JP4748595B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体ドラム上に形成した静電潜像をトナーにより現像し、記録紙などに転写し、定着させることによって画像形成を行う画像形成装置に関する。

電子写真技術を採用した画像形成装置においては、感光体ドラムを帯電手段により帯電し、帯電された感光体ドラムに画像データに応じた光ビーム照射を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段によって現像し、現像されたトナー像を記録紙などに転写し、定着させて画像を形成することが行われている。

トナーは、通常、静電潜像と逆極性に帯電されており、静電潜像に静電的に吸着されることにより現像が行われる。トナーを静電潜像と逆極性に帯電される方法として、現像剤をトナーとキャリアとで構成し（このような現像剤を二成分現像剤という）、両者を混合攪拌することにより互いに摩擦帯電させる方法が知られている。

二成分系現像剤を使用する現像方法では、現像に際してはトナーのみが消費されるため、現像剤におけるトナー濃度（記録画像濃度）を常に一定に保つための制御が必要である。このため、現像剤のトナー濃度を測定し、そのトナー濃度に基づいてトナー補給量を制御する方法が用いられている。現像剤のトナー濃度を測定する方法として、画像形成前及び所定枚数の画像形成毎に、感光体上に所定の静電潜像パターンを作成し、これを現像した後に光電センサを用いて現像画像の濃度を光電的に測定する間接的な現像剤トナー濃度測定方法が知られている（特許文献１参照）。

このような画像形成装置の故障により黒ベタの異常画像が出力されてしまうことがある。この場合、黒ベタの原因となっている故障箇所はもとより、黒ベタ画像を出力してしまうことによる２次的な故障が発生してしまう可能性がある。特に、記録紙がロール紙であり、長尺印刷中に黒ベタの異常画像が発生して長時間出力されると、たとえ２次的な故障が発生しなくても、定着部に多大なダメージを与えることになる。さらに、無駄なトナー及び記録紙を大量に消費してしまう。黒ベタ画像の発生要因は様々なものがあり、その中でも帯電チャージャーのリーク若しくは故障、光ビームを生成するＬＥＤ（Light Emitting Diode）ヘッドの誤動作若しくは故障が代表的な原因といえる。このような２次的故障を防止するためには、リーク検知装置、故障検知装置を搭載することが好ましいが、コストが上昇するという問題がある。

特開平９−３１１５３７号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、帯電チャージャーのリーク若しくは故障の検知装置、ＬＥＤヘッドの誤動作若しくは故障の検知装置などのようなコストアップの要因となる装置を付加することなく、低コストで黒ベタの異常画像を検出することである。

請求項１の発明は、画像データに基づいて感光体に潜像を生成する潜像生成手段と、前記潜像をトナー像とする現像手段と、前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記画像データに含まれるドット数をカウントし、ベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段と、前記濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果がベタ画像でない場合に異常と判断し、前記ベタ画像検出手段の検出結果がベタ画像である場合には異常と判断しない異常判断手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
請求項２の発明は、前記濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果を参照することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。
請求項３の発明は、前記異常判断手段が異常と判断すると、前記潜像生成手段による潜像の生成を中断することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置である。
請求項４の発明は、前記トナー像をロール紙に転写する長尺印刷の場合、前記異常判断手段が異常と判断すると、前記ロール紙をカットすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置である。
請求項５の発明は、前記異常手段が異常と判断した場合、前記濃度検知手段の検知濃度に応じて前記異常の原因を判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置である。
請求項６の発明は、画像データに基づいて感光体に潜像を生成する潜像生成手段と、前記潜像をトナー像とする現像手段と、前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記画像データに含まれる黒ドット数をカウントし、黒ベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段と、前記濃度検知手段が黒ベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果が黒ベタ画像でない場合に異常と判断し、前記ベタ画像検出手段の検出結果が黒ベタ画像である場合には異常と判断しない異常判断手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

