JP2014142536A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅方向で平滑度が異なっている用紙に対しても良好な画像を形成する。
【解決手段】３つの平滑度センサ３０を用紙幅方向（通紙方向と直交する方向）に並べて配置する。印刷開始前に用紙の平滑度を読み取り、検出した平滑度を基に制御テーブルを参照して、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうち少なくとも一つの出力を制御してトナー量を用紙幅方向それぞれに変更して、印刷を行う。これにより、用紙の幅方向で平滑度が異なっている場合でも、それに合わせて最適なトナー量を記録媒体に付着させる画像形成条件を設定することができ、良好な画質で画像形成を行なうことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリなどの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利用した複写機、プリンタ、複合機などの画像形成装置は広く知られている。電子写真方式の画像形成装置は、帯電装置によって感光体（像担持体）を一様に帯電させ、画像データに基づいて露光装置により感光体に潜像を形成し、現像装置によって潜像にトナーを付着させてトナー像（可視像）を形成している。そして、そのトナー像をＰＰＣ用紙などの記録媒体上に転写し、加熱などで記録媒体上に定着させる。

また、このような画像形成装置において、記録媒体の平滑性を検知して画像形成の条件や補正値にフィードバックする構成が知られている。例えば、特開２００６−１２６２８１号公報（特許文献１）には、紙の平滑度を検知して、色補正、精細度、階調、中間調、トナー量、帯電電位、露光電位、現像電位、搬送速度、転写電界、定着温度・圧力などの制御値を設定することが開示されている。

特許文献１の画像形成装置では、用紙搬送経路３６に送出された裏紙の坪量と平滑度とを平滑度センサ５１を用いて検知する。また、用紙搬送経路３６に送出された裏紙の白色度を白色度センサ５２を用いて検知する。そして、まず検知した白色度に基づいて記録シートに形成する画像の色補正を行い、平滑度に基づいて画像の精細度、階調、中間調の補正を行う。画像の補正が終了すると、平滑度に基づいて、トナー量、帯電電位、露光電位、現像電位を設定し、坪量に基づいて裏紙の搬送速度、転写電界、定着温度・圧力を設定し、画像形成を行う。

また、特開２００８−８３５９５号公報（特許文献２）には、記録媒体の表面粗さを検知する表面粗さ検知手段と、表面粗さ検知手段による検知結果に応じて、記録媒体が標準紙、平滑紙またはラフ紙のいずれであるかを判定する記録媒体判定手段と、記録媒体判定手段による判定結果に応じて、トナー像形成手段による記録媒体へのトナー付着量を制御する付着量制御手段と、記録媒体判定手段による判定結果に応じて、定着手段における未定着トナー像の記録媒体への定着条件を制御する定着条件制御手段を持つ画像形成装置が開示されている。

この構成によれば、記録媒体の種類に関係なく、高精細、高画像濃度かつ高彩度で、画質が高い水準で一定した画像を安定的にかつ長期的に形成でき、高顔料濃度トナーを用いても前記特性が損なわれない画像形成装置を提供することができるとしている。

しかしながら、記録媒体は幅方向で表面性が異なる場合があり、そのような場合、上記各特許文献に記載されたものなど、従来の画像形成装置においては、幅方向の一部に異常画像が発生したり、均一な画質が得られない、などの問題がある。特に、一般に広幅機と言われる画像形成装置では記録媒体のサイズが大きいためこういった問題が起こり易い。

