JP5070679B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、このような画像形成装置には、トナー像を担持する感光体等の像担持体の表面に帯電バイアスを与えて一様に電荷を付与することにより、像担持体を帯電させる帯電器が用いられている。また、予め帯電させたトナーを現像バイアスにより感光体の表面に吸着させる現像器も用いられている。
なお、従来の二成分現像を用いた画像形成装置のトナー濃度制御は、出力される画像密度を計測し、それに応じた必要トナー量を現像器に供給する、いわゆるピクセル・カウント方式を基本とする。しかし、このピクセル・カウント方式は誤差が大きいので、所定の間隔でトナー濃度測定用のパッチを形成し、そのパッチ濃度に応じて供給するトナー量を調整する方式を併用するのが一般的である。
このように従来の技術では、セットアップ動作に要する時間が長いことから、ユーザーの待ち時間が長くなったり、ジョブの生産性がダウンしたりすることの原因にもなっていた。
また、実行手段によりトナーリカバリー動作が実行された後に画像濃度セットアップを行うセットアップ手段を更に含むことを特徴とすることができる。
また、画像形成手段により形成された画像のトナー像の濃度を計測し計測結果を出力する計測手段と、現像器によるトナー補給量を予測する予測手段と、計測手段の計測結果によって算出されたトナー補給量と予測手段により予測されたトナー補給量とを互いに合算してトナー補給量を計算する計算手段と、所定時間または所定出力枚数における、計算手段により計算されたトナー補給量を積算した積算値と予測手段により予測されたトナー補給量を積算した積算値との差分または比率を算出し、その算出結果と、予測手段により予測されたトナー補給量に応じた上限値または下限値とを比較し、比較の結果が上限値よりも小さいと共に下限値よりも大きいときは計算手段によるトナー補給量をトナー補給量とし、比較の結果が上限値よりも大きいときまたは下限値よりも小さいときは、予測手段により予測されたトナー補給量をトナー補給量として実行手段によるトナー補給を制御する制御手段と、をさらに含むことを特徴とすることができる。
図1は、第1の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示した図であり、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタを示している。図1に示す画像形成装置は、本体1に、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系10と、記録用紙(シート)を搬送するシート搬送系40とを備えている。また、画像形成装置は、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるIPS(Image Processing System)(画像処理装置)50と、各装置(各部)の動作を制御する制御部80とを備えている。
また、本体1には、転写ユニット20によって二次転写された記録用紙(シート、記録媒体)上の画像を、熱および圧力を用いて記録用紙に定着させる定着器29を備えている。更に、画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kに対して各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ19Y,19M,19C,19Kが設けられている。
中間転写ベルト21は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されており、ドライブロール22とテンションロール23およびバックアップロール24との間に一定のテンションで掛け回されている。そして、中間転写ベルト21は、定速性に優れた専用の図示しない駆動モータによって回転駆動されるドライブロール22により、矢印方向に所定の速度で循環駆動される。
クリーニング装置25は、クリーニングブラシ25aおよびクリーニングブレード25bを備えており、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト21の表面から残留トナーや紙粉等を除去して、次の画像形成プロセスに備えるように構成されている。
ここで、画像形成ユニット11Kの下流側には、中間転写ベルト21上に転写された濃度測定用トナー像の濃度を検出するADC(Auto Density Control)センサ(画像濃度検出センサ)18を備えている。なお、本体1内の温度を測定する図示しない温度センサおよび本体1内の湿度を測定する図示しない湿度センサを、ADCセンサ18に隣接して配設する構成にすることも可能である。
図3に示すように、現像器14は、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる二成分系の現像剤を内部に有する。現像器14は、現像器ハウジング62の感光体ドラム12側に配設される現像剤担持体としての現像ロール14aと、搬送経路(充填領域)である現像剤搬送路66,67内に配置され、軸方向に沿ってスパイラル板が形成され、現像剤を回転して撹拌搬送する搬送手段として互いに平行に配設された一対のオーガ63,64とを備えている。また、現像器14は、現像ロール14aにて搬送される現像剤を層厚規制するブレード65と、現像剤搬送路66と現像剤搬送路67とを互いに仕切る仕切り板68と、仕切り板68の両端部に設けられた通路69,70(図4参照)とを備えている。なお、現像ロール14aは、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の非磁性導電性部材からなる図示しない現像スリーブと、その内部に固定状態に配置された図示しないマグネットロールとから構成されている。
このように、現像器14の内部に供給された現像剤は、現像器14内の現像剤と共に、2つのオーガ63,64によって搬送され撹拌混合される。そして、現像剤は、現像剤の磁性キャリアによって所定の極性の帯電量に摩擦帯電され、現像ロール14aへと搬送され、感光体ドラム12上の静電潜像の現像に使用される。