（作用）
請求項１の発明によれば、画像データに基づいて作像されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したとき、異常判断手段は、画像データに含まれるドット数をカウントしてベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段の検出結果がベタ画像でない場合に異常と判断し、その検出結果がベタ画像である場合に異常と判断しない。
請求項２の発明によれば、濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したときに、ベタ画像検出手段の検出結果を参照する。
請求項３の発明によれば、異常判断手段が異常と判断すると、潜像生成手段による潜像の生成を中断する。
請求項４の発明によれば、トナー像をロール紙に転写する長尺印刷の場合、異常判断手段が異常と判断すると、ロール紙をカットする。
請求項５の発明によれば、異常手段が異常と判断した場合、濃度検知手段の検知濃度に応じて異常の原因を判定する。
請求項６の発明によれば、画像データに基づいて作像されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段が黒ベタ画像の濃度を検知したとき、異常判断手段は、画像データに含まれる黒ドット数をカウントして黒ベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段の検出結果が黒ベタ画像でない場合に異常と判断し、その検出結果が黒ベタ画像である場合に異常と判断しない。

本発明によれば感光体と、前記感光体に潜像を生成する潜像生成手段と、前記潜像をトナー像とする現像手段とを備えた画像形成装置において、コストアップの要因となる装置を付加することなく、低コストで黒ベタの異常画像を検出できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態の画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。

この画像形成装置は、それぞれがＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスに接続されたメモリコントローラ２、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）やセントロニクスなどのプリンタインターフェース３、エンジンコントローラ６、ＦＡＸモデム７、及びＰＣＩオプション８を備えている。プリンタインターフェース３には、各種イメージの画像データをメモリコントローラ２に送出するコンピュータであるホスト１が接続されている。

メモリコントローラ２には、操作パネル２３、ＳＤＲＡＭ（Synchronous ＤＲＡＭ）４、及びＨＤＤ（Hard Disc Drive）５が接続されている。エンジンコントローラ６は、ＣＰＵ９（Central Processing Unit）と、画像処理部１２とを備えている。

また、この画像形成装置は、エンジンコントローラ６から画像データが供給される書込制御部１１、書込制御部１１の出力により駆動されるＬＥＤヘッド１３、ＬＥＤヘッド１３により露光される感光体ドラム１４、感光体ドラム１４の外周側に配置された現像部１５、帯電チャージャー１７、除電ランプ１８、クリーニングブレード２１、転写分離チャージャー１９、濃度センサ２２を備えている。さらに、図示されていない用紙トレイから用紙を搬送する搬送部１６と、搬送され、転写分離チャージャー１９にてトナー像が転写された用紙上のトナー像を定着させる定着部２０とを備えている。

メモリコントローラ２は、ホスト１からプリンタインターフェース３、ＰＣＩバスを介して画像データを受け取り、ＳＤＲＡＭ（Synchronous ＤＲＡＭ）４、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）５に一旦格納しておく。ＦＡＸモデム７からの受信画像データ、ＰＣＩオプション８からの画像データも同様に、ＰＣＩバスを介してメモリコントローラ２がデータを受け取り、ＳＤＲＡＭ４、ＨＤＤ５に格納する。また、スキャナ１０からの原稿読取データも同様に、メモリコントローラ２が受け取り、ＳＤＲＡＭ４、ＨＤＤ５に格納する。

エンジンコントローラ６、ＣＰＵ９は画像形成装置全体を制御している。エンジンコントローラ６は、ＳＤＲＡＭ４、ＨＤＤ５に格納されている画像データの転送をメモリコントローラ２に対して要求し、転送されてきた画像データに対し画像処理部１２によって画質改善処理を施し、書込制御部１１へと転送する。

書込制御部１１は、ＬＥＤヘッド１３へ画像データを転送することでＬＥＤヘッド１３の点灯制御を行っており、ＬＥＤヘッド１３の発光により、除電ランプ１８による除電と帯電チャージャー１７による帯電を行った感光体ドラム１４に静電潜像を形成する。

感光体ドラム１４に形成された静電潜像には、現像部１５によってトナーが付着される。感光体ドラム１４に付着されたトナー像は、搬送部１６によって搬送されてきた用紙に転写される。転写分離チャージャー１９のサポートにより、トナー像が転写分離された用紙は、定着部２０によって熱定着されて、印刷が完了する。用紙への転写分離が終了した後の感光体ドラム１４上に残ったトナーはクリーニングブレード２１によってクリーニングされる。

濃度センサ２２は光反射型のセンサであり、感光体ドラム１４の所定の位置、例えば主走査方向の両端付近に対向するように配置されている。印刷画像の濃度を安定させるために、静電潜像生成の露光前に、感光体ドラム１４に対して、濃度センサ２２の読み取り専用の黒ベタパターン画像を生成して、黒ベタパターン部分の濃度センサ２２の出力電圧をモニタすることで感光体ドラム１４に付着しているトナー量を検出して、現像部１５内へのトナー補給量を調節している。

