JP2015026089A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー粒子の帯電量予測により短周期での濃度変動を抑えつつ、予測誤差を補償して長期に亘り画像濃度を安定させる。
【解決手段】ＣＰＵ２は、現像剤容器９の中のトナー粒子の帯電量を予測し、その予測結果に基づいて、感光ドラム５上に現像形成される通常画像用のトナー像の濃度が一定となるように、レーザパワー（ＬＰＷ）補正量を決定するＦＦ制御を行う。通常画像形成及び画像濃度を検知するための（階調補正用の）画像パッチの潜像形成は、いずれも、最新の階調変換テーブルにて、且つ、算出されたＬＰＷ補正量で補正した露光強度にてなされる。ＣＰＵ２は、画像パッチの画像濃度の検知した出力濃度が目標パッチ濃度（目標濃度）に一致するよう、階調変換テーブルを更新する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置が知られている。この装置は、トナー粒子を帯電させ静電気力を用いて画像形成を行う。そのため、トナー粒子の帯電量が変化した場合、それに応じて出力画像濃度や品位が変化してしまう。トナー粒子の帯電量は、使用環境や、出力される画像濃度や、出力経過時間などに応じて大きく変化する。

特に、二成分現像装置を用いた電子写真方式の画像形成装置、すなわち現像剤としてトナー粒子とキャリア粒子とを使用する装置では、画像露光により形成した静電潜像をトナーの電荷量で埋めることにより画像形成を行う。この装置においては、トナー粒子の帯電量変化による濃度変化が顕著に発生する。その濃度変化の影響は、ベタ画像の濃度のみならず、全階調に対して影響が及ぶ。そのため、トナー帯電量の変化に伴い階調性の変化が生じてしまう。

ベタ部や中間調部の濃度変動、すなわち階調変動を抑えるために、階調補正フィードバック制御が、一般的に広く行われている。この制御では、任意の階調の画像パッチを像担持体上や転写体上に出力し、像担持体上や転写体上などでパッチ濃度（トナー量）を測定した上で、出力濃度が目標濃度に一致するよう出力画像に対して階調変換を行う。

しかし、このような画像パッチの出力濃度に基づいた階調補正制御は、画像パッチの濃度（トナー量）測定を行った後に階調変換テーブルを作成し、その後、出力する画像に対して階調変換処理を適用する、というフィードバック制御である。そのため、制御のむだ時間（制御の時間遅れ）が発生せざるをえない。すなわち、短周期の濃度・階調ブレが不可避に発生してしまう。

このような問題を解決するものとして、下記特許文献１のように、トナー粒子の帯電量を推定（予測）し、画像形成のコントラスト電位をリアルタイムで抑制するフィードフォワード制御を行って画像濃度を安定化させる技術が提案されている。

特開２００１−４２６１３号公報

しかしながら、上記従来のようなトナー粒子の帯電量の推定に基づくフィードフォワード制御を行った場合でも、その予測誤差が大き過ぎると、制御を行わなかった場合に比べむしろ安定性が低下し、画像品質をより低下させてしまうという問題が生じる。

従って、画像濃度を短期的且つ長期的に安定させる観点から、改善の余地があった。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トナー粒子の帯電量予測により短周期での濃度変動を抑えつつ、予測誤差を補償して長期に亘り画像濃度を安定させることができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置であって、現像剤容器の中のトナー粒子の帯電量を予測する予測手段と、露光条件を設定する設定手段と、階調変換テーブルを記憶する記憶手段と、前記設定手段により設定された露光条件に従って、前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、記録媒体に定着させるためのトナー像を像担持体に形成する作像手段と、前記設定手段により設定された露光条件に従って、前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、画像濃度を検知するための画像パッチを前記像担持体に形成する形成手段と、前記形成手段により形成された画像パッチの濃度を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された前記画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、前記記憶手段に記憶されている階調変換テーブルを更新する更新手段とを有し、前記設定手段は、前記作像手段により形成される前記トナー像の濃度が一定となるように、前記予測手段による予測結果に基づいて前記露光条件を設定することを特徴とする。

本発明によれば、トナー粒子の帯電量予測により短周期での濃度変動を抑えつつ、予測誤差を補償して長期に亘り画像濃度を安定させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 本実施の形態における基本動作処理のフローチャートである。 トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。 画像形成時の制御ダイアグラムである。 図２のステップＳ１１１で実行される階調補正ＦＢ制御のフローチャートである。 階調補正ＦＢ制御の制御ダイアグラムである。 階調補正ＦＢ制御に使用する目標階調（濃度）レベルとトナー帯電量予測（ＦＦ）制御により現像量（濃度）変化が生じる階調領域との関係を示す図である。 第２の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。 第３の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による階調補正制御処理のフローチャートである。 階調補正により階調変換テーブルの出力値を下げる場合の例、上げる場合の例をそれぞれ示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。