本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、用紙（記録媒体）上で平滑度が異なる用紙に対しても良好な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するため、本発明は、像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体を走査して像担持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付与してトナー像として可視化する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写させる転写手段と、記録媒体に転写されたトナー像を記録媒体上に定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつは、記録媒体幅方向における出力を制御可能に設けられており、記録媒体幅方向における複数点での平滑度を検知可能な平滑度検知機構を有し、前記平滑度検知機構の検知結果に基づいて前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつにおける記録媒体幅方向での出力を制御することを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、記録媒体の幅方向における平滑性が異なっている場合でも、それに合わせて最適なトナー量を記録媒体に付着させる画像形成条件を設定することができ、良好な画質で画像形成を行なうことができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 転写ローラを用いる画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 平滑度センサの配置を示す平面図である。 用紙平滑度とトナー量の関係を示すグラフである。 印刷条件の制御を示すフローチャートである。 用紙１枚ごとの平滑度を測定する制御を示すフローチャートである。 トナー量と定着温度の関係を示すグラフである。 平滑度センサを走査可能に設けた実施例を示す概略構成図である。 温湿度条件による現像装置及び転写搬送ユニットの出力を示すグラフである。 印字率とトナー付着量の関係を示すグラフである。 平滑度センサを用紙搬送経路中に配置した実施例を示す概略構成図である。 平滑度センサの構成例を示す拡大図である。 画像形成部の構成が異なる第２実施形態の画像形成装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例における画像形成部の構成を示す断面図である。この画像形成装置の画像形成部は、画像を担持するための像担持体としての感光体ドラム（以下、「感光体」ともいう）１と、感光体ドラム１に電荷を与えるための第一帯電手段（以下、「第一帯電」ともいう）２及び第二帯電手段（以下、「第二帯電」ともいう）３と、画像情報に基づいて感光体ドラム１に静電潜像を形成する図示しない第一及び第二書込みユニットと、感光体ドラム１上にトナーを供給して前記潜像を可視像化する第一現像手段（以下、「第一現像」ともいう）４及び第二現像手段（以下、単に「第二現像」ともいう）５と、転写後に感光体ドラム１の表面に残留したトナーを除去する図示しないクリーニング装置と、感光体ドラム１上のトナー像を用紙に転写するとともに用紙を搬送する転写搬送ユニット２０と、用紙Ｐが収容された給紙トレイ１５を備えた給紙装置と、定着ユニット１０などから構成されている。

第二帯電３は、第一現像４のみを使用して作像を行う際には、感光体ドラム１上のトナー像に用紙への転写前に電荷を与える転写前帯電手段としての役割を持たせることも出来る。

転写搬送ユニット２０は、２つの支持ローラ２１，２２と、これらに掛け回された転写ベルト２３と、転写バイアスを印加するための転写帯電ローラ２４とを有している。また、転写方式は転写ベルトではなく、図２に示すような転写ローラ２５を用いる転写ローラ方式であってもよい。給紙トレイ１５の用紙は給紙コロ１６により最上のものから順に１枚ずつ給紙され、搬送ローラ対１７、レジストローラ対１８などの搬送部材により所定のタイミングで転写領域に搬送される。

給紙トレイ１５の上には本発明で用いる平滑度センサ３０が配置され、トレイ中にある用紙表面の平滑度を測定することが可能となっている。平滑度センサ３０は、図３に示すように複数個が備えられている。本実施例では３つの平滑度センサ３０を用紙幅方向（通紙方向と直交する方向）に略一列に並べて配置しているが、４つ以上のセンサを千鳥に配置するなど変更は可能である。なお、実施例における３つの平滑度センサ３０の配置は、用紙幅方向の中央部に１つ、その両側に１つずつを、配置している。

さらに本実施形態では、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうち少なくとも一つは、用紙幅方向（主走査方向）における出力を制御可能に設けられている。

ここで、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットの出力制御とは、帯電手段の場合は帯電電位を、書込みユニットの場合は露光電位を、現像手段の場合は現像電位を、転写搬送ユニットの場合は転写電界の強度を、制御することを意味する。

図示の実施例の構成では、複数配置された平滑度センサ３０のそれぞれの出力に対応して（平滑度検知手段で検知した用紙幅方向の平滑度に基づいて）、主走査方向（用紙幅方向）の出力を調整できるような構成になっている。具体的には、帯電手段、現像手段、転写搬送ユニットであれば、平滑度センサ同様に横並びや千鳥配置にすることで、各位置のものの出力を変更可能とし、書込みユニットであれば、潜像形成時の発光の出力をタイミングによって制御可能なように制御部を用意しておく等の手段がある。出力変更を行う方法については、上記に挙げた方法に限るものではない。

定着ユニット１０は、加熱ローラ１１、加圧ローラ１２、加圧ローラクリーニングローラ１３により構成されており、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２により定着ニップが形成されている。トナー像が転写された用紙は、定着ユニット１０によりトナー像が定着され画像が形成される。

