JP4337323B2 - Image forming apparatus and image forming method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電潜像をトナーにより顕像化することで画像を形成する電子写真方式の画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真技術を応用した複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置では、所定の表面電位に帯電された像担持体上に静電潜像が形成されるとともに、像担持体と対向配置されてトナーを担持するトナー担持体と、静電潜像を担持する像担持体との間に印加された現像バイアスの作用により、トナーがトナー担持体から像担持体上に移動することでトナー像が形成される。
【０００３】
この種の画像形成装置では、装置各部に与えるバイアス電位を始めとする様々な要素からなる画像形成条件を変化させることで画像濃度などの画像品質を制御できることが従来より知られている。また、装置の個体差や温湿度など装置の周囲環境の変化に起因してトナー像の画像濃度が異なることがある。そこで、上記要素のうち画像濃度に影響を与える濃度制御因子を調整することで画像濃度を制御する濃度制御技術が従来より提案されている。
【０００４】
例えば、本件出願人は、現像バイアスおよび帯電バイアスを濃度制御因子として用いた画像形成装置を既に開示している（特許文献１参照）。また、非接触現像方式の画像形成装置において、現像バイアスとしての交番電圧の振幅およびデューティ等を画像濃度に応じて変更する装置がある（例えば、特許文献２参照）。ここで、「非接触現像方式」とは、静電潜像を担持する像担持体とトナーを担持するトナー担持体とを所定のギャップを隔てて対向配置し、該ギャップに交番電圧を印加することによりトナーを飛翔させてトナー像を形成する現像方式であり、例えばジャンピング現像方式がこれに含まれる。
【０００５】
これらの画像形成装置では、濃度制御因子を変更設定することで画像形成条件を種々に変化させるとともに、各条件でテスト用の小画像（パッチ画像）を形成する。そして、各パッチ画像の画像濃度を検出し、その検出結果に基づいて所望の画像濃度（目標濃度）を得るための画像形成条件を求めている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１００４７１号公報（図３）
【特許文献２】
特開２００１−２７８３７号公報（図１９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の画像形成装置では、装置各部の劣化や、トナーの残量低下およびその特性の疲労劣化等に起因して、同一条件で形成された画像の画像濃度が経時的に変化してゆくことが知られている。一般には、像担持体の性能劣化やトナーの帯電性低下等により、画像濃度が次第に低下してゆく場合が多い。したがって、上記した濃度制御技術においては、このような経時変化にも対応できるような画像濃度の制御範囲を予め確保しておく必要がある。
【０００８】
しかしながら、画像濃度の制御範囲を広く取ることは容易ではない。というのは、これらの濃度制御因子は、画像濃度に影響を与えるのみならず、装置各部の動作に様々な影響を及ぼしているからである。例えば、上記した非接触現像方式の画像形成装置では、交番電圧の振幅を大きくしすぎるとギャップにおいて放電が生じ、画像形成に支障を来すことがある。一方、像担持体とトナー担持体との間の電位差を小さくしすぎると、これらのいずれにも付着せず装置内に飛散するトナーの量が多くなり、形成される画像や装置内部を汚してしまう。
【０００９】
特に、画像濃度が必要以上に高くなる画像形成条件で継続的に画像形成を行うと、トナーの供給量が多くなるため装置内部への飛散が起こりやすく、またトナー消費量も多くなってランニングコストの上昇を招く。
【００１０】
また、上記した従来技術のように、形成したパッチ画像の画像濃度に基づいて濃度制御を行う装置では、画像濃度の制御範囲を広く取りすぎると処理の効率が低下するという問題がある。すなわち、画像形成条件の可変範囲が広くなるため、濃度制御を精度よく行うためにはより数多くの条件でパッチ画像を形成することが必要となり、トナー消費量および処理に要する時間が増大してしまう。その結果、トナーおよび処理時間において、画像形成に寄与せぬまま無駄に消費されてしまう比率が高くなる。一方、短時間であるいは少ないトナー消費量で処理を行おうとすれば、形成するパッチ画像の個数を減らす必要があり、その結果、濃度制御の精度は低下してしまうこととなる。
【００１１】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、濃度制御因子を調整することで画像濃度を制御する画像形成装置および画像形成方法において、無駄なトナーの消費を抑え、画像濃度の制御および画像形成動作を効率よく安定して行うことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、所定のパッチ画像の濃度が予め定められた目標濃度となるように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して、所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して形成した静電潜像をトナーにより現像することで画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成装置において、上記目的を達成するため、動作異常の発生を報知する報知手段を備え、前記濃度制御因子を所定の調整範囲内で多段階に変更設定して前記パッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて前記濃度制御因子の最適値を求める濃度制御処理を実行し、前記濃度制御処理において、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているとき前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了することを特徴としている。
【００１３】
このような画像形成装置では、トナー残量の低下や装置各部の性能劣化に起因して、同一の画像形成条件で形成される画像の濃度が次第に低下してゆくことが知られている。したがって、使用を重ねるうちに画像濃度が低下し、濃度制御因子をどのように調整しても目標濃度に到達しなくなってしまうことがあり得る。これに対して、濃度制御因子をどのように調整しても目標濃度を超えてしまうほど画像濃度が高くなることは、通常の動作では考えられない。
【００１４】
そこで、この発明では、濃度制御因子を多段階に変更設定して形成したパッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度よりも高いとき、すなわち、濃度制御因子を最も低濃度条件に設定した場合でもパッチ画像濃度が目標濃度を超えてしまう場合には、報知手段によりユーザに対して動作異常の発生を報知するようにしている。そのため、ユーザに対して、異常を解消するための然るべき措置を取るよう促すことができる。また、異常な動作状態のままパッチ画像濃度を目標濃度に適合させようとして濃度制御処理を行っても、トナーおよび時間を浪費するだけで、好ましい結果を得ることはできない。そこで、上記したように、画像濃度が異常な高濃度となった場合に装置の動作異常が発生したと判断することにより、このような無駄な濃度制御処理を行うことが回避される。また、異常な動作状態のまま使用が継続されて必要以上のトナーが消費されたり、装置により重大なトラブルが発生するのを未然に防止することができる。このように、この画像形成装置では、無駄なトナーの消費を抑え、画像濃度の制御および画像形成動作を効率よく安定して行うことができる。なお、このパッチ画像としては、濃度制御因子を調整するために形成されるものを用いるので効率的である。
【００１５】
ここで、交流成分および直流成分を有する現像バイアスを前記濃度制御因子とし、前記現像バイアスの直流成分を多段階に変更設定して形成したパッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度よりも低いときには前記現像バイアスの振幅を増加させて前記濃度制御処理を実行する一方、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了するようにしてもよい。
【００１６】
また、所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して形成した静電潜像をトナーにより現像することで画像を形成し、しかも、露光エネルギーを前記濃度制御因子とし、前記露光エネルギーを多段階に変更設定して形成したパッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度よりも低いときには現像バイアスの直流成分と前記感光体の帯電電位との電位差を低下させて前記濃度制御処理を実行する一方、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了するようにしてもよい。
【００１７】
また、前記濃度制御因子の調整により制御可能な画像濃度の下限値が所定の目標濃度を超えているときには、前記調整範囲内において画像濃度が最低となるように前記濃度制御因子を設定しながら前記画像形成動作を実行するようにしてもよい。画像濃度が異常な高濃度となる原因の中には比較的軽微なトラブルによるものもあり、その場合、必ずしも直ちに動作を停止させる必要があるわけではない。そこで、装置への悪影響を最少限に抑えるため、画像濃度が最も低くなる条件とした上で画像形成動作を実行できるようにすることで、引き続き画像形成を行うことが可能となる。
【００１８】
一方、前記濃度制御因子の調整により制御可能な画像濃度の下限値が所定の目標濃度を超えているときには、前記画像形成動作の実行が禁止されるようにしてもよい。こうすることで、画像形成を引き続き行うことはできなくなるが、異常な動作状態のまま画像形成を行うことによるより重大なトラブルの発生を未然に防止することが可能である。
【００１９】
また、この発明は、所定のパッチ画像の濃度が予め定められた目標濃度となるように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して、所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して形成した静電潜像をトナーにより現像することで画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成方法において、上記目的を達成するため、前記濃度制御因子を所定の調整範囲内で多段階に変更設定して前記パッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて前記濃度制御因子の最適値を求める濃度制御処理を実行し、前記濃度制御処理において、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには、報知手段により動作異常を報知して前記濃度制御処理を終了することを特徴としている。
【００２０】
このように構成された発明では、上記した装置と同様に、画像濃度が異常な高濃度となったとき、ユーザに対して異常を解消するための然るべき措置を取るよう促すことができる。また、異常な動作状態のまま使用が継続されて必要以上のトナーを消費したり、より重大なトラブルが発生するのを未然に防止することができる。このように、この画像形成方法では、無駄なトナーの消費を抑え、画像濃度の制御および画像形成動作を効率よく安定して行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する非接触現像方式の画像形成装置である。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御してシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２２】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３は帯電制御部１０３から帯電バイアスが印加されており、感光体２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。
【００２３】
そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、露光制御部１０２から与えられる制御指令に応じて光ビームＬを感光体２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介してメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に画像信号が与えられると、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が露光制御部１０２に対し所定のタイミングで画像信号に対応した制御信号を出力し、これに応じて露光ユニット６から光ビームＬが感光体２上に照射されて、画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に形成される。また、必要に応じて後述するパッチ画像を形成する場合には、予め設定された所定パターンのパッチ画像信号に対応した制御信号がＣＰＵ１０１から露光制御部１０２に与えられ、該パターンに対応する静電潜像が感光体２上に形成される。
【００２４】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、図示を省略する回転駆動部、支持フレーム４０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、図２に示すように、現像器制御部１０４により制御されている。そして、この現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と対向する所定の現像位置に位置決めされて、選択された色のトナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。なお、図１は、イエロー用の現像器４Ｙが現像位置に位置決めされた状態を示している。
