JP2008015260A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電量の急変に対応して適正な画像濃度を維持することができる構成を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーを像担持体２上の静電潜像に対して供給可能な現像装置５と、現像装置５に対してトナーを補給するトナー補給手段１０３と、潜像担持体２上に形成される基準濃度をパッチ画像の濃度を検出する基準画像濃度検出手段１０１と現像装置５内に収容されているトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段１０２とが入力側に接続され、現像装置５側のトナー補給手段１０３が出力側に接続されている制御部１００を備え、制御部１００は、パッチ画像の濃度検出値に基づき該濃度検出値が目標濃度検出値となるように現像装置５側のトナー濃度を調整するためにトナー補給手段１０３の動作態位を制御するに際して画像濃度検出手段１０１からの検出結果に応じてパッチ画像の作成間隔を変更可能であることを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に関し、さらに詳しくは、濃度制御に関する。

周知のように、プリンタや複写機あるいはファクシミリ装置や印刷機等の画像形成装置においては、像担持体として用いられる感光体上に形成された静電潜像がトナーを用いて可視像処理され、トナー像が記録紙などの転写媒体に転写された後、定着されて複写出力として得られるようになっている。
可視像処理に用いられる現像装置には、トナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤を用いる構成が知られている。
現像装置では、感光体上に形成される画像の濃度を安定化させるためにトナーの供給制御を用いた画像濃度制御が行われるようになっており、その方法には次のようなものがある。
第１に、感光体において基準濃度を有する濃度検出用基準画像、いわゆる、パッチ画像を形成し、その濃度を濃度センサ（以下、Ｐセンサという）によって検出した結果に応じてトナーの補給制御を行う方式、第２に、現像装置内での現像剤、特にキャリアとして磁性キャリアを用いた場合に、現像剤に含まれるトナーの量を、キャリアの含有率に応じて変化するみかけ上での透磁率の変化を透磁率センサ（以下、Ｔセンサという）によって検出することによりトナーの含有量を判別してトナーの補給制御を行う方式がある（例えば、特許文献１）。

しかし、前者の方式を用いる場合には、例えば、画像転写方式として転写ベルトや転写ローラを用いて転写材を感光体に接触させる方式を用いた場合には作像時期にパッチ画像を形成することができず、連続して複写あるいはプリントを実行する際には、その間、パッチ画像を用いた画像濃度制御が行えないことから連続して実行される作像時の画像濃度が不安定となってもその是正ができなくなるという不具合がある。

一方、後者の方式を用いる場合には、現像剤の劣化や環境変動さらには現像剤や装置毎での現像条件の違いによる現像能力の変化に追随できないという不具合がある。

そこで、上記特許文献１にも開示されているように、両者の方式を組み合わせて互いの問題点を補うようにしたトナーの濃度制御方式を用いることも提案されている。
つまり、現像装置でのトナー濃度制御は、Ｔセンサの検出値（Ｖｔ）が目標とする検出値（Ｖｔｒｅｆ）に一致するようにトナー補給を行う制御であり、目標とする検出値、いわゆる、目標濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）は、パッチ画像を対象として画像濃度検出値（Ｖｐ）をＶｓｐ／Ｖｓｇ（ただし、Ｖｓｐ：検出電位、Ｖｓｇ：地肌電位）により求めたうえで、予め設定されている補正値ΔＶｔｒｅｆを割り出し、「前回の検出値（Ｖｔ）−補正値（ΔＶｔｒｅｆ）」を算出して新たな目標検出値（Ｖｔｒｅｆ）を設定する。この設定値に一致するようにトナーの補給制御が実行される。

図６は、上述した手順を説明するためのフローチャートであり、同図において、コピーが終了すると、前回のＰセンサ検出時期からの積算枚数が所定枚数に達しているかどうか判別し、所定枚数に達していると判別された場合には基準画像（Ｐパターン画像）を作成し、これを対象としてその濃度をＰセンサによって検出する（Ｖｐ＝Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）。 画像濃度検出に併せて、現像装置内でのトナー濃度の検出も行われるようになっており、具体的には、ＴセンサによりＶｔ（今回）を検出し、前回Ｖｔと今回ＶｔおよびＶｓｐ／ＶｓｇからＶｔｒｅｆ補正値を決定し、新Ｖｔｒｅｆを決定されメモリに記憶される。

以上のような手順によりＴセンサの目標値（新Ｖｔｒｅｆ）を決定し、コピー１枚毎のＴセンサ検出値（Ｖｔ）との差（Ｖｔ−新Ｖｔｒｅ）から演算されコピー（作像）１枚毎のトナー補給条件を決定する。

