JP3935283B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は濃度制御を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来カラー画像形成装置としては、電子写真方式、熱転写方式、インクジェット方式等さまざまな方式が用いられている。このうち、電子写真方式を用いたものは、高速、高画質、静粛性の点で他の方式に比べ優れており、近年普及してきている。この電子写真方式においてもさまざまな方式が存在するのであるが、ここでは高速性という点で特に優れているタンデム方式を採用したカラー画像形成装置の例を示すことにする。
【０００３】
図１１にタンデム方式を採用したカラー画像形成装置の該略図を示す。タンデム方式のカラー画像形成装置では、ブラック、マゼンダ、シアン、イエロー各色用のトナー像形成ユニット8K,8M,8C,8Yが独立して配置されている。紙、OHP等の転写材1は駆動ローラ5と従動ローラ6により張架された搬送ベルト7により搬送され、各々のトナー像形成ユニットを順次通過する。その度に転写材1上には各色トナー像が重ねて形成され、最終的に転写材1上にフルカラー画像が形成される。
【０００４】
以下詳細な説明を行うが、各ユニット部内部の動作はほぼ同じであるので、マゼンダユニット部8Mの動作を代表して示すことにする。ユニット内部では、まず矢印方向に回転駆動される感光ドラム9は帯電器10で-600Vに一様帯電され(以下このような電位を帯電電位と呼ぶ)、レーザー露光光学系11等による走査光でその表面にマゼンダ画像に対応する潜像が形成される。走査光による露光によりできた潜像の電位はおよそ-200Vである(以下露光部電位と呼ぶ)。一方現像ローラ12上には負の極性に帯電されたマゼンダトナーが一定量供給されており、また現像ローラ12には現像バイアスが印加されている。現像バイアスとしてはＤＣバイアスを用いる場合と、DCバイアスにACバイアスを重ねあわせたバイアスを用いる場合があるが、どちらの場合もバイアスのDC成分を、帯電電位と露光部電位の間の適切な値に設定することで、ドラム上の潜像に選択的にトナーを付着させる現像を行うことができる。
【０００５】
このようにして感光ドラム9上に形成されたマゼンダトナー像は、感光ドラムとほぼ同じ速度で搬送されてくる転写材1上へ転写ローラー13に印可されるプラス極性の転写バイアスにより静電転写される。
【０００６】
以上の行程がシアン、イエロー、黒の各ユニット部(8C,8Y,8K)で行われ転写材1上にフルカラートナー像が形成されると、定着手段15によりトナー像は転写材上に溶融固着され装置から排出される。
【０００７】
一方カラー画像形成装置では、使用環境の変化や長期使用による変化等で、各色の濃度やハーフトーンの階調特性が変動してしまうと、出力画像の色調が変わってしまうため、何らかの画像濃度制御手段が設けられていることが多い。従来、画像濃度制御では次に示すような濃度制御シーケンスを電源投入後や、スリープ(余熱)状態解除後、一定枚数出力後などに実行し、常に安定した出力画像が得られるように設計されている。以下で画像濃度制御シーケンスの例を示すことにする。
【０００８】
まず感光ドラム１上あるいは搬送ベルト上に特定のパターンのトナー像(テストパッチ)を形成し、そのパッチの濃度を濃度センサー20(搬送ベルト上に形成した場合)で検出する。試験パッチとしては、15mm×15mmほどの四角形パターンを用いることが多い。濃度センサー２０は図１２に示すように主にLED等の発光素子２１、フォトダイオード等の受光素子２２からなり、発光素子がパターン(P)に赤外光を照射し、その乱反射光を受光素子が検出できるようになっている。検出に正反射光を用いず乱反射光を用いるのは、乱反射光の方が光軸のずれやテストパッチが形成される部分の下地の表面状態などの影響を受けにくいからである。受光素子２２が検出した反射光はトナー濃度と1対1の相関があるため、結果的に以上のような濃度センサ２０でトナー濃度を検出できる。
【０００９】
画像濃度は感光ドラムの帯電電位、レーザー露光量、現像バイアス等の画像形成条件により制御され、ハーフトーン階調特性は画像データ変換テーブルにより制御されるので、パッチはこのような画像形成条件、画像データ変換テーブルを段階的に変えて複数形成される。これらのパッチの濃度を濃度センサー２０で検出し、その結果より画像形成条件の最適値を導き出す。
【００１０】
