JP2019184665A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライフを通じて画質を向上させた画像形成装置を提供する。【解決手段】複合機１１は、ベタ画像形成制御部４１と、輝度差導出部４２と、帯電量予測部４３と、トナー濃度予測部４４と、トナー濃度制御部４５とを備える。ベタ画像形成制御部４１は、所定のタイミングで転写ベルト上にベタ画像を形成するよう制御する。輝度差導出部４２は、ベタ画像形成制御部４１により形成されたベタ画像内の画像形成方向における輝度の差を導出する。帯電量予測部４３は、輝度差導出部４２により導出された輝度の差に基づいてトナーの帯電量を予測する。トナー濃度予測部４４は、帯電量予測部４３により予測されたトナーの帯電量に基づいてトナーの濃度を予測する。トナー濃度制御部４５は、トナー濃度予測部４４により予測された予測トナー濃度に基づいて、現像容器３３内のトナー濃度を制御する。【選択図】図６

Description

この発明は、画像形成装置に関するものである。

複合機に代表される画像形成装置においては、画像読み取り部で原稿の画像を読み取った後、画像形成部に備えられる感光体に対して読み取った画像を基に光を照射し、感光体上に静電潜像を形成する。その後、形成した静電潜像の上に帯電したトナーを供給して可視画像とした後、用紙にトナーを転写して定着させ、装置外に出力する。

ここで、トナー濃度に関する技術が、特許第４５１７７２０号（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示の画像形成装置は、トナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を備えることとしている。そして、トナー濃度が適正値になるようにトナーが補給されることとしている。

特許第４５１７７２０号

画像形成装置は、長年使用されるものである。そうすると、例えば、トナーとキャリアという２成分の現像剤を用いて現像を行っている場合、長年の使用により、その表面が樹脂でコーティングされているキャリアの樹脂が削れる膜厚削れやキャリアの表面にトナーが付着したままの状態となるスペント等が発生する。そうすると、同じトナー濃度で制御していても、トナー濃度検知センサーによるセンサー値が異なっていき、トナー濃度を正確に制御することができないこととなる。その結果、用紙に出力される画像について、濃度が薄くなったり、地肌かぶりが発生し、画質の低下を招いてしまう。このような場合に、特許文献１に開示の技術では、対応することができない。

この発明の目的は、ライフを通じて画質を向上させた画像形成装置を提供することである。

この発明に係る画像形成装置は、トナー、およびキャリアから構成される二成分現像剤を利用して用紙に画像を形成する。画像形成装置は、現像ユニットと、中間転写体と、二次転写部と、ベタ画像形成制御部と、輝度差導出部と、帯電量予測部と、トナー濃度予測部と、トナー濃度制御部とを備える。現像ユニットは、感光体、および現像容器を含み、感光体上にトナー像を形成する。中間転写体は、現像ユニットにより形成されたトナー像が転写される。転写部は、中間転写体上に転写されたトナー像を用紙に転写する。ベタ画像形成制御部は、所定のタイミングで転写ベルト上にベタ画像を形成するよう制御する。輝度差導出部は、ベタ画像形成制御部により形成されたベタ画像内の画像形成方向における輝度の差を導出する。帯電量予測部は、輝度差導出部により導出された輝度の差に基づいてトナーの帯電量を予測する。トナー濃度予測部は、帯電量予測部により予測されたトナーの帯電量に基づいてトナーの濃度を予測する。トナー濃度制御部は、トナー濃度予測部により予測された予測トナー濃度に基づいて、現像容器内のトナー濃度を制御する。

本願発明者らは、トナー濃度検知センサーによる検出値と実際の出力画像の濃度との相違に着目し、実際の出力画像の濃度に密接に関連のあるパラメータの抽出について、鋭意検討した。そして、画像調整用に作成されるベタ画像について、同じベタ画像内における輝度の差が、現像剤の長期間の使用によるキャリアの劣化度合いに関連していることを見出した。このような画像形成装置によると、現像剤が長期間使用された場合でも、所定のタイミングで形成されたベタ画像内の輝度の差を導出し、輝度の差から予測されたトナーの帯電量に基づいて、正確にトナー濃度を予測することができる。したがって、より精密にトナー濃度を制御することができ、ライフを通じて画質の向上を図ることができる。

