JP3098138B2

JP3098138B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3098138B2
Application number: JP05166911A
Authority: JP
Inventors: 内山明彦; 榎本直樹; 洋一郎前橋; 落合俊彦; 青木隆男
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 2000-10-16
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH0720669A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、最大濃度制御手段及び
階調制御手段を備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式の画像形成装置
は、使用する環境の変化、プリント枚数等の諸条件によ
って、画像濃度が大きく変動する。そこで、従来から各
色のトナーで最大濃度（Ｄ_max ）の濃度検知用トナー像
（以下パッチと称する）を感光ドラムまたは転写ドラム
上等にそれぞれ試験的に作成し、それらの濃度を光学セ
ンサ等で検知し、この検知結果を現像バイアス等の画像
形成条件にフィードバックして各トナーのＤ_max を所定
の値にする、最大濃度制御（Ｄ_max 制御）が行われてい
る。

【０００３】また、高画質の画像を得るためには、各ト
ナーのＤ_max が常に所定の値になることに加え、さらに
正確な階調再現ができなければならない。そのため、各
トナーごとに低濃度から高濃度までの複数の中間調パッ
チを感光ドラムまたは転写トラム上等にそれぞれ試験的
に作成し、それらの濃度を光学センサ等で検知して、そ
の結果から画像信号と得られる画像濃度とが直線関係に
なるような補正（いわゆるγ補正）を行う中間調制御が
行われている。

【０００４】そして、上記Ｄ_max 制御や中間調制御を行
う際には、濃度検知用パッチ作成のためにトナーが消費
されるので、画像濃度があまり変動しない時にこのよう
な制御を行うと、トナーが無駄に消費されてしまう。そ
こで、例えば特開平４−３６７７６号公報には画像形成
装置内の湿度がある設定値を越えて変化したり、感光ド
ラムの使用時間がある設定時間を越えた時に限りＤ_max
制御を行うことで、トナーの消費を抑えている装置につ
いての記載がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、高画質の画
像を得るためにはＤ_max 制御と中間調制御の両方を行う
必要がある。これらのうち、中間調制御によって一度γ
補正を行えば、Ｄ_max 制御によって各トナーに対して所
定のＤ_max が得られている場合には、極端に環境や感光
体の感光特性等の諸条件が変化しない限り一日の範囲程
度であれば安定した階調特性が得られると考えられる。
したがって、Ｄ_max 制御と中間調制御とは同じ頻度で行
う必要はない。

【０００６】以上のような状況に鑑み、本発明では、必
要最小限のD_max制御及び階調制御を行なうことでトナー
等の消費を最小限に抑えつつ、常に安定した画像濃度と
階調特性を持つ画像を得、さらに本体寿命を延ばすこと
を目的とする。

【０００７】以上のような状況を鑑み、本発明では、必
要最小限のＤ_max 制御及び中間調制御を行うことでトナ
ー等の消費を最小限に抑えつつ、常に安定した画像濃度
と階調特性を持つ画像を得、さらに本体寿命を延ばすこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、濃度検知用トナーパターンを形成する形成手段
と、前記トナーパターンの濃度を読み取る読み取り手段
と、前記読み取り手段によって読み取られた前記トナー
パターンの濃度に基づいて画像形成条件を制御する制御
手段と、を有し、前記制御手段は、最大濃度制御用の前
記トナーパターンの濃度に基づいて前記画像形成条件の
最大濃度を設定する最大濃度制御手段と、階調制御用の
前記トナーパターンの濃度に基づいて前記画像形成条件
の階調を設定する階調制御手段と、を備える画像形成装
置において、前記最大濃度制御手段及び前記階調制御手
段による設定後、第１の所定時間が経過したとき前記最
大濃度制御手段及び前記階調制御手段による再設定を行
い、前記最大濃度制御手段による設定後、第２の所定時
間が経過したとき前記階調制御手段による再設定を行な
うことなく前記最大濃度制御手段による再設定を行い、
前記第１の所定時間は前記第２の所定時間よりも大きい
ことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】

＜第１実施例＞以下、添付図面に基づいて本発明の第１
の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した
カラー画像形成装置の縦断面図であり、図１において、
装置Ａ全体の内には感光ドラム１、ローラ帯電器２、更
に感光ドラムの左側には、複数個の現像器４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄを回転可能の支持体３で担持している。

【００１０】右側には、転写紙（不図示）を保持し且つ
感光ドラム１上の像を転写紙（不図示）上に転移させる
機能を有する転写ドラム５が配置されている。以上の構
成によって、感光ドラム１は、不図示の駆動手段によっ
て図示矢印方向に駆動される。

