JP3722453B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式により画像を形成する複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に装置内の環境条件を検知し、その結果に基づいて画像形成プロセス手段の少なくとも１つの因子を制御するようになした画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機などの画像形成装置で使用される転写紙は、その水分量により転写紙の搬送品質、特に感光体からの転写性能及び分離性能が著しく変化することがよく知られている。転写紙の水分量は周囲の環境とりわけ湿度により大きく変化し、転写紙の“コシ”の強弱に影響を及ぼすことが知られている。
また、画像形成の際に使用される現像剤の品質も湿度により変化し、画像濃度や階調性等が環境により大きく影響を受ける。また、現像剤の水分量によっては地肌汚れが発生することにもなる。
そこで、このような不具合を防止するために、画像形成装置内の環境変化が問題となる箇所に相対湿度や絶対湿度を測定するセンサを設け、このセンサの測定値に応じて転写条件、現像条件などを制御する方法が知られている。また、その際、転写紙の湿度を正しく測定できるように、センサを転写紙収容部の転写紙近傍に設置して測定する方法や、転写紙を加熱することにより水分を積極的に蒸発させて水分量を測定する方法などが用いられている。（特開平５−６１３６７号、特開平５−１１９６２２号、特開平５−３１３５１５号、等参照）
しかし、転写紙近傍に湿度センサを配置して転写紙の水分量を測定する場合においては、湿度センサは転写紙から蒸発した水分を含む雰囲気中にて湿度を測定しているため、蒸発により転写紙の水分量が減っているにも拘わらず、測定される湿度の値は逆に高くなるといった現象が生じることがある。
また、転写紙に強制的に熱を与えて蒸発する水蒸気量を湿度センサで検知するする場合、転写紙中に含まれている水分量を正確に測定するためには、測定の際に転写紙に与える熱量を一定に保つ必要があるが、画像形成装置内には熱源となる要素が複数存在し、これら熱源の発熱量や画像形成装置が置かれている環境は変化するので、転写紙に与える熱量を常に一定に保ちつつ測定することは困難である。そのため、転写紙に与える熱量を制御したり測定値の補正を行ったりする手段が必要となるが、様々な要因により変化する熱量の制御や測定値の補正をリアルタイムで実施することは難しい。
そこで、一定温度（大半は１７０℃位）に制御されている定着ユニットの熱を利用して転写紙を加熱することにより、転写紙に与える熱量の変動を防止し、定着ユニット通過時に転写紙から発生する水蒸気雰囲気の湿度を測定する方法が提案された。この方法では、移動中の転写紙から蒸発する水蒸気雰囲気の湿度をすばやく検知する必要があるため、湿度センサとして、２００℃の雰囲気中でも１秒以下という短時間で応答する熱伝導タイプの半導体型絶対湿度センサを採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、転写紙の水分量を測定するためのセンサ類は画像形成装置の内部に設置しなければならず、どうしても装置内部の温度変化により湿度変化が生じる。すなわち、図９に示すように絶対湿度は温度によって変化し、温度が高い程その変化の度合いが大きくなる。このため、転写紙の状態、特に水分量を正確に把握し、転写紙の特性に合わせて画像形成プロセスを適切に制御することは難しい。また、転写紙を加熱することにより水分を積極的に蒸発させて水分量を測定する場合、加熱によって転写紙の特性を変えてしまう、いわゆる破壊検知となる場合がある。
そこで本発明の解決すべき課題は、あらゆる環境下において転写紙の特性に合わせて画像形成プロセス手段を適切に制御できる画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するための絶対湿度センサを含む複数の環境値測定手段を備え、そのうちの一つ又は複数の環境値測定手段により測定した環境値に基づいて環境条件を算出し、算出した環境条件に応じて画像形成プロセス手段の少なくとも一つの因子を制御しつつ画像を形成する画像形成装置において、前記画像を形成する転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に前記複数の環境値測定手段を配置し、前記画像形成プロセス手段の少なくとも一つの制御因子を制御する際に、前記絶対湿度センサによる絶対湿度測定データと前記温度センサによる温度測定データとを用いて環境値として転写紙の水分量値を算出し、この算出結果に応じて前記画像形成プロセス手段の制御因子を制御する制御値を補正するようになしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するためのセンサを含む複数の環境値測定手段を備え、そのうちの一つ又は複数の環境値測定手段により測定した環境