JP2010139857A - 画像形成装置およびトナー付着量制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制するとともに、狙い通りにトナー付着量を設定すること。
【解決手段】像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置1において、トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像TPSを像担持体41上に形成するテスト画像形成手段124と、テスト用の線画像を検出する検出センサ47と、検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段112と、検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、線画像の線幅を検出する線幅検出手段113と、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件GJを設定するトナー付着量制御手段121とを有する。
【選択図】 図4
【解決手段】像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置1において、トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像TPSを像担持体41上に形成するテスト画像形成手段124と、テスト用の線画像を検出する検出センサ47と、検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段112と、検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、線画像の線幅を検出する線幅検出手段113と、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件GJを設定するトナー付着量制御手段121とを有する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置およびトナー付着量制御方法に関する。
従来より、電子写真方式、静電記録方式、イオノグラフィー、または磁気記録方式(これらを含めて「電子写真方式」という)などにより画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機またはMFP(Multi Function Peripherals)と呼称される多機能機などの画像形成装置が用いられている。画像形成装置では、例えば、感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルトなどの中間転写体に一次転写し、それをさらに記録紙に二次転写し、これを定着することにより、モノクロまたはカラーの画像形成を行う。
このような画像形成装置では、例えば、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)の4色のイメージングユニット(静電記録ユニット)が、中間転写ベルトの走行方向に沿ってタンデム形式で配置される。4色のイメージングユニットにおいては、それぞれ、画像データに基づいて感光体ドラムを光学的に走査して潜像を形成し、その潜像を現像器のカラートナーによって現像してトナー像とした後、トナー像を中間転写ベルトに転写する。中間転写ベルト上に重ね合わされたトナー像は、一定速度で搬送される記録紙上に転写される。記録紙は、最終的に定着器に通され、そこで加熱されトナー像が定着されカラー画像となる。
このような画像形成装置においては、各色のトナーの付着量およびトナー像の位置が、各イメージングユニットにおける使用頻度または使用環境などによってばらつく。そこで、高品質のカラー画像を得るために、画像形成装置内の環境変化や各イメージングユニットの使用頻度に応じて、画像調整およびレジスト調整(以下、「画像安定化処理」または「画像安定化制御」という)を行い、画像形成プロセスが最適な状態となるように維持する。
画像安定化制御では、例えば、中間転写ベルト上にトナーマーク(パッチ画像)を形成し、そのトナーマークを光学センサによって読み取る。光学センサによる検出信号に基づいて、現像バイアス電圧や露光装置を構成するLEDやLDなどへの駆動信号の強度または出力タイミングなどを調整し、4色のトナー像の濃度が適正となるよう、また互いの位置ずれがなくなるよう調整を行う。
なお、画像安定化制御は、電源の投入時、環境条件が変化したとき、カバーの開閉時などにおいて行われる。
図18は従来の光学センサSEjの構造を示す図、図19は従来の光学センサSEjの感度特性を示す図である。
図18において、光学センサSEjは、光源である1つのLEDランプ181、および受光素子である2つのフォトダイオード182a,182bを備える。LEDランプ181は、直径が5mm程度のスポット光SKをトナーマークTMに向かって照射し、フォトダイオード182a,182bはトナーマークTMによる反射光HKを受光する。一方のフォトダイオード182aは正反射光HKSを受光し、他方のフォトダイオード182bは乱反射光HKRを受光する。フォトダイオード182a,182bの前方に配置された偏光ビームスプリッター183は、反射光HKを正反射光HKSと乱反射光HKRとに分解する。
このように、光学センサSEjが2つの受光部を備える理由は、トナーマークTMがべたパターンでありしたがって濃度が高いため反射光量が少ない場合であっても、十分な感度が得られるようにし、狙いのトナー付着量またはトナー濃度の近辺を精度よく検出するためである。
なお、スポット光SKの直径を5mm程度としたが、これ以外の大きさ、例えば、直径を1mm程度、2mm程度であってもよい。
図19において、正反射光HKSを受光するフォトダイオード182aの感度が、トナー付着量(またはトナー濃度)が増加するにしたがって低下する傾向が示されており、狙いのトナー付着量の近辺では感度が低いことが分かる。したがって、正反射光HKSのみを検出した場合には、適正なべた付着量に設定できる可能性が低い。これに対し、乱反射光HKRを受光するフォトダイオード182bの感度は、トナー付着量にかかわらずほぼ一定であることが分かる。
