JP3612867B2

JP3612867B2 - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JP3612867B2
Application number: JP16774396A
Authority: JP
Inventors: 喜子勝浦
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JPH1010884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真法を用いて画像を形成する装置に関し、更に詳しくは像形成体のトナー反射濃度を検出しその結果に基づいて画像形成条件を制御するカラー画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単色の画像形成を繰返してカラー画像を形成する電子写真プロセスでは、各色の画像濃度を一定に保つために、像形成体上に作成したテストパッチの反射濃度を検出して各トナーの付着量を予測し、その結果に基づいて、露光、現像などの各プロセスへフィードバックすることによってカラー画像形成装置の画像濃度を制御する方法が、一般に用いらている。従って、テストパッチの反射濃度を正確に測定することは、精密な画像制御を行なうために重要な技術である。
【０００３】
各カラートナーのテストパッチ中、特に黒トナーパッチの濃度検出を誤検出することなく正確に行なうために、特開平３−２５５４７３号公報では、中間転写体の表面の全面若しくはパッチ形成領域に、照射される光を反射するような処理を施している。即ち、カーボンを含むチューブの原管の表面の全面若しくはトナーパッチが形成される領域に酸化チタン等の導電性を有す白色顔料を含むコーティング層を形成している。
【０００４】
また、特開平７−２１９３０２号公報では、黒トナーと共にカラートナーのテストパッチの濃度検出を精度良く行なうために、トナー付着量測定位置のトナー付着基材表面の反射率を、カラートナーの付着量測定を行なう領域の反射率をカラートナー単体より低く、黒トナーの付着量測定を行なう領域の反射率を黒トナー単体より高くし、カラートナーと黒トナーの付着量測定位置の基材の構成を分けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
像形成体にカーボンが混練されるなど、全波長域に吸収を有するような黒色の像形成体が用いられる場合には、濃度検出のためにフォトセンサが全波長域に吸収を有する黒トナーパッチに光を照射しても、この光が像形成体により吸収されてしまい黒トナーパッチの検出ができない。
【０００６】
黒トナーパッチの正確な検出を行なうために、全面若しくはトナーパッチが形成される領域に酸化チタン等の導電性を有す白色顔料を含むコーティング層を形成した、上述の特開平３ー２５５４７３号公報に開示されている装置では、黒トナーの検出は正確にできるが、白色顔料を含むコーティング層の分光特性は全波長域に渡って光を反射し、これに対してカラートナーの分光特性は、それぞれ異なる波長域の光のみ選択的に吸収するため、単一のセンサ光では濃度検出できない。白色光などの波長域が広いセンサを用いた場合、黒トナーと同一の付着量の変動に対して光量の変動が少なくなってしまい、カラートナーの反射率とトナーパッチ形成領域の反射率とのコントラストが小さく、濃度検出が正確にできない。このため、精密な画像制御ができず、濃度バランスが悪くなってしまう。同公報の構成でカラートナーの検出を正確に行おうとすると、各トナーの極大吸収に見合った波長域の狭いセンサをそれぞれ用意しなければならないために、装置の構成が複雑になり、コストが高くなり、好ましくない。また、カラートナーの分光特性は、顔料の種類、量、分散状態、トナーロットによって変化するため、センサ光とのコントラストを保つためのトナーの管理も難しくなる。
【０００７】
また、上述の特開平７−２１９３０２号公報に開示されている、黒トナー及びカラートナー共に精度良く濃度検出を行なうためにトナーパッチ形成領域である中間転写体を塗り分けた装置では、材質の違いにより抵抗値に差があるため、抵抗値の合わせこみが難しく、転写性に差ができてしまい、画像制御が難しい。また、物性の違いによる強度、延び、曲げなどの耐久性が問題となり、好ましくない。更に、異なる材質を重ねて塗った場合、段差ができてしまうために、段差の部分にトナーや異物が溜まるなどクリーニング性が悪化する。２つの材質をつなぎ合わせた場合も同様に、継ぎ目でのクリーニング性が悪化する。また、重ねて塗った場合、継いだ場合共に、厚みの管理が難しく、感光体、２次転写部等、他プロセスとの接触においての磨耗や剥がれにより、耐久性が悪くなってしまう。また、基材を塗り分けると像形成体の構成が複雑であり、製造工程が複雑になり、工数が多く、コストが高くなってしまい好ましくない。
