JP2007017483A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
画質の悪化の原因となる感光ドラムからトナー像を転写する際の色ずれと、濃度むらを抑える画像形成装置を提供する。
【解決手段】
中間転写ベルト１１近傍にトナー濃度センサー１７とトナー濃度標準反射板１８を備え、トナー濃度センサー１７よりトナー濃度標準反射板１８の標準濃度パターンを検出した後、中間転写ベルト１１上のＢＣＭＹのトナー濃度検出を行って、各現像器にフィードバックする。さらに、中間転写ベルト１１の速度も検出する。このデータを基準にして現像器の最適化の制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、感光ドラム上のトナー像を転写するために中間転写手段を備えた複写機、プリンタ、複合ＯＡ機器及びこれに係わるシステム構成と制御に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、ＯＰＣ（有機半導体）またはＡＳｉ（アモルファスシリコン）等で構成した感光ドラムにレーザ光またはＬＥＤ光を照射して帯電した感光ドラム上に潜像形成する。前工程で感光ドラム上には高電圧を印加して発生したコロナ放電によって、静電気により感光ドラムに表面電位が帯電する。次に現像器よりトナーを感光ドラムに形成した潜像に付着させて潜像を顕像化する。

顕像化したトナー像は、給紙した用紙に転写され定着されてプリントが完成する。この方式による画像形成においては、記録材上に転写されるトナー量の制御と色彩を鮮やかに高品質に保つために、微妙なきめ細かな制御が必要である。

特にフルカラープリンタ、複写機においては、色調の良さと高速性が要求される。そのために従来は、複数の感光ドラムを用いることによる感光ドラムの特性の違いを避け、一つの感光ドラム上にＢ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロ）の4回の帯電、転写、クリーニング動作を実施して画質の安定を図ったため一枚のプリントに多大の時間を要していた。

そこで、４つの感光ドラムと中間転写手段を用いた方式が提案されている。この方式だと部材の点数は多くなるが高速化と良好な画像が得られ、かつ感光ドラムの疲労も軽減できる一方、色ずれ制御等のため感光ドラム、中間転写ベルト駆動、トナー補給、中間転写手段の速度制御、定着温度制御、装置内の温度制御、高圧電源制御等の各種の制御を並列に実施する必要があって、機構要素とソフトウエア構成を複雑に制御する方法がとられていた。
特開２００４−９４０２６ 特開平５−１２１５０

解決しようとする問題点は、フルカラー画像処理を高速に行う目的で中間転写ベルトを使用するため、中間転写手段の蛇行と、感光ドラムからトナー像を転写する際の色ずれと、濃度むらが生じて画質の悪化を招いていたことにある。

また、感光ドラムＢＣＭＹ４本と中間転写ベルトから構成されているため、機構要素とその部位が多く、制御要素とそれらのソフトウエア構成も複雑になって、開発期間の長期化及び市場に出荷してからのトラブルも多かった。

本発明は、上記課題を解決するために中間転写ベルト上にトナー濃度センサーを備えた。このセンサーは、中間転写ベルトの速度を検知する。かつ、ＢＣＭＹのトナー濃度検出を行って、各現像器にフィードバックする。さらに、プリンタ装置のイニシャライズ（初期化）時に標準反射板による適正濃度データを得ておく。このデータを基準にして現像器の最適化の制御を行う。

複写機、プリンタは並行動作が多いためこれらの並列動作の制御を効率よく行うために、プロセッサ（ＭＰＵ）の管理をモニターによって、効率よくプログラム処理を行う。コントローラに入出力するＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ）部を目的に応じて分類、整理して制御する。

中間転写ベルト上の画像形成後のトナー濃度と、中間転写ベルトの速度をフィードバックし、かつＢＣＭＹのトナー濃度の制御を一つのセンサーで実現することにより少ない部材で良好な色彩と画質とを効果的に得ることが出来る。

モニターによって、複数のプロセッサ（ＭＰＵ）による制御プログラムを管理することにより各種制御プログラムを効率よく開発できて、市場出荷時のトラブルを軽減出来る。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

第１実施形態

図１は、本発明による第１実施形態を示す。図１は、本発明によるプリンタの機構要素の要部を示している。プリンタ本体の中央に垂直に無端ベルト状の中間転写ベルト１１を設ける。中間転写ベルト１１は、例えばポリイミド等の樹脂で構成されている。この中間転写ベルト１１は、支持ローラ１２、１３ａ,１３ｂに掛け回されており、図中反時計方向に回転搬送する機構になっている。

