以下、本発明を適用した画像形成装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態における画像形成装置1の全体構成を概略的に示す図である。図2は、本実施の形態における画像形成装置1の制御系の主要部を示す。図1、2に示す画像形成装置1は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置1は、感光体ドラム413上に形成されたY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色トナー像を中間転写ベルト421に一次転写し、中間転写ベルト421上で4色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Sに二次転写することにより、トナー像を形成する。
また、画像形成装置1には、YMCKの4色に対応する感光体ドラム413を中間転写ベルト421の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト421に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。
図2に示すように、画像形成装置1は、画像読取部10、操作表示部20、画像処理部30、画像形成部40、用紙搬送部50、定着部60、透気度検知部80、および制御部100等を備える。
制御部100は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103等を備える。CPU101は、ROM102から処理内容に 応じたプログラムを読み出してRAM103に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置1の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部72に格納されている各種データが参照される。記憶部72は、例えば不揮発性の半導体メモリ(いわゆるフラッシュメモリ)やハードディスクドライブで構成される。
制御部100は、通信部71を介して、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等の通信ネットワークに接続された外部の装置(例えばパーソナルコンピューター)との間で各種データの送受信を行う。制御部100は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ(入力画像データ)に基づいて用紙Sにトナー像を形成させる。通信部71は、例えばLANカード等の通信制御カードで構成される。
画像読取部10は、ADF(Auto Document Feeder)と称される自動原稿給紙装置11および原稿画像走査装置12(スキャナー)等を備えて構成される。
自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された原稿Dを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置12へ送り出す。自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Dの画像(両面を含む)を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置12は、自動原稿給紙装置11からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をCCD(Charge Coupled Device)センサー12aの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部10は、原稿画像走査装置12による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部30において所定の画像処理が施される。
操作表示部20は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)で構成され、表示部21および操作部22として機能する。表示部21は、制御部100から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部22は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部100に出力する。
画像処理部30は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部30は、制御部100の制御下で、記憶部72内の階調補正データ(階調補正テーブルLUT)に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部30は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部40が制御される。
画像形成部40は、入力画像データ等に基づいて、Y成分、M成分、C成分、K成分の各色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット41Y、41M、41C、41K、中間転写ユニット42等を備える。
