JP2005227317A

JP2005227317A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005227317A
Application number: JP2004033071A
Authority: JP
Inventors: Yuuji Betsushiyo; 勇爾別所
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】画像信号に対する出力画像濃度のリニアリティーをいち早く回復させ、高品位なカラー画像を得ることを可能とした画像形成装置を提供すること。
【解決手段】像担持体と、帯電手段と、潜像形成手段と、前記画像用の潜像を現像して画像用のトナー像を形成する複数の現像手段と、を有し、前記複数の現像手段のうち少なくとも１つには淡色トナーが装填され、残る前記現像手段のうち少なくとも１つには濃色トナーが装填され、画像レベルに応じて淡色トナーと濃色トナーが混合される画像形成装置において、全ての該現像手段を用いて画像形成を行う第１のモードと、該複数の現像手段のうちの一部を用いて画像形成を行う第２のモードと、トナー帯電量判断手段を有し、第２のモード時に用いなかった該現像手段における該トナー帯電量判断手段の検知結果に基づいて該混合比率を可変とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、複写機、レーザビームプリンタ等の電子写真方式により画像を形成する画像形成装置の一例として、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色成分画像を重ね合わせて画像を形成するようにしたフルカラー画像形成装置がある。

そして、このようなフルカラー画像形成装置においては、高画質化のために、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色成分画像の最大濃度や、中間調濃度を規定し、装置の個体差、環境変動に影響されずに、常に一定の濃度画像が得られるように制御する濃度制御が重要である。このため、従来のフルカラー画像形成装置においては、濃度制御を行うための濃度検知手段が設けられている。

フルカラー画像形成装置のうち、複数の像担持体と複数の現像装置を備え、複数の現像手段のうち少なくとも１つには同一分光特性をもつ淡色トナーと、残る前記現像手段のうち少なくとも１つには濃色トナーが装填され、濃淡２種類のトナーを使用し、図１に示すような淡色トナー用ルックアップテーブルと濃色トナー用ルックアップテーブルを使用し、１種類の分光特性をもつ色を表現する画像形成方法が提案されている（特許文献１）。これは、低濃度部においては淡色トナーを積極的に使用し、中間濃度部においては淡色トナーと濃色トナーを混合させ、高濃度部においては濃色トナーを積極的に使用することで、低濃度部でのドットの粗さを目立ちにくくし、高濃度部でのトナー量を抑えることができる。これにより、特に低濃度部における粒状感を低減し、画質の向上を達成することができ、又、再現色範囲を広げる効果が得られる。

又、上記現像装置は、安定性等の観点から、二成分現像装置が多く用いられている。

特開２０００−２３１２７９号公報

ところで、前記画像形成装置において、淡色トナーの消費を抑えることでトナー消費量を抑える目的等により、濃色トナーのみを用いて画像形成を行うモードと、濃色／淡色を同時に使用するモードとを併用する使い方が予想される（以下、前者を濃トナーモード、後者を濃淡トナーモードと称する）。ここで、濃トナーモードを使用する際は、淡色トナー現像装置は、画像形成に寄与しないという理由から、現像動作を行わずに使用すると考えられる。

しかしながら、一般に二成分現像剤は、長期放置するとトナーの摩擦帯電量が低下することが知られている。上記のように淡色トナーが長期に亘って現像動作を行わない（即ち、長期放置されている）場合、淡色トナーの摩擦帯電量が低下することで現像特性が変化すると予想される。このため、１種類の分光特性を持つ色の入力画像信号値における出力濃度のリニアリティーが損なわれ、結果として、中間濃度を使用する画像部分において階調が不自然になることや、擬似輪郭が発生するというような画像不良が発生する。

従って、本発明の目的は、同色の淡色トナーと濃色トナーの２種類のトナー（例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ））を用いて現像を行う画像形成装置において、濃トナーモードを使用した後の濃淡トナーモードにおいて、画像信号に対する出力画像濃度のリニアリティーをいち早く回復させ、高品位なカラー画像を得ることを可能とした画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。

