JP4724305B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは、像担持体と、像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、一様帯電後の像担持体を露光して潜像を形成する露光装置と、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、像担持体上の現像像を転写材に転写する転写材転写装置と、転写材に転写された画像を熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真法により画像を形成する画像形成装置では、露光装置にレーザ光源とそのレーザ光を偏向走査させるポリゴンミラー等によるレーザ走査光学系を用いるのが主流であるが、近年では、装置全体の小型・簡易化が図れる、高密度な書込みにおいても高速化が可能である、等の理由から、露光装置にＬＥＤアレイヘッドを用いたＬＥＤアレイプリンタが注目されている。
【０００３】
上記ＬＥＤアレイヘッドは、多数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子が主走査方向に配列されたものであり、各ＬＥＤ素子を画像信号に基づき点灯制御することにより感光体ドラム（像担持体）上に対する光書き込みが行われ、静電潜像が形成される。
【０００４】
ここで、一般的なＬＥＤアレイヘッドについて、図１３を用いて説明する。図１３は感光体ドラムの中心軸に垂直な平面における、ＬＥＤアレイヘッドおよび感光体の断面図である。図中の符号１は像担持体としての感光体ドラムである。図中の符号３０はＬＥＤ素子アレイ基板であり、感光ドラム１の母線上に沿ってＬＥＤ素子を複数個直線状に並べて配置されたＬＥＤ素子アレイ３１を搭載している。図中の符号３２は、結像レンズであって、ＬＥＤ素子アレイ基板３０と感光ドラム１との間に位置し、ＬＥＤ素子アレイ３１から発せられた光を通過させ、感光ドラム１の表面上に結像させる。ＬＥＤ素子アレイ３１とＬＥＤ素子アレイ基板３０と結像レンズ３２とは、露光装置としてのＬＥＤアレイヘッド３３を構成する主要部品である。結像レンズ３２としては、集光性の良いセルフォックレンズアレイ（商標名；以後「ＳＬＡ」という。）が広く用いられている。
【０００５】
一般的に、ＬＥＤ素子は図１４のような温度特性を持っており、温度の上昇により発光量が低下する特性がある。例えば２０℃の温度変化で発光量は１割以上の低下が見られる。半導体レーザー（ＬＤ）にも同様の温度特性があるが、ＬＤを露光装置として用いる場合にはその光路長が長いために、書込みユニット内などにフォトダイオードを設けることができるので、光量をモニターしてリアルタイムに供給電流量を変えて光量を補正する機構を設けることができる。しかしながら、ＬＥＤアレイヘッドを露光装置として用いる場合には、前述のセルフォックレンズなどの等倍結像素子を用いるために、構造上、実際の発光量をモニターするような機構を設ける場所がない。よって、光量をフィードバックして補正できるＬＤとは異なり、前述の温度に対する光量変動の対策はＬＥＤアレイヘッドの固有の問題として、従来より検討がなされてきた。例えば、ＬＥＤアレイヘッドの背面にヒートシンクや放熱ファンを設けることによって、ＬＥＤユニットの温度上昇を抑える放熱対策がなされている。
【０００６】
近年、露光装置としての高解像度化の要求により、ＬＥＤ素子の配列は高密度化してきているが、発光素子数が増加するために消費電力が大きくなり、従来よりも大きな放熱対策が必要とされている。ここで、より大型のヒートシンクや放熱ファン等の部材を設けることが必要とされるが、露光装置としてＬＥＤを用いるメリットである、装置の小型化が損なわれてしまう。
【０００７】
そこで、ＬＥＤアレイヘッドの温度に応じてＬＥＤ素子の発光エネルギーを供給電流や点灯時間によって制御する方式が提案されている（特開平７−２１４８１９号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のような制御を行なった場合に、画像の濃度変動や地肌汚れといった不具合が発生した。この現象について詳細に解析を行なった。
まず、主電源オンをしてから連続印刷を行なった場合、１枚目のプリント（ファーストプリント）においては画像濃度が薄く、プリント枚数が多くなるに従って画像濃度が大きくなっていく。また非画像部にトナーが付着する地肌汚れという不具合も発生した。この現象は、装置の主電源をオフにした状態が長く続いた場合（朝一など）に特に顕著に起こる。
この原因について、装置の制御面から解析を行なった結果、特に定着装置の温度立ち上げ時においては露光装置であるＬＥＤアレイヘッドの温度に対する光量補正が適正に行われていないことが明らかになった。それにより画像形成条件の設定が適正に行われないことにより前記の画像の不具合が発生することがわかった。
【０００９】
ここで、画像形成条件の設定と定着装置の動作との関連性について以下に説明する。
