JP3888069B2 - Image forming apparatus and image forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、感光体ドラムや感光体ベルトなどの感光体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて顕像化するプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の画像形成装置では、感光体およびトナーの疲労・経時変化や、装置周辺における温湿度の変化などに起因して、画像濃度が変化することがある。そこで、従来よりトナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子、例えば帯電バイアス、現像バイアス、露光量などを適宜制御して画像濃度を安定化させる技術が数多く提案されている。具体的には、濃度調整因子を変えながら、パッチ画像を感光体上に形成し、各パッチの画像濃度を検出した後、これらの検出値に基づき目標濃度を得るために必要な濃度調整因子の最適値を決定している。そして、濃度調整因子をその最適値に設定した上で、一連の画像形成を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カラー画像を形成する画像形成装置では、複数色のトナー像、例えばイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4色のトナー像をそれぞれ形成し、これらのトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成している。したがって、これらのトナー像の画像濃度をそれぞれ調整するために、従来より、各トナー色ごとに一連のパッチ処理(パッチ画像の形成、パッチ画像濃度の検出および濃度調整因子の最適化)を行っている。つまり、n色(n≧2)のトナー像に基づきカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、画像品質を保証するために、パッチ処理を必ずn回実行していた。その結果、濃度調整因子の最適化のために比較的長い時間を要することとなり、しかも全トナー色についてパッチ処理を行うために、全トナー色についてトナーが消費され、このことがランニングコストの増大要因のひとつとなっていた。
【0004】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子の最適値を短時間で、しかも低ランニングコストで算出することができる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、光ビームを感光体の表面に露光走査して静電潜像を形成する露光手段と、互いに異なる色のトナーで前記感光体上の静電潜像を現像するn個(n≧2)の切替現像器を有し、前記n個の切替現像器のうち一の切替現像器を選択的に前記感光体と対向する第1現像位置に位置決めし、当該切替現像器により前記静電潜像をトナーで顕像化してトナー像を形成する現像手段と、前記n個の切替現像器とは別に、さらに前記第1現像位置とは異なる第2現像位置で前記感光体と対向配置されて前記感光体上の静電潜像を(n+1)番目のトナー色で現像してトナー像を形成する独立現像器と、各トナー色ごとに、トナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子として現像バイアスを最適化することによって前記感光体上に形成されるトナー像の画像濃度を制御する制御手段と、前記現像手段または前記独立現像器によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段とを備え、前記n個の切替現像器は前記第1現像位置における姿勢が略同一で、かつ略同一の構成部材で構成されており、前記制御手段は、前記n個の切替現像器については、前記濃度調整因子を所定の第1可変域内で多段階に変更設定しながら前記n個の切替現像器のうち1個を用いて前記感光体上に複数のトナー像をパッチ画像として形成するとともに、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記n色の全てについて前記濃度調整因子を最適化する一方、前記独立現像器については、前記濃度調整因子を前記第1可変域よりも広い第2可変域内で多段階に変更設定しながら前記独立現像器を用いて前記感光体上にトナー像をパッチ画像として形成し、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記(n+1)番目のトナー色について前記濃度調整因子を最適化している。
【0006】
また、この発明にかかる画像形成方法は、光ビームを感光体の表面に露光走査して静電潜像を形成する露光手段と、略同一の構成部材で構成され、互いに異なる色のトナーで感光体上の静電潜像を現像するn個(n≧2)の切替現像器を有し、前記n個の切替現像器のうち一の切替現像器を選択的に前記感光体と対向する第1現像位置に位置決めし、当該切替現像器により前記静電潜像をトナーで顕像化してトナー像を形成する現像手段と、前記n個の切替現像器とは別に、さらに前記第1現像位置とは異なる第2現像位置で前記感光体と対向配置されて前記感光体上の静電潜像を(n+1)番目のトナー色で現像してトナー像を形成する独立現像器とを備える画像形成装置を使用して、各トナー色ごとにトナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子として現像バイアスを最適化することによって前記感光体上に形成されるトナー像の画像濃度を制御する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記濃度調整因子を所定の第1可変域内で多段階に変更設定しながら前記n個の切替現像器のうち1個を用いて前記感光体上に複数のトナー像をパッチ画像として形成するとともに、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記n色の全てについて前記濃度調整因子を最適化する一方、前記濃度調整因子を前記第1可変域よりも広い第2可変域内で多段階に変更設定しながら前記独立現像器を用いて前記感光体上にトナー像をパッチ画像として形成し、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記(n+1)番目のトナー色について前記濃度調整因子を最適化している。
【0007】
トナー像の画像濃度に対して影響を与える主要因のひとつとして、現像処理を行う際の静電潜像の表面電位、つまり明部電位がある。この明部電位には、例えば図1に示すように時間依存性が存在しており、各トナー色で現像位置が相違している場合、明部電位が相互に異なることがあり、その結果、同一条件で画像を形成したとしても明部電位の相違によって画像濃度が異なってしまうことがある。このような場合には、各トナー色ごとに、パッチ画像を形成して濃度調整因子を最適化する必要がある。
【0008】
これに対し、この発明では、n個の切替現像器は選択的に現像位置に位置決めされた後、感光体上の静電潜像をトナーで顕像化してトナー像を形成するため、いずれのトナー色においても、感光体に光ビームを照射して静電潜像を形成してから該静電潜像が現像位置に移動してくるまでの時間は一定となり、明部電位は同一値を有することとなる。そこで、代表的に1個の切替現像器によって感光体上にパッチ画像を形成し、各パッチ画像の画像濃度に基づきn色の全てについて濃度調整因子としての現像バイアスを最適化している。こうすることで、少なくとも1色以上のトナー色についてパッチ画像の形成、濃度検出などを行う必要がなくなり、濃度調整因子の最適化に要する時間の短縮化、およびトナー消費の抑制によるランニングコストの低減を図ることができる。また、各切替現像器の第1現像位置における姿勢が略同一で、かつ、略同一の構成部材で構成されているので、各色の現像γ特性を略同一にすることができる。従って、各トナー色について設定される最適値が従来技術の如くパッチ処理によって求められる最適値とほぼ同一となり、より好適である。
【0009】
また、トナー消費の進行に伴って該トナー色の現像器内で劣化トナーが増大し、画像品質の低下を招く。この劣化トナーの存在が許容範囲であれば、濃度調整因子の最適化によって画像品質を保証することも可能であるが、許容範囲を超えた場合、パッチ処理によっても濃度調整因子の最適値を求めることができなくなる。そこで、トナー消費が最も大きな切替現像器についてパッチ画像を形成するようにすれば、劣化トナーの問題が最も重要視されるトナー色について常にパッチ処理が実行され、劣化トナーの影響を検出して現像器交換やトナーカートリッジの交換などの必要性を確実に検出することができる。
【0010】
ここで、最も効率的に濃度調整因子の最適化を図るためには、n個の切替現像器のうち一の切替現像器を用いてパッチ画像を形成するようにすればよい。すなわち、n個のトナー色のうち一を基準トナー色とし、この基準トナー色については、濃度調整因子を多段階に変更設定しながら基準トナー色に対応する切替現像器によって複数のパッチ画像を形成し、各パッチ画像の画像濃度に基づき基準トナー色に対する濃度調整因子の最適値を求める一方、基準トナー色を除く(n−1)個のトナー色については、各トナー色に対する濃度調整因子をそれぞれ上記最適値に設定すればよい。
【0011】
また、上記したn個の切替現像器とは別に、さらに異なる現像位置で感光体と対向配置されて感光体上の静電潜像を(n+1)番目のトナー色で現像してトナー像を形成する独立現像器を設けているが、(n+1)番目のトナー色については以下のようにして濃度調整因子を最適化すればよい。すなわち、独立現像器を用いて感光体上にトナー像をパッチ画像として形成するとともに、濃度検出手段の検出結果に基づき(n+1)番目のトナー色について濃度調整因子を最適化する。こうすることによって、(n+1)番目の色についてトナー像の画像濃度を制御することができる。
【0012】
上記のように現像位置が相互に異なる現像器では、現像位置に応じて明部電位が相違していることがある。さらに、現像位置における現像器の姿勢(特に重力方向に対する姿勢)や、現像器の構成が異なり、現像γ特性が異なることがある。従って、最終的に求められる濃度調整因子の最適値も現像位置に応じて相違していることがある。そこで、現像位置を考慮してパッチ処理を実行するのが望ましい。例えば、露光手段により露光される露光位置から第1および第2現像位置までの距離に応じて第1および第2可変域をそれぞれ設定しておき、前記n個のトナー色については濃度調整因子を第1可変域の間で変更しながら切替現像器によって複数のパッチ画像を形成する一方、(n+1)番目のトナー色については濃度調整因子を第2可変域の間で変更しながら独立現像器によって複数のパッチ画像を形成するのが望ましい。こうすることで、切替および独立現像器についての最適値がそれぞれ第1および第2可変域に含まれる確率が高くなり、濃度調整因子の最適化を確実に行うことができる。特に、独立現像器では内部でのトナーの攪拌・循環の程度が少なく現像γ特性の耐久変動が大きいため、独立現像器についての濃度調整因子の振り幅を大きくした方がよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
A.発明の原理
この種の画像形成装置では、均一に帯電された感光体表面に光ビームを走査露光し、感光体の表面電位を部分的に変化させて静電潜像を形成している。そして、現像器に対して現像バイアスを与えながら、その静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成している。ここで、静電潜像の表面電位、つまり明部電位をVonとし、現像バイアスをVbとすれば、感光体に付着するトナー量と密接に関係するコントラスト電位Vconは、
