JP6128149B2 - 画像形成装置、画像形成システムおよび濃度ムラ補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置、画像形成システムおよび濃度ムラ補正方法に関する。

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

このような画像形成装置では、感光体ドラム、現像剤等の経時的な劣化や、装置周辺の環境（温湿度の変動）等によって、出力画像（用紙に形成された画像）の画質が低下するという問題がある。具体的には、入力画像の色が出力画像に忠実に再現されなかったり、画像間で色合いが異なったりするという現象が生じる。そこで、従来の画像形成装置では、色再現性や色安定性が確保されるように、画像安定化制御が行われる。

また、画像形成装置においては、現像ローラーの回転振れに起因する感光体ドラムと現像ローラー間の距離の変動が原因で、感光体ドラムに形成されるトナー像に周方向（副走査方向）の濃度ムラが発生する場合がある。この場合、用紙に形成される画像においても、現像ローラーの回転周期に同調して濃度ムラが生じる。この周期的な濃度ムラを防止するための画像安定化制御では、例えば、感光体ドラムに形成されたパッチ画像（トナーパターン）の濃度を光センサーで検出し、この検出結果に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、画像の濃度補正が行われる。一般に、画像安定化制御は、連続して多数枚の用紙に画像が形成される場合に、非画像形成領域を利用して定期的に行われる。

特許文献１には、印刷時におけるバンディング（濃淡による横縞）の振幅を予測し、予測した振幅に基づいてバンディング補正処理を行うことで、より好適な補正を実現する技術が開示されている。特許文献１に記載の画像形成装置は、画像形成のために周期的な運動をする現像ローラーと、現像ローラーの基準状態において作成された、現像ローラーの電気抵抗に起因する濃度変動を補正するためのテーブルを保持する保持手段と、基準状態とは異なる状態における変動の振幅を予測する予測手段と、予測手段によって予測された振幅に基づいて、テーブルを調整する調整手段とを有する。

特開２０１３−８８７１７号公報

しかしながら、上記画像形成装置が長時間休止した後に電源オンにされて起動した直後の状態（以下、「休止後状態」という）では、現像剤の帯電量の低下により現像ローラー上において現像剤が搬送される量（以下、「現像剤搬送量」という）が多く安定していない。現像剤搬送量は、休止後状態からの時間の経過に伴って低下し、連続印刷後等の定常状態では、ある一定量で安定する。その結果、現像剤搬送量が多い休止後状態では、定常状態と比べて、副走査方向の濃度ムラひいては当該濃度ムラに対して必要な濃度補正量が大きくなる。図１は、休止後状態および定常状態において、現像ローラーの回転位置に応じて検出されたパッチ画像の濃度を示す図である。図１に示すように、休止後状態におけるパッチ画像の濃度変化を示す波形（図中点線）の振幅Ｂは、定常状態におけるパッチ画像の濃度変化を示す波形（図中実線）の振幅Ａより大きい。そのため、休止後状態においてトナー像の濃度を目標濃度に補正するために必要な濃度補正量は、定常状態においてトナー像の濃度を目標濃度に補正するために必要な濃度補正量より大きい。したがって、休止後状態で算出された濃度補正量をそのまま用いて濃度補正を行い続けると、補正量過多が発生し、副走査方向の濃度ムラを補正することができないという問題があった。

なお、特許文献１に記載の技術は、画像形成条件に関係なく、画像形成処理中に、画像形成環境の変化に応じて転写部材に印加すべき転写電圧を制御することを目的とした技術ではなく、したがってそのための構成を有していない。

本発明は、現像剤搬送量が変動しても、副走査方向の濃度ムラを補正することが可能な画像形成装置、画像形成システムおよび濃度ムラ補正方法を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、
回転可能な像担持体と、
回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成システムは、
画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
回転可能な像担持体と、
回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う制御部と、
を備える。

本発明に係る濃度ムラ補正方法は、
回転可能な像担持体と、
回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
を備える画像形成装置における濃度ムラ補正方法であって、
第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ検出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う。

本発明によれば、現像剤搬送量が変動しても、副走査方向の濃度ムラを補正することができる。

休止後状態および定常状態において、現像ローラーの回転位置に応じて必要な濃度補正量を示す図である。 本実施の形態における画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態における画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 現像剤帯電量と濃度補正量との関係を示す図である。 定常状態における画像形成装置の濃度補正動作を示すフローチャートである。 休止後状態における画像形成装置の濃度補正動作を示すフローチャートである。 移行状態における画像形成装置の濃度補正動作を示すフローチャートである。 検出波形および逆検出波形を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図３は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す。図２、３に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に転写（一次転写）し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに転写（二次転写）することにより、画像を形成する。画像形成装置１による画像形成処理のプロセス速度は、例えば３１５［ｍｍ／秒］である。

