JP2014013269A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感光体ドラム上に、所定領域内に一様にトナーが付着したベタパッチと、所定領域内にトナー付着部および非付着部が混在した非ベタパッチとの両方を、複数の異なる現像バイアス電圧でそれぞれ形成し、それぞれのパッチのトナー量をIDCセンサー41Yによって検出する。パッチ選択部42dは、同じ現像バイアス電圧で形成されたベタパッチと非ベタパッチのうち、現像特性を決定するためのパッチを、予め設定されたIDCセンサー41Yの出力電圧の有効範囲に基づいて選択する。トナー付着量算出部42eは、選択されたパッチの出力電圧からそのパッチのトナー付着量を算出し、現像特性決定部42gは、算出されたトナー付着量と、現像バイアス電圧との関係に基づいて現像特性を決定する。
【選択図】図6
Description
このため、画像形成装置には、トナー付着量を調整するための画像安定化制御の機能が設けられているものが多い。
なぜなら、ベタパッチが高濃度になるほど、高さ(厚み)方向にのみトナー粒子が積み重なる傾向が強くなり、ベタパッチの濃度が濃くなっても、ベタパッチからの反射光の光量がほとんど変化しなくなるからである。
このような構成により、ベタパッチにおけるトナー付着量が増加した場合にも、トナー付着量の検出精度を向上することができる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、経済性を損なうことなく、画像形成条件を適切に設定することにより、目標とするトナー付着量の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
ここで、前記非ベタパッチは、トナー付着部が格子状に形成されてなる、または、複数個のトナー付着部がその隣り合うもの同士が間隔を開けて配列してなるドット状に形成されてなるとしても良い。
また、前記設定手段は、トナー画像を形成するジョブごとに、当該ジョブに適用される目標濃度を取得して、取得した目標濃度に対する画像形成条件を設定するとしても良い。
さらに、前記像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段を備え、前記画像形成条件は、前記現像手段の現像バイアス電圧であり、前記画像濃度特性は、現像特性であり、前記像担持体上へのトナー画像の形成は、前記像担持体上の静電潜像を前記現像手段により、前記現像特性から算出される目標濃度に対する現像バイアス電圧を用いてトナーで現像することであるとしても良い。
また、ベタパッチと非ベタパッチの付着量を検出できるセンサー等を備えれば足り、従来のようにベタパッチの厚みを検出するために高価な撮像手段を備える必要がなく、経済性を損なうことも防止できる。
<画像形成装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンター(以下、単に「プリンター」とする)100の概略構成を示す模式図である。
プリンター100は、ネットワーク(例えばLAN)を介して外部の端末装置から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により画像形成ジョブを実行するものであり、画像プロセス部10と、給紙搬送部20と、定着部30と、操作部40および制御部50を備える。
中間転写ベルト18は、無端円筒形状であり、プリンター100の上下方向の略中央部に配置され、水平方向に間隔をあけて配置された駆動ローラー17aとテンションローラー17bとに巻き掛けられて、周回移動域(走行域)が水平方向に沿って長くなっている。中間転写ベルト18は、一方の端部(図1において右側の端部)に配置された駆動ローラー17aが回転されることによって、矢印Xで示す方向に周回移動する。
各画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kには、中間転写ベルト18に対向した状態で矢印Z方向に回転する感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kがそれぞれ設けられている。各画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kは、感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kを用いて、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)色のトナー画像を形成する。
画像形成ユニット10Yは、感光体ドラム11Yの下部に対向して配置された露光器13Yと、露光器13Yに対して感光体ドラム11Yの回転方向上流側に隣接して配置された帯電器12Yとを有している。
露光器13Yに対して感光体ドラム11Yの回転方向下流側には、現像器14Yが配置されている。現像器14Yは、感光体ドラム11Yに対向して配置された現像ローラー14aの回転によって、現像器14Yの内部に収容されたY色のトナーが搬送される。
