JP5380126B2 - Toner adhesion amount detection method and color image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、カラー複写機やカラープリンタ等のカラー画像形成装置に関し、特に基準画像のトナー付着量を検出して濃度補正を行う場合のトナー付着量検出方法に関するものである。 The present invention relates to a color image forming apparatus such as a color copying machine or a color printer, and more particularly to a toner adhesion amount detection method in a case where a toner adhesion amount of a reference image is detected and density correction is performed.
電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、一般にトナー担持体上に直接トナーを転写して基準画像を形成し、そのトナー量や位置を検出して濃度補正や色ずれ補正を行う。例えばタンデムフルカラー画像形成装置の場合、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各画像形成部により中間転写ベルト上に各色の濃度補正用の基準画像(パッチ画像)が形成され、検知手段により画像を検知し、濃度及び色ずれ補正を行う。 In an image forming apparatus using an electrophotographic process, generally, toner is directly transferred onto a toner carrier to form a reference image, and the toner amount and position are detected to perform density correction and color misregistration correction. For example, in the case of a tandem full-color image forming apparatus, a cyan, magenta, yellow, and black image forming unit forms a reference image (patch image) for density correction for each color on the intermediate transfer belt, and the detection unit detects the image. Density and color misregistration correction is performed.
検知手段としては、一般にLED等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学的検出手段が用いられる。例えば転写ベルト上のトナー付着量を測定する際には、発光素子からトナー像に対し測定光を射出する。測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。 As the detection means, generally, an optical detection means including a light emitting element made of an LED or the like and a light receiving element made of a photodiode or the like is used. For example, when measuring the toner adhesion amount on the transfer belt, measurement light is emitted from the light emitting element to the toner image. The measurement light is incident on the light receiving element as light reflected by the toner and light reflected by the belt surface.
トナーの付着量が多い場合には、ベルト表面からの反射光がトナーによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、トナーの付着量が少ない場合には、逆にベルト表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値により各色の基準画像の濃度を検知し、予め定められた基準濃度と比較して帯電電位、現像バイアスの特性値、露光装置の露光量等を調整することにより、各色について濃度補正が行われる。 When the toner adhesion amount is large, the reflected light from the belt surface is blocked by the toner, so that the light reception amount of the light receiving element is reduced. On the other hand, when the adhesion amount of toner is small, conversely, the amount of reflected light from the belt surface increases, resulting in an increase in the amount of light received by the light receiving element. Therefore, the density of the reference image of each color is detected based on the output value of the received light signal based on the amount of received reflected light, and the charging potential, the developing bias characteristic value, the exposure amount of the exposure device, etc. are compared with a predetermined reference density. By adjusting, density correction is performed for each color.
基準画像を用いて厳密に濃度補正を行うには、中間転写ベルト上に付着した正確なトナー量を測定する必要がある。例えば、特許文献1においては、トナー担持体上に形成された基準画像に測定光を照射し、その正反射光量を検出してトナー付着量を測定している。この場合、トナー担持体として表面の光沢度の低いものを用いると、基準画像の濃度に係わらずセンサ出力が小さくなり、正確な基準画像の濃度検出が困難となる。そのため、特許文献1ではトナー担持体表面の光沢度が所定値以上(測定角度20度で50以上98以下)のものを用いることとしている。
In order to perform density correction strictly using the reference image, it is necessary to measure the exact amount of toner adhering to the intermediate transfer belt. For example, in
一方、特許文献2においては、基準画像に測定光を照射し、その正反射光量と乱反射光量の差を検出してトナー付着量を測定している。この方法によれば、正反射光量のみを検出する特許文献1の方法に比べ、黒トナー、カラートナーのいずれにおいても基準画像の濃度に応じてセンサ出力が大きく変化するため、特にカラー画像形成装置において正確なトナー付着量の検出が可能となる。この場合においても、十分な正反射光量を得るため、特許文献1と同様にトナー担持体表面の光沢度が所定値以上のものを用いている。
On the other hand, in
ところで、一般に、画像形成装置の使用期間やトナーに含まれるトナー成分以外の別の成分(例えば研磨剤)によってトナー担持体の表面状態が変化する。そのため、予め設定されるトナー担持体の耐用期間を終えるまで初期の表面状態を維持することができず、この表面状態の変化に応じて受光素子の受光出力が変化してしまうため、特許文献2の方法では正確なトナー付着量の測定が困難となる。 By the way, in general, the surface state of the toner carrier changes depending on the usage period of the image forming apparatus and other components (for example, abrasive) other than the toner component contained in the toner. Therefore, the initial surface state cannot be maintained until the preset lifetime of the toner carrier is completed, and the light reception output of the light receiving element changes according to the change in the surface state. In this method, it is difficult to accurately measure the toner adhesion amount.
そこで、トナー担持体の表面状態の変化に係わらずトナー付着量を正確に測定する方法が提案されており、特許文献3には、表面の初期光沢度が測定角度60度で20以下である転写ベルト(トナー担持体)を用いた画像形成装置が開示されている。この方法によれば、ベルト表面の初期光沢度を低く抑えることで、耐久使用後における光沢度の変動幅を小さくしてトナー付着量を正確に測定可能となる。
Therefore, a method for accurately measuring the toner adhesion amount regardless of the change in the surface state of the toner carrier has been proposed.
しかしながら、特許文献3に開示されている初期光沢度が低いトナー担持体を用いた場合であっても、耐久使用後における光沢度変化が大きい場合は正確なトナー付着量の測定が困難であった。また、表面の光沢度が極端に低くなると、基準画像からの反射光の出力信号レベルとベルト表面からの反射光の出力信号レベル(バックグランド値)とが接近してくるため、濃度制御が困難になるという問題があった。
However, even when the toner carrier having a low initial glossiness disclosed in
本発明は、上記問題点に鑑み、トナー担持体の光沢度変化に係わらず正確にトナー付着量を測定可能なトナー付着量検出方法及びトナー付着量に基づいて高精度な画像濃度制御を実行可能なカラー画像形成装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can execute a toner adhesion amount detection method capable of accurately measuring a toner adhesion amount regardless of a change in glossiness of the toner carrier, and can perform highly accurate image density control based on the toner adhesion amount. An object of the present invention is to provide a color image forming apparatus.
