JP2006293161A - 画像形成装置及びその制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】露光階調特性に応じて現像電位を制御することにより出力すべき画像に応じて滑らかな階調性あるいはカブリのない画像が安定して得られる画像形成装置を実現する。
【解決手段】像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、転写ステーションが配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成される画像形成装置であって、前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、バイアス電圧印加部のバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定部とを備え、前記バイアス電圧制御部は、帯電電位と現像電位との差が露光階調に応じた所定の電圧になるようにバイアス電圧を設定することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像形成装置及びその制御プログラムに関し、より詳細には、露光階調特性に応じて電子写真プロセスを制御する画像形成装置およびその制御プログラムに関する。

電子写真方式を用いたプリンタやコピー機あるいはデジタル複合機などの画像形成装置は、円筒状あるいはエンドレスのベルト状の感光体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、転写ステーション、除電部、クリーニング部等を適宜配置した構成からなる。電子写真プロセスは、帯電ステーションにより表面を一様に帯電させた感光体を、画像の濃淡の分布に対応させた露光強度で露光して表面上に二次元的な電位の分布、即ち静電潜像を作成する。そして、静電潜像が形成された感光体表面に対して、所定の現像バイアス電位の現像ステーションから帯電トナーを供給し、静電潜像との電位差に応じたトナーを静電力によって付着させて感光体表面にトナー像を形成し、トナーを転写材に転写させて印字出力を得る。

画像の階調特性は、感光体の露光強度に対する放電特性や感光体電位と現像電位との電位差に対する現像量（トナー付着量）特性に依存し、もとの画像に完全に忠実な出力画像を得ることは現実的に難しい。このため、電子写真プロセスの諸条件、即ち帯電電位、現像電位の設定、トナーの微細化、現像剤の材質や形状、現像条件など種々の観点から改善が検討され実用的に許容できる特性を実現している。さらに、近年では、画像をデジタル化して処理することにより、画像処理の自由度を高め、画像フィルタ、面積階調の技法、その他の画像処理技術を適用してより改善された画質が得られるようになってきた。しかし、画像処理だけで電子写真プロセス固有の特性をすべて補償できる訳ではない。そこで、環境変化や経時変化に対して画像の濃度を安定させるように帯電電位や露光強度、現像電位を制御する種々の手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特に近年、画像形成装置のカラー化が進むにつれて、画質の安定性が重視される傾向にある。しかし、画質を評価するパラメータは階調特性だけでなく、濃度、コントラスト、シャープネスやベタ部の均一性、明部のカブリ、即ち本来トナーが付着すべきでない画像の最明部へのトナー付着や文字ならびに線画の再現性など多くの要素がある。これらの要素には、例えばコントラストと階調性など互いに相反するものがあり、全てを両立することは技術的にむずかしい。また、カラー化に伴い、転写材の種類も増える傾向にある。例えば、カラーとしての高画質を追求するために、平滑紙や光沢紙などが多用される。このような種類の転写材は、普通紙とその表面性や厚さが異なる。

そこで、文字や線画を主体とする画像に対しては線の再現性、濃度とコントラストを重視していわゆるγ特性の立った画像が得られるようなモード、いわゆるテキストモードを設けて選択させ、写真などの階調性が重視される画像に対しては、γ特性がゆるやかな画像が得られるようなモード、いわゆるフォトモードを設けて選択させるものがある。また、その中間のモード（グラフィックモード）などがあってもよい。いずれを選択するかは操作パネルや印刷条件を設定するダイアログボックス等のユーザーインターフェース上でユーザーの意志により決定するように構成するものが多い。
さらに、用紙種類に応じてモードを選択するようにしたものがある。例えば、厚みのある転写材に対して、用紙搬送速度を落として定着時間を確保し、トナーの定着性を高め、転写電圧を上げて転写効率が落ちないようにするモードを設けるものがある。

画像の暗部の濃度、即ちトナー付着量は、暗部の潜像電位と現像電位との差、トナーの帯電量等に依存する。ここで、暗部の潜像電位は、帯電電位と露光強度に依存する。一方、画像の明部のカブリの少なさは、明部の潜像電位と現像電位との差、トナーの帯電量等に依存する。ここで、明部の潜像電位は帯電電位に依存する。また、文字や線画の再現性は、帯電電位と現像電位の差、即ちクリーニング電圧に関連する。