画像形成ユニット10Yにおける帯電器12Y、露光器13Y、現像器14Yのそれぞれは、ユニット制御部45Y(図6参照)によって制御されて、画像形成ジョブごとに設定されるプロセス条件により、感光体ドラム11Y上にY色のトナー画像を形成するようになっている。
IDCセンサー41Yは、感光体ドラム11Yの近傍であり、感光体ドラム11Yの回転方向に沿って、現像器14Yから、中間転写ベルト18に対向する感光体ドラム11Yの上部(1次転写位置)までの間の位置に配置されている。
中間転写ベルト18の走行域の内側の領域には、中間転写ベルト18を挟んで感光体ドラム11Yに対向する1次転写ローラー15Yが配置されている。1次転写ローラー15Yには、1次転写バイアス電圧が印加されるようになっており、感光体ドラム11Y上に形成されたトナー画像は、1次転写バイアス電圧が印加された1次転写ローラー15Yと感光体ドラム11Y間の電界の作用により、中間転写ベルト18上に1次転写される。
中間転写ベルト18上に多重転写された各色トナー画像は、中間転写ベルト18の周回走行によって、中間転写ベルト18と、中間転写ベルト18を介して駆動ローラー17aに圧接される2次転写ローラー19との圧接位置(2次転写位置)Ntに移動する。
搬送される記録シートPが2次転写位置Ntを通過する際に、中間転写ベルト18上に多重転写されたトナー画像が、2次転写バイアス電圧が印加された2次転写ローラー19と中間転写ベルト18との間に形成される電界の作用によりに記録シートP上に2次転写される。
定着部30は、相互に圧接された加熱ローラー32と加圧ローラー33とを備えており、加熱ローラー32と加圧ローラー33との圧接により定着ニップNfが形成されている。また、加熱ローラー32の軸心部には、ハロゲンヒーターランプ35が配置されており、ハロゲンヒーターランプ35により加熱ローラー32が定着温度に維持される。
ここで、再現画像の画質モードの選択は、例えば文字原稿の文字の再現性を向上させる文字モード、写真などの中間調の再現性を向上させる写真モードなどが含まれる。
制御部50は、操作部40で受け付けられたユーザーの指示に基づき、画像プロセス部10、給紙搬送部20、定着部30などを統括的に制御して、指示された画像形成ジョブを円滑に実行させる。また、ユーザーにより画質モードが選択された場合には、その選択されたモードに対して設定されるプロセス条件に基づいて画像形成を実行する。
画像安定化制御は、画像形成ユニット10Y〜10K別に、そのユニットの現像特性を決定する制御である。
画像形成ユニット10Yについて説明すると、(a)感光体ドラム11Y上に、画像形成条件としての現像バイアス電圧Vbを異なる値に可変させて複数個のY色のトナーパッチを形成し、(b)形成された複数個のトナーパッチに光を照射させ、その反射光をIDCセンサー41Yで受光して、その受光結果から複数個のトナーパッチの単位面積当たりのトナー付着量〔g/m2〕を求め、(c)各トナーパッチを形成したときの現像バイアス電圧Vbと、そのトナーパッチのトナー付着量との対応関係を現像特性として求めるものである。画像安定化制御で求められた現像特性を用いて、画像形成ジョブごとに、そのジョブに適したプロセス条件が設定される。他の画像形成ユニット10M〜10Kについても同様である。
<トナーパッチの構成>
図2は、感光体ドラム11Y上に形成されたトナーパッチの例を示す図である。なお、同図は、感光体ドラム11Yの表面を展開して示しており、矢印Zで示す方向が、感光体ドラム11Yの回転方向に相当する。
トナーパッチPS1、PS2、PS3、PS4、PS5は、1辺が1〜2〔cm〕程度の一定の大きさの長方形状の第1領域(パッチ領域)の全体に、Y色のトナーが一様に付着されたベタのトナーパッチ(以下、「ベタパッチ」という。)である。
ここでは、非ベタパッチのそれぞれは、複数本の縦のラインと複数本の横のラインが直交してなる格子状(図4(b)参照)に形成されており、縦のラインと横のラインの幅さが同じ、かつ隣り合うライン同士の間隔も各ラインの幅と同じ幅になっている。ラインの幅の大きさは、例えば100〔μm〕程度であるが、これに限られることはない。以下、ベタパッチPS1〜PS5を特に区別する必要がないときは、総称してベタパッチPSといい、同様に、非ベタパッチPC1〜PC5を特に区別する必要がないときは、非ベタパッチPCという。また、ベタパッチと非ベタパッチを区別する必要がないときは、総称してトナーパッチという。
ベタパッチPS1と非ベタパッチPC1の組をパッチP1、ベタパッチPS2と非ベタパッチPC2の組をパッチP2、ベタパッチPS3と非ベタパッチPC3の組をパッチP3、ベタパッチPS4と非ベタパッチPC4の組をパッチP4、ベタパッチPS5と非ベタパッチPC5の組をパッチP5とすると、組ごとに、その1組に含まれるベタパッチのトナー付着部と、非ベタパッチのトナー付着部の単位面積当たりのトナー付着量〔g/m2〕が同じ、かつ、パッチP1からP5に移るに連れて段階的に単位面積当たりのトナー付着量が多く(濃度が濃く)なるような条件で形成される。