但し、所定枚数以上連続でコピー（またはプリント）される場合はジョブ終了まで基準画像（Ｐパターン）は作像できないために、上記のような濃度制御は行われず、前回のＶｔｒｅｆを用いてトナー濃度制御をされることになる。

上記手順に基づく制御を行うことで現像剤の経時、環境変動、機械毎の現像条件のばらつきによる現像能力の変化に追従できないというＴセンサのみでの制御の問題をＰセンサで補正し、また、接触式転写装置を用いた際の連続コピー中のときにはＴセンサの検知値から補給制御を行うので画像が安定するようになる（例えば、特許文献１）。

特開２００１−１２５３６５号公報（段落「０００２」〜「０００８」欄）

しかし、上述したようなＰセンサを用いたトナー濃度制御方式を実施する場合、現像剤の帯電量が変化している場合には適正な濃度制御が行えないという問題がある。つまり、現像剤中のトナーは、環境変化、特に、湿度によってあるいは長時間の放置による放電などによって帯電量が変化しやすい材料である。このため、一旦、設定したトナー濃度となるようにトナーの補給制御を行った場合でも、帯電量により画像へのトナー付着状態が変化してしまうことがあり、適正な濃度維持を行うことが困難となることがある。

図７は、トナー濃度（ＴＣ）と帯電量（Ｑ／ｍ）との関係を示した線図であり、同図に示すように、例えば、夜間などのように、長時間装置の使用がない場合に帯電量が低くなっている状態で装置を起動すると、濃度制御においてトナー濃度が高めら得ることになり、画像濃度の検出値（Ｖｐ＝ＶＳｐ／Ｖｓｇ）は画像濃度が高いと判断される条件となる。このため、補給制御のための目標値となる濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）は変更されないままとなり、現実にはトナー濃度が低いにも拘わらず、トナーの補給が行われない状態が維持されて所定の画像濃度を維持できなくなる。

この後、１枚毎トナーの補給がないまま作像処理が継続され、所定枚数の作像が終了した時点で基準濃度のパターン画像が形成されることになり、この時点で濃度検出値（Ｖｐ）が検出されるのに応じて徐々に濃度補正が行われて正常な濃度に戻されることになる。このような処理は、上記特許文献１においても開示されている。

しかし、起動後に行われる濃度補正は、基準濃度のパターン画像が所定間隔で形成されることが前提となっているため、パターン画像が形成されない間は前回設定された補正値に基づく濃度補正、いわゆるトナーの補給制御を行わざるを得ず、その間での環境変動や帯電量の変化があってもこれに対応した補正ができないのが現状である。従って、環境変動や放置時間の長さにより帯電量が変化した場合にその変化に追随した濃度補正が得られなくなる虞がある。

一方、起動後において帯電量の変化に応じた濃度補正が行われないままで大量の作像、いわゆる、５００〜１０００枚程度のコピーが行われると、コピー期間中には基準濃度のパターン画像を形成することができないことから起動時に検出した濃度検出値に基づき割り出した目標濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）、つまり濃度が高いと判断された状態のままで制御が継続されることになり、前半でのコピーと後半でのコピーとでは濃度が異なり、最後のコピーでは画像濃度が低下した画像が得られてしまう結果となる。このように、従来の二成分系現像剤を対象とした濃度制御においては、現像剤中のトナーの帯電量が急激に変化した場合に画像濃度変動が発生してしまう虞があった。

本発明の目的は、上記従来の濃度制御における問題に鑑み、帯電量の急変に対応して適正な画像濃度を維持することができる構成を備えた画像形成装置を提供することにある。

この目的を達成するため本発明は次の構成よりなる。

（１）像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより可視像処理する構成を備えた画像形成装置において、
上記トナーを供給可能な現像装置と、該現像装置に対してトナーを補給するトナー補給手段と、
上記潜像担持体上に形成される基準濃度をパッチ画像の濃度を検出する基準画像濃度検出手段と上記現像装置内に収容されているトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段とが入力側に接続され、上記現像装置側のトナー補給手段が出力側に接続されている制御部を備え、
上記制御部は、上記パッチ画像の濃度検出値に基づき該濃度検出値が目標濃度検出値となるように上記現像装置側のトナー濃度を調整するために上記トナー補給手段の動作態位を制御するに際して上記画像濃度検出手段からの検出結果に応じて上記パッチ画像の作成間隔を変更可能であることを特徴とする画像形成装置。