値に基づいて環境条件を算出し、算出した環境条件に応じて画像形成プロセス手段の少なくとも一つの因子を制御しつつ画像を形成する画像形成装置において、前記画像を形成する転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に前記複数の環境値測定手段を配置し、前記センサによる絶対湿度測定データに基づいて、前記画像形成プロセス手段の一部をなす転写プロセス手段の少なくとも一つの制御因子の制御値を仮に設定し、この仮に設定した制御値に基づいて制御を開始するとともに前記温度センサによる温度測定を実施し、この時の温度測定データに基づいて前記仮に設定した制御値を補正するようになしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の画像形成装置において、前記制御値は前記転写プロセス手段に印加するバイアス電圧値であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例を示す画像形成装置の内部透視正面図、図２は図１に示す画像形成装置の要部を示す概略正面図である。この例では画像形成装置の一例としてカラー複写機の構成が示されている。
このカラー複写機１００は、カラースキャナユニット２０、カラープリンタユニット３０、給紙ユニット４０、図示しない画像処理ユニット等からなっている。
カラースキャナユニット２０は、コンタクトガラス２０ａ上の原稿（Ｏ）の画像を、照明ランプ２０ｂ、ミラー群２０ｃ及びレンズ２０ｄを介してカラーセンサ２０ｅ上に結像して、原稿（Ｏ）の読み取り画像を例えばブルー（Ｂｌｕｅ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）、レッド（Ｒｅｄ）の色分解光毎に読み取り、電気的な信号に変換する。
カラースキャナユニット２０で得たブルー（Ｂｌｕｅ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）、レッド（Ｒｅｄ）の色分解画像信号強度レベルをもとにして、図示しない画像処理ユニットで色変化処理を行い、ブラック（Ｂｌａｃｋ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）のカラー画像データを得る。
この画像信号は、カラープリンターユニット３０において光信号に変換され、レーザ光にて原稿（Ｏ）の読み取り画像に対応した光書き込みをポリゴンミラー３０ａ、ｆ／θレンズ３０ｂ、反射ミラー３０ｃを介して行い、帯電装置７によって一様に帯電処理された像担持体１の表面に静電潜像が形成される。
図示の矢印Ａ方向に回転する像担持体１（感光体ドラム）上に形成された複数の異なる色、すなわちブラック（Ｂｌａｃｋ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）の各カラー画像の静電潜像は、所定間隔で配置された複数の現像器（ブラック）２ａ、現像器（シアン）２ｂ、現像器（マゼンタ）２ｃ、現像器（イエロー）２ｄからなる現像ユニット（現像プロセス手段）２で現像される。
【０００６】
各現像像の転写を受ける中間転写ベルト３は、像担持体１に対向するベルト転写ローラ４、テンションローラ５及びベルト駆動ローラ６ａに張架されており、ベルト駆動ローラ６ａを介して駆動手段６により回動駆動されるとともに、接離手段７の接離動作によって像担持体１に対して接離するように構成されている。
この画像形成装置は、例えば中間転写ベルト３上のＢｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの各画像の転写位置ずれを防止するためにスイッチバック方式を採用する。スイッチバック方式は、中間転写ベルト３をフォワード方向に回転させ、像担持体１に当接させた後で、像担持体１上の一色目のトナー像を中間転写ベルト３上に転写する。次に、像担持体１から中間転写ベルト３を離間させ、フォワード方向に回転した分だけリターン方向に回転させ、２色目のトナー像の転写位置を合わせる。この作業を４回繰り返すことにより、中間転写ベルト３上に画像を形成する。
中間転写ベルト３上に形成された４色重ねのカラーのトナー像は、給紙ユニット４０から給紙搬送されてレジストローラ対３０ｅによって同期して送り込まれる転写紙（Ｐ）に、紙転写ローラ（転写プロセス手段）１０によって転写される。紙転写ローラ１０の直下流側には、転写紙（Ｐ）を中間転写ベルト３及び紙転写ローラ１０から分離させる分離チャージャ１２が設けられている。
４色重ねのカラーのトナー像が転写された転写紙Ｐは、搬送ユニット３０ｆで定着ユニット（定着プロセス手段）１１に搬送されて、定着ローラ対１１ａによりトナー像が溶融定着した後に、排紙ローラ対３０ｄによって排紙されて図示しない排紙トレイ上に収納されるようになっている。
上記一連の画像形成プロセスの際、像担持体１の表面に残留したトナーは感光体クリーニングユニット８により適宜清掃除去され、中間転写ベルト３上に残留したトナーはベルトクリーニングユニット９により適宜清掃除去される。
