JPH09311520A

JPH09311520A - 画像形成プロセス制御装置

Info

Publication number: JPH09311520A
Application number: JP8129766A
Authority: JP
Inventors: Okuji Okuyama; 奥士奥山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】パッチ検出出力のバラツキを低減して色安定
性を向上することができる画像形成プロセス制御装置の
提供を目的としたものである。【解決手段】異なる２つ以上のトナーを用いて反転現
像により像担持体１０上にテストパッチを２０ｍｍ²以
上で形成し、当該テストパッチからの反射濃度を画像濃
度センサ２２０で２０個以上のサンプリングデータを得
て、当該サンプリングデータの相加平均によって画像形
成条件を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体の周面に
配置した複数の現像器によって順次単色のカラートナー
像を像担持体に重ね合わせ、該カラートナー像を記録紙
に転写するカラー画像形成の画像形成プロセス条件を制
御する画像形成プロセス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式の画像形成装置とし
て、半導体レーザーをはじめ、６００ｎｍ以上８５０ｎ
ｍ以下の波長域に主たるエネルギーピークを持つＬＥ
Ｄ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＬＣＤ（液晶
シャター）などを書き込み光源として画像部分の感光体
表面をレーザー露光し、例えばイエロー（Ｙ），マゼン
タ（Ｍ），シアン（Ｃ）および黒（ＢＫ）の各現像剤を
収容する４個の現像器による反転現像によって形成した
単色のトナー像を像担持体上に重ね合わせることによっ
てカラーのトナー像を形成し、これを記録紙上に転写し
てカラー画像の記録を行うカラー複写機、カラープリン
タが提案されている。斯かるカラー画像プロセスで重ね
合わせて形成されるカラーのトナー像は、色安定性が重
要であるので、各単色のトナー像が、カラー画像の構成
上それぞれバランスのとれた画像濃度に現像されている
か否か、さらにその画像濃度が多量のコピーに際しても
安定して維持されるか否かによってその画質すなわちカ
ラーバランスの再現性が大きく左右されるため、かかる
カラー画像形成装置には各単色のトナー像の画像濃度を
管理する制御手段が設けられる。斯かる濃度管理の制御
手段は、像担持体の非画像領域に各単色のカラートナー
像に対応する特定濃度のパッチ画像を形成し、このカラ
ーパッチ画像の濃度を発光素子と受光素子からなる画像
濃度センサで検出した出力信号に基づいて現像器のバイ
アス電圧あるいはカラートナー濃度を制御するものや、
あるいは装置内の湿度に応じて現像器の現像スリーブの
回転数を制御する方法が挙げられ、それ等に関しては特
開昭５７−４０２７９号、特開平２−１８６３６８号の
各号の公報による提案がすでに開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た画像濃度センサは発光素子と受光素子とからフォトカ
プラにより正反射方式で像担持体上にスリット状態に形
成してあるパッチ画像を検出しているために検出出力に
各種のノイズを生じる。斯かるノイズ要因としては導電
性支持体の面粗度、ＣＧＬ層の厚さの不均一、ＣＴＬ層
の凹凸及びセンサ面のよごれが考えられる。これらのノ
イズ要因と画像濃度センサの出力電圧との関係を図１５
を参照して解析する。

【０００４】図１５は正反射方式の画像濃度センサのノ
イズとその要因の関係を示したグラフである。

【０００５】図１５（ａ）は面粗度に起因した検出ノイ
ズを示したグラフである。導電性支持体は露光光の干渉
縞の発生のために静電潜像が乱れるのを防止するために
その表面に凹凸を形成することにより乱反射させている
が、斯かる凹凸による乱反射は画像濃度センサの出力電
圧をばらつかせる要因ともなっている。具体的には導電
性支持体の面粗度が低ければ、画像濃度センサの出力電
圧が高くなり、導電性支持体の面粗度が高ければ、画像
濃度センサの出力電圧が低くなる。図１５（ｂ）はＣＧ
Ｌ層の層厚に起因した検出ノイズを示したグラフであ
る。像担持体のＣＧＬ層は均一な厚さに形成しがたい、
斯かる層厚のばらつきも画像濃度センサの出力電圧のバ
ラツキとなる。具体的にはＣＧＬ層の層厚が厚ければ、
画像濃度センサの出力電圧が低くなり、ＣＧＬ層の層厚
が薄ければ、画像濃度センサの出力電圧が高くなる。図
１５（ｃ）はＣＴＬ層のけずれに起因した検出ノイズを
示したグラフである。像担持体は像形成を繰り返すこと
によってＣＴＬ層にけずれを生じる。斯かるけずれは画
像濃度センサの出力電圧の低下となる。図１５（ｄ）は
センサよごれに起因した検出ノイズを示したグラフであ
る。センサのよごれはセンサ出力の低下となる。斯かる
ノイズを除去するために像担持体にトナーが付着してい
ない状態（Ｍ／Ａ＝０）での像担持体からの反射光を一
定にする必要がある。

【０００６】図１４は正反射方式の画像濃度センサの出
力特性及び検出能を示すグラフである。

【０００７】図１４（ａ）は正反射方式の画像濃度セン
サの一般的な出力特性を示すグラフである。ここでは像
担持体表面、Ｍ／Ａ＝０（ｍｇ／ｃｍ²）における画像
濃度センサの最大出力電圧を最大８（Ｖ）に設定し、パ
ッチとしてのトナー付着量、Ｍ／Ａ＝０．２（ｍｇ／ｃ
ｍ²）で画像濃度センサの出力電圧を２．５（Ｖ）に設
定した。この際パッチとしての付着量を領域Ａに設定す
ると、出力電圧のばらつきが大きくなり、正確な制御が
行えない。また、パッチとしてのトナー付着量を領域Ｃ
に設定すると、出力電圧がトナー付着量の変動に対して
小さく、正確な制御が行えない。これらの理由からパッ
チとしてのトナー付着量は領域Ｂに設定する。図１４
（ｂ）は０．２（ｍｇ／ｃｍ²）のパッチを画像濃度セ
ンサで検出した出力電圧を示したものである。パッチは
前述してあるようにスリット状に形成してあるからパッ
チからの出力電圧も０．５Ｖの範囲で変動していること
が分かる。斯かる出力変動も除去する必要がある。

