画像形成装置
【課題】電子写真方式の画像形成装置において、環境や通紙条件などによって経時的に濃度むらの形状が変化しても、像担持体の回転振れによる濃度むらを高精度に低減することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】濃度センサで検出した濃度むらデータは感光体周期で平均処理され、この濃度むらを除去するように位相と振幅が調整される。そして同時に表面電位センサの検出結果から、上記の濃度むらを、「露光後電位（VL）による付着量変動分」と「回転振れによる付着量変動分」とに分解し、それぞれのデータを保存する。「VLによる付着量変動分」と「回転振れによる付着量変動分」とを合成した補正用データを、現像バイアスにフィードバックして濃度むらを抑制する。フィードバックされる現像バイアスは、感光体の位置を基準として現像ローラとの位相関係を考慮して周期的に印加される。
【解決手段】濃度センサで検出した濃度むらデータは感光体周期で平均処理され、この濃度むらを除去するように位相と振幅が調整される。そして同時に表面電位センサの検出結果から、上記の濃度むらを、「露光後電位（VL）による付着量変動分」と「回転振れによる付着量変動分」とに分解し、それぞれのデータを保存する。「VLによる付着量変動分」と「回転振れによる付着量変動分」とを合成した補正用データを、現像バイアスにフィードバックして濃度むらを抑制する。フィードバックされる現像バイアスは、感光体の位置を基準として現像ローラとの位相関係を考慮して周期的に印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、帯電装置によって像担持体を一様に帯電させ、入力したデータに基づいて露光装置によって像担持体に潜像を形成し、現像装置によって潜像にトナーを付着させて画像を形成している。
近年、電子写真方式の画像形成装置は印刷業界にも普及し始めており、高速出力かつ高画質化への要求が急速に高まっている。
【０００３】
このような要求に対応するため、高速出力対応の画像形成装置には様々な技術が搭載されている。
たとえば、現像能力の向上を狙って複数の現像ローラで像担持体にトナーを現像する多段現像方式などがある。
像担持体上に形成された潜像に対して複数回現像を行うことで、良質な画像を形成することができる。この多段現像装置によれば、ライン画像及びベタ画像の双方を良好に現像させることができる。
【０００４】
高画質化への要求項目のなかでは、頁内濃度均一性への要望が強く、ユーザーが画像形成装置を選定する際の判断基準になっている。
頁内の濃度むら（以下、「むら」を「ムラ」とも表記する）は、帯電の不均一性による帯電むら、露光装置の露光むら、像担持体の感度むら、現像ローラの抵抗むら、トナーの帯電むら、転写ローラの転写むらなど、様々な要因によって発生するものであり、様々な補正技術が提案されている。
電子写真方式を用いた画像形成装置では、現像ローラと感光体間の電位差による電界を利用して感光体上にトナーを付着させている。
【０００５】
この電界は、現像ギャップによって変化することが一般に知られている。すなわち、現像ギャップが変動するということは濃度変動が生ずることを意味する。
このような像担持体の回転振れ起因による濃度むらは周期的に発生するため視認が容易であり、クレーム対象となる場合が多い。
【０００６】
特許文献１には、電子写真方式または静電記録方式の画像形成装置について、画像に周期的に発生する縞状の濃度むらを包括的に減少させる方法が開示されている。
この画像形成装置は、画像濃度の周期的な濃度変動データを予め格納する第一の変動データ格納手段と、上記濃度変動データに基づいて画像形成条件を制御する第一の制御手段とを有している。
【０００７】
第一の変動データ格納手段は、少なくとも現像剤担持体の１周期に対応する濃度変動データを格納し、第一の制御手段は、帯電電圧、露光光量、現像電圧及び転写電圧のうち少なくとも１つを制御することを特徴としている。
すなわち、像担持体の回転周期に合わせて上記制御手段で濃度補正を行う補正方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来における像担持体の回転振れに起因する濃度むらの補正技術は、帯電バイアス、現像バイアス（以下、「現像バイアス電圧」ともいう）、露光条件などのプロセス条件を像担持体の回転周期に基づいて変化させる方法を採用している。
しかしながら、濃度むらの形状が環境などの条件で変化してしまい、効果的な補正が得られない場合があった。
像担持体の周期に合わせて現像バイアスを変調させる方法を例に具体的に説明する。
【０００９】
像担持体には回転位置検出センサが取り付けられており、まず濃度検知センサで検知した濃度むらを像担持体周期で切り分け、補正用データを作成し保存する。
そして、回転位置検出センサの信号をトリガとして周期的に現像バイアスを変化させて濃度むらを補正している。
しかしながら、環境や通紙条件などによって経時的に濃度むらの形状が変化し、その都度補正データを再作成しなければ補正効果が十分に得られないといった問題があった。
【００１０】
補正データの再作成には検知パターンを作像する必要があるため、トナー消費も増加し、かつクリーニング機構などに負荷がかかるといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、電子写真方式の画像形成装置において、環境や通紙条件などによって経時的に濃度むらの形状が変化しても、像担持体の回転振れによる濃度むらを高精度に低減することができる画像形成装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、濃度むら検出手段で検出した濃度むらデータを、像担持体の感度変化分の濃度むらデータと、純粋な像担持体の回転振れによる濃度むらデータとに分解し、それぞれを保存することとした。
そして、濃度むらの補正には、前記２つのデータを用いて行い、データの更新時には、像担持体の感度変化分の濃度むらデータのみを更新し、濃度むらを補正する構成とした。
【００１３】
具体的には、像担持体と、前記像担持体にパターン潜像を形成する露光手段と、前記パターン潜像に関係して前記像担持体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記パターン潜像の表面電位を検出する電位検出手段と、前記像担持体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段と、前記トナー像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位と前記トナー像パターンの濃度とを蓄積するメモリと、を有し、前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータと前記トナー像パターンの濃度に基づく第２濃度むらデータとを生成し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとを記憶し、所定のタイミングでパターンを作り、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断し、所定の閾値を越える濃度変動発生時は濃度変動に応じて第１濃度むらデータを変更し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとに基づいてトナー像作像条件を制御する画像形成装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置において、経時的に濃度むらの形状が変化しても、像担持体の回転振れによる濃度むらを高精度に抑制することができ、高画質化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。
【図２】同画像形成装置の画像形成部拡大図である。
【図３】濃度むら検出手段としてのトナー付着量検知センサの構成を示す図である。
【図４】現像手段としての現像装置の概要断面図である。
【図５】感光体の回転振れによる濃度むらの一例を説明するための図である。
【図６】検知パターンとしてのベタ帯パターンの説明図である。
【図７】従来の濃度むらの補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の濃度むら補正技術を説明するためのブロック図である。
【図９】本実施形態に係る画像読取装置において、従来の濃度むら補正方法を適用した結果を示す図である。
【図１０】使用環境において濃度むらの形状が変化することを説明するための図である。
【図１１】濃度むらの解析について説明するための図である。
【図１２】本実施形態における電圧制御構成を示すブロック図である。
【図１３】本実施形態における濃度むらの補正方法を示すフローチャートである。
【図１４】本実施形態における濃度むらデータの更新制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略図を、図２は画像形成部の概略構成図を示している。
図１に示すように、画像形成装置１０は、記録媒体としての記録紙１２に画像を形成する画像形成部１４と、画像形成部１４に対して記録紙を供給する給紙装置１６とを有している。