【００２５】
これらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。
【００２６】
図３はこの画像形成装置の現像器を示す断面図である。また、図４は非接触現像の原理を示す図である。この現像器４Ｋでは、その内部にトナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記した現像位置に位置決めされると、現像ローラ４４が感光体２と所定のギャップＧＰを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。この現像ローラ４４は、後述する現像バイアスを印加されるべく銅、ステンレス、アルミニウム等の金属または合金により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでブラックトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。
【００２７】
また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４５が配置されている。この規制ブレード４５は、ステンレスやリン青銅などの板状部材４５１と、板状部材４５１の先端部に取り付けられたゴムや樹脂部材などの弾性部材４５２とで構成されている。この板状部材４５１の後端部はハウジング４１に固着されており、現像ローラ４４の回転方向Ｄ3において、板状部材４５１の先端部に取り付けられた弾性部材４５２が板状部材４５１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４５２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接して現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００２８】
なお、現像ローラ４４表面のトナー層を構成する各トナー粒子は、供給ローラ４３、規制ブレード４５と摩擦されたことによって帯電しており、ここではトナーが負に帯電するものとして以下説明するが、装置各部の電位を適宜変更することで正に帯電するトナーも使用可能である。
【００２９】
このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、現像器制御部１０４から、直流電圧Ｖdcと交流電圧Ｖacとが重畳された現像バイアスＶbが現像ローラ４４に印加されると、現像ローラ４４上に担持されたトナーＴはギャップＧＰに生じる交番電界の作用により飛翔して、感光体２の表面各部にその表面電位Ｖsに応じて部分的に付着し、こうして感光体２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。また、感光体２に移行せず、現像ローラ４４に残ったトナーはさらに下流側に搬送され、供給ローラ４３によって掻き落とされる。
【００３０】
図５は装置各部の電位を示す図である。上記したように、現像バイアスＶbは直流電圧Ｖdcと交流電圧Ｖac（図４）とが重畳されたものであるが、その交流電圧Ｖacの波形は、図５（ａ）に示すように、振幅Ｖppの矩形波である。また、その波形デューティ、すなわち１サイクルにおいてその瞬時値が一方のピーク値となる期間ｔaと他方のピーク値となる期間ｔbとの比は、所定の範囲で変更設定可能となっている。そのため、現像バイアスＶbの１サイクルあたりの平均電圧、つまり加重平均電圧Ｖavgは、直流電圧Ｖdcと、交流電圧Ｖacの振幅Ｖppおよび波形デューティとのいずれかを変更することで変更可能である。
【００３１】
また、感光体２の表面では、図４に示すように、帯電ユニット３により一様な表面電位に帯電された後、露光ユニット６からの光ビームＬにより部分的に露光される。その結果、図５（ｂ）に示すように、感光体２の表面電位Ｖsは、露光を受けなかった領域では帯電後の電位Ｖoが維持される一方、露光を受けたドット部ＤＴでは表面の電荷が中和されて電位Ｖonまで低下している。以下、本明細書においては、感光体２表面のうち、光ビームＬにより露光された領域の電位Ｖonを「明部電位」、露光されない領域の電位Ｖoを「暗部電位」という。
【００３２】
装置各部にこのような電位が与えられることにより、図５に示すように、二次的に以下の各パラメータを定義することができる：
コントラスト電圧Ｖcon＝|Ｖavg−Ｖon|…（１）；
逆コントラスト電圧Ｖr＝|Ｖo−Ｖavg|…（２）；
最大ギャップ電圧Ｖm＝|Ｖo−Ｖdc|＋Ｖpp／２…（３）。
【００３３】
このうち、コントラスト電圧Ｖconが大きくなると、現像ローラ４４の平均電位と感光体２に形成されたドット部ＤＴとの電位差が大きくなり、現像ローラ４４からドット部ＤＴへのトナー移動が促進される。すなわち、コントラスト電圧Ｖconは、ドット部ＤＴにおけるトナー付着量に関するパラメータである。
【００３４】
また、逆コントラスト電圧Ｖrは、現像ローラ４４の平均電位と感光体２の露光されなかった領域の表面電位との差であり、この値が大きくなるとギャップＧＰに飛翔したトナーＴが現像ローラ４４に引き戻される作用が強まり、カブリや装置内部へのトナー飛散は減少するが、微小なドット部ＤＴへのトナー付着が阻害されるので細線の画像濃度が低下しやすくなる。一方、逆コントラスト電圧Ｖrが小さくなると、ギャップＧＰに飛翔したトナーＴを現像ローラ４４および感光体２のいずれかに引きつける作用が弱くなり、その結果、いずれにも付着せずトナーＴが装置内部に飛散してしまう確率が増加する。このように、逆コントラスト電圧Ｖrは、細線画像の画像濃度および装置内部へのトナー飛散の程度に関するパラメータである。
【００３５】
さらに、最大ギャップ電圧Ｖmは、ギャップＧＰに印加される電圧の最大値を示すものであり、この値がギャップＧＰにおける放電開始電圧以上になると現像ローラ４４と感光体２との間で放電が発生し、画像品質を著しく損ねるばかりでなく、装置の故障を引き起こすことがある。このように、最大ギャップ電圧Ｖmは、ギャップＧＰでの放電の有無に関するパラメータである。
【００３６】
なお、装置各部に与えられる各バイアスの電位や波形は上記に限定されるものではない。例えば、現像バイアスＶbに含まれる交流電圧Ｖacの波形は上記した矩形波以外に、例えば三角波や正弦波などの波形としてもよい。また、上記では、感光体２はネガ潜像、すなわち光ビームＬにより露光された領域にトナーが付着するタイプのものとして説明したが、露光されなかった領域にトナーが付着するように構成されたポジ潜像タイプのものであってもよい。
【００３７】
また、この実施形態では、図５に示す電位関係に基づき最大ギャップ電圧Ｖmを上記（３）式のように定義したが、各部に与える電位の大きさによってこれと異なる定義が必要な場合がある。すなわち、最大ギャップ電圧Ｖmとは、現像ローラ４４と感光体２との間に生じうる瞬時的な電位差の最大値のことであり、各部の電位の大小に応じて適宜定義すればよい。
【００３８】
図１に戻って、装置構成の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。さらに、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７８が設けられている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７８との間の二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。
【００３９】
なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の感光体２は、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部５により除去された後、帯電ユニット３により次の帯電を受ける。
【００４０】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６、濃度センサ６０および垂直同期センサ７７が配置されている。これらのうち、クリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。さらに、濃度センサ６０は中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、後述するようにして中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。
【００４１】
また、図２に示すように、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの特性などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにはコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられたコネクタ１０８と接続され、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では本体側コネクタ１０８と各現像器側のコネクタ４９Ｋ等とが機械的に嵌合することで相互にデータ送受を行っているが、例えば無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行うようにしてもよい。また、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに固有のデータを記憶するメモリ９１〜９４は、電源オフ状態や該現像器が本体から取り外された状態でもそのデータを保存できる不揮発性メモリであることが望ましく、このような不揮発性メモリとしては例えばフラッシュメモリや強誘電体メモリ、ＥＥＰＲＯＭなどを用いることができる。
【００４２】
また、図１への記載を省略するものの、この画像形成装置では表示部１２が設けられている（図２）。そして、必要に応じＣＰＵ１１１から与えられる制御指令に応じて所定のメッセージを表示することで、必要な情報をユーザに対し報知する「報知手段」として機能する。例えば、装置の故障や紙詰まり等の異常が発生したときにはその旨をユーザに知らせるメッセージを表示する。また、いずれかの現像器内のトナー残量が所定値以下まで低下したときには、当該現像器の交換を促すメッセージを表示する。この表示部１２としては、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置を用いることができるが、これ以外に、必要に応じて点灯あるいは点滅する警告ランプを用いてもよい。さらに、メッセージを表示することで視覚によりユーザに報知する以外に、予め録音された音声メッセージやブザー等の音声による警報装置を用いたり、これらを適宜組み合わせて使用してもよい。
【００４３】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００４４】
次に、この画像形成装置における濃度制御処理について説明する。上記のように構成された画像形成装置では、装置の個体ばらつきに起因して、また装置特性の経時変化に起因して起こる画像濃度の変動を抑制するため、装置の電源投入直後などの適当なタイミングで各トナー色毎に濃度制御処理を実行し、濃度制御因子としての現像バイアスの加重平均電圧Ｖavgおよび光ビームＬの単位面積あたりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギー」という）Ｅの最適化を行っている。
【００４５】
より具体的には、次のようにしている。すなわち、これらの濃度制御因子のうち、加重平均電圧Ｖavgは高濃度画像および低濃度画像のいずれの画像濃度にも影響を与えるのに対し、露光エネルギーＥは低濃度画像の画像濃度に大きく影響するものの、高濃度画像への影響は小さいことがわかっている。ここで、高濃度画像とは、例えばベタ画像や塗りつぶしを多用した画像のように、画像全体に占めるドット部の面積の比率が比較的高い画像であり、また低濃度画像とは、細線画像のように、画像全体に占めるドット部の面積の比率が比較的低い画像である。この性質を利用して、まず濃度検出用のテスト画像として高濃度パッチ画像を形成してその画像濃度を検出し、その検出結果に基づいて加重平均電圧Ｖavgの最適値を求める。そして、次に低濃度パッチ画像を形成し、その検出結果に基づいて露光エネルギーＥの最適値を求めることで高濃度画像、低濃度画像のいずれにおいても所望の画像濃度を得られる画像形成条件を求めている。
【００４６】
図６はこの実施形態における現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。また、図７はこの実施形態における露光エネルギー設定処理を示すフローチャートである。これらの処理の内容は基本的に同一であり、変更するパラメータ等が一部相違するだけである。そこで、ここではまず図６に示す現像バイアス設定処理について説明し、図７の露光エネルギー設定処理についてはその相違点について主に説明する。
【００４７】
この現像バイアス設定処理では、まず露光エネルギーＥおよび現像バイアスＶbの振幅Ｖppを所定の基準値に設定する（ステップＳ１）。この基準値の設定は任意であるが、加重平均電圧Ｖavgの変更によるパッチ画像の濃度変化が現れやすい条件としておくのが望ましく、この観点から、ここでは露光エネルギーＥをその可変範囲における最大値、振幅Ｖppをその可変範囲における中央値としている。なお、振幅Ｖppの可変範囲については、ギャップＧＰにおいてトナーを飛翔させるに十分な電界強度が得られる程度に高く、かつギャップＧＰにおいて現像ローラ４４と感光体２との間で放電が発生しないように設定する必要がある。
【００４８】
次に、加重平均電圧Ｖavgをその可変範囲における最小値に設定し（ステップＳ２）、高濃度パッチ画像として例えば所定サイズのベタ画像を形成する（ステップＳ３）。この高濃度パッチ画像はベタ画像に限定されるわけではないが、画像濃度の露光エネルギーＥに対する依存性を小さく抑えるために、比較的高濃度の画像、より具体的には、例えばパッチ画像全体に占めるドット部の面積率が８０％以上となるようにするのが望ましい。そして、加重平均電圧Ｖavgがその可変範囲における最大値であることを確認するまで（ステップＳ４）、加重平均電圧Ｖavgを１ステップずつ増加させながら（ステップＳ５）上記ステップＳ３を繰り返すと、中間転写ベルト７１上には加重平均電圧Ｖavgの最小値から最大値まで各値で形成された高濃度パッチ画像が該ベルト７１の搬送方向Ｄ2（図１）に沿って並ぶこととなる。
