JP4724064B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、ベタ画像に係る転写電圧値の設定を効率良く行うことが可能な画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、転写電圧値の設定作業は重要である。もし、設定した転写電圧値が最適値よりも小さい場合には、像担持体から中間転写体へトナーが十分に転写されない場合がある。一方、設定した転写電圧値が最適値よりも大きい場合には、転写電圧によってトナーが逆帯電することにより、転写不良が発生することがある。このように転写電圧は、小さ過ぎても大き過ぎても良くない。

そこで、従来の画像形成装置の中には、異なる中間転写バイアス値で中間転写ベルト上に中間転写した５個のトナーパッチをトナー付着量センサで測定し、その測定結果に基づいて中間転写最適値を演算するものがある（例えば、特許文献１参照。）。このような技術を採用することにより、トナーが経時変化したり中間転写体の表面が経時変化したりした場合であっても、中間転写時における中間転写体上へのトナー付着量が最大となるように維持することができる、とされていた。
特開２０００−３２１８３２号公報

上述の特許文献１では、最適な転写電圧値を設定する際に、ベタ画像に係るトナーパッチを形成し、それを光学センサで測定していると推認される。ところが、ベタ画像はトナーの濃度が高いため光の反射または透過が抑えられる。その結果、ベタ画像に係るトナーパッチにおけるトナー付着量を光学式センサによって感度良く検出することが難しい。したがって、光学センサでトナー付着量のピークを判定することが難しく、その結果、ベタ画像の最適転写電圧値の設定を効率良く行うことができないことがあった。

この発明の目的は、ベタ画像に係る転写電圧値の設定を効率良く行うことが可能な画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体、中間転写体、転写手段、および光学センサを備える。像担持体は、その表面にトナー像が形成される。像担持体の代表例としては、感光体ドラムが挙げられる。中間転写体は、像担持体に当接するように配置される。中間転写体の代表例としては、中間転写ベルトが挙げられる。転写手段は、像担持体から中間転写体へとトナー像を転写する。転写手段の代表例としては、転写電圧が印加されるように構成された転写ローラが挙げられる。光学センサは、中間転写体上のトナーの付着量を測定する。

さらに、画像形成装置は、第１の転写電圧判定手段、第２の転写電圧判定手段、および転写電圧設定手段を備える。第１の転写電圧判定手段は、第１の中間調画像に係る第１のトナーパッチを像担持体上に複数形成し、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を転写手段に印加することによって第１のトナーパッチを中間転写体にそれぞれ転写し、中間転写体に転写された第１のトナーパッチを光学センサによって測定することによって、第１の中間調画像についての転写手段における最適転写電圧値を判定する。

第２の転写電圧判定手段は、第１の中間調画像よりも階調度が高い第２の中間調画像に係る第２のトナーパッチを像担持体上に複数形成し、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を転写手段に印加することによって第２のトナーパッチを中間転写体にそれぞれ転写し、中間転写体に転写された第２のトナーパッチを光学センサによって測定することによって、第２の中間調画像についての転写手段における最適転写電圧値を判定する。

転写電圧設定手段は、第１の転写電圧判定手段および第２の転写電圧判定手段の判定結果にそれぞれ基づいて、ベタ画像についての転写手段における最適転写電圧値を算出し、算出した値を転写手段の転写電圧値として設定する。

ベタ画像の最適転写電圧値を直接測定しないのは、ベタ画像に係るトナーパッチのトナー付着量のピーク値を光学センサで感度良く測定することが難しいからである。一方で、中間調画像に係るトナーパッチについては、そのトナー付着量のピーク値を光学センサの感度が良好な状態で測定することができる。このため、中間調画像に係るトナーパッチについては、その最適転写電圧値を光学センサの測定結果から精度良く求め易い。さらに、中間調画像に係るトナーパッチの最適転写電圧値と、ベタ画像に係るトナーパッチの最適転写電圧値との関係は、実験によりほぼ正確に把握可能である。

