JP3890024B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の所定プロセスによりトナー像を記録媒体上に定着させて画像を形成する複写機およびプリンタなどの画像形成装置に関し、特に加熱方式の定着装置の定着制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クイックスタートの要望や環境保護のための省エネルギーの観点から、定着装置で消費される熱エネルギーを減少させる必要性が生じている。これに対し、従来技術例として、例えば特許文献１では、低温定着性能の高いトナーを用いて定着装置の熱エネルギーを減少させている。
【特許文献１】
特開２０００−２６７３３５公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術例におけるフルカラー画像は低光沢であり、表現できる色再現範囲が小さい。よってカラーの原稿によっては、高彩度な色の再現性が悪いという問題があった。一方、定着装置における定着温度を上げトナー像を十分に溶融させて光沢性を高めることで色再現範囲を広げることは可能であるが、省エネルギーの観点から好ましくない。
本発明の目的は、定着装置の消費エネルギーを必要最低限に抑え、かつ十分な色再現能力を持つ画像形成装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、記録媒体上に未定着トナー像を定着装置により定着させて画像を形成する画像形成装置において、入力画像信号から彩度情報を抽出して取得する彩度取得手段と、前記彩度情報から彩度が所定値以上の画素数をカウントし、そのカウント数が所定数以上であるか否かに応じて前記定着装置の定着条件を制御する定着条件制御手段と、を備え、前記定着状制御手段は、前記カウント数が所定数以上である場合には前記定着装置の定着温度が所定温度となるよう制御し、前記カウント数が所定数以上でない場合には前記定着装置の定着温度が前記所定温度より低い温度となるよう制御することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記彩度情報から前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を可変制御するトナー付着量制御手段を備えることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、ガンマ補正処理を行なう階調補正手段を備え、前記トナー付着量制御手段は、前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を制御するために、前記階調補正手段におけるガンマ補正処理のパラメータを可変することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、黒のトナー量を調整するトナー量調整手段を備え、前記トナー付着量制御手段は、前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を制御するために、黒のトナー量を調整するパラメータを可変することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置において、前記トナー付着量制御手段は、前記彩度が所定値以上の画素数をカウントしたカウント数が所定数以上である場合には前記トナー付着量が所定値となるよう制御し、前記カウント数が所定数より小さい場合には前記トナー付着量を前記所定値より下げるよう制御することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像系を示す構成図である。図１のカラー画像形成装置は、いわゆるタンデム方式といわれ、各色毎の画像形成ユニットが直列に配置された構成になっている。各色毎の画像形成ユニットは、感光体１を中心に帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置６等から構成される。また各画像形成ユニットの感光体１に対し、露光装置３、中間転写装置５が配置されており、その他に、用紙搬送部、紙転写装置８、定着装置９などが備えられ、この組が各色に応じて４組配置されている。
次にカラー画像の作像動作について説明する。各色の画像形成ユニットにおいて矢印方向に回転駆動し潜像担持体である感光体１は、帯電装置２によって表面が一様に帯電された後、画像信号に基づき駆動点灯するＬＤなどの露光装置３によって露光されることで静電潜像が形成され、現像装置４にて前記静電潜像に応じて感光体１上に各色のトナー像が形成される。
各画像形成ユニットの感光体１上に形成された各色単色毎のトナー像は、中間転写装置５である中間転写ベルト上に順次転写されることで、中間転写ベルト上に各単色のトナー像が重ねられていく。なお転写工程後に感光体１上に残ったトナーは、各画像形成ユニット毎に配置されたクリーニング装置６によって回収される。
一方、記録材である用紙７は、用紙７をストックしている給紙カセット（不図示）から用紙搬送部により紙転写装置８へ搬送され、前記中間転写ベルト上に重ねられたトナー像は紙転写装置８によって用紙７上へと転写される。用紙７上のトナー像は定着装置９によって熱定着されることで、カラー画像が得られる。
【０００６】
