JP3742446B2

JP3742446B2 - 画像形成装置の制御方法

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Publication number: JP3742446B2
Application number: JP25194195A
Authority: JP
Inventors: 真治加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH0973221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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において像担持体上に潜像パターンを形成して、その電位及びトナー付着量から現像特性を測定し、その現像特性から画像形成時の各種電位を決定する画像形成装置における電位制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式画像形成装置においては、一般に感光体ドラム等からなる像担持体をモータなどの駆動手段で回転させて帯電装置により像担持体を均一に帯電させた後に、像担持体に対して露光装置による像露光で画像を書き込んで静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置で現像してから転写装置で転写材に転写して定着装置で転写材に定着させている。
【０００３】
このような電子写真方式画像形成装置において、像担持体上に静電潜像のパターンを形成して静電潜像電位を測定し、該パターンを現像装置で顕像化した後にそのトナー付着量から現像特性を求め、その現像特性から現像バイアス電位、像担持体の帯電電位等の各種電位を算出する方法が知られている。例えば、あらかじめ潜像パターンの数だけトナー付着量の基準値を用意しておき、これらの基準値と各潜像パターン上のトナー付着量とをそれぞれ比較することにより各種電位を決定する電位制御方法▲１▼がある。また、他の電位制御方法としては、潜像パターンの静電潜像電位及びそのパターンを顕像化した後のトナー付着量をそれぞれの測定手段を用いて測定し、その測定データから現像装置の現像特性、いわゆる現像γの直線近似式を直線近似によって求め、その直線近似式の傾きを現像効率とし、この現像効率から各種電位を求める方法▲２▼が提示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記電位制御方法▲１▼では、上記基準値を正しく定めることが困難であり、とりわけ、環境変動、経時変動の大きな現像剤が用いられる場合には上記各種電位を制御するアルゴリズムが現像剤の環境変動、経時変動による影響を回避するために複雑になり、安定した電位を得るのに非常に時間がかかる。また、上記電位制御方法▲２▼では、近似直線方程式の傾きのみから各種電位を決定するので、現像剤や像担持体の変動に対して精度の点で十分であるとは言えず、電位制御が不安定となり易い。とりわけ、電位変動の影響を受け易いフルカラー複写機に応用した場合には、電位変化により色変動が起こり易く、特にフルカラー画像のハイライト部の安定性に欠けることになる。
【０００５】
また、顕像化された潜像パターンは、一般にある程度の数（階調）を有している方が、現像特性を得るためには好ましいものの、潜像パターンの顕像化に伴うトナー消費量の増大や、パターン形成に多くの時間がかかるという不具合が生じてしまうので、頻繁に形成することができなかった。
このため、次のパターン形成までの現像特性の変化に迅速に対応することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記欠点を改善し、潜像パターンの顕像化に伴うトナー消費量を増大させることなく、短時間で精度の良い電位制御を行うことができて現像剤の変動に対して画像再現に最適な画像形成装置における電位制御方法、及び、この種の電位制御方法を採用した画像形成装置に最適な画像形成装置のトナー補給制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、像担持体を帯電装置による帯電で均一帯電させた後に、露光装置による露光で画像を書き込んで静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置で現像する画像形成装置における該帯電の電位、該露光を受けた露光部の電位及び該現像装置で使用する現像バイアス電圧の制御方法であって、次のことを特徴とする。
まず、画像形成装置の起動時に、次の第一制御を行う。すなわち、上記像担持体上に電位が互いに異なる複数の潜像パターンを形成してその電位を電位測定手段で測定するとともに該潜像パターンを上記現像装置で顕像化してそのトナー付着量をトナー付着量測定手段で測定し、かつ、これらの測定結果に基づいて現像γ特性線を求める。
そして、この第一制御を行う周期よりも短い周期で、次の第二制御を行う。すなわち、いずれも上記現像γ特性線のトナー付着量が多く飽和特性を示す箇所に至る前の直線区間内にあって上記起動時に形成する複数の潜像パターンの総数よりも総数が少ないくなるように上記起動時の測定結果に基づいて選択した電位が互いに異なる複数の潜像パターンを該像担持体上に形成し、その電位を電位測定手段で測定するとともに該潜像パターンを顕像化してそのトナー付着量をトナー付着量測定手段で測定し、かつ、これらの測定結果に基づいて上記帯電装置で用いる電位、上記露光装置で用いる電位及び現像バイアス電圧を決定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明を適用できる画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、フルカラー複写機からなる電子写真方式の画像形成装置の例である。この複写機は電子写真方式のカラー画像記録装置からなるプリンタ部１０１及びカラー画像読み取り装置（以下、カラースキャナと称す）１０２を有する。カラースキャナ１０２は、コンタクトガラスからなる原稿載置台１１９上の原稿を露光ランプからなる光源１２０により照射し、その反射光像を反射ミラー１２１〜１２３および結像レンズ１２４からなる光学系を介してカラーセンサ１２５に結像して原稿のカラー画像情報を、例えば青、緑、赤に色分解して読み取り、電気的な画像信号に変換する。このカラーセンサ１２５は原稿のカラー画像情報を、例えば青、緑、赤毎に色分解する色分解手段と、この色分解手段で色分解された各色の画像情報を電気的な画像信号に変換するＣＣＤからなる光電変換素子とにより構成され、３色同じ読み取りを行う。カラーセンサー１２５で得られた青、緑、赤の色分解画像信号はその強度レベルをもとにして画像処理部（図示せず）で色変換処理を受けて黒（以下ＢKと称す）、シアン（以下Ｃと称す）、マゼンタ（以下Ｍと称す）、黄色（以下Ｙと称す）のカラー画像データに変換される。
【００１３】