また、実施形態としてカット紙を用いる画像形成装置を例として説明しているが、ロール紙を用いる画像形成装置であっても本発明を適用することが出来る。
図４は、用紙の平滑度とトナー量の関係を示すグラフである。平滑度が低い記録媒体では表面の凹凸にトナーが入り込んでしまうため、通常と同量のトナーでは画像濃度が薄くなるか、ベタ部が抜けているような画像になってしまうため、トナー量を増やす必要がある。一方、用紙の平滑度が高い場合は入り込む箇所がないため、トナーを少量にしないと画像の端部がぼやけた様になったり、定着部においてオフセットが発生したりすることがある。本実施形態では、図４のグラフに示す用紙の平滑度とトナー量の関係を、予め制御テーブルとして、図示しない制御部の記憶手段（例えばＲＯＭ等）に格納しており、平滑度センサ３０で検出した用紙平滑度に最適なトナー量を、制御テーブルを参照して求める。そして、その最適なトナー量で画像形成を行うべく（用紙上のトナー付着量が最適な量となるように）、印刷条件を制御する（帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうちの少なくとも一つの出力を調整する）。

図５は、実施形態における印刷条件の制御を示すフローチャートである。まず、印刷開始前に用紙の平滑度を読取る（Ｓ１）。実施例では図３に示すように３つの平滑度センサ３０を用紙幅方向に配置しており、各センサで用紙幅方向の対応する位置における平滑度を検出する。そして、検出した平滑度を基に上記制御テーブルを参照し（Ｓ２）、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうち少なくとも一つの出力を制御してトナー量を用紙幅方向それぞれに変更して（Ｓ３）、印刷を行う（Ｓ４）。このフローチャートでは、印刷開始時に平滑度を測定しているがトレイ１５への用紙セット時に予め平滑度を測定しておいても問題ない。

また、図６のフローチャートのように制御を行えば、用紙１枚ごとの平滑度を測定できるので、トレイ１５に収納されている用紙が複数種類にわたっていても対応が可能であり、また、収納されている用紙が１種類であっても用紙の個体差（１枚ごとの差異）に対して印刷条件を変更することが出来る。図６の制御が図５の制御と異なる点は、Ｓ５で印刷ジョブが終了したか否かを判断し、終了していなければＳ１に戻るようにしたことである。

図７は、トナー量と定着温度の関係を示すグラフである。
このグラフから分かるように、トナー量が多くなるほど、定着温度を高くする必要がある。したがって、検出した平滑度により図４のグラフで（制御テーブルから読み出して）設定したトナー量に対して、最適な定着温度とする（定着設定温度を変更する）ことで、画像光沢度の一定化や、オフセット防止など、画質の向上を図ることができる。実施形態では、用紙幅方向各位置での平滑度に対してトナー量が設定されるわけであるから、それに対応可能なように、定着装置１０も、用紙幅方向での定着強度を制御できるように構成するのが望ましい。すなわち、加熱手段を用紙幅方向に分割し個別に制御可能としておくなど、用紙幅方向それぞれの定着温度を個別に制御可能な構成としておく。例えばハロゲンヒータの発熱領域を、複数の平滑度センサ３０の配置に対応するよう、複数の発熱領域を設けて、各発熱領域を個別に制御可能とする。

図８は、平滑度センサを走査可能に設けた実施例を示す概略構成図である。
この図に示すように、本実施例では、１つの平滑度センサ３０を用紙幅方向（通紙方向と直交する方向）に移動可能に設けている。平滑度センサ３０は、ガイド部材３１により用紙幅方向に移動可能に支持されており、図示しない駆動系を介して用紙幅方向に移動し、用紙Ｐの幅方向における平滑度を検出する。

本実施例の構成では、複数の平滑度センサを用いた場合の、センサ間のバラツキをなくすことができる。さらに、用紙のサイズに応じて平滑度を検出することができる。
本実施例においても、移動可能な平滑度センサ３０により用紙の幅方向における平滑度を検出して、先の実施例と同様にして制御テーブルを参照し、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうち少なくとも一つの出力を制御してトナー量を用紙幅方向それぞれに変更して印刷を行う。もちろん、用紙１枚ごとの平滑度を測定できるので、図６のフローチャートの制御も可能である。

次に、用紙平滑度に環境条件を加味して印刷条件を制御する実施例について説明する。
高温高湿環境や低温低湿環境おいては用紙の帯電量や用紙上へのトナー付着量が変化するため、常温環境と同一の作像条件で印刷を行うと画像のチリやボソツキなどの異常画像が生じる場合がある。よって、環境に応じて感光体上のトナー量を変化させたり、転写電流の出力を変えたりする必要がある。平滑度センサの検知結果に加えて温湿度センサの検知結果を加味して用紙上のトナー量が適切になるように制御を行うことで、より良い画像を形成することが出来る。