従来から、クリーニング電圧を最適に制御するものが知られている。例えば、単一の感光体上に各色のトナー画像を順次形成して重ね合わせた後に一括して転写する方式の多色画像形成装置については、画質が環境の変動や経時変化に対して安定させることを目的とし、潜像電位と現像バイアス電位との電位差を所定の値にするように帯電電位あるいは現像電位を制御する手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、その制御は前記方式の画像形成装置に特有のものであり、単色の画像形成装置や、各色に対して設けられた感光体上にトナー画像を個別に形成した後に転写材へ順次転写して重ね合わせる方式、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対してクリーニング電圧を制御するものは開示されていない。
各モードに応じてカブリの少ない画像あるいは線が細ることなく再現できる画像形成装置が望まれている。
特開平９−１０１６４１号公報

γ特性が立ったテキストモードでは、コントラストの高い画像を得、また、文字や線画の細りを生じさせないような条件で画像形成を行う。しかし、画像処理や露光階調特性の切り替えだけで、画質への要求をすべて満足させるには限界がある。そこで、露光階調特性、帯電電位、現像電位等を適宜設定することが行われる。特に、文字や線画の細りのない画質を実現するには、クリーニング電圧を適切に制御することが好ましい。

一方、γ特性がゆるやかなフォトモードでは、カブリやトーンギャップが抑制された画像が得られるような条件で画像形成を行う。しかし、やはり画像処理や露光階調特性の切り替えだけで、画質への要求をすべて満足させるには限界があるので、露光階調特性、帯電電位、現像電位等を適宜設定することが行われる。特に、明部のカブリや文字やトーンギャップが抑制された画像を実現するには、クリーニング電圧を適切に制御することが好ましい。特に、表面が平滑な転写材では、感光体上に付着したカブリトナーが転写材に転写されやすく、カブリが生じやすいので、クリーニング電圧を適切に制御することが好ましい。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、露光階調特性に応じて現像電位を制御することにより線の細りのない画像あるいはカブリの少ない画像が安定して得られる画像形成装置を提供するものである。

この発明は、像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、転写ステーションが配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成される画像形成装置であって、前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、バイアス電圧印加部のバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定部とを備え、前記バイアス電圧制御部は、帯電電位と現像電位との差が露光階調に応じた所定の電圧になるようにバイアス電圧を設定することを特徴とする画像形成装置を提供する。

この発明の画像形成装置は、前記バイアス電圧制御部が、帯電電位と現像電位との差が露光階調に応じた所定の電圧になるようにバイアス電圧を設定するので、階調特性に応じたクリーニング電圧を選択することができる。これにより、文字や線画を主体とするテキストモードでは、文字や線画の細りが少ない画像が得られるように小さなクリーニング電圧を設定し、一方、階調性を重視するフォトモードでは、明部のカブリが少なく滑らかな階調性を実現できるクリーニング電圧を設定することができる。

この発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、転写ステーションが配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成される画像形成装置であって、前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、バイアス電圧印加部のバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定部とを備え、前記バイアス電圧制御部は、帯電電位と現像電位との差が露光階調に応じた所定の電圧になるようにバイアス電圧を設定することを特徴とする。
ここで、像担持体は、円筒状のいわゆる感光体ドラムであってもよいが、これに限定されず、エンドレスベルト状の感光体シートであってもよい。あるいは、エンドレス状でない感光体シートであってもよい。帯電ステーションは、像担持体に接触する帯電ローラであってもよいが、これに限定されず、気中放電を利用するチャージャーであってもよい。また、帯電ローラの場合、電圧を印加して像担持体を帯電させることができるものであればその材質は特に限定されない。露光ステーションは、例えば、レーザビームを走査して像担持体表面を露光するものであってもよいが、これに限らず、例えば、ＬＥＤアレイなどの発光素子を用いたものや液晶シャッターを用いたものであってもよい。

また、現像ステーションは、二成分現像であってもよいが、これに限定されず、一成分現像であってもよい。現像バイアス電圧を印加して現像するものであれば、その方式は限定されない。転写ステーション材は例えば、転写ローラを用いることが好ましいが、特にローラに限定されず、例えば、ベルト状の転写部材であってもよい。また、転写電圧を印加してトナー像を転写材に転写させられるものであれば、その材質は特に限定されない。

