JP2009271436A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面が粗く、凹凸の大きい転写材を用いた場合であっても、異常画像を発生させることなく、且つ、全体としてトナー消費量の増加を極力抑えることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 トナー像が転写される転写材の少なくとも幅方向の画像領域全幅に亘って、その表面凹凸のプロファイル情報を読み取る単数又は複数の凹凸プロファイル読み取り手段（レーザ変位計Ｓ１）を備え、この凹凸プロファイル読み取り手段で読み取った表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じて、転写材に転写するトナー像のトナー付着量を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、転写材の表面粗さに応じてトナー付着量を制御する電子写真方式の画像形成装置に関する。

画像形成装置に使用するコピー用紙などの転写材には、表面が粗く、その凹凸が大きいものも使用したいという要請がある。しかし、そのような表面凹凸の大きい転写材を使用した場合には、トナー像を転写材に転写させる工程で画像を乱すことがある。特に、表面凹凸が大きく、その凹んだ箇所（以下、凹所という。）では、トナー像を担持する感光体ドラムや中間転写ベルトなどの像担持体上のトナー像と転写材との間に空隙が存在するため、その空隙部分において転写電界が不安定となる。その結果、白抜け、明度ムラ、ボソツキなどの異常画像が発生してしまい、上手く転写することができないという問題がある。

図１０は、従来の画像形成装置において、像担持体から転写材にベタ画像のパッチを転写する場合の凹所付近を模式的に表した模式図である。（ａ）は、転写直前、（ｂ）は、転写直後を表している。図１０に示すように、和紙タイプなどの表面凹凸が大きい（表面粗さが粗い）転写材を使用した場合、凹所の空隙部分により転写電界が上手く形成できない。即ち、転写バイアスにより転写材の裏面から流れ込む電荷が空隙部分により像担持体が担持するトナー像と離れすぎてしまうため、静電引力により上手くトナーを引き寄せられなくなり、結果、ボソツキなどの異常画像が発生してしまう。

このような問題に対し、従来、中間転写ベルトなどの像担持体に超音波等で振動を与え、トナーと像担持体の付着力を弱めて空隙部分での不安定な電界でも転写材に転写させることのできる画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。しかしながらこのような画像形成装置では、振動部材を取り付けると振動音が発生して煩わしさを生じるという問題があり、更に、部材の寿命も短くなるという問題もある。

また、中間転写ベルトなどの像担持体に弾性層を設けてトナー担持面の表面マイクロ硬度を所定範囲とすることで転写材の凹凸に追従させて、空隙を小さくし、高品質なフルカラー画像を印字することができる画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献４）。しかしながらこのような画像形成装置では、像担持体に弾性層を形成するのに大きくコストがかかり、また、微小な空隙には対応できないという問題がある。

そして、特許文献５には、転写材の表面構造に関する情報を取得する情報取得手段と、取得された情報に基づき表面粗さが大きいほどトナー付着量が増加する制御を行う制御手段とを備え、情報取得手段の用紙読み取り手段で用紙の表面が粗いと判定した場合には、制御手段により転写時に印加する現像バイアスを増加させてトナーを通常より多く用紙上に付着させる直接転写方式の画像形成装置が開示されている。しかし、この特許文献５に記載の画像形成装置では、用紙読み取り手段で用紙の表面が粗いか平滑かを判断してはいるものの、その判断は、用紙（転写材）全体で判断し、現像バイアスを変化させてトナー付着量を調整するものであり、用紙表面の局所的な凹所に対応してトナー付着量を調整するものではないため、全体としての色味再現性において問題があり、また、ベタとハーフトーン画像の両立が困難であることに加え、転写材全体に対してトナー付着量を増加させるため現像剤の消費が激しく効率的ではないという問題がある。

特開平０４−２５１２７５号公報 特開平０５−０５３４５３号公報 特開平０８−０５４７９１号公報 特開２００１−３１２１５９号公報 特開２００４−２５８３９７号公報

