JP2009139561A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】従来知られた画像処理によってトナー像の濃度を補正すると、種々の画質劣化が生じてしまうため、画像形成装置の各部の駆動状態をコントロールすることにより、トナー像の濃度を補正する。普通紙およびコート紙に画像を形成するときのトナー重量と濃度との関係においては、同じ重量のトナーを用いた場合、コート紙の方がトナー像の濃度が高くなる。そこで、矢印R2で示したように、トナーの面積率100%における濃度を一致させるよう、コート紙の使用時のトナー重量をM1からM2に減じることによって、各記録用紙でのトナー像の濃度を一致させる。これを実現するために、露光量や、感光体ドラムの帯電電位、現像バイアスの電位、1次転写器に供給する1次転写電流等を、記録用紙の種別に応じて制御する。
【選択図】図5
Description
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、塗工層が設けられた記録媒体において発生しやすいトーンジャンプや細線の途切れなどの画質劣化を抑制することにある。
(1)装置構成
図1は、本発明の一実施形態である画像形成装置1の構成を示す図である。画像形成装置1は、テスト画像信号発生回路11と、選択器12と、画像読取部20と、画像入力装置30と、UI(User Interface)部40と、画像形成部50と、プロセスコントロール部60とを備える。
ユーザがUI部40を操作することによりトナー像を形成する記録用紙(記録媒体)の種別を指示すると、UI部40はこの記録用紙の種別を表す用紙種別信号をプロセスコントロール部60に出力する。
感光体ドラム501は、例えば導体基板上に電荷受容体としてOPC(Organic Photo Conductor:有機光導電体)からなる電荷発生層や電荷輸送層を含む2層ないし3層の光導電層が積層されることによって形成された像保持体である。感光体ドラム501は、図示せぬ駆動機構によってその中心軸を中心として図に示す矢印Aの方向(時計周り方向)へ回転させられる。帯電器502は、感光体ドラム501の表面を一様に帯電させる一次帯電用のスコロトロンであり、感光体ドラム501の表面を所定の帯電電位に帯電させる。電位センサ503は、矢印A方向に対して帯電器502の帯電位置よりも下流側、且つ、現像器505の現像位置よりも上流側の感光体ドラム501の表面電位を検知するセンサであり、検知した表面電位を示す表面電位信号をプロセスコントロール部60へ出力する。
D=−log(I/Io)・・・(1)
ただし、Ioは、トナー濃度センサ508が照射する検出光の光量であり、Iは、トナー濃度センサ508が受光する反射光の光量である。
2次転写器56は、画像形成エンジン52により各色のトナー像が重畳形成された中間転写ベルト55のベルト面と、給紙トレイ51から用紙搬送路600経由で搬送されてくる用紙とが、自身の転写位置に到達すると、主動ロールの作用によってトナー像を中間転写ベルト55から記録用紙へと転写する。定着器57は、記録用紙に転写されたトナー像を定着する。具体的には、定着器57は、内部に加熱源を持つ加熱ロールと加圧ロールの周面同士で用紙搬送路600を挟み込むことによって接触領域を形成している。2次転写器56によるトナー像の転写を経た記録用紙がこの転写位置へ移動させられると、定着器57は、加熱ロールによる加熱作用と加圧ロールによる加圧作用とによってトナー像を記録用紙に定着する。
以上が、画像形成部50の構成である。
プロセスコントロール部60は、ドットカウンタ601、パッチ信号生成部602、信号セレクタ603、電位制御コントローラ604、電位パラメータ決定部605、現像制御コントローラ606、転写制御コントローラ607および定着制御コントローラ608を備える。
現像時に現像器505から感光体ドラム501表面に移るトナーのトナー重量は、感光体ドラム501の表面電位と現像器505の現像バイアスとの電位差によって決まり、この電位差が小さいほど静電力が小さくなり、トナー重量は小さくなる。例えば、現像バイアスおよび帯電電位を一定にしたまま、露光量を小さくすると、露光された領域つまり静電潜像の領域の電位は大きくなるため、静電潜像と現像バイアスとの電位差が小さくなり、トナー重量も小さくなる。また、帯電電位と露光量を一定にしたまま、現像バイアスを小さくした場合にも、現像バイアスと静電潜像との電位差が小さくなり、トナー重量は小さくなる。また、露光量および現像バイアスを一定にしたまま帯電電位を大きくすると、これに応じて静電潜像の電位も高くなるため、静電潜像と現像バイアスとの電位差は小さくなり、トナー重量は小さくなる。このように、露光量、帯電電位および現像バイアスに応じて、感光体ドラム501上の現像像のトナー重量が変化する。電位制御コントローラ604は、目標とするトナー重量でトナー像を形成するよう、画像データに含まれる階調値と用紙種別信号とに応じた各制御パラメータに基づいて各部を駆動させることになる。これらの制御パラメータは、記録用紙の種別を表す識別情報に対応付けて電位制御コントローラ604の図示せぬメモリに予め記憶されている。