【００１１】次に、装置本体内の上方には、露光装置を
構成するレーザーダイオード１１、高速モーター１２に
よって回転駆動される多面鏡１３、レンズ１４、及び折
り返しミラー１５が配置される。

【００１２】レーザードライバ１６にイエロー（以下、
Ｙと略す）の画像模様に従った信号が入力されると、レ
ーザードライバ１６はレーザーダイオード１１を発光さ
せる。そして、この光は光路１７を通ってＹに対応した
光情報が感光ドラム１に照射され、潜像が形成される。
更に感光ドラム１が矢印方向に進むと、この潜像は現像
装置４ａでＹトナーによって可視化される。

【００１３】感光ドラム１の画像と同期して転写紙カセ
ット１８内からピックアップローラー１９によって転写
紙（不図示）が供給されると、まず転写紙先端はグリッ
パー２０によって保持され、続いて吸着ローラー２１と
転写紙を支持して搬送する転写ドラム５との間に電圧印
加を行うことで転写紙は転写ドラム５上に静電吸着さ
れ、感光ドラム１上のトナー像は、その後、転写紙（不
図示）上に転写される。

【００１４】以上と同様の工程をマゼンタ（以下、Ｍと
略す）、シアン（以下、Ｃと略す）、ブラック（以下、
Ｂｋと略す）と行うことによって転写紙上には複数色の
トナーによるフルカラー画像が形成される。この転写紙
は、分離爪８によって転写ドラム５から剥され、更に定
着装置９によって表面のトナー像は溶融固着されカラー
画像が得られる。

【００１５】一方、感光ドラム１上に残留したトナーは
ファーブラシ、ブレード手段等のクリーニング装置６に
よって清掃される。また、転写ドラム５上のトナーもフ
ァーブラシ、ウエブ等の転写ドラムクリーニング装置２
３によって清掃され、その後転写ドラム５上の残留電荷
は除電ローラー２２によって除電される。

【００１６】１０は濃度センサで、図２のように、ＬＥ
Ｄなどの発光素子１０１、フォトダイオード、ＣｄＳな
どの受光素子１０２、及びホルダー１０３からなり、転
写ドラム５上に形成されたトナー像Ｔの濃度を測定す
る。

【００１７】さらに、７は温湿度センサでこれによって
画像形成装置内の絶対温度を測定している。

【００１８】次に、Ｄ_max 制御について説明する。一般
に、Ｄ_max は湿度の変化に伴ってトナーの帯電能力が変
化することにより変動する。そこで、本実施例ではあら
かじめ、絶対湿度に応じた数種類の現像バイアスの初期
値を各トナーに対して持ち、温湿度センサ７によって測
定された画像形成装置内の絶対湿度に基づいて、その時
に最適な現像バイアスＶ_default を選択している。

【００１９】現像バイアスの初期値を設定した後、パタ
ーン発生回路２４によりＤ_max 制御用の画像信号を発生
し、この信号に従って感光ドラム１上にパッチの潜像を
作成する。そして、この潜像は先の現像バイアスＶ
_default-BKで現像され、感光ドラム上にはＢＫトナーの
濃度測定用パッチが作成される。さらにこのパッチは転
写ドラム上に転写され、濃度センサ１０でその濃度Ｄ_BK
が測定される。次に、この時の濃度Ｄ_BKと目標とする濃
度Ｄ_BK-dとの差△Ｄ_BKを求め、△Ｄ−△Ｖテーブルから
この△Ｄ_BKに対応した△Ｖを求める。この△Ｄ−△Ｖテ
ーブルとは、ある現像バイアスＶで現像したときのパッ
チの濃度がＤの時、現像バイアスをＶから△Ｖだけ変化
させると、濃度はＤから△Ｄだけ変化することを示した
テーブルで図３のようなものである。また、この△Ｄ−
△Ｖテーブルは絶対湿度に応じて数種類用意されてお
り、温湿度センサ７の測定結果に従って、それに適した
テーブルを選んでいる。このようにして、△Ｄ−△Ｖテ
ーブルから選ばれた△Ｖを最初の現像バイアスＶ
_default-BKに加えた値Ｖ_default-BK＋△Ｖを、以後現像
バイアスとしてＢＫトナーの現像に用いる。以上の工程
を他のＹ、Ｍ、Ｃトナーに対しても行い各トナーに対し
て所定のＤ_max が得られるような現像バイアスを設定す
る。