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

図３に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１００を備える。制御部１００は、本発明の「補正量算出部」、「補正部」、「搬送量算出部」および「制御部」として機能する。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

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

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

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

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１および操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

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

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、またはＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

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

感光体ドラム４１３は、例えばドラム径が６０［ｍｍ］のアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。電荷発生層は、電荷発生材料（例えばフタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光により一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。

制御部１００が感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３は一定の周速度で回転する。

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

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

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナー（粒径：６［μｍ］）を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。現像装置４１２が有する現像ローラー４１２Ａ（本発明の「現像剤担持体」に対応）は、回転しながら現像剤を担持し、現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム４１３に供給することによって感光体ドラム４１３の表面にトナー像を形成する。現像ローラー４１２Ａの外径は２５［ｍｍ］である。現像ローラー４１２Ａの近傍には、現像動作中に、現像電圧の印加によって現像ローラー４１２Ａに流れる電流値を測定する現像電流検出部４１６が設けられている。現像電流検出部４１６は、測定した電流値を制御部１００に出力する。

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

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

中間転写ベルト４２１は、基体としてＰＩ（ポリイミド）が用いられた無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

本実施の形態では、中間転写ベルト４２１の外周面に対向する位置に濃度検出部８０が設けられている。濃度検出部８０は、感光体ドラム４１３の表面に形成され、中間転写ベルト４２１に転写されたトナー像の濃度を検出する。濃度検出部８０は、入力画像のトナー付着量（濃度）を出力画像に忠実に再現させるための画像安定化制御を行う際に用いられる。濃度検出部８０は、中間転写ベルト４２１の外周面に形成されたパッチ画像（トナーパターン）からの反射光量を検出し、検出した反射光量を制御部１００に出力する。パッチ画像は、画像形成部４０によって、中間転写ベルト４２１の回転によって濃度検出部８０と対向するように形成される。

濃度検出部８０には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの発光素子と、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）などの受光素子とを備えた光センサーを適用することができる。濃度検出部８０は、中間転写ベルト４２１の表面に光を照射し、反射して返ってきた光の量（反射光量）を検出する。中間転写ベルト４２１上に形成されたパッチ画像のトナー付着量が多いほど、照射された光がパッチ画像に遮られるため、受光素子における受光量が減少して反射光量は小さくなり、濃度検出部８０から出力されるセンサー出力値は小さくなる。逆に、中間転写ベルト４２１上に形成されたパッチ画像のトナー付着量が少ないほど、中間転写ベルト４２１で反射した光が多く返ってくるため、受光素子における受光量が増加して反射光量は大きくなり、濃度検出部８０から出力されるセンサー出力値は大きくなる。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に体積抵抗率が８〜１１［ｌｏｇΩ・ｃｍ］である高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１００からの制御信号によって回転駆動される。なお、中間転写ベルト４２１については、導電性および弾性を有するものであれば、材質、厚さおよび硬度を限定しない。

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

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

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

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側（二次転写ローラー４２４と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用しても良い。

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

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

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

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

画像形成装置１では、感光体ドラム４１３、現像剤等の経時的な劣化や、装置周辺の環境（温湿度の変動）等によって、出力画像（用紙Ｓに形成された画像）の画質が低下するという問題がある。具体的には、入力画像の色が出力画像に忠実に再現されなかったり、画像間で色合いが異なったりするという現象が生じる。そこで、画像形成装置１では、色再現性や色安定性が確保されるように、画像安定化制御が行われる。画像安定化制御は、例えば画像形成装置１が電源オンにされて起動したとき、所定枚数のプリントが実行される毎、装置周辺環境（温湿度など）の変動量が所定範囲を超えたとき、故障などのトラブルからの復帰時などに実行される。

画像安定化制御では、中間転写ベルト４２１に形成されたパッチ画像の濃度を濃度検出部８０で検出し、この検出結果に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、画像の濃度補正が行われる。