中間転写ベルト１１の支持ローラ１３のうち１３ｂ近傍に、画像転写後に中間転写ベルト１１に残留する残留トナーを除去する中間転写感光ベルトクリーナ３１を備えてある。中間転写ベルト１１の支持ローラ１２と１３ｂとの間には、その搬送方向に沿って、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の４つの感光ドラム１９を垂直に並べて配置してある。

感光ドラム１９は、帯電器２０、画像書き込みヘッド２１、現像ローラ２３と図示していない感光ドラムのクリーニング装置、トナーカートリッジ２４より構成したブラック、シアン、マゼンタ、イエロの画像形成ユニット２２を構成する。

ブラック、シアン、マゼンタ、イエロの画像形成ユニット２２は、構成要素ブラックであれば図中、感光ドラム１９は１９ｂと示している。同様に帯電器２０は２０ｂ、書き込みヘッドは２１ｂ、現像ローラは２３ｂ、トナーカートリッジは２４ｂ、ブラックの画像形成ユニットは、２２ｂと示している。同様にシアン、マゼンタ、イエロの画像形成ユニットは２２ｃ、２２ｍ、２２ｙと示している。

中間転写ベルト１１の裏面には、感光ドラム１９と対に一次転写ローラ１５を設けている。これは中間転写ベルト１１上に像を転写し易いように適正なバイアス電位を印加するためである。ブラック、シアン、マゼンタ、イエロの画像形成ユニット２２に各バイアスローラを対に設けている。

現像ローラ２３及び一次転写ローラ１５の印加電圧は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロの画像形成ユニット２２に応じて印加値を変えて適正な画像が得られるようにしてある。１番目の一次転写ローラ１５ｙと４番目の一次転写ローラ１５ｂでは、印加電圧をかえている。１９の感光ドラムの帯電電圧も同様である。２０の帯電器への印加電圧は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロで変えた値にして鮮明な画像を得るようにする。

バイアス電圧、帯電電圧の印加を変えるのは、少なくともフルカラープリンタ、複写機では、ＹＭＣＢと4回の転写を重ねて行う。効率よく転写させるためには、ＹＭＣＢの転写順序に応じたバイアス値、帯電用コロナ放電電圧が必要である。２回目、３回目、４回目の転写を重ねるごとに印加電圧を少しずつあげていったほうがよい。

２２の画像形成ユニットは、感光ドラム１９、帯電器２０、現像ローラ２３、トナーカートリッジ２４を一体化した構成にしてもよい。そのような構成にすることでメンテナンスとトナーの補給をユーザが容易に実施出来る。また、高速化とペーパフリー（用紙の種類とその質、厚さ、大きさを選ばない）でプリント可能となる。

中間転写ベルト１１の転写後、画像形成後に、支持ローラ１２の近くに設置された転写感光ベルトトナー濃度検出センサー１７によりトナー濃度と中間転写ベルト１１の駆動速度の検知をおこなう。検出方法は、中間転写ベルト１１の端部の作像されない部分に図示していないマークを設け、トナー濃度と中間転写ベルト１１の駆動速度を検知する。

中間転写ベルト１１端部にマークを印しておけばクロックパルスを発生し、中間転写ベルト１１の速度が変化した場合、クロックパルスの間が空くため駆動速度を検知できる。転写感光ベルトトナー濃度検出センサー１７は、フォトセンサー、磁気センサー等を用いる。

１８はトナー濃度標準反射板である。プリンタの電源オン時又は、プリント、印刷スタート時に板が回転またはスライドして、転写感光ベルトトナー濃度検出センサー１７から標準値を読み取る。この値を適正値として、帯電器、バイアス値、画像書き込み光量、ＹＭＣＢトナーの補給量のパラメータをとって値を変えていく。

次に用紙の搬送系について説明する。図１において２５は用紙の給紙ユニットである。２６は給紙ローラであって、プリントスタート信号を受けて任意のタイミングで回転して用紙を送り出す。１６の用紙搬送パス中には、不図示の紙搬送ローラをいくつか備えている。

２７は、作像した転写ベルトの像を用紙に転写するための位置合わせをおこなうレジストレーションローラである。

レジストレーションローラ２７で給紙搬送された用紙は、一次停止して像の先端合わせをおこなう。プロセススピードが高速な程、この像と紙の位置合わせは難しく、タイミングを合わせて、レジストレーションローラ２７を回転して用紙を搬送する必要がある。１４は、用紙転写ローラであり、ここの部位で用紙に画像が転写される。用紙転写ローラ１４には、転写動作を効率よく行う目的でバイアス電圧を印加してある。

