JP6628104B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

ある画像形成装置は、目標トナー量より低い現像バイアスで形成したトナーマークを用いて、目標トナー量となる現像バイアスを予測している（例えば特許文献１参照）。

また、別の画像形成装置は、線速比を低くして目標トナー濃度となる現像バイアスを特定し、その現像バイアスを、通常印字時（つまり、通常線速比）での目標トナー濃度となる目標現像バイアスとして使用している（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−２７０８７３号公報 特開２０１３−０３３２９３号公報

一般的に、電子写真方式の画像形成装置では、濃度調整用の濃度センサーとして、反射型光学センサーが使用されている。反射型光学センサーは、高濃度トナーマークについての濃度検出精度が、低〜中間濃度のトナーマークに比べ低い。

反射型光学センサーを用いてトナー濃度を検出する場合、トナーマークが形成されていない時の像担持体の地肌からの反射光と、トナーマークからの反射光とを比較することで、トナー濃度を計算する方式が多く用いられている。

高濃度トナーマークは、像担持体の地肌を厚く被覆するが、高濃度領域では、高濃度トナーマークの濃度変化に対してセンサー出力の変化が微小であるため、現像バイアスを正確に設定することは困難である。

特に、有機感光体ドラムを使用したダッチダウン現像システムでは、現像バイアスの変化に対するトナー濃度の変化が大きいため、現像ローラーと感光体ドラムとの間の距離変動、感光体ドラム表面電位ムラなどに起因してコントラスト電位が変動しやすく、現像バイアスの調整が正確に行われない可能性がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、現像バイアスが正確に調整される画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を形成される感光体ドラムと、前記静電潜像に付着すべきトナーを保持する現像ローラーと、通常印字時において、前記現像ローラーの外周面の線速度と前記感光体ドラムの外周面の線速度との比である線速比を、所定の通常線速比に設定する線速比設定部と、前記通常印字時において、前記感光体ドラムと前記現像ローラーとの間の現像バイアスを、目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値に設定する現像バイアス設定部とを備える。前記現像バイアス設定部は、調整時において、（ａ）前記線速比設定部に、前記線速比を前記通常線速比より低い所定の調整線速比に設定させ、前記調整線速比で複数のトナーマークに対する前記現像バイアスを変化させて、前記複数のトナーマークの濃度測定値から、前記調整線速比で前記目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値を特定し、（ｂ）前記線速比設定部に、前記線速比を前記通常線速比に設定させ、前記通常線速比で、前記第１基準現像バイアス値でのトナーマークの第１濃度測定値、および前記第１基準現像バイアス値より所定電圧低い第２基準現像バイアス値でのトナーマークの第２濃度測定値から、前記通常線速比で前記目標トナー濃度に対応する前記目標現像バイアス値を特定する。

本発明によれば、現像バイアスが正確に調整される。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。 図２は、図１における現像器３ａの一例を示す断面図である。 図３は、図１に示す画像形成装置内のコントローラー３１の構成例を示すブロック図である。 図４は、トナーマークの実トナー濃度（反射濃度）とトナーマークについての濃度測定値（被覆率Ｍ）との対応関係を説明する図である。 図５は、線速比の変化に対する現像バイアスとトナーマークの実トナー濃度との関係の変化を説明する図である。 図６は、図３における現像バイアス設定部４２による目標現像バイアス値の特定について説明する図である。 図７は、図１に示す画像形成装置におけるトナーマークの形成を説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２および現像器３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２は、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

現像器３ａ〜３ｄは、トナーカートリッジ内のトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー像を形成する。感光体ドラム１ａおよび現像器３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像器３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像器３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像器３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を転写される環状の中間転写体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー６に張架され、駆動ローラー６からの駆動力によって、感光体ドラム１ａとの接触位置から感光体ドラム１ｄとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラー７は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト５に接触させ、中間転写ベルト５上のトナー像を用紙に転写する。なお、トナー像を転写された用紙は、図示せぬ定着器へ搬送され、トナー像が用紙へ定着される。

センサー８は、中間転写ベルト５に光を照射し、その反射光（例えば正反射光と拡散反射光）を検出し、検出した反射光の光量に基づいて、中間転写ベルト５上のトナーマークの濃度を測定する反射型光学センサーである。特に、トナー濃度や階調の調整時において、センサー８は、中間転写ベルト５上に担持されるトナーマークの濃度を検出する。このセンサー８は、調整用のトナーマークの濃度を測定する反射型光学センサーである。

