JP2008052128A

JP2008052128A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2008052128A
Application number: JP2006229480A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 亮井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、像担持体の広い露光量領域における感光特性の変化を把握し、出力画像の濃度変動を安定化し得る画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光ドラム上の画像領域の間において、回転方向に直交する方向に、複数の表面電位測定領域が設けられる。各表面電位測定領域に対応する電位センサー８ａ〜８ｄが配置されている。表面電位測定領域はそれぞれ異なる露光量で露光され、電位センサー８ａ〜８ｄによって表面電位が測定される。測定された表面電位に基づいて感光ドラムの感光特性が測定され、この感光特性に基づいて、像露光量が補正され、又は帯電条件が変更される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、第１の像担持体に対して適宜の画像形成プロセスにて可転写画像を形成担持させ、その可転写画像を第２の像担持体に転写させ、第１の像担持体は繰り返して画像形成に使用する方式・構成の装置である。

たとえば、複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置は基本的には、電子写真感光体と、帯電手段と、画像露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段と、感光体クリーニング手段を有する。ここで、電子写真感光体は上述の第１の像担持体に相当し、一般的には回転ドラム型のものが用いられる。帯電手段は、この感光体の面を所定の極性・表面電位に一様に帯電させるものである。また、画像露光手段は、この感光体の帯電処理面に静電潜像を形成させる。そして、現像手段は、このように形成された静電潜像をトナー像として現像する。また、転写手段は、このトナー像を感光体面から第２の像担持体（記録媒体）としての転写紙に転写させる。さらに、定着手段は、転写手段と、転写紙側に転写させたトナー像を永久固着像として定着させる。そして、感光体クリーニング手段（クリ−ナ）は、転写紙側へのトナー像転写後の感光体面上の転写残トナーを除去して感光体面を清掃する。また、感光体面に静電潜像の履歴が残り次の画像形成時に影響を及ぼす、所謂画像メモリの発生を防止するためには、除電光や除電帯電器が、帯電手段より上流部に設けられる。

感光体は、一般的な例としては、導電性基板上に、光導電層、キャリア輸送層を順次積層する構成を基本とする。このような感光体では、帯電後、光照射することによって光キャリアが光導電性発生し、キャリア輸送層をへて表面の帯電電荷と結合し、所望の電位に減衰されて静電潜像を形成する。

電子写真方式の画像形成装置、特にフルカラーの画像形成装置において、高画質化、高安定化への市場の要求は、日々高まっている。なかでも高安定化の要望は強く、出力毎に色味が変化したり、連続画像形成中に色味が変動したりすることは極力避けねばならない。

このような変化を避ける為に、電位制御、現像バイアス制御、現像剤濃度制御など、様々な制御が、電子写真方式の画像形成装置にも取り入れられ、装置の安定化に寄与している。

画像形成工程のうち、帯電、露光工程に絞ってみると、安定性の観点からは、常に所望の帯電電位、露光電位になっていなければならない。特に高画質が求められるフルカラーの電子写真装置では、一般的に、帯電、露光後の感光体の表面電位検知手段を設け、帯電電位、露光電位を検知して、所望の表面電位が得られるよう帯電条件、露光条件を制御する。

しかし、電子写真装置に用いる感光体は帯電、露光等の画像形成過程の繰り返しにより帯電特性、光感度特性が変化し、画像濃度が徐々に変化してしまうという問題がある。これに対し画像形成途中の一定期間に制御期間を設けて画像濃度の変化を防止する手段が広く用いられている。しかし、このような手段では、生産性が落ちることは明らかであり、また急激な表面電位変化には対応することはできない。生産性を落とさない為に、画像形
成中、感光体の非画像部の表面電位を測定する手段が提案されている（特許文献１）。
特開2001-265075号公報