【０００８】
かかる従来の課題に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、各色の画像濃度を一定に保つために、テストパッチの反射濃度を、簡単な構成の像形成体上で正確に検出し、その結果に基づいて画像濃度を精密に制御することが可能なカラー画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のカラー画像形成装置は、像形成体上に形成されたトナー像の反射濃度を光学的に検出する検出手段と、その結果に基づいて画像形成条件を制御する制御手段を有するカラー画像形成装置において、前記像形成体は、近赤外域に極大吸収を持たせた白色顔料を含有し、かつ、前記検出手段は発光部と受光部とからなり、前記発光部は近赤外域に最大発光強度を持つ単一の光源、もしくは近赤外域に最大発光強度を持つ光源と、可視域に最大発光強度を持つ光源の２つの光源からなることを特徴とする。
【００１０】
更に本発明のカラー画像形成装置は、前記白色顔料が酸化チタン顔料であり、かつ、前記白色顔料には近赤外増感剤または近赤外光吸収剤を含むことを特徴とする。
【００１１】
更に本発明のカラー画像形成装置は、前記像形成体は表層部に前記白色顔料を２〜１０ｗｔ％含有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例ならびに図面に基づき説明する。まず、本発明で用いる画像形成装置を、図１を用いて簡単に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の像形成体を具備したカラー画像形成装置の電子写真プロセス部の主要断面図である。帯電ローラ１０２は感光体１０１を均一にある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。露光手段１０３によって形成されたレーザービームは折り返しミラー１０４により感光体１０１上に導かれ静電潜像が形成される。
【００１４】
次に図中矢印方向に接離可能な一成分接触方式の現像器１０５の内、イエロー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに不図示の電源の電界の作用によって負帯電性イエロートナーが反転現像され感光体上１０１において顕像化される。顕像化されたイエロートナーは、中間転写体１０６上に、１次転写ローラ１０７に１次転写用電源１０８によりトナーと逆極性のバイアスが印加されその電界の作用で転写されつつ、感光体１０１と転写ローラー１０７の圧接により押圧される。転写残りトナーは、ブレードを接触させてクリーニングする感光体クリーナー１０９で回収され、続いて感光体電位は除電ランプ１１０によりリセットされる。同様の動作を中間転写体１０６の位置と露光手段１０３の発光タイミングの同期を取りマゼンタ現像器１０５Ｍ、シアン現像器１０５Ｃ、ブラック現像器１０５Ｋについても繰り返すことにより、中間転写体１０６上に各色のトナーが重ねられフルカラー画像が形成される。２次転写ローラ１１６、および中間転写体クリーナ１１９は離間状態とする。一方、被記録材１１３は給紙カセット１１２から給紙手段１１１によりレジストローラ対１１４まで搬送されたのち、中間転写体１０６上のフルカラー画像と同期をとって駆動ローラ１１５と図中矢印方向に接離可能な２次転写ローラ１１６にて形成される２次転写部に搬送される。２次転写部では被記録材１１３と同期して２次転写ローラ１１６が中間転写体１０６に接触してニップ部を形成、押圧するとともに１次転写用電源１０８から得た電圧を演算する演算手段１２１にて決定された電圧が２次転写用電源１１７により定電圧制御されその電界の作用で転写材１１３上にフルカラートナー像が形成される。その後、被記録材１１３は定着手段１２０によって定着され装置外へ排出される。
【００１５】
電子写真プロセス部にはさらにトナー濃度検出のためパッチセンサ１２２が１次転写ローラより下流で中間転写体１０６表面に対向する位置に設けられている。図２にパッチセンサ１２２の構成例を示す。
【００１６】
図２において、パッチセンサ１２２は発光素子１５１、受光素子１５２、集光レンズ１５３、結像レンズ１５４とホルダー１５５とからなっている。発光素子１５１から発射した光は集光レンズ１５３により照射面１５６に集光される。この照射面１５６上をトナーパッチが通過する。そして、照射面１５６で反射した光成分のうち正反射成分を除いた、いわゆる拡散反射成分が結像レンズ１５４を介して受光素子１５２に入射する。このようにして、照射面１５６の反射率が測定される。
