JP3781070B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜像担持体上に形成されたトナーパッチに光を照射し、前記トナーパッチから反射される光を検出し、その結果に基づいて画像形成条件を制御する電子写真プロセスを用いたプリンタ、ファクシミリ、複写機等のカラー画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置は高解像度化が比較的容易であることと普通紙対応可能という長所を生かし実用化されている。しかし、電子写真プロセスは粉体・静電気を用いるため温湿度環境や耐久によらず画像濃度を一定に保つことが困難である。特にカラー画像形成装置はイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー（以降、これらトナーを総称してカラートナーとする）とブラックトナーの４種類のトナーを用いるため色濃度を常に安定化するのは極めて困難である。
【０００３】
そこで、従来は以下の技術が提案されている。
【０００４】
（１）特開昭５９−１３２６４号公報に記載されるように像担持体から中間転写体上へ転写された現像剤量を検知しその検知結果にもとずき転写効率を変化させる手段を制御することにより画像濃度を安定化していた。
【０００５】
（２）特開平５−１６５２９３号公報に記載されるように転写前に配置された画像濃度検知手段により感光体上のトナー量を検知しその検知濃度に応じて帯電電位、露光電位を第２の設定値に設定することにより画像濃度を安定化していた。
【０００６】
（３）特開平７−３１９２３４号公報に記載されるように感光体上および転写材搬送材上のトナー濃度の比により転写電流値を制御することにより画像濃度を安定化していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に中間転写体は樹脂中にカーボンを分散することにより導電処理を行なうため黒色であることが多く、従来技術（１）で述べた方法では、ブラックトナー濃度を検出することが困難であった。導電材にＩＴＯなどを用いることにより白色の中間転写体とした場合、逆にカラートナー濃度を検出することが困難であった。全てのトナー濃度を検出するために中間転写体を塗り分けトナーパッチを所定の位置に形成することが考えられるが中間転写体のコストアップ、塗り分け部の転写性の差によるＳ／Ｎの低下、塗り分けを印刷などで行なった場合、段差ができその結果、中間転写体をクリーニングするクリーニングブレードの寿命が低下することがあった。
【０００８】
また、（２）で述べた方法では転写前のトナー濃度検出となるため転写効率が全く変動しないシステムにおいては有効であるが転写効率はトナーの色、帯電量や環境等により変動するため転写材上のトナー濃度との対応が不十分であった。また、センサの位置が現像機の下に位置することが多く、長期間使用時には現像器からこぼれたトナーがセンサに付着し、Ｓ／Ｎが低下するという課題を有していた。
【０００９】
また、（３）で述べた方法では感光体上および転写材搬送材上の最低２箇所にセンサが必要となるためコスト、装置サイズの点で問題があった。また、現像量（現像後、転写前トナー量）が変動した場合、転写材上の濃度が変動するという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トナーの色によらず低コスト、省スペースで高精度な濃度検出を行いプロセスの変動を補正することにより色濃度を安定化し信頼性の高いカラー画像形成装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本第１発明はこのような課題を解決するためのカラー画像形成装置として、感光体上に潜像を書き込む露光手段と、潜像をブラックおよびカラートナーにより顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を像担持体上に静電的に転移させる転写手段と、画像形成に先立ち形成された複数のトナーパッチの濃度を前記転写手段を経た後の前記感光体上において検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の結果にもとずき前記転写手段後の前記感光体上のトナー濃度を変更する濃度変更手段を有し、感光体上に潜像を書き込む露光手段と、潜像をブラックおよびカラートナーにより顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を像担持体上に静電的に転移させる転写手段と、画像形成に先立ち形成された複数のトナーパッチの濃度を前記転写手段を経た後の前記感光体上において検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の結果にもとずき前記転写手段後の前記感光体上のトナー濃度を変更する濃度変更手段を有し、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する際に各トナーパッチ毎に異なる前記転写手段に印加されるバイアスがトナーと同極性バイアス（Ｖc）および逆極性バイアス（Ｖt）であり、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する時のバイアスが｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜であることを特徴する。
以上
【００１７】
本第２発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記現像手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする。
【００１８】
本第３発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記露光手段の露光エネルギーを変更する手段であることを特徴とする。
【００１９】
本第４発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記転写手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする。
以上
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施例をなす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。
【００２２】