上記目的を達成するために本発明は、カラー及びブラックの基準画像からの正反射光量と乱反射光量の受光出力信号に基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出し、検出されたトナー付着量に基づいて現像バイアスを調整することによりカラー及びブラック画像の濃度補正を行うカラー画像形成装置の濃度補正方法において、カラートナーについては前記乱反射光量の受光出力信号のみに基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出し、ブラックトナーについては前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線の極値からトナーの単層が形成される飽和トナー付着量の目標値を算出し、飽和トナー付着量が算出された目標値となるように前記現像バイアスの調整を行うことを特徴とする濃度補正方法である。 In order to achieve the above object, the present invention detects the toner adhesion amount of the reference image based on the received light output signals of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount from the color and black reference images, and the detected toner adhesion amount is obtained. In the density correction method of the color image forming apparatus for correcting the density of the color and black images by adjusting the development bias based on the above, the toner adhesion amount of the reference image based on only the light reception output signal of the irregularly reflected light amount for the color toner For black toner, a target value of the saturated toner adhesion amount for forming a single layer of toner is calculated from the extreme value of a curve obtained by approximating the difference between the light reception output signals of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount with a cubic function. is the density correction method and performing the adjustment of the development bias so that the target value amount impregnating toner adhesion is calculated
また本発明は、トナー担持体上に形成されたカラー及びブラックの基準画像に光を照射し、基準画像からの正反射光量と乱反射光量を測定可能な光学的検出手段と、該光学的検出手段により測定された前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号に基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行う制御手段と、を備えたカラー画像形成装置において、カラートナーについては前記乱反射光量の受光出力信号のみに基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出してトナー付着量が目標値となるように画像濃度を制御し、ブラックトナーについては前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線が極値をとるときのトナー付着量をトナーの単層が形成される飽和トナー付着量の目標値として画像濃度を制御することを特徴とするカラー画像形成装置である。 The present invention also provides an optical detection means capable of irradiating light on a color and black reference image formed on a toner carrier and measuring a regular reflection light quantity and an irregular reflection light quantity from the reference image; and the optical detection means A color image forming apparatus comprising: a control unit configured to detect a toner adhesion amount of the reference image based on a light reception output signal of the specular reflection light amount and the irregular reflection light amount measured by the control unit; For toner, the toner adhesion amount of the reference image is detected based on only the light reception output signal of the irregular reflection light amount, and the image density is controlled so that the toner adhesion amount becomes a target value. target value of the saturation toner adhesion amount of the difference of the cubic function approximated curve of the received light output signal is a single layer is formed toner adhesion amount of toner when an extreme value of the diffused reflection light amount and Controlling the image density Te is a color image forming apparatus according to claim.
本発明の第1の構成によれば、カラートナーについては乱反射光の受光出信号のみを用いてトナー付着量を検出し、ブラックトナーについては正反射光量と乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線の極値から算出されるトナー付着量を飽和トナー付着量の目標値として濃度補正を行うことにより、トナー担持体の表面光沢度に係わらず基準画像のトナー付着量を正確に検出することができる。 According to the first configuration of the present invention, for the color toner, the toner adhesion amount is detected by using only the light reflection output signal of the irregular reflection light, and for the black toner, the difference between the light reception output signal of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount is calculated as a third order. By performing density correction using the toner adhesion amount calculated from the extreme value of the function approximated curve as the target value of the saturated toner adhesion amount, the toner adhesion amount of the reference image can be accurately detected regardless of the surface glossiness of the toner carrier. can do.
また、本発明の第2の構成によれば、カラートナーについては乱反射光の受光出信号のみを用いてトナー付着量を検出してトナー付着量が目標値となるように画像濃度を制御し、ブラックトナーについては正反射光量と乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線が極値をとるときのトナー付着量を飽和トナー付着量の目標値として画像濃度を制御することにより、トナー担持体の表面光沢度に係わらず基準画像のトナー付着量を正確に検出できるため、トナー担持体の耐用期間の終期においても安定した濃度制御が可能な画像形成装置となる。 According to the second configuration of the present invention, for color toner, the toner adhesion amount is detected using only the diffused light reception / output signal, and the image density is controlled so that the toner adhesion amount becomes a target value. For black toner, the toner density is controlled by setting the toner adhesion amount when the curve obtained by approximating the difference between the light reception output signals of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount to a cubic function takes an extreme value, and using the toner adhesion amount as a target value of the saturated toner adhesion amount Since the toner adhesion amount of the reference image can be accurately detected regardless of the surface glossiness of the carrier, the image forming apparatus is capable of stable density control even at the end of the useful life of the toner carrier.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明のカラー画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置(カラープリンタ)100本体内には4つの画像形成部Pa、Pb、Pc及びPdが、搬送方向上流側(図1では右側)から順に配設されている。これらの画像形成部Pa〜Pdは、異なる4色(シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック)の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a color image forming apparatus of the present invention. In the main body of the image forming apparatus (color printer) 100, four image forming portions Pa, Pb, Pc and Pd are sequentially arranged from the upstream side in the transport direction (the right side in FIG. 1). These image forming portions Pa to Pd are provided corresponding to images of four different colors (cyan, magenta, yellow, and black), and cyan, magenta, and yellow are respectively performed by charging, exposure, development, and transfer processes. And a black image are sequentially formed.