一般的に画像形成装置においては画像形成条件を常に適正に設定するようなプロセスコントロールという制御モードを備えている。プロセスコントロールとは具体的には、主にトナー付着量や感光体ドラムの表面電位の検知結果に対して、ＬＥＤの発光量、帯電電位、現像バイアスおよびトナー補給量の４つの量を設定する制御のことをいう。この制御によりトナーの補給制御、各電位の設定、ＬＥＤの発光量の設定、ガンマ補正等がなされ、適正な画像形成条件にフィードバックされる。また、プロセスコントロールでは実際に紙上に画像を出力をする必要はなく、感光体ドラム上や中間転写体上のトナー付着量を検知することで行なう。
特に装置が長い時間停止していた後にプロセスコントロールによる制御を行なうことは非常に有効で、経時においても安定した画像形成を行なうことが可能となる。
【００１０】
ここにプロセスコントロールの制御についてフローチャートで示す。
具体的には、装置の現像特性を検知して、その検知結果より、大別して（Ａ）トナー補給の制御、（Ｂ）現像バイアス、帯電電位、ＬＥＤアレイヘッドの発光量を設定、の制御を行なう。
【００１１】
具体的な動作フローを以下に示す。
まず、トナー補給制御については図１５に示すフローチャート（Ａ）で説明する。図１５において、まず、帯電電位Ｖｇと現像バイアスＶＢ、ＬＥＤアレイヘッド発光時間ｓｔｂをそれぞれ基準値に設定する(a1)。次に、感光体ドラム上にパッチパターンの形成を行なう（a2）。パッチパターンは、ある面積のベタ画像である。そして感光体ドラム上に作像された前記パッチパターンを画像濃度センサにて検知し(a3)、その出力値をトナー付着量Ｍに換算する(a4)。そのトナー付着量Ｍと目標のトナー付着量との差異から、トナー補給量Ｔが設定され(a5)、現像装置内に補給される(a6)。
【００１２】
次に、帯電電位、現像バイアス、ＬＥＤアレイヘッド発光時間の設定について、図１６に示すフローチャート（Ｂ）で説明する。
まず、帯電電位と現像バイアスをそれぞれ基準値（Vg0、VB0）に設定する(b1)。次に、感光体ドラム上にパッチパターンの形成を行なう（b2）。パッチパターンは、ＬＥＤアレイヘッドの点灯時間を段階的に変化させて露光を行なうことで、複数個作成する。そして感光体ドラム上に作像された前記パッチパターンを画像濃度センサにて検知し(b3)、その出力値をトナー付着量Ｍに換算する(b4)。そのトナー付着量Ｍと目標のトナー付着量との差異から、ルックアップテーブル(LUT)より帯電電位Ｖｇ，現像バイアスVB、ＬＥＤアレイヘッド点灯時間ｓｔｂが選択される(b5)。なお、(ｂ2)と(ｂ3)の間で感光体ドラムの表面電位を表面電位センサにより検知するとより正確な制御がなされる。
【００１３】
次に、定着装置とＬＥＤアレイヘッドのそれぞれの温度変化について説明する。図１７は横軸に時間、縦軸に定着装置の温度（実線）およびＬＥＤユニットの温度（破線）を示したものである。時間ｔ1において主電源が入り、定着ローラの加熱が開始される。時間ｔ2において、定着ローラが規定のスタンバイ温度（Ｔsb）に達し、時間ｔ3より画像形成が開始される。ＬＥＤユニットの温度勾配に注目すると、時間ｔ1からｔ2が大きく、ｔ2からｔ3にかけて一定値となり、ｔ3より緩やかに上昇する。
【００１４】
ここで、前述のプロセスコントロールのうち、トナー補給については時間ｔ1からｔ2にかけての間に行われることが多い。その理由として、現像器内にトナーが補給されてから、現像器内部で攪拌されて現像領域に到達するまでに一定時間が必要だからである。すなわち、トナー補給の命令から、現像器内のトナー濃度が所定値になるまでにタイムラグが生ずる。また、ファーストプリントタイム（装置の主電源をオンしてから一枚目のプリントがなされるまでの時間）は、主に定着温度の立ち上り時間の制約を受けるので、定着ローラの温度が所定値になる前に、トナー濃度の制御をしておくことが、ファーストプリントタイムの時間短縮と現像剤のトナー濃度均一化のために有効だからである。
【００１５】
一方、トナー補給の制御は前述したように、実際にＬＥＤアレイヘッドの露光によって得られた画像濃度に応じて、その制御が行われる。その際、ＬＥＤの温度検知手段に応じてＬＥＤの光量が設定されているが、時間ｔ1からｔ2のＬＥＤユニットの温度勾配は大きく、その間は温度に応じた光量制御が適正になされていないことがわかった。具体的には定着装置の温度立ち上げ動作によって装置内の雰囲気温度が上昇した際には、ＬＥＤアレイヘッドの温度を検知するサーミスタで検知される温度に対して、ＬＥＤ素子の温度追従が遅れるので、補正されるべき所定光量に対して光量が大きくなり、実際よりも高い現像能力として検知されてしまう。よって、従来技術のようにＬＥＤアレイの温度検知手段を設けた場合にも、前記の温度変化が大きい場合には適正な光量補正ができないことがわかった。
【００１６】
前記トナー補給制御は、画像形成時にも画像の紙間に前記の画像濃度検知のパターンが形成されることで、同様に行われるが、画像形成時には定着温度が高温で安定しているために、ＬＥＤユニットの温度の変化も少なく、発光量も安定して制御可能である。しかしながら、上記の定着温度待機時のｔ１〜ｔ２間で行われた制御では、実際にはトナー濃度が小さいのに、現像濃度が既定値であると誤って判断された場合には、ＬＥＤの発光量の安定するｔ３以降に現像能力の低下を検知し、急にトナー補給が行われる。すると、補給されたトナーが現像器内で攪拌されて所定のトナー濃度となって現像領域に達するまでに時間がかかるために、画像においては濃度変動として現れたり、さらには急にトナーを補給したことによる地肌汚れが発生してしまう。