さらに必要に応じて用紙転写ローラ１４の近傍に転写を効率よく行うのと、用紙と中間転写ベルト１１が容易に分離できるように図示していない転写分離用コロナ放電器を備えてもよい。不図示のコロナ放電器がないと、１１の中間転写ベルトは、画像の転写時に静電気を大量に帯びているため用紙がベルトに吸いつけられてベルトと共に一緒に回転してしまい、紙詰り、ジャムによって装置を破壊してしまう危険性が生じる。

２８は、定着ローラであって内部にハロゲンヒータを内蔵している。ローラの表面は、例えばシリコンゴムで構成されており、１６０℃程度に加熱される。ハロゲンヒータ内蔵のゴムローラの他に、セラミックヒータを用いてもよい。

セラミックヒータは、定着に必要な表面温度１６０℃程度までに瞬時に立ち上がるという特徴を備えているため、待機電力を必要としない利点があるが、高速機には向かない。低速機であればセラミックヒータの中に用紙を通すだけでトナーの溶解定着が可能である。定着ローラ２８には、温度コントロール用のサーミスタ（負特性）、ポジスター（正特性）等のセンサーと、発火の危険を回避する目的で温度の過昇を防止するセンサーを設けている。一定以上の温度に加熱してコントロールがきかなくなったら、このセンサースイッチによって、電源の遮断を行う。

２９は排紙ローラであって、完成したプリント、コピーを排紙ユニット３０に格納する。
なお、用紙搬送パス１６の各所にはジャム、スキュー（紙の蛇行）、重送検知用の紙センサーを設けている。紙の搬送異常が発生すれば直ちに異常処理動作をしてメンテナンスの指示を操作パネルに表示する。

図２は、本発明によるシステム構成を示すヒエラルキーである。図において４１は、システムのヒエラルキーであって、４２は本プリンタシステムを制御するモニター、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。ここでは、組み込み機器用モニターを使う例について説明する。モニターはプリンタ専用に独自開発するか、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）組み込みのモニターを使う場合が多い。

現在は、この種の制御にＩＴＲＯＮ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｈｅ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｕｃｌｅｕｓ）の使用が一般的である。全体制御のメインＭＰＵ、部分を制御するＣｏ−ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ群、そしてそのプログラムの管理をおこなう。

４３は、メインＭＰＵでプリンタシステム全体の管理と制御機能をもっている。４４は、ＣＯ−ＭＰＵであって、メインＭＰＵの管理のもと機能を分担して制御する。４５は、各種アプリケーションプログラムである。ここでは、４２のモニターの管理のもとに画像形成装置、紙搬送系、紙ジャム、画像劣化、定着温度上昇等のプログラム実行をおこなう。

４６は、外部機器とのインタフェース部である。画像形成装置と交信するＰＣ、サーバ、ファクシミリ、コピー機との接続により複合ＯＡ機器に様変わりする。さらに外部との通信インタフェースを設けて、インターネット網、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等と画像形成装置を接続することも可能である。

図３は、本プリンタのブロック構成図である。フルカラープリントを高速に処理するために５つのＩ／Ｏ部と、処理機能を分けているのが特徴である。ブロック毎に制御プログラムを独立し、ＭＰＵはそのブロックを専用に制御する。

５１は、プリンタコントローラである。コントローラは、メインＭＰＵ、ＣＯ−Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、モニタープログラム、プログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）、ビデオメモリ、Ｉ／Ｏポート等がシステムバスでつながっている。

本発明に係わる画像形成装置ではＩ／Ｏ部を５つに分けて説明している。５２のＩ／Ｏ１は、画像形成装置の外部との接続ポートである。外部の５９のデータベース（ハードディスク）、５８のＰＣ、サーバ、６０のＧ３、Ｇ４ファクシミリ、６１の複写機、６２の画像読み取り機（スキャナー）、６３のデジタルカメラ、ビデオカメラのデータを画像形成装置に取り込むことができる。

５３のＩ／Ｏ２は、画像処理部である。６４は、画像の圧縮伸張、誤差拡散、輪郭強調、画面多分割、ぼかし、暗号化等の処理を行う。６５はこれら処理に必要な画像メモリである。

５４のＩ／Ｏ３は、駆動制御と電源制御をおこなう。６６は各種駆動モータの制御部である。駆動モータには、６６ａのメインモータのようにトルクの大きなＤＣモータと６６ｂ、６６ｃのような現像駆動モータ、紙送り用パルスモータがある。画像形成装置ＹＭＣＢユニット毎にトナー補給、ドラム駆動用のモータを設けている。