より具体的には、パッチP1は、現像バイアス電圧Vbを−100〔V〕にして形成され、パッチP2は、現像バイアス電圧Vbを−200〔V〕にして形成され、パッチP3は、現像バイアス電圧Vbを−300〔V〕にして形成され、パッチP4は、現像バイアス電圧Vbを−400〔V〕にして形成され、パッチP5は、現像バイアス電圧Vbを−500〔V〕にして形成される。
現像バイアス電圧Vbの切り替えは、感光体ドラム11Y上に形成されたパッチP1〜P5の静電潜像がP1〜P5の順に、現像ローラー14aと対向する位置(現像位置)を通過するタイミングに応じて実行される。
<IDCセンサー41Yの構成>
図3は、IDCセンサー41Yの構成を説明するための模式図である。
発光部41aは、レーザー光源411と、第1偏光プリズム412と、第1集光レンズ413と、光吸収素子414を備える。
レーザー光源411は、感光体ドラム11Yの表面における所定領域に向かって、可視光〜赤外光の範囲の波長のレーザー光を照射する。この波長のレーザー光は、K色のトナーに吸収されるが、Y、M、C色のそれぞれのトナーには吸収されずに反射される特性を有する。
第1集光レンズ413は、第1偏光プリズム412によって分離されたp波を集光して感光体ドラム11Yの表面に導く。
図4は、第1集光レンズ413による集光されたレーザー光のp波が感光体ドラム11Y表面に照射されたときに形成されるビームスポットSの様子を示す図であり、(a)は、ベタパッチPS上に照射されたときを、(b)は、非ベタパッチPC上に照射されたときをそれぞれ示している。
第1集光レンズ413を通過して感光体ドラム11Yの表面に向かうレーザー光のp波は、(a)感光体ドラム11Yの表面にY色のトナーが付着していれば、そのトナー付着部に含まれるY色のトナー粒子に当たって正反射および拡散反射するものと、隣接する2つのトナー粒子の隙間を通り抜けて感光体ドラム11Yの表面に当たって正反射するものがあり、(b)Y色のトナーが付着していなければ、感光体ドラム11Yの表面のみにて正反射された後、受光部41bに向かう。なお、正反射したp波は、偏光せず、拡散反射したp波は偏光される。
第2集光レンズ418は、感光体ドラム11Yの表面とY色のトナーに当たって反射されたレーザー光を集光して、第2偏光プリズム417に導く。
第2偏光プリズム417は、正反射された反射光(p波)を直進させて第1受光素子415に導き、拡散反射によって偏光された反射光(s波)を直角方向に屈折させて第2受光素子416に導く。
第1受光素子415と第2受光素子416は、それぞれ、受光量に対応した電圧を光電変換するフォトダイオードなどの光電変換素子によって構成されており、その変換後の電圧を差分回路41cに送る。
すなわち、感光体ドラム11Y上におけるY色のトナーパッチは、複数個のトナー粒子が層状に形成されてなり、Y色のトナー層に光を照射した場合、その反射光は、上記のように隣接する2つのトナー粒子の隙間を通り抜けて感光体ドラム11Yの表面で反射する正反射光L1と、Y色のトナー粒子の表面で反射した正反射光L2と、Y色のトナー粒子の表面で反射した拡散反射光L3の3つに分けられる。
そこで、正反射光L2の光量と拡散反射光L3の光量の大小関係を予め実験から求めておき、ここではこれらを略同じとして、上記の差分をとることにより、Y色のトナーによる反射光の影響を除外して、正反射光L1の光量だけをとりだして、トナーの付着量をより正確に検出することができるようになるからである。
差分回路41cの出力電圧VYは、制御部50に送られる。なお、M色用のIDCセンサー41M、C色用のIDCセンサー41Cも、Y色用のIDCセンサー41Yと構成は、同じであり、それぞれ出力電圧VM、VCが制御部50に送られる。
図5は、画像形成ユニット10Kに設けられたIDCセンサー41Kの構成を示す模式図である。
同図に示すようにIDCセンサー41Kは、偏光プリズムや差分回路が設けられておらず、発光部としてレーザー光源411と第1集光レンズ413を備え、受光部として第1受光素子415と第2集光レンズ418を備える構成になっている。このように偏光プリズムや差分回路を設けていないのは、レーザー光源411から照射される可視光〜赤外光の範囲の波長のレーザー光がK色のトナーに当たると、そのほとんどがK色のトナーに吸収されるので、トナー粒子による正反射と拡散反射を考慮しなくても良いからである。
照射されたレーザー光は、感光体ドラム11Kの表面に付着しているK色のトナー粒子の隙間を通り抜けて、感光体ドラム11Yの表面にて反射され、その反射光(正反射光)が第2集光レンズ418を介して第1受光素子415で受光される。第1受光素子415は、その受光量に対応した電圧VKを制御部50に出力する。