プリンタ部１０１はその画像処理部からのカラー画像データによりＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの顕像を形成して最終的なカラーコピーを形成する。ここに、ＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの画像データを得るためのカラースキャナ１０２は、プリンタ部１０２の動作と所定のタイミングを取って露光ランプ１２０及び光学系１２１〜１２３が左方向へ移動することによって原稿載置台１１９上の原稿を走査し、１回の原稿走査毎に一色の画像データを得る。カラースキャナ１０２がこのような動作を合計４回繰り返すことによって、画像処理部が順次にＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの４色の画像データを得る。そして、各色の画像データを得る度毎にプリンタ部１０２で順次にその画像データにより顕像を形成してこれらを重ね合わせて４色フルカラー画像を形成する。
【００１４】
プリンタ部１０１においては、感光体ドラムからなる像担持体１０３は非画像形成時（複写待機時）には停止している。また、感光体ドラム１０３は、画像形成時（複写時）にはメインモータにより回転駆動されて帯電チャージャからなる帯電手段１０４により均一に帯電された後に１回転毎にレーザ光学系からなる露光手段１０５によるレーザ光照射で黒色、シアン、マゼンタ、イエローの各色成分の画像露光が順次に行われることにより、各色成分の静電潜像が順次に形成される。
【００１５】
レーザ光学系１０５は、画像処理部からのカラー画像データを光信号に変換して感光体ドラム１０３に原稿画像に対応した光書き込みを行なって静電潜像を形成する。このレーザ光学系１０５は、レーザや、その発光駆動制御を行う発光駆動制御部、ポリゴンミラー、これを回転させるモータ、ｆ／θレンズ、反射ミラー等で構成され、レーザが発光駆動制御部でカラー画像データにより駆動されて発光する。このレーザからの光信号はポリゴンミラーにより偏向されてｆ／θレンズ、反射ミラーを介して感光体ドラム１０３に照射される。
【００１６】
感光体ドラム１０３は図中矢印で示すように、反時計方向に回転する。そして、この感光体ドラム１０３の回りには感光体クリーニング装置１１２、除電ランプ１１３、帯電チャージャ１０４、ＢK現像装置１０６、Ｃ現像装置１０７、Ｍ現像装置１０８、Ｙ現像装置１０９、光学方式反射濃度センサ２０８、中間転写ベルト１１０などが配置されている。各現像装置１０６〜１０９は、感光体ドラム１０３上の静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体ドラム１０３の表面に接触させて回転する現像スリーブ１０６ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａと、内部の現像剤を汲み上げて攪拌するために回転する現像パドル１０６ｂ、１０７ｂ、１０８ｂ、１０９ｂおよび現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ１０６ｃ、１０７ｃ、１０８ｃ、１０９ｃなどで構成されている。待機状態では４箇の現像装置１０６〜１０９の全てが現像スリーブ１０６ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ上の現像剤は穂切り（現像不作動）状態になっており、現像装置１０６〜１０９の各現像動作の順序（ＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの各画像形成の順序）はＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの順でその静電潜像を現像する順序となっている。ただし、各色の画像形成の順序はこれに限定されるものではなく、任意の順序とすることができる。
【００１７】
複写動作の開始時には、感光体ドラム１０３が回転して帯電チャージャ１０４により均一に帯電される。そして、カラースキャナ１０２が所定のタイミングでＢK画像データを得るための読み取りを開始し、このカラースキャナ１０２からの画像データにより画像処理部がＢK画像データを得てこのＢK画像データに基づいてレーザ光学系１０５が感光体ドラム１０３にレーザ光による光書き込みを行って潜像を形成する。以下、このＢK画像データによる静電潜像をＢK潜像と称す。Ｃ、Ｍ、Ｙの各画像データによる静電潜像も同様にＣ潜像、Ｍ潜像、Ｙ潜像と称す。このＢK潜像をその先端部から現像可能とすべく、ＢK現像装置１０６の現像位置に潜像先端部が到着する前に現像スリーブ１０６ａが回転を開始して現像剤の穂立てを行い、ＢK潜像をＢKトナーで現像する。そして以後、感光体ドラム１０３上のＢK潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がＢK現像位置を通過した時点で速やかにＢK現像位置を１０６の現像スリーブ１０６ａ上の現像剤穂切りを行なって現像不作動状態にする。これは少なくとも、次のＣ画像データによるＣ潜像先端部が到着する前に完了させる。なお、現像剤の穂切りは現像スリーブ１０６ａの回転方向を、現像動作中とは逆方向に切替えることで行う。この時、他の現像装置１０７〜１０９は現像不作動状態のままである。
【００１８】
感光体ドラム１０３上のＢKトナー像は、感光体ドラム１０３と等速で駆動されている中間転写ベルト１１０の表面に転写される（以下、感光体ドラム１０３から中間転写ベルト１１０へのトナー像転写をベルト転写と称す）。ベルト転写は、感光体ドラム１０３と中間転写ベルト１１０が接触している状態において、中間転写ベルト１１０と接触している転写バイアスローラからなる電極１１１に所定のバイアス電圧を印加することで行う。感光体ドラム１０３はＢKトナー像の転写後に感光体クリーニング装置１１２によりクリーニングされて除電ランプ１１３により除電され、再び帯電チャージャ１０４により均一に帯電される。なお、中間転写ベルト１１０は感光体ドラム１０３に順次に形成されたＢK、Ｃ、Ｍ、Ｙの各トナー像が同一面に順次に位置合せして転写されることにより４色重ねのベルト転写画像が形成され、その後、このベルト転写画像が後述のように転写材としての転写紙に一括して転写される。
【００１９】
ところで、感光体ドラム１０３側ではＢK作像工程の次にＣ作像工程に進み、このＣ作像工程では所定のタイミングでカラースキャナ１０３がＣ画像データを得るための読み取りを始め、カラースキャナ１０３からの画像データにより画像処理部がＣ画像データを得てこのＣ画像データに基づいてレーザ光学系１０５が感光体ドラム１０３にレーザ光による光書き込みを行ってＣ潜像を形成する。
【００２０】
Ｃ現像装置１０７はその現像位置に対して、先のＢK潜像後端部が通過した後で且つＣ潜像の先端が到着する前に現像スリーブ１０７ａが回転を開始して現像剤の穂立てを行い、Ｃ潜像をＣトナーで現像する。以後、Ｃ現像装置１０７は感光体ドラム１０３上のＣ潜像領域の現像を続けるが、Ｃ潜像の後端部が通過した時点で、先のＢK現像装置１０６の場合と同様にＣ現像スリーブ１０７ａ上の現像剤の穂切りを行う。これもやはり次のＭ潜像先端部が到着する前に完了する。