【０００８】また、受光素子に入射する光り強度は各単
色のトナー像の波長特性によっても変動すると言う技術
的課題がある。

【０００９】従って、画像濃度センサからの出力信号は
大きく変動しているために、その結果カラートナー画像
の色安定性に対して正確な制御が行われなくなる。

【００１０】本発明の目的は、上記技術的課題に鑑み、
パッチ検出出力のバラツキを低減して色安定性を向上す
ることができる画像形成プロセス制御装置の提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
によって達成される。

【００１２】（１）異なる２つ以上のトナーを用いて
反転現像により像担持体上にテストパッチを形成し、当
該テストパッチからの反射濃度を画像濃度センサで検知
し、当該反射濃度に基づいて画像形成プロセスを制御す
る画像形成プロセス制御装置において、前記テストパッ
チを２０ｍｍ²以上で形成し、当該テストパッチから２
０個以上のサンプリングデータを得て、当該サンプリン
グデータの相加平均によって画像形成条件を制御するこ
とを特徴とする画像形成プロセス制御装置。

【００１３】（２）前記像担持体を構成する基体の面
粗度（Ｒｚ）は０．３μｍ〜３．０μｍであることを特
徴とする（１）の画像形成プロセス制御装置。

【００１４】（３）前記像担持体の線速度は５０ｍｍ
／ｓｅｃ〜１５０ｍｍ／ｓｅｃであることを特徴とする
（１）又は（２）の画像形成プロセス制御装置。

【００１５】（４）前記画像濃度センサを構成する発
光素子からの露光ビーム径は１ｍｍ〜７ｍｍであること
を特徴とする（１）〜（３）のいずれかの画像形成プロ
セス制御装置。

【００１６】（５）前記画像濃度センサを構成する発
光素子の最大ピーク波長は４６０ｎｍ〜９００ｎｍであ
ることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかの画像形
成プロセス制御装置。

【００１７】

【発明の実施の形態】本実施の形態の画像形成プロセス
制御装置を適用するに好ましい画像形成プロセスと、斯
かるプロセスを実施可能な画像形成装置の概略構成を図
１を参照して説明する。

【００１８】図１は本実施の形態に斯かる画像形成プロ
セス制御装置を適用可能な画像形成装置を示した概略断
面図である。

【００１９】各構成部材の説明に先立ちカラー画像形成
プロセスについて説明する。

【００２０】像担持体１０は、接地して時計方向に駆動
回転される。スコロトロン帯電器１２は像担持体１０の
周面に対しＶ_Hの一様な電位Ｖ_Gに保持されたグリッド
と、コロナ放電ワイヤによるコロナ放電によってイオン
を付与する。このスコロトロン帯電器１２による帯電に
先だって、前プリントまでの像担持体１０の感光体の履
歴をなくすために発光ダイオード等を用いたＰＣＬ１１
による露光を行って像担持体１０の周面を除電する。

【００２１】像担持体１０面への一様帯電後、書き込み
ユニット１３により画像信号に基づいた像露光が行われ
る。書き込みユニット１３は、（図２を参照）半導体レ
ーザ１３１を発光し回転するポリゴンミラー１３４、ｆ
θレンズ１３５等を経て反射ミラー１３７により光路を
曲げられ走査するもので、像担持体１０の回転（副走
査）によって潜像が形成される。なお、画像部に対して
露光を行ない、画像部の方が低電位となるような反転潜
像を形成する。

【００２２】先ず１色目のイエロー（Ｙ）の現像がマグ
ネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブ
１４１によって行われる。現像剤が層形成手段によって
現像スリーブ１４１上に層厚の規制された現像剤を現像
域へと搬送される。

【００２３】現像域における現像スリーブ１４１と像担
持体１０との間隙は層厚（現像剤）よりも大きい０．２
〜１．０ｍｍとして、この間に交流バイアスＶ_ACと直流
バイアスＶ_DCが重畳して印加される。トナーの帯電電位
は直流バイアスＶ_DCと交流バイアスＶ_Hと同極性である
ため、交流バイアスＶ_ACによってキャリアから離脱する
きっかけを与えられたトナーは直流バイアスＶ_DCより電
位の高い静電潜像Ｖ_Hの部分には付着せず、直流バイア
スＶ_DCより電位の低い静電潜像Ｖ_L部分に付着し顕像化
（反転現像）が行われる。

【００２４】１色目の顕像化が終った後２色目の画像形
成行程にはいり、再びスコロトロン帯電器１２による一
様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が書き
込みユニット１３によって形成される。このとき１色目
の画像形成行程で行われたＰＣＬ１１による除電は、１
色目の画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な
低下により飛び散るため行わない。

【００２５】再び像担持体１０周面の全面に亘ってＶ_H
の電位となった感光体のうち、１色目の画像のない部分
に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行われ
るが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行う部
分では、１色目の付着したトナーにより遮光とトナー自
身のもつ電荷によってＶ_M′の潜像が形成され、Ｖ_DCと
Ｖ_M′の電位差に応じた現像が行われる。この１色目と
２色目の画像の重なりの部分では１色目の現像をＶ_Ｌの
潜像をつくって行うと、１色目と２色目とのバランスが
崩れるため、１色目の露光量を減らしてＶ_H＞Ｖ_M′＞Ｖ
_Lとなる中間電位とすることもある。