この現像器ハウジング62の外壁には、図3に示すように、ATCセンサ72を取り付けるための取付部73が設けられている。この取付部73は、ATCセンサ72を取り付ける側の面73aが平坦状に形成されており、当該平坦状の面73aにATCセンサ72がネジ止め等によって取り付けられている。
ATCセンサ72は、検出部72aの検出面72bを通じて二成分現像剤中のトナー濃度に応じた透磁率の変化を計測するものであり、例えば、変化するアナログ出力電圧を検出することによって、トナー濃度を検知するものである。なお、検出面72bは、現像剤搬送路67に面している。
図5に示すように、制御部80は、BCR電圧制御部81とLD光量制御部82と現像バイアス制御部83と階調制御部84とを備えている。ADCセンサ18による所定の画像濃度パターンの検出結果は、これらBCR電圧制御部81、LD光量制御部82、現像バイアス制御部83および階調制御部84に送られる。
BCR電圧制御部81は、ADCセンサ18の検出結果に基づいて画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kの各々の帯電器13の電圧を制御し、これにより感光体ドラム12の表面の帯電電圧を調整する。LD光量制御部82は、ADCセンサ18の検出結果に基づき、ROS30から感光体ドラム12に照射されるレーザ光(LB-Y,LB-M,LB-C,LB-K)の光量を調整する。現像バイアス制御部83は、ADCセンサ18の検出結果に基づいて現像器14に印加する現像バイアスを制御する。階調制御部84は、ADCセンサ18の検出結果に基づいて階調制御信号を画像データ制御部としてのIPS50に出力する。階調制御信号を受けたIPS50は、所望の画像に対応する信号をROS30に伝達する。
まず、ジョブ中以外の場合における画像形成条件制御および階調補正制御の手順を説明する。図6に示すように、まず制御部80によりセットアップタイミングか否かを判断する(ステップ101)。判断要素としては、例えば電源オン時、所定時間停止後または所定環境変化時などを挙げることができる。そして、セットアップタイミングではないと判断したときには、そのまま終了するが、セットアップタイミングであると判断したときには、現像バイアスVbiasを第1条件に設定する(ステップ102)。すなわち、現像バイアスVbiasを、
Vbias=Vbias-1+ΔVb1
とする。ここで、Vbias-1は前回の現像バイアスである。具体的な数値としてその一例を示すと、前回の現像バイアスVbias-1が−600Vで、ΔVb1が−20Vであれば、現像バイアスVbiasは−620Vとなる。
Vbias=Vbias-1+ΔVb2
とする。具体的な数値としてその一例を示すと、前回の現像バイアスVbias-1が−600Vで、ΔVb2が+20Vであれば、現像バイアスVbiasは−580Vとなる。言い換えると、現像バイアスVbiasは、前回の画像形成時に用いた現像バイアスVbias-1(−600V)よりも大きな設定値(−620V)と小さな設定値(−580V)である。
そのように現像バイアスを第2条件で設定した状態で、高濃度の第1画像濃度パターンおよび低濃度の第2画像濃度パターンを中間転写ベルト21に作成する(ステップ105)。なお、ここにいう高濃度および低濃度とは、第1条件で設定したものと同じものをいう。
そして、中間転写ベルト21上に第1条件下で作成された第1画像濃度パターンおよび第2の画像濃度パターンを画像濃度検出センサとしてのADCセンサ18で検出する(ステップ106)。
また、中間転写ベルト21上に第2条件下で作成された第1画像濃度パターンおよび第2の画像濃度パターンを画像濃度検出センサとしてのADCセンサ18で検出する(ステップ107)。
このような手順をイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)について行うことで、画像形成条件制御および階調補正制御を色ごとに行う。
図11は、画像形成条件制御および階調補正制御の手順を示すフローチャートである。
図11に示すように、まず制御部80によりセットアップタイミングか否かを判断する(ステップ201)。判断要素としては、例えばジョブスタート、前回セットアップから所定枚数出力後、ジョブエンド、所定時間経過時または環境変動時などを挙げることができる。そして、セットアップタイミングであると判断したときには、ステップ202〜209に従って処理が行われる。このステップ202〜209の内容は、既述した図6のステップ102〜109の内容と共通するため、その説明を省略する。適切な現像バイアスの算出と設定および階調補正の算出と設定が終了したときには、制御部80は、ジョブが終了したか否かを判別する(ステップ210)。ジョブが終了していたらそのまま処理を終了し、ジョブが終了していないときにはステップ201に戻る。また、ステップ201において、セットアップタイミングでないと判断したときには、通常の画像形成を行う(ステップ211)。
また、本実施の形態では、像担持体として中間転写ベルト21(中間転写体)上で画像濃度パターンを、画像濃度検出手段としてのADCセンサ18により検出しているが、他の像担持体、例えば感光体ドラム12(感光体)や用紙搬送ベルト、記録用紙上で画像濃度パターンを検出することも考えられる。
また、本実施の形態では、画像形成因子の設定条件の変更回数を2回としたが、これに限らず、変更量を少なくして多くの回数にて実施し、画像形成条件や階調制御に用いる関係式の精度をあげても良い。
また、本実施の形態では、画像濃度センサとしてのADCセンサ18により画像濃度パターンを検知して画像形成条件制御および階調補正制御を行う方法を述べたが、これに限らず、他の方法に応用することも考えられる。例えば、電位センサ17により潜像パターンを検知し、画像形成条件制御および階調補正制御を行う方法や、画像濃度センサと電位センサ17を組み合わせて画像形成条件制御および階調補正制御を行う方法でも良い。
