JP5864866B2

JP5864866B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5864866B2
Application number: JP2011027155A
Authority: JP
Inventors: 彰宏野口; 廣部　文武; 文武廣部; 田中　茂; 茂田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: US8744294B2; JP2012168248A; US20120207496A1

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置として、イエロー、マゼンタ、シアン、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ものがある。現像剤として非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを備えた２成分現像剤が使用されている。このようなカラー画像形成装置において、下記の特許文献１、２では、各色の濃度を安定させることで出力物の色を安定させている。

画像濃度は画像の形成枚数の増加とともに次第に変化してゆくが、その変化の程度には、形成された画像の枚数のみならず、形成された画像の内容も影響を及ぼしている。例えば、塗りつぶしを多用したり、文字数が多いなどの理由により比較的高濃度となっている画像と、細線や少ない文字数で構成された比較的低濃度の画像とでは、画像形成枚数は同じであっても消費されるトナーの量は大きく相違している。

そこで、特許文献１では、トナーの消費量情報に基づいたタイミングで像担持体上にテスト用の小画像（パッチ画像）を形成し、そのパッチ画像の濃度に基づいて、画像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化する。

また、消費するトナー量が少ない画像を連続して出力し続けた場合、トナーの入れ替わりはわずかずつしか行われず、現像剤が長期的に摺擦、撹拌を繰り返される。長期的に摺擦、撹拌を繰り返された現像剤中のトナーは、形状が不規則になったり、粒径の分布に偏りを生じたり、また、現像剤に流動性を向上させる目的で添加さている酸化チタン粒子等の外添剤がトナー表面に埋め込まれたりしていく。その結果、現像剤の流動性が低下する等の劣化が生じ、所望の画質を保った画像が得られなくなることがある。

また、トナーの持つ電荷は数回摺擦されることで安定するが、更に摺擦が繰り返されることで徐々に電荷が付与されていき、所定の電荷量を大きく上回ってしまうことがある。このようにしてトナーの持つ電荷が上昇していくと、感光ドラム上に形成された現像スリーブに対する電位差の等しい潜像に対し、トナーが付着する量が初期の状態に比べて減少する。そして、画像出力した際に濃度の低下、低濃度部分の粒状性の悪化といった、画質の劣化として現れる。

また、経時変化による現像剤の劣化により出力画像の濃度が落ちた場合、帯電電位や現像バイアス、レーザーパワー、又はレーザーの発光時間などの諸条件を変更することで、最大濃度を保証しつつ各色独立して濃度調整を行っている。最大濃度を保証しようとすると、画像部電位ＶＬと現像スリーブに印加する電位Ｖｄｃの平均電位との差分電位（以下ではコントラスト電位と称す）を大きくする必要がある。

また、特許文献２では、強制的に現像器内のトナーを入れ換えることで、トナーの消費量が少ない場合に発生する濃度低下を抑制する。

特開２００４−１７７９２８特開平９−３４２４３

しかしながら、上記特許文献１、２では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像器に対し個別に対策を行い、各色の濃度を安定させることで出力物の色を安定させている。例えば、ある一色の現像器だけ濃度上昇した場合、濃度上昇した現像器の濃度を、残りの正常な現像器の濃度に合わせるように濃度補正する場合、濃度変動した現像器のコントラスト電位を下げる必要がある。しかしながら、濃度変動した現像器のみコントラスト電位を所定の範囲外まで下げると、その現像器だけ現像γ（現像ポテンシャルに対する現像特性）が立ちすぎてしまう。すなわち、小さなコントラスト電位で多くのトナーがのる。このため、感光ドラム電位が面内で変動した場合に、レッド、ブルー、グリーンといった２次色などの複次色の濃度変動の割合が異なることによる複次色の色味変動といった課題があった。
また、ある一色の現像器だけ濃度低下した場合、濃度低下した現像器の濃度を、残りの正常な現像器の濃度に合わせるように濃度補正する場合は、コントラスト電位を上げる必要がある。しかしながら、コントラスト電位を大きくする場合はキャリア付着といった画像弊害が発生することがあった。
このように、一方の現像器の濃度変動が起こった場合に、残りの正常の現像器の濃度と同じになるように、濃度変動が生じた現像器の濃度補正処理を行うとかえって課題が生じてしまう。