この発明の一実施形態に係る画像形成装置を複合機に適用した場合の複合機を示す図である。 ブラックの現像ユニットの概略的な構成を示す断面図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 転写ベルトの表面上に形成されたベタ画像の一例を示す図である。 輝度とベタ画像における位置との関係を示すグラフである。 図１に示す複合機において、トナー濃度を制御する場合の処理の流れを示すフローチャートである。 輝度の差（輝度Δ）と帯電量との関係を示すグラフであり、シアンの場合を示す。 輝度の差（輝度Δ）と帯電量との関係を示すグラフであり、マゼンタの場合を示す。 輝度の差（輝度Δ）と帯電量との関係を示すグラフであり、グリーンの場合を示す。

以下、この発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置を複合機に適用した場合の複合機１１を示す図である。図１を参照して、複合機１１は、画像処理に関し、コピー機能、プリンター機能、ファクシミリ機能等、複数の機能を有する。

複合機１１は、制御部１２と、操作部１３と、画像読み取り部１４と、画像形成部１５と、ＡＤＦ１６と、手差しトレイ１７と、三つの給紙カセット１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、排出トレイ１９とを備える。なお、複合機１１は、種々のデータを記憶するハードディスクを備える構成としてもよい。

ＣＰＵを含む制御部１２は、複合機１１全体の制御を行う。図１において、制御部１２は、二点鎖線で概略的に示している。タッチパネルを含む操作部１３は、複合機１１側からの情報を表示すると共に、印刷部数や階調等といった画像形成の条件や電源のオンまたはオフをユーザーに入力させる。画像読み取り部１４は、原稿搬送装置としてのＡＤＦ（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）１６または載置台上にセットされた原稿の画像を読み取る。画像形成部１５は、画像読み取り部１４により読み取られた画像データやネットワークを介して複合機１１に送信された画像データを基に、手差しトレイ１７や複数の給紙カセット１８ａ、１８ｂ、１８ｃにセットされ、搬送されてきた用紙に画像を形成する。画像形成部１５により画像を形成された用紙は、排出トレイ１９に排出される。

次に、複合機１１に備えられる画像形成部１５の構成について説明する。画像形成部１５は、ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｅｒ Ｕｎｉｔ）２２と、中間転写体としての転写ベルト２３と、転写部としての二次転写ローラー２４と、転写ベルト２３上に形成されたトナー像の輝度を測定する輝度測定部としてのＩＤセンサー２１と、帯電部（図示せず）と、クリーニング部（図示せず）とを含む。ＬＳＵ２２については、一点鎖線で概略的に示している。なお、複合機１１は、いわゆる四連タンデム形式の画像形成部１５を備えることとなる。ＩＤセンサー２１は、画像調整の際に用いられる。すなわち、後述する各現像ユニット２８ａ〜２８ｄにおいて画質調整用に現像されたベタ画像の輝度を測定する際に用いられる。

画像形成部１５は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各４色に対応し、それぞれ感光体２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを含む四つの感光体ユニット２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、および四つの現像器としての現像ユニット２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを備える。

ＬＳＵ２２は、画像読み取り部１４により読み取られた画像データや受信した画像データを基に、予め帯電部により所定の電圧に帯電させた四つの感光体２７ａ〜２７ｄに対してそれぞれ露光する。露光された各色の成分の光を基に、感光体２７ａ〜２７ｄ上に静電潜像が形成される。感光体２７ａ〜２７ｄ上に形成された静電潜像に現像ユニット２８ａ〜２８ｄからそれぞれ各色のトナーを供給することで、感光体２７ａ〜２７ｄ上にそれぞれトナー像を形成する。感光体２７ａ〜２７ｄ上に形成されたトナー像はそれぞれ、転写ベルト２３上に一次転写される。転写後に感光体２７ａ〜２７ｄ上に残留したトナー、電荷については、クリーニング部によって除去される。転写ベルト２３上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー２４によって用紙に二次転写された後、一対の定着ローラー２９ａ、２９ｂによって用紙に定着され、排出トレイ１９に排出される。

複合機１１は、ブラックの現像ユニット２８ｄのみを用いたモノクロ印刷が可能である。また、複合機１１は、イエローの現像ユニット２８ａ、マゼンタの現像ユニット２８ｂ、およびシアンの現像ユニット２８ｃの少なくともいずれか一つを用いたカラー印刷が可能である。

次に、ブラックの現像ユニット２８ｄの構成について説明する。なお、イエローの現像ユニット２８ａ、マゼンタの現像ユニット２８ｂ、およびシアンの現像ユニット２８ｃの構成については、ブラックの現像ユニット２８ｄの構成と同等であるため、それらの説明を省略する。

図２は、ブラックの現像ユニット２８ｄの概略的な構成を示す断面図である。併せて図２を参照して、現像ユニット２８ｄは、磁気ローラー３１および現像ローラー３２を含む。磁気ローラー３１は、マグローラーとも呼ばれるものである。現像ローラー３２は、現像スリーブとも呼ばれるものである。