また、本実施の形態では、第1条件および第2条件にて画像パターンを作成した後に、第1条件および第2条件にて作成された画像パターンの検出を行ったが、これに限らない。例えば、第1条件にて画像パターンを作成した後に第1条件にて作成された画像パターンの検出を行い、その後、第2条件にて画像パターンを作成し、第2条件にて作成された画像パターンの検出を行う方法でも良いし、第2条件にて画像パターンを作成中に第1条件にて作成された画像パターンの検出を行う方法でも良い。
また、本実施の形態では、検出結果に基づいて画像形成条件制御及び階調補正制御を行う方法を述べたが、画質形成条件制御または階調補正制御のどちらか一方を行ってもよい。例えば、露光光量はできるだけ電力を使用しない条件で使用したいという意図がある場合には、推奨露光光量よりやや強い光量とやや弱い光量を画質形成条件として設定し、要求の画質が得られるように、階調補正制御で合わせこむということもできる。このように、画質形成条件制御または階調補正制御のどちらか一方を使用する場合には、制御方法選択手段(図示せず)による選択結果により決定するのも効果的である。その場合、制御方法選択手段は出力対象となる画像データの属性または解像度、出力画質の要求レベル、出力時間の要求レベル等々を判断材料とする。そしてこの制御方法選択手段は、画像形成装置内部にあっても、ネットワークでつながれた外部にあってもよい。
以上説明した変形例については、後述する他の実施の形態にも適用することができることを付言しておく。
上述したように、ステップ103およびステップ105においては、第1画像濃度パターン(高濃度)および第2画像濃度パターン(低濃度)が、第1の設定条件および第2の設定条件の現像バイアスの下でイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色について作成される。それら画像濃度パターンの配置としては、次の2つがある。
第1の作成順序としては、図12の(a)に示すような第1の配置になるように画像濃度パターンを配置する。すなわち、画像形成因子の第1の設定条件に変更して第1画像濃度パターンおよび第2画像濃度パターンの形成を、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の並び順になるように行う。引き続き、画像形成因子の第2の設定条件に変更して第1画像濃度パターンおよび第2画像濃度パターンの形成をイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の並び順になるように行う。このようにして画像濃度パターンを中間転写ベルト21に作成する。そして、第1画像濃度パターンの検出結果から画像形成因子の設定条件を算出し、算出された設定条件および第2画像濃度パターンの検出結果から階調補正を行う。
第1の作成順序によれば、第1の設定条件と第2の設定条件で同色の画像濃度パターンを作成する間に他色の画像濃度パターンを作成する時間があるため、画像制御因子の設定切換時間が不要となる。また、検出結果を画像濃度パターンに反映する必要がないため、制御対象の画像制御因子の画像形成位置から画像濃度センサ検出位置までの所要時間が不要となる。したがって、後述する従来の場合よりも短いセットアップ時間にて高精度に制御可能となる。
第2の作成順序によると、第1の設定条件の画像濃度パターンと第2の設定条件の画像濃度パターンとの間には、パターン間距離Bが必要になる。このパターン間距離Bは、画像制御因子の設定切換時間と中間転写ベルト21の速度との積算値以上の任意値である。すなわち、画像制御因子の設定値を変更し変更後の値に落ち着くまでの切換時間が必要となる。このように、画像制御因子の設定切換時間が必要な分だけ第1の作成順序の場合よりもセットアップ時間は長くなるものの、検出結果を画像濃度パターンに反映する必要がないため、制御対象の画像制御因子の画像形成位置から画像濃度センサ検出位置までの所要時間が不要である。したがって、後述する従来の場合よりも短いセットアップ時間にて高精度に制御可能となる。
また、タンデム型のデジタルカラープリンタにおいて、画像形成因子が色ごとに独立して制御可能な場合は、第1の設定条件および第2の設定条件は色ごとに異なる条件を設定しても良い。
図13は、4サイクル型のデジタルカラープリンタの場合の画像濃度パターンの配置図であり、(a)が本実施の形態における配置を示している。そして、比較のために、(b)および(c)に従来の配置を示している。
4サイクルの場合の作成順序としては、図13の(a)に示すように、まず、画像形成因子の第1の設定条件にて第1画像濃度パターンおよび第2画像濃度パターンを形成し、画像制御因子の設定切換時間後に第2の設定条件にて第1画像濃度パターンおよび第2画像濃度パターンを形成するパターン形成動作を、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順にて行う。また、第1画像濃度パターンの検出結果から画像形成因子の設定条件を算出し、算出された設定条件および第2画像濃度パターンの検出結果から階調補正を行う。
このような作成順序によれば、後述する図13の(b)に図示の従来の場合よりも、制御対象の画像制御因子の画像形成位置から画像濃度センサ検出位置までの所要時間が不要である。したがって、短いセットアップ時間にて高精度に制御可能となる。また、後述する図13の(c)に図示の従来の場合よりも、検出結果を画像濃度パターンに反映する必要がないため、1回の画像作成動作で第1画像濃度パターンおよび第2画像濃度パターンが形成可能であり、短いセットアップ時間にて高精度に制御可能となる。
すなわち、本実施の形態に関する従来の技術として、現像器のトナー濃度を測定する手段と、現像器を含む装置本体部分の速度を可変する手段とを備え、トナーエンド状態から通常状態への復帰を判定するときには装置本体部分(現像器)の速度を上げるという構成が提案されている(例えば、特開平11−65261号公報を参照)。この構成により、トナーエンドからの復帰動作時にトナーの過補給が行われることを防止しようとしている。