前記画像形成装置は、単色の画像形成装置であってもよいが、多色の画像形成装置であて各色に対応する複数の像担持体上にトナー像を形成し、転写材に順次転写するものであってもよい。あるいは、単一の像担持体上に、一層のトナー像を形成して中間転写部材に転写し、これを色ごとに順次繰り返して中間転写部材上で重ね合わせた後に、転写材に一括転写するものであってもよい。

前記画像形成装置が、画像の階調特性に関する選択をおこなわせる画像モード選択部をさらに備え、前記露光階調選択部は、選択された画像モードに応じた露光階調を選択するように構成されてもよい。
また、前記画像形成装置が、転写材の種類に応じた画像形成条件を選択させる用紙種類選択部をさらに備え、前記バイアス電圧印加部が、前記帯電電位と前記現像電位の差が用紙種類に応じて補正された電圧になるように現像ステーションへ電圧を印加するようにしてもよい。このようにすれば、転写材の種類、とくにその表面性が通常の転写材と大きく異なる転写材に対してクリーニング電圧を適当な大きさに設定し、どの転写材に対してもカブリの少ない画質が得られるようにすることができる。

また、前記転写ステーションが、転写材を介して像担持体に当接する接触転写部を駆動する転写駆動部と、像担持体に対する接触転写部の当接部の速度が露光階調に応じた所定の速度になるように転写駆動部の駆動速度を設定する転写駆動制御部とを含むようにしてもよい。このようにすれば、接触転写部の当接部の像担持体の速度に対する相対速度と像担持体の速度の比である転写周速比を露光階調に応じて設定することにより、露光階調に応じて最適な転写効率を設定し、フォトモードより小さなクリーニング電圧が設定されるテキストモードでは、転写効率をフォトモードよりも低くするように転写周速比を設定してカブリを抑制することができる。
ここで、転写駆動部は、接触転写部材の表面を所定の速度で移動させるものであればよく、駆動源の種類や構造は特に限定されない。

また、異なる観点から、この発明は、像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、接触転写部が配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成されるように構成された画像形成装置を制御するためにコンピュータに実行させるプログラムであって、前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部とを備え、前記コンピュータを、帯電電位と現像電位との差を露光階調に応じた所定の電圧にするようなバイアス電圧を前記バイアス電圧印加部が現像ステーションへ印加するように設定するバイアス電圧設定部として機能させるプログラムを提供する。

以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明をさらに詳述する。
＜画像形成装置の第１の態様＞
本発明に係る画像形成装置の一態様について説明する。図３は、本実施の形態に係る画像形成装置１００の構成を示す説明図である。本画像形成装置１００は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色および単色の画像を形成するものである。そして、図３に示すように、露光ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，現像器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，帯電器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，クリーナユニット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，転写搬送ベルトユニット８，定着ユニット１２と、用紙搬送路Ｓ，給紙トレイ１０および排紙トレイ１５，３３等より構成されている。

なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、露光ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，現像器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，帯電器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，クリーナユニット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれの符号末尾の文字ａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに対応し４つの画像ステーションが構成されている。

以下、ブラック（Ｋ）を代表として説明する。感光体ドラム３ａは、本画像形成装置のほぼ中心部に配置（装着）されている。帯電器５ａは、感光体ドラムの表面を所定の電位に均一に帯電させるための、帯電手段であり接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほか図３に示すようにチャージャー型の帯電器が用いられる。露光ユニット１ａは、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドや、レーザ照射部および反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる。そして帯電された感光体ドラム３ａを入力される画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。現像器２ａは感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４ａは、現像・画像転写後における感光体ドラム上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。以上の構成は、イエロー、シアン、マゼンタについても同様である。

感光体ドラム３ａ〜３ｄの下方に配置されている転写搬送ベルトユニット８は、転写ベルト７，転写ベルト駆動ローラ７１，転写ベルトテンションローラ７３，転写ベルト従動ローラ７２，７４，転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、および転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。
転写ベルト駆動ローラ７１、転写ベルトテンションローラ７３、転写ローラ６、転写ベルト従動ローラ７２，７４等は、転写ベルト７を張架し、転写ベルト７を矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、それぞれ転写ベルトユニット８のハウジング７５の転写ローラ取付部７６に回転可能に支持されており、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのトナー像を、転写ベルト７上に吸着されて搬送されるシート（記録用紙）に転写するための転写バイアスを与えるものである。
転写ベルト７は、それぞれの感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに形成された各色のトナー像をシート（記録用紙）に順次的に重ねて転写することによって、カラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この転写ベルトは、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからシート（記録用紙）へのトナー像の転写は、転写ベルト７の裏側に接触している転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによって行われる。転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄには、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、記録紙（シート）に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施例では転写電極として転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを使用しているが、それ以外にブラシなども用いられる。