以上の構成を具備する画像形成装置の印刷処理について図２のフローチャートを用いて説明する。
印刷開始から印刷終了の間、エンジンコントローラ６は、濃度センサ２２の出力電圧を常時モニタしている（ステップＳ１：ＮＯ→Ｓ２）。エンジンコントローラ６内のＣＰＵ９は、取得した濃度センサ出力電圧より、現在の感光体ドラム１４上のトナー像が黒ベタか否かを判断する（ステップＳ３）。

本実施形態では、濃度センサ２２の出力電圧とトナー付着量とは図３に示す特性を備えており、トナー付着量０．４〜０．９５程度に対応する出力電圧である０．６Ｖ〜０．２Ｖ程度を黒ベタ範囲としているので、ステップＳ３では０．６Ｖを閾値とし、濃度センサ出力電圧が０．６Ｖ以上である場合、感光体上ドラム上１４のトナー潜像は黒ベタでは無いと判断し（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ１（印刷終了判断）へ移行する。

そこで印刷終了していなければ（ステップＳ１：ＮＯ）、再度濃度センサの出力電圧を取得して（ステップＳ２）、再度トナー像の黒ベタを判断する（ステップＳ３）。トナー像の黒ベタが検出されなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、印刷終了を迎えた時点で（ステップＳ１：ＹＥＳ）印刷フローは正常終了となる。

印刷実行中の濃度センサ出力電圧が黒ベタであると判断（ステップＳ３：ＹＥＳ）した場合、ステップＳ６にて、書込制御部１１からＬＥＤヘッド１３へ転送した画像データ（点灯信号）が、濃度センサ２２の読取箇所で黒ベタであったか否かを判断し、黒ベタであった場合、書込制御部１１からエンジンコントローラ６へ黒ベタフラグ「ＯＮ」を渡し、黒ベタでなかった場合、黒ベタフラグ「ＯＦＦ」を渡す。

ここで、濃度センサ２２の読取箇所とは、印刷前に行われる濃度センサ２２によるトナー補給量調節を行う際に、感光体ドラム１４上に作成する濃度センサ専用パターン画像と同じ位置、同じ面積である。また、黒ベタデータか否かの判断を行うときに単位面積当たりの黒ドット占有率を算出するが、この単位面積は感光体ドラム１４上に作成する濃度センサ専用パターン画像と同じ位置、同じ面積である。そして、本実施形態では、黒ドット占有率が５０％以上であった場合、黒ベタフラグを「ＯＮ」にする。黒ドット占有率が５０％のときの濃度センサ２２の出力電圧は、黒ベタと判断される閾値電圧と同じ０．６Ｖとなる。黒ドット占有率が５０％を越えると、濃度センサ２２の出力電圧は０．６Ｖよりも低くなる。例えば、書込制御部１１での黒ベタ画像検出処理（ステップＳ６）での黒ドット占有率が、図４Ａ〜Ｃであった場合、Ａ及びＢでは黒ベタフラグ「ＯＮ」、Ｃでは黒ベタフラグ「ＯＦＦ」となる。黒ベタか否かを判定することにより、ハーフトーンの黒ベタも黒ベタと判断できるので、黒ベタ異常画像の誤検出を防止でき、検出精度が向上する。

ＣＰＵ９は、黒ベタフラグ「ＯＮ」の場合は、濃度センサ２２で読み取った黒ベタのトナー画像は異常画像ではないと判断（ステップＳ４：ＹＥＳ）して、ステップＳ１へと戻る。このように、正常画像が印刷されているときは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ１、又はＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１を繰り返し、正常印刷終了となる。

これに対し、黒ベタフラグ「ＯＦＦ」の場合は、ＣＰＵ９は、濃度センサ２２で読み取った黒ベタのトナー画像が異常画像であると判断（ステップＳ４：ＮＯ）し、操作パネル２３によるエラー表示（ステップＳ５）の後、以後の印刷開始を禁止する。

このように、本発明の第１の実施形態の画像形成装置によれば、トナー補給量を調整するために設けられている濃度センサ２２の出力電圧と、書込制御部１１からＬＥＤヘッド１３へ転送される画像データとを用いて黒ベタの異常画像を検出するので、帯電チャージャーのリーク若しくは故障の検知装置、ＬＥＤヘッドの誤動作若しくは故障の検知装置などのようなコストアップの要因となる装置を付加することなく、黒ベタ異常画像の出力を検知することができる。 また、単位面積あたりの黒ドット占有率に基づいて、黒ベタデータか否かを判定することにより、ハーフトーンの黒ベタデータを黒ベタ異常画像と誤検出することを防止できる。