【００１７】
この画像の濃度変動について、特にカラー画像の場合には色再現の観点から好ましくない。カラー画像においては、指定された色に対して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の各色の割合で表現するので、それぞれの色を正しい画像濃度で再現させる必要がある。よって各色に少しでも濃度変動が生ずると色重ねをして形成されたカラー画像においては、色の違いとして認識しやすい。
【００１８】
この画像濃度変動の問題を回避するためには、定着装置の温度が十分安定した時間ｔ２以降でプロセスコントロールを行い、補給されたトナーが適正な帯電量になるまでに現像器内で十分に攪拌されてから画像形成を行なえばよいが、その分ファーストプリントまでの時間が遅くなり、生産性が非常に悪くなってしまう。
一方、画像形成動作に備えプリント非動作においても定着装置の温度を高温のまま保持して、ＬＥＤユニットの温度を一定にすることで、ＬＥＤ素子の発光量を安定化できるが、画像形成装置の消費電力が増大し、環境保全の観点から現実的な手段とは言えない。
【００１９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、露光装置としてＬＥＤアレイヘッドを用いた場合にも適正なプロセスコントロールがなされ、画像の濃度変動や地肌汚れのない、安定した出力画像を得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【００２０】
【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の発明は、像担持体と、該像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、多数のＬＥＤ素子が主走査方向に配列されて副走査方向に並列な状態で像担持体に対向配置されたＬＥＤ素子アレイと該ＬＥＤ素子アレイによる光を結像するレンズアレイとを有するＬＥＤアレイヘッドを、入力画像情報に基づいて駆動することにより、一様帯電後の該像担持体を露光して潜像を形成する露光装置と、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、該像担持体上の現像像を転写材に転写する転写材転写装置と、該転写材に転写された画像を熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、該定着装置の温度を検知する定着温度検知手段と、該現像装置の現像能力を検知する現像能力検知手段と、該定着温度検知手段で検知された該定着装置の温度の検知結果が、該定着装置の待機時の温度よりも低い温度領域にある場合に、該定着装置の温度の検知結果に基づいて、該現像能力が低めに判断されるように該現像能力検知手段の検知結果に対する補正値を設定し、その補正値で補正された該現像能力検知手段の検知結果に基づいて、該現像装置に対するトナー補給条件を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１の画像形成装置では、定着温度検知手段で検知された定着装置の温度の検知結果が、定着装置の待機時の温度よりも低い温度領域にある場合に、定着装置の温度の検知結果に基づいて、現像能力が低めに判断されるように現像能力検知手段の検知結果に対する補正値を設定する。この補正値で補正された該現像能力検知手段の検知結果に基づいて現像装置に対するトナー補給制御を適正に行なうことができる。特に、定着装置の温度立ち上げにおけるＬＥＤアレイヘッドの光量変動が大きい時にも、定着装置の温度に応じて現像能力の補正を行い、トナー補給制御を適正に行なうことができる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記制御手段は、上記定着装置の温度が大きくなるほど上記補正値を小さく設定することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記現像能力検知手段が、画像からの反射光を測定する濃度センサであることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項３の画像形成装置では、定着装置の動作において、ＬＥＤアレイヘッドの光量変動に起因する現像能力の変動の検知を、画像を形成するトナーの付着量からの反射光で検知することによって、現像剤の特性値のばらつきも含めた現像能力を正確に検知することが可能となる。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記濃度センサが、上記像担持体上の現像像の濃度を測定するものであることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項４の画像形成装置では、現像能力の変動の検知を、画像を形成する像担持体上の現像像からの反射光で検知することによって現像像の濃度を測定し、現像能力を高精度に検知することが可能となる。