また、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの接触により転写ベルト７に付着したトナーは、記録紙の裏面を汚す原因となるために、転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収されるように設定されている。転写ベルトクリーニングユニット９には、転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する転写ベルト７は、裏側から転写ベルト従動ローラ７４で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、本画像形成装置１００の画像形成部の下側に設けられている。また、本画像形成装置１００の上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイであり、本画像形成装置の側部に設けられている排紙トレイ３３は、画像形成済みのシートをフェイスアップで載置するためのトレイである。

また、本画像形成装置１００には、給紙トレイ１０のシートを転写搬送ユニット８や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、Ｓの字形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１５および排紙トレイ３３までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１６，レジストローラ１４，定着部１２，搬送方向切換えガイド３４，シートを搬送する搬送ローラ２５等が配されている。

搬送ローラ２５は、シートの搬送を促進・補助するための、小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１６は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。
搬送方向切換えガイド３４は、側面カバー３５に回転可能に設けられており、実線で示す状態から破線で示す状態にすることにより搬送路Ｓの途中からシートを分離し排紙トレイ３３にシートを排出できるようになっている。実線で示す状態の場合には、シートは定着ユニット１２と側面カバー３５，搬送切換えガイド３４の間に形成される搬送部Ｓ´（用紙搬送路Ｓの一部）を通り上部の排紙トレイ１５に排出される。

また、レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートをいったん保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像をシートに良好に多重転写できるように、感光体ドラム３の回転にあわせて、シートをタイミングよく搬送する機能を有している。
すなわち、レジストローラ１４は、図示しないレジスト前検知スイッチの出力した検知信号に基づいて、各感光体ドラム３上のトナー像の先端をシートにおける画像形成範囲の先端に合わせるように、シートを搬送するように設定されている。

定着ユニット１２は、ヒートローラ３１，加圧ローラ３２，等を備えており、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２は、シートを挟んで回転するようになっている。
また、ヒートローラ３１は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ３３とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。
なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ２５…によって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

＜画像形成装置の第２の態様＞
図４は、図３の画像形成装置１００とは異なる形態の単色の画像形成装置において、感光体ドラム３の周囲に配置された電子写真プロセスの各部を模式的に示した説明図である。図３の画像形成装置と異なり、感光体の露光はレーザ発光素子４２を用いている。図４で、鎖線で囲まれた枠内はレーザ光学系を構成するレーザ走査ユニット１である。図４に示すように、半導体レーザ４２から発射されたレーザビームは、ビームを平行光にするための図示しないコリメータレンズ、シリンドリカルレンズを経て、回転するポリゴンミラー４４の多面体を構成する反射鏡に反射し、スキャンビームとなった後にｆΘレンズ４５、シリンドリカルミラー５５を経て感光体表面に照射される。そして、図示しない感光体駆動モータによって回転駆動される感光体ドラム３の表面上に、感光体の回転軸と平行な方向、即ち主走査方向に走査されたたレーザビームが照射される。

像担持体である感光体ドラム３の周囲には、感光体の表面を帯電させる帯電ステーションとしての帯電ローラ５と帯電ローラ５に帯電のための電圧を印加する帯電電源６１、レーザ光学系を経たレーザビームを感光体表面に照射して画像に対応した静電潜像を形成する露光ステーション、現像器２内に配置されて静電潜像の各像領域の電位に応じて感光体表面にトナーを付着させる現像ローラ２Ａから構成される現像ステーション、現像ローラにバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加部としての現像バイアス電源６２、静電潜像に送りタイミングを同期させて感光体ドラム３と同速度で搬送されるシート６０にトナーを転写させるための接触転写部材である転写ローラ６と転写ローラに転写電圧を印加する転写電源６３、転写後の感光体表面に光を照射して感光体の電気抵抗を下げ感光体表面の電荷を放電させる除電ランプ５９、感光体ドラム３の表面に接触するクリーニング部材によって表面に残留する未転写トナー等を除去するクリーナユニット４が配置されている。