Vcon=│(現像バイアスVb)−(感光体の明部電位Von)│
となる。
【0014】
ところで、感光体は、従来より周知のように、ドラム状のアルミニウムなどの導電性基材上に下引層、電荷発生層および電荷輸送層がこの順序で積層形成されている。そして、光ビームが所定の表面電位に帯電された感光体に照射されると、照射部分に対応して表面電荷が消失されて静電潜像が形成される。負帯電型OPCを例に取れば、光ビームの照射により電荷発生層で発生したホールとエレクトロンとは電界に応じて移動する。つまり、ホールは、感光体表面の負電荷に引き寄せられる様に、感光体表面に向けて電荷輸送層を移動し、表面の負電荷を打ち消す。これによって静電潜像が形成される。
【0015】
このようにして形成された静電潜像部分での表面電位、つまり明部電位には、時間依存性が存在する。例えば図1に示すように、表面電位Vs0に負帯電された負帯電型OPCに光ビームを照射すると、電荷発生層で発生したホール群が発生する。このホール群は電荷輸送層を移動し、表面の負電荷を打ち消す。このホール群の先頭が表面に到着するまでの時間をおいてから感光体の表面電位の絶対値は急峻に低下するが、電位の絶対値が低下するに従って、ホールを移動させるための電界が小さくなるため、徐々にその低下度合いは小さくなる。そして、所定時間Tsだけ経過時点でホールを移動させるために充分な電界が形成できなくなり、明部電位は一定の電位Vonに落ち着き、それ以降の時間T2における明部電位Von2は明部電位Vonとなる。一方、時間Tsより短い時間、例えば時間T1における明部電位Von1は電位Vonまで落ちきらず、表面電位Vs0、時間T1での明部電位Von1および時間Ts以降での明部電位Vonとの関係は、
|Vs0|>|Von1|>|Von|
となる。
【0016】
ここで、図2に示すように、露光位置から各トナー色(Y,C,M,K)のトナー像を形成する現像位置(現像器)までの距離をそれぞれ距離Ly,Lc,Lm,Lkとし、また感光体の周速を速度Vとしたとき、露光から各現像器によってトナー現像が開始されるまでの時間Ty,Tc,Tm,Tkは次式、
Ty=Ly/V
Tc=Lc/V
Tm=Lm/V
Tk=Lk/V
となる。したがって、例えば複数の現像器を感光体の回転方向に沿って順番に配列した画像形成装置では、各トナー色の現像位置が相互に異なり、各トナー色ごとに明部電位が相違してしまうため、従来技術と同様に、各トナー色ごとにパッチ処理を実行して濃度調整因子の最適化を図る必要がある。
【0017】
これに対し、各トナー色の現像位置が一致するように現像器を構成すると、各距離Ly,Lc,Lm,Lkが同一となり、各トナー色についての明部電位Vonは一定となる。さらに、現像位置が一致するような切替現像器として構成すると、その構成は、1)各色の現像器を軸中心に回転自在に設ける(=ロータリー状に循環移動可能に設ける)、もしくは、2)各色の現像器を一列に配置し、現像器をその配列方向に移動する、となる。このような構成においては、各色の現像器の現像位置における姿勢を略同一にでき、かつ、略同一の構成部材により構成することができる。極論すれば、トナーのみが相違していると考えることができる。
【0018】
ここで、「現像位置における姿勢が略同一である」とは、現像位置における感光体と現像ローラとの相対位置関係が略同じであることを言う。また、現像ローラに向かうトナーの流れが略同一となるよう現像ローラの周辺部材の現像ローラに対する相対位置関係を同一にするとさらに望ましい。さらに、「略同一の構成部材により構成する」とは、現像ローラをはじめその周辺部材、例えば供給ローラ、規制ブレードの材質や外観を略同一にすることである。部品を共通化することで、組み立て性の向上、コストダウンの効果も発現する。また、トナーに関しては、色は異なるが、粒径、帯電量、流動性を揃えるように内添、外添剤を調整するとさらに好ましい。
【0019】
このように現像γ特性に寄与する因子(姿勢差、構成)を現像器毎で略同一にできるので、各色の現像γ特性を略同一にできる。もしくは、異なった特性であっても、寄与する因子の大部分を合わせているので、パッチ処理により一つの現像器の現像γ特性を把握することによって、他の色の現像γ特性を容易に類推することができる。その結果、例えば4色のうち一のトナー色についてパッチ処理を実行して濃度調整因子の最適値を求めるとともに、その最適値をそのままもしくは、その値から類推できる値を他のトナー色に対する濃度調整因子の最適値として設定することが可能となる。そこで、以下に詳述する実施形態では、かかる「発明の原理」を利用することによって、パッチ処理の回数を減らし、濃度調整因子の最適値を短時間で、しかも低ランニングコストで算出することを可能としている。
【0020】
B.第1実施形態
図3は、この発明にかかる画像形成装置の第1実施形態を示す図である。また、図4は図3の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック(K)のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット1のメインコントローラ11に与えられると、このメインコントローラ11からの指令に応じてエンジンコントローラ12がエンジン部EGの各部を制御してシートSに画像信号に対応する画像を形成する。
【0021】
このエンジン部EGでは、感光体2が同図の矢印方向D1に回転自在に設けられている。また、この感光体2の周りにその回転方向D1に沿って、帯電手段としての帯電ユニット3、現像手段としてのロータリー現像ユニット4およびクリーニング部5がそれぞれ配置されている。帯電ユニット3は帯電バイアス発生部121から帯電バイアスが印加されており、感光体2の外周面を均一に帯電させる。
【0022】
そして、この帯電ユニット3によって帯電された感光体2の外周面に向けて露光ユニット6から光ビームLが照射される。この露光ユニット6は、図4に示すように、画像信号切換部122と電気的に接続されており、この画像信号切換部122を介して与えられる画像信号に応じて露光パワー制御部123が露光ユニット6を制御し、光ビームLを感光体2上に走査露光して感光体2上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、エンジンコントローラ12のCPU124からの指令に基づき、画像信号切換部122がパッチ作成モジュール125と導通している際には、パッチ作成モジュール125から出力されるパッチ画像信号が露光パワー制御部123に与えられてパッチ潜像が形成される。一方、画像信号切換部122がメインコントローラ11のCPU111と導通している際には、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像信号に応じて光ビームLが感光体2上に走査露光されて画像信号に対応する静電潜像が感光体2上に形成される。
【0023】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット4によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では現像ユニット4として、ブラック用の現像器4K、シアン用の現像器4C、マゼンタ用の現像器4M、およびイエロー用の現像器4Yが軸中心に回転自在に設けられている。そして、これらの現像器4K,4C,4M,4Yは回転位置決めされるとともに、感光体2に対して選択的に当接、もしくは離間位置で位置決めされ、現像バイアス発生部126によって現像バイアスが印加されて選択された色のトナーを感光体2の表面に付与する。これによって、感光体2上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【0024】
また、このように構成された現像ユニット4では、各トナー色の現像位置が相互に一致する。つまり、図5に示すように、露光位置から各トナー色(Y,C,M,K)のトナー像を形成する現像位置(現像器4Y,4C,4M,4K)までの距離Ly,Lc,Lm,Lkが同一値L1となり、露光から各現像器によってトナー現像が開始されるまでの時間Ty,Tc,Tm,Tkは一定値T1となる。その結果、明部電位の時間依存性が存在するにもかかわらず、各トナー色についての明部電位は一定となる。このように、この第1実施形態では、露光位置から距離L1だけ離れた位置が本発明の「第1現像位置」に相当し、この第1現像位置で各現像器4Y,4C,4M,4Kが本発明の「切替現像器」として機能している。
【0025】
さらに、各色の現像器4Y,4C,4M,4Kの第1現像位置における姿勢を略同一にでき、かつ、略同一の構成部材により構成することができる。このように現像γ特性に寄与する因子(姿勢差、構成)を現像器毎で略同一にできるので、各色(Y,C,M,K)の現像γ特性を略同一にできる。もしくは、異なった特性であっても、寄与する因子の大部分を合わせているので、パッチ処理により一つの現像器の現像γ特性を把握することによって、他の色の現像γ特性を容易に類推することができる。
【0026】
上記のようにして現像ユニット4で現像されたトナー像は、一次転写領域TR1で転写ユニット7の中間転写ベルト71上に一次転写される。また、この一次転写領域TR1の近傍位置では、中間転写ベルト71の表面に対向してパッチセンサPSが本発明の「濃度測定手段」として配置されており、後述するようにして中間転写ベルト71の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。さらに、この一次転写領域TR1から周方向(図3の回転方向D1)に進んだ位置には、クリーニング部5が配置されており、一次転写後に感光体2の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。また、必要に応じて、不図示の除電部により、感光体2の電荷がリセットされる。
【0027】
転写ユニット7は、複数のローラに掛け渡された中間転写ベルト71と、中間転写ベルト71を回転駆動する駆動部(図示省略)とを備えている。そして、カラー画像をシートSに転写する場合には、感光体2上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト71上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、所定の二次転写領域TR2において、カセット8から取り出されたシートS上にカラー画像を二次転写する。また、こうしてカラー画像が形成されたシートSは定着ユニット9を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。
【0028】
なお、二次転写後、中間転写ベルト71は不図示のクリーニング部により、二次転写後に中間転写ベルト71の外周面に残留付着しているトナーが除去される。
【0029】
なお、図4において、符号113はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ11に設けられた画像メモリであり、符号127はCPU124で行う演算プログラム、CPU124における演算結果、ならびにエンジン部EGを制御するための制御データなどを記憶するためのメモリ(記憶手段)である。
【0030】
次に、上記のように構成された画像形成装置において実行される濃度調整因子の最適化処理について図6を参照しつつ説明する。
【0031】
図6は、第1実施形態にかかる画像形成装置での最適化処理を示すフローチャートである。この画像形成装置では、まず、パッチ画像を作成する色を基準トナー色、例えばビジネス文書などで多用されることを考慮してブラックに設定する(ステップS11)。そして、複数のパッチ作成条件を設定する(ステップS12)。ここで、この種の画像形成装置においてトナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子として例えば帯電バイアス、現像バイアスや光ビームLの露光エネルギーなどを挙げることができるため、これらの一あるいは複数を適当な可変域で変化させ、これらをパッチ作成条件とすればよい。