６７は、クラッチの駆動であってトナー補給、給紙、レジストレーション、ＹＭＣＢ画像形成装置用クラッチを設けている。６８は、電源制御であって、帯電用高圧電源、転写用高圧電源、除電用高圧電源がある。さらに各種バイアス電源６８ｅ等がある。

５５のＩ／Ｏ４は、主にセンサー類の制御である。６９ａは中間転写ベルト１１の駆動速度を、６９ｂは、トナー濃度を検知して図１の画像形成ユニット２２にフィードバックする。
６９ｃの表面電位センサーは、ＢＣＭＹ感光ドラムの表面電位を一定に保つために検知して高電圧電源にフィードバックする。表面電位は、５００〜６００Ｖ程度に保つ。

本機のようなフルカラー画像形成装置ではＢＣＭＹと４回の転写を中間転写ベルトにておこなう。当初と最後の４回目の転写では、転写を重ねていくため一次転写の表面は２回目、３回目、４回目と順を追うごとに高めに調整したほうが中間転写ベルトへの画像形成は、鮮明になる。

６９ｅのプリンタ内温湿度のセンサーは、温度が高くなるほど感光体の疲労、劣化が進むため、一定以上の温度になったらファンを回す等の手段により、冷却風を送り込み、プリンタ内の温度を制御する。異常に温度が上昇した場合、発火の危険があるため電源を遮断する。

５６のＩ／Ｏ５は、感光ドラムへの書き込み制御である。プリンタの書き込みヘッドは、レーザ光、ＬＥＤアレイ、ＬＣＤ（液晶）シャッターが用いられる。７０では、ＬＥＤアレイの例を示している。このヘッドへのビデオ信号は、５１のプリンタコントローラから階調を含めた画像信号が入力される。ＲＧＢ３原色からＹＭＣＢに分けた信号がそれぞれのＹＭＣＢ感光ドラムに書き込まれる。プリンタ、複写機は減法混色であり、ＹＭＣＢの割合に応じて豊かな色調が発色して印刷される。

図４は、第１実施形態のシステムフロー図である。図において、S４０１ではプリンタに電源がオンされているかチェックする。電源がオンされていればS４０２では、メカ機構部のイニシャライズ(初期化)をおこなう。ここでいう初期化は、機構部のポジショニング（機構部のホームポジション）とトナー残量、用紙の有無を確認する。

感光ドラム１９のＢＣＭＹが所定の回転位置になければホームポジションに戻す。１１の中間転写ベルトも同様である。１６の用紙搬送経路に不要な用紙があれば装置の外部に排紙する。ジャムが取り除いてなければ表示パネルに警告を発する。定着部にジャムがあれば用紙が燃える危険性があるため警告を発して電源は入れない。

画像形成装置では、ビデオデータを書き込みヘッド２１によって感光ドラム１９に書き込む方式である。感光ドラム近傍は、しばしばトナーの粉塵による汚れが発生する。ヘッドの表面にトナーの粉塵が付着すると、良好な書き込みが不可能となる。そこで、トータルプリント枚数カウンターからのデータから、所定枚数のプリント毎にヘッドアレイの清掃を行う。

清掃方法は、クリーニング用メカ機構要素を備えて自動的に行うものと、表示部に警告をだしてユーザの手でおこなうものとがある。本発明に係わる画像形成装置では画像形成ユニット２２が、カートリッジになっているためこれを引き出せば容易に清掃できる。

S４０３は、プロセスの初期化をおこなう。感光ドラム１９のＹＭＣＢのクリーニング、中間転写ベルト１１のクリーニングとベルトトナー濃度検出センサー１７による標準反射板１８を回転またはスライドさせて濃度のデータを把握する。ＢＣＭＹ感光ドラム、中間転写ベルト１１のベルト感光体の残留電位データを表面電位センサーによって測定する。

感光体の疲労度が大きければ感光ドラム１９、中間転写ベルト１１の交換時期に達したことを表示部より警告を出す。しかしプリント動作を停止にはしない。ユーザに高品質な画像を提供できない事を知らせるためである。

Ｓ４０４は、プリント不可の異常状態の検出を行う。紙ジャムの自動修復が出来なかったり、ＢＣＭＹトナーのうちどれかが全く無くなっていたり、用紙が無い時。あるいは機構部の故障で動作不可能だったり、定着部の温度が必要な１６０℃までに達しない事故が発生した時にＳ４１０にジャンプして異常状態の修復をおこなう。