【００１７】
中間転写体１０６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の基材上に、導電層としてアルミ蒸着膜を有し、さらにその上部を適当な抵抗に調整された表面抵抗層により被覆されている。ここで、本発明での表面抵抗層は、適当な抵抗に調整された導電性塗料中に白色顔料を分散し、更に近赤外増感剤または近赤外光吸収剤が分散されていることが特徴である。また、本発明ではベルトの基材としてＰＥＴを使用したが、プラスチックフィルム等の可撓性を有する材質ならいかなる基材でもよい。ＰＥＴ基材とアルミニウム蒸着層の替わりに金属材料の単体の厚膜、例えばニッケル電鋳ベルト等を使用しても良く、これらの膜を使用した場合はアルミニウム蒸着をする手間を省略できるので、簡単である。
【００１８】
このようにして作製される中間転写体１０６の反射率は、白色顔料である酸化チタン顔料の添加量で決定され、カラートナーと十分なコントラストが得られる十分な白色の、反射率７０％以上となることが望ましい。そのための酸化チタン顔料は２〜１０ｗｔ％とし、少なすぎると十分な白色が得られず反射率が低下してしまうという問題があり、多すぎると、基材からの剥離やクラックの発生など強度がなくなり、また、酸化チタン顔料どうしが凝集傾向にあり均一分散ができず、膜厚ムラや凝集体による突起ができるなど、平滑性に欠け、画像欠陥となって現れてしまうなどの問題がある。表面の平滑性は反射率にも寄与し、表面が荒れていると乱反射成分が増え、反射率が低下する。また表面が荒れていると、使用するトナーのフィルミングや異物の付着が発生しやすく、これにより反射率は低下する。また、この中間転写体１０６上に中間転写体クリーナ１１９で除去されないトナーが残留した場合、次の画像に致命的な欠陥が生じるので、中間転写体１０６は表面荒さがＲｚで０．５μｍ以下となるよう平滑なことが要求される。このように、中間転写体１０６の表層部には２〜１０ｗｔ％の白色顔料を含有させて反射率を大きくし、かつ、平滑にして反射率の変動を防止することが好ましい。尚、表層部の光学特性を維持するために、透明な保護層を設けても良い。
【００１９】
次に、トナー濃度検出について説明する。画像形成装置がトナーパッチ生成モードにある時、まず、トナー付着していない状態の領域からの反射光を受光素子で検出する。検出は、受光素子が光を受光した際発生する電流を電気信号に変換し、その電気信号をＡ／Ｄ変換することによってなされる。引き続き、像形成体上にイエロートナーのトナーパッチを形成し、このパッチからの反射光を受光素子で検出する。この検出結果と、トナー付着していない状態の検出結果と、予め格納された反射率に関係するデータとを比較演算し、検出結果をトナーパッチの反射率に関係する値に変換する。この結果に基づき、露光信号が生成されることで、画像形成動作の制御が行われる。この時、トナー付着していない状態の反射率とトナーパッチの反射率とのコントラストが大きい程、トナー濃度検出がし易く、精密な制御ができる。
【００２０】
ここで、一連のパッチ形成において、形成したトナーパッチは次の１次転写を通過するまでにパッチ検出が行われ、形成されたトナーパッチは装置外部へは出力されない。なお、通常画像形成モードにおいては、画像データをトナーパッチの検出結果に基づき露光信号として生成し、その信号に基づいて画像形成が行われる。なお、パッチの検出結果に基づき、露光条件だけでなく、帯電条件、現像条件、転写条件にもフィードバックし、より精密に画像形成動作の制御を行なう事ができる。
【００２１】
次に、像形成体上で作成されるトナーパッチについて説明する。作成されるパッチは、どのプロセスパラメータを制御するかで、その濃度が異なる。例えば、露光データの生成に用いるトナーパッチは、大きさ１０ｍｍ角程度で、低濃度パッチから高濃度パッチまで３〜１０個形成される。なお、低濃度パッチにはトナー未付着パッチも含まれる。また、現像バイアス決定のためのパッチは、比較的高濃度のトナーパッチで、現像バイアスを変えながら２〜５個形成される。これらのパッチは、カラートナー、黒トナーに関わらず像形成体のどの部分で形成されてもよい。
【００２２】
次に、本発明の像形成体である中間転写体でトナー濃度検出した実施例を説明する。
【００２３】