【００３０】
請求項５の発明は、請求項３の画像形成装置において、中間転写体と、上記像担持体上の現像像を該中間転写体に転写する中間転写装置とを備え、上記転写材転写装置が、該中間転写体上の画像を転写材に転写するものであり、上記濃度センサが、該中間転写体上の画像濃度を測定するものであることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項５の画像形成装置では、現像能力の変動の検知を、画像を形成する中間転写体上の画像からの反射光で検知することによって、中間転写装置におけるばらつきも含めた画像濃度を高精度に検知することが可能となる。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、少なくともイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナーを用いてカラー画像を形成することを特徴とするものである。
【００３３】
請求項６の画像形成装置では、画像濃度の変動が目立つカラー画像においても、定着装置の動作に応じて現像能力の補正を行い、現像装置に対するトナー補給制御を適正に行なう。
【００３４】
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
上記像担持体と上記ＬＥＤアレイヘッドとを有する画像形成ユニットを複数個直列に備え、上記定着装置から各ＬＥＤアレイヘッドまでの距離がそれぞれ異なることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項８の画像形成装置では、定着装置からの距離に応じて、各ＬＥＤアレイヘッド毎に現像装置に対するトナー補給制御を適正に行なう。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、矢印方向に回転駆動される像担持体である感光体ドラム１を中央に備え、その周囲には、感光体ドラム表面を一様に帯電するスコロトロンなどによる帯電装置２、画像信号に基づき感光体ドラム１を露光して静電潜像を形成させる露光装置３、各色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のトナーを備えた各現像ユニットが順次回転することで感光体ドラム１に対向する、いわゆるリボルバー式現像機構により、感光体ドラム１上の静電潜像を現像することで、感光体ドラム１上に各色毎にトナー像を形成させる現像装置４、感光体ドラム１上の現像像であるトナー像を各色毎に中間転写体としての中間転写ベルト５１に転写することで、中間転写ベルト５１上で色重ねしたトナー像を得る中間転写装置５、中間転写装置への転写工程後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配置されている。また、中間転写ベルト５１上に形成したトナー像を転写紙などの転写材に転写する転写材転写装置７、転写済みの転写材上の画像を定着する定着装置８も図示のように配置されている。また、現像能力を検知する現像能力検知手段としての画像濃度センサ９は感光体ドラム１に対向して現像装置４と中間転写装置５との間に設置されている。
【００３７】
本実施形態における露光装置３であるＬＥＤアレイヘッドには、前述した図１２の構成であり、レンズアレイとしては、セルフォックレンズアレイ（商品名）のＳＬＡ２０Ｂを用いた。
【００３８】
ＬＥＤアレイの点灯駆動の制御について以下に示す。
図２はＬＥＤアレイ駆動部の構成を示すブロック図である。このＬＥＤアレイ駆動部は周知構成のものであり、シフトレジスタとラッチとＡＮＤゲートとＬＥＤドライバとにより構成されている。シフトレジスタはクロック信号ＣＬＯＣＫによって"０"又は"１"なる１ドット２値の画像データをドット１から順番に入力し、内部ではその各ドットデータを各レジスタに送るように動作する。ｎ個分の全てのドットデータが送られるとラッチがそのデータをラッチし、ストローブパルスＳＴＢがＡＮＤゲートに入力されると、画像データの"１"が送られたドット（ＬＥＤ素子）のみがＬＥＤドライバによってストローブパルスＳＴＢの幅だけ発光することを基本とする。
【００３９】
図３は、ＬＥＤアレイ制御部の構成を示すブロック図である。まず、１ビット２値の画像データを１ライン分外部から取り込むためのＦＩＦＯ（Ｆirst-Ｉn Ｆirst-Ｏut）メモリが前記ＬＥＤアレイ駆動部の入力側に設けられている。このＦＩＦＯメモリはコントローラ部からの主走査ライン同期信号／ＬＳＹＮＣによってリセットされ、主走査１ライン分の画像データを取り込む。そして、同じくコントローラ部からの主走査ライン同期信号／ＬＳＹＮＣでＬＥＤアレイ駆動部がリセットされ、発振器から発生したクロック信号ＣＬＯＣＫにより前記ＦＩＦＯメモリから画像データがドット１からドットｎまで順次ＬＥＤアレイ駆動部に送出される。また、前記ＬＥＤアレイ制御部中において前記ＬＥＤアレイ駆動部に対しては、ストローブパルス発生部が接続されている。このストローブパルス発生部は例えばカウンタ、コンパレータ等により構成されており、ストローブパルスＳＴＢを発生する。ＬＥＤアレイ駆動部では、画像データが"１"のドットがストローブパルスＳＴＢのタイミングで発光することになる。