【００２０】次に中間調制御について説明する。まず、
パターン発生回路２４により濃度検知パッチ用の画像信
号を発生し、この信号に従って感光ドラム上に濃度検知
パッチを作成する。本実施例では、画像信号は８ビット
あるので００Ｈ〜ＦＦＨ（Ｈは１６進表示を意味する）
の２５６レベルの画像信号を発生可能である。しかし、
実際の中間調制御においては００Ｈ、１０Ｈ、…等とい
った１０レベル程度の画像信号を発生してパッチの潜像
を形成する。その後この潜像はＢＫトナーで現像され、
さらに転写ドラム５上に転写され濃度センサ１０でそれ
らの濃度の測定を行う。

【００２１】図４は濃度を指定する画像信号と、それに
基づいて実際に転写ドラム上に作成されたパッチの濃度
との関係を示すものである。図を見て分かるように画像
信号と実際の濃度とは直線関係になっていない。そこ
で、図５のような直線関係が得られるように、入力され
てくる画像信号とレーザー出力信号の対応を調整するた
めのＬＵＴを作成するいわゆるγ補正を行う。

【００２２】以上のような中間調制御を他のＹ、Ｍ、Ｃ
トナーに対しても行い、入力された画像信号と得られる
画像濃度が直線関係になるようなＬＵＴを各色作成す
る。

【００２３】以下、Ｄ_max 制御と中間調制御を行うタイ
ミングについて説明する。本実施例では、Ｄ_max 制御と
中間調制御の両方を行う場合をモード１、Ｄ_max 制御の
みを行う場合をモード２とし、これらのうちのどちらか
を所定の条件に応じて実行している。そして、モード１
とモード２のうちどちらを実行するかを判断するため
に、階調特性が変動すると考えられるような長い間隔の
時間（例えば２４時間）の経過をカウントするためのカ
ウンタｔ₁ 、Ｄ_max が変動すると考えられるような、階
調特性が変動するよりは短い間隔の時間（例えば３時
間）の経過をカウントするためのカウンタｔ₂ 、さらに
印字枚数をカウントするためのカウンタｐおよび画像形
成装置内の絶対湿度の値を格納しておく絶対湿度カンタ
ｈを導入している。ただし、ｔ₁ はモード１が実行され
てからの経過時間を、ｔ₂ はモード２が実行されてから
の経過時間をカウントしている。これらのカウンタは画
像形成装置本体の電源が遮断されていても、一定時間内
（例えば２４時間以内）ならば本体内蔵のバッテリーに
よって、メモリバックアップされるようになっている。

【００２４】以下、図６のフローチャートを用いて装置
の電源投入時の動作について説明する。装置の電源が投
入されると、まず各カウンタの値を保持しているメモリ
の内容がバッテリー切れ等によって破壊されていないか
チェックを行う（Ｓ１）。そして、破壊されていない場
合には、カウンタｔ₁ の値が所定の時間Ｔ₁ （例えば２
４時間等）を経過していないかを判定し（Ｓ２）、経過
していた場合にはモード１を実行する（Ｓ３）。一方、
ｔ₁ の値が所定の時間を経過していないと判定した場合
には、次にタイマｔ₂ の値が所定時間Ｔ₂ （例えば３時
間等）を経過していないかを判定する（Ｓ４）。そし
て、経過していた場合にはモード２を実行する（Ｓ
５）。ｔ₂ の値がＴ₂ を経過していなかった場合には、
次に温湿度センサ７で測定されたその時点の画像形成装
置内の絶対湿度と、あらかじめ保持されていた湿度カウ
ンタｈとの差△ｈの絶対値｜△ｈ｜が所定の変化量Ｈを
越えて変化していないかを判定する（Ｓ６）。そして、
所定の変化量Ｈを超えて変化していた場合には、モード
２を実行する（Ｓ７）。モード１、モード２実行後及び
｜△ｈ｜がＨを超えて変化していなかった時には、画像
濃度制御を行う必要はないとみなしプリント信号の入力
を待つスタンバイモードに移る（Ｓ９）。また、バッテ
リー切れによりメモリ内容が破壊されていた場合には、
最後に画像濃度制御が行われてから十分な時間が経過し
ていると判断し、無条件にモード１を実行し（Ｓ８）、
スタンバイモードに移る（Ｓ９）。

【００２５】モード１によってＤ_max 制御と中間調制御
を行った場合には、カウンタｔ₁ 、ｔ₂ 、ｐはそれぞれ
０にリセットされ、カウンタｈには温湿度センサ７で測
定されたその時点の絶対湿度が新たにセットされる。モ
ード２によってＤ_max 制御を行った場合には、カウンタ
ｔ₂ 、ｐがそれぞれ０にリセットされ、カウンタｈには
温湿度センサ７で測定されたその時点の絶対湿度が新た
にセットされる。

