JP2008286840A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式濃度検知手段が有する発光部と受光部のセンサ面がトナーなどで汚れても、プリント生産性を落とさずに、基準光量調整の補正を実施することが可能な画像形成装置を提供すること。
【解決手段】発光部の発光量をウオームアップ動作時に二分探索調整方法を実施し、画像形成動作時に階段探索調整法を実施する異なる調整方法を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置は、感光体や中間転写体などの像担持体表面からトナー像を記録媒体などに転写し、転写されたトナー像を定着することによって記録媒体上に画像を形成している。このような画像形成装置では、記録媒体上に転写された画像の濃度が常に適正に制御されていることが画像品質を高める上で重要である。

そのために画像の濃度を適正に制御する手段として、例えば感光体上にトナー像の濃度を測定する濃度測定用のトナー像（パッチ画像という）を形成し、そのパッチ画像の濃度を光学式濃度検知手段で検知し、その検知結果を書き込み手段が露光する露光量や、現像バイアス等にフィードバックする画像濃度制御を行うことで安定した画像を得ている。

光学式濃度検知手段は、ＬＥＤ等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子、及び両素子を保持するホルダーからなっており、発光素子からの光を感光体上のパッチ画像に照射させ、そこからの反射光を受光素子で測定することによりパッチ画像の濃度を測定する。

しかし、光学式濃度検知手段は発光素子の劣化により発光光量が初期状態に比べて減少したり、素子（センサ）の測定面（センサ面）がトナーによって汚れてしまい、受光素子に入力される受光光量が変化する。

そこで受光光量が初期状態と同じになるように発光光量を調整する必要がある。その調整方法として例えば、特許文献１には、中間転写ドラム面に補正用濃度センサの初期光量値Ａｏｈの光量を照射し、中間転写ドラムの濃度Ｖｍｅｓを測定する。次に基準濃度Ｖ０と比較してＶｍｅｓ＝Ｖ０のとき、Ａｏｈを画像濃度制御時の濃度センサの照射光量（発光光量）とする。ＶｍｅｓがＶ０より大きい場合、または小さい場合、出力ＶｍｅｓがＶ０となるまで一定量ずつ加減し、Ｖｍｅｓ＝Ｖ０となるときの光量を画像濃度制御時の濃度センサの発光光量とする、という方法が記載されている。
特開平１０−２６８５９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、一定量ずつ発光光量を加減して目的の値になるように調整する方法（階段探索調整法という）は、ある発光光量に対して、その受光光量と初期光量との差である変化量が初期状態に比べて少ない場合、階段探索調整法という手段を用いても調整時間が比較的短時間で終了することが可能である。

しかし電源のＯＦＦ中に装置機内の清掃や資材の交換がなされた場合は、汚れたセンサ面が清掃されるとか、または逆にトナー等が機械の振動などにより大量に付着するとか、が考えられ、ある発光光量に対して受光光量の変化量が初期状態と比べて大きい可能性がある。このような変化量が大きい場合には、階段探索調整法で一定量ずつ発光光量を加減する方法では調整に時間がかかるという問題が発生する。

本発明の目的は、光学式濃度検知手段のセンサ面がトナーなどで汚れても、プリント生産性を落とさずに、発光部の発光量を調整する調整手段を有する画像形成装置を提供することである。

上記目的は、以下の構成により達成できる。
１．静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に濃度測定用のトナー像を形成し、そのトナー像の濃度を発光部及び受光部を有する光学式濃度検知手段によって測定し、その測定結果により画像形成条件を制御する画像形成制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記発光部の発光量を調整する制御手段を有し、
前記制御手段は、ウオームアップ動作時と画像形成動作時とで前記発光量を調整するための調整動作を異ならせることを特徴とする画像形成装置。
２．前記制御手段は、ウオームアップ動作時に二分探索調整法による調整を実施し、画像形成動作時に階段探索調整法による調整を実施することを特徴とする１に記載の画像形成装置。

本発明によれば、発光部の発光量を調整する制御手段が、ウオームアップ動作時と画像形成動作時とで発光量を調整するための調整動作が異なるので、プリント生産性を落とさずに調整が可能となる。

本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
（本体構成）
図１は本発明の画像形成装置の１例としての断面構成図である。