このように、第１の転写電圧判定手段および第２の転写電圧判定手段の判定結果にそれぞれ基づいて、ベタ画像についての転写手段における最適転写電圧値を算出することで、ベタ画像についての転写手段における最適転写電圧値を実際に光学センサで測定する場合に比較して、より精度の高い最適転写電圧値が得られる。

この発明によれば、ベタ画像に係る転写電圧値の設定を効率良く行うことができる。

図１に示す画像形成装置１００は、入力された画像データに基づいて用紙に多色および単色の画像を形成する。画像形成装置１００は、画像形成部１０Ａ〜１０Ｄ、露光ユニット２０、中間転写ベルト１１、１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄ、２次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路８１〜８３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７、および排紙トレイ１８を備える。

画像形成部１０Ａ〜１０Ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の各色相成分に対応した画像データに基づいてそれぞれ画像形成処理を行う。画像形成部１０Ａ〜１０Ｄは、中間転写ベルト１１の矢印Ｚで示す回転方向に沿って配列される。画像形成部１０Ａは、感光体ドラム１０１Ａ、帯電ローラ１０３Ａ、現像ユニット１０２Ａ、転写ローラ１３Ａ、およびクリーニングユニット１０４Ａを備える。画像形成部１０Ｂは、感光体ドラム１０１Ｂ、帯電ローラ１０３Ｂ、現像ユニット１０２Ｂ、転写ローラ１３Ｂ、およびクリーニングユニット１０４Ｂを備える。画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１０１Ｃ、帯電ローラ１０３Ｃ、現像ユニット１０２Ｃ、転写ローラ１３Ｃ、およびクリーニングユニット１０４Ｃを備える。画像形成部１０Ｄは、感光体ドラム１０１Ｄ、帯電ローラ１０３Ｄ、現像ユニット１０２Ｄ、転写ローラ１３Ｄ、およびクリーニングユニット１０４Ｄを備える。なお、画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの基本的構成は同一であるため、主に画像形成部１０Ａの構成を説明し、画像形成部１０Ｂ〜１０Ｄについては説明を省略する。

帯電ローラ１０３Ａは、感光体ドラム１０１Ａの周面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３Ａに代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電チャージャを用いた被接触方式の帯電器を用いても良い。

露光ユニット２０は、ポリゴンミラー４、反射ミラー群、および図示しない半導体レーザを備えており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の各色相成分の画像データによって変調された複数のレーザビームを感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄにそれぞれ照射する。これにより、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄには、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の各色相成分の静電潜像がそれぞれ形成される。

現像ユニット１０２Ａは、潜像が形成された感光体ドラム１０１Ａにトナーを供給し、感光体ドラム１０１Ａ上にトナー像を形成する。現像ユニット１０２Ａは、ブラックのトナーを収納しており、感光体ドラム１０１Ａにブラック成分のトナー像を形成する。なお、現像ユニット１０２B〜１０２Ｄは、シアン、マゼンタおよびイエローのトナーをそれぞれ収納している。クリーニングユニット１０４Ａは、現像および画像転写後における感光体ドラム１０１Ａの周面に残留したトナーを除去・回収する。

中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄの上方に配置されている。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１１Ａと従動ローラ１１Ｂとに張架されており、矢印Z方向に回転するように構成される。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄの周面にそれぞれ対向する。

１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄは、中間転写ベルト１１を挟んで感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄに対向する位置に配置される。１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属を素材とする軸の周面を導電性の弾性材により被覆して構成される。本実施形態では、１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄの軸にはステンレス素材を用いており、周面の弾性体としてエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いている。ただし、ＥＰＤＭに代えて発泡ウレタンを周面の弾性材によって用いても良い。

１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄにトナーの帯電極性と逆極性の１次転写バイアスが印加されることによって、感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄの周面に担持されたトナー像がそれぞれ中間転写ベルト１１上に転写される。感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄから中間転写ベルト１１に各色相成分のトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラートナー像が形成される。なお、フルカラートナー像とは、通常、ブラック成分のトナー像、シアン成分のトナー像、マゼンタ成分のトナー像、およびイエロー成分のトナー像をすべて含むものと解釈されるが、本発明ではブラック成分のトナー像、シアン成分のトナー像、マゼンタ成分のトナー像、またはイエロー成分のトナー像の少なくとも１つが含まれていればフルカラートナー像の意味に含むものとする。ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）のうちの一部の色相についてのみ画像形成処理する場合には、４つの感光体ドラム１０１Ａ〜１０１Ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体のみにおいてトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像形成時には、感光体ドラム１０１Ａにおいてトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。