Y成分、M成分、C成分、K成分用の画像形成ユニット41Y、41M、41C、41Kは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にY、M、C、又はKを添えて示す。図1では、Y成分用の画像形成ユニット41Yの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット41M、41C、41Kの構成要素については符号が省略されている。
画像形成ユニット41は、露光装置411、現像装置412、感光体ドラム413、帯電装置414、およびドラムクリーニング装置415等を備える。
感光体ドラム413は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体(アルミ素管)の周面に、アンダーコート層(UCL:Under Coat Layer)、電荷発生層(CGL:Charge Generation Layer)、電荷輸送層(CTL:Charge Transport Layer)を順次積層した負帯電型の有機感光体(OPC:Organic Photo-conductor)である。電荷発生層は、電荷発生材料(例えばフタロシアニン顔料)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネイト)に分散させた有機半導体からなり、露光装置411による露光により一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料(電子供与性含窒素化合物)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネイト樹脂)に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
制御部100は、感光体ドラム413を回転させる駆動モーター(図示略)に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム413を一定の周速度(線速度)で回転させる。
帯電装置414は、光導電性を有する感光体ドラム413の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置411は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム413に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム413の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム413の表面電荷(負電荷)が中和される。感光体ドラム413の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。
現像装置412は、例えば二成分現像方式の現像装置であり、感光体ドラム413の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。
ドラムクリーニング装置415は、感光体ドラム413の表面に摺接されるクリーニング部材としてのドラムクリーニングブレード(以下、単にクリーニングブレードと称する)等を有する。ドラムクリーニング装置415は、一次転写後に感光体ドラム413の表面に残存する転写残トナーをクリーニングブレードによって除去する。本実施の形態では、クリーニングブレードは、ウレタンゴム製の板状部材である。
中間転写ユニット42は、像担持体としての中間転写ベルト421、一次転写ローラー422、複数の支持ローラー423、二次転写ローラー424、及びベルトクリーニング装置426等を備える。
中間転写ベルト421は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー423にループ状に張架される。複数の支持ローラー423のうちの少なくとも1つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、K成分用の一次転写ローラー422よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー423Aが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー423Aが回転することにより、中間転写ベルト421は矢印A方向に一定速度で走行する。
一次転写ローラー422は、各色成分の感光体ドラム413に対向して、中間転写ベルト421の内周面側に配置される。中間転写ベルト421を挟んで、一次転写ローラー422が感光体ドラム413に圧接されることにより、感光体ドラム413から中間転写ベルト421へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。
二次転写ローラー424は、駆動ローラー423Aのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー423Bに対向して、中間転写ベルト421の外周面側に配置される。中間転写ベルト421を挟んで、二次転写ローラー424がバックアップローラー423Bに圧接されることにより、中間転写ベルト421から用紙Sへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。
一次転写ニップを中間転写ベルト421が通過する際、感光体ドラム413上のトナー像が中間転写ベルト421に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー422に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト421の裏面側(一次転写ローラー422と当接する側)にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト421に静電的に転写される。