また、画像形成装置１においては、現像ローラー４１２Ａの回転振れに起因する感光体ドラム４１３と現像ローラー４１２Ａ間の距離の変動等が原因で、感光体ドラム４１３に形成されるトナー像に周方向（副走査方向）の濃度ムラが発生する場合がある。この場合、中間転写ベルト４２１ひいては用紙Ｓに形成される画像においても、現像ローラー４１２Ａの回転周期に同調して濃度ムラが生じる。

このような副走査方向の濃度ムラに対し、制御部１００は、感光体ドラム４１３ひいては中間転写ベルト４２１に形成されたパッチ画像の濃度検出部８０による検出結果（すなわちパッチ画像の濃度変化を示す波形）に基づいて濃度ムラを補正する。制御部１００は、目標濃度と比べて濃度が薄い部分については濃度が濃くなるような調整を行い、目標濃度と比べて濃度が濃い部分については濃度が薄くなるような調整を行う。濃度の調整は、画像形成条件としての現像バイアスや入力画像データにおけるトナー濃度の設定値を変更することによって行われる。

ところで、画像形成装置１が長時間休止した後に電源オンにされて起動した直後の状態（休止後状態、本発明の「第１状態」に対応）では、現像剤の帯電量の低下により現像ローラー４１２Ａ上において現像剤が搬送される量（現像剤搬送量）が多く安定していない。現像剤搬送量は、休止後状態からの時間の経過に伴って低下し、連続印刷後等の定常状態（本発明の「第２状態」に対応）では、ある一定量で安定する。その結果、現像剤搬送量が多い休止後状態では、定常状態と比べて、副走査方向の濃度ムラひいては当該濃度ムラに対して必要な濃度補正量が大きくなる。そのため、休止後状態で算出された濃度補正量をそのまま用いて濃度補正を行い続けると、補正量過多が発生し、副走査方向の濃度ムラを補正することができないという問題が生じる。

そこで、本実施の形態では、休止後状態から定常状態までの間において、現像剤搬送量と、副走査方向の濃度ムラに対して必要な濃度補正量との間に比例関係（線形関係）が存在することに着目し、現像剤搬送量を常に算出し続け、次のような制御を行う。すなわち、制御部１００は、定常状態における現像剤搬送量と濃度補正量と、現像剤搬送量が過多である休止後状態における現像剤搬送量と濃度補正量とを予め記憶部７２に記憶させておき、定常状態までの各時点（移行状態、本発明の「第３状態」に対応）において現像剤搬送量を算出し、算出された現像剤搬送量と、記憶部７２に記憶されている現像剤搬送量および濃度補正量とによって副走査方向の濃度ムラを補正するための濃度補正量を算出する。これにより、休止後状態以降、定常状態に移行するまでの各時点において、補正量過多の発生を防止し、ひいては副走査方向の濃度ムラを補正することができる。

図４は、休止後状態、移行状態および定常状態における現像剤の帯電量と濃度補正量との関係を示す図である。図４に示すように、休止後状態では、現像剤の帯電量が低く、現像剤搬送量が多いため、濃度補正量は大きい。一方、定常状態では、現像剤の帯電量が高く、現像剤搬送量が少ないため、濃度補正量は小さい。移行状態では、現像剤の帯電量、現像剤搬送量および濃度補正量は、休止後状態と定常状態との中間である。そして、現像剤の帯電量と、現像剤搬送量との間には、当該帯電量が大きくなるにつれて現像剤搬送量が少なくなる比例関係が存在する。それゆえ、休止後状態から定常状態までの間において、現像剤搬送量と、副走査方向の濃度ムラに対して必要な濃度補正量との間に比例関係が存在する。

次に、本実施の形態における画像形成装置１の濃度補正動作について説明する。まず、図５に示すフローチャートを参照し、操作部２２を介して検出モードの実行指示を受け付けた場合等、定常状態における現像剤搬送量および濃度補正量を算出する動作について説明する。定常状態は、現像装置４１２内の現像剤の帯電量が高く、現像剤搬送量が一定量で安定している状態を指す。定常状態になる状況としては、連続印刷後、現像剤の初期インストール時（現像剤の初期状態）等が挙げられる。

まず、制御部１００は、画像形成部４０を制御して、中間階調以上（本実施の形態では、２００階調）のパッチ画像を感光体ドラム４１３ひいては中間転写ベルト４２１の外周面に形成させる（ステップＳ１００）。具体的には、画像形成部４０は、感光体ドラムの外周面に対して、主走査方向１０［ｍｍ］×副走査方向４４［ｍｍ］（現像ローラー４１２Ａの外周に相当）×１０［周期］のトナー帯からなるパッチ画像を形成する。