【００２１】
感光体ドラム１０３上のＣトナー像は、感光体ドラム１０３と等速で駆動されている中間転写ベルト１１０の表面に転写される。感光体ドラム１１０はＣトナー像の転写後に感光体クリーニング装置１１２によりクリーニングされて除電ランプ１１３により除電され、再び帯電チャージャ１０４により均一に帯電される。
【００２２】
感光体ドラム１０３側ではＣ作像工程の次にＭ作像工程に進み、このＭ作像工程では所定のタイミングでカラースキャナ１０３がＭ画像データを得るための読み取りを始め、カラースキャナ１０２からの画像データにより画像処理部がＭ画像データを得てこのＭ画像データに基づいてレーザ光学系１０５が感光体ドラム１０３にレーザ光による光書き込みを行ってＭ潜像を形成する。
【００２３】
Ｍ現像装置１０８はその現像位置に対して、先のＣ潜像後端部が通過した後で且つＭ潜像の先端が到着する前に現像スリーブ１０８ａが回転を開始して現像剤の穂立てを行い、Ｍ潜像をＭトナーで現像する。以後、Ｍ現像装置１０８は感光体ドラム１０３上のＭ潜像領域の現像を続けるが、Ｍ潜像の後端部が通過した時点で、先のＣ現像装置１０７の場合と同様にＭ顕像スリーブ１０８ａ上の現像剤の穂切りを行う。これもやはり次のＹ潜像先端部が到着する前に完了する。
感光体ドラム１０３上のＭトナー像は、感光体ドラム１０３と等速で駆動されている中間転写ベルト１１０の表面に転写される。感光体ドラム１０３はＭトナー像の転写後に感光体クリーニング装置１１２によりクリーニングされて除電ランプ１１３により除電され、再び帯電チャージャ１０４により均一に帯電される。
【００２４】
感光体ドラム１０３側ではＭ作像工程の次にＹ作像工程に進み、このＹ作像工程では所定のタイミングでカラースキャナ１０２がＹ画像データを得るための読み取りを始め、カラースキャナ１０２からの画像データにより画像処理部がＹ画像データを得てこのＹ画像データに基づいてレーザ光学系１０５が感光体ドラム１０３にレーザー光による光書き込みを行ってＹ潜像を形成する。
【００２５】
Ｙ現像装置１０９はその現像位置に対して、先のＭ潜像後端部が通過した後で且つＹ潜像の先端が到着する前に現像スリーブ１０９ａが回転を開始して現像剤の穂立てを行い、Ｙ潜像をＹトナーで現像する。以後、Ｙ現像位置１０９は感光体ドラム１０３上のＹ潜像領域の現像を続けるが、Ｙ潜像の後端部が通過した時点で、先のＭ現像装置１０８の場合と同様にＹ顕像スリーブ１０９ａ上の現像剤の穂切りを行う。これもＹ潜像後端部が到着する前に完了する。感光体ドラム１０３上のＹトナー像は、感光体ドラム１０３と等速で駆動されている中間転写ベルト１１０の表面に転写される。
【００２６】
また、中間転写ベルト１１０は駆動ローラ１３１、ベルト転写バイアスローラ１１１および従動ローラ１３２、１３３に張架されて電源回路からベルト転写バイアスローラ１１１を介して転写バイアス電圧が印加され、図示してない駆動モータにより駆動ローラ１３１が駆動されて中間転写ベルト１１０が回転する。
ベルトクリーニング装置１１５は、ゴムブレード、中間転写ベルト１１０に対する接離機構などで構成されており、１色目のＢK画像をベルト転写した後にＣ画像、Ｍ画像、Ｙ画像のベルト転写を行っているときには、ゴムブレードが接離機構によって中間転写ベルト１１０から離間されている。
【００２７】
紙転写バイアスローラ１１４は通常、中間転写ベルト１１０から離間しており、中間転写ベルト１１０に形成された４色の重ね画像が転写紙に一括して転写される時にタイミングを取って接離機構で押圧されて中間転写ベルト１１０に当接し、紙転写バイアスローラ１１４に所定のバイアス電圧が電源回路より印加されて紙転写バイアスローラ１１４と中間転写ベルト１１０との間を通過する転写紙へ中間転写ベルト１１０上の４色の重ね画像を転写させる。
（以下余白）
【００２８】
この場合、転写紙は転写紙カセットからなる給紙装置１３４から給紙ローラ１３５によりレジストローラ１３６へ給紙され、レジストローラ１３６はその転写紙を中間転写ベルト１１０上の４色重ね画像の先端部が紙転写位置に到着するタイミングに合わせて給紙する。
【００２９】
中間転写ベルト１１０から４色重ねトナー像が一括して転写された転写紙は、搬送ベルトからなる搬送装置により定着装置１１７へ搬送され、定着装置１１７の所定温度にコントロールされている定着ローラ１１７ａと加圧ローラ１１７ｂによる加熱・加圧によりトナー像が定着されて排紙トレイ１１８へフルカラーコピーとして搬出される。
また、ベルト転写後の感光体ドラム１０３は、感光体クリーニング装置１１２で表面がクリーニングされる。
連続的に複写を行うリピートコピー時には、カラースキャナ１０２の動作および感光体ドラム１０３への画像形成が１枚目のＹ（４色目）作像工程に引き続いて開始され、所定のタイミングで２枚目のＢK（１色目）作像工程に進む。
また、中間転写ベルト１１０は４色重ね画像を１枚目の転写紙へ一括して転写する工程に引き続いて表面がクリーニング装置１１５でクリーニングされてそこに２枚目のＢKトナー像がベルト転写される。その後は１枚目と同様な動作が行われ、以降１枚毎に同様な動作が行われる。
【００３０】
図１は、本複写機に内蔵されている制御系を示す。
この制御系はメイン制御部２０１と複数の周辺制御部とにより構成され、メイン制御部２０１はメインＣＰＵ２０２と、制御プログラム及び各種データを記憶したＲＯＭ２０３と、ワーク領域として各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２０４と、各周辺制御部等との入出力を行うためのＩ／Ｏインターフェース部２０５とにより構成される。
【００３１】
また、メイン制御部２０１はＩ／Ｏインターフェース部２０５を介してレーザ光学系制御部２０６、電源回路２０７、反射濃度センサ２０８、トナー濃度センサ１０６ｃ、１０７ｃ、１０８ｃ、１０９ｃ、環境センサ２１０、表面電位センサ２１１、トナー補給回路２１２、中間転写ベルト駆動部２１３等が接続されている。レーザ光学系制御部２０６はメインＣＰＵ２０２から指示に基づいてレーザー光学系１０５を制御し、電源回路２０７はメインＣＰＵ２０２からの指示に基づいて帯電チャージャ１０４に高圧を印加して転写バイアスローラ１１１、紙転写バイアスローラ１１４に転写バイアス電圧を印加するとともに現像ローラ１０６ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａにそれぞれ現像バイアス電位を印加する。反射濃度センサ２０８は感光体ドラム１０３上のトナー像の反射濃度をイエロー現像装置１０９と中間転写ベルト１１０との間で光学的に検知し、環境センサ２１０は温度や湿度を検知する。表面電位センサ２１１は感光体ドラム１０３の表面電位を帯電チャージャ１０４と黒現像装置１０６との間で検知する。
【００３２】