しかしながら、画像形成装置が所有しているプロセス速度以外に速度を変える手段が必要であり、その分のコストが必要である。また、画像形成装置が備えているプロセス速度以外のプロセス速度にてトナーリカバリーの判定用のトナー濃度を測定しても、トナー濃度センサの出力がプロセス速度に依存するため、正しいトナーリカバリーの判定が行えないという問題点があった。本実施の形態は、このような問題点を解決しようとするものである。
図14に示すように、画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kは、トナーの混合比により現像器14内の二成分現像剤のトナー濃度を検知するATCセンサ72を備えている。また、画像形成ユニット11Kの下流側には、中間転写ベルト21上に転写された濃度測定用トナー像の濃度を検出するADCセンサ18を備えている。
図15に示すように、制御部80は、LD光量制御部82と階調制御部84とトナー補給制御部85とトナー空検知制御部86とを備えている。そして、ADCセンサ18による所定の画像濃度パターンの検出結果は、これらLD光量制御部82、階調制御部84、トナー補給制御部85およびトナー空検知制御部86に送られる。また、ATCセンサ72によるトナー濃度の検出結果は、トナー補給制御部85およびトナー空検知制御部86に送られる。
トナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリー動作を制御するもので、現像器14にトナーを供給する図示しないディスペンスモータの回転時間および速度を制御することによりトナー濃度を調整する。トナー空検知制御部86は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーカートリッジ19Y,19M,19C,19K内のトナー量を予測してトナー空検知を判断する。
図16は、トナーリカバリー動作時における第1の処理手順を示すフローチャートである。
図16に示すように、まずトナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリーすべき色があるかを判定する(ステップ301)。トナーリカバリーの実行を行うとする判定を行う場合としては、トナー空検知制御部86によりトナー空が検知された状態にて電源OFF/ONまたは図示しないカバーの開閉が行われたときや、トナーカートリッジが新状態であると判断されたとき等を挙げることができる。なお、トナー空検知制御部86によりトナーの空状態を検知する手段としては、ADCセンサ18、ATCセンサ72のほかに、図示しない空検センサやピクセル・カウント、トナー補給時間カウント等のいずれでも良い。
図17に示すように、まずトナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリー色があるかを判別し(ステップ401)、トナーリカバリー色があると判別した場合には、さらにトナーリカバリーの対象色は黒(K)のみか否かを判別する(ステップ402)。
トナーリカバリーの対象色が黒(K)のみのときには、単Kモードのプロセス速度でトナーリカバリー動作を行うことになる。そのために、まず単Kモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ403)、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナー補給量を算出する(ステップ404)。なお、この算出方法については後述するが、その概略を説明すると、トナー補給量の算出は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出値と目標値との乖離量からトナー補給量(トナー補給時間)を算出したり、所定時間の定量のトナー補給量(時間)を設定したりするものである。
現像器14の攪拌により、トナーリカバリー動作によるトナー状態を安定化させることができる。そして、トナーリカバリーを終了するか否かを判定する(ステップ407)。このようなトナーリカバリーの終了判定は、ATCセンサ72やADCセンサ18の検出値が所定の範囲内であるかどうかで行うことができる。そして、所定範囲外であれば、もう一度トナー補給および攪拌を行うが、所定回数の繰り返し後でも所定範囲外であればトナーリカバリー動作をそのまま終了する。
また、ステップ402において、トナーリカバリーの対象色が黒(K)のみでないときには、カラーモードのプロセス速度でトナーリカバリー動作を行うことになる。そのため、カラーモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ410)、トナー補給量を算出し(ステップ411)、算出されたトナー補給量を補給し(ステップ412)、現像器14を攪拌してから(ステップ413)、トナーリカバリーを終了するか否かを判定する(ステップ414)。終了しないとの判定を行ったときはステップ411に戻り、終了との判定を行ったときには、画像濃度セットアップを行い(ステップ415)、装置の駆動を停止して(ステップ409)、一連の処理を終了する。
第2の処理手順では、トナーリカバリー動作を行ったときには、トナー状態安定化後にトナーリカバリー動作終了の判定を行うものである。そして、トナーリカバリー動作終了時には、画像濃度セットアップを行うものである。
図18に示すように、まずトナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリー色があるかを判別し(ステップ501)、トナーリカバリー色があると判別した場合には、さらにトナーリカバリーの対象色は黒(K)のみか否かを判別する(ステップ502)。
トナーリカバリーの対象色が黒(K)のみのときには、カラーモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ503)、トナー補給量を算出する(ステップ504)。その後には、単Kモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ505)、算出されたトナー補給量をトナーカートリッジ19Kからトナー補給し(ステップ506)、現像器14を攪拌する(ステップ507)。攪拌が一旦終了したら、カラーモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ508)、トナーリカバリーを終了するか否かを判定する(ステップ509)。トナーリカバリーの終了判定の結果、終了しないとの判定を行ったときはステップ504に戻るが、終了との判定を行ったときには、画像濃度セットアップを行い(ステップ510)、装置の駆動を停止して(ステップ511)、一連の処理を終了する。