次に、制御部１００は、中間転写ベルト４２１の外周面に形成されたパッチ画像の濃度検出部８０による検出結果を取得する（ステップＳ１２０）。検出結果は、現像ローラー４１２Ａの回転位置に応じたパッチ画像の濃度変化を示す波形である。画像形成装置１は、感光体ドラムの外周面にパッチ画像が形成される際における、現像ローラー４１２Ａの回転位置を検知する回転位置検知部（図示せず）を備えている。制御部１００は、回転位置検知部の検知結果と濃度検出部８０による検出結果とを突き合わせることによって、現像ローラー４１２Ａの回転位置に応じた副走査方向の濃度ムラを検出することができる。

次に、制御部１００は、取得した検出結果（検出波形）に基づいて副走査方向の濃度ムラに対して必要な濃度補正量（以下、「第２補正量」）を算出する（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部１００は、検出波形に対して高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）処理を施し、ノイズ除去のために補正対象の周波数帯を切り出した後、逆高速フーリエ変換を実施して逆検出波形を求める。図８は、検出波形（実線）および逆検出波形（点線）を示す図である。逆検出波形は、現像ローラー４１２Ａの回転位置に応じた濃度補正量の変化を示す波形である。図８に示すように、周期的な濃度ムラとは逆位相の濃度波形を、現像ローラー４１２Ａの各回転位置に対応する入力画像データにフィードバックすることによって画像濃度を一定にすることができる。

次に、制御部１００は、算出された第２補正量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ１６０）。次に、制御部１００は、算出された第２補正量に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、副走査方向の濃度ムラを補正する（ステップＳ１８０）。

次に、制御部１００は、画像形成部４０を制御し、現像剤の帯電量を検出するための帯電量検出パッチ画像を感光体ドラム４１３の外周面に形成させる（ステップＳ２００）。次に、制御部１００は、帯電量検出パッチ画像が形成された際の現像電流検出部４１６による電流値測定結果と、中間転写ベルト４２１に形成された帯電量検出パッチ画像の濃度検出部８０による検出結果とに基づいて、現像剤の帯電量を検出する（ステップＳ２２０）。

次に、制御部１００は、検出された帯電量に基づいて、現像剤搬送量（以下、「第２現像剤搬送量」）を算出する（ステップＳ２４０）。本実施の形態では、制御部１００は、現像剤の帯電量と現像剤搬送量との対応関係（比例関係）が表された所定テーブルを参照し、検出された帯電量に対応する現像剤搬送量を第２現像剤搬送量として算出する。

最後に、制御部１００は検出された第２現像剤搬送量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ２６０）。ステップＳ２６０の処理が完了することによって、画像形成装置１は、図５における処理を終了する。

次に、図６を参照し、定常状態における算出動作と同様に、休止後状態における現像剤搬送量および濃度補正量を算出する動作について説明する。休止後状態は、現像装置４１２内の現像剤の帯電量が低いため、現像剤搬送量が多く、安定していない状態を指す。

まず、制御部１００は、画像形成部４０を制御して、パッチ画像を感光体ドラム４１３ひいては中間転写ベルト４２１の外周面に形成させる（ステップＳ３００）。具体的には、画像形成部４０は、感光体ドラムの外周面に対して、主走査方向１０［ｍｍ］×副走査方向４４［ｍｍ］（現像ローラー４１２Ａの外周に相当）×１０［周期］のトナー帯からなるパッチ画像を形成する。

次に、制御部１００は、中間転写ベルト４２１の外周面に形成されたパッチ画像の濃度検出部８０による検出結果を取得する（ステップＳ３２０）。次に、制御部１００は、取得した検出結果（検出波形）に基づいて副走査方向の濃度ムラに対して必要な濃度補正量（以下、「第１補正量」）を算出する（ステップＳ３４０）。

次に、制御部１００は、算出された第１補正量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ３６０）。次に、制御部１００は、算出された第１補正量に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、副走査方向の濃度ムラを補正する（ステップＳ３８０）。

次に、制御部１００は、画像形成部４０を制御し、現像剤の帯電量を検出するための帯電量検出パッチ画像を感光体ドラム４１３の外周面に形成させる（ステップＳ４００）。次に、制御部１００は、帯電量検出パッチ画像が形成された際の現像電流検出部４１６による電流値測定結果と、中間転写ベルト４２１に形成された帯電量検出パッチ画像の濃度検出部８０による検出結果とに基づいて、現像剤の帯電量を検出する（ステップＳ４２０）。