トナー補給回路２１２はメインＣＰＵ２０２からの指示に基づいてマゼンタトナー補給部からマゼンタ現像装置１０８へマゼンタトナーを補給させ、同様に図示しない複数のトナー補給回路がそれぞれメインＣＰＵ２０２からの指示に基づいて黒トナー補給部、シアントナー補給部、イエロートナー補給部から黒現像装置１０６、シアン現像装置１０７、イエロー現像装置１０９へ黒トナー、シアントナー、イエロートナーを補給させる。中間転写ベルト駆動部２１３はＣＰＵ２０２からの指示に基づいて駆動ローラ１３１を駆動して中間転写ベルト１１０を回転させる。
【００３３】
図３（ａ），（ｂ）は、メイン制御部２０１の電位制御ルーチンを示す。
本実施形態の電位制御ルーチンによる電位制御には、電位制御ａと電位制御ｂとがある。メイン制御部２０１の電位制御ａのルーチンでは、電源オン時の状態をジャム等の異常処理時と区別するために、ステップ５０１で定着装置１１７の定着温度を検知する定着温度センサからの入力信号を基に、定着装置１１７の定着温度が１００℃を越えているか否かを判断し、定着装置１１７の定着温度が１００℃を越えている場合には異常と判定して電位制御ａは行わない。
一方、電位制御ｂは画像形成時に毎回行うようにしている。
なお、本実施形態では、電位制御ａは基本的に装置起動時に行うようにしているが、予め定められたコピー枚数の複写毎、または一定時間毎等必要に応じて行うようにしてもよい。
【００３４】
以下に、電位制御（ａ）について説明する。
メイン制御部２０１は、定着装置１１７の定着温度が１００℃を越えていない場合には、ステップ５０２で表面電位センサ２１１の較正を行い、以後の電位計算ではその校正値を用いる。次に、メイン制御部２０１は、ステップ５０３のＶsg調整では、反射濃度センサ２０８から感光体ドラム１０３の地肌部に対する出力値を取り込んで反射濃度センサ２０８から感光体ドラム１０３の地肌部へ照射された光の反射光が一定値になるように反射濃度センサ２０８の発光量を調整する。
【００３５】
次に、メイン制御部２０１は、感光体ドラム１０３上に潜像パターンを形成する（ステップ５０４）。
図４に示すように、感光体ドラム１０３の幅方向中央部にＮ個の階調濃度を持つ静電潜像（Ｎ個の静電潜像パターン）３０１、３０２、３０３・・・を感光体ドラム１０３の回転方向に沿って所定の間隔で形成し、例えば１０個の相異なる階調濃度を持つ各辺が４０ｍｍである矩形の潜像パターン３０１、３０２、３０３・・・を１０ｍｍの間隔をおいて形成し、ステップ５０５でこれらの静電潜像３０１、３０２、３０３・・・の電位に対する表面電位センサ２１１の出力値を読み込んでＲＡＭ２０４に格納する。そして、メイン制御部２０１は１０個の潜像パターン３０１、３０２、３０３・・・を黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色分、感光体ドラム１０３上に順次に所定の間隔をおいて顕像化する。
【００３６】
次に、メイン制御部２０１は、ステップ５０６のＰセンサ検知では、感光体ドラム１０３上の４色分の潜像パターン３０１、３０２、３０３・・・を１色分毎に黒現像装置１０６、シアン現像装置１０７、マゼンタ現像装置１０８、イエロー現像装置１０９に現像させて顕像化させることにより各色のトナー像とし、この各色のトナー像に対する反射濃度センサ２０８の出力値を各色毎にＶpi（ｉ＝１〜Ｎ）としてＲＡＭ２０４に格納する。
【００３７】
なお、メイン制御部２０１は、感光体ドラム１０３を帯電チャージャ１０４に均一に帯電させ、レーザ光学系制御部２０６を介してレーザ光学系１０５の出力を変えて潜像パターン３０１、３０２、３０３・・・を形成してそのパターンを顕像化しているが、このような方法に限らず、レーザ光学系１０５を作動させずに各現像装置１０６〜１０９の現像バイアス電位を切り換えて潜像パターンを顕像化するようにしてもよい。
【００３８】
次に、メイン制御部２０１は、ステップ５０７の付着量算出ステップにおいて、上記ＲＡＭ２０４に格納した反射濃度センサ２０８の出力値をＲＯＭ２０３に格納されているテーブルを参照し、単位面積当りのトナー付着量に換算してＲＡＭ２０４に格納する。そして、ステップ５０８〜５１０を実行する。以下、これらのステップについて詳細に説明する。
【００３９】
図５は、ステップ５０５で得られた電位データとステップ５０７で得られたトナー付着量データとの各潜像パターンにおける関係をｘ−ｙ平面上にプロットしたものである。ｘ軸は電位ポテンシャル（現像バイアス電位ＶBと感光体ドラム１０３の表面電位ＶDとの差：ＶB−ＶD）（単位Ｖ）を示し、ｙ軸は単位面積当りのトナー付着量（mg/cm²）を示している。本実施形態の光学方式反射濃度センサ２０８のような赤外光反射型センサは、一般的に、図９に示すように、トナー付着量が多い多付着部において飽和特性を示し、得られた検出値が実際のトナー付着量に対応しなくなる。
このため、多付着部において得られた反射濃度センサ２０８の検出値をそのまま用いてトナー付着量を算出してしまうと、実際の付着量とは異なった付着量を得ることになり、このトナー付着量を基に行うトナー補給制御を正確に行うことができなくなってしまう。
そこで、本実施形態のメイン制御部２０１は、各色の潜像パターン毎に、表面電位センサ２１１と反射濃度センサ２０８から得られた潜像パターンの電位と、その顕像化後のトナー付着量のデータとを後述のように電位データＸn（ｎ＝１〜１０）とトナー付着量データＹｎとの関係（現像装置の現像γ特性）の直線区間だけ選択する。しかも、この区間のデータに対する各現像装置１０６〜１０９の現像特性の最小自乗法適用の直線近似による現像特性の近似直線方程式（Ｅ）を各色毎に得、この近似直線方程式（Ｅ）により各色毎に制御電位を計算するようにしている。
【００４０】
最小自乗法の計算は次の式を用いる。
Ｘave＝ΣＸｎ／ｋ・・・（１）
Ｙave＝ΣＹｎ／ｋ・・・（２）
Ｓｘ＝Σ（Ｘｎ−Ｘave）＊（Ｘｎ−Ｘave）・・・（３）
Ｓｙ＝Σ（Ｙｎ−Ｙave）＊（Ｙｎ−Ｙave）・・・（４）
Ｓｘｙ＝Σ（Ｘｎ−Ｘave）＊（Ｙｎ−Ｙave）・・・（５）
表面電位センサ２１１と反射濃度センサ２０８から得られた潜像パターンの電位、顕像化後のトナー付着量のデータから求まる近似直線方程式（Ｅ）をＹ＝Ａ１＊Ｘ＋Ｂ１としたとき、係数Ａ１、Ｂ１は上記変数を用いて
Ａ１＝Ｓｘｙ／Ｓｘ・・・（６）
Ｂ１＝Ｙave−Ａ１＊Ｘave・・・（７）
と表せる。
【００４１】
また、近似直線方程式（Ｅ）の相関係数Ｒは、
Ｒ＊Ｒ＝（Ｓｘｙ＊Ｓｘｙ）／（Ｓｘ＊Ｓｙ）・・・（８）
と表わせる。本実施形態では、メイン制御部２０１は、ステップ５０８において、各色毎に表面電位センサ２１１と反射濃度センサ２０８とから得られた潜像パターンの電位データＸn、顕像化後のトナー付着量のデータＹｎの数値が若い方から５個のデータの組（Ｘ1〜Ｘ5、Ｙ1〜Ｙ5）、（Ｘ2〜Ｘ6、Ｙ2〜Ｙ6）、（Ｘ3〜Ｘ7、Ｙ3〜Ｙ7）、（Ｘ4〜Ｘ8、Ｙ4〜Ｙ8）、（Ｘ5〜Ｘ9、Ｙ5〜Ｙ9）、（Ｘ6〜Ｘ10、Ｙ6〜Ｙ10）を取り出し、上述した式（１）〜（８）に従って直線近似計算を行うとともに、相関係数Ｒを算出して下記のような６組の近似直線方程式及び相関係数（９）〜（１４）を得る。