【０００７】
図３は図１の画像形成装置の要部を示す部分拡大図である。図中、１３は手差しテーブルであり、この手差しテーブル１３からレジストローラ対３０ｅを経て現像位置である中間転写ベルト３と紙転写ローラ１０とのニップ部へ転写紙Ｐを搬送する搬送経路１４の下方近傍であって、給紙ユニット４０から給紙された転写紙Ｐを上記搬送経路１４へ導くガイド板１９、中間ローラ１５等が設けられた搬送経路１６の装置内方近傍には、絶対湿度を測定する湿度センサ１７と温度センサ１８とが上下に近接させて配置されている。この位置は、転写紙Ｐが最も周囲の環境の影響を受ける位置であり、且つ装置内の環境の影響を受けにくい位置である。
上記のように湿度センサ１７と温度センサ１８とを近接させて配置した理由は、測定技術上画像形成装置内の湿度値を一律に正確に測定することが困難なためである。すなわち、画像形成装置内には定着ユニット１１等の発熱源が所々にあり、オゾンやトナー回収処理のための気流が形成されているため、温度、湿度が均一な場所が殆どなく、しかも湿度が温度により大きく変化するためである。上記湿度センサ１７や温度センサ１８には、測定精度の高い精度サーミスタ型のセンサなどが使用される。
【０００８】
この実施の形態では、環境条件算出の便利性から湿度センサ１７として直接絶対湿度値を検知できる絶対湿度センサを用いているが、相対湿度を測定する湿度センサを用いて絶対湿度値を求める場合は、温度の測定値に相当する“１００％ＲＨ”時の絶対湿度値を図９のグラフから求め、これに相対湿度値を掛けることにより求められる。
したがって、温度の測定値に相当する“１００％ＲＨ”時の絶対湿度値を求めるための近似式を作成して、これを画像形成装置の制御部のＲＯＭに格納しておき、制御部のＣＰＵがこの近似式を用いて相対湿度値から絶対湿度値を求めるようにしておけば、絶対湿度センサよりも安価な相対湿度センサでも十分代用できる。特に、帯電ユニット７や現像ユニット２などのように相対湿度値が支配的な場合は、安価な相対湿度センサを用いて環境条件を算出すればよい。
【０００９】
図４にこの実施の形態の画像形成装置の制御機構の構成を示す。図中、２１は画像形成装置の制御部に設けられたＣＰＵであり、ＣＰＵ２１は、湿度センサ１７からの絶対湿度値と温度センサ１８からの温度値とを入力とし、所定の制御プログラムを実行して、帯電チャージャ７、現像ユニット２、ベルト転写ローラ４、紙転写ローラ６ａなど、この画像形成装置の画像形成プロセス手段を構成する各要素へそれぞれ制御信号を出力する。
特に、湿度センサ１７からの絶対湿度値と温度センサ１８からの温度値とを用いて後述するファジー演算を実行することにより、転写紙Ｐの水分量に応じた制御値を求め、これを紙転写ローラ１０の制御信号として出力する。この制御信号は、バイアス電源２２により約１０００倍に昇圧されて紙転写ローラ１０に印加される。
その際、図５に例示するように、紙転写ローラ１０に印加されるバイアス電圧が転写紙Ｐの水分量に応じて複雑に変化し、且つ環境条件により大きく変動するようにファジー演算が行われる。
したがって、中間転写ベルト３からの転写性能が転写紙Ｐの水分量によって複雑に推移し、尚かつ温度により大きく変動する紙転写プロセスにおいては、制御因子であるバイアス電圧を制御する際に、上記のように環境条件すなわち温度変化による絶対湿度の変化を考慮したファジー演算によって制御値を求めることが最も有効である。この方式を用いることで、転写紙Ｐの水分量と湿度センサ１７からにより得られる絶対湿度値とを容易に整合させることが可能となる。
【００１０】
このように、画像形成プロセス手段の一つである紙転写ローラ１０の制御因子であるバイアス電圧を、湿度センサ１７からの絶対湿度値に基づいて制御する際に、更に温度センサ１８により温度を測定し、この温度値に基づいて制御値を補正、すなわちこの例では温度変化による絶対湿度の変化を考慮したファジー演算によって制御値を求めることで、あらゆる湿度及び温度条件下において転写紙Ｐの特性に合わせて紙転写プロセスを適切に制御できる。
したがって、転写紙を加熱することにより水分を強制的に蒸発させて水分量を測定するといった手法を用いる必要がないので、従来技術の説明で述べたような破壊検知となることもない。
なお、図４中に記載されている除電ユニット１２は、転写後の転写紙Ｐに帯電した電荷をトナーに影響されない分だけ除電させ、後の搬送及び定着プロセスの際に放電（剥離放電）等の画像に悪影響を及ぼす現象の発生を防止するために設けられたものである。
また、紙転写ローラ１０に流す適切な電流値と転写紙Ｐの水分量との関係として調べた結果、適切な電流値は環境条件によらず一定であることが確認された。しかし、各種転写紙への対応性を考慮しなければならないため、図５に示すように環境条件により電圧値を制御している。
また、環境条件と転写紙の水分量との関係は明確ではなく数式化することが難しいので、絶対湿度が高くなると転写紙水分量も増える傾向にあることを考慮して関係を概略的に数式化し、数式中の各種係数は画像形成装置の各プロセス手段の動作条件を鑑みて決定した。