以上のように、試験的に形成したトナー像の濃度を検出し、フィードバックすることにより常に安定した画像を形成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真方式のカラー画像形成装置では、OHPや厚紙等の転写材に対応するため、一般に低速定着モードが用意されているものがある。低速定着モードでは、通常より低速で定着を行うことにより定着時間が増大でき、転写材としてOHPを使用する際でもトナーを十分溶融できるので透過性を向上し、また熱容量の大きい厚紙を使用する際でも良好な定着性を確保できるのである。
【００１２】
一方、上述したカラー画像形成装置のように最終の転写位置から定着ローラのニップ位置までの距離が転写材の長さより短い時には、低速定着モード時に定着器だけを低速にするわけには行かず、転写材の搬送スピード、感光ドラムの回転スピード、帯電、現像、転写といった画像形成に係る全てのスピード(プロセススピード)を低速にする必要がある。
【００１３】
また、カラー画像形成装置は感光ドラム周方向の画像密度を高めるため、プロセススピードを下げる高解像度モードを持っているものがある。通常のプロセススピードのモード(通常モード)において、画像濃度制御シーケンスによりあらかじめ装置や、その周囲の環境に応じた最適な画像形成条件が決められていても、低速モードでは最適な画像形成条件とならないため、画像の品質が変化してしまうという問題がある。
【００１４】
また、低速モードにおいても形成画像を安定させるため、低速モード用に通常モード同様の濃度制御シーケンスを追加して行うことも可能であるが、制御の回数が増す上に、プロセススピードが遅い分制御に時間がかかり、ユーザーの印字待ち時間の大幅な増大につながるため好ましくないという問題がある。
【００１５】
本発明は低速モードでも時間をかけずに適正画質の画像を得られる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願第１の発明は、
像形成のプロセススピードを可変する機能を有する画像形成装置において、
像坦持体に画像を形成する像形成手段と、
形成された画像の濃度を測定する測定手段と、
第１のプロセススピードで複数の測定用の画像を上記像形成手段に形成させ、形成された測定用画像の濃度を上記測定手段に測定させ、上記測定手段で測定された濃度を用いて上記第１のプロセススピードにおける画像形成条件を決定する制御手段と、
を有し、上記制御手段は、上記第２のプロセススピードにおける画像形成条件を決定する場合、前記第１のプロセススピードにおける画像形成条件を用いて決定した第２のプロセススピードにおける画像形成条件で上記第１のプロセススピードにおける測定用画像の数よりも少ない数の測定用画像を形成させ、形成された測定用画像の濃度を測定させ、測定された濃度を用いて上記第２のプロセススピードにおける画像形成条件を補正することを特徴とする。
好適には、上記第２のプロセススピードは上記第１のプロセススピードよりも遅い。
好適には、前記画像形成条件は、現像バイアス、帯電バイアス、露光量又は階調特性を補正するために用いる画像データ変換テーブルである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明を適用できるカラー画像形成装置の概略構成を示すものである。図１において従来例と同様な構成、作用をするものは同一の番号を付し説明は略す。
【００１８】
本実施形態では、装置の小型化のため、最終転写位置であるブラック転写位置２３から定着位置２４までの距離は使用可能な最小サイズの転写材１の長さより短く、低速定着モードではプロセススピードも低速とする構成になっている。
【００１９】
本実施形態において、通常モードでは従来例同様テストパッチを用いた画像濃度制御シーケンスを実行し、現像バイアス、帯電バイアス、露光量等の画像形成条件を決め、画質を安定化させている。一方、低速モードにおける画像形成条件はあらかじめ得られている通常モードの画像形成条件を補正したものを用いることにしており、テストパッチを用いる画像濃度制御シーケンスは実行しない。
【００２０】
次に装置の構成を説明する。制御部１００、演算部１０１、画像形成条件記憶部１０２、補正テーブル記憶部１０３が設けられている。制御部１００は装置全体の制御を行う。演算部１０１は画像形成条件の決定や補正を行う。画像形成条件記憶部１０２では濃度制御シーケンスで決定された通常モードの画像形成条件が各色毎に記憶されている。補正テーブル記憶部１０３には、低速モードにおける現像バイアス、帯電バイアス、等の画像形成条件及び画像データ変換テーブルの補正値を各色ごとに定めた補正テーブルが記憶されている。
【００２１】
低速モードに複数の種類がある場合はそれぞれのモードに対応した補正テーブルを用意し、また必要であれば各環境、使用耐久レベルごとに対応した補正テーブルを用意しても良い。制御部１００は更に、画像形成条件記憶部から通常モードの画像形成条件を読み込み、また、低速モードの種類や環境、使用耐久レベルのどの条件をもとに補正テーブルを参照して適切な画像形成条件の補正値を読み込む。これらのデータをもとに演算部で画像形成条件を補正する演算を行い低速モード用の画像形成条件を算出する。