そこでこの発明は、前記のような従来の問題を解決するべく、表面が粗く、凹凸の大きい転写材を用いた場合であっても、異常画像を発生させることなく、且つ、全体としてトナー消費量の増加を極力抑えることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー像が転写される転写材の少なくとも幅方向の画像領域全幅に亘って、その表面凹凸のプロファイル情報を読み取る単数又は複数の凹凸プロファイル読み取り手段を備え、該凹凸プロファイル読み取り手段で読み取った前記表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じて、前記転写材に転写するトナー像のトナー付着量を制御することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段とを備え、該露光手段による露光量を変更することで表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じてトナー付着量を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、表面凹凸のプロファイル情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された表面凹凸のプロファイル情報から所定の演算を行う演算手段とを備え、該演算手段の演算結果に基づいて転写材の種類を区分けし、区分けされた転写材の種類に応じて前記記憶手段に転写材の種類毎に予め記憶されたデータを参照して、転写電流又は転写電圧の基準値を設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、演算手段で表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが劣化している場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より少なくなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が基準値の絶対値より小さくなるように制御することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３において、演算手段で表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが新しい場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より多くなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が基準値の絶対値より高くなるように制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかにおいて、凹凸プロファイル読み取り手段は、反射式光学センサを備えていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６において、反射式光学センサは、転写材の先端位置を検知する先端位置検知手段の機能を兼ねていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７において、反射式光学センサのレーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６又は７において、反射式光学センサのレーザ光源は、発光ダイオードであることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかにおいて、原稿を読み取る原稿読取り装置を備え、該原稿読取り装置は、凹凸プロファイル読み取り手段を兼ねていることを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、トナー像が転写される転写材の少なくとも幅方向の画像領域全幅に亘って、その表面凹凸のプロファイル情報を読み取る単数又は複数の凹凸プロファイル読み取り手段を備え、該凹凸プロファイル読み取り手段で読み取った前記表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じて、前記転写材に転写するトナー像のトナー付着量を制御するので、つまり、転写材表面の局部的な凹凸に対応させてトナー付着量を制御できるので、転写材の表面凹凸に起因するボソツキなどの異常画像を発生させることなく、且つ、不必要な部分にまでトナー付着量を増加させることがない。そのため、色味再現性も良好で、トナー消費量を極力抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１において、静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段とを備え、該露光手段による露光量を変更することで表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じてトナー付着量を制御するので、前記効果に加え、転写材表面の局部凹凸に応じたトナー付着量の制御が容易である。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２において、表面凹凸のプロファイル情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された表面凹凸のプロファイル情報から所定の演算を行う演算手段とを備え、該演算手段の演算結果に基づいて転写材の種類を区分けし、区分けされた転写材の種類に応じて前記記憶手段に転写材の種類毎に予め記憶されたデータを参照して、転写電流又は転写電圧の基準値を設定するので、前記効果に加え、表面凹凸がどのような転写材を使用しても最適な転写バイアス（転写電流又は転写電圧）を選択でき、更に転写画像の画像品質を向上することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３において、演算手段で表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが劣化している場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より少なくなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が基準値の絶対値より小さくなるように制御するので、前記効果に加え、トナーが劣化して現像剤の帯電量が所望の範囲に達しないような場合であっても、ボソツキなどの異常画像を抑制し、安定した高品質の転写画像を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項３において、演算手段で表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが新しい場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より多くなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が基準値の絶対値より高くなるように制御するので、前記効果に加え、トナーが新しく現像剤の帯電量が所望の範囲より高くなるような場合であっても、転写チリによる転写画像の汚れなどを抑制し、安定した高品質の転写画像を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかにおいて、凹凸プロファイル読み取り手段は、反射式光学センサを備えているので、接触式のセンサなどの他のセンサに比べて小型化することができ、また、接触式のセンサなどと比べて寿命も長く、初期コスト、ランニングコストも少なくて済む。

請求項７に記載の発明によれば、請求項６において、反射式光学センサは、転写材の先端位置を検知する先端位置検知手段の機能を兼ねているので、別個に先端位置検知手段を設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項６又は７において、反射式光学センサのレーザ光源は、半導体レーザであるので、微小な粗さ（表面凹凸）にも対応することができ、表面凹凸のプロファイル情報の測定精度が向上する。そのため、転写画像の画像品質も向上することができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項６又は７において、反射式光学センサのレーザ光源は、発光ダイオードであるので、微小な粗さ（表面凹凸）にも対応することができ、表面凹凸のプロファイル情報の測定精度が向上する。そのため、転写画像の画像品質も向上することができる。更に、他の光源と比べて消費電力が少なくて済み、ランニングコストを下げることができる。また、光源自体を小型化することができ、設計の自由度を高くすることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかにおいて、原稿を読み取る原稿読取り装置を備え、該原稿読取り装置は、凹凸プロファイル読み取り手段を兼ねているので、スキャナなどの原稿読取り装置を備えた画像形成装置では、その原稿読取り装置を使って、転写材の表面凹凸のプロファイル情報を読み取って記憶させておき、その表面凹凸のプロファイル情報に基づいてトナー付着量を制御することにより、別個に光学センサなどの凹凸プロファイル読み取り手段を設ける必要がなくなり、コストダウンと装置の小型化を図ることができる。また、設計の自由度も向上する。

以下、図面を参照しながら、この発明の一実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
（画像形成装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す構成説明図である。図中の符号１は、本発明の画像形成装置の一実施の形態として例示する４色（イエロー，マゼンダ，シアン，ブラック）のトナーを備えた４連タンデム型直接転写方式のカラープリンタである。このカラープリンタ１は、それぞれのトナーに対応した単色トナー像を形成する画像形成ユニットとしての４つのプロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを、後述の搬送ベルト３０の搬送方向に沿ってイエロー，マゼンダ，シアン，ブラックの順に装置本体１０に対して脱着可能に具備している。そして、これらの各プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには、それぞれ潜像担持体（像担持体）としての４つの感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを中心に、この感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの外周表面を一様に帯電させる帯電手段１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの外周表面に担持される静電潜像に各トナーを供給して現像する現像手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、転写後も感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの外周表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、が設けられている。

これらのプロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの上方には、それぞれのプロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにレーザ光線を照射して、帯電手段１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで一様に帯電してある感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの外周表面を選択的に露光して静電潜像を書き込む露光装置としての光学ユニット２が備えられている。この光学ユニット２は、図示しない露光量が可変のレーザ光源を有し、このレーザ光源は、通常パワー（例えば、１５０μＷ）と凹所用パワー（例えば、２５０μＷ）の少なくとも２値のパワー出力が可能に構成されている。また、パワーを可変とするのではなく、パワーが異なるレーザ光源を複数設けて、これらを切り換えて使用するようにしてもよい。

また、プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの下方には、各プロセスカートリッジで形成した単色トナー像が転写材上で重畳してフルカラーのトナー像となるように、プロセスカートリッジの動作に同期させて転写材を搬送しながら転写する直接転写方式の転写搬送装置３が備えられている。この転写搬送装置３には、転写材を外周表面に担持して搬送する無端状ベルトからなる搬送ベルト３０と、この搬送ベルト３０を回転駆動させる駆動ローラ３１と、その従動ローラ３２とが設けられている。この搬送ベルト３０の内側、且つ、各プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋとそれぞれ対向する位置には、接触式の転写バイアス印加部材である４つの転写ローラ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが設けられ、この転写ローラ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを搬送ベルト３０の内周面に当接させて、搬送ベルト３０を介して転写材にトナー像と逆極性の転写バイアスを印加することにより、静電引力を利用して像担持体である感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋから転写材に各トナーのトナー像が順次転写されるように構成されている。

その他、カラープリンタ１には、コピー用紙などの所定の大きさの転写材を収容し、この転写材を１枚ずつ給紙する給紙装置４、この給紙装置４から送り出された転写材を、転写搬送装置３の転写のタイミングに同期させて搬送するレジストローラ対５、トナー像を担持する転写材に熱と圧力を加えて定着する定着装置６、トナー像が定着された転写材を排紙してスタックする排紙トレイ７、搬送ベルトに付着した紙粉やトナー汚れなどをクリーニングするクリーニングローラ８なども設けられている。

（画像形成動作）
次に、このカラープリンタ１の画像形成動作について説明する。
先ず、各プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄでは、感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋが図の矢印方向に回転駆動され、帯電手段１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄでその外周表面が一様に帯電される。感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋが少し回転すると、光学ユニット２から画像情報に基づいてレーザ光が照射され、照射された部分の表面電位を変化させることにより露光して、静電潜像が書き込まれる。次に、更に回転した感光体ドラムでは、現像手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより現像バイアスが印加され、トナーを担持する現像ローラから静電潜像に所定の極性に帯電させたトナーが転移することにより現像されて、トナー毎に単一色のトナー像が形成される。一方、転写材は、給紙装置４から１枚ずつ給紙され、レジストローラ対５でタイミングを調整されたうえ、搬送ベルト３０上に担持されたまま図の矢印方向に搬送ベルト３０と共に回転し、各プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの転写ニップに運ばれる。そこで、転写ローラ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄにより転写バイアスが印加され、各プロセスカートリッジ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで形成された各トナー像が転写材上に重畳されて転写されて行く。このように重畳トナー像が転写された転写材は、定着装置６に運ばれて熱と圧力を加えられ、トナー像が転写材に溶着して定着される。画像が定着された転写材は、排紙トレイ７に排紙され、その斜面により排紙の勢いが弱められて積層・整頓される。搬送ベルト３０に付着する紙粉やトナー汚れなどは、クリーニングローラ８によりクリーニングされ、感光体ドラムＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋに付着する転写残トナーは、クリーニング手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでクリーニングされて、次の画像形成動作に備えられる。

（凹凸プロファイル読み取り手段）
次に、本発明の特徴部分である凹凸プロファイル読み取り手段について説明する。図２は、凹凸プロファイル読み取り手段の一例として挙げるレーザ変位計の設置位置を示す説明図、図３は、図２のレーザ変位計の構成を示す説明図、図４は、図２のレーザ変位計の主走査方向を示す説明図である。前述のカラープリンタ１には、凹凸プロファイル読み取り手段として２次元三角測距式の拡散反射タイプの光学センサであるレーザ変位計Ｓ１（LJ-G080 キーエンス製）が１つ搭載されている。図２に示すように、このレーザ変位計Ｓ１は、駆動ローラ３１の外周上を搬送ベルト３０に担持された状態で転写材が通過するときに転写材の表面を走査（スキャン）できるように、そのレーザ光線が駆動ローラ３１の外周面上の搬送ベルト３０に向けて照射可能に設けられている。このようにローラ上で走査するように構成することにより、搬送ベルト３０の振動による測定誤差を減少させることができるからである。勿論、駆動ローラではなく、プロセスカートリッジの搬送ベルトの表面移動方向上流側に設けられた従動ローラ上であってもよく、また、測定する転写材の幅、使用する変位計の測定範囲に応じて複数設けてもよい。
なお、レーザ変位計Ｓ１が転写材の表面凹凸を測定する位置（以下、測定位置という。）は、転写材の測定位置が搬送ベルト３０で運ばれて転写ニップに到達するまでの時間が、感光体ドラムＹに光学ユニット２からレーザ光線が照射されて静電潜像が書き込まれ、その潜像が現像されてトナー像となり、そのトナー像が転写ニップに到達するまでの時間より十分長く、後述の演算・制御の時間が確保できるように、レーザ変位計Ｓ１の測定位置から最上流に配置されたプロセスカートリッジ１ａの転写ニップまでの距離を十分取り、搬送ベルト３０の搬送速度（感光体ドラムの周速度）を考慮して設定するとよい。

