JP2013097358A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーの劣化度をより正確に予測し、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費することなく、１ページ印刷するときのコストを下げることができる電子写真方式画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体と、前記像担持体上に画像情報に応じた光書込みを行って潜像を形成する光書込み手段と、前記潜像にトナーを供給して現像し可視像化する現像装置と、前記像担持体上のトナー像を転写する転写手段を備える画像形成装置であって、前記画像情報に対応する画素カウント値をもとにした第１演算値とトナー消費基準値を比較して、第１演算値がトナー消費基準値を下回る際には、前記像担持体若しくはトナー像を担持する別の像担持体における非印刷領域に消費パターンを作成する画像形成装置において、転写残トナー付着量検出値をもとにした第２演算値に応じて前記トナー消費基準値を変更する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの機能を併せ持った複合機などの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画像形成装置においては、感光体上に形成された潜像を現像するため、感光体と対向する現像領域に現像剤を搬送する現像剤担持体が用いられる。使用される現像剤はトナーのみの１成分現像剤や、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が知られている。

このとき、形成される画像領域全面をベタとすることを想定した場合の画素数（ドット数）に対する、実際の画像形成に使用された画素数（ドット数）の割合を「印字率」と定義すると、印字率が低い場合、現像剤担持体から感光体に移って現像に用いられるトナーが少ない。そのため、現像装置中のトナーの入れ替わりが少なく、トナーが長時間、現像装置内でストレスを受けることになる。それにより、トナーの外添剤が剥がれたり、逆に埋め込まれ、転写性の悪化を招いたり、画像にボソツキが発生する。特に、カラー画像形成装置のように複数の現像装置を有する画像形成装置においては、写真やグラフィック画像のように高い印字率の場合から、ロゴマークのみのように低い印字率のものまで、種々の印字率の画像が扱われ、各色毎に印字率が異なることも多い。

そのため従来から、現像装置の印刷量当たりでトナー入れ替わり量が少なくなりすぎないように、画素カウント量の情報から印刷量に対する印字率の時間平均を計算し、印字率の時間平均が予め設定された値を下回った場合には、非印字領域に消費パターンを作成して、強制的にトナーを消費することとし、擬似的に所定の印字率で画像形成が行われたのと同じ効果を得る（以下、トナーリフレッシュという）技術が示されている（例えば、特許文献１、２）。

従来のトナーリフレッシュ技術は、現像装置内のトナーの劣化度を、印刷量に対する印字率の時間平均によって判断しているが、印刷量に対する印字率の時間平均が同じであったとしても、トナーの劣化度は使用環境やトナーの特性（外添剤の外添強度など）のばらつきによって変化する。このため、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費して、ＣＰＰ（１ページ印刷するときのコスト）を上げてしまっていたケースがあった。

本発明の課題は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、実際のトナーの劣化度をより正確に予測し、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費することなく、ＣＰＰ（１ページ印刷するときのコスト）を下げることができる画像形成装置を提供することにある。

上記課題は、本発明によれば、像担持体と、上記像担持体上に画像情報に応じた光書込みを行って潜像を形成する光書込み手段と、上記潜像にトナーを供給して現像し可視像化する現像装置と、上記像担持体上のトナー像を転写する転写手段を備える画像形成装置であって、上記画像情報に対応する画素カウント値をもとにした第１演算値とトナー消費基準値を比較して、上記第１演算値がトナー消費基準値を下回る際には、上記像担持体若しくはトナー像を担持する別の像担持体における非印刷領域に消費パターンを作成する画像形成装置において、転写残トナー付着量検出値をもとにした第２演算値に応じて上記トナー消費基準値を変更することによって、解決される。

本発明によれば、実際のトナー劣化度と相関のある転写残トナー付着量の検出値をもとに演算し、その演算値に基づき、トナーリフレッシュの実施を判定する基準値の水準を変化させるので、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費することがなくなり、ＣＰＰ（１ページ印刷するときのコスト）を下げることができる。

本発明の一実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 反射型フォトセンサが配設されている部位を図１のＸ方向から見た図であり、中間転写ベルト上にトナーバッチが形成されている。 トナー消費基準値を下回った場合に強制的にトナーを現像装置から消費させるために中間転写ベルト上の紙間に作成される消費パターンを示す図である 或る色に関する駆動時間当たりの画素カウント量の累積時間平均の推移の一例を示す図である。 Ｐｒ_aveとＧｓの対応関係の一例を示すテーブルである。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る画像形成装置は電子写真方式のレーザープリンタ（以下、プリンタともいう）である。図１において、本プリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つのトナー像形成部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋを備えている。

