JPH09222780A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像形成体に対して複数組の帯電器、像露光手
段、現像器を配して像形成体上に多色のトナー像を重ね
合わせて転写材に一括転写するカラー画像形成装置で、
表面電位計を用いないで、画像形成の適正条件の補正を
行う。 【解決手段】 像形成体は基体が透明な感光体ドラム１
０とし、内部に像露光手段１２とトナー像検知手段ＤＳ
とを支持部材２０に取り付け、感光体ドラム上に強度変
調により像露光量を変化させてパッチを作成し、トナー
像検知手段ＤＳによってトナー濃度を検知し、適正な最
大像露光光量を決定したのち、パルス幅変調によってパ
ッチを作成し、同じトナー像検知手段ＤＳを用いて、階
調補正テーブルを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式により
画像形成を行う画像形成装置に係わり、特に像露光手段
としてデジタル方式の像露光手段を用いた画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式によって画像形成を行う画
像形成装置にあっては、像形成体（感光体ともいう）の
近傍に帯電手段、像露光手段及び現像手段を配設し、帯
電手段により一様の電位をもった像形成体上に像露光を
行って潜像を形成し、続いて現像手段により現像を行っ
て潜像部分をトナー像としたのち転写部において転写材
上にトナー像の転写が行われる。トナー像を保持した転
写材は定着部において定着がなされて、転写材上には画
像が固定した形で得られる。プリンタやカラープリンタ
では像露光手段としてＬＥＤや半導体レーザ等を光源と
するデジタル方式の像露光手段が用いられ、現像方式と
しては反転現像が好ましく用いられる。

【０００３】かかる画像形成装置では、温湿度等環境条
件の変化や長時間の使用によって、感光体の帯電特性の
変動や劣化が生じ、像露光手段の光源についても特性の
変動や劣化が生じる。また現像手段についても同様に現
像特性の変動が生じる。そのため初期において良好に調
整された像形成条件も、環境条件の大幅の変化や長時間
の使用によって画質の低下を来すこととなる。

【０００４】従来は画像形成条件の適正化をはかるため
に、像形成体の周面に近接して表面電位計（電位セン
サ）を設けて像形成体の表面電位を測定し、また像形成
体の周面に近接して発光素子と受光素子とのフォトカプ
ラから成る反射濃度検知センサを設けてトナー濃度の検
知を行い、これに基づいて画像形成条件の設定がなされ
て来た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】像形成体の周面に近接
して設けた表面電位計や反射濃度センサは、画像形成中
に飛散したトナーが付着して検知精度が極めて低下する
のを避けられない。像形成体の基体を透明として、内部
にセンサを設ければトナー汚れによる弊害はなくなる。
反射濃度検知センサは像形成体内部に設けて内側からト
ナー濃度の検知を行うことは可能であるが、電位センサ
は像形成体の基体が接地されているので、像形成体内部
から像形成体の表面電位を測定することはできない。

【０００６】本発明は、電位検知手段として光検知セン
サに代替し、像形成体内部にこれらのセンサを配置し、
画像形成条件の適正化を可能とした画像形成装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、像形成体の
近傍に帯電手段、デジタル方式の像露光手段及び現像手
段を配設し、帯電、像露光及び現像の画像形成を行う画
像形成装置において、画像形成を行う適正条件の補正
が、 前記像露光手段による最大像露光光量を強度変調によ
り変化させて形成した潜像を、画像形成時より現像特性
を低下させた条件で前記現像手段により現像し、トナー
像検知手段により検知した現像されたトナー像の濃度変
化から適正な最大像露光光量を決定し、 決定された最大像露光光量を用いてパルス幅変調によ
り潜像を形成し、画像形成時の現像特性条件で現像し、
前記トナー像検知手段により検知した現像されたトナー
像の濃度変化から階調補正テーブルを決定する、ことを
特徴とする画像形成装置、により達成される。本発明の
画像形成装置の好ましい実施態様は、像露光手段とトナ
ー像検知手段は像形成体内に設定されていて、トナー像
検知手段による検知光としては赤外光が用いられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の説明に先立ち、本発明の
適用されるカラー画像形成装置の実施例について、その
構成を図１及び図２によって説明する。

【０００９】１０はドラム状の像形成体すなわち感光体
ドラムで、光学ガラスもしくは透明アクリル樹脂等の透
明部材によって形成される７０〜１５０ｍｍφ、厚さ２
〜１０ｍｍの円筒状の基体の外周に透明導電層，有機感
光層（ＯＰＣ）を１５〜５０μｍ厚で塗布したものであ
る。