この画像形成部Pa〜Pdには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム1a、1b、1c及び1dが配設されており、これらの感光体ドラム1a〜1d上に形成されたトナー像が、駆動手段(図示せず)により図1において時計回りに回転しながら各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト(トナー担持体)8上に順次転写(一次転写)された後、二次転写ローラ9において転写紙P上に一度に転写(二次転写)され、さらに、定着部7において転写紙P上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム1a〜1dを図1において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム1a〜1dに対する画像形成プロセスが実行される。
トナー像が転写される転写紙Pは、装置下部の用紙カセット16内に収容されており、給紙ローラ12a及びレジストローラ対12bを介して二次転写ローラ9へと搬送される。中間転写ベルト8には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ9の下流側には中間転写ベルト8表面に残存するトナーを除去するためのクリーニングブレード19が配置されている。
The transfer paper P onto which the toner image is transferred is accommodated in a
次に、画像形成部Pa〜Pdについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム1a〜1dの周囲及び下方には、感光体ドラム1a〜1dを帯電させる帯電器2a、2b、2c及び2dと、各感光体ドラム1a〜1dに画像情報を露光する露光装置4と、感光体ドラム1a〜1d上にトナー像を形成する現像装置3a、3b、3c及び3dと、感光体ドラム1a〜1d上に残留した現像剤(トナー)を除去するクリーニング部5a、5b、5c及び5dが設けられている。
Next, the image forming units Pa to Pd will be described. There are
ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置4によって光照射し、各感光体ドラム1a〜1d上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置3a〜3dは、感光体ドラム1a〜1dに対向配置された現像ローラ(現像剤担持体)を備え、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置(図示せず)によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置3a〜3dの現像ローラにより感光体ドラム1a〜1d上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置4からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
When the start of image formation is input by the user, first, the surfaces of the
そして、中間転写ベルト8に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラ6a〜6dにより感光体ドラム1a〜1d上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。これらの4色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム1a〜1dの表面に残留したトナーがクリーニング部5a〜5dにより除去される。
After an electric field is applied to the
中間転写ベルト8は、従動ローラ10、駆動ローラ11及びテンションローラ47に掛け渡されており、駆動モータ(図示せず)による駆動ローラ11の回転に伴い中間転写ベルト8が時計回りに回転を開始すると、転写紙Pがレジストローラ12bから所定のタイミングで中間転写ベルト8に隣接して設けられた二次転写ローラ9へ搬送され、中間転写ベルト8とのニップ部(二次転写ニップ部)において転写紙P上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された転写紙Pは定着部7へと搬送される。
The
定着部7に搬送された転写紙Pは、定着ローラ対13のニップ部(定着ニップ部)を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Pの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Pは、複数方向に分岐した分岐部14によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Pの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ対15によって排出トレイ17に排出される。
The transfer paper P conveyed to the fixing
一方、転写紙Pの両面に画像を形成する場合は、定着部7を通過した転写紙Pの一部を一旦排出ローラ対15から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Pは排出ローラ対15を逆回転させることにより分岐部14で用紙搬送路18に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ9に再搬送される。そして、中間転写ベルト8上に形成された次の画像が二次転写ローラ9により転写紙Pの画像が形成されていない面に転写され、定着部7に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ17に排出される。
On the other hand, when images are formed on both sides of the transfer paper P, a part of the transfer paper P that has passed through the fixing
画像形成部Pdの下流側且つ二次転写ローラ9の上流側直近にはトナー付着量測定装置45が配置されている。トナー付着量測定装置45は、画像形成部Pa〜Pdにおいて中間転写ベルト8上に形成される基準画像に測定光を照射し、基準画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部32に送信される。トナー付着量測定装置45としては、一般にLED等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサが用いられる。基準画像の濃度を測定する際、発光素子から中間転写ベルト8上の各基準画像に対し順次測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。なお、トナー付着量測定装置45の具体的な構成については後述する。
A toner adhesion
トナー付着量測定装置45は、測定対象物までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、図1に示すように、中間転写ベルト8表面までの距離変動の少ない駆動ローラ11に対抗するような位置に配置されており、中間転写ベルト8上の基準画像の形成位置に合わせて中間転写ベルト8の幅方向に位置決めされている。
Since the toner adhesion
なお、トナー付着量測定装置45は中間転写ベルト8上の基準画像を検知可能な他の位置に配置しても良いが、例えば二次転写ローラ9よりも下流側に配置した場合、画像形成部Pa〜Pdにより基準画像が形成されてから濃度検知が行われるまでの時間が長くなり、さらに基準画像が二次転写ローラ9と接触することにより基準画像の表面状態が変化するおそれもある。そのため、図1のように画像形成部Pdよりも下流側且つ二次転写ローラ9の接触位置よりも上流側に配置することが好ましい。
The toner adhesion
図2は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図1の画像形成部Paに配置される現像装置3aについて説明するが、画像形成部Pb〜Pdに配置される現像装置3b〜3dの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a developing device used in the image forming apparatus of the present invention. Here, the developing
図2に示すように、現像装置3aは、二成分現像剤(以下、単に現像剤と呼ぶ)が収納される現像容器20を備えており、現像容器20は仕切壁20aによって第1及び第2攪拌室20b、20cに区画され、第1及び第2攪拌室20b、20cには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー(正帯電トナー)をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第1攪拌スクリュー21a及び第2攪拌スクリュー21bが回転可能に配設されている。
As shown in FIG. 2, the developing
そして、第1攪拌スクリュー21a及び第2攪拌スクリュー21bによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁20aに形成された現像剤通過路(図示せず)を介して第1及び第2攪拌室20b、20c間を循環する。図示の例では、現像容器20は左斜め上方に延在しており、現像容器20内において第2攪拌スクリュー21bの上方には磁気ローラ22が配置され、磁気ローラ22の左斜め上方には現像ローラ23が対向配置されている。そして、現像ローラ23は現像容器20の開口側(図2の左側)において感光体ドラム1aに対向しており、磁気ローラ22及び現像ローラ23は図中時計回りに回転する。
Then, the developer is conveyed in the axial direction while being stirred by the first stirring
なお、現像容器20には、第1攪拌スクリュー21aと対面してトナー濃度センサ(図示せず)が配置されており、トナー濃度センサで検知されるトナー濃度に応じて補給装置からトナー補給口20dを介して現像容器20内にトナーが補給される。
Note that a toner concentration sensor (not shown) is disposed in the developing
磁気ローラ22は、非磁性の回転スリーブ22aと、回転スリーブに内包される複数の磁極(ここでは5極)を有する固定マグネットローラ体22bで構成されている。現像ローラ23は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ22と現像ローラ23とはその対面位置(対向位置)において所定のギャップをもって対向している。
The
また、現像容器20には穂切りブレード25が磁気ローラ22の長手方向(図2の紙面表裏方向)に沿って取り付けられており、穂切りブレード25は、磁気ローラ22の回転方向(図中時計回り)において、現像ローラ23と磁気ローラ22との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード25の先端部と磁気ローラ22表面との間には僅かな隙間(ギャップ)が形成されている。
Further, a
現像ローラ23には、直流電圧(以下、Vslv(DC)という)及び交流電圧(以下、Vslv(AC)という)を印加する第1バイアス回路30が接続されており、磁気ローラ22には、直流電圧(以下、Vmag(DC)という)及び交流電圧(以下、Vmag(AC)という)を印加する第2バイアス回路31が接続されている。第1バイアス回路30及び第2バイアス回路31は共通のグランドに接地されている。
The developing
また、第1バイアス回路30及び第2バイアス回路31には電圧可変装置33が接続されており、制御部42(図4参照)からの制御信号に基づいて現像ローラ23に印加されるVslv(DC)、Vslv(AC)及び磁気ローラ22に印加されるVmag(DC)、Vmag(AC)を可変できるようになっている。
A
前述のように、第1攪拌スクリュー21a及び第2攪拌スクリュー21bによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器20内を循環してトナーを帯電させ、第2攪拌スクリュー21bによって現像剤が磁気ローラ22に搬送される。そして、磁気ローラ22上に磁気ブラシ(図示せず)を形成する。磁気ローラ22上の磁気ブラシは穂切りブレード25によって層厚規制された後、磁気ローラ22と現像ローラ23との対向部分に搬送され、磁気ローラ22に印加されるVmag(DC)と現像ローラ23に印加されるVslv(DC)との電位差(以下、MS間ΔVという)、及び固定マグネットローラ体22bとの間の磁界によって現像ローラ23上にトナー薄層を形成する。
As described above, the first stirring
現像ローラ23上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ22と現像ローラ23との回転速度差等によっても変化するが、MS間ΔVによって制御することができる。MS間ΔVを大きくすると現像ローラ23上のトナー層は厚くなり、MS間ΔVを小さくすると薄くなる。現像時におけるMS間ΔVの範囲は一般的に100V〜350V程度が適切である。
The thickness of the toner layer on the developing
図3は、現像ローラ23及び磁気ローラ22に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図3(a)に示すように、現像ローラ23には、Vslv(DC)にピークツーピーク値がVpp1である矩形波のVslv(AC)を重畳した合成波形Vslv(実線)が第1バイアス回路30から印加される。また、磁気ローラ22には、Vmag(DC)にピークツーピーク値がVpp2であり、且つVslv(AC)と位相の異なる矩形波のVmag(AC)を重畳した合成波形Vmag(破線)が第2バイアス回路31から印加される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a bias waveform applied to the developing