例として図９では温湿度条件による現像装置及び転写搬送ユニットの出力をグラフで示した。図９に示すように、高温高湿環境および低温低湿環境では共に、現像装置出力は通常よりも下げ、転写搬送ユニットは通常よりも出力あげるようにする。なお、出力を変化させるのは帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットの内一つ以上であれば良い。

また、本実施例においては絶対湿度に対して線形に変化するとしているが、必ず線形である必要は無い。トナーや作像条件に応じて指数関数的な変化や、絶対湿度の範囲ごとに一定の値を出力するようにしてもよい。

次に、用紙平滑度に印字率を加味して印刷条件を制御する実施例について説明する。
印字率が高い状態で通紙をしているとトナーの帯電量が上昇し、紙上へのトナー付着量が低下する。そこで、図１０に示すようにトナー量を増加するように帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットの内一つ以上の出力を制御するようにする必要がある。印字率と平滑度センサの検知結果を合わせてトナー量を制御することで、より良い画像を形成することが出来る。なお、上記した環境条件による制御を加えることもできる。

本実施例では、図１０のグラフに示すように、印字率が所定値（基準印字率）よりも高くなった場合に、トナー量を増やす（通常付着量から増加させる）ように制御している。本実施例においては印字率に対して線形に変化するとしているが、必ず線形である必要は無い。トナーや作像条件に応じて指数関数的な変化や、絶対湿度の範囲ごとに一定の値を出力するようにしてもよい。

図１１は、平滑度センサ３０を、用紙トレイではなく用紙搬送経路中に配置した実施例を示す概略構成図である。
給紙トレイから転写部まで用紙が搬送される際に、搬送ローラ等との摩擦の影響により用紙の表面性が変化し、平滑度が変化する場合がある。そこで、本実施例では、平滑度センサ３０の位置を、レジストローラ対１８の後ろで転写部（転写搬送ユニット２０）の前に設けた。これにより、より正確に用紙の平滑度を検出することができる。

図１２は、平滑度検知手段としての平滑度センサ３０の構成例を示す拡大図である。
この図に示す平滑度センサ３０は、光を用紙Ｐの紙面に照射する発光素子３０ａ，用紙Ｐの紙面で正反射した正反射光を受光する第１受光素子３０ｂ、紙面で拡散反射した拡散反射光を受光する第２受光素子３０ｃとで構成される。平滑性の検知方法としては、まず発光素子３０ａによって紙面に向けて発光される。紙面で正反射された反射光を第１受光素子３０ｂによって検知する。平滑性がある表面上では、様々な反射光のうち、正反射光の光量が最も多くなり、正反射光の光量が、表面平滑性と最も良好な相関を示す。また、第２受光素子３０ｃでは、発光素子から照射された拡散反射光を受光する。正反射光成分の検知レベルをＲａ、拡散反射成分の検知レベルをＲｂとした場合、その比Ｒａ／Ｒｂを用いることで、正反射光だけを受光する場合に比べて表面平滑性をより高精度に検知することができる。 このような平滑度検知手段により紙の平滑度を検知することができる。ただし、他にも平滑度を検知する手段は一般的に周知であるため、本発明に用いるものは図示例に限るものではない。

図１３は、画像形成部の構成が異なる第２実施形態の画像形成装置を示す断面図である。図１、図２、図１１で説明した画像形成装置は、帯電手段（２，３）、現像手段（４，５）及び書込みユニット（図示せず）を２つずつ備える構成であったが、本発明はその構成に限定されるものではなく、図１３に示す構成では、帯電手段２、現像手段４、書込みユニット８は、共に１つのみ備える構成である。なお、図１３の符号７は、クリーニング手段である。

帯電手段２、現像手段４、書込みユニット８が１つであること以外は、図１で説明した実施例と同様であり、給紙トレイ１５の上に平滑度センサ３０が配置されている。平滑度検知手段としては、図３のように複数個の平滑度センサ３０を設けても良いし、図８で説明したように平滑度センサ３０を走査可能に設けた構成でも良い。あるいは、図１１の実施例のように、平滑度センサ３０を用紙搬送経路中に配置することもできる。

また、図２のように、転写手段として転写ローラを用いることもできる。
なお、図１３の装置構成においても、帯電手段、書込みユニット、現像手段、転写搬送ユニットのうち少なくとも一つは、平滑度検知手段で検知した用紙幅方向の平滑度に基づいて、主走査方向（用紙幅方向）の出力を調整できるような構成になっている。定着装置も用紙幅方向での定着温度を制御可能な構成であればより好ましい。平滑度検知手段で検知した用紙幅方向の平滑度に基づく印刷条件の制御も、上記説明した実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。