【0032】
このようなパッチ作成条件でパッチ画像を感光体2上に順次形成しながら、各パッチ画像を中間転写ベルト71の外周面に一次転写する(ステップS13)。そして、次のステップS14では、各パッチ画像の光学濃度をパッチセンサPSで測定する。なお、この実施形態では、各パッチ画像を形成する毎にパッチ画像の光学濃度を順次測定するようにしている。
【0033】
これに続いて、ステップS15で目標濃度と一致するパッチ作成条件を抽出し、このパッチ作成条件に相当する値を該ブラックトナー像に対する濃度調整因子の最適値として設定するとともに、他のトナー色、つまりイエロー、シアン、マゼンタについても各トナー像に対する濃度調整因子の最適値として設定する。これによって、濃度調整因子が最適化されてトナー像の画像濃度が目標濃度に制御されて高品質な画像を形成することができる。
【0034】
例えば、各色の現像γ特性が略同一であって、各色の目標濃度を得るコントラスト電位も略同一である場合は、ブラックトナー像に対する濃度調整因子の最適値を各色の最適値とすれば良い。また、例えば、各色の現像γ特性が略同一であるが、各色の目標濃度を得るコントラスト電位が異なる場合は、そのコントラスト電位の差分だけ、ブラックトナー像に対する濃度調整因子の最適値を変更し、それをその色の濃度調整因子の最適値とすれば良い。さらにまた、例えば、現像γ特性が異なる場合は、予め既知なその特性差を考慮して、その差分だけブラックトナー像に対する濃度調整因子の最適値を変更し、それをその色の濃度調整因子の最適値とすれば良い。
【0035】
以上のように、この実施形態では、基準トナー色たるブラックトナー色についてのみパッチ画像の形成、および画像濃度の検出を実行し、そのパッチ処理で得られた情報に基づき全トナー色について濃度調整因子を最適化するように構成しているので、他の3つのトナー色についてパッチ画像の形成、濃度検出などを省略し、濃度調整因子の最適化に要する時間を短縮することができる。また、パッチ画像に形成に伴うトナー消費を抑制することができ、ランニングコストの低減を効果的に図ることができる。
【0036】
なお、上記実施形態では、ビジネス文書などではブラック文字の再現性がより重要視されることを考慮してブラックを基準トナー色としているが、もちろん基準トナー色がこれに限定されるものではなく、任意に設定可能である。特に、ピクトリアル(自然画)を主として印字する画像形成装置では、カラーの階調再現が重要視されるため、ブラック以外のトナー色を基準トナー色として設定するのが望ましい。また、印字対象に応じて基準トナー色を自動的、あるいはマニュアル操作で変更設定するように構成してもよい。
【0037】
また、トナー消費の大小に基づき基準トナー色を選定してもよい。例えば、トナー消費の進行に伴って該トナー色の現像器内で劣化トナーが増大し、画像品質の低下を招くことがある。この劣化トナーの存在が許容範囲であれば、濃度調整因子の最適化によって画像品質を保証することも可能であるが、許容範囲を超えた場合、パッチ処理によっても濃度調整因子の最適値を求めることができなくなる。そこで、トナー消費が大きく、劣化トナーの問題が最も重要視されるトナー色を基準トナー色とすれば、常にパッチ処理が実行され、劣化トナーの影響を検出して現像器交換やトナーカートリッジの交換などの必要性を確実に検出することができる。
【0038】
また、上記実施形態では、基準トナー色を固定しているが、濃度調整因子の最適化処理を行うたびに、基準トナー色を変更設定するようにしてもよい。例えば、最適化処理のたびに、ブラック→イエロー→シアン→マゼンタ→ブラック→…の如く基準トナー色を循環的に変更設定するようにしてもよい。こうすることで、パッチ処理によってトナー消費されるトナー色が片寄るのを防止することができる。
【0039】
C.第2実施形態
ところで、上記第1実施形態では、現像ユニット4がロータリー現像器4Y,4C,4M,4Kで構成されている画像形成装置に本発明を適用する場合について説明したが、例えば図7に示すように現像ユニット4がロータリー現像部41と独立現像部42とで構成されている画像形成装置にも本発明を適用することができる。以下、第2実施形態について詳述する。
【0040】
図7は、この発明にかかる画像形成装置の第2実施形態を示す図である。この画像形成装置が第1実施形態と大きく相違する点は、現像ユニット4の構成のみであり、その他の構成は同一である。したがって、ここでは、相違する構成を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【0041】
この実施形態では、同図に示すように、現像ユニット4が2つの現像部41,42で構成されている。一方の現像部41は、いわゆるロータリー現像部であり、シアン用の現像器4C、マゼンタ用の現像器4M、およびイエロー用の現像器4Yを軸中心に回転自在となっている。そして、これらの現像器4C,4M,4Yは、第1実施形態と同様に、本発明の「切替現像器」として機能している。つまり、各現像器4C,4M,4Yは回転位置決めされるとともに、感光体2に対して選択的に当接、もしくは離間位置で位置決めされ、現像バイアス発生部126によって現像バイアスが印加されて選択された色のトナーを感光体2の表面に付与する。これによって、感光体2上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。このように、3つのトナー色(Y,C,M)については、各トナー色の現像位置が所定の現像位置(第1現像位置)で一致しており、図8に示すように、露光位置から各トナー色(Y,C,M)のトナー像を形成する第1現像位置(現像器4Y,4C,4M)までの距離Ly,Lc,Lmが同一値L1となり、露光から各現像器によってトナー現像が開始されるまでの時間Ty,Tc,Tmは一定値T1となる。その結果、明部電位の時間依存性が存在するにもかかわらず、各トナー色についての明部電位は一定となる。
【0042】
さらに、各色の現像器4Y,4C,4Mの第1現像位置における姿勢を略同一にでき、かつ、略同一の構成部材により構成することができる。このように現像γ特性に寄与する因子(姿勢差、構成)を現像器毎で略同一にできるので、各色(Y,C,M)の現像γ特性を略同一にできる。もしくは、異なった特性であっても、寄与する因子の大部分を合わせているので、パッチ処理により一つの現像器の現像γ特性を把握することによって、他の色の現像γ特性を容易に類推することができる。
【0043】
もう一方の現像部42はブラック用現像器4Kで構成されており、第1現像位置とは異なる第2現像位置で感光体2と対向配置され、感光体2に対して当接、もしくは離間位置で位置決めされ、現像バイアス発生部126によって現像バイアスが印加されてブラックトナーを感光体2の表面に付与する。この実施形態では、第2現像位置は露光位置から第1現像位置よりも離れた位置となっており、露光位置から第2現像位置(現像器4K)までの距離Lkは第1現像位置のそれよりも長い値L2となり、露光から現像器4Kによってトナー現像が開始されるまでの時間Tkは他のトナー色のそれより長い値T2となっている。その結果、明部電位の時間依存性によって、例えば図1に示すようにブラックトナー色の明部電位の絶対値|Von2|は他のトナー色の明部電位の絶対値|Von1|よりも小さくなっている。
【0044】
なお、この現像器4Kは他の現像位置(第1現像位置)にある現像器4Y,4C,4Mと現像位置が異なるため、現像器4Y,4C,4Mと姿勢が相違する。図7から判るように現像器4Kは下向き方向に現像位置があり、他の現像器は上向き方向に現像位置がある。現像位置に対しトナーを上方に移動させる場合は重力に逆らってトナーを搬送供給させる必要がある。また、現像位置に対しトナーを下方に移動させる場合は、重力によりトナーが下方位置でパッキングしないように搬送供給を規制する必要がある。このようにトナーの搬送供給の思想が異なるため、現像γ特性は異なる可能性が高い。さらに、現像器の配置上の制約もあり、現像ローラ周りの周辺部材のレイアウトも異なる。これによってもトナーの搬送供給の状況が異なり、現像γ特性を異ならせる可能性がある。さらにまた、トナー攪拌・循環にも差がある。現像器4Kは固定式の現像器であるが、他の現像器4Y,4C,4Mはロータリー状に循環移動可能な構造である。画像形成中に現像器4Y,4C,4Mは循環回転を行っているため、その回転により現像器4Y,4C,4M内のトナーはよく攪拌・循環される。これにより、現像器内のトナーは高流動な状態にある。一方、固定式の現像器である現像器4Kでは現像器内のトナーの攪拌はアジテータにより行われるものの、他の色の現像器に比べるとその状況は悪い。従ってトナーの流動性は異なる。これによっても現像γ特性が異なる可能性がある。
【0045】
以上により両者の現像γ特性は大きく異なる可能性がある。また、環境耐久を含めて考えると、両者の現像γ特性を合わせることは難しい。
【0046】
そこで、この第2実施形態では、第1現像位置で現像される3つのトナー色(Y,C,M)については第1実施形態と同様にして各トナー色について濃度調整因子の最適化を図る一方、第2現像位置で現像されるブラックについては別個パッチ処理を行って濃度調整因子の最適化を行っている。以下、図9および図10を参照しつつ詳述する。
【0047】
図9は、第2実施形態にかかる画像形成装置での最適化処理を示すフローチャートである。この画像形成装置では、まず、ステップS20〜S24を実行することによって3つのトナー色(Y,C,M)について濃度調整因子の最適化を図った後、ステップS25〜S29を実行することによってブラックについて濃度調整因子の最適化を図っている。
【0048】
ステップS20では、3つのトナー色(Y,C,M)の一のトナー色をロータリー現像部41側の基準トナー色として設定する。そして、複数のパッチ作成条件を第1可変域の間で設定した(ステップS21)後、各パッチ作成条件でパッチ画像を感光体2上に順次形成しながら、各パッチ画像を中間転写ベルト71の外周面に一次転写する(ステップS22)。それに続いて、各パッチ画像の光学濃度をパッチセンサPSで測定した(ステップS23)後、目標濃度と一致するパッチ作成条件を抽出し、このパッチ作成条件に相当する値を3色のトナー像に対する濃度調整因子の最適値として設定する。
【0049】
続くステップS25では、パッチ作成色を独立現像部42のトナー色、つまりブラックに設定する。そして、複数のパッチ作成条件を第2可変域の間で設定した(ステップS26)後、各パッチ作成条件でパッチ画像を感光体2上に順次形成しながら、各パッチ画像を中間転写ベルト71の外周面に一次転写する(ステップS27)。それに続いて、各パッチ画像の光学濃度をパッチセンサPSで測定した(ステップS28)後、目標濃度と一致するパッチ作成条件を抽出し、このパッチ作成条件に相当する値をブラックトナー像に対する濃度調整因子の最適値として設定する。
【0050】
このように全トナー色について濃度調整因子が最適化されてトナー像の画像濃度が目標濃度に制御されて高品質な画像を形成することができる。
【0051】
以上のように、この実施形態においても、ロータリー現像部41側では3つのトナー色の任意の1色を基準トナー色とし、この基準トナー色についてのみパッチ画像の形成、および画像濃度の検出を実行し、そのパッチ処理で得られた情報に基づきこれら3色について濃度調整因子を最適化するように構成しているので、他の2つのトナー色についてパッチ画像の形成、濃度検出などを省略し、濃度調整因子の最適化に要する時間を短縮することができる。また、パッチ画像に形成に伴うトナー消費を抑制することができ、ランニングコストの低減を効果的に図ることができる。