【００４９】
そして、このパッチ画像が濃度センサ６０との対向位置に搬送されてくるタイミングに同期してＣＰＵ１０１が濃度センサ６０からの出力電圧をサンプリングすることで、加重平均電圧Ｖavgの各値でのパッチ画像それぞれについて、その画像濃度を測定する（ステップＳ６）。このように、この実施形態では、濃度センサ６０が「検出手段」として機能している。
【００５０】
このとき、各パッチ画像の画像濃度のうちの最大値Ｄmaxについて、予め定められた目標濃度との比較を行う（ステップＳ７）。そして、最高濃度Ｄmaxが目標濃度より小さい、すなわちどのパッチ画像も目標濃度に達していないときには、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを１ステップ増加させ（ステップＳ１０）、ステップＳ２に戻って再び上記動作を行う。
【００５１】
一方、各パッチ画像の画像濃度のうちの最小値Ｄminについても目標濃度との比較を行う（ステップＳ８）。ここで、最低濃度Ｄminが目標値を超えていたときには、所定のエラーメッセージを表示部１２に表示し（Ｓ１１）、加重平均電圧Ｖavgをその可変範囲における最小値に設定した上で（ステップＳ１２）、現像バイアス設定処理を終了する。このようにする理由については後に詳述する。
【００５２】
ステップＳ８に戻って、上記比較による判断結果がいずれもＮＯであればステップＳ９に進む。このとき、目標濃度は最高濃度Ｄmaxと最低濃度Ｄminとの間に位置しているから、パッチ画像濃度が目標濃度と一致するような加重平均電圧Ｖavgの値がその可変範囲内において存在するはずである。そこで、その値を求め、これを加重平均電圧の最適値とする。このようにして、加重平均電圧Ｖavgの最適値が求められる。
【００５３】
上記処理においては、加重平均電圧Ｖavgの各値で形成したパッチ画像それぞれの画像濃度のいずれもが目標濃度に達しない場合には現像バイアスＶbの振幅Ｖppを増加させた後に再び加重平均電圧Ｖavgを変化させながらパッチ画像を形成するようにしている。一方、各パッチ画像の画像濃度のいずれもが目標濃度を超えている場合にはエラーメッセージを表示して、加重平均電圧Ｖavgをその可変範囲における最小値に設定する。このようにする理由は以下の通りである。
【００５４】
すなわち、この画像形成装置では、周囲環境等による画像濃度の変動範囲を考慮して、加重平均電圧Ｖavgの調整によってこの変動を吸収できるように、加重平均電圧Ｖavgの可変範囲が定められている。一方、先に述べたように、この種の画像形成装置においては使用を重ねるにつれて画像濃度は次第に低下する傾向がある。したがって、上記した画像濃度の変動範囲は、装置の使用を重ねるにつれて低濃度側へずれてゆくこととなる。また、部品の寸法ばらつきによってギャップＧＰが設計値より大きくなり、ギャップＧＰに発生する交番電界の強度が不足して十分な量のトナーを飛翔させることができない場合もある。したがって、加重平均電圧Ｖavgをどのように設定しても画像濃度が目標濃度に達しない場合には、現像バイアスの振幅Ｖppを増大させてギャップＧＰにおいて飛翔するトナーの量を増加させることで、低濃度側にずれた画像濃度の変動範囲を高濃度側に引き戻すことができる。
【００５５】
これに対して、最低濃度Ｄminが目標濃度を超える、すなわち加重平均電圧Ｖavgをどのように設定しても画像濃度が目標濃度より高くなってしまうことは通常の動作においては考えにくい。この最低濃度Ｄminは、本発明の「制御可能な画像濃度の下限値」に相当するものである。このような現象は、装置の動作に何らかの異常が発生しているときに起こると考えられる。
【００５６】
例えば、現像ローラ４４表面に担持されるトナーの密度が想定した値より大きかったり、ギャップＧＰが設計値より小さくなっている場合には、ギャップＧＰにおけるトナーの飛翔量が設計値より大きくなる。その結果、感光体２への付着量も増大し、画像濃度の変動範囲は当初想定したよりも高濃度側にずれることとなる。このようなトナー飛翔量の増加は、装置内部へのトナー飛散の増加につながる。また、ギャップＧＰが小さすぎると現像ローラ４４と感光体２との間で放電が発生し、画像品質を著しく劣化させるばかりでなく、感光体２の性能低下など装置の故障を引き起こすことがある。
【００５７】
また、例えば、濃度センサ６０表面の汚れによって見かけ上の画像濃度が高くなっている場合がある。すなわち、装置内部に飛散したトナーの一部が濃度センサ６０に付着すると、パッチ画像を構成するトナーの量が本来より多く見積もられてしまい、パッチ画像本来の画像濃度より高くなった検出結果が得られることとなる。
【００５８】
いずれの場合も、安定して画像を形成することのできる状態とは言い難く、このような場合には速やかに装置の異常をユーザに報知して、然るべき措置を講じるよう促すことが望ましい。そこで、この実施形態では、表示部１２にエラーメッセージを表示するとともに、画像濃度ができるだけ低くなるよう、現像バイアスの加重平均電圧Ｖavgを最小値に設定した上で、現像バイアス設定処理を終了するようにしている。ここで表示するエラーメッセージとしては、例えば「装置に異常が発生しました」あるいは「サービスセンターに点検を依頼してください」といった内容とすればよい。
【００５９】
次に、図７の露光エネルギー設定処理について説明する。上記のようにして現像バイアスＶbが最適化されると、現像バイアスＶbをこの最適値に設定した状態で（ステップＳ１０１）、引き続いて露光エネルギー設定処理を実行し、露光エネルギーＥの最適化を行う。この露光エネルギー設定処理の基本的な考え方は上記した現像バイアス設定処理と同一である。ただし、上記したように、露光エネルギーＥが画像濃度に及ぼす影響が現像バイアスＶbとは若干異なっており、これに基づいて処理の内容も異なったものとなっている。
【００６０】
第１の相違点は、形成するパッチ画像の画像パターンである（ステップＳ１０３）。この露光エネルギー設定処理においては、露光エネルギーＥの変化が特に細線画像の濃度に顕著な影響を及ぼすという性質に基づいて、例えば１オン１０オフで配置された複数の１ドットラインからなる細線画像を低濃度パッチ画像として用いている。パッチ画像のパターンはこれに限定されるものではないが、上記性質から、例えば孤立ドットや細線で構成された画像を用いるのが望ましく、また、パッチ画像全体に占めるドット部の面積率が２０％以下の比較的低濃度の画像とするのが好ましい。
【００６１】
第２の相違点は、ステップＳ１０７において、パッチ画像の最高濃度Ｄmaxが目標濃度に達していなかった場合の処理である。図６の現像バイアス設定処理においては、このような場合、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを増加させた上で再度パッチ画像を形成し、加重平均電圧Ｖavgの最適値を求めていた。一方、露光エネルギー設定処理において上記振幅Ｖppを変更することは、高濃度画像での濃度変化を生じてしまうため好ましくない。また、先に述べたように、細線画像の濃度は逆コントラスト電圧Ｖrにも依存する。そこで、この逆コントラスト電圧Ｖrを低下させる、さらに具体的には感光体２の暗部電位Ｖoを低下させることにより、高濃度画像の画像濃度を保持しながら、露光エネルギーＥによる細線パッチ画像濃度の制御範囲を高濃度側にシフトさせることができる（ステップＳ１１０）。そして、その状態で、パッチ画像濃度が目標濃度と一致する露光エネルギーＥの値を求めれば、その値が露光エネルギーＥの最適値となる。一方、最低濃度Ｄminが目標濃度を越えていた場合には、図６の処理と同様に、表示部１２にエラーメッセージを表示するとともに（ステップＳ１１１）、露光エネルギーＥを最小値に設定して露光エネルギー設定処理を終了する（ステップＳ１１２）。
【００６２】
以上のように、この実施形態の画像形成装置では、パッチ画像として形成したトナー像の画像濃度に基づき、濃度制御因子としての現像バイアスの加重平均電圧Ｖavgおよび露光エネルギーＥを調整している。そのため、画像濃度を所定の目標濃度となるよう制御することが可能である。ただし、これらの濃度制御因子をその可変範囲内でどのように変更しても画像濃度が目標濃度を超えてしまう場合には、装置に異常が生じたと判断し、濃度制御処理を終了するようにしている。そのため、画像濃度の制御範囲を広げるべく各濃度制御因子の可変範囲をむやみに広げる必要がなく、比較的狭い可変範囲内でのみ濃度制御処理を実行すればよい。その結果、この画像形成装置では、トナーおよび処理時間の無駄を最少限に抑えて効率よく、しかも精度よく画像濃度の制御を行うことが可能となっている。
【００６３】
また、装置に異常が発生した旨をユーザに報知するエラーメッセージを表示することで、ユーザに装置の異常を早期に認識させることができる。また、このとき、画像濃度が最低となるように濃度制御因子を設定しているので、上記した異常が解消されるまでの間、画像濃度を目標濃度に可能な限り近づけながら、引き続き画像の形成を行うことが可能である。
【００６４】
なお、先に述べたように、装置に異常が発生したとき、単に画像濃度の異常として現れるに留まらず、トナー飛散の増加や放電の発生などより深刻な問題を内包している場合もある。したがって、パッチ画像の画像濃度など装置の動作状態を示す情報からこのような異常を検出したときには、画像形成動作の実行を禁止するようにしてもよい。このようにした場合には、引き続き画像形成を行うことはできないが、トナー飛散による装置内部の汚染や、放電による感光体２の性能劣化など、不安定な状態で画像形成を継続することによる弊害を未然に防止することが可能となる。
【００６５】
次に、この画像形成装置における濃度制御処理の他の実施形態について図８を参照しながら説明する。この実施形態では、装置構成および基本的な動作については上記実施形態と同一であるが、濃度制御処理において、最も低濃度のパッチ画像の濃度Ｄminが目標濃度を超えているときの処理内容が上記した実施形態（図６）とは一部相違している。そこで、ここでは、この実施形態における現像バイアス設定処理（２）について上記実施形態との相違点を中心に説明し、同一の構成および処理内容には同一の符号を付して説明を省略する。また露光エネルギー設定処理についても同様に上記実施形態（図７）との相違点を有しているが、その相違点については現像バイアス設定処理における相違点と基本的に同一であるので、ここでは図示および説明を省略する。
【００６６】
先に述べたように、濃度センサ６０へのトナー付着によってパッチ画像の画像濃度が実際より高い値として検出される可能性があることに鑑み、この実施形態では、各条件で形成したパッチ画像の画像濃度がいずれも目標濃度を超えている場合には濃度センサ６０のクリーニングを行った上で再度パッチ画像の形成を行い、濃度制御因子の最適化を試みるようにしている。
【００６７】
図８は現像バイアス設定処理の他の実施形態を示すフローチャートである。この現像バイアス設定処理（２）は、上記実施形態における現像バイアス設定処理（図６）に代えて実行されるものであり、図６におけるステップＳ１１およびＳ２２の処理が、図８に示すステップＳ２１ないしＳ２５の処理に置き換えられている。その結果、ステップＳ８においてパッチ画像の最低濃度Ｄminが目標濃度を超えたと判断した場合の動作は次のように変更される。
【００６８】
まずステップＳ２１で、当該ステップの実行が既に１回実行されているか、つまり今回の実行が２回目のものであるか否かを判断しており、その判断結果によって以降の処理内容は異なったものとなる。ここで、ステップＳ２１における判断結果が「ＮＯ」となる、つまり現像バイアス設定処理（２）において初めてステップＳ２１が実行されたときの動作は次の通りである。すなわち、まず表示部１２に、濃度センサ６０のクリーニングの実施をユーザに促す旨のメッセージ、例えば「センサのクリーニングを実行してください」を表示する（ステップＳ２２）。そして、ユーザによるクリーニング作業が実行されたかどうかを判断し（ステップＳ２３）、作業が終了していればステップＳ２に戻って現像バイアスの設定をやり直す。クリーニング作業が実行されたかどうかの判断は、例えばエンジン部ＥＧを覆うフロントカバー（図示省略）の開閉がユーザにより行われたか否かに基づいて行うことができる。また、装置に自動的に濃度センサ６０のクリーニングを実行するクリーニング動作モードを設け、これを実行するようにしてもよい。こうすることで、改めて行う現像バイアスの設定では、濃度センサ６０の汚れに起因するパッチ画像濃度の誤検出の可能性は排除される。そして、ステップＳ２以後の処理を再度実行することで、加重平均電圧Ｖavgの最適値が求められる。
【００６９】
一方、２回目の処理でも最低濃度Ｄminが目標濃度を超えてしまうこともあり得る。この場合、パッチ画像濃度が高くなっているのは濃度センサ６０の汚れによるものではなく、他の原因によるものと考えられる。したがって、この状態で画像形成動作を許容すると、トナー飛散による装置内部の汚染や放電発生による装置故障など、より深刻な問題を引き起こす可能性がある。そこで、ステップＳ２１においてその実行が２回目であると判断した場合には、装置の異常発生を知らせる旨のエラーメッセージを表示するとともに（ステップＳ２４）、画像形成動作の実行を禁止し（ステップＳ２５）、現像バイアス設定処理（２）を終了する。この画像形成動作の禁止措置は、修理・点検により異常が解消されるまでの間、継続されることが望ましい。
【００７０】
以上のように、この実施形態では、各条件で形成したパッチ画像の画像濃度がいずれも目標濃度を超えていた場合には、濃度センサ６０のクリーニングを行ってから再度パッチ画像を形成し、濃度制御因子の最適化を試みるようにしている。そのため、パッチ画像濃度が目標濃度よりも高濃度となる原因のうち、濃度センサ６０の汚れに起因するパッチ画像濃度の誤検出によるものが排除される。そして、トナー飛散、放電などより深刻な問題を引き起こす可能性のある原因については、その原因が取り除かれるまで画像形成動作を禁止しているので、これらの問題の発生が未然に防止される。
【００７１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、必要に応じて表示部１２に表示するメッセージの内容は、上記に例示したものに限定されず、任意のものを用いてよい。