なお、Y〜K色ごとに、トナーパッチの付着量を検出する際には、検出の直前にレーザー光源411から出射される出射光の光量補正が実行される。例えば、Y色の場合、レーザー光源411からのレーザー光を感光体ドラム11Yの表面におけるパッチP1〜P5のいずれも形成されていない領域に照射して、その反射光量に対応したIDCセンサー41Yからの出力電圧VYが所定の基準値になるように、レーザー光源411から出射されるレーザー光の光量が補正される。この光量補正により、感光体ドラム11Yの劣化等によって、感光体ドラム11Yの表面におけるレーザー光の反射光量のバラツキ、IDCセンサー41Yの個体差による反射光量に対する出力電圧VYのバラツキ等が生じても、そのバラツキを低減することができる。他のM〜K色の場合についても同様である。
図6は、制御部50に設けられた画像形成ユニット10Yに対する制御系の構成を示すブロック図である。なお、他の、画像形成ユニット10M〜10Kにも、同様の構成の制御系が設けられているが、基本的に同じ構成なので、ここでは画像形成ユニット10Yについてのみ説明し、10M〜10Kに対する制御系についてはその説明を省略する。
信号処理部42Yは、IDCセンサー41Yからの出力電圧VYに基づき画像安定化制御において現像特性を決定する。また、通常の画像形成ジョブを実行する際には、現像特性に基づき、当該ジョブに適したプロセス条件を設定する。
また、ユニット制御部45Yは、画像安定化制御の実行の際に、トナーパッチP1〜P5を感光体ドラム11Y上に形成する。
同図に示すように、回転する感光体ドラム11Yの表面を、帯電器12Yによって、予め設定された所定の帯電電位になるように、一様に帯電させる(ステップS11)。
次いで、回転している感光体ドラム11Yに対して、露光器13Yから、予め設定された所定の光量でレーザー光を出射して、トナーパッチP1〜P5のそれぞれに対応する静電潜像を形成する(ステップS12)。ここでは、予めトナーパッチP1〜P5を形成するための画像データが記憶されており、トナーパッチの形成の際に、その画像データに基づき、露光器13Yによる感光体ドラム11Yの露光を実行することにより、感光体ドラム11Y上にトナーパッチP1〜P5の静電潜像が形成されるようになっている。
すなわち、トナーパッチP1に対応する静電潜像が現像位置を通過するタイミングでは、現像バイアス電圧Vbが−100〔V〕になり(ステップS13)、トナーパッチP2に対応する静電潜像が現像位置を通過するタイミングでは、現像バイアス電圧Vbが−200〔V〕になり(ステップS14)、トナーパッチP3に対応する静電潜像が現像位置を通過するタイミングでは、現像バイアス電圧Vbが−300〔V〕になり(ステップS15)、トナーパッチP4に対応する静電潜像が現像位置を通過するタイミングでは、現像バイアス電圧Vbが−400〔V〕になり(ステップS16)、トナーパッチP5に対応する静電潜像が現像位置を通過するタイミングでは、現像バイアス電圧Vbが−500〔V〕になるように(ステップS17)、順次切り替える。
感光体ドラム11Y上に形成されたトナーパッチP1〜P5は、IDCセンサー41Yにより順次、検出され、その検出結果が信号処理部42Yに送られる。
<IDCセンサー41Yの出力電圧の平均値の算出>
パッチ出力算出部42aは、ベタパッチPSおよび非ベタパッチPCのそれぞれ毎に、IDCセンサー41Yの出力電圧VYを一定時間に亘ってサンプリングして、サンプリングされた電圧値の平均値を算出する。以下、算出された平均値を平均出力電圧という。
また、非ベタパッチPCに対する平均出力電圧の算出は、図4(b)に示すようにIDCセンサー41YによるビームスポットSの全域が非ベタパッチPCの形成領域内に入っている状態でサンプリングされた電圧値が平均されることにより実行される。
図8は、電圧テーブル42cの構成例を示す図である。
同図に示すように、電圧テーブル42cは、パッチP1〜P5ごとに、ベタパッチPSの平均出力電圧Vsと非ベタパッチPCの平均出力電圧Vcが対応付けられてなり、電圧テーブル42mを参照することにより、ベタパッチPSと非ベタパッチPCに対する平均出力電圧Vs、Vcを知ることができる。
図6に戻って、パッチ選択部42dは、電圧テーブル42cを参照し、パッチP1〜P5ごとに、ベタパッチPSと非ベタパッチPCのうち、現像特性の決定に用いる方のパッチを選択する処理を行う。
具体的には、トナーの再現画像の濃度域(階調値に相当)のうち、低濃度域については、ベタパッチPSを選択し、高濃度域については、非ベタパッチPCを選択する。
<現像バイアス電圧Vbと平均出力電圧Vsa、Vcaの関係>
図9は、現像バイアス電圧Vbを異なる値に可変させて、それぞれの値に対応するベタパッチPCと非ベタパッチPSを形成し、形成されたベタパッチPCと非ベタパッチPSをIDCセンサー41Yで検出して、その検出結果から平均出力電圧Vsa、Vcaを求めたときの、現像バイアス電圧Vbと平均出力電圧Vsa、Vcaの対応関係の例を示すグラフである。
ここで、異なる現像条件A〜Cとは、感光体ドラム11Yと現像ローラー14aとの間隔(D−S間距離)、現像ローラー14a上の現像剤量、トナーの帯電量を、それぞれ装置の組み立てや部品のバラツキなどを含む器差が生じたと仮定した場合の範囲内で異ならせたものをいう。