【００１０】この感光体ドラムは赤成分（６００〜７０
０ｎｍ近傍）に感度を有し赤外光特に遠赤外（８００〜
３０００ｎｍ）に対し透明で光感度を有しないものであ
る。本発明の検知光は後に記すように赤外光を用いるこ
とが好ましい。

【００１１】前記感光体ドラム１０は一方の端部のフラ
ンジ１０Ａが後述するカートリッジ３０の備えるガイド
ピン３０Ｐによって軸受支持され、他方の端部のフラン
ジ１０Ｂが装置本体の基板４０の備える複数のガイドロ
ーラ４０Ｒに外嵌して外周の歯車１０Ｇを駆動歯車４０
Ｇに噛合し、その動力により前記の透明導電層を接地し
た状態で時計方向に回転される。

【００１２】１１はスコロトロン帯電器で感光体ドラム
１０の前述した有機感光体層に対し所定の電位に保持さ
れたグリッドと放電ワイヤによるコロナ放電とによって
帯電作用を行い、感光体ドラム１０に対し一様な電位を
与える。

【００１３】１２は感光体ドラム１０の軸方向に配列し
た６８０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤアレイと結像素
子（商品名セルフォックレンズアレイ）とから構成され
る露光光学系で、別体の画像読み取り装置によって読み
取られ画像処理された各色の画像信号がメモリより順次
取り出されて前記の各露光光学系１２にそれぞれ電気信
号として入力される。

【００１４】前記の各ライン状をなした露光光学系１２
は何れも装置本体の基板４０に対しガイドピン４０Ｐ１
を案内として固定した円柱状又は多角柱状の支持部材２
０に取り付けられて前記感光体ドラム１０の基体内部に
収容され、各露光光学系１２は何れも感光体ドラム１０
の移動方向と直交する方向に精度よく直線的に配設され
ている。

【００１５】１３Ｙないし１３Ｋはイエロー（Ｙ），マ
ゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の各現像
剤を収容する現像器で、それぞれ感光体ドラム１０の周
面に対し所定の間隙を保って同方向に回転する現像スリ
ーブ１３０を備えている。

【００１６】前記の各現像器は、前述した帯電器１１に
よる帯電，露光光学系１２による像露光によって形成さ
れる感光体ドラム１０上の静電潜像を現像バイアス電圧
の印加により非接触の状態で反転現像する。

【００１７】次に本装置におけるカラー画像形成装置の
プロセスについて説明する。

【００１８】原稿画像は本装置とは別体の画像読み取り
装置において、撮像素子により読み取られた画像あるい
はコンピュータで編集された画像を、Ｙ，Ｍ，Ｃおよび
Ｋの各色別の画像信号として一旦メモリに記憶し格納さ
れる。

【００１９】画像記録のスタートにより感光体駆動モー
タの始動により前記の駆動歯車４０Ｇが回動して感光体
ドラム１０を時計方向へと回転し、同時に帯電器１１
（Ｙ）の帯電作用により感光体ドラム１０に電位の付与
が開始される。

【００２０】感光体ドラム１０は電位を付与されたあ
と、前記の露光光学系１２（Ｙ）において第１の色信号
すなわちイエロー（Ｙ）の画像信号に対応する電気信号
による露光が開始されドラムの回転走査によってその表
面の感光層に原稿画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応す
る静電潜像を形成する。

【００２１】前記の潜像は現像器１３（Ｙ）により現像
スリーブ上の現像剤が非接触の状態で反転現像され感光
体ドラム１０の回転に応じイエロー（Ｙ）のトナー像が
形成される。

【００２２】次いで感光体ドラム１０は前記イエロー
（Ｙ）のトナー像の上にさらに帯電器１１（Ｍ）の帯電
作用により電位を付与され、露光光学系１２（Ｍ）の第
２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像信号に対応す
る電気信号による露光が行われ、現像器１３（Ｍ）によ
る非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のト
ナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が順次重ね合わ
せて形成していく。

【００２３】同様のプロセスにより帯電器１１（Ｃ）、
露光光学系１２（Ｃ）および現像器１３（Ｃ）によって
さらに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像
が、また帯電器１１（Ｋ）、露光光学系１２（Ｋ）およ
び現像器１３（Ｋ）によって第４の色信号に対応する黒
色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光
体ドラム１０の一回転以内にその周面上にカラーのトナ
ー像が形成される。