そこで、光学センサSEjでは、正反射光HKSの受光出力と乱反射光HKRの受光出力とを合成し、例えばその差の出力HKGを用いることにより、狙いのトナー付着量の近辺での感度を確保している。
しかし、光学センサSEjにおいて受光部を2つ備えることはコストアップにつながる。そこで、正反射光HKSのみでトナー付着量制御を行なう方法も実施されている。それによると、所望の感度が確保できるトナー付着量において検出を行い、外挿によって狙いのトナー付着量を達成する制御因子を設定する。しかし、この方法では、前提条件として、制御因子とトナー付着量との関係が予め分かっている必要がある。したがって、現像剤の機能性が耐久および環境などで大きく変化する場合には、狙い通りにトナー付着量を設定することが困難である。
また、トナーマークTMとして、べたパターンの検出を行うのではなく、ラダーパターンのように隙間があるパターンの検出を行うことにより、受光部が1つの光学センサを用いた場合でも所望の感度を確保できるようにする方法が提案されている(特許文献1〜2)。
特開2007−310015
特開2001−80113
しかし、上に述べた特許文献1に開示された方法では、ライン面積率が異なる複数のテストパッチよりなるテストパターン像を形成するので、形成するテストパターン像が多くなり、そのため、画像安定化制御のために時間を要し、またトナーの消費量が増えるという課題がある。
また、上に述べた特許文献2に開示された方法では、感光体上に横ライン集合体パターンを形成し、これをフォトセンサで検出する。反射濃度が高い場合は線が細いと判断し、レーザ出力を上げて線を太らせるように制御し、反射濃度が低い場合は線が太いと判断し、レーザ出力を下げて線を細らせるように制御する。しかし、この方法では、線の集合体の反射濃度を検出するものであるから、地肌の濃度の影響を受けて検出精度が低下し、その結果、狙い通りにトナー付着量を設定することが困難となる可能性がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制するとともに、狙い通りにトナー付着量を設定することを可能とすることを目的とする。
本発明に係る画像形成装置は、像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、前記テスト用の線画像を検出する検出センサと、前記検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、前記検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を検出する線幅検出手段と、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、前記線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段とを有する。
線画像を形成して線幅を検出し、これに基づいて画像形成条件を設定するので、線画像の形成のために要するトナーの量が低減される。
本発明によると、画像安定化制御において、コストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制し、狙い通りにトナー付着量を設定することが可能となる。
〔画像形成装置の全体の説明〕
図1は本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の概略の内部構成を示す図、図2は画像形成装置1の一部である画像形成部20を拡大して示す図、図3は画像形成装置1の主要な制御系を示すブロック図である。
図1は本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の概略の内部構成を示す図、図2は画像形成装置1の一部である画像形成部20を拡大して示す図、図3は画像形成装置1の主要な制御系を示すブロック図である。
図1に示すように、画像形成装置1は、タンデム型のプリントエンジンを内蔵した電子写真方式のフルカラー複写機である。このような画像形成装置1は、複合機またはMFP(Multi Function Peripherals)と呼称されることもある。
図1において、画像形成装置1は、画像読取部10、画像形成部20、用紙供給部60、および制御部100などを有する。
図2をも参照して、画像読取部10は、原稿ガラス台の上に載置された原稿の画像を、スキャナを移動させて読取る。すなわち、スキャナに設置された露光ランプで原稿を照射し、その反射光による像を、レッド(R) 、グリーン(G) 、ブルー(B)の3原色に対応したCCDイメージセンサで読み取る。これにより、原稿画像に対応したR、G、Bの各画像データが得られる。
画像読取部10で得られた画像データは、制御部100において各種の処理が施され、さらにイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各再現色の画像データに変換される。変換された画像データは、制御部100に設けられた画像メモリに各再現色ごとに格納される。用紙供給部60から供給される用紙YSの搬送状態に同期して、画像メモリから画像データが1走査ラインごとに読み出され、感光体ドラムを露光するレーザダイオードの駆動信号として出力される。
なお、用紙YSとして、紙、プラスチックシート、その他の記録媒体を用いることが可能である。つまり、用紙は、記録紙、記録材、記録媒体、または転写媒体などと言い換えることができる。
画像形成部20は、電子写真方式によって用紙上に画像を形成するものであって、イメージングユニットU、中間転写部40、および定着部50などが設けられている。
イメージングユニットUとして、Y、M、C、Kの4色のイメージングユニットUY、UM、UC、UKが設けられ、この順で中間転写ベルト41に沿って配置されている。各イメージングユニットUには、感光体ドラム21、帯電チャージャ22、感光体ドラム21の表面を露光して静電潜像を形成する露光部23、静電潜像を各色のトナーで現像してトナー像を形成する現像部24、トナー像を中間転写ベルト41に転写(一次転写)するための転写チャージャ25、図示しない転写ローラ、および感光体ドラム21の表面をクリーニングするクリーナ26などが設けられる。
これらのイメージングユニットUで形成された各色のトナー像(トナー画像)が、走行する中間転写ベルト41上の同じ位置に重ね合わされて転写され、合成される。