従って、磁気ローラ22及び現像ローラ23間に印加される電圧は、図3(b)に示すようなVpp(max)とVpp(min)を有する合成波形Vmag−Vslvとなる。なお、Vmag(AC)はVslv(AC)よりもDuty比が大きくなるように設定される。実際には図3で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。
Therefore, the voltage applied between the
磁気ブラシによって現像ローラ23上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ23の回転によって感光体ドラム1aと現像ローラ23との対向部分に搬送される。現像ローラ23にはVslv(DC)及びVslv(AC)が印加されているため、感光体ドラム1aとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム1a上の静電潜像が現像される。
The toner thin layer formed on the developing
感光体ドラム1aの感光層としてアモルファスシリコン(a−Si)感光層を用いた場合、表面の露光後電位は20V以下と非常に低くなるという特徴を有しているが、感光層の層厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧も低下する。反面、潜像形成時の表面電荷密度は高くなり、現像性能は向上する傾向がある。この特性は誘電率が10程度と高いa−Si感光層では25μm以下、好ましくは20μm以下の場合に特に顕著である。このとき、Vslv(DC)は150V以下、Vslv(AC)はピークツーピーク値を500〜1500V、周波数1〜5kHzに設定される。
When an amorphous silicon (a-Si) photosensitive layer is used as the photosensitive layer of the
一方、感光層として有機感光層(OPC)を用いた場合、画像形成後の残留電荷を100V以下にするために感光層の層厚を25μm以上に設定し、電荷発生材の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のOPCは感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の層厚の減少による感度変化が少ないため有利となる。このとき、トナーに強い電界をかけることを防止する観点から、Vslv(DC)は400V以下、より好ましくは300V以下に設定される。 On the other hand, when an organic photosensitive layer (OPC) is used as the photosensitive layer, the layer thickness of the photosensitive layer is set to 25 μm or more in order to reduce the residual charge after image formation to 100 V or less, and the addition amount of the charge generating material is increased. Is particularly important. In particular, OPC having a single-layer structure is advantageous because a charge generation material is added to the photosensitive layer, so that a sensitivity change due to a decrease in the thickness of the photosensitive layer is small. At this time, from the viewpoint of preventing a strong electric field from being applied to the toner, Vslv (DC) is set to 400 V or less, more preferably 300 V or less.
現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ23と磁気ローラ22との対向部分に搬送され、磁気ローラ22上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体22bの同極部分で磁気ローラ22から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ22上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード25へ搬送される。
The remaining toner that is not used for development is conveyed again to the opposite portion between the developing
現像ローラ23上のトナーの回収幅は磁気ローラ22上に磁気ブラシが形成される領域の幅と等しくなるため、現像ローラ23の長手方向を磁気ブラシの領域幅よりも短くすることで現像ローラ23上のトナー未回収領域が無くなる。これにより、磁気ブラシ領域外においてトナーが現像ローラ23に付着せず、現像ローラ23の両端部からのトナー飛散を防止することができる。
Since the toner collection width on the developing
また、磁気ローラ22の回転速度を現像ローラ23の回転速度の1.0〜2.0倍に設定することで現像ローラ23上のトナー薄層の入れ替えが促進され、現像ローラ23上の残留トナーを効率良く回収すると共に均一なトナー層を再形成することが可能となる。さらに、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間においてVmag(DC)とVslv(DC)とを同電位としてMS間ΔVを0とすることで、トナーに負担をかけずに現像ローラ23上の残留トナーを回収できる。
Further, by setting the rotation speed of the
図4は、画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。図1と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置100は、画像入力部40、AD変換部41、画像形成部Pa〜Pd、制御部42、記憶部43、操作パネル44、定着部7、中間転写ベルト8、二次転写ローラ9、及びトナー付着量測定装置45等から構成されている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control path of the image forming apparatus. Portions common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The
トナー付着量測定装置45は、画像形成部Pa〜Pdにおいて中間転写ベルト8(図1参照)上に形成される各基準画像に測定光を照射し、基準画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部42に送信される。
The toner adhesion
画像入力部40は、画像形成装置100が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するCCD等から構成される画像読取部であり、画像形成装置100が図1に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部40より入力された画像信号はAD変換部41においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部43内の画像メモリ50に送出される。
When the
記憶部43は、画像入力部40から入力されAD変換部41においてデジタル変換された印刷画像データをページ単位で記憶する画像メモリ50、画像形成装置100の制御途中で発生した必要なデータや画像形成装置100の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される読み書き自在のRAM(Random Access Memory)51、及び画像形成装置100の制御用プログラムや制御上の必要な数値等の画像形成装置100の使用中に変更されることがないデータ等が収められる読み出し専用のROM(Read Only Memory)52を備えている。また、RAM51(或いはROM52)には、トナー付着量測定装置45の測定出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして予め記憶されている。
The
操作パネル44は、画像形成装置100の状態や画像形成状況や印刷部数を表示するとともに、タッチパネルとして両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行う液晶表示部、印刷部数の設定や画像形成装置100がFAX機能を有する場合に相手方のFAX番号を入力等するためのテンキー、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ/クリアボタン、画像形成装置100の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられており、ユーザは操作パネル44を操作して指示を入力することで、画像形成装置100の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。
The
制御部42は、例えば中央処理装置(CPU)であり、設定されたプログラムに従って画像入力部40、画像形成部Pa〜Pd、定着部7等を全般的に制御するとともに、画像入力部40から入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光装置4は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム1a〜1d上に潜像を形成する。
The
さらに制御部42は、操作パネル44のキー操作により、各色の画像濃度を適正に設定するためのモード(以下、キャリブレーションモードという)が入力されると、トナー付着量測定装置45により検出された受光出力信号を受信し、記憶部43に記憶されたトナー付着量データに基づいてトナー付着量の算出を行う機能、算出されたトナー付着量に基づいて基準画像の濃度を決定し、予め定められた基準濃度と比較して現像装置3a〜3dの現像バイアスを調整することにより、各色について濃度補正を行う機能を有している。なお、キャリブレーションモードは、装置の電源ON時や所定枚数の画像形成処理が終了した時にも自動的に設定されるようにしてもよい。
Further, when a mode for appropriately setting the image density of each color (hereinafter referred to as a calibration mode) is input by the key operation on the
濃度補正用の基準画像の一例を図5に示す。ユーザによりキャリブレーションモードが設定されると、図5(a)に示すように、中間転写ベルト8上の進行方向に向かって左端に、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(B)の各色の矩形の基準画像が一列に形成される。感光体ドラム1aにより形成されるシアン(C)の基準画像は、白ベタ画像(C1)から、最も濃色の画像(C5)まで5段階の濃度の基準画像C1〜C5が進行方向から順に形成される。
An example of a density correction reference image is shown in FIG. When the calibration mode is set by the user, as shown in FIG. 5A, cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and yellow (Y) are set at the left end in the traveling direction on the
図5(a)におけるC1及びC2の部分を拡大した様子を図5(b)に示す。図から判るように、隣接する基準画像C1及びC2は、境界において濃度が変化するようにそれぞれ単色で形成されている。以下、基準画像C3〜C5についても同様に形成され、さらにマゼンタ(M)の基準画像M1〜M5、イエロー(Y)の基準画像Y1〜Y5及びブラック(B)の基準画像B1〜B5についてもC1〜C5と同様の構成で形成されている。 FIG. 5B shows an enlarged view of the portions C1 and C2 in FIG. As can be seen from the figure, the adjacent reference images C1 and C2 are each formed in a single color so that the density changes at the boundary. The reference images C3 to C5 are formed in the same manner, and the magenta (M) reference images M1 to M5, the yellow (Y) reference images Y1 to Y5, and the black (B) reference images B1 to B5 are also C1. To C5.