[第２の実施形態]
図５は本発明の第２の実施形態の画像形成装置の印刷処理のフローチャートである。本実施形態の画像形成装置の概略ブロックは第１の実施形態（図１）と同じである。また、図５のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１７は、それぞれ図２のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６と同様な処理である。

本実施形態では、画像印刷中の濃度センサ２２の出力電圧が黒ベタであると判断（ステップＳ１３：ＹＥＳ）した後、書込制御部１１での黒ベタ画像検出（ステップＳ１７）で、黒ベタフラグが「ＯＦＦ」のとき（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ９は、印刷出力中の画像は黒ベタの異常画像であると判断して、即座に静電潜像の生成を中止する（ステップＳ１６）ことで、黒ベタ画像の出力を停止させる。

静電潜像の生成を中止するには、書込制御部１１からＬＥＤヘッド１３への点灯信号をＯＦＦにし、さらに現像部１５の現像スリーブをＯＦＦにすればよい。また、ロール紙を用いて長尺印刷を行っている場合、即座にロール紙をカットして、長尺印刷を中止する（ステップＳ１６）。

本実施形態によれば、印刷出力中の画像が黒ベタの異常画像であると判断したとき、即座に静電潜像の生成を中止し、そのとき長尺印刷を行っていた場合、即座に長尺印刷を中止することで、定着部２０へのダメージを低減し、さらに無駄なトナーの消費、無駄な用紙の消費を可能な限り低減することができる。

[第３の実施形態]
図６は本発明の第３の実施形態の画像形成装置の印刷処理のフローチャートである。本実施形態の画像形成装置の概略ブロックは第１の実施形態（図１）と同じである。また、図６のステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３３、Ｓ３４は、それぞれ図５のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６と同様な処理である。また、図６のステップＳ２７は図５のステップＳ１７と同様な処理である。

ステップＳ２７の書込制御部１１での黒ベタ検出ルーチンは、図７に示すように、まず黒ベタフラグをクリアし（ステップＳ２８）、黒画素ドットのカウントをスタートさせる（ステップＳ２９）。単位面積分の黒ドットカウントを終了した後、黒ドット占有率が５０％以上の場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、黒ベタフラグをＯＮにし（ステップＳ３１）、黒ドット占有率が５０％未満の場合は（ステップＳ３０：ＮＯ）、黒ベタフラグをＯＦＦにする（Ｓ３２）。

次いで、黒ドットカウントをスタート（ステップＳ２９）した画像が感光体ドラム１４上にトナー作像されるタイミングで、濃度センサ２２の出力電圧を取得する（ステップＳ２４）。ステップＳ２９で黒ドットカウントを実施した画像の感光体ドラム１４上の位置と、ステップＳ２４で濃度センサ２２の出力電圧を取得した感光体ドラム１４上の画像の位置とが同じになるように、ＣＰＵ９がタイミングを計って、濃度センサ２２の出力電圧を取得することが重要である。

このように、書込制御部１１にて、画像データの単位面積あたりの黒ドットのカウントを任意のタイミングでスタートできるようにし、濃度センサ２２の検知電圧が黒ベタを示す値（０．６Ｖ未満）となった直後に、書込制御部１１にて、濃度センサ２２が読み取った位置の画像データの単位面積あたりの黒ドット数のカウントを開始し、その後、濃度センサ２２の検知電圧を再度モニタすることで黒ベタ異常画像検出を行う。

次いで、濃度センサ２２の出力電圧が、黒ベタであるか否かを判定し（ステップＳ２５）、黒ベタで無い（ステップＳ２５：ＮＯ）場合は、印刷中の画像は正常であるので、ステップＳ２１に再度戻る。ステップＳ２５の黒ベタ判定がＹＥＳの場合、ステップＳ２７での画像データ上での黒ベタ検出結果を参照して（ステップＳ２６）、黒ベタフラグがＯＮ（ステップＳ２６：ＹＥＳ）であれば、印刷中の画像は正常であるので、フローチャートＳ２１に再度戻る。黒ベタフラグがＯＦＦ（ステップＳ２６：ＮＯ）の場合、印刷中の画像は黒ベタ異常画像であるので、感光体ドラムの作像を中止し（ステップＳ３３）、さらにロール紙を用いて長尺印刷を行っている場合、即座にロール紙をカットして、長尺印刷を中止する（ステップＳ３３）。