図１に於いて５０は感光体（感光体ドラム）であるである。感光体ドラム５０は感光層をドラム上に塗布し、その上に樹脂層を塗設している。さらに接地されて時計方向に駆動回転される。５２はスコロトロンの帯電器（帯電手段）で、感光体ドラム５０周面に対し一様な帯電をコロナ放電によって与えられる。この帯電器５２による帯電に先だって、前画像形成での感光体の履歴をなくすために発光ダイオード等を用いた帯電前露光部５１による露光を行って感光体周面の除電をしてもよい。

感光体への一様帯電の後、像露光手段としての像露光器５３により画像信号に基づいた像露光が行われる。この図の像露光器５３は図示しないレーザダイオードを露光光源とする。回転するポリゴンミラー５３１、ｆθレンズ等を経て反射ミラー５３２により光路を曲げられた光により感光体ドラム上の走査がなされ、静電潜像が形成される。

ここで本実施の形態では、反転現像プロセスを用いている。反転現像プロセスとは帯電器５２により、感光体表面を一様に帯電し、像露光が行われた領域、すなわち感光体の露光部電位（露光部領域）を現像工程（手段）により、顕像化する画像形成方法である。一方未露光部電位は現像スリーブ５４１に印加される現像バイアス電位により現像されない。

その静電潜像は次いで現像手段としての現像器５４で現像される。感光体ドラム５０周縁にはトナーとキャリアとからなる現像剤を内蔵した現像器５４が設けられていて、マグネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブ５４１によって現像が行われる。このとき通常は感光体ドラム５０と現像スリーブ５４１の間に直流バイアス、必要に応じて交流バイアス電圧をかけて現像が行われる。また、現像剤は感光体に対して接触あるいは非接触の状態で現像される。感光体の電位測定は電位センサ５４７を図１のように現像位置上部に設けて行う。

さらに、後述するが、感光体ドラムの表面に形成されたパッチ画像の濃度を検出する光学式濃度検知手段８０を備えている。この光学式濃度検出手段８０は、現像位置と転写位置との間に、感光体ドラムと所定の間隔をもって配設されており、発光部に光を照射する発光素子８１を有し、受光部には光を受光してその受光光量を測定する受光素子８２を有した反射型光センサである。

記録媒体としての転写紙Ｐは画像形成後、転写のタイミングの整った時点で給紙ローラー５７の回転作動により転写域へと給紙される。

転写域においては転写のタイミングに同期して感光体ドラム５０の周面に転写電極（転写手段：転写器）５８が作動し、給紙された記録紙Ｐにトナーと反対極性の帯電を与えてトナーを転写する。

次いで転写紙Ｐは分離電極（分離器）５９によって除電がなされ、感光体ドラム５０の周面により分離して定着装置６０に搬送され、熱ローラー６０１と圧着ローラー６０２の加熱、加圧によってトナーを溶着したのち排紙ローラー６１を介して装置外部に排出される。なお前記の転写電極５８及び分離電極５９は転写紙Ｐの通過後、一次作動を中止し、次なるトナー像の形成に備える。図１では転写電極５８にコロトロンの転写帯電極を用いている。転写電極の設定条件としては、感光体のプロセススピード（周速）等により異なり一概に規定することはできないが、例えば、転写電流としては＋１００〜＋４００μＡ、転写電圧としては＋５００〜＋２０００Ｖを設定値とすることができる。

一方転写紙Ｐを分離した後の感光体ドラム５０は、クリーニング器（クリーニング手段）６２のブレード６２１の圧接により残留トナーを除去・清掃し、再び帯電前露光部５１による除電と帯電器５２による帯電を受けて次なる画像形成のプロセスに入る。

なお、７０は感光体、帯電器、転写器、分離器及びクリーニング器が一体化されている着脱可能なプロセスカートリッジである。

そして以上の動作はすべて、本実施の形態で用いる画像形成装置内に有する制御手段ＭＣ（不図示）によって制御・管理されている。
（濃度検知手段）
次に、本発明に係る光学式濃度検知手段８０について説明する。上述したように、光学式濃度検知手段８０が有する発光素子８１と受光素子８２の素子面（センサ面）がトナーや紙粉などで汚れると、受光光量が設計基準としての初期値に対して変化する（主に低下する）。そこで受光光量が初期値と同じになるように発光光量を調整する手段が必要になる。以下に調整手段について説明する。