【0052】
また、この第2実施形態にかかる画像形成装置では、パッチ作成条件の振り幅(可変域)を現像位置ごとに相違させる方が良い。その理由は、第1現像位置と第2現像位置の相違に起因して明部電位が相互に相違しているためと、第1現像位置の現像器4Y,4C,4Mと第2現像位置の現像器4Kの現像γ特性が異なるためである。
【0053】
ここで、第1現像位置の現像器は現像器4Y,4C,4Mが回転移動する。そのため、その回転移動により、現像器4Y,4C,4M内のトナーが攪拌・循環する。従って、現像γ特性の環境、耐久変動が少ない。一方、第2現像位置の現像器4Kは位置固定の現像器であり、第1現像位置のそれと異なりトナーの攪拌・循環の程度が少ない。従って、特に現像γ特性の耐久変動が大きい。そのため、現像バイアスを濃度調整因子として用いる場合、第1現像位置の現像器4Y,4C,4Mでのパッチ処理の振り幅より第2現像位置の現像器4Kでのパッチ処理の振り幅を大きくした方が良い。
【0054】
また、露光パワーを濃度調整因子として用いる場合は、第1現像位置と第2現像位置とで露光位置からの距離が異なるので、上記実施形態のように、|Von2|が|Von1|より小さくなることを考慮して、パッチ処理での振り幅を決定する方が良い。
【0055】
なお、上記第2実施形態では、第1現像位置側でパッチ画像を形成した後、各パッチ画像の光学濃度を検出しているが、パッチ画像を形成するたびにパッチ画像の光学濃度を順次測定したり、第1および第2現像位置側でパッチ画像を形成した後、一括して全パッチ画像の光学濃度を検出したり、パッチ画像をいくつかのブロックに分割し、各ブロック毎光学濃度を測定するようにしてもよい。
【0056】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、3つまたは4つの切替現像器をロータリー状に循環移動可能に構成することによって複数の切替現像器のうち一の切替現像器を選択的に第1現像位置に位置決めしているが、例えば特開平7−298078号公報に記載された画像形成装置と同様に、複数の切替現像器を一列に配列し、切替現像器を一体的にその配列方向に移動させることによって一の切替現像器を感光体に対して選択的に位置決めするように構成してもよい。
【0057】
また、切替現像器の個数についても、3または4個に限定されるものではなく、n個(n≧2)の切替現像器を選択的に感光体に対して位置決めする画像形成装置に対しても本発明を適用することができることが言うまでもない。
【0058】
また、n個の切替現像器のうち一の切替現像器を用いて基準トナー色についてパッチ処理を行い、これによって該基準トナー色での濃度調整因子の最適値を求め、この最適値を他のトナー色の最適値として設定しているが、パッチ処理を行うべき基準トナー色は1色に限定されるものではない。すなわち、n個の切替現像器のうち(n−1)個の切替現像器を用いて(n−1)色についてパッチ処理を行うことによって各トナー色での濃度調整因子の最適値を求める一方、これらの最適値に基づき残りでのトナー色の濃度調整因子を最適化するようにしてもよい。
【0059】
また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像を複写紙、転写紙、用紙およびOHP用透明シートなどのシートに形成するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置全般に適用することができる。
【0060】
さらに、上記実施形態では、感光体2上のトナー像を中間転写ベルト71に転写し、このトナー像をパッチ画像として、その光学濃度を検出するとともに、その検出結果に基づき濃度調整因子の最適値を求めているが、中間転写ベルト以外の転写媒体(転写ドラム、転写ベルト、転写シート、中間転写ドラム、中間転写シート、反射型記録シートあるいは透過性記憶シートなど)にトナー像を転写してパッチ画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用することができる。また、パッチセンサPSとは異なる濃度読取り用のセンサを感光体2の外周面に沿って配置して該センサにより感光体2上に形成されたパッチ画像の光学濃度を測定するようにしてもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、互いに異なる色のトナーで感光体上の静電潜像を現像するためにn個の切替現像器を有しているが、これらの切替現像器を選択的に現像位置に位置決めした後、感光体上の静電潜像をトナーで顕像化してトナー像を形成するように構成しているので、いずれのトナー色においても、感光体に光ビームを照射して静電潜像を形成してから該静電潜像が現像位置に移動してくるまでの時間を一定にし、明部電位を同一値にすることができる。そこで、n個の切替現像器のうち1個の切替現像器によって、濃度調整因子としての現像バイアスを第1可変域で変更しながら感光体上にパッチ画像を形成し、各パッチ画像の画像濃度に基づきn色の全てについて濃度調整因子としての現像バイアスを最適化している。また、切替現像器とは別に設けた独立現像器については、第1可変域よりも広い第2可変域で現像バイアスを変更しながらパッチ画像を形成し濃度調整因子を最適化している。こうすることで、少なくとも1色以上のトナー色についてパッチ画像の形成、濃度検出などを省略し、濃度調整因子の最適化に要する時間を短縮することができるとともに、トナー消費量を抑制し、ランニングコストを低減することができる。特に、独立現像器では内部でのトナーの攪拌・循環の程度が少なく現像γ特性の耐久変動が大きいため、独立現像器についての濃度調整因子の振り幅(第2可変域)を大きくした方がよい。こうすることで、全トナー色について濃度調整因子が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】明部電位の時間依存性を示すグラフである。
【図2】複数の現像器を備える画像形成装置での露光位置から各現像器までの距離を示す模式図である。
【図3】この発明にかかる画像形成装置の第1実施形態を示す図である。
【図4】図3の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図5】第1実施形態にかかる画像形成装置での露光位置から各現像器までの距離を示す模式図である。
【図6】第1実施形態にかかる画像形成装置での最適化処理を示すフローチャートである。
【図7】この発明にかかる画像形成装置の第2実施形態を示す図である。
【図8】第2実施形態にかかる画像形成装置での露光位置から各現像器までの距離を示す模式図である。
【図9】第2実施形態にかかる画像形成装置での最適化処理を示すフローチャートである。
【図10】第2実施形態にかかる画像形成装置でのパッチ作成条件の設定方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1…制御ユニット(制御手段)
2…感光体
4…現像ユニット(現像手段)
4K,4C,4M,4Y…現像器
6…露光ユニット
41…ロータリー現像部
42…独立現像部
71…中間転写ベルト(転写媒体)
124…CPU(制御手段)
L1…(露光位置から第1現像位置までの)距離
L2…(露光位置から第2現像位置までの)距離
L…光ビーム
PS…パッチセンサ(濃度検出手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus, such as a printer, a copying machine, and a facsimile machine, which visualizes an electrostatic latent image formed on a photosensitive member such as a photosensitive drum or a photosensitive belt by attaching toner. And an image forming method.
[0002]
[Prior art]
In this type of image forming apparatus, the image density may change due to fatigue and aging of the photoconductor and toner, changes in temperature and humidity around the apparatus, and the like. Thus, many techniques have been proposed for stabilizing the image density by appropriately controlling density adjustment factors that affect the image density of the toner image, such as a charging bias, a developing bias, and an exposure amount. Specifically, while changing the density adjustment factor, a patch image is formed on the photoconductor, and after detecting the image density of each patch, the density adjustment factor necessary for obtaining the target density based on these detection values is determined. The optimum value is determined. A series of image formation is performed after setting the density adjustment factor to the optimum value.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, an image forming apparatus for forming a color image forms toner images of a plurality of colors, for example, four color toner images of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). A full color image is formed by superimposing the toner images. Therefore, in order to adjust the image density of each of these toner images, a series of patch processes (formation of patch images, detection of patch image density, and optimization of density adjustment factors) are conventionally performed for each toner color. Yes. That is, in a color image forming apparatus that forms a color image based on toner images of n colors (n ≧ 2), the patch processing is always executed n times in order to guarantee the image quality. As a result, it takes a relatively long time to optimize the density adjustment factor, and the toner is consumed for all toner colors in order to perform patch processing for all toner colors, which increases the running cost. It became one of.