同図に示すように現像バイアス電圧Vbの絶対値が大きくなるほど、IDCセンサー41Yの平均出力電圧VsaおよびVcaが低下していることが判る。
トナー層が厚くなるほど、IDCセンサー41Yの発光部41aから発せられるレーザー光がトナー層のトナー粒子の隙間を通り、感光体ドラム11Yの表面で反射して、受光部41bに戻って来る反射光の光量が少なくなるが、ある厚さを超えると、ほとんど反射光がなくなり、その結果、現像バイアス電圧Vbが増加してもIDCセンサー41Yの平均出力電圧がほとんど変化しなくなる。
これに対して、非ベタパッチPCは、図4(b)に示したようにビームスポットSの中には、複数本のラインからなるトナー付着部と、隣り合うライン間の隙間に当たるトナー非付着部が含まれ、それぞれのトナー付着部と非付着部からの反射光が検出される。
一方、非ベタパッチPCについては、ベタパッチPSと同じ付着量でもエッジ効果により、それぞれのトナー付着部における厚みの薄い部分をレーザー光が通り抜けることができることにより、高濃度域においてベタパッチPSよりも濃度(付着量)の変化に対して反射光の光量が変化し易くなる。
グラフの傾きは、現像バイアス電圧Vbの変化量、すなわちトナー付着量(濃度)の変化量に対する平均出力電圧Vca、Vsaの変化量の検出感度を示すので、グラフの傾きの大きい方が、より検出精度が高いといえる。このことから、現像バイアス電圧Vbの、−300〔V〕〜−600〔V〕の範囲では、トナー付着量が多く(濃度が高く)なることにより、非ベタパッチPCの方がベタパッチPSよりもトナー付着量をより精度よく検出できることになる。
これは、−100〔V〕の最も低い濃度では、ベタパッチPSも非ベタパッチPCも平均出力電圧が略同じであるのに対し、−300〔V〕の付近では、非ベタパッチPCの方がベタパッチPSよりも平均出力電圧が高くなっており、−100〔V〕〜−300〔V〕の範囲では、非ベタパッチPCの方がベタパッチPSよりも平均出力電圧の差が大きいからである。
すなわち、非ベタパッチPCに含まれる格子状のトナー付着部の縦または横の1本のラインのある特定の線分に注目し、その線分の、感光体ドラム11Y上に形成される潜像部分の面積(現像前の面積)をα、その潜像部分の外縁(エッジ)の全長(現像前のエッジ長)をβとしたとき、画像の再現性の観点からすれば、トナーで現像した後も、その線分の面積がαになり、エッジ長がβになっていることが理想である。
上記の特定した線分の形状を長方形としたとき、現像前の潜像部分のエッジは直線で表されるが、現像後の線分のエッジは、直線にならずに、例えばぎざぎざ形状のようになり、現像後の線分の面積が現像前のαよりも少なくなり、現像後のエッジ長が現像前のβよりも長くなる。例えば、αとβの関係を比率β/α(トナーエッジ部比率)で表せば、トナーエッジ部比率は、現像後の方が現像前よりも大きくなる。
一方、ベタパッチPSは、上記の如くIDCセンサー41Yによる検出時にはビームスポットS内にエッジが存在しないことから、トナー付着量に関係なく、エッジの再現性による平均出力電圧のバラツキが生ぜず、平均出力電圧のバラツキが非ベタパッチPSよりも小さくなると考えられるからである。
このことを、図10と図11を用いて検証する。
図10は、ベタパッチPSに対するIDCセンサー41Yの平均出力電圧VsaとベタパッチPSのトナー付着量との対応関係の例を示すグラフである。
この別の実測方法としては、例えば感光体ドラム11Y上のベタパッチPSを1つずつ別の記録シートPに転写して、記録シートPごとに、転写前後での記録シートPの質量を計測して、前後における質量差を求める方法が用いられたが、他の方法であっても良い。
図10のグラフに示すように、現像条件が異なっても、それぞれのベタパッチPSに対するトナー付着量が4〔g/m2〕付近より少ない範囲では、IDCセンサー41Yの平均出力電圧Vsaのバラツキがほとんどないことが判る。これは、図9に示すように低濃度域におけるベタパッチPSのグラフ(破線)にバラツキが少ないことと同じである。
一方、トナー付着量が4〔g/m2〕付近より多くなると、トナー付着量が変化しても平均出力電圧Vsaの変化がほとんどなくなっている。これは、図9に示すように高濃度域におけるベタパッチPSのグラフ(実線)に傾きがほとんどないことと同じである。
このようなトナー付着量の変換を行うのは、次の理由による。
すなわち、図2に示すようにパッチP1〜P5のそれぞれは、そのパッチに含まれるベタパッチPSと非ベタパッチPCが同じ現像バイアス電圧Vbで形成されるので、ベタパッチPSのトナー付着部の付着量〔g/m2〕と、非ベタパッチPCのトナー付着部の付着量〔g/m2〕とが同じになるが、非ベタパッチPCにはトナー非付着部が含まれることから、上記のように付着量〔g/m2〕が同じでもIDCセンサー41Yの平均出力電圧Vcaは、Vsaと異なる値になる。