また、画像形成装置１０は、原稿画像を読み取るスキャナ１８と、スキャナ１８に原稿を自動給紙する原稿自動搬送装置２０等を備えている。
図１において、符号１６ａは給紙トレイ１を、１６ｂは給紙トレイ２を示している。
【００１７】
装置本体２２内には、転写体たる無端状の中間転写ベルト２４を複数の支持ローラによって支持している転写手段たる転写ユニット２６が配設されている。
中間転写ベルト２４は、伸びの少ないポリイミド樹脂に、電気抵抗を調整するためのカーボン粉末を分散せしめた材料からなっている。
中間転写ベルト２４は、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラ２８、２次転写バックアップローラ３０、従動ローラ３２、４つの１次転写ローラ３４Ｙ（イエロー）、３４Ｃ（シアン）、３４Ｍ（マゼンタ）、３４Ｋ（黒）に掛け回されている。
中間転写ベルト２４は、駆動ローラ２８の回転によって無端移動せしめられる。
【００１８】
画像形成部１４を構成する４つのプロセスユニット３６Ｙ、３６Ｃ、３６Ｍ、３６Ｋの上方には、パターン潜像を形成する露光手段としての光書込ユニット３８が配設されている。
光書込ユニット３８は、帯電手段としての帯電ローラ４１（図２参照；図１では符号を省略）により一様に帯電された各感光体４０に対し、書込光を出射する。
すなわち、画像情報に基づいて、図示しないレーザー制御部によって４つの半導体レーザー（図示せず）を駆動して４つの書込光を出射する。
プロセスユニット３６Ｙ、３６Ｃ、３６Ｍ、３６Ｋの像担持体たるドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋをそれぞれ書込光によって暗中にて走査して、感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋの表面にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の静電潜像を書き込む。
【００１９】
各プロセスユニット内には、感光体の表面電位を検出する電位検出手段としての表面電位センサ５６が配置されている。
光書込みユニットにより書かれた感光体上の静電潜像の電位を検出し、帯電バイアス、現像バイアス、レーザーパワーなどのプロセス条件にフィードバックし、画像濃度の安定性を保っている。
図示しないが、画像形成装置内には感光体４０の回転位置を検出する回転位置検出手段としてのフォトインタラプタが配置されている。
【００２０】
フォトインタラプタ及びその配置位置は、例えば特許文献２の図４に開示される構成を採用することができる。
本実施形態においてはフォトインタラプタを用いて感光体の回転位置を検出しているが、ロータリエンコーダなど、回転位置を検出できるものであればこの構成に限らない。
【００２１】
本実施形態では光書込ユニット３８として、半導体レーザーから出射したレーザー光を図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで光走査を行うものを用いている。
かかる構成のものに代えて、ＬＥＤアレイによって光走査を行うものを用いてもよい。
感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上に書き込まれた静電潜像は現像装置内に存在するトナーが静電的付着力によって感光体上に付着し、現像される。その後中間転写ベルト上に順次トナー像を重ね合わせ、所望の画像を形成する。
【００２２】
記録紙は、レジストローラ対４４によって所定のタイミングで二次転写器を構成するローラとローラのニップ部（二次転写位置）Ｎへ送られる。
そして中間転写ベルト上で重ね合された各色成分画像（４色成分のトナー像）を一括して転写されながら、搬送ベルト４６によって搬送される。
その後定着ユニット４８を通過し、トナー画像が定着されてカラー印刷画像となり、排紙ローラ対５０により機外へと排出される。記録紙の搬送経路を図１に一点鎖線で示す。
【００２３】
トナー像を中間転写ベルト上に転写した後の感光体４０上に残留したトナー等は、クリーニング手段４３により除去される。
画像形成装置には図示しない不揮発性メモリおよび揮発性メモリが搭載されており、これには各センサからの出力や補正用データ、制御結果などの様々な情報が記憶されている。
【００２４】
図１に示すように、中間転写ベルト２４の回転方向における二次転写位置の手前側には、中間転写ベルト２４上のトナーの付着量、すなわち画像の濃度を検出する濃度検出手段（濃度センサ）としてのトナー付着量検知センサ５２が配置されている。
図３に、トナー付着量検知センサ５２の概略図を示す。図３（ａ）は黒トナー付着量検知センサ５２Ａの構成を、図３（ｂ）は、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂの構成を示している。
実質的に黒トナー付着量検知センサ５２Ａは位置ずれ検知センサとして機能し、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂはトナー付着量検知センサとして機能する。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、黒トナー付着量検知センサ５２Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子５２Ａ−１と、正反射光を受光する受光素子５２Ａ−２とから構成されている。
発光素子５２Ａ−１は中間転写ベルト上に光を照射し、この照射光は中間転写ベルトによって反射される。受光素子５２Ａ−２は、この反射光のうちの正反射光を受光する。
【００２６】
一方、図３（ｂ）に示すように、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子５２Ｂ−１と、正反射光を受光する受光素子５２Ｂ−２と、拡散反射光を受光する受光素子５２Ｂ−３とから構成されている。
発光素子５２Ｂ−１は、黒トナー付着量検知センサの場合と同様、中間転写ベルト上に光を照射し、この照射光は、中間転写ベルト表面によって反射される。
正反射受光素子５２Ｂ−２は、この反射光のうちの正反射光を受光し、拡散反射光受光素子５２Ｂ−３は、反射光のうち拡散反射光を受光する。
【００２７】
本実施形態では、発光素子として、発光される光のピーク波長が９５０ｎｍであるＧａＡｓ赤外発光ダイオードを用いている。
受光素子としては、ピーク受光感度が８００ｎｍであるＳｉフォトトランジスタなどを用いているが、ピーク波長およびピーク受光感度がこれと異なるものでも構わない。
また、黒トナー付着量検知センサ及びカラートナー付着量検知センサは、検知対象物である中間転写ベルトのベルト表面との間に、５ｍｍ程度の距離（検出距離）を設けて配設されている。
【００２８】
本実施形態では、トナー付着量検知センサを中間転写ベルト近傍に設け、中間転写ベルト上のトナー付着量に基づいて作像条件を決定するが、感光体上や転写搬送ベルト上に配設されていても構わない。
トナー付着量センサからの出力は付着量変換アルゴリズムによって付着量に変換される。付着量変換アルゴリズムについては従来技術と同様であるため省略する。
【００２９】
図４に、感光体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段としての現像装置４２の概略図を示す。
現像装置４２は、一本の現像剤担持体としての現像ローラ５４と、三本のスクリュ６０、６２、６４とから構成されており、現像ローラ５４は像担持体とある一定の距離をとって対向配置されている。符号ｇは現像ギャップを示している。
現像装置４２は像担持体の一例であるドラム状の感光体４０に対向配置され、感光体４０は、図２に矢印で示したように図における反時計回り方向に回転駆動される。
現像装置の現像容器５８内には磁性キャリアと磁性又は非磁性のトナーを有する粉体状の二成分系の現像剤６６が収容されている。
【００３０】
また、現像容器内には各々現像剤撹拌手段である撹拌スクリュ６０、供給スクリュ６２、回収スクリュ６４が現像ローラに対して平行に設けられている。
撹拌スクリュ６０では、現像剤６６は撹拌されながら図手前方向の端部まで移動し、図示しない開口部を通して供給スクリュ６２へと搬送される。現像剤は供給スクリュ６２により撹拌搬送されながら現像ローラ５４へ供給される。
【００３１】
現像ローラ５４に供給された現像剤は、図示しないドクタブレードによってその高さ（現像ローラ上の層厚み）を規制され、矢印Ａ方向に回転している感光体４０に接触し、潜像部分にトナーを付着させ、現像を行う。
この現像剤中のトナー濃度が低下すると、図示しないトナー補給部からトナーが攪拌スクリュ上部にある図示しない開口部より現像容器内に補給され、撹拌スクリュによって撹拌される。
なお、本実施形態では一本の現像ローラが感光体と同方向に回転する順方向一段現像方式を用いているが、本発明はこの方式に限らず、現像ローラが複数配置される多段現像装置でもよい。また、現像剤に二成分系現像剤を用いているが、これに限らない。
【００３２】
図５に、感光体の回転振れによる濃度むらの一例を示す。
本発明者らは、副走査方向の濃度むらが感光体回転に起因していることを確認するために、図１に示す画像形成装置を用いて、図６に示すような副走査方向に細長く一様な濃度である帯状パターンを作像した。