【００２４】これ等各露光光学系による感光体ドラム１
０の有機感光層に対する露光はドラムの内部より前述し
た透明の基体を通して行われる。従って第２，第３およ
び第４の色信号に対応する画像の露光は何れも先に形成
されたトナー像の影響をほとんど受けることなく行わ
れ、第１の色信号に対応する画像とほぼ同等の静電潜像
を形成することが可能となる。なお各露光光学系１２の
発熱による感光体ドラム１０内の温度の安定化及び温度
上昇の防止は、支持部材２０に熱伝導性の良好な材料を
用い、低温の場合はヒータ２０１Ａを用い、高温の場合
はヒートパイプ２０２を介して外部に放熱する等の措置
を講ずることにより支障のない程度迄抑制することがで
きる。また各現像器による現像作用に際しては、それぞ
れ現像スリーブに対し直流に交流を重畳した現像バイア
スが印加され、現像器の収容する一成分或いは二成分現
像剤によるジャンピング現像が行われて、透明導電層を
接地する感光体ドラム１０に対して非接触の反転現像が
行われるようになっている。

【００２５】かくして感光体ドラム１０の周面上に形成
されたカラーのトナー像は転写器１４Ａにおいて給紙カ
セット１５より搬送されタイミングローラ１６の駆動に
よって同期して給紙される転写紙に転写される。

【００２６】トナー像の転写を受けた転写紙は、除電器
１４Ｂにおいては帯電の除去を受けてドラム周面より分
離し、定着装置17においてトナーを溶着したのち排紙ロ
ーラ１８を介して装置上部のトレイ上に排出される。

【００２７】また転写を終えてなお感光体ドラム１０の
周面上に残留した残留トナーはクリーニング装置１９に
よって除去され、次の画像形成の準備がなされる。

【００２８】本発明は、感光体ドラム１０の内側で現像
器１３（Ｋ）の下流でクリーニング装置１９に至る間で
支持部材２０にトナー像検知手段ＤＳを設け、感光体ド
ラム１０の周面に形成した各色の濃度パターンの検出を
行って、画像形成条件の制御を行うようにしたものであ
る。図３はトナー像検知手段ＤＳの断面図を示し、図４
は回路ブロック図を示している。図６においてＤＳ１は
フォトトランジスタやフォトダイオード等から成る受光
素子で、ＤＳ２はＬＥＤ等の発光素子である。発光素子
ＤＳ２の前面には小径の絞部材ＤＳ３と集光レンズがＤ
Ｓ４が設けられていて、発光素子ＤＳ２からの感光体ド
ラム１０の基体を透過する赤外光の光束は感光体ドラム
１０の周面のトナー像付着位置にスポット状に結像し、
その反射光量を受光素子ＤＳ１が受光するよう構成され
ている。なお本実施例では発光素子ＤＳ２は感光体ドラ
ム１０の内側から照射し、反射光をもって濃度検知を行
っているが、感光体ドラム１０の外側で受光素子ＤＳ１
に対向した位置に発光素子ＤＳ２を設け、透過光をもっ
て濃度検知を行うことも可能である。

【００２９】検知光は感光体に対し７０％以上の透過性
を有していることが、検知性能上好ましい。又この検知
光に対しトナー像の乱れや感光体の光疲労防止のために
光感度を有しないことが望ましい。

【００３０】本発明は、トナー像検知手段ＤＳを用いて
画像形成を行う適正条件の補正・設定を行うもので、制
御部ＤＳ１１はＲＯＭ・ＤＳ１２から画像形成条件の設
定プログラムを呼び出して、先ず露光光学系１２の適
正な最大像露光量の決定を行う。

【００３１】図５は、最大像露光光量と感光体電位との
関係を示すもので、ＬＥＤをフル点灯としＬＥＤへの電
流値を変化させることで最大像露光光量を変化させて帯
電状態にある感光体ドラム１０に対して露光を行って得
られるカーブを示している。 露光光学系１２の適正な最大像露光光量は最大像露光
による感光体電位の低下がほぼ平行状態となる図５にお
いて矢印をもって示した最大像露光光量が適正な最大像
露光光量であるが、この適正な最大像露光光量は、トナ
ー像検知手段ＤＳを用いて次のようにして求める。

【００３２】（ｓｔｅｐ１）各色毎に帯電器１１による
一様帯電を行ったのち、該当する露光光学系１２によっ
て最大像露光光量を電流値を変えることによって特定の
ステップで強度変調により変化させてグレイスケールの
パッチ露光を行い、感光体ドラム１０上に複数段の感光
体電位レベルのパッチをドラム回転方向に沿って図６に
示すように作成する。

