JP2008158246A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーション動作を行う画像形成装置において、トナーニアエンドが検知されて以降の無駄なトナー消費を抑える。
【解決手段】画像形成装置は、画像形成部と、濃度検知部と、キャリブレーション部と、トナーニアエンド検知部と、トナーエンド部とを有する。画像形成部は、キャリブレーション動作に際してトナーを用いて第１パッチを形成し、濃度検知部は、第１パッチを含むトナー像の濃度を検知可能である。キャリブレーションン制御部は、濃度検知部により検知された第１パッチの濃度に基づいて、キャリブレーション動作を制御する。トナーニアエンド検知部は、トナーニアエンドを検知し、トナーニアエンドが検知された場合に、画像形成装置は、以降のキャリブレーション動作を停止するとともに、画像形成部は、第１パッチよりも濃度の小さい第２パッチを形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像形成装置、特に、所定のタイミングでキャリブレーション動作を行う画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置として、画像データのドットカウントを行ってトナー消費量を算出し、累積トナー消費量が所定量を超えた場合に、トナーニアエンド（トナー残量が僅か）を検知し、トナーニアエンドが検知されて以降は、トナー残量を把握するための特別な画像パターン（パッチ）を形成して、パッチの濃度を光学式センサによって検知し、パッチの濃度が所定値以下になった場合にトナーエンド（トナー残量なし）と判断するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

又、別の従来の画像形成装置として、トナーニアエンドを磁気センサによって検知することで無駄なトナー消費を抑えるとともに、トナーニアエンドが検知されて以降に、光学式センサに切り替えてパッチの濃度を検知することにより、トナーエンド検知を行う画像形成装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−３２４５６９号公報 特開２０００−１３７３７７号公報 特開２００５−１０７０４７号公報 特開２０００−２７８５４３号公報

特許文献１及び２の画像形成装置では、トナーニアエンドが検知されて以降は、トナー残量が少ないためにトナーが十分に補給されない。このため、トナーニアエンド以降も通常の濃度のパッチが繰り返し形成されることにより、現像ローラへのトナー供給が追いつかなくなる場合がある。

ところで、従来より、濃度補正や色味補正を行うためのキャリブレーション動作を行う画像形成装置が知られている（例えば、特許文献３及び４参照）。この種の画像形成装置では、所定のタイミングで濃度補正等のためのパッチが形成され、このパッチの濃度に基づいて濃度、色味等の補正を行うことにより、画質を適切に維持するようにしている。

本発明の目的は、キャリブレーション動作を行う画像形成装置において、トナーニアエンドが検知されて以降の無駄なトナー消費を抑えることにある。

請求項１に記載の画像形成装置は、所定のタイミングでキャリブレーション動作を行う画像形成装置であって、画像形成手段と、濃度検知手段と、キャリブレーション手段と、トナーニアエンド検知手段と、トナーエンド手段とを備えている。画像形成手段は、キャリブレーション動作に際してトナーを用いて第１パッチを形成する。濃度検知手段は、第１パッチを含むトナー像の濃度を検知可能である。キャリブレーションン制御手段は、濃度検知手段により検知された第１パッチの濃度に基づいて、キャリブレーション動作を制御する。トナーニアエンド検知手段は、トナーニアエンドを検知する。トナーエンド検知手段は、トナーエンドを検知する。そして、トナーニアエンドが検知された場合に、画像形成装置は、以降のキャリブレーション動作を停止するとともに、画像形成手段は、第１パッチよりも濃度の小さい第２パッチを形成する。トナーエンド検知手段は、濃度検知手段により検知された第２パッチの濃度に基づいてトナーエンドを検知する。

この画像形成装置では、トナーニアエンドが検知されるまでは、第１パッチを形成してその濃度を検知し、その濃度に基づいて濃度補正、色味補正等のキャリブレーション動作が行われる。そして、トナーニアエンドが検知されると、以降のキャリブレーション動作は停止されるとともに、第２パッチを用いてトナーエンド検知がされる。

