JP5620735B2 - 電子写真方式画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ、或いは、これら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、画像品質の安定性を向上させる手法として、以下の流れで処理を行うことが知られている。まず、画像形成装置を起動させて、ウォームアップ終了後に特定パターンを像担持体上に形成し、その像担持体上のパターンの濃度を読み取る。その後、γ補正などの画像形成条件にフィードバックさせることや特定パターンを出力物に印字して、リーダ部においてパターンの濃度を読み取り、補正などの画像形成条件にフィードバックさせる。そして、このフィードバックされた情報に基づいて補正を行うことで、画像品質を安定させる。更には、環境変動等により、画像形成特性が変化した場合、環境変動量に応じて、再度、特定パターンを像担持体上に形成し、その像担持体上或いは出力物上のパターンの濃度を読み取る。そして、γ補正などの画像形成条件にフィードバックさせることにより、画像品質を安定させることなどが行われている。

例えば、特許文献１に記載の技術には、単色の階調パッチを出力し、リーダ部にて読み取られたパッチの濃度を算出し、所望のターゲット（濃度リニア、明度リニアなど）となるように一次元ＬＵＴ（階調補正テーブル）を作成する自動階調補正の技術が記載されている。また、特許文献２に記載の技術には、載り量を変化させたパッチを打ち、感光体上もしくは転写体上で載り量を検知し、その検知結果に応じて階調補正を行う技術が記載されている。

特開平１１−７５０６７号公報 特開２００２−６６８４号公報

しかしながら、特許文献１の記載の技術では、媒体からの反射光を検知する反射型のセンサによりトナー載り量を検知し、トナー濃度決定しているが、透明トナーは反射型のセンサではトナー載り量を検知することができず、最適な光沢感を出すことができない。また、特許文献２に記載の技術では、中間調は正反射光センサで、高濃度領域は乱反射光センサでトナー載り量を検知し、濃度制御を行っている。この場合、トナー載り量が多い場合には検知精度が悪くなり、最大トナー載り量が安定的に維持できず、トナーの定着不良や最悪の場合は分離不良による紙詰まりなどの問題が発生するという問題がある。

上記課題は、本発明による以下の構成により解決される。透明トナーを用いてトナー像を形成可能な電子写真方式の画像形成装置であって、記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記記録材上に形成されたトナー像のトナー載り量を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知されたトナー載り量に基づいて、前記トナー像形成手段によって形成されるトナー像のトナー載り量を制御する制御手段と、前記記録材上の前記トナー像を加熱し、前記記録材へ定着させる定着手段とを有し、前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を制御するために、前記透明トナーを用いたトナー画像が形成される記録材は透明シートであり、前記検知手段は、前記透明シートに形成された透明トナーを用いたトナー像の透過光により前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を検知し、前記制御手段は、前記検知手段により検知された前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量に基づいて、前記透明トナーのトナー載り量を制御し、前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を制御するために形成された前記透明トナーを用いたトナー像を前記透明シートに定着するための前記定着手段の定着温度は、通常の画像を形成するために前記透明トナーを用いたトナー像を前記記録材に定着するための前記定着手段の定着温度より低いことを特徴とする。

本発明によれば、透明トナーを用いる画像形成装置において、透明トナーの載り量を適切に検知し、出力物において最適な光沢感を出させ、かつ、トナー載り量が多すぎることによる定着不良や紙詰まりを防止することができる。

第一実施形態に係る画像形成装置を説明する図。 本発明に係る透明シート上のトナー載り量に応じたセンサからの光の経路を示す図。 本発明に係る画像形成装置のトナー載り量と透過光量の関係の一例を示す図。 第一実施形態に係る画像形成装置の透明トナーへの階調補正のフロー図。 本発明に係る画像形成装置の階調パッチの出力レベルの一例を示す図。 第二実施形態に係る画像形成装置を説明する図。 第二実施形態に係る透明トナーにおける階調補正のフロー図。 第二実施形態に係る濃度センサを説明するための図。 第三実施形態に係る透明シート上のトナーに応じた光の経路を示す図。 第三の実施形態に係るトナーの性質と定着温度との関係を示す図。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明の第一実施形態に係る電子写真方式画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。図１において、画像形成装置１００は、イメージスキャナ部１８、Ａ／Ｄコンバータ２１、制御部２２、レーザドライバ２４、半導体レーザ２０、ポリゴンミラー２８、及びミラー１７ｅを備える。また、画像形成装置１００は、感光体１、スコロトロン一次帯電器２、現像装置４、表面電位センサ４１、転写ローラ８、クリーニング装置１３、前露光ランプ３０、定着装置１２、帯電制御部５０、及びパッチ検知部５１を備える。