中間転写部40には、中間転写ベルト41を走行可能に支持する複数のローラ42、43、44が設けられる。ローラ44に対向する位置に、転写ローラ45が設けられる。転写ローラ45は、中間転写ベルト41に対して接離可能に設けられており、中間転写ベルト41に圧接することによって転写ニップ部を形成する。また、転写ローラ45には、転写のためのバイアス電圧が印加される。
転写ニップ部には、中間転写ベルト41の走行と同期して用紙YSが給送されてきており、転写ニップ部において、中間転写ベルト41上に形成されたトナー像が用紙YS上に転写(二次転写)される。二次転写された後に中間転写ベルト41上に残留したトナーは、クリーナ46によって除去される。
また、中間転写部40には、画像安定化制御(IDC)のために中間転写ベルト41上に形成されるテストパターン(パッチ画像)の濃度を検知するための濃度センサ(IDCセンサ)47が設けられている。光学センサ47として、光学式反射型センサがしばしば用いられる。光学センサ47によって、例えば、Y、M、C、Kそれぞれ4色のトナー付着量またはトナー濃度が測定される。
定着部50には、定着ローラ51、加熱ローラ52、および用紙搬送ガイド53などが設けられる。二次転写によってトナー像が形成された用紙YSは、用紙搬送ガイド53に案内されて搬送路HR上を搬送され、定着ローラ51と加熱ローラ52との間を通過することによって定着される。定着された用紙YSは、搬送路HR上を搬送されてトレイ65上に排出される。
用紙供給部60には、種々のサイズの用紙YSが収容されており、ローラ61〜63などからなる給紙搬送手段によって所定のタイミングで搬送路HRに送り出される。搬送路HRの途中には、図示しない中間ローラおよびレジストローラなどが設けられ、これらによって用紙YSは二次転写位置に搬送される。
図3において、制御部100は、CPU、ROMまたはRAMなどの半導体メモリおよび磁気記憶装置などからなる記憶部、制御用回路、種々のインタフェースなどからなる通信部などから構成されている。画像読取部10で読み取った画像データ、または図示しないパーソナルコンピュータなどから出力された画像データに対して画像処理を行い、また、画像形成装置1の各部の動作を制御する。
図3に示すように、画像形成装置1には、帯電チャージャ22に帯電バイアス電圧Vgを印加する帯電グリッド高圧電源71、現像部24の現像ローラに現像バイアス電圧Vdcを印加する現像バイアス高圧電源72、転写ローラ45にバイアス電圧を印加する二次転写高圧電源73、および、システム駆動部118が設けられている。
システム駆動部118は、画像形成装置1における駆動系を構成する図示しないモータを駆動する。システム駆動部118によりモータの回転速度を制御することにより、画像形成装置1のシステム速度が制御される。
また、上に述べた光学センサ47の他に、温湿度センサ55およびPH温度センサ56などが設けられている。
制御部100は、これら、帯電グリッド高圧電源71、現像バイアス高圧電源72、二次転写高圧電源73に対し、それぞれ適切な電圧または電流を出力するように制御する。また、露光部23のレーザダイオードに対し、駆動信号を出力する。この駆動信号は、レーザダイオードの発光強度を調整するために種々の方式によって変調されている。
制御部100は、ユーザによる操作部11からの入力信号を受け付け、また操作部11に種々の信号を出力する。
また、制御部100は、上に述べた光学センサ47、温湿度センサ55、およびPH温度センサ56などからの検知信号を入力し、種々の制御のために用いる。
制御部100は、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムをCPUが実行することによってソフト的に、または制御用回路によってハード的に、またはこれらの組み合わせによって、システムバスケーブルなどで接続された各部を総括的に制御する。
例えば、操作部11またはホストコンピュータから入力された各種設定情報を取り込み、データのチェックを行い、予め定められたフォームに変換し、記憶部に保存する。また、画像安定化制御のためのテストパターンを作成し、画像形成部20を制御して中間転写ベルト41上にそのトナー像を形成する。画像安定化制御については後で詳述する。
通信部は、双方向性通信媒体を介してホストコンピュータとの通信処理を行うことが可能である。例えば、ホストコンピュータから送信される各種設定情報や画像データなどを受信する。また、ホストコンピュータに対し、画像形成装置1の内部状態や画像安定化制御におけるトナー付着量またはトナー濃度の検出結果などを送信する。
操作部11には、画像形成装置1の動作の切り替えのためのスイッチなどからなる切替部、画像やメッセージを表示するためのLCD表示パネルまたはタッチパネルなどからなる表示部が設けられている。ユーザが操作部11を操作することにより、プリントモードなど種々のモードの設定、用紙YSについての情報などの入力、画像安定化制御モードへの切り替えなどが行われる。表示部には、画像形成装置1のモードや内部状態などが表示される。
〔画像安定化制御〕
次に、画像安定化制御について説明する。
〔画像安定化制御〕
次に、画像安定化制御について説明する。
図4は本実施形態の画像安定化制御における機能構成を示すブロック図、図5は光学センサ47の構造の例を示す図、図6はトナー付着量TFと線幅SHとの関係を示す図である。
画像形成装置1においては、環境の変化、使用による経時変化などによって画質が変動する。このような変動に対して、常に適切な画質の画像が形成されるよう、画像安定化制御(画像安定化処理)が行われる。画像安定化制御においては、テスト用のパッチ画像を形成し、その画像の濃度を光学センサ47によって検知する(測定する)。光学センサ47により検知された検知信号に基づいて、画像が狙いの画質範囲内にあるかどうかを判断する。画像が狙いの画質範囲内にない場合には、その検知信号に基づいて、各画像形成条件、つまりプロセスの各制御因子を補正しまたは調整する。
画像安定化制御を実行するタイミングは、大きく分けて2つある。つまり、予め設定されたタイミングと、ユーザまたはサービスマンが強制的に行うタイミングである。前者には、例えば、画像形成装置1の電源オン時、省エネルギーモードからの復帰時、前回の画像安定化処理を実施してからの装置内の温度変化や湿度変化が各閾値を超えたとき、または、累計印刷枚数が閾値を超えたときなどである。