その後、用紙Sが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト421上のトナー像が用紙Sに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー424に二次転写バイアスを印加し、用紙Sの裏面側(二次転写ローラー424と当接する側)にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Sに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Sは定着部60に向けて搬送される。
ベルトクリーニング装置426は、中間転写ベルト421の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト421の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー424に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成(いわゆるベルト式の二次転写ユニット)を採用してもよい。
定着部60は、用紙Sの定着面(トナー像が形成されている面)側に配置される定着面側部材を有する上側定着部60A、用紙Sの裏面(定着面の反対の面)側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部60B、及び加熱源60C等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Sを狭持して搬送する定着ニップが形成される。
上側定着部60Aは、定着面側部材である無端状の定着ベルト61、加熱ローラー62、および上加圧ローラー63を有する(ベルト加熱方式)。定着ベルト61は、加熱ローラー62と上加圧ローラー63とに所定のベルト張力(例えば、400N)で張架されている。定着ベルト61は、例えばPI(ポリイミド)からなる基体の外周面を弾性層として耐熱性のシリコンゴムで被覆し、さらに、表層に耐熱性樹脂であるPFA(パーフルオロアルコキシ)のチューブを被覆またはコーティングをしてなる。定着ベルト61は、トナー像が形成された用紙Sに接触して、当該トナー像を用紙Sに定着許容温度範囲で加熱定着する。ここで、定着許容温度範囲とは、用紙S上のトナーを溶融するのに必要な熱量を供給しうる温度であり、画像形成される用紙Sの紙種等によって異なる。
加熱ローラー62は、定着ベルト61を加熱する。加熱ローラー62は、定着ベルト61を加熱する加熱源60Cを内蔵している。加熱ローラー62は、例えば、ハロゲンヒーターであり、アルミニウム等から形成された円筒状の芯金における外周面をPTFEでコーティングした樹脂層で被覆された構成である。加熱源60Cの温度は、制御部100によって制御される。加熱源60Cによって加熱ローラー62が加熱され、その結果、定着ベルト61が加熱される。
上加圧ローラー63は、例えば鉄等の金属から形成された中実の芯金を、弾性層で被服したものである。弾性層の材質として、例えば、耐熱性のシリコンゴムを用いることができる。また、弾性層として、耐熱性のシリコンゴムを、低摩擦で耐熱性樹脂であるPTFEでコーティングした樹脂層で被覆した構成とすることができる。上加圧ローラー63は、定着ベルト61を介して下加圧ローラー65に圧接される。
下側定着部60Bは、裏面側支持部材である下加圧ローラー65を有する(ローラー加圧方式)。下加圧ローラー65は、PI(ポリイミド)からなる基材層の外周面を弾性層で被覆したものである。弾性層の材質として、例えば、耐熱性のシリコンゴムを用いることができる。また、弾性層として、耐熱性のシリコンゴムを、表面離型層としてPFAチューブの樹脂層で被覆した構成とすることができる。
下加圧ローラー65には、ハロゲンヒーター等の加熱源が内蔵されている。この加熱源が発熱することにより、下加圧ローラー65は加熱される。制御部100は、加熱源に供給する電力を制御し、下加圧ローラー65を所定温度に制御する。
下加圧ローラー65は、定着ベルト61を介して上加圧ローラー63に所定の定着荷重で圧接される。このようにして、上加圧ローラー63および定着ベルト61と下加圧ローラー65との間には、用紙Sを狭持して搬送する定着ニップが形成される。
定着部60は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Sを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Sにトナー像を定着させる。定着部60は、定着器F内にユニットとして配置される。また、定着器Fには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材から用紙Sを分離させるエア分離ユニット60Dが配置されている。
用紙搬送部50は、給紙部51、排紙部52および搬送経路部53等を備える。給紙部51を構成する3つの給紙トレイユニット51a~51cには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙S(規格用紙、特殊用紙)が予め設定された種類ごとに収容される。搬送経路部53は、レジストローラー対53a等の複数の搬送ローラー対を有する。