トナー像形成部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの図中下方には、中間転写体たる中間転写ベルト８を張架しながら無端移動せしめる中間転写ユニット１５が配設されている。この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８の他、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ、クリーニング装置１０などを備えている。中間転写ベルト８は、図中時計回りに無端移動せしめられる。１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト８を感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んで、それぞれ１次転写ニップを形成している。これら１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは中間転写ベルト８の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する方式のものである。１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。

４つのトナー像形成部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋでは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹトナー、Ｍトナー、Ｃトナー、Ｋトナーが用いられるが、それ以外は同じ構成になっているので、Ｙトナー像を生成するためのトナー像形成部（プロセスカートリッジ）６Ｙを例に説明する。トナー像形成部６Ｙはドラム状の感光体１Ｙ、ドラムクリーニング装置２Ｙ、不図示の除電装置、帯電装置４Ｙ、現像装置５Ｙなどを備えている。帯電装置４Ｙは、不図示の駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられる感光体１Ｙの表面を一様帯電する。一様帯電された感光体１Ｙの表面は、不図示の原稿読取装置若しくは外部ＰＣなどから送られた画像情報に基づき潜像形成手段たる露光装置７Ｙからのレーザ光によって露光走査されてＹ用の静電潜像を形成される。このＹの静電潜像は、Ｙトナーを用いる現像装置５ＹによってＹトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト８上に中間転写される。ドラムクリーニング装置２Ｙは、中間転写工程を経た後の感光体１Ｙ表面に残留したトナーを除去する。また、除電装置は、クリーニング後の感光体１Ｙの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。

他のトナー像形成部６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいても同様にして感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にＭトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が形成される。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のＹトナー像、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ユニット１５の２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップにて、互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９の間を搬送される転写紙Ｐに転写される。２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、転写紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これはクリーニング装置１０によってクリーニングされる。２次転写ニップから送り出された転写紙Ｐは、定着装置２０のローラ間を通過する際に熱と圧力とにより、表面に転写された４色トナー像を定着される。

図１において、最下流のトナー像形成部６Ｋと２次転写ニップ部の間には、中間転写ベルト８に対向して、画像濃度検知手段としての反射型フォトセンサ４０が配設されており、中間転写ベルト８上の光反射率に応じた信号を出力するように構成されている。

反射型フォトセンサ４０が配設されている部位を図１のＸの方向から見た図が図２である。反射型フォトセンサ４０には、４色トナー像の画像濃度を個別に検知するために、各色用の反射型フォトセンサ４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋが図１の紙面奥行き方向（図２の下向き方向）に一列に配置されている。これらの反射型フォトセンサ４０としては、拡散光検出型か正反射光検出型のうち、中間転写ベルト８の表面の反射光量と、後述する基準パターン像（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋ）の反射光量との差を十分な値と認識し得る方が用いられる。図２において、５５は転写紙Ｐ上に転写されるトナー像が作成される（中間転写ベルト８上の）領域であり、Ｗは、転写紙Ｐ上に転写されるトナー像が作成されない（中間転写ベルト８上の）領域（以後、紙間という）である。基準パターン像（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋ）は、印刷動作中に定期的（例えば、１０ページ印刷毎）に紙間に作成される。

紙間に作成された各色の基準パターン像は、中間転写ベルト８の無端移動に伴って反射型フォトセンサ４０との対向位置を通過する際、その光反射量が検知され、図示しない演算装置にてトナー付着量に変換される。そして、検知された各色のトナー付着量と、予め設定された基準トナー付着量を各色毎に比較し、検知トナー付着量が基準トナー付着量とずれていた場合には、トナー付着量の制御パラメータ（トナー補給量（トナー濃度）、現像バイアス、帯電電位、レーザーパワーなど）を調整し、検知トナー付着量が基準トナー付着量に近づくように調整される。

また本レーザープリンタにおいては、現像装置の駆動時間当たりの画素カウント量の累積時間平均（以後、Ｇaveと表記する；Ｇave＝画素カウント量の積算値／現像装置の累積駆動時間）を常時計算し、Ｇaveが予め設定されたトナー消費基準値（Ｇｓ）を下回った色については、図３に示すように、紙間に消費パターンを作成して、強制的にトナーを現像装置から消費させる。紙間に作成される基準パターン像および消費パターンは、クリーニング装置１０によってクリーニングされる。消費パターンは、クリーニング装置１０の能力の制約から、ベタではなく、ハーフトーンで作成するのが望ましい。なお図３は、紙間に、イエローとシアンの２色の消費パターンＣＰy，ＣＰcが作成されている例であるが、必要な色（４色）の消費パターンを重ねて作成することも想定される。