画像安定化制御は、通常の画像出力時に行なうと生産性の低下につながるため、通常は、プリントJOB終了時など、なるべく生産性とは無関係のタイミングで実行する。しかし、消耗品を交換した直後などのように、必要な場合には強制的に実行する。
本実施形態において、画像安定化制御のための画像の濃度の検知は、中間転写ベルト41上に形成されたトナー像に対して行われる。しかし、現像後の感光体ドラム21上のトナー像、一次転写後の未定着の用紙YS上のトナー像、または、用紙YS上に定着された画像(定着画像)に対して行ってもよい。
画像安定化制御の内容は、画像形成装置1の特性によっても異なるが、通常は、次の3つの制御を含む。
(1)トナー付着量制御制御
(2)レジスト補正制御
(3)ガンマ補正制御
画像安定化制御の実行時の状況に応じて、そのうちの1つが単独で実行され、または複数が実行される。
(1)トナー付着量制御制御
(2)レジスト補正制御
(3)ガンマ補正制御
画像安定化制御の実行時の状況に応じて、そのうちの1つが単独で実行され、または複数が実行される。
トナー付着量制御(べた付着量制御)は、BW比が100%のトナー付着量を狙い通りに形成させる制御である。レジスト補正制御は、YMCKの各色の画像の主/副方向の位置ずれを補正する制御である。ガンマ(γ)補正制御は、狙いの階調特性を得るための制御である。これらは、フィードバック制御で実施される。実際に画像形成装置1の状態を把握した上で、画像形成条件を設定する。状態を把握するために、各制御において、テスト用のパッチ画像であるテストパターンを形成する。
本実施形態において、テストパターンとして、トナー付着量制御では細線の集合体を用いる。レジスト補正制御では、通常、中間転写ベルト41の走行方向に対して直角方向の直線とレの字パターンを使用する。ガンマ補正制御では、通常、ディザパターンを使用する。現像されたテストパターンを光学センサ47を用いて検出し、画像形成装置1の状態を把握する。
図4に示すように、画像安定化制御のための構成として、光学センサ47、サンプリング部111、サンプリング周期設定部112、線幅検出部113、変換部114、対応テーブル115、濃度検出部116、トナー付着量制御部121、レジスト補正制御部122、ガンマ補正制御部123、およびテスト画像形成部124などを有する。
光学センサ47、サンプリング部111、サンプリング周期設定部112、線幅検出部113、変換部114、および対応テーブル115によって、トナー付着量検出部TKが構成される。
トナー付着量検出部TKによって、テスト用の線画像のトナー付着量TFを検出する。すなわち、光学センサ47は、テスト用の線画像に対してスポット光SKを照射してその反射光を受光し、検出信号S1を出力する。光学センサ47のスポット光SKの中に線画像TPSが入った場合に、その受光レベルが大きく低下するので、それに対応して検出信号S1の出力レベルが低下する。
サンプリング部111は、検出信号S1に対し、サンプリング周期設定部112で設定されるサンプリング周期(サンプリング周波数)SFでサンプリングを行い、サンプリング周期SFごとの検出信号S2を出力する。検出信号S2は、例えば、サンプリング周期SFごとの光学センサ47の出力レベルを示すデータ列である。
サンプリング周期設定部112は、サンプリング部111におけるサンプリング周期SFを設定しまたは変更する。サンプリング周期SFは、画像安定化制御の内容に応じて設定される。
本実施形態においては、サンプリング周期設定部112は、線画像TPSの線幅SHを検出するときにそれ以外の検出を行うときよりも、サンプリング周期SFが短くなるように変更する。
線幅検出部113は、検出信号S2に基づいて、つまり光学センサ47の各サンプリングにおける出力レベルの変化に基づいて、線画像の線幅SHを検出する。なお、検出された線画像TPSの線幅SHは、本実施形態においては後で述べるようにトナー付着量TFに変換されるのであるが、トナー付着量TFに変換することなく、線幅SHそれ自体をトナー付着量TFに対応する値として用いることも可能である。
変換部114は、対応テーブル115を参照することにより、線幅SHをトナー付着量TFに変換する。対応テーブル115は、線幅SHとトナー付着量TFとの対応関係を示すものである。
図6には、1ドット〜10ドットからなる10種類の線画像TPSについて、その線幅SHとトナー付着量TFとの関係の実測値の一例が示されている。なお、本実施形態では、幅方向が6ドットの線画像TPSが用いられるが、線が途切れなければこれ以外のドット数の線画像TPSを用いてもよい。
図6から分かるように、いずれの線画像TPSについても、線幅SHとトナー付着量TFとの間にほぼ正比例の相関関係がある。つまり、線幅SHが大きくなるとトナー付着量TFも大きくなる。この例では、線幅SHによることなく、約10〔μm/(g/m2 )〕の感度があることが分かる。このような対応関係を用いることにより、線幅SHをトナー付着量TFに変換することができる。図6に示す対応関係が、対応テーブル115として格納されている。
対応テーブル115では、図6に示す対応関係に基づいて、最小自乗法などを用いて滑らかな関係となるようにデータが修正されている。
このような対応テーブル115の内容は、画像形成装置1ごとに異なるものであるから、それぞれの画像形成装置1について実測して得られたデータに基づいて対応テーブル115を作成してもよい。
なお、本実施形態では対応テーブル115を用いるが、対応テーブル115ではなく、演算式や関数のデータとして格納して用いてもよい。
図4に戻って、濃度検出部116は、検出信号S2に基づいて、直接にテストパターンTPのトナー濃度またはトナー付着量を検出する。
トナー付着量制御部121は、上に述べたように、実画像の形成時においてBW比が100%のトナー付着量を狙い通りに形成するよう、トナー付着量制御を行う。トナー付着量制御部121は、変換部114から出力されるトナー付着量TFに基づいて制御を行うが、トナー付着量TFは線幅SHに基づいて推定されているので、線幅SHに基づいてトナー付着量制御を行っているともいえる。
レジスト補正制御部122は、YMCKの各色の画像の位置ずれを補正するよう、レジスト補正制御を行う。