【００７２】
また、例えば、上記実施形態においては、現像バイアスの加重平均電圧Ｖavgおよび露光エネルギーＥを調整することで画像濃度の制御を行っているが、画像濃度に影響を与える濃度制御因子としてはこれ以外にも種々のパラメータが公知であり、本発明はこれらのいずれのパラメータを濃度制御因子として用いる装置に対しても適用することができる。
【００７３】
また、例えば、上記した各実施形態では、パッチ画像としてのトナー像を形成し、その画像濃度を検出して濃度制御因子の調整を行う画像形成装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこのような画像形成装置に限定されるものではない。例えば、パッチ画像を形成せず、ユーザからの画像形成要求に応じて形成・出力した画像の画像濃度に基づいて濃度制御因子の調整を行う装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【００７４】
また、例えば、ユーザの要求に応じて画像濃度の増減が可能な装置に本発明を適用し、実現可能な最低の画像濃度で画像形成を行っているにもかかわらずユーザがさらに画像濃度の低減を求めた場合に、異常が発生していると判断し、これをユーザに報知するようにしてもよい。というのは、最低濃度で形成した画像でもユーザが濃すぎると感じるようでは、何らかの動作異常が起こっている可能性が高いと考えられるからである。
【００７５】
また、上記した実施形態では、濃度センサ６０を図１に示す位置に配置し、パッチ画像として形成され中間転写ベルト７１上に転写されたトナー像の画像濃度を検出するようにしているが、濃度センサ６０の位置はこれに限定されるものではなく任意であり、例えば中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ2において一次転写領域ＴＲ1のすぐ下流側に配置したり、さらに感光体２に対向する位置に配置して感光体２上のパッチ画像の濃度を検出するようにしてもよい。このようにした場合には、パッチ画像が形成されて濃度検出が行われるまでの時間差を少なくすることができるので、検出結果をより迅速に濃度制御処理に反映させることができる。
【００７６】
例えば、既に形成されたパッチ画像の濃度検出結果から目標濃度を達成可能と判断した場合にはそれ以後のパッチ画像形成を取りやめるようにすれば、無用なトナーの消費を抑え、かつ処理に要する時間の短縮を図ることができる。特に、画像濃度が最も低くなる条件でのパッチ画像を最初に形成し、直ちにその画像濃度を検出して目標濃度より大きいか否かの判断を行うようにすれば、それ以後のパッチ画像を形成するまでもなく、速やかに異常の発生を検知することが可能となる。
【００７７】
また、上記した実施形態は、感光体２上で現像されたトナー像を一時的に担持する中間転写ベルト７１を有する画像形成装置であるが、転写ドラムや転写ローラなど他の転写体を有する画像形成装置や、転写体を備えず感光体２上に形成されたトナー像を最終的な転写材であるシートＳに直接転写するように構成された画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００７８】
また、上記した実施形態は、トナー担持体としての現像ローラ４４と、像担持体としての感光体２とがギャップＧＰを隔てて対向配置された非接触現像方式の画像形成装置であるが、両者が当接された状態でトナー現像が行われる接触現像方式の画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【００７９】
また、上記した実施形態は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成可能に構成された画像形成装置であるが、使用するトナー色およびその色数はこれに限定されるものでなく任意であり、例えばブラックトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、装置外部からの画像信号に基づき画像形成動作を実行するプリンタに本発明を適用しているが、ユーザの画像形成要求、例えばコピーボタンの押動に応じて装置内部で画像信号を作成し、その画像信号に基づき画像形成動作を実行する複写機や、通信回線を介して与えられた画像信号に基づき画像形成動作を実行するファクシミリ装置に対しても本発明を適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】 この画像形成装置の現像器を示す断面図である。
【図４】 非接触現像の原理を示す図である。
【図５】 装置各部の電位を示す図である。
【図６】 現像バイアス設定処理を示すフローチャートである。
【図７】 露光エネルギー設定処理を示すフローチャートである。
【図８】 他の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…感光体、 ４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ…現像器、 １２…表示部（報知手段）、 ４４…現像ローラ、 ６０…濃度センサ（検出手段）、 Ｖavg…（現像バイアスの）加重平均電圧（濃度制御因子）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus and an image forming method for forming an image by developing an electrostatic latent image with toner.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile machine that applies electrophotographic technology, an electrostatic latent image is formed on an image carrier charged to a predetermined surface potential, and is disposed opposite to the image carrier. The toner moves from the toner carrier onto the image carrier by the action of a developing bias applied between the toner carrier that carries the toner and the image carrier that carries the electrostatic latent image. Is formed.
[0003]
In this type of image forming apparatus, it is conventionally known that image quality such as image density can be controlled by changing image forming conditions including various elements including a bias potential applied to each part of the apparatus. Further, the image density of the toner image may be different due to changes in the surrounding environment of the apparatus such as individual differences of apparatuses and temperature and humidity. Therefore, a density control technique for controlling the image density by adjusting a density control factor that affects the image density among the above elements has been proposed.
[0004]
For example, the present applicant has already disclosed an image forming apparatus using a developing bias and a charging bias as density control factors (see Patent Document 1). In addition, there is a non-contact developing type image forming apparatus that changes the amplitude and duty of an alternating voltage as a developing bias in accordance with the image density (see, for example, Patent Document 2). Here, in the “non-contact development method”, an image carrier that carries an electrostatic latent image and a toner carrier that carries toner are arranged to face each other with a predetermined gap therebetween, and an alternating voltage is applied to the gap. This is a developing method for forming a toner image by flying the toner, and includes, for example, a jumping developing method.
[0005]
In these image forming apparatuses, the image forming conditions are changed variously by changing and setting the density control factor, and a small test image (patch image) is formed under each condition. Then, the image density of each patch image is detected, and an image forming condition for obtaining a desired image density (target density) is obtained based on the detection result.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-100471 (FIG. 3)
[Patent Document 2]
JP 2001-27837 A (FIG. 19)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of image forming apparatus, the image density of an image formed under the same conditions changes over time due to deterioration of each part of the apparatus, a decrease in the remaining amount of toner, and fatigue deterioration of its characteristics. It has been known. In general, the image density is often gradually lowered due to deterioration of the performance of the image carrier or reduction in chargeability of the toner. Therefore, in the above-described density control technique, it is necessary to secure an image density control range that can cope with such a change with time.
[0008]
However, it is not easy to widen the control range of image density. This is because these density control factors not only affect the image density but also various effects on the operation of each part of the apparatus. For example, in the above-described non-contact development type image forming apparatus, if the amplitude of the alternating voltage is excessively increased, discharge may occur in the gap, which may hinder image formation. On the other hand, if the potential difference between the image carrier and the toner carrier is made too small, the amount of toner that does not adhere to any of these and scatter in the device increases, and the formed image and the inside of the device are stained. End up.
