JP2008102463A

JP2008102463A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2008102463A
Application number: JP2006287026A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Miyashita; 義明宮下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】画像品質の変動を効率よく防止し、かつ待ち時間の短縮も両立させることができ、ユーザビリティの向上を可能にする画像形成装置を提供する。
【解決手段】電子写真方式を採用し、画像データ信号に応じた画像を形成する作像手段と、画像を良好に出力するため調整時間を伴う画像調整手段を備え、調整結果を画像出力パラメータとして保持している画像形成装置において、調整時間を伴う前記画像調整手段の動作を実施するかどうかの判断を行う作像状態検出手段Ｓ１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＭＦＰ（複合型プリンタ）等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真方式を用いた画像形成装置では、出力される画像における画像品質を良好に保つために、作像条件を所定のタイミングで調整すること、現像ポテンシャルに基づいて作像条件を調整すること、また、出力時間短縮のためプロセスコントロールを行わないモードをユーザが選択できることなどが提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
特許文献１及び２では、感光体ドラムである像担持体上における作像条件が所定のタイミングで調整されている。このような像担持体上における作像条件の調整制御は、プロセスコントロールといわれ、出力画像（被転写材上の画像）における画像濃度、階調性等の画像品質が変動するのを防止している。
具体的に、出力画像における画像品質の変動は、環境変化に伴うもの、経時変化に伴うもの、画像形成に係わるユニットの交換やトナー補給に伴うもの等がある。

また、代表的なプロセスコントロールとしては、まず、像担持体上に複数のパッチパターン（静電潜像の概矩形パターン）を形成し、そして各パッチパターンの潜像電位を、電位センサで測定するものがある。この場合に、さらに、各パッチパターンを現像した後に、パッチパターン上のトナー付着量（現像量）を反射型光センサで測定する。
そして、電位センサで検出した潜像電位と、光センサで検出したトナー付着量とから、最大トナー付着量を得るための現像ポテンシャルを求める。この場合に、特許文献３及び４のように、求めた現像ポテンシャルに基づいて、作像条件（帯電電位、潜像形成のための書き込み光量、現像バイアス等）を調整する。
そして、このようなプロセスコントロールは、或る程度の調整時間を必要とするため、装置始動時や、一定時間又は一定枚数の画像形成後であって画像形成動作の終了時等に行なわれていた。
また、近年では、特許文献５に開示されるように、ユーザの操作性を重視し、出力時間短縮のためプロセスコントロールを行わないモードをユーザが選択できる方式も提案されている。
特開平５−２４９７８７号公報特開２００５−７７５４３公報特開平９−１８７９９７号公報特開２００５−１６４９２２公報特開２００３−３４５１８０公報

しかしながら、電源投入時に、プロセスコントロール無しを選択している場合には、常に画像調整が入らないので、本当は画像調整が必要な場合にも、この画像調整が入らないため、異常画像になる可能性がある。
また、プロセスコントロール有りを選択している場合、定着温度が一定値以下であれば、常に画像調整が入るので、ほとんどプロセス条件が変化していないような、画像調整をする必要が無い時にも画像調整を行ってしまい、調整のため、立ち上げ時間が長くなってしまう。
さらに、通紙中、通紙後も画像状態に関係なく、一定間隔でプロセスコントロールが入るため、本来、画像調整をする必要が無い時でも、プロセスコントロールが入ってしまい、生産性が落ちてしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、画像品質の変動を効率よく防止し、かつ待ち時間の短縮も両立させることができ、ユーザビリティの向上を可能にする画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、画像データ信号に応じた画像を形成する作像手段と、画像を良好に出力するため調整時間を伴う画像調整手段と、を備え、調整結果を画像出力パラメータとして保持している画像形成装置において、調整時間を伴う前記画像調整手段の動作を実施するか否かの判断を行う作像状態検出手段を備えた画像形成装置を特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、前記作像状態検出手段が、調整時間を伴わない請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、前記作像状態検出手段が、前記画像調整手段を部分的に使用している請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、前記作像状態検出手段が、像担持体上に作成されたトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量センサである請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