ここでは、トナーニアエンドが検知されて以降はキャリブレーション動作が行われないので、トナー消費量が抑えられ、トナーニアエンドからトナーエンドまでに印刷可能な補償枚数の間は濃度の良好な画像を得ることができる。

また、トナーエンド検知は、第１パッチよりも濃度の小さい第２パッチを用いて行われるので、トナー消費量を抑えつつ正確なトナーエンドの検知が可能である。

請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１の装置において、画像形成手段は、非画像形成時に第２パッチを形成する。

この画像形成装置では、第２パッチ画像の形成は、パッチ以外の画像を形成する通常画像形成動作を行っている時間以外の非画像形成時に行われるので、生産性が落ちるのを回避でき、また、トナー残量をリアルタイムで把握できる。非画像形成時としては、例えば、連続印刷における、各頁についての印刷動作の合間（以下、紙間ともいう）などが挙げられる。

請求項３に記載の画像形成装置は、請求項１又は２の装置において、トナーニアエンドが検知された後であっても、トナーエンドが検知されるまでに画像形成装置の電源がオフされた後にオンされた場合は、キャリブレーション動作の停止を解除してキャリブレーション動作を行う。

トナーニアエンドが検知されてからトナーエンドに至るまでに電源のオン・オフがされた場合は、起動時にキャリブレーション動作を行うのが好ましい。そこで、この画像形成装置では、電源オン時に限って、停止したキャリブレーション動作を行うようにしている。

請求項４に記載の画像形成装置は、請求項１〜３のいずれかの装置において、画像形成手段は、タッチダウン現像方式を採用したものである。

タッチダウン現像方式を採用した画像形成装置では、画像形成動作の際に、現像ローラに隣接して配置された磁気ローラ上に磁気ブラシが形成され、トナーのみが現像ローラに移行し、現像ローラ上のトナーによって静電潜像が顕像化される。この種の画像形成装置では、特に、通常の画像形成ができる程度のトナー濃度があるにも関わらず、ゴースト画像が生じたり、トナーエンドを誤検知したりする不都合が顕著に発生する。

しかし、請求項４の画像形成装置では、キャリブレーション動作により適正な濃度補正、色味補正を行った後、現像ローラ上のトナー層厚の変化、トナー残量を第２パッチにより検知するため、ゴースト画像の発生やトナーエンドの誤検知を抑制することができる。

請求項５に記載の画像形成装置は、請求項１〜４のいずれかの装置において、タンデム型カラープリンタである。

本発明によれば、トナーニアエンドが検知されて以降はキャリブレーション動作が行われないので、トナー消費量が抑えられ、トナーニアエンドからトナーエンドまでに印刷可能な補償枚数の間は濃度の良好な画像を得ることができる。

また、トナーエンド検知は、第１パッチよりも濃度の小さい第２パッチを用いて行われるので、トナー消費量を抑えつつ正確なトナーエンドの検知が可能である。

＜画像形成装置の構成＞
図１に、本発明の一実施形態が採用されたタンデム型カラープリンタ１１を示す。

プリンタ１１は、画像形成部４（画像形成手段）と、定着装置５９と、濃度センサ５５（濃度検知手段）と、制御部３０（図３参照）とを備えている。プリンタ１１は、外部のＰＣなどに接続され、画像データを送受信可能である。

画像形成部４は、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色に対応する感光体ドラム３Ａ〜３Ｄ、帯電器５６Ａ〜５６Ｄ、露光装置５７Ａ〜５７Ｄ、現像装置５１Ａ〜５１Ｄ、トナーコンテナ５０Ａ〜５０Ｄ及び転写装置５８Ａ〜５８Ｄと、中間転写ベルト５４とを有している。なお、中間転写ベルト５４を除く画像形成部４の各部の参照符号末尾のアルファベットＡ〜Ｄはそれぞれ、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色に対応するものであることを示す。また、以下の説明で、アルファベットＡ〜Ｄが各部の参照符号から省略されている場合は、各色の各部に共通するものとする。