２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接する。中間転写ベルト１１の外周面に転写されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、２次転写ローラ１４の配置位置へと搬送される。給紙カセット１６または手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙が２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、２次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の２次転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト１１の周囲には、クリーニングユニット１２が設けられる。クリーニングユニット１２は、中間転写ベルト１１に残留したトナーを回収する。

定着装置１５は、加熱ローラ１５Ａおよび加圧ローラ１５Ｂを備えており、用紙に転写されたフルカラートナー像を熱と圧力によって用紙に定着させる。排紙トレイ１８は、排紙ローラ１８Ａによって画像形成装置１００から排出された用紙を収容する。

用紙搬送路８１は、用紙カセット１６から２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を経由して排紙ローラ１８Ａまでの間に配置される。用紙搬送路８１に沿って、用紙カセット１６内の用紙を一枚ずつ用紙搬送路８１内に繰り出すピックアップローラ１６Ａ、繰り出された用紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ９１、および搬送されてきた用紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９が配置される。

用紙搬送路８２は、手差し給紙トレイ１７から用紙搬送路８１との合流点までの間に配置される。用紙搬送路８２の最上流部にピックアップローラ１７Ａが配置される。用紙搬送路８３は、両面印刷時に使用される搬送路であり、定着装置１５を通過した用紙を再びレジストローラ１９の配置位置に導く。

排紙ローラ１８Ａは、正逆両方向に回転自在にされている。排紙ローラ１８Ａは、用紙の片面に画像を形成する片面画像形成時および用紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に、正転方向に回転することによって用紙を排紙トレイ１８に排出する。一方、排出ローラ１８Ａは、両面画像形成における第１面画像形成時に、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向回転した後に用紙の後端部を挟持した状態で逆転方向回転することによって、用紙を用紙搬送路８３に導く。

画像形成装置１００において、モノクロ画像形成時には１次転写ローラ１３Ｂ〜１３Ｄは中間転写ベルト１１から離間し、１次転写ローラ１３Ａのみが中間転写ベルト１１に接触する。一方、モノクロ画像形成時以外には、１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄの全てが中間転写ベルト１１に接触する。

図２は、画像形成装置１００の概略構成を示すブロック図である。画像形成装置１００は、ＣＰＵ５０を備えている。ＣＰＵ５０には、光学センサ４０、インタフェース部５３、画像形成部１０Ａ〜１０Ｄ、電源回路６０、給紙搬送制御部７０、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄ、２次転写ローラ１４、および露光ユニット２０が接続される。光学センサ４０は、中間転写ベルト１１上のトナー付着量を検出する。インタフェース部５３は、ネットワークに接続されており、ネットワークを介して入力される画像データを受信する。電源回路６０は、画像形成装置１００の各部に電力を供給する。例えば、電源回路６０は、ＣＰＵ５０からの指令に基づき、設定された電力を１次転写ローラ１３Ａ〜１３Ｄおよび２次転写ローラ１４に供給する。給紙搬送制御部７０は、ＣＰＵ５０からの指令に基づき、画像形成装置１００における給紙動作および用紙の搬送動作を制御する。ＲＡＭ５１は、画像データ等が一時的に記憶される揮発性のメモリである。ＲＯＭ５２は、画像形成装置１００の動作に必要な複数のプログラムを格納する。