そして、トナー付着量検知センサ５２で帯状パターンを測定した。
トナー付着量検知センサ５２は中間転写ベルト２４の移動方向と直交する方向に延びる支持部材に支持されている。
帯状パターンの副走査方向長さは、感光体周長よりも十分長くしている。本実験で用いた感光体径はφ100mm、プロセス線速は440mm/s、帯電、現像、LDパワーをそれぞれ-700V、-500V、70％とし、シアン100％の帯状パターンを作像している。
【００３３】
図５（ａ）は、濃度センサの拡散反射出力を示している。図５（ａ）より、パターン部に濃度変動が発生していることが確認できる。
図５（ｂ）は図５（ａ）のパターン部の濃度センサ出力を感光体回転位置検出信号を基準として感光体周期で切り出し、感光体5周分を平均化したグラフである。
図５（ｂ）をみると、感光体周期で周期的な変動が発生していることが確認できる。濃度センサ出力の変動は、トナー付着量の変動を意味するため、感光体周期で画像濃度の変動が発生していることがよくわかる。
【００３４】
図７は従来の感光体の回転振れによる濃度むら補正方法を説明する図である。まず、濃度むら補正の必要があるかを判断する。
これは、感光体交換や、何らかの理由で感光体検出位置がずれたりした場合や、ユーザーモードによって選択できるようになっている。
濃度むら補正の必要があると判断された場合、帯状のパターンを作成し、濃度むらを検出する。この場合の検出手段は、中間転写ベルト上の画像を濃度センサで検出する方式でも良く、紙上の画像を光学的に検出する方式でも構わない。
【００３５】
検出した濃度むらデータは感光体周期で平均処理され、この濃度むらを除去するように位相と振幅が調整され、現像バイアスにフィードバックされる。
フィードバックされる現像バイアスは、感光体の位置を基準として現像ローラとの位相関係を考慮して周期的に印加される。
以上のように、感光体周期で現像バイアスを補正することで感光体の回転振れによる濃度偏差を低減することができる。しかしながら、経時的に濃度むらの形状が変化した場合には、狙った補正効果が得られない。
【００３６】
図８は従来の濃度むら補正技術の構成図である。
濃度むらデータ記憶手段には、特定の画像形成条件下における基準となる濃度むらデータが記憶されている。
ここでの濃度むらデータは、予め本実施形態に係る図１に示す画像形成装置により形成された画像を、濃度センサで検出したデータである。
具体的には、感光体5周分を含むパッチ（検知パターン）を濃度センサで読み取ったデータが保存されている。
なお、上記濃度むらデータ記憶手段の濃度むらデータとして、出力された紙上の濃度を光学的に測定する構成であっても構わない。
【００３７】
ＣＰＵは、上記記憶手段の濃度むらデータを現像バイアス用に対応させて補正データに変換する。
補正データは、感光体回転位置検出信号に同期して、Ｄ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換され、現像バイアス高圧電源により、現像ローラに補正バイアスが印加され、出力画像の制御を行う。
【００３８】
図９は、図７および図８に示した従来の濃度むら補正方法を、図１に示す画像形成装置に適用した結果である。
濃度むら補正を行うことによって感光体周期の変動を抑制できてはいることが確認できる。
【００３９】
図１０は、濃度むらの形状変化を説明する図である。本発明者らは、実験によって濃度むらの形状が使用環境や、各要素の経時的な劣化によって変化することを確認している。
図１０の縦軸の付着量についての単位のｃｍ２は、ｃｍ２を意味している（他の図において同じ）。また、横軸の［ｓ］は秒を意味している（他の図において同じ）。
図１０は同一の画像形成装置において使用環境を変化させた場合の濃度むら形状を示す図である。
【００４０】
図中には、気温23℃／湿度50％RH、気温10℃／湿度15％RH、気温32℃／湿度54％RHの実験結果を示している。
それぞれ実験日は異なるが、各環境において実験の条件を統一させており、特に感光体の位相は変化しないように実験した。
【００４１】
図１０より、感光体の位相などを変化させていないにも拘らず、使用環境によって濃度むらの形状が変化していることがわかる。
以上のように使用環境において濃度むらが変化するため、図７、図８で示した補正を行っても、図９に示すような狙いの効果が得られないことは容易にわかる。
濃度むらの形状変化が発生した場合、図７の補正手順を繰返して補正データを更新する必要があった。
【００４２】
この手順では更新の度にトナーパターン（検知パターン）を作像するため、トナー消費量が増加し、ダウンタイムが長くなるといった問題があった。
さらに、濃度むらの形状変化の有無を判断するといった作業が入るため、多くのトナーを消費してしまう問題があった。
【００４３】
図１１は、濃度むらの解析について説明する図である。本発明者らは、濃度むらの形状変化について解析した結果、原因は感光体の感度変化であることを確認した。
感光体の感度とは、「露光後の感光体の表面電位の変化特性」である。
感光体の感度が変化すると、露光後電位（VL）が変化するため、現像ローラに印加しているバイアスとの電位差が生じ、結果として付着量が変動する。
【００４４】
感光体の表面電位を表面電位センサ５６でモニタすることにより、感光体の感度の変化を把握することができる。
図１１（ａ）は図１０における各環境下の露光後電位を示したものである。
各環境によって、露光後電位が変化していることが確認できる。この露光後電位から変動する付着量を算出し、電位変動による影響を除去すると図１１（ｂ）が得られる。図１１（ｂ）は図１０の付着量変動から図１１（ａ）のVL変動による付着量変化分を差し引いたものである。
【００４５】
図１１（ｂ）より、各環境のVL分を除去した付着量変動データは、ほぼ一致することがわかる。
したがって、図１１（ｂ）は、純粋な感光体の回転振れによる付着量変動を意味しており、環境に不変であることを意味している。
【００４６】
以上の検討より、各環境などで付着量の変動が変化するのは感光体の感度変化に起因しており、回転振れによる付着量変動は環境などに左右されないことがわかった。
従来の補正データは、濃度むらの形状を反転させた図１０のような波形としていた。
本発明では、図１１（ａ）、（ｂ）を合わせて補正データとして記憶させ、表面電位センサでVL変化分を計測し、図１１（ａ）に示すデータのみ更新していく制御方式を想到するに至った。
【００４７】
図１２は、本実施形態における電圧制御手段および濃度むら補正方法について説明する図である。
電圧制御手段７０は、CPU、DA変換器、現像バイアス高圧電源から構成されており、濃度センサ検出信号および感光体回転位置検出信号および表面電位センサ検出信号の検出結果から濃度むら補正用信号を生成する。
電圧制御手段７０は、感光体回転位置検出信号に基づいて、現像ローラに印加する現像バイアスを制御する。
第一濃度むらデータおよび第一濃度むら補正用データ、第二濃度むらデータおよび第二濃度むら補正用データは、それぞれの濃度むら記憶手段に逐次保存される。
なお、「第一濃度むら」と「第１濃度むら」は同義である。
【００４８】
図示しないメモリには、像担持体の回転位置に関連するパターン潜像の表面電位と、トナー像パターンの濃度とが蓄積される。
ＣＰＵは、像担持体の回転位置に関連するパターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータとトナー像パターンの濃度とに基づく第２濃度むらデータを生成する。
第１濃度むらデータは第一濃度むら記憶手段に、第２濃度むらデータは第二濃度むら記憶手段に記憶される。
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは付着量データとして記憶されてもよい。
【００４９】
濃度むら補正用信号は、第一濃度むら補正データと第二濃度むら補正データの合成によって生成され、必要に応じて図示しない濃度むら補正データ記憶手段に保存される。
パターン潜像の表面電位とトナー像パターンの濃度とが蓄積される上記メモリと、上記各記憶手段は、１つの記憶手段（メモリ）で兼用してもよい。
【００５０】
図１３に、本実施形態における濃度むら補正方法の制御フローを示す。
まず、濃度むら補正の必要があるか否かを判断する（図１３ステップ１３１、以下他のステップ含めて「Ｓ１３１」のように表記する）。
図１３の濃度むら補正は、感光体交換時（像担持体交換時）や、何らかの理由で感光体検出位置がずれたりした場合や、ユーザーがユーザーモードによって補正を選択した場合、プロセスコントロール実行時（所定のタイミング）に必要と判断する。
【００５１】
濃度むら補正の必要があると判断された場合（濃度変動発生時）、例えば図６で示した帯状のパターンを作成（Ｓ１３２）し、その濃度むらおよびパターンの電位を検出する（Ｓ１３３）。
この場合の濃度むら検出手段は、上記の濃度センサでも良いし、紙上の画像を光学的に検出する方式でも構わない。
この際、感光体の回転位置も検知され、濃度データおよび表面電位データは感光体回転位置と関係づけられる（Ｓ１３３）。
【００５２】
検出した濃度むらデータおよび電位データは、感光体周期で平均処理される（Ｓ１３４）。