まず、この電子写真プロセス部の構成とその画像形成時の動作を説明する。帯電ローラ１０２は不図示の電源の電界の作用によって感光体１０１を均一なある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度の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。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、イエロートナー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに現像用電源１２３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。現像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る。感光体１０１上の転写残りトナーは、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トナー現像器１０５Ｍ、シアントナー現像器１０５Ｃ、ブラックトナー現像器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。この間、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、紙やＯＨＰなどの転写材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次転写部では転写材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、転写材１１３は定着手段１２０によって定着され装置外へ排出される。
【００２３】
電子写真プロセス部にはさらにトナー濃度検出手段としてパッチセンサ１２２が１次転写ローラ１０７より下流で感光体１０１表面に対向する位置に設けられている。そして、その検出結果をもとに画像濃度を変更する手段として、現像用電源１２３の電圧を制御することにより現像量を調整する、露光エネルギーを変更する手段１２４により感光体１０１上の電位を制御し現像量を調整する、１次転写用電源１０８の電圧を制御することにより転写効率を調整する、各手段が設けられている。
【００２４】
図２にパッチセンサ１２２の構成例を示す。
【００２５】
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。
【００２６】
パッチセンサ１２２で検出された濃度（反射率）をもとに画像濃度を安定化するためのパッチ作成から印字動作にいたるシーケンスを以下に述べる。
【００２７】
まず、１ｃｍ角程度の複数個のソリッドパターンのイエローカラーパッチが感光体１０１上に形成され、転写効率が略０から通常印字時の転写効率である８０〜１００％となるバイアスに段階的に設定されている１次転写部を通過する。１例として４個のカラーパッチを作成し、それぞれ、−２００Ｖ、４００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖの電圧を１次転写用電源１０８より出力する。
【００２８】
１次転写部を通過したイエロ−カラーパッチは、先に述べた構成のパッチセンサ１２２にて反射率が測定され、転写効率が略０の時のバイアス（−２００Ｖ）で通過したトナーの反射率からイエロー現像量（記号Ｍyであらわす）、例えば０．５ｍｇ／ｃｍ2が検出される。また、４００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖで通過した転写残りトナーの反射率と検出された現像量から各々のバイアスにおけるイエロートナーの転写効率（記号ηyであらわす）、例えば各々８０％、９５％、９０％が検出でき、画像形成時には最も転写効率のよいバイアス（６００Ｖ）を選択する。転写効率が略０の時のバイアス（記号Ｖcであらわす）の極性はトナーと同極性とし、最も転写効率のよいバイアス（記号Ｖtであらわす）の極性はトナーと反対極性とする。また、Ｖｃは、電荷注入による逆極性トナーをつくらないように｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜とすることが好ましい。Ｍy×ηy（０．５×０．９５）により中間転写体１０６上に付着するイエロートナー量（記号Ｄyであらわす）０．４７５ｍｇ／ｃｍ2が計算でき、あらかじめ定めた範囲、例えば０．４５〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため、次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｄyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＤyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００２９】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成し中間転写体１０６上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００３０】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより中間転写体１０６上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定したものとなり、ひいては、転写材上の濃度も安定することが確認された。
【００３１】
図３は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。先に述べた実施例との違いは転写材１１３を誘電体ドラム５０１に巻き付け転写材上で色重ねをする点である。
【００３２】
まず、装置の動作を説明する。転写材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、転写材担持体である誘電体ドラム５０１に転写材吸着用電源５０３がコロナ帯電器５０２に交流電圧を重畳した電圧を出力しその静電力により吸着される。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。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒｉｎｃｈ）の解像度の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（例えば−１００Ｖ）が形成される。