JP2020118942A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー帯電量の測定誤差を低減する画像形成装置を得る。【解決手段】 キャリブレーションにおいて、制御部４１は、同一の複数のトナーパッチ像の転写の際の１次転写ローラーの転写電流を互いに異なるようにし、かつ、プリント画像の転写の際の１次転写ローラーの転写電流より、複数のトナーパッチ像の転写の際の１次転写ローラーの転写電流を高くし、トナー帯電量特定部４２は、その複数のトナーパッチ像のそれぞれについて濃度センサー８により検出された濃度のうちの最大値と、その最大値の濃度のトナーパッチ像の現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定する。【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

ある画像形成装置は、互いに異なるレーザー光強度で生成された２つのパッチ像について、現像電流値の差と光学式センサーで得られたトナー付着密度の差との比に基づいて、トナー帯電量（単位重量あたりの電荷）を導出している（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１９９６９号公報

図６は、一般的な、トナー帯電量とトナー濃度測定値との関係について説明する図である。

一般的に、上述のような光学式のトナー濃度センサーでは、トナー像の高さ（つまり、トナーの積載高さ）がある程度大きくなると、センサー出力値が飽和する。他方、図６に示すように、トナー帯電量が低いほど、転写されたトナー像の高さが大きくなる。したがって、上述の画像形成装置では、トナー帯電量が低い場合に、センサー出力値が飽和し、トナー濃度（上述のトナー付着密度に相当）の測定誤差が大きくなる可能性がある。トナー濃度の測定誤差が大きい場合、トナー濃度から導出されるトナー重量の測定誤差も大きくなるため、トナー帯電量の測定誤差も大きくなる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、トナー帯電量の測定誤差を低減する画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体ドラムと、前記感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する現像装置と、前記トナー像を担持する像担持体と、前記トナー像を前記感光体ドラムから前記像担持体へ転写する転写ローラーと、キャリブレーション用の前記トナー像としてのトナーパッチ像が前記像担持体に転写された後、前記像担持体上の前記トナーパッチ像の濃度を光学的に検出する濃度センサーと、前記キャリブレーションにおいて、前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、前記転写ローラーの転写電流を制御する制御部とを備える。そして、前記制御部は、同一の複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を互いに異なるようにし、かつ、プリント画像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流より、前記複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を高くし、前記トナー帯電量特定部は、前記複数のトナーパッチ像のそれぞれについて前記濃度センサーにより検出された濃度のうちの最大値と、前記最大値の濃度のトナーパッチ像の現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定する。

本発明によれば、トナー帯電量の測定誤差を低減する画像形成装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

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を示す側面図である。 図２は、図１に示す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、トナーパッチ像の一例を示す図である。 図４は、図１および図２に示す画像形成装置におけるキャリブレーション時のトナー帯電量とトナー濃度測定値との関係について説明する図である。 図５は、図１および図２に示す画像形成装置における転写電流値とトナーパッチ像の濃度測定値との関係を説明する図である。 図６は、一般的な、トナー帯電量とトナー濃度測定値との関係について説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

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を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式のプリント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および現像装置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色の感光体であり、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上には静電潜像が形成される。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー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、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム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。

現像装置３ａ〜３ｄは、トナーカートリッジ内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像を現像する。感光体ドラム１ａおよび現像装置３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像装置３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像装置３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像装置３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を転写され担持する環状の像担持体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー６ａおよびテンションローラー６ｂに張架され、駆動ローラー６ａ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。

２次転写ローラー７は、搬送されてくるプリントシート（プリント用紙など）を中間転写ベルト５に接触させ、中間転写ベルト５上のトナー像をプリントシートに２次転写する。なお、トナー像を２次転写されたプリントシートは、図示せぬ定着器へ搬送され、トナー像がプリントシートへ定着される。

濃度センサー８は、中間転写ベルト５に光を照射し、その反射光（例えば正反射光と拡散反射光）を受光し、受光した反射光の光量に対応する電気信号を出力する反射型光学式センサーである。濃度センサー８は、キャリブレーション用のトナー像としてのトナーパッチ像が中間転写ベルト５に１次転写された後、中間転写ベルト５上のトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する。

１次転写ローラー９ａ〜９ｄは、それぞれ、中間転写ベルト５を挟んで、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向して配置され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５へ１次転写する。

図２は、図１に示す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に示すように、図１に示す画像形成装置は、コントローラー３１、現像バイアス回路３２、および転写バイアス回路３３をさらに備える。

コントローラー３１は、画像形成装置内の各部を電気的に制御する。コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロコンピューターなどを備え、ハードウェア処理およびソフトウェア処理の一方または両方を行う各種処理部として動作する。