【００４０】
図４は、上記現像装置４の内部構成を示す断面図である。この現像装置４は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を内部に収納しており、搬送スクリュー４１によって現像剤が図の手前側と奥側に搬送されると同時にトナーとキャリアが摩擦帯電によって帯電する。また感光体ドラム１に対向して配置される現像剤担持体としての現像ローラ４２は回転可能な現像スリーブと内部に固定された磁石からなり、現像ローラ内の磁石により現像剤は現像スリーブ表面に引き付けられる。その後現像スリーブの上に付着した現像剤は現像剤規制部材であるドクタ４３によって一定の薄層にされた後に、現像領域に搬送される。現像スリーブには現像バイアスが印加されており、感光体ドラム１と現像スリーブ間で形成された現像電界により感光体ドラム１上の潜像にトナーのみが付着することで潜像が顕像化する。
また、各現像装置４の近傍には各色毎のトナー補給用のトナー容器４４備えられており、現像装置とトナー容器はトナーホッパー４５により連結され、トナーホッパー内のトナー補給スクリュー４６の回転によって、トナー容器から現像装置内へトナーが補給される機構となっている。
また、トナー補給スクリューの回転量を制御することで、トナー補給量を制御することができる。
【００４１】
図５は、現像能力検知手段としての画像濃度センサ９の説明図である。この画像濃度センサ９は、図５に示すように発光部９１と受光部９２を備えた光学センサー（以下「Ｐセンサ」と呼ぶ。）であり、感光体ドラム１に対向するように配置されている。本実施形態では発光部９１からの光に対し、感光体ドラム１上のトナー像９３の乱反射成分を受光部９２にて検知している。乱反射成分を検知することにより、感光体ドラム１上の反射成分をほとんど拾わないため、検知精度が良い。実際のＰセンサの出力値をＶｓｐとすると、ブラックトナーとシアン・マゼンタ・イエロートナーの感光体ドラム１上のトナー付着量とＶｓｐの関係はそれぞれ、図６（ａ）及び（ｂ）のようになる。これらの関係より各色毎に予め設定された係数で重みづけをして、トナー付着量Ｍに換算している。
【００４２】
図７は、定着装置８の内部構成を示す断面図である。搬送部から送られてきた転写済みの転写材８１を、圧力を加えて当接されてそれぞれ回転可能な定着ローラ８２と加圧ローラ８３間を通過させることで、転写材８１に熱と圧を加えることによって転写材８１上のトナーを転写材８１に融着させる。定着ローラ８２と加圧ローラ８３それぞれの内部にはヒータ８４が設けられており、サーミスタ８５、８６での温度検知により温度制御が行われている。
なお、本実施形態では定着方式としてシリコンオイルを定着ローラ８２の表面に塗布した、いわゆるソフトロール方式用いているが、テフロンローラを用いたハードロール方式やベルト定着方式を用いてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態における制御について詳細に説明する。
図８は、主電源をオンしてからの時間に対する定着温度およびＬＥＤアレイヘッドの温度の変化を模式的に示したものである。主電源をオンした時刻をｔ０としたとき、時刻ｔ１において定着ローラ温度がスタンバイ温度（Ｔｓｂ）に達し、時刻ｔ２において画像形成命令が出され、定着温度はＴ０に達する。その際、ＬＥＤアレイヘッドの温度変化は破線のようになる。この定着温度がスタンバイ温度以下の領域においては、ＬＥＤアレイヘッドの温度の時間的変化も大きく、すなわち光量変動が大きい。
ここで、装置立ち上げ時などのＬＥＤアレイヘッドの温度が十分低い領域に比べ、画像形成時などのＬＥＤアレイヘッドの温度が十分高く安定している領域では、ＬＥＤの光量が低下している。よって前者のＬＥＤアレイヘッド温度が低い領域において、画像形成条件の設定が行なわれた場合、ＬＥＤの光量が大きくトナー付着量が多いので、現像能力として大きく見積もられてしまう。よって、ＬＥＤアレイヘッド温度に対応した現像能力値の補正が必要となる。
特にトナー補給制御に関しては、補給されたトナーが現像装置内で均一に攪拌されるまでに一定時間が必要であるので、トナー補給制御と実際にトナー濃度が所定量に達するまでにはある程度タイムラグがある。よって、予めトナー補給量の補正をしておくことが画像形成時のトナー濃度の安定化にきわめて有効である。
したがって、本実施形態においては、定着温度変化からＬＥＤの光量変動を予め予測し、現像能力の補正を行なうことで、画像形成時の画像濃度の安定性を得ている。
【００４４】
次に、具体的な制御について説明する。
定着温度の検知結果により、前述の画像形成条件設定を以下の流れで行なっている。
定着温度Ｔｈを以下の温度域に分ける。
（Ｉ）Th＜Tsb’、
（II）Tsb’≦Ｔｈ＜Ｔsb、
（III）Tsb≦Ｔｈ
【００４５】