本実施例の中間転写体は、ＰＥＴを基材とした上にアルミ蒸着膜を有し、表面抵抗層には、導電剤で適当な抵抗に調整した、バインダー樹脂である二液硬化型ウレタン系の塗料中に、白色顔料として二酸化チタン、近赤外増感剤としてシアニン系色素を吸着させたものを使用した。他にも、白色顔料としては例えば、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛（ＩＩ）、リトポン（ＺｎＳ−ＢａＳＯ４）、鉛白、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化アンチモン（ＩＩＩ）等を使用することができる。また、近赤外増感剤以外にも、近赤外光吸収剤であるアントラキノン系化合物、シアニン系化合物、ジイモニウム系化合物、ポリメチン系化合物、アミニウム系化合物、フタロシアニン系化合物などが使用できる。アントラキノン系化合物は６５０〜８００ｎｍに、アミニウム系化合物は７５０ｎｍ〜２０００ｎｍに、ジイモニウム系化合物は８００〜１３００ｎｍにブロードな吸収帯をもっており、シアニン系化合物、ポリメチン系化合物は７５０〜１０００ｎｍの間で選択的に吸収し、分子吸光係数が大きい。これらを濃度検出のセンサ光に応じて選択し、白色顔料に吸着させたり、或いはそのまま混入して用いることができる。バインダー樹脂は、成膜性を有する電気絶縁性の大きい樹脂であれば幅広く使用できる。例えば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、アミノ樹脂などがあり、これらを単独にあるいは２種以上使用できる。また、表面の摩擦係数を下げるために滑剤としてＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素樹脂を混入すると、トナーのフィルミングや異物の付着を極力抑えることできるので望ましい。本実施例の像形成体では、これらの材料を表面抵抗層としてトナーパッチ生成領域、特にカラー及び黒トナーパッチに関わらず、また画像形成領域に関わらず簡単に塗布することができ、段差や継ぎ目がない均一な中間転写体とすることができる。
【００２４】
シアニン系色素はメタノール中で９２８ｎｍに吸収極大波長を有する、１−Ｅｔｈｙｌ−４−［７−（１−ｅｔｈｙｌ−４（１Ｈ）−ｑｕｉｎｏｌｙｄｅｎｅ）−１，３，５−ｈｅｐｔａｔｒｉｅｎｙｌ］ｑｕｉｎｏｌｉｎｉｕｍｉｏｄｉｄｅを採用した。また、パッチセンサは、カラーパッチの検出には発光素子として９５０ｎｍにピーク波長を有するＧａＡｓ赤外ＬＥＤを用い、黒トナーの検出には発光素子として５６５ｎｍにピーク波長を有するＧａＰ緑色ＬＥＤを用い、受光素子には可視光から近赤外光にかけてブロードな分光感度特性を示すＰＩＮホトダイオード（５６５ｎｍでの相対感度６８％、９５０ｎｍでの相対感度９５％）を図２に従ってそれぞれ設置し、用いた。
【００２５】
ここで本実施例の中間転写体とトナーの分光特性について、図３を用いて説明する。表面抵抗層中に前述の近赤外増感剤を存在させた中間転写体での分光特性２０１は、増感剤の効果によって９５０ｎｍ付近の近赤外光を吸収するため反射率が低くなる。なお、増感剤のピーク波長は、固体膜となった時溶液中より約３０ｎｍから８０ｎｍ長波長側に移動するとされている。これに対してマゼンタトナー２０２Ｍ、シアントナー２０２Ｃ、イエロートナー２０２Ｙなどカラートナーの反射率は、可視光域ではそれぞれの色で吸収波長が異なるために反射率も異なるが、近赤外光には吸収をもたないため全カラートナーとも反射率が高くなり、近赤外域、特に９５０ｎｍ付近での中間転写体とのコントラストが大きい。また、黒トナーの分光特性２０３は、トナー中のカーボンブラックにより全波長域にわたって光を吸収するため、可視光域での中間転写体とのコントラストが大きい。
【００２６】
次に、図４は本発明の中間転写体を用いて濃度検出した場合の、付着量と反射率の関係を示す図である。トナー付着量は現像バイアスを変化させることで調節し、反射率は図２に基づくセンサより受光した光電流を検出し、換算した。カラートナーは付着量が多くなるに従って近赤外増感剤を含有した中間転写体の表面を覆い、中間転写体が吸収する近赤外センサ光量はだんだん少なくなり、カラートナーの反射率２０４が高くなる。このときの中間転写体上のトナーが未付着の状態とトナーパッチとのコントラストは大きく、正確な検出ができ、センサはカラートナー用として発光素子、受光素子ともに１つづつあればよい。また、可視光の発光素子を用いて検出した黒トナーの反射率２０５では、中間転写体は光を反射する波長域であるため、トナー付着量の増加に従って、トナーが吸収するセンサ光量も増加するため、センサの検出から得られる黒トナーの反射率２０５は低くなる。この時、中間転写体と黒トナーパッチとのコントラストは大きく正確な検出ができ、センサは黒トナー専用であるため、光量調整のためのフィルターなど、他色トナーとの合わせ込みが不要となる。このように、２つのセンサ光にてトナーパッチの反射濃度を正確に測定でき、前述の濃度制御が精密にできることになる。