また、転写部で感光体表面からのトナーが転写されたシート６０は、図示しない定着部で加熱されてシート上のトナーが溶融され、トナーがシート６０に定着された後に装置外へ排出される。

＜プロセス制御手段の構成＞
次に、図４の電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラム３の周囲に配置された電子写真プロセスの各部を制御するための各部の機能的な構成について説明する。ただし、図３の画像形成装置も、制御ブロックが、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれについて存在し、帯電ステーションと露光ステーションに使用する素子が異なるだけで、本願発明の適用は、当業者にとって明らかである。図５は、電子写真プロセスの各部の制御にかかる機能的なブロックの構成を示すブロック図である。図５に示すように、画像形成開始指示部８０は画像形成制御部８１に画像形成の指示を送るブロックである。画像形成開始指示部８０は、例えば、コピアの場合は操作パネルに設けられたコピースタートキーをユーザーが押下したことを検出するプログラムであってもよい。前記プログラムは、操作部の制御用ＣＰＵによって実行されてもよい。あるいは、ホストからの印字データを受信してプリントデータの印字を開始するプログラムであってもよい。

前記プログラムは、制御用ＣＰＵによって実行されてもよい。画像形成開始指示部８０から画像形成指示を受けた画像形成制御部８１は、画像形成に関係する各ブロック、例えば、画像データ処理部８３、ポリゴンミラー駆動回路８５、感光体駆動モータ制御部３７、帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３、除電ランプ５９、転写ローラ駆動モータ制御部３７などを制御して画像形成に係る電子写真プロセスを実行する。帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３、除電ランプ５９は、図４に対応する。また、画像形成制御部８１は、湿度検知部である湿度センサー６４によって湿度の程度を検知する。画像形成制御部８１は、画像形成装置を制御するためプログラムを制御用ＣＰＵが実行することによって実現されてもよい。

画像データ生成部８２は、コピーの場合はスキャナで読み取った画像データを処理して印字すべき画像データを生成するブロックである。プリンタの場合は、ホストから受信した印字データを展開して印字すべき画像データを生成するブロックである。画像データ処理部８３は、画像データ生成部８２で生成された画像データを処理してレーザ発光素子４２を発光させる信号として出力するブロックである。画像データ処理部８３は、画像の階調に対応してレーザ発光素子４２を発光させる強度を画像モードなどの条件に応じて決定する露光階調選択部としての機能を含む。レーザ駆動回路８４は、画像データ処理部８３からのデジタル表現のオン／オフおよび発光強度情報に応じて、レーザ発光素子４２を駆動する。レーザ駆動は、発光強度に応じて駆動電流、即ちレーザパワーを連続的に変化させてもよいが、時分割駆動を行って発光強度に応じたデューティー制御を行い、時間的平均のレーザパワーを制御してもよく、あるいは両者を組み合わせた駆動方式であってもよい。ポリゴンミラー駆動回路８５は、ポリゴンミラー駆動モータ４６を起動／停止させる。感光体駆動モータ制御部３７は、感光体駆動モータ５６の起動／停止および回転速度を制御する。

また、画像形成制御部８１は、帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３を制御して、それぞれ所定のタイミングでオン／オフすると共に、オン時において、選択された画像モード、経時変化に対する補正あるいは湿度に対する補正などから決定される大きさの電圧を出力させる。

さらに、画像形成制御部８１は、除電ランプ５９を所定のタイミングでオン／オフし、転写ローラ駆動モータ制御部３８は、転写ローラ駆動モータ１３の起動／停止および回転速度を制御する。

＜プロセス制御特性＞
図１は、この実施の形態における電子写真プロセスの静電潜像の電位および現像電位の関係の一例を模式的に示す説明図である。図１（ａ）は、０Ｖ即ち接地電位に対して、帯電ローラ５による感光体ドラム表面の帯電電位Vdcが-600Ｖであることを示している。ここで、帯電電位は帯電電源の出力電圧とほぼ等しい電圧である。