図２は定着装置の詳細構成図である。それぞれ内部にハロゲンランプなどのヒータ９４を備えた回転可能な定着ローラ９２と加圧ローラ９３が不図示のバネ等を用いた加圧手段により一定の加圧力で当接されており、サーミスタ９５、９６によって各ローラの表面温度が検知される。
その温度を検知しながら温度調節器９９によってヒータ９４へ印加する電圧を制御することで、各ローラ表面温度を所定値に設定することができる。その他定着ローラー表面へ溶融したトナーが付着しないように離型剤であるシリコンオイルを塗布するための離型剤塗布ローラ９７、クリーニングローラ９８等が配置されている。
紙転写装置８によってトナー像が転写されている用紙７が前記定着ローラ９２と加圧ローラ９３間を通過することで、トナー像は熱と圧力により用紙７に溶融定着される。この定着方式はシリコンオイルを離型剤塗布ローラ９７にて定着ローラ表面に塗布した、いわゆるソフトロール方式であるが、その他、テフロン（登録商標）ローラを用いたハードロール方式やベルト定着方式などがある。
本発明においては原稿画像である入力信号から色彩情報である彩度情報を抽出し、その彩度に応じて定着条件を制御することを特徴としている。本発明の実施形態について、主に画像処理部における制御を中心に、以下に説明する。
【０００７】
図３は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の画像処理部の構成図である。画像処理部は図３のように主に、入力信号変換部１１、色変換部１２、階調補正部１３、中間調処理部１４からなり、また図示を省略したが、各部を制御する主制御部を備えている。
まず、スキャナのＣＣＤ１５等の入力装置から送られた画像信号は入力信号変換部１１に入り、ＲＧＢ信号に適宜変換され、色変換部１２に送られる。色変換部１２においては、色補正処理として色相分割したマスキング処理などによりＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、黒）のプリンタ用の色信号が生成される。
具体的には前記のＲＧＢ信号からマトリクス演算によりＣＭＹＫ信号を形成するものであり、そのマトリクス演算の係数は色予測モデルなどにより最適化されている。またその際にＫ（黒）の最適値を求めるＵＣＲ（Under Color Removal）処理も同時に行なわれる。
【０００８】
一般的なＵＣＲ処理について図５を用いて説明する。図５（１）のようにＣ、Ｍ、Ｙ値があるときに、Ｃ、Ｍ、Ｙの共通部分（点線以下の部分）のある割合をＫに置き換えることがＵＣＲ処理である。これにより、使用する総トナー量を減らすことができる。この割合をＵＣＲ率とすると、図５（２）ではＵＣＲ７０％、図５（３）ではＵＣＲ１００％になり、ＵＣＲ０％の場合は図５（１）のままである。
そのＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋ信号が階調補正部にて所望の出力特性が得られるようにＣ’、Ｍ’、Ｙ’、Ｋ’信号へ変換される。その変換はガンマ変換といい、入力デジタル値Ｃｉｎと出力デジタル値Ｃｏｕｔの関係が図４のようになる。ここで所望の出力特性とは、例えばグレーバランスや明度の線形性、色差の最小など、目的に応じて適宜設定されるものである。そしてガンマ変換されたＣ’、Ｍ’、Ｙ’、Ｋ’信号の各色毎に中間調処理部１４でディザや誤差拡散などの中間調処理がなされたあとに、露光駆動部１５に送られ、ＬＤが点灯駆動する。
【０００９】
図６は定着温度と色再現範囲（ａ＊ｂ＊平面）の関係を表したものである。ここで定着温度はＴｏ＜Ｔｈである。定着温度を上げることで、トナー像の表面光沢が上がり、色再現範囲が拡大することがわかる。現状の省エネルギーを考慮し低光沢な画像を狙いとした定着温度Ｔｏにおいては再現することのできないＡ点の色について、定着温度をＴｈへと高く設定することで再現が可能となる。
一方、原稿画像中の彩度が一番大きい色がＢ点である場合には、定着温度Ｔｈの広い色再現範囲は必要でなく、定着温度Ｔｏにおける色再現範囲で十分に色再現が可能である。このように原稿画像の彩度情報に応じて、定着温度を制御することで、必要な色再現能力を確保しつつ、最低限の定着エネルギーにて画像出力が可能となる。
本実施形態においては、図３のように前記の色変換部１２において、画像入力信号であるＲＧＢ信号から色彩情報である彩度を取得する彩度取得部１６を備えている。ここで彩度Ｃ＊とは、色空間であるＣＩＥＬＡＢ空間の色座標である（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）において、Ｃ＊＝（（ａ＊）＾２＋（ｂ＊）＾２）＾０．５で表される。彩度取得部１６において得られた彩度Ｃ＊情報はヒストグラム作成部１７にて図７のように横軸を彩度、縦軸を画素のカウント値としたヒストグラムを作成する。
【００１０】
図７（１）は原稿画像が高彩度な色を多く含むピクトリアル画像において、図７（２）は原稿画像が彩度の低い色の多いビジネス画像において、それぞれのヒストグラムを表す。彩度の高い画素の割合が大きいほど、より広い色再現範囲が必要である。
このようにして原稿画像の彩度情報に応じて必要な色再現範囲の大きさを識別することができる。具体的には、彩度についてある所定の閾値Ｃ’を設定し、そのヒストグラム中の閾値Ｃ’以上の画素数をカウントし（図７（１）の斜線部面積）、その画素数が一定以上であるときに高彩度な画像であるとして、主制御部の定着条件制御機能として定着温度を高く設定するという制御を行なう。