ここで、Tsbは定着ローラ８２の待機時（スタンバイ）温度、Tsb’は定着ローラ８２のスタンバイ温度より小さい所定の温度をそれぞれ示す。本実施形態ではＴsb’＝Tsb−20（℃）とした。定着ローラ８２のサーミスタ８５によって検知された定着温度ＴｈとＬＥＤ温度との関係（図８参照）より、ＬＥＤの光量変化の状態がほぼ予測される。領域（II）、（III）の温度領域は狭いので、ＬＥＤ光量変動も小さく、前述の画像形成条件設定の制御はほぼ正確になされる。領域（Ｉ）においては温度領域が広いために、ＬＥＤの光量の予測は困難であるが、Ｐセンサにて検知される現像能力よりも低い値に補正をすることにより、領域（II）においても同様な制御を繰り返すことによって適正な制御が可能となる。
【００４６】
次に、現像能力の補正について説明する。
制御命令がなされてから、定着ローラ８２のサーミスタ８５によって検知された温度を定着温度Ｔｈとし、Ｔｈが以下のどの温度領域にあるかを判断し、現像能力の補正値αを以下のように決める。
（Ｉ） Th＜Tsb’； α＝αＩ
（II） Tsb’＜Th＜Tsb ； α＝αII
（III） Tsb＜Th ； α＝αIII
ここで、αＩ＞αII＞ αIIIとし、αIII＝０とした。
上記条件のもとに、Ｐセンサにて検知される現像能力であるトナー付着量Ｍに対し、（Ｍ＝Ｍ―α）とする現像能力の補正を行なう。なお、本制御方法はこれに限るものではなく、定着温度領域を細かく分割したり、連続的に行なうことによりさらに正確な制御を行なうことができる。
【００４７】
次に、上記現像能力の補正を加えたプロセスコントロールの制御をフローチャートによって説明する。
図９は、トナー補給制御のフローチャート（Ａ）である。まず、制御を行なう色を選択し(a1)、定着温度を検知する(a2)。次に、帯電電位と現像バイアス、ＬＥＤアレイヘッド発光時間をそれぞれ基準値（Vg0、VB0、stb0）に設定する(a3)。次に、感光体ドラム１上にパッチパターンの形成を行なう（a4）。パッチパターンは、作像面積が2cm×2cmのベタ画像とした。そして、感光体ドラム１上に作像された前記パッチパターンをＰセンサにて検知し(a5)、Ｐセンサの出力Vsgをトナー付着量Ｍに換算する(a6)。そのトナー付着量Ｍに対し、(a2)で検知された定着温度から現像能力補正を行なう(a7)。(a7)で補正されたトナー付着量予想値に対し、目標のトナー付着量との差異から、トナー補給量Ｔを設定する(a8)。トナー補給量Ｔに応じて、トナーホッパー内のトナー補給スクリューの回転数が制御されることで、所定のトナー補給量が現像装置内に供給される(a9)。そして、次に制御を行なう色を選択する(a10)。
【００４８】
次に、図１０のフローチャート（B)を用いて、帯電電位、現像バイアス、ＬＥＤアレイヘッド発光時間の設定について説明する。まず、制御を行なう色を選択し(b1)、定着温度を検知する(b2)。帯電電位と現像バイアスをそれぞれ基準値（Vg0、VB0）に設定する(b3)。次に、感光体ドラム１上にパッチパターンの形成を行なう（b4）。パッチパターンは、ＬＥＤアレイヘッドの点灯時間を１６段階変化させて露光を行なうことで、１６種類作成する。作像面積は２cm×２cmとした。そして、感光体ドラム１上に作像された前記パッチパターンをＰセンサにて検知し(b5)、Ｐセンサの出力Vsgをトナー付着量Ｍに換算する(b6)。そのトナー付着量Ｍに対し、(b6)で検知された定着温度から現像能力補正を行なう(b7)。(b7)で補正されたトナー付着量予想値に対し、目標のトナー付着量との差異から、ルックアップテーブル(LUT)より帯電電位Ｖｇ，現像バイアスVB、ＬＥＤアレイヘッド点灯時間ｓｔｂが選択される(b8)。そして次に制御を行なう色を選択する(b9)。
なお、(a2)と(a3)の間で感光体ドラム１の表面電位を表面電位センサにより検知するとより正確な制御がなされる。
【００４９】
以上、本実施形態によれば、定着温度に応じて現像能力の検知結果を補正することにより、経時においても画像の濃度変動がなく、かつ地肌汚れのない、安定して良好な画像が得られる。
【００５０】
〔実施形態２〕
図１１は本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図である。
図１１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、矢印方向に回転駆動し潜像担持体である感光体ドラム１、感光体ドラム表面を一様に帯電する帯電装置２、画像信号に基づき感光体ドラム１を露光して静電潜像を形成させるＬＥＤアレイヘッドを用いた露光装置３、前記静電潜像をトナーを用いて現像して、感光体ドラム１上にトナー像を形成させる現像装置４、後述する転写工程後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等を備えた画像形成ユニットが各色毎に直列に配置されており、各感光体ドラム１において形成されたトナー像を、中間転写体としての中間転写ベルト５１上に順次重ね合わせて転写し、中間転写装置７にて中間転写ベルト５１上に重ね合わされたトナー像を転写材上に転写し、定着装置８にて転写材上のトナー像を転写材に熱定着させて画像を得ている。
【００５１】