平均処理された電位データおよび濃度むらデータも感光体回転位置と関係付けられている。
電位データは一般的なプロセスコントロールで得られるデータから、現像能力計測手段としてのＣＰＵにより、濃度データに変換（換算）することができる（Ｓ１３５）。
【００５３】
あるいは、電位変動による濃度むらをキャンセルするような現像バイアス電圧等の作像条件補正データ（補正用ポテンシャル情報）に変換することもできる。
これらが第１濃度むらデータとして第一濃度むら記憶手段に記憶される（Ｓ１３６）。
すなわち、濃度変動に応じて第１濃度むらが変更される。
さらに、電位データから変換されて得られた濃度むらデータと、検出した濃度むらデータとの差分として、感光体振れによる濃度むらデータを算出できる（Ｓ１３７）。
【００５４】
あるいは、検出した濃度むらをキャンセルする現像バイアス等の作像条件補正データに変換し、電位変動による濃度むらをキャンセルするような現像バイアス等の作像条件補正データとの差分を取ってもよい。
これらが第２濃度むらデータとして第二濃度むら記憶手段に記憶される（Ｓ１３８）。
記憶された第１濃度むらデータ、第２濃度むらデータをもとに、現像バイアス等の作像条件（トナー像作像条件）を補正する（Ｓ１３９）。
【００５５】
第２濃度むらデータは、前述のように感光体振れなど環境に依存しない原因が主であるため頻繁に更新する必要はない。
第２濃度むらデータは、像担持体の回転位置が変化する可能性がるときに補正する。
一方、第１濃度むらデータは環境により経時により変動するので、なるべくチェックし更新することが望ましい。
しかし、第１濃度むらデータは、感光体電位を検知すれば得ることができる。
【００５６】
よって、潜像パターンのみを形成し、電位を検知して、現像ローラを止めたり、現像バイアスを変えたりして、現像しないようにすれば従来消費されていたパターン用トナーの消費をなくすことができる。
トナー消費が無いので、従来以上に高頻度でパターン検知して補正を行うことが可能となり、画質の安定化を図ることができる。
図１３のフローによる濃度むら補正は、トナー像パターンを作るが、感光体交換、感光体回転位置検出センサ交換など感光体の回転位置が変化する操作をしたときに必要と判断するので、その頻度はあまり高くない。
【００５７】
結果的にトナー消費を節約し、かつ、画質の安定を高めることができる。
トナー像パターンのパターン作成頻度は、像担持体の使用枚数（画像形成回数；作像枚数）に応じて異ならせてもよい。
【００５８】
図１４に、本実施形態における第１濃度むらデータ更新の制御フローを示す。
まず、データ（制御テーブル）の更新が必要かどうかを判断する（Ｓ１４１）。
本実施形態では、第一濃度むらデータ記憶手段に保存されているデータと、感光体回転位置を検知しながら、感光体回転位置と関係付けた表面電位センサで検出した潜像パターンの電位むら（VLむら）による付着量変動とを比較する。
そして、ある閾値以上になると補正データの更新が必要と判断するようにしている。
【００５９】
次に、再度、潜像パターンの電位むら（VLむら）を検知する（Ｓ１４２）。
これは前段階のデータを用いる場合、省略しても構わない。
そして潜像パターンの電位むら（VLむら）を感光体周期で切り出し、平均化して（Ｓ１４３）、第一濃度むら記憶手段に保存されているデータを更新する（Ｓ１４４）。
更新されたVL変動分の第一補正データと、回転振れによる第二補正データとを合成し、感光体回転位置検出信号に基づいて、濃度むらを補正するよう作像条件を変える。
【００６０】
本実施形態の制御方式とすることで、補正データ更新時にトナーパターンを作像する必要がなくなり、不必要なトナー消費を削減できる。
さらに、トナーパターンを作像しないことで頻繁に濃度むら補正データの更新を行うことができるため、経時や使用環境によって濃度むらが変化した場合にも、十分な濃度むら補正効果が得られる。
電圧制御手段は、比較判断手段が補正データの更新が必要と判断した場合、トナー像パターンの作成時、現像手段に印加する電圧を通常作像時と異なる値に設定するようにしてもよい。
【００６１】
このようにすれば、補正データの更新時、適切な現像バイアスに調整することにより、現像することなくVLむらを検知できる。
また、記憶手段に保存するのは、VL変動補正分と回転振れ分とに分解してあれば、濃度むらデータではなく、補正用信号でも構わない。
この場合、補正データの演算分だけ演算回数が多くなるが、メモリの容量を小さくできる利点がある。
【００６２】
連続して印刷を行ったとき、補正データの更新タイミングおよび更新回数は、予め設定した枚数に基づいて行ってもよい。
なお、感光体の電位変動は経時で安定してくるので、パターン検知の頻度は少なくしてもよい。
あるいは、一定以上経過すると変動が急になることがあるので、所定枚数以上は高頻度で補正してもよい。
【００６３】
また、補正データの更新タイミングおよび更新回数は、画像形成装置内部の温度および湿度の環境条件に基づいて行ってもよい。
また、像担持体を交換したときや、プロセスコントロールを実行したときに補正データを更新するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
３８ 露光手段としての光書込ユニット
４０ 像担持体としての感光体
４２ 現像手段と現像装置
５２ 濃度むら検出手段としてのトナー付着量検知センサ
５６ 電位検出手段としての表面電位センサ
７０ 電圧制御手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開平９−６２０４２号公報
【特許文献２】特開２０００−０９８６７５号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、帯電装置によって像担持体を一様に帯電させ、入力したデータに基づいて露光装置によって像担持体に潜像を形成し、現像装置によって潜像にトナーを付着させて画像を形成している。
近年、電子写真方式の画像形成装置は印刷業界にも普及し始めており、高速出力かつ高画質化への要求が急速に高まっている。
【０００３】
このような要求に対応するため、高速出力対応の画像形成装置には様々な技術が搭載されている。
たとえば、現像能力の向上を狙って複数の現像ローラで像担持体にトナーを現像する多段現像方式などがある。
像担持体上に形成された潜像に対して複数回現像を行うことで、良質な画像を形成することができる。この多段現像装置によれば、ライン画像及びベタ画像の双方を良好に現像させることができる。
【０００４】
高画質化への要求項目のなかでは、頁内濃度均一性への要望が強く、ユーザーが画像形成装置を選定する際の判断基準になっている。
頁内の濃度むら（以下、「むら」を「ムラ」とも表記する）は、帯電の不均一性による帯電むら、露光装置の露光むら、像担持体の感度むら、現像ローラの抵抗むら、トナーの帯電むら、転写ローラの転写むらなど、様々な要因によって発生するものであり、様々な補正技術が提案されている。
電子写真方式を用いた画像形成装置では、現像ローラと感光体間の電位差による電界を利用して感光体上にトナーを付着させている。
【０００５】
この電界は、現像ギャップによって変化することが一般に知られている。すなわち、現像ギャップが変動するということは濃度変動が生ずることを意味する。
このような像担持体の回転振れ起因による濃度むらは周期的に発生するため視認が容易であり、クレーム対象となる場合が多い。
【０００６】
特許文献１には、電子写真方式または静電記録方式の画像形成装置について、画像に周期的に発生する縞状の濃度むらを包括的に減少させる方法が開示されている。
この画像形成装置は、画像濃度の周期的な濃度変動データを予め格納する第一の変動データ格納手段と、上記濃度変動データに基づいて画像形成条件を制御する第一の制御手段とを有している。
【０００７】
第一の変動データ格納手段は、少なくとも現像剤担持体の１周期に対応する濃度変動データを格納し、第一の制御手段は、帯電電圧、露光光量、現像電圧及び転写電圧のうち少なくとも１つを制御することを特徴としている。
すなわち、像担持体の回転周期に合わせて上記制御手段で濃度補正を行う補正方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来における像担持体の回転振れに起因する濃度むらの補正技術は、帯電バイアス、現像バイアス（以下、「現像バイアス電圧」ともいう）、露光条件などのプロセス条件を像担持体の回転周期に基づいて変化させる方法を採用している。
しかしながら、濃度むらの形状が環境などの条件で変化してしまい、効果的な補正が得られない場合があった。
像担持体の周期に合わせて現像バイアスを変調させる方法を例に具体的に説明する。
【０００９】
像担持体には回転位置検出センサが取り付けられており、まず濃度検知センサで検知した濃度むらを像担持体周期で切り分け、補正用データを作成し保存する。
そして、回転位置検出センサの信号をトリガとして周期的に現像バイアスを変化させて濃度むらを補正している。
しかしながら、環境や通紙条件などによって経時的に濃度むらの形状が変化し、その都度補正データを再作成しなければ補正効果が十分に得られないといった問題があった。
【００１０】
