JPH04335380A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真方式、静電記録
方式等の画像形成装置に関し、詳しくいうと、トナー粒
子とキャリヤ粒子を有する現像剤のトナー濃度を制御す
る現像剤濃度制御装置を備えた画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式や静電記録方式の
画像形成装置が具備する現像装置にはトナー粒子とキャ
リヤ粒子を主成分とした二成分現像剤が用いられている
。周知のように、この二成分現像剤のトナー粒子とキャ
リヤ粒子の重量混合比はコピー濃度を決める極めて重要
な要素になっている。特に、フルカラー画像を複数の現
像器により現像した複数の色トナー画像を重ね合わせる
ことによって得る、いわゆるピクトリアルフルカラー複
写装置においては、その色味の再現性を保証する上で重
要となる。キャリヤ粒子に対するトナー粒子の比率（以
下、トナー濃度と称する）が小さい場合、即ち現像剤の
トナー濃度が低下した場合には、その画像濃度は薄いも
のとなってしまう。また、この反対に現像剤のトナー濃
度が大きくなり過ぎた場合には、その画像濃度は濃くな
り過ぎると共に、カブリが増える不都合を生じる。

【０００３】従って、好ましい色調の画像を連続して得
るためには、現像剤のトナー濃度を適正レベルにして、
しかもそのレベルを現像時常に一定に維持する必要があ
る。そのためには、現像剤のトナー濃度を検知する検知
手段と、検知された信号に応じて、トナーのみを補給す
るトナー補給装置が必要である。

【０００４】このような現像剤濃度制御方式として、感
光体上に基準潜像を形成し、それを現像してそのトナー
付着量を検知することによりトナー濃度を制御し、一定
に維持する方式が開発され、実用化されている。即ち、
トナーの感光体への付着量（現像能力）がトナー濃度と
相関関係にあることを利用した方式である。この感光体
へのトナー付着量の検知は、通例、光学的な反射光量方
式により行なわれる。このような光学的トナー付着量検
知方式においては、基準潜像の作成において、以下の条
件が必要である。

【０００５】図６はトナー付着量と光信号強度及びコピ
ー濃度の関連を示したものである。図６に示すように、
トナー付着量と検知される反射光量の関連において、ト
ナー付着量の変化による反射光量の変化の大きな領域は
最大付着領域ではなく、付着量の少ない、いわゆるハー
フ・トーン領域である。これは、反射光量がトナー付着
量のほぼ対数関係となっていること、及び感光体ドラム
上の基準画像はトナー粒子が複数層重なった像であり、
光学的な拡散が起っているためと考えられる。即ち、付
着量に相関した検知信号を取り出すためには、基準像と
してハーフ・トーン画像を作成し、これを光検知する制
御方式が必要である。そのためには、一次帯電条件、露
光条件、現像バイアス条件で一義的に決まる現像のコン
トラスト電位（感光体電位Ｖｓｕｆと現像バイアスＶｄ
ｅｖの差の絶対値、即ち、｜Ｖｓｕｆ−Ｖｄｅｖ｜＝コ
ントラスト電位）を、ハーフ・トーン画像ができるよう
に制御することである。アナログ的なハーフ・トーン部
のトナー付着量と現像剤のトナー濃度は強い相関があり
、検知信号を制御すれば現像剤のトナー濃度を一定に制
御することが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ディ
ジタル信号に基づいてレーザビームを感光体上に走査照
射することにより潜像を形成し、これを現像して可視化
するレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）が実用化され、広
く普及している。レーザビームプリンタにおいてハーフ
・トーン画像を出力する方法として、ディザ法、濃度パ
ターン法、誤差拡散法、パルス幅変調法などの擬似濃度
階調法が用いられている。これらの方法のうち、パルス
幅変調法は１画素単位にてレーザの点灯時間を制御し、
擬似濃度階調を実現することができるので、レーザビー
ムプリンタのハーフ・トーン画像出力法として非常に優
れている。特に、ディジタルフルカラー複写機において
はなくてはならない技術である。しかしながら、このよ
うなディジタル記録装置において、その現像剤濃度制御
方式として前記した光学的トナー付着量検知方式を採用
した場合には次のような問題点があることが判明した。

【０００７】即ち、基準画像作成のために記録画像のハ
ーフ・トーン再現法と同様の擬似濃度階調法を適用する
と、現像剤のトナー濃度とハーフ・トーン部のトナー付
着量の相関が著しく悪くなり、検知信号を制御しても現
像剤のトナー濃度を一定にすることができない。