【００２２】
また補正テーブルの代わりに環境、耐久劣化レベル、低速モードの種別等をパラメータとし、低速モード用に画像形成条件を補正する式を用いても良い。
【００２３】
次に、低速モード用の画像形成条件が通常モードとどのように異なり、どのような補正されるのかを説明する。
【００２４】
低速モードでプロセススピードを下げた場合、感光ドラムを帯電手段１０により帯電した後、潜像形成、現像を行うまでの時間が長くなり、帯電電位の暗減衰が増加するため、まず減衰分を加味した帯電バイアスの補正が必要である。さらに感光ドラム上の同じ位置が現像位置に長く留まり、現像効率が高くなるため現像バイアスの補正も必要である。
【００２５】
現像バイアスの補正方法をさらに詳しく述べる。図２に4×4ドットのディザパターン中3×3ドット分を露光したパターン(9/16ハーフトーン潜像)を様々な現像バイアスで現像して出力した際の画像濃度の変化を示す。実線で示すのは通常モードにおける結果であり、破線で示すのは低速モードでの結果である。本実施形態では、低速モードのプロセススピードは通常モードの1/2とした。図では低速モードでは現像効率が高いため通常モードより濃度が高くなる様子が示されている。また、9/16ハーフトーンの適正光学濃度は1.0であるので、通常モードの画像形成条件では現像バイアスが-420Vとされる。一方、低速モードでは適正濃度となる現像バイアスは-360Vであることが分かる。このような補正を行うため、現像バイアスの補正テーブルとして表１に示すような補正テーブルが用意されている。
【００２６】
【表１】
Figure 0003935283
【００２７】
表１のテーブルから通常モードの現像バイアスが-420Vである場合には補正量が60Vであることが分かり、通常モード現像バイアス＋補正量の演算を行うことにより低速モード用の現像バイアスが-360Vと求められる。
【００２８】
図３は、通常モードと低速モードにおける適正現像バイアスでのハーフトーンの露光面積比率を変えた時の画像濃度変化、つまりハーフトーン階調特性を示したものである。通常モードは実線で示し、低速モードは破線で示してある。図３に示すようにように通常モードと低速モードではハーフトーン階調特性が異なるので画像データ変換テーブルを変え、適正な階調特性に補正する必要がある。本実施形態では以上のような帯電電位等の他の画像形成条件の変化もあらかじめ予測して補正テーブル上に補正値を用意しておく。
【００２９】
以上のように低速モード用の像形成条件を濃度制御で得られた通常モードの像形成条件から、環境、耐久レベル、低速モードの種類(厚紙用、ＯＨＴ用、グロス紙用)などに応じた補正テーブル、または補正式を用いて算出し求めることで、低速モード用に多くの時間を要する濃度制御シーケンスを設ける必要がなく、ユーザーの待ち時間を低減でき、またトナー消費量の節約、装置寿命の向上につながる。
【００３０】
（第２の実施形態）
本実施形態における装置の構成も第1の実施形態と同様であり、その概略は図1に示すとおりである。また低速定着モードにおいてはプロセススピードごと低速にする必要があるのも第1の実施形態と同様である。
【００３１】
本実施形態では低速モードにおける現像バイアス波形を通常モードの場合と変え低速モードで高くなる現像効率を調整するものである。現像効率を通常モードとほぼ同じにすることで、場合によっては画像形成条件（例えば後述の例では現像バイアス値―４２０Ｖ）の変更を不要にでき、変更が必要であってもより少ない変更ですむようになる。第１の実施形態のように画像形成条件を補正する際にも、あまり補正量が大きいとうまく補正しきれない場合もあり、このような不都合をも改善するものである。
【００３２】
本実施形態では、低速モードにおいては現像バイアスを一定間隔ごとにon、offさせることにより低速モードで高くなる現像効率を下げることができる。図４、図５にその具体例を示す。
【００３３】
図４、図５は横軸に時間軸をとり、現像バイアスを示したものである。図４は通常モードにおける現像バイアス(-420V)を示し、図５は低速モードにおける現像バイアスを示している。
【００３４】
低速モードにおいてバイアスをonにする時間(Ton)とバイアスをoffにする時間(Toff)の割合や周期は低速モードの種類ごとに最適に決められている。低速モードにおけるプロセススピードが、通常モードの1/nである時、TonとToffの割合をおよそ１：(n-1)とした。なおバイアスをon、offする周期(Ton＋Toff)は数百Hzであり、画像にむらが出てしまうことはない。
【００３５】