感光体ドラム３は、画像形成動作に伴って回転し、表面に静電潜像が形成される。

帯電器５６は、感光体ドラム３の表面を一様に帯電させるためのものである。

露光装置５７は、外部のＰＣから送信された画像データ等に基づいて、帯電器５６により帯電された感光体ドラム３に対し露光して、静電潜像を形成する。

現像装置５１は、感光体ドラム３表面にトナーを供給して、静電潜像を顕像化させるためのものであり、ここでは、タッチダウン現像方式を採用したものが用いられている。この現像装置５１は、図２に示すように、ケーシング１２と、ケーシング１２内に配置された現像ローラ２、磁気ローラ１、穂切りブレード９、パドルミキサー２２、撹拌ミキサー２３、仕切板２６及びトナーセンサ２５とを有する。

ケーシング１２内には、トナー及びキャリアからなる現像剤が収容されている。ケーシング１２には、現像ローラ２を一部露出して配置するための開口が設けられている。

現像ローラ２は、感光体ドラム３から所定距離離れて配置されている。現像ローラ２は、直流電源７ａ及び交流電源７ｂと直列に接続されており、直流に交流が重畳されたバイアスが印加される。現像ローラ２は、画像形成時に、磁気ローラ１表面に形成された磁気ブラシが接触し、両ローラ２，１のバイアス差｜ＤＣ７ａ−ＤＣ８｜によりトナーが供給され、表面にトナー薄層が形成され、トナーを感光体ドラム３に飛翔させる。現像されずに現像ローラ２上に残ったトナーは、磁気ローラ１上の磁気ブラシが現像ローラ２上のトナー層に接触し、両ローラ２，１の周速差によるブラシ効果とパドルミキサー２２による磁気ブラシの撹拌により、掻き取りブレードなどの特別な装置が設けられていなくても回収及び入れ替えが行われる。

現像ローラ２には、具体的な現像バイアスとして、通常画像形成時の場合は、例えば、Ｖｄｃ＝２００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％が印加される。

磁気ローラ１は、現像ローラ２から所定距離離れて配置されている。磁気ローラ１は、複数の磁極を有する固定磁石（図示せず）と、固定磁石の外周を囲むよう配置され、回転自在な非磁性金属材料からなる円筒状のスリーブ（図示せず）とを有している。磁気ローラ１は、直流電源８と接続されており、画像形成時に、スリーブの表面には磁気ブラシが形成される。

磁気ローラ１には、具体的な現像バイアスとして、通常画像形成時の場合は、例えば、Ｖｄｃ＝４００Ｖ、Ｖｐｐ＝３００Ｖ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％が印加される。なお、現像ローラ２及び磁気ローラ１に対する印加バイアスは、最適な画像濃度が得られるよう、キャリブレーション動作の結果に基づいて適宜調節される。

穂切りブレード９は、磁気ローラ１上に一定の層厚の磁気ブラシを形成するためのものである。

パドルミキサー２２、仕切板２６及び撹拌ミキサー２３は、トナー及びキャリアを撹拌しながら、仕切板２６の軸方向両側の仕切がない部分を介して循環搬送するためのものである。

トナーセンサ２５は、透磁率センサであり、現像剤中のトナー濃度を検知する。

トナーコンテナ５０は、内部にトナーが収容され、現像装置５１の上部に着脱自在に装着される。トナーセンサ２５によって、トナー濃度が所定量以下になったことが検知されると、トナーコンテナ５０内から現像装置５１内にトナーが補給される。