[0009]
In particular, if image formation is continuously performed under image formation conditions where the image density is higher than necessary, the amount of toner supplied increases, so that scattering inside the apparatus tends to occur, and toner consumption increases, resulting in a running cost. Invite the rise.
[0010]
In addition, as in the prior art described above, an apparatus that performs density control based on the image density of the formed patch image has a problem that the processing efficiency decreases if the image density control range is too wide. In other words, since the variable range of the image forming conditions is widened, it is necessary to form a patch image under more conditions in order to perform density control with high accuracy, which increases the amount of toner consumption and the time required for processing. . As a result, in toner and processing time, the ratio of wasteful consumption without contributing to image formation increases. On the other hand, if processing is to be performed in a short time or with a small amount of toner consumption, it is necessary to reduce the number of patch images to be formed. As a result, the accuracy of density control is reduced.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems. In an image forming apparatus and an image forming method for controlling image density by adjusting a density control factor, wasteful toner consumption is suppressed, and image density control and image formation are performed. The purpose is to perform the operation efficiently and stably.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention optimizes a density control factor that affects image density so that the density of a predetermined patch image becomes a predetermined target density. Then, an electrostatic latent image formed by exposing a photosensitive member charged to a predetermined surface potential is developed with toner to form an image. In order to achieve the above object, an image forming apparatus that performs an image forming operation includes an informing unit that notifies the occurrence of an abnormal operation, and the patch is obtained by changing and setting the density control factor in multiple stages within a predetermined adjustment range. A density control process is performed to form an image and obtain an optimum value of the density control factor based on the density detection result. In the density control process, when the density of each of the patch images exceeds the target density The notification means notifies the occurrence of an abnormal operation and ends the concentration control process.
[0013]
In such an image forming apparatus, it is known that the density of an image formed under the same image forming conditions gradually decreases due to a decrease in the remaining amount of toner and performance deterioration of each part of the apparatus. Therefore, the image density decreases as the use is repeated, and the target density may not be reached no matter how the density control factor is adjusted. On the other hand, it cannot be considered in normal operation that the image density becomes so high that it exceeds the target density no matter how the density control factor is adjusted.
[0014]
Therefore, in the present invention, the concentration control factor When the density of patch images formed by changing the setting to multiple levels is higher than the target density That is, even when the concentration control factor is set to the lowest concentration condition patch When the image density exceeds the target density, the notification means notifies the user of the occurrence of an abnormal operation. Therefore, it is possible to prompt the user to take appropriate measures for eliminating the abnormality. Also, leave the abnormal operating state patch Density control to match the image density to the target density processing However, the toner and time are only wasted, and favorable results cannot be obtained. Therefore, as described above, such a wasteful density control is performed by determining that an abnormal operation of the apparatus has occurred when the image density becomes an abnormally high density. processing Is avoided. In addition, it is possible to prevent the toner from being used more than necessary due to the continued operation in an abnormal operating state and the occurrence of a serious trouble by the apparatus. As described above, in this image forming apparatus, wasteful toner consumption can be suppressed, and image density control and image forming operation can be performed efficiently and stably. As the patch image, an image formed to adjust the density control factor is used. Because Efficient.
[0015]
Here, a development bias having an AC component and a DC component is used as the density control factor, and a patch image formed by changing and setting the DC component of the development bias in multiple stages is used. Any concentration When the density is lower than the target density, the amplitude of the developing bias is increased. To execute the density control process. On the other hand, the patch image Both concentrations exceed the target concentration Sometimes the notification means notifies of the occurrence of abnormal operation To finish the density control process. You may make it do.
[0016]
Further, an electrostatic latent image formed by exposing a photosensitive member charged to a predetermined surface potential is developed with toner to form an image, and exposure energy is used as the density control factor, and the exposure energy is increased. The patch image formed by changing the stage Any concentration When the density is lower than the target density, the potential difference between the DC component of the developing bias and the charged potential of the photosensitive member is reduced. To execute the density control process. On the other hand, the patch image Both concentrations exceed the target concentration Sometimes the notification means notifies of the occurrence of abnormal operation To finish the density control process. You may make it do.
[0017]
Further, when the lower limit value of the image density that can be controlled by adjusting the density control factor exceeds a predetermined target density, the density control factor is set while setting the density control factor so that the image density becomes the lowest within the adjustment range. An image forming operation may be executed. Some causes of the image density becoming abnormally high are due to relatively minor troubles. In this case, it is not always necessary to stop the operation immediately. Therefore, in order to minimize the adverse effect on the apparatus, it is possible to continue image formation by enabling the image forming operation to be executed under the condition that the image density is the lowest.
[0018]
On the other hand, when the lower limit value of the image density that can be controlled by adjusting the density control factor exceeds a predetermined target density, the execution of the image forming operation may be prohibited. By doing so, it is impossible to continue image formation, but it is possible to prevent a more serious trouble from occurring by performing image formation in an abnormal operation state.
[0019]
In addition, the present invention optimizes a density control factor that affects the image density so that the density of a predetermined patch image becomes a predetermined target density. Then, an electrostatic latent image formed by exposing a photosensitive member charged to a predetermined surface potential is developed with toner to form an image. In the image forming method for executing the image forming operation, in order to achieve the above object, the density control factor is changed and set in multiple stages within a predetermined adjustment range to form the patch image, and based on the density detection result A density control process for obtaining an optimum value of the density control factor is executed, and in the density control process, when all the densities of the patch images exceed the target density, an operation abnormality is notified by a notification means. The control process is terminated.
[0020]
In the invention configured as described above, similarly to the above-described apparatus, when the image density becomes an abnormally high density, it is possible to prompt the user to take appropriate measures for eliminating the abnormality. In addition, it is possible to prevent the use of toner more than necessary due to continued use in an abnormal operation state or the occurrence of a more serious trouble. Thus, in this image forming method, wasteful toner consumption can be suppressed, and image density control and image forming operation can be performed efficiently and stably.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a view showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This apparatus forms a full color image by superposing four color toners of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K), or monochrome using only black (K) toner. 1 is a non-contact developing image forming apparatus for forming an image. In this image forming apparatus, when an image signal is given to the main controller 11 from an external device such as a host computer in response to an image formation request from a user, the engine controller 10 causes the engine unit EG to respond to a command from the main controller 11. Are controlled to form an image corresponding to the image signal on the sheet S.
[0022]
In the engine unit EG, the photosensitive member 2 is provided so as to be rotatable in an arrow direction D1 in FIG. Further, a charging unit 3, a rotary developing unit 4 and a cleaning unit 5 are arranged around the photosensitive member 2 along the rotation direction D1. The charging unit 3 is applied with a charging bias from the charging controller 103 and uniformly charges the outer peripheral surface of the photoreceptor 2 to a predetermined surface potential.
[0023]
Then, the light beam L is irradiated from the exposure unit 6 toward the outer peripheral surface of the photosensitive member 2 charged by the charging unit 3. The exposure unit 6 exposes the light beam L onto the photosensitive member 2 in accordance with a control command given from the exposure control unit 102 to form an electrostatic latent image corresponding to the image signal. For example, when an image signal is given from an external device such as a host computer to the CPU 111 of the main controller 11 via the interface 112, the CPU 101 of the engine controller 10 sends a control signal corresponding to the image signal to the exposure control unit 102 at a predetermined timing. In response to this, a light beam L is irradiated onto the photosensitive member 2 from the exposure unit 6, and an electrostatic latent image corresponding to the image signal is formed on the photosensitive member 2. When forming a patch image, which will be described later, as necessary, a control signal corresponding to a predetermined pattern of patch image signals is given from the CPU 101 to the exposure control unit 102, and the electrostatic image corresponding to the pattern is output. A latent image is formed on the photoreceptor 2.
[0024]
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing unit 4. In other words, in this embodiment, the developing unit 4 is configured to be detachably attached to the support frame 40 that is rotatably provided about the shaft center, a rotation drive unit that is not shown, and the support frame 40, and each color toner. Are provided with a yellow developing device 4Y, a cyan developing device 4C, a magenta developing device 4M, and a black developing device 4K. The developing unit 4 is controlled by the developing device controller 104 as shown in FIG. Based on a control command from the developing device controller 104, the developing unit 4 is driven to rotate, and the developing devices 4Y, 4C, 4M, and 4K are selectively opposed to the photoreceptor 2 at a predetermined developing position. The toner of the selected color is applied to the surface of the photoreceptor 2. As a result, the electrostatic latent image on the photoreceptor 2 is visualized with the selected toner color. FIG. 1 shows a state in which the developing device 4Y for yellow is positioned at the developing position.
[0025]
These developing units 4Y, 4C, 4M, and 4K all have the same structure. Therefore, the configuration of the developing device 4K will be described in more detail with reference to FIG. 3, but the structures and functions of the other developing devices 4Y, 4C, and 4M are the same.
[0026]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a developing device of the image forming apparatus. FIG. 4 shows the principle of non-contact development. In the developing device 4K, a supply roller 43 and a developing roller 44 are axially attached to a housing 41 that accommodates toner T therein. When the developing device 4K is positioned at the developing position, the developing roller 44 is The photosensitive member 2 is positioned to face the gap 2 with a predetermined gap GP, and these rollers 43 and 44 are engaged with a rotation driving unit (not shown) provided on the main body side to rotate in a predetermined direction. The developing roller 44 is formed in a cylindrical shape from a metal or alloy such as copper, stainless steel, or aluminum so that a developing bias described later is applied. Then, the two rollers 43 and 44 rotate while being in contact with each other, whereby the black toner is rubbed against the surface of the developing roller 44 and a toner layer having a predetermined thickness is formed on the surface of the developing roller 44.
[0027]
In the developing device 4K, a regulating blade 45 for regulating the thickness of the toner layer formed on the surface of the developing roller 44 to a predetermined thickness is disposed. The regulation blade 45 is composed of a plate-like member 451 such as stainless steel or phosphor bronze and an elastic member 452 such as rubber or resin member attached to the tip of the plate-like member 451. The rear end portion of the plate member 451 is fixed to the housing 41, and the elastic member 452 attached to the front end portion of the plate member 451 is the rear end portion of the plate member 451 in the rotation direction D3 of the developing roller 44. It arrange | positions so that it may be located in the upstream rather than. Then, the elastic member 452 elastically contacts the surface of the developing roller 44, and the toner layer formed on the surface of the developing roller 44 is finally restricted to a predetermined thickness.
[0028]
Each toner particle constituting the toner layer on the surface of the developing roller 44 is charged by being rubbed with the supply roller 43 and the regulating blade 45, and here, the toner will be negatively charged. Toner that is positively charged by appropriately changing the potential of each part of the apparatus can also be used.