図１（ｂ）は、その表面が略均一に-600Ｖに帯電した感光体表面をレーザビームで走査し、画像の濃淡に応じた露光を行った後の、各階調に対する潜像電位の特性を示している。面積階調の技法を用いる場合は、潜像電位の二次分布の平均である。横方向の矢印は、潜像電位と画像の明暗との対応を示している。画像の最も明るい白地部分は、まったく露光されない。従って、白地部の潜像電位は、帯電電位に等しく、-600Ｖである。これに対して、画像の暗部は、最も強く露光されるので、接地電位近くまで電位が下がり、-50Ｖである。明部と暗部の中間の階調特性、いわゆるγ特性は、濃度をデジタルデータとして扱うために有限の階調からなり、画像データ処理部８３は、テキストモードやフォトモードなどの画質設定や経時変化、環境条件の変化に対する補正などに応じて各階調に対する露光強度を決定する。

図１（ｃ）は、テキストモード時の潜像電位に対する現像ステーションの現像電位の制御を示す。画像形成制御部８１は、選択された露光階調に応じたクリーニング電圧の値を格納したテーブルを保持している。例えば、テキストモード用の露光階調Ｇ１に対するクリーニング電圧Vcg1の値として-100Ｖを得る。クリーニング電圧が大きいと、カブリの点で有利であるが、あまり大きすぎると線が細くやせてしまうので、これらの要素を両立させるように選択された設定値が-100Ｖである。帯電電位Vdcが-600Ｖであるので、前記クリーニング電圧Vcg1を確保するように現像バイアス電圧Vdg1の値を-500Vとする。

また、図１（ｄ）は、フォトモード時の各階調に対する潜像電位の特性を示している。図１（ｄ）に示すように、フォトモードの階調性は、図１（ｂ）のテキストモードの階調性に比べてなだらかであり、コントラストよりも階調性を重視した特性に設定している。図１（ｅ）は、フォトモード用の潜像電位に対する現像ステーションの現像電位の制御を示す。画像形成制御部８１は、フォトモード用の露光階調Ｇ２に対するクリーニング電圧Vcg2の値として-150Ｖを得る。フォトモードでは、文字や線画のやせ細りよりも、明部のカブリが少なく、明部の階調性をより滑らかに再現することが重視されるので、これらの要素を満足させるように選択された設定値が-150Ｖである。そして、前記クリーニング電圧Vcg2を確保するように現像バイアス電圧Vdg2の値を-450Vとする。

また、図２は、テキストモードとフォトモードの中間的特性を有するグラフィックモードにおける電子写真プロセスの静電潜像の電位および現像電位の関係の一例を模式的に示す説明図である。また、異なる転写材の種類に対するクリーニング電圧の制御を示している。図２（ａ）は、グラフィックモード時の各階調に対する潜像電位の特性を示しており、図１（ｂ）のテキストモードの階調特性あるいは図１（ｄ）のフォトモードの階調特性に対応する。そして、図２（ｂ）は、グラフィックモード用の潜像電位に対する現像ステーションの現像電位の制御を示す。図２（ｂ）は、図１（ｃ）のテキストモードの階調特性あるいは図１（ｅ）のフォトモードの階調特性に対応する。画像形成制御部８１は、グラフィックモード用の露光階調Ｇ３に対するクリーニング電圧Vcg3の値として-150Ｖを得る。そして、前記クリーニング電圧Vcg3を確保するように現像バイアス電圧Vdg3の値を-450Vとする。
なお、テキストモード、グラフィックモード、フォトモードの選択は、操作パネルや印刷条件を設定するダイアログボックス等のユーザーインターフェース上でユーザーの操作により選択させるが、画像の種類を判別するような画像処理を画像形成装置が実行し、ユーザーの操作によらずにモードを選択するようにしてもよい。

図７は、図４の画像形成装置において、クリーニング電圧とカブリとの関係の一例を示すグラフである。図７の横軸は、帯電電位と現像電位の差であるクリーニング電圧であり、縦軸は、カブリの評価指標としてのΔＲであって、これは印刷前の印刷用紙表面の白色度Ｗ１、印刷語の印刷用紙の否トナー像領域表面の白色度Ｗ２とすると Ｒ＝Ｗ１−Ｗ２であり、目視識別の指標として１．０とした。
図７に示す特性では、ΔＲを１．０以下にするには、クリーニング電圧として１５０Ｖ以上を確保すればよい。