また、電位制御コントローラ604は、上述の露光量、帯電電位、現像バイアスの電位の実値と理想値との偏差が閾値以上になったタイミングで、信号セレクタ603へ画像選択信号を出力する。この偏差が大きくなる場合とは、レーザードライバ510、帯電器電源511および現像バイアス電源512の各部の駆動状態が理想とする場合と異なる場合ということになる。
以上のようにして、プロセスコントロール部60は、用紙種別や用紙の性質に応じた制御パラメータを画像形成部50に出力して、記録用紙に形成させるトナー像のトナー重量を制御する。
次に、図3は、普通紙およびコート紙の構造および現像時にこれらの記録用紙に重ねられるトナーからなる画像構造体を説明する図である。
図3(a)に示したように、普通紙にトナー像を形成した場合、画像構造体は、微細な糸状のパルプ繊維が膨大な数絡み合うことによって構成されている「繊維層」と、この繊維層にトナーが重ねられることによって構成されている「トナー層」とからなる。同図からも分かるように、「繊維層」においては、各パルプ繊維どうしの間には空隙が存在している。また、普通紙の記録面においては、このパルプ繊維が露出しており、表面粗さが非常に大きい。ここでの「表面粗さ」とは中心線平均粗さのことをいい、普通紙において、その大きさはおよそ10μm〜20μmである。
続いて、記録用紙の種別と、トナー像の濃度との関係について説明する。
図4は、普通紙とコート紙とのそれぞれに同じトナー像を形成した場合の、トナーの面積率と、そのトナー像の濃度との関係を実験的に求めたものを表したグラフである。以下、この関係を「階調特性」という。
図4に示したように、面積率0%〜100%のほぼ全域において、コート紙に形成されたトナー像の濃度(破線で図示)の方が、普通紙に形成されたトナー像の濃度(実線で図示)よりも高くなっていることが分かる。例えば面積率100%のそれぞれのトナー像の濃度に注目する。これらの記録用紙にトナー像を形成したときのトナーのトナー重量はほぼ一致しているにも関わらず、普通紙に形成されたトナー像の濃度(目標濃度)Dmax1がおよそ「1.75」であるのに対し、コート紙に形成されたトナー像の濃度Dmax2はおよそ「2.0」もあり、コート紙の方が濃度がおよそ「0.25」も高くなっていることが分かる。また、これらの記録用紙における階調特性を参照すると、普通紙においては、ほぼ線形的な階調特性を示している一方で、コート紙においては、トナーの面積率の増加に対して濃度が線形的に大きくなっているわけではない。具体的には、低濃度域においてトナーの面積率に対する濃度変化量が大きく、高濃度域においてトナーの面積率に対する濃度変化量が小さくなる傾向を示す。このように、記録用紙の種別によって階調特性が異なっていると、トナー像が形成される記録用紙によって、色再現性が異なってしまう。
図3(a)に示した画像構造体の普通紙に重ねられた「トナー層」を微視的に見ると、紙面の各位置に対して一様な量のトナーが転写されたにもかかわらず、そのトナー量の分布は各角位置によって大きく異なっている。これは、同図(a)に示したように、繊維層のパルプ繊維間の空隙にトナーが入り込んで、繊維層に吸収されたような状態になってしまうからである。従って、人間が視認できるトナーの量は少なくなってしまい、トナー像の濃度は低下した状態となる。また、トナー層の表面は、普通紙上にあるトナー量の分布の偏りにより、凸凹が生じており、平らでない。
この手法によれば、コート紙におけるトナーの面積率100%のトナー像の濃度Dmax2を、普通紙におけるトナーの面積率100%のトナー像の濃度(以下、「目標濃度」)Dmax1を目標として近づけるよう、階調特性を補正することができる。しかしながら、この画像処理による補正では、図4の矢印R1で示したように、普通紙において面積率100%で表される目標濃度Dmax1が、コート紙においては面積率50%程度で表現されることになる。これでは、それぞれの記録用紙でトナー像の濃度を一致させることができるものの、トナーの面積率が異なることにより、その質感が異なってしまう。例えば、普通紙では面積率100%のベタ画像で表される文字を意味するトナー像が、コート紙では列状や網点状等のなど中間調で表現されると、これを見たユーザは違和感を抱いてしまい、これが結果的に画質劣化となってしまうことになる。さらには、普通紙における面積率100%に相当する濃度の文字や細線を再現した場合には、トナー像の濃度は普通紙と一致するものの、文字や細線が途切れてしまう、という画像欠陥が生じてしまうこともある。
以上のように、従来の技術を採用して階調特性を一致させるよう補正すると、塗工層を有するコート紙において、画質が劣化したり、画像欠陥が生じてしまう。