給紙トレイユニット51a~51cに収容されている用紙Sは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部53により画像形成部40に搬送される。このとき、レジストローラー対53aが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Sの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部40において、中間転写ベルト421のトナー像が用紙Sの一方の面に一括して二次転写され、定着部60において定着工程が施される。画像形成された用紙Sは、排紙ローラー52aを備えた排紙部52により機外に排紙される。
ところで、このような電子写真方式の画像形成装置1では、印刷する用紙Sの種類によっては、定着部60の定着処理によってトナーが溶融した際に、溶融したトナーが用紙Sの内部に染み込んでしまい、用紙S(出力物)上のトナー像が濃度不足となる場合がある。
一具体例として、出力物の画像が50%の目標濃度となるように印刷する場合を説明する。画像形成装置1において、二次転写ニップにより用紙S上に転写されたトナー像の濃度(以下、「定着前濃度」ともいう)が目標濃度と同一(すなわち50%)である場合、用紙Sの種類によっては、定着時に溶融したトナーが用紙Sの内部に染み込む現象が生じる。そして、定着プロセスでトナーが用紙Sに染みこむと、出力物の画像濃度(以下、「定着後濃度」ともいう)が低下し、目標濃度(50%)に達しなくなり、濃度低下が発生する。
このような場合、定着プロセス時における用紙へのトナーの染み込む度合いや濃度低下量などが予測できれば、感光体ドラム413に形成するトナーの付着量を予め多めに設定することで、最終的に出力される画像(出力物)の目標濃度を実現することができる。例えば、トナーTの定着前濃度を50%とした場合(図3A参照)に、定着後濃度が40%に低下するようなケースでは、図3Bに示すように、トナーTの定着前濃度を高くする(例えば70%にする)ことにより、定着後濃度を目標濃度に合致させることができる。
しかしながら、従来の技術では、定着プロセス時における濃度低下量(用紙SへのトナーTの染み込み方)を正確に予測することは困難であった。このため、トナーTの定着前濃度をどの程度高くすれば良いか、すなわち感光体ドラム413へのトナー付着量をどの程度多くすれば良いかを正確に算出等することも困難であった。
具体的には、従来は上述のように、用紙Sの平滑度(表面粗さ)や坪量などに着目して、定着部60の構成や二次転写電流(電圧)を変更する技術が提案されていた。例えば、画像濃度の均一化を図るために、用紙Sの坪量に応じて二次転写電流値を変える(坪量が大きくなるほど二次転写電流値を上げる)技術が提案されている。
他方、用紙Sの物性値として平滑度や坪量に基づいて定着プロセスや転写プロセスの調整を行う従来技術では、高精度な濃度調整を行うことができなかった。したがって、最終的には、出力物をユーザーが目視でチェックし、所望の濃度が得られていない場合は手入力でトナー付着量を変更する操作を行う必要があったため、上述したようなヤレ発生などの種々の問題が発生していた。
この問題に対し、本発明者らは、用紙Sの種々の物性値と溶融トナーが用紙Sに染み込む現象との相関性について鋭意研究を行った。その結果、濃度不足の原因となる定着時のトナーの染み込み現象に関し、用紙Sの平滑度(表面粗さ)や坪量よりも、用紙Sの透気度との相関性が高いことを突き止めた。
より具体的には、本発明者らは、透気度(秒)の値が小さい用紙Sほど定着時に溶融したトナーTが染み込み易くなって濃度不足が発生し易く、逆に透気度の値が大きい用紙SほどトナーTが染み込み難くなって濃度不足が生じにくくなるとの知見を得るに至った。そして、用紙Sの透気度の値が予め分かっていれば、定着時に用紙S上のトナーTが染みこむ程度(度合い)やトナーTの濃度低下値を精度良く予測できること、また、感光体ドラム413へのトナー付着量をどの程度多くすれば良いかを容易に特定できることを見出した。
以下、本発明者らが行った実験の結果を説明する。本発明者らは、JIS(P8117)に規定されたガーレー法を用いて、用紙Sの試験領域(645mm2)に空気100mlが通過する時間(ガーレー秒数)を測定することにより、種々の用紙Sの透気度の値を調べた。また、透気度の異なる用紙Sに対して、定着プロセス後のトナー濃度の低下の度合いを調べた。このような実験の結果、溶融トナーが用紙Sに染み込んでトナー濃度が低下する度合いは、用紙Sの透気度の値との相関性が高いことが分かった。したがって、用紙Sの透気度の値が予め分かっていれば、感光体ドラム413へのトナー付着量をどの程度多くすれば良いかを容易に特定(算出等)できることを見出した。
上述した実験結果に基づいて得られた、用紙Sの透気度と、好適なトナー付着量との関係を、図4Aの特性グラフとして示す。このグラフでは、用紙Sの透気度の値(秒)を横軸に示し、目標濃度を達成するために感光体ドラム413に形成するトナーTの付着量の標準量に対する増加度(倍率)を縦軸に示している。なお、横軸および縦軸の値については後述する図4Bのグラフも同様であり、また、縦軸の値については後述する図5および図6も同様である。