このように速度制御するのは、プロセス速度により画像形成状態が変わったり、トナー濃度センサや画像濃度センサの出力が変わったりするからである。したがって、画質重視のカラーモードにおいて高画質のカラー画像を提供することができる。
図19に示すように、まずトナー補給制御部85は、トナーリカバリーすべき色があるかを判定する(ステップ601)。トナーリカバリー色があると判別した場合には、対象色の現像器14を駆動する(ステップ602)。その後のステップ603〜608は、上述した第2の処理手順(図17参照)におけるステップ404〜409と同じ内容であるので、その説明を省略する。
このように、第4の処理手順においては、各色毎に独立して現像器14を攪拌する手段を備え、トナーリカバリー動作を行う場合はトナーリカバリー対象色のみ現像器14の攪拌を行うので、不要な駆動による部品寿命の短縮化を防ぐことができる。なお、画像濃度セットアップ時は全色の現像器を駆動し全色で画像濃度セットアップを実施しても良い。
図20に示すように、まずトナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリーすべき色があるかを判定し(ステップ701)、トナーリカバリー色があると判別した場合には、さらにトナーリカバリーの対象色は黒(K)のみか否かを判別する(ステップ702)。
トナーリカバリーの対象色が黒(K)のみのときには、単Kの現像器14を単Kモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ703)、トナー補給量を算出する(ステップ704)。算出されたトナー補給量をトナーカートリッジ19Kからトナー補給し(ステップ705)、現像器14を攪拌してから(ステップ706)、トナーリカバリーを終了するか否かを判定する(ステップ707)。トナーリカバリーの終了判定の結果、終了しないとの判定を行ったときはステップ704に戻るが、終了との判定を行ったときには、全色の現像器14を駆動して(ステップ708)、画像濃度セットアップを行い(ステップ709)、装置の駆動を停止して(ステップ710)、一連の処理を終了する。
このように、第5の処理手順においては、第4の処理手順の場合と同様に必要最小限の現像器14の攪拌を行うことにより、不要な駆動を回避して部品寿命の短縮化を防ぐことができる。
図21に示すように、まずトナー補給制御部85は、ADCセンサ18またはATCセンサ72の検出結果に基づいてトナーリカバリーすべき色があるかを判定し(ステップ801)、トナーリカバリー色があると判別した場合には、さらにトナーリカバリーの対象色は黒(K)のみか否かを判別する(ステップ802)。
トナーリカバリーの対象色が黒(K)のみのときには、単Kの現像器14を単Kモードのプロセス速度で装置を駆動し(ステップ803)、トナー補給量を算出する(ステップ804)。算出されたトナー補給量をトナーカートリッジ19Kからトナー補給し(ステップ805)、現像器14を攪拌してから(ステップ806)、トナーリカバリーを終了するか否かを判定する(ステップ807)。トナーリカバリーの終了判定の結果、終了しないとの判定を行ったときはステップ804に戻るが、終了との判定を行ったときには、全色の現像器14を駆動して(ステップ808)、画像濃度セットアップを行い(ステップ809)、装置の駆動を停止して(ステップ810)、一連の処理を終了する。このように、ステップ801〜810は、第5の処理手順におけるステップ701〜710と同一内容である。
このように、第6の処理手順では、トナーリカバリー対象色がK(黒)のみの場合はK(黒)のみの現像器14の攪拌を行い、トナーリカバリー対象色がK(黒)のみ以外の場合は、全カラーすなわちイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各現像器の攪拌を行うものである。言い換えると、トナーリカバリー動作を行う場合はトナーリカバリー対象色のみ現像器の攪拌を行うもの、あるいは、トナーリカバリー動作を行う場合はトナーリカバリー対象色のみの現像器14の攪拌と対象色以外の現像器14の攪拌とを併用してを行うものである。
さらには、トナー状態安定化後の画像濃度セットアップは全色で行っている。
図22に示すように、まずトナー補給制御部85は、トナーリカバリーすべき色があるかを判定し(ステップ901)、トナーリカバリー色があると判別した場合には、現像器14を駆動する(ステップ902)。この場合において、感光体ドラム12、転写ロール、中間転写体、用紙搬送ベルト、用紙搬送ロールおよび定着器29などにおいて、現像器14の攪拌手段の駆動と独立して駆動可能であれば、これら感光体ドラム12等の駆動を停止する。
そして、トナーリカバリー終了か否かの判定の結果、終了しないとの判定を行ったときには、ステップ903に戻るが、終了との判定を行ったときには、感光体ドラム12、転写ロール、中間転写ベルト21を駆動する(ステップ907)。なお、感光体ドラム12と現像ロール14aとが離間可能に構成されている場合には、離間させる。
そして、画像濃度セットアップを行い(ステップ908)、装置の駆動を停止して(ステップ909)、一連の処理を終了する。
図23は、ADCセンサ18の検出結果を用いてトナー補給量を算出する手順を示すフローチャートである。
図23に示すように、トナー補給量算出を行うことが決定されると(ステップ1001)、濃度パターンを作成する(ステップ1002)。そして、ADCセンサ18により中間転写ベルト12(像担持体)上の濃度パターンの画像濃度をADCセンサ18により検出する(ステップ1003)。この検出結果を以下、検出ADCとする。この検出ADCと目標ADCとの偏差ΔADCを算出する(ステップ1004)。すなわち、