ガンマ補正制御部123は、実画像の形成時において狙いの階調特性が得られるよう、ガンマ補正制御を行う。
これら、トナー付着量制御部121、レジスト補正制御部122、およびガンマ補正制御部123における制御によって、最適の画像形成条件GJが設定され、または画像形成条件GJが最適となるように補正または変更される。
トナー付着量制御部121、レジスト補正制御部122、ガンマ補正制御部123、画像形成条件GJを格納した格納部などによって、画像安定化制御部GAが構成される。
なお、トナー付着量制御における画像形成条件GJとして、本実施形態では現像バイアス電圧を主として調整するが、他の画像形成条件、例えば、露光強度、現像θ(現像ローラと感光体ドラム21との周速比)などを調整してもよい。
レジスト補正制御における画像形成条件GJは、通常、プリントヘッドによる感光体ドラム21への書き込みタイミングである。ガンマ補正制御における画像形成条件GJは、通常、出力階調に対するディザパターンである。
テスト画像形成部124は、画像形成部20の各イメージングユニットUおよび中間転写ベルト41などを制御して、画像安定化制御のためのテスト用の画像(テストパターンTP)を形成する。テスト画像形成部124には、テストパターンTPのためのデータとして、線画像TPS、べた画像TPB、グレイスケール画像TPG、その他の画像のデータが格納されている。
図5に示すように、光学センサ47は、光源である1つのLEDランプ81、および受光素子である1つのフォトダイオード82を備える。LEDランプ81は、直径が数ミリメートル〜5ミリメートル程度のスポット光SKをテストパターンTPに向かって照射し、フォトダイオード82はテストパターンTPによる反射光HKを受光する。
〔トナー付着量制御〕
次に、トナー付着量制御について詳しく説明する。
〔トナー付着量制御〕
次に、トナー付着量制御について詳しく説明する。
図7はテストパターンである線画像TPSの例を示す図、図8は線画像TPSの形成の例を示す図、図9は検出信号S1の例を示す図、図10は検出信号S1から検出信号S2を生成する様子を示す図、図11は線画像TPSとスポット光SKとの関係を説明する図、図12は線幅SHを検出することによって現像バイアス電圧Vxを設定するプロセスを説明する図、図13はサンプリング周期当たりの中間転写ベルト41の移動量を示す図、図14はシステム速度と光学センサ47による検出の解像度との関係を示す図、図15は画像安定化制御におけるタイミングを示す図、図16は画像安定化制御の概略の流れを示すフローチャート、図17はトナー付着量制御の概略の流れを示すフローチャートである。
トナー付着量制御において、テストパターンTPとして図7に示す線画像TPSを形成する。図7(A)の線画像TPS1は、中間転写ベルト41の走行方向に対して直角方向に伸びる線の集合体である。図7(B)の線画像TPS2は、中間転写ベルト41の走行方向に対してほぼ45度の角度を有する線の集合体である。このような線画像TPSが、YMCKの各色ごとに形成される。
このように、線画像TPSは、中間転写ベルト41の走行方向に対して角度を有して形成される。そして、複数の線を互いに平行に形成したものである。しかし、1本または複数本の線を線画像TPSということがある。
図8に示すように、線画像TPSは、種々の異なる現像バイアス電圧Vdcのもとで形成される。図8(A)において、現像バイアス電圧VdcがV1〜V5のもとで各1本、合計5本の線画像TPSが形成されている。これら5本の線画像TPSが、中間転写ベルト41の走行によって順次光学センサ47によって検出される。
図8(B)において、現像バイアス電圧VdcがV1〜V5のもとで各3本、合計15本の線画像TPSが形成されている。この場合には、同じ現像バイアス電圧Vdcのもとで検出された3本の線画像TPSについての検出信号S1に基づいて、その現像バイアス電圧Vdcに対応する線幅SHを検出する。例えば、3つの平均をとる、または中央値をとるなどである。
なお、ここでは、5水準の現像バイアス電圧V1〜5に対応した線画像TPSを形成したが、4水準以下または6水準以上の現像バイアス電圧を用いてもよい。複数水準の現像バイアス電圧Vdcの範囲内に、狙いのトナー付着量TFを達成できる現像バイアス電圧Vdcが入っていればよい。また、1水準について2本または4本以上の線画像TPSを形成してもよい。
図9に示すように、光学センサ47が中間転写ベルト41の地肌を検出したときは、検出信号Sの出力レベルが高いが、線画像TPSを検出したときは出力レベルが低下する。線幅SHは、出力レベルが低下したときの時間幅THと中間転写ベルト41の速度とから求められる。時間幅THとして、例えば、出力レベルの高低の中間位置の間隔を用いる。
なお、中間転写ベルト41の速度は、画像形成装置1におけるシステム速度によって決まる。システム速度は、画像形成装置1の電子写真プロセスにおける基本的な速度であり、例えば、感光体ドラム21、中間転写ベルト41、給紙搬送系の回転速度または走行速度である。システム速度は、システム駆動部118へのシステム速度の設定変更によって変更することができる。
図10に示すように、検出信号S1に対してサンプリングを行うことにより、それぞれの出力レベルに対応したパルス群からなる検出信号S2が得られる。検出信号S2において、例えば、出力レベルが低いパルス群の幅が時間幅TH(線幅SH)として用いられる。または、出力レベルが一定値よりも低くなったパルスとパルスとの間の間隔が時間幅THとして用いられる。またはこれ以外の幅または間隔を用いてもよい。
図11(A)に示すように、線画像TPSの間隔SAが光学センサ47のスポット光(光スポット)SKの直径STよりも大きくなっている。換言すれば、線画像TPSの間隔SAは、光学センサ47による検出精度を上げるため、スポット光SKの直径STに対して十分に広くされている。つまり、スポット光SKは、任意の時点において1つのみの線画像TPSを検出し、同時に2つの線画像TPSを検出することはない。また、線画像TPSの線長も、スポット光SKの直径STに対して十分に長くされている。これにより、線画像TPSの少々の位置ずれがあっても、線画像TPSの線幅SHを正確に検出できる。