また図６、図７は現像バイアスとしてDCバイアスにACバイアスを重畳したバイアスを用いる時の例を示したものである。図６が通常モード、図７が低速モードを示している。バイアスのAC成分(Vac)はピーク電圧（Vpp）1600V、周波数2kHzのものを用い、DC成分(Vdc)としては図４、図５のものと同様のものを用いる。なお、図７ではバイアスoff時にACとDCの両バイアスをoffとしたが、DCバイアスのみをoffとしてもよい。
【００３６】
以上のように低速モードにおいて、現像バイアスを間引いて現像時間を通常モードに近づけた際の濃度、ハーフトーン階調性を通常モードのものと比較したのがそれぞれ図８、図９である。第１の実施形態で示した図２と図３と比べると、第２の実施形態の方が通常モードとの差が少ないことが分かり、第1の実施形態で述べた画像形成条件の補正を行わなくとも通常モードと同じ画像形成条件のままでほぼ適正な形成画像が得られる。さらに、第１の実施形態で述べたような画像形成条件の補正を行い、画像濃度や色調を補正することもでき、その場合には補正量を少なくできるので第1の実施形態以上に正確な補正ができる。
【００３７】
以上低速モード用の現像バイアスとして一定間隔ごとに間引いたバイアスを印可し現像効率を調整する例を示したが、その他サイン波、鋸歯、三角波など多様な波形のバイアスを用いて現像効率を調整しても良い。
【００３８】
このように本実施形態においても第1の実施形態同様低速モード用に多くの時間を要する濃度制御シーケンスを設ける必要がなく、ユーザーの待ち時間を低減でき、またトナー消費の節約、装置寿命の向上につながる。また、画像形成条件の補正やも省略可能なので、演算部やメモリーも省略でき、装置の低コスト化につながる。
【００３９】
（第３の実施形態）
本実施形態における装置の構成も第1の実施形態と同様であり、その概略は図1に示すとおりである。また低速定着モードにおいてはプロセススピードごと低速にする必要があるのも第1の実施形態と同様である。
【００４０】
本実施形態では低速モードにおいても実際にテストパッチを作成し、その濃度検知情報をもとに低速モードにおける画像形成条件を決定することで画像形成条件の精度を高めるのである。但し、通常モードの画像形成条件を参考にすることで、テストパッチの数を通常モードの画像濃度制御シーケンスにおいて作成するパッチ数より減らし、制御にかかる時間を短縮する。
【００４１】
以下、本実施形態における低速モード用の画像形成条件を決定するシーケンスを順に述べる。
１ 第1の実施形態や第2の実施形態と同様にして通常モードの画像形成条件から低速モード用の画像形成条件を予測、補正して求め低速モード用の暫定画像形成条件とする。
２ 上記暫定画像形成条件を中心に条件を前後に振り、低速モードで搬送ベルト上に試験パッチを形成する。
３ 試験パッチを濃度センサーで検出し、その結果をもとに暫定画像形成条件を補正し、低速モード用の画像形成条件を決定する。
【００４２】
上記の方法をより具体的に示すため、画像形成条件の一つである現像バイアスを決定する例を示す。図１０に第1の実施形態の図２と同様9/16のハーフトーン画像パッチを現像バイアスを変えて出力した際の画像濃度の変化を示してある。本実施形態では9/16のハーフトーンの適性濃度は1.0であるので通常モードの画像形成条件では-420Vの現像バイアスが設定されている(図の点Aに対応)。
【００４３】
まず上記1番目のシーケンスで決定される暫定画像形成条件により低速モード用の現像バイアスとして-350Vが選択されたとする(図の点Cに対応)。暫定画像形成条件は通常モードの現像バイアスから補正して求めたものなので適正濃度である1.0から微少量(0.06)ずれている様子が図中に示されている。
【００４４】
2番目のシーケンスでは-350Vを中心として前後20Vずつ振った現像バイアス(-330V、-350V、-370V)で低速モードでのテストパッチを現像して形成し、第3のシーケンスでテストパッチの濃度を検出する。濃度の検出結果は図１０中に示されるようにそれぞれ0.82、0.94、1.05である。各点の間は直線補完し、適正濃度(1.0)となる現像バイアスを逆算することでより正確な低速モード用の現像バイアス(-360V)を得ることができる。このように他の画像形成条件についても同様な方法で正確な値を得ることができるが、暫定画像形成条件をあらかじめ算出し、適正濃度の近傍の最適画像形成条件を探すため、試験的に形成するテストパッチの数を少なくできる。
【００４５】
また、形成するテストパッチの電位の間隔を小さくできるので、直線補完しても誤差が小さくなり、適正条件の制度が良くなる。
【００４６】