これらの制御について、図８を用いて説明する。本実施形態では彩度の所定閾値をＣ１、Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）、定着温度を３水準Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２ （Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２）とし、Ｃ１＝４０、Ｃ２＝６０、Ｔ０＝１４０℃ Ｔ１＝１５０℃Ｔ０＝１６０℃とした。ただし、これらの値はトナーや定着装置のシステムに依存するので、これに限定するものではない。
まず彩度取得部において、入力信号から彩度情報を取得する。それらの彩度情報をヒストグラム化し、原稿中の彩度の頻度を求める（Ｓ１、Ｓ２）。彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２をカウントし（Ｓ３）、全画素数Ｎに対する比率が一定値ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ４）。
彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２の全画素数Ｎに対する比率がｎ以上の場合（Ｓ４でＹＥＳ）、定着温度をＴ２に設定し（Ｓ５）、画像出力を行なう（Ｓ６）。一方、彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２の全画素数Ｎに対する比率がｎ未満の場合（Ｓ４でＮＯ）、彩度がＣ１以上の画素数Ｎ１をカウントし（Ｓ７）、全画素数Ｎに対する比率が一定値ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ８）。そして、彩度Ｃ１以上の画素数Ｎ１の全画素数Ｎに対する比率がｎ以上の場合（Ｓ８でＹＥＳ）、定着温度をＴ１に設定し（Ｓ９）、画像出力を行なう（Ｓ６）。一方、彩度Ｃ１以上の画素数Ｎ１の全画素数Ｎに対する比率がｎ未満の場合（Ｓ８でＮＯ）、定着温度はＴ０に設定し（Ｓ１０）、画像出力を行なう（Ｓ６）。なお、全画素数に対する一定比率は１０％以上とした。
【００１１】
以上のように原稿画像の彩度情報に応じて定着温度を制御することによって、原稿に忠実な色再現を行なうことができ、かつ最低限の定着エネルギーにて画像出力が可能となることで省エネルギー化が達成できる。
また本発明では、上記の機能に加えて、画像の色彩情報に応じてトナーの付着量を制御するトナー付着量制御機能を画像形成装置の主制御部に備えることで、定着での熱エネルギー消費をより抑えることを特徴とする。
定着に必要なエネルギーは、画像中のトナーの最大付着量に依存し、定着温度を低く設定するためには、トナーの最大付着量をより減らす必要がある。本実施形態においては、トナーの最大付着量を減らす機能を、画像処理におけるガンマ補正処理およびＵＣＲ処理のパラメータを変えることで実現する。
ここで、単純にトナーの最大付着量を減らしてしまうと、色再現範囲が縮小してしまうだけである。本実施形態では彩度取得部１６で得られた彩度に応じて、トナーの付着量を制御する。具体的には、原稿画像において高彩度な色を用いていない場合には必要な色再現範囲は小さくてよいので、階調補正部１３（階調補正手段）にてガンマ変換に際し、図９（１）から図９（２）のように最大濃度を下げるようパラメータを可変設定をすることで、トナーの最大付着量を減らすことができ定着温度を下げることができる。
さらには彩度取得部１６で得られた彩度に応じて、ＵＣＲ率を上げることによってトナーの最大付着量を低減でき、定着温度をさらに下げることが可能になる。なお、ＵＣＲ率の変化は請求項において黒のトナー量調整と表現され、画像形成装置の主制御部が黒のトナー量調整パラメータを可変に設定するものである。ただし、ＵＣＲ率を上げることで色味の変化が大きくなる可能性があるので、彩度の低い画像において行なうことが望ましい。
【００１２】
これらの制御について、図１０を用いて説明する。本実施形態では彩度の所定閾値をＣ１、Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）、定着温度を３水準Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２ （Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２）とし、Ｃ１＝４０、Ｃ２＝６０、Ｔ０’＝１３０℃、Ｔ１’＝１４０℃、Ｔ０＝１６０℃とした。ただし、これらの値はトナーや定着装置のシステムに依存するので、これに限定するものではない。
まず彩度取得部１６において、入力信号から彩度情報を取得する。それらの彩度情報をヒストグラム化し、原稿中の彩度の頻度を求める（Ｓ１、Ｓ２）。彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２をカウントし（Ｓ３）、全画素数Ｎに対する比率が一定値ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ４）。
彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２と全画素数Ｎとの比率が一定値ｎ以上の場合（Ｓ４でＹＥＳ）、定着温度をＴ２に設定し（Ｓ５）、画像出力を行なう（Ｓ６）。一方、彩度がＣ２以上の画素数Ｎ２と全画素数Ｎとの比率が一定値ｎ未満の場合（Ｓ４でＮＯ）、ガンマ変換のパラメータを最大濃度設定を下げる方向に変更する（Ｓ７）。次に彩度がＣ１以上の画素数Ｎ１をカウントし（Ｓ８）、全画素数Ｎに対する比率が一定値ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ９）。