（２）上記制御部は、上記画像濃度検出手段からの検出結果が上記目標濃度検出値から外れた場合には、上記パッチ画像の形成間隔を短くすることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（３）上記制御部には、作像回数（プリント回数）計数手段が入力側に接続され、作像回数（プリント回数）が所定の回数よりも多い場合には、作像中に上記パッチ画像の形成タイミングを設定可能であることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。

本発明によれば、パッチ画像の形成間隔を変更できることにより、帯電量の変動に追随させた画像濃度の制御が可能となる。特に、帯電量が環境変動や放置によって変化している状態が頻繁にある装置の起動時から所定枚数の作像後ではなく、作像中でもパッチ画像を形成して濃度制御を行うことができるので、ねらいとする画像濃度への迅速な調整が可能となる。従って、起動時での濃度調整のままで大量のコピーが行われた場合でも最初の画像と最後の画像と出濃度が異なるような事態の発生を未然に防止して適正濃度の画像を得ることが可能となる。

以下、図面により本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一例を示す模式図であり、同図に示した画像形成装置は、原稿走査を介して像担持体である感光体に静電潜像を形成可能な複写機を示しているが、本発明でいう画像形成装置には、複写機だけではなく、画像情報に応じた照射タイミングが設定されたレーザ光を用いて静電潜像形成が可能なプリンタやファクシミリ装置あるいは印刷機なども含まれる。

図１において画像形成装置１は、像担持体として回転可能なドラム状の感光体２を備えており、感光体２の周囲には、矢印で示す回転方向に沿って画像形成処理を実行するための帯電装置３，書き込み装置４，現像装置５，転写装置６，クリーニング装置７が配置されている。なお、符号８は現像前の地肌電位をわずかながら低減させて地肌汚れの発生を抑制するイレーサを、そして符号９は感光体２上の残留電荷を除去する除電装置をそれぞれ示している。

上記各装置のうちで、帯電装置３はコロナチャージャ等を非接触型の帯電装置であり、書き込み装置４は、原稿載置台４Ａ上の原稿に対する露光光をレンズおよび複数のミラーを介して感光体２上に結像させることにより静電潜像を形成する構成を備えている。

また、現像装置５は、トナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤を用いる構成であり、内部に有する攪拌混合ローラ５Ａにより摩擦帯電されたトナーがキャリアに付着して現像剤を構成し、感光体２に対向する現像スリーブ５Ｂによって感光体２に向け供給されることにより感光体２上の静電潜像を可視像処理するようになっている。

転写装置６は、感光体２と対向当接する展張面を有する転写ベルト６Ａと感光体２に対向して配置されて転写バイアスを印可する転写ローラ６Ｂとを備えている。

以上のような構成を備えた画像形成装置１においては、帯電装置３によって一様帯電された感光体２が書き込み装置４からの書き込み光によって静電潜像を形成され、現像装置５により供給される現像剤中のトナーによって静電潜像が可視像処理される。現像装置５には、トナー補給装置１０３が装備されており、後述する制御部１００によってトナーの補給制御が行われるようになっている。

可視像処理されたトナー像は、転写装置６において図示しない給紙装置から繰り出される記録紙Ｓに対して転写ローラ６Ｂの転写バイアス印加を利用して転写され、転写された後、熱ローラ定着方式を用いた定着装置１０により加熱定着される。

一方、画像形成装置１には、感光体２上に形成される画像の濃度を検出する光学式の画像濃度検出センサ（図２では、便宜上、Ｐセンサと表示してある）１０１と、現像装置５内に収容されているトナーの濃度を検出する透磁率検知方式のトナー濃度センサ１０２（図２では、便宜上、Ｔセンサと表示してある）とが設けられ、これら各センサは図２に示す制御部１００の入力側に接続されている。制御部１００の入力側には、上記各センサの他に、本実施形態に関連する部材として、作像回数（プリントあるいはコピー回数あるいは枚数）をカウントする計数手段１０４が接続されている。

制御部１００は、画像形成時とは別に形成される基準濃度のパッチ画像を対象として濃度検出を行い、その検出結果に応じて画像濃度を適正化するために現像装置５側のトナー補給装置１０３の動作態位を制御するようになっている。このため、制御部１００の出力側には、トナー補給装置１０３が接続されており、トナー補給装置１０３では、例えば、補給タンクに収容されている新規トナーを繰り出す部材の駆動源が制御対象として用いられる。

制御部１００では、次の制御が実行される。
（１）画像濃度検出センサ１０１の検出値（Ｖｐ＝Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の検出結果に応じて規定の基準濃度を有するパッチ画像の形成間隔を変更する 。
（２）（１）に挙げた制御の実行に際して、画像濃度検出値が目標値から外れた場合には、パッチ画像の形成間隔を短くする。
（３）作像回数が所定回数よりも多い場合には、画像濃度検出値（Ｖｐ＝Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が目標値となる画像濃度検出値の範囲から外れた場合に作像中であってもパッチ画像の形成を行う。