即ち、像担持体と、前記像担持体上を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて帯電された前記像担持体上に画像用の潜像を形成する潜像形成手段と、前記画像用の潜像を現像して画像用のトナー像を形成する複数の現像手段と、を有し、前記複数の現像手段のうち少なくとも１つには淡色トナーが装填され、残る前記現像手段のうち少なくとも１つには濃色トナーが装填され、画像レベルに応じて淡色トナーと濃色トナーが混合される画像形成装置において、全ての該現像手段を用いて画像形成を行う第１のモードと、該複数の現像手段のうちの一部を用いて画像形成を行う第２のモードと、トナー帯電量判断手段を有し、第２のモード時に用いなかった該現像手段における該トナー帯電量判断手段の検知結果に基づいて該混合比率を可変とすることを特徴とする画像形成装置である。

前記淡色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０未満であるように顔料を調整しているトナーであり、前記濃色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０以上であるように顔料を調整しているトナーであることが好ましい。

本発明によれば、画像情報に応じ全ての該現像手段を用いて画像形成を行う第１のモードと、複数の現像手段のうちの一部を用いて画像形成を行う第２のモードと、トナー帯電量判断手段を有し、第２のモード時に用いなかった該現像手段におけるトナー帯電量判断手段の検知結果に基づいて混合比率を可変とするようにしたため、長期放置によりトナーの摩擦帯電量に変化が生じても、画像信号に対する再現濃度のリニアリティーを維持し、高品位なカラー画像を得ることができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について図１〜図６により説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置には、図２に示すように、４つの画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが画像送り方向に直列に並置されており、各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄには、それぞれ像担持体である感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ、帯電装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、第１現像装置（第１現像手段）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、第２現像装置（第２現像手段）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、クリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ及び１次転写装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを備えている。又、各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄの感光ドラム１ａ〜１ｄと１次転写装置７ａ〜７ｄとの間を通るように、中間転写体である中間転写ベルト１２が矢印方向に移動可能に配置されている。

第１現像装置４ａ〜４ｄには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色について、転写材上のトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²のときに定着後の光学濃度が０．８になるように設計されているトナー（以下、「淡色トナー」と言う）が装填され、第２現像装置５ａ〜５ｄには、転写材上のトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²のときに、定着後の光学濃度が１．６になるように設計されているトナー（以下、「濃色トナー」と言う）が装填されている。

尚、上記淡色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０未満であるように顔料を調整しているトナーとし、上記濃色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０以上であるように顔料を調整しているトナーとしても良い。

又、感光ドラムの矢印にて示す回転方向に関して、第１現像装置４ａ〜４ｄが第２現像装置５ａ〜５ｄの上流側にそれぞれ配設されている。

本画像形成装置における動作の基本的なフローチャートを図３に示す。

先ず、原稿台ガラス２０上に載置された原稿Ｇをスキャンし、原稿情報をＣＣＤ１４により電気的信号に変換し、Ａ／Ｄ変換装置によりデジタル信号化する。デジタル信号化されたデータを画像処理ブロックで加工し、ＲＧＢ信号をＣＭＹＫ信号に色変換した後、ガンマ補正、淡色トナー用ルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」と言う）変換処理を行ない、最後に２値化を行う。図１の（Ａ）に淡色トナー用ＬＵＴを示す。その２値化された画像データを画像メモリとして、Ｄ／Ａ変換し、ＬＥＤドライバに転送し、ＬＥＤを駆動させ画像形成を行う。

ＬＥＤ露光により作られた静電潜像に、淡色トナー用である第１現像装置４ａ〜４ｄによりトナー像を現像する。こうして形成されたトナー像を１次転写装置７ａ〜７ｄにより、中間転写ベルト１２に１次転写する。

このように、淡色トナー用ＬＵＴ変換処理を行うことにより、読み取り画像信号の低濃度部においては、淡色トナーを積極的に用いることになる。つまり、低濃度部においては、１ドットの濃度が低くなり、２値画像の欠点である１ドットの粒状度を低減することが可能となる。

次に、２回目の原稿スキャンを行う。２回目の画像形成時には、メモリの都合上、再度リーダースキャンを行う必要がある。２回目のスキャン時の画像信号は、１回目とガンマ補正までは同様に処理される。その次に、濃度トナー用ＬＵＴ変換処理を行い２値化する。その２値化された画像データを画像メモリとして、Ｄ／Ａ変換し、ＬＥＤドライバに転送し、ＬＥＤを駆動させ画像形成を行う。図１の（Ｂ）には、濃色トナー用ＬＵＴを示す。