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現像用電源１２３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、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネイト等の誘電体ドラム５０１上に吸着された転写材１１３上に導電性ブレード５０４にトナーと逆極性のバイアスが転写用電源５０５より印加されその電界の作用により転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、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。同様の動作を誘電体ドラム５０１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、誘電ドラム５０１に吸着された転写材１１３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。フルカラー画像が形成された転写材１１３は、除電用電源５０７からコロナ帯電器５０６に印加される交流重畳した電界の作用により誘電体ドラム５０１から除電、剥離された後、転写材搬送ベルト５０８により搬送され定着手段１２０にて定着後装置外に排出される。
【００３３】
電子写真プロセス部にはさらにトナー濃度検出手段としてパッチセンサ１２２が導電性ブレード５０４より下流で感光体１０１表面に対向する位置に設けられている。そして、その検出結果をもとに画像濃度を変更する手段として、現像用電源１２３の電圧を制御することにより現像量を調整する、露光エネルギーを変更する手段１２４により感光体１０１上の電位を制御し現像量を調整する、転写用電源５０５の電圧を制御することにより転写効率を調整する、各手段が設けられている。
【００３４】
パッチセンサ１２２で検出された濃度（反射率）をもとに画像濃度を安定化するためのパッチ作成から印字動作にいたるシーケンスを以下に述べる。
【００３５】
まず、１ｃｍ角程度の複数個のソリッドパターンのイエローカラーパッチが感光体１０１上に形成され、転写効率が略０から通常印字時の転写効率である８０〜１００％となるバイアスに段階的に設定されている転写部を通過する。１例として４個のカラーパッチを作成し、それぞれ、−５００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖの電圧を転写用電源５０５より出力する。
【００３６】
１次転写部を通過したイエロ−カラーパッチは先に述べた構成のパッチセンサ１２２にて反射率が測定され、転写効率が略０の時のバイアス（−５００Ｖ）で通過したトナーの反射率からイエロー現像量（記号Ｍyであらわす）、例えば０．５ｍｇ／ｃｍ2が検出される。また、６００Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖで転写部を通過した転写残りトナーの反射率と検出された現像量から各々のバイアスにおけるイエロートナーの転写効率（記号ηyであらわす）、例えば各々８０％、９５％、９０％が検出でき、画像形成時には最も転写効率のよいバイアス（８００Ｖ）を選択する。転写効率が略０の時のバイアス（記号Ｖcであらわす）の極性はトナーと同極性とし、最も転写効率のよいバイアス（記号Ｖtであらわす）の極性はトナーと反対極性とする。また、Ｖｃは、電荷注入による逆極性トナーをつくらないように｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜とすることが好ましい。Ｍy×ηy（０．５×０．９５）により誘電体ドラム５０１上に付着するイエロートナー量（記号Ｄyであらわす）０．４７５ｍｇ／ｃｍ2が計算でき、あらかじめ定めた範囲、例えば０．４５〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｄyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＤyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００３７】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成し誘電ドラム５０１上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００３８】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより誘電ドラム５０１上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定したものとなり、ひいては、転写材上の濃度も安定することが確認された。
【００３９】
次に中間転写体もしくは誘電ドラム上の転写材に一端転写されたトナーが複数回感光体と接触するうちに徐々に感光体にもどされる現象（以後、逆転写現象と呼ぶ）が顕著なプロセスにおける制御方法を説明する。この逆転写現象はトナーの帯電量が低い、中間転写体・転写材の粗さが粗い、それら抵抗値が低い場合に顕著である。
【００４０】
そこで、図３を用いて先に説明したプロセスにおいて表１に示すようにあらかじめ把握しておいた逆転写する量を次式にて演算することにより最終出力である転写材上のトナー付着量（イエロートナー付着量、記号Ｐy）を予測することができる。
【００４１】
【００４２】
【表１】
【００４３】
次にＰyがあらかじめ定めた範囲、例えば０．３５〜０．４０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため、次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｐyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＰyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００４４】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成して誘電体ドラム５０１上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkおよび表１のデータからＰｍ、Ｐｃ、Ｐｋをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００４５】
なお、表１のデータは、温湿度環境や紙の種類、トナー帯電量を検知して書き換えることにより転写材上のトナー量をさらに精度よく予測できる。
【００４６】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより転写材１１３上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定することが確認された。