転写装置５８は、感光体ドラム３表面に形成されたトナー像を記録紙上又は中間転写ベルト５４上に転写することができる。転写装置５８は、図示しない電源と接続され、画像形成時に、感光体ドラム３の表面電位と逆極性の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト５４は、無端ベルトで構成され、画像形成時に、図２において反時計回りに循環駆動することで、用紙又は表面に形成されたトナー像を担持して搬送可能である。

以上の画像形成部４は、後述するキャリブレーション動作に際して、所定印字枚数ごとに、図４に示すような基準パッチ４０（第１パッチ）を形成する。この基準パッチ４０は、濃度を搬送方向に段階的に異ならせた複数の領域で構成される。また、画像形成部は、トナーニアエンドが検知されて以降は、図５に示すような基準パッチ４０よりも濃度の小さいハーフトーン画像４１（第２パッチ）を基準パッチ４０に代えて形成する。このハーフトーン画像４１は、マクベス反射濃度計により測定したベタ画像の濃度より小さければ良く、ここでは、１．０以下、好ましくは０．８以下のものが用いられる。また、ハーフトーン画像４１は、ここでは、紙間、すなわち、連続印刷の場合の各頁の印刷動作の合間に感光体ドラム３に形成され、中間転写ベルト５４上に転写される。また、ハーフトーン画像、基準パッチ４０を形成すべきタイミングで形成されるが、このタイミングは適宜変更可能である。

定着装置５９は、用紙上に転写されたトナー像を溶融定着させるための装置であり、内部にヒータを内蔵する加熱ローラ及び加圧ローラを有している。

濃度センサ５５は、反射型の光学式センサで構成されている。濃度センサ５５は、中間転写ベルト５４及び用紙上に転写されたトナー像の濃度を検知することができる。

制御部３０（キャリブレーション制御手段、トナーニアエンド検知手段、トナーエンド検知手段）は、ＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成され、図３に示すように、画像形成部４、濃度センサ５５等の各部に接続されている。制御部３０は、ＣＰＵがメモリ内に格納された所定のプログラムを実行することにより、各部の制御を行うほか、キャリブレーション制御部３１、トナーニアエンド検知部３２、及びトナーエンド検知部３３として機能する。

キャリブレーション制御部３１は、濃度センサ５５により検知された基準パッチ４０の濃度に基づいて、キャリブレーション動作を制御する。キャリブレーション動作は、基準パッチ４０を用いて、図６に示す手順（後述）に従って行われる。キャリブレーション動作は、所定の印字枚数ごとに及びプリンタ１１の電源が投入されたときに行われる。なお、プリンタ１１は、トナーニアエンド検知部３２によりトナーニアエンドと判断された場合、トナーエンドに至るまでは、以降のキャリブレーション動作を停止するが、トナーエンドに至るまでに電源がオフされ、その後再度電源が投入された場合に限って、キャリブレーション動作の停止を解除してキャリブレーション動作を行う。

トナーニアエンド検知部３２は、画像データのドット数をカウントし、ドット数が所定値以下になるとトナーニアエンドと判断する。

トナーエンド検知部３３は、トナーニアエンドが検知された後は、電源投入時を除いて、トナーエンドが検知されるまで、以下の状態となった場合にトナーエンドと判断する。すなわち、トナーニアエンドが検知されてから最初に行った印刷動作において、ドット数が所定値を超えた場合、印字枚数が補償枚数を超えた場合、及び、濃度センサ５５により検知されたハーフトーン画像４１の濃度が所定の濃度以下となった場合に、トナーエンドと判断する。

また、制御部３０は、キャリブレーション動作停止後であっても、ハーフトーン画像４１を用いても現像バイアス等の調節をすることができるため、キャリブレーション動作に基づいて調節した場合ほど正確な調節ができないにしても、トナーエンドまでの補償枚数間良好な画像を得ることができる。