【００４２】
Ｙ11＝Ａ11＊Ｘ＋Ｂ11 ；Ｒ11・・・（９）
Ｙ12＝Ａ12＊Ｘ＋Ｂ12 ；Ｒ12・・・（１０）
Ｙ13＝Ａ13＊Ｘ＋Ｂ13 ；Ｒ13・・・（１１）
Ｙ14＝Ａ14＊Ｘ＋Ｂ14 ；Ｒ14・・・（１２）
Ｙ15＝Ａ15＊Ｘ＋Ｂ15 ；Ｒ15・・・（１３）
Ｙ16＝Ａ16＊Ｘ＋Ｂ16 ；Ｒ16・・・（１４）
メイン制御部２０１は、得られた６組の近似直線方程式のうちから相関係数Ｒ11〜Ｒ16のうちの最大値のものに対応する１組の近似直線方程式を近似直線方程式（Ｅ）として選択する。
【００４３】
次に、メイン制御部２０１は、ステップ５０９で、各色毎に上述の選択した近似直線方程式（Ｅ）において、図６に示すようにＹの値が必要最大トナー付着量Ｍmaxとなる時のＸの値、すなわち現像ポテンシャルの値Ｖmaxを算出する。黒現像装置１０６、シアン現像装置１０７、マゼンタ現像装置１０８、イエロー現像装置１０９の各現像バイアス電位Ｖ_Bと感光体ドラム１０３上の各色の画像露光による表面電位（露光電位）Ｖ_Lとは上述の式から次の式（１５）（１６）で与えられ、
Ｖmax＝（Ｍmax−Ｂ1）／Ａ1・・・（１５）
Ｖ_B−Ｖ_L＝Ｖmax＝（Ｍmax−Ｂ1）／Ａ1・・・（１６）
Ｖ_BとＶ_Lとの関係は近似直線方式（Ｅ）の係数を用いて表わすことができる。
したがって（１６）式は、
Ｍmax＝Ａ1*Ｖmax＋Ｂ1・・・（１７）
となる。
【００４４】
ここで、感光体ドラム１０３の露光前の帯電電位Ｖ_Dと現像バイアス電位Ｖ_Bとの関係は、図６に示すような直線方程式、すなわち、
Ｙ＝Ａ2＊Ｘ＋Ｂ2・・・（１８）
とｘ軸との交点のｘ座標Ｖ_K（現像装置の現像開始電圧）と実験的に求めた地汚れ余裕電圧Ｖαとから、
Ｖ_D−Ｖ_B＝Ｖ_K＋Ｖα・・・（１９）
で与えられる。
【００４５】
したがって、Ｖmax、Ｖ_D、Ｖ_B、Ｖ_Lの関係は、（１６）（１９）式により決まる。この例ではＶmaxを参照値として、これと各制御電圧Ｖ_D、Ｖ_B、Ｖ_Lの関係をあらかじめ実験等によって求め、図７に示すようにテーブル化してＲＯＭ２０３に格納してある。そして、メイン制御部２０１は、ステップ５１０で、各色毎に上記算出したＶmaxに最も近いＶmaxを有するテーブルを選択し、その選択したテーブルに対応した各制御電圧Ｖ_B、Ｖ_D、Ｖ_Lを目標電位とする。
【００４６】
次に、メイン制御部２０１は、ステップ５１１で、レーザ光学系制御部２０６を介してレーザ光学系１０５のレーザ発光パワーを最大光量となるように制御し、表面電位センサ２１１の出力値を取り込むことにより感光体ドラム１０３の残留電位を検出する。そして、ステップ５１２で、その残留電位が０でない時には上記テーブルにより決定した目標電位Ｖ_B、Ｖ_D、Ｖ_Lに対してその残留電位分の補正を行って目標電位とする。最後に、ステップ５１３で、感光体ドラム１０３の帯電チャージャ１０４による帯電電位が上記目標電位ＶDになるように電源回路２０７を調整し、レーザ光学系制御部２０６を介してレーザ光学系１０５におけるレーザ発光パワーを感光体ドラム１０３の露光電位が上記目標電位ＶLになるように調整し、かつ、黒現像装置１０６、シアン現像装置１０７、マゼンタ現像装置１０８、イエロー現像装置１０９の各現像バイアス電圧がそれぞれ上記目標電位ＶBになるように電源回路２０７を調整する。
次に、このＶ_D、Ｖ_Lの目標電位を中心にテーブルで所定個の電位（本実施形態では着目した目標電位を中心に、上下のテーブルから得られる２個の電位）に対して、同様の残留電位分の補正を行い、最終的な目標電位とする。そして、Ｖ_Dの目標電位を達成するように帯電チャージャ１０４に印加する帯電チャージャグリッド電圧Ｖ_Gを変化させて、Ｖ_Dが目標電位となるように調整する。次に、Ｖ_Dが得られたら、Ｖ_Lの目標電位を達成するようにレーザーパワーを調整する。そして、所定の電位に対して得られる帯電チャージャグリッド電圧Ｖ_G、レーザパワーの調整値をＲＡＭ２０４に格納する。この値は、次の電位制御ｂで用いる。
【００４７】
次に、本発明の特徴であるメイン制御部２０１の電位制御ｂについて、図３（ｂ）を用いて説明する。
ステップ６０１の潜像パターン形成では、前述の電位制御ａと同様、図４に示すように感光体ドラム１０３の幅方向中央部にＮ個の階調濃度を持つ静電潜像パターン（Ｎ個の潜像パターン）３０１、３０２、３０３・・・を感光体ドラム１０３の回転方向に沿って所定の間隔で形成する。本実施形態の電位制御ｂでは、３個の相異なる階調濃度を持つ各辺が４０ｍｍである矩形の潜像パターン３０１、３０２、３０３を１０ｍｍの間隔をおいて形成し、ステップ６０２でこれらの潜像パターン３０１、３０２、３０３の電位に対する表面電位センサ２１１の出力値を読み込んでＲＡＭ２０４に格納する。そして、メイン制御部２０１は３個の潜像パターン３０１、３０２、３０３を黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色分、感光体ドラム１０３上に順次に所定の間隔をおいて顕像化する。
【００４８】
ここで重要なのは、潜像パターンを形成するときの電位（レーザパワー）である。この電位は、電位制御ａで得られた現像特性（図５参照）から近似直線方程式を求めたときに用いた電位データ及びトナー付着量データの上下限から決まる直線区間を、適当に分割した潜像パターンとなるような３つの電位とすることが望ましく、これがパッチ数を減らすポイントとなる。
ここで、もしこの直線区間の算出が困難である場合には、ある程度の精度低下を認めた上で、あらかじめ実験によって潜像パターン上への狙いのトナー付着量を決めておいてもよい。
【００４９】
次に、ステップ６０３のＰセンサ検知（反射濃度センサ２０８による検知）では、感光体ドラム１０３上の４色分の潜像パターン３０１、３０２、３０３を１色分毎に黒現像装置１０６、シアン現像装置１０７、マゼンタ現像装置１０８、イエロー現像装置１０９に現像させて顕像化させることにより各色のトナー像とし、この各色のトナー像に対する反射濃度センサ２０８の出力値を各色毎にＶpi（ｉ＝１〜Ｎ）としてＲＡＭ２０４に格納する。
【００５０】
次に、ステップ６０４のトナー付着量検出では、ステップ６０３でＲＡＭ２０４に格納した反射濃度センサ２０８の出力値を、ＲＯＭ２０３に格納されたテーブルを参照することにより単位面積当たりのトナー付着量Ｍ／Ａ（mg/cm²）に換算した後、ＲＡＭ２０４に格納する。
【００５１】
図８は、上記ステップ６０２で得られた電位データと上記ステップ６０４で得られた付着量データとの各パッチにおけるデータをｘ−ｙ平面上にプロットしたものである。図８のｘ軸は、電位ポテンシャル、すなわち現像バイアスと感光体ドラム１０３の表面電位との差：Ｖｂ−Ｖｄ（Ｖ）を示し、ｙ軸は、単位面積当たりのトナー付着量Ｍ／Ａ（mg/cm²）を示している。
【００５２】
この電位制御ｂでは、上記表面電位センサ２１１と反射濃度センサ２０８とから得られたパターンデータは、図８に示すように、ほぼ直線区間にあるため、この区間内のデータに対してステップ６０５で直線方程式を求め、ここからステップ６０６で、必要最大トナー付着量ＭmaxのときのＸの値、すなわち電位ポテンシャルＶmaxを算出する。