【００２６】３色目、４色目についても２色目と同様の
画像形成行程が行われ、像担持体１０周面上には４色の
顕像が形成される。

【００２７】一方給紙カセット１５より半月ローラ１６
を介して搬出された記録紙Ｐは一旦停止し、転写のタイ
ミングの整った時点で給紙ローラ１７の回転作動により
転写域へと給紙される。

【００２８】転写域においては転写のタイミングに同期
して像担持体１０の周面に転写ローラ１８が圧接され、
給紙された記録紙を挟着して多色像が一括して転写され
る。

【００２９】次いで記録紙はほぼ同時に圧接状態とされ
た分離ブラシ１９によって除電され像担持体１０の周面
により分離して定着装置２０に搬送され、熱ローラ２０
１と圧着ローラ２０２の加熱、加圧によってトナーを溶
着したのち排紙ローラ２１を介して装置外部に排出され
る。転写ローラ１８および分離ブラシ１９は記録紙の通
過後像担持体１０の周面より退避離間して次なるトナー
像の形成に備える。

【００３０】一方記録紙を分離した像担持体１０は、ク
リーニング装置２２のブレード２２１の圧接により残留
トナーを除去・清掃し、再びＰＣＬ１１による除電と帯
電器１２による帯電を受けて次なる画像形成のプロセス
に入る。なお、ブレード２２１は感光体面のクリーニン
グ後直ちに移動して像担持体１０の周面より退避する。

【００３１】以上が本実施の形態におけるカラー画像形
成プロセスである。

【００３２】次に前述したカラー画像形成プロセスを実
行する画像形成装置の主要構成部材の機能，性能の特徴
を図１〜図４を参照して説明する。

【００３３】像担持体１０は、導電性支持体上に中間層
塗布液を塗布し、これを乾燥硬化して中間層を形成し、
その上に感光層を形成した電子写真感光体あり、Ａ４判
サイズの転写材を使用して長手（２９７ｍｍ）方向に搬
送するために半径を４０ｍｍ以上にしてある。斯かる４
０ｍｍ以上の半径であれば、像書き込み中や転写ローラ
１８が圧着又は解除されても像にずれを生じないように
するためにも必要とされるものである。なお、導電性支
持体は接地してある。像担持体１０は約７５〜１００ｍ
ｍ／ｓｅｃの線速度で矢示方向に回転する（−）帯電の
塗布型ＯＰＣから成るφ８０〜φ１２０ｍｍのドラム状
の感光体であり、像担持体１０の回転軸に位相を検出す
るためのエンコーダ（図示せず）を設けてあり、エンコ
ーダ（図示せず）は像担持体１０の位相を示す位相信号
をＣＰＵ２５０に送出している。

【００３４】導電性支持体は、従来公知のもの、例えば
アルミニウム、ステンレススチール等の金属基体等、あ
るいは金属酸化物等の導電性粉末を樹脂層に分散した導
電層などが挙げられ、所定の表面粗さをもつものが用い
られる。支持体表面に粗さを与える加工方法としては、
特に方法は問わない。例えば、金属基体については、化
学エッチング、電気メッキなどの化学的方法、蒸着、ス
パッタリングなどの物理的方法、旋盤加工などの機械的
方法などが例としてあげられる。また、ある種の樹脂導
電層のように、層中に含有する導電性粉末等の構成材料
の形状や存在状態の影響により凹凸を生じ、表面粗さを
もつものでもよい。支持体表面の凹凸の断面形状は、Ｖ
字型状、Ｕ字型状、鋸刃形状等をはじめ、それ以外の不
規則な形状でもよく、特に限定されるものではない。

【００３５】中間層は、金属アルコキシド化合物や有機
金属化合物の有機金属化合物と、シランカップリング剤
を主成分としたものを、溶媒に溶かし塗布液とする。こ
の液を塗布、乾燥硬化して形成される。

【００３６】ＣＧＭは長波長領域でも充分な分光感度を
もつことにより、微少な露光量の差にも対応して忠実に
電荷を発生することが必要であることから、コントラス
トや解像度の優れた画像を形成することができる。この
ような諸特性を考えあわせて、ＣＧＭとしてはチタニル
フタロシアニン（ＴｉＯＰｃと略することがある）が最
も好適である。

【００３７】帯電器１２は例えば帯電ワイヤとして白金
線（クラッド又はアロイ）を採用したスコロトロン帯電
器、又は鋸歯電極或いはブラシ電極のいずれかを現像器
１４と転写ローラ１８の間に配置してあり、潜像形成プ
ロセスに先立ち像担持体１０をＶ_H−７５０Ｖに均一帯
電して階調再現性等を調整することによりカブリ防止等
を行うものである。

【００３８】図２は書き込みユニットの概略構成を示し
た平面図である。

【００３９】書き込みユニット１３は、プリンターコマ
ンドを解読するフォーマッタからの画像データをレーザ
ダイオード（ＬＤ）変調回路に送り、変調された画像信
号により半導体レーザ１３１を発光して２０ＭＨｚのド
ットクロックで像担持体１０上をライン走査して潜像を
形成するものであり、半導体レーザ１３１とコリメータ
レンズ１３２とポリゴンミラー１３４及びｆθレンズ１
３５と第１のシリンドリカルレンズ１３３及び第２のシ
リンドリカルレンズ１３６を備え、パルス幅変調した変
調信号で半導体レーザ１３１を発振させ、レーザ光を所
定速度で回転するポリゴンミラー１３４で偏向させ、ｆ
θレンズ１３５及び第１のシリンドリカルレンズ１３３
及び第２のシリンドリカルレンズ１３６によって像担持
体１０上に６００ＤＰＩ（約６０×８０μｍ）相当にす
るスポットに絞って走査するものである。