ＬＥＤ露光により作成された静電潜像に、濃度トナー現像装置５ａ〜５ｄによりトナー像を現像する。こうしてできたトナー像を１次転写装置７ａ〜７ｄにより、淡色トナーによるトナー像が形成されている中間転写ベルト１２上に再び１次転写し、濃淡トナーによるトナー像を形成した後、給紙カセット１３から給紙されてきた転写材Ｐに２次転写装置１１によって２次転写し、定着装置９により定着し、排紙する。

上記のようにして、濃淡トナーによる画像形成が可能となる。

次に、本実施の形態における画像濃度制御について説明する。

上記画像形成装置において、感光ドラム１ａ〜１ｄに対する帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件が設定された状態で発生手段（例えば、コントローラ１５がＲＯＭ等に記憶される濃度パターンデータを読み出して発生させる）によりトナーパッチ画像を形成し、中間転写体１２にトナーパッチ画像を１次転写する。そして、２次転写装置１１より中間転写ベルト搬送方向上流に中間転写ベルト１２に対向して備えられた濃度センサ２１が濃トナーパッチ画像の濃度レベル状態を検出し、その濃度レベル状態に応じて制御手段（コントローラ１５）が像形成手段に設定されている階調特性を補正制御し、階調特性変動が生じても適正な階調特性となる鮮明画像を安定して形成することを可能とする。

濃度センサ２１は、図４に示すように、ホルダー２２に、ＬＥＤ等の発光素子２３、フォトダイオード、ＣｄＳ等の受光素子２４を組み込んで形成されている。濃度センサ２１は、発光素子２３から光を転写ベルト２１上のトナーパッチ画像Ｔに照射し、トナーパッチ画像Ｔからの拡散光を受光素子２４で受け取ることにより、パッチＴの濃度を測定するものである。一般的に、参照光を照射したときに反射してくる反射光には正反射光と拡散光があるが、本実施の形態においては、濃度センサ２１には拡散光型濃度センサを使用し、入射角θ＝１５°、反射角ψ＝４５°に設定したものを使用した。本実施の形態における濃度センサ２１による淡色トナーと濃色トナーの出力を図５に示す。

又、制御手段は、検出手段により検出されたパッチ画像の濃度レベル状態に応じてルックアップテーブルに設定されるテーブル値を、例えばＬＵＴ補正テーブルにより補正し、リアルタイムで階調特性を自動変更することを可能とする。

更に、制御手段は、検出手段により検出された濃度レベル状態に応じて像形成手段に設定された各感光体に対する帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件を順次補正制御し、像形成プロセス条件設定状態を捉えて画質を安定化することを可能とする。こうして補正されたＬＵＴによる画像濃度制御により図６のように入力画像信号に対して出力画像濃度がリニアになり、良好な濃度再現性を示すことができる。

又、本実施の形態における画像形成装置は、トナー消費量低減等の目的により、濃色トナーのみを用いて画像形成を行うモード（濃トナーモード）と、濃淡トナーを同時に用いて画像形成を行うモード（濃淡トナーモード）とを併せ持つ。更に、濃トナーモードを使用する際は、淡色トナー現像装置は、画像形成に寄与しないという理由から、現像動作を行わずに使用すると考えられる。

しかしながら、一般に二成分現像剤は、長期放置するとトナーの摩擦帯電量が低下することが知られている。上記のように淡色トナーが長期に亘って現像動作を行わない（即ち、長期放置されている）場合、淡色トナーの摩擦帯電量が低下することで現像特性が変化すると予想される。このため、図７に示すように、淡色トナーと濃色トナーの混合が始まる画像レベル付近でリニアリティーがなくなり、中間濃度部において階調が不自然になることや、擬似輪郭が発生するというような画像不良が発生し、良好な濃度再現ができなくなる。

ここで、淡色トナーの摩擦帯電量の低下を戻すために、例えば淡色トナーを強制消費させることでトナー濃度を下げ、摩擦帯電量を増加させるといった方法や、淡色トナー現像装置を空回転させることによって強制的に摩擦帯電量を増加させるといった手法が考えられる。