【００２６】従来はモード１またはモード２のような画
像濃度制御が、装置本体の電源が投入されると無条件に
行われていたが、この制御が行われた後、装置の移動や
何らかの理由で電源がわずかな間遮断された場合には電
源投入後再びこの制御が行われてしまいトナーが無駄に
消費されてしまう。そこで、上述のように電源投入時に
各カウンタのチェックを行って画像濃度制御を行うタイ
ミングを制御することによりトナーの無駄な消費を抑え
ている。

【００２７】次にスタンバイモードにおける動作を図７
のフローチャートを用いて説明する。スタンバイモード
に移るとまず、プリント信号が入力されていないかを判
定し（Ｓ１０）、プリント信号が入力されていた場合に
はプリント動作を実行する（Ｓ１１）。その後印字枚数
カウンタｐが所定の印字枚数Ｐを超えていないかを判定
し（Ｓ１２）、超えていた場合にはモード２が実行され
る（Ｓ１３）。プリント信号が入力されていない場合及
びｐがＰを超えていない場合には、電源投入時と同様な
カウンタｔ₁ 、ｔ₂ 及びｈの各値のチェック及び画像制
御動作が行われ（Ｓ１４〜Ｓ１９）、プリント信号入力
判定に戻る（Ｓ２０）。スタンバイモード時はプリント
信号の入力がない場合には、カウンタｔ₁ 、ｔ₂ 及びｈ
の各値のチェックは、一定の周期（例えば毎秒）で行わ
れている。

【００２８】ところで、モード２を実行した場合には、
タイマｔ₁ はリセットされない。そのためモード２実行
直後、タイマｔ₁ がＴ₁ を超えてモード１が実行される
場合が起こり得る。そこで、モード２を実行する際には
タイマｔ₁ が、Ｔ₁ −ｔ₁ ＜Ｔ₂ ／２となっていないかチェックし、なっていた場合にはモー
ド１を実行し、なっていない場合にはモード２を実行す
ることにより短い時間間隔の間に二つのモードが実行さ
れることを防ぐようにしている。

【００２９】以上画像濃度制御は、ユーザーが手を触れ
ることなくすべて自動で行われるが、ユーザーのマニュ
アル操作により、モード１及びモード２を任意に実行可
能である。

【００３０】また、本実施例ではＤ_max 制御及び中間調
制御において現像バイアスとＬＵＴを制御する場合を述
べたが、これらに限らず従来知られた露光量、転写バイ
アス、感光ドラムの帯電電位、定着温度等の各種条件を
制御してもよいのはもちろんである。

【００３１】＜第２実施例＞図８は本発明の第２の実施
例である。図１と同様な構成、作用をするものは同じ番
号を付し説明は略す。本発明の特徴は、感光ドラム１周
囲に帯電器２、クリーナー６等を一体に有するプロセス
カートリッジ２５と、現像器４ａ〜４ｄをそれぞれ着脱
可能な現像カートリッジにしたことにある。このプロセ
スカートリッジ２５を用いることにより、感光ドラムの
交換、廃トナーの処理等のメンテナンスを、ユーザーが
プロセスカートリッジ２５を交換することで簡単に行う
ことができるようになる。さらに、現像カートリッジ４
ａ〜４ｄを用いることにより、ユーザーがトナー補給を
する際に画像形成装置内やユーザー自身を汚すことな
く、カートリッジの交換だけで簡単にトナー補給を行う
ことができる。このように、プロセスカートリッジ２５
及び現像カートリッジ４ａ〜４ｄを採用することで、メ
ンテナンス性を著しく向上させることができる。

【００３２】本実施例のように、プロセスカートリッジ
２５および現像カートリッジ４ａ〜４ｄを採用した場
合、これらを交換した際には画像のＤ_max 特性や階調特
性が大きく変動する。

【００３３】そのため、本実施例では実施例１に示した
通常の画像濃度制御に加えて、プロセスカートリッジ２
５または、現像カートリッジ４ａ〜４ｄのうちの少なく
とも１つが交換された場合にはモード１を無条件で実行
することにより常に安定した画像が得られるようにして
いる。

【００３４】上記各実施例で述べた濃度検知を行う転写
ドラム５は、その表面がポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄ
Ｆ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカ
ーボネイト、ポリウレタン等の樹脂により被覆、もしく
はシートであり、このような転写ドラムの表面にパッチ
を作成し、それをブラシやブレード等の摺擦作用による
クリーニング手段を適用した場合、Ｄ_max 制御や中間調
制御によるパッチ形成及びそのクリーニング工程が頻繁
に行われると、この樹脂層自身の表面が物理的な作用で
細かい凹凸状の傷がついたり、トナー融着を引き起こし
たりする恐れがある。したがって、上述のように必要最
小限のＤ_max 制御及び中間調制御を行うように制御する
ことは、転写ドラム上で濃度検知を行う際に特に有効で
ある。