【００２７】
本実施例ではセンサをカラートナー用と黒トナー用と２つ設けたが、受光素子に関してはカラートナー用と黒トナー用を併用することもできる。受光素子を１つにすることでコストが安くなり、また、温度特性に対するキャリブレーションが容易となる。この時には不要な光を防ぐためのフィルターを設けると更に望ましい。
【００２８】
また、シアントナーは６００〜７００ｎｍの光を吸収し、この波長域にてマゼンタトナーとイエロートナーは高い反射率を示すため、赤色センサを用いて黒トナーと同様に検出することもできる。この場合、黒及びシアントナーの検出にはＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰなど安価な赤色ＬＥＤを用いることができる。シアントナーは、近赤外域において他のトナーに比べ反射率が完全には高くならずに長波長側へ移行するに従って緩やかに反射率が高くなるので、赤色領域の吸収を利用して検出することでより正確な検出が可能である。
【００２９】
また、本実施例では、像形成体として中間転写体を用いた例で説明してきたが、転写ドラム上のトナーパッチを検出する場合においても、同様な効果が発現することは言うまでもない。
【００３０】
また、本実施例においてはカーボンブラックを使用した黒トナーを前提として説明をしてきたが、カラートナー用顔料を混合させて黒に見えるよう調整したトナーを使用した場合や、ロイコ染料、ナフタレン環とアゾカップリングを有する黒色染料など、近赤外に吸収をもたないような材料を用いて着色したトナーの場合は、カラートナー、黒トナーともに同一のセンサで近赤外光を用いて検出することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のカラー画像形成装置では、トナー濃度を検出する像形成体は、近赤外域に極大吸収をもたせた白色顔料を主成分として含有しているので、像形成体はパッチ形成領域を塗り分ける必要がなく簡単で、センサは１つまたはカラートナー用と黒トナー用の２つだけでよく装置構成が簡単となり、像形成体とトナーパッチとのコントラストが大きく正確に付着量を検出でき、画像濃度を精密に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー画像形成装置の断面図。
【図２】本発明のカラー画像形成装置で使用可能なパッチセンサの概略図。
【図３】本発明のカラー画像形成装置で使用可能な中間転写体の分光特性を示す図。
【図４】本発明のカラー画像形成装置におけるトナー付着量と反射率の関係を示す図。
【符号の説明】
１０１感光体
１０２帯電ローラ
１０３露光手段
１０４折り返しミラー
１０５Ｙイエロー現像器
１０５Ｍマゼンタ現像器
１０５Ｃシアン現像器
１０５Ｋブラック現像器
１０６中間転写体
１０７１次転写ローラ
１０８１次転写用電源
１０９感光体クリーナー
１１０除電ランプ
１１１給紙手段
１１２給紙カセット
１１３被記録材
１１４レジストローラ対
１１５駆動ローラ
１１６２次転写ローラ
１１７２次転写用電源
１１８テンションローラ
１１９中間転写体クリーナー
１２０定着手段
１２１演算手段
１２２パッチセンサ
１５１発光素子
１５２受光素子
１５３集光レンズ
１５４結像レンズ
１５５ホルダー
１５６パッチ
２０１中間転写体の分光特性
２０２Ｃシアントナーの分光特性
２０２Ｍマゼンタトナーの分光特性
２０２Ｙイエロートナーの分光特性
２０３黒トナーの分光特性
２０４カラートナーの付着量と反射率
２０５黒トナーの付着量と反射率

Claims

像形成体上に形成されたトナー像の反射濃度を光学的に検出する検出手段と、その結果に基づいて画像形成条件を制御する制御手段を有するカラー画像形成装置において、前記像形成体は、近赤外域に極大吸収を持たせた白色顔料を含有し、かつ、前記検出手段は発光部と受光部とからなり、前記発光部は近赤外域に最大発光強度を持つ単一の光源、もしくは近赤外域に最大発光強度を持つ光源と、可視域に最大発光強度を持つ光源の２つの光源からなることを特徴とするカラー画像形成装置。
前記白色顔料が酸化チタン顔料であり、かつ、前記白色顔料には近赤外増感剤または近赤外光吸収剤を含むことを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
前記像形成体は、表層部に前記白色顔料を２〜１０ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。