図11(B)には、矢印M2の方向へ移動する線画像TPSと静止したスポット光SKとの相対的な位置関係が示されている。つまり、スポット光SKは、線画像TPSに対して、SK1,SK2,SK3…の順に移動する。この移動により、スポット光SK1、2では受光レベルは高いが、スポット光SK3、4のようにその中に線画像TPSが入ると受光レベルが低下していき、スポット光SK5では受光レベルが最も低下する。その後、スポット光SK6、7のように線画像TPSが出ていくと受光レベルが上昇していき、スポット光SK8、9で受光レベルは元の高さに戻る。この間において、図10で示したような検出信号S1、2が得られる。
さて、トナー付着量制御における検出信号S1に対するサンプリング周期SFは次のようにして決められる。
つまり、システム速度つまり中間転写ベルト41の走行速度が例えば100mm/sである場合に、線画像TPSが光学センサ47のスポット光SKを通過する際のサンプリング周期SFを2μsとする。つまりこの場合に、サンプリング周波数は500KHzである。図13の表から、サンプリング周期SFが2μsのときのサンプリング周期当たりのベルトの移動量は、0.2μmとなる。
一方、図6について述べたように、線幅SHとトナー付着量TFとの間の比例定数は約10〔μm/(g/m2 )〕である。したがって、1(g/m2 )のトナー付着量TFの変化に対応する10(μm)の線幅SHの変化を検出するに当たり、これを例えば2%の精度で検出するとすると、10×0.02=0.2μmとなる。
つまり、サンプリング周期SFを2μsとすると、そのときのサンプリング周期当たりのベルトの移動量は、0.2μmとなり、1(g/m2 )のトナー付着量TFの変化を2%の精度で検出することができる。
サンプリング周期SFが短いほど、つまりサンプリング周波数が高いほど、線画像TPSのエッジ部を精度よく検出することができ、線幅SHを正確に検出できる。
なお、サンプリング周期SFを1μsとした場合は、サンプリング周期当たりのベルトの移動量は0.1μmとなり、1%の精度で検出できる。サンプリング周期SFを10μsとした場合は10%の精度で検出できる。
トナー付着量制御以外の画像安定化制御においては、サンプリング周期SFはもっと長く設定される。例えば、ガンマ補正制御や光学センサ47の光量制御においては、テストパターンTPとして線画像TPSを用いるのではなく、スポット光SKよりも面積の十分に大きいべた画像またはグレイスケール画像などが用いられ、それらの画像の中でスポット光SKが移動する間に検出を行えばよい。つまり、同じテストパターンTPの中で数箇所の検出が可能であれば十分である。したがって、サンプリング周期当たりのベルトの移動量を1〜0.1mmの範囲としたい場合に、サンプリング周期SFは1〜10msの範囲となる。したがって、例えば、サンプリング周期SFは1msに設定される。このとき、サンプリング周波数は100Hzである。
このように、画像安定化制御の内容によってサンプリング周期SFが異なるので、トナー付着量制御、レジスト補正制御、またはガンマ補正制御の実行に際し、光学センサ47でテストパターンTPを検出する直前において、それぞれの制御に合わせたサンプリング周期SFとなるように設定するのである。
トナー付着量制御においては、テストパターンTPの先端部がスポット光SKによる検出の直前位置まで搬送されたときに、サンプリング周波数を上げて、例えば500KHzとする。そして、テストパターンTPの後端部が検出位置を通過するまで、上げたサンプリング周波数でサンプリングを行い、検出を行う。
図15において、トナー付着量制御、レジスト補正制御、およびガンマ補正制御が順次行われる。それぞれにおいて、テストパターンTPの光学センサ47による検出、および得られた検出信号に基づく演算などが行われ、その後、制御内容に応じて、現像バイアス電圧Vdcの設定、露光のタイミングの設定、または階調性の設定などが行われる。テストパターンTPの検出において、サンプリング周波数はこの例では、トナー付着量制御で500KHz、レジスト補正制御で10KHz、ガンマ補正制御で100Hzである。
次に、検出した線幅SHに基づいて現像バイアス電圧Vdcを設定するプロセスについて説明する。
テストパターンTPである各線画像TPSについての線幅SHを検出すると、各線画像TPSを形成したときの現像バイアス電圧Vdcとの対応から、図12(A)に示す対応関係が得られる。この対応関係と、予め設定してある対応テーブル115の線幅SHとトナー付着量TFとの対応関係〔図12(B)〕とから、現像バイアス電圧Vdcとトナー付着量TFとの関係〔図12(C)〕を求める。
図12(C)において、狙いのトナー付着量TFNを挟む2点TF2,TF3の間を直線補間により近似し、狙いのトナー付着量TFを達成する現像バイアス電圧Vxを求める。
図8(B)に示すように、同じ現像バイアス電圧Vdcによる線画像TPSが複数ある場合には、検出した線幅SHの全平均値、または上下限値を省いた平均値を求め、これを線幅SHとすればよい。
求められた現像バイアス電圧Vxは、その現像バイアス電圧Vxによって現像が行われるように、画像形成条件GJの所定のメモリを書き換える。メモリを書き換えるタイミングは、トナー付着量制御の終了時が望ましい。但し、トナー付着量制御の後に、レジスト補正制御またはガンマ補正制御が行なわれる場合には、ガンマ補正制御を実行する前までに所定のメモリを書き換え、求めた現像バイアス電圧Vxによって現像が行われるようにすればよい。
図16において、画像安定化制御の実行指示が出されると、光学センサ47の光量制御を行う(#11)。これは、光学センサ47が中間転写ベルト41のら面(表面)を検出した際に、狙いの出力レベルとなるように、光学センサ47の発光部であるLEDランプ81の光量を調整する制御である。
そして、トナー付着量制御(#12)、レジスト補正制御(#13)、ガンマ補正制御(#14)を順次行う。
図17において、トナー付着量制御では、テストパターンTPである線画像TPSを形成し(#21)、形成した線画像TPSを検出する(#22)。サンプリング周期設定部112により短く設定されたサンプリング周期SFによって、検出信号S1のサンプリングを行い(#23)、これにより線幅SHを検出する(#24)。検出された線幅SHに基づいて、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるような現像バイアス電圧Vxを算出する(#25)。算出された現像バイアス電圧Vxを設定する(#26)。