以上のように、画像のモードに応じたクリーニング電圧を設定することにより、文字や線画のやせ細りが少ない画像を得、あるいはカブリが少なく明部の階調性が滑らかな画像を得ることができる。濃度補正などにより帯電電位が変化した場合でも、モードに応じたクリーニング電圧を設定する。

さらに、図２（ｃ）は、用紙種類が光沢紙の場合のグラフィックモード時の各階調に対する潜像電位の特性を示しており、図２（ｄ）は、用紙種類が光沢紙の場合のグラフィックモード用の潜像電位に対する現像ステーションの現像電位の制御を示す。用紙種類の設定は、操作パネルや印刷条件を設定するダイアログボックス等のユーザーインターフェース上でユーザーの操作により決定される。あるいは、搬送された転写材の種類をセンサを用いて判別するような処理を画像形成装置が実行し、ユーザーの操作によらずにモードを選択するようにしてもよい。
光沢紙は、その表面に光沢を持たせるために樹脂コートがされており、通常の用紙とその表面性が大きく異なる。表面が粗い通常の用紙と比べて、感光体上のトナーが転写材に付着しやすく、カブリが生じやすい。このために、クリーニング電圧を大きくして感光体上のカブリを通常の転写材に比べて少なくし、印字出力にカブリが生じるのを抑制する。
なお、図２（ｃ）、（ｄ）は、グラフィックモードで光沢紙を通紙する場合の特性を示したが、テキストモード、フォトモードに対しても、グラフィックモードと同様にクリーニング電圧を大きくする補正を行う。

＜接触転写部材の移動速度と転写性＞
図６は、図４の画像形成装置において、転写周速比に対する転写効率の特性の一例を示すグラフである。ここで、転写周速比とは、感光体ドラム３表面の移動速度に対する転写ローラ６表面の相対速度と感光体ドラム３表面の移動速度との比である。転写周速比の値が０％の状態とは、感光体ドラム３表面の移動速度と転写ローラ６表面の移動速度が等しい状態である。図６の特性より、感光体ドラム３表面の移動速度と転写ローラ６表面の移動速度が等しい場合の転写効率ηは８７．５％程度であり、これよりも、両者の相対速度の差が大きい方が高い転写効率が得られる。しかし、転写周速比が２．０％以上になると、転写効率は頭打ち状態になり、転写周速比を大きくしても転写効率は上がらない。

転写周速比による画像濃度の変化は、次のような理由で生じるものと考えられる。感光体ドラム３表面に付着したトナーを転写材へ転写する際に転写材と感光体ドラムとの相対速度に差があると、トナーを擦り落とすような物理的作用が働き、これによって、トナーが転写材に転写しやすくなる。
しかし、転写周速比を大きくしすぎると、画像の線の内部にトナーが十分転写せず、エッジの部分だけにトナーが転写するいわゆる中抜け現象が生じるので、これらの弊害と転写効率との兼ね合いから適当な転写周速比が選択される。

この実施例では、テキストモードの場合に、フォトモードに比べて転写周速比を大きくし、転写効率を上げて文字や線画のやせ細りを低減する。
また、光沢紙の場合は、通常の転写材に比べて転写周速比を小さくし、転写効率を落として転写材上のカブリを低減するようにしている。

＜階調特性に応じた補正の数値例＞
前述のように、階調特性に応じてクリーニング電圧Vcおよび転写周速比を補正する場合の補正値の選択例を表１に示す。

表１に示すように、文字や線画のやせ細りを抑制するためにフォトモードやグラフィックモードのクリーニング電圧設定値の-150Ｖに比べてテキストモードのクリーニング電圧を50Ｖ小さい-100Ｖに設定している。一方、転写周速比は、フォトモードやグラフィックモードの1.0％の設定値よりも0.5％高い1.5％に設定し、転写効率を上げることによって文字や線画のやせ細りを抑制している。

＜感光体表面の移動速度に応じた補正の数値例＞
感光体表面の移動速度に応じてクリーニング電圧および転写周速比を補正する場合の補正値の選択例を表２に示す。

表２に示すように、通常の転写材を想定したモノクロモードやカラーモードのクリーニング電圧設定値の-150Ｖに比べて光沢紙のクリーニング電圧を50Ｖ大きい-200Ｖに設定している。これによって、光沢紙がカブリにくくしている。一方、転写周速比は、モノクロモードやカラーモードの1.0％の設定値よりも0.25％低い0.75％に設定し、転写効率を下げることによって転写効率を下げ、光沢紙がカブリにくくしている。