本実施の形態では、ベタパッチPSと非ベタパッチPCとを同じ付着量の条件で所定値、ここでは後述のように4〔g/m2〕を境に濃度域を低濃度域と高濃度域に分けて、低濃度域についてはベタパッチPSに対する平均出力電圧Vsaを用い、高濃度域については非ベタパッチPCに対する平均出力電圧Vcaを用いて現像特性を決定する構成をとっている。
図11のグラフに示すように、現像条件が異なっても、それぞれの非ベタパッチPCに対するトナー付着量が4〔g/m2〕付近より多い範囲では、IDCセンサー41Yの平均出力電圧Vcaのバラツキがあまりなく、平均出力電圧Vcaに対するトナー付着量の傾きが大きくなっていることが判る。これは、図9に示すように高濃度域における非ベタパッチPCのグラフ(破線)の傾きが大きいことと同じ理由によるものと考えられる。
図10と図11のグラフから、トナー付着量として4〔g/m2〕を境に、低濃度域と高濃度域に分けたときに、ベタパッチPSについては、図10に示すように4〔g/m2〕に対応する平均出力電圧Vsa(=0.2〔V〕)以上の低濃度域であれば、ベタパッチPSのトナー付着量を高精度で検出でき、非ベタパッチPCについては、図11に示すように4〔g/m2〕に対応する平均出力電圧Vca(=0.8〔V〕)より小さくなる高濃度域であれば、非ベタパッチPCのトナー付着量を高精度で検出できることが判る。
なお、図10に示すベタパッチPSに対するグラフのデータと、図11に示す非ベタパッチPCに対するグラフのデータは、それぞれ現像条件1〜3のうち、自装置に最も近い条件を示すものが、ベタパッチPSについては、ベタパッチ平均出力電圧/付着量対応情報として、非ベタパッチPCについては、非ベタパッチ平均出力電圧/付着量対応情報として、そのデータがそれぞれトナー付着量LUT42fに予め格納されている。
パッチP1〜P5ごとに、選択されたパッチと、その平均出力電圧VM1〜VM5を示す情報がトナー付着量算出部42eに出力される。
これは、次の理由による。
一方、現像バイアス電圧Vbが−300〔V〕〜−500〔V〕の範囲では、グラフの傾きの大きさの違いにより、非ベタパッチPCの方がベタパッチPSよりもトナー付着量をより高精度で測定することができるからである。
図6に戻り、トナー付着量算出部42eは、パッチ選択部42dにより選択されたパッチの平均出力電圧VM1〜VM5に対応するトナー付着量〔g/m2〕を、トナー付着量LUT42fに格納されているベタパッチ平均出力電圧/付着量対応情報と非ベタパッチ平均出力電圧/付着量対応情報(図10と図11のグラフに相当)に基づき求める。
具体的に、図10のグラフにおいて、ベタパッチPS1に対する出力電圧VM1が1〔V〕であれば、トナー付着量が2〔g/m2〕と求められ、図11のグラフにおいて、非ベタパッチPC5に対する出力電圧VM5が0.7〔V〕であれば、トナー付着量が4.3〔g/m2〕と求められる。
なお、パッチP1〜P5を形成したときの現像バイアス電圧Vbは、予め−100〔V〕〜−500〔V〕であることが判っているので、トナー付着量Xと現像バイアス電圧Vbの対応関係、例えばトナー付着量X1に対して現像バイアス電圧Vbが−100〔V〕といった関係も予め決められている。
現像特性決定部42gは、パッチP1〜P5ごとに、そのパッチを形成したときの現像バイアス電圧Vbと、ベタパッチPSと非ベタパッチPCのうち、選択された方のパッチに対するトナー付着量X1〜X5に基づいて、現像バイアス電圧Vbとトナー付着量Xとの関係(現像特性)を決定する。
同図では、ベタパッチPS1〜PS3、非ベタパッチPC4、PC5が選択された場合の例が示されているが、この例の比較として、選択されなかった非ベタパッチPC1〜PC3、ベタパッチPS4、PS5についても、その付着量を×印でプロットすると共に各点を破線で結んだグラフも参考に併記している。
現像特性決定部42gは、トナー付着量算出部42eで算出されたトナー付着量X1〜X5に基づき、同図に示すグラフのような現像バイアス電圧Vbとトナー付着量Xとの対応関係を求め、求めた対応関係を現時点での自装置の現像特性と決定して、このデータを記憶する。
<プロセス条件の設定>
図6に戻り、プロセス条件設定部42mは、画像形成ジョブごとに、そのジョブに適したプロセス条件を設定するものであり、現像特性決定部42gに記憶されている現像特性に基づき、その画像形成ジョブに適した現像バイアス電圧Vbを求めると共に、現像以外の帯電や露光などの条件を必要に応じて補正する。
(b)取得した画質モードに適したトナー付着量を求める。
画質モードに適したトナー付着量は、予め決められており、例えば文字モードであれば、5〔g/m2〕、写真モードであれば、3〔g/m2〕といった具合である。文字モードの場合、文字画像を高濃度で再現した方がシャープに見え、写真モードの場合、中間調の再現性を上げるためにトナー付着量(濃度)を少し抑えるものである。他のモードがある場合には、そのモードに適したトナー付着量の値が予め設定される。
(c)求めたトナー付着量(目標濃度)に対する現像バイアス電圧Vb(画像形成条件)を、現像特性決定部42gに現に記憶されている現像特性から求める。例えば、図12に示すグラフの例であれば、文字モードの5〔g/m2〕に対し、現像バイアス電圧Vbが−400〔V〕、写真モードの3〔g/m2〕に対し、現像バイアス電圧Vbが−280〔V〕になる。