この画像形成装置は、電子写真方式により画像を形成するタンデム型の画像形成装置であり、例えば、プリンタとして構成される。画像形成部は４つあるが、それらの構成については共通であるので、主に１つについて説明する。

この画像形成装置は、画像形成装置全体を制御するＣＰＵ（予測手段、設定手段、形成手段、更新手段）２、画像コントローラ１、ＲＡＭ（記憶手段）１１、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２１、Ａ／Ｄ変換器１９を備える。また、画像形成装置本体に温度・湿度センサ１７、不図示のタイマを備える。画像コントローラ１内には階調変換ユニット１８が備えられる。

各画像形成部には、感光ドラム（像担持体）５、レーザドライバ（以下、ＬＤドライバという）３、反射ミラー４、帯電器（帯電ローラ）７、現像器８、１次転写器１２等が備えられる。現像器８は、トナー及びキャリアを含有する現像剤を収容する現像剤容器９を備える二成分現像装置である。現像器８は、現像剤を担持する現像剤担持体である現像ローラ２２のほか、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６、光センサ（検知手段）２０を備える。ＣＰＵ２及びこれによって制御される帯電ローラ７、ＬＤドライバ３、現像器８等が「作像手段」を構成する。

画像コントローラ１は、不図示のホストコンピュータ等（以下、ＰＣという）から特定の記述言語で記述された画像情報の電気信号を受信し、画像データを作成する。この画像データから、ＣＰＵ２がＬＤドライバ３により潜像を作成するための信号処理を行い、それをＬＤドライバ３に信号を送信する。ＬＤドライバ３では、上記送られた信号を光信号に変換し、高速度で回転する（不図示の）ポリゴンモータに取り付けられたポリゴンミラーに上記光信号を照射する。照射された光信号は、ポリンゴンミラーにより反射して、反射ミラー４によって潜像担持体である感光ドラム５の表面に照射される。

感光ドラム５は、高電圧電源であるバイアス印加手段である高圧出力部６により制御された電圧値にて帯電ローラ７により一定電位に均一に帯電されている。感光ドラム５は、光照射を受ける（露光される）ことで照射部の電位が変化し、それにより感光ドラム５上に静電潜像が形成される。

本画像形成装置においては、感光ドラム５を負極性に帯電させるとともに、トナー粒子を負極性に帯電させ、光照射を行った部位（明部）にトナー粒子を付着させる機構となっている。また、感光ドラム５が一定電位になるよう帯電ローラ７を用いて帯電しているため、トナーが現像される明部電位は、ＬＤドライバ３から照射される光の光強度に依存して変化する。すなわち、トナー現像量は感光ドラム５に対する光照射量を制御することにより、調整することが可能である。

現像器８は、現像ローラ２２によって現像剤中のトナーのみを感光ドラム５に付着させ、感光ドラム５上に形成された静電潜像をトナー像として具現化・可視化像とする（現像する）。ＣＰＵ２が必要に応じてトナー補給モータ１０を回すことにより、必要に応じて現像剤容器９にトナーが補給される。ＣＰＵ２は、所定期間内のトナーの補給量の実績をＲＡＭ１１に保持する。

現像ローラ２２には、高圧出力部６によって制御された現像バイアスが印加されている。感光ドラム５上に現像形成されたトナー像は、１次転写器１２によって中間転写ベルト１３上に転写された後、さらに２次転写器１４により紙等の記録媒体１５の表面に転写される。Ｔ／Ｃ比検出センサ１６は、現像剤容器９内のトナー粒子とキャリア粒子との混合比率を測定する。Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値は、Ａ／Ｄ変換器１９を介して必要なタイミングでＣＰＵ２に取り込まれる。

トナー像を転写された記録媒体１５は、搬送ローラにより搬送され、定着装置により、上記トナー像が記録媒体１５に永久定着され、画像形成装置外に搬送される。ところで、ＨＤＤ２１には階調変換テーブルが記憶されており、ＲＡＭ１１に読み出されて参照される。