そこで本発明は、一方の現像器の濃度変動が起こった場合において、前記一方の現像器の濃度を残りの現像器の濃度に合わせるように補正することによって生じるキャリア付着や、各色毎の濃度変動の割合が異なることによる複次色の色味変動といった課題を抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体上の静電潜像を複数色の現像剤を用いてトナー像として現像する複数の現像手段を有する画像形成装置において、前記トナー像のトナー濃度を各色毎に検知するトナー濃度検知手段を有し、前記トナー濃度検知手段の検知結果において、何れかの色の最大トナー濃度が所定の範囲外となり、濃度調整後においてもトナー濃度が所定の範囲外であった場合に、前記トナー濃度が所定の範囲外となった色以外の色の最大コントラスト電位を変更してトナー濃度を前記トナー濃度が所定の範囲外となった色のトナー濃度に揃うように制御するに際し、前記変更する最大コントラスト電位の変動が所定の範囲外となる色がある場合には、前記最大コントラスト電位が所定の範囲外になる色以外の色の最大コントラスト電位を前記最大コントラスト電位の変動が所定の範囲外になる色のトナー濃度に合わせるように変更することを特徴とする。

本発明によれば、一方の現像器の濃度変動が起こった場合において、前記一方の現像器の濃度を残りの現像器の濃度に合わせるように補正することによって生じるキャリア付着や、各色毎の濃度変動の割合が異なることによる複次色の色味変動といった課題を抑制できる。

第一実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。（ａ）第一実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。（ｂ）第一実施形態にかかる濃度センサの構成図である。（ｃ）第一実施形態の電荷蓄積型センサ受光部の画素モデルを示す図である。本実施形態にかかる画像濃度制御のフローチャートである。第一実施形態のテストパターンを示す図である。（ａ）第二実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。（ｂ）第二実施形態の光学式センサの構成図である。従来の画像濃度制御のフローチャートである。

[第一実施形態]
本発明に係る画像形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態にかかる画像形成装置１００の構成図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢＫを有している。各画像形成部ＰＹ〜ＰＢＫの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされるので、以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成部に属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成部Ｐは、感光ドラム（像担持体）１、帯電器（帯電手段）２、露光装置（露光手段）３、現像装置（現像手段）４、転写装置（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）７、除電装置（除電手段）８、制御部１０、１次転写部材５２を有している。転写装置５は、中間転写ベルト（中間転写体）５１を有している。

感光ドラム１は、帯電器２によって帯電され、画像情報信号に応じて露光装置３により露光され、静電潜像が形成される。感光ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置４により複数色の２成分現像剤を用いてトナー像として現像される。その際、消費されたトナー量に応じてホッパー２０から２成分現像剤が現像装置４へと補給される。２成分現像剤は、非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを有している。感光ドラム１上に形成された各色のトナー像は、感光ドラム１と１次転写部材５２により中間転写ベルト５１を挟持した１次転写ニップ（１次転写部）Ｎ１にて、中間転写ベルト５１上（中間転写体上）に重ね合わせるように１次転写される。

一方、カセット（シート収容部）９に収容されているシートＳは、ピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等のシート搬送部材によって、中間転写ベルト５１と２次転写部材５３とが当接する２次転写ニップ（２次転写部）Ｎ２に搬送される。２次転写ニップＮ２に搬送されたシートＳは、各色のトナー像を２次転写され、定着装置６によって加熱、加圧されてトナー像を定着され、装置本体外へ排出される。

