JP4821285B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等の像担持体上に形成されるトナー像の濃度を光学的に検知する画像濃度検出手段（以下、光学センサともいう。）を有する画像形成装置に関する。

従来、像担持体に付着するトナー付着量（画像濃度）を制御するに当たっては、所定のプリント枚数毎に、光学濃度検知手段の発光部から像担持体の地肌へ光を投射し、受光部で受光して光学濃度検出手段の出力部の出力値を基準値に合うように発光光量を変化させる制御が一般的に知られている（ベース補正）。

これは、光学センサの校正方法の一つとして提案されているものである。しかしながら、この方法では像担持体の使い込みによる地肌の反射率変化（低下）によって、トナー量検出時の光学センサの発光光量が変化してしまうため、ある基準付着量のトナー像を検知する際、同一付着量では、光反射面（トナー像）の反射率が同一であることから、発光光量を大きくする程、出力値である電圧が大きくなってしまう（図２（ａ）参照）。すなわち、光学センサの発光光量が変化するにも係わらず、出力基準値（トナー付着量を決める）を設定していると、例えば、トナー量が少ない状態でも制御が終了してしまい、画像濃度が低く（高く）なってしまう（図２（ｂ）参照）。つまり、基準濃度の制御にバラツキが発生することになる。

図２は光学濃度検知手段の発光光量に対する出力電圧とトナー付着量と、発光光量とトナー濃度との関係を示す図である。

また、基準濃度の検知精度を保つため、光学センサの発光光量を一定にする制御も知られているが、発光光量を一定にすると、像担持体の光反射特性が変化したときにハイライト部の検出精度が悪化することになる。

つまり、像担持体（例えば、中間転写ベルト等）上にフィルミング、クリープ変形、反射むら、傷等が発生すると、ベルト表面の反射特性が変化し、光学センサの発光光量が変動するため、検出したトナー量の値がバラツキ、トナー像のトナー量が安定しない場合がある。

公知の類似案件として、ａ）濃度検知センサの精度向上の目的のため、光学センサを固定光量にして像担持体の地肌からの反射光による出力がオーバーレンジした場合、光学センサの発光光量を変化させて地肌検知をやり直す方法（例えば、特許文献１参照）や、ｂ）中間転写ドラムの地肌濃度のバラツキに従って、濃度検知センサを校正する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
特開２００４−１１７８０７号公報 特開平１０−２６８５９１号公報

しかしながら、上記の類似案件は、光学濃度検知手段である光学センサにて像担持体表面（地肌）を検知する方法であるが、検知用トナー像の濃度補正に関する記載がなされていない。

本発明は、像担持体の地肌の反射率が変化して光学特性が変化しても、光学センサの発光光量に基づいて、検知用トナー像のトナー量の算出基準を変更することでトナー量を精度よく制御できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の構成によって達成することができる。

像担持体と、当該像担持体に対向して配置された発光部と受光部とを含む光学濃度検知手段と、前記像担持体に形成された検知用トナー像と前記像担持体の地肌に対する前記光学濃度検知手段による出力、およびトナー出力基準値に基づき画像濃度制御を行う制御手段とを有する画像形成装置であって、前記像担持体の地肌に対する前記光学濃度検知手段の出力が所定の出力となるように前記発光部の発光光量を決定する光量調整手段と、予め基準トナー付着量の前記検知用トナー像に対して前記発光光量を変化させて、前記受光部からの出力を測定して得られた前記光学濃度検知手段の発光光量と出力の特性を記憶する記憶手段と、を有し、前記制御手段は前記光量調整手段で前記発光光量が変更された場合、前記特性に基づき前記トナー出力基準値を変更し、前記調整後の発光光量における前記検知用トナー像に対する前記光学濃度検知手段の出力と前記トナー出力基準値に基づき画像形成条件を定めることを特徴とする画像形成装置。

光学センサの発光光量に基づいてトナー量の算出基準を変更することで、像担持体に形成される検知用トナー像のトナー量を精度良く制御できる。

はじめに、本発明の画像形成装置について図１を基に説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は像形成体である感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２はデジタル式像露光手段である書込装置、１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５は感光体１０のクリーニング用のブレード、１６は現像スリーブ、２０は像担持体である中間転写ベルト（以下、単にベルトともいう。）を示す。