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and an image forming apparatus and an image forming method capable of calculating an optimum value of a density adjustment factor that affects the image density of a toner image in a short time and at a low running cost. The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention has an exposure unit for forming an electrostatic latent image by exposing and scanning a light beam on the surface of the photosensitive member, and a toner of a different color on the photosensitive member. A first developing position having n (n ≧ 2) switching developing units for developing the electrostatic latent image, wherein one switching developing unit among the n switching developing units is selectively opposed to the photoconductor; Apart from the n number of switching developing devices and the developing means for forming the toner image by developing the electrostatic latent image with toner by the switching developing device and different from the first developing position. An independent developing device that is disposed opposite to the photoconductor at the second development position and develops the electrostatic latent image on the photoconductor with the (n + 1) th toner color to form a toner image, and for each toner color, Development bias is the most effective density adjustment factor that affects the image density of toner images. Control means for controlling the image density of the toner image formed on the photoconductor, and the toner image formed on the photoconductor by the developing means or the independent developing device, or the toner image is transferred. A density detection means for detecting the image density of the toner image transferred to the medium as a patch image, and the n switching developing devices have substantially the same attitude at the first development position. The control means is configured to change the density adjustment factor in multiple stages within a predetermined first variable range for the n switching developers. One of them is used to form a plurality of toner images on the photoconductor as patch images, and for all of the n colors based on the detection result of the density detection means for the patch images. While the density adjusting factor is optimized, the independent developing unit is configured to use the independent developing unit while changing and setting the density adjusting factor in multiple stages within the second variable range wider than the first variable range. A toner image is formed as a patch image on the photoconductor, and the density adjustment factor is optimized for the (n + 1) th toner color based on the detection result of the density detection means for the patch image.
[0006]
Further, the image forming method according to the present invention comprises substantially the same constituent members as the exposure means for forming an electrostatic latent image by exposing and scanning a light beam onto the surface of the photosensitive member, and is exposed to toners of different colors. And n (n ≧ 2) switching developers for developing the electrostatic latent image on the body, and one of the n switching developers is selectively opposed to the photoconductor. In addition to the developing means for positioning at one developing position and developing the electrostatic latent image with toner by the switching developer to form a toner image, the first developing position is further separated from the n switching developers. And an independent developing device that is disposed opposite to the photoconductor at a second development position different from the above and develops the electrostatic latent image on the photoconductor with the (n + 1) th toner color to form a toner image. Use the device to affect the image density of the toner image for each toner color An image forming method for controlling the image density of a toner image formed on the photoconductor by optimizing a developing bias as a degree adjustment factor, and in order to achieve the above object, the density adjustment factor is set to a predetermined value. A plurality of toner images are formed as patch images on the photosensitive member using one of the n switching developing devices while changing and setting in multiple stages within one variable area, and the density detection for the patch image is performed. The density adjustment factor is optimized for all of the n colors based on the detection result of the means, while the independent development is performed while the density adjustment factor is changed and set in multiple stages within a second variable range wider than the first variable range. A toner image is formed as a patch image on the photoconductor using a container, and the (n + 1) th toner color is determined based on the detection result of the density detection means for the patch image. And optimizing the density adjustment factor Te.