１次転写後に感光ドラム１上（像担持体上）に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置７によって回収される。これにより、感光ドラム１は、次の画像形成工程に備える。２次転写後に中間転写ベルト５１上に残留したトナー等の付着物は、中間転写体クリーナ５４によって除去される。

（画像濃度の測定方法）
図２（ａ）に示すように、画像形成装置１００は、定着装置６のシート搬送方向下流側に、濃度センサ（トナー量検知手段）５００を有している。濃度センサ５００は、定着装置６を通過したシートＳに形成された画像の階調データの濃度データを測定する。

図２（ｂ）に示すように、濃度センサ５００は、白色ＬＥＤ（照射手段）９１、ＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ（受光手段）９２を有している。白色ＬＥＤ９１は、シートＳに対して斜め４５度で光を出射し、シートＳに形成されたテスト用の小画像（パッチ）９７から０度方向への乱反射光強度を電荷蓄積型センサ９２により検知する。図２（ｃ）に示すように、電荷蓄積型センサ９２の受光部は、ＲＧＢが独立した画素となっている。電荷蓄積型センサ９２の受光部により得られる３つの異なるＲＧＢ出力から、ＣＭＹＫを識別したり、濃度（各色毎のトナー量）を検知することができる。また、ＲＧＢ出力を線形変換等で数学的な処理をしたり、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）で変換することで色度を検知することも可能である。

電荷蓄積量はＬＥＤ出力もしくは積算時間を任意に変更する事で、所望のダイナミックレンジを得られるように調整している。そして、予め基準となる指標を用いて上記調整を行う事により、反射光量からシートＳ上のトナー濃度を高精度で測定している。

なお、電荷蓄積型センサは、フォトダイオードでも良い。ＲＧＢの３画素のセットが、数セット並んでいるものでも良い。また、入射角が０度、反射角が４５度の構成でも良い。更には、ＲＧＢ３色が発光するＬＥＤとフィルタ無しセンサにより構成しても良い。

（従来の画像濃度の変更制御）
図６は従来の画像濃度制御のフローチャートである。図６に示すように、画像形成が開始されると（Ｓ１）、トナーの消費量情報に基づいたタイミングでパッチ９７を形成する。そして、濃度センサ５００によりパッチ９７の各色の画像濃度を検知し、各色の最大画像濃度が所定の値の範囲内であるかを確認する（Ｓ２）。最大画像濃度の所定の値の範囲は、画像形成初期の最大画像濃度１．６に対して±０．０８の変動までとした。これは、一般にΔＥ≦３の時、人の目に色味変動として認識されないためである。

各色の最大画像濃度が所定の範囲内である場合には、パッチ９７の濃度に基づいて、画像の濃度に影響を与える濃度制御因子を最適化する通常制御モードを行う（Ｓ３）。いずれかの色の最大画像濃度が所定の範囲内でない場合には、これ以上画像濃度が変動すると色味が変わったと認識される。このため、その色の最大コントラスト電位を変更して最大画像濃度が所定の範囲内となるようにし（Ｓ４）、通常制御モードを行う（Ｓ３）。コントラスト電位とは、感光ドラム１上の画像部電位ＶＬと現像装置４の現像スリーブ（現像手段）に印加する電位Ｖｄｃの平均電位との差分電位（電位差）をいう。

しかしながら、現像剤の劣化が進むと、最大コントラスト電位を大幅に増やさなければ所定の画像濃度に至らないケースが発生する。この場合、最大コントラスト電位を大きくすることで、キャリアから感光ドラム１に多くの電荷が注入されるため、キャリアと感光ドラム１間の鏡映力が増大し、キャリアが感光ドラム１上に付着しやすくなる。この感光ドラム１上に付着したキャリアがシートＳ上に転写されると、画像白地部において黒点となり、画像品位が著しく低下する。このことを防ぐために、最大コントラスト電位の変更量のリミットを設定している。しかし、リミットにかかった後は、最大画像濃度を保証できなくなってしまう。さらにこの現象が、全色同時に発生すれば良いが、形成する画像の色ごとの画像比率の違いや経時変化によって、各色の現像剤の劣化に差が生じ、トナー摩擦帯電量（トリボ）の変化が現像性に差が出てくる。このため、複次色において色相の変化が大きくなってしまい、色味が変わったと認識されやすくなってしまう。