補正データの再作成には検知パターンを作像する必要があるため、トナー消費も増加し、かつクリーニング機構などに負荷がかかるといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、電子写真方式の画像形成装置において、環境や通紙条件などによって経時的に濃度むらの形状が変化しても、像担持体の回転振れによる濃度むらを高精度に低減することができる画像形成装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、濃度むら検出手段で検出した濃度むらデータを、像担持体の感度変化分の濃度むらデータと、純粋な像担持体の回転振れによる濃度むらデータとに分解し、それぞれを保存することとした。
そして、濃度むらの補正には、前記２つのデータを用いて行い、データの更新時には、像担持体の感度変化分の濃度むらデータのみを更新し、濃度むらを補正する構成とした。
【００１３】
具体的には、像担持体と、前記像担持体にパターン潜像を形成する露光手段と、前記パターン潜像に関係して前記像担持体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記パターン潜像の表面電位を検出する電位検出手段と、前記像担持体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段と、前記トナー像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位と前記トナー像パターンの濃度とを蓄積するメモリと、を有し、前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータと前記トナー像パターンの濃度に基づく第２濃度むらデータとを生成し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとを記憶し、所定のタイミングでパターンを作り、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断し、所定の閾値を越える濃度変動発生時は濃度変動に応じて第１濃度むらデータを変更し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとに基づいてトナー像作像条件を制御する画像形成装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置において、経時的に濃度むらの形状が変化しても、像担持体の回転振れによる濃度むらを高精度に抑制することができ、高画質化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。
【図２】同画像形成装置の画像形成部拡大図である。
【図３】濃度むら検出手段としてのトナー付着量検知センサの構成を示す図である。
【図４】現像手段としての現像装置の概要断面図である。
【図５】感光体の回転振れによる濃度むらの一例を説明するための図である。
【図６】検知パターンとしてのベタ帯パターンの説明図である。
【図７】従来の濃度むらの補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の濃度むら補正技術を説明するためのブロック図である。
【図９】本実施形態に係る画像読取装置において、従来の濃度むら補正方法を適用した結果を示す図である。
【図１０】使用環境において濃度むらの形状が変化することを説明するための図である。
【図１１】濃度むらの解析について説明するための図である。
【図１２】本実施形態における電圧制御構成を示すブロック図である。
【図１３】本実施形態における濃度むらの補正方法を示すフローチャートである。
【図１４】本実施形態における濃度むらデータの更新制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略図を、図２は画像形成部の概略構成図を示している。
図１に示すように、画像形成装置１０は、記録媒体としての記録紙１２に画像を形成する画像形成部１４と、画像形成部１４に対して記録紙を供給する給紙装置１６とを有している。
また、画像形成装置１０は、原稿画像を読み取るスキャナ１８と、スキャナ１８に原稿を自動給紙する原稿自動搬送装置２０等を備えている。
図１において、符号１６ａは給紙トレイ１を、１６ｂは給紙トレイ２を示している。
【００１７】
装置本体２２内には、転写体たる無端状の中間転写ベルト２４を複数の支持ローラによって支持している転写手段たる転写ユニット２６が配設されている。
中間転写ベルト２４は、伸びの少ないポリイミド樹脂に、電気抵抗を調整するためのカーボン粉末を分散せしめた材料からなっている。
中間転写ベルト２４は、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラ２８、２次転写バックアップローラ３０、従動ローラ３２、４つの１次転写ローラ３４Ｙ（イエロー）、３４Ｃ（シアン）、３４Ｍ（マゼンタ）、３４Ｋ（黒）に掛け回されている。
中間転写ベルト２４は、駆動ローラ２８の回転によって無端移動せしめられる。
【００１８】
画像形成部１４を構成する４つのプロセスユニット３６Ｙ、３６Ｃ、３６Ｍ、３６Ｋの上方には、パターン潜像を形成する露光手段としての光書込ユニット３８が配設されている。
光書込ユニット３８は、帯電手段としての帯電ローラ４１（図２参照；図１では符号を省略）により一様に帯電された各感光体４０に対し、書込光を出射する。
すなわち、画像情報に基づいて、図示しないレーザー制御部によって４つの半導体レーザー（図示せず）を駆動して４つの書込光を出射する。
プロセスユニット３６Ｙ、３６Ｃ、３６Ｍ、３６Ｋの像担持体たるドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋをそれぞれ書込光によって暗中にて走査して、感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋの表面にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の静電潜像を書き込む。
【００１９】
各プロセスユニット内には、感光体の表面電位を検出する電位検出手段としての表面電位センサ５６が配置されている。
光書込みユニットにより書かれた感光体上の静電潜像の電位を検出し、帯電バイアス、現像バイアス、レーザーパワーなどのプロセス条件にフィードバックし、画像濃度の安定性を保っている。
図示しないが、画像形成装置内には感光体４０の回転位置を検出する回転位置検出手段としてのフォトインタラプタが配置されている。
【００２０】
フォトインタラプタ及びその配置位置は、例えば特許文献２の図４に開示される構成を採用することができる。
本実施形態においてはフォトインタラプタを用いて感光体の回転位置を検出しているが、ロータリエンコーダなど、回転位置を検出できるものであればこの構成に限らない。
【００２１】
本実施形態では光書込ユニット３８として、半導体レーザーから出射したレーザー光を図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで光走査を行うものを用いている。
かかる構成のものに代えて、ＬＥＤアレイによって光走査を行うものを用いてもよい。
感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上に書き込まれた静電潜像は現像装置内に存在するトナーが静電的付着力によって感光体上に付着し、現像される。その後中間転写ベルト上に順次トナー像を重ね合わせ、所望の画像を形成する。
【００２２】
記録紙は、レジストローラ対４４によって所定のタイミングで二次転写器を構成するローラとローラのニップ部（二次転写位置）Ｎへ送られる。
そして中間転写ベルト上で重ね合された各色成分画像（４色成分のトナー像）を一括して転写されながら、搬送ベルト４６によって搬送される。
その後定着ユニット４８を通過し、トナー画像が定着されてカラー印刷画像となり、排紙ローラ対５０により機外へと排出される。記録紙の搬送経路を図１に一点鎖線で示す。
【００２３】
トナー像を中間転写ベルト上に転写した後の感光体４０上に残留したトナー等は、クリーニング手段４３により除去される。
画像形成装置には図示しない不揮発性メモリおよび揮発性メモリが搭載されており、これには各センサからの出力や補正用データ、制御結果などの様々な情報が記憶されている。
【００２４】
図１に示すように、中間転写ベルト２４の回転方向における二次転写位置の手前側には、中間転写ベルト２４上のトナーの付着量、すなわち画像の濃度を検出する濃度検出手段（濃度センサ）としてのトナー付着量検知センサ５２が配置されている。
図３に、トナー付着量検知センサ５２の概略図を示す。図３（ａ）は黒トナー付着量検知センサ５２Ａの構成を、図３（ｂ）は、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂの構成を示している。