Ｓ４０５はユーザによるあるいは、外部に接続したＰＣ、サーバ、ＦＡＸ等からプリント信号を待つ。Ｓ４０６でプリント信号がくればＳ４０７でプリント動作にはいる。この間も絶えずＳ４０４の異常状態の検出をおこなっている。

Ｓ４０８は、所定枚数のコピー、プリントを終了したかどうかのチェックをおこなう。終了していなければ、Ｓ４０７のプリント処理を繰り返す。終了していればＳ４０７で待機状態にはいる。プリントサイクル終了時には、機構部、プロセスの後処理工程にはいる。図４のフロー図ではＳ４０９より初期化Ｓ４０２、Ｓ４０３にもどって後処理をおこなう。
この間も、異常状態のチェックとプリントスタート信号のチェックをおこなっている。

Ｓ４１０は、異常状態の検出が行われて、異常の回復処理工程である。例えば、熱定着付近の紙ジャム、１４の転写部、１１の中間転写ベルトに紙が巻きついて機構部を破損するような重異常のばあいは、直ちに装置を停止して表示部に警告を発する。

本発明のプリンタ機構要部を示す第1実施形態を示す図である。 同、第1実施形態のシステムヒエラルキーを示す図である。 同、第1実施形態のブロック構成図である。 同、第1実施形態のシステムフロー図である。

符号の説明

１１ 中間転写ベルト
１２、１３ 感光ベルト支持ローラ
１４ 用紙転写ローラ
１５ 一次転写ローラ
１６ 用紙搬送パス
１７ 転写感光ベルトトナー濃度検出センサー
１８ トナー濃度標準反射板
１９ 感光ドラム
２０ 帯電器
２１、７０ 書き込みヘッド
２２ 画像形成ユニット
２３ 現像ローラ
２４ トナーカートリッジ
２５ 給紙ユニット
２６ 給紙ローラ
２７ レジストレーションローラ
２８ 定着ローラ
２９ 排紙ローラ
３０ 排紙ユニット
３１ 中間転写感光ベルトクリーナ
４１ プリンタアーキテクチャ
４２ モニター
４３ メインＭＰＵ
４４ ＣＯ−ＭＰＵ
４５ アプリケーションプログラム
４６ 外部機器インタフェース、通信インタフェース
５１ プリンタコントローラ
５２ 入出力部１、Ｉ／Ｏ１
５３ 同 ２、Ｉ／Ｏ２
５４ 同 ３、Ｉ／Ｏ３
５５ 同 ４、Ｉ／Ｏ４
５６ 同 ５、Ｉ／Ｏ５
５８ ＰＣ、サーバ
５９ 記憶装置、ＨＤＤ
６０ ファクシミリ
６１ 複写機
６２ スキャナー
６３ デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ、携帯無線電話機
６４ 画像処理装置
６５ ビデオメモリ
６６ モータドライバー
６７ クラッチドライバー
６８ 高圧、バイアス電源装置
６９ トナー濃度、トナー残量、表面電位、定着温度、温湿度、紙センサ
７１ ソータ、製本機、ドクメントフィーダ、ステプラー
７２ プリンタ装置

Claims (4)

1. 回転駆動する帯電された感光ドラム上にビデオ信号によって画像を書き込む手段を備え、該感光ドラム上にトナー像を形成し、無端ベルトによる像胆時体で構成した中間転写手段に一次転写する手段と、前記中間転写手段に転写された像形成部にトナー濃度を検出するトナー濃度センサーを備え、該トナー濃度センサーの近傍に回転またはスライド可能な反射板を設け、標準濃度パターンと、画像形成装置の初期化動作で得たトナー濃度から得られるそれぞれの濃度データの比較結果に基づいて適正なトナー濃度を得ることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光ドラムは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロの４つの感光ドラムから構成され、順次該中間転写手段上に一次転写し各ドラム毎に印加するバイアス電圧又は画像書き込み光量をそれぞれ制御する制御手段により、適正な画像を得ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記トナー濃度センサーが画像形成装置の初期化動作で得たトナー濃度の検出値と標準データから得られたトナー濃度センサーの検出値とを比較演算した結果に基づいてバイアス電圧又は画像書き込み光量にフィードバックする手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成装置は、外部装置と各種データの受渡しをおこなう複数の入出力ポートと、該複数の入出力ポートの中で少なくともデータの処理を併行して行う入出力ポートにはそれぞれの入出力ポートに対応したデータ処理部を備えたことを特徴とする請求項１から３記載の画像形成装置。
   
   
   

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