また請求項５に記載の発明は、前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、毎回プリント命令直後とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われてからの通紙枚数とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項７に記載の発明は、前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われてからの経過時間とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項８に記載の発明は、前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われた時との温度差とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項９に記載の発明は、前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われた時との湿度差とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置の電源投入時、省エネルギモードからの復帰時、又は通紙中、通紙後に、調整時間を伴う画像調整手段（プロセスコントロール）を実施するかどうかの判断を、前回行った画像調整時に記憶したデータと、調整時間を伴わない簡易的な作像状態検出手段の結果を比較することで判断することにより、機械に本当に画像調整が必要な状態の時だけ画像調整手段の動作を実施できるようになる。これにより、画像品質の変動を効率よく防止し、かつ待ち時間の短縮も両立させることができ、ユーザビリティの向上ができる。
また、余分な現像装置の空回し、感光体の空回し、放電等を行う必要もなくなるので、余分なトナー消費や、トナー、感光体、帯電、その他の作像に関係する部分の劣化も防げ、各ユニット寿命、トナーイールド、機械寿命の延命にもなる。
また、作像状態検出手段の結果と、前回行ったプロセスコントロール時又は前回の作像状態検出手段の動作時に記憶したデータとを比較し判断することで、さらに機械の状態を正確に把握することができる。従って、長時間の画像調整をする必要があるか、簡易的な画像補正で十分かどうかの最適な判断を機械が自動で行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明のカラー画像形成装置の実施形態に係わる全体構成を示す概略図である。なお、以下に示す実施形態は、カラー複写機等に装備するカラー画像形成装置に適用したものであるが、モノクロ画像形成装置にも同様に適用し得る。
図１のカラー画像形成装置Ａにおいて、レーザ書き込みにより形成される静電潜像及び現像されたトナー像を担持する感光体は、この装置においては、可撓性のベルト状像担持体としての感光体ベルト１である。
感光体ベルト１は、回動ローラ２、３ａ、３ｂ間に架設され、回動ローラ２の回転駆動により、図中の矢印Ａ方向（時計方向）に回動（副走査）され、感光体ベルト１表面が画像形成面となるように構成する。
感光体ベルト１に静電潜像、トナー像を形成するための手段として、感光体ベルト１の表面を均一に帯電するための帯電チャージャ４と、レーザ書き込みユニット５、カラー現像装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを含む現像ユニット６を備えている。

現像ユニット６は、カラー構成色であるマゼンタ、シアン、イエロー、黒それぞれのからなるカラー現像装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを含んでいる。ここで用いる現像ユニットは、１成分系の現像剤（トナー）により現像を行うようにした現像手段を備えている。
また、本実施形態は、感光体ベルト１の画像を、中間転写体を介して転写紙に形成する方式によるため、中間転写ベルト１０を有する。中間転写ベルト１０は、回動ローラ１１、１２の間に架設され、回動ローラ１１の回転駆動により、図中の矢印Ｂ方向（反時計方向）に回動される。
感光体ベルト１と中間転写ベルト１０は、感光体ベルト１の回動ローラ３ｂを設けた部分で接触している。この接触部の中間転写ベルト１０側には、導電性を有するバイアスローラ１３が中間転写ベルト１０裏面に所定の条件で接触している。
転写紙１７ａの処理に係わる構成要素として、給紙台（給紙カセット）１７、給紙ローラ１８、搬送ローラ対１９ａ、１９ｂ、レジストローラ対２０ａ、２０ｂからなる給紙部を有している。また、中間転写ベルト１０からの画像を転写する転写ローラ１４、定着ユニット２１、排紙ローラ対２２ａ、２２ｂ、及び排紙スタック部２３を有している。

ここで、図１に示した実施形態のカラー画像形成装置の画像形成動作について説明する。図１において、可撓性のベルト状像担持体としての感光体ベルト１は、帯電チャージャ４により一様に帯電された後、レーザ書き込みユニット５により、画像情報に基づいて発光が制御されるレーザの走査露光を受け、表面には静電潜像が形成される。
感光体ベルト１を回転させながら走査露光し、静電潜像を形成する１工程に用いる画像情報は、所望のフルカラー画像をマゼンタ、シアン、イエロー、及び黒の色情報に分解した単色の画像情報であり、この情報により、半導体レーザの発光を制御する。
発生するレーザビームは、光学装置により走査、及び光路調整し、書き込みビーム光Ｌとして出力する。単色の画像情報に基づいて形成された静電潜像は、カラー現像装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより対応するマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、及び黒（Ｂｋ）トナーで各々単色現像され、感光体ベルト１上に各々の色画像が順次形成される。