しかし、画像形成中の非画像部は限られた領域であるため、測定できる露光条件は極めて限られたものであった。露光条件全域で表面電位が同傾向に変化していく場合は、このような制御が有効である。しかし、感光体特性によっては暗部電位のみが減衰し、明部電位が上昇する場合がある。これに対して限られた露光条件で制御を行なおうとしても、正確な特性変化の把握が困難なばかりでなく、補正が濃度変化を促進する結果になってしまう恐れすらある。

本発明の目的は、生産性を低下させることなく、像担持体の広い露光量領域における感光特性の変化を把握し、出力画像の濃度変動を安定化し得る画像形成装置を提供することである。

本発明は、像担持体と、電圧が印加されて像担持体を帯電する帯電部材と、帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、像担持体の長手方向に配置され、像担持体の移動方向に直交する方向における異なる領域の表面電位を検知する電位検知手段と、を有する画像形成装置において、像担持体の移動方向に直交する方向の異なる領域に露光条件を変更して並べて形成された複数の潜像パターンの表面電位を電位検知手段が検知し、その複数の検知結果に基づき画像形成時の帯電条件または露光条件を制御することを特徴とする。

本発明により、像担持体の露光量広域における感光特性に変化が生じても、短時間で感光特性の変化の把握により帯電条件または露光条件の制御を行うことができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

<第１実施形態>
図２に本実施形態で用いたカラー画像形成装置の概略側面図を示す。本装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応する４つの画像形成ステーションＵｙ、Ｕｍ、Ｕｃ、Ｕｋを配列している。各画像形成ステーションでは、転写ベルト１１により搬送される記録材に各色のトナー像を順次転写して、定着器（定着手段）７でトナー像を記録材に熱定着することでフルカラー画像を形成する。各画像形成ステーションは基本的に同構成であり、この概略側面図を図１に示す。各ステーションの画像形成工程の概要は以下のようなものである。像担持体である感光ドラム１はコロナ帯電器（帯電部材）２によって負極性に一様に帯電される。露光手段１０から画像信号に対応したレーザＬが照射され、帯電された感光ドラム（像担持体）１上の表面電位は所望の電位まで減衰し、静電潜像が形成される。現像器（現像手段）３によって潜像のレーザＬが照射されたところにネガトナーが反転現像され、トナー像が形成される。感光ドラム上に形成されたトナー像は、転写ローラ（転写手段）４によって記録材Ｐに転写される。感光ドラム上１に残存した転写残トナーはクリーナー５によって掻き取られる。クリーナー５内の掻き取られた転写残トナーは図示しない廃トナー容器に搬送され回収される。その後除電ランプ６によって潜像電位の履歴を消去した後、再びコロナ帯電器２によって帯電され、一連の画像形成工程が繰り返し行なわれる。本実施形態では、転写ベルトを用いる構成であるが、トナー像が感光ドラムから転写される中間転写体を用いる構成であっても問題ない。

本実施形態は、像担持体の移動方向に直交する方向である感光ドラム母線方向に複数の表面電位検知部材を設けるものである。そして、複数の画像形成ジョブ間、連続画像形成動作中もしくは画像形成前に感光ドラムの感光特性測定工程を行う。そして、その結果に基づいて帯電部材に印加する電圧条件といった帯電条件または露光量といった露光条件を制御して、画像形成が続くことによる濃度変化を防止するものである。

感光ドラム１は直径８０mmのアルミシリンダーに下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、表面保護層を順次積層した有機感光体であり、感光層の総膜厚は２５μmである。感光ド
ラム１は、矢印の方向に３００mm/sで回転する。

電位検知手段である電位センサー８はレーザ露光位置よりも感光ドラム回転方向下流側、現像器３よりも上流側に備えられおり、図３に示すように感光ドラムの母線方向に４つの同様の電位センサー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが配置されている。本実施例では、電位検知手段として複数の電位センサーが並列に配置されている構成である。もちろん、電位センサーが並べられて一体となっている構成であってもいい。電位センサー８ａ〜８ｄからの信号は最終的に図示せぬＣＰＵに送られる。これらの電位センサーは、いずれも感光ドラムにおける画像形成可能な最大領域に含まれるように配置されている。