このレーザ変位計Ｓ１は、図３に示すように、レーザ光源として発光素子である半導体レーザＬＤと、受光素子としてラインセンサである光位置検出素子ＰＳＤ（Position Sensitive Detectors）とを有し、この半導体レーザＬＤは、出力最大０．９５ｍＷで波長６５０ｎｍの赤色のレーザ光を発し、その光が投光レンズＬ１を通し集光されて転写材の表面に照射され、その表面の凹凸により拡散反射（乱反射）した光線の一部が受光レンズＬ２を通して光位置検出素子ＰＳＤ上にスポットを結び、そのスポット位置から転写材の表面凹凸プロファイル情報を計測し、所定周期（例えば、３．８ｍｓ）毎に出力する構成となっている。また、レーザ変位計Ｓ１は、図示しないメモリなどの記憶手段、所定の演算を行う演算手段、トナー付着量などを制御する制御手段等に接続されており、表面凹凸プロファイル情報をフィードバックして色々な制御が可能となっている。

図４は、転写材の幅方向を左右として図２の右側から左側に見た図である。レーザ変位計Ｓ１が一度に測定できる測定範囲は、図２、４に示す主走査方向全域、即ち、転写材画像領域の幅方向全域（画像を形成できる領域のうち転写材の搬送方向と直交する方向全域）であり、転写材の搬送方向が副走査方向となっている。前述のように、レーザ変位計Ｓ１は、転写材の主走査方向全域に亘る表面凹凸プロファイル情報を所定周期毎に出力するので、副走査方向は、レーザ変位計Ｓ１の前記所定周期の間に搬送ベルト３０により転写材が運ばれる距離毎に表面凹凸のプロファイル情報が計測されることになる。よって、凹所の位置判定の精度を上げるには、搬送ベルト３０の搬送速度（駆動ローラ３１の周速度）を落として、レーザ変位計Ｓ１で計測する測定回数（箇所）を増やすとよい。例えば、転写材として和紙などの表面が粗い素材を使用する場合には、転写材の搬送速度を遅くすることが好ましい。また、転写材の表面凹凸の程度に応じて予め転写材の搬送速度を適宜設定しておき、得られた表面凹凸のプロファイル情報をフィードバックさせて搬送速度を決定するようにしてもよい（例えば、表面凹凸のプロファイル情報に基づいて後述の表面粗さを表すパラメータを算出し、そのパラメータに応じて搬送速度を決定する）。カラープリンタ１では、この表面凹凸のプロファイル情報を所定の方法に従って図示しない演算手段で演算し、露光条件にフィードバックさせてトナー付着量を制御する。
なお、レーザ変位計Ｓ１は、転写材の先端位置を検知する先端位置検知手段の機能を兼ねるようにすると更に好ましい。そうすることで、転写材の位置を正確に把握でき凹所がある転写材でもずれることなく転写することができ、また、別個に先端位置検知手段を設ける必要がなく、コストダウンを図ることができるからである。

（表面凹凸のプロファイル情報）
次に、表面凹凸のプロファイル情報について、Ａ４版のさざなみ紙（リコー社製）を前記レーザ変位計Ｓ１で読み取った場合で説明する。図５の（ａ）は、さざなみ紙をレーザ変位計Ｓ１で読み取る状況を示した模式図であり、（ｂ）は、表面凹凸プロファイル情報の一例として示すレーザ変位計Ｓ１で読み取った断面曲線（粗さ曲線）のグラフである。（ａ）の符号Ｔ１は、表面凹凸が大きい（表面が粗い）転写材の一例として挙げる和紙タイプのＡ４版のさざなみ紙（リコー社製）であり、Ｓ１がレーザ変位計である。Ｔ１の薄墨部分は、さざなみ紙の皺のうち表面から凹んだ凹所（溝）であり、幅０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度、深さは１０μｍ〜１００μｍ程度のものまである。一点鎖線で囲った領域は、画像を転写可能な画像領域を示している。（ａ）に示すように、レーザ変位計Ｓ１により一度に実線部Ａの画像領域の端から端までの表面凹凸プロファイルを測定し、断面曲線（粗さ曲線）を得た。（ｂ）は、この実線部Ａの表面凹凸プロファイルの断面曲線を楕円で囲んだ領域Ｂの部分だけ拡大して示している。ただし、本件のプロファイルとはこの主走査方向と、副走査方向全面にわたって取得したデータである。（ｂ）のグラフの縦軸において、深さ０は、測定の基準点とレーザ変位計からの離間距離が同じであることを示し、プロファイルデータがプラス（＋）側となっている箇所は、基準点よりさざなみ紙の表面が凸となっている箇所（基準点よりレーザ変位計Ｓ１に近い箇所）を示し、プロファイルデータがマイナス（−）側となっている箇所は、基準点より表面が凹となっている箇所（基準点よりレーザ変位計Ｓ１から遠い箇所）を示している。また、グラフの横軸は、基準点からの主走査方向の距離、即ち、プロファイルデータを所得した箇所の転写材幅方向における位置を示している。なお、縦軸、横軸とも単位は、［μｍ］である。