現像バイアス回路３２は、制御信号により指定された電圧の現像バイアスを現像装置３ａと感光体ドラム１ａとの間に印加する。現像バイアス回路３２は、トナーパッチ像の現像時の現像電流値（直流電流値）を検出する現像電流検出部３２ａを備える。

転写バイアス回路３３は、制御信号により指定された電圧の１次転写バイアスを感光体ドラム１ａと１次転写ローラー９ａの間に印加する。転写バイアス回路３３は、トナーパッチ像の１次転写時の転写電流値を検出する転写電流検出部３３ａを備える。

ここでは、コントローラー３１は、制御部４１、およびトナー帯電量特定部４２として動作する。

制御部４１は、図１に示す機械的構成、現像バイアス回路３２、転写バイアス回路３３などを制御して、プリントやキャリブレーションを実行する。

キャリブレーションにおいて、制御部４１は、感光体ドラム１ａ、露光装置２、現像装置３ａ、１次転写ローラー９ａなどを制御し、トナーパッチ像（一定濃度で所定形状のトナー像）の形成および１次転写を実行する。

図３は、トナーパッチ像の一例を示す図である。例えば図３に示すように、互いの濃度の異なる複数のトナーパッチ像２１〜２５が中間転写ベルト５に転写される。トナーパッチ像２１〜２５は、中間転写ベルト５の幅方向において、濃度センサー８の配置位置に対応する位置に転写される。

なお、トナーパッチ像２１〜２５の濃度は、印字率（つまり、トナードット密度） で表現される。つまり、トナーパッチ像２１〜２５では、トナードットがある画素位置と、ナードットがない画素位置とが混在している。

制御部４１は、制御信号を現像バイアス回路３２に供給して現像バイアスや現像電流を制御するとともに、制御信号を転写バイアス回路３３に供給して１次転写バイアスや転写電流を制御する。

特に、実施の形態１では、制御部４１は、図３に示すようなトナーパッチ像２ｉ（ここでは、ｉ＝１，・・・，５）を複数セット形成し、互いに異なる転写電流で中間転写ベルト５に１次転写し（つまり、印字率が同一である複数のトナーパッチ像２ｉを互いに異なる転写電流で１次転写し）、その際の１次転写ローラー９ａの転写電流を、通常のプリント画像の転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流より高くする。

また、制御部４１は、プリント画像の転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流の場合に比べ複数セットのトナーパッチ像２ｉの高さが低くなるように、複数セットのトナーパッチ像２ｉの転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流を制御する。

図４は、図１および図２に示す画像形成装置におけるキャリブレーション時のトナー帯電量とトナー濃度測定値との関係について説明する図である。図４に示すように、トナーパッチ像２ｉの積載高さが高くなる条件（トナー帯電量が低いときなど）であっても、転写電流値が高くなるように制御されるため、トナーパッチ像２ｉのトナーが中間転写ベルト５上で周囲に分散し、トナーパッチ像２ｉの高さが減る。したがって、濃度センサー８のセンサー出力値の飽和が発生しにくくなり、濃度測定値の測定誤差が小さくなる。これにより、トナー重量Ｍの測定誤差、ひいては、トナー帯電量Ｑ／Ｍの誤差も小さくなる。

なお、ここでは、感光体ドラム１ａ、現像装置３ａ、および１次転写ローラー９ａに対するコントローラー３１の機能について説明するが、他の感光体ドラム１ｂ〜１ｄ、現像装置３ｂ〜３ｄ、および１次転写ローラー９ｂ〜９ｄに対するコントローラー３１の機能も同様である。

トナー帯電量特定部４２は、複数のトナーパッチ像２ｉ（ここでは、ｉ＝１，・・・，５）（つまり、転写電流以外のプロセス条件が同一である複数のトナーパッチ像）のそれぞれについて濃度センサー８により検出された濃度測定値のうちの最大値と、その最大値の濃度のトナーパッチ像について現像電流検出部３２ａにより検出された現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定する。

具体的には、トナー帯電量特定部４２は、現像に使用されたトナーの電荷Ｑを現像電流値から導出し、現像に使用されたトナーの重量Ｍをトナーパッチ像２ｉの濃度測定値から導出し、両者の比Ｑ／Ｍをトナー帯電量として導出する。

なお、現像電流値と電荷Ｑとの対応関係、および濃度測定値と電荷Ｑとの対応関係は、それぞれ、予め実験などで特定され、テーブル、変換式などとして、トナー帯電量特定部４２に実装され、トナー帯電量特定部４２は、そのテーブル、変換式などを使用して、現像電流値から電荷Ｑを導出し、濃度測定値から重量Ｍを導出する。