【００１１】
図６に示すように、上記ＣＰＵ２１内にはファジー制御ブロックが設けられており、湿度センサ１７からの絶対湿度値と温度センサ１８からの温度値とをファジー制御ブロックに入力し、ここで絶対湿度値及び温度値に関するメンバシップ関数に従ったファジー演算を実行することにより、転写紙Ｐの水分量に応じた制御値を求め、これをバイアス電圧制御信号として出力する。
図７はこの実施の形態のファジー制御におけるメンバシップ関数を例示した説明図、図８はファジー規則（ルール）を例示した説明図である。この実施の形態の画像形成装置は、これらのメンバシップ関数及びファジー規則に従ってファジー演算を実行することによりプロセス制御を行う。以下、その際の動作を説明する。
画像形成装置はメイン電源が投入されてから所定時間後に測定モードに入り、湿度センサ１７からの絶対湿度値と温度センサ１８からの温度値とをファジー制御ブロックに入力して紙転写ローラ１０への制御信号を求める。その後、例えば３０分間隔で測定を行い、次のプロセス実行に先だって、通常制御値の１／２の制御値を出力する。ただし、画像形成装置のプロセス手段実行中及び実行停止後１時間は測定モードに入ることを禁止している。
【００１２】
ＣＰＵ２１に入力された絶対湿度値と温度値は、図７に示したそれぞれのメンバシップ関数のメンバシップ値として現される。このメンバシップ値の低い方の値をとって（ミニマム演算）、図８のルールに従ってバイアス制御信号のメンバシップ値を求める。同様に、全ての条件についてバイアス制御信号のメンバシップ値を求め、各メンバシップ関数のメンバシップ値が最も高い値（マックス演算）をその関数のメンバシップ値として選び、和集合をとってその重心点を求める。この時のバイアス制御信号値が求める制御値となる。そして、この制御値のバイアス制御信号が前述のごとくバイアス電源２２で約１０００倍の電圧に増幅されて紙転写ローラ１０へ印加される。その際、転写紙Ｐが転写位置に進入する直前でバイアス電源２２をオンして紙転写ローラ１０にバイアス電圧を印加し、転写位置を通過した直後でオフするようにＣＰＵ２１がバイアス電源２２を制御する。
なお、上記実施の形態では、ファジー演算により制御時における制御値を求めるようにしたが、湿度センサ１７による湿度測定データに基づいて紙転写ローラ１０に印加するバイアス電圧制御値を仮に設定し、この仮に設定した制御値に基づいて制御を開始するとともに、温度センサ１８による温度測定を実施し、この時の温度測定データに基づいて仮に設定した制御値を補正することによっても、あらゆる環境条件下において転写紙の特性に合わせて転写条件を適切に制御でき、種々の転写紙の画像品質、搬送品質を向上させることができる。
また、上記実施の形態では、画像形成プロセス手段の制御因子として、紙転写ローラ１０のバイアス電圧を制御する場合を例にとり説明したが、他の制御因子、例えば転写紙Ｐの給紙コロ圧値、定着ユニット１１における転写紙搬送速度、帯電ユニット７によるチャージ電流値、除電ユニット１２の作動タイミング等、種々の因子の制御が可能である。 また、上記実施の形態では、デジタル複写機に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくアナログ複写機にも適用できるものである。また、デジタル複写機の機能とプリンタ装置やファクシミリ装置等の機能とを兼ね備えたデジタル複合機にも適用できるものである。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下のような優れた効果を発揮する。
請求項１に記載の発明によれば、装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するための絶対湿度センサを含む複数の環境値測定手段を画像が形成される転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に配置し、画像形成プロセス手段の少なくとも一つの制御因子を制御する際に、絶対湿度センサによる絶対湿度測定データと温度センサによる温度測定データとを用いて環境値として転写紙の水分量値を算出し、この算出結果に応じて画像形成プロセス手段の制御因子を制御する制御値を補正するようにしたので、画像形成プロセス手段の環境変動が絶対湿度に起因し、この絶対湿度値が装置内の温度により変動する場合でも、制御因子を制御するための環境値を精度良く安定して算出できるので、この算出結果に応じて制御値を補正することにより、あらゆる環境条件下において転写紙の特性に合わせて画像形成プロセス手段を適切に制御でき、種々の転写紙の画像品質、搬送品質を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するためのセンサを含む複数の環境値測定手段を画像が形成される転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に配置し、センサによる湿度測定データに基づいて画像形成プロセス手段の一部をなす転写プロセス手段の少なくとも一つの制御因子の制御値を仮に設定し、この仮に設定した制御値に基づいて制御を開始するとともに、温度センサによる温度測定を実施し、この時の温度測定データに基づいて前記仮に設定した制御値を補正することにより、あらゆる環境条件下において転写紙の特性に合わせて転写手段を適切に制御でき、種々の転写紙の画像品質、搬送品質を向上させることができる。