（凹所の位置判定プロセス）
次に、凹所の位置判定プロセスについて説明する。
（１）主走査方向の表面凹凸の測定
先ず、レーザ変位計Ｓ１で、転写材の画像領域の幅方向全幅の表面凹凸プロファイル情報を一度（瞬時）に読み取って断面曲線（粗さ曲線）を得、これらを記憶手段に記憶する。
（２）主走査方向の平均値算出
次に、演算手段により表面凹凸プロファイル情報から深さ方向の平均値を算出し、この深さ方向の平均値を転写材の基準面（平均線）とする。
（３）凹所の位置判定
前記基準面から所定値（例えば、４０μｍ）以上深い箇所（レーザ変位計から遠い箇所）を凹所と判定する。
（４）副走査方向に移動
副走査方向に所定間隔移動した箇所において前記（１）〜（３）を行う。即ち、駆動ローラ３１を駆動させて転写材を担持した状態で搬送ベルト３０を回転させたまま、所定時間経過毎に前記（１）〜（３）を繰り返す。所定間隔の移動は、１ドットの径が４０μｍ〜９０μｍとすると副走査方向への移動量は１ドットの径よりも小さい方がよく、また、トナー粒径よりも小さい間隔で取得するとデータ量が多量になり演算時間を費やすなど生産性を落とす原因となるので、トナー粒径≦移動量≦１ドット径が好ましい。
この動作を、転写材の搬送方向の画像領域の端まで行うことにより、転写材表面の画像領域全域の凹凸プロファイル情報が得られると共に、凹所の位置判定を行うことができる。

（局部凹凸に応じたトナー付着量の制御）
次に、局部凹凸に応じたトナー付着量の制御について説明する。
一般的に、トナー付着量を制御する方法には、現像手段や帯電手段の電圧や電流を変化させて制御する方法や、光学ユニットのレーザ光源のパワーを変化させたり、レーザ光線の照射時間（ｄｕｔｙ）を変化させたり、レーザ光線の波長を変化させたりして、露光量を変化させて制御する方法がある。本実施の形態のカラープリンタ１では、光学ユニット２のレーザ光源のパワーを変化させてトナー付着量を制御する方法を採用している。転写材表面の局部凹凸に応じたトナー付着量の制御が容易だからである。
つまり、本実施の形態に係る画像形成装置では、前記要領で凹所と判定した箇所には、通常値のパワー（例えば、１５０μＷ）から通常値より大きな凹所用のパワー（例えば、２５０μＷ）に変更することにより、トナー付着量が増加するように制御する。ここで、「トナー付着量が増加するように」とは、プロセス制御おいて、パッチパターンなどを作成して濃度調整を行うときの目標値的なトナー付着量に対して、凹所とそうでない部分のトナー量が同様もしくは近しい値の場合は、凹所部のレーザパワーをそうでない所より増加させることであり、当然、形成する画像により当該凹所に画像の文字、線等を形成する必要がない場合には当該凹所にトナーを付着させないし、当該凹所に細線などの薄い画像を形成する場合は、他所より少なくなる場合も有り得る。要するに、凹所とそうでない箇所とに同様な画像を形成する場合には、相対的に凹所のトナー付着量を増加させるという意味合いで使用している。

（トナー付着量の増加による異常画像抑制のメカニズム）
次に、トナー付着量の増加による異常画像抑制のメカニズムについて説明する。
図６は、実施の形態１に係る画像形成装置において、感光体ドラムから転写材にベタ画像のパッチを転写する場合の凹所付近を模式的に表した模式図である。（ａ）は、転写直前、（ｂ）は、転写直後を表している。背景技術で説明した図１０と比較すると、図６の（ａ）では、凹所において明らかにトナーと転写材とが接近していることが分かる。そのため、転写バイアスによる静電引力が働いてトナーを凹所にも引き付けられることが想定される。よって、本実施の形態に係る画像形成装置のように、凹所にトナー付着量が増加するように露光量を調整することで、（ｂ）に示すように、深い凹所が存在する表面凹凸の激しい転写材を使用しても、ボソツキなどの異常画像を抑制することができるのである。

