JP2011048202A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー濃度調整の際に、正確にトナー濃度を測定する。
【解決手段】 中間転写ベルト４上に、試験パターンが形成される試験パターン領域が設定されるとともに、試験パターンが形成されない領域において、基準領域が設定される。補正計算部は、試験パターンのトナー画像の転写前における、中間転写ベルト４の表面上の基準領域でのセンサ８の出力値と試験パターンのトナー画像の転写後における基準領域でのセンサ８の出力値との差分に基づいて、試験パターンのトナー画像の転写後における試験パターン領域のトナー濃度を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリ、それらの複合機などといった画像形成装置では、感光体ドラムなどの感光体上に形成されるトナー画像のトナー量（トナー濃度）が印刷画像の品質に直接影響を与える。このトナー濃度は、画像形成装置を使用する環境、試用期間等の諸条件によって変化していく。例えば、環境雰囲気の変化で現像剤の帯電特性が変化すると、感光体に印加される現像バイアスを一定に保った状態では、トナーは、現像ユニットから感光体へ飛翔しにくくなる。

また、画像形成の回数が増加すると、感光体をクリーニングするクリーニングブレードや、中間転写体の接触による研磨によって感光層の厚さが減少し、感光体の表面帯電電位を一定に維持することが難しくなる。この表面帯電電位が徐々に低下すると、トナー画像濃度の上昇が発生して画質が低下する。

特に、使用する複数の色に対応した感光体を中間転写体の進行方向に沿って配列したタンデム構成のカラー画像形性装置においては、所望するものとは異なる色で画像が形成されてしまうことがある。

そこで、図７に示すように、感光体上に形成されたトナー画像を１次転写する中間転写ベルト１０１などの所定の領域１０２に、トナー濃度調整用画像（以下、試験パターンという）のトナー画像１０３を担持させ、その試験パターンのトナー画像１０３の濃度をセンサで測定し、測定結果に応じ、現像バイアス電圧等のプロセス条件を制御してトナー画像濃度が調整される（例えば特許文献１〜３参照）。試験パターンは、例えば、段階的に異なるトナー濃度の領域を含むように形成される。

この試験パターンの測定結果は、その試験パターンが形成された下地の反射率の影響を受ける。上述のタンデム型カラー画像形成装置における中間転写ベルトなどの中間転写体の表面には、そのクリーニング部材や、印刷用紙などの記録媒体にトナー画像を２次転写させる転写ローラ等による摺擦に起因して、汚れや傷、トナー外添剤等の付着が発生する。このため、測定されるトナー濃度は、正確ではない可能性がある。したがって、試験パターン１０３を形成する前の中間転写体１０１の表面状態（図７（Ａ））をセンサで測定し、そのセンサ値に基づいてトナー濃度を補正している。

特開２００５−３３８６７３号公報 特開平６−０１１９３５号公報 特開平４−３６０１７７号公報

トナー画像の現像に使用される現像剤は、トナーとキャリアで構成されており、トナーには酸化チタン等のトナー外添剤が付着している。トナー画像を現像する際に、現像バイアスと１次転写バイアスを印加することで、トナーからトナー外添剤が別離して飛翔し、中間転写体の表面に付着することがある。

その場合、試験パターンが形成される下地にもトナー外添剤が付着するため、センサで下地の反射率等を正確に測定できず、正確にトナー濃度を測定することが困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、正確にトナー濃度を測定することができる画像形成装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る画像形成装置は、感光体と、感光体上にトナー画像を現像する現像ユニットと、感光体上のトナー画像を転写される中間転写体と、中間転写体の表面からの測定光を検出するセンサと、中間転写体の第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前における、第１領域以外の第２領域でのセンサの出力値と第１領域への試験パターンのトナー画像の転写後における第２領域でのセンサの出力値との差分に基づいて、試験パターンのトナー画像の転写後における第１領域のトナー濃度を補正する補正計算部とを備える。

これにより、トナーの外添剤が中間転写体に付着するようなことがあっても、正確にトナー濃度を測定することができる。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、補正計算部は、第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前における第２領域でのセンサの出力値と第１領域への試験パターンのトナー画像の転写後における第２領域でのセンサの出力値との差分だけ、試験パターンのトナー画像の転写前における第１領域でのセンサの出力値を減少させて、第１領域のトナー濃度を補正する。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、画像形成装置は、感光体に印加される現像バイアス、および中間転写体に印加される１次転写バイアスを制御するバイアス制御部をさらに備える。そして、バイアス制御部は、第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前においてセンサが第２領域からの測定光を検出した後に、現像バイアスおよび１次転写バイアスの印加を開始する。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、トナー画像に使用されるトナーは、外添剤を付加されている。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、センサは、第１領域および第２領域に光を照射し、その光による反射光を測定光として検出する反射型の濃度センサである。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、センサは、反射光の正反射成分を検出する第１受光素子と、反射光の拡散反射成分を検出する第２受光素子とを備える。そして、補正計算部は、第１受光素子の出力と第２受光素子の出力とに基づいて、トナー濃度を計算する。