なお、ステップ#25において、線幅SHを一旦トナー付着量TFに変換した後、トナー付着量TFから現像バイアス電圧Vxを算出してもよく、また、線幅SHをトナー付着量TFに変換することなく、線幅SHから直接に現像バイアス電圧Vxを算出してもよい。
上に述べた実施形態によると、トナー付着量制御において、線画像TPSを形成し、これを光学センサ47で検出するので、べた画像を形成した場合と比較してトナーの消費量が低減する。また、トナー付着量TFを検出するに当たり、線画像TPSの線幅SHを検出することにより行うので、狙いのトナー付着量の近辺で光学センサ47の感度が低下することなく、したがって乱反射光用の受光部を備えた高価な光学センサを用いることなく、簡単な構造の安価な光学センサ47を用いることができる。しかし、上に述べた以外の構成を有する光学センサを用いてもよい。
また、トナー付着量制御における線幅SHの検出に当たり、レジスト補正制御およびガンマ補正制御のために用いられる光学センサ47のサンプリング周期SFを短くすることによって検出が可能であるから、容易に実施でき、コスト的に有利である。
したがって、画像形成装置1におけるコストアップおよびトナーの消費量をできるだけ抑制することができ、狙い通りにトナー付着量を設定することが可能である。
上に述べた実施形態では、光学センサ47のスポット光SKの形状は、円形ではなく、例えば楕円形、多角形、その他の形状であってもよい。光学センサ47を用いてテストパターンTPの検出を行ったが、光学センサとして、CCDセンサ、CMOSセンサなどのイメージセンサを用いることも可能である。また、光学センサ以外のセンサ、例えば、磁気センサ、静電容量センサ、超音波センサなどを用いることも可能である。
上に述べた実施形態では、光学センサ47の検出信号S1のサンプリング周期SFを変更することによって線幅SHの検出を行うようにしたが、これとともに、システム速度を変更するようにしてもよい。
すなわち、図14に示すように、システム速度が速くなるにしたがって、光学センサ47の検出時の分解能は低下する。システム速度が十分に遅い場合に、光学センサ47による線画像TPSの検出時に高い分解能が得られ、線幅SHを高い精度で検出することができる。これを利用して、トナー付着量制御における線幅SHの検出に当たり、光学センサ47のサンプリング周期SFを短くすると同時に、システム速度を遅くする。サンプリング周期SFとシステム速度との組み合わせによって、光学センサ47による線幅SHの検出精度を確保するのである。
上に述べた実施形態において、サンプリング周期SFまたはシステム速度は、上に述べた以外の種々のものとすることができる。また、サンプリング周期SFを変更することなく、システム速度を変更することによって線幅SHを検出するようにしてもよい。つまり、光学センサ47による線幅SHの検出時に、システム速度を低下させる。例えば、検出前のシステム速度が100mm/sであったのを、検出時に0.1mm/s程度に低下させる。これにより、サンプリング周期SFを短くすることなく、線画像TPSの線幅SHを高い精度で検出することができる。なお、その場合に、基本的なサンプリング周期SFをある程度短いものとしておくことが望ましい。
その他、光学センサ47、線画像TPS、制御部100、または画像形成装置1の各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
1 画像形成装置
21 感光体ドラム(像担持体)
41 中間転写ベルト(像担持体)
47 光学センサ(検出センサ)
100 制御部
111 サンプリング部
112 サンプリング周期設定部(サンプリング周期変更手段)
113 線幅検出部(線幅検出手段)
114 変換部
115 対応テーブル
121 トナー付着量制御部(トナー付着量制御手段)
122 レジスト補正制御部
123 ガンマ補正制御部(ガンマ補正制御手段)
124 テスト画像形成部(テスト画像形成手段)
GA 画像安定化制御部
TK トナー付着量検出部
TPS 線画像
TF トナー付着量
TP テストパターン
TPS 線画像
SH 線幅
SK スポット光
S1,S2 検出信号
TF トナー付着量
YS 用紙
SF サンプリング周期
Vdc,V1〜V5,Vx 現像バイアス電圧
21 感光体ドラム(像担持体)
41 中間転写ベルト(像担持体)
47 光学センサ(検出センサ)
100 制御部
111 サンプリング部
112 サンプリング周期設定部(サンプリング周期変更手段)
113 線幅検出部(線幅検出手段)
114 変換部
115 対応テーブル
121 トナー付着量制御部(トナー付着量制御手段)
122 レジスト補正制御部
123 ガンマ補正制御部(ガンマ補正制御手段)
124 テスト画像形成部(テスト画像形成手段)
GA 画像安定化制御部
TK トナー付着量検出部
TPS 線画像
TF トナー付着量
TP テストパターン
TPS 線画像
SH 線幅
SK スポット光
S1,S2 検出信号
TF トナー付着量
YS 用紙
SF サンプリング周期
Vdc,V1〜V5,Vx 現像バイアス電圧
Claims (8)
- 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
前記テスト用の線画像を検出する検出センサと、
前記検出センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、
前記検出センサの各サンプリングにおける検出レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を検出する線幅検出手段と、
実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、前記線幅検出手段により検出された線幅に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
トナー付着量制御を行なうためのテスト用の線画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
前記テスト用の線画像のトナー付着量を検出するための付着量検出手段と、