ΔADC=検出ADC−目標ADC
という計算式により算出する。そして、このΔADCによりトナー補給量Dispを算出する(ステップ1005)。すなわち、トナー補給量算出計数をkとすると、トナー補給量Dispは、
Disp=ΔADC×k
により算出する。
図24に示すように、トナー補給量算出を行うことが決定されると(ステップ1101)、ATCセンサ72により現像器14の現像剤のトナー濃度を検出する(ステップ1102)。この検出値を以下、検出ATCとする。この検出ATCと目標ATCとの偏差ΔATCを算出する(ステップ1103)。すなわち、
ΔATC=検出ATC−目標ATC
という計算式により算出する。そして、このΔATCによりトナー補給量Dispを算出する(ステップ1104)。すなわち、トナー補給量算出計数をk’とすると、
Disp=ΔATC×k’
により算出する。
このように、トナー補給量の算出方法として、ADCセンサ18の検出結果を利用する場合とATCセンサ72の検出結果を利用する場合の2つを説明したが、トナー補給量算出としてATCセンサ72を使う方が、濃度パターン作成が不要になるので、トナー消費量を軽減することができる点で好ましい。また、濃度パターン作成及び濃度パターン読取りのアルゴリズムが不要になるので、検出に要する時間が短くなり、生産性に優れている点でも、好ましい。
また、トナーリカバリー動作において、対象色のみ現像器の攪拌動作を行うものであるので、対象色以外の帯電性アップによる濃度変動を抑えることができ、また、かぶりトナーによるトナー消費を押さえることができる。
また、ATCセンサ72として磁性ATCを用いているときは、現像器攪拌によるATC出力変化に伴うATC誤検知を抑えることができる。
また、トナーリカバリー動作において、リカバリー動作に関係しない部分は駆動させない構成を採用しているので、不要な駆動による部材ライフの短縮を防げる。
また、上述した第1ないし第7の処理手順において、トナーリカバリー動作の最中に位置ずれパターンの作成と検知が可能な状態であれば、位置ずれパターンの検知も行うことで、プロセス方向・副プロセス方向の位置や倍率、スキュー補正等が行われるように構成することも考えられる。このように構成することにより、トナーリカバリー直後の出力画像から高画質の画像の提供が可能になる。この場合、位置ずれパターンの作成および検知を画像濃度セットアップの前に行うことで、短いリカバリー動作の時間にて高画質の画像の提供が可能となる。
すなわち、本実施の形態に関する従来の技術として、ATCによるトナー補給制御とICDC(Image Count Dispense Control)によるトナー補給制御とを選択可能に構成し、現像剤の量が実質的に変わらない状態で所定時間おいた場合にATCとICDCによる信号値との差が所定値よりも大きいときはICDC制御を選択することが知られている(例えば、特開2001−318525号公報を参照)。
しかしながら、所定期間後に現像剤量が変わらないという条件の下でATCとICDC信号値を比較しており(例えば、朝一週明けメイン電源オン等)、現像剤量が実質的に変化する状況やATC値が異常な場合には、安定したトナー濃度制御や画質維持性を確保することができない。
しかしながら、センサ出力が異常なときや嵩密度変化時のATC誤検知や、かぶり発生等により画像信号カウントだけでは予測できないトナー消費が発生したときには、ICDC_Disp積算値は大きくTCから外れてしまうため、このような制御方法では安定したトナー濃度を維持できず画質安定とならない。本実施の形態は、このような問題点を解決しようとするものである。
図25に示すように、画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kは、トナーの混合比により現像器14内の二成分現像剤のトナー濃度を検知するATCセンサ72と、感光体ドラム(静電潜像担持体)12上の画像濃度を検知する画像濃度センサ76とを備えている。また、トナーカートリッジ19Y,19M,19C,19Kは、内部のトナー量を検知するトナー量検知センサ77を備えている。また、画像形成ユニット11Kの下流側には、中間転写ベルト21上に転写された濃度測定用トナー像の濃度を検出するADCセンサ18と、画像形成装置内の温度を測定する温度センサ78と、画像形成装置内の湿度を測定する湿度センサ79とを備えている。
図26に示すように、制御部80は、現像機14にトナーを供給する図示しないディスペンスモータの回転時間を制御することによりトナー濃度を調整するTC(Disp)制御部87を備えている。このTC(Disp)制御部87は、ATCセンサ72、画像濃度センサ76、トナー量検知センサ77、ADCセンサ18、温度センサ78および湿度センサ79の各検知信号の少なくとも1つを受け、トナーカートリッジ19Y,19M,19C,19Kの図示しないディスペンスモータに制御信号を出力する。
図27は、カラー(Y,M,C)の検知対象濃度と拡散反射方式を用いたADCセンサ出力との関係を示すグラフであり、縦軸がADCセンサ出力で、横軸が検知対象濃度である。また、図28は、検知対象からのADCセンサ出力と目標ADCセンサ出力との差分ΔADCと、このΔADCから計算されたトナー補給量の関係を示すグラフであり、縦軸がトナー補給量で、横軸が差分ΔADCである。
トナーとキャリアからなる2成分現像剤のトナー濃度は画像品質を安定させるために重要な要素となっている。トナー濃度検知手段として像担持体(感光体ドラム12や転写ベルトなど)上の未定着像(用紙上の定着象でも良い)の反射強度を測定するためにADCセンサ18が採用されている。このADCセンサ18の検知結果に基づいて、トナー消費によるトナー濃度変動に応じた適切な量のトナー補給を行い、許容範囲内にトナー濃度を安定化することができる。
図27および図28に示すように、差分ΔADC>0の場合は、検知対象濃度が目標濃度よりも濃く、したがって、トナー濃度は目標トナー濃度よりも濃いため、トナー補給を所定間隔行わないという制御を行う。また差分ΔADC<0の場合は、トナー濃度は目標トナー濃度よりも薄いため、所定量のトナー補給を行うという制御を行う。