【００３３】次にこれを対応した現像器１３によって現
像する。このとき通常の現像条件ではトナーの付着量や
トナーの反射濃度が飽和してしまうので、現像性を落と
した現像条件によって現像を行う。現像性を低下させる
手段としては、（イ）現像スリーブの回転数を落とす。
（ロ）現像スリーブに印加するＡＣバイアスの電圧（絶
対値）や周波数を下げる。（ハ）反転現像を行う現像ス
リーブに印加するＤＣバイアスの電圧（絶対値）を下げ
る等の手段を単独または組み合わせによって行う。

【００３４】最適な最大像露光光量を求めるのに現像性
を落として行う理由を示したのが図７で、最大像露光光
量を変化させ、現像条件を通常の現像条件よりも現像性
を下げた時と現像性を上げた時とで、トナーの反射濃度
が飽和する位置が相違する。現像過多だと電位飽和の前
に反射濃度が飽和してしまう。一方、現像性を下げた場
合には電位飽和は現像飽和と対応する。

【００３５】本発明はかかる特性があることを見出し
て、最大像露光光量の設定を行うもので、図６に示す感
光体ドラム１０上に形成した複数段の強度変調させたグ
レースケールのパッチ露光部を、現像器１３の現像性を
落として現像し、現像されたパッチトナー像の反射濃度
をトナー像検知手段ＤＳによって検知し、飽和したとこ
ろが最大像露光光量の適正量となる。反射濃度の飽和し
たところは、隣り合うパッチトナー像部分の検知出力を
比較回路ＤＳ１４によって比較し、その差異が０となっ
たところであって、反射濃度の飽和したパッチ露光部の
露光条件を呼び出すことによって各色毎に適正とする最
大像露光光量の露光条件（ＬＥＤへの電流値）が求めら
れる。求められた露光条件はＲＡＭ・ＤＳ１３に記録さ
れ、画像形成に当たってはこの条件によって像露光がな
される。

【００３６】最大像露光光量は、図５において、感光体
電位の低下が終了しかけた変曲点あるいは、それに１．
０〜１．３倍の係数を乗じた電流値に設定する。これは
後に記すように１００％のＰＷＭを行わないで８０〜１
００％程のＰＷＭ値で十分な電位低下を起こす光量マー
ジンを確保するためである。

【００３７】なお上記の各色毎の適正な最大像露光光量
の露光条件を求める作動は、１色毎に行う以外に、感光
体ドラム１０上に複数の各色毎のグレースケールのパッ
チ露光部を並べて形成し、同時に各色毎の濃度検出を行
うようにすることもできる。また最も色再現に大きく寄
与する黒色（Ｋ）のみについてこれを行い、他色はこれ
に準ずるよう構成することもできる。なお上記の作動
中、現像に与らない現像器１３については、現像スリー
ブの回転を停止し、現像バイアスの印加を停止してフロ
ーティング或いはＤＣバイアスのみの印加状態とし、他
色のトナーが付着して検出精度が落ちないようにする。

【００３８】次いで決定された最大像露光光量を用いて
階調補正テーブルの作成がなされる。

【００３９】（ｓｔｅｐ２）制御部ＤＳ１１によりＲＯ
Ｍ・ＤＳ１２から階調補正用の濃度パターンプログラム
を呼び出して、各色毎に予めプログラムによってｓｔｅ
ｐ１で決定した適正最大露光光量の露光条件（ＬＥＤへ
の電流値）を元に、ＬＥＤの発光時間を変化させるパル
ス幅変調（ＰＷＭ）によって出力が段階的に異なるよう
にした露光光学系１２によって、感光体ドラム１０上に
ブロック状をした複数のグレースケールの潜像部分を形
成する。図８は感光体ドラム１０上に形成した潜像部分
のパッチ形状を示している。

【００４０】このパッチは、該当する現像器１３により
画像形成時の現像条件によって非接触の反転現像が行わ
れ、感光体ドラム１０上には段階的にトナー濃度の異な
る階調補正用のパッチパターンが形成される。

【００４１】このパッチパターンはトナー像検知手段Ｄ
Ｓによって反射トナー濃度が読み取られ、露光光学系１
２のＰＷＭによる出力とパッチパターンの関係を示す階
調補正データは補間されて図９の（イ）に示す連続カー
ブとなる。このカーブは補正前のプリンタ特性を示して
いる。