【００４７】
以上、２つの方式（中間転写方式、転写ドラム方式）を用いて本発明を説明してきたが、実施の形態はこれらに限られるものではなく、転写後の感光体上のトナー濃度を検出する構成であれば例えばタンデム方式のものや感光体上色重ね方式のカラー画像形成装置にも適用できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１または５によると、感光体上のトナーパッチ濃度を検出するためトナーの色によらず検出が可能となる。また、転写後の感光体上の濃度を検出することにより最終出力である転写材上の濃度と近い濃度を検出でき、高精度なトナーパッチ濃度検出ができるとともに濃度変更手段によりその濃度を所定値に制御するため安定した色濃度が確保できる。
【００４９】
また、本発明の請求項２または７によると、現像手段に印加するバイアスを変更する手段により現像量を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５０】
また、本発明の請求項３または８によると、露光エネルギーを変更する手段により現像量を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５１】
また、本発明の請求項４または９によると、転写手段に印加するバイアスを変更する手段により転写効率を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５２】
また、本発明の請求項６によると、転写効率が略０の時のバイアスと転写効率が最大の時のバイアスを最適化したため転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５３】
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例をなす中間転写体を用い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。
【図２】パッチセンサの構成例を示す図。
【図３】本発明の一実施例をなす転写ドラムを用い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。
【符号の説明】
１０１ 感光体
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
１０７ １次転写ローラ
１０８ １次転写用電源
１２２ センサ手段
１２３ 現像用電源
１２４ 露光エネルギー変更手段
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 照射面
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜像担持体上に形成されたトナーパッチに光を照射し、前記トナーパッチから反射される光を検出し、その結果に基づいて画像形成条件を制御する電子写真プロセスを用いたプリンタ、ファクシミリ、複写機等のカラー画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置は高解像度化が比較的容易であることと普通紙対応可能という長所を生かし実用化されている。しかし、電子写真プロセスは粉体・静電気を用いるため温湿度環境や耐久によらず画像濃度を一定に保つことが困難である。特にカラー画像形成装置はイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー（以降、これらトナーを総称してカラートナーとする）とブラックトナーの４種類のトナーを用いるため色濃度を常に安定化するのは極めて困難である。
【０００３】
そこで、従来は以下の技術が提案されている。
【０００４】
（１）特開昭５９−１３２６４号公報に記載されるように像担持体から中間転写体上へ転写された現像剤量を検知しその検知結果にもとずき転写効率を変化させる手段を制御することにより画像濃度を安定化していた。
【０００５】
（２）特開平５−１６５２９３号公報に記載されるように転写前に配置された画像濃度検知手段により感光体上のトナー量を検知しその検知濃度に応じて帯電電位、露光電位を第２の設定値に設定することにより画像濃度を安定化していた。
【０００６】
（３）特開平７−３１９２３４号公報に記載されるように感光体上および転写材搬送材上のトナー濃度の比により転写電流値を制御することにより画像濃度を安定化していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に中間転写体は樹脂中にカーボンを分散することにより導電処理を行なうため黒色であることが多く、従来技術（１）で述べた方法では、ブラックトナー濃度を検出することが困難であった。導電材にＩＴＯなどを用いることにより白色の中間転写体とした場合、逆にカラートナー濃度を検出することが困難であった。全てのトナー濃度を検出するために中間転写体を塗り分けトナーパッチを所定の位置に形成することが考えられるが中間転写体のコストアップ、塗り分け部の転写性の差によるＳ／Ｎの低下、塗り分けを印刷などで行なった場合、段差ができその結果、中間転写体をクリーニングするクリーニングブレードの寿命が低下することがあった。
【０００８】
また、（２）で述べた方法では転写前のトナー濃度検出となるため転写効率が全く変動しないシステムにおいては有効であるが転写効率はトナーの色、帯電量や環境等により変動するため転写材上のトナー濃度との対応が不十分であった。また、センサの位置が現像機の下に位置することが多く、長期間使用時には現像器からこぼれたトナーがセンサに付着し、Ｓ／Ｎが低下するという課題を有していた。
【０００９】
また、（３）で述べた方法では感光体上および転写材搬送材上の最低２箇所にセンサが必要となるためコスト、装置サイズの点で問題があった。