上記制御の内容について説明すると次の通りである。
トナー濃度制御は、パッチ画像の検出結果に応じて目標とするトナー濃度の検出値（Ｖｔｒｅｆ）を補正し、この補正された目標のトナー濃度に一致するようにトナーの補給制御が行われる。
本実施形態においてもこの方法を前提とするが、現像剤の帯電量が低下しているような場合、最後に補正された目標値となる画像濃度検出値のままであると帯電量画像濃度が帯電量の低下に追随した内容となっていないことになり、適正な画像濃度を維持することができなくことに着目している。
このため、（１）の内容では、帯電量の変動が生じやすいとみなせる場合として、画像形成装置の起動時あるいは所定回数の作像後を条件として、画像濃度検出センサ１０１によってパッチ画像の濃度検出を行い、検出値（Ｖｐ）が目標値である０．０８〜０．１２に含まれていない場合には、パッチ画像の形成間隔を変更し、その内容をメモリに登録する。

これに併せて現像装置５側のトナー濃度を検出し、検出値（Ｖｔ）と現段階での濃度検出値（Ｖｐ）とを用いて目標値となるトナー濃度検出値に関する補正値（ΔＶｔｒｅｆ）を算出し、算出された今回の補正値と前回の補正値から新たな補正値が決定されて記憶保存される。この場合に参照される目標値となるトナー濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）は、予め実験等において求められた値が用いられ、制御部１００においてマップ方式でデータが登録されている。

画像濃度センサ１０１での目標となる画像濃度検出値（Ｖｐ）が設定されると、コピー１枚毎でのトナー濃度センサ１０２からの検出値（Ｖｔ）と新たな目標値となるトナー濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）との差をなくす方向にトナーの補給条件が設定されてトナー補給装置１０３の動作態位が設定される。
このような制御により、例えば、図６に示したように、予め設定されている作像回数（プリントあるいはコピー回数）とは別に、パッチ画像の形成間隔を帯電量の変動に応じて変更することができるので、環境変動や放置時間などが影響する帯電量の変動に追随してトナー濃度の補正が行われることになる。

次に（２）について説明する。
上記（１）におけるパッチ画像の形成間隔は、現段階で得られた画像濃度検出値（Ｖｐ）が目標値である０．０８〜０．１２の範囲を外れている場合、前回実行されたパッチ画像の形成間隔よりも短くされる。図３は、目標となる画像濃度検出値に対する現段階での画像濃度検出値（Ｖｐ）のずれ具合とパッチ画像の形成間隔との対応を表示した図であり、同図に示すように、所定範囲を逸脱する度合いが大きいほど形成間隔を短くしている。これにより、所定範囲への矯正が早められることになる。

次に（３）について説明する。
（１）および（２）に挙げた内容はパッチ画像の形成間隔についてであるが、このパッチ画像の形成時期に関しては、連続した作像中に濃度補正を行えるようにしてコピー枚数が大量の場合に発生する最初と最後のコピーの濃度が異なるのを防止するためにも設定することができる。
つまり、制御部１００では、前述した場合と同様に現段階での画像濃度検出値（Ｖｐ）およびトナー濃度（Ｖｔ）から前回、目標とするトナー濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）を補正し、目標とするトナー濃度検出値を更新してその更新値に一致するようにトナー濃度の補正制御が行われるが、作像回数が所定回数を超える場合には、画像濃度検出を所定枚数経過後ではなく、計数手段１０４において計数される作像回数満了に至る途中で画像濃度検出値（Ｖｐ）が目標値を外れた場合に、パッチ画像を形成する。

これにより、作像回数に関係なく、現段階での画像濃度検出値およびトナー濃度から目標値となる画像濃度検出値との対比によって作像過程での濃度制御が行えることになり、大量作像時（プリントあるいはコピー時）において最初から最後までの間で濃度変化を防止することができる。

なお、パッチ画像の形成に関しては、上述したように目標値に対して現段階での画像濃度検出値（Ｖｐ）が外れた場合とすることに限らず、これに加えて、選択された作像回数の等分毎などとすることも可能である。

本実施形態は以上のような構成であるから、その作用を説明すると、図４および５に示す通りである。
図４は、（１）、（２）に挙げた制御内容を説明するフローチャートであり、同図において、装置の起動時にパッチ画像が形成され（ＳＴ１）、画像濃度検出センサ１０１によって濃度が検出され、現段階での画像濃度検出値（Ｖｐ＝Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が算出される（ＳＴ２）。