なお、ここで、Ｇaveには、転写紙Ｐ上に転写される画像分の画素だけでなく、紙間に作成される基準パターンおよび消費パターンの画素もカウントされる。またＧaveは、現像剤を新品に交換した場合にはリセットされる。

図４は、或る色のＧaveの推移の一例を示す図であり、横軸が時刻、縦軸がＧave、６０はＧaveの推移の一例、６１がトナー消費基準値Ｇｓである。Ｇave６０は時々刻々と変化するが、ＧaveがＧｓを下回っている時間帯６２は、紙間に消費パターンが作成される。

画素カウント量の累積時間平均Ｇaveとトナー消費基準値Ｇｓを比較することで、消費パターンの作成の有無を判断する方法は、画素カウント量の累積時間平均Ｇaveがトナーの劣化度と相関があるという思想に基づいている。ところが、実際には、トナーの劣化度は、画素カウント量の累積時間平均Ｇaveが同じであっても使用環境やトナーの特性（外添剤の外添強度など）のばらつきによって変化する。

またトナー消費基準値Ｇｓは、画像にボソツキが発生しないように、上記のばらつきに対して安全側に設定する（すなわち、Ｇｓを高め側に設定する）のが通常である。このため、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費して、ＣＰＰ（１ページ印刷するときのコスト）を上げてしまっていた場合があった。

そこで本実施形態では、１次転写バイアスローラ９とドラムクリーニング装置２の間の位置に、ドラム状の感光体１に対向して、反射型フォトセンサ３０を備えている（図１）。また反射型フォトセンサ３０の紙面奥行き方向の位置は、各色の基準パターン像が作成される位置に対応している。

本レーザープリンタでは、紙間に作成される基準パターン像（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋ）が、印刷動作中に定期的（例えば、１０ページ印刷毎）に紙間に作成されるが、１次転写バイアスローラ９により中間転写ベルト８上へ転写しきれずに感光体１上に残ったトナー像（転写残トナー像）は、反射型フォトセンサ３０の対向位置を通過する際、その光反射量が検知され、図示しない演算装置にてトナー付着量に変換される。転写残トナー像を、反射型フォトセンサ３０で検知して、トナー付着量に変換した値を、以後、転写残トナー付着量Ｐｒと称する。

本実施形態では、転写残トナー付着量Ｐｒを基準パターン像の作成時に検出し、Ｐｒの移動時間平均Ｐｒ_aveを計算する。Ｐｒの移動時間平均を計算する区間は任意であるが、例えば、現時点から遡って３０個のＰｒを平均する。そして、予め設定しておいた、Ｐｒ_aveとトナー消費基準値Ｇｓの関係テーブル（図５）に応じて、トナー消費基準値Ｇｓの水準を変化し得るようにする。図５において、トナー消費基準値Ｇｓの水準値は任意単位量であるが、Ｐｒ_aveが大きくなるにしたがって、トナー消費基準値Ｇｓが大きくなるように設定してある。

トナーが長時間、現像装置内でストレスを受けると、トナーの外添剤が剥がれたり、逆に埋め込まれて、転写性が悪化するため、Ｐｒ_aveは、トナーの劣化が進むほど大きくなる。本実施形態の構成では、Ｐｒ_aveが大きくなる（すなわちトナーの劣化が進んでいる）ほど、トナー消費基準値Ｇｓが大きくなり、紙間に消費パターンが作成される頻度が高くなるように動作する。逆に、トナーの劣化が進んでいない場合には、Ｐｒ_aveが小さくなり、トナー消費基準値Ｇｓが小さくなるので、紙間に消費パターンが作成される頻度が低くなる。

以上のように本実施形態の構成においては、画像にボソツキが発生しないように、Ｇｓを高め（安全側）に固定で設定している従来の構成に対し、実際のトナー劣化度と相関のあるＰｒ_aveの検出値に基づいてＧｓを変動するために、トナーリフレッシュにより必要以上にトナーを消費することがなくなる。このためＣＰＰ（１ページ印刷するときのコスト）を下げることができる。

なお本実施形態による構成では、元々、トナー付着量を一定に保つための検知用に紙間に作成される基準パターン像の転写残トナー付着量Ｐｒを検知するため、転写残トナー付着量Ｐｒを検知するための別の基準パターンを作成することで、トナーを無駄に消費することがない。また、紙間に作成される基準パターン像の転写残トナー付着量Ｐｒを検知することで、印刷中は短い頻度（例えば、１０ページ印刷毎）で、転写残トナー付着量Ｐｒが検知できるので、トナー消費基準値Ｇｓへのフィードバックがリアルタイムで実施される。このため、実際のトナー劣化度の時間推移に対して、トナー消費基準値Ｇｓの変化が時間的に遅れて実施されることがなく、このことも、無駄なトナー消費を抑えることに寄与する。