磁気ローラー３１および現像ローラー３２は共に、一部を図示した現像容器３３内に配置されている。現像容器３３には、トナーおよびキャリアから構成される二成分現像剤が充填されている。現像により消費されたトナーは随時、現像容器３３内に供給される。現像容器３３には、現像容器３３内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知部２５が設けられている。なお、現像容器３３内には、トナーや現像剤を撹拌する撹拌ローラーも設けられている。

磁気ローラー３１の内部には、周方向に交互にＮ極およびＳ極が形成されている。磁気ローラー３１は、その表面３４に二成分現像剤を保持する。磁気ローラー３１は、その表面３４に保持した二成分現像剤から現像ローラー３２側にトナーを供給する。現像ローラー３２の表面３５には、磁気ローラー３１側から供給されたトナーの薄層が形成される。

現像ローラー３２は、図２中の矢印Ｒ_２の方向に回転しながら、ブラックの感光体２７ｄの表面３６にトナーを供給する。なお、感光体２７ｄは、図２中の矢印Ｒ_１の方向に回転する。感光体２７ｄの表面３６に形成された静電潜像にトナーが供給されると、トナー像が感光体２７ｄの表面３６に形成される。感光体２７ｄの表面３６に形成されたトナー像は、一次転写ローラー３７ｄによって転写ベルト２３の表面に一次転写される。

次に、制御部１２の構成について説明する。図３は、制御部１２の構成を示すブロック図である。併せて図３を参照して、制御部１２は、ベタ画像形成制御部４１と、輝度差導出部４２と、帯電量予測部４３と、トナー濃度予測部４４と、トナー濃度制御部４５とを備える。ベタ画像形成制御部４１は、転写ベルト２３上に所定のタイミングでベタ画像を形成するよう制御する。なお、上記したＩＤセンサー２１は、ベタ画像形成制御部４１により形成されたベタ画像の輝度を測定する。この場合、転写ベルト２３の回転時において測定するため、ベタ画像の輝度は、ベタ画像の画像形成方向に沿って経時的に測定される。輝度差導出部４２は、ＩＤセンサー２１を用いてベタ画像形成制御部４１により形成されたベタ画像内の画像形成方向における輝度の差を導出する。この輝度差導出部４２については、以下の通りである。通常、すなわち、キャリが劣化していない状況下においては輝度の差が生じないが、キャリアの劣化が進行すると、現象としてベタ画像を構成するトナーが、ベタ画像の後端、すなわち、ベタ画像の画像形成方向の終端に向かって溜まっていくトナー溜まりが生じる。そして、このトナー溜まりが生じているベタ画像については、本願発明者らが着目した輝度の差が生じる。輝度差導出部４２は、このトナー溜まりが生じたベタ画像があれば、輝度差として導出することになる。帯電量予測部４３は、輝度差導出部４２により導出された輝度の差に基づいてトナーの帯電量を予測する。トナー濃度予測部４４は、帯電量予測部４３により予測されたトナーの帯電量に基づいてトナーの濃度を予測する。トナー濃度制御部４５は、トナー濃度予測部４４により予測された予測トナー濃度に基づいて、現像容器３３内のトナー濃度を制御する。これらの構成については、後述する。

ここで、ベタ画像形成制御部４１により形成されるベタ画像について説明する。図４は、転写ベルト２３の表面３８上に形成されたベタ画像３９の一例を示す図である。図５は、輝度とベタ画像３９における位置との関係を示すグラフである。図５において、縦軸が輝度を示し、横軸はベタ画像３９の後端４６からの距離を示す。ベタ画像３９は２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさで形成されている。すなわち、図５に示すグラフの横軸における２０ｍｍの位置が図４に示す後端４６となる。

併せて図４、および図５を参照して、ベタ画像３９は、図４中の矢印Ｄ_２で示す向きを出力の向きとして画像が形成される。ここで、ベタ画像３９については、濃度が濃ければ出力される後端４６側に向かって輝度の差が生じる場合がある。すなわち、ベタ画像３９のうち領域４７、領域４８、領域４９と後端４６に向かうにしたがい、輝度が低くなる。このような画像は、後端溜まり画像と呼ばれ、トナーの帯電量によってレベルが異なる。なお、図５においては、後端４６の位置における輝度の差（輝度Δ）は、おおよそ１３である。なお、輝度の絶対値については、ＩＤセンサーの種類や機差等によって多少変化するが、輝度の差については、ＩＤセンサーの種類や機差等による影響をほとんど受けないものである。