（転写バイアスの制御）
次に、表面凹凸プロファイル情報をフィードバックして転写バイアスを調整する制御について説明する。
（１）主走査方向の表面凹凸の測定
凹所の位置判定プロセスと同様に、先ず、レーザ変位計Ｓ１で、転写材の画像領域の幅方向全幅の表面凹凸のプロファイル情報を一度に読み取って、記憶手段に記憶する。
（２）主走査方向の平均値算出
次に、演算手段により表面凹凸プロファイル情報から深さ方向の平均値を算出し、この平均値を転写材の基準面（平均線）とする。
（３）表面粗さを表すパラメータの算出
演算手段により十点平均粗さ（Ｒｚ）や算術平均粗さ（Ｒａ）などの表面粗さを表すパラメータを算出する。ここで、「十点平均粗さ（Ｒｚ）」とは、断面曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいい、「算術平均粗さ（Ｒａ）」とは、断面曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（χ）で表したときに、次の式（数１）によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう（JIS B 0601（1994）参照）。なお、表面粗さを表すパラメータは、これら十点平均粗さ（Ｒｚ）や算術平均粗さ（Ｒａ）に限られず、例えば、表面凹凸のプロファイル情報の基準面からの深さ方向の標準偏差を算出するなど、表面凹凸の程度を表す指標であればよい。

（４）転写材の種類の判定
演算手段で算出した前記パラメータの大きさに応じて転写材の種類を区分けする。
（５）転写バイアスの決定
予め、試験などにより転写材の種類により区分けした最適転写バイアスの基準値を記憶手段に記憶させてデータベース化しておき、判定した転写材の種類に応じてデータベースを参照し、最適転写バイアスの基準値を設定する。

（トナー劣化時のトナー付着量及び転写バイアスの制御）
次に、トナーが劣化するなどして現像剤の帯電量が所望の範囲に達しない場合のトナー付着量の制御、及び転写バイアスの制御について説明する。
一般的に、トナーの劣化などにより現像剤の帯電量が落ちてくると、ボソツキ易く、即ち、異常画像が発生し易くなる。特に、和紙タイプなどの表面が粗い転写紙を使用した場合、ボソツキ画像が顕著になる。そこで、本実施の形態では、表面粗さを表すパラメータが予め実験等から定められた基準値（例えば、パラメータが十点平均粗さ（Ｒｚ）の場合１０μｍ）を超えるような表面凹凸が大きい転写材であると判定（前記転写材の種類の判定）した場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より少なくなるように制御し、且つ、転写バイアスをデータベースに記憶させた前記基準値より小さくなるように制御する。ここで、「転写バイアスを前記基準値より小さくなるように」とは、転写バイアスは、プラス、マイナスいずれでもよいので、転写電流又は転写電圧の絶対値が前記基準値の絶対値より小さくなるように制御することを指す。
また、トナーが劣化しているか否かの判定は、例えば、現像ローラや感光体ドラムの回転数や、走行距離、トナー消費量、転写材の通紙枚数やトナーカートリッジを交換した日からの日数などが基準値より大きい場合劣化していると判定するとよい。なお、この基準値は、実験等で現像剤の帯電量が所望の範囲に達しなくなる閾値、例えば、トナーの外添被覆率、円形度、粒径などの閾値を求めて設定する。

（トナー交換直後のトナー付着量及び転写バイアスの制御）
次に、トナーカートリッジを交換した直後などトナーが新しく、現像剤の帯電量が所望の範囲を超えるような場合のトナー付着量の制御、及び転写バイアスの制御について説明する。
トナー劣化時とは反対に、トナーが新しい場合には、現像剤の帯電量は、通常より高くなり、そのため、低濃度領域でボソツキ易くなる。この場合も、和紙タイプなどの表面が粗い転写紙を使用した場合、ボソツキ画像が顕著になる。そこで、本実施の形態では、表面粗さを表すパラメータが予め実験等から定められた基準値（例えば、パラメータが、十点平均粗さ（Ｒｚ）の場合１０μｍ）を超えるような表面凹凸が大きい転写材であると判定（前記転写材の種類の判定）した場合には、プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より多くなるように制御し、且つ、転写バイアスを前記基準値より高くなるように制御する。
また、トナーが新しいか否かの判定は、例えば、現像ローラや感光体ドラムの回転数や、走行距離、トナー消費量、トナーカートリッジを交換した日からの日数などが基準値より小さい場合に新しいと判定するとよい。なお、この基準値は、実験等で現像剤の帯電量が所望の範囲より高くなっている状態から所望の範囲になる閾値、例えば、トナーの外添被覆率、円形度、粒径などの閾値を求めて設定する。

以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、画像領域全幅に亘って表面凹凸のプロファイル情報を読み取る凹凸プロファイル読み取り手段を備えて、読み取った表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じてトナー付着量を制御するので、転写材の局部的な表面凹凸に起因するボソツキなどの異常画像にも対応できる。また、不必要な部分にまでトナー付着量を増加させることがないので、転写画像全体の色味再現性も良好で、トナー消費量を極力抑えることができる。
また、露光量の調整をレーザパワーの変更だけで行えるので、トナー付着量の制御が容易である。更に、凹凸プロファイル読み取り手段で転写材の紙種を判断し、転写バイアスを制御するので、ユーザにパネル等で選択させて調整する場合と比べて、確実で、間違いなくよりきめ細かな制御が可能である。そのため、転写画像の画像品質が向上する。そして、トナー劣化時や、新品時にも対応して転写バイアスやトナー付着量の制御を行うので、更に、転写画像の画像品質が向上させることができる。

