JP6690088B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、画像安定化制御を行う電子写真方式による画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、感光体の感光特性や現像剤の帯電量の変化などに起因して出力画像の濃度が安定しないという問題がある。このような画像品質の劣化を防止するために、個々の画像形成装置においては、印字動作の前や印字動作中に像担持体上に所定の作像条件でトナーによるテストパターンを形成し、該テストパターンの濃度を光学的に検出し、その結果を帯電電圧や現像バイアス電圧、露光光量などの作像条件、入出力画像データ特性（ガンマ補正データ）などにフィードバックしている（例えば、特許文献１参照）。この種のフィードバック制御は画像安定化制御と称され、主に最大濃度、中間調濃度、線幅（ドット径）を維持している。

画像安定化制御を実行する場合、印字動作の中断によってプリント生産性が低下するのを極力回避するため、印字動作の前や連続印字動作中であって用紙が作像部に送り込まれていないときに画像濃度の状態を検出する状態検出制御を実行している。状態検出制御では画像安定化制御時に形成するテストパターンよりも短いテストパターン（以下、画像安定化制御のテストパターンと区別するために制御パターンと称する）を像担持体上に形成し、光学センサによるその濃度検出結果に基づいて印字される画像濃度が所定範囲内にあるか否かを判断し、画像安定化制御実行の可否を判断する制御が知られている。状態検出制御では、最大濃度、中間調濃度、線再現性などの品質を確認するためにそれぞれに適した制御パターンを形成している。

特開２００９−２１７１６３号公報

ところで、トナー像の濃度を検出する手段（光学センサ）は、高濃度領域での検出ができないという問題点を有している。光学センサによる濃度の検出は、トナーが付着していない領域では光がほぼ全反射し、トナーが付着している領域では一部の光がトナーに吸収されて反射光が少なくなる現象を利用している。光学センサによるトナー付着量検出特性は、図８に示すように、付着量の増加に伴ってセンサ出力値が低下することになる。つまり、光学センサはテストパターンの色や付着量の絶対値を測定している訳ではなく、トナーの付着量の増加に伴って変化する隠蔽率の変化を付着量の代用特性として検出している。それゆえ、図８に示す高濃度領域Ｘでは検出感度が低下し、濃度を正確に検出することができない。

画像安定化制御における最大濃度制御では、図９に示すように、現像バイアス電圧に対してトナー付着量がリニアに変化する特性を利用し、光学センサが直接検出的ない最大濃度を制御している。

最大濃度の状態検出制御では、テストパターンを最大濃度で形成し、最大濃度状態を検出する方法が最も単純かつ容易である。しかし、光学センサの検出感度が低くて最大濃度を検出できないため、最大濃度より低い濃度となる階調でパターンを形成し、最大濃度の状態を予測する必要がある。最大濃度の状態を予測するために、制御精度の観点では光学センサが検出可能な範囲において極力高濃度でテストパターンを形成し、その濃度を検出する必要がある。つまり、図１０に示すように、最大濃度の変動に伴う中間調濃度の変動は、高濃度部（高階調）のほうが大きい。濃度変化を検出可能な階調に設定するのが望ましい。

しかし、光学センサの検出可能な範囲は、センサ自体の個体差、取付け精度のばらつきなどによって異なり、また、トナー粉煙や紙粉による汚れなどで経時的にも変化する。そのため、極力高濃度でテストパターンを形成し、その濃度を検出しようとしても、画像形成装置間でのばらつきや経時的な変化で最大濃度の状態が正確に検出できないという課題が残っていた。つまり、図１１に示すように、最大濃度の変動に伴って領域Ｙでは最大濃度の変動が検出できない。

本発明の目的は、最大濃度状態検出制御で用いるテストパターンの最も好ましい階調を精度よく決定できる画像形成装置を提供することにある。

本発明の一形態である画像形成装置は、
像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を光学的に検出する検出手段と、
前記画像形成手段の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記像担持体上にトナーによる複数の濃度水準からなる制御パターンを形成し、前記検出手段による該制御パターンの濃度検出限界に応じて最大濃度の変動を推定し、前記テストパターンの階調を決定する状態検出制御を実行し、
前記制御手段は、前記決定された階調でテストパターンを前記像担持体上に形成し、前記検出手段による該テストパターンの濃度検出結果が所定範囲内かどうかを判断する最大濃度状態検出制御を実行すること、
を特徴とする。

前記画像形成装置において、制御手段は像担持体上にトナーによる複数の濃度水準からなる制御パターンを形成し、光学的な検出手段による該制御パターンの濃度検出結果が最大濃度となった階調を最大濃度状態検出制御でのテストパターンの階調に決定する状態検出制御を実行する。これにて、画像安定化制御の前提となる最大濃度状態検出制御で用いるテストパターンの最も好ましい階調が、装置の個体差や経時変化に拘わらず精度よく決定される。