次に、この複合機１１において、トナー濃度を制御する場合の処理の流れについて説明する。図６は、図１に示す複合機１１において、トナー濃度を制御する場合の処理の流れを示すフローチャートである。

併せて図６を参照して、所定のタイミングに達すると、ベタ画像形成制御部４１は、ベタ画像３９を形成するよう制御する（図６において、ステップＳ１１、以下、「ステップ」を省略する）。すなわち、画像形成部１５によりベタ画像３９を転写ベルト２３の表面３８上に形成する。

そして、ベタ画像３９を形成した後、ＩＤセンサー２１は、転写ベルト２３上のベタ画像３９の輝度を測定する。この場合、ＩＤセンサー２１は、連続してベタ画像３９の輝度を測定し続ける。そして、輝度差導出部４２は、ＩＤセンサー２１により測定されたベタ画像３９内の画像形成方向、この場合、矢印Ｄ_２で示す向きにおける輝度の差（輝度Δ）を導出する（Ｓ１２）。

次に、帯電量予測部４３は、輝度差導出部４２により導出された輝度の差に基づいてトナーの帯電量を予測する（Ｓ１３）。図７、図８、および図９はそれぞれ、輝度の差（輝度Δ）と帯電量（Ｑ／Ｍ）（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフである。縦軸は輝度の差（輝度Δ）を示し、横軸は、帯電量（Ｑ／Ｍ）（μＣ／ｇ）を示す。図７は、シアンの場合を示し、図８は、マゼンタの場合を示し、図９は、グリーンの場合を示す。なお、イエローにつきましては、測定値の差が小さいため、グリーンの場合で判断することとしている。また、それぞれのグラフにおいて、プロットを線速毎に示している。図７〜図９に示す場合において、〇印は５０枚機、すなわち、１分間に５０枚の印刷が可能な複合機１１で全速で印刷を行った場合を示し、□印は５０枚機で半速、すなわち、半分の速度で印刷を行った場合を示し、△印は４０枚機、すなわち、１分間に４０枚の印刷が可能な複合機１１で全速で印刷を行った場合を示し、◇印は４０枚機で半速、すなわち、半分の速度で印刷を行った場合を示す。

図７〜図９を参照して、輝度の差と帯電量とは、カラーや線速によって変化する。なお、トナーの帯電量が高い方が、輝度の差は下がる傾向がある。また、線速が早い方が、輝度の差は下がる傾向がある。また、各印を結ぶように引いた図７中の線５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、図８中の線５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、図９中の線５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄから輝度の差と帯電量との関係は、線形であることが把握できる。このような関係に基づいて、輝度の差から帯電量を予測する。

そして、トナー濃度予測部４４は、帯電量予測部４３により予測されたトナーの帯電量に基づいてトナーの濃度を予測する（Ｓ１４）。

トナーの帯電量とトナー濃度とは、相関関係を有する。例えば、シアンの場合について、画像を形成していない場合に、帯電量が１８（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、１２．５（％）であり、帯電量が２５（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、１０．２（％）であり、帯電量が２８（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、８．３（％）である。また、マゼンタの場合について、２００Ｋ枚の画像を形成した場合に、帯電量が２２（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、１１．２（％）であり、帯電量が２４（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、８．７（％）であり、帯電量が２５（μＣ／ｇ）とすると、トナー濃度Ｔ／Ｃは、７．１（％）である。これらのような相関関係を利用して、トナー濃度予測部４４は、トナー濃度を予測する（Ｓ１５）。なお、この相関関係については、以下のシステム条件である。すなわち、感光体としてアモルファスシリコン製感光体を用い、正帯電性のトナーであってその粒径を６．８μｍとしたものを用いた。現像方式はタッチダウン現像とした。すなわち、この場合、現像ユニットによる現像方式は、タッチダウン現像としている。現像スリーブの外径をφ２０ｍｍとし、コートをナイロン＋酸化チタンとしている。現像スリーブの表面抵抗は、１．０×１０^７〜１．０×１０^９Ω（オーム）である。また、現像条件として、現像スリーブ上のトナー搬送量を０．２５〜０．４５ｍｇ／ｃｍ^２とし、感光体と現像スリーブのギャップを７５〜１６０μｍ、Ｓ／Ｄ（現像スリーブと感光体との周速比）を１．２〜２．０としている。また、現像バイアスとして現像スリーブのＶｐｐを１５００〜１８００Ｖとし、現像スリーブのＤＣを３０〜１００Ｖとしている。なお、このような相関関係はシステム条件に起因する。