【００４０】半導体レーザ１３１はＧａＡｌＡｓ等が用
いられ、最大出力１０ｍＷであり、光効率２５％であ
り、拡がり角として接合面平行方向８〜１６°、接合面
垂直方向２０〜３６°である。なお、カラートナーを順
次重ね合わせることもあるので、着色トナーによる吸収
の少ない波長光による露光が好ましく、この場合の波長
は７８０ｎｍである。

【００４１】ポリゴンミラー１３４は、偏向光学系に相
当するものであり、ビームを集光すると共に走査面の平
坦化を実現するためにペッパール和と非点隔差を小さく
するものであり、６面のポリゴン面を設け、書き込み密
度６００ｄｐｉで２３６００（ｒｐｍ）の回転数で回転
する。

【００４２】ｆθレンズ１３５は走査面の平坦化を実現
するためにペッパール和と非点隔差を小さくし、像面湾
曲を除去するものである。

【００４３】第１のシリンドリカルレンズ１３３と第２
のシリンドリカルレンズ１３６は、補正光学系に相当す
るものであり、ポリゴンミラー１３４の面倒れ誤差によ
る走査線のピッチむらを低減する。これにより、ポリゴ
ン倒れ角１２０秒Ｐ−Ｐであり、倒れ角補正率１´２０
以上となる。第２のシリンドリカルレンズ１３６はビー
ムを像担持体１０上に結像するものである。

【００４４】画像データ出力部は、変調回路（図示せ
ず）と、ＬＤ駆動回路（図示せず）、同期系としてイン
デックスセンサ１３８及びインデックス検出回路（図示
せず）、ポリゴンドライバ（図示せず）を設けてある。

【００４５】変調回路は、参照波と所定ビットからなる
記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号とを比較し
多値化するものである。このようにして得られる変調信
号はＬＤ駆動回路の駆動信号となる。ＬＤ駆動回路は、
変調信号で半導体レーザ１３１を発振させるものであ
り、半導体レーザ１３１からのビーム光量に相当する信
号がフィードバックされ、その光量が一定となるように
駆動するものであり、半導体レーザ１３１に導通する電
流を変更することができるようになっている。これによ
り、潜像電位を調整することができる。同期系は、偏向
光学系からのビームを反射するミラーを介してインデッ
クスセンサ１３８に入射する。インデックスセンサ１３
８はビームに感応して電流を出力し、当該電流はインデ
ック検出回路で電流／電圧変換してインデックス信号と
して出力する。このインデックス信号により所定速度で
回転するポリゴンミラー１３４の面位置を検知し、主走
査方向の周期によって、ラスタ走査方式で変調信号によ
る光走査を行う。

【００４６】像担持体１０周縁に図１に示すようにイエ
ロー、マゼンタ、シアン、黒色等のトナーとキャリアと
からなる二成分現像剤を装填した現像器１４が設けられ
てある。

【００４７】図３は現像器の概略構成を示したものであ
る。

【００４８】現像器１４は、平均粒径約８．５μｍのポ
リエステル系材料からなるトナーと平均粒径３０μｍの
フェライト系コーティングキャリアとをトナー濃度７〜
９％に制御した現像剤を撹拌スクリュウ１４２を回転す
ることにより撹拌して所定の帯電量（Ｑ／Ｍ）に設定し
た後、マグネットローラの外側にあって所定の回転数で
像担持体１０に対して正回転する現像スリーブ１４１の
外周に層厚規制部材１４４によって層規制された磁気ブ
ラシを形成し、現像スリーブ１４１には１．７ＫＶ，８
ＫＨ_Z交流バイアスと−６５０Ｖの直流バイアスが印加
されて、像担持体１０に対向した現像領域の潜像をトナ
ー像に顕像化するものである。なお、現像間隙は０．４
６ｍｍである。

【００４９】現像器１４は、像担持体１０と対向する筺
体の開口付近に直径２０（ｍｍ）の現像スリーブ１４１
で覆ったマグネットローラの回動軸を筺体の側壁に嵌入
してあり、その後方に直径１６（ｍｍ）の撹拌スクリュ
ウ１４２、供給ローラ１４３の駆動軸を筺体の側壁に嵌
入してあり、これら現像スリーブ１４１，撹拌スクリュ
ウ１４２、供給ローラ１４３の駆動軸は例えば歯車を介
して駆動系（図示せず）に接続することにより、回転数
を変更することができるようになっている。この制御動
作はＣＰＵ２５０によって行われる。この機能を利用し
て例えば現像スリーブ１４１の回転軸を例えば２００
（ｒｐｍ），２５０（ｒｐｍ），３００（ｒｐｍ）に変
更して一定の現像時間における現像剤の供給量を制御す
ることにより現像後の反射濃度をに基づいて画像濃度を
調整するようにしている。

【００５０】図４は各色のトナー特性を示すグラフであ
る。図４に示すように縦軸に透過率（％）、横軸に波長
で示したものである。

【００５１】各トナーのイエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）に於いて、波
長によって光透過率を大きく異にするため、テストパッ
チの画像濃度が一定であっても検出される濃度信号に差
異が生ずる。このトナーの光透過率の差は、テストパッ
チの形成に際し例えば書き込みユニット１３から出力さ
れるＬＥＤのパワーをトナーの色に応じて切り替える等
の措置によって補正するようにしてある。