すなわち、本実施の形態の画像形成ユニット10Yでは、基準のトナー付着量X0の画像を形成するのに適した帯電量と露光量の基準値Zsが予め決められている。ところが、画質モードの指定によってトナー付着量が基準のX0から変更された場合、帯電量と露光量が基準値Zsのままでは、変更後のトナー付着量の画像を得られないおそれが生じる。
ユニット制御部45Yは、当該画像形成ジョブの実行に際し、プロセス条件設定部42mで設定されたプロセス条件で帯電、露光、現像が行われるように、帯電器12Y、露光器13Y、現像器14Yを制御する。これにより、ユーザーにより指定された画質モードに適したプロセス条件に基づく画像形成動作が実行される。
本発明は、画像形成装置に限られず、例えば現像特性などの画像濃度特性を決定する方法であるとしてもよい。また、その方法をコンピュータが実行するプログラムであるとしてもよい。また、本発明に係るプログラムは、例えば磁気ディスク、DVD−ROM、DVD−RAMなどの光記録媒体、フラッシュメモリ系記録媒体等、コンピュータ読み取り可能な各種記録媒体に記録することが可能であり、当該記録媒体の形態で生産、譲渡等がなされる場合もあるし、プログラムの形態でインターネットを含む有線、無線の各種ネットワーク、放送、電気通信回線、衛星通信等を介して伝送、供給される場合もある。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施の形態では、現像バイアス電圧Vbを−100〔V〕〜−500〔V〕の範囲内で100〔V〕単位で切り替えて、1つの現像バイアス電圧Vbに対してベタパッチPSと非ベタパッチPCの両方を形成する構成としたが、これに限られない。
例えば、ジョブに適用される目標濃度を、ユーザーが手動で指定する構成や、画像データに基づき自動的にページ単位で文字画像や写真画像の画像属性を判別し、判別した画像属性に対して予め決められた目標濃度を取得する構成などが考えられる。
(3)上記実施の形態では、異なる現像バイアス電圧VbでベタパッチPSと非ベタパッチPCをそれぞれ複数個、形成するとしたが、これに限られない。例えば、ベタパッチPSと非ベタパッチPCを1個ずつ形成する構成をとることもできる。
(b)形成されたベタパッチPSの単位面積当たりのトナー付着量と、形成された非ベタパッチPCにおけるトナー付着部の単位面積当たりのトナー付着量を検出する。
この決定方法としては、例えば図12に示すようなグラフの生成により行うことができる。すなわち、ベタパッチPSの形成時の現像バイアス電圧Vb(例えば−200〔V〕)に対するベタパッチPSのトナー付着量Xaと、非ベタパッチPCの形成時の現像バイアス電圧Vb(例えば−400〔V〕)に対する非ベタパッチPSのトナー付着量Vbの2点をプロットし、各点を直線で結んだグラフを、当該現像特性と決定するものである。
すなわち、従来のようにベタパッチだけを用いれば、図12の例では、点(PS3)〜(PS5)を結ぶ線が現像特性になり、これでは4〔g/m2〕でも5〔g/m2〕でも現像バイアス電圧Vbを−400〔V〕にしか設定できない。
従って、従来よりもトナー付着量Xに適した現像バイアス電圧Vbの値を決定することができるようになり、ジョブ実行時にその目標濃度により近い濃度のトナー画像を得ることができ、再現画像の画質向上を図れる。
また、非ベタパッチPCのトナー付着部および非付着部と、ビームスポットSとの大小関係は、エッジ効果が得られるように、ビームスポットS内に、トナー付着部の少なくとも一部と非付着部の少なくとも一部が入るような大きさに設定される。すなわち、ビームスポットSの径がトナー付着部の幅よりも狭くならず、トナー付着部のエッジがビームスポットS内に入るように工夫される。
さらに、現像バイアス電圧Vbの値(−100〔V〕〜−500〔V〕)、低濃度域と高濃度域の境界を示すトナー付着量の所定値(=4〔g/m2〕)などが、上記の値に限られないことはいうまでもない。
具体的には、Y色の帯電特性の場合、帯電以外の露光や現像条件を一定にしつつ、画像形成条件として帯電電圧または帯電電流を、相互に異なるTc1〜Tcnのn段階に切り替えて、Y色のベタパッチPSと非ベタパッチPCを一対とするパッチP1〜Pnを感光体ドラム11Y上に順次、形成し、形成されたパッチP1〜Pnのパッチごとに、そのパッチに含まれるベタパッチPSと非ベタパッチPCをIDCセンサー41Yで検出する。
(6)上記実施の形態では、感光体ドラム上にトナーパッチを形成し、感光体ドラム上に形成されたトナーパッチのトナー付着量をIDCセンサーによって検出する構成例を説明したが、トナーパッチの形成は、像担持体であれば感光体ドラムに限られず、例えば感光体ベルト、中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体であっても良い。