イメージスキャナ部１８は、リーダ部である原稿ガラス台１４、照明ランプ１６、ミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、レンズ１７ｄ、及び光電変換素子１９を備える。すなわち、原稿１５が載置される原稿ガラス台１４上にて、透過光の検知を行うこととなる。照明ランプ１６は、原稿ガラス台１４上に載置されている原稿１５を走査する。ミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、照明ランプ１６により走査された原稿１５からの透過光をレンズ１７ｄに導く。レンズ１７ｄは、原稿１５からの透過光を光電変換素子１９上に結像させる。光電変換素子１９は、結像された原稿１５からの透過光を電気信号に変換してＡ／Ｄコンバータ２１に出力する。ここまでの処理により、イメージスキャナ部１８は、原稿に対する透過光を検知することが可能な透過型センサを構成している。Ａ／Ｄコンバータ２１は、イメージスキャナ部１８の光電変換素子１９により出力された電気信号をデジタル化する。制御部２２は、Ａ／Ｄコンバータ２１によりデジタル化された電気信号をその画像濃度に比例して０（００ｈｅｘ）から２５５（ＦＦｈｅｘ）の２５６階調の画像信号に変換してレーザドライバ２４に出力する。

感光体１は、円筒状の導電基体上に光導電層を設けたもので、矢印方向に回転自在に軸支されている。スコロトロン一次帯電器２は、感光体１の表面を帯電させる。レーザドライバ２４は、制御部２２により出力された画像信号に応じて半導体レーザ２０の発光を変調する。半導体レーザ２０は、画像信号に応じて変調されたレーザ光をポリゴンミラー２８、ミラー１７ｅを介して感光体１に照射し、スコロトロン一次帯電器２により帯電された感光体１上に静電潜像を形成する。現像装置４は、感光体１上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、感光体１上にトナー像を形成する。転写ローラ８は、感光体１上に形成されたトナー像を記録紙Ｐ上に転写する。クリーニング装置１３は、トナー像を転写した後の感光体１上の残留トナーを除去する。前露光ランプ３０は、感光体１の残留電荷を除去する。トナー像が転写された記録紙Ｐは、感光体１から分離された後に定着装置１２に搬送される。この一連の流れにより、記録材上においてトナー像形成を行う。また、本発明を適用可能な画像形成装置は、有色のトナーに加え、透明トナーによってもトナー像を形成可能である。

定着装置１２は、この搬送された記録紙Ｐの表面にトナー像を加熱して定着させ、画像が形成された記録紙Ｐを画像形成装置の外部に排出する。感光体１には製造上のばらつきにより帯電能の良いもの、悪いものが存在する。更に、長期の使用や画像形成装置の使用環境の変化によっても、スコロトロン一次帯電器２の放電特性が変化すること等により、感光体１の帯電能は変化する。感光体１の帯電能のばらつきを吸収するために、表面電位センサ４１は、現像装置４による現像位置の近傍での感光体１の表面電位を検知して帯電制御部５０に信号を出力する。帯電制御部５０は表面電位センサ４１により出力された信号に基づいて、感光体１の表面電位を所望の電位に保つようにスコロトロン一次帯電器２のグリッドに印加する電圧を変化させる。

パッチ検知部５１は、感光体１上に基準となるパッチを形成するためのＬＥＤと、感光体１上に形成されたパッチの反射光量を読み取る濃度センサとを備える。この読み取った感光体１上のパッチの反射光量により、感光体１上のトナー付着量を演算し、その結果から画像制御条件（γ−ＬＵＴ、帯電電位、レーザパワー等）を制御する。本実施形態では、電子写真方式の画像形成装置１００における現像方式として非接触２成分現像方式を採用するものとするが、これに限られるものではない。