本発明によれば、画像形成装置において、正確にトナー濃度を測定することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。 図３は、図１におけるセンサでの濃度測定を説明する図である。 図４は、図１および図２に示す画像形成装置におけるトナー濃度補正について説明するフローチャートである。 図５は、図４に示すトナー濃度補正において、センサで反射光を検出する領域の例を示す図である。 図６は、図４に示すトナー濃度補正において、センサの出力波形の例を示す図である。 図７は、従来のトナー濃度の測定において、センサで反射光を検出する領域の例を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２および現像ユニット３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザ光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２は、レーザ光の光源であるレーザダイオード、そのレーザ光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。

現像ユニット３ａ〜３ｄには、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーが充填されており、現像ユニット３ａ〜３ｄは、そのトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー画像を形成する。トナーは、キャリアとともに現像剤を構成し、さらに、酸化チタンなどの外添剤が付加されている。

感光体ドラム１ａおよび現像ユニット３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像ユニット３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像ユニット３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像ユニット３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体である。この中間転写ベルト４は、中間転写体の一種である。中間転写ベルト４は、駆動ローラ５に張架され、駆動ローラ５からの駆動力によって、感光体ドラム１ａとの接触位置から感光体ドラム１ｄとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラ６は、搬送されてくる用紙を転写ベルト４に接触させ、転写ベルト４上のトナー画像を用紙に２次転写する。なお、トナー画像を転写された用紙は、定着器９へ搬送され、トナー画像が用紙へ定着される。

ローラ７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。

センサ８は、中間転写ベルト４に光線を照射し、その反射光を検出する。トナー濃度調整の際、センサ８は、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射し光線の反射光（測定光）を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。図２において、プリントエンジン１１は、上述のローラなどを駆動する図示せぬ駆動源、現像バイアスおよび１次転写バイアスを印加するバイアス印加回路、並びに露光装置２を制御して、給紙、印刷および排紙を実行させる処理回路である。現像バイアスは、感光体ドラム１ａ〜１ｄと現像ユニット３ａ〜３ｄとの間にそれぞれ印加され、１次転写バイアスは、感光体ドラム１ａ〜１ｄと中間転写ベルト４との間にそれぞれ印加される。

この実施の形態では、プリントエンジン１１は、補正計算部２１およびバイアス制御部２２を有する。

補正計算部２１は、中間転写ベルト４の試験パターン領域（第１領域）への試験パターンのトナー画像の転写前における基準領域（第２領域）でのセンサ８の出力値と試験パターン領域への試験パターンのトナー画像の転写後における基準領域でのセンサ８の出力値との差分に基づいて、試験パターンのトナー画像の転写後における試験パターン領域のトナー濃度を補正しつつ、トナー濃度を計算する。

バイアス制御部２２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄにそれぞれ印加される現像バイアス、および中間転写ベルト４に印加される１次転写バイアスを制御する。バイアス制御部２２は、上述の第１領域に試験パターンのトナー画像が転写される前においてセンサが第２領域からの測定光を検出した後に、現像バイアスおよび１次転写バイアスの印加を開始する。

図３は、図１におけるセンサ８での濃度測定を説明する図である。

図３に示すように、センサ８は、光線を出射する光源５１と、光源側のビームスプリッタ５２と、光源側の受光素子５３と、受光側のビームスプリッタ５４と、第１受光素子５５と、第２受光素子５６とを備える。

光源５１は、例えば発光ダイオードである。ビームスプリッタ５２は、光源５１からの光線のうち、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。光源側の受光素子５３は、例えばフォトダイオードであり、ビームスプリッタ５２からのＳ偏光成分を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、光源５１の安定制御に使用される。

光源側のビームスプリッタ５２を透過したＰ偏光成分の光は、中間転写ベルト４の表面（トナー画像４１または下地）に入射し、反射する。このときの反射光は、正反射成分と拡散反射成分とを有し、正反射成分は、Ｐ偏光となる。

ビームスプリッタ５４は、反射光のうちのＰ偏光成分（すなわち、正反射成分）を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。第１受光素子５５は、例えばフォトダイオードであり、ビームスプリッタ５４を透過したＰ偏光成分の光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。第２受光素子５６は、例えばフォトダイオードであり、ビームスプリッタ５４で反射したＳ偏光成分の光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