図１中の矢印Ａ方向に回転する感光体ベルト１上に形成されたＭ、Ｃ、Ｙ、Ｂｋの各単色画像は、感光体ベルト１と同期して、同図中の矢印Ｂ方向に回転する中間転写ベルト１０上に、バイアスローラ１３に印加された所定の転写バイアスの作用により、順次重ね転写される。
中間転写ベルト１０上に重ね合わされたＭ、Ｃ、Ｙ、Ｂｋの画像は、給紙台（給紙カセット）１７から給紙ローラ１８、搬送ローラ対１９ａ、１９ｂ、レジストローラ対２０ａ、２０ｂを経て、転写部へ搬送された転写紙１７ａ上に転写ローラ１４により一括転写される。
転写終了後、転写紙１７ａは、定着ユニット２１により定着されて、フルカラー画像が完成し、排紙ローラ対２２ａ、２２ｂを経て、排紙スタック部２３にプリント画像を排出する。

なお、図１中の感光体ベルト１における画像形成の最終工程として感光体ベルト１上のトナーをクリーニングする。そのために、感光体ベルト１に常時当接するクリーニングブレード１５が設けられている。
同様に、中間転写ベルト１０にもクリーニング装置１６が設けられている。クリーニング装置１６のクリーニングブラシ１６ａは、画像形成動作中には中間転写ベルト１０表面から離間した位置に保持され、形成像が転写紙１７ａ上に転写された後に、中間転写ベルト１０表面に当接される。
また、感光体ベルト１、帯電チャージャ４、中間転写ベルト１０、クリーニングブレード１５、クリーニング装置１６を一体化し、プロセスカートリッジとして、本体に対して着脱可能に構成することができる。図１中、符号３７はトナー付着量センサを示している。

図２は本発明によるカラー画像形成装置の制御系の一例を示す概略ブロック図である。次いで、図１に示したカラー画像形成装置の制御系に関して図１及び図２を参照して説明する。図２に示すように、制御系をメイン制御部３０と複数の周辺制御部により構成する。
メイン制御部３０は上記で概要を示した画像形成に係わる動作全体を統括する。メイン制御部３０は、構成要素として、ＣＰＵ３１、制御プログラム及び各種データを記憶したＲＯＭ３２、ワーク領域として各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３３、装置の動作条件を定めるパラメータや装置の管理に必要な情報を保存する不揮発メモリのＮＶＲＡＭ３４、及び図示してない時計を含んでいる。
また、メイン制御部３０は、Ｉ／Ｏインターフェース３５を介して、光書き込みユニット５、現像ユニット６、現像バイアス制御部３６、トナー付着量センサ３７、ＰＣＵ（感光体と中間転写ベルト一体ユニット）３８、温度湿度センサ３９、定着ユニット２１、定着電源回路４０等と接続している。

レーザ光学系制御部４１はレーザ書き込みユニット５を制御し、現像バイアス制御部３６は、現像ユニット６のカラー現像装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ各々に印加する現像バイアスを制御する。これらの制御動作は、いずれもＣＰＵ３１からの指令により行う。
トナー付着量センサ３７は、感光体ベルト１上に所定の条件下で形成されたトナーの付着量を検出し、検出データを受け取るＣＰＵ３１では、トナーの付着量から後述する現像バイアスの調整値を求め、現像バイアス制御部３６に設定し、トナー濃度の制御を行う。
転写紙１７ａ上の画像濃度を常に一定で良好な状態に保つためには、像担持体である感光体ベルト１表面のトナー付着量を安定させる必要が有り、そのため感光体ベルト１表面のトナー付着量を反射型トナー濃度センサにより検出し、トナー付着量を制御している。
本実施形態で使用したトナー付着量センサ３７は、発光部に赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）、拡散反射光受光部にフォトダイオードを使用し、受光量に応じて電圧出力するタイプの乱反射型トナー付着量センサである。