上記のような画像欠陥や画質劣化を発生させないようにトナー像の濃度を補正するべく、画像形成装置1は、記録用紙の種別に応じた制御パラメータでプロセスコントロールを行って、トナー像を形成するときのトナー重量を制御する。
ここで、図5は、普通紙およびコート紙に形成される、面積率100%の画像(いわゆるベタ画像)を表す画像データに基づく画像形成時における、トナー重量の変化に対するトナー像の濃度の変化との関係を実験的に求めたものを表したグラフである。
図5に示したように、図示したトナー重量の範囲内で、普通紙およびコート紙に形成されたトナー像の濃度を比較すると、コート紙の方が普通紙よりも2割程度高くなっていることが分かる。従って、コート紙に形成されるトナー像のトナー重量を同図の特性に従って減じれば、コート紙と普通紙とにおける濃度の差異をほぼなくすことができ、それぞれの階調特性の差異も小さくすることができる。具体的には、図示したように、目標濃度Dmax1(=1.75)としてトナー像を形成する場合、普通紙に対するトナーのトナー重量を、M1≒4.8g/m2とすれば、面積率100%において目標濃度Dmax1となる。一方で、コート紙においては、矢印R2で示したように、トナー重量M2≒3.7g/m2に減じれば、面積率100%での濃度の目標濃度Dmax1に一致させることができる。
よって、画像形成時においては、選択器12が画像入力装置30から取得した画像信号を画像形成部50に出力する一方で、プロセスコントロール部60によってコート紙の使用が検知された場合には、普通紙の使用時よりもトナー重量を減じられるよう、各制御パラメータを決定してトナー像が形成されることになる。ただし、この場合、コート紙に形成される画像の濃度と、普通紙に形成される画像の濃度との差が小さくなるように、各制御パラメータが決定される。
図7から分かるように、特に明度L*が低いほど、トナー重量を減じたことによるトナー像の光沢度の低下が顕著である一方で、明度L*が高いほど光沢度の低下がほとんどない。このような現象により、トナー重量M2に減じてトナー像を形成した場合、低明度から高明度までのトナー像を形成した場合の、トナー像の光沢度の最大値と最小値との差分の大きさを表す「光沢度差」が小さくなる。具体的には、トナー重量をM1としたときの光沢度の最大値はおよそ「65」で、最小値はおよそ「35」であり、光沢度差はおよそ「30」である。一方、トナー重量M2に減じたときの光沢度の最大値はおよそ「48」で、最小値はおよそ「35」であり、光沢度差はおよそ「13」である。つまり、この例では、光沢度差が3分の1近くまで低減されたことになる。一般に、トナー像において、明度の変化に対する光沢度の変化量が小さい(すなわち、光沢度差が小さい)ほど、人間が画像を見た場合に違和感を抱きにくく、好ましい画像とされている。したがって、コート紙の使用時において、普通紙の使用時よりもトナー重量を減じることは、このような光沢度の観点からも、コート紙の使用時における画質を向上させることに寄与すると言うことができる。
これらに加えて、画像形成装置1は、トナー像を定着するときの省エネルギー化も実現できるという効果がある。具体的には、トナー重量を減じたときには、プロセスコントロール部60の定着制御コントローラ608は、用紙種別信号に応じてこれを特定し、そのトナー重量を減じた量に応じて、定着器57の定着速度、定着温度又は定着圧力を制御する。具体的には、トナー重量を減じた量が多いほど、つまりトナー像を形成するトナーのトナー重量が小さいほど、定着に必要な熱エネルギーは小さくて済むので、定着器57の定着速度を高速化させたり、定着温度を低下させたりすることができるし、定着圧力を小さくしてもよい。これにより、確実にトナー像を定着させることができる。
上記では、普通紙およびコート紙を例に挙げて説明したが、これ以外の種別の記録用紙で、画像形成装置1に制御パラメータが設定されていないものが使用される場合もある。最適なトナー重量は、前述したように、記録用紙の表面粗さ、厚み、色(白色度)、定着条件などの条件によって決まるものであるから、プロセスコントロール部60は、トナー像を形成する記録用紙の種別毎に制御パラメータを設定しておく必要がある。また、制御パラメータが設定されている普通紙やコート紙においても、ユーザの希望に応じて、トナーの面積率100%のときのトナー像の濃度を目標濃度Dmax1よりも高くしたり、低くしたりする場合もある。このような場合には、プロセスコントロール部60が用いる制御パラメータを追加したり、更新する必要がある。このような要望に応えるために、画像形成装置1は以下に説明する機能を備える。