【０００８】この関係を示したのが図５の特性図である
。トナー濃度と検知信号の出力との関連を、基準画像を
コントラストのみのアナログで形成したとき（曲線Ａ）
とレーザビームなどのディジタルで形成したとき（曲線
Ｄ）とで示してある。図５から明瞭なように、現像剤の
トナー濃度の制御値の近傍において、ディジタルで形成
した場合にはその依存度が小さくなっており、検知信号
にトナー濃度の情報が反映されにくくなっている。この
傾向は露光のレーザビームのスポット径をより小さく絞
ったり、現像のＡＣバイアス分を高くすると、より顕著
になった。これは、ドット構成のため周辺電界が強いこ
と、及びＡＣ現像によりトナー濃度の影響を受けないた
めと考えられる。

【０００９】この不都合を解決するために、基準潜像を
アナログ的に作成することが考えられるが、この場合に
は基準潜像作成用の光源を別個に設けねばならないこと
、或はパッチ状の小さな領域の作成が困難なこと等の欠
点がある。

【００１０】従って、本発明の目的は、現像剤濃度が変
化したときにその依存性を光学的トナー付着量検知方式
を用いて検知信号として精度良く取り出し、安定な現像
剤の濃度制御を可能にした画像形成装置を提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置によって達成される。要約すれば、本発明
は、像担持体上に潜像を形成する、ディジタル化される
露光手段と、潜像を可視化する現像手段と、前記像担持
体上に基準潜像を形成し、この基準潜像を現像して基準
画像を形成し、この像担持体上の基準画像のトナー付着
量を光学的検知手段により検知し、この検知出力に応じ
てトナー補給手段を動作させる現像剤濃度制御装置とを
具備する画像形成装置において、通常の画像形成時にお
けるときよりも前記基準画像形成時のドットの再現性を
低下させることを特徴とする画像形成装置である。

【００１２】本発明の一実施態様においては、前記現像
手段は、通常の画像形成時における現像時には交番バイ
アスを印加して現像する方式のものであるが、前記基準
画像形成時における現像時には前記交番バイアスをオフ
にして現像する。

【００１３】また、本発明の他の実施態様においては、
前記露光手段はレーザスポットで前記像担持体上を走査
することにより潜像を形成する方式のものであり、そし
て、前記基準画像形成時には前記レーザスポット径を大
きくして潜像を形成する。

【００１４】上述したように、光学的トナー付着量検知
方式を採用した場合には、基準画像作成のために記録画
像のハーフ・トーン再現法と同様の擬似濃度階調法を適
用すると、現像剤のトナー濃度とハーフ・トーン部のト
ナー付着量の相関が著しく悪くなり、検知信号を制御し
ても現像剤のトナー濃度を一定にすることができないと
いう欠点がある。この問題を解決するためには、ドット
の再現性を落とせば良いことが判明した。従って、本発
明においては、像担持体上に基準画像を作成する際に、
通常モードとは異なり、ドット毎の再現性を通常画像形
成時に比較して落とし、トナー濃度が変化したときにそ
の依存性を検知信号として精度良く取り出し、現像剤の
濃度制御を安定に行なうものである。ドットの再現性を
落とす手段としては、現像バイアスのＡＣ成分をオフに
するか、或はレーザビームのスポット径を広げるか、或
は両方を併用すると効果のあることが判明した。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。

【００１６】図４はレーザビームプリンタにおいてパル
ス幅変調法を適用した擬似濃度階調法により階調を再現
する際のハーフ・トーンレベルとそのドットのスペース
ファクタをプロットしたものである。スペースファクタ
Ｆとはドットの周長をｌ、その面積をＳとしたときに、
Ｆ＝（Ｓ／ｌ２　）・４πで表わされる値であり、その
ドット形がいかに真円に再現性良く形成されているかを
示す数値である。スペースファクタＦはドットが真円の
場合に１である。図４において曲線Ｂはスポット径を大
きくした場合、或はＡＣバイアスをオフにした場合のス
ペースファクタを示し、曲線Ｎは通常状態の場合を示す
。 図４からスポット径を大きくしたもの及びＡＣバイアス
をオフにしたものはスペースファクタが大きく、ドット
の再現性が悪いことが分る。

【００１７】ドットの再現性はドットパターンの潜像に
いかにトナーが付着するかにかかっている。反転現像系
においては、潜像の周辺電界の強さがそのドット再現の
良否を決めている。露光系のスポット径が小さくなれば
なる程、シャープな周辺エネルギをもち、ドットの再現
性が向上する。このようなドット潜像を忠実に現像する
手法として、感光体ドラムと現像スリーブとを近接させ
て対向させ、それら間にＡＣバイアスを印加し、現像す
る現像法が使用されている。このような現像法によりド
ット潜像を現像すると、そのトナー付着力のトナー濃度
に対する依存性がドットをよりシャープに形成するに従
って小さくなっていくことが判明した。かくして、この
ような系においてはスポット径を大きくすること、及び
現像のＡＣバイアスの印加を停止することによりドット
の再現性を悪くすることができる。