図３は乱反射型トナー付着量センサの出力特性を示す特性図である。図３では、トナー付着量センサの出力をＶｓ、感光体ベルト表面トナー無しでのトナー付着量センサ出力をＶｓｇｂｋ、Ｖｓｇｃ、トナー付着量センサ出力最小値であるＬＥＤオフ時のトナー濃度センサ出力をＶｓ０ｂｋ、Ｖｓ０ｃとしている。
ここで使用した乱反射型トナー濃度センサの出力端子はＢｋとカラーの２種類があり、これは増幅率の違いで出力端子を分けているためである。また、センサとしては、受光部が正反射光のみを受光するタイプの正反射型トナー付着量センサでも低トナー付着量に限定すれば制御可能である。
乱反射型トナー付着量センサのカラートナー出力の場合、付着量が増えるに従いセンサ出力は増加し、付着量０〜１ｍｇ／ｃｍ²までの範囲でほぼ直線的に変化するため、カラートナーの高付着量領域の直接検出が可能である（図３）。
カラートナーがトナーからの乱反射光を直接付着量に変換しているのに対して、Ｂｋの場合、トナーからの反射光が無いため、感光体からの乱反射光の減少量で付着量を計算している。
一般的にプロセスコントロールでは、感光体上に作像された階調パターンを上述したトナー付着量センサで検出し、トナー付着量を算出する。また、現像ポテンシャルは、図示していない電位センサによってその電位ＶＬが検知され、現像バイアスＶＢに基づいて算出される。

図４はトナー付着量と現像ポテンシャルとの関係をグラフで示す図である。上述のように、算出されたトナー付着量と現像ポテンシャルから、図４に示すようなトナー付着量と現像ポテンシャルとの関係の近似直線式を演算する。
この結果から狙いのトナー付着量を得る最適な現像ポテンシャルを特定し、エンジン内に予め記憶してあるテーブルに基づいて帯電電位ＶＬ、現像バイアスＶＢ、光書き込み強度ＶＤを特定する。

図５は本発明による作像状態検出手段の実施形態を示すフローチャートである。図５において、作像状態検出手段（Ｓ１）は実行の命令（Ｓ２）を受けると、感光体上に作像状態検出用のパッチを作成する（Ｓ３）。
この作像状態検出パッチは、ジョブ中に、紙間で作像できる範囲の大きさとすることで、調整時間を必要としないで実施できる。この作像状態検出パッチをトナー付着量センサ３７（図２）で検出（Ｖｓ）し（Ｓ４）、図３からトナー付着量ＭＡを求める（Ｓ５）。
プロセスコントロール時に使用する、像担持体上に作成されたトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量センサ３７を作像状態検知手段として使用すれば、別途特別な機構は必要としない。また簡易的な作像状態検出手段を、調整時間を伴わない、紙間などで行える作像手段とすることで、生産性を落さずに、必要な時に判断を行うことができる。
前回作像状態検出手段の動作を実施した時の値をＭＡ０とし、今回のＭＡと前回のＭＡ０を比較して一定値以上差があるかどうかを判断する（Ｓ６）。差が一定値以上大きければ、次に、調整時間を伴う画像調整モードを行うように、実施フラグをオンし（Ｓ７）、終了する。
終了後、所定のタイミングで画像調整モードを実施する（Ｓ８）。ステップ（Ｓ６）で、差が一定値以下の場合、作像状態検出手段の結果から、現像バイアスＶＢを補正し（Ｓ９）、現像バイアスＶＢを記憶する（Ｓ１０）。この補正は画像の変化が分からない程度の微調整である。次いで、温度、湿度、時間を記憶し、終了する（Ｓ１１）。

図６は電源オン、又は省エネルギモードからの復帰時の作像状態検出手段の動作について示すフローチャートである。一般的に、電源オン、又は省エネルギモードからの復帰時（Ｓ２１）に画像調整を行うかどうかの判断は、定着温度が一定値（例えば５０度など）以下に下がっていれば行う、それ以上であれば行わないと言う単純なものが多く、作像状態に関係なく、行われている。
図６において、電源オン、又は省エネルギモードからの復帰時（Ｓ２１）、作像状態検出手段の動作を実行する（Ｓ２２）。次に、調整モードの実施フラグがオンかどうかを判断する（Ｓ２３）。オンならば、調整モードを実施する（Ｓ２４）。オンでないならば、終了する（Ｓ２５）。この実施形態では、まず、機械の作像状態を作像状態検出手段で確認し、その結果から画像調整モードを行うかどうか判断している。
通紙中の作像状態検出手段の検出タイミングは、紙間で行えるものなので通紙毎に行っても良いが、現実的には１枚の間隔で画像が大きく変動することは無いことと、たとえ小さなパッチでも微量はトナーを消費していることを考慮し、最適な間隔を空けている。