また、現像量（現像後、転写前トナー量）が変動した場合、転写材上の濃度が変動するという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トナーの色によらず低コスト、省スペースで高精度な濃度検出を行いプロセスの変動を補正することにより色濃度を安定化し信頼性の高いカラー画像形成装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本第１発明はこのような課題を解決するためのカラー画像形成装置として、感光体上に潜像を書き込む露光手段と、潜像をブラックおよびカラートナーにより顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を像担持体上に静電的に転移させる転写手段と、画像形成に先立ち形成された複数のトナーパッチの濃度を前記転写手段を経た後の前記感光体上において検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の結果にもとずき前記転写手段後の前記感光体上のトナー濃度を変更する濃度変更手段を有し、感光体上に潜像を書き込む露光手段と、潜像をブラックおよびカラートナーにより顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を像担持体上に静電的に転移させる転写手段と、画像形成に先立ち形成された複数のトナーパッチの濃度を前記転写手段を経た後の前記感光体上において検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の結果にもとずき前記転写手段後の前記感光体上のトナー濃度を変更する濃度変更手段を有し、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する際に各トナーパッチ毎に異なる前記転写手段に印加されるバイアスがトナーと同極性バイアス（Ｖc）および逆極性バイアス（Ｖt）であり、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する時のバイアスが｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜であることを特徴する。
以上
【００１７】
本第２発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記現像手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする。
【００１８】
本第３発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記露光手段の露光エネルギーを変更する手段であることを特徴とする。
【００１９】
本第４発明は、本第１発明のカラー画像形成装置において、前記濃度変更手段が前記転写手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする。
以上
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施例をなす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。
【００２２】
まず、この電子写真プロセス部の構成とその画像形成時の動作を説明する。帯電ローラ１０２は不図示の電源の電界の作用によって感光体１０１を均一なある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度の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。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、イエロートナー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに現像用電源１２３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。現像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る。感光体１０１上の転写残りトナーは、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トナー現像器１０５Ｍ、シアントナー現像器１０５Ｃ、ブラックトナー現像器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。この間、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、紙やＯＨＰなどの転写材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次転写部では転写材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、転写材１１３は定着手段１２０によって定着され装置外へ排出される。
【００２３】
電子写真プロセス部にはさらにトナー濃度検出手段としてパッチセンサ１２２が１次転写ローラ１０７より下流で感光体１０１表面に対向する位置に設けられている。そして、その検出結果をもとに画像濃度を変更する手段として、現像用電源１２３の電圧を制御することにより現像量を調整する、露光エネルギーを変更する手段１２４により感光体１０１上の電位を制御し現像量を調整する、１次転写用電源１０８の電圧を制御することにより転写効率を調整する、各手段が設けられている。
【００２４】
図２にパッチセンサ１２２の構成例を示す。
【００２５】
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。
【００２６】
パッチセンサ１２２で検出された濃度（反射率）をもとに画像濃度を安定化するためのパッチ作成から印字動作にいたるシーケンスを以下に述べる。
【００２７】
まず、１ｃｍ角程度の複数個のソリッドパターンのイエローカラーパッチが感光体１０１上に形成され、転写効率が略０から通常印字時の転写効率である８０〜１００％となるバイアスに段階的に設定されている１次転写部を通過する。１例として４個のカラーパッチを作成し、それぞれ、−２００Ｖ、４００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖの電圧を１次転写用電源１０８より出力する。
【００２８】
１次転写部を通過したイエロ−カラーパッチは、先に述べた構成のパッチセンサ１２２にて反射率が測定され、転写効率が略０の時のバイアス（−２００Ｖ）で通過したトナーの反射率からイエロー現像量（記号Ｍyであらわす）、例えば０．５ｍｇ／ｃｍ2が検出される。また、４００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖで通過した転写残りトナーの反射率と検出された現像量から各々のバイアスにおけるイエロートナーの転写効率（記号ηyであらわす）、例えば各々８０％、９５％、９０％が検出でき、画像形成時には最も転写効率のよいバイアス（６００Ｖ）を選択する。転写効率が略０の時のバイアス（記号Ｖcであらわす）の極性はトナーと同極性とし、最も転写効率のよいバイアス（記号Ｖtであらわす）の極性はトナーと反対極性とする。また、Ｖｃは、電荷注入による逆極性トナーをつくらないように｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜とすることが好ましい。Ｍy×ηy（０．