図4Aに示す結果から、用紙Sの透気度とトナー付着量は反比例の関係にあり、用紙Sの透気度の値(秒)が小さくなるほどトナー付着量の倍率を上げる必要があることが分かる。逆に言うと、用紙Sの透気度の値が大きくなるに従ってトナーTの付着量の倍率(増加の程度)を抑えることができることが分かる。より具体的には、定着プロセスでのトナーの染み込み現象が発生する場合、1.1倍から1.4倍までの範囲で感光体ドラム413に形成するトナー付着量の倍率を上げるようにすればよいことが分かった。
さらに、用紙Sの透気度がある一定値に達すると、定着プロセスでのトナーTの染み込み現象が発生しないことが分かった。具体的には、用紙Sが微塗工紙や塗工紙である場合、用紙Sを定着部60に通過させた際にトナーTの染み込み現象が発生せず、したがって、出力物におけるトナー濃度の低下も発生しない。このように、トナーTの染み込み現象が発生しない用紙S(微塗工紙など)は、透気度が1000秒を超えるものであることが分かった。
他方、染み込み現象が発生する場合における透気度(秒)とトナー付着量の倍率との関係は、機種等によっては必ずしも図4Aに示すような線的な特性にはならず、図4Bに示すような曲線的な特性になる場合もあることが分かった。
いずれにしても、図4Aおよび図4Bに示すように、用紙Sの透気度の値(秒)が分かれば、出力物の目標濃度を実現するための感光体ドラム413へのトナーTの付着量を容易に特定することができる。言い換えると、用紙Sの透気度に基づいて、感光体ドラム413へのトナーTの付着量増加(倍率)の近似式(関係式)を算出できることが分かる。
さらに、本発明者らが追加的な実験を行った結果、用紙Sの透気度と用紙Sの厚み(紙厚)の値が分かっていれば、感光体ドラム413へのトナー付着量を増加させる度合いの近似式(関係式)をより高精度に算出できることが判明した。この実験の結果を図5の特性グラフに示す。図5に示すグラフは、図4Aのグラフに対応するものであり、このグラフでは、用紙Sの透気度(秒)を紙厚(μm)で除算した値(秒/μm)を横軸に示している。
図5と図4Aと比較して分かるように、用紙Sの透気度/紙厚の値(秒/μm)は、透気度(秒)だけの場合よりも、感光体ドラム413へのトナー付着量(増加率)との関係が、より線形的かつより小さい乖離となっている。したがって、用紙Sの透気度に加えて、用紙Sの厚さの値が予め分かっていれば、感光体ドラム413へのトナーTの付着量増加(倍率)の近似式(関係式)をより高精度に算出し、目標濃度を実現するためのトナー付着量のより正確な値を特定することが出来る。すなわち、用紙情報として透気度と紙厚の両方の値を利用することによって、出力物における目標濃度を実現するための感光体ドラム413のトナー付着量の算出精度がより高くなる。
また、上述したトナーTの染み込み現象が発生しない用紙S(微塗工紙など)は、透気度(秒)を紙厚(μm)で除算した値が10(秒/μm)を超えるものであることが分かった。
他方、本発明者らの実験の結果、出力物の濃度不足(濃度むら)に対処するために従来用いられていた用紙Sの坪量の値は、定着プロセスにおけるトナーTの染み込み現象(ひいては濃度低下)との相関性が見出せないとの知見を得るに至った。この実験結果を図6に示す。図6では、横軸に用紙Sの坪量(gsm)の値を示している。
図6から分かるように、用紙Sの坪量と感光体ドラム413に形成する好適なトナー付着量(倍率)との間には、相関関係は認められない。すなわち、用紙Sの坪量の大小と、定着プロセスにおけるトナーの染み込み現象と、の間には相関性がない。したがって、用紙Sの坪量(gsm)に基づいて、感光体ドラム413に形成するトナー付着量の好適な値や倍率、さらには関係式(近似式)を算出することは困難である。
上述した知見に基づき、本実施の形態の画像形成装置1では、制御部100は、用紙Sの透気度に基づいて、用紙Sに形成(印字)するトナー像のトナー付着量を決定し、該決定された付着量のトナーを感光体ドラム413(像担持体)上に形成する。
より具体的には、制御部100は、感光体ドラム413上にトナー像を形成する処理に先立って、用紙Sの透気度の情報(値)を予め取得し、該取得された透気度に応じた付着量のトナーを感光体ドラム413上に形成する。
一例として、図4Aまたは図4Bで上述したように、用紙の透気度(秒)とトナー付着量(倍率)との対応関係(反比例の関係)を規定した関係式(数式や関数など)を、画像形成装置1のメモリ(例えば記憶部72やRAM103など、以下同様)に予め格納しておく。他の例として、用紙の透気度(秒)とトナー付着量(倍率)との対応関係を登録したテーブルをメモリに予め格納しておいてもよい。
そして、制御部100は、用紙Sの透気度の値を取得し、取得した透気度の値を上記関係式に適用して(またはテーブルを参照して)、用紙Sの透気度が小さくなるほど感光体ドラム413上に形成するトナーTの付着量を増やす(倍率を上げる)ように制御する。制御部100が用紙Sの透気度の値を取得するための構成については後述する。
例えば、図3A等で上述した事例、すなわち定着後のトナー像の濃度が目標濃度(50%)より低下する事例は、用紙Sの透気度の値が小さい場合に、定着プロセスにおいて溶融したトナーが当該用紙Sに染み込むことによって発生するものである。この場合、制御部100は、用紙Sの透気度の値を取得すると、図3Bに示すように、感光体ドラム413上に形成するトナーTの付着量を標準よりも増やす制御を行って、定着前のトナー像の濃度を目標濃度50%よりも高くする(例えば70%にする)。
また、制御部100は、用紙の透気度が予め設定された上限値(第1の閾値)、すなわち1000秒よりも大きい場合、用紙Sが塗工紙または微塗工紙であるとみなし、トナー付着量を変更しない旨を決定する。この場合、制御部100は、通常通りの画像形成制御を行う、すなわち標準量のトナーTを感光体ドラム413に形成する。