図1のようなタンデム方式のカラー画像形成装置による画像形成では、前述した画像形成過程により感光体ドラム1a〜1d上に基準画像形成用のトナー像が形成される。形成されたトナー像が一次転写ローラ6a〜6dにより中間転写ベルト8上の所定位置に転写され、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色の基準画像が形成される。
In image formation by a tandem color image forming apparatus as shown in FIG. 1, toner images for reference image formation are formed on the
図6は、トナー付着量測定装置の構成を示す概略図である。トナー付着量測定装置45は、中間転写ベルト8の表面に測定光を投光する発光素子(例えばLED)60と、中間転写ベルト8から反射した反射光を受光する第1及び第2の受光素子61、62とを有しており、発光素子60と中間転写ベルト8との間には偏光フィルタ63が配置され、この偏光フィルタ63はP偏光の光のみを透過する。一方、第2の受光素子62と中間転写ベルト8との間には、偏光分離プリズム64が配置され、この偏光分離プリズム64はP偏光の光を透過して第1の受光素子61に与え、S偏光の光を反射して第2の受光素子62に与える。また、発光素子60は中間転写ベルト8の表面に対して所定量傾いた角度で配置されている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the toner adhesion amount measuring apparatus. The toner adhesion
いま、十分な量(適正量)のトナーが中間転写ベルト8上に転写されたとする。発光素子60から中間転写ベルト8に測定光を投光すると、図6(a)のように、P偏光の光(以下、正反射光という)P1とS偏光の光(以下、乱反射光という)S1とを含んだ測定光は、偏光フィルタ63によって光S1がカットされ、光P1のみとなって偏光フィルタ63から中間転写ベルト8に投光される。光P1はトナーtを透過して中間転写ベルト8の表面に達することがなく、全てトナーtの表面で反射されることになる。
Assume that a sufficient amount (appropriate amount) of toner is transferred onto the
この反射光は、偏光分離プリズム64により正反射光P3と乱反射光S3とに分離されて、光P3を第1の受光素子61で受光し、光S3を第2の受光素子62で受光する。そして、第1及び第2の受光素子61及び62は、受光した光を光電変換して第1及び第2の出力信号を出力し、これら第1及び第2の出力信号は、A/D変換された後、制御部42(図4参照)に与えられる。
The reflected light is separated into specularly reflected light P3 and irregularly reflected light S3 by the
一方、図6(b)のように、中間転写ベルト8にトナー像が形成されていない状態で、正反射光P1と乱反射光S1とを含む測定光を中間転写ベルト8に投光すると、偏光フィルタ63によって光S1がカットされ、光P1のみが中間転写ベルト8の表面に投光され、中間転写ベルト8の表面形状(例えば、表面粗さ)に応じた正反射光と乱反射光とを含む反射光となる。この反射光は、偏光分離プリズム64で正反射光P2と乱反射光S2とに分離されて、光P2を第1の受光素子61で受光し、光S2を第2の受光素子62で受光する。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, when measurement light including regular reflection light P1 and irregular reflection light S1 is projected onto the
第1及び第2の受光素子61、62は、受光した光(P2、S2)を光電変換して第1及び第2の出力信号を出力し、これら第1及び第2の出力信号は、A/D変換された後、制御部42に与えられる。制御部42では、このときの第1及び第2の出力信号の差を基準値として設定する。上述のようにして、第1及び第2の受光素子61、62の出力レベルを調整するとともに、基準値を設定した後、図6(c)に示す中間転写ベルト8上のトナー付着量の測定が行われる。
The first and second
図6(c)において、P偏光の光P1とS偏光の光S1とを含んだ測定光は、図6(a)、(b)と同様に偏光フィルタ63によって光S1がカットされ、光P1のみがトナーに投光される。いま、中間転写ベルト8上に形成されたトナー像のトナー量が十分でないとすると、トナーへの入射光P1は、トナーtの表面でその一部が反射し、残りはトナーtを透過する。トナーtを透過した光は、中間転写ベルト8の表面で反射することになる。
In FIG. 6C, the measurement light including the P-polarized light P1 and the S-polarized light S1 is cut by the
つまり、中間転写ベルト8の表面に投光された光P1は、正反射光P2と乱反射光S2とになって反射することになる。そして、この正反射光P2及び乱反射光S2は偏光分離プリズム64で分離されて、光P2が第1の受光素子61によって受光され、光S2が第2の受光素子62によって受光される。同様にして、トナーtの表面で反射された正反射光P3と乱反射光S3は偏光分離プリズム64で分離されて、光P3が第1の受光素子61によって受光され、光S3が第2の受光素子62によって受光される。
That is, the light P1 projected onto the surface of the
前述のように、第1及び第2の受光素子61、62は、受光した光を光電変換して第1及び第2の出力信号を出力し、これら第1及び第2の出力信号は、A/D変換された後、制御部42に与えられる。制御部42では、第1及び第2の出力信号の差を測定出力値として求め、測定出力値を前述の基準値に基づいて補正して補正出力値とする。つまり、トナーが付着していない場合の補正出力値を1とすると、補正出力値は(測定出力値/基準値)によって求まる。
As described above, the first and second
記憶部43には、測定出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして予め記憶されており、トナー付着量データから補正出力値に応じたトナー付着量(画像濃度)を決定し、測定結果として出力することになる。
The
なお、ここではトナーが付着していない状態での出力信号の差を基準値として(測定出力値/基準値)により測定出力値を補正し、補正出力値からトナー付着量を測定しているが、補正出力値の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば上述した補正出力値に受光素子の汚れを考慮した補正係数をさらに乗じて算出しても良い。 Here, the difference in the output signal when no toner is attached is used as a reference value, the measured output value is corrected by (measured output value / reference value), and the toner adhesion amount is measured from the corrected output value. The correction output value calculation method is not limited to this. For example, the correction output value may be calculated by further multiplying the correction output value described above by a correction coefficient considering the contamination of the light receiving element.