【００５２】転写ローラ１８は、ステンレス鋼棒からな
る軸体と、その外周にポリウレタンゴム、シリコーンゴ
ム、スチレンブタジエン共重合体エラストマー、オレフ
ィン系エラストマー等の樹脂材をセルサイズ１０〜３０
０μｍ程度の発砲タイプ若しくは連泡タイプで形成し、
更に前述の樹脂材に導電性付与材としてカーボンブラッ
ク等の無機物及び又は有機導電剤を混合させた電化供給
可能な導電性とした弾性部材とから構成してある。弾性
部材としてカーボンブラックを含有した発砲ポリウレタ
ン系樹脂のルビセルローラ（トーヨーポリマー（株）製
造）を用いた。転写ローラ１８の電気抵抗は２×１０⁸
Ω、ゴム硬度はアスカーＣスケールで硬度２５°程度が
好ましい。弾性部材の外形は１６ｍｍ，軸体の外形は８
ｍｍである。

【００５３】分離ブラシ１９は転写プロセスの直後に記
録紙を交流コロナ又は高圧電流で除電して記録紙の像担
持体１０への静電吸着力を低減し、紙の剛性や自重を利
用して分離しやすく、弱いと薄く剛性の弱い記録紙ほど
分離が難しくなるため、記録紙種や環境を考慮して除電
量をバランスよく設定してある。

【００５４】クリーニング装置２２は、ブレード等を像
担持体１０の表面に接触させることにより、像担持体１
０の表面に付着したトナー及び粉塵を掻き落として廃ト
ナーボックスに捕獲する。

【００５５】図５は本実施の形態における画像形成プロ
セス制御装置の概略構成を示したブロック図であり、図
６は画像濃度センサの配設状態を示した断面図であり、
図７はパッチ検出回路を示した回路図であり、図８はベ
ースライン補正の概念を示すグラフである。

【００５６】画像形成プロセス制御回路２００は、パッ
チデータ発生回路２１０と画像濃度センサ２２０とパッ
チ検知回路２３０とベースライン補正回路２４０とＣＰ
Ｕ２５０とからなる。

【００５７】パッチデータ発生回路２１０は、不揮発Ｒ
ＯＭにイエロー、マゼンタ、シアンの１次色毎にテスト
パッチデータを格納したものであり、斯かるテストパッ
チデータをベースライン補正時若しくは画像形成プロセ
ス条件の補正に際して読み出されるものである。

【００５８】画像濃度センサ２２０は、図６に示すよう
に発光ダイオード２２１とホトトランジスタ２２２との
受光面の中心が４０°，４０°の角度をなすような溝を
ケーシングに形成し、当該溝に発光ダイオード２２１及
びホトトランジスタ２２２に嵌入したことによりフォト
カップリングを構成してある。ケーシングは基板を介し
て像担持体１０の表面に水平になるようにクリーニング
装置２２の近傍に像担持体１０の中心に対抗するように
像担持体１０表面から６ｍｍの間隙で設けてある。これ
により、テストパッチを検知した位置の中心線Ｏに対し
てθ１とθ２を以て各々４０°の角度で配設してある。
従って、画像濃度センサ２２０は、図６に示した反射に
よる投受光関係を維持して回転する像担持体１０の表面
１０ｂに担持したテストパッチからの反射した光強度に
応じた電気信号を得る。

【００５９】パッチ検知回路２３０は、画像濃度センサ
２２０からの出力信号を電圧に変換する回路であり、固
定抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と可変抵抗ＶＲ１と
から構成したものである。発光ダイオード２２１のアノ
ード端子には最大出力１０（Ｖ）の可変直流電源（図示
せず）を接続してあり、発光ダイオード２２１のカソー
ド端子には例えば固定抵抗素子Ｒ１を接続してある。こ
のような構成にすることにより、可変直流電源の出力電
圧を可変して発光ダイオード２２１の発光強度を調整す
るようにしてある。ホトトランジスタ２２２のアノード
端子には１０Ｖの直流電源Ｖ_DCを接続し、カソード端子
にはオペアンプと固定抵抗素子Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と可変
抵抗素子ＶＲ１から構成される出力検出回路を設けてあ
る。このような構成により、ホトトランジスタ２２２で
受光した光強度に応じた電圧を検出するものである。こ
のような構成を用いて画像濃度を検出するようにしてあ
る。

【００６０】ベースライン補正回路２４０は、トナーの
付着しない状態で新規および所定枚数プリント後の感光
面の検出による出力電圧を発光ダイオード２２１の光量
を調整して同一とするものである。この様に調整する事
により、画像濃度センサ２２０による出力電圧を一定に
する。これは以下の技術的課題を解決するためである。

【００６１】像担持体１０の導電性支持体は露光光の干
渉縞の発生のために静電潜像が乱れるのを防止するため
にその表面に凹凸を形成することにより乱反射させてい
るが、斯かる凹凸による乱反射は画像濃度センサの出力
電圧をばらつかせる要因ともなっている。具体的には導
電性支持体の面粗度が低ければ、画像濃度センサの出力
電圧が高くなり、導電性支持体の面粗度が高ければ、画
像濃度センサの出力電圧が低くなる。図１５（ｂ）はＣ
ＧＬ層の層厚に起因した検出ノイズを示したグラフであ
る。像担持体のＣＧＬ層は均一な厚さに形成しがたい、
斯かる層厚のばらつきも画像濃度センサの出力電圧のバ
ラツキとなる。具体的にはＣＧＬ層の層厚が厚ければ、
画像濃度センサの出力電圧が低くなり、ＣＧＬ層の層厚
が薄ければ、画像濃度センサの出力電圧が高くなる。図
１５（ｃ）はＣＴＬ層のけずれに起因した検出ノイズを
示したグラフである。像担持体は像形成を繰り返すこと
によってＣＴＬ層にけずれを生じる。斯かるけずれは画
像濃度センサの出力電圧の低下となる。図１５（ｄ）は
センサよごれに起因した検出ノイズを示したグラフであ
る。センサのよごれはセンサ出力の低下となる。斯かる
ノイズを除去するために像担持体にトナーが付着してい
ない状態（Ｍ／Ａ＝０）での像担持体からの反射光を一
定にする必要がある。