画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写手段である転写器２５、クリーニング手段であるクリーニング装置２８等でベルトユニット２を構成する。なお、前記アースローラ（バックアップローラ）２２は、アルミ地肌のままの導電性アルミローラで、接地されている。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は、画像形成レーザで光信号に変換され、書込装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。当該中間転写ベルト２０の材質は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ０．５〜２．０ｍｍの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。

転写器２５には、トナーと逆極性の直流電圧が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。

３は、２次転写手段である転写ローラユニットで、不図示の機構によって転写ローラ２６を中間転写ベルト２０を介してアースローラ２２へ当接および当接解除する機能を有する。

転写ローラ２６は、表面がコート層で覆われた導電性のソリッドゴムからなり、トナーと逆極性バイアス電圧が印加されいる（または、アースローラ２２にトナーと同極性の電圧印加し、転写ローラ２６をアースしてもよい。）。当接時に、アースローラ２２とで形成されたニップ部Ｓで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写材Ｐに再転写（２次転写）する。

除電ローラ２７には、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加され、トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０に残留するトナーの電荷を弱めている。

４は定着部である定着装置で、加熱ローラ４１と圧着ローラ４２を有している。

前記加熱ローラ４１は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、内側から所定の温度まで加熱するハロゲンヒータ４７等を有し、その温度は、前記加熱ローラ４１に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、制御される。

７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。８１は排紙ローラで、定着された転写材を排紙皿８２へ排出する。

制御部Ｂ１は、画像形成プロセス制御、定着温度制御、転写材搬送制御、トナー濃度制御等を行う。

Ｒは、光学濃度検知手段である光学センサで発光部と受光部等とから構成されており、前記転写ローラ２６の下流で、中間転写ベルト２０の表面に対向して設けられている。当該光学センサＲは中間転写ベルトの地肌やトナー量の検知用トナー像（トナーパッチ）を検知する機能を有する。なお、光学濃度検知に関しての詳細については後述する。

次に、図１に基づいて画像形成プロセスを説明する。

画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Ｙの感光体１０は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。

感光体１０は電位を付与されたあと、書込装置１２によってＹの画像データに対応する画像の書込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。

前記静電潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹのトナー像が感光体１０上に形成される。

当該感光体１０上に形成されたＹのトナー像は、Ｙの転写器２５の作用により、中間転写ベルト２０上に一次転写される。

その後、前記感光体１０はクリーニングのブレード１５によって残留トナーが清掃され、次の画像形成サイクルにはいる（以下、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する）。

次いで、書込装置１２によってＭ（マゼンタ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体１０の表面に原稿画像のＭの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Ｍの現像器１３により感光体１０上にＭのトナー像となり、Ｍの転写器２５において、中間転写ベルト２０上の前記Ｙのトナー像と同期が取られ、前記Ｙのトナー像の上に重ね合わされる。

同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｃ（シアン）のトナー像が、Ｃの転写器２５において、前記のＹ、Ｍの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされる。次に、すでに形成されているＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｋのトナー像が、Ｋの転写器２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫの重ね合わせトナー像が形成される。

重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト２０は矢印のように時計方向に送られ、転写材Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングローラ７１へ搬送され一時停止し、その後前記タイミングローラ７１の駆動によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと逆極性の直流電圧が印加されている転写ローラ２６（中間転写ベルト２０に当接状態にある）のニップ部Ｓに給送され、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像が一括して転写材Ｐに２次転写される。

その後、中間転写ベルト２０は走行し、除電ローラ２７によって残留トナーの電荷が弱められ、クリーニング装置２８でベルト上の残存トナーがクリーニング装置２８のブレード２９によって清掃され、次の画像形成サイクルに入る。

掻き落とされたトナーは、クリーニング装置２８内に溜められ、不図示の搬送スクリューの回転によって軸方向（図において紙表面から紙裏面方向）に搬送し、不図示の廃棄管を介して貯留箱に溜められる。