プリンタ１１は、以上の各部に加え、表示部（図示せず）、３つの給紙カセット５３を含む給紙部、定着装置５９を通った用紙を排出するための排出部等をさらに備えている。

表示部には、印刷動作に関する種々の情報が表示されるとともに、トナーエンドが検知された場合に、トナーコンテナ５０の交換を促すメッセージが表示される。

＜画像形成装置の動作＞
次に、プリンタ１１の動作について説明する。

このプリンタ１１に電源が投入されると、定着装置５９のヒータの加熱や、各種ソフトウェアの読み出し、パラメータの初期化などの初期動作が行われる。そして、初期動作が終わると、キャリブレーション動作が行われる。

キャリブレーション動作では、図６に示すように、まず、画像形成部４により中間転写ベルト５４上に基準パッチ４０が形成される（Ｓ１）。ベルト５４上の基準パッチ４０は、濃度センサ５５により、基準パッチ４０の各領域の濃度が検知され（Ｓ２）、各濃度は、それぞれの領域の目標値である目標画像濃度と比較される（Ｓ３）。次いで、検知された基準パッチ４０の濃度が目標画像濃度に一致するように入力画像信号を補正するための階調補正カーブが作成される（Ｓ４）。これにより、以降の画像形成動作において、このような階調補正カーブに基づいて、入力画像信号を補正してから出力することで、所望の濃度の画像が得られる。

キャリブレーション動作が終了し、外部のＰＣ等から画像データを伴う印刷ジョブを取得すると、これに基づいて通常画像形成動作が行われる（Ｓ１１）。このとき、制御部３０により画像データのドットカウントが行われ、ドット数が所定値以下となるまでの間は、所定枚数の印刷動作が行われるごとにキャリブレーション動作が行われる（Ｓ１２のＮｏ→Ｓ１３）。一方、ドット数が所定値以下となりトナーニアエンドと判断された場合は（Ｓ１２のＹｅｓ）、次回の画像形成動作（Ｓ１４）終了時に行われるキャリブレーション動作が停止され（Ｓ１５）、ステップＳ１４の画像形成動作でカウントされたドット数がが所定値を超えた場合（Ｓ１６のＮｏ）、若しくは、印字枚数が所定枚数を超えた場合は（Ｓ１７のＮｏ）、トナーエンドと判断され（Ｓ２０）、表示部にトナーコンテナ５０の交換を促すメッセージが表示される（Ｓ２１）。

一方、ステップＳ１４の画像形成動作でカウントされたドット数が所定値以内であって（Ｓ１６のＹｅｓ）、かつ、印字枚数が所定枚数以内であった場合は（Ｓ１７のＹｅｓ）、キャリブレーション動作を行うべきタイミングと同じタイミングで、基準パッチ４０に代えてハーフトーン画像４１が形成される（Ｓ１８）。このハーフトーン画像４１の濃度が所定値以下となるまでの間は、外部から画像データを受け付けた場合は画像形成動作が行われる（Ｓ１９のＹｅｓ→Ｓ１４）。一方、ハーフトーン画像４１の濃度が所定値以下となった場合は（Ｓ１９のＮｏ）、トナーエンドと判断される（Ｓ２０）、トナーコンテナの交換が促される（Ｓ２１）。

そして、トナーコンテナ５０が交換されると、トナーニアエンドの検知のために累積されたドット数がクリアされるとともに、キャリブレーション動作の停止が解除され、停止前と同様に所定印字枚数ごとに行われる。

このように構成されたプリンタ１１によれば、トナーニアエンドが検知されて以降はキャリブレーション動作が停止するので、トナー消費量を抑えて、補償枚数の間は濃度の良好な画像を得ることができる。また、トナーニアエンド検知以降は、基準パッチ４０よりも濃度の小さいハーフトーン画像４１によってトナーエンド検知されるので、トナー消費量を抑えつつ正確なトナーエンドの検知が可能となる。これにより、トナーコンテナ５０を適切な時期に交換し、現像装置５１にトナーを補給することができる。