さらに、制御部100は、感光体ドラム413上にトナー像を形成する処理に先立って、用紙Sの透気度(秒)に加えて、用紙Sの厚みの値(μm)を取得してもよい。この場合、用紙Sの透気度/厚み(秒/μm)とトナー付着量(この例では標準量に対する倍率)との対応関係(図5参照)を規定した関係式(あるいはテーブル)を予めメモリ等に格納しておく。そして、制御部100は、用紙Sの透気度および厚みの値を取得し、取得した各値を上記関係式に適用して(またはテーブルを参照して)、感光体ドラム413上に形成するトナーの付着量(標準量からの倍率)を決定する。
このとき、制御部100は、用紙Sの透気度/厚み(秒/μm)が予め設定された上限値(第2の閾値)すなわち10sec/μmよりも大きい場合、用紙Sが塗工紙または微塗工紙であるとみなし、トナー付着量を変更しない旨を決定する。この場合も、制御部100は、通常通りの画像形成制御を行う、すなわち標準量のトナーを感光体ドラム413に形成する。
このように、制御部100は、画像形成制御に先立って用紙Sの透気度(さらには厚み)の情報を取得し、取得された情報に基づいて、目標濃度を実現するための好適なトナー付着量を決定し、決定された付着量のトナーTを感光体ドラム413上に形成する。このような制御を行うことにより、定着時に用紙Sに染み込むトナーひいては濃度低下の度合いを推定ないし予測して出力物のトナー濃度不足を解消することができる。この結果、ヤレ(損紙)の発生を防止ないし最小限に抑えつつ、様々な用紙Sで所望の濃度の画像を出力することができる。
次に、制御部100が用紙Sの透気度や厚みの情報を取得するための構成について説明する。
用紙Sの透気度や厚みの情報は、ユーザーにより入力された値を用いてもよく、あるいは後述のように用紙Sの透気度や厚みの値を自動で取得する構成としてもよい。
用紙Sの透気度や厚みをユーザーが入力する場合の一例としては、用紙Sの画像形成に関連する特性として設定される情報である用紙プロファイル中に、用紙Sの透気度や厚みの値を追加的に登録しておく。他の例としては、表示部21や外部装置(PC)などのディスプレイに表示される図示しないユーザー設定画面等を通じて、用紙Sの透気度や厚みの値(数値)をユーザーが入力し、画像形成装置1のメモリに登録しておく。この場合、制御部100は、印刷ジョブの実行時に、当該登録された透気度や厚みの値を読み出して取得する。
加えて、本実施の形態では、図1に示すように、画像形成装置1内に用紙Sの透気度を測定するための透気度検知部80を設けている。この透気度検知部80は、搬送される用紙Sに空気を送風する(エアーを吹き付ける)ことによって用紙Sの透気度を測定するための装置であり、二次転写ニップよりも上流側の搬送経路に配置されている。
透気度検知部80は、制御部100の制御の下、用紙Sに所定の風量(流速)の空気を出力する送風部81と、用紙Sを透過する空気の量を検出し、該検出値を制御部100に出力する検出部82と、を備える。送風部81および検出部82は、給紙部51(給紙トレイユニット51a~51c)の近傍の搬送経路に、互いに対向するように配置されている。送風部81は、図示しないファンやモーターなどを備えた公知のものが使用できる。検出部82は、図示しない風量センサーなどを備えた公知のものが使用できる。
また、用紙Sの厚みの値を自動で取得する構成として、例えば透気度検知部80の近傍に、図示しない公知の厚みセンサーやレーザー変位計などを備えた厚み検知部を設け、かかる厚み検知部の出力結果により、用紙Sの厚みの値を制御部100で取得してもよい。
本実施の形態では、透気度検知部80の検出部82は、風量センサーを備え、用紙Sを透過する空気を風量センサーで検出する。他方、透気度検知部80の検出部82を圧力センサー等で構成し、送風部81から吹き付けられる空気によって用紙Sが押圧される圧力を検出部82で測定ないし検出する構成としてもよい。この場合、透気度と圧力とは相関関係(比例関係)にあり、用紙Sの透気度の値が小さくなるほど検出部82で検出される圧力の値が小さくなる。したがって、制御部100は、検出部82で検出される圧力に応じて、用紙Sの透気度の値を特定する、あるいは透気度の大小を判別することができる。
また、上述した例は、透気度検知部80を画像形成装置1内に設けた場合を説明した。他の例として、透気度検知部80は、画像形成装置1に接続される給紙装置内に設けることもできる。特に、エアー式の給紙装置の場合、例えば、最上位の用紙Sを分離(浮遊等)させるためのエアー給紙部を備えるものがあり、この場合、給紙装置内に送風部81を設けず、検出部82を追加的に設けて透気度検知部80を構成とすることもできる。すなわち、上述した検出部82を給紙装置内の適所に配置するとともに、給紙装置内のエアー給紙部で出力されるエアーを活用し、用紙Sから透過される空気(またはエアーにより一方に押し付けられる用紙Sの圧力)を検出部82で検出すればよい。
なお、上述のように、透気度検知部80の検出部82で用紙Sの圧力を検出し、検出された圧力から用紙Sの透気度を特定する構成の場合、あるいは給紙装置内に専用の送風部81を設けないような場合、用紙Sの透気度を測定する精度がある程度粗く(低く)なることが考えられる。また、画像形成装置1内に透気度検知部80を設けた場合でも、例えばJISに規定されたガーレー法に従って透気度のより厳密な測定を行おうとすると、搬送中の用紙Sを透気度検知部80の位置で停止させて比較的長時間(例えば最大で1000秒間)測定する必要等が生じる。他方、印刷の生産性向上の観点からは、透気度のより高精度な数値測定の実現よりも、透気度のより迅速な測定の方が優先されることが考えられる。このため、透気度検知部80を用いながら、ガーレー法に代替される測定法を用いて(例えば、より強い風速によるエアーを送風部81から用紙Sに吹き付ける等)、ガーレー秒数に相当する透気度を算出する構成としてもよい。