（本実施形態の画像濃度の変更制御）
そこで、本実施形態では、画像濃度を所定の範囲にするために最大コントラスト電位をリミットを超えて変更する必要がある場合に、所定の範囲を超えた一番画像濃度の低い色の画像濃度に合わせる色味安定モードを行う。これにより、かぶりやキャリア付着などの異常画像がなく、かつ色味の変動を小さく抑える。以下、本実施形態の制御部１０が行う画像濃度の変更制御について具体的に説明する。制御部１０は、濃度センサ５００からの検知結果を受けて、各色の感光ドラム１、現像装置４毎に、コントラスト電位（現像条件）を調整して画像濃度を調整する。

図３は本実施形態にかかる画像濃度制御のフローチャートである。図３に示すように、画像形成が開始されると（Ｓ１）、濃度センサ５００により各色の画像濃度を検知し、各色の最大画像濃度が所定の値の範囲内であるかを確認する（Ｓ２）。最大画像濃度の所定の値の範囲は、画像形成初期の最大画像濃度１．６に対して±０．０８の変動までとした。これは、一般にΔＥ≦３の時、人の目に色味変動として認識されないためである。

各色の最大画像濃度が所定の範囲内である場合には、通常制御モードを行う（Ｓ３）。いずれかの色の最大画像濃度が所定の範囲内でない場合には、その所定の範囲外となった色以外の色の最大コントラスト電位（現像条件）を変更する（Ｓ４）。そして、最大コントラスト電位の変動が所定の範囲内であるかどうかを判断する（Ｓ５）。最大コントラスト電位の変動の所定の範囲は、所定の環境における最適の最大コントラスト電位の±２０％とした。

最大コントラスト電位の変動が所定の範囲内の場合には、通常制御モードを行う（Ｓ３）。最大コントラスト電位の変動が所定の範囲内でない場合には、所定の範囲外となった色以外の色の最大コントラスト電位を所定の範囲外となった一番画像濃度の低い色の画像濃度に合わせる色味安定モードを行う（Ｓ６）。

色味安定モードが選択されると、各色において、濃度データレベルＦＦＨのテストパターンＶＬ０〜ＶＬ５（図４参照）をシートＳに形成する。テストパターンＶＬ０〜ＶＬ５は、現在設定されている最大コントラスト電位とその値から１０Ｖ単位で５０Ｖまでコントラスト電位を落とすようなレーザーパワーで形成される。そして、濃度センサ５００により各々のテストパターンＶＬ０〜ＶＬ５のトナー量を検出する。そして、検出した濃度データが最も低い色の濃度に、他色の濃度を合わせる。中間調データ（００Ｈ〜ＦＥＨ）に対しては、公知の階調補正用テストパターンを検出し、階調補正テーブルを更新することで中間調の線形性は確保される。この時の出力物はエスケープトレイ（図示せず）に排出される。

そして、最大コントラスト電位の変動が所定の範囲外となった色以外の色の最大画像濃度が１．６になった時に（Ｓ７）、再度通常制御に戻る（Ｓ３）。

以上説明したように、本実施形態の画像濃度の変更制御によれば、異常画像の発生を抑制し、各色毎の濃度変動の割合を一定にし、色味が変わったと認識されることを抑制できる。

なお、濃度が下がった場合について説明したが、逆に濃度が上がってきた場合には、最大コントラスト電位を所定の範囲外まで下げると、現像γ（現像ポテンシャルに対する現像特性）が立ちすぎてしまう。すなわち、小さなコントラスト電位で多くのトナーがのるため、感光ドラム電位の誤差が色味変動に大きく影響を及ぼしてしまう。