［透明トナー載り量補正］
次に、本実施形態において特徴的な部分である透明トナーの載り量補正方法に関して以下に述べる。まず、従来の方法の問題点について述べる。有色の記録紙Ｐ上に数段階にトナー載り量を変更させた階調パターンを印字することによって生成された出力物を、従来の反射型の系であるイメージスキャナ部１８で読み込む。これにより、有色のトナーで階調パターンを印字したものは、階調パターン通りの画像信号を検知できる。しかし、透明トナーに関しては、全ての階調においてほとんどトナーが存在しない状況と同等の画像信号が得られる。即ち、透明トナーにおいては、反射型の系では階調補正を行えず、階調パッチの出力レベルがＦＦｈｅｘであっても００ｈｅｘと誤認識してしまう。この従来の系では、印刷物において最適な光沢感を出すことができないだけでなく、最大トナー載り量をコントロールすることが出来ず、定着不良や最悪の場合は分離不良による紙詰まりなどが発生する。

そこで、本実施形態においては記録材（記録紙Ｐ）を透明シートとし、且つイメージスキャナ部１８に透過型の系（透過型センサ）を採用することで、透明シート上のトナー載り量を検知する。そして、この検知結果に基づいて、出力用のトナー載り量を制御、補正する。これにより、透明トナーを用いた場合においても、最適な光沢感を出し、且つ定着不良や最悪の場合は分離不良による紙詰まりなどが発生することを防止している。

イメージスキャナ部１８が透過型の系の場合に、階調変化を認識するかについて図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）は、透明シートＰ上のトナー載り量が相対的に少ない場合と多い場合に、照明ランプ１６から発光された光の経路を示す図である。ここで示されているトナーは有色のトナーである。図２（Ａ）のように、トナー載り量が少ない場合は、照明ランプ１６から発光された光が透明シートＰ上のトナーによって反射する量が少なく、透明シートＰを通過する透過光量が多くなる。一方、図２（Ｂ）のように、トナー載り量が多い場合は、照明ランプ１６から発光された光が透明シートＰ上のトナーによって反射する量が多く、透明シートＰを通過する透過光量が少なくなる。図３に、透明シートＰを通過した透過光量と透明シートＰ上のトナー載り量の一例を示す。図３からも分かるように、トナー載り量が多くなればなるほど、透過光が少なくなっていることが分かる。

［階調補正処理］
次に、本実施形態における透明トナーの階調補正のフローチャートを図４に示す。図４において、画像形成装置１００の電源がＯＮになった（Ｓ１１）後、画像形成装置１００が備える操作部（不図示）により、ユーザは階調補正モードを選択し、プリント開始を指示する（Ｓ１２）。そして、制御部２２は、ユーザからの指示に基づいて、透明シートＰ上にＬＵＴ（ルックアップテーブル：階調補正テーブル）による補正なしの階調パッチを出力させる（Ｓ１３）。そして、ユーザは、この透明シートＰをリーダ部に載置する（Ｓ１４）。その後、制御部２２は、透過型センサによる透過光によって階調パッチを読み取らせる（Ｓ１５）。そして、制御部２２は、読み取った値を濃度に変換する（Ｓ１６）。最後に、制御部２２は、入力信号に対して、Ｓ１５、Ｓ１６での検知結果に基づく濃度がどのように変化しているかを判定し、予め定められているターゲットになるように階調性を補正する（ＬＵＴを書き換える）（Ｓ１７）。そして、本処理フローを終了する。

上記で求められたＬＵＴを用いて、記録紙Ｐ上における、単位面積あたりの透明トナーに対するトナー量を補正する。なお、本実施形態のＳ３にて使用した階調パッチの出力レベルは図５の階調パッチ５０１に示すように、０ｈｅｘ、１０ｈｅｘ、２０ｈｅｘ…Ｆ０ｈｅｘ、ＦＦｈｅｘとした。

以上より、透明トナーを用いる画像形成装置においても、階調補正を可能とし、最適な光沢感を出し、且つトナー載り量が多すぎることによる定着不良や紙詰まりのない画像形成装置を提供することが出来る。

なお、本実施形態の画像形成装置で用いた現像剤および画像形成装置の構成等はこれらに限ったものではなく、本発明は様々な現像剤および画像形成装置に適用可能である。また、階調パッチの出力は本実施形態においては１７階調としたが、これに限られるものではない。印刷対象とする画像の特徴に合せて、１７階調以上の複数の階調を検知しても良いし、少なくしても良い。