本実施形態においては、現像能力検出手段として、上記第１の実施形態と同様の光学的センサ（Ｐセンサ）９を中間転写ベルト５１に対向して備えることにより、中間転写ベルト５１上の画像濃度を検出することができる。
また、本実施形態においては色毎にＬＥＤアレイヘッドを備えており、熱源である定着装置からの距離がそれぞれ異なり、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の順で定着装置からの距離が短い。定着ローラ８２のサーミスタによって検知された定着温度Ｔｈと各色のＬＥＤ温度との関係は、図１２のようになる。すると定着装置からの距離が近いＬＥＤアレイヘッドほど温度変化が大きいことがわかる。すなわち、定着装置からの距離と温度に応じて、各色のＬＥＤアレイヘッドの光量変化が異なるので、各色のＬＥＤアレイヘッド毎に現像能力の補正を行なう必要がある。
【００５２】
そこで、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、定着温度域を以下の３つに分割し、以下の現像能力の補正係数α( j ) を各色毎に設定した。ここで（ j ）は各色のＬＥＤアレイヘッドを示し、( ｊ ) が大きくなるほど定着装置から遠ざかっていることを表す。（具体的には、α(0)：イエロー、α(１)：シアン，α(２)：マゼンタ，α(３)：ブラックである）。
（Ｉ） Ｔｈ＜Ｔsb’： α( j )＝αＩ( j )
（II） Tsb’＜Ｔh＜Ｔsb ： α( j )＝αII( j )
（III） Tsb＜Ｔh ： α( j )＝αIII ( j )
ここで、αＩ( j ) ＞αII( j ) ＞ αIII( j )であり、α( j ) ＞ α ( j＋１ ) とした。
上記条件のもとに、Ｐセンサにて検知される現像能力であるトナー付着量Ｍに対し、（Ｍ＝Ｍ―α（ｊ））とする現像能力の補正を各色毎に行なう。
このとき上記の現像能力の補正を加えたプロセスコントロールの制御は、基本的に上記第１の実施形態と同様であり、各色毎に補正値α＝α（ｊ）とすればよい。具体的には、図９及び図１０のフローチャートにおける現像能力補正（a7）、（ｂ７）の補正値αに対し、上記の補正値α（ｊ）を適用すればよい。
なお、本制御方法はこれに限るものではなく、定着温度領域を細かく分割したり、連続的に行なうことによりさらに正確な制御を行なうことができる。
【００５３】
以上、本実施形態によれば、定着温度に応じて現像能力の検知結果を補正することにより、経時においても画像の濃度変動がなく、かつ地肌汚れのない、安定して良好な画像が得られる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１乃至７の発明によれば、露光装置にＬＥＤアレイヘッドを用いた場合にも適正なトナー補給制御を行うことができるので、画像の濃度変動や地肌汚れのない、安定した出力画像を得ることのできる。特に、定着装置の温度立ち上げにおけるＬＥＤアレイヘッドの光量変動が大きい時にも、定着装置の温度に応じて現像能力の補正を行い、プロセスコントロールの一つであるトナー補給制御を適正に行なうので、画像の濃度変動や地肌汚れのない良好な画像を得ることができる。しかも、定着装置の温度立ち上げ時間内に適正なトナー補給制御を行なうことができるので、ユーザーに負担をかけないファーストプリント時間で画像形成を行なうことができる。更に、ＬＥＤアレイヘッドの温度検知手段や大型の放熱部材や冷却ファンを設置する必要がないので、制御の簡略化と装置の小型化とが図れるという優れた効果がある。
【００５７】
特に、請求項３の発明によれば、現像剤の特性値のばらつきも含めた現像能力を正確に検知することが可能となるので、現像装置に対するトナー補給制御がより適正に行われ、画像の濃度変動や地肌汚れのない良好な画像を得ることができるという優れた効果がある。
【００５８】
特に、請求項４の発明によれば、現像能力を高精度に検知することができるので、現像装置に対するトナー補給制御がより適正に行われ、画像の濃度変動や地肌汚れのない良好な画像を得ることができるという優れた効果がある。
【００５９】
特に、請求項５の発明によれば、中間転写体を用いた場合においても、中間転写装置におけるばらつきも含めた画像濃度を高精度に検知することができるので、現像装置に対するトナー補給制御がより適正に行われ、画像の濃度変動や地肌汚れのない良好な画像を得ることができるという優れた効果がある。
【００６０】
特に、請求項６の発明によれば、画像濃度の変動が目立つカラー画像においても、定着装置の動作に応じて現像能力の補正を行い、現像装置に対するトナー補給制御を適正に行なうので、各色の画像濃度の再現性が良く、階調性に優れ、かつ色差の変動のない、高品位なカラー画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００６１】
特に、請求項７の発明によれば、定着装置からの距離に応じて、各ＬＥＤアレイヘッド毎に現像装置に対するトナー補給制御を適正に行なうので、各色の画像濃度の再現性が良く、階調性に優れ、かつ色差の変動のない、高品位なカラー画像を形成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】ＬＥＤアレイ駆動部の構成を示すブロック図。