本発明によれば、最大濃度状態検出制御のために像担持体上に形成されるテストパターンの最も好ましい階調を精度よく決定できる。

一実施例である画像形成装置の概略構成図である。 画像安定化制御を示すフローチャート図である。 ガンマ補正制御パターンを示す模式図である。 状態検出制御を示すフローチャート図である。 ガンマ補正制御パターンの検出濃度を示すチャート図である。 テストパターンの設定濃度を示すチャート図である。 最大濃度状態検出制御を示すフローチャート図である。 光学センサによるトナー付着量検出特性を示すグラフである。 現像バイアス電圧に対するトナー付着量を示すグラフである。 最大濃度の変動に伴う中間調濃度の変動を示すグラフである。 最大濃度の変動を検出できない領域を示すグラフである。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

一実施例である画像形成装置１は、図１に示すように、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたものである。即ち、四つのプロセスユニット１０（イエロー画像用のユニット１０ｙ、マゼンタ画像用のユニット１０ｍ、シアン画像用のユニット１０ｃ、ブラック画像用のユニット１０ｋ）が並置されており、各感光体１１上に形成された各色のトナー画像を矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト３１上に各転写ローラ３２から付与される電界により転写／合成（１次転写）する。その後、合成トナー画像を転写ローラ３５から付与される電界により記録媒体（用紙）上に２次転写する。

それぞれの感光体１１の周囲には、帯電ローラ１２、現像器１３、残留トナーのクリーニングブレード１４などが配置されており、さらに感光体１１上に静電潜像を形成するレーザー走査光学ユニット２０が配置されている。この種のプロセスユニット１０によって電子写真方式で感光体１１上にトナー画像を形成し、該トナー画像を中間転写ベルト３１上に１次転写し、さらに記録媒体上に２次転写するプロセスは周知である。

記録媒体（用紙）は、給紙カセット５０に積載収容されており、給紙ローラ５１によって１枚ずつ給紙される。給紙された用紙は、レジストローラ対５２を介して２次転写部へ搬送され、前記中間転写ベルト３１からトナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット５５でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５６から排出部５７へ排出される。

画像形成装置１においては、まず、帯電量、露光光量、現像バイアス電圧などの作像条件を所定の値として感光体１１上にトナーにてパターンを形成し、中間転写ベルト３１上に転写する。そして、中間転写ベルト３１上に転写されたトナーパターンの濃度をセンサＳＥ１にて光学的に検出し、この検出値に基づいて、以下に説明する画像安定化制御、状態検出制御、最大濃度状態検出制御を行う。これらの制御は画像形成装置１の全体的な制御とともに、制御部６０を構成するＣＰＵにて実行される。

画像安定化制御は、図２に示すように、光学センサＳＥ１の出力電圧が適正になるように校正し（ステップＳ１）、トナーの感光体１１への付着量（現像効率）が最大濃度となるように現像バイアス電圧を制御し（ステップＳ２）、光学ユニット２０のＬＤ光量（露光光量）を適正に制御し（ステップＳ３）、ガンマ補正制御を実行する（ステップＳ４）。

図３にガンマ補正制御に使用する制御パターン３６Ｙ（イエロー），３６Ｍ（マゼンタ），３６Ｃ（シアン），３６Ｋ（ブラック）を示す。この制御パターン３６Ｙ，３６Ｍ，３６Ｃ，３６Ｋは、図３では、それぞれの感光体１１上に形成されて中間転写ベルト３１上に転写された状態で示しており、低濃度から最大濃度までの複数の階調にて形成されている。ガンマ補正はこの制御パターンを使用して行われる周知の制御であり、この制御パターンを本実施例における状態検出制御でも利用する。

図４に、ガンマ補正制御に使用する前記制御パターン３６Ｙ，３６Ｍ，３６Ｃ，３６Ｋを利用して光学センサＳＥ１の検出範囲を演算し、最大濃度状態検出制御で用いるテストパターンの階調を決定する手順を示す。具体的には、前記ガンマ補正用制御パターンを中間転写ベルト３１上に形成し（ステップＳ１１）、光学センサＳＥ１にてその濃度を検出し（ステップＳ１２）、その検出値を濃度に変換する（ステップＳ１３）。光学センサＳＥ１の検出値に対する濃度は予め測定されており、ＣＰＵ６０にルックアップテーブルなどで格納されている。