ところで、通常、画像形成装置の使用期間やトナーに含まれる外添剤の付着によって中間転写ベルト8の表面光沢度は徐々に低くなる。そのため、中間転写ベルト8の使用期間の初期と終期で基準値が大きく変動し、測定出力値にもばらつきが生じる原因となっていた。
By the way, usually, the surface glossiness of the
図7〜図14は、図1に示した画像形成装置においてシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの基準画像のトナー付着量を測定したときのトナー付着量測定装置45の測定出力値とトナー付着量との関係を示すグラフであり、図7〜図10は中間転写ベルト8の表面光沢度(gross)が18.5(光沢度高)のとき、図11〜図14は中間転写ベルト8の表面光沢度が3.4(光沢度低)のときを示している。また、各グラフ中、第1の出力信号(P波)を実線、第2の出力信号(S波)を破線、第1及び第2の出力信号の差(P−S波)を一点鎖線で示す。
7 to 14 show measured output values and toner adhesion amounts of the toner adhesion
なお、画像形成装置の条件としては、感光体ドラム1a〜1dとしてa−Si感光体を用い、表面電位を250Vに帯電させた。また、ドラム−現像ローラ間ギャップを100μm、磁気ローラ−現像ローラ間ギャップを320μmとし、Vslv(DC)を100V、Vslv(AC)のピークツーピーク値を1.8kV、Duty45%、周波数4.5kHz、Vmag(AC)のピークツーピーク値を1.8kV、Duty70%、周波数4.5kHzとした。現像剤は、トナーの数平均粒子径が6μm、キャリアの数平均粒子径が35μm、トナー帯電量が15μC/gである二成分現像剤を用いた。そして、Vmag(DC)を可変させることにより基準画像の濃度(トナー付着量)を変化させたときのトナー付着量測定装置45の出力値を測定した。
As the conditions of the image forming apparatus, an a-Si photosensitive member was used as the
図7及び図11に示すシアンの基準画像の測定出力値とトナー付着量との関係を比較すると、シアンのトナー付着量に対するP波(実線)及びP−S波(一点鎖線)の測定出力値は中間転写ベルト8の表面光沢度によって大きく変化するが、S波(破線)の測定出力値は表面光沢度によらずトナー付着量に変化に対し安定していることがわかる。この傾向は、図8及び図12の比較、図9及び図13の比較から、マゼンタ及びイエローのトナーについても同様であることがわかる。 When comparing the relationship between the measured output value of the cyan reference image shown in FIGS. 7 and 11 and the toner adhesion amount, the measured output value of the P wave (solid line) and the PS wave (dashed line) with respect to the cyan toner adhesion amount. However, the measured output value of the S wave (broken line) is stable against the change in the toner adhesion amount regardless of the surface glossiness. From the comparison of FIGS. 8 and 12, and the comparison of FIGS. 9 and 13, it is understood that this tendency is the same for the magenta and yellow toners.
そこで、本発明ではシアン、マゼンタ、イエローのカラートナーについては第1の受光素子61から出力される第1の出力信号(乱反射光S2の出力値)のみを用いてトナー付着量を測定することとした。これにより、中間転写ベルト8の表面光沢度の変化に係わらず、カラートナーの付着量を安定して検出できる。
Therefore, in the present invention, for cyan, magenta, and yellow color toners, the toner adhesion amount is measured using only the first output signal (output value of the irregularly reflected light S2) output from the first
一方、図10及び図14に示すブラックの基準画像の測定出力値とトナー付着量との関係を比較すると、カラートナーの場合と同様にS波(破線)の測定出力値は表面光沢度によらずトナー付着量に変化に対し安定している。しかし、ブラックトナーではトナー付着量の変化に対するS波の出力値変化の割合が小さいため、第1の出力信号(乱反射光S2の出力値)のみを用いて正確なトナー付着量を検出することは困難である。 On the other hand, comparing the relationship between the measured output value of the black reference image shown in FIGS. 10 and 14 and the toner adhesion amount, the measured output value of the S wave (broken line) depends on the surface glossiness as in the case of the color toner. The toner adhesion amount is stable against changes. However, since the ratio of the change in the output value of the S wave with respect to the change in the toner adhesion amount is small in black toner, it is impossible to detect the accurate toner adhesion amount using only the first output signal (the output value of the irregularly reflected light S2). Have difficulty.
そのため、ブラックトナーについては第1及び第2の出力信号の差(P−S波)に基づいてトナー付着量を検出するが、図10及び図14からわかるように、P−S波の測定出力値(一点鎖線)はトナー付着量の目標値である0.5〜0.6mg/cm2付近で飽和しているため、目標値付近でトナー付着量の検出値が大きくばらつくおそれがある。そこで、本発明では最小二乗法を用いてP−S波の測定出力値を三次関数近似している。 Therefore, for black toner, the toner adhesion amount is detected based on the difference (PS wave) between the first and second output signals. As can be seen from FIGS. 10 and 14, the measured output of the PS wave is detected. Since the value (one-dot chain line) is saturated in the vicinity of the target value of the toner adhesion amount of 0.5 to 0.6 mg / cm 2 , there is a possibility that the detected value of the toner adhesion amount largely varies near the target value. Therefore, in the present invention, the measured output value of the PS wave is approximated by a cubic function using the least square method.
ブラックの基準画像の測定出力値とトナー付着量との関係を三次関数近似したグラフを図15に示す。図15では、トナー付着量(x軸)が0のときy軸が0、トナー付着量が0.5mg/cm2付近のときy軸が1000となるように、P−S波の出力値を三次の多項式(ここではy=2483.3x3−5743.5x2+4030.2x+116.15)で表している。この多項式で表される曲線は、0.5〜0.6mg/cm2付近に極値を有することがわかる。 FIG. 15 is a graph obtained by approximating the relationship between the measured output value of the black reference image and the toner adhesion amount with a cubic function. In FIG. 15, the PS wave output value is set so that the y-axis is 0 when the toner adhesion amount (x-axis) is 0 and the y-axis is 1000 when the toner adhesion amount is near 0.5 mg / cm 2. It is represented by a cubic polynomial (here, y = 2483.3x 3 -5743.5x 2 + 4030.2x + 116.15). It can be seen that the curve represented by this polynomial has an extreme value in the vicinity of 0.5 to 0.6 mg / cm 2 .