[0007]
One of the main factors affecting the image density of the toner image is the surface potential of the electrostatic latent image at the time of development processing, that is, the bright portion potential. For example, as shown in FIG. 1, the bright portion potential has time dependency, and when the development position is different for each toner color, the bright portion potential may be different from each other. Even if an image is formed under the same conditions, the image density may differ due to the difference in the bright part potential. In such a case, it is necessary to optimize the density adjustment factor by forming a patch image for each toner color.
[0008]
In contrast, in the present invention, the n switching developing devices are selectively positioned at the developing position, and then the electrostatic latent image on the photosensitive member is visualized with toner to form a toner image. In the toner color as well, the time from when the electrostatic latent image is formed by irradiating the photosensitive member with the light beam until the electrostatic latent image moves to the developing position is constant, and the bright portion potential has the same value. Will have. Therefore, a patch image is typically formed on the photosensitive member by one switching developer, and the development bias as a density adjustment factor is optimized for all n colors based on the image density of each patch image. This eliminates the need for patch image formation and density detection for at least one toner color, shortens the time required to optimize the density adjustment factor, and reduces running costs by suppressing toner consumption. Can be achieved. Further, since the postures of the switching developing devices at the first development position are substantially the same and are constituted by substantially the same constituent members, the development γ characteristics of the respective colors can be made substantially the same. Therefore, the optimum value set for each toner color is almost the same as the optimum value obtained by patch processing as in the prior art, which is more preferable.
[0009]
Further, as the toner consumption progresses, the deteriorated toner increases in the developing unit of the toner color, leading to a decrease in image quality. If the presence of the deteriorated toner is within an allowable range, it is possible to guarantee the image quality by optimizing the density adjustment factor, but if it exceeds the allowable range, the optimum value of the density adjustment factor is also obtained by patch processing. I can't do that. Therefore, if a patch image is formed for a switching developer that consumes the largest amount of toner, patch processing is always performed for the toner color where the problem of deteriorated toner is most important, and development is performed by detecting the influence of deteriorated toner. It is possible to reliably detect the necessity of replacing the toner cartridge or the toner cartridge.
[0010]
Here, in order to optimize the density adjustment factor most efficiently, a patch image may be formed using one switching developer among n switching developers. That is, one of the n toner colors is set as a reference toner color, and a plurality of patch images are formed for the reference toner color by a switching developer corresponding to the reference toner color while changing the density adjustment factor in multiple stages. Then, while obtaining the optimum value of the density adjustment factor for the reference toner color based on the image density of each patch image, for the (n-1) toner colors excluding the reference toner color, the density adjustment factor for each toner color is respectively set. What is necessary is just to set to the said optimal value.
[0011]
In addition to the n switching developing devices described above, the electrostatic latent image on the photosensitive member is developed with the (n + 1) th toner color to be disposed opposite to the photosensitive member at a different developing position to form a toner image. However, the density adjustment factor may be optimized as follows for the (n + 1) th toner color. That is, a toner image is formed as a patch image on the photosensitive member using an independent developing device, and the density adjustment factor is optimized for the (n + 1) th toner color based on the detection result of the density detection means. In this way, the image density of the toner image can be controlled for the (n + 1) th color.
[0012]
In the developing devices having different development positions as described above, the bright portion potential may be different depending on the development position. Further, the developing device posture at the developing position (particularly the posture with respect to the direction of gravity) and the constitution of the developing device may differ, and the development γ characteristics may differ. Accordingly, the optimum value of the density adjustment factor finally obtained may differ depending on the development position. Therefore, it is desirable to execute patch processing in consideration of the development position. For example, the first and second variable areas are set according to the distances from the exposure position exposed by the exposure means to the first and second development positions, respectively, and a density adjustment factor is set for the n toner colors. While a plurality of patch images are formed by the switching developer while changing between the first variable areas, an independent developer is used to change the density adjustment factor for the (n + 1) th toner color between the second variable areas. It is desirable to form a plurality of patch images. By doing so, the probability that the optimum values for the switching and independent developing devices are included in the first and second variable regions, respectively, is high, and the density adjustment factor can be reliably optimized. In particular, in the independent developing device, the degree of toner stirring and circulation in the interior is small, and the development fluctuation of the development γ characteristic is large.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A. Principle of invention
In this type of image forming apparatus, a light beam is scanned and exposed on a uniformly charged photoreceptor surface, and the surface potential of the photoreceptor is partially changed to form an electrostatic latent image. Then, while applying a developing bias to the developing device, toner is attached to the electrostatic latent image to form a toner image. Here, if the surface potential of the electrostatic latent image, that is, the bright portion potential is Von and the developing bias is Vb, the contrast potential Vcon closely related to the amount of toner adhering to the photoreceptor is
Vcon = | (development bias Vb) − (light portion potential Von of photoconductor) |
It becomes.
[0014]
By the way, as is well known in the art, an undercoat layer, a charge generation layer, and a charge transport layer are laminated in this order on a conductive substrate such as drum-shaped aluminum. When the photosensitive member charged with a predetermined surface potential is irradiated with the light beam, the surface charge corresponding to the irradiated portion disappears and an electrostatic latent image is formed. Taking a negatively charged OPC as an example, holes and electrons generated in the charge generation layer by irradiation with a light beam move according to the electric field. That is, the holes move in the charge transport layer toward the surface of the photoreceptor so that the holes are attracted to the negative charge on the surface of the photoreceptor, and cancel the negative charges on the surface. Thereby, an electrostatic latent image is formed.
[0015]
The surface potential at the electrostatic latent image portion thus formed, that is, the bright portion potential, has time dependency. For example, as shown in FIG. 1, when a negatively charged OPC negatively charged to the surface potential Vs0 is irradiated with a light beam, a hole group generated in the charge generation layer is generated. This group of holes moves through the charge transport layer and counteracts negative charges on the surface. Although the absolute value of the surface potential of the photoconductor decreases sharply after a time until the head of the hole group arrives at the surface, the electric field for moving the holes decreases as the absolute value of the potential decreases. Therefore, the degree of decrease gradually decreases. When the predetermined time Ts has elapsed, an electric field sufficient to move the holes cannot be formed, the bright part potential settles to a constant potential Von, and the bright part potential Von2 at the subsequent time T2 is equal to the bright part potential Von. Become. On the other hand, the light portion potential Von1 at a time shorter than the time Ts, for example, the light portion potential Von1 at the time T1, does not fall down to the potential Von, and the relationship between the surface potential Vs0, the light portion potential Von1 at the time T1 and the light portion potential Von after the time Ts is
| Vs0 | >> | Von1 | >> | Von |
It becomes.
[0016]
Here, as shown in FIG. 2, distances Ly, Lc, Lm, Lk from the exposure position to the development position (developer) for forming the toner image of each toner color (Y, C, M, K) are respectively represented. Further, when the peripheral speed of the photosensitive member is a speed V, times Ty, Tc, Tm, and Tk from the exposure to the start of toner development by each developer are expressed by the following equations:
Ty = Ly / V
Tc = Lc / V
Tm = Lm / V
Tk = Lk / V
It becomes. Therefore, for example, in an image forming apparatus in which a plurality of developing devices are arranged in order along the rotation direction of the photosensitive member, the development positions of the toner colors are different from each other, and the light portion potential is different for each toner color. As in the prior art, it is necessary to optimize the density adjustment factor by executing patch processing for each toner color.
[0017]
On the other hand, if the developing units are configured so that the developing positions of the toner colors coincide with each other, the distances Ly, Lc, Lm, and Lk are the same, and the light portion potential Von for each toner color is constant. Further, when the switching developing device is configured so that the developing positions coincide with each other, the configuration is as follows: 1) The developing devices of the respective colors are provided to be rotatable about the axis (= provided so as to be able to circulate in a rotary manner), or 2) The developing devices for each color are arranged in a row, and the developing devices are moved in the arrangement direction. In such a configuration, the postures of the developing units of the respective colors at the developing positions can be made substantially the same, and can be constituted by substantially the same constituent members. In extreme terms, it can be considered that only the toner is different.
[0018]
Here, “the posture at the development position is substantially the same” means that the relative positional relationship between the photoconductor and the development roller at the development position is substantially the same. It is further desirable that the relative positional relationship of the peripheral members of the developing roller with respect to the developing roller is the same so that the toner flows toward the developing roller are substantially the same. Further, “consisting of substantially the same constituent members” means that the materials and appearances of the developing roller and its peripheral members such as the supply roller and the regulating blade are made substantially the same. By using the same parts, it is possible to improve the assembly and reduce the cost. As for the toner, although the colors are different, it is more preferable to adjust the internal and external additives so that the particle diameter, the charge amount, and the fluidity are uniform.
