JP6834346B2 - 画像形成装置及び画像安定化方法 - Google Patents
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Description
画像データに画像処理を施す画像処理部と、
前記画像処理後の画像データに応じて変調したレーザービームにより、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、当該感光体上に現像スリーブによりトナーを供給して現像した画像を用紙上に転写し、定着処理する画像形成部と、
前記定着処理前のトナーの付着量を検出するセンサーと、
前記センサーの出力値に応じて、前記画像形成部における画像形成条件を調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像形成部における少なくとも現像バイアス電位と露光後の前記感光体の表面電位との差を含む現像条件により前記定着処理前のトナーの付着領域の高さを推定し、推定した高さと前記センサーの出力値とに応じて前記画像形成条件の調整を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。
前記制御部は、前記現像条件として、設定又は検出された現像条件を取得し、あらかじめ求められている現像条件とトナーの付着領域の高さとの相関から、取得した現像条件に対応するトナーの付着領域の高さを推定することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置が提供される。
前記画像形成部は、現像条件を変更してテストパターンを前記感光体上に形成し、
前記制御部は、前記テストパターンに対する前記センサーの出力値から、前記トナーの付着領域の高さを推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置が提供される。
前記テストパターンは、ドットパターン又はラインパターンであることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置が提供される。
前記ドットパターンのドット径又は前記ラインパターンの線幅は、前記センサーの検出範囲より小さいことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置が提供される。
前記センサーは、少なくとも光学センサーを含む非接触型のセンサーであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成装置が提供される。
前記制御部は、
前記レーザービームの書き込み光量の調整量又は目的のドット径に制御するために前記センサーの出力値に応じて書き込み光量を決定するときの前記センサーの出力値の目標値の調整量と、前記感光体の帯電電位の調整量の少なくとも1つを、前記推定したトナーの付着領域の高さに応じて決定し、
前記センサーの出力値に応じて画像形成条件を調整した後、前記高さに応じて決定した調整量だけ前記レーザービームの書き込み光量又は前記帯電電位の条件をさらに調整するか、又は目的のドット径に制御するために前記センサーの出力値に応じて書き込み光量を決定するときの前記センサーの出力値の目標値を、決定した調整量だけ調整して書き込み光量の決定を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置が提供される。
前記制御部は、前記レーザービームの書き込み光量、前記センサーの出力値の目標値又は前記帯電電位の調整量を決定した場合、画像の最大濃度が一定となるように、前記決定した調整量に応じて、目的の最大濃度に制御するために前記センサーの出力値に応じて現像バイアス電位を決定するときの前記センサーの出力値の目標値又は前記現像スリーブの駆動速度を補正することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置が提供される。
前記制御部は、前記画像の輪郭又はその背景の輪郭の画素値の調整量を、前記推定したトナーの付着領域の高さに応じて決定し、
前記画像処理部は、前記画像の輪郭又は前記背景の輪郭の画素値を、前記制御部により決定した調整量だけ調整する画像処理を施すことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置が提供される。
前記制御部は、前記用紙の種類に応じて、前記調整量を補正することを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の画像形成装置が提供される。
前記定着処理前のトナーの付着量は、前記感光体上のトナーの付着量であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の画像形成装置が提供される。
画像データに応じて変調したレーザービームにより、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、当該感光体上に現像スリーブによりトナーを供給して現像した画像を用紙上に転写し、定着処理する画像形成部において、基準パッチを形成するステップと、
前記基準パッチを形成したときの前記定着処理前のトナーの付着量をセンサーにより検出するステップと、
前記画像形成部における少なくとも現像バイアス電位と露光後の前記感光体の表面電位との差を含む現像条件により前記定着処理前のトナーの付着領域の高さを、制御部により推定するステップと、
前記推定した高さと前記センサーの出力値とに応じて、前記制御部により前記画像形成部における画像形成条件の調整を行うステップと、
を含むことを特徴とする画像安定化方法が提供される。
図1に示すように、画像形成装置Gは、制御部11、記憶部12、操作部13、表示部14、通信部15、画像生成部16、画像読取部17、画像メモリー18、画像処理部19、画像形成部20、センサー30等を備えて構成されている。
例えば、制御部11は、画像生成部16又は画像読取部17により生成され、画像メモリー18に保持された画像データを、画像処理部19により画像処理させて、画像処理後の画像データに基づいて、画像形成部20により用紙上に画像を形成させる。
通信部15は、ネットワークを介してユーザー端末等から、画像を形成する指示内容がページ記述言語(PDL:Page Description Language)で記述されたデータ(以下、PDLデータという)を受信する。
例えば、画像生成部16は、ラスタライズ処理時に、PDLデータ中の文字コードの記述にしたがって描画した、かな、アルファベット、数字等の画像の各画素の属性を文字(Text)と決定することができる。また、画像生成部16は、DXF、SVG、WMF等のベクター形式の記述にしたがって