ここで、図15において三次関数近似したグラフが極値をとるときのトナー付着量が飽和トナー付着量の目標値と一致する理由について説明する。図6(b)に示した中間転写ベルト8上に基準画像が形成されていない状態から、図6(a)のように中間転写ベルト8上に理想的な基準画像(トナーの単層)が形成されるまでは、トナー付着量の増加に伴い図6(c)の中間転写ベルト8表面で反射される正反射光P2及び乱反射光S2は減少し、トナーtの表面で反射される正反射光P3及び乱反射光S3は増加していく。
Here, the toner adhesion amount when the graph cubic function approximation in FIG. 15 is an extreme value will be described why coincides with the target value of the saturation toner adhesion amount. From the state where the reference image is not formed on the
このとき、正反射光P2及び乱反射光S2の減少率は正反射光P3及び乱反射光S3の増加率に比べて大きいため、図10及び図14のようにP−S波の測定出力値は減少する。そして、図6(a)の状態では正反射光P2及び乱反射光S2が0となり、トナーtの表面で反射された正反射光P3と乱反射光S3のみが検出されるため、P−S波の測定出力値は最小となる。 At this time, since the decrease rate of the regular reflection light P2 and the irregular reflection light S2 is larger than the increase rate of the regular reflection light P3 and the irregular reflection light S3, the measured output value of the PS wave decreases as shown in FIGS. To do. In the state of FIG. 6A, the regular reflection light P2 and the irregular reflection light S2 are 0, and only the regular reflection light P3 and the irregular reflection light S3 reflected on the surface of the toner t are detected. The measured output value is minimized.
図6(a)の状態からさらにトナーが付着すると、トナーの単層上にトナーが不規則に積み重なるため、正反射光P3及び乱反射光S3は増加する。このとき、正反射光P3の増加率は乱反射光S3の増加率に比べて若干大きいため、P−S波の測定出力値は僅かに増加する。つまり、P−S波の測定出力値が減少から増加に転じる点が図15のグラフの極値となって現れるため、極値において理想的な基準画像(トナーの単層)が形成されていることになる。 When the toner further adheres from the state of FIG. 6A, the toner is irregularly stacked on the single layer of the toner, so that the regular reflection light P3 and the irregular reflection light S3 increase. At this time, since the increase rate of the regular reflection light P3 is slightly larger than the increase rate of the irregular reflection light S3, the measured output value of the PS wave slightly increases. That is, since the point of measurement output value of the P-S wave turns from decrease to increase appears as an extreme value in the graph of FIG. 15, the ideal reference image (a single layer of toner) is formed in the extreme It will be.
なお、カラートナーにおいては、トナーtの表面で反射される乱反射光S3の増加率が乱反射光S2の減少率に比べて大きいため、S波の測定出力値はトナー未付着の状態から徐々に増加する(図7〜図9、及び図11〜図13の破線)。またP波の測定出力値は、中間転写ベルト8の表面光沢度が高いときはトナー未付着の状態からトナーが所定量(約0.3mg/cm2)付着するまでは減少するが、その後は正反射光S3の増加率が正反射光S2の減少率に比べて大きくなるため測定出力値が増加する(図7〜図9の実線)。一方、中間転写ベルト8の表面光沢度が低い場合はS波と同様にトナー未付着の状態から徐々に増加する(図11〜図13の実線)。そして、各色のトナーが所定量付着した後は、P波及びS波の測定出力値はほぼ一定の割合で増加しているため、P−S波の測定出力値は極値を持たない。
In the color toner, since the increasing rate of the irregularly reflected light S3 reflected on the surface of the toner t is larger than the decreasing rate of the irregularly reflected light S2, the measured output value of the S wave gradually increases from the state where the toner is not attached. (Dotted lines in FIGS. 7 to 9 and FIGS. 11 to 13). Further, the measured output value of the P wave decreases from the non-adhered state to the predetermined amount (about 0.3 mg / cm 2 ) of toner when the surface glossiness of the
上述の原理を利用して、図5に示したような基準画像を中間転写ベルト8上に形成し、カラートナーについてはS波の測定出力値のみを用いてトナー付着量を検出し、付着量が目標値となるMS間ΔVを設定する。また、ブラックトナーについてはP−S波の測定出力値を三次関数近似したグラフの極値から算出されるトナー付着量を飽和トナー付着量の目標値とし、飽和トナー付着量が目標値となるMS間ΔVを設定する。これにより、ベルトの使用期間全域に亘ってカラー及びブラックトナーの付着量を正確に測定可能となるため、カラー及びブラックトナーの付着量を目標値である0.5〜0.6mg/cm2に精度良く設定することができる。
Using the above-described principle, a reference image as shown in FIG. 5 is formed on the
その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、トナー担持体の一例である中間転写ベルト8上にトナー像を形成し、中間転写ベルト8上のトナー付着量を測定する場合について説明したが、中間転写ベルト8に限らず、搬送ベルトにより搬送される転写紙上に各色の画像を順次転写する方式の画像形成装置において、搬送ベルト上に形成された基準画像のトナー付着量を測定する場合についても全く同様に適用可能である。或いは、感光体ドラム1a〜1d上において基準画像の濃度を測定する場合にも適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, in the above-described embodiment, the case where a toner image is formed on the
また上記実施形態では、図2に示したような、磁気ローラ22上の磁気ブラシにより現像ローラ23に帯電したトナーのみを保持する現像装置3a〜3dを備えた画像形成装置を例に挙げ、MS間ΔVを可変させて濃度調整を行う方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁性一成分現像剤や、トナー成分と磁性キャリアとから成る二成分現像剤を用いる種々の現像装置に適用可能である。例えば、磁気ローラを用いない現像装置の場合、感光体ドラムの表面電位または現像ローラに印加するDCバイアスを調整することにより感光体ドラム−現像ローラ間の電位差を可変させて濃度調整を行うようにしても良いし、静電潜像を形成する際の露光装置の露光量を調整しても良い。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, an image forming apparatus provided with developing
また、ここでは一例として、画像形成部を複数備えたタンデム方式のカラー画像形成装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、感光体ドラムに対向する位置に複数の現像カートリッジを順次回転移動させて感光体ドラム上の静電潜像の現像を行うロータリー式のカラー画像形成装置にも適用できるのはもちろんである。 Further, here, as an example, a tandem color image forming apparatus having a plurality of image forming units has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of developing cartridges are provided at positions facing the photosensitive drum. Of course, the present invention can also be applied to a rotary type color image forming apparatus that develops an electrostatic latent image on a photosensitive drum by sequentially rotating and moving.