しかし、何れの方法も淡色トナーの摩擦帯電量回復のために一定のダウンタイムが発生し、ユーザビリティの面で好ましくない。又、トナー消費量増加や、空回転による現像剤の劣化等の観点からも好ましくない。

そこで、本実施の形態では、濃トナーモードの使用状態から淡色トナーの摩擦帯電量の低下量を予測し、その後の濃淡トナーモードにおける濃淡トナーのＬＵＴを図８に示すように変化させることで、淡トナーの消費量を増加させ、淡色トナーの摩擦帯電量をいち早く回復させることに特徴がある。本実施の形態における手法を用いることで、特別なダウンタイムや、トナー消費等を発生させることなく、速やかに淡色トナーの摩擦帯電量を回復させることができる。更に、前記予測結果に応じて適正なＬＵＴを選択することで、低濃度部で濃度のリニアリティも確保できるという特徴も併せ持つ。

摩擦帯電低下量は、淡色現像装置の現像動作停止時間及び画像形成装置の設置環境（温湿度）から予測し、該予測値に応じて適切な淡色トナーのＬＵＴを選択する手法が望ましい。又、選択したＬＵＴは、該ＬＵＴを用いて一定量画像形成を行った後に、元のＬＵＴに戻すことが望ましい。一定量の画像形成は、画像形成枚数と、ＬＵＴ変更後のトナー消費量（例えば、画素数カウントの総量から予測）等の情報から、淡色トナーの摩擦帯電量回復度合いを予測して決定される。更にに好ましくは、前記摩擦帯電量の回復度合い予測値に応じて適宜ＬＵＴを選択する手法が考えられる。

以上述べたように、濃色トナーのみを用いて画像形成を行う濃トナーモードと、濃淡トナーを用いて画像形成を行う濃淡トナーモードとを併用する画像形成装置において、濃トナーモード時に淡色トナーの画像形成動作を停止させることによる淡色トナー摩擦帯電量低下を定量的に予測し、該予測結果に応じて適正な淡色トナーのＬＵＴを選択することで、低下した淡色トナーの摩擦帯電量を速やかに回復させ、淡色トナーのリニアリティを確保し、結果として画像信号に対する再現濃度のリニアリティーを維持し、高品位なカラー画像を得ることができた。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

本実施の形態における現像装置は、現像器の側壁に磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による見掛けの透磁率を検知して電気信号に変換するインダクタンスヘッドを設置し、このインダクタンスヘッドからの検出信号によって現像器内の現像剤の実際のトナー濃度を検知し、基準値との比較によりトナーを補給するようにしたインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置を使用している。

本実施の形態では、上記インダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置を用いて摩擦帯電量の低下量を算出し、該算出結果に応じて淡色トナーのＬＵＴを適正に選択することに特徴がある。

インダクタンス検知方式は、例えば現像剤の見掛けの透磁率が大きいと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多くなりトナー濃度が低くなったことを意味するのでトナー補給を開始する、逆に見掛けの透磁率が小さくなった場合、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なくなりトナー濃度が高くなったことを意味するのでトナー補給を停止する、というような制御に基づきトナー濃度を制御している。

ここで、上記見掛けの透磁率は、トナー濃度の変化だけでなく、現像剤の摩擦帯電量変化による嵩密度変化も検知可能である。上述のように、２成分現像剤は、長期放置することにより摩擦帯電量が徐々に低下することが一般に知られている。又、前記摩擦帯電量の低下に伴い、極性が同じもの同士によって生じる反発力（クーロン力）も低下するため、結果として現像剤の嵩密度は上昇する。従って、現像剤のトナー濃度が変化していない状態であれば、現像剤の摩擦帯電量の変化量を、見掛けの透磁率変化としてインダクタンス検知方式により定量的に捉えることが可能である。

本実施の形態では、上記の特性を生かし、濃トナーモード時に使用されない淡色トナーの摩擦帯電量低下をインダクタンス検知方式により定量的に把握し、その結果を用いてその後の濃淡トナーモードにおける濃淡トナーのＬＵＴを図８に示すように変化させることで、淡トナーの消費量を増加させ、淡色トナーの摩擦帯電量をいち早く回復させることに特徴がある。