５×０．９５）により中間転写体１０６上に付着するイエロートナー量（記号Ｄyであらわす）０．４７５ｍｇ／ｃｍ2が計算でき、あらかじめ定めた範囲、例えば０．４５〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため、次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｄyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＤyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００２９】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成し中間転写体１０６上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００３０】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより中間転写体１０６上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定したものとなり、ひいては、転写材上の濃度も安定することが確認された。
【００３１】
図３は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。先に述べた実施例との違いは転写材１１３を誘電体ドラム５０１に巻き付け転写材上で色重ねをする点である。
【００３２】
まず、装置の動作を説明する。転写材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、転写材担持体である誘電体ドラム５０１に転写材吸着用電源５０３がコロナ帯電器５０２に交流電圧を重畳した電圧を出力しその静電力により吸着される。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。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒｉｎｃｈ）の解像度の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（例えば−１００Ｖ）が形成される。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現像用電源１２３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、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネイト等の誘電体ドラム５０１上に吸着された転写材１１３上に導電性ブレード５０４にトナーと逆極性のバイアスが転写用電源５０５より印加されその電界の作用により転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、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。同様の動作を誘電体ドラム５０１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、誘電ドラム５０１に吸着された転写材１１３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。フルカラー画像が形成された転写材１１３は、除電用電源５０７からコロナ帯電器５０６に印加される交流重畳した電界の作用により誘電体ドラム５０１から除電、剥離された後、転写材搬送ベルト５０８により搬送され定着手段１２０にて定着後装置外に排出される。
【００３３】
電子写真プロセス部にはさらにトナー濃度検出手段としてパッチセンサ１２２が導電性ブレード５０４より下流で感光体１０１表面に対向する位置に設けられている。そして、その検出結果をもとに画像濃度を変更する手段として、現像用電源１２３の電圧を制御することにより現像量を調整する、露光エネルギーを変更する手段１２４により感光体１０１上の電位を制御し現像量を調整する、転写用電源５０５の電圧を制御することにより転写効率を調整する、各手段が設けられている。
【００３４】
パッチセンサ１２２で検出された濃度（反射率）をもとに画像濃度を安定化するためのパッチ作成から印字動作にいたるシーケンスを以下に述べる。
【００３５】
まず、１ｃｍ角程度の複数個のソリッドパターンのイエローカラーパッチが感光体１０１上に形成され、転写効率が略０から通常印字時の転写効率である８０〜１００％となるバイアスに段階的に設定されている転写部を通過する。１例として４個のカラーパッチを作成し、それぞれ、−５００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖの電圧を転写用電源５０５より出力する。
【００３６】
１次転写部を通過したイエロ−カラーパッチは先に述べた構成のパッチセンサ１２２にて反射率が測定され、転写効率が略０の時のバイアス（−５００Ｖ）で通過したトナーの反射率からイエロー現像量（記号Ｍyであらわす）、例えば０．５ｍｇ／ｃｍ2が検出される。また、６００Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖで転写部を通過した転写残りトナーの反射率と検出された現像量から各々のバイアスにおけるイエロートナーの転写効率（記号ηyであらわす）、例えば各々８０％、９５％、９０％が検出でき、画像形成時には最も転写効率のよいバイアス（８００Ｖ）を選択する。転写効率が略０の時のバイアス（記号Ｖcであらわす）の極性はトナーと同極性とし、最も転写効率のよいバイアス（記号Ｖtであらわす）の極性はトナーと反対極性とする。また、Ｖｃは、電荷注入による逆極性トナーをつくらないように｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜とすることが好ましい。Ｍy×ηy（０．５×０．９５）により誘電体ドラム５０１上に付着するイエロートナー量（記号Ｄyであらわす）０．４７５ｍｇ／ｃｍ2が計算でき、あらかじめ定めた範囲、例えば０．４５〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｄyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＤyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００３７】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成し誘電ドラム５０１上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００３８】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより誘電ドラム５０１上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定したものとなり、ひいては、転写材上の濃度も安定することが確認された。