＜第二実施形態＞
本実施形態を説明する画像形成装置の基本構成は、ほぼ第一実施形態と同じであるため、詳しい画像形成装置全体の説明は割愛する。ここで第一実施形態との差異は、本実施形態では転写体として中間転写ベルトを用いた画像形成装置としている。これにより、本実施形態では、第一実施形態に記載の階調補正のフローを画像形成装置本体内で自動的に行うことでユーザビリティを向上させた系について述べる。つまり、第一実施形態で図４のＳ１２〜Ｓ１４に示したような人手を介する必要がなくなる。上記階調補正を自動化することは、ユーザのニーズに合致したものとなり得る。

［階調補正処理］
本実施形態における階調補正方法に関して、図６及び図７を用いて説明する。なお、図６における参照番号が図１と重複するものは、同じものもしくは同じ役割を担っている。図７に示すように、まず、画像形成装置１００の電源がＯＮになった（Ｓ２１）後、画像形成装置１００が備える操作部（不図示）により、ユーザは階調補正モードを選択し、プリント開始を指示する（Ｓ２２）。そして、制御部２２は、透明シートＰ上にＬＵＴによる補正なしの階調パッチを形成させる（Ｓ２３）。その後、階調パッチが透明シートＰに定着後、透明シートＰは第１切換ガイド８０によって反転パス６６に導かれ、反転ローラ７８Ａ、７８Ｂにて反転されて濃度センサ１０１が配置された両面搬送パス６７へと送られる（Ｓ２４）。なお、濃度センサ１０１の詳細については、図８（Ａ）を用いて後述する。両面搬送パス６７へ送られた透明シートＰは、濃度センサ１０１を通過する際に、透過光により階調パッチを読み取られる（Ｓ２５）。そして、制御部２２は読み取った値を、濃度に変換する（Ｓ２６）。最後に、制御部２２は、入力信号に対して濃度を判定し、あらかじめ定められているターゲットになるようにＬＵＴを書き換える（Ｓ２７）。以上により、本処理を終了する。

ここで、濃度センサ１０１について述べる。濃度センサ１０１は、所定のタイミングにて搬送されてきた透明シートＰ上のパッチに濃度センサ１０１内の照射手段としての白色ＬＥＤより参照光を照射する。そして、その対面に設けられた受光手段にて受光し、受光した光量に応じた信号を出力する。

図８（Ａ）は、画像形成装置１００に濃度検知手段として適用された濃度センサ１０１近傍及び記録媒体の概略断面図である。ここでの濃度センサ１０１は、図８（Ａ）に示されるように、搬送されるシートを介して対応する位置に設けた光源からの光を検知するように構成された透過型センサである。濃度センサ１０１は、白色ＬＥＤ９１とＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２により構成される。白色ＬＥＤ９１を階調パッチが形成され、定着した透明シートＰに対して発光させ、透過光強度をＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２により検知する。ＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２の受光部９３は、図８（Ｂ）のようにＲＧＢそれぞれが独立した画素となっている。

電荷蓄積量はＬＥＤ出力もしくは積算時間を任意に変更する事で、所望のダイナミックレンジを得られるように調整している。そして、予め基準となる指標を用いて上記調整を行う事により、反射光量から記録媒体上のトナー濃度を高精度で測定している。ＲＧＢオンチップフィルタ付き電荷蓄積型センサ９２の電荷蓄積型センサは、フォトダイオードでも良い。ＲＧＢの３画素のセットが、数セット並んでいるものでも良い。更には、ＲＧＢ３色が発光するＬＥＤとフィルタ無しセンサにより構成しても良い。

以上より、透明トナーを用いた画像形成装置において、ユーザビリティを向上した階調補正を可能とし、最適な光沢感を出し、且つトナー載り量が多すぎることによる定着不良や紙詰まりのない画像形成装置を提供することが出来る。

なお、本実施形態の画像形成装置で配置された濃度センサは両面搬送パスに配置されたが、記録紙Ｐが通過する搬送経路の何れかの位置であれば、構成等はこれらに限ったものではなく、本発明が様々な画像形成装置に適用可能である。