本実施例では、複数の電位センサーを用いて、予め設定された表面電位となるような光量を算出するものである。そのために、複数の電位センサーを用いて異なる複数の表面電位を検知し、それぞれの表面電位に対応する光量と検知された表面電位との関係から設定表面電位となるような光量を算出するものである。算出された光量に基づいて画像形成時の光量を調整する調整工程について以下説明する。図４は本実施形態の画像形成装置において連続画像形成を行った場合の感光ドラム上の画像領域と表面電位測定領域を表した模式図である。画像領域間の間隔は４０mmでありその中間部分に２５mm、幅は画像領域に対応した範囲に表面電位測定領域を設けた。点線で示したのは電位センサー８ａ〜８ｄによる電位測定領域内の測定位置である。ドラム回転の周速度は３００mm/sであるから、電位測定領域が電位センサーに対向する時間は８３msである。本実施形態に用いた電位センサーの応答速度は２０msで、センサーの測定領域は大凡φ１０mmであるため、画像領域間の短い時間であっても、精度の高い表面電位測定は可能である。

この工程では、コロナ帯電器２によって感光ドラム表面は-６００Vに帯電され、図４の表面電位測定領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに異なる光量で露光を行なう。このようにして、測定領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに異なる表面電位の潜像パターンが形成される。

図５に本実施形態の画像形成装置における、代表的な入力画像濃度信号に対するレーザ像露光量、即ち出力画像濃度信号を示す。本実施形態では、濃度階調性を所望のものとするために、入力画像信号を形成画像の画像濃度信号に変換する画像情報変換手段を設けている。画像情報変換手段は、入力画像信号を、エンジンの特性にあった信号値、すなわち形成画像の画像濃度信号に変換するルックアップテーブル（ＬＵＴ）を設定して保持する。このＬＵＴは、カラー複写機の場合、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色について、それぞれ備えられ、それぞれの色毎に最適化することで、所望のフルカラー画像を出力できるようにしている。つまり、ＬＵＴは、入力画像信号から出力画像信号への変換条件を示した画像情報テーブルである。この画像情報テーブルは、入力画像濃度信号と、出力画像濃度信号との関係を示す。ここで、入力画像濃度信号は、外部情報からの画像データによる画像信号である。一方、出力画像濃度信号は、入力画像濃度信号に対応した、画像情報変換手段による、形成画像濃度を表す信号である。このＬＵＴの代表例を図５に示す。

図６には本実施形態で用いた感光ドラムの光感度特性、即ち、像露光光量に対する表面電位の関係を表す。表面電位測定領域ａ，ｂ，ｃ，ｄには、それぞれ図４に示したＥａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄの光量で露光を行なう。Ｅａは、この工程が実行される前の画像形成における最小濃度に対応する露光量である。即ち、入力画像濃度信号が０に対応する光量である。また、Ｅｄはこの工程が実行される前の画像形成における最大濃度に対応する露光量である。即ち入力画像濃度信号が２５５に対応する光量である。ＥｂとＥｃは、その間の予め設定された露光量である。

帯電表面電位と露光量はこの条件に限るものでなく、環境温湿度の違いによる現像特性、転写特性などによって最適な複数の条件が、あらかじめ決められており、それぞれの条件に対する帯電電位とＬＵＴはあらかじめ本体内の不図示のＲＯＭに格納されている。
本実施形態の画像形成装置には図示しない温湿度センサーを具備しており、そのデータに基づいて、最適な帯電電位、最大濃度時の露光量が決定される。