図７は通紙中又は通紙終了時のタイミングで、作像状態検出手段の動作を行った場合の制御を示すフローチャートである。図７に示すように、通紙（ジョブ）中又は通紙終了（ジョブエンド）時のタイミングにおいて（Ｓ３１）、前回の検出から１０枚通紙かどうかを判断する（Ｓ３２）。
１０枚通紙でないならば、次に、｜Ｔ０−Ｔ｜≧５℃かどうかを判断する（Ｓ３３）。｜Ｔ０−Ｔ｜≧５℃でないならば、｜ＡＨ０−ＡＨ｜≧５ｇ／ｍ³かを判断し（Ｓ３４）、｜ＡＨ０−ＡＨ｜≧５ｇ／ｍ³でないならば、前回の検出から１時間以上経過かどうか判断し（Ｓ３５）、１時間以上経過でないならば、終了する（Ｓ３６）。
ステップ（Ｓ３２）で１０枚通紙、ステップ（Ｓ３３）で｜Ｔ０−Ｔ｜≧５℃、ステップ（Ｓ３４）で｜ＡＨ０−ＡＨ｜≧５ｇ／ｍ³、そしてステップ（Ｓ３５）で１時間以上経過ならば、それぞれの場合に、作像状態検出手段の動作を実行する（Ｓ３７）。

このように、まず、前回作像状態検出手段の動作を行った時からの通紙枚数を確認し、次に前回作像状態検出手段の動作を行った時のデータを、温度Ｔ、湿度ＡＨ、時間と比較し、一定値以上であれば、作像状態検出手段の動作を実施する。ここで、Ｔ０、ＡＨ０は前回作像状態検出手段の動作時の温度、湿度である。
作像状態検出手段による検出は、紙間などで行える生産性を落さない制御であり、毎回プリント毎に行うことも可能である。しかしながら、トナーを作像させる制御であるため、トナー消費を考慮し、作像状態検出手段を一定枚数おきに（１０枚とか２０枚などあまり変動が起こり得ない間隔が良い）実施し、プロセスコントロールを行うかどうか判断させることができる。
また、この作像状態検出手段のデータからも、最低限の画像濃度は把握でき、簡易的な補正を実施することができる。さらに、一定枚数の変わりに、経過時間、温度差、湿度差などの変動要因を、作像状態検出手段の動作を行うトリガに使用しても良い。

本発明のカラー画像形成装置の実施形態に係わる全体構成を示す概略図である。本発明によるカラー画像形成装置の制御系の一例を示す概略ブロック図である。乱反射型トナー付着量センサの出力特性を示す特性図である。トナー付着量と現像ポテンシャルとの関係をグラフで示す図である。本発明による作像状態検出手段の実施形態を示すフローチャートである。電源オン、又は省エネルギモードからの復帰時の作像状態検出手段の動作について示すフローチャートである。通紙中又は通紙終了時のタイミングで、作像状態検出手段の動作を行った場合の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

Ａ画像形成装置（カラー画像形成装置）、１像担持体（感光体ベルト）、５光書き込みユニット、６現像ユニット、３０メイン制御部、３１ＣＰＵ、３２ＲＯＭ、３３ＲＡＭ、３７トナー付着センサ、３８作像手段（ＰＣＵユニット）、３９温度・湿度センサ

Claims

画像データ信号に応じた画像を形成する作像手段と、画像を良好に出力するため調整時間を伴う画像調整手段と、を備え、調整結果を画像出力パラメータとして保持している画像形成装置において、調整時間を伴う前記画像調整手段の動作を実施するか否かの判断を行う作像状態検出手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記作像状態検出手段は、調整時間を伴わないことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段は、前記画像調整手段を部分的に使用していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段は、像担持体上に作成されたトナーパッチのトナー付着量を測定するトナー付着量センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、毎回プリント命令直後とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われてからの通紙枚数とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われてからの経過時間とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われた時との温度差とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記作像状態検出手段による作像状態の検出は、前回作像状態の検出が行われた時との湿度差とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。