彩度がＣ１以上の画素数Ｎ１と全画素数Ｎとの比率が一定値ｎ以上の場合（Ｓ９でＹＥＳ）、定着温度をＴ１’に設定し（Ｓ１０）、画像出力を行なう（Ｓ６）。一方、彩度がＣ１以上の画素数Ｎ１と全画素数Ｎとの比率が一定値ｎ未満の場合（Ｓ９でＮＯ）、ＵＣＲ率を上げる方向に変更する（Ｓ１１）。定着温度はＴ０’に設定し（Ｓ１２）、画像出力を行なう（Ｓ６）。なお、全画素数に対する比率は１０％以上とした。
以上のように原稿画像の彩度情報に応じてトナーの最大付着量を減らし、かつ定着温度を制御することによって、原稿に忠実な色再現を行なうことができ、かつ最低限の定着エネルギーにて画像出力が可能となることで省エネルギー化が達成できる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明では、必要最低限の定着装置の消費エネルギーにて、原稿に忠実な色再現を行なうことができるので、良好な色再現性と省エネルギーを両立できるという効果がある。
請求項２の発明では、原稿に応じて必要最低限の定着装置の消費エネルギーになるようにトナー付着量が制御され、かつ原稿に忠実な色再現を行なうことができるので、良好な色再現性とさらなる省エネルギーを両立できるという効果がある。
請求項３の発明では、原稿に応じて必要最低限の定着装置の消費エネルギーになるようにガンマ補正処理が行なわれ、かつ原稿に忠実な色再現を行なうことができるので、良好な色再現性とさらなる省エネルギーを両立できるという効果がある。
請求項４の発明では、原稿に応じて必要最低限の定着装置の消費エネルギーになるようにＵＣＲ処理が行なわれ、かつ原稿に忠実な色再現を行なうことができるので、良好な色再現性とさらなる省エネルギーを両立できるという効果がある。
請求項５の発明では、彩度が所定値より小さい原稿に対しては、定着装置においてより少ない消費エネルギーにて画像形成を行なうことができ、かつ高彩度な原稿に対しては忠実な色再現を行なうことができるので、良好な色再現性と省エネルギーを両立できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作像系を示す構成図である。
【図２】定着装置の詳細構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の画像処理部の構成図である。
【図４】ＵＣＲ処理を示す図である。
【図５】入力デジタル値と出力デジタル値の関係を示す図である。
【図６】定着温度と色再現範囲の関係を示す図である。
【図７】ヒストグラムを示す図である。
【図８】本発明の第１の制御例を示すフローチャートである。
【図９】ガンマ変換を示す図である。
【図１０】本発明の第２の制御例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ 入力信号変換部
１２ 色変換部
１３ 階調補正部
１４ 中間調処理部
１６ 彩度取得部
１７ ヒストグラム作成部

Claims (5)

1. 記録媒体上に未定着トナー像を定着装置により定着させて画像を形成する画像形成装置において、
   入力画像信号から彩度情報を抽出して取得する彩度取得手段と、
   前記彩度情報から彩度が所定値以上の画素数をカウントし、そのカウント数が所定数以上であるか否かに応じて前記定着装置の定着条件を制御する定着条件制御手段と、を備え、
   前記定着状制御手段は、前記カウント数が所定数以上である場合には前記定着装置の定着温度が所定温度となるよう制御し、前記カウント数が所定数以上でない場合には前記定着装置の定着温度が前記所定温度より低い温度となるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記彩度情報から前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を可変制御するトナー付着量制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. ガンマ補正処理を行なう階調補正手段を備え、前記トナー付着量制御手段は、前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を制御するために、前記階調補正手段におけるガンマ補正処理のパラメータを可変することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 黒のトナー量を調整するトナー量調整手段を備え、前記トナー付着量制御手段は、前記記録媒体上に付着させるトナー付着量を制御するために、黒のトナー量を調整するパラメータを可変することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー付着量制御手段は、前記彩度が所定値以上の画素数をカウントしたカウント数が所定数以上である場合には前記トナー付着量が所定値となるよう制御し、前記カウント数が所定数より小さい場合には前記トナー付着量を前記所定値より下げるよう制御することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。

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