図２は、本実施の形態における基本動作処理のフローチャートである。

概略を説明すると、この基本動作処理では、現像剤容器９の中のトナー粒子の帯電量（電荷量）を予測する。そしてその予測結果に基づいて、感光ドラム５上に現像形成されるトナー像の濃度が一定となるように、電位形成条件を設定する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６、図３、図４）。これが、トナー粒子の帯電量の変動を抑制するフィードフォワード（以下、「ＦＦ」と記す）制御である。

本実施の形態では電位形成条件の一例として露光強度を設定する。ただし、電位形成条件はこれに限られず、帯電バイアス設定、あるいは現像バイアス設定、あるいはこれらの併用でもよい。また、予測するのはトナー帯電量に限るものでなく、出力画像濃度乃至現像トナー濃度といった、より直接的なものでもよい。

また、感光ドラム５上に、上記設定された露光条件にて、画像濃度を検知するための（階調補正用の）画像パッチの潜像形成を行う。そして、その潜像に対して現像された画像パッチの画像濃度を光センサ２０により検知（測定）する。そして、検知結果から算出されたパッチ濃度（トナー量）に基づき、画像パッチの出力濃度が目標パッチ濃度（目標濃度）に一致するよう、階調変換テーブルを更新する（図２のステップＳ１１１、図５、図６）。これが、階調補正フィードバック（以下、「ＦＢ」という）制御である。

ここで、通常画像のトナー像形成用と階調補正用の画像パッチのトナー像形成用とで電位形成条件（露光強度補正）は共通である。通常画像の形成と画像パッチの形成に用いる階調変換テーブルも共通である。

図２の処理は、装置本体の電源オンによって開始される。まず、ＣＰＵ２は、初期化処理を行い（ステップＳ１０１）、印字条件、パラメータをＨＤＤ２１からＲＡＭ１１に読み込む（ステップＳ１０２）。次に、ステップＳ１０３で、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが発生したか否かを判別する。ＵＩイベントは、不図示の操作部からユーザが指示を入力することで発生する。

そして、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが発生した場合は、それに応じた処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントがキャリブレーションの実行指示であればキャリブレーションを実行し（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）、設定パラメータの変更指示であれば設定パラメータを変更してＲＡＭ１１に保存する（ステップＳ１１４、Ｓ１１５）。その後、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。また、ＣＰＵ２は、ＵＩイベントが電源オフ（ＯＦＦ）の指示であれば、ＲＡＭ１１から印字条件、パラメータを読み出してＨＤＤ２１に保存して（ステップＳ１１６、Ｓ１１７）、装置電源をオフにする（本処理が終了する）。ＵＩイベントが電源オフ（ＯＦＦ）の指示でもない場合は、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。

前記ステップＳ１０３の判別の結果、ＵＩイベントが発生していない場合は、ＣＰＵ２は、トナー補給を実行する（ステップＳ１０４）。ここでは、前回のステップＳ１１０の処理で決定された補給量の補給が実行される。次に、ＣＰＵ２は、現像剤容器９内のトナー粒子の帯電量を予測する処理、並びに通常画像形成時用及び画像パッチ用形成時の露光強度（以下、「レーザパワー」あるいは「ＬＰＷ」と記す）補正量を決定する処理を実行する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。これらの処理については、図３、図４で後述する。ここで決定されるレーザパワー補正量は、通常画像及び画像パッチの各トナー像の形成に共通して適用される。

次に、ＣＰＵ２は、階調補正用の画像パッチを出力するタイミングとなったか否かを判別し（ステップＳ１０７）、当該タイミングとなった場合は、階調補正ＦＢ制御を実行してから（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０８に処理を進める。一方、当該タイミングとなっていない場合は、ＣＰＵ２は、今回は階調補正用ＦＢ制御を実行することなくステップＳ１０８に処理を進める。

ステップＳ１０８では、ＣＰＵ２は、未処理のジョブが有るか否かを判別し、なければ前記ステップＳ１０３に処理を戻す一方、有れば、その印刷ジョブを実行する（ステップＳ１０９）。この印刷ジョブでの通常画像形成においては、ステップＳ１０６で決定されたレーザパワー補正量が反映される。従って、潜像形成は、レーザパワー補正量による露光強度補正とＲＡＭ１１に現在記憶されている階調変換テーブル（最新の階調変換テーブル）による階調補正を行いつつなされる。潜像形成に用いる画像信号は、階調変換テーブルを参照して算出される。

次に、ステップＳ１１０では、ＣＰＵ２は、トナー補給量を決定する。トナー補給量は、トナー消費量から決定される。その後、ＣＰＵ２は、処理を前記ステップＳ１０３に戻す。