図２は、図１における現像器３ａの一例を示す断面図である。なお、図２では、現像器３ａについて図示しているが、現像器３ｂ〜３ｄについても同様の構成となっている。

図２に示すように、現像器３ａは、筐体１１と、攪拌スクリュー１２と、磁気ローラー１３と、現像ローラー１４とを有する。

現像器３ａには、図示せぬトナーコンテナーが接続され、トナーコンテナーから図示せぬ補給口を介して筐体１１内へトナーが補給される。筐体１１内では、攪拌スクリュー１２によってトナーとキャリアを含む２成分現像剤が攪拌される。キャリアには、磁性材料が使用される。

磁気ローラー１３は、その表面に２成分現像剤をブラシ状に保持している。２成分現像剤のうちのトナーが、磁気ローラー１３と現像ローラー１４との間の電圧である搬送バイアスに応じて現像ローラー１４に移行する。

現像ローラー１４は、磁気ローラー１３から移行してきたトナーをその表面にトナー薄層として保持する。現像ローラー１４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラー１４と感光体ドラム１ａの間の電圧である現像バイアスによって感光体ドラム１ａに移行する。

感光体ドラム１ａは、その表面に、露光装置２によって静電潜像を形成される像担持体である。例えば、感光体ドラム１ａには、有機感光体（ＯＰＣ）ドラムが使用され、現像ローラー１４にはタッチダウン現像方式のものが使用される。感光体ドラム１ａ上の静電潜像には、現像ローラー１４から移行してきたトナーが付着する。

図３は、図１に示す画像形成装置内のコントローラー３１の構成例を示すブロック図である。なお、ここでは、感光体ドラム１ａと現像器３ａに対するコントローラー３１の機能について説明するが、他の感光体ドラム１ｂ〜１ｄと現像器３ｂ〜３ｄに対するコントローラー３１の機能も同様である。

コントローラー３１は、画像形成装置内の各部を電気的に制御する。コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロコンピューターなどで構成される。現像ローラー電位設定回路３２は、現像ローラー１４の電位を指定された電位に設定する回路である。

コントローラー３１は、線速比設定部４１、現像バイアス設定部４２、トナー濃度特定部４３、およびバイアス設定値記憶部４４を有する。

線速比設定部４１は、感光体ドラム１ａ、現像ローラー１４などの回転速度を制御して、線速比Ｓ／Ｄを設定する。線速比設定部４１は、通常印字時において、線速比を、所定の通常線速比に設定する。線速比Ｓ／Ｄは、現像ローラー１４の外周面の線速度Ｓと感光体ドラムの外周面の線速度Ｄとの比である。

現像バイアス設定部４２は、現像ローラー電位設定回路３２を使用して、感光体ドラム１ａと現像ローラー１４との間の現像バイアス（ここでは、直流バイアス）を設定する。トナー濃度特定部４３は、センサー８の出力に基づいて、中間転写ベルト５上のトナーマークの濃度を特定する。バイアス設定値記憶部４４は、通常印字時の目標現像バイアス値を記憶する不揮発性の記憶装置である。通常印字時において、現像バイアス設定部４２は、現像バイアスを、目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値に設定する。

図４は、トナーマークの実トナー濃度（反射濃度）とトナーマークについての濃度測定値（被覆率Ｍ）との対応関係を説明する図である。

濃度測定値としては、例えば、次式に基づく被覆率Ｍが使用される。

Ｍ＝１−｛（Ｒ−Ｒｄ）−（Ｄ−Ｄｄ）｝／｛（Ｒｇ−Ｒｄ）−（Ｄｇ−Ｄｄ）｝

ここで、Ｒｄはセンサー８の正反射光受光素子の暗電位であり、Ｄｄはセンサー８の拡散反射光受光素子の暗電位であり、Ｒｇは正反射光受光素子により検出される像担持体（つまり、中間転写ベルト５の地肌）からの正反射光の検出電圧であり、Ｄｇは拡散反射光受光素子により検出される像担持体（つまり、中間転写ベルト５の地肌）からの拡散反射光の検出電圧であり、Ｒは正反射光受光素子により検出されるトナーマークからの正反射光の検出電圧であり、Ｄは拡散反射光受光素子により検出されるトナーマークからの拡散反射光の検出電圧である。

図４に示すように、センサー８の出力に基づく被覆率Ｍは、トナーマークの実トナー濃度が高くなると飽和してしまい、正確な濃度を測定しにくくなる。そのため、非飽和領域（通常、非飽和領域と飽和領域との境界付近）に目標トナー濃度が設定される。

図５は、線速比の変化に対する現像バイアスとトナーマークの実トナー濃度との関係の変化を説明する図である。線速比Ｓ／Ｄが低いほど、現像ローラー１４の線速度が相対的に低くなるため、現像ローラー１４から感光体ドラム１ａへ移行するトナーの量が少なくなる。したがって、図５に示すように、線速比Ｓ／Ｄが低いほど、現像バイアスに対する実トナー濃度の変化が緩やかになる。