前記重ね合わせトナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置４へと送られ、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２とのニップ部Ｔで挟持、加圧され定着される。トナー像が定着された転写材Ｐは、排紙ローラ８１によって排紙皿８２へ搬送される。

以下、図３、図４、図５、図６を基に本発明に関わる光学センサの出力値である電圧の出力制御ついて説明する。

なお、本実施の形態では、出力値を電圧として例に挙げたが、電流による制御も可能である。

図３は、図１における中間転写ベルト上の検知用トナー像を検知する検知部を拡大した図である。

図４は、本発明に関わる地肌検知と検知用トナー像検知のタイミングを示す図である。

図５は、光学センサの発光光量と出力電圧の関係を示す図である。

図６は、（ａ）メンテナンス時におけるベルト地肌面の検知及び発光光量と出力電圧との特性の決定、（ｂ）光学センサの出力電圧値の制御方法を示すフロー図である。

図４において、メンテナンス（Ｍ_n）時に、新しく交換された中間転写ベルト２０の地肌が検知され、ベース補正とＤｍａｘ補正が行われる（なお、メンテナンス（Ｍ_n）時とは、像担持体である中間転写ベルト等の交換時を意味する。）。すなわち、像担持体（中間転写ベルト）の地肌上で、出荷工程等で予め決められたトナー出力基準値（本実施の形態では出力値としての電圧）になるように光学センサＲの発光光量を調整し、この発光光量をＬｔとして制御部Ｂ１の不揮発メモリに記憶する。この状態でトナー出力基準値を基に画像濃度制御を行う。次に、図５において、予め基準トナー付着量のトナーパッチＤ（複数箇所または１箇所）を前記地肌の検知位置に相当する面に形成する。いま、発光光量Ｌｔを中心に発光光量をＬｔ±Δｍ（多点）に変化させて、前記トナーパッチＤを読み込むと、光学センサＲに関し変化させた発光光量ｘと出力（電圧）ｙとの特性をｙ＝ａｘ＋ｂなる関係式として表わすことができ、定数ａとｂを前記不揮発メモリに記憶しておく。このような特性についての記憶は像担持体である中間転写ベルト交換毎に行われる。

上記調整工程を図６（ａ）のフロー図にて説明すると、図６（ａ）において、メンテナンス（Ｍ_n）時、ステップＳ１でベルトの地肌を検知する。ステップ２で光学センサが基準出力電圧になるように光学センサＲの発光光量を調整する。ステップ３で調整後の発光光量Ｌｔを不揮発メモリに記憶する。ステップ４で発光光量Ｌｔの状態での画像濃度制御を行い、ステップ５で中間転写ベルト上に基準トナー付着量の検知用トナー像（トナーパッチ）を作成する。ステップ６で光学センサの発光光量を所定の量（±Δｍ）変えて前記基準トナー付着量のトナーパッチを検知する。ステップ７で前記基準トナー付着量上での「発光光量−出力電圧特性」であるｙ＝ａｘ＋ｂを算出する。ステップ８で定数ａ、ｂを決定し、不揮発メモリに記憶する。

次に、メンテナンス（Ｍ_n）から次のメンテナンス（Ｍ_n+1）の間で、ある一定間隔（所定のプリント枚数、例えば、１０００コピー）毎にベルトの地肌を検出し、発光光量Ｌｉ_mを検出する。当該発光光量Ｌｉ_mと像担持体交換時の発光光量である前記発光光量Ｌｔの値を比較し、調整後の発光光量が変更されたか否かを判断する。このような比較は所定のプリント枚数毎に行われる。

この結果、｜Ｌｉ_m−Ｌｔ｜≧ｎ（所定の発光光量誤差）の場合は、先に決定した関係式ｙ＝ａｘ＋ｂで、発光光量ｘ＝Ｌｉ_mの時に算出された出力電圧値ｙを光学センサＲの出力電圧基準値として画像濃度（トナー付着量）の制御を行う。これによって、ベルト表面の状態による光学センサＲの発光光量変化に伴う基準トナー付着量の変動を抑えることができる。