[0029]
The toner layer thus formed on the surface of the developing roller 44 is sequentially conveyed to a position facing the photoreceptor 2 on which the electrostatic latent image is formed by the rotation of the developing roller 44. When a developing bias Vb in which a DC voltage Vdc and an AC voltage Vac are superimposed is applied from the developing device controller 104 to the developing roller 44, the toner T carried on the developing roller 44 is an alternating generated in the gap GP. It flies by the action of an electric field, and partially adheres to each part of the surface of the photoreceptor 2 according to the surface potential Vs, and thus the electrostatic latent image on the photoreceptor 2 is visualized as a toner image of the toner color. The Further, the toner that does not move to the photosensitive member 2 and remains on the developing roller 44 is further conveyed downstream, and is scraped off by the supply roller 43.
[0030]
FIG. 5 is a diagram showing the potential of each part of the apparatus. As described above, the developing bias Vb is obtained by superimposing the DC voltage Vdc and the AC voltage Vac (FIG. 4). The waveform of the AC voltage Vac has an amplitude Vpp as shown in FIG. Is a square wave. Further, the waveform duty, that is, the ratio of the period ta in which the instantaneous value is one peak value in one cycle and the period tb in which the other peak value is the other can be changed and set within a predetermined range. Therefore, the average voltage per cycle of the developing bias Vb, that is, the weighted average voltage Vavg can be changed by changing any one of the DC voltage Vdc, the amplitude Vpp of the AC voltage Vac, and the waveform duty.
[0031]
Further, as shown in FIG. 4, the surface of the photoreceptor 2 is partially exposed by the light beam L from the exposure unit 6 after being charged to a uniform surface potential by the charging unit 3. As a result, as shown in FIG. 5B, the surface potential Vs of the photosensitive member 2 is maintained at the charged potential Vo in the area where the exposure is not performed, while the surface of the surface of the exposed dot portion DT is maintained. The charge is neutralized and drops to the potential Von. Hereinafter, in the present specification, the potential Von of the region exposed by the light beam L on the surface of the photoreceptor 2 is referred to as “bright portion potential”, and the potential Vo of the unexposed region is referred to as “dark portion potential”.
[0032]
By applying such a potential to each part of the apparatus, the following parameters can be defined secondarily as shown in FIG. 5:
Contrast voltage Vcon = | Vavg−Von | (1);
Reverse contrast voltage Vr = | Vo−Vavg | (2);
Maximum gap voltage Vm = | Vo−Vdc | + Vpp / 2 (3).
[0033]
Among these, when the contrast voltage Vcon increases, the potential difference between the average potential of the developing roller 44 and the dot portion DT formed on the photosensitive member 2 increases, and the toner movement from the developing roller 44 to the dot portion DT is promoted. That is, the contrast voltage Vcon is a parameter relating to the toner adhesion amount in the dot portion DT.
[0034]
The reverse contrast voltage Vr is the difference between the average potential of the developing roller 44 and the surface potential of the unexposed area of the photoconductor 2. When this value is increased, the toner T flying to the gap GP is applied to the developing roller 44. The action of pulling back increases, and fogging and toner scattering to the inside of the apparatus are reduced, but toner adhesion to the minute dot portion DT is hindered, so that the image density of the thin line tends to be lowered. On the other hand, when the reverse contrast voltage Vr decreases, the action of attracting the toner T flying to the gap GP to either the developing roller 44 or the photoreceptor 2 is weakened. As a result, the toner T does not adhere to any of the toner T inside the apparatus. Increases the probability of splashing. Thus, the reverse contrast voltage Vr is a parameter relating to the image density of the fine line image and the degree of toner scattering inside the apparatus.
[0035]
Further, the maximum gap voltage Vm indicates the maximum value of the voltage applied to the gap GP. When this value becomes equal to or higher than the discharge start voltage in the gap GP, a discharge occurs between the developing roller 44 and the photosensitive member 2. In addition, the image quality may be significantly deteriorated, and the apparatus may be damaged. Thus, the maximum gap voltage Vm is a parameter relating to the presence or absence of discharge in the gap GP.
[0036]
Note that the potential and waveform of each bias applied to each part of the apparatus are not limited to the above. For example, the waveform of the AC voltage Vac included in the developing bias Vb may be a waveform such as a triangular wave or a sine wave in addition to the rectangular wave described above. In the above description, the photosensitive member 2 is described as a negative latent image, that is, a type in which toner adheres to an area exposed by the light beam L. However, the photosensitive member 2 is configured to adhere toner to an unexposed area. It may be a positive latent image type.
[0037]
In this embodiment, the maximum gap voltage Vm is defined as shown in the above equation (3) based on the potential relationship shown in FIG. 5, but a different definition may be necessary depending on the magnitude of the potential applied to each part. . That is, the maximum gap voltage Vm is the maximum value of the instantaneous potential difference that can occur between the developing roller 44 and the photoreceptor 2, and may be appropriately defined according to the magnitude of the potential of each part.
[0038]
Returning to FIG. 1, the description of the device configuration will be continued. The toner image developed by the developing unit 4 as described above is primarily transferred onto the intermediate transfer belt 71 of the transfer unit 7 in the primary transfer region TR1. The transfer unit 7 includes an intermediate transfer belt 71 stretched between a plurality of rollers 72 to 75, and a drive unit (not shown) that rotates the intermediate transfer belt 71 in a predetermined rotation direction D2 by rotationally driving the roller 73. It has. Further, a secondary transfer roller 78 is provided at a position facing the roller 73 with the intermediate transfer belt 71 interposed therebetween, and is configured to be able to contact and separate with respect to the surface of the belt 71 by an electromagnetic clutch (not shown). Yes. When a color image is transferred to the sheet S, the color toner images formed on the photoreceptor 2 are superimposed on the intermediate transfer belt 71 to form a color image, and the color image is taken out from the cassette 8 to be intermediate. The color image is secondarily transferred onto the sheet S conveyed to the secondary transfer region TR2 between the transfer belt 71 and the secondary transfer roller 78. Further, the sheet S on which the color image is formed in this way is conveyed via the fixing unit 9 to a discharge tray portion provided on the upper surface portion of the apparatus main body.
[0039]
Note that the surface potential of the photosensitive member 2 after the toner image is primarily transferred to the intermediate transfer belt 71 is reset by a neutralizing unit (not shown), and the toner remaining on the surface is removed by the cleaning unit 5. Then, the charging unit 3 receives the next charging.
[0040]
Further, a cleaner 76, a density sensor 60, and a vertical synchronization sensor 77 are disposed in the vicinity of the roller 75. Among these, the cleaner 76 can be moved toward and away from the roller 75 by an electromagnetic clutch (not shown). Then, the blade of the cleaner 76 abuts on the surface of the intermediate transfer belt 71 that is stretched over the roller 75 while moving to the roller 75 side, and the toner that remains on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71 after the secondary transfer. Remove. The vertical synchronization sensor 77 is a sensor for detecting the reference position of the intermediate transfer belt 71 and is used to obtain a synchronization signal output in association with the rotational drive of the intermediate transfer belt 71, that is, a vertical synchronization signal Vsync. Functions as a vertical sync sensor. In this apparatus, the operation of each part of the apparatus is controlled based on the vertical synchronization signal Vsync in order to align the operation timing of each part and accurately superimpose the toner images formed in the respective colors. Further, the density sensor 60 is provided to face the surface of the intermediate transfer belt 71, and measures the optical density of the patch image formed on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71 as described later.
[0041]
Further, as shown in FIG. 2, each of the developing units 4Y, 4C, 4M, and 4K is provided with memories 91 to 94 for storing data relating to the manufacturing lots and usage histories of the developing units, characteristics of the built-in toner, and the like. Yes. Further, connectors 49Y, 49C, 49M, and 49K are provided in the developing devices 4Y, 4C, 4M, and 4K, respectively. If necessary, these are selectively connected to a connector 108 provided on the main body side, and data is transmitted and received between the CPU 101 and each of the memories 91 to 94 via the interface 105 to relate to the developing device. It manages various information such as consumables management. In this embodiment, the main body side connector 108 and each developing device side connector 49K and the like are mechanically fitted to each other to exchange data, but for example using electromagnetic means such as wireless communication. Data transmission / reception may be performed without contact. The memories 91 to 94 for storing data unique to each of the developing devices 4Y, 4C, 4M, and 4K are nonvolatile memories that can store the data even when the power is off or the developing device is removed from the main body. As such a nonvolatile memory, for example, a flash memory, a ferroelectric memory, an EEPROM, or the like can be used.
[0042]
Although not shown in FIG. 1, the image forming apparatus includes a display unit 12 (FIG. 2). Then, a predetermined message is displayed according to a control command given from the CPU 111 as necessary, thereby functioning as “notification means” for notifying the user of necessary information. For example, when an abnormality such as a device failure or a paper jam occurs, a message is displayed informing the user to that effect. Further, when the remaining amount of toner in any of the developing devices has decreased to a predetermined value or less, a message prompting replacement of the developing device is displayed. As the display unit 12, for example, a display device such as a liquid crystal display can be used, but in addition to this, a warning lamp that is lit or blinks as necessary may be used. Further, in addition to visually informing the user by displaying a message, a voice alarm such as a pre-recorded voice message or a buzzer may be used, or a combination thereof may be used as appropriate.
[0043]
In FIG. 2, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the main controller 11 for storing an image given from an external device such as a host computer via the interface 112, and reference numeral 106 denotes an operation executed by the CPU 101. A ROM for storing control data for controlling the program, the engine unit EG, and the like, and a reference numeral 107 are a RAM for temporarily storing calculation results in the CPU 101 and other data.
[0044]
Next, density control processing in this image forming apparatus will be described. In the image forming apparatus configured as described above, in order to suppress fluctuations in image density caused by variations in individual apparatuses and due to changes in apparatus characteristics over time, the image forming apparatus can be appropriately used immediately after the apparatus is turned on. Density control processing is executed for each toner color at the timing, and optimization of weighted average voltage Vavg of developing bias as density control factor and energy per unit area of light beam L (hereinafter simply referred to as “exposure energy”) E It is carried out.
[0045]
More specifically, it is as follows. That is, among these density control factors, the weighted average voltage Vavg affects both the image density of the high density image and the low density image, while the exposure energy E greatly affects the image density of the low density image. However, it has been found that the effect on high density images is small. Here, a high-density image is an image in which the ratio of the area of the dot portion in the entire image is relatively high, such as a solid image or an image that is heavily filled, and a low-density image is a thin line image. As described above, the ratio of the area of the dot portion in the entire image is relatively low. Using this property, first, a high density patch image is formed as a test image for density detection, the image density is detected, and an optimum value of the weighted average voltage Vavg is obtained based on the detection result. Then, a low density patch image is formed, and an optimum value of the exposure energy E is obtained based on the detection result, whereby an image forming condition for obtaining a desired image density in either the high density image or the low density image is obtained. Looking for.