また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の画像形成装置において、前記転写手段をなす転写ローラに印加するバイアス電圧値を制御因子として制御することにより、あらゆる環境条件下において転写紙の特性に合わせて転写手段を適切に制御でき、種々の転写紙における転写時の転写効率を向上するとともに、ボソツキ画像等の発生を抑えて画像品質の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す画像形成装置の内部透視正面図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の要部を示す概略正面図である。
【図３】図１の画像形成装置の要部を示す部分拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態の画像形成装置の制御機構の構成図である。
【図５】転写紙の水分量に応じた紙転写ローラへのバイアス電圧の印加条件を例示したファジー制御特性図である。
【図６】図４中に示す制御機構の要部構成図である。
【図７】本発明の実施の形態のファジー制御におけるメンバシップ関数を例示した説明図である。
【図８】本発明の実施の形態のファジー規則を例示した説明図である。
【図９】温度による絶対湿度の変化特性を例示した図である。
【符号の説明】
１ 像担持体、２ 現像器（現像プロセス手段）、３ 中間転写ベルト、４ベルト転写ローラ、６ａ ベルト駆動ローラ、８ 感光体クリーニングユニット、９ ベルトクリーニングユニット、１０ 紙転写ローラ（転写プロセス手段）、１１ 定着ユニット（定着プロセス手段）、１２ 分離チャージャ、１４ 搬送経路、１６ 搬送経路、１７ 湿度センサ、１８ 温度センサ、２０ カラースキャナユニット、２０ｅ カラーセンサ、２１ ＣＰＵ、２２ バイアス電源、３０ カラープリンタユニット、３０ｆ 搬送ユニット、４０ 給紙ユニット、１００ カラー複写機（画像形成装置）、Ｏ 原稿、Ｐ 転写紙。

Claims (3)

1. 装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するための絶対湿度センサを含む複数の環境値測定手段を備え、そのうちの一つ又は複数の環境値測定手段により測定した環境値に基づいて環境条件を算出し、算出した環境条件に応じて画像形成プロセス手段の少なくとも一つの因子を制御しつつ画像を形成する画像形成装置において、
   前記画像を形成する転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に前記複数の環境値測定手段を配置し、
   前記画像形成プロセス手段の少なくとも一つの制御因子を制御する際に、前記絶対湿度センサによる絶対湿度測定データと前記温度センサによる温度測定データとを用いて環境値として転写紙の水分量値を算出し、この算出結果に応じて前記画像形成プロセス手段の制御因子を制御する制御値を補正するようになしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 装置内の温度を測定するための温度センサと、装置内の絶対湿度を測定するためのセンサを含む複数の環境値測定手段を備え、そのうちの一つ又は複数の環境値測定手段により測定した環境値に基づいて、環境条件を算出し、算出した環境条件に応じて画像形成プロセス手段の少なくとも一つの因子を制御しつつ画像を形成する画像形成装置において、
   前記画像を形成する転写紙が周囲の環境の影響を受ける位置で、且つ、前記装置内の環境の影響を受けにくい位置に前記複数の環境値測定手段を配置し、
   前記センサによる絶対湿度測定データに基づいて前記画像形成プロセス手段の一部をなす転写プロセス手段の少なくとも一つの制御因子の制御値を仮に設定し、この仮に設定した制御値に基づいて制御を開始するとともに前記温度センサによる温度測定を実施し、この時の温度測定データに基づいて前記仮に設定した制御値を補正するようになしたことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記制御値は前記転写プロセス手段に印加するバイアス電圧値であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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