【００６２】本実施の形態において、前述したノイズ要
因によるパッチ検知回路２３０からの出力電圧の偏りを
補正するため、本実施の形態において、新規の像担持体
１０の反射率をトナーを付着しない状態（Ｍ／Ａ＝０）
で画像濃度センサ２２０により測定してその値を一定値
となるように発光ダイオード２２１から発光する光量を
決定する。今仮に前記値を８Ｖとなるように発光ダイオ
ード２２１の光量を設定してある。例えば１００枚のプ
リント後でも像担持体１０の感光体１０ａの反射率を前
記のように値を８Ｖとなるように設定する（発光ダイオ
ード２２１の光量は可変可能に設定する）。これによ
り、図８（ｂ）に示すように理想的な出力特性（図８
（ｂ）で実線で示してある）にパッチ検知回路２３０か
らの出力値を一致させることができる。その結果感光体
のバラツキやノイズならびに長期の使用による画像濃度
センサ２２０の検出能力の低下に伴う出力電圧の偏りが
自動的に補正されて、テストパッチの正しい濃度検出と
それに基づく画像濃度の適確な制御が実現される。

【００６３】図９はパッチ検出回路からの出力特性を示
したグラフである。

【００６４】グラフで縦軸はパッチ検知回路２３０から
の出力電圧（Ｖ）を示したものであり、横軸はＭ／Ａ
（ｍｇ／ｃｍ²）を示したものである。トナー付着量Ｍ
／Ａ＝０．２（ｍｇ／ｃｍ²）に対応するパッチ検知回
路２３０からの出力電圧Ｖ₁＝２．５（Ｖ）は中間調領
域であり、確実に検出できる。これはパッチとしての付
着量を領域Ａに設定すると、出力電圧のばらつきが大き
くなり、正確な制御が行えない。また、パッチとしての
トナー付着量を領域Ｃに設定すると、出力電圧がトナー
付着量の変動に対して小さく、正確な制御が行えない。
これらの理由からパッチとしてのトナー付着量は領域Ｂ
に設定する。本実施の形態は、検出可能領域を現像スリ
ーブ１４１の回転数とトナー付着量とが比例関係にある
ことを応用したパッチ作成方法で検出可能領域を広げて
いる。斯かる方法を図１０及び図１１を参照して説明す
る。

【００６５】図１０は現像スリーブの回転速度とトナー
付着量との関係を示したグラフである。図１０に示すグ
ラフは像担持体１０に一様な静電潜像を形成し、斯かる
潜像を現像スリーブ１４１の周速を変化させて顕像化し
た際の関係を示したものである。縦軸にＭ／Ａ（ｍｇ／
ｃｍ²）をとり、横軸に現像スリーブ１４１の周速をと
ったものである。斯かるグラフからＭ／Ａ＜１．０（ｍ
ｇ／ｃｍ²）でトナー付着量と現像スリーブ１４１の周
速とはリニアな関係にあることが分かる。従って、本実
施の形態においてパッチ作成に際して現像スリーブ１４
１の周速を通常の顕像化における現像スリーブ１４１の
周速の１／３に低下して顕像化してある。斯かる現像ス
リーブ１４１の周速で顕像化したパッチを測定した際の
パッチ検知回路２３０からの出力結果を図１１に示す。

【００６６】図１１はパッチ検出回路の出力特性を示す
グラフである。

【００６７】図１１に示すグラフは図９に示したグラフ
と同一のものである。斯かるグラフは、通常の現像スリ
ーブ１４１の回転数でパッチを顕像化すれば、０．６〜
１．０（ｍｇ／ｃｍ²）のＭ／Ａを検知できないことを
示している。図１０に示してあるグラフからＭ／Ａ＜
１．０の領域において現像スリーブ１４１とＭ／Ａとの
関係はリニアであるから、例えば現像スリーブ１４１の
周速を１／３にすれば、Ｍ／Ａも１／３になり、例え
ば、検知可能領域と検知不能領域との臨界０．６（ｍｇ
／ｃｍ²）が０．２（ｍｇ／ｃｍ²）となる。これによっ
て検出可能領域を低濃度部に拡大できたことを意味す
る。これらの検出結果から現像スリーブ１４１の回転制
御データを作成してある。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１は約２０×３０ｍｍ角のテストパッチ
をサンプリング点数を変えて画像濃度センサ２２０で検
知した際のパッチ検知回路からの出力信号のばらつきを
示したものであり、サンプリングデータ数が増えれば、
サンプリングデータのばらつきが小さくなることを示し
ている。なお、テストパッチの両端１ｍｍからの検出デ
ータはエッジ効果の影響を除去するために除いてある。

【００７０】図１２は検知点数と標準偏差δ_xとの関係
を示したグラフである。

【００７１】グラフで縦軸は標準偏差δ_xを示してお
り、横軸は検知点数を示したものである。

【００７２】表１及び図１２のグラフは検知点数２０以
下では標準偏差δ_xがばらつくことを示しており、一
方、検知点数２０以上で標準偏差δ_xを０．１１付近に
収まることを示している。これは２０×３０ｍｍのテス
トパッチをエッジ効果等によるトナー付着量の変動を軽
減すべくスリット状に形成しているため、検知点数を少
なくすると、トナー付着の無い凹凸のある感光面からの
反射濃度で出力が安定しないためであると考えられる。
従って、本実施の形態では２０×３０ｍｍのテストパッ
チから２０点以上サンプリングすることにより像担持体
１０表面の凹凸による乱反射に起因したノイズを軽減し
ている。

【００７３】次ぎに図１３を参照して本実施の形態にお
ける画像形成プロセス制御回路２００の動作を説明す
る。図１３は本実施の形態における画像形成プロセス制
御回路の動作を示したタイミングチャートである。