【００３９】
次に中間転写体もしくは誘電ドラム上の転写材に一端転写されたトナーが複数回感光体と接触するうちに徐々に感光体にもどされる現象（以後、逆転写現象と呼ぶ）が顕著なプロセスにおける制御方法を説明する。この逆転写現象はトナーの帯電量が低い、中間転写体・転写材の粗さが粗い、それら抵抗値が低い場合に顕著である。
【００４０】
そこで、図３を用いて先に説明したプロセスにおいて表１に示すようにあらかじめ把握しておいた逆転写する量を次式にて演算することにより最終出力である転写材上のトナー付着量（イエロートナー付着量、記号Ｐy）を予測することができる。
【００４１】
【表１】
次にＰyがあらかじめ定めた範囲、例えば０．３５〜０．４０ｍｇ／ｃｍ2にはいるか判断する。この例では定めた範囲内にはいるため、次の色のパッチ生成動作にはいるが、Ｐyが定めた範囲にはいらない場合、現像用電源１２３のバイアスを増減することにより現像量Ｍyを調整しパッチを再生成しＰyが定めた範囲にはいるまで、もしくは近くなるまで繰り返す。現像量Ｍyの増減は露光エネルギー調整手段１２４により露光パワー、印字デューティのいずれかもしくは両方を制御し現像バイアスとのコントラスト電位を変更することによっても同等の効果が得られる。
【００４４】
同様にマゼンタ、シアン、ブラックの各トナーについてもパッチを作成して誘電体ドラム５０１上の付着量Ｄm、Ｄc、Ｄkおよび表１のデータからＰｍ、Ｐｃ、Ｐｋをあらかじめ定めた範囲にはいるように現像バイアス、転写バイアス、露光エネルギーを制御する。
【００４５】
なお、表１のデータは、温湿度環境や紙の種類、トナー帯電量を検知して書き換えることにより転写材上のトナー量をさらに精度よく予測できる。
【００４６】
このように印字形成前にトナーパッチを形成し定めたプロセス条件で画像形成を行なうことにより転写材１１３上のトナー濃度は、環境や耐久によらず安定することが確認された。
【００４７】
以上、２つの方式（中間転写方式、転写ドラム方式）を用いて本発明を説明してきたが、実施の形態はこれらに限られるものではなく、転写後の感光体上のトナー濃度を検出する構成であれば例えばタンデム方式のものや感光体上色重ね方式のカラー画像形成装置にも適用できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１または５によると、感光体上のトナーパッチ濃度を検出するためトナーの色によらず検出が可能となる。また、転写後の感光体上の濃度を検出することにより最終出力である転写材上の濃度と近い濃度を検出でき、高精度なトナーパッチ濃度検出ができるとともに濃度変更手段によりその濃度を所定値に制御するため安定した色濃度が確保できる。
【００４９】
また、本発明の請求項２または７によると、現像手段に印加するバイアスを変更する手段により現像量を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５０】
また、本発明の請求項３または８によると、露光エネルギーを変更する手段により現像量を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５１】
また、本発明の請求項４または９によると、転写手段に印加するバイアスを変更する手段により転写効率を増減させることにより転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５２】
また、本発明の請求項６によると、転写効率が略０の時のバイアスと転写効率が最大の時のバイアスを最適化したため転写材上のトナー濃度を一定に保つことができる。
【００５３】
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例をなす中間転写体を用い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。
【図２】パッチセンサの構成例を示す図。
【図３】本発明の一実施例をなす転写ドラムを用い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。
【符号の説明】
１０１ 感光体
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
１０７ １次転写ローラ
１０８ １次転写用電源
１２２ センサ手段
１２３ 現像用電源
１２４ 露光エネルギー変更手段
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 照射面
Claims (4)
- 感光体上に潜像を書き込む露光手段と、潜像をブラックおよびカラートナーにより顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を像担持体上に静電的に転移させる転写手段と、画像形成に先立ち形成された複数のトナーパッチの濃度を前記転写手段を経た後の前記感光体上において検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段の結果にもとずき前記転写手段後の前記感光体上のトナー濃度を変更する濃度変更手段を有し、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する際に各トナーパッチ毎に異なる前記転写手段に印加されるバイアスがトナーと同極性バイアス（Ｖc）および逆極性バイアス（Ｖt）であり、前記複数のトナーパッチが前記転写手段を通過する時のバイアスが｜Ｖc｜＜｜Ｖt｜であることを特徴するカラー画像形成装置。
- 前記濃度変更手段が前記現像手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
- 前記濃度変更手段が前記露光手段の露光エネルギーを変更する手段であることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
- 前記濃度変更手段が前記転写手段に印加するバイアスを変更する手段であることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
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