理の有効性について確認する。具体的には、図１０に示すような破線Ｂ２に対する一点鎖線Ｂ３の遅延幅に相当する回転方向の画像幅（以下、平準化処理幅）が、０〜５ｍｍの範囲内であるときに濃度ムラが発生するかについて確認する。表４に、評価結果を示す。

表４における「×」は、濃度ムラが発生していることを示している。「△」は、濃度ムラが発生しているが、実用上問題ないレベルであることを示している。「○」は、濃度ムラが発生していないことを示している。

表４に示すように、平準化処理幅が３ｍｍのときに濃度ムラが発生しないことを確認した。３ｍｍは、感光体ドラムに対する現像スリーブのニップ幅に相当する長さであり、当該ニップ幅に近い平準化処理幅とすることで顕著な濃度ムラが発生することを抑制できることを確認した。そのため、平準化処理幅は、例えば、感光体ドラムに対する現像スリーブのニップ幅に相当する幅に設定するのが望ましい。

次に、以上のような制御部９０を備えた画像形成装置１における補正テーブルを作成するときの動作例について説明する。図１１は、画像形成装置１における補正テーブルを作成するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図１１における処理は、制御部９０により画像形成条件が設定される際に実行される。

図１１に示すように、制御部９０は、パッチ画像を感光体ドラム４１３に形成する（ステップＳ１０１）。次に、制御部９０は、パッチ画像を感光体ドラム４１３に形成する際の基準現像バイアスの電圧変動量を検出する（ステップＳ１０２）。次に、制御部９０は、検出した電圧変動量と、パッチ画像におけるトナー変動量とを関連付けた補正テーブルを作成し（ステップＳ１０３）、本制御を終了する。

次に、画像形成装置１における濃度ムラ補正を実行するときの動作例について説明する。図１２は、画像形成装置１における濃度ムラ補正を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図１２における処理は、補正テーブルが作成された後に実行される。

図１２に示すように、制御部９０は、バイアス検出部４１２Ｃが検出した現像バイアスの検出値と、基準現像バイアスとを比較し、現像バイアスが基準現像バイアスに対して変動したか否かについて判定する（ステップＳ２０１）。判定の結果、現像バイアスが変動していない場合（ステップＳ２０１、ＮＯ）、処理はステップＳ２０４に遷移する。一方、現像バイアスが変動している場合（ステップＳ２０１、ＹＥＳ）、制御部９０は、補正係数ｋを算出する（ステップＳ２０２）。

次に、制御部９０は、算出した補正係数ｋを補正テーブルの各補正量に乗算して補正テーブルを修正する（ステップＳ２０３）。次に、制御部９０は、トナー変動率が所定率より大きいか否かについて判定する（ステップＳ２０４）。判定の結果、トナー変動率が所定率以下である場合（ステップＳ２０４、ＮＯ）、制御部９０は、補正処理を行わずに本制御を終了する。一方、トナー変動率が所定率より大きい場合（ステップＳ２０４、ＹＥＳ）、制御部９０は、平準化処理および補正処理を実行する（ステップＳ２０５）。その後、制御部９０は、本制御を終了する。

以上のように構成された本実施の形態に係る画像形成装置１によれば、現像バイアスの電圧変動量に対応した濃度ムラ補正をするので、回転方向におけるトナー変動量の大きい画像において現像バイアスの電圧変動が生じても、正確な濃度ムラ補正を行うことができる。

また、回転方向におけるトナー変動量に応じて現像バイアスを補正するか否かについて決定するので、トナー変動量が小さい場合に現像バイアスの補正を行わない。そのため、不要なときにおいて無駄に現像バイアスの補正を行うのを抑制することができる。

また、現像バイアスの検出値の変動に応じて算出した補正係数ｋを用いて補正テーブルを修正するので、現像バイアスの検出値の変動を考慮した濃度ムラ補正を行うことができる。

また、画像形成条件に応じて補正テーブルを算出し直すので、最新の基準現像バイアスに補正テーブルを対応させることができる。そのため、補正テーブルを用いた正確な濃度ムラ補正を行うことができる。

また、平準化処理により補正処理における現像バイアスの変動をなだらかにすることで、補正処理のタイミングがずれても、ずれた部分での現像バイアスの変動量が小さくなるので、濃度ムラを目立ちにくくすることができる。

なお、上記実施の形態では、補正処理を実行する際に平準化処理を行っていたが、本発明はこれに限定されず、平準化処理を行わなくても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムに適用できる。複数のユニットには、例えば後処理装置、ネットワーク接続された制御装置等の外部装置が含まれる。

最後に、本実施の形態に係る画像形成装置１の評価実験について説明する。
図３に示す画像形成装置１を用いて、本発明の補正処理の有効性について確認した。具体的には、図５に示す特定のパッチ画像Ｇを用いて、各実施例および各比較例において現像バイアスを基準現像バイアスとは異ならせる条件において、濃度ムラが発生するかについて確認した。表５に、各実施例における補正処理の条件と、その評価結果とを示す。

表５における「予測制御」は、トナー変動量に応じて基準現像バイアスの電圧変動量を推定する制御を示し、「補正テーブル」は、基準現像バイアスに基づいた補正テーブルを用いた補正処理を示している。また、表５における「補正係数乗算」は、補正テーブルに補正係数を乗算した補正処理を示している。また、表５における「平準化処理」は、平準化処理を行った補正処理を示している。表５における「○」は、濃度ムラが発生していないことを示し、「×」は、濃度ムラが発生していることを示している。

表５に示すように、比較例１，２では、濃度ムラが発生することを確認したのに対し、実施例１，２，３では、濃度ムラが発生しないことを確認した。つまり、本発明の補正処理を行うことで、濃度ムラが改善できることを確認した。特に、実施例３では、目視により完全に濃度ムラが発生していないことを確認した。

１ 画像形成装置
９０ 制御部
４１２Ａ 現像スリーブ
４１２Ｂ 現像バイアス印加部
４１２Ｃ バイアス検出部

Claims (8)

1. 現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体と、
   前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加部と、
   前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像バイアス印加部により前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記入力画像データを参照して前記像担持体に形成されるトナー像の幅の変動を特定し、その特定した変動に基づいて前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記トナー像の幅の変動に基づいて前記現像バイアスを補正するか否かを決定する、
   請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体に形成されるトナー像の幅の変動と、前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分との関係を示す補正テーブルを備え、
   前記制御部は、前記入力画像データを参照して前記像担持体に形成されるトナー像の幅の変動を特定し、その特定した変動と前記補正テーブルとを付き合わせることにより、前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記補正テーブルに示される関係は、前記現像剤に含まれるトナーの帯電量に影響を与えるパラメーターに応じて異なる、
   請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記基準現像バイアスを補正する際の補正入力がステップ入力とならないように前記現像バイアス印加部を制御する、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
   現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体と、
   前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加部と、
   前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像バイアス印加部により前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように前記現像バイアス印加部を制御する制御部と、
   を備える画像形成システム。
8. 現像剤を担持し、現像バイアスが印加されることにより、像担持体に形成された静電潜像を現像して、トナー像を形成する現像剤担持体を備える画像形成装置の現像バイアス補正方法であって、
   前記トナー像の濃度が目標濃度となるように設定された現像バイアスである基準現像バイアスを前記現像剤担持体に印加し、
   前記トナー像に対応する入力画像データに基づいて、前記現像剤担持体に実際に印加される現像バイアスと前記基準現像バイアスとの差分を推定し、推定した差分に応じて前記現像バイアスを補正するように制御する現像バイアス補正方法。

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