【００７４】図１３（ａ）はＰＣＬ１１の駆動タイミン
グを示したものであり、図１３（ｂ）は帯電器１２の駆
動タイミングを示したものであり、図１３（ｃ）は書き
込みユニット１３の露光タイミングを示したものであ
り、図１３（ｄ）〜図１３（ｇ）は現像器の駆動タイミ
ングを示したものであり、図１３（ｈ）はパッチ検知タ
イミングを示したものである。図１３（ａ）〜図１３
（ｈ）はハイレベルでオン状態を示しており、ローレベ
ルでオフ状態を示してある。

【００７５】ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点でメインモータ
（図示せず）をオン状態にする。これにより、像担持体
１０は矢印方向（図１参照）に回転し始めるので、エン
コーダ（図示せず）から位相信号は変化する。これによ
り、ＣＰＵ２５０は像担持体１０の回転位相を検知する
ことができる。ＣＰＵ２５０は、像担持体１０の回転開
始と同時にＰＣＬ１１の露光と高圧電源（図示せず）か
ら所定の出力電圧を帯電器１２に印加し、これにより帯
電器１２は放電を開始して像担持体１０の画像形成領域
を一様に帯電する。

【００７６】一方、ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点で像担持
体１０上に形成したテストパッチをクリーニング装置２
２の像担持体１０の回転上流側に位置する画像濃度セン
サ２２０によって、先ずＯＰＣ感光体１０ａからの反射
光レベルのパッチ検知回路２３０を介してベースライン
補正回路２４０で補正する。ＣＰＵ２５０は、ｔ１時点
で発光ダイオード２２１に可変直流電源の出力電圧を変
化させてトナーパッチのない部分でのセンサ出力が８
（Ｖ）になるように直流可変電源Ｖ_refの出力電圧を設
定する。斯かる発光ダイオード２２１の光量調整による
ベースラインの補正を加えた場合を、従来のようにベー
スラインの補正を一切加えない場合と対比させた結果、
使用開始の初期には双方の例ともに特に問題は見当たら
ないが、ベースライン補正を加えない場合、プリント枚
数が５万枚の時点で色バランスにくずれが認められ、１
０万枚に達するとさらに画像濃度の低下が現れるのに対
し、ベースライン補正を加えれば使用開始の初期と変わ
りなく終始各色の濃度が適正でバランスのとれたカラー
画像が得られるのが確認された。

【００７７】ＣＰＵ２５０は、ｔ２時点以降にパッチデ
ータ発生回路２１０からグレースケールを表すテストパ
ッチ信号を書き込みユニット１３に送出する。書き込み
ユニット１３は図１３（ｃ）に示すように記録信号をパ
ルス幅変調回路に送出する。パルス幅変調回路は１走査
ライン分のテストパッチ信号をパルス幅変調した変調信
号をＬＤ駆動回路に送出する。ＬＤ駆動回路は変調信号
で半導体レーザ１３１を発振させることによりレーザビ
ームを照射する。斯かるレーザ光は所定速度で回転する
ポリゴンミラー１３４で偏向して、ｆθレンズ１３５及
び第１のシリンドリカルレンズ１３３及び第２のシリン
ドリカルレンズ１３６によって像担持体１０上に微小な
スポットに絞って０．３ｓｅｃの露光時間と０．２ｓｅ
ｃのオフ時間を４回繰り返して走査する。これによっ
て、例えば４つの２０×３０ｍｍ角で約１２ｍｍ間隔で
像担持体１０の非画像領域に静電潜像が形成される。Ｃ
ＰＵ２５０は潜像形成動作の終了を検知すると、図１３
（ｄ）〜図１３（ｇ）に示すようにエンコーダ（図示せ
ず）から送出される位相信号から像担持体１０の位相を
検知した後に、静電潜像と同期した位置で現像器１４を
駆動する。具体的には回転する現像スリーブ１４１は先
ず直流バイアスを印加した後に３ｍｓｅｃ経過後に交流
バイアスを印加することにより、像担持体１０上に形成
してある潜像は例えば２０×３０ｍｍ角で約１２ｍｍ間
隔でパッチトナー像を４回連続して顕像化することにな
る。これによって、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の
パッチトナー像が形成される。このときテストパッチを
作成する際の露光レベルは最大露光量であるＰＷＭ２５
５を使用する。このようにして作成された潜像を１００
ｒｐｍから４５０ｒｐｍのいずれかで回転する現像スリ
ーブ１４１で顕像化する。

【００７８】ＣＰＵ２５０は、図１３（ｈ）に示すタイ
ミングで像担持体１０表面上に形成したテストパッチの
両端１ｍｍを除いた部分を画像濃度センサ２２０によっ
て２０点以上のデータをサンプリングすることにより、
パッチ検知回路２３０を介して入力される。これによ
り、ホトダイオード２２２は像担持体１０上に顕像化し
たテストパッチから反射する光の強度に応じた信号をＣ
ＰＵ２５０に出力して現像スリーブ１４１の回転数を決
定する。

【００７９】

【表２】

【００８０】表２は検知点数を変えて初期、５万プリン
ト、１０万プリント終了後に１００プリント実写した画
像サンプルを３枚抜き出して評価した結果を示したもの
である。

【００８１】検知点数２０以上では、色安定性と画像濃
度Ｄｍａｘも良好であるが、検知点数２０未満では５万
プリント、１０万プリントで色安定性及び画像濃度Ｄｍ
ａｘが低下することを示している。×は検知不能であっ
たことを示してある。