【００３５】なお、本発明にかかる画像形成装置は上記
実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種
々に変更可能である。例えば、濃度検知の方法は光学的
なもの以外でもよく、濃度検知を行う場所も転写ドラム
以外にも感光ドラム上や、記録紙上でもかまわない。そ
して、Ｄ_max 制御や中間調制御の方法も上記実施例以外
の任意のものでかまわない。

【００３６】また、本発明は電子写真方式に限ることな
く、インクジェット方式、熱転写方式にも適用すること
が可能であり、さらに本発明は単色の画像形成装置にも
適用可能である。

【００３７】以上説明したように、本発明によれば、最
大濃度制御手段によって所定の最大濃度が得られている
場合には, 階調制御手段による階調はそれほど変化しな
いことから、階調制御手段による再設定を行なう時間間
隔が最大濃度制御手段による再設定を行なう時間間隔よ
りも長くしたことにより、トナー消費を最小限に抑えつ
つ、安定した階調特性と濃度を持つ画像を得ることがで
き、さら画像形成装置の本体の寿命を延ばすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の画像形成装置の概略構成
を示す図。

【図２】本発明の第１実施例のセンサ部の構成を示す縦
断面図。

【図３】本発明の第１実施例の△Ｄ−△Ｖテーブルを示
す図。

【図４】本発明の第１実施例の中間調制御を行う前の階
調特性を示す図。

【図５】本発明の第１実施例の中間調制御後の階調特性
を示す図。

【図６】本発明の第１実施例の画像形成装置の電源投入
時の画像濃度制御を行うタイミングを表すフローチャー
トを示す図。

【図７】本発明の第１実施例の画像形成装置のスタンバ
イモード時の画像濃度制御を行うタイミングを表すフロ
ーチャートを示す図。

【図８】本発明の第２実施例の画像形成装置の概略構成
を示す図。

【符号の説明】

１…感光ドラム５…転写ドラム７…温湿度センサ１０…濃度センサ２２…クリーニング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者落合俊彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者青木隆男東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平４−152757（ＪＰ，Ａ) 特開平６−178112（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 303 G03G 21/00 378 H04N 1/407

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】濃度検知用トナーパターンを形成する形
成手段と、前記トナーパターンの濃度を読み取る読み取
り手段と、前記読み取り手段によって読み取られた前記
トナーパターンの濃度に基づいて画像形成条件を制御す
る制御手段と、を有し、前記制御手段は、最大濃度制御
用の前記トナーパターンの濃度に基づいて前記画像形成
条件の最大濃度を設定する最大濃度制御手段と、階調制
御用の前記トナーパターンの濃度に基づいて前記画像形
成条件の階調を設定する階調制御手段と、を備える画像
形成装置において、前記最大濃度制御手段及び前記階調制御手段による設定
後、第１の所定時間が経過したとき前記最大濃度制御手
段及び前記階調制御手段による再設定を行い、前記最大
濃度制御手段による設定後、第２の所定時間が経過した
とき前記階調制御手段による再設定を行なうことなく前
記最大濃度制御手段による再設定を行い、前記第１の所
定時間は前記第２の所定時間よりも大きいことを特徴と
する画像形成装置。
【請求項２】転写材を保持する転写材保持体を有し、
この転写材保持体に前記トナーパターンが形成されるこ
とを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】前記装置の電源が遮断されている間、前
記最大濃度制御手段及び前記階調制御手段による設定後
の経過時間データ、及び前記最大濃度制御手段による設
定後の経過時間のデータは、バックアップされているこ
とを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
【請求項４】前記装置の電源が投入されるとき前記第
１又は第２の所定時間経過したかどうかが判定されるこ
とを特徴とする請求項３の画像形成装置。
【請求項５】前記最大濃度制御手段及び前記階調制御
手段による設定後の経過時間と前記最大濃度制御手段に
よる設定後の経過時間とにかかわらず、前記装置の所定
の環境変化が生じたとき、前記最大濃度制御手段による
再設定を行なうことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかの画像形成装置。
【請求項６】印字枚数をカウントするカウント手段を
有し、このカウント手段が所定値をカウントするとき、
前記最大濃度制御手段による再設定を行なうことを特徴
とする請求項1 乃至５のいずれかの画像形成装置。
【請求項７】前記装置は、カラー画像を形成すること
を特徴とする請求項1 乃至６のいずれかの画像形成装
置。