次に、制御部１００は、検出された帯電量に基づいて、現像剤搬送量（以下、「第１現像剤搬送量」）を算出する（ステップＳ４４０）。最後に、制御部１００は算出された第１現像剤搬送量を記憶部７２に記憶させる（ステップＳ４６０）。ステップＳ４６０の処理が完了することによって、画像形成装置１は、図６における処理を終了する。

最後に、図７を参照し、移行状態（定常状態までの各時点）における現像剤搬送量および濃度補正量を算出する動作について説明する。休止後状態は、現像装置４１２内の現像剤の帯電量が定常状態よりも低いため、現像剤搬送量が定常状態より多く安定していない状態を指す。

まず、制御部１００は、画像形成部４０を制御し、現像剤の帯電量を検出するための帯電量検出パッチ画像を感光体ドラム４１３の外周面に形成させる（ステップＳ５００）。次に、制御部１００は、帯電量検出パッチ画像が形成された際の現像電流検出部４１６による電流値測定結果と、中間転写ベルト４２１に形成された帯電量検出パッチ画像の濃度検出部８０による検出結果とに基づいて、現像剤の帯電量を検出する（ステップＳ５２０）。

次に、制御部１００は、検出された帯電量に基づいて、現像剤搬送量（以下、「第３現像剤搬送量」）を算出する（ステップＳ５４０）。次に、制御部１００は、算出された第３現像剤搬送量が記憶部７２に記憶されている第２現像剤搬送量より多いか否かについて判定する（ステップＳ５６０）。この判定の結果、第３現像剤搬送量が第２現像剤搬送量より多くない、すなわち定常状態に移行していると考えられる場合（ステップＳ５６０、ＮＯ）、制御部１００は、記憶部７２に記憶されている第２補正量に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、副走査方向の濃度ムラを補正する（ステップＳ６２０）。ステップＳ４６０の処理が完了することによって、画像形成装置１は、図７における処理を終了する。

一方、第３現像剤搬送量が第２現像剤搬送量より多い、すなわち定常状態に移行していないと考えられる場合（ステップＳ５６０、ＹＥＳ）、制御部１００は、以下の式（１）に従って、副走査方向の濃度ムラに対して必要な濃度補正量（以下、「第３補正量」）を算出する（ステップＳ５８０）。
Ｙ＝（Ｅ−Ｃ）／（Ｅ−Ｄ）×（Ｐ−Ｘ）・・・（１）
ただし、Ｅは第１現像剤搬送量、Ｐは第１補正量、Ｄは第２現像剤搬送量、Ｘは第２補正量、Ｃは第３現像剤搬送量、Ｙは第３補正量である。

最後に、制御部１００は、算出された第３補正量に基づいて入力画像データに画像処理を行ったり、帯電電位、現像電位、露光量等の画像形成条件を変更したりすることにより、副走査方向の濃度ムラを補正する（ステップＳ６００）。ステップＳ６００の処理が完了することによって、画像形成装置１は、図７における処理を終了する。

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、画像形成装置１は、休止後状態において搬送量算出部および補正量算出部により算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が休止後状態より少ない定常状態において搬送量算出部および補正量算出部により算出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が休止後状態より少なく、かつ、定常状態より多い移行状態において搬送量算出部により算出された第３現像剤搬送量とを用いて、移行状態においてトナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された第３補正量に基づいてトナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う。

このように構成した本実施の形態によれば、休止後状態以降、定常状態に移行するまでの各時点において、補正量過多の発生を防止し、ひいては副走査方向の濃度ムラを補正することができる。また、本実施の形態では、第３現像剤搬送量を算出した後、その第３現像剤搬送量を用いた演算式によって第３補正量が算出されるため、パッチ画像の形成→パッチ画像の濃度検出→濃度検出結果に対する高速フーリエ変換処理といった複数の処理を行うことなく簡単に第３補正量を算出することができる。

なお、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。本発明は、画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムに適用できる。複数のユニットには、例えば後処理装置、ネットワーク接続された制御装置等の外部装置が含まれる。