図３は、トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御（ＦＦ）処理のフローチャートである。本処理は、図２のステップＳ１０５、Ｓ１０６に相当する。図４は、画像形成時の制御ダイアグラムである。

この画像露光強度補正制御処理では、一定時間おき（タイムステップ毎）にトナー帯電量を予測する。そのため、各期間における、トナー消費量、トナー補給量、現像剤容器９内のトナー量を、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１１内に保持させる。保持するトナー消費量、トナー補給量のデータについては、タイムステップ間の期間内で時間平均をとったものを採用する。

まず、図３のステップＳ３０１で、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測値を算出するためのデータを読み込む。このデータには、前回算出時からの累積データ、トナー消費量、トナー補給量等が含まれる。次に、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測値を算出する（ステップＳ３０２）。ここで、トナー粒子帯電量の予測値は、各タイムステップ毎に計算され、それに用いる算出式は、現像ローラ２２が回転しているか否かに応じて切り替えられる。現像ローラ２２の回転時には下記数式１を用い、現像ローラ２２の非回転時には下記数式２を用いて算出する。

［数１］
トナー粒子帯電量（予測値）＝前タイムステップにおけるトナー粒子帯電量×（１−計算タイムステップ／α−現像量／現像器内トナー量）
＋β×計算タイムステップ／α
＋前回計算時のトナー粒子帯電量

［数２］
トナー粒子帯電量（予測値）＝前タイムステップにおけるトナー粒子帯電量×（１−γ）
ここで、α、β、γの３つのパラメータは、トナーの帯電特性に応じて前もって決められたパラメータである。αは摩擦帯電（除電）が行われる時間速さ、βはトナー粒子の飽和帯電量、γはトナー粒子からの電荷漏洩の時間速さを示している。トナー粒子帯電量の初期値は０である。

上記数式１の右辺の第１項の「現像量／現像器内トナー量」は、「帯電したトナー粒子が現像されると同時に未帯電のトナー粒子が補給される分の電荷収支」に相当する。すなわち、「現像量／現像器内トナー量」が、現像剤容器９からのトナーの消費・補給に応じた帯電量の減少分に対応する。

上記数式１の右辺の第２項及び第１項のうちの上記項を除いた部分は、「摩擦帯電によりトナー粒子の電荷が変化する量」に相当する。これらを、上記数式１の右辺の第３項が示す前回のトナー粒子帯電量に対して加えることで、次回の帯電量を予測するという式となっている。上記数式２は、一定の時定数でトナー粒子帯電量が減衰することを示す式となっている。

さらに、本実施の形態では、予測したトナー帯電量、言い換えれば、所定の目標トナー帯電量に対する実際のトナー帯電量のズレ・変化を推定（予測）する。そして、そのズレ分・変化分による濃度変動を打ち消すよう、ＬＤドライバ３から照射される画像出力時の画像露光強度をＦＦ制御する。具体的には、ＣＰＵ２は、下記数式３を満たす電位コントラストになるよう、ＬＤドライバ３の照射強度（画像露光強度）を調整する。

［数３］
画像出力時電位コントラスト＝（基準時電位コントラスト／基準時に予測されたトナー粒子帯電量）×出力時に予測されたトナー粒子帯電量
ここで、「基準時」とは、例えば、色合わせのためのキャリブレーション動作を行った時や、キャリブレーションを行わない設定の場合には、出力ＪＯＢ開始初期時等、出力画像の色味基準となる出力を行った時を指す。

すなわち、図３のステップＳ３０３で、ＣＰＵ２は、予測される濃度変動を打ち消すために必要な電位調整量を算出する。次に、ステップＳ３０４で、ＣＰＵ２は、算出した電位調整量に相当するレーザパワー補正量を画像出力時のレーザパワー補正量（電位形成条件）としてＲＡＭ１１に記憶させる。

ここで記憶されたレーザパワー（ＬＰＷ）補正量が、図２のステップＳ１０９における印刷ジョブの通常画像形成、及び、図２のステップＳ１１１（図５のステップＳ６０４）における画像パッチの形成に反映される。図４に示すように、算出・記憶されたＬＰＷ補正量をデフォルトのＬＰＷ設定の露光強度に加算した露光強度にて、次回の画像形成が行われる。

以上のような、予測したトナー帯電量を打ち消すように、画像出力時に用いる潜像形成条件（電位コントラスト）調整を行うことで、トナー粒子帯電量の変化に影響を受けない安定した画像濃度の出力が可能となる。