実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、検出された前記トナー付着量に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、を有し、
前記付着量検出手段は、
前記テスト用の線画像に対して光を照射してその反射光を受光する光学センサと、
前記光学センサによるサンプリング周期を変更するサンプリング周期変更手段と、
前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅を前記トナー付着量に対応する値として検出する線幅検出手段と、を有し、
前記トナー付着量制御手段は、
前記線幅検出手段により検出された前記線幅に基づいて前記画像形成条件を設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。 - テスト画像形成手段は、
前記線画像を前記像担持体の走行方向に対して角度を有して形成し、
しかも、複数の前記線画像を互いに平行に形成し、前記線画像間の間隔が前記光学センサの光スポットの直径よりも大きく形成する、
請求項2記載の画像形成装置。 - テスト画像形成手段は、
複数の前記線画像を互いに異なる複数の現像バイアス電圧によって形成する、
請求項3記載の画像形成装置。 - 前記付着量検出手段は、
前記線画像の線幅とトナー付着量との対応関係を示す対応テーブルを有する、
請求項3または4記載の画像形成装置。 - 前記サンプリング周期変更手段は、
前記光学センサのサンプリング周期を、前記線画像の線幅を検出するときにそれ以外の検出を行うときよりも短くなるように変更する、
請求項3または4記載の画像形成装置。 - 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置において、
画像安定化制御を行なうためのテスト用の画像を前記像担持体上に形成するテスト画像形成手段と、
前記テスト用の画像を検出するための検出手段と、
実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように、検出手段により検出されたトナー付着量に基づいて画像形成条件を設定するトナー付着量制御手段と、
実画像の画像形成時において所定のガンマ特性となるように、検出手段により検出された濃度に基づいて画像形成条件を設定するガンマ補正制御手段と、
を有し、
テスト画像形成手段は、トナー付着量制御を行うときに前記テスト用の画像として線画像を形成し、
前記検出手段は、
前記テスト用の画像に対して光を照射してその反射光を受光する光学センサと、
前記光学センサのサンプリング周期を、トナー付着量制御を行うときにガンマ補正制御を行うときよりも短くなるように変更するサンプリング周期変更手段と、
トナー付着量制御を行うときに、前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルの変化に基づいて、前記線画像の線幅をトナー付着量に対応する値として検出する、線幅検出手段と、
前記ガンマ補正制御を行うときに、前記光学センサの各サンプリングにおける受光レベルに基づいて前記画像の濃度を検出する濃度検出手段と、
を有し、
前記トナー付着量制御手段は、前記線幅検出手段により検出された前記線幅に基づいて前記画像形成条件を設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置におけるトナー付着量制御方法であって、
テスト用の線画像を前記像担持体上に形成するステップと、
前記テスト用の線画像の線幅をセンサにより検出するステップと、
検出された線幅に基づいて、実画像の画像形成時において所定のトナー付着量となるように画像形成条件を設定するステップと、
を有することを特徴とする画像形成装置におけるトナー付着量制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008317064A JP2010139857A (ja) | 2008-12-12 | 2008-12-12 | 画像形成装置およびトナー付着量制御方法 |
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JP2008317064A Pending JP2010139857A (ja) | 2008-12-12 | 2008-12-12 | 画像形成装置およびトナー付着量制御方法 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2398013A2 (en) | 2010-06-18 | 2011-12-21 | Funai Electric Co., Ltd. | A display device comprising a temperature calculating unit detecting a forward voltage drop of the LED used as illumination unit |
JP2014102479A (ja) * | 2012-11-22 | 2014-06-05 | Canon Inc | 画像形成装置 |
JP2015108772A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像形成装置 |
JP2016148769A (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像形成装置、および画像濃度補正方法 |
-
2008
- 2008-12-12 JP JP2008317064A patent/JP2010139857A/ja active Pending
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EP2398013A2 (en) | 2010-06-18 | 2011-12-21 | Funai Electric Co., Ltd. | A display device comprising a temperature calculating unit detecting a forward voltage drop of the LED used as illumination unit |
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