本実施の形態における手法を用いることで、特別なダウンタイムや、トナー消費等を発生させることなく、速やかに淡色トナーの摩擦帯電量を回復させることができる。更に、前記予測結果に応じて適正なＬＵＴを選択することで、低濃度部で濃度のリニアリティも確保できるという特徴も併せ持つ。以下については実施の形態１と同様であるので、詳細説明は省略する。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。

本発明では、予め定められた中間調濃度のパッチを形成し、濃トナーモードの前後での淡色トナーによる該パッチ濃度の変化を読み取り、長期放置による淡色トナーの摩擦帯電量の低下を予測することに特徴がある。現像剤の摩擦帯電量が低下することにより、画像濃度が上昇することは一般に知られている
本実施の形態では、濃トナーモード使用により実質的に長期放置された淡色トナーの摩擦帯電量低下を中間調パッチの濃度変化から予測し、その結果を用いてその後の濃淡トナーモードにおける濃淡トナーのＬＵＴを図８に示すように変化させることで、淡トナーの消費量を増加させ、淡色トナーの摩擦帯電量をいち早く回復させることに特徴がある。

本実施例における手法を用いることで、特別なダウンタイムや、トナー消費等を発生させることなく、速やかに淡色トナーの摩擦帯電量を回復させることができる。更に、前記予測結果に応じて適正なＬＵＴを選択することで、低濃度部で濃度のリニアリティも確保できるという特徴も併せ持つ。以下については実施の形態１と同様であるので、詳細説明は省略する。

本発明は、電子写真方式を採用する複写機、プリンタ等の画像形成装置に対して適用可能である。

従来の画像形成装置における淡色トナー用ＬＵＴと濃色トナー用ＬＵＴを示す概念図である。本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１における画像信号の流れを示すフロー図である。本発明の実施の形態１における拡散光型濃度センサを示す断面図である。淡色トナーと濃色トナーの載り量に対する濃度センサによる出力の関係を示す図である。本発明の実施の形態１におけるＬＵＴ補正後における入力画像信号と出力濃度の関係を示す図である。プロセス条件や環境条件の変化した条件下における入力画像信号と出力濃度の関係を示す図である。本発明の実施の形態１における画像濃度制御のトナーパッチ画像の画像レベルを示す図である。

符号の説明

１ａ〜４ａ感光ドラム（像担持体）
１ｃ１〜４ｃ１第１現像装置（淡色トナー用）
１ｃ２〜４ｃ２第２現像装置（濃色トナー用）
１２中間転写ベルト（中間転写体）

Claims

像担持体と、前記像担持体上を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて帯電された前記像担持体上に画像用の潜像を形成する潜像形成手段と、前記画像用の潜像を現像して画像用のトナー像を形成する複数の現像手段と、を有し、前記複数の現像手段のうち少なくとも１つには淡色トナーが装填され、残る前記現像手段のうち少なくとも１つには濃色トナーが装填され、画像レベルに応じて淡色トナーと濃色トナーが混合される画像形成装置において、
全ての該現像手段を用いて画像形成を行う第１のモードと、該複数の現像手段のうちの一部を用いて画像形成を行う第２のモードと、トナー帯電量判断手段を有し、第２のモード時に用いなかった該現像手段における該トナー帯電量判断手段の検知結果に基づいて、該混合比率を可変とすることを特徴とする画像形成装置。
前記淡色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０未満であるように顔料を調整しているトナーであり、前記濃色トナーは、転写材上でのトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ²につき光学濃度が１．０以上であるように顔料を調整しているトナーであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記トナー帯電量手段とは、第２のモードで用いなかった現像手段の用いなかった時間及び画像形成装置の稼動環境からトナー帯電量を決定するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記トナー帯電量手段とは、第２のモードで用いなかった現像手段の用いなかった期間の前後の該現像剤の透磁率の変化及び画像形成装置の稼動環境からトナー帯電量を決定するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記トナー帯電量手段とは、第２のモードで用いなかった現像手段の用いなかった期間の前後の中間調パッチ濃度の変化及び画像形成装置の稼動環境からトナー帯電量を決定するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記混合比率は、前記トナー帯電量の検知結果に基づいて一意に決定されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像形成装置。
前記適正化された混合比率は、該混合比率を適正化された後の該現像手段の稼動時間、トナー消費量、画像形成装置稼動環境、該トナー帯電量手段による検知結果等に基づいて徐々に変化することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の画像形成装置。