しかし、予測したトナー帯電量と実際のものとでズレが生じ、濃度の予測変動量と実際の変動量のズレが大きくなってしまった場合、予測制御が、出力濃度と目標画像濃度とのズレを拡大させてしまうことがある。そこで、本実施の形態では、トナー粒子の帯電量の変動を抑制するＦＦ制御を行う一方、画像パッチを通常画像出力時と同等の潜像形成条件（画像露光強度）下で形成する。さらに、トナーパッチ濃度（量）と目標画像濃度（トナー量）間の差分をもとにして、画像出力時に適用する階調補正テーブルを更新する。

図５は、図２のステップＳ１１１で実行される階調補正ＦＢ制御のフローチャートである。図６は、階調補正ＦＢ制御の制御ダイアグラムである。

まず、図５において、ＣＰＵ２は、画像パッチの形成・濃度検知を行うためのパッチ検発行を行うと共に、像担持体である感光ドラム５の下地を読み取る（ステップＳ６０１）。次に、ＣＰＵ２は、読み取った下地の出力に異常があるか否かを判別する（ステップＳ６０２）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、異常がなければステップＳ６０４に処理を進める一方、異常があれば、画像パッチの濃度を検知する光センサ２０の下地レベルを更新してから（ステップＳ６０３）、ステップＳ６０４に処理を進める。

ステップＳ６０４では、ＣＰＵ２は、通常画像形成時と同等の条件で階調補正用の画像パッチを形成する。すなわち、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１１に現在記憶されている最新の階調変換テーブルを元に算出された階調パッチレベルにて画像パッチを形成する。その際、デフォルトのＬＰＷ設定を、上記算出・記憶されたレーザパワー補正量（図３のステップＳ３０４）で補正した露光強度にて、画像パッチを形成する（図６参照）。ここでいう階調パッチレベルは、前回のステップＳ６０９で、最新の階調変換テーブルをもとに、目標パッチ濃度を出力するためのパッチ出力値として算出（逆算）されたものである。

次に、画像パッチの濃度を光センサ２０が検知（測定）すると（図６参照）、ＣＰＵ２は、その検知結果を受け取り（ステップＳ６０５）、ＣＰＵ２は、検知結果から画像パッチの濃度を演算により求める（ステップＳ６０６）。ここで、パッチ濃度は濃度が高いほど大きな値を示すものとする。

次に、ＣＰＵ２は、演算で求めた測定パッチ濃度と目標パッチ濃度とを比較し、その差分値を求める（ステップＳ６０７）。ここでいう差分値は、測定パッチ濃度（図６のトナーパッチ読み取り値）から目標パッチ濃度（図６の階調補正用パッチ基準値）を差し引いた値である。

そして、ＣＰＵ２は、測定パッチ濃度と目標パッチ濃度との間に差分がない場合は、本処理を終了させる一方、差分がある場合は、ステップＳ６０８、Ｓ６０９を実行してから本処理を終了させる。

ステップＳ６０８では、ＣＰＵ２は、現在、ＲＡＭ１１に記憶されている階調変換テーブルに対して、「最新の階調変換テーブル＝前回算出された現在の階調変換テーブル−差分値×基準補正形状テーブル」なる演算式による演算を行う。これにより、階調変換テーブルを更新する（図６も参照）。すなわち、現在の階調変換テーブルに代えて最新の階調変換テーブルをＲＡＭ１１に記憶させる。なお、図５の処理の終了時には、ＲＡＭ１１内の最新の階調変換テーブルはＨＤＤ２１に保存される。

次に、ステップＳ６０９では、ＣＰＵ２は、更新された最新の階調変換テーブルをもとに、目標パッチ濃度を出力するためのパッチ出力値（階調パッチレベル）を算出（逆算）する。その後、本処理を終了させる。

このように、階調補正ＦＢ制御は、トナー粒子帯電量予測によりトナー粒子の帯電量の変動を抑制するＦＦ制御と並行して実行される。階調補正ＦＢ制御は、ＦＦ制御での予測誤差を補償する役割を果たす。そのため、目標パッチ濃度（目標濃度）は、適切な値に設定する必要がある。具体的には、トナー帯電量予測制御（ＦＦ制御）により現像量（濃度）変化が生じる階調（濃度）領域、すなわち、トナー帯電量予測制御に誤差があった場合に、その誤差の影響で濃度ブレが生じるような階調領域内で設定される。