図８は、ＬＵＴによって濃度が適正化された画像として再現される階調画像を得るための画像情報変換手段３０を含む回路構成例を示すブロック図である。外部情報から画像を読み取り部であるリーダー部２００において、例えば画像装置やパソコン等２０１から得られた外部情報からの画像信号が、画像処理部２０２において順次形成画像における濃度信号に変換される。リーダー部２００における変換後の濃度信号は、初期設定時のプリンタ１００のガンマ特性に応じた信号になるように、つまり原画像の濃度と出力画像の濃度とが一致するように、画像情報変換手段３０が有するＬＵＴ３１によって特性が補正される。

ここで、本実施形態では、画像情報変換手段３０において、ＬＵＴ３１による補正を施された画像信号は、パルス幅変調回路３２によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＢｋの全色ともに６００ラインのパルス幅変調（ＰＷＭ）されて、露光手段１０へと発振される。ここで、本実施形態では、ＰＷＭによる階調再現方法を用いているが、他のライン数やディザ処理等、別の階調再現法を用いてもよいのは勿論である。

そして、露光手段１０のレーザ光源から出力されるレーザ光Ｌの走査によって、感光体ドラム１上には、ドット面積の変化により階調が制御された、所定の階調特性を有する静電潜像が形成される。形成された静電潜像に対する現像、転写及び定着という過程を経て、この階調画像が再生され、画像形成において濃度が適正化された画像が得られる。

調整工程時の各露光量は図４に示したものに限らず、ある程度分散していれば問題ないが、好ましくは最小濃度時の露光量と最大濃度時の露光量が含まれるとよい。また、残りの２点はその間を等分するような光量であると、感度測定の精度が高まる。あるいは特定濃度領域の精度を高めたければ、その領域に測定ポイントを増やすようにしてもよい。例えば、中間階調を高める画像形成モードの場合には、通常の画像モードの場合に比べその中間調領域の測定ポイントを多くする。そうすることで、通常時には調整工程の時間を短くすることができると共に、中間階調を必要な画像形成モードの場合には、高画質化を図ることができる。

調整工程は、複数のジョブ間隔あるいは連続画像形成中に行われる場合には、先ず異なる領域に異なる表面電位が形成されるようにそれぞれ領域毎に露光量が決定される。例えば、図４に示すように領域に対応させた露光量を露光する。その結果、a領域〜ｄ領域に
はそれぞれ調整工程前の表面電位が形成される。なお、この電位形成の際には、−６００Ｖの帯電面の主走査方向に図４のような露光量で形成することで、図４の上図のような電位測定領域が形成される。その結果、画像領域間の間隔が短くても、一度に４領域の表面電位を測定することができるため、短時間で複数の表面電位を測ることができ、下記の露
光量と表面電位との関係を導き出すことが可能である。その測定結果に基づいて露光量が決定される。その過程について図６を用いて説明する。あらかじめ記憶された感度曲線をｌ_０とする。Ｖ_ａは入力画像信号が０に対応する目標電位であり、本実施例では−６０
０Ｖである。一方、Ｖ_ｄは入力画像信号が２５５に対応する目標であり、本実施例では−１００Ｖである。そのため、適正画像を維持するために、画像形成数が増加してもこの目標電位となるような露光量が照射されている状態が好ましい。また、Ｖ_ｂとＶ_ｃはその間の予め設定された表面電位であり、本実施例では、−４００Ｖ，−２００Ｖである。調整工程において電位センサー８ａ〜８ｄから得られた表面電位Ｖ_ａ１，Ｖ_ｂ１，Ｖ_ｃ１，Ｖ_ｄ１から指数関数で近似した曲線ｌ_１を求める。表面電位ｌ_０における目標表面電位とｌ_１の各表面電位における光量の差、すなわちＥ_ａ−Ｅ_ａ１、Ｅ_ｂ−Ｅ_ｂ１、Ｅ_ｃ−Ｅ_ｃ１、Ｅ_ｄ−Ｅ_ｄ１、更にその他の各入力画像信号（本実施形態では８ｂｉｔ２５６階調）に対応した表面電位における光量の差を求める。このようにして算出した値をＬＵＴ上の各入力画像信号においてに加算し、ＬＵＴの書き換えを行なう。その計算結果を図５にＴ_１として示す。この過程により次の画像形成に用いるＬＵＴ、Ｔ_１が求まる。