例えばユーザがUI部40を用いて、給紙トレイ51cに収容されている、制御パラメータが設定されていない種別の記録用紙に対する制御パラメータの設定を指示すると、選択器12はテスト画像信号発生回路11からテスト画像信号を取得して画像形成部50に供給する。画像形成部50は、給紙トレイ51cに収容された記録用紙に、取得したテスト画像信号に応じた画像を形成させることになる。ここでは、図8において破線で囲まれたテスト画像T1〜T9が副走査方向に対して順次形成される。また、これらのテスト画像T1〜T9の形成時においては、画像形成部50は、それぞれのテスト画像の右側に説明しているようにして、露光量を段階的に変化させて静電潜像を形成する。このときの露光量は、普通紙にトナー像を形成するときの露光量を100%として、この露光量に対する光量を表している。
このようにすれば、制御パラメータが設定されていない、例えば厚紙や、OHP(OverHead Projector)シート等のプラスティックからなるシート状物を使用する場合や、目標濃度を様々に変更する場合にも最適な制御パラメータを設定し、目標する階調特性でトナー像を形成するようトナー像の濃度を補正することができる。
なお、上記実施形態を次のように変形してもよい。具体的には、例えば以下のような変形が挙げられる。これらの変形は、各々を適宜に組み合わせることも可能である。
上述した実施形態では、記録用紙の種別に応じて、プロセスコントロール部60は、露光量、帯電電位、現像バイアス及び転写電位のすべてについて制御パラメータを制御していたが、これらのうち少なくともいずれか1つを制御すれば、記録用紙に転写されるトナー重量を制御する(減じる)ことができる。各記録用紙にトナー像を形成する場合の、それぞれの階調特性の差異が小さくなるようにトナー重量を減じることができるのであれば、どの制御パラメータを制御してもよい。例えば、例えば1次転写電流のみを変化させても、この電流値に応じた量のトナーが中間転写ベルト55に転写されるから、記録用紙に重ねられるトナーのトナー重量を変化させることもできる。
ただし、トナー重量を制御するためには、上記の制御パラメータのうち露光量を制御することが最も効果的であるため、実施形態ではテスト画像の読取結果に応じて露光量を補正している。
また、画像読取部20は、RGB形式の画像信号を生成していたが、テスト画像T1〜T9の濃度を検出できればよいので、画像読取部20に代えて、トナー濃度センサ508と同等の構成の装置を採用してもよい。また、画像読取部20に変えてCIELAB色空間の測色値を求める測色器を採用してもよい。この場合、電位パラメータ決定部605は、CIELAB色空間からCMYK色空間に変換することになる。もちろん、トナーの色に対応する色空間に変換できるのであれば、これ以外の色空間でテスト画像の読取結果を表してもよい。
Claims (5)
- 像保持体を帯電させ、帯電した像保持体に対して画像データに応じた光を照射して静電潜像を形成し、色材を含む現像剤によって当該静電潜像を現像し、現像された像を記録媒体の記録面に転写して定着させる画像形成手段と、
前記像が転写される記録媒体が、その記録面に塗工層が設けられている記録媒体であるか又は当該塗工層が設けられていない記録媒体であるかを検知する検知手段と、
前記検知手段によって前記塗工層が設けられていると検知された前記記録媒体の記録面に対し画像データに応じた画像を形成する場合には、当該塗工層が設けられている記録面に形成される画像の濃度と、前記塗工層が設けられていない記録面に画像を形成するとした場合の当該画像の濃度との差が小さくなるように、前記塗工層が設けられている記録面に転写する前記色材の量を減じさせて前記画像形成手段に前記画像を形成させる制御手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記画像形成手段が前記像保持体の表面に照射する光の強度を小さくすることにより、前記塗工層が設けられている記録面に転写する前記色材の量を減じさせる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記画像形成手段が前記像保持体の表面を帯電させるときの帯電電位と現像剤によって静電潜像を現像するときの現像電位との電位差を小さくするよう、前記帯電電位および前記現像電位の少なくとも一方を制御することにより、前記塗工層が設けられている記録面に転写する前記色材の量を減じさせる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記画像形成手段が前記トナー像を前記記録面に転写させるときに用いる転写電流を小さくすることにより、前記塗工層が設けられている記録面に転写する前記色材の量を減じさせる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記画像形成手段が前記現像された像を前記記録面に定着させるときの定着温度、定着速度または定着圧力のうちの少なくともいずれかを、前記減じさせた色材の量に応じて制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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