［実施の形態２］
次に、実施の形態１の変形例である実施の形態２に係る画像形成装置ついて説明する。
実施の形態１との相違点は、凹凸プロファイル読み取り手段であるレーザ変位計Ｓ１が正反射タイプの光学センサＳ２（図示せず）となっている点だけであるので、その他の説明は省略する。
光学センサＳ２は、レーザ光源として発光素子である発光ダイオードＬＥＤと、受光素子としてフォトダイオード（もしくは電荷転送素子ＣＣＤ（Charge Coupled Device）でも可であるがフォトダイオードの方が好ましい）とを有し、発光ダイオードＬＥＤでレーザ光線を発光し、転写材の表面で正反射した光をフォトダイオード（や電荷転送素子ＣＣＤ）で受光し、その受光量を測定・記憶する構成となっている。また、この光学センサＳ２の設置位置は、実施の形態１と同様に駆動ローラ３１の外周上を搬送ベルト３０に担持された状態で転写材が通過するときに転写材の表面を走査（スキャン）できるように、そのレーザ光線が駆動ローラ３１の外周面上の搬送ベルト３０に向けて照射可能に設けられている。この光学センサＳ２では、実施の形態１のレーザ変位計Ｓ１と相違して断面曲線は取得できないが、実施の形態１で述べた凹所の位置判定プロセスに代わり、演算手段によりフォトダイオードや電荷転送素子ＣＣＤで受光した受光量の平均（以下、平均受光量という。）を算出し、測定箇所での受光量が平均受光量より所定量（例えば、１０％減）低い場合、その箇所を凹所と判定し、実施の形態１で述べた局部凹凸に応じたトナー付着量の制御と同様に光学ユニットのレーザパワーを１５０μＷから２５０μＷに変更することで凹所と判断した箇所のトナー付着量が増加するように制御している。そのため、転写材の局部的な表面凹凸に起因するボソツキなどの異常画像を抑制できて、転写画像全体の色味再現性も良好で、トナー消費量を極力抑えることができるだけでなく、転写材の材質に関係なく高精度に凹所を判定することができる。特にフォトダイオードの場合は小さく、安価である。

［実施の形態３］
次に、実施の形態１の変形例である実施の形態３に係る画像形成装置ついて説明する。
実施の形態１との相違点は、レーザ変位計Ｓ１を搭載せずに、その代わりに、原稿読取り装置として備えているスキャナを、凹凸プロファイル読み取り手段として利用する点だけであるので、その他の説明は省略する。
図７は、本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の概略を示す説明図である。符号１’は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置として例示する原稿読み取り装置としてスキャナが接続された所謂複合機ＭＦＰ（Multifunction Peripheral：多機能周辺機器）である。この複合機１’は、実施の形態１に係るカラープリンタ１の上方に原稿読み取り装置としてスキャナＳ３が設置されている。

図８は、スキャナの概略構成を示す構成説明図、図９は、スキャナで読み取った転写材の表面凹凸のプロファイル情報を示すグラフである。
図８に示すように、スキャナＳ３は、カバーＣとコンタクトガラスＧからなる原稿読み取り部Ｓ３０と、光源として蛍光管Ｓ３１と、受光素子として電荷転送素子Ｓ３２とを備え、この原稿読み取り部Ｓ３０に転写材の表面を下向きにして設置し、蛍光管Ｓ３１から発光して、転写材の表面で反射させ、その正反射光を鏡面等で反射させつつ最終的に電荷転送素子Ｓ３２に受光させて、その受光量を測定・記憶するように構成されている。図９は、この受光量を縦軸に測定位置を横軸にとった画像補正等（通常原稿読み取り装置として使用する場合に行う。）を行っていない表面凹凸のプロファイル情報である。図９に示すように、実施の形態２と同様に、演算手段により電荷転送素子Ｓ３２で受光した平均受光量を算出（図の破線）し、測定箇所での受光量が平均受光量より所定量（例えば、１０％減）低い場合、その箇所を凹所と判定し、実施の形態１で述べた局部凹凸に応じたトナー付着量の制御と同様に光学ユニットのレーザパワーを１５０μＷから２５０μＷに変更することで凹所と判断した箇所のトナー付着量が増加するように制御している。原稿読み取り部Ｓ３０で表面凹凸のプロファイル情報を読み込んだ転写材は、転写材カセットもしくは手差しカセット等に、表面凹凸のプロファイル情報を読み取った表面に転写が行われるように転写材をセットすれば、スキャナＳ３を凹凸プロファイル読み取り手段として用いることができ別個に凹凸プロファイル読み取り手段を設けることなく、転写材の局部的な表面凹凸に起因するボソツキなどの異常画像を抑制できて、転写画像全体の色味再現性も良好で、トナー消費量を極力抑えることができる。そのため、コストダウンを図ることができる。
なお、光源として、蛍光管を用いる場合で説明したが、これは、発光ダイオードＬＥＤでも構わない。そうすることにより、消費電力を少なくすることができる。