また、テーブルにしたがい、トナー消費基準値Ｇｓの水準変化を判定するのに用いるＰｒ_aveは、Ｐｒの移動時間平均としているため、消費パターンの作成によって、トナーの劣化度が改善され、Ｐｒの検出値が小さくなった場合には、その結果がリアルタイムでＰｒ_aveに反映される。このことも、実際のトナー劣化度の時間推移に対して、トナー消費基準値Ｇｓの変化が適切なタイミングで実施されることに繋がり、無駄なトナー消費を抑えることに寄与する。

ここで、消費パターンは、転写紙を搬送せずに、中間転写ベルトよりもプロセス上の上流側が動作している空転状態（例えば、立ち上げ、立ち下げの動作中、また、その他の空転動作中）の非印刷領域に作成することも可能であるが、印刷中の紙間に消費パターンを作成すると、トナーの劣化度の時間推移に対して時間的な遅れを伴わずに、トナーの劣化度を改善することができ、ボソツキの発生をより確実に防止することができる。

ここで、転写紙を搬送せずに中間転写ベルトよりもプロセス上の上流側が動作している空転状態（例えば、立ち上げ、立ち下げの動作中、また、その他の空転動作中）に現像装置が動作する場合、トナーがストレスを受けて劣化する。このため、本実施形態において、トナーの劣化度を推定する指標Ｇaveは、画素カウント量の積算値を、現像装置の累積駆動時間で除算した値としている。Ｐｒ_aveに応じてリアルタイムでトナー消費基準値Ｇｓにフィードバックがかかる本実施形態の構成においては、Ｇaveを（画素カウント量の積算値／現像装置の累積駆動時間）の式での演算値とすることで、トナーの劣化度の時間推移に対して、より適切なタイミングでトナーの劣化度を改善することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、画像形成装置の構成は図示例に限らず、任意の構成を採用可能であり、感光体上にトナー像を形成するものも本発明の対象である。また、上記実施形態では、図５に示したようにＰｒ_aveの範囲に対して、Ｇｓを段階的に変化させた例を示した（テーブル）が、Ｐｒ_aveに対してＧｓを無段階で変化させる（相関関係の直線／曲線）ようにしてもよい。

１ 感光体
２ ドラムクリーニング装置
４ 帯電装置
５ 現像装置
６ トナー像形成部
７ 光書込みユニット
８ 中間転写ベルト
９ １次転写バイアスローラ
１０ クリーニング装置
１２ ２次転写バックアップローラ
１５ 中間転写ユニット
１９ ２次転写ローラ
２０ 定着装置
３０，４０ 反射型フォトセンサ
５５ 転写紙上に転写されるべきトナー像が作成されるベルト領域
１００ プリンタ
Ｐｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋ トナーパッチ
Ｇave 現像装置の駆動時間当たりの画素カウント量の累積時間平均
Ｇｓ トナー消費基準値
Ｐｒ 転写残トナー付着量
Ｐｒ_ave Ｐｒの移動時間平均

特開２００８−２３３１５２号公報 特開２０１１−０５９１７８号公報

Claims (6)

1. 像担持体と、前記像担持体上に画像情報に応じた光書込みを行って潜像を形成する光書込み手段と、前記潜像にトナーを供給して現像し可視像化する現像装置と、前記像担持体上のトナー像を転写する転写手段を備える画像形成装置であって、前記画像情報に対応する画素カウント値をもとにした第１演算値とトナー消費基準値を比較して、前記第１演算値がトナー消費基準値を下回る際には、前記像担持体若しくはトナー像を担持する別の像担持体における非印刷領域に消費パターンを作成する画像形成装置において、転写残トナー付着量検出値をもとにした第２演算値に応じて前記トナー消費基準値を変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、転写残トナー付着量検出値が大きくなるほど、前記非印刷領域に消費パターンを作成する量が多くなるように、前記トナー消費基準値を変更することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、転写残トナー付着量検出値は、紙間に作成する基準パターンの転写残トナー付着量検出値であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、第２演算値は、転写残トナー付着量検出値の移動時間平均であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、消費パターンを作成する非印刷領域は紙間であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置において、第１演算値は、画素カウント値の積算値を、現像装置の累積駆動時間で除算したものであることを特徴とする画像形成装置。

Images