図７は、階調補正ＦＢ制御に使用する目標階調（濃度）レベルとトナー帯電量予測（ＦＦ）制御により現像量（濃度）変化が生じる階調領域との関係を示す図である。

図７に示すように、帯電量予測に誤差があると、入力に対する出力にズレが生じる。ところが、階調カーブの形状の特性から、所定以下の低い階調領域（例えば、画像面積率１５％以下：極ハイライト領域）においては、トナー粒子帯電量予測制御による調整が階調変化をほとんど生じさせない。そのため、予測制御の誤差があったとしても、それを検知できない。一方、所定以上の階調領域であれば、トナー粒子帯電量予測制御による調整が階調変化を生じさせるため、それをパッチ出力の濃度ズレとして確認することができる。すなわち、予測誤差に起因する画像パッチの階調変化を光センサ２０が検知できる。

このような、予測誤差に起因する画像パッチの階調変化を検知可能な階調（濃度）領域内で目標パッチ濃度を設定し、画像パッチを形成し、階調変換テーブルを更新する。これにより、トナー粒子帯電量予測制御に誤差が生じて階調カーブの誤差（目標階調濃度カーブ）にズレが生じたとしても、その誤差がゼロに近づくように補正（誤差の補償）することが可能となる。従って、予測制御の誤差に起因する弊害が回避される。

逆に言えば、現像器８が、図７に示すような、「トナー粒子帯電量予測制御による濃度（階調）変化」が生じるような特性を持つ現像装置であるとする。この場合に、予測制御の誤差があっても現像量が変化しないような極ハイライト領域を、階調補正用の画像パッチの出力時の階調として用いないことが必要である。その領域の画像パッチを用いると、トナー粒子帯電量予測制御の誤差の打ち消すような階調補正ＦＢ制御を行うことができないからである。

本実施の形態によれば、画像露光強度補正制御（ＦＦ制御）により、トナー粒子帯電量を予測し、通常画像の濃度が一定となるように、リアルタイムに電位形成条件を設定するので、短周期での画像濃度の変動を抑制することができる。また、画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、階調変換テーブルを最新のものに更新することで、ＦＦ制御における予測誤差を打ち消すように階調補正ＦＢ制御を行う。これにより、トナー帯電量予測に誤差が生じたとしても、階調補正ＦＢ制御により濃度ズレが生じず、常に一定の安定した画像出力を実現することが可能となり、トナー粒子帯電量の予測誤差による長期的な濃度ズレを補償することができる。特に、ＦＦ制御と階調補正ＦＢ制御とで、露光条件及び用いる階調変換テーブルが共通である。よって、トナー粒子の帯電量予測により短周期での濃度変動を抑えつつ、予測誤差を補償して長期に亘り画像濃度を安定させることができる。

また、目標濃度は、ＦＦ制御における予測誤差に起因する画像パッチの階調変化を検知可能な階調領域内で設定されるので、予測誤差の補償機能が適切に果たされる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、トナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理が、第１の実施の形態と異なる。従って、図３に代えて図８を用いて第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態では、上記数式１、２において、パラメータα、βを、Ｔ／Ｃ比に基づいて変化させると共に、パラメータα、γを、画像形成装置の本体内の環境湿度に基づいて変化させる制御を加えた点だけが第１の実施の形態と異なる。その他の構成や制御態様は同じである。ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値（タイムステップ間の期間内で時間平均をとる）、温度・湿度センサ１７の検出値（特に環境湿度の値）をＲＡＭ１１に保持させる。

図８は、第２の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による画像露光強度補正制御処理のフローチャートである。

ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比検出センサ１６の出力値から、Ｔ／Ｃ比が高くなったか否かを判別する（ステップＳ４０１）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が低くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を小さくすると共に、β値を大きくする（ステップＳ４０２、Ｓ４０３）。また、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が高くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を大きくすると共に、β値を小さくする（ステップＳ４０４、Ｓ４０５）。Ｔ／Ｃ比が変わらない場合は、ＣＰＵ２は、α値、β値も変化させない。

次に、ＣＰＵ２は、温度・湿度センサ１７の検出値から、環境湿度が高くなったか否かを判別する（ステップＳ４０６）。その判別の結果、ＣＰＵ２は、環境湿度が高くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を小さくすると共に、上記数式２におけるγ値を小さくする（ステップＳ４０９、Ｓ４１０）。また、ＣＰＵ２は、環境湿度が低くなった場合は、上記数式１、２におけるα値を大きくすると共に、上記数式２におけるγ値を大きくする（ステップＳ４０７、Ｓ４０８）。環境湿度が変わらない場合は、ＣＰＵ２は、α値、γ値も変化させない。