補正計算部２１は、第１受光素子５５の出力と第２受光素子５６の出力とに基づいて、トナー濃度の補正量を特定しつつ、トナー濃度を計算する。

ここで、トナー濃度補正についてのプロセス仕様の一例を示す。

中間転写ベルト線速：１６４ｍｍ／ｓｅｃ
中間転写ベルト周長：７６０ｍｍ
センサ８の出力のサンプリングレート：４．０ｍｓｅｃ
第１周回におけるセンサ８の出力のサンプリング所要時間：４．７ｓｅｃ
第２周回におけるセンサ８の出力のサンプリング所要時間：４．７ｓｅｃ

次に、上記装置におけるトナー濃度補正について説明する。図４は、図１および図２に示す画像形成装置におけるトナー濃度補正について説明するフローチャートである。

まず、プリントエンジン１１は、センサ８を動作させてセンサ８を光量調整し、センサ８に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１，Ｓ２）。センサ８に異常がない場合、以下の処理を行う。

まず、プリントエンジン１１は、駆動ローラ５で中間転写ベルト４を周回させる。そして、補正計算部２１は、中間転写ベルト４の表面における所定の領域でのセンサ８の出力値をサンプリングする。

図５は、図４に示すトナー濃度補正において、センサ８で反射光を検出する領域の例を示す図である。図５に示すように、中間転写ベルト４の表面に、基準領域（第２領域）６１と試験パターン領域６２（第１領域）が設定される。この実施の形態では、基準領域６１は、試験パターン領域６２から、中間転写ベルト４の進行方向の２０ミリメートル先に形成される。後述するように、試験パターン領域６２に試験パターンのトナー画像６３が形成される。

まず、中間転写ベルト４の第１周回で、試験パターンのトナー画像６３が試験パターン領域６２に形成される前に（図５（Ａ））、補正計算部２１は、基準領域６１でのセンサ８の出力をサンプリングするとともに（ステップＳ３）、試験パターン領域６２でのセンサ８の出力をサンプリングする（ステップＳ４）。この時点では、トナー現像処理が実行されていないため、基準領域６１および試験パターン領域６２の下地の反射率に対応するセンサ８の出力が得られる。

次に、バイアス制御部２２は、現像バイアスおよび１次転写バイアスを印加し（ステップＳ５）、試験パターンのトナー現像を行う（ステップＳ６）。これにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄにおいて各色のトナー画像がそれぞれ形成され、それらのトナー画像が中間転写ベルト４に転写されて、試験パターンのトナー画像６３が形成される。ここでは、試験パターンは、例えば、各色のトナー濃度が互いに異なる領域を含むように形成される。

そして、中間転写ベルト４の第２周回で、試験パターンのトナー画像６３が試験パターン領域６２に形成された後に（図５（Ｂ））、補正計算部２１は、基準領域６１でのセンサ８の出力をサンプリングするとともに（ステップＳ７）、試験パターン領域６２でのセンサ８の出力をサンプリングする（ステップＳ８）。

図６は、図４に示すトナー濃度補正において、センサ８の出力波形の例を示す図である。図６に示すように、中間転写ベルト４の第１周回においては、試験パターン領域６２にトナー画像６３が形成されていないため、基準領域６１でのセンサ８の出力値（ステップＳ３）と、試験パターン領域６２でのセンサ８の出力値（ステップＳ４）は、ほぼ同様の値となっている。第２周回においては、試験パターン領域６２にトナー画像６３が形成されており、そのトナー濃度に応じて反射率が低下するため、試験パターン領域６２でのセンサ８の出力値（ステップＳ８）は、基準領域６１でのセンサ８の出力値（ステップＳ７）に比べ低くなっている。また、第２周回のセンサ出力のレベルは、第１周回のセンサ出力のレベルより全体的に低くなっており、これは、トナーに付着している外添剤が、現像バイアスおよび１次転写バイアスの印加によって現像ユニット３ａ〜３ｄから別離して飛翔し、感光体ドラム１ａ〜１ｄを介して、静電誘導で中間転写ベルト４の表面に付着することによるものと推察される。このため、トナー画像６３が形成されない領域（例えば基準領域６１）における第２周回のセンサ出力のレベルが、第１周回のものより低くなっている。

上述のように、試験パターンのトナー現像前後の各領域６１，６２でのセンサ８の出力をサンプリングした後、補正計算部２１は、試験パターンのトナー画像６３の転写前における基準領域６１でのセンサ８の出力値と試験パターンのトナー画像６３の転写後における基準領域６１でのセンサ８の出力値との差分に基づいて、試験パターンのトナー画像６３の転写後における試験パターン領域６２のトナー濃度を補正しつつ、トナー濃度を計算する（ステップＳ９）。