[0046]
FIG. 6 is a flowchart showing the developing bias setting process in this embodiment. FIG. 7 is a flowchart showing the exposure energy setting process in this embodiment. The contents of these processes are basically the same and only the parameters to be changed are partially different. Therefore, first, the development bias setting process shown in FIG. 6 will be described, and the differences in the exposure energy setting process of FIG. 7 will be mainly described.
[0047]
In this development bias setting process, first, the exposure energy E and the amplitude Vpp of the development bias Vb are set to predetermined reference values (step S1). Although the setting of the reference value is arbitrary, it is desirable that the density of the patch image easily changes due to the change of the weighted average voltage Vavg. From this point of view, here, the exposure energy E is set to the maximum value in the variable range, The amplitude Vpp is the median value in the variable range. Note that the variable range of the amplitude Vpp is high enough to obtain a sufficient electric field strength to cause the toner to fly in the gap GP, and so that no discharge occurs between the developing roller 44 and the photosensitive member 2 in the gap GP. Must be set.
[0048]
Next, the weighted average voltage Vavg is set to the minimum value in the variable range (step S2), and a solid image of a predetermined size, for example, is formed as a high density patch image (step S3). This high-density patch image is not limited to a solid image, but in order to suppress the dependence of the image density on the exposure energy E, a relatively high-density image, more specifically, for example, the entire patch image. It is desirable that the area ratio of the occupied dot portion is 80% or more. Then, until it is confirmed that the weighted average voltage Vavg is the maximum value in the variable range (step S4), the step S3 is repeated while increasing the weighted average voltage Vavg step by step (step S5). High density patch images formed with respective values from the minimum value to the maximum value of the weighted average voltage Vavg are arranged on 71 along the conveying direction D2 (FIG. 1) of the belt 71.
[0049]
Then, the CPU 101 samples the output voltage from the density sensor 60 in synchronization with the timing at which this patch image is conveyed to the position facing the density sensor 60, so that each patch image at each value of the weighted average voltage Vavg. Then, the image density is measured (step S6). Thus, in this embodiment, the density sensor 60 functions as a “detection unit”.
[0050]
At this time, the maximum value Dmax of the image density of each patch image is compared with a predetermined target density (step S7). When the maximum density Dmax is smaller than the target density, that is, when no patch image has reached the target density, the amplitude Vpp of the developing bias Vb is increased by one step (step S10), and the above operation is performed again by returning to step S2. .
[0051]
On the other hand, the minimum value Dmin of the image density of each patch image is also compared with the target density (step S8). When the minimum density Dmin exceeds the target value, a predetermined error message is displayed on the display unit 12 (S11), and the weighted average voltage Vavg is set to the minimum value in the variable range (step S12). Then, the developing bias setting process is terminated. The reason for this will be described in detail later.
[0052]
Returning to step S8, if any of the determination results by the comparison is NO, the process proceeds to step S9. At this time, since the target density is located between the maximum density Dmax and the minimum density Dmin, there should be a value of the weighted average voltage Vavg within which the patch image density matches the target density. is there. Therefore, the value is obtained and set as the optimum value of the weighted average voltage. In this way, the optimum value of the weighted average voltage Vavg is obtained.
[0053]
In the above processing, if none of the image densities of the patch images formed with each value of the weighted average voltage Vavg reaches the target density, the weighted average voltage Vavg is again set after increasing the amplitude Vpp of the developing bias Vb. A patch image is formed while changing. On the other hand, if any of the image densities of the patch images exceeds the target density, an error message is displayed and the weighted average voltage Vavg is set to the minimum value in the variable range. The reason for this is as follows.
[0054]
That is, in this image forming apparatus, the variable range of the weighted average voltage Vavg is determined so that the fluctuation can be absorbed by adjusting the weighted average voltage Vavg in consideration of the fluctuation range of the image density due to the surrounding environment or the like. On the other hand, as described above, in this type of image forming apparatus, the image density tends to gradually decrease with repeated use. Therefore, the above-described fluctuation range of the image density shifts to the low density side as the apparatus is used repeatedly. Further, the gap GP becomes larger than the design value due to the dimensional variation of parts, and there is a case where a sufficient amount of toner cannot be ejected due to insufficient strength of the alternating electric field generated in the gap GP. Accordingly, if the image density does not reach the target density no matter how the weighted average voltage Vavg is set, the developing bias amplitude Vpp is increased to increase the amount of toner flying in the gap GP. The fluctuation range of the image density shifted to the density side can be pulled back to the high density side.
[0055]
On the other hand, it is unlikely in normal operation that the minimum density Dmin exceeds the target density, that is, the image density becomes higher than the target density no matter how the weighted average voltage Vavg is set. This minimum density Dmin corresponds to the “lower limit of controllable image density” of the present invention. Such a phenomenon is considered to occur when some abnormality occurs in the operation of the apparatus.
[0056]
For example, when the density of toner carried on the surface of the developing roller 44 is larger than an assumed value or the gap GP is smaller than a design value, the amount of toner flying in the gap GP becomes larger than the design value. As a result, the amount of adhesion to the photoreceptor 2 also increases, and the fluctuation range of the image density shifts to a higher density side than initially assumed. Such an increase in the amount of toner flying leads to an increase in toner scattering inside the apparatus. On the other hand, if the gap GP is too small, a discharge occurs between the developing roller 44 and the photosensitive member 2, and not only the image quality is remarkably deteriorated, but also a failure of the apparatus such as a decrease in performance of the photosensitive member 2 may occur.
[0057]
Further, for example, the apparent image density may be high due to contamination on the surface of the density sensor 60. That is, if a part of the toner scattered inside the apparatus adheres to the density sensor 60, the amount of toner constituting the patch image is estimated to be larger than the original, and the detection result becomes higher than the original image density of the patch image. Will be obtained.
[0058]
In any case, it is difficult to say that the image can be stably formed. In such a case, it is desirable to promptly notify the user of an abnormality in the apparatus and to take appropriate measures. Therefore, in this embodiment, an error message is displayed on the display unit 12, and the development bias setting process is terminated after setting the weighted average voltage Vavg of the development bias to a minimum value so that the image density is as low as possible. I have to. The error message to be displayed here may be, for example, a content such as “An error has occurred in the device” or “Request an inspection from the service center”.
[0059]
Next, the exposure energy setting process in FIG. 7 will be described. When the development bias Vb is optimized as described above, with the development bias Vb set to the optimum value (step S101), the exposure energy setting process is subsequently executed to optimize the exposure energy E. . The basic concept of this exposure energy setting process is the same as the development bias setting process described above. However, as described above, the influence of the exposure energy E on the image density is slightly different from that of the developing bias Vb, and the processing contents are also different based on this.
[0060]
The first difference is the image pattern of the patch image to be formed (step S103). In this exposure energy setting process, a fine line image composed of a plurality of 1 dot lines arranged, for example, 1 on 10 off, based on the property that a change in exposure energy E has a significant effect on the density of the fine line image. Used as a low density patch image. Although the pattern of the patch image is not limited to this, it is desirable to use, for example, an image composed of isolated dots and fine lines because of the above properties, and the area ratio of the dot portion in the entire patch image is 20%. The following relatively low density image is preferable.
[0061]
The second difference is processing when the maximum density Dmax of the patch image has not reached the target density in step S107. In the development bias setting process of FIG. 6, in such a case, the patch image is formed again after increasing the amplitude Vpp of the development bias Vb, and the optimum value of the weighted average voltage Vavg is obtained. On the other hand, changing the amplitude Vpp in the exposure energy setting process is not preferable because it causes a density change in a high density image. As described above, the density of the fine line image also depends on the reverse contrast voltage Vr. Therefore, by reducing the reverse contrast voltage Vr, more specifically, by reducing the dark portion potential Vo of the photosensitive member 2, the image density of the high density image is maintained and the fine line patch image density is controlled by the exposure energy E. The range can be shifted to the high density side (step S110). In this state, if the value of the exposure energy E at which the patch image density matches the target density is obtained, that value becomes the optimum value of the exposure energy E. On the other hand, if the minimum density Dmin exceeds the target density, an error message is displayed on the display unit 12 (step S111) and exposure is performed with the exposure energy E set to the minimum value, as in the process of FIG. The energy setting process is terminated (step S112).
[0062]
As described above, in the image forming apparatus of this embodiment, the weighted average voltage Vavg of the developing bias and the exposure energy E as the density control factors are adjusted based on the image density of the toner image formed as the patch image. Therefore, it is possible to control the image density to be a predetermined target density. However, if the image density exceeds the target density regardless of how these density control factors are changed within the variable range, it is determined that an abnormality has occurred in the apparatus, and the density control process is terminated. ing. Therefore, it is not necessary to unnecessarily widen the variable range of each density control factor in order to widen the control range of image density, and it is only necessary to execute the density control process within a relatively narrow variable range. As a result, in this image forming apparatus, it is possible to control the image density efficiently and accurately while minimizing waste of toner and processing time.
[0063]
In addition, by displaying an error message that informs the user that an abnormality has occurred in the device, the user can recognize the abnormality of the device at an early stage. At this time, since the density control factor is set so that the image density becomes the lowest, the image density is kept as close as possible to the target density until the above abnormality is resolved, and image formation is continued. Can be done.
[0064]
As described above, when an abnormality occurs in the apparatus, it does not simply appear as an abnormality in image density, but may include more serious problems such as an increase in toner scattering and the occurrence of discharge. Therefore, when such an abnormality is detected from information indicating the operation state of the apparatus such as the image density of the patch image, the execution of the image forming operation may be prohibited. In such a case, image formation cannot be continued, but there are adverse effects caused by continuing image formation in an unstable state such as contamination of the inside of the apparatus due to toner scattering and performance deterioration of the photoreceptor 2 due to discharge. Can be prevented in advance.
[0065]
Next, another embodiment of density control processing in this image forming apparatus will be described with reference to FIG. In this embodiment, the apparatus configuration and basic operation are the same as those in the above embodiment, but the processing content when the density Dmin of the lowest density patch image exceeds the target density in the density control process is the same as that described above. This is partly different from the embodiment (FIG. 6). Therefore, here, the development bias setting process (2) in this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and the same configurations and processing contents will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Similarly, the exposure energy setting process has a difference from the above-described embodiment (FIG. 7), but the difference is basically the same as the difference in the development bias setting process. Illustration and description are omitted.