加えて、上述のような場合すなわち用紙Sの透気度の測定値ないし算出値が粗くなるような場合であっても、透気度の大まかな大小が把握できれば、感光体ドラム413へのトナー付着量を決定するための情報として有効に利用することができる。例えば、図7に示すように、用紙Sの透気度の大小レベルを複数に区分けし、該区分けされた透気度に対応したトナー付着量に関する値(この例では倍率)を規定した設定テーブルを用いて、トナー付着量の制御を行ってもよい。図7に示す例では、用紙Sの透気度を「特大」、「大」、「中」、および「小」の4つに区分けし、各々の透気度に応じたトナー付着量(標準量からの倍率)を規定した設定テーブルの構成となっている。
より具体的には、図7に示す設定テーブルでは、透気度が「小」(例えば図4Bの例において透気度100~300程度)の場合にトナー付着量を標準の1.3倍とし、透気度が「中」(同様に透気度301~600程度)の場合にトナー付着量を標準の1.2倍としている。また、図7に示す設定テーブルでは、透気度が「大」(同様に透気度601~999程度)の場合にトナー付着量を標準の1.1倍とし、透気度が「特大」(透気度1000以上に相当)の場合にトナー付着量を標準通り(1.0倍すなわち変更なし)としている。このような設定テーブルにおける透気度の区分け数および対応するトナー付着量の倍率は、透気度の測定精度や画像形成装置1の機種等に応じて適宜変更することができる。例えば、透気度が「特小」の区分および対応するトナー付着量「1.4倍」の欄を追加してもよい。
かかる設定テーブルは、上述した透気度等とトナー付着量との関係式とともに、或いは代替的に、画像形成装置1のメモリに格納しておく。
上述のような構成に基づき、制御部100は、基本的に、用紙Sの透気度の値が小さいほど感光体ドラム413に形成するトナー付着量を増やし、透気度の値が予め設定された上限値より大きい場合には、かかるトナー付着量を変更せず標準量のままとする。
ところで、このような画像形成制御を行った場合、用紙Sの透気度が低くなるほどトナーの消費量が多くなり、透気度が低い用紙Sに対する印刷のコストが増加する問題がある。そこで、本実施の形態では、制御部100は、感光体ドラム413に形成するトナー付着量を標準より増やす旨を決定した場合、中間調(ハーフトーン)の画像のパターンを、用紙Sとの接触面積が小さくなるように変更する。
かかるハーフトーン画像のパターン変更の例を、図8A~図8D、および図3C等を参照して説明する。ここで、図8A~図8Dは、ハーフトーン画像を複数の線で構成する場合を例示し、用紙S上に中間調で印刷される領域を抽出して示す一部拡大平面図である。
図8Aは、従来の制御例を示しており、用紙S上に、ハーフトーン画像を構成するトナーTの線同士の間隔が距離D1で形成されている。また、図8Aでは、用紙Sの透気度の値が小さい場合を例示しており、トナーTの線が定着時に用紙Sの内部に染み込んだために、所望の目標濃度よりも薄い画像となっている(図3Aも参照)。
ここで、単純に感光体ドラム413に形成するトナー付着量を増加させる場合、当該トナーTの増加分に応じて用紙S上の画像の濃度が濃くなるが、一方で、当該増加分だけトナー消費量が増える(図3B参照)。また、用紙Sの透気度の値が小さい場合、出力物の目標濃度(例えば50%)を実現するために、定着前濃度を大幅に増加させる(例えば70%程度とする)必要があり得る。
他方、定着時にトナーTが用紙Sに染み込む現象は、トナーTと用紙Sの接触面積に大きく依存する。したがって、定着時にトナーTが用紙Sに染み込む量を減らすためには、トナーTと用紙Sとの接触面積を減らすようにすればよい。
そこで、制御部100は、感光体ドラム413に形成するトナー付着量を増やす旨を決定した場合、ハーフトーン画像を構成するトナーTの線同士の間隔を、通常の距離D1よりも大きい距離D2(D1<D2)となるように変更する。すなわち、制御部100は、単位面積当たりのスクリーン線数(lpi)を標準よりも減らすように画像パターンを変更し、変更された画像パターンのトナーTを感光体ドラム413に形成するように画像形成制御を行う。かかる制御の結果、ハーフトーン画像が出力された用紙Sの一部を図8Bに示す。
このように中間調の画像パターンを変更することにより、図8Aと図8Bとを比較して分かるように、単位面積あたりのトナーTの線の本数が減るため、用紙Sの単位面積当たりのトナーTの接触面積が減少する。このような画像形成制御を行うことで、ハーフトーンを構成する各スクリーン線の用紙Sへの付着量(トナーTの盛りの高さ)を増加させて濃度を確保するとともに、ハーフトーンの画像部分における用紙Sとトナーとの接触面積を減らすことができる。このように中間調の画像パターンを変更する制御を行うことで、定着プロセスにおけるトナーTの染み込み現象を抑制するとともに、トナー消費量を抑えることができる。
さらに、図3Bおよび図3Cを参照して説明すると、上述のように、用紙Sの透気度の値が小さい場合、目標濃度50%を実現するために、定着前濃度を例えば70%(図3B参照)といった大きな値にする必要が生じ得る。これに対して、中間調の画像パターンを、用紙Sとの接触面積を減らすように変更する本実施の形態によれば、図3Cに示すように、定着前濃度を比較的小さくする(例えば60%程度に抑える)ことができる。