この発明の実施の形態における電子写真プロセスの静電潜像の電位および現像電位の関係の一例を模式的に示す説明図である。 テキストモードとフォトモードの中間的特性を有するグラフィックモードにおける電子写真プロセスの静電潜像の電位および現像電位の関係の一例を模式的に示す説明図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。 図３と異なる形態の単色の画像形成装置において、感光体ドラムの周囲に配置された電子写真プロセスの各部を模式的に示した説明図である。 図４に示す電子写真プロセスの各部の制御にかかる機能的なブロックの構成を示すブロック図である。 図４の画像形成装置において、転写周速比に対する転写効率の特性の一例を示すグラフである。 図４の画像形成装置において、クリーニング電圧とカブリとの関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ レーザ走査ユニット
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 露光ユニット
２Ａ 現像ローラ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 現像器
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 感光体ドラム
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ クリーナユニット
５ 帯電ローラ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 帯電器
６、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 転写ローラ
７ 転写ベルト
８ 転写搬送ベルトユニット
９ 転写ベルトクリーニングユニット
１０ 給紙トレイ
１２ 定着ユニット
１３ 転写ローラ駆動モータ
１４ レジストローラ
１５ 排紙トレイ
１６ ピックアップローラ
２５ 搬送ローラ
３１ ヒートローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 排紙トレイ
３４ 搬送方向切換えガイド
３５ 側面カバー
３６ エンコーダ
３７ 感光体駆動モータ制御部
３８ 転写ローラ駆動モータ制御部
４２ 半導体レーザ、レーザ発光素子
４４ ポリゴンミラー
４５ ｆΘレンズ
４６ ポリゴンミラー駆動モータ
５５ シリンドリカルミラー
５６ 感光体駆動モータ
５９ 除電ランプ
６０ シート
６１ 帯電電源
６２ 現像バイアス電源
６３ 転写電源
６４ 湿度センサー
７１ 転写ベルト駆動ローラ
７３ 転写ベルトテンションローラ
７２，７４ 転写ベルト従動ローラ
８０ 画像形成開始指示部
８１ 画像形成制御部
８２ 画像データ生成部
８３ 画像データ処理部
８４ レーザ駆動回路
８５ ポリゴンミラー駆動回路
１００ 画像形成装置
Ｓ 用紙搬送路

Claims (5)

1. 像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、転写ステーションが配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成される画像形成装置であって、
   前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、
   前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
   バイアス電圧印加部のバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定部とを備え、
   前記バイアス電圧制御部は、帯電電位と現像電位との差が露光階調に応じた所定の電圧になるようにバイアス電圧を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 画像の階調特性に関する選択をおこなわせる画像モード選択部をさらに備え、
   前記露光階調選択部は、選択された画像モードに応じた露光階調を選択する請求項１記載の画像形成装置。
3. 転写材の種類に応じた画像形成条件を選択させる用紙種類選択部をさらに備え、
   前記バイアス電圧印加部が、前記帯電電位と前記現像電位の差が用紙種類に応じて補正された電圧になるように現像ステーションへ電圧を印加する請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記転写ステーションが、
   転写材を介して像担持体に当接する接触転写部を駆動する転写駆動部と、
   像担持体に対する接触転写部の当接部の速度が露光階調に応じた所定の速度になるように転写駆動部の駆動速度を設定する転写駆動制御部とを含む請求項１記載の画像形成装置。
5. 像担持体の周囲に帯電ステーション、露光ステーション、現像ステーション、接触転写部が配置され像担持体表面が前記各ステーションを通過することにより画像が形成されるように構成された画像形成装置を制御するためにコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記画像形成装置が、出力すべき画像の階調に対応して露光ステーションによる露光階調を選択する露光階調選択部と、前記現像ステーションへバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部とを備え、
   前記コンピュータを、帯電電位と現像電位との差を露光階調に応じた所定の電圧にするようなバイアス電圧を前記バイアス電圧印加部が現像ステーションへ印加するように設定するバイアス電圧設定部として機能させるプログラム。

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