実質的に黒トナー付着量検知センサ５２Ａは位置ずれ検知センサとして機能し、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂはトナー付着量検知センサとして機能する。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、黒トナー付着量検知センサ５２Ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子５２Ａ−１と、正反射光を受光する受光素子５２Ａ−２とから構成されている。
発光素子５２Ａ−１は中間転写ベルト上に光を照射し、この照射光は中間転写ベルトによって反射される。受光素子５２Ａ−２は、この反射光のうちの正反射光を受光する。
【００２６】
一方、図３（ｂ）に示すように、カラートナー付着量検知センサ５２Ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子５２Ｂ−１と、正反射光を受光する受光素子５２Ｂ−２と、拡散反射光を受光する受光素子５２Ｂ−３とから構成されている。
発光素子５２Ｂ−１は、黒トナー付着量検知センサの場合と同様、中間転写ベルト上に光を照射し、この照射光は、中間転写ベルト表面によって反射される。
正反射受光素子５２Ｂ−２は、この反射光のうちの正反射光を受光し、拡散反射光受光素子５２Ｂ−３は、反射光のうち拡散反射光を受光する。
【００２７】
本実施形態では、発光素子として、発光される光のピーク波長が９５０ｎｍであるＧａＡｓ赤外発光ダイオードを用いている。
受光素子としては、ピーク受光感度が８００ｎｍであるＳｉフォトトランジスタなどを用いているが、ピーク波長およびピーク受光感度がこれと異なるものでも構わない。
また、黒トナー付着量検知センサ及びカラートナー付着量検知センサは、検知対象物である中間転写ベルトのベルト表面との間に、５ｍｍ程度の距離（検出距離）を設けて配設されている。
【００２８】
本実施形態では、トナー付着量検知センサを中間転写ベルト近傍に設け、中間転写ベルト上のトナー付着量に基づいて作像条件を決定するが、感光体上や転写搬送ベルト上に配設されていても構わない。
トナー付着量センサからの出力は付着量変換アルゴリズムによって付着量に変換される。付着量変換アルゴリズムについては従来技術と同様であるため省略する。
【００２９】
図４に、感光体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段としての現像装置４２の概略図を示す。
現像装置４２は、一本の現像剤担持体としての現像ローラ５４と、三本のスクリュ６０、６２、６４とから構成されており、現像ローラ５４は像担持体とある一定の距離をとって対向配置されている。符号ｇは現像ギャップを示している。
現像装置４２は像担持体の一例であるドラム状の感光体４０に対向配置され、感光体４０は、図２に矢印で示したように図における反時計回り方向に回転駆動される。
現像装置の現像容器５８内には磁性キャリアと磁性又は非磁性のトナーを有する粉体状の二成分系の現像剤６６が収容されている。
【００３０】
また、現像容器内には各々現像剤撹拌手段である撹拌スクリュ６０、供給スクリュ６２、回収スクリュ６４が現像ローラに対して平行に設けられている。
撹拌スクリュ６０では、現像剤６６は撹拌されながら図手前方向の端部まで移動し、図示しない開口部を通して供給スクリュ６２へと搬送される。現像剤は供給スクリュ６２により撹拌搬送されながら現像ローラ５４へ供給される。
【００３１】
現像ローラ５４に供給された現像剤は、図示しないドクタブレードによってその高さ（現像ローラ上の層厚み）を規制され、矢印Ａ方向に回転している感光体４０に接触し、潜像部分にトナーを付着させ、現像を行う。
この現像剤中のトナー濃度が低下すると、図示しないトナー補給部からトナーが攪拌スクリュ上部にある図示しない開口部より現像容器内に補給され、撹拌スクリュによって撹拌される。
なお、本実施形態では一本の現像ローラが感光体と同方向に回転する順方向一段現像方式を用いているが、本発明はこの方式に限らず、現像ローラが複数配置される多段現像装置でもよい。また、現像剤に二成分系現像剤を用いているが、これに限らない。
【００３２】
図５に、感光体の回転振れによる濃度むらの一例を示す。
本発明者らは、副走査方向の濃度むらが感光体回転に起因していることを確認するために、図１に示す画像形成装置を用いて、図６に示すような副走査方向に細長く一様な濃度である帯状パターンを作像した。
そして、トナー付着量検知センサ５２で帯状パターンを測定した。
トナー付着量検知センサ５２は中間転写ベルト２４の移動方向と直交する方向に延びる支持部材に支持されている。
帯状パターンの副走査方向長さは、感光体周長よりも十分長くしている。本実験で用いた感光体径はφ100mm、プロセス線速は440mm/s、帯電、現像、LDパワーをそれぞれ-700V、-500V、70％とし、シアン100％の帯状パターンを作像している。
【００３３】
図５（ａ）は、濃度センサの拡散反射出力を示している。図５（ａ）より、パターン部に濃度変動が発生していることが確認できる。
図５（ｂ）は図５（ａ）のパターン部の濃度センサ出力を感光体回転位置検出信号を基準として感光体周期で切り出し、感光体5周分を平均化したグラフである。
図５（ｂ）をみると、感光体周期で周期的な変動が発生していることが確認できる。濃度センサ出力の変動は、トナー付着量の変動を意味するため、感光体周期で画像濃度の変動が発生していることがよくわかる。
【００３４】
図７は従来の感光体の回転振れによる濃度むら補正方法を説明する図である。まず、濃度むら補正の必要があるかを判断する。
これは、感光体交換や、何らかの理由で感光体検出位置がずれたりした場合や、ユーザーモードによって選択できるようになっている。
濃度むら補正の必要があると判断された場合、帯状のパターンを作成し、濃度むらを検出する。この場合の検出手段は、中間転写ベルト上の画像を濃度センサで検出する方式でも良く、紙上の画像を光学的に検出する方式でも構わない。
【００３５】
検出した濃度むらデータは感光体周期で平均処理され、この濃度むらを除去するように位相と振幅が調整され、現像バイアスにフィードバックされる。
フィードバックされる現像バイアスは、感光体の位置を基準として現像ローラとの位相関係を考慮して周期的に印加される。
以上のように、感光体周期で現像バイアスを補正することで感光体の回転振れによる濃度偏差を低減することができる。しかしながら、経時的に濃度むらの形状が変化した場合には、狙った補正効果が得られない。
【００３６】
図８は従来の濃度むら補正技術の構成図である。
濃度むらデータ記憶手段には、特定の画像形成条件下における基準となる濃度むらデータが記憶されている。
ここでの濃度むらデータは、予め本実施形態に係る図１に示す画像形成装置により形成された画像を、濃度センサで検出したデータである。
具体的には、感光体5周分を含むパッチ（検知パターン）を濃度センサで読み取ったデータが保存されている。
なお、上記濃度むらデータ記憶手段の濃度むらデータとして、出力された紙上の濃度を光学的に測定する構成であっても構わない。
【００３７】
ＣＰＵは、上記記憶手段の濃度むらデータを現像バイアス用に対応させて補正データに変換する。
補正データは、感光体回転位置検出信号に同期して、Ｄ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換され、現像バイアス高圧電源により、現像ローラに補正バイアスが印加され、出力画像の制御を行う。
【００３８】
図９は、図７および図８に示した従来の濃度むら補正方法を、図１に示す画像形成装置に適用した結果である。
濃度むら補正を行うことによって感光体周期の変動を抑制できてはいることが確認できる。
【００３９】
図１０は、濃度むらの形状変化を説明する図である。本発明者らは、実験によって濃度むらの形状が使用環境や、各要素の経時的な劣化によって変化することを確認している。
図１０の縦軸の付着量についての単位のｃｍ２は、ｃｍ２を意味している（他の図において同じ）。また、横軸の［ｓ］は秒を意味している（他の図において同じ）。
図１０は同一の画像形成装置において使用環境を変化させた場合の濃度むら形状を示す図である。
【００４０】
図中には、気温23℃／湿度50％RH、気温10℃／湿度15％RH、気温32℃／湿度54％RHの実験結果を示している。
それぞれ実験日は異なるが、各環境において実験の条件を統一させており、特に感光体の位相は変化しないように実験した。
【００４１】
図１０より、感光体の位相などを変化させていないにも拘らず、使用環境によって濃度むらの形状が変化していることがわかる。
以上のように使用環境において濃度むらが変化するため、図７、図８で示した補正を行っても、図９に示すような狙いの効果が得られないことは容易にわかる。
濃度むらの形状変化が発生した場合、図７の補正手順を繰返して補正データを更新する必要があった。
【００４２】
この手順では更新の度にトナーパターン（検知パターン）を作像するため、トナー消費量が増加し、ダウンタイムが長くなるといった問題があった。
さらに、濃度むらの形状変化の有無を判断するといった作業が入るため、多くのトナーを消費してしまう問題があった。
【００４３】
図１１は、濃度むらの解析について説明する図である。本発明者らは、濃度むらの形状変化について解析した結果、原因は感光体の感度変化であることを確認した。
感光体の感度とは、「露光後の感光体の表面電位の変化特性」である。