また、ハーフトーン画像４１の形成は、紙間に行われるので、特に連続印刷時において、生産性が落ちるのを回避でき、トナー残量をリアルタイムで把握できる。

＜他の実施形態＞
（ａ）第２パッチは、中間転写ベルト上に限らず、感光体ドラムや、記録紙上に形成されても良い。前者の場合は、濃度センサは、感光体ドラム近傍であって現像装置と転写装置との間に配置される。後者の場合は、上記の濃度センサ５５と同様の位置に配置され、用紙の搬送タイミングに合わせて、第２パッチの形成が行われる。

（ｂ）画像形成装置は、トナーコンテナを備えず、それ自体が交換可能な現像装置を備えたものであってもよい。この場合において、現像剤の劣化度合い（現像性能）を判断するために、現像バイアスを固定して、第３のパッチとして特別の画像パターンを形成し、このパッチの濃度を検知することで現像性能を検知する動作を行うようにしても良い。

この第３のパッチを形成する際の現像バイアスとしては、例えば、現像ローラには、Ｖｄｃ＝２００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％が印加され、磁気ローラには、Ｖｄｃ＝３５０Ｖ、Ｖｐｐ＝３００Ｖ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％が印加される。

このような現像性能検知動作は、キャリブレーション動作と併用して行われるのが好ましいが、ニアエンド検知されてからトナーエンドまでの間は、キャリブレーション動作と共に停止されることで、より多くのトナー消費量を抑えることができる。

（ｃ）第２パッチは、紙間に限らず、他のタイミングで形成されてもよい。

（ｄ）画像形成装置は、現像剤として一成分現像剤を用いるものであっても良い。また、画像形成装置は、タンデムカラー機に限定されず、さらに、複写機、複合機等であってもよい。

本発明の一実施形態が採用された画像形成装置を示す縦断面図。 前記画像形成装置の現像装置を示す縦断面図。 前記画像形成装置の制御部を示すブロック図。 基準パッチを示す平面図。 ハーフトーン画像を示す平面図。 キャリブレーション動作を説明するためのフローチャート。 前記画像形成装置の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ タンデム型カラープリンタ（画像形成装置）
４ 画像形成部（画像形成手段）
５５ 濃度センサ（濃度検知手段）
３１ キャリブレーション制御部（キャリブレーション制御手段）
３２ トナーニアエンド検知部（トナーニアエンド検知手段）
３３ トナーエンド検知部（トナーエンド検知手段）
４０ 基準パッチ（第１パッチ）
４１ ハーフトーン画像（第２パッチ）
５１Ａ〜５１Ｄ 現像装置

Claims (5)

1. 所定のタイミングでキャリブレーション動作を行う画像形成装置であって、
   前記キャリブレーション動作に際してトナーを用いて第１パッチを形成する画像形成手段と、
   前記第１パッチを含むトナー像の濃度を検知可能な濃度検知手段と、
   前記濃度検知手段により検知された前記第１パッチの濃度に基づいて、前記キャリブレーション動作を制御するキャリブレーション制御手段と、
   トナーニアエンドを検知するトナーニアエンド検知手段と、
   トナーエンドを検知するトナーエンド検知手段とを備え、
   前記トナーニアエンドが検知された場合に、前記画像形成装置は、以降の前記キャリブレーション動作を停止するとともに、前記画像形成手段は、前記第１パッチよりも濃度の小さい第２パッチを形成し、
   前記トナーエンド検知手段は、前記濃度検知手段により検知された第２パッチの濃度に基づいてトナーエンドを検知する、
   画像形成装置。
2. 前記画像形成手段は、非画像形成時に前記第２パッチを形成する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナーニアエンドが検知された後であっても、トナーエンドが検知されるまでに前記画像形成装置の電源がオフされた後にオンされた場合は、前記キャリブレーション動作の停止を解除して前記キャリブレーション動作を行う、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成手段は、タッチダウン現像方式を採用したものである、請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. タンデム型カラープリンタである、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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