【００１８】図１は本発明を電子写真方式のフルカラー
画像形成装置に適用した一実施例を示す概略構成図であ
る。通常のように、この画像形成装置は回転自在に軸支
され、図示矢印方向に回動する像担持体、即ち、ＯＰＣ
、Ｓｅ、Ａ−Ｓｉなどの感光層を有する感光体ドラム１
を含み、この感光体ドラム１は一次帯電器２により均一
に帯電される。次いで、感光体ドラム１上に色分解され
た光像又はこれに相当する光像３が照射され、静電潜像
が形成される。

【００１９】光像の照射手段としては、例えばレーザビ
ーム露光手段４などからなる露光系が用いられる。感光
体ドラム１上に形成される静電潜像は電位計２０により
その電位が測定され、測定結果がＣＰＵ５５に送られて
一次帯電量、レーザ露光量、現像バイアスが決められる
。

【００２０】次に、感光体ドラム１上の静電潜像は現像
部、即ち、現像位置５において、移動台１０上に搭載さ
れ、感光体ドラム１に対して接線方向に搬送される現像
ユニット６にて現像される。本実施例では現像ユニット
６はマゼンタ現像ユニット６Ｍ、シアン現像ユニット６
Ｃ、イエロー現像ユニット６Ｙ、ブラック現像ユニット
６ＢＫからなる。

【００２１】現像剤としては、高抵抗キャリヤと着色粉
（トナー）の混合物を用いる。着色粉としては、例えば
マゼンタ、シアン、イエロー、及び黒の着色樹脂粉が用
いられる。

【００２２】現像位置５にて各現像ユニットにより現像
剤の供給を受けて可視化された感光体ドラム１上のトナ
ー像は転写材カセット１８より転写ドラム１２上へと供
給された転写材に、転写帯電器１３によって、転写され
る。転写されずに感光体ドラム１上に残った現像剤はク
リーニング装置１５によって感光体ドラム１より取り除
かれる。

【００２３】第１のマゼンタ現像ユニット６Ｍによる第
１の色の潜像の現像動作が終了するのに続いて、現像装
置の移動台１０が移動し、第２のシアン現像ユニット６
Ｃが現像位置に移動する。そして、次の画像形成サイク
ルにおいて第２の潜像を現像する。現像されたトナー像
は転写ドラム１２上の転写材に、既に転写されている第
１のトナー像と位置合わせされて転写される。

【００２４】上述の現像、転写の画像形成サイクルを各
現像ユニットに対して実行することにより、転写ドラム
上の転写材上に４つのトナー像を多重転写し、所望のカ
ラー画像を得る。多重転写されたトナー像を有する転写
材は分離帯電器１４によって転写ドラム１２から分離さ
れ、搬送ベルト１６上に搬送され、定着器１７に送られ
て定着される。

【００２５】本実施例においては、感光体ドラム１の回
りの現像位置５の下流に、光源とその反射光を受ける受
光素子とから構成された検知素子２１が配置されている
。検知素子２１の配置位置は、参照符号２２で指示する
ように、転写ドラム１２とクリーニング装置１５との間
の位置の方が検知面の汚れが少ないので好ましい。

【００２６】検知素子２１は、その構成例を図２の断面
図に示すように、検知素子筺体の内部に配置された発光
素子５１、例えば波長９６０ｎｍの両面発光ＬＥＤ（検
出面を小さくするため、集光性のものが望ましい）と、
光学的透明窓５２と、発光素子５１より放射され、トナ
ーの付着した状態及び付着のない状態の感光体ドラム１
から反射される光Ｈを受光して受光光量に対応した電気
信号を出力する受光素子５３と、発光素子５１からの放
射光を直接受けてその光量をモニタする受光素子５４と
から構成されている。ここで、発光素子からの光の波長
及びセンサの分光感度は、トナー材の反射光を検知する
場合と、トナー材の光吸収を検知する場合とで選択が異
なる。トナー材の光吸収を検知する方式においては、感
光体での吸収が小さくかつトナー材の吸収が大きな波長
の光が使用される。なお、両受光素子５３、５４からの
電気信号はＣＰＵ５５に送られて処理される。