すなわち、ＣＰＵ２は、Ｔ／Ｃ比が高くなった場合は、トナー粒子帯電量（予測値）がより小さい値に算出される方向にパラメータを変化させる。また、環境湿度が高くなった場合は、摩擦帯電（除電）の速度が遅く算出される方向にパラメータを変化させる。あるいは、環境湿度が高くなった場合は、トナー粒子帯電量（予測値）がより小さい値に算出される方向にパラメータを変化させてもよい。

その後、ＣＰＵ２は、図３のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様の処理を実行して、本処理を終了させる。

Ｔ／Ｃ比や環境湿度により、トナー粒子の飽和帯電量・摩擦帯電（除電）が行われる時間速さ、トナー粒子からの電荷漏洩の時間速さが変化するが、ステップＳ４０１〜Ｓ４１０の処理によって、それらを適切に調整することができる。このような調整を行うことにより、画像形成装置の設置環境が変化し、トナー帯電量の変化特性が変化した場合にも、その特性の変化に対応して誤差の少ないトナー粒子帯電量予測が可能となる。ひいては、画像露光強度補正制御の精度が高くなる。

よって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、特に、トナー粒子帯電量の予測に基づくＦＦ制御の精度を高め、短周期の濃度変動を効果的に抑えることができる。

なお、パラメータの補正は、Ｔ／Ｃ比に基づくもの、環境湿度に基づくもののいずれか一方のみを採用するようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、トナー粒子帯電量の予測に基づく補正制御が、画像出力時のレーザパワー補正量に適用された。しかし、本発明の第３の実施の形態では、トナー粒子帯電量の予測に基づく補正制御が、階調変換テーブルに適用される点が異なる。予測したトナー帯電量の変化、すなわち予測した濃度変化を抑えるための制御先は、階調変換ユニット１８（図１参照）である。従って、図３、図４に代えて図９を用い、さらに図１０を加えて第３の実施の形態を説明する。

図９は、第３の実施の形態におけるトナー粒子帯電量予測による階調補正制御処理のフローチャートである。図９の処理は、図２において、ステップＳ１０５、Ｓ１０６の代わりに、ステップＳ１０４とステップＳ１０７との間に挿入されて実行される。

図９のステップＳ５０１、Ｓ５０２では、ＣＰＵ２は、図３のステップＳ３０１、Ｓ３０２と同様の処理を実行する。次に、ステップＳ５０３では、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量の予測結果から、トナー粒子帯電量が高くなったか否かを判別する。そして、その判別の結果に基づいて、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１１に記憶されている階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を増減する（ステップＳ５０４、Ｓ５０５）。この増減処理は、ＣＰＵ２の制御に従って、階調変換ユニット１８によって行われる。

すなわち、ＣＰＵ２は、トナー粒子帯電量が低くなった場合は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を下げるよう制御する（ステップＳ５０４）。一方、トナー粒子帯電量が高くなった場合は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値を上げるよう制御する（ステップＳ５０５）。また、トナー粒子帯電量が変わらない場合は、入力に対する出力の値を、階調変換テーブルのままとする。

図１０（ａ）、（ｂ）は、階調変換テーブルの出力値を下げる場合の例、上げる場合の例をそれぞれ示す図である。図９のステップＳ５０６では、ＣＰＵ２は、階調変換テーブルにおける入力に対する出力の値の増減量をＲＡＭ１１に記憶させる。すなわち、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような、元の（実線の）テーブル曲線に対して増減制御をした後の（点線の）テーブル曲線を記憶させる。そして、図２のステップＳ１０９における印刷ジョブの通常画像形成、及び図５のステップＳ６０４における画像パッチの形成において、上記記憶された内容が増減の態様として反映される。

ここで、出力値の増減の程度については、トナー粒子帯電量の予測結果に応じた量とする。ただし、それに限定されるものではなく、通常画像形成のトナー像を形成する際、該トナー像の濃度変動が抑制される方向に増減させるのであれば、それなりの効果は得られる。

なお、予測するのはトナー帯電量に限るものでなく、現像トナー濃度（トナー出力濃度）といった、より直接的なものでもよい。その場合には、現像トナー濃度が上がると予測された場合には階調変換テーブルの出力値を下げ、現像トナー濃度が下がると予測された場合には階調変換テーブルの出力値を上げる。