例えば、補正計算部２１は、次式でトナー濃度ＣＴＤを計算する。

ここで、Ｐは、トナー画像６３形成後の試験パターン領域６２での第１受光素子５５の出力値（つまり、正反射成分）であり、Ｓは、トナー画像６３形成後の試験パターン領域６２での第２受光素子５６の出力値（つまり、拡散反射成分）であり、Ｐ０は、第１受光素子５５の暗電位出力値であり、Ｓ０は、第２受光素子５６の暗電位出力値であり、Ｐｇは、トナー画像６３形成前の試験パターン領域６２での第１受光素子５５の出力値（つまり、正反射成分）であり、Ｓｇは、トナー画像６３形成前の試験パターン領域６２での第２受光素子５６の出力値（つまり、拡散反射成分）である。

また、ｄＰｇは、外添剤に起因するセンサ８の出力変動に対応する補正量であり、トナー画像６３形成前の基準領域６１での第１受光素子５５の出力値をＰｇ１とし、トナー画像６３形成後の基準領域６１での第１受光素子５５の出力値をＰ１とすると、ｄＰｇ＝Ｐｇ１−Ｐ１と計算される。

従来の方法に比べ、この実施の形態では、この補正量ｄＰｇが考慮されてトナー濃度が測定される。

このようにして、補正計算部２１は、トナー濃度を測定した後に、そのトナー濃度に対応して、現像バイアス電圧等のプロセス条件を変更して、トナー画像濃度を調整する（ステップＳ１０）。

なお、ステップＳ２において、センサ８に異常が発生された場合には、図示せぬ操作パネルにエラーメッセージを表示して、処理を終了する（ステップＳ１１）。

以上のように、上記実施の形態によれば、補正計算部２１は、試験パターンのトナー画像６３の転写前における基準領域６１でのセンサ８の出力値と試験パターンのトナー画像６３の転写後における基準領域６１でのセンサ８の出力値との差分に基づいて、試験パターンのトナー画像６３の転写後における試験パターン領域６２のトナー濃度を補正する。

これにより、トナーの外添剤が中間転写ベルト４に付着するようなことがあっても、正確にトナー濃度を測定することができる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態ではカラー画像形成装置に本発明が適用されているが、モノクロ画像形成装置に適用することも可能である。

また、上記実施の形態では、反射型のセンサ８が使用されているが、中間転写体の構成に応じて透過型のセンサを使用してもよい。

また、上記実施の形態では、中間転写体として中間転写ベルト４が使用されているが、他の形態の中間転写体を使用してもよい。

本発明は、例えば、画像形成装置のトナー濃度調整に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（感光体の一例）
３ａ〜３ｄ 現像ユニット
４ 中間転写ベルト（中間転写体の一例）
８ センサ
２１ 補正計算部
２２ バイアス制御部
５５ 第１受光素子
５６ 第２受光素子
６１ 基準領域（第２領域の一例）
６２ 試験パターン領域（第１領域の一例）
６３ 試験パターンのトナー画像

Claims (6)

1. 感光体と、
   前記感光体上にトナー画像を現像する現像ユニットと、
   前記感光体上のトナー画像を転写される中間転写体と、
   前記中間転写体の表面からの測定光を検出するセンサと、
   前記中間転写体の第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前における、前記第１領域以外の第２領域での前記センサの出力値と前記第１領域への試験パターンのトナー画像の転写後における前記第２領域での前記センサの出力値との差分に基づいて、前記試験パターンのトナー画像の転写後における前記第１領域のトナー濃度を補正する補正計算部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記補正計算部は、前記第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前における前記第２領域での前記センサの出力値と前記第１領域への試験パターンのトナー画像の転写後における前記第２領域での前記センサの出力値との差分だけ、前記試験パターンのトナー画像の転写前における前記第１領域での前記センサの出力値を減少させて、前記第１領域のトナー濃度を補正することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記感光体に印加される現像バイアス、および前記中間転写体に印加される１次転写バイアスを制御するバイアス制御部をさらに備え、
   前記バイアス制御部は、前記第１領域への試験パターンのトナー画像の転写前において前記センサが前記第２領域からの測定光を検出した後に、前記現像バイアスおよび前記１次転写バイアスの印加を開始すること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記トナー画像に使用されるトナーは、外添剤を付加されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記センサは、前記第１領域および前記第２領域に光を照射し、その光による反射光を前記測定光として検出する反射型の濃度センサであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
6. 前記センサは、前記反射光の正反射成分を検出する第１受光素子と、前記反射光の拡散反射成分を検出する第２受光素子とを備え、
   前記補正計算部は、前記第１受光素子の出力と前記第２受光素子の出力とに基づいて、前記トナー濃度を計算すること、
   を特徴とする請求項５記載の画像形成装置。

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