ＣＰＵ５０がＲＯＭ５２からプログラムを読み込むことにより、本発明の第１の転写電圧判定手段、第２の転写転圧判定手段、および転写電圧設定手段が実現される。

図３および図４は、ベタ画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値を設定する際のＣＰＵ５０の動作手順を示すフローチャートである。図３に示すように、ＣＰＵ５０は、まず、レーザーダイオードの出力を１００％として、現像バイアスの設定により感光体上へトナーが第１の付着量となる第１の中間調画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値（以下、第１の最適転写電圧値という。）を判定する（Ｓ１）。ＣＰＵ５０がＳ１のステップを実行するときに、本発明の第１の転写電圧判定手段が実現される。図４は、Ｓ１のステップを実行する際のＣＰＵ５０の動作手順を示している。ＣＰＵ５０は、第１の中間調画像に係る第１のトナーパッチを感光体ドラム１０１Ａに複数形成する（Ｓ１１）。続いて、ＣＰＵ５０は、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を転写ローラ１３Ａに印加することによって第１のトナーパッチを中間転写ベルト１１にそれぞれ転写する（１２）。続いて、ＣＰＵ５０は、中間転写ベルト１１に転写された第１のトナーパッチを光学センサ４０によって測定する（Ｓ１３）。続いて、ＣＰＵ５０は、第１の中間調画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値（以下、第１の最適転写電圧値という。）を判定する。このとき、ＣＰＵ５０は、最適転写電圧値およびトナー付着量のピーク値をＲＡＭ５１に記録する。

Ｓ１のステップが完了すると、ＣＰＵ５０は、Ｓ２のステップを実行する。ＣＰＵ５０がＳ２のステップを実行するときに、本発明の第２の転写電圧判定手段が実現される。Ｓ２のステップの基本的手順はＳ１のステップと同様である。Ｓ２のステップにおいて、ＣＰＵ５０は、レーザーダイオードの出力を１００％として、現像バイアスの設定により感光体上へトナーが第１の付着量よりも多い第２の付着量とし、第１の中間調画像よりも階調度が高い第２の中間調画像に係る第２のトナーパッチを感光体ドラム１０１Ａに複数形成する。続いて、ＣＰＵ５０は、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を転写ローラ１３Ａに印加することによって第２のトナーパッチを中間転写ベルト１１にそれぞれ転写する。続いて、ＣＰＵ５０、中間転写ベルト１１に転写された第２のトナーパッチを光学センサ４０によって測定することによって、第２の中間調画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値（以下、第２の最適転写電圧値という。）を判定する。このとき、ＣＰＵ５０は、最適転写電圧値およびトナー付着量のピーク値をＲＡＭ５１に記録する。

Ｓ２のステップが完了すると、ＣＰＵ５０はＳ３のステップを実行する。ＣＰＵ５０がＳ３のステップを実行するときに、本発明の転写電圧設定手段が実現する。Ｓ３のステップにおいて、ＣＰＵ５０は、第１の最適転写電圧値および第２の最適転写電圧値に基づいて、ベタ画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値を算出し、算出した値を転写ローラ１３Ａの転写電圧値として設定する。

ここで、図５を用いて、ベタ画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値を算出方法を説明する。本実施形態において、ＣＰＵ５０は、ベタ画像についての最適転写電圧値Ｖ３を、下記の式（１）によって算出する。

但し、 Ｍ１：第１の中間調画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
Ｍ２：第２の中間調画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
Ｍ３：ベタ画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
Ｖ１：第１の中間調画像の最適電圧値（Ｖ）
Ｖ２：第２の中間調画像の最適電圧値（Ｖ）
上記（１）の導出方法について説明する。転写領域でトナー層内の電界強度が零のとなる位置が転写におけるトナー層の切断位置となるので感光体の露光電位をＶｐ（Ｖ）、第１中間階調像のトナー層電位をＶｔ１（Ｖ）、第２中間階調像のトナー層電位をＶｔ２（Ｖ）とすると
Ｖ１≒−Ｖｐ+Ｖｔ１ …（２）
Ｖ２≒−Ｖｐ+Ｖｔ２ …（３）
であり、トナーの電荷密度をρ（Ｃ/ｍ）、誘電率をε（Ｆ/ｍ）とすると厚みｄ(ｍ)のトナー層電位Ｖｔ（Ｖ）は