【００８２】

【表３】

【００８３】表３は２０ｍｍ²のテストパッチから検知
点数を２０として現像スリーブ１４１の回転数を決定し
たものであり、Ｒｚを０．３〜４．０μｍで変えて初
期、５万プリント、１０万プリント終了後に１００プリ
ント実写した画像サンプルを３枚抜き出して評価した結
果を示したものである。

【００８４】Ｒｚが０．３μｍ〜３．０μｍの範囲であ
れば、色安定性と画像濃度Ｄｍａｘも良好であるが、こ
れ以外の範囲で５万プリント、１０万プリントで色安定
性及び画像濃度Ｄｍａｘが低下することを示している。
×は検知不能であったことを示してある。

【００８５】

【表４】

【００８６】表４は２０ｍｍ²のテストパッチから検知
点数を２０として現像スリーブ１４１の回転数を決定し
たものであり、像担持体１０の線速度を４０ｍｍ／ｓｅ
ｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃで変えて初期、５万プリント、
１０万プリント終了後に１００プリント実写した画像サ
ンプルを３枚抜き出して評価した結果を示したものであ
る。

【００８７】像担持体１０の線速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ
〜１５０ｍｍ／ｓｅｃの範囲であれば、色安定性と画像
濃度Ｄｍａｘも良好であるが、これ以外の線速度で５万
プリント、１０万プリントで色安定性及び画像濃度Ｄｍ
ａｘが低下することを示している。×は検知不能であっ
たことを示してある。

【００８８】

【表５】

【００８９】表５は２０ｍｍ²のテストパッチから検知
点数を２０として現像スリーブ１４１の回転数を決定し
たものであり、画像濃度センサ２２０を構成する発光ダ
イオード２２１からのビーム径を０．５ｍｍ〜１０ｍｍ
で変えて初期、５万プリント、１０万プリント終了後に
１００プリント実写した画像サンプルを３枚抜き出して
評価した結果を示したものである。

【００９０】発光ダイオード２２１からのビーム径が１
ｍｍ〜７ｍｍの範囲であれば、色安定性と画像濃度Ｄｍ
ａｘも良好であるが、これ以外のビーム径で５万プリン
ト、１０万プリントで色安定性及び画像濃度Ｄｍａｘが
低下することを示している。×は検知不能であったこと
を示してある。

【００９１】

【表６】

【００９２】表６は２０ｍｍ²のテストパッチから検知
点数を２０として現像スリーブ１４１の回転数を決定し
たものであり、画像濃度センサ２２０を構成する発光ダ
イオード２２１の最大ピーク波長４５０ｎｍ〜９００ｎ
ｍで変えて初期、５万プリント、１０万プリント終了後
に１００プリント実写した画像サンプルを３枚抜き出し
て評価した結果を示したものである。

【００９３】発光ダイオード２２１の最大ピーク波長が
４６０ｎｍ〜９００ｍｍの範囲であれば、色安定性と画
像濃度Ｄｍａｘも良好であるが、これ以外の最大ピーク
波長で５万プリント、１０万プリントで色安定性及び画
像濃度Ｄｍａｘが低下することを示している。×は検知
不能であったことを示してある。

【００９４】

【発明の効果】本発明は、上記構成を備えることによ
り、画像濃度センサの出力信号のバラツキを低減して色
安定性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に斯かる画像形成プロセス制御装
置を適用可能な画像形成装置を示した概略断面図であ
る。

【図２】書き込みユニットの概略構成を示した平面図で
ある。

【図３】現像器の概略構成を示したものである。

【図４】各色のトナー特性を示すグラフである。

【図５】本実施の形態における画像形成プロセス制御装
置の概略構成を示したブロック図である。

【図６】画像濃度センサの配設状態を示した断面図であ
る。

【図７】パッチ検出回路を示した回路図である。

【図８】ベースライン補正の概念を示すグラフである。

【図９】パッチ検出回路からの出力電圧の変化を示した
グラフである。

【図１０】現像スリーブの回転速度とトナー付着量との
関係を示したグラフである。

【図１１】パッチ検出回路の出力特性を示すグラフであ
る。

【図１２】検知点数と標準偏差δ_xとの関係を示したグ
ラフである。

【図１３】本実施の形態における画像形成プロセス制御
回路の動作を示したタイミングチャートである。

【図１４】正反射方式の画像濃度センサの出力特性及び
検出能を示すグラフである。

【図１５】正反射方式の画像濃度センサのノイズとその
要因の関係を示したグラフである。

【符号の説明】

１０像担持体１３書き込みユニット１４現像器１４１現像スリーブ２００画像形成プロセス制御回路２１０パッチデータ発生回路２３０パッチ検知回路２３１発光ダイード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる２つ以上のトナーを用いて反転現
像により像担持体上にテストパッチ画像を形成し、当該
テストパッチからの反射濃度を画像濃度センサで検知
し、当該反射濃度に基づいて画像形成プロセスを制御す
る画像形成プロセス制御装置において、前記テストパッ
チを２０ｍｍ²以上で形成し、当該テストパッチから２
０個以上のサンプリングデータを得て、当該サンプリン
グデータの相加平均によって画像形成条件を制御するこ
とを特徴とする画像形成プロセス制御装置。
【請求項２】前記像担持体を構成する基体の面粗度
（Ｒｚ）は０．３μｍ〜３．０μｍであることを特徴と
する請求項１記載の画像形成プロセス制御装置。
【請求項３】前記像担持体の線速度は５０ｍｍ／ｓｅ
ｃ〜１５０ｍｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の画像形成プロセス制御装置。
【請求項４】前記画像濃度センサを構成する発光素子
からの露光ビーム径は１ｍｍ〜７ｍｍであることを特徴
とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像
形成プロセス制御装置。
【請求項５】前記画像濃度センサを構成する発光素子
の最大ピーク波長は４６０ｎｍ〜９００ｎｍであること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載
の画像形成プロセス制御装置。