感光体の感度が変化すると、露光後電位（VL）が変化するため、現像ローラに印加しているバイアスとの電位差が生じ、結果として付着量が変動する。
【００４４】
感光体の表面電位を表面電位センサ５６でモニタすることにより、感光体の感度の変化を把握することができる。
図１１（ａ）は図１０における各環境下の露光後電位を示したものである。
各環境によって、露光後電位が変化していることが確認できる。この露光後電位から変動する付着量を算出し、電位変動による影響を除去すると図１１（ｂ）が得られる。図１１（ｂ）は図１０の付着量変動から図１１（ａ）のVL変動による付着量変化分を差し引いたものである。
【００４５】
図１１（ｂ）より、各環境のVL分を除去した付着量変動データは、ほぼ一致することがわかる。
したがって、図１１（ｂ）は、純粋な感光体の回転振れによる付着量変動を意味しており、環境に不変であることを意味している。
【００４６】
以上の検討より、各環境などで付着量の変動が変化するのは感光体の感度変化に起因しており、回転振れによる付着量変動は環境などに左右されないことがわかった。
従来の補正データは、濃度むらの形状を反転させた図１０のような波形としていた。
本発明では、図１１（ａ）、（ｂ）を合わせて補正データとして記憶させ、表面電位センサでVL変化分を計測し、図１１（ａ）に示すデータのみ更新していく制御方式を想到するに至った。
【００４７】
図１２は、本実施形態における電圧制御手段および濃度むら補正方法について説明する図である。
電圧制御手段７０は、CPU、DA変換器、現像バイアス高圧電源から構成されており、濃度センサ検出信号および感光体回転位置検出信号および表面電位センサ検出信号の検出結果から濃度むら補正用信号を生成する。
電圧制御手段７０は、感光体回転位置検出信号に基づいて、現像ローラに印加する現像バイアスを制御する。
第一濃度むらデータおよび第一濃度むら補正用データ、第二濃度むらデータおよび第二濃度むら補正用データは、それぞれの濃度むら記憶手段に逐次保存される。
なお、「第一濃度むら」と「第１濃度むら」は同義である。
【００４８】
図示しないメモリには、像担持体の回転位置に関連するパターン潜像の表面電位と、トナー像パターンの濃度とが蓄積される。
ＣＰＵは、像担持体の回転位置に関連するパターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータとトナー像パターンの濃度とに基づく第２濃度むらデータを生成する。
第１濃度むらデータは第一濃度むら記憶手段に、第２濃度むらデータは第二濃度むら記憶手段に記憶される。
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは付着量データとして記憶されてもよい。
【００４９】
濃度むら補正用信号は、第一濃度むら補正データと第二濃度むら補正データの合成によって生成され、必要に応じて図示しない濃度むら補正データ記憶手段に保存される。
パターン潜像の表面電位とトナー像パターンの濃度とが蓄積される上記メモリと、上記各記憶手段は、１つの記憶手段（メモリ）で兼用してもよい。
【００５０】
図１３に、本実施形態における濃度むら補正方法の制御フローを示す。
まず、濃度むら補正の必要があるか否かを判断する（図１３ステップ１３１、以下他のステップ含めて「Ｓ１３１」のように表記する）。
図１３の濃度むら補正は、感光体交換時（像担持体交換時）や、何らかの理由で感光体検出位置がずれたりした場合や、ユーザーがユーザーモードによって補正を選択した場合、プロセスコントロール実行時（所定のタイミング）に必要と判断する。
【００５１】
濃度むら補正の必要があると判断された場合（濃度変動発生時）、例えば図６で示した帯状のパターンを作成（Ｓ１３２）し、その濃度むらおよびパターンの電位を検出する（Ｓ１３３）。
この場合の濃度むら検出手段は、上記の濃度センサでも良いし、紙上の画像を光学的に検出する方式でも構わない。
この際、感光体の回転位置も検知され、濃度データおよび表面電位データは感光体回転位置と関係づけられる（Ｓ１３３）。
【００５２】
検出した濃度むらデータおよび電位データは、感光体周期で平均処理される（Ｓ１３４）。
平均処理された電位データおよび濃度むらデータも感光体回転位置と関係付けられている。
電位データは一般的なプロセスコントロールで得られるデータから、現像能力計測手段としてのＣＰＵにより、濃度データに変換（換算）することができる（Ｓ１３５）。
【００５３】
あるいは、電位変動による濃度むらをキャンセルするような現像バイアス電圧等の作像条件補正データ（補正用ポテンシャル情報）に変換することもできる。
これらが第１濃度むらデータとして第一濃度むら記憶手段に記憶される（Ｓ１３６）。
すなわち、濃度変動に応じて第１濃度むらが変更される。
さらに、電位データから変換されて得られた濃度むらデータと、検出した濃度むらデータとの差分として、感光体振れによる濃度むらデータを算出できる（Ｓ１３７）。
【００５４】
あるいは、検出した濃度むらをキャンセルする現像バイアス等の作像条件補正データに変換し、電位変動による濃度むらをキャンセルするような現像バイアス等の作像条件補正データとの差分を取ってもよい。
これらが第２濃度むらデータとして第二濃度むら記憶手段に記憶される（Ｓ１３８）。
記憶された第１濃度むらデータ、第２濃度むらデータをもとに、現像バイアス等の作像条件（トナー像作像条件）を補正する（Ｓ１３９）。
【００５５】
第２濃度むらデータは、前述のように感光体振れなど環境に依存しない原因が主であるため頻繁に更新する必要はない。
第２濃度むらデータは、像担持体の回転位置が変化する可能性がるときに補正する。
一方、第１濃度むらデータは環境により経時により変動するので、なるべくチェックし更新することが望ましい。
しかし、第１濃度むらデータは、感光体電位を検知すれば得ることができる。
【００５６】
よって、潜像パターンのみを形成し、電位を検知して、現像ローラを止めたり、現像バイアスを変えたりして、現像しないようにすれば従来消費されていたパターン用トナーの消費をなくすことができる。
トナー消費が無いので、従来以上に高頻度でパターン検知して補正を行うことが可能となり、画質の安定化を図ることができる。
図１３のフローによる濃度むら補正は、トナー像パターンを作るが、感光体交換、感光体回転位置検出センサ交換など感光体の回転位置が変化する操作をしたときに必要と判断するので、その頻度はあまり高くない。
【００５７】
結果的にトナー消費を節約し、かつ、画質の安定を高めることができる。
トナー像パターンのパターン作成頻度は、像担持体の使用枚数（画像形成回数；作像枚数）に応じて異ならせてもよい。
【００５８】
図１４に、本実施形態における第１濃度むらデータ更新の制御フローを示す。
まず、データ（制御テーブル）の更新が必要かどうかを判断する（Ｓ１４１）。
本実施形態では、第一濃度むらデータ記憶手段に保存されているデータと、感光体回転位置を検知しながら、感光体回転位置と関係付けた表面電位センサで検出した潜像パターンの電位むら（VLむら）による付着量変動とを比較する。
そして、ある閾値以上になると補正データの更新が必要と判断するようにしている。
【００５９】
次に、再度、潜像パターンの電位むら（VLむら）を検知する（Ｓ１４２）。
これは前段階のデータを用いる場合、省略しても構わない。
そして潜像パターンの電位むら（VLむら）を感光体周期で切り出し、平均化して（Ｓ１４３）、第一濃度むら記憶手段に保存されているデータを更新する（Ｓ１４４）。
更新されたVL変動分の第一補正データと、回転振れによる第二補正データとを合成し、感光体回転位置検出信号に基づいて、濃度むらを補正するよう作像条件を変える。
【００６０】
本実施形態の制御方式とすることで、補正データ更新時にトナーパターンを作像する必要がなくなり、不必要なトナー消費を削減できる。
さらに、トナーパターンを作像しないことで頻繁に濃度むら補正データの更新を行うことができるため、経時や使用環境によって濃度むらが変化した場合にも、十分な濃度むら補正効果が得られる。
電圧制御手段は、比較判断手段が補正データの更新が必要と判断した場合、トナー像パターンの作成時、現像手段に印加する電圧を通常作像時と異なる値に設定するようにしてもよい。
【００６１】
このようにすれば、補正データの更新時、適切な現像バイアスに調整することにより、現像することなくVLむらを検知できる。
また、記憶手段に保存するのは、VL変動補正分と回転振れ分とに分解してあれば、濃度むらデータではなく、補正用信号でも構わない。
この場合、補正データの演算分だけ演算回数が多くなるが、メモリの容量を小さくできる利点がある。
【００６２】
連続して印刷を行ったとき、補正データの更新タイミングおよび更新回数は、予め設定した枚数に基づいて行ってもよい。
なお、感光体の電位変動は経時で安定してくるので、パターン検知の頻度は少なくしてもよい。
あるいは、一定以上経過すると変動が急になることがあるので、所定枚数以上は高頻度で補正してもよい。
【００６３】
また、補正データの更新タイミングおよび更新回数は、画像形成装置内部の温度および湿度の環境条件に基づいて行ってもよい。
また、像担持体を交換したときや、プロセスコントロールを実行したときに補正データを更新するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