本発明の第３の実施形態によれば、黒ベタ異常画像の検出を制御しているエンジンコントローラ６が、自身の都合が良いタイミングで検出を行え、さらに濃度センサ２２で黒ベタを検出する画像位置と、書込制御部１４で黒ドットカウントする画像位置とを同じにすることにより、黒ベタの異常画像検出の精度を高めることができる。

[第４の実施形態]
図８は本発明の第４の実施形態の画像形成装置における濃度センサ２２の出力電圧と、トナー付着量と、黒ベタ範囲との関係を示すグラフである。本実施形態の画像形成装置の概略ブロックは第１の実施形態（図１）と同じであり、印刷処理のフローチャートは第３の実施形態（図６）と同様である。本実施形態では、図６ステップＳ２５の濃度センサ２２による黒ベタ検出判定において、濃度センサ２２の検出電圧に応じて黒ベタの異常画像の発生原因を判別する。

黒ベタ異常画像の発生原因として、帯電チャージャー１７のリーク、故障などにより、感光体ドラム１４表面の電位が上がらず、トナーが感光体ドラム全面に付着して黒ベタ画像となる場合（ケース[１]）と、ＬＥＤヘッド１４の誤動作、故障により、全面黒ドットを露光してしまう場合（ケース[２]）とがある。前者の場合、濃度センサ２２の出力電圧は図８の黒ベタ範囲[１]（０．３Ｖ〜０．６Ｖ）となる。また、後者の場合の濃度センサ２２の出力電圧は、図８の黒ベタ範囲[２]（０．３Ｖ未満）となる。

ＣＰＵ９は、黒ベタ異常画像を検知し（ステップＳ２６：ＮＯ）、エラー表示（ステップＳ３４）を行う際、濃度センサ２２の出力電圧のレベルに基づいて、黒ベタ画像がケース[１]又は[２]のどちらであるかを判定し、操作パネルに表示するか（ステップ２３）、若しくはエラーログに記録しておく。

このように、本発明の第４の実施形態によれば、黒ベタ異常画像の原因を表示若しくはログ記録しておくことにより、サービスマンが画像形成装置の修理の際に故障箇所の識別が可能になるので、メンテナンス作業の効率が向上する。

本発明の第１の実施形態の画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の画像形成装置の印刷処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるトナー付着量に対する濃度センサの出力電圧の特性を示す図である。 画像データの黒ドット占有率の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の画像形成装置の印刷処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の画像形成装置の印刷処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の画像形成装置の印刷処理における書込制御部の黒ベタ検出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の画像形成装置における濃度センサの出力電圧と、トナー付着量と、黒ベタ範囲との関係を示すグラフである。

符号の説明

６・・・エンジンコントローラ、１１・・・書込制御部、１３・・ ＬＥＤヘッド、１４・・・感光体ドラム、１５・・・現像部、２２・・・濃度センサ。

Claims (6)

1. 画像データに基づいて感光体に潜像を生成する潜像生成手段と、
   前記潜像をトナー像とする現像手段と、
   前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
   前記画像データに含まれるドット数をカウントし、ベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段と、
   前記濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果がベタ画像でない場合に異常と判断し、前記ベタ画像検出手段の検出結果がベタ画像である場合には異常と判断しない異常判断手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記濃度検知手段がベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果を参照すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記異常判断手段が異常と判断すると、前記潜像生成手段による潜像の生成を中断すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー像をロール紙に転写する長尺印刷の場合、
   前記異常判断手段が異常と判断すると、前記ロール紙をカットすること
   を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記異常手段が異常と判断した場合、
   前記濃度検知手段の検知濃度に応じて前記異常の原因を判定すること
   を特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 画像データに基づいて感光体に潜像を生成する潜像生成手段と、
   前記潜像をトナー像とする現像手段と、
   前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
   前記画像データに含まれる黒ドット数をカウントし、黒ベタ画像か否かを検出するベタ画像検出手段と、
   前記濃度検知手段が黒ベタ画像の濃度を検知したときに、前記ベタ画像検出手段の検出結果が黒ベタ画像でない場合に異常と判断し、前記ベタ画像検出手段の検出結果が黒ベタ画像である場合には異常と判断しない異常判断手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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