であり、第１中間階調像のトナー層厚をｄ１（ｍ）、第２中間階調像のトナー層厚をｄ２（ｍ）とすると

ここで ｄ２／ｄ１＝M２／M１であり(５)式に代入し

（６）、（７）式より、べた付着量Ｍ３の最適転写電圧Ｖ３（Ｖ）は

ＣＰＵ５０は、上述のＳ１のステップを実行する際に、図５における一点鎖線の曲線で表されるような第１の中間調画像に係る転写特性の分析結果を得るとともに、Ｖ１およびＭ１の値を取得する。同様に、ＣＰＵ５０は、Ｓ２のステップを実行する際に、図５における破線の曲線で表されるような第２の中間調画像に係る転写特性の分析結果を得るとともに、Ｖ２およびＭ２の値を取得する。Ｍ３の値として、本実施形態では、ベタ画像に係るトナー付着量を所定の値に設定する高濃度補正の設定値を採用しており、ベタ画像に係るトナー付着量をセンサーで実測した実測値を用いても良い。

このように、ＣＰＵ５０は、式（１）によって得られたＶ３を転写ローラ１３Ａの転写電圧値として設定する。このため、ベタ画像についての転写ローラ１３Ａにおける最適転写電圧値を光学センサ４０の測定結果から実際に検出する場合に比較して、誤差の少ない転写電圧値を設定することが可能になる。

なお、上述の中間調画像に係るトナーパッチがラインパッチであることが好ましい。トナーパッチがラインパッチであれば、トナーパッチを作成する際のトナー消費量を低減できるからである。また、ラインパッチを感光体ドラム１０１Ａの周方向に形成することが好ましい。その理由は、ラインパッチを感光体ドラム１０１Ａの周方向に形成することによって、先端欠けまたは後端欠けの影響を低減できるからである。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。 転写ローラの最適転写電圧値を設定する際のＣＰＵの動作手順を示すフローチャートである。 転写ローラの最適転写電圧値を設定する際のＣＰＵの動作手順を示すフローチャートである。 転写電圧値とトナー付着量との関係を示す図である。

符号の説明

１１−中間転写ベルト
１３Ａ〜１３Ｄ−一次転写ローラ
４０−光学センサ
５０−ＣＰＵ
１００−画像形成装置

Claims (2)

1. 表面にトナー像が形成される像担持体と、前記像担持体に当接するように配置される中間転写体と、前記像担持体から前記中間転写体へとトナー像を転写する転写手段と、前記中間転写体上のトナーの付着量を測定する光学センサと、を備えた画像形成装置であって、
   第１の中間調画像に係る第１のトナーパッチを前記像担持体上に複数形成し、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を前記転写手段に印加することによって前記第１のトナーパッチを前記中間転写体にそれぞれ転写し、前記中間転写体に転写された前記第１のトナーパッチを前記光学センサによって測定することによって、第１の中間調画像についての前記転写手段における最適転写電圧値を判定する第１の転写電圧判定手段と、
   前記第１の中間調画像よりも階調度が高い第２の中間調画像に係る第２のトナーパッチを前記像担持体上に複数形成し、互いに大きさが異なる複数の転写電圧を前記転写手段に印加することによって前記第２のトナーパッチを前記中間転写体にそれぞれ転写し、前記中間転写体に転写された前記第２のトナーパッチを前記光学センサによって測定することによって、第２の中間調画像についての前記転写手段における最適転写電圧値を判定する第２の転写電圧判定手段と、
   前記第１の転写電圧判定手段および前記第２の転写電圧判定手段の判定結果にそれぞれ基づいて、ベタ画像についての前記転写手段における最適転写電圧値を算出し、算出した値を前記転写手段の転写電圧値として設定する転写電圧設定手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写電圧設定手段は、
   ベタ画像についての最適転写電圧値Ｖ３を、
   

   

   によって算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   但し、 Ｍ１：第１の中間調画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
   Ｍ２：第２の中間調画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
   Ｍ３：ベタ画像のトナー付着量のピーク値（ｍｇ／ｃｍ²）
   Ｖ１：第１の中間調画像の最適電圧値（Ｖ）
   Ｖ２：第２の中間調画像の最適電圧値（Ｖ）

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