(7)上記実施の形態では、本発明に係る画像形成装置をタンデム型カラープリンターに適用した場合の例を説明したが、これに限られない。カラーやモノクロのいずれの画像形成を実行可能であるかに関わらず、感光体ドラムや中間転写体などの像担持体にトナーパッチを形成し、像担持体上に形成されたトナーパッチを光学的に検出して、その検出結果に基づき画像濃度特性を設定する構成の画像形成装置であれば、例えば複写機、ファクシミリ装置、MFP(Multiple Function Peripheral)等に適用できる。
12Y 帯電器
13Y 露光器
14Y、14M、14C、14K 現像器
41a 発光部
41b 受光部
41Y、41M、41C、41K IDCセンサー
42Y 信号処理部
42d パッチ選択部
42e トナー付着量算出部
42g 現像特性決定部
42m プロセス条件設定部
100 プリンター
PS ベタパッチ
PC 非ベタパッチ
S ビームスポット
Claims (8)
- 像担持体上にトナー画像を形成する画像形成装置であって、
画像形成条件を異ならせて、前記像担持体上の第1領域に一様にトナーが付着したベタパッチと、前記像担持体上の第2領域に、前記ベタパッチよりも単位面積当たりのトナー付着量の多いトナー付着部とトナーが付着されない非付着部とが混在する非ベタパッチとを形成するパッチ形成手段と、
前記像担持体上のベタパッチと非ベタパッチのそれぞれのトナー付着量を光学的に検出する検出手段と、
前記ベタパッチの形成時の画像形成条件と前記ベタパッチの検出結果によるトナー付着量の関係と、前記非ベタパッチの形成時の画像形成条件と前記非ベタパッチの検出結果によるトナー付着量の関係との両方の関係に基づき、画像形成条件とトナー付着量の関係を示す画像濃度特性を決定する決定手段と、
決定された画像濃度特性から、前記像担持体上にトナー画像を形成する際の目標濃度に対する画像形成条件を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記パッチ形成手段は、
前記ベタパッチと非ベタパッチをそれぞれ、異なる画像形成条件で複数個、形成し、
前記決定手段は、
前記ベタパッチの検出結果として、前記複数個のベタパッチのうち、前記画像濃度特性の低濃度域の設定に適したものとして予め決められた第1有効範囲内に入るものを用い、
前記非ベタパッチの検出結果として、前記複数個の非ベタパッチのうち、前記画像濃度特性の高濃度域の設定に適したものとして予め決められた第2有効範囲内に入るものを用いることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記検出手段は、
前記像担持体に向かって光を出射する発光部と、
前記発光部から出射された光の、前記像担持体上に形成されているベタパッチからの反射光と非ベタパッチからの反射光とを別々に受光し、または前記照射された光のうち、前記像担持体の、前記ベタパッチが形成されている部分を透過した透過光と前記非ベタパッチが形成されている部分を透過した透過光とを別々に受光する受光部を有し、
受光した反射光または透過光の光量に基づき、それぞれのパッチのトナー付着量を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記発光部から出射された光の、前記像担持体上におけるビームスポットの全部が、前記第1領域内に入り、かつ第2領域内に入ると共に、
当該ビームスポットの中に、前記非ベタパッチを構成するトナー付着部の少なくとも一部と非付着部の少なくとも一部が含まれるように、前記ビームスポットの大きさが設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記非ベタパッチは、
トナー付着部が格子状に形成されてなる、または、複数個のトナー付着部がその隣り合うもの同士が間隔を開けて配列してなるドット状に形成されてなることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。 - 前記非ベタパッチは、
トナー付着部の、前記第2領域に対する面積の比率が50〔%〕になるように形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記設定手段は、
トナー画像を形成するジョブごとに、当該ジョブに適用される目標濃度を取得して、取得した目標濃度に対する画像形成条件を設定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段を備え、
前記画像形成条件は、前記現像手段の現像バイアス電圧であり、
前記画像濃度特性は、現像特性であり、
前記像担持体上へのトナー画像の形成は、
前記像担持体上の静電潜像を前記現像手段により、前記現像特性から算出される目標濃度に対する現像バイアス電圧を用いてトナーで現像することであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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