図29は、トナー補給量を算出する処理手順を示すフローチャートである。
図29に示すように、ADCセンサ(計測手段)18による検出値によってトナー補給量aを算出する(ステップ1201)。また、1頁ごとにICDC(予測手段)からトナー補給量bを算出する(ステップ1202)。そして、図30におけるFlag=0か否かを判別する(ステップ1203)。Flag=0であれば、トナー補給はICDCとADCの両方の制御で行い(ステップ1204)、つまりADCセンサ(計測手段)18による検出値によって算出されたトナー補給量aとICDC(予測手段)から算出されたトナー補給量bの和であるトナー補給量cを計算し、終了する。また、Flag=0でなければ、言い換えると、Flag=1またはFlag=2であれば、トナー補給をICDCのみの制御とする(ステップ1205)。すなわち、1頁ごとにICDCとDisp_MOT(トナー補給量)を算出する。つまりはICDC(予測手段)から算出されたトナー補給量bをトナー補給量cとする。図30で異常制御がなされている場合にはICDC制御に切り替えている。そして、PV数をカウントし(ステップ1206)、100PV間ICDC制御を行い(ステップ1207)、その後はFlag=0として(ステップ1208)ICDCとADCの両方で制御を行い、終了する。ここで計算されたトナー補給量aとbの和であるcを実際のトナー補給量としてトナー補給する。
図30に示すように、過去の100個の履歴から実際にトナー補給した量cを積算しこの積算値をxとする(ステップ1301)。また、過去の100個の履歴からICDCのトナー補給量bを積算し、この積算値をyとする(ステップ1302)。そして、実際にトナー補給した量cの積算値xとICDCによるトナー補給量bの積算値yとの差分Δ(Δ=y−x)を算出する(ステップ1303)。算出した差分Δが所定の上限値より大きいか否かを判別する(ステップ1304)。そして、算出した差分Δが所定の上限値より大きければ、Flag=1として終了する(ステップ1305)。また、算出した差分Δが所定の上限値よりも小さければ、さらに差分が所定の下限値よりも小さいか否かを判別する(ステップ1306)。算出した差分Δが所定の上限値よりも小さく、かつ所定の下限値よりも小さいときには、Flag=2として終了する(ステップ1307)。そして、算出した差分Δが所定の上限値よりも小さく、かつ所定の下限値よりも大きいときには、Flag=0として終了する(ステップ1308)。なお、差分Δと比較した上記の上限値と下限値は、ICDC積算値によって定められる上下限値(図37参照)であってもよい。
図31は、トナー濃度とATCセンサ出力との関係を示すグラフであり、縦軸がトナー濃度、横軸がセンサ出力である。図32は、一定のトナー濃度でのATCセンサによる見かけのトナー濃度とトナー帯電量との関係を示すグラフであり、縦軸がトナー濃度で、横軸がトナー帯電量である。図33は、低密度連続出力時におけるトナー補給とトナー帯電量との関係を示すグラフであり、縦軸がトナー補給量およびトナー帯電量で、横軸が現像器攪拌時間である。図34は、低密度連続出力時におけるATCセンサ出力とトナー補給との関係を示すグラフであり、縦軸がトナー補給およびATCセンサ出力で、横軸が出力枚数である。
トナーとキャリアからなる2成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段として、現像剤の磁気抵抗を測定するATCセンサ72(以下、トナー濃度センサともいう)が採用されている。すなわち、ATCセンサ72の検知結果を利用することにより、トナー消費によるトナー濃度変動に応じた適切な量のトナー補給を行って許容範囲内にトナー濃度を安定化することができる。
そして、トナー帯電量が上昇すると、トナーの帯電気によるクーロン反発力が上昇し、キャリア相互の間隔が広くなる。これに伴って、図33に示すように、磁気抵抗が小さくなるため、実際よりもトナー濃度は高く検出される。そして、トナー帯電量が高い状態のままATCセンサ72によりトナー濃度低下が検知されてトナー補給が行われると、図34に示すように、頻発したトナー補給が行われる。このような事態は、トナー補給によりトナー帯電量が低下し、これに伴ってキャリア相互の間隔が狭まり、トナー補給がされた直後の状態としては不安定な高キャリア密度になるために過度にトナー濃度が低いと検知することに起因する。すなわち、トナー補給が連続して行われると、急激にトナー濃度が上がり、帯電性が下がって現像性が上がるために画像濃度が急激に濃くなってしまう。
また、トナー濃度(またはトナー量)センサの検知面に高トナー濃度の層が付着した場合には、付着物が剥離するまではトナー濃度(またはトナー量)センサは、現像器14内のトナー濃度が高いと判断し続けるため、トナー補給はされない。したがって、トナー消費が行われたとしてもトナー補給はされず、現像器14内のトナー濃度が低下する。この状態を経て付着物が剥離すると、低いトナー濃度を検知するためにトナー補給が急激に行われ、画像濃度維持を保持できなくなる。また、付着物が低トナー濃度の層であった場合は、トナー補給が過剰に行われるため、現像器14が破損する可能性があり、また、画像濃度維持を保持できない。
図35は、トナー補給量を算出する処理手順を示すフローチャートである。
図35に示すように、ATCセンサ(計測手段)72による検出値によってトナー補給量aを算出する(ステップ1501)。また、1頁ごとにICDCからトナー補給量bを算出する(ステップ1502)。そして、図36におけるFlag=0か否かを判別する(ステップ1503)。Flag=0であれば、トナー補給はICDCとATCの両方の制御で行う(ステップ1504)。つまりATCセンサ(計測手段)72による検出値によって算出されたトナー補給量aとICDC(予測手段)から算出されたトナー補給量bの和であるトナー補給量cを計算し、終了する。また、Flag=0でないとき、言い換えると、Flag=1またはFlag=2のときは、トナー補給をICDCのみの制御とする(ステップ1505)。すなわち、1頁ごとにICDCとDisp_MOTを算出する。つまりはICDC(予測手段)から算出されたトナー補給量bをトナー補給量cとし、図36で異常制御がなされている場合にはICDC制御に切り替えている。そして、PV数をカウントし(ステップ1506)、100PV間ICDC制御を行い(ステップ1507)、その後はFlag=0として(ステップ1508)、ICDCとATCの両方で制御を行い、終了する。ここで計算されたトナー補給量aとbの和であるcを実際のトナー補給量としてトナー補給する。