図２に発光素子８１としてのＬＥＤと、受光素子８２としてのフォトダイオードを有する光学式濃度検知手段８０の概略的な特性曲線を示す。図２の横軸は発光素子８１に与える発光電圧（Ｖｏｕｔという）、縦軸は受光素子８２が受光したときの受光電圧（Ｖｉｎという）を示す。

また、図２には設計基準電圧（初期値）としての基準電圧（Ｖｏｂｊｅｃｔという）を示す。Ｖｏｂｊｅｃｔは、Ｖｏｂｊｅｃｔになるように正確に調整するためには時間がかかるので、ある範囲内であれば基準電圧に対して影響を与えない（問題がない）範囲として調整幅±αを有している（Ｖｏｂｊｅｃｔ±αという）。

図２において、センサ面が汚れていないときの反射型光センサの特性曲線をａ１とすると、センサ面が汚れてくると徐々にａ２、ａ３のような特性曲線になることが予想される。

センサ面が汚れて反射型光センサが特性曲線ａ２の状態になると、Ｖｏｂｊｅｃｔを求めるためには、発光電圧を基準発光電圧としてのＶｏｕｔ（０）からＶｏｕｔ（１）にしなければならない。しかし、反射型光センサの特性曲線は、センサ面の汚れ具合により変化するので、Ｖｏｕｔ（１）を何ＶにすればＶｏｂｊｅｃｔになるかが解らず、容易にＶｏｕｔを求めることができない。

そこで、以下の方法を用いてＶｏｕｔを求めた。すなわち、一般に受光量が変化する変化量（Ｖｏｂｊｅｃｔ−Ｖｉｎ）は、
１）電源をオフした状態から電源をオンして、装置のウオームアップ後にプリントジョブを開始する場合は大きい。
２）画像を出力している動作中の場合は少ない。
ことが知られている。

これは、１）の場合、電源のＯＦＦ中に装置機内の清掃や資材の交換がなされた場合は、汚れたセンサ面が清掃されるとか、または逆にトナー等が大量に付着するとかなどにより、変化量が大きいと考えられる。また２）の場合は、トナー等がセンサ面へ徐々に付着するので、変化量が少ないと考えられる。

そこで、１）の場合のような変化量が大きいときの調整方法として、Ｖｏｂｊｅｃｔを含むＶｏｕｔの上値と下値の中間値を求める行為を繰り返し行いＶｏｂｊｅｃｔに接近するように探索する二分探索調整法と、２）の場合のように変化量が少ない場合は、Ｖｏｂｊｅｃｔの上値または下値の何れか一方から一定量ずつ変化させてＶｏｂｊｅｃｔに接近するように探索する階段探索調整法と、があることが知られている。

ここで、二分探索調整法と階段探索調整法について説明する。図３は二分探索調整法についての概念図、図４は階段探索調整法についての概念図を示す。
（二分探索調整法）
図３において、センサ面が汚れているときの特性曲線ａ２を例にして説明する。なおＶｏｂｊｅｃｔは調整幅±αを有するがここでは実線で表す。

まず、発光素子としてのＬＥＤが有する許容耐電圧と安全率を考慮して電圧の上限値（上値１）と下限値（下値１）を決め、Ｖｏｕｔの上値１と下値１の中間値Ｖｏｕｔ（１）を求める。なお（）内の数字は探索（調整）回数を表す。

Ｖｏｕｔ（１）で出力したときのＶｉｎ（１）がＶｏｂｊｅｃｔに対して低いか高いかを判断し（１回目探索）、低い場合Ｖｏｕｔ（１）を下値２としてＶｏｕｔの上値１との中間値Ｖｏｕｔ（２）を求める。Ｖｏｕｔ（２）で出力したときのＶｉｎ（２）がＶｏｂｊｅｃｔに対して低い場合（２回目探索）、さらにＶｏｕｔ（２）を下値３として上値１との中間値Ｖｏｕｔ（３）を求める。Ｖｏｕｔ（３）で出力したときのＶｉｎ（３）がＶｏｂｊｅｃｔに対して高い場合（３回目探索）、今度はＶｏｕｔ（３）を上値２とし、Ｖｏｕｔ（２）のときの下値３として、その中間値Ｖｏｕｔ（４）で出力し、Ｖｉｎ（４）を求める。Ｖｉｎ（４）がＶｏｂｊｅｃｔの許容範囲内にあれば二分探索調整法を終了する。