図５は、図１および図２に示す画像形成装置における転写電流値とトナーパッチ像の濃度測定値との関係を説明する図である。

図５に示すように、転写電流値Ｉ１〜Ｉ５に応じて、トナーパッチ像２ｉのトナーの分散（散らばり）の度合いが異なる。転写電流値が小さい場合（図５におけるＩ１〜Ｉ３の場合）には、トナーの分散（散らばり）が小さいため、トナーパッチ像２ｉ内の一部のトナードットは、センサー出力値を飽和させる積載高さを有する。他方、転写電流値が大きい場合（図５におけるＩ５の場合）には、トナーの分散（散らばり）が大きすぎ、トナーパッチ像２ｉ内の一部のトナードットが消失してしまう。したがって、トナーパッチ像２ｉ内の一部のトナードットが消失せず、かつトナードットの積載高さを十分に低下させる転写電流値（図５におけるＩ４の場合）のときに適切な濃度測定値（つまり、濃度測定値の最大値）が得られる。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。

通常プリント動作（つまり、ユーザーにより指定された画像のプリント時）においては、制御部４１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２、現像装置３ａ〜３ｄ、１次転写ローラー９ａ〜９ｄなどを制御して、ユーザーにより指定された画像に対応するトナー像の形成および１次転写を実行する。

その際、画質が低下しないように、制御部４１は、転写電流値を、転写されたトナーが中間転写ベルト５上で周囲に分散しないような基準値になるように制御する。

そして、制御部４１は、２次転写ローラー７で、プリントシートに、中間転写ベルト５上のトナー像をプリントシートに２次転写させる。２次転写後、そのトナー像は、図示せぬ定着器でプリントシートへ定着される。その後、そのプリントシートは、印刷物として排出される。

このようにして、通常プリント動作が実行される。

また、制御部４１は、所定のタイミングで自動的に、あるいは、ユーザーやサービスパーソンに手動で指示されると、キャリブレーションを実行する。

キャリブレーションにおいては、制御部４１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２、現像装置３ａ〜３ｄ、１次転写ローラー９ａ〜９ｄなどを制御して、複数セットのトナーパッチ像２ｉの形成および１次転写を実行する。その際、制御部４１は、各トナーパッチ像についての現像電流の測定値を取得するとともに、転写電流値を、上述の基準値より高くなるように制御し、積載高さの大きいトナーパッチ像２ｉを意図的に周囲に分散させてその高さを減らすとともに、互いに異なる転写電流値で複数セットのトナーパッチ像２ｉの１次転写を実行する。

そのようにして中間転写ベルト５上に転写されたトナーパッチ像２ｉは、中間転写ベルト５の進行とともに移動し、複数セットのトナーパッチ像２ｉが濃度センサー８の測定位置に到達すると、濃度センサー８は、複数セットのトナーパッチ像２ｉの濃度に対応するセンサー信号を出力する。制御部４１は、そのセンサー信号を、複数セットのトナーパッチ像２ｉの濃度に対応するセンサー出力値として受け付ける。

そして、トナー帯電量特定部４２は、各トナーパッチ像２ｉについての複数の濃度測定値のうちの最大値を特定し、特定した最大値と、その最大値を示すトナーパッチ像の現像電流値とに基づいてトナー帯電量を特定する。

なお、互いに濃度（実際の濃度）の異なる複数のトナーパッチ像２１〜２５を使用する場合には、例えば、複数のトナーパッチ像２１〜２５について得られたトナー帯電量の平均値が、トナーのトナー帯電量として特定される。

制御部４１は、今回のキャリブレーションで特定されたトナー帯電量で、現時点で設定されているトナー帯電量を更新し、更新後のトナー帯電量を使用して、現像バイアスの電圧値などのプロセス条件を更新し、以後の通常プリント動作などに適用する。

以上のように、上記実施の形態１によれば、キャリブレーションにおいて、制御部４１は、同一の複数のトナーパッチ像２ｉの転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流を互いに異なるようにし、かつ、プリント画像の転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流より、複数のトナーパッチ像２ｉの転写の際の１次転写ローラー９ａの転写電流を高くし、トナー帯電量特定部４２は、その複数のトナーパッチ像のそれぞれについて濃度センサー８により検出された濃度のうちの最大値と、その最大値の濃度のトナーパッチ像の現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定する。

これにより、濃度測定値が正確になる転写電流で得られたトナーパッチ像についての現像電流値と濃度測定値とに基づいてトナー帯電量が特定されるため、トナー帯電量の測定誤差が低減する。

実施の形態２．

実施の形態２では、キャリブレーションにおけるトナーパッチ像の濃度が高い場合には、実施の形態１と同様にして複数のトナーパッチ像（つまり、互いに異なる転写電流で転写された複数のトナーパッチ像）でトナー帯電量が特定され、そうではない場合には、１つのトナーパッチ像（つまり、１つの転写電流で転写されたトナーパッチ像）でトナー帯電量が特定される。