本実施形態の電位制御ｂでは、３点のデータのうち２点を選び、次の３つの直線方程式を求める。
Ｙ21＝Ａ21＊Ｘ＋Ｂ21・・・（２０）
Ｙ22＝Ａ22＊Ｘ＋Ｂ22・・・（２１）
Ｙ23＝Ａ23＊Ｘ＋Ｂ23・・・（２２）
Ｘ＝Ｖmax＝（Ｍmax−Ｂ1）／Ａ1・・・（１５）
なお、本実施形態の電位制御ｂの処理は、電位制御ａの補正的な立場で行っており、得られるＶmaxの値が、電位制御ａの処理で得られるＶmaxの値と大きく異なることはなので、電位制御ｂで求めたＶmaxが、電位制御ａで求めたＶmaxに最も近い値となるような直線を選択するようにしている。これにより、例えば、一時的な画像の検出ミスなどによる急激な変化が生じた場合に、このときの検出結果をそのまま用いてＶmaxを求めてしまうことを防止することができる。
【００５３】
ここで、本実施形態の電位制御ｂでは、３点から２点を選んで直線方程式を求めているが、このような求め方に限定されるものではなく、上述のように近似直線を求めたり、パターン数を増やすことも勿論可能である。しかし、あまり数を増やすと本来の画像形成以外にトナーを多く消費することになるので、できるだけ少ないデータで直線方程式が求められることが望ましい。
【００５４】
次に、ステップ６０７では、Ｖmaxを参照値として上記Ｖ_D、Ｖ_B、Ｖ_Lの関係を図７に示すようなデータテーブルの形でＲＯＭ２０３に持たせておき、各色ごとに、上記算出したＶmaxに最も近いＶmaxを有するテーブルを選択し、その選択したテーブルにより制御電圧Ｖ_B、Ｖ_D、Ｖ_Lを目標電位として求める。
【００５５】
次に、ステップ６０８では、ステップ６０７で求めた目標電位を設定する。
ここで、電位制御ｂは電位制御ａと異なり、画像形成時に毎回行っているので、Ｖ_D、Ｖ_Lが目標値になるようにフィードバック制御を行うことが時間的に困難である。このため、あらかじめ電位制御ａの処理で求めた３つのテーブルに対するＶ_G、及びレーザパワーの調整値の関係を直線近似したものから、計算によって該調整値を決定している。
【００５６】
以上、本発明の電位制御方法では、感光体ドラム１０３上に相異なるトナー付着量を有する複数の潜像パターンを形成してその電位を表面電位センサ２１１で測定するとともに該潜像パターンを顕像化してそのトナー付着量を反射濃度センサ２０８で測定し、これらの測定電位とトナー付着量との関係から装置起動時の現像装置の現像特性を電位制御ａによって算出している。更に、電位制御ｂでは、装置起動後、画像形成毎に上記複数の潜像パターンの数を少なくして現像特性を算出している。
そして、電位制御ａ及び電位制御ｂによって得られた現像特性に基づいて複写機からなる画像形成装置の画像形成時の現像ポテンシャルを決定するための各種電位Ｖ_B、Ｖ_D、Ｖ_Lを決定しており、感光体ドラム１０３上に電位制御ａを算出するときに形成する潜像パターンよりも少数の潜像パターンを形成するので、電位制御ｂで、電位制御ａと同じ数の潜像パターンを形成する場合に比して、パターン形成時間を短くすることができるとともに、パターン形成に伴うトナー消費をできるだけ少なくして現像特性を正確に把握することができる。
【００５７】
しかも、本実施形態の電位制御ｂは電位制御ａの補正的な立場で行われ、電位制御ａで求めたＶmaxの値に最も近い値を採用している。これにより、例えば、一時的な画像の検出ミスなどにより、電位制御ｂで求めた検出結果に急激な変化が生じたとしても、このような検出ミスなどに基づく誤った電位制御を防止することができ、現像特性を正確に把握して、得られた現像特性から最適画像を再現することができる。
【００５８】
特に、本実施形態では、上記測定で複数組の電位及びトナー付着量のデータを得てこの複数組の電位及びトナー付着量の関係が直線的に変化する区間を算出し、この区間における上記測定した電位及びトナー付着量のデータから現像特性を直線近似することにより近似直線方程式を得て、この近似直線方程式を現像特性として用いるので、簡単な構成ながら反射濃度センサ２０８の検出特性が非直線性を有していても、この非直線性に影響されずに精度の良い電位制御を行うことができ、現像剤の変動に対して画像再現に最適である。
【００５９】
また、Ａ、Ｂを係数として現像特性の直線部における近似直線方程式をＹ＝Ａ＊Ｘ＋Ｂとし、測定した電位のデータをＸ、トナー付着量のデータをＹ、現像装置の現像バイアス電位Ｖ_B、感光体ドラム１０３の露光電位Ｖ_Lと電位制御で最大トナー付着量Ｍmaxが得られる電位Ｖmaxとの関係を
Ｍmax＝Ａ＊Ｖmax＋Ｂ
Ｖ_B−Ｖ_L＝Ｖmax
とするので、現像バイアス電位Ｖ_B、感光体ドラム１０３の露光電位Ｖ_Lの制御を精度良く行うことができる。
【００６０】
また、上記測定で得られたＮ組の組合わせの電位及びトナー付着量のデータの中からＭ（Ｍ≦Ｎ）組のデータに対して最小自乗法を適用することによって得られるＫ個の直線に対して各直線の相関係数を算出し、相関関数の最大値が得られるデータの組み合せの区間を上記区間とするので、より精度の良い電位制御を行うことができる。
【００６１】
次に、以上の電位制御方法のように、現像装置の現像特性を算出して上記画像形成装置の画像形成時の各種電位を決定する電位制御方法を採用した画像形成装置に採用することが最適なトナー補給制御方法に関する発明の実施形態ついて説明する。
前述の実施形態に係る電位制御方法では、相異なるトナー付着量を有する複数の潜像パターンを形成し、この潜像パターンの電位及びその顕像化後のトナー付着量を測定し、この測定した電位とトナー付着量のデータとの関係から、現実の（その時点の）現像装置の現像特性を算出する。そして、算出した現像特性を前提として、所望の最大トナー付着量Ｍmaxを得られ、かつ、所望の地汚れ余裕電圧を確保し得るように、帯電チャージャ１０４の電源回路２０７、レーザ光学系１０５のレーザ発光パワー、各現像装置の現像バイアス電位などを調整し、画像形成時の各種電位を決定するように制御する。
この現像特性には、現像剤の変動、例えば、現像剤（キャリアとトナーそれぞれ）の帯電量（Ｑ／Ｍ）の変動の影響も反映されているので、例えば現像剤が寿命に近づいていって現像剤の帯電量が低下していく場合にも、所望の最大トナー付着量Ｍmaxを得られ、かつ、所望の地汚れ余裕電圧を確保し得る良好な画像が形成できる。
【００６２】
例えば、縦軸に感光体ドラム１０３上のトナー付着量、横軸に感光体ドラム１０３上の電位、をそれぞれ取って、第一回目のパッチパタ−ン形成時に求められた近似直線方程式Ｙ＝Ａ１＊Ｘ＋Ｂ１、第二回目の同近似直線方程式がＹ＝Ａ２＊Ｘ＋Ｂ２、第三回目の同近似直線方程式がＹ＝Ａ３＊Ｘ＋Ｂ３を示すように、現像特性が経時で変化する。そして、現像剤が寿命に近づいていく場合、現像剤の帯電量が低下していく結果、上記近似直線方程式の例えば傾きが次第に大きくなる。これに伴い、算出した現像特性に対応する近似直線方程式に応じて、所望の最大トナー付着量Ｍmaxを得られ、かつ、所望の地汚れ余裕電圧を確保し得るように、Ｖ_D，Ｖ_B，Ｖ_Lを調整するので、例えば、近似直線方程式の傾きが大きくなった現像特性の下でも所望の画像を形成できる。