また、｜Ｌｉ_m−Ｌｔ｜＜ｎの場合は出力電圧の差が小さいと判断し、メンテナンス（Ｍ_n）時の発光光量Ｌｔに対応する発光光量のままでトナー付着量（画像濃度）制御をすることになる（図６（ｂ）参照）。

同様に、出力電圧制御の処理プロセスについてフロー図にて説明すと、図６（ｂ）において、ステップＵ１でメンテナンス（Ｍ_n）時から一定間隔後にベルトの地肌を検知する。ステップＵ２でメンテナンス（Ｍ_n）時と同じ基準出力電圧となるまで光学センサＲを調整して発光光量Ｌｉにする。ステップＵ３で発光光量差｜Ｌｉ_m−Ｌｔ｜が所定の発光光量誤差ｎより大きければＹｅｓで、ステップＵ４ヘ進み、すでに記憶されている定数ａ、ｂを利用して、ステップＵ５でｙ＝ａｘ＋ｂに発光光量ｘ＝Ｌｉを代入する。ステップＵ６で算出された出力電圧値ｙを基準値としてトナーパッチによる濃度制御を行う。ステップＵ３で発光光量誤差｜Ｌｉ_m−Ｌｔ｜が所定の発光光量誤差ｎより小さければＮｏで、ステップＵ７で発光光量Ｌｔにおける出力電圧を基準値としてトナーパッチによる画像濃度（トナー付着量）制御を行う。

なお、トナー付着量制御は現像器の現像スリーブの回転数、現像スリーブに印加されるバイアス値、現像器内のトナー濃度等を制御することによって行われる。

以上、本発明の実施の形態では、像担持体として中間転写ベルトを挙げたが、感光体に適用することも可能である。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 光学濃度検知手段の発光光量に対する出力電圧とトナー付着量と、発光光量とトナー濃度との関係を示す図である。 図１における中間転写ベルト上のトナーパッチを検知する検知部を拡大した図である。 本発明に関わる地肌検知と検知用トナー像検知のタイミングを示す図である。 光学センサの発光光量と出力電圧の特性を示す図である。 （ａ）メンテナンス時におけるベルト地肌面の検知及び発光光量、（ｂ）光学センサの出力電圧値の制御方法を示すフロー図である。

符号の説明

１ 画像形成手段
１３ 現像器
１６ 現像スリーブ
２ ベルトユニット
２０ 中間転写ベルト
２６ 転写ローラ
２２ アースローラ
３ 転写ローラユニット
４ 定着装置
Ｂ１ 制御部
Ｒ 光学センサ

Claims (7)

1. 像担持体と、当該像担持体に対向して配置された発光部と受光部とを含む光学濃度検知手段と、前記像担持体に形成された検知用トナー像と前記像担持体の地肌に対する前記光学濃度検知手段による出力、およびトナー出力基準値に基づき画像濃度制御を行う制御手段とを有する画像形成装置であって、
   前記像担持体の地肌に対する前記光学濃度検知手段の出力が所定の出力となるように前記発光部の発光光量を決定する光量調整手段と、
   予め基準トナー付着量の前記検知用トナー像に対して前記発光光量を変化させて、前記受光部からの出力を測定して得られた前記光学濃度検知手段の発光光量と出力の特性を記憶する記憶手段と、
   を有し、
   前記制御手段は前記光量調整手段で前記発光光量が変更された場合、前記特性に基づき前記トナー出力基準値を変更し、前記調整後の発光光量における前記検知用トナー像に対する前記光学濃度検知手段の出力と前記トナー出力基準値に基づき画像形成条件を定めることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記憶手段への前記特性の記憶は、前記像担持体の交換毎に行われることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記光量調整手段による前記発光光量の調整は所定のプリント枚数毎に行われ、
   前記制御手段は前記発光光量の調整に応じて調整後の発光光量が変更されたか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は前記調整後の発光光量と調整前の光量との差が所定の範囲外である場合に発光光量が変更されたと判断し、前記トナー出力基準値を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記像担持体の交換時に前記光量調整手段によって発光光量を調整するとともに記憶し、記憶された発光光量に基づいて前記発光光量の変更を判断することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体は中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記像担持体は感光体であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images