以上のように通常モードの濃度制御結果を利用することで、通常モードにおける濃度制御より簡素な濃度制御で低速モード用の画像形成条件を正確に決めることができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の画像形成装置によれば、テストパッチを実際に形成する画像濃度制御シーケンスは通常モードで行い、これにより得られた通常モードの画像形成条件から低速モードにおける画像形成条件を導くので、低速モード用に濃度制御シーケンスを行う必要がない。また、低速モード用にテストパッチを形成する画像濃度シーケンスを設ける際にもあらかじめ得られている通常モードの画像形成条件を参考にすることで必要なテストパッチ数を減らすことができ、濃度制御シーケンスの時間を短縮できる。このように、本発明はユーザーの待ち時間となる低速モード用の濃度制御時間を、省略もしくは短縮できる効果がある。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、測定用画像を実際に形成する画像濃度制御シーケンスは第１のプロセススピードで行い、これにより得られた測定濃度から第２のプロセススピードでにおける画像形成条件を導くので、第２のプロセススピードでの濃度制御シーケンスを短縮できる。すなわち、第２のプロセススピードで測定用画像を形成する画像濃度シーケンスを設ける際にもあらかじめ得られている第１のプロセススピードの画像形成条件を参考にすることで必要な測定用画像の数を減らすことができ、濃度制御シーケンスの時間を短縮できる。
【００４９】
上記第２のプロセススピードは上記第１のプロセススピードよりも遅い場合、ユーザーの待ち時間となる第２のプロセススピードにおける画像形成のための濃度制御時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】現像バイアスと画像濃度の変化を示す図である。
【図３】ハーフトーン階調特性を示す図である。
【図４】第2の実施形態における通常モードでの現像バイアス（ＤＣ）を示す図である。
【図５】第２の実施形態における低速モードでの現像バイアス（ＤＣ）を示す図である。
【図６】第2の実施形態における通常モードでの現像バイアス(ＡＣＤＣ)を示す図である。
【図７】第2の実施形態における低速モードでの現像バイアス(ＡＣＤＣ)を示す図である。
【図８】第２の実施形態における現像バイアスと画像濃度の変化を示す図である。
【図９】第２の実施形態におけるハーフトーン階調特性を示す図である。
【図１０】第３の実施形態におけるハーフトーン階調特性を示す図である。
【図１１】従来の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図１２】濃度センサーの該略図である。
【符号の説明】
１ 転写材
７ 搬送ベルト
８Ｋ トナー像形成ユニット（ブラック）
８Ｍ トナー像形成ユニット（マゼンダ）
８Ｃ トナー像形成ユニット（シアン）
８Ｙ トナー像形成ユニット（イエロー）
９ 感光ドラム
１０ 帯電器
１１ 露光光学系
１２ 現像ローラー
１３ 転写ローラー
１４ クリーナ
１５ 定着手段
２０ 濃度センサ
２１ 発光素子
２２ 受光素子
２３ 最終転写位置
２４ 定着ニップ位置

Claims (3)

  1. 像形成のプロセススピードを可変する機能を有する画像形成装置において、
    像坦持体に画像を形成する像形成手段と、
    形成された画像の濃度を測定する測定手段と、
    第１のプロセススピードで複数の測定用の画像を上記像形成手段に形成させ、形成された測定用画像の濃度を上記測定手段に測定させ、上記測定手段で測定された濃度を用いて上記第１のプロセススピードにおける画像形成条件を決定する制御手段と、
    を有し、上記制御手段は、上記第２のプロセススピードにおける画像形成条件を決定する場合、前記第１のプロセススピードにおける画像形成条件を用いて決定した第２のプロセススピードにおける画像形成条件で上記第１のプロセススピードにおける測定用画像の数よりも少ない数の測定用画像を形成させ、形成された測定用画像の濃度を測定させ、測定された濃度を用いて上記第２のプロセススピードにおける画像形成条件を補正することを特徴とする画像形成装置。
  2. 上記第２のプロセススピードは上記第１のプロセススピードよりも遅いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
  3. 前記画像形成条件は、現像バイアス、帯電バイアス、露光量又は階調特性を補正するために用いる画像データ変換テーブルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
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