ところで、中間調(ハーフトーン)の画像を構成するトナーTの線の本数を変える(間隔を変える)場合、条件によっては、モアレと呼ばれる干渉縞となってユーザーの目に映る場合があり得る。そこで、このような場合、制御部100は、中間調(ハーフトーン)の画像を構成するトナーTの線の用紙Sに対する角度を変えるように制御する。
図8Cは図8Bに対応する図であり、ハーフトーン画像を構成するトナーTの線の用紙Sの一辺に対する角度が標準角度A1となっており、トナーTの線同士の間隔は、図8Bの場合と同じ距離D2である。このような画像が視覚的に干渉縞となる場合、制御部100は、例えば図8Dに示すように、トナーTの線の用紙Sの一辺に対する角度を標準角度A1とは異なる角度A2に変更する。変更後の角度A2は、図示の例では標準角度A1よりも大きい値としているが、干渉縞の発生が解消する角度であれば、標準角度A1よりも小さい値であってもよい。かかる角度変更の実行の有無や角度の変更量は、例えば上述したユーザー設定画面を通じてユーザーが設定できるようにする。本実施の形態では、このように、ハーフトーン画像を構成するトナーTの各々の線の角度を変更する制御を行うことによって、トナー消費量を抑えながらモアレの発生を防止することができる。
図8A~8Dでは、中間調(ハーフトーン)のトナー像が複数の線で構成される場合を例示して説明した。他の例として、ハーフトーンの画像が複数のドットで構成される場合もある。この場合、制御部100は、感光体ドラム413へのトナーの付着量を増やす旨を決定した場合、単位面積あたりのドット数(dpiの値)を標準よりも減らすように当該画像のパターンを変更する。このような画像形成制御を行うことで、ハーフトーンを構成する各ドットの用紙Sへの付着量(トナーの盛りの高さ)を増加させて濃度を確保しながら、ハーフトーンの画像部分における用紙Sとトナーとの接触面積を減らすことができる。
以下、図9のフローチャートを参照して、画像形成装置1の画像形成制御に関する処理の流れを説明する。以下は、簡明のため、図7で上述した設定テーブルを用いてトナー付着量の制御を行う場合を前提とする。
印刷ジョブ実行時のステップS100において、制御部100は、上述した透気度の値を含む用紙Sの種々の用紙情報(用紙プロファイルなど)を取得する。
ここで、制御部100は、用紙Sの透気度の値がメモリ等に予め登録されている場合、かかる透気度の値(登録値)を取得する。他方、制御部100は、用紙Sの透気度の値がメモリ等に予め登録されていない場合、上述した透気度検知部80を稼働させて、透気度検知部80により検知された用紙Sの透気度を取得する。このように、用紙Sの透気度の値が予めユーザーにより登録されている場合、当該登録値を優先的に使用することにより、生産性の向上を図ることができる。
ステップS120において、制御部100は、感光体ドラム413に形成するトナー像のトナー付着量を決定する。この例では、制御部100は、ステップS100で取得された用紙Sの透気度(秒)の値が設定テーブル(図7)における「特大」、「大」、「中」、「小」のいずれの区分に該当するかを判別し、該当する区分に応じたトナー付着量の倍率を決定する。
ステップS140において、制御部100は、トナー付着量を標準よりも増やすか否か、すなわちステップS120で決定されたトナー付着量が、標準の付着量よりも増えるか、あるいは標準通りであるかを判定する。ここで、制御部100は、トナー付着量が標準通りであると判定した場合(ステップS140、NO)、後述するステップS160およびステップS180をスキップして、通常通りの画像形成制御を行う。
他方、制御部100は、トナー付着量が標準よりも増えると判定した場合(ステップS140、YES)、ステップS160に移行する。ステップS160において、制御部100は、入力画像データ中のハーフトーン(中間調)部分の画像の画像パターンを、上述のように、用紙Sとの接触面積が減少するようなパターンに変更する。
ステップS180において、制御部100は、トナー付着量の増加分、および変更された画像パターンに応じて、転写プロセスおよび定着プロセスの設定を変更する。具体的には、制御部100は、感光体ドラム413に形成されるトナーTの付着量を増やすために、感光体ドラム413の帯電バイアスおよび現像バイアスの電圧値を標準値よりも高くするように転写プロセスの設定を変更する。また、制御部100は、感光体ドラム413に形成されるハーフトーン部分のトナーTのパターンを上述のように変更するように、転写プロセスの設定を変更する。さらに、制御部100は、例えばトナー付着量の増加分に応じて定着部60の定着温度を高くするように定着プロセスの設定を変更する。
この後、制御部100は、当該変更後の設定により、画像形成部40および定着部60を制御する。
このように、本実施の形態では、制御部100は、トナー像を形成しようとする用紙Sの透気度の情報を取得し、取得した透気度に基づいて感光体ドラム413に形成するトナー像のトナー付着量を決定し、濃度の自動調整を実施する。かかる構成の画像形成装置1によれば、ヤレ(損紙)の発生を防止ないし従来より大幅に少なくしながら、様々な種類の用紙Sに対して所望の濃度の画像を出力することができる。
上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。