[0019]
As described above, the factors (attitude difference and configuration) contributing to the development γ characteristics can be made substantially the same for each developing device, so that the development γ characteristics of the respective colors can be made substantially the same. Or, even if the characteristics are different, most of the contributing factors are combined, so it is easy to analogize the development γ characteristics of other colors by grasping the development γ characteristics of one developer by patch processing. can do. As a result, for example, patch processing is performed for one of the four toner colors to obtain the optimum value of the density adjustment factor, and the optimum value is used as it is or the value that can be inferred from the value is adjusted for the density of other toner colors. It can be set as the optimum value of the factor. Therefore, in the embodiment described in detail below, by using such “principle of the invention”, it is possible to reduce the number of times of patch processing and calculate the optimum value of the concentration adjustment factor in a short time and at a low running cost. It is possible.
[0020]
B. First embodiment
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This image forming apparatus forms a full color image by superposing four color toners of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K), or uses only black (K) toner. This is an apparatus for forming a monochrome image. In this image forming apparatus, when an image signal is given to the main controller 11 of the
[0021]
In this engine unit EG, the
[0022]
Then, the light beam L is irradiated from the
[0023]
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing
[0024]
Further, in the developing
[0025]
Further, the developing
[0026]
The toner image developed by the developing
[0027]
The
[0028]
After the secondary transfer, toner remaining on the outer peripheral surface of the
[0029]
In FIG. 4, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the main controller 11 for storing an image given from an external device such as a host computer via the interface 112, and
[0030]
Next, density adjustment factor optimization processing executed in the image forming apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
[0031]
FIG. 6 is a flowchart showing optimization processing in the image forming apparatus according to the first embodiment. In this image forming apparatus, first, a color for creating a patch image is set to black in consideration of the frequent use of a reference toner color such as a business document (step S11). Then, a plurality of patch creation conditions are set (step S12). Here, in this type of image forming apparatus, examples of the density adjusting factor that affects the image density of the toner image include a charging bias, a developing bias, exposure energy of the light beam L, and the like. These can be changed within an appropriate variable range, and these can be used as patch creation conditions.
[0032]
Each patch image is primarily transferred onto the outer peripheral surface of the
[0033]
Subsequently, in step S15, a patch creation condition that matches the target density is extracted, a value corresponding to the patch creation condition is set as an optimum value of the density adjustment factor for the black toner image, and other toner colors, That is, yellow, cyan, and magenta are also set as optimum values of the density adjustment factor for each toner image. As a result, the density adjustment factor is optimized, the image density of the toner image is controlled to the target density, and a high-quality image can be formed.
[0034]
For example, when the development γ characteristics of each color are substantially the same and the contrast potential for obtaining the target density of each color is also substantially the same, the optimum value of the density adjustment factor for the black toner image may be set as the optimum value of each color. Further, for example, when the development γ characteristics of each color are substantially the same, but the contrast potential for obtaining the target density of each color is different, the optimum value of the density adjustment factor for the black toner image is changed by the difference of the contrast potential, It may be set as the optimum value of the density adjustment factor of the color. Furthermore, for example, when the development γ characteristics are different, the optimum value of the density adjustment factor for the black toner image is changed by the difference in consideration of the previously known difference in the characteristics, and is changed to the density adjustment factor of the color. What is necessary is just to set it as an optimal value.
[0035]
As described above, in this embodiment, patch image formation and image density detection are executed only for the black toner color as the reference toner color, and the density adjustment factor for all toner colors based on the information obtained by the patch processing. Therefore, patch image formation and density detection are omitted for the other three toner colors, and the time required to optimize the density adjustment factor can be shortened. In addition, toner consumption associated with the formation of the patch image can be suppressed, and the running cost can be effectively reduced.
[0036]
In the above embodiment, black is used as a reference toner color in consideration of the importance of black character reproducibility in business documents, but of course the reference toner color is not limited to this. It can be set arbitrarily. In particular, in an image forming apparatus that mainly prints pictorials (natural images), it is desirable to set a toner color other than black as a reference toner color because color gradation reproduction is important. Further, the reference toner color may be changed or set automatically or manually according to the print target.
[0037]
Further, the reference toner color may be selected based on the level of toner consumption. For example, as the toner consumption progresses, the deteriorated toner increases in the developing unit of the toner color, which may lead to a decrease in image quality. If the presence of the deteriorated toner is within an allowable range, it is possible to guarantee the image quality by optimizing the density adjustment factor, but if it exceeds the allowable range, the optimum value of the density adjustment factor is also obtained by patch processing. I can't do that. Therefore, if the toner color that consumes a large amount of toner and the toner color where the problem of deteriorated toner is regarded as the most important is used as the reference toner color, patch processing is always executed, and the influence of the deteriorated toner is detected to replace the developing device or the toner cartridge It is possible to reliably detect the necessity.
[0038]
In the above embodiment, the reference toner color is fixed. However, the reference toner color may be changed and set each time the density adjustment factor optimization process is performed. For example, each time the optimization process is performed, the reference toner color may be cyclically changed and set as black → yellow → cyan → magenta → black →. By doing so, it is possible to prevent the toner color consumed by the patch processing from deviating.
[0039]
C. Second embodiment
In the first embodiment, the case where the present invention is applied to the image forming apparatus in which the developing
[0040]
FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. This image forming apparatus is greatly different from the first embodiment only in the configuration of the developing
[0041]
In this embodiment, as shown in the figure, the developing
[0042]
Further, the developing
[0043]
The other developing unit 42 is composed of a black developing
[0044]
Since the developing
[0045]
Due to the above, the development γ characteristics of the two may be greatly different. Also, considering environmental durability, it is difficult to match both development γ characteristics.
[0046]
Therefore, in the second embodiment, the three toner colors (Y, C, M) developed at the first development position are optimized for the density adjustment factor for each toner color in the same manner as in the first embodiment. On the other hand, the black developed at the second development position is subjected to a separate patch process to optimize the density adjustment factor. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS. 9 and 10.
[0047]
FIG. 9 is a flowchart illustrating optimization processing in the image forming apparatus according to the second embodiment. In this image forming apparatus, first, steps S20 to S24 are executed to optimize the density adjustment factor for the three toner colors (Y, C, M), and then black is executed by executing steps S25 to S29. Concentration adjustment factors are optimized.
[0048]
In step S20, one of the three toner colors (Y, C, M) is set as a reference toner color on the rotary developing unit 41 side. After a plurality of patch creation conditions are set between the first variable regions (step S21), each patch image is formed on the
[0049]
In the subsequent step S25, the patch creation color is set to the toner color of the independent developing unit 42, that is, black. After setting a plurality of patch creation conditions between the second variable regions (step S26), the patch images are sequentially formed on the
[0050]
Thus, the density adjustment factor is optimized for all toner colors, and the image density of the toner image is controlled to the target density, so that a high-quality image can be formed.
[0051]
As described above, also in this embodiment, on the rotary developing unit 41 side, any one of the three toner colors is set as the reference toner color, and patch image formation and image density detection are executed only for this reference toner color. Since the density adjustment factor is optimized for these three colors based on the information obtained by the patch processing, patch image formation and density detection are omitted for the other two toner colors. The time required for optimization of the concentration adjustment factor can be shortened. In addition, toner consumption associated with the formation of the patch image can be suppressed, and the running cost can be effectively reduced.
[0052]
Further, in the image forming apparatus according to the second embodiment, it is better to vary the amplitude (variable area) of the patch creation condition for each development position. This is because the bright portion potentials are different from each other due to the difference between the first development position and the second development position, and the
[0053]
Here, the developing
[0054]
When the exposure power is used as a density adjustment factor, the distance from the exposure position is different between the first development position and the second development position, so | Von2 | is smaller than | Von1 | as in the above embodiment. In consideration of this, it is better to determine the amplitude in the patch processing.
[0055]
In the second embodiment, the optical density of each patch image is detected after the patch image is formed on the first development position side, but the optical density of the patch image is sequentially measured each time the patch image is formed. Or after the patch images are formed at the first and second development positions, the optical density of all the patch images is detected at once, the patch image is divided into several blocks, and the optical density for each block is determined. You may make it measure.
[0056]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, one or more switching developers among the plurality of switching developers are selectively positioned at the first development position by configuring the three or four switching developers so as to be circularly movable. However, as in the image forming apparatus described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-298078, a plurality of switching developing devices are arranged in a line, and the switching developing devices are integrally moved in the arranging direction. The switching developer may be selectively positioned with respect to the photoreceptor.