このように中間値を求める行為を繰り返し行うことにより、Ｖｏｂｊｅｃｔを求めていく方法を二分探索調整法という。
（階段探索調整法）
次に階段探索調整法について図４を用いて説明する。

Ｖｏｂｊｅｃｔ±αの近傍に上限値（上値ｖ１）と下限値（下値ｖ２）を設計基準として設定し、Ｖｏｕｔの調整幅をｄ［Ｖ］とする。本実施の形態では調整幅ｄ［Ｖ］を１０階段に分割して一定電圧ｖｃ（ｖｃ＝ｄ／１０）づつステップアップするように発光電圧を与え、Ｖｏｕｔ（０）のときＶｏｂｊｅｃｔになるように予め制御手段ＭＣに記憶させておく。

Ｖｏｕｔ（０）に対して５ステップ前の値をＶｏｕｔ（−５）と設定しておき、下値ｖ２から順にＶｏｕｔ（−４）（Ｖｏｕｔ（−４）＝Ｖｏｕｔ（−５）＋ｖｃ）、Ｖｏｕｔ（−３）、Ｖｏｕｔ（−２）・・とＶｏｕｔを階段のように切り替えて出力し、その都度Ｖｉｎを測定してＶｉｎが調整目標のＶｏｂｊｅｃｔ±αに入ったときに調整を終了する。もし、１０回調整しても入らない場合はエラーとする。また、上値ｖ１からスタートさせ順に切り替えてＶｏｂｊｅｃｔ±αを求めても良い。

このように、一定量づつステップアップまたはステップダウンしながら目的の値（Ｖｏｂｊｅｃｔ）を求めていく方法を階段探索調整法という。

このように二分探索調整法は、常に中間値を求める作業を繰り返し行うので、変化量の大小に拘わらず、求める値になるまでに要する時間がほぼ一定であるという特徴がある。階段探索調整法は、変化量の大小によって求める値を探索する時間が異なり、変化量が少ないときは探索時間が短く、変化量が大きいときは探索時間がかかるという特徴がある。

発光部の発光量を調整する方法は画像形成動作に影響がないよう速く行うことが好ましい。したがって、階段探索調整法と二分探索調整法の特徴を考慮してどちらの調整方法が速く行うためには好ましいかを判断する必要がある。

そこで、変化量が大きい場合と小さい場合で階段探索調整法と二分探索調整法のどちらが好ましいか比較する実験を行った。

実験では、まずセンサ面を清掃し感光体を交換した直後のウオームアップ中と、１０００コピー後と、のＬＥＤ印加電圧変化量（図２においてＶｏｕｔ（１）−Ｖｏｕｔ（０））について測定した。次に、Ｖｏｂｊｅｃｔになるまでの時間（補正時間という）を、階段探索調整法と二分探索調整法とについてそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。

表１より、感光体を交換した後のウオームアップ中のＬＥＤ印加電圧の変化量は１Ｖあり、１０００コピー後のＬＥＤ印加電圧の変化量は０．１Ｖであった。また変化量が１Ｖある場合の補正時間は階段探索調整法では５ｓｅｃ以上かかるのに対して、二分探索調整法では１ｓｅｃしかかからない。しかし、変化量が０．１Ｖのときの補正時間は階段探索調整法では０．５ｓｅｃで終了するのに対して、二分探索調整法では１ｓｅｃかかる。

すなわち、二分探索調整法は変化量の大小に拘わらず補正時間は一定であり、階段探索調整法は変化量によって補正時間が変化することが実験的にもいえる。したがって、発光部の発光量を調整するに当たり、ウオームアップ時には二分探索調整法をもちい、画像を出力している動作中では階段探索調整法を用いることが、プリント生産性を落とさずに補正することができる優れた調整方法であるといえる。

以下調整方法について図５〜図７のフローチャートを用いて説明する。
（フローチャート）
図５は本実施の形態で用いる画像形成装置の制御手段ＭＣが、階段探索調整法と二分探索調整法のどちらを実施するか判断するフローを示すフローチャートであり、図６、図７はそのサブルーチンを示す図である。