図36に示すように、過去の100個の履歴から実際にトナー補給した量cを積算しこれをxとする(ステップ1601)。また、過去の100個の履歴からICDCのトナー補給量bを積算し、この積算値をyとする(ステップ1602)。そして、実際にトナー補給した量cの積算値xとICDCによるトナー補給量bの積算値yとの差分Δ(Δ=y−x)を算出する(ステップ1603)。算出した差分Δが図37の(a)の上限値より大きいか否かを判別する(ステップ1604)。そして、算出した差分Δが図37の(a)の上限値より大きければ、Flag=1として終了する(ステップ1605)。また、算出した差分Δが図37の(a)の上限値よりも小さければ、さらに差分が図37の(a)の下限値よりも小さいか否かを判別する(ステップ1606)。算出した差分Δが図37の(a)の上限値よりも小さく、かつ図37の(a)の下限値よりも小さいときには、Flag=2として終了する(ステップ1607)。そして、算出した差分Δが図37の(a)の上限値よりも小さく、かつ図37の(a)の下限値よりも大きいときには、Flag=0として(ステップ1608)、終了する。なお、上記の上下限値は、固定値でもよい。
図37は、トナー濃度検知手段異常判定に用いる上下限値を示すグラフであり、(a)がICDC積算値であるyとDisp積算値であるxとの差分の場合で、(b)がICDC積算値であるyとDisp積算値であるxとの比率の場合である予想トナー消費量に応じた上下限値と、トナー補給量と予想トナー消費量の差分または比率の少なくとも1つを比較することができる。
なお、トナー濃度検出手段として、ADCセンサ18やATCセンサ72の場合を説明したが、図示しない光ATCセンサや、トナー量測定等に用いる図示しない光透過型センサでもよい。また、上述した上限値や下限値は計算値でもよいし、固定値でもよい。
また、本実施の形態以外でのトナー補給方法としては、消費予想トナー量積算値(ICDC積算値であるy)と供給トナー量積算値(Disp積算値であるx)とを比較し、前記Flagが1のときは一定期間トナー補給を低減し、前記Flagが2のときは一定期間トナー補給を増加する方法でも良い。また、上記のFlag=1または2が発生した場合は、トナー濃度検知手段の故障と判断するという手段を追加してもよい。この場合、UI画面上でユーザーに警告する表示を行い、画像形成を停止するか否か尋ね、ユーザーが停止を選択したら終了し、画像形成実行を選択したら所定枚数の画像形成を許可する。
また、いわゆるタンデム型のデジタルカラープリンタに適用する本実施の形態について説明したが、タンデム型以外の画像形成装置にも適用することが可能である。
Claims (3)
- カラーの画像を形成するカラーモードと単色の画像を形成する単色モードとを備え、カラーモードのプロセス速度および当該カラーモードのプロセス速度よりも速い単色モードのプロセス速度を含む所定のプロセス速度にて画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段の一部を構成する現像器の画像形成に伴って減少するトナー濃度をトナー補給して一定の範囲内に入るように復帰させるトナーリカバリー動作を実行すべき対象色があるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記トナーリカバリー動作を実行すべきとされた対象色についての当該トナーリカバリー動作を、前記カラーモードのプロセス速度または前記単色モードのプロセス速度にて前記現像器を含む装置本体部分を動作することで実行する実行手段と、を含み、
前記実行手段は、前記判断手段により前記トナーリカバリー動作を実行すべきとされた対象色が前記単色モードの単色のみであるときには、当該トナーリカバリー動作の開始時にトナー補給量を算出する際および当該トナーリカバリー動作の終了時に行われるトナーリカバリー終了判定の際に前記カラーモードのプロセス速度にて当該トナーリカバリー動作を実行し、算出された当該トナー補給量のトナー補給の際および当該トナー補給の後に行われる前記現像器の攪拌の際に前記単色モードのプロセス速度にて当該トナーリカバリー動作を実行することを特徴とする画像形成装置。 - 前記実行手段により前記トナーリカバリー動作が実行された後に画像濃度セットアップを行うセットアップ手段を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成手段により形成された画像のトナー像の濃度を計測し計測結果を出力する計測手段と、
前記現像器によるトナー補給量を予測する予測手段と、
前記計測手段の計測結果によって算出されたトナー補給量と前記予測手段により予測されたトナー補給量とを互いに合算してトナー補給量を計算する計算手段と、
所定時間または所定出力枚数における、前記計算手段により計算されたトナー補給量を積算した積算値と前記予測手段により予測されたトナー補給量を積算した積算値との差分または比率を算出し、その算出結果と、当該予測手段により予測されたトナー補給量に応じた上限値または下限値とを比較し、当該比較の結果が当該上限値よりも小さいと共に当該下限値よりも大きいときは当該計算手段によるトナー補給量をトナー補給量とし、当該比較の結果が当該上限値よりも大きいときまたは当該下限値よりも小さいときは、当該予測手段により予測されたトナー補給量をトナー補給量として前記実行手段によるトナー補給を制御する制御手段と、
をさらに含む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。
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