［実施例］
最後に、本発明者らが行った、上記実施の形態における有効性を確認する実験の結果について説明する。

［実施例に係る画像形成装置の構成］
実施例に係る画像形成装置としては、図２，３の構成を有する画像形成装置１を用いた。

［比較例に係る画像形成装置の構成］
比較例に係る画像形成装置としては、図２，３の構成を有する画像形成装置１を用いた。ただし、上記実施の形態と異なり、休止後状態で算出された濃度補正量をそのまま用いて副走査方向の濃度ムラの補正動作を行った。

［実験方法］
実験では、画像形成装置が１６時間休止した後に電源オンにされて起動した直後の状態（休止後状態）から、画像濃度が１２８階調値であり、Ｋ（ブラック）のハーフトーン画像の画像形成処理を１０００枚連続で行った。そして、副走査方向の濃度ムラの発生状況を確認した。本実験では、実施例および比較例における「副走査方向の濃度ムラの発生状況」について、下記評価基準に基づいて評価した。
（副走査方向の濃度ムラの発生状況）
○：濃度ムラは発生しなかった。
△：運用上問題がない軽微な濃度ムラが発生した。
×：運用上問題がある重度の濃度ムラが発生した。

表１に、実施例および比較例のそれぞれについて副走査方向の濃度ムラの発生状況を示す。

［実験結果］
表１に表したように、実施例では、休止後状態以降、画像形成処理が１０００［枚］まで進行しても、補正量過多の発生を防止し、副走査方向の濃度ムラを補正することができた。一方、比較例では、休止後状態以降、画像形成処理が１００［枚］まで進んだ段階で補正量過多が発生しはじめ、それ以降、画像形成処理が５００［枚］まで進んだ段階で副走査方向の濃度ムラの発生状況は悪化した。以上の実験結果から、上記実施の形態における有効性を確認することができた。

１ 画像形成装置
１０ 画像読取部
２０ 操作表示部
２１ 表示部
２２ 操作部
３０ 画像処理部
４０ 画像形成部
５０ 用紙搬送部
６０ 定着部
７１ 通信部
７２ 記憶部
８０ 濃度検出部
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
４１２Ａ 現像ローラー
４１３ 感光体ドラム
４１６ 現像電流検出部
４２１ 中間転写ベルト

Claims (8)

1. 回転可能な像担持体と、
   回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
   前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
   前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
   前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
   前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
   第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う制御部と、
   を備える、
   画像形成装置。
2. 前記制御部は、以下の式（１）に従って、前記第３補正量を算出する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
   Ｙ＝（Ｅ−Ｃ）／（Ｅ−Ｄ）×（Ｐ−Ｘ）・・・（１）
   ただし、Ｅは第１現像剤搬送量、Ｐは第１補正量、Ｄは第２現像剤搬送量、Ｘは第２補正量、Ｃは第３現像剤搬送量、Ｙは第３補正量である。
3. 前記搬送量算出部は、前記現像剤の帯電量に基づいて前記現像剤搬送量を算出する、
   請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記第２状態は、前記現像剤の初期状態である、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記補正部は、入力画像データに対して画像処理を行うことによって前記トナー像の濃度ムラを補正する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記補正部は、画像形成条件を変更することによって前記トナー像の濃度ムラを補正する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
   回転可能な像担持体と、
   回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
   前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
   前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
   前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
   前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
   第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う制御部と、
   を備える、
   画像形成システム。
8. 回転可能な像担持体と、
   回転しながら現像剤を担持し、前記現像剤に含まれるトナーを前記像担持体に供給することによって前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像剤担持体と、
   前記像担持体の表面に形成された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
   前記濃度検出部の検出結果に基づいて、前記現像剤担持体の回転方向である副走査方向に発生した前記トナー像の濃度ムラを補正するための補正量を算出する補正量算出部と、
   前記補正量算出部により算出された補正量に基づいて、前記濃度ムラを補正する補正部と、
   前記現像剤担持体上において前記現像剤が搬送される量を現像剤搬送量として算出する搬送量算出部と、
   を備える画像形成装置における濃度ムラ補正方法であって、
   第１状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ算出された第１現像剤搬送量および第１補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少ない第２状態において前記搬送量算出部および前記補正量算出部によりそれぞれ検出された第２現像剤搬送量および第２補正量と、現像剤搬送量が前記第１状態より少なく、かつ、前記第２状態より多い第３状態において前記搬送量算出部により検出された第３現像剤搬送量とを用いて、前記第３状態において前記トナー像の濃度ムラを補正するための第３補正量を算出し、算出された前記第３補正量に基づいて前記トナー像の濃度ムラを補正するように制御を行う、
   濃度ムラ補正方法。

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