次に、光学センサＳＥ１の検出範囲を算出し（ステップＳ１４）、テストパターンの階調を決定する（ステップＳ１５）。図５に示すように、光学センサＳＥ１の検出範囲以上の濃度では出力電圧が飽和し、検出値から変換する濃度も飽和する。即ち、光学センサＳＥ１での検出範囲以上の濃度は飽和してしまう。このように、飽和した検出濃度を光学センサＳＥ１の検出範囲として算出することができる。２５５階調の検出濃度を飽和濃度として扱ってもよい。最大濃度状態検出制御のテストパターンの階調（濃度）は検出飽和濃度で形成した場合、最大濃度が濃くなる方向に変化した場合、濃度変化を検出できないため、検出飽和濃度よりも低い濃度で形成する必要があり、最大濃度の変動許容幅から算出する。

具体的には、図６に示すように、最大濃度の変動許容幅をΔＭ％と設定し、光学センサＳＥ１の検出上限濃度をＬ、状態検出制御パターンの濃度をＴとした場合、Ｔ＝Ｌ／（１＋Ｍ／１００）で算出する。最大濃度の変動幅と同じ割合で高濃度部も変動すると仮定している。

最大濃度の状態検出制御は、連続印字動作中であって用紙が作像部に送り込まれていないとき、装置１の電源をオンしたときの初期動作終了後、印字動作の直前などのタイミングで実行する。図７に示すように、前記ステップＳ１５で決定された階調でテストパターンを中間転写ベルト３１上に形成し（ステップＳ２１）、光学センサＳＥ１にてその濃度を検出し（ステップＳ２２）、その検出値を濃度に変換する（ステップＳ２３）。濃度検出結果が変動許容幅以内であれば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、作像条件を微調整する（ステップＳ２５）。作像条件とは、現像バイアス電圧、ＬＤ光量（露光光量）などである。一方、濃度検出結果が許容幅を超えて変動していれば（ステップＳ２４でＮＯ）、印字動作を中断し、画像安定化制御を起動して最大濃度制御を実行する（ステップＳ２６）。

濃度が濃い方向に変動していた場合は、最大濃度制御のテストパターンを薄い濃度に設定し、濃度が薄い方向に変動していた場合は、最大濃度制御のテストパターンを濃い濃度に設定する。

以上の制御にて、最大濃度状態検出制御で用いるテストパターンの最も好ましい階調が、装置の個体差や経時変化に拘わらず精度よく決定される。

なお、本発明に係る、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

前記実施例では、ガンマ補正制御を利用して光学センサの検出範囲を算出する例を示したが、ＬＤ光量、現像バイアス電圧を変化させることで制御パターンの濃度を変化させ、光学センサの検出範囲を算出してもよい。また、状態検出制御パターンの濃度Ｔは予めルックアップテーブルとして設定しておいてもよい。

また、画像形成装置としては、その基本的な構成や細部の構成は任意であり、プリント機能のみを備えたもの以外に、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、最大濃度状態検出制御に用いるテストパターンの最も好ましい階調を精度よく決定できる点で優れている。

１０…プロセスユニット
１１…感光体
１３…現像器
３１…中間転写ベルト
３６…制御用パターン
６０…制御部
ＳＥ１…濃度検出用光学センサ

Claims (8)

1. 像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を光学的に検出する検出手段と、
   前記画像形成手段の動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記像担持体上にトナーによる複数の濃度水準からなる制御パターンを形成し、前記検出手段による該制御パターンの濃度検出限界に応じて最大濃度の変動を推定し、テストパターンの階調を決定する状態検出制御を実行し、
   前記制御手段は、前記決定された階調でテストパターンを前記像担持体上に形成し、前記検出手段による該テストパターンの濃度検出結果が所定範囲内かどうかを判断する最大濃度状態検出制御を実行すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記状態検出制御において、露光光量、現像バイアス電圧、濃度階調のいずれかを変化させて複数の濃度水準からなる制御パターンを形成し、前記検出手段による該制御パターンの濃度検出結果から該検出手段の濃度検出限界を演算すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記テストパターンの階調を前記検出手段の濃度検出限界よりも低い濃度となる階調とすること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記テストパターンの階調を最大濃度の変動許容幅と前記検出手段の濃度検出限界とから決定すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記最大濃度状態検出制御を、画像形成装置が所定時間駆動されないとき、所定枚数の印字が実行されたとき、温度湿度が所定範囲外に変化したとき、連続印字動作中であって用紙が作像部に送り込まれていないとき、のいずれかに実行すること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記検出手段による前記テストパターンの濃度検出結果が所定範囲内である場合、現像バイアス電圧又は露光光量のいずれかを変化させること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記検出手段による前記テストパターンの濃度検出結果が所定範囲外である場合、印字動作を中断して最大濃度を維持するための画像安定化制御を実行すること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 画像形成装置の製造工程において、前記状態検出制御が実行され、前記テストパターンの階調が決定されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。