図５において制御手段ＭＣは、機械の状態がウオームアップ（ＷＵ）状態かどうかを判断し（ステップＳ１）、ＷＵ状態のとき（ステップＳ１：Ｙｅｓ）は二分探索調整法（ステップＳ２）を実施し、ＷＵ状態でないとき（ステップＳ１：Ｎｏ）は階段探索調整法（ステップＳ３）を実施することを示す。

図６は二分探索調整法（ステップＳ２）についてのサブルーチンを示す。反射型光センサは、制御手段ＭＣからの指示により発光光量を８ビットの信号で、００ｈからＦＦｈ（ｈは１６進を示す）までの２５６階段変化させることができるようになっている。そして制御手段ＭＣは、以下の制御を行う。

電圧の上限＝２５５、電圧の下限＝０にセット（ステップＳ２１）して、ＬＥＤに（上限＋下限）／２を印加（ステップＳ２２）する。印加して１００ｍｓｅｃ後にＬＥＤの光量読み取りを開始（ステップＳ２３）し、光量が目標値範囲内かどうか判断する（ステップＳ２４）。範囲内の場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）ステップＳ２５に進む。範囲外の場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）ステップＳ２６に進む。ステップＳ２５は、ＬＥＤ設定電圧を不揮発メモリーに保存して二分探索調整法を終了する。

ステップＳ２６は、光量が目標位置以上かどうかを判断する。もし目標値以上の場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）ステップＳ２７に進む。目標値より低い場合ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２７は、電源下限値を現在の出力値に訂正して、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２８は、電源上限値を現在の出力値に訂正して、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９は、補正回数が１０回に達したかどうかを判断する。１０回に達した場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）ステップＳ２５に進む。１０回に達していない場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）ステップＳ２２に戻る。

図７は階段探索調整法（ステップＳ３）についてのサブルーチンを示す。制御手段ＭＣは、以下の制御を行う。

すなわち、初期設定を（現在値−５ｓｔｅｐ）に設定（ステップＳ３１）して出力値をＬＥＤに印加（ステップＳ３２）して、１００ｍｓｅｃ後にＬＥＤの光量読み取りを開始（ステップＳ３３）する。ステップＳ３４では、光量が目標値範囲内かどうか判断し、範囲内の場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）ステップＳ３５に進む。範囲外の場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３５は、ＬＥＤ設定電圧を不揮発メモリーに保存して階段探索調整法を終了する。ステップＳ３６は、補正回数が１０回に達したかどうかを判断する。１０回に達した場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）ステップＳ３７に進む。１０回に達していない場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）ステップＳ３２に戻る。ステップＳ３７は、エラーをカウントしステップＳ３８に進む。ステップＳ３８は、エラーカウントが連続１０回に達したかどうか判断する。もし１０回に達した場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）ステップＳ３９に進む。１０回に達していない場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）ステップＳ４０に進む。ステップＳ３９は、サービスコール（ＳＣ）を表示して階段探索調整法を終了する。

ステップＳ４０は、ＬＥＤ光量を前回値に変更して階段探索調整法を終了する。

本実施の形態の画像形成装置である。 光センサの特性曲線を示す図である。 二分探索調整法を説明する模式図である。 階段探索調整法を説明する模式図である。 メインフロー図である。 二分探索調整法のサブルーチン図である。 階段探索調整法のサブルーチン図である。

符号の説明

５０ 感光体ドラム（または感光体）
５１ 帯電前露光部
５２ 帯電器
５３ 像露光器
５４ 現像器
５４１ 現像スリーブ
５４３，５４４ 現像剤攪拌搬送部材
５４７ 電位センサ
５７ 給紙ローラー
５８ 転写電極
５９ 分離電極（分離器）
６０ 定着装置
６１ 排紙ローラー
６２ クリーニング器
７０ プロセスカートリッジ

Claims (2)

1. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に濃度測定用のトナー像を形成し、そのトナー像の濃度を発光部及び受光部を有する光学式濃度検知手段によって測定し、その測定結果により画像形成条件を制御する画像形成制御手段と、を有する画像形成装置において、
   前記発光部の発光量を調整する制御手段を有し、
   前記制御手段は、ウオームアップ動作時と画像形成動作時とで前記発光量を調整するための調整動作を異ならせることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、ウオームアップ動作時に二分探索調整法による調整を実施し、画像形成動作時に階段探索調整法による調整を実施することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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