[0057]
Also, the number of switching developing devices is not limited to three or four, but for an image forming apparatus that selectively positions n (n ≧ 2) switching developing devices with respect to the photosensitive member. It goes without saying that the present invention can also be applied.
[0058]
In addition, patch processing is performed on the reference toner color using one of the n switching developing devices, thereby obtaining an optimum value of the density adjustment factor for the reference toner color, Although it is set as the optimum value of the toner color, the reference toner color to be subjected to patch processing is not limited to one color. In other words, the optimum value of the density adjustment factor for each toner color is obtained by performing patch processing on (n-1) colors using (n-1) switching developers among n switching developers. The remaining toner color density adjustment factors may be optimized based on these optimum values.
[0059]
The image forming apparatus according to the above embodiment is a printer that forms an image given from an external device such as a host computer via an interface 112 on a sheet such as copy paper, transfer paper, paper, and an OHP transparent sheet. However, the present invention can be applied to all electrophotographic image forming apparatuses such as copying machines and facsimile machines.
[0060]
Further, in the above-described embodiment, the toner image on the
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there are n switching developing devices for developing the electrostatic latent image on the photosensitive member with toners of different colors, and these switching developing devices are selected. Since the electrostatic latent image on the photoconductor is visualized with toner and a toner image is formed after positioning at the development position, a light beam is applied to the photoconductor for any toner color. The time from when the electrostatic latent image is formed by irradiation until the electrostatic latent image moves to the developing position can be made constant, and the bright portion potential can be made the same value. Therefore, a patch image is formed on the photoconductor while changing the developing bias as the density adjustment factor in the first variable region by one of the n switching developers, and the image density of each patch image is changed. Based on the above, the development bias as the density adjustment factor is optimized for all n colors. In addition, an independent developing device provided separately from the switching developing device optimizes the density adjustment factor by forming a patch image while changing the developing bias in the second variable region wider than the first variable region. This eliminates patch image formation and density detection for at least one toner color, shortens the time required to optimize the density adjustment factor, reduces toner consumption, and reduces running time. Cost can be reduced. In particular, in the independent developing device, the degree of toner agitation / circulation in the inside is small and the development γ characteristic has a large endurance fluctuation. Therefore, it is better to increase the amplitude of the density adjusting factor (second variable range) for the independent developing device. Good. In this way, the density adjustment factor is optimized for all toner colors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing time dependence of a bright part potential.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating distances from an exposure position to each developing device in an image forming apparatus including a plurality of developing devices.
FIG. 3 is a diagram illustrating a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
4 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic diagram showing the distance from the exposure position to each developing device in the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing optimization processing in the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment of the image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the distance from the exposure position to each developing device in the image forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing optimization processing in the image forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a patch creation condition setting method in the image forming apparatus according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Control unit (control means)
2 ... Photoconductor
4. Development unit (developing means)
4K, 4C, 4M, 4Y ... Developer
6 ... Exposure unit
41 ... Rotary developing section
42. Independent development section
71. Intermediate transfer belt (transfer medium)
124 ... CPU (control means)
L1 (distance from exposure position to first development position)
L2 ... Distance from exposure position to second development position
L ... Light beam
PS ... Patch sensor (Density detection means)
Claims (2)
互いに異なる色のトナーで前記感光体上の静電潜像を現像するn個(n≧2)の切替現像器を有し、前記n個の切替現像器のうち一の切替現像器を選択的に前記感光体と対向する第1現像位置に位置決めし、当該切替現像器により前記静電潜像をトナーで顕像化してトナー像を形成する現像手段と、
前記n個の切替現像器とは別に、さらに前記第1現像位置とは異なる第2現像位置で前記感光体と対向配置されて前記感光体上の静電潜像を(n+1)番目のトナー色で現像してトナー像を形成する独立現像器と、
各トナー色ごとに、トナー像の画像濃度に影響を与える濃度調整因子として現像バイアスを最適化することによって前記感光体上に形成されるトナー像の画像濃度を制御する制御手段と、
前記現像手段または前記独立現像器によって前記感光体上に形成されたトナー像、あるいは当該トナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画像として、その画像濃度を検出する濃度検出手段と
を備え、
前記n個の切替現像器は前記第1現像位置における姿勢が略同一で、かつ略同一の構成部材で構成されており、
前記制御手段は、
前記n個の切替現像器については、前記濃度調整因子を所定の第1可変域内で多段階に変更設定しながら前記n個の切替現像器のうち1個を用いて前記感光体上に複数のトナー像をパッチ画像として形成するとともに、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記n色の全てについて前記濃度調整因子を最適化する一方、
前記独立現像器については、前記濃度調整因子を前記第1可変域よりも広い第2可変域内で多段階に変更設定しながら前記独立現像器を用いて前記感光体上にトナー像をパッチ画像として形成し、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記(n+1)番目のトナー色について前記濃度調整因子を最適化する
ことを特徴とする画像形成装置。Exposure means for exposing and scanning the surface of the photoreceptor with a light beam to form an electrostatic latent image; and
There are n (n ≧ 2) switching developing units for developing the electrostatic latent image on the photoconductor with different color toners, and one switching developing unit is selectively selected from the n switching developing units. A developing unit that positions the first developing position facing the photoconductor and visualizes the electrostatic latent image with toner by the switching developer to form a toner image;
In addition to the n switching developing devices, the electrostatic latent image on the photoconductor is arranged opposite to the photoconductor at a second development position different from the first development position, and the (n + 1) th toner color is displayed. An independent developing device for developing the toner image to form a toner image;
Control means for controlling the image density of the toner image formed on the photoreceptor by optimizing the development bias as a density adjustment factor that affects the image density of the toner image for each toner color;
A toner image formed on the photosensitive member by the developing means or the independent developing device, or a toner image formed by transferring the toner image onto a transfer medium as a patch image, and a density detecting means for detecting the image density. Prepared,
The n switching developing devices have substantially the same posture at the first developing position and are constituted by substantially the same constituent members,
The control means includes
With respect to the n number of switching developers, the density adjustment factor is changed and set in multiple stages within a predetermined first variable range, and one of the n number of switching developers is used on the photosensitive member. While forming a toner image as a patch image and optimizing the density adjustment factor for all of the n colors based on the detection result of the density detection means for the patch image,
For the independent developing device, the density adjustment factor is changed and set in multiple steps within a second variable region wider than the first variable region, and a toner image is formed on the photoconductor as a patch image using the independent developing device. An image forming apparatus comprising: forming and optimizing the density adjustment factor for the (n + 1) th toner color based on a detection result of the density detection unit for the patch image.
前記濃度調整因子を所定の第1可変域内で多段階に変更設定しながら前記n個の切替現像器のうち1個を用いて前記感光体上に複数のトナー像をパッチ画像として形成するとともに、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記n色の全てについて前記濃度調整因子を最適化する一方、
前記濃度調整因子を前記第1可変域よりも広い第2可変域内で多段階に変更設定しながら前記独立現像器を用いて前記感光体上にトナー像をパッチ画像として形成し、該パッチ画像についての前記濃度検出手段の検出結果に基づき前記(n+1)番目のトナー色について前記濃度調整因子を最適化する
ことを特徴とする画像形成方法。An exposure unit that forms an electrostatic latent image by exposing and scanning a light beam onto the surface of the photoconductor and substantially the same constituent members, and develops the electrostatic latent image on the photoconductor with different color toners. (N ≧ 2) switching developers, and one switching developer among the n switching developers is selectively positioned at a first developing position facing the photosensitive member, and the switching developer In addition to the developing means for visualizing the electrostatic latent image with toner to form a toner image and the n switching developing devices, the photoconductor at a second developing position different from the first developing position. For each toner color, using an image forming apparatus that is disposed opposite to the electrostatic latent image on the photoconductor and develops an electrostatic latent image with the (n + 1) th toner color to form a toner image. Optimize development bias as a density adjustment factor that affects the image density of toner images An image forming method for controlling the image density of the toner image formed on said photosensitive member by Rukoto,
Forming a plurality of toner images as patch images on the photosensitive member using one of the n switching developing devices while changing and setting the density adjustment factor in multiple stages within a predetermined first variable range; While optimizing the density adjustment factor for all of the n colors based on the detection result of the density detection means for the patch image,
A toner image is formed as a patch image on the photoconductor using the independent developing device while changing and setting the density adjustment factor in multiple stages within a second variable range wider than the first variable range. An image forming method comprising optimizing the density adjustment factor for the (n + 1) -th toner color based on the detection result of the density detection means.
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