そして、トナー濃度制御部４５は、トナー濃度予測部４４により予測された予測トナー濃度に基づいて、現像容器３３内のトナー濃度を制御する（Ｓ１５）。

このような複合機１１によると、現像剤が長期間使用された場合でも、所定のタイミングで形成されたベタ画像内の輝度の差を導出し、輝度の差から予測されたトナー濃度に基づいて、正確にトナー濃度を予測することができる。したがって、より精密にトナー濃度を制御することができ、ライフを通じて画質の向上を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、帯電量予測部４３は、トナーのカラー毎にトナーの帯電量を予測することとしたが、これに限らない。例えば、モノクロの複合機１１であれば、ブラックのみを用いて予測することができる。また、他の画像形成条件において、カラーによらず線形の傾向が同じであれば、その傾向を利用することができる。また、帯電量予測部４３は、画像形成の線速に基づいてトナーの帯電量を予測することとしたが、これに限らない。例えば、線速が同じもの同士の線形の傾向が同じであれば、その傾向を利用することができる。さらに、帯電量予測部４３は、他のパラメータを用いて帯電量を予測することにしてもよい。こうすることにより、より精度よくトナー濃度を予測することができる。

また、上記の実施の形態において、トナー濃度制御部４５は、さらに使用されたトナーの量に基づいてトナー濃度を制御するようにしてもよい。こうすることにより、より実機に即して精度よくトナー濃度を制御することができる。

なお、上記の実施の形態において、トナー濃度制御部４５は、さらにトナー濃度検知部２５による検知状況を加味してトナー濃度の制御を行うこととしてもよい。

また、上記の実施の形態において、輝度の差に応じて段階的に帯電量を予測するようにしてもよい。すなわち、例えば、輝度の差が５以上ある場合や１０以上ある場合といった場合に分けて、帯電量を予測し、トナー濃度を予測して制御するようにしてもよい。

なお、上記の実施の形態において、他の現像方式を採用する場合にも適用される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明に係る画像形成装置は、ライフを通じた画質の向上が要求される場合に、特に有効に利用される。

１１ 複合機、１２ 制御部、１３ 操作部、１４ 画像読み取り部、１５ 画像形成部、１６ ＡＤＦ、１７ 手差しトレイ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 給紙カセット、１９ 排出トレイ、２１ ＩＤセンサー、２２ ＬＳＵ、２３ 転写ベルト、２４ 二次転写ローラー、２５ トナー濃度検知部、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ 感光体ユニット、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 感光体、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 現像ユニット、２９ａ，２９ｂ 定着ローラー、３１ 磁気ローラー、３２ 現像ローラー、３３ 現像容器、３４，３５，３６，３８ 表面、３７ｄ 一次転写ローラー、３９ ベタ画像、４１ ベタ画像形成制御部、４２ 輝度差導出部、４３ 帯電量予測部、４４ トナー濃度予測部、４５ トナー濃度制御部、４６ 後端、４７，４８，４９ 領域、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 線。

Claims (5)

1. トナー、およびキャリアから構成される二成分現像剤を利用して用紙に画像を形成する画像形成装置であって、
   感光体、および現像容器を含み、前記感光体上にトナー像を形成する現像ユニットと、
   前記現像ユニットにより形成された前記トナー像が転写される中間転写体と、
   前記中間転写体上に転写された前記トナー像を用紙に転写する転写部と、
   前記現像容器内のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知部と、
   所定のタイミングで前記転写ベルト上にベタ画像を形成するよう制御するベタ画像形成制御部と、
   前記ベタ画像形成制御部により形成された前記ベタ画像内の画像形成方向における輝度の差を導出する輝度差導出部と、
   前記輝度差導出部により導出された前記輝度の差に基づいて前記トナーの帯電量を予測する帯電量予測部と、
   前記帯電量予測部により予測された前記トナーの帯電量に基づいて前記トナーの濃度を予測するトナー濃度予測部と、
   前記トナー濃度予測部により予測された予測トナー濃度に基づいて、前記現像容器内のトナー濃度を制御するトナー濃度制御部とを備える、画像形成装置。
2. 前記画像形成装置は、フルカラーの画像形成装置であり、
   前記帯電量予測部は、前記トナーのカラー毎に前記トナーの帯電量を予測する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記帯電量予測部は、さらに画像形成の線速に基づいて前記トナーの帯電量を予測する、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー濃度制御部は、さらに使用されたトナーの量に基づいて前記トナー濃度を制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記現像ユニットは、タッチダウン方式による現像を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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