現像バイアス設定部４２は、調整時において、（ａ）線速比設定部４１に、線速比を通常線速比より低い所定の調整線速比に設定させ、調整線速比で複数のトナーマークに対する現像バイアスを変化させて、複数のトナーマークの濃度測定値から、調整線速比で目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値を特定し、（ｂ）線速比設定部４１に、線速比を通常線速比に設定させ、通常線速比で、第１基準現像バイアス値でのトナーマークの第１濃度測定値、および第１基準現像バイアス値より所定電圧低い第２基準現像バイアス値でのトナーマークの第２濃度測定値を取得し、第１濃度測定値および第２濃度測定値から、通常線速比で目標トナー濃度に対応する上述の目標現像バイアス値を特定する。

この実施の形態では、中間転写ベルト５の１周回において、調整線速比で現像バイアスを変化させて形成された上述の複数のトナーマークが、中間転写ベルト５上に担持され、センサー８で上述の複数のトナーマークの濃度測定値が特定される。そして、中間転写ベルトの次の１周回において、通常線速比かつ第１基準現像バイアス値で形成されたトナーマーク、および通常線速比かつ第２基準現像バイアス値で形成されたトナーマークが、中間転写ベルト５上に担持され、センサー８で第１濃度測定値および第２濃度測定値が特定される。

図６は、図３における現像バイアス設定部４２による目標現像バイアス値の特定について説明する図である。図６に示すように、現像バイアス設定部４２は、第１基準現像バイアス値Ｖ１および第１基準現像バイアス値Ｖ１でのトナー濃度測定値Ｍ１と、第２基準現像バイアス値Ｖ２および第２基準現像バイアス値Ｖ２でのトナー濃度測定値Ｍ２とに基づいて、線形補間（内挿）にて、目標トナー濃度Ｍｏに対応する目標現像バイアス値Ｖｄを特定する。

次に、上記画像形成装置の調整時の動作について説明する。

図７は、図１に示す画像形成装置におけるトナーマークの形成を説明する図である。

コントローラー３１は、調整において、中間転写ベルト５を３周周回させる。

まず、１周目において、トナー濃度特定部４３は、２周目および３周目においてトナーマークが形成される位置の地肌からの反射光によるセンサー８の出力を検出する。

次に、２周目において、調整線速比での現像バイアスの調整が実行される。

２周目の調整線速比での現像バイアスの調整では、線速比設定部４１は、線速比Ｓ／Ｄを、通常印字時の線速比Ｓ／Ｄより低い調整線速比に設定する。

そして、現像バイアス設定部４２は、調整用の複数のトナーマークに対する現像バイアスを変化させて、トナー濃度特定部４３によって複数のトナーマークの濃度測定値（被覆率Ｍ）を取得し、センサー８による複数のトナーマークの濃度測定値（被覆率Ｍ）から、目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値Ｖ１を決定する。

具体的には、コントローラー３１は、現像バイアス設定部４２により、トナーマークごとに現像バイアスを変化させつつ、露光装置２を制御して複数のトナーマークに対応する静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄに形成する。これにより、現像バイアスに応じたトナー量で静電潜像が現像され、現像により形成されたトナー画像が感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５に転写される。トナー濃度特定部４３は、形成されたトナーマークからの反射光によるセンサー８の出力を検出し、１周目のセンサー８の出力値および２周目のセンサー８の出力値の差に基づいて、２周目の各トナーマークの濃度測定値を特定する。

現像バイアス設定部４２は、複数の現像バイアス値に対応する複数のトナーマークの濃度測定値から線形補間などで目標トナー濃度に対応する現像バイアス値を第１基準現像バイアスとＶ１として特定する。

次に、３周目において、通常線速比での現像バイアスの調整が実行される。

３周目の通常線速比での現像バイアスの調整では、線速比設定部４１は、線速比Ｓ／Ｄを、通常印字時の線速比Ｓ／Ｄに設定する。

そして、現像バイアス設定部４２は、第１基準現像バイアス値Ｖ１でトナーマークを形成し、また、第１基準現像バイアス値Ｖ１より所定値低い第２基準現像バイアス値Ｖ２でトナーマークを形成し、トナー濃度特定部４３によって、第１基準現像バイアス値Ｖ１および第２基準現像バイアス値Ｖ２で形成されたトナーマークの濃度測定値Ｍ１，Ｍ２を取得し、目標現像バイアス値Ｖｄを決定する。