３８ 露光手段としての光書込ユニット
４０ 像担持体としての感光体
４２ 現像手段と現像装置
５２ 濃度むら検出手段としてのトナー付着量検知センサ
５６ 電位検出手段としての表面電位センサ
７０ 電圧制御手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開平９−６２０４２号公報
【特許文献２】特開２０００−０９８６７５号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体にパターン潜像を形成する露光手段と、
前記パターン潜像に関係して前記像担持体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記パターン潜像の表面電位を検出する電位検出手段と、
前記像担持体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段と、
前記トナー像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、
前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位と前記トナー像パターンの濃度とを蓄積するメモリと、
を有し、
前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータと前記トナー像パターンの濃度に基づく第２濃度むらデータとを生成し、
第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとを記憶し、
所定のタイミングでパターンを作り、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断し、所定の閾値を越える濃度変動発生時は濃度変動に応じて第１濃度むらデータを変更し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとに基づいてトナー像作像条件を制御する画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータと所定のタイミングにおけるパターン潜像の表面電位とに基づいて、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータの変更は、検出されたパターン潜像の表面電位に基づいてなされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
現像能力計測手段を備え、前記パターン潜像の表面電位を濃度に換算でき、または、濃度むらデータを補正用ポテンシャル情報に変換できることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー像作像条件は、現像装置に印加する現像バイアス電圧であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー像パターンの作成時、現像バイアス電圧を通常作像時と異なる値に設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、予め設定した作像枚数であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、画像形成装置内部の温度または湿度に基づいても決定されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、前記像担持体交換時を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、プロセスコントロール実行時を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
第２濃度むらデータは、前記像担持体の回転位置が変化する可能性があるとき補正することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項7〜１１のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記像担持体の使用枚数に応じてパターン作成頻度が異なることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは、現像バイアス電圧として記憶されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは付着量データとして記憶されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体にパターン潜像を形成する露光手段と、
前記パターン潜像に関係して前記像担持体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記パターン潜像の表面電位を検出する電位検出手段と、
前記像担持体上のパターン潜像をトナー像パターンとして可視像化する現像手段と、
前記トナー像パターンの濃度を検出する濃度検出手段と、
前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位と前記トナー像パターンの濃度とを蓄積するメモリと、
を有し、
前記像担持体の回転位置に関連する前記パターン潜像の表面電位に基づく第１濃度むらデータと、第１濃度むらデータと前記トナー像パターンの濃度に基づく第２濃度むらデータとを生成し、
第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとを記憶し、
所定のタイミングでパターンを作り、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断し、所定の閾値を越える濃度変動発生時は濃度変動に応じて第１濃度むらデータを変更し、第１濃度むらデータと第２濃度むらデータとに基づいてトナー像作像条件を制御する画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータと所定のタイミングにおけるパターン潜像の表面電位とに基づいて、所定の閾値を越える濃度変動が起きたかどうかを判断することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータの変更は、検出されたパターン潜像の表面電位に基づいてなされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
現像能力計測手段を備え、前記パターン潜像の表面電位を濃度に換算でき、または、濃度むらデータを補正用ポテンシャル情報に変換できることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー像作像条件は、現像装置に印加する現像バイアス電圧であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー像パターンの作成時、現像バイアス電圧を通常作像時と異なる値に設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、予め設定した作像枚数であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、画像形成装置内部の温度または湿度に基づいても決定されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、前記像担持体交換時を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記所定のタイミングは、プロセスコントロール実行時を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
第２濃度むらデータは、前記像担持体の回転位置が変化する可能性があるとき補正することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項7〜１１のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記像担持体の使用枚数に応じてパターン作成頻度が異なることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは、現像バイアス電圧として記憶されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の画像形成装置において、
第１濃度むらデータおよび第２濃度むらデータは付着量データとして記憶されることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０９３３７（Ｐ２０１３−１０９３３７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３４８００（Ｐ２０１２−２３４８００）
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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