【００６３】
ところが、このような電位制御方法を採用した画像形成装置におけるトナー補給制御方法として、従来公知の顕像化後の潜像パターンを用いたトナー補給制御方法を単に併用すると不具合が発生する恐れがある。
すなわち、従来公知の潜像パターンを用いたトナー補給制御方法では、感光体ドラム１０３上にトナ−付着量検知用の潜像パタ−ンを形成し、このパターンを顕像化したときに付着するトナー付着量を、反射濃度の大小により判断することによりトナ−補給量を制御する。この潜像パタ−ンを形成する電位ポテンシャル（感光体ドラム１０３上のパッチ電位と現像バイアス電位との差）は常に一定に保たれている。このため、前述のように、現像剤が寿命に近づいていってトナー、キャリアともに帯電量（Ｑ／Ｍ）が低下し、上記近似直線方程式の傾きが大きくなるように現像特性が変化していった場合、現実の現像剤のトナー濃度がかなり低くなっても、顕像化後の潜像パターン上にはある程度のトナー付着量を得ることができる。よって、上記顕像化後のパターンの反射濃度の大小に応じて補給されるトナー量が現実のトナー濃度のわりに少なくなり、トナー濃度低下が進む。これにより、キャリアに付着しているトナーが少なくなり、キャリアが感光体ドラム１０３表面との直接接触で感光体ドラム１０３側に移転してしまう、キャリア付着などの不具合が発生してしまう。
【００６４】
そこで、本実施形態のトナー補給制御方法においては、上記電位制御ａ，ｂにおいて算出した現像特性に応じて、トナー補給条件を決定することにより、現像剤の変動によるトナー補給制御上の不具合を防止するようにしている。以下、前述の図３（ａ），（ｂ）に示す電位制御方法を採用した画像形成装置に適用した本実施形態のトナー補給制御方法について説明する。
【００６５】
画像形成動作が開始されると、画像形成後に毎回、所定の作像条件によって電位制御ｂ用の潜像パターンを、感光体ドラム１０３上の画像の後端から一定間隔をおいた非画像領域に形成し、表面電位センサ２１１により、潜像パターン部の表面電位Ｖpを測定し、Ｖpの測定結果に基づき、潜像パターンの現像ポテンシャルが一定になるように、潜像パターンの現像時に現像バイアスを印加する。そして、反射濃度センサ２０８により、感光体ドラム１０３の地肌部の基準反射濃度Ｖsgと検知パターン部の反射濃度Ｖspを測定する。なお、該地肌部の基準反射濃度Ｖsgは、電位制御ａの実行時、感光体ドラム１０３上にトナーのない状態（本実施形態では約４Ｖ付近）において調整されたものを用いている。
また、トナー補給は、電位制御ｂに用いている潜像パターンの測定結果に基づいて行われる。
図９は、本実施形態の装置に適用した反射濃度センサ２０８の出力特性の一例である。特性線ａは、黒トナーを示し、特性線ｂは、カラートナーを示している。この反射濃度センサ２０８の出力特性は、現像能力（トナー濃度）が低く、顕像化後のパターン上のトナー付着量が少ないときに反射光量が増え、センサ２０８の出力、すなわちＶspの値が上昇する。逆に、現像能力が高く、顕像化後のパターン上のトナー付着量が多いときに反射光量が減り、Ｖspの値も下降する。ただし、特性線ｂで示すカラートナーの場合は、トナー付着量が所定以上になるとトナー表面からの反射光が増えて再びゆるやかに上昇する特性を持っている。
【００６６】
したがって、反射濃度センサ２０８の出力特性に応じて好ましい制御レベル、すなわち、トナーの付着量の規定値がおおよそ決まり、本実施形態では、黒トナーの付着量の規定値を０．４mg／cm²、カラートナーの付着量の規定値を０．３mg／cm²としている。
このため、電位制御ａで求めた現像特性より黒トナーの付着量で０．４mg／cm²、カラートナーの付着量で０．３mg／cm²になる現像ポテンシャルの潜像パターンを電位制御ｂの潜像パターンの１つに含めている。
例えば、黒トナーの場合で電位制御ａで求めた現像特性が図５のようであったとき、直線領域の判定及びトナー付着量が上記規定値になったときの潜像パターン３点の現像ポテンシャルを決定する。
黒トナー：Ｖ_0.4＝（０．４−Ｂ１）／Ａ１
カラートナー：Ｖ_0.3＝（０．３−Ｂ１）／Ａ１
そして、例えばトナー付着量が規定値（０．３，０．４，０．５）の３点で決定しておいたとすれば、このような付着量になる現像ポテンシャル３点を電位制御ａの処理で用いた近似直線方程式により求めると、７９，１１０，１４２（Ｖ）となる。
なお、上記規定値は、（０．３，０．４，０．５）の３点に限らず、以下の基準で決定すればよい。
すなわち、反射濃度センサ２０８の感度特性が直線性を示す範囲であり、現像ポテンシャルを決めるための黒トナーの付着量の規定値とカラートナーの付着量の規定値とを含み、更に、望ましくは３点がＭ／Ａで等間隔となるように決定すればよい。
【００６７】
本実施形態では、上記補給時電位算出に引き続き、これで決定した上記Ｖbを現像スリーブに印加して、上記パッチパタ−ンを現像する。この現像されたパッチパタ−ン上のトナ−像に対する反射光を反射濃度センサ２０８により検知し、この電位をＶspとする。あらかじめ、トナ−非現像領域の反射光量をＶsgとして求めておき、ＶspとＶsgの比に基づいてトナ−補給量を決める。
トナー補給制御は黒トナーの場合は０．４mg／cm²（カラートナーの場合は０．３mg／cm²）となるように形成した、現像ポテンシャルが１１０（Ｖ）のときの潜像パターンを顕像化したときの反射濃度センサ２０８の出力に基づいてトナー補給を行う。このときの補給量は、反射濃度センサ２０８の出力に基づいてＲＯＭ２０３内に格納されたデータテーブルを参照することにより次のように求められる。

実際のトナー補給時間Ｘ（sec）は求めたトナー補給量をＴadd（mg)、トナー補給モータの補給能力をＫ（mg/sec）とすると、
Ｘ＝Ｔadd／Ｋ
で表され、上記条件のときのＴona１〜３が、求めたトナー補給量Ｔaddに相当する。
【００６８】
これにより、トナー補給に用いる、顕像化後のパターン濃度はトナー補給の追従する範囲で維持されるが、経時の環境変動などにより、同じトナー濃度でも現像能力が異なることがあるため、次第にトナー濃度が好ましい濃度範囲（例えば、４〜７wt％）から外れて上昇あるいは下降してしまうことが考えられる。
【００６９】
一般に、現像特性線の傾きは、トナー濃度が高くなると大きくなり、また、絶対湿度が低くなると小さくなっていくという性質がある。
【００７０】
そこで、本発明においてはこの性質を考慮し、トナー濃度が所定の範囲にあるように現像特性と環境特性とから、現像特性線の傾きが大きく、望ましくは、絶対湿度の低い場合、トナー濃度が低下するように変更し、また、現像特性線の傾きが小さく、望ましくは、絶対湿度の高い場合、トナー濃度が上昇するように、トナー補給制御に用いる潜像パターンの現像ポテンシャルを変更する。