以上のように本発明の実施の形態として、４連タンデム型直接転写方式のカラープリンタを例に挙げて説明したが、本発明の画像形成装置は、直接転写方式に限られず、中間転写方式であっても構わない。また、４連タンデム型ではなく、感光体ドラムが１つのモノクロプリンタであってもよい。要するに、凹凸プロファイル読み取り手段を備え、凹凸プロファイル読み取り手段で読み取った転写材表面の局部凹凸に応じて、トナー付着量を制御するように構成されていればよい。
また、凹凸プロファイル読み取り手段として、光学センサを例に挙げて説明したが、転写材の少なくとも画像領域の幅方向全幅に亘って表面凹凸の形状等が何らかの方法で計測でき、演算手段でその計測データから凹所の判定ができるものであれば、渦電流式、超音波式、レーザフォーカス式、接触式のセンサであっても構わない。
なお、図面に記載した発明特定事項の形状等も、好ましい一例を示したものに過ぎない。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す構成説明図である。 凹凸プロファイル読み取り手段の一例として挙げるレーザ変位計の設置位置を示す説明図である。 図２のレーザ変位計の構成を示す説明図、 図２のレーザ変位計の主走査方向を示す説明図である。 （ａ）は、さざなみ紙をレーザ変位計Ｓ１で読み取る状況を示した模式図である。 （ｂ）は、レーザ変位計Ｓ１で読み取った断面曲線（粗さ曲線）のグラフである。 （ａ）は、図１のカラープリンタ１において、感光体ドラムから転写材にベタ画像のパッチを転写する場合の凹所付近の転写直前を表した模式図である。 （ｂ）は、同上の転写直後を表した模式図である。 本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の概略を示す説明図である。 同上の画像形成装置のスキャナの概略構成を示す構成説明図である。 同上のスキャナで読み取った転写材の表面凹凸のプロファイル情報を示すグラフである。 （ａ）は、従来の画像形成装置において、像担持体から転写材にベタ画像のパッチを転写する場合の凹所付近の転写直前を模式的に表した模式図である。 （ｂ）は、同上の転写直後を表した模式図である。

符号の説明

１ カラープリンタ（画像形成装置）
１’ 複合機
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ プロセスカートリッジ（画像形成ユニット）
Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ 感光体ドラム（潜像担持体）
１１ａ、１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 帯電手段
１２ａ、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 現像手段
１３ａ、１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ クリーニング手段
２ 光学ユニット（露光手段）
Ｓ１ レーザ変位計（凹凸プロファイル読み取り手段、反射式光学センサ）
Ｓ２ 光学センサ（凹凸プロファイル読み取り手段、反射式光学センサ）
Ｓ３ スキャナ（凹凸プロファイル読み取り手段、原稿読み取り手段）
ＬＤ 半導体レーザ
ＬＥＤ 発光ダイオード

Claims (10)

1. トナー像が転写される転写材の少なくとも幅方向の画像領域全幅に亘って、その表面凹凸のプロファイル情報を読み取る単数又は複数の凹凸プロファイル読み取り手段を備え、該凹凸プロファイル読み取り手段で読み取った前記表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じて、前記転写材に転写するトナー像のトナー付着量を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段とを備え、該露光手段による露光量を変更することで前記表面凹凸のプロファイル情報の局部凹凸に応じてトナー付着量を制御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. 前記表面凹凸のプロファイル情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された表面凹凸のプロファイル情報から所定の演算を行う演算手段とを備え、該演算手段の演算結果に基づいて転写材の種類を区分けし、区分けされた転写材の種類に応じて前記記憶手段に転写材の種類毎に予め記憶されたデータを参照して、転写電流又は転写電圧の基準値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記演算手段で前記表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが劣化している場合には、
   プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より少なくなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が前記基準値の絶対値より小さくなるように制御することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記演算手段で前記表面凹凸のプロファイル情報から表面粗さを表すパラメータを算出し、該パラメータが所定値以上であり、且つ、トナーが新しい場合には、
   プロセス制御の濃度調整においてトナー付着量が通常設定値より多くなるように制御し、且つ、転写電流又は転写電圧の絶対値が前記基準値の絶対値より高くなるように制御することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記凹凸プロファイル読み取り手段は、反射式光学センサを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記反射式光学センサは、転写材の先端位置を検知する先端位置検知手段の機能を兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記反射式光学センサのレーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項６又は７に記載の画像形成装置。
9. 前記反射式光学センサのレーザ光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項６又は７に記載の画像形成装置。
10. 原稿を読み取る原稿読取り装置を備え、該原稿読取り装置は、前記凹凸プロファイル読み取り手段を兼ねていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。

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