＜第三の実施形態＞
本実施形態を説明する画像形成装置１００の基本構成は、第一実施形態と同じであるため、詳しい画像形成装置全体の説明は割愛する。第一実施形態との差異として、本実施形態は、透明シート上のトナーが溶け過ぎた場合の系について述べる。

例えば、トナーの多少の製造条件の違いにより、トナー粒子中の着色剤の分散性が変化し、混色性や透明性等の色再現性が変化したり、トナーの載り量と濃度との関係（カバーリングパワー）が変化することは一般的に知られている。この時、トナーの溶け易さが変化し、紙上の濃度が変化することもある。図９（Ａ）は、透明シートＰ上のトナーが溶け過ぎてしまった場合の図である。トナーが溶け過ぎてしまった場合には、透明シートＰ上のトナーは薄層となり、照射された光に対して乱反射光が存在せず、殆どが透過光となっている。この場合、透明シートＰ上のトナー載り量に関わらず、載り量が少ないと判定してしまい、結果として載り量が多すぎることによる定着不良や紙詰まりが発生しやすくなってしまう。

そこで、本実施形態においてはトナーが溶け過ぎて乱反射光が存在しない状況を防ぐために、透明トナーの階調補正を行う際に、定着条件を変化させる。ここでは、トナー像に対する定着の温度を下げる。これにより、図９（Ｂ）のようにトナーの溶け過ぎを防止し、定着不良や紙詰まりが発生しないようにする。定着温度の設定は、予め透明シートＰに対する定着温度と透過光量と定着不良の対応関係を図１０に示すような実験等によって求める。そして、その実験結果から、透過光により階調パッチを認識し、定着不良が発生しない定着温度に設定することで階調補正を行う。本実施形態においては、図１０に従って、最も溶け難いトナーおよび最も溶け易いトナーのいずれもがセンサにて階調の認識が可能である温度を定着温度として採用している。具体的には、通常、定着温度として設定している１６０℃に対し、１０℃温度を下げることで階調補正を行っている。

以上、透明トナーを用いる画像形成装置において、トナーの製造条件が異なることによって生じうるトナーの溶け易さやカバーリングパワーの変化を考慮に入れ、トナーの定着条件を変化させる。これにより、最適な光沢感を出し、且つトナー載り量が多すぎることによる定着不良や紙詰まりを防止することが可能となる。

なお、本実施形態の画像形成装置では定着条件を変化させる一例として、定着温度を１０℃下げている。しかし、透過光により階調パッチを認識し、且つ定着不良が発生しない系であれば、定着温度の下げ幅はこれに限ったものではない。また、定着装置における定着時間の短縮化などによりトナーに対する加熱を抑えても良い。なお、上記構成に限定されるものではなく、本発明は様々な画像形成装置に適用可能である。

以上、３つの実施形態によって本発明の画像形成装置を説明したが、上記に挙げた構成に限られるものではなく、特許請求の範囲に従って様々な構成をとることが可能である。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (3)

1. 透明トナーを用いてトナー像を形成可能な電子写真方式の画像形成装置であって、
   記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記記録材上に形成されたトナー像のトナー載り量を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって検知されたトナー載り量に基づいて、前記トナー像形成手段によって形成されるトナー像のトナー載り量を制御する制御手段と、
   前記記録材上の前記トナー像を加熱し、前記記録材へ定着させる定着手段と
   を有し、
   前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を制御するために、前記透明トナーを用いたトナー画像が形成される記録材は透明シートであり、
   前記検知手段は、前記透明シートに形成された透明トナーを用いたトナー像の透過光により前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を検知し、
   前記制御手段は、前記検知手段により検知された前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量に基づいて、前記透明トナーのトナー載り量を制御し、
   前記透明トナーを用いたトナー像のトナー載り量を制御するために形成された前記透明トナーを用いたトナー像を前記透明シートに定着するための前記定着手段の定着温度は、通常の画像を形成するために前記透明トナーを用いたトナー像を前記記録材に定着するための前記定着手段の定着温度より低いことを特徴とする電子写真方式画像形成装置。
2. 前記検知手段は、前記記録材上における、単位面積あたりのトナー量が異なる複数のトナー像のトナー載り量を検知することを特徴とする請求項１に記載の電子写真方式画像形成装置。
3. 前記検知手段は、イメージスキャナであり、
   原稿台上に載置された前記記録材のトナー載り量の検知を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真方式画像形成装置。

Images