例えば、電位制御ａの結果、現像特性線の傾きが大きく、望ましくは、絶対湿度の低いと判断された場合、トナー濃度が低下するようにその程度に応じて、電位制御ｂの０．４mgを狙っている潜像パターンの現像ポテンシャルを数十Ｖ大きくする。これにより、潜像パターン上のトナー付着量は上昇するため、トナー補給量は抑えられ、トナー濃度が低下する。
【００７１】
なお、反射濃度センサ２０８がトナーの低付着量領域から高付着量領域まで同程度の感度を有していれば、特に湿度センサを設けなくても、検出された検出値に基づいてトナー濃度、画像濃度を制御できる。しかしながら、一般的に、反射濃度センサは、トナーの高付着量領域で感度が低いため、中程度の付着量域で検出された検出値を基に、高付着量領域の付着量を予想している。また、温度や湿度などの環境の変動、特に湿度に大きな変動があると、トナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）に影響し、パッチパターン部のトナー付着量が変動するので、この予測がしにくくなる。このため、湿度センサ等の環境変動を検知できるセンサを用いた方が、絶対湿度の条件を考慮してトナー付着量を検出するためには望ましく、トナー濃度、画像濃度を制御するのに有利なことが多い。
【００７２】
ここで、環境の変動を検知するセンサを持っていないために環境変動の検知ができない場合には、電位制御ａの結果による現像特性線の傾き、すなわち、選択された電位制御テーブルのナンバーによって、現像特性線の傾きが所定の傾きよりも大きかったり、小さかったりしたときに、同様に電位制御ｂのトナー補給制御に用いている潜像パターンの現像ポテンシャルを現像特性線の傾きが大きい場合には大きく、小さい場合には小さくする。これによれば、環境の変動を考慮できる場合に比してトナー濃度変動量が若干増えるものの、ある程度のトナー濃度範囲に抑えることができる。
【００７３】
以上、本実施形態のトナー補給制御方法によれば、通常このような制御を行うと、電位制御ａだけでは次の現像特性の測定まではトナー濃度が変化すると、画像も変化してしまうのに対し、画像形成時に毎回電位制御を行っている電位制御ｂによって各電位が制御されるので、トナー濃度変化のような短いレンジの変化に追従して安定した画像を得ることができる。
【００７４】
特に、本実施形態のトナー補給制御方法では、現像特性を装置内において直接検出しているので、最適な画像電位を得ることができるとともに、最適なトナ−濃度制御条件を決定することができる。これにより、その時点での最良な画像を保証することができる。
また、現像特性として、感光体ドラム１０３上の潜像電位とトナ−付着量との関係が直線特性を示す領域における直線方程式を用いて現像特性として用いるため、計算精度の安定性を得ることができるとともに、制御ル−チンを簡明に構成することができる。
また、感光体ドラム１０３上のトナ−付着量を検出する反射濃度センサ２０８を現像特性の算出とトナ−補給との両方に用いることができるので、センサの数を必要最小限に抑えることができる。これにより構成が簡単になり、コスト面でも非常に有利である。とりわけ、フルカラ−システムの構成時において、トナ−濃度制御の各色ごとのトナ−濃度制御用にセンサをそれぞれ持たせる必要が無いので、非常に有利である。
【００７５】
なお、本実施形態のトナー補給制御方法においては、潜像パターン形成時の現像バイアスを、算出した現像特性（現像剤の特性変動の影響を受けている）を前提にして、黒トナーの場合は０．４mg／cm²、カラートナーの場合は０．３mg／cm²の付着量が得られるように補正するため、逆にトナー濃度が許容範囲の下限に近づいた場合にも、ある程度のパターンへのトナー付着量を得るようにしている。このため、現実のトナー濃度のわりにトナー補給量が少なくなり、トナー濃度が過剰な低下を生じる恐れがある。しかし、このような恐れは、従来周知の最適のトナー補給量を確保する各種の技術、例えば、画像データを用いてトナー消費量を予測し、予測したトナー消費量をトナー補給量設定に当たって参考にする技術を併用することによって無くすことができる。無論、本実施形態の装置においても、このような技術が採用されている。
（以下、余白）
【００７６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第一制御を行う周期よりも短い周期で行う第二制御で形成する潜像パターンの総数は、起動時に行う第一制御で形成する潜像パターンの総数よりも少数なので、第一制御で形成する潜像パターンの数と同数のパターンを形成する場合に比して、パターン形成時間を短くすることができるとともに、パターン顕像化に伴うトナー消費を少なくできる。しかも、起動時に求めた上記現像γ特性線の直線区間に内にある潜像パターンを用いるので、起動時よりも少ない数の潜像パターンを形成するわりには現像特性を正確に把握することができる。
よって、各種電位制御を精度良く行うことができ、現像剤の変動に対して画像再現に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】同例の機構部を示す断面図である。
【図３】同例の電位制御（ａ）及び（ｂ）のフローを示すフローチャートである。
【図４】同例の感光体ドラム及びパッチパターンを展開して示す図である。
【図５】同例における感光体ドラムの表面電位とトナー付着量との関係を示す特性図である。
【図６】同例の近似直線と制御電位との関係を示す図である。
【図７】同例のテ−ブルを示す図である。
【図８】同例の電位制御（ｂ）におけるトナー補給制御の説明図である。
【図９】同例の反射濃度センサの出力特性図である。
【符号の説明】
１０３感光体ドラム
１０８現像装置
２０１メイン制御部
２０８光学方式反射濃度センサ
２１１表面電位センサ

Claims

像担持体を帯電装置による帯電で均一帯電させた後に、露光装置による露光で画像を書き込んで静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置で現像する画像形成装置における該帯電の電位、該露光を受けた露光部の電位及び該現像装置で使用する現像バイアス電圧の制御方法であって、次のことを特徴とする。
まず、画像形成装置の起動時に、次の第一制御を行う。すなわち、上記像担持体上に電位が互いに異なる複数の潜像パターンを形成してその電位を電位測定手段で測定するとともに該潜像パターンを上記現像装置で顕像化してそのトナー付着量をトナー付着量測定手段で測定し、かつ、これらの測定結果に基づいて現像γ特性線を求める。
そして、この第一制御を行う周期よりも短い周期で、次の第二制御を行う。すなわち、いずれも上記現像γ特性線のトナー付着量が多く飽和特性を示す箇所に至る前の直線区間内にあって上記起動時に形成する複数の潜像パターンの総数よりも総数が少なくなるように上記起動時の測定結果に基づいて選択した電位が互いに異なる複数の潜像パターンを該像担持体上に形成し、その電位を電位測定手段で測定するとともに該潜像パターンを顕像化してそのトナー付着量をトナー付着量測定手段で測定し、かつ、これらの測定結果に基づいて上記帯電装置で用いる電位、上記露光装置で用いる電位及び現像バイアス電圧を決定する。