上述したように、記録媒体（用紙）の幅方向で表面性が異なり最適な印刷条件が異なることがある。その点、本発明においては、平滑度検知機構の検知結果に基づいて帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段のうちの少なくともひとつにおける記録媒体幅方向での出力を制御することにより、記録媒体の幅方向における平滑性が異なっている場合でも、それに合わせて最適なトナー量を記録媒体に付着させる画像形成条件を設定することができ、良好な画質で画像形成を行なうことができる。

また、記録媒体１枚ごとに平滑度を検知することで、同一トレイに種類の異なる記録媒体が収納されている場合でも、用紙種類の違いに対応して、より良好な画像形成を行なうことができる。また、同一種類の用紙であっても、用紙毎の個体差に対応して、より良好な画像形成が行える。

また、定着手段が、平滑度検知機構により検知される複数点に対応する記録媒体幅方向の領域に対する定着強度を個別に制御可能なことで、用紙平滑度に応じて設定されたトナー量に対して最適な条件での定着を行なうことができ、さらに良好な画像を得ることができる。

また、平滑度検知機構が、記録媒体幅方向に複数配置された平滑度検知センサからなることで、簡単な構成で低コストに記録媒体幅方向における用紙の平滑度を検出することができる。

また、平滑度検知機構が、記録媒体幅方向に走査可能な平滑度検知センサからなることにより、単一のセンサを用いることでセンサのばらつきの影響を排除して最適な画像形成条件を決定することが出来る。

また、環境条件検知手段の検知結果に基づいて画像形成条件を制御することにより、最適な条件でより良好な画像形成を行なうことができる。
また、印字率に応じて画像形成条件を制御することにより、最適な条件でより良好な画像形成を行なうことができる。

また通常、記録媒体はトレイ等の収納された位置から転写位置に至るまで、複数の搬送ローラを用いて搬送される。これらのローラとの摩擦により記録媒体の平滑度が変化する場合がある。それに対し、画像転写部直前位置で記録媒体の平滑度を検知することで、より正確に記録媒体の平滑度を検知して画像形成条件をより適切に制御することができる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は直接転写方式に限らず、中間転写体を介してトナー像を記録媒体に転写する間接転写方式の装置にも適用可能である。

また、平滑度を検知する手段は、適宜な方式・構成のものを使用可能である。
また、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段の、記録媒体幅方向における出力を制御可能とする構成および方式も適宜なものを採用可能である。

記録媒体幅方向における平滑度を検出する位置についても適宜な個所を設定できるし、また複数個所で検出する場合の数も任意である。
さらに、画像形成装置各部の構成も任意であり、モノクロ装置に限らず、多色機あるいはフルカラー機にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ 感光体ドラム
２，３ 帯電手段
４，５ 現像手段
１０ 定着ユニット
１５ 給紙トレイ
１６ 給紙コロ
１７ 搬送ローラ
１８ レジストローラ
２０ 転写搬送ユニット
２３ 転写ベルト
２４ 転写帯電ローラ
２５ 転写ローラ
３０ 平滑度センサ
３１ ガイド部材

特開２００６−１２６２８１号公報 特開２００８−８３５９５号公報

Claims (8)

1. 像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体を走査して像担持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付与してトナー像として可視化する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写させる転写手段と、記録媒体に転写されたトナー像を記録媒体上に定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、
   前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつは、記録媒体幅方向における出力を制御可能に設けられており、
   記録媒体幅方向における複数点での平滑度を検知可能な平滑度検知機構を有し、
   前記平滑度検知機構の検知結果に基づいて前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつにおける記録媒体幅方向での出力を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記平滑度検知機構により記録媒体１枚ごとに検知を行うことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着手段は、前記平滑度検知機構が検知する複数点に対応する記録媒体幅方向の領域に対する定着強度を個別に制御可能に設けられてい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. 前記平滑度検知機構は、記録媒体幅方向に複数配置された平滑度検知センサからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記平滑度検知機構は、記録媒体幅方向に走査可能な平滑度検知センサからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 環境条件を検知する環境条件検知手段を有し、該環境条件検知手段の検知結果に基づいて前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつの出力を制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 出力する画像の印字率に応じて前記帯電手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段のうちの少なくともひとつの出力を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記平滑度検知機構は、記録媒体へトナー像を転写する画像転写部直前位置で記録媒体の平滑度を検知することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
   

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