[0066]
As described above, in view of the possibility that the image density of the patch image may be detected as a higher value than the actual value due to toner adhesion to the density sensor 60, in this embodiment, the patch image formed under each condition If both image densities exceed the target density, the density sensor 60 is cleaned and a patch image is formed again to try to optimize the density control factor.
[0067]
FIG. 8 is a flowchart showing another embodiment of the developing bias setting process. This development bias setting process (2) is executed in place of the development bias setting process (FIG. 6) in the above-described embodiment, and the processes in steps S11 and S22 in FIG. It is replaced with the process of S25. As a result, the operation when it is determined in step S8 that the minimum density Dmin of the patch image has exceeded the target density is changed as follows.
[0068]
First, in step S21, it is determined whether or not the execution of the step has already been executed once, that is, whether or not the current execution is the second execution, and the subsequent processing contents differ depending on the determination result. It becomes. Here, the determination result in step S21 is “NO”, that is, the operation when step S21 is executed for the first time in the development bias setting process (2) is as follows. That is, first, a message for prompting the user to perform the cleaning of the density sensor 60, for example, “Please execute sensor cleaning”, is displayed on the display unit 12 (step S22). Then, it is determined whether or not the user has performed a cleaning operation (step S23), and if the operation has been completed, the process returns to step S2 to reset the development bias. Whether or not the cleaning operation has been performed can be determined based on, for example, whether or not the user has opened and closed a front cover (not shown) that covers the engine unit EG. Alternatively, the apparatus may be provided with a cleaning operation mode in which the concentration sensor 60 is automatically cleaned. This eliminates the possibility of erroneous detection of the patch image density due to the contamination of the density sensor 60 when the development bias is newly set. And the optimal value of the weighted average voltage Vavg is calculated | required by performing the process after step S2 again.
[0069]
On the other hand, even in the second processing, the minimum density Dmin may exceed the target density. In this case, it is considered that the patch image density is high due to other causes, not due to contamination of the density sensor 60. Therefore, if the image forming operation is allowed in this state, there is a possibility that a more serious problem such as contamination inside the apparatus due to toner scattering or apparatus failure due to occurrence of discharge may occur. Therefore, when it is determined that the execution is the second time in step S21, an error message notifying the occurrence of an abnormality in the apparatus is displayed (step S24), and the execution of the image forming operation is prohibited (step S25). Then, the developing bias setting process (2) is terminated. This prohibition of the image forming operation is preferably continued until the abnormality is resolved by repair / inspection.
[0070]
As described above, in this embodiment, when the image density of the patch image formed under each condition exceeds the target density, the patch image is formed again after the density sensor 60 is cleaned, It tries to optimize the control factor. For this reason, of the causes that the patch image density is higher than the target density, those due to erroneous detection of the patch image density due to the contamination of the density sensor 60 are eliminated. Then, with respect to causes that may cause more serious problems such as toner scattering and discharge, the image forming operation is prohibited until the cause is removed, so that these problems are prevented from occurring.
[0071]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the contents of the message displayed on the display unit 12 as needed are not limited to those exemplified above, and any message may be used.
[0072]
Further, for example, in the above-described embodiment, the image density is controlled by adjusting the weighted average voltage Vavg and the exposure energy E of the developing bias, but other density control factors that affect the image density are other than this. Various parameters are known, and the present invention can be applied to an apparatus using any of these parameters as a concentration control factor.
[0073]
Further, for example, in each of the above-described embodiments, the present invention is applied to an image forming apparatus that forms a toner image as a patch image, detects the image density, and adjusts the density control factor. The application target of the present invention is not limited to such an image forming apparatus. For example, the present invention can be applied to an apparatus that does not form a patch image and adjusts the density control factor based on the image density of an image formed and output in response to an image formation request from the user. is there.
[0074]
Further, for example, the present invention is applied to an apparatus capable of increasing or decreasing the image density according to the user's request, and the user further reduces the image density even though the image is formed with the lowest possible image density. May be determined that an abnormality has occurred, and this may be notified to the user. This is because it is considered that there is a high possibility that some sort of abnormal operation has occurred if the user feels that the image formed at the minimum density is too dark.
[0075]
In the above-described embodiment, the density sensor 60 is arranged at the position shown in FIG. 1, and the image density of the toner image formed as a patch image and transferred onto the intermediate transfer belt 71 is detected. The position of the sensor 60 is not limited to this, and is arbitrary. For example, the sensor 60 is disposed immediately downstream of the primary transfer region TR1 in the movement direction D2 of the intermediate transfer belt 71, and further disposed at a position facing the photoreceptor 2. Then, the density of the patch image on the photoreceptor 2 may be detected. In such a case, the time difference from when the patch image is formed to when the density detection is performed can be reduced, so that the detection result can be reflected in the density control process more quickly.
[0076]
For example, if it is determined that the target density can be achieved from the density detection result of the already formed patch image, if the subsequent patch image formation is canceled, unnecessary toner consumption can be suppressed and the time required for processing can be reduced. Can be shortened. In particular, if a patch image with the lowest image density is formed first, and the image density is immediately detected to determine whether it is greater than the target density, subsequent patch images are formed. Needless to say, it becomes possible to quickly detect the occurrence of an abnormality.
[0077]
The above-described embodiment is an image forming apparatus having the intermediate transfer belt 71 that temporarily carries the toner image developed on the photosensitive member 2, but the image having other transfer bodies such as a transfer drum and a transfer roller. The present invention is also applied to a forming apparatus and an image forming apparatus configured to directly transfer a toner image formed on the photosensitive member 2 without a transfer member to a sheet S as a final transfer material. be able to.
[0078]
The above-described embodiment is a non-contact development type image forming apparatus in which the developing roller 44 as a toner carrier and the photosensitive member 2 as an image carrier are arranged to face each other with a gap GP therebetween. The present invention can also be applied to a contact developing type image forming apparatus in which toner development is performed in a state where the toner is in contact therewith.
[0079]
In the above-described embodiment, the image forming apparatus is configured to be capable of forming a full-color image using toners of four colors of yellow, cyan, magenta, and black. For example, the present invention can be applied to an apparatus that forms a monochrome image using only black toner.
[0080]
Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a printer that executes an image forming operation based on an image signal from the outside of the apparatus. However, in response to a user's image formation request, for example, a copy button push, The present invention can also be applied to a copying machine that creates an image signal and executes an image forming operation based on the image signal, and a facsimile machine that executes an image forming operation based on an image signal given through a communication line. Needless to say.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a developing device of the image forming apparatus.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of non-contact development.
FIG. 5 is a diagram showing the potential of each part of the apparatus.
FIG. 6 is a flowchart showing a developing bias setting process.
FIG. 7 is a flowchart showing exposure energy setting processing.
FIG. 8 is a flowchart showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
2 ... photosensitive member, 4C, 4K, 4M, 4Y ... developer, 12 ... display unit (notification unit), 44 ... developing roller, 60 ... density sensor (detection unit), Vavg ... (development bias) weighted average voltage ( Concentration control factor)

Claims (4)

所定のパッチ画像の濃度が予め定められた目標濃度となるように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して、所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して形成した静電潜像をトナーにより現像することで画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成装置において、
動作異常の発生を報知する報知手段を備え、
前記濃度制御因子を所定の調整範囲内で多段階に変更設定して前記パッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて前記濃度制御因子の最適値を求める濃度制御処理を実行し、
前記濃度制御処理において、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているとき前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了することを特徴とする画像形成装置。The electrostatic density formed by exposing the photosensitive member charged to a predetermined surface potential by optimizing the density control factor that affects the image density so that the density of the predetermined patch image becomes a predetermined target density. In an image forming apparatus that executes an image forming operation for forming an image by developing a latent image with toner ,
Informing means for informing the occurrence of abnormal operation,
The density control factor is changed and set in multiple stages within a predetermined adjustment range to form the patch image, and a density control process for obtaining an optimum value of the density control factor based on the density detection result is executed.
In the density control process, when the density of the patch image exceeds the target density, the notification unit notifies the occurrence of an abnormal operation and ends the density control process. 交流成分および直流成分を有する現像バイアスを前記濃度制御因子とし、前記現像バイアスの直流成分を多段階に変更設定して形成したパッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度よりも低いときには前記現像バイアスの振幅を増加させて前記濃度制御処理を実行する一方、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了する請求項１に記載の画像形成装置。  A development bias having an AC component and a DC component is used as the density control factor, and when the density of a patch image formed by changing and setting the DC component of the development bias in multiple stages is lower than the target density, The density control process is executed while increasing the amplitude, and when the density of the patch images exceeds the target density, the notification means notifies the occurrence of an abnormal operation and ends the density control process. Item 2. The image forming apparatus according to Item 1. 露光エネルギーを前記濃度制御因子とし、前記露光エネルギーを多段階に変更設定して形成したパッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度よりも低いときには現像バイアスの直流成分と前記感光体の帯電電位との電位差を低下させて前記濃度制御処理を実行する一方、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには前記報知手段が動作異常の発生を報知して前記濃度制御処理を終了する請求項１に記載の画像形成装置。The exposure light energy and the density control factor, said when any density of a patch image exposure energy was formed by changing settings in multiple stages is lower than the target concentration and the charge potential of the photosensitive member and the DC component of the developing bias While the density control process is executed by reducing the potential difference between the patch images, when the density of the patch image exceeds the target density, the notification means notifies the occurrence of an abnormal operation and ends the density control process. The image forming apparatus according to claim 1. 所定のパッチ画像の濃度が予め定められた目標濃度となるように、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化して、所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して形成した静電潜像をトナーにより現像することで画像を形成する画像形成動作を実行する画像形成方法において、
前記濃度制御因子を所定の調整範囲内で多段階に変更設定して前記パッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて前記濃度制御因子の最適値を求める濃度制御処理を実行し、
前記濃度制御処理において、前記パッチ画像の濃度がいずれも前記目標濃度を超えているときには、報知手段により動作異常を報知して前記濃度制御処理を終了することを特徴とする画像形成方法。The electrostatic density formed by exposing the photosensitive member charged to a predetermined surface potential by optimizing the density control factor that affects the image density so that the density of the predetermined patch image becomes a predetermined target density. In an image forming method for executing an image forming operation for forming an image by developing a latent image with toner ,
The density control factor is changed and set in multiple stages within a predetermined adjustment range to form the patch image, and a density control process for obtaining an optimum value of the density control factor based on the density detection result is executed.
In the density control process, when all the densities of the patch images exceed the target density, an operation abnormality is notified by a notifying unit, and the density control process is ended.
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