図7〜図15のグラフを作成した画像形成装置を用い、トナー付着量測定方法を変更してシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのベタ画像を印字したときのトナー付着量のばらつきを比較した。試験方法としては、印字開始から10万枚まではカラートナー及びブラックトナーのいずれもP−S波の測定出力値を用いてトナー付着量を検出し、10万枚以降はS波の測定出力値を用いてカラートナーの付着量を検出し、P−S波の測定出力値を三次関数近似してブラックトナーの付着量を検出した。結果を図16に示す。 Using the image forming apparatus that created the graphs of FIGS. 7 to 15, the toner adhesion amount measurement method was changed, and the variations in the toner adhesion amount when cyan, magenta, yellow, and black solid images were printed were compared. As a test method, from the start of printing up to 100,000 sheets, both color toner and black toner detect the amount of toner adhesion using the measured output value of PS wave, and after 100,000 sheets, the measured output value of S wave. Was used to detect the adhesion amount of the color toner, and the adhesion amount of the black toner was detected by approximating the measured output value of the PS wave to a cubic function. The results are shown in FIG.
図16に示すように、印字開始から10万枚まではシアンのトナー付着量(図の○で表示)、マゼンタのトナー付着量(図の×で表示)、イエローのトナー付着量(図の△で表示)、ブラックのトナー付着量(図の●で表示)は0.40〜0.80mg/cm2の範囲で推移し、最大で0.4mg/cm2程度のばらつきが認められた。これに対し、測定方法を変更した10万枚以降においては各色のトナー付着量は0.40〜0.60mg/cm2の範囲で推移し、付着量のばらつきは0.2mg/cm2と変更前の約1/2に縮小された。 As shown in FIG. 16, from the start of printing up to 100,000 sheets, cyan toner adhesion amount (indicated by a circle in the figure), magenta toner adhesion amount (indicated by a x in the figure), yellow toner adhesion amount (in the figure, Δ) in display), the toner adhesion amount of black (indicated by ● in the drawing) is remained in the range of 0.40~0.80mg / cm 2, the variation of the order of 0.4 mg / cm 2 was observed at the maximum. Change contrast, the toner adhesion amount of each color in the measurement method 100,000 sheets after changing the hovered in the range of 0.40~0.60mg / cm 2, the variation of the coating weight and 0.2 mg / cm 2 It was reduced to about 1/2 of the previous one.
本発明は、トナー担持体上に形成されたカラー及びブラックの基準画像に光を照射し、基準画像からの正反射光量と乱反射光量を測定し、正反射光量と乱反射光量の受光出力信号に基づいて基準画像のトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行うカラー画像形成装置に利用可能であり、カラートナーについては乱反射光量の受光出力信号のみに基づいて基準画像のトナー付着量を検出し、ブラックトナーについては正反射光量と乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線の極値から算出されるトナー付着量を飽和トナー付着量の目標値として濃度補正を行うものである。 The present invention irradiates light on the color and black reference images formed on the toner carrier, measures the regular reflection light quantity and irregular reflection light quantity from the reference image, and based on the received light output signals of the regular reflection light quantity and irregular reflection light quantity. It can be used in a color image forming apparatus that controls the image density by detecting the toner adhesion amount of the reference image. For color toner, the toner adhesion amount of the reference image is detected based only on the light reception output signal of the irregularly reflected light amount. For black toner, density correction is performed using the toner adhesion amount calculated from the extreme value of a curve obtained by approximating the difference between the light reception output signals of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount as a cubic function as a target value of the saturated toner adhesion amount.
これにより、使用期間の経過やトナーに含まれる外添剤によりトナー担持体の表面光沢度が変化しても、使用期間の全域に亘ってトナー付着量を高精度に検出可能となる。 As a result, even when the surface glossiness of the toner carrier changes due to the passage of the use period or the external additive contained in the toner, the toner adhesion amount can be detected with high accuracy over the entire use period.
また、上記の方法を用いて検出されたトナー付着量に基づいて画像濃度を制御したので、トナー担持体の使用期間や表面状態の変化に係わらず、常に高精度な濃度補正が可能な画像形成装置を提供することができる。 In addition, since the image density is controlled based on the toner adhesion amount detected by using the above method, it is possible to always perform image formation capable of highly accurate density correction regardless of the usage period of the toner carrier and the change in the surface state. An apparatus can be provided.
Pa〜Pd 画像形成部
1a〜1d 感光体ドラム
2a〜2d 帯電器
3a〜3d 現像装置
4 露光装置
6a〜6d 一次転写ローラ
7 定着部
8 中間転写ベルト(トナー担持体)
9 二次転写ローラ
10 従動ローラ
11 駆動ローラ
22 磁気ローラ
23 現像ローラ
42 制御部(制御手段)
43 記憶部
45 トナー付着量測定装置(光学的検出手段)
60 発光素子
61 第1の受光素子
62 第2の受光素子
63 偏光フィルタ
64 偏光分離プリズム
100 画像形成装置
Pa to Pd
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9
43
Claims (2)
カラートナーについては前記乱反射光量の受光出力信号のみに基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出し、ブラックトナーについては前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線の極値からトナーの単層が形成される飽和トナー付着量の目標値を算出し、飽和トナー付着量が算出された目標値となるように前記現像バイアスの調整を行うことを特徴とする濃度補正方法。 The toner adhesion amount of the reference image is detected based on the received light output signals of the regular reflection light amount and the irregular reflection light amount from the color and black reference images, and the color and color are adjusted by adjusting the developing bias based on the detected toner adhesion amount. In the density correction method of the color image forming apparatus for correcting the density of the black image,
For color toner, a toner adhesion amount of the reference image is detected based only on the light reception output signal of the irregular reflection light amount, and for black toner, a curve that approximates the difference between the regular reflection light amount and the light reception output signal of the irregular reflection light amount by a cubic function. A saturation toner adhesion amount target value for forming a single layer of toner is calculated from the extreme value, and the development bias is adjusted so that the saturation toner adhesion amount becomes the calculated target value. Correction method.
該光学的検出手段により測定された前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号に基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行う制御手段と、
を備えたカラー画像形成装置において、
カラートナーについては前記乱反射光量の受光出力信号のみに基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出してトナー付着量が目標値となるように画像濃度を制御し、ブラックトナーについては前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分を三次関数近似した曲線が極値をとるときのトナー付着量をトナーの単層が形成される飽和トナー付着量の目標値として画像濃度を制御することを特徴とするカラー画像形成装置。 Optical detection means capable of irradiating light on a color and black reference image formed on the toner carrier and measuring the amount of specular reflection and irregular reflection from the reference image;
Control means for controlling the image density by detecting the toner adhesion amount of the reference image based on the received light output signal of the regular reflection light quantity and the irregular reflection light quantity measured by the optical detection means;
In a color image forming apparatus comprising:
For the color toner, the toner density of the reference image is detected based on only the light reception output signal of the irregularly reflected light quantity, and the image density is controlled so that the toner adhesion quantity becomes a target value, and for the black toner, the regular reflected light quantity And controlling the image density using the toner adhesion amount when the curve obtained by approximating the difference between the received light output signal of the irregular reflection light quantity and the cubic function takes an extreme value as the target value of the saturated toner adhesion amount at which a single layer of toner is formed. A characteristic color image forming apparatus.
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