【００４２】この逆関数をとると（ロ）に示すカーブと
なり、これが階調補正カーブとなる。上記の（イ）のカ
ーブと（ロ）のカーブの積をとると（ハ）に示す４５°
の直線（γ＝１．０）となる。このような階調補正カー
ブはＲＡＭ・ＤＳ１３に記憶され、画像形成に当たって
は、各色の画像データはＲＡＭ・ＤＳ１３から呼び出さ
れた階調補正カーブに従って画像信号は補正されたのち
露光光学系１２に入力されて潜像形成が行われるので、
階調性をもって再現性に優れたカラー画像が形成され
る。階調補正カーブはγ＝１としたが、一般に中間調画
像では略γ＝１．０に、文字では破線で示した様に硬め
の再現を行うように決められる。

【００４３】なお上記の各色毎の階調補正カーブを決定
する作動は、１色毎に行う以外に、感光体ドラム１０上
に複数の段階状のパッチ露光部を並べて形成し、同時に
各色毎の階調補正データを作成することもできる。また
最も色再現に大きく寄与する黒色（Ｋ）のみについてこ
れを行い、他色はこれに準ずるように構成することもで
きる。なお上記の作動中、現像に与らない現像器１３に
ついては、現像スリーブの回転を停止し、現像バイアス
の印加を停止してフローティング或いはトナーと同極性
のＤＣバイアスのみの印加状態とし、他色のトナーが付
着してトナー像検知手段による検知精度が落ちないよう
にする。

【００４４】以上説明したｓｔｅｐ１，２によって画像
形成における適正条件の補正がなされる。しかしｓｔｅ
ｐ２を終えて画像形成を行った段階で、最大濃度の過不
足が生じていた場合や、カブリが生じた場合には、適正
とする現像器１３の現像条件を変更する。例えば現像ス
リーブの回転数を変更したり、現像スリーブに印加する
ＤＣあるいはＡＣバイアス条件の変更を行い、この後に
変更した現像条件によって再度階調補正テーブルを作成
し、変更した現像条件と新たに作成した階調補正テーブ
ルを用いて画像形成を行うようにする。

【００４５】以上のステップを踏むことにより、適正な
濃度で適正な階調性をもった良質のカラー画像が得られ
る。

【００４６】本発明の説明においては、ＬＥＤを用いて
説明したが、半導体レーザ（ＬＤ）やＥＬ等の他の露光
光学系を用いることもできる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によるときは、従来画像形成条件
の設定に用いられてきた表面電位計を用いないで、トナ
ー濃度を検知するトナー像検知手段によって必要に応じ
て適正な最大像露光光量を決定し、階調補正テーブルの
作成を可能としている。このことにより、像形成体や露
光光学系の性能が変動したり劣化したりしたときは、本
発明のｓｔｅｐ１，２によって容易に適正条件の補正が
なされることとなった。

【００４８】更に本実施例では、露光光学系やトナー像
検知手段を像形成体内に設置することによって、トナー
汚れ等による性能の劣化が防止され、良好な条件が長期
に渡り維持されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の１例を示す断面構成図
である。

【図２】像形成関係部材の像形成体軸方向部分断面図で
ある。

【図３】トナー像検知手段の断面図である。

【図４】像形成の条件設定を行う回路図である。

【図５】最大像露光光量と感光体電位の関係を示すグラ
フである。

【図６】最適の最大像露光光量を決定するためのパッチ
形状である。

【図７】現像条件を変化させたときの最大像露光光量と
反射濃度との関係を示すグラフである。

【図８】階調補正用のパッチ形状である。

【図９】階調補正の求め方を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 感光体ドラム（像形成体） １１ （スコロトロン）帯電器 １２ 露光光学系 １３ 現像器 １４Ａ 転写器 １４Ｂ 除電器 １７ 定着装置 ２０ 支持部材 ＤＳ トナー像検知手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像形成体の近傍に帯電手段、デジタル方
   式の像露光手段及び現像手段を配設し、帯電、像露光及
   び現像の画像形成を行う画像形成装置において、 画像形成を行う適正条件の補正が、 前記像露光手段による最大像露光光量を強度変調によ
   り変化させて形成した潜像を、画像形成時より現像特性
   を低下させた条件で前記現像手段により現像し、トナー
   像検知手段により検知した現像されたトナー像の濃度変
   化から適正な最大像露光光量を決定し、 決定された最大像露光光量を用いてパルス幅変調によ
   り潜像を形成し、画像形成時の現像特性条件で現像し、
   前記トナー像検知手段により検知した現像されたトナー
   像の濃度変化から階調補正テーブルを決定することを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記像露光手段が前記像形成体内にある
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記トナー像検知手段が前記像形成体内
   にあることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成
   装置。
4. 【請求項４】 前記トナー像検知手段による検知光は赤
   外光であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項
   記載の画像形成装置。