【図３】ＬＥＤアレイ制御部の構成を示すブロック図。
【図４】現像装置の内部構成を示す断面図。
【図５】画像濃度センサ（Ｐセンサ）の説明図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、Ｐセンサの出力値Ｖｓｐとトナー付着量とＶｓｐの関係を示すグラフ。
【図７】定着装置の内部構成を示す断面図。
【図８】主電源をオンしてからの時間に対する定着温度およびＬＥＤアレイヘッドの温度の変化を模式的に示したグラフ。
【図９】トナー補給制御のフローチャート。
【図１０】帯電電位、現像バイアス及びＬＥＤアレイヘッド発光時間の設定のフローチャート。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【図１２】定着ローラのサーミスタによって検知された定着温度Ｔｈと各色のＬＥＤ温度との関係を示すグラフ。
【図１３】一般的なＬＥＤアレイヘッドの説明図。
【図１４】ＬＥＤアレイヘッドのＬＥＤ素子の温度特性を示すグラフ。
【図１５】従来のトナー補給制御のフローチャート。
【図１６】従来の帯電電位、現像バイアス、ＬＥＤアレイヘッド発光時間の設定のフローチャート。
【図１７】定着装置とＬＥＤアレイヘッドの温度変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
３０ ＬＥＤ素子アレイ基板
３１ ＬＥＤ素子アレイ
３２ 結像レンズ
３３ ＬＥＤアレイヘッド
４ 現像装置
４１ 搬送スクリュー
４２ 現像ローラ
４３ ドクタ
４４ トナー容器
４５ トナーホッパー
４６ トナー搬送スクリュー
５ 中間転写装置
５１ 中間転写ベルト
６ クリーニング装置
７ 転写材転写装置
８ 定着装置
８１ 転写材
８２ 定着ローラ
８３ 加圧ローラ
８４ ヒータ
８５、８６ サーミスタ
９ 画像濃度センサ（光学センサ、Ｐセンサ）
９１ 発光部
９２ 受光部

Claims (7)

1. 像担持体と、該像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、多数のＬＥＤ素子が主走査方向に配列されて副走査方向に並列な状態で像担持体に対向配置されたＬＥＤ素子アレイと該ＬＥＤ素子アレイによる光を結像するレンズアレイとを有するＬＥＤアレイヘッドを、入力画像情報に基づいて駆動することにより、一様帯電後の該像担持体を露光して潜像を形成する露光装置と、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、該像担持体上の現像像を転写材に転写する転写材転写装置と、該転写材に転写された画像を熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   該定着装置の温度を検知する定着温度検知手段と、
   該現像装置の現像能力を検知する現像能力検知手段と、
   該定着温度検知手段で検知された該定着装置の温度の検知結果が、該定着装置の待機時の温度よりも低い温度領域にある場合に、該定着装置の温度の検知結果に基づいて、該現像能力が低めに判断されるように該現像能力検知手段の検知結果に対する補正値を設定し、その補正値で補正された該現像能力検知手段の検知結果に基づいて、該現像装置に対するトナー補給条件を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記制御手段は、上記定着装置の温度が大きくなるほど上記補正値を小さく設定することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   上記現像能力検知手段が、画像からの反射光を測定する濃度センサであることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   上記濃度センサが、上記像担持体上の現像像の濃度を測定するものであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３の画像形成装置において、
   中間転写体と、上記像担持体上の現像像を該中間転写体に転写する中間転写装置とを備え、
   上記転写材転写装置が、該中間転写体上の画像を転写材に転写するものであり、
   上記濃度センサが、該中間転写体上の画像濃度を測定するものであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、
   少なくともイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナーを用いてカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
   上記像担持体と上記ＬＥＤアレイヘッドとを有する画像形成ユニットを複数個直列に備え、
   上記定着装置から各ＬＥＤアレイヘッドまでの距離がそれぞれ異なることを特徴とする画像形成装置。

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