第３の実施の形態によれば、トナー粒子帯電量の予測結果に基づく階調変換テーブルの出力の増減処理により、短周期での画像濃度の変動を抑制することに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、階調変換テーブルを更新する階調補正ＦＢ制御により、トナー粒子帯電量の予測誤差による長期的な濃度ズレを補償することができる。すなわち、予測制御に誤差が生じた場合にも、予測による影響が生じる濃度レベルを目標階調（濃度）として、画像パッチ出力を元にしたＦＢ制御を行うことにより、誤差を修正する補償を行える。よって、トナー粒子の帯電量予測により短周期での濃度変動を抑えつつ、予測誤差を補償して長期に亘り画像濃度を安定させることができる。

なお、第３の実施の形態において、第２の実施の形態における図８のＳ４０１〜Ｓ４１０（α値、β値、γ値の補正）を、図９の処理にも適用可能である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１ 画像コントローラ
２ ＣＰＵ
５ 感光ドラム
９ 現像剤容器
１１ ＲＡＭ
１６ Ｔ／Ｃ比検出センサ
２０ 光センサ

上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置は、現像剤容器内のトナー粒子の帯電量を予測する予測手段と、前記予測手段により予測された前記トナー粒子の前記帯電量に基づいて、露光条件を決定する決定手段と、階調変換テーブルを格納する格納手段と、前記格納手段に格納された前記階調変換テーブルに基づいて画像データを作成する作成手段と、感光体と、静電潜像を形成するために、前記決定手段により決定された前記露光条件に基づく光によって前記感光体を露光する露光手段と、前記現像剤容器内のトナー粒子を用いて前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、前記作成手段により作成された前記画像データに基づいて画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成されたパターン画像を測定する測定手段と、前記画像形成手段に、パターン画像データに基づき前記パターン画像を形成させ、前記測定手段による前記パターン画像の測定結果に基づいて、前記格納手段に格納された前記階調変換テーブルを更新する更新手段と、を有し、前記作成手段は、前記画像形成手段が前記パターン画像を形成する場合、前記階調変換テーブルに基づいて前記パターン画像データを作成し、前記露光手段は、前記画像形成手段が前記パターン画像を形成する場合、前記決定手段により決定された前記露光条件に基づく光によって前記感光体を露光することを特徴とする。

Claims (6)

1. 電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置であって、
   現像剤容器の中のトナー粒子の帯電量を予測する予測手段と、
   露光条件を設定する設定手段と、
   階調変換テーブルを記憶する記憶手段と、
   前記設定手段により設定された露光条件に従って、前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、記録媒体に定着させるためのトナー像を像担持体に形成する作像手段と、
   前記設定手段により設定された露光条件に従って、前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、画像濃度を検知するための画像パッチを前記像担持体に形成する形成手段と、
   前記形成手段により形成された画像パッチの濃度を検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された前記画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、前記記憶手段に記憶されている階調変換テーブルを更新する更新手段とを有し、
   前記設定手段は、前記作像手段により形成される前記トナー像の濃度が一定となるように、前記予測手段による予測結果に基づいて前記露光条件を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置であって、
   現像剤容器の中のトナー粒子の帯電量を予測する予測手段と、
   階調変換テーブルを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、記録媒体に定着させるためのトナー像を像担持体に形成する作像手段と、
   前記記憶手段に記憶されている最新の階調変換テーブルによる階調補正を行いつつ、画像濃度を検知するための画像パッチを前記像担持体に形成する形成手段と、
   前記形成手段により形成された画像パッチの濃度を検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された前記画像パッチの濃度が目標濃度に一致するように、前記記憶手段に記憶されている階調変換テーブルを更新する更新手段とを有し、
   前記作像手段は、前記トナー像を形成する際、該トナー像の濃度変動が抑制されるように、前記予測手段による予測結果に基づいて前記階調変換テーブルの出力値を増減させ、
   前記形成手段は、前記画像パッチを形成する際、該画像パッチの濃度変動が抑制されるように、前記予測手段による予測結果に基づいて前記階調変換テーブルの出力値を増減させることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記目標濃度は、前記予測手段の予測誤差に起因する前記画像パッチの階調変化を前記検知手段が検知可能な階調領域内で設定されることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記予測手段は、前記現像剤容器へのトナーの補給量及び前記現像剤容器からのトナーの消費量に基づいて、前記トナー粒子の帯電量を予測することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記予測手段は、さらに、前記現像剤容器におけるトナー粒子とキャリア粒子との混合比に基づいて、前記トナー粒子の帯電量を予測することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記予測手段は、さらに、環境湿度に基づいて、前記トナー粒子の帯電量を予測することを特徴とする請求項４または５記載の画像形成装置。