具体的には、実施の形態２では、制御部４１は、キャリブレーションにおいて、（ａ）トナー帯電量測定モードの初期値を第１モードにセットし、（ｂ１）モード切替条件が成立しない場合、第１モードでトナーのトナー帯電量を特定し、（ｂ２）モード切替条件が成立する場合、トナー帯電量測定モードを第２モードに変更し、第２モードでトナーのトナー帯電量を特定する。

第１モードでは、制御部４１は、１つのトナーパッチ像の転写の際の転写ローラーの転写電流を所定値とし、トナー帯電量特定部４２は、そのトナーパッチ像についての現像電流値と濃度センサー８により検出された濃度とに基づいてトナー帯電量を、トナーのトナー帯電量として特定する。例えば、その所定値は、プリント画像の転写の際の転写ローラーの転写電流の値、あるいはそれより高い値である。

他方、第２モードでは、実施の形態１と同様にして、トナーのトナー帯電量が特定される。

そして、モード切替条件は、第１モードでの濃度が所定閾値を超えることである。つまり、あるタイミングでのキャリブレーションにおいて、第１モードでのトナーパッチ像の濃度が所定閾値を超えている場合には、第２モードでトナー帯電量が特定され、第１モードで特定したトナー帯電量の代わりに、第２モードで特定されたトナー帯電量が使用される。

あるいは、あるタイミングでのキャリブレーションにおいて、第１モードでのトナーパッチ像の濃度が所定閾値を超えている場合には、第１モードで特定したトナー帯電量が使用され、次のタイミングでのキャリブレーションにおいて、第２モードでトナー帯電量が特定されるようにしてもよい。

なお、実施の形態２に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、上記実施の形態２によれば、トナーパッチ像の濃度が低いときには（つまり、濃度センサー８の測定誤差が小さいときには）、第１モードで比較的短時間でトナー帯電量が特定され、トナーパッチ像の濃度が高いときには、第２モードで正確にトナー帯電量が特定される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態に係る画像形成装置は、カラー画像形成装置であるが、モノクロ画像形成装置でもよい。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ 露光装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
５ 中間転写ベルト（像担持体の一例）
９ａ〜９ｄ １次転写ローラー（転写ローラーの一例）
４１ 制御部
４２ トナー帯電量特定部

Claims (4)

1. 感光体ドラムと、
   前記感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する現像装置と、
   前記トナー像を担持する像担持体と、
   前記トナー像を前記感光体ドラムから前記像担持体へ転写する転写ローラーと、
   キャリブレーション用の前記トナー像としてのトナーパッチ像が前記像担持体に転写された後、前記像担持体上の前記トナーパッチ像の濃度を光学的に検出する濃度センサーと、
   前記キャリブレーションにおいて、前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、
   前記転写ローラーの転写電流を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、同一の複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を互いに異なるようにし、かつ、プリント画像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流より、前記複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を高くし、
   前記トナー帯電量特定部は、前記複数のトナーパッチ像のそれぞれについて前記濃度センサーにより検出された濃度のうちの最大値と、前記最大値の濃度のトナーパッチ像の現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記キャリブレーションにおいて、（ａ）トナー帯電量測定モードの初期値を第１モードにセットし、（ｂ１）モード切替条件が成立しない場合、前記第１モードで前記トナーのトナー帯電量を特定し、（ｂ２）前記モード切替条件が成立する場合、前記トナー帯電量測定モードを第２モードに変更し、前記第２モードで前記トナーのトナー帯電量を特定し、
   前記第１モードでは、前記制御部は、前記トナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を所定値とし、前記トナー帯電量特定部は、前記トナーパッチ像についての現像電流値と前記濃度センサーにより検出された濃度とに基づいてトナー帯電量を、前記トナーのトナー帯電量として特定し、
   前記第２モードでは、前記制御部は、同一の複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を互いに異なるようにし、かつ、プリント画像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流より、前記トナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を高くし、前記トナー帯電量特定部は、前記複数のトナーパッチ像のそれぞれについて前記濃度センサーにより検出された濃度のうちの最大値と、前記最大値の濃度のトナーパッチ像の現像電流とに基づいてトナー帯電量を特定し、
   前記モード切替条件は、前記第１モードでの前記濃度が所定閾値を超えること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記所定値は、プリント画像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流以上の値であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、プリント画像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流の場合に比べ前記複数のトナーパッチ像の高さが低くなるように、前記複数のトナーパッチ像の転写の際の前記転写ローラーの転写電流を制御す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。