画像形成中にはこれと同様の操作を画像領域間で行い、次の画像形成で用いるＴ_２，Ｔ_３，Ｔ_４…を求めていく。以上の工程により、連続画像形成中に感光ドラムの感光特性が変化しても、濃度変動のない画像出力を行なうことができる。制御を行なう頻度としては、画像領域間毎に行なう必要はなく、例えば変化の大きい画像形成開始直後は１画像ごと、１００画像出力後は１０画像ごと、というように調整工程を実行する頻度を変えても良い。

<第２実施形態>
本実施形態は、第１実施形態で示した像露光量補正において、表面電位測定の結果に応じて帯電器の帯電条件を変更するものである。実施する装置構成は第１実施形態と変わるところはないので、説明は省略する。

像露光の光量を補正するだけでは、感光体の帯電電位があらかじめ記憶されている帯電電位より低下した場合、補正できない場合がある。そこで本実施形態では、感度特性測定時に得られる暗部電位（図６におけるＶ_ａ）の変化に応じて、コロナ帯電器２に印加するグリッドバイアスを変化させた。コロナ帯電器の特性として、グリッドバイアスの印加電圧と帯電電位は、ほぼ等価に変化する。この特性を利用して本実施形態では電位の変化を補うようにグリッドバイアスを変化させて、暗部電位が一定になるように制御した。このときの測定表面電位とグリッドバイアス、制御を行なわなかった場合の感光体の暗部電位を図７のグラフに示す。

以上の制御により、画像形成工程中に帯電電位が低下した場合でも、表面電位を一定に保ち、濃度変動のない画像出力を行なう事が出来た。

本発明に於ける第１実施形態のカラー方式の画像形成装置に含まれる、画像形成ユニットの概略側面図。本発明に於ける第１実施形態のカラー方式の画像形成装置の概略側面図。第１および第２実施形態における電位センサーの配置位置を示す概略図。第１および第２実施形態における感度測定工程における感光ドラム上の画像領域と、表面電位測定領域と、露光量を示す説明図。第１および第２実施形態における像露光量ＬＵＴの表すグラフ。第１および第２実施形態における像露光量と表面電位の関係を表すグラフ。第２実施形態におけるグリッド電圧と制御あり、制御なし、の感光ドラムの表面電位変動を表す説明図。第１および第２実施形態におけるリーダー部とプリンタ部の構成を説明する概略図である。

符号の説明

１感光ドラム
２コロナ対電気
３現像器
４転写ローラ
８ａ〜８ｄ電位センサー
１０像露光手段

Claims

像担持体と、電圧が印加されて像担持体を帯電する帯電部材と、帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、像担持体の長手方向に配置され、像担持体の移動方向に直交する方向における異なる領域の表面電位を検知する電位検知手段と、を有する画像形成装置において、
像担持体の移動方向に直交する方向の異なる領域に露光条件を変更して並べて形成された複数の潜像パターンの表面電位を電位検知手段が検知し、その複数の検知結果に基づき画像形成時の帯電条件または露光条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
入力画像濃度信号が０に対する露光量で形成される電位を電位検知手段により検知されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
複数の異なる露光量に対する電位の検知結果に基づき入力画像信号から出力画像信号へ変換する画像情報テーブルを変更することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
連続画像形成工程中の紙間で像担持体の長手方向の異なる領域に露光条件を変更して並べて形成された複数の潜像パターンの表面電位を電位検知手段が検知し、その複数の検知結果に基づき連続画像形成工程中に画像形成時の帯電条件または露光条件の変更を行えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。