算出された画像濃度検出値（Ｖｐ）が目標値と比較され、所定範囲を外れている場合には、パッチ画像の形成間隔（図４では、作成間隔と表示してある）を変更し、その内容がメモリに記憶される（ＳＴ４）。このときの形成間隔は、図３に示したように、所定範囲からの逸脱程度に応じて選択され、逸脱程度が大きいほど短くされる。

パッチ画像の形成間隔の変更ありは変更がない場合にいずれにおいても画像濃度検出に併せてトナー濃度センサ１０２によってトナー濃度検出が行われトナー濃度検出値（Ｖｔ）が得られると、前回の各検出値（Ｖｐ，Ｖｔ）と今回の各検出値（Ｖｐ，Ｖｔ）から目標となるトナー濃度検出値の補正値（ΔＶｔｒｅｆ）が求められ、これに基づき、新たな目標となるトナー濃度検出値（Ｖｔｒｅｆ）に更新され、この値が記憶される（ＳＴ４〜ＳＴ７）。

制御部１００では、ステップＳＴ８において決定された新たな目標となるトナー濃度検出値に対してトナー濃度検出値が一致するようにトナー補給装置１０３の駆動制御が行われてトナーの補給制御が行われ、再び、パッチ画像の検出において画像濃度検出センサ１０１の検出値（Ｖｐ＝Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の検出結果が目標となる画像濃度検出値の範囲内に入っている場合にはパッチ画像の形成間隔を初期設定値に戻すようになっている（ＳＴ４Ａ）。
一方、図５は（３）に挙げた制御内容を説明するためのフローチャートであり、同図においては、選択された枚数が所定枚数であるかどうかが判別され（ＳＴ８）、所定枚数以下である場合には図４に示した処理手順が実行される。

ステップＳＴ９において所定枚数を超える場合においても、図４に示したステップＳＴ１〜ＳＴ３での処理が実行され、ステップＳＴ３において画像濃度検出値（Ｖｐ）が目標値を外れた場合には、所定枚数の作像が終了していなくても、図５において「ジョブ中、Ｐパターン作成」と表記されているように、パッチ画像を形成する（ＳＴ９）。なお、図５において、ステップＳＴ８−１は、選択枚数が所定枚数以下である場合にパッチ画像を形成するタイミングの判別処理を示している。なお、図５において、ステップＳＴ４Ａは、図４において説明した場合と同様な処理である。

ステップＳＴ９においてパッチ画像を形成したトナーの濃度がトナー濃度センサ１０２において検出されてトナー濃度検出値（Ｖｔ）が得られると、図４に示したステップＳＴ６〜ＳＴ７と同様の処理が実行されてトナー補給制御が行われる。

本発明による画像形成装置の一例を示す模式図である。 図１に示した画像形成装置に用いられる制御部の構成を説明するためのブロック図である。 図２に示した制御部に記憶されているパッチ画像の形成回数を割り出すための基準を説明するための表図である。 図２に示した制御部の作用の一つを説明するためのフローチャートである。 図２に示した制御部の作用の他の一つを説明するためのフローチャートである。 画像濃度制御の従来例を説明するためのフローチャートである。 現像剤における帯電量とトナー濃度との関係を示す線図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体
５ 現像装置
１００ 制御部
１０１ 画像濃度検出センサ
１０２ トナー濃度センサ
１０３ トナー補給装置
１０４ 計数手段

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより可視像処理する構成を備えた画像形成装置において、
   上記トナーを供給可能な現像装置と、該現像装置に対してトナーを補給するトナー補給手段と、
   上記潜像担持体上に形成される基準濃度をパッチ画像の濃度を検出する基準画像濃度検出手段と上記現像装置内に収容されているトナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段とが入力側に接続され、上記現像装置側のトナー補給手段が出力側に接続されている制御部を備え、
   上記制御部は、上記パッチ画像の濃度検出値に基づき該濃度検出値が目標濃度検出値となるように上記現像装置側のトナー濃度を調整するために上記トナー補給手段の動作態位を制御するに際して上記画像濃度検出手段からの検出結果に応じて上記パッチ画像の作成間隔を変更可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記制御部は、上記画像濃度検出手段からの検出結果が上記目標濃度検出値から外れた場合には、上記パッチ画像の形成間隔を短く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. 上記制御部には、作像回数（プリント回数）計数手段が入力側に接続され、作像回数（プリント回数）が所定の回数よりも多い場合には、作像中に上記パッチ画像の形成タイミングを設定可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

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