【００２７】本実施例においては、上記構成の画像形成
装置において、レーザユニットの後にオリフィスを設け
、画像の形成に先立つ基準画像の形成時にレーザスポッ
ト径を変化させ、ドット再現性を低下させた。通常、レ
ーザスポット径は１画素の大きさ（例えば、４００ｄｐ
ｉの場合６１μｍ）程度に設計される。これに対し、本
実施例ではレーザスポット径を通常の約２倍程度の大き
さに設定して基準画像を形成し、あるレベルにおける検
知信号のトナー濃度への依存性を測定した。測定結果を
図３に曲線Ｃとして示す。曲線Ｎは通常のレーザスポッ
ト径での測定結果である。図３の曲線Ｃより明瞭なよう
に、トナー濃度と検知信号強度とは全域においてほぼ比
例関係にあり、ハーフ・トーン部でもトナー濃度と検知
信号の相関が非常に良好なことが分る。即ち、トナー濃
度の変化が検知信号に忠実に反映されており、トナー濃
度の検知センサとして十分な感度を持つことが分る。 従って、検知信号に応じてトナー補給量を制御すること
により現像剤のトナー濃度を一定にすることが可能とな
る。これはレーザスポット径が大きいため、感光体ドラ
ム上に形成された基準画像がアナログ的な画像に近くな
っているためと考えられる。

【００２８】なお、レーザスポット径を変化させる手段
としては、上記オリフィス以外に、例えばアクチュエー
タにてレーザスポットをぼかす方式を用いても、或は他
の適当な手段を使用しても良い。

【００２９】上記実施例ではドットの再現性を落とすた
めにレーザスポット径を大きくしたが、レーザスポット
径は変化させず、画像の形成に先立つ基準画像の現像時
に、ＡＣバイアスを印加せずに基準画像を現像し、この
トナー像を光検知したところ、上記実施例と同様に、ト
ナー濃度と検知信号の相関がハーフ・トーン部を含む全
域において非常に良好となった。即ち、図３の曲線Ｃと
同様な結果が得られた。本実施例の場合にはＡＣバイア
スのタイミングのみの制御で良いため、上記第１の実施
例よりも構成が簡単になる利点がある。

【００３０】なお、レーザスポットを大きくすることと
、基準画像の現像時にＡＣバイアスの印加を停止するこ
との両方を併用すれば、さらに良好な結果が得られるこ
とは明白である。また、ディジタル化される露光手段は
レーザビーム露光手段に限定されるものではない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による画像
形成装置は、基準画像の露光時に光スポットを大きくし
たり、或は基準画像の現像時にＡＣバイアスの印加を停
止したり、或は両方を併用することにより、ドットの再
現性を低下させたので、光学的トナー付着量検知方式を
用いた場合の現像剤のトナー濃度と検知信号の相関が非
常に良好となり、トナー濃度の変化を十分に反映した検
知信号を得ることができる。従って、検知信号に応じて
現像器へのトナーの補給量を高精度に制御すれば、現像
剤のトナー濃度を常に一定に維持することができ、常時
均一な高画質の画像を得ることができるというるという
顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を電子写真方式のフルカラー画像形成装
置に適用した一実施例を示す概略構成図である。

【図２】図１の画像形成装置に使用された検知素子の概
略断面図である。

【図３】光学的トナー付着量検知方式を採用した本発明
の一実施例におけるトナー濃度と検知信号強度の関連を
示す特性図である。

【図４】階調レベルとスペースファクタの関連を示す特
性図である。

【図５】光学的トナー付着量検知方式を用いた場合のア
ナログ画像とディジタル画像におけるトナー濃度と検知
信号強度の関連をそれぞれ示す特性図である。

【図６】トナー付着量と光信号強度及びコピー濃度の関
連を示す特性図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　感光体ドラム２　
　　　　　　　　　　　　　　　一次帯電器４　　　　
　　　　　　　　　　　　レーザビーム露光手段６　　
　　　　　　　　　　　　　　現像ユニット２１　　　
　　　　　　　　　　　検知素子５１　　　　　　　　
　　　　　　発光素子５３、５４　　　　　　　　受光
素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　像担持体上に潜像を形成する、ディジ
   タル化される露光手段と、潜像を可視化する現像手段と
   、前記像担持体上に基準潜像を形成し、この基準潜像を
   現像して基準画像を形成し、この像担持体上の基準画像
   のトナー付着量を光学的検知手段により検知し、この検
   知出力に応じてトナー補給手段を動作させる現像剤濃度
   制御装置とを具備する画像形成装置において、通常の画
   像形成時におけるときよりも前記基準画像形成時のドッ
   トの再現性を低下させることを特徴とする画像形成装置
   。
2. 【請求項２】　　前記現像手段は、通常の画像形成時に
   おける現像時には交番バイアスを印加して現像する方式
   のものであり、前記基準画像形成時における現像時には
   前記交番バイアスをオフにして現像することを特徴とす
   る請求項１の画像形成装置。
3. 【請求項３】　　前記露光手段はレーザスポットで前記
   像担持体上を走査することにより潜像を形成する方式の
   ものであり、前記基準画像形成時には前記レーザスポッ
   ト径を大きくして潜像を形成することを特徴とする請求
   項１の画像形成装置。