そこで、濃度が下がった場合と同様に、所定の範囲外となった一番画像濃度の高い色の画像濃度にその他の色の画像濃度を合わせる色味安定モードを行うことで、色味の変動を小さく抑えることができる。

また、トナーの色や色数、各色のトナー現像を行う順序、濃度データ測定場所、測定位置、測定点数、色味安定モードに入る閾値、通常制御モードに戻る閾値は本実施形態に限定されるものではない。

[第二実施形態]
次に本発明に係る画像形成装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５（ａ）は本実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。図５（ａ）に示すように、本実施形態の亜画像形成装置は、上記第一実施形態の画像形成装置１００の濃度センサ５００に変えて光学センサ（トナー量検知手段）５０１を設けたものである。

図５（ｂ）に示すように、光学センサ５０１は、印刷ジョブの開始時や画像形成の中間位置（紙間）で、中間転写ベルト５１上に形成されたカラーパッチＦを読み取ることでトナー量検知をする。光学センサ５０１は、発光部２０１から赤外光を射出し、中間転写ベルト５１からの反射光を検知面２０２で受光する。この検知結果は、予め実験によって確認された濃度変換テーブルを通して濃度データへ変換され、最大濃度が所定の範囲内であるかどうかを認識する。

読み取られたトナーパッチは、中間転写体クリーナ５４により除去される。紙間にトナーパッチを作像し読み取ることで、ダウンタイムの発生がなくトナー量を検知でき、且つ出力物の別途出力場所を用意する必要がない。

画像濃度の変更制御は、上記第一実施形態と同様であり、最大コントラスト電位が所定の範囲外になった時に色味安定モードに入ることで、異常画像がなく、色味の変化を小さくすることができる。

なお、別の方法として、ラージサイズ（例えば１３＊１９）のシートに打たれたトンボの位置で出力物を裁断するなどのユーザーに対しては、上記第一実施形態と同様の方式で且つトンボ域外にパッチを作像し、濃度センサで濃度を検知することもできる。かかる方法によっても、ダウンタイムの発生がなくトナー量を検知でき、且つ出力物の別途出力場所を用意する必要がない。

Ｆ …カラーパッチ
Ｎ１ …１次転写ニップ
Ｎ２ …２次転写ニップ
Ｓ …シート
１ …感光ドラム（像担持体）
２ …帯電器
３ …露光装置
４ …現像装置（現像手段）
５ …転写装置
６ …定着装置
７ …クリーニング装置
８ …除電装置
９ …カセット
２０ …ホッパー
５１ …中間転写ベルト
５２ …１次転写部材
５３ …二次転写部材
５４ …中間転写体クリーナ
９１ …白色ＬＥＤ
９２ …電荷蓄積型センサ
９７ …パッチ
１００ …画像形成装置
５００ …濃度センサ（トナー量検知手段）
５０１ …光学センサ（トナー量検知手段）

Claims

像担持体上の静電潜像を複数色の現像剤を用いてトナー像として現像する複数の現像手段を有する画像形成装置において、
前記トナー像のトナー濃度を各色毎に検知するトナー濃度検知手段を有し、
前記トナー濃度検知手段の検知結果において、何れかの色の最大トナー濃度が所定の範囲外となり、濃度調整後においてもトナー濃度が所定の範囲外であった場合に、前記トナー濃度が所定の範囲外となった色以外の色の最大コントラスト電位を変更してトナー濃度を前記トナー濃度が所定の範囲外となった色のトナー濃度に揃うように制御するに際し、
前記変更する最大コントラスト電位の変動が所定の範囲外となる色がある場合には、前記最大コントラスト電位が所定の範囲外になる色以外の色の最大コントラスト電位を前記最大コントラスト電位の変動が所定の範囲外になる色のトナー濃度に合わせるように変更することを特徴とする画像形成装置。
前記トナー濃度検知手段は、中間転写体上に形成された前記トナー像のトナー濃度を各色毎に検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。