具体的には、現像バイアス設定部４２は、現像バイアスを第１基準現像バイアス値Ｖ１と第２基準現像バイアス値Ｖ２とに順次設定し、コントローラー３１は、露光装置２を制御してトナーマークに対応する静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄに形成する。これにより、それらのバイアス値Ｖ１，Ｖ２でのトナー量で静電潜像が現像され、現像により形成されたトナー画像が感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５に転写される。トナー濃度特定部４３は、形成されたトナーマークからの反射光によるセンサー８の出力を検出し、１周目のセンサー８の出力値および３周目のセンサー８の出力値の差に基づいて、３周目の各トナーマークの濃度測定値を特定する。

現像バイアス設定部４２は、その目標現像バイアス値Ｖｄをバイアス設定値記憶部４４に記憶する。

そして、通常印字時（つまり原稿画像の印刷時）には、現像バイアス設定部４２は、この目標現像バイアス値Ｖｄを読み出し、現像バイアスを目標現像バイアス値Ｖｄに設定に設定する。そして、コントローラー３１は、この現像バイアスの条件下で、露光装置２を制御して、原稿画像の静電潜像を形成し、感光体ドラム１ａ〜１ｄでのトナー画像の現像、中間転写ベルト５へのトナー画像の１次転写、印刷用紙へのトナー画像の２次転写、およびトナー画像の定着を実行させる。

以上のように、上記実施の形態によれば、現像バイアス設定部４２は、調整時において、（ａ）線速比設定部４１に、線速比を通常線速比より低い所定の調整線速比に設定させ、調整線速比で複数のトナーマークに対する現像バイアスを変化させて、複数のトナーマークの濃度測定値から、調整線速比で目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値を特定し、（ｂ）線速比設定部４１に、線速比を通常線速比に設定させ、通常線速比で、第１基準現像バイアス値でのトナーマークの第１濃度測定値、および第１基準現像バイアス値より所定電圧低い第２基準現像バイアス値でのトナーマークの第２濃度測定値から、通常線速比で目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値を特定する。

これにより、現像バイアスが、目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値に正確に調整される。

具体的には、調整線速比で目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値が特定された後、通常線速比で第１基準現像バイアス値が設定された場合、調整線速比および第１基準現像バイアス値の条件下よりトナー濃度が増加する。他方、通常線速比で第２基準現像バイアス値が設定された場合、通常線速比および第１基準現像バイアス値の条件下よりトナー濃度が減少する。したがって、通常線速比での目標トナー濃度を挟んで、目標トナー濃度付近で２つの基準点が得られるため、線形補間で正確に、目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値が特定される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
５ 中間転写ベルト
８ センサー（反射型光学センサーの一例）
１４ 現像ローラー
４１ 線速比設定部
４２ 現像バイアス設定部

Claims (3)

1. 静電潜像を形成される感光体ドラムと、
   前記静電潜像に付着すべきトナーを保持する現像ローラーと、
   通常印字時において、前記現像ローラーの外周面の線速度と前記感光体ドラムの外周面の線速度との比である線速比を、所定の通常線速比に設定する線速比設定部と、
   前記通常印字時において、前記感光体ドラムと前記現像ローラーとの間の現像バイアスを、目標トナー濃度に対応する目標現像バイアス値に設定する現像バイアス設定部とを備え、
   前記現像バイアス設定部は、調整時において、（ａ）前記線速比設定部に、前記線速比を前記通常線速比より低い所定の調整線速比に設定させ、前記調整線速比で複数のトナーマークに対する前記現像バイアスを変化させて、前記複数のトナーマークの濃度測定値から、前記調整線速比で前記目標トナー濃度に対応する第１基準現像バイアス値を特定し、（ｂ）前記線速比設定部に、前記線速比を前記通常線速比に設定させ、前記通常線速比で、前記第１基準現像バイアス値でのトナーマークの第１濃度測定値、および前記第１基準現像バイアス値より所定電圧低い第２基準現像バイアス値でのトナーマークの第２濃度測定値から、前記通常線速比で前記目標トナー濃度に対応する前記目標現像バイアス値を特定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナーマークを担持する中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルト上の前記トナーマークの濃度を測定する反射型光学センサーとをさらに備え、
   前記中間転写ベルトの１周回において、前記調整線速比で前記現像バイアスを変化させて形成された前記複数のトナーマークが、前記中間転写ベルト上に担持され、前記反射型光学センサーで前記複数のトナーマークの濃度測定値が特定され、
   前記中間転写ベルトの次の１周回において、前記通常線速比かつ前記第１基準現像バイアス値で形成されたトナーマーク、および前記通常線速比かつ前記第２基準現像バイアス値で形成されたトナーマークが、前記中間転写ベルト上に担持され、前記反射型光学センサーで前記第１濃度測定値および前記第２濃度測定値が特定されること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナーマークのトナー濃度は、前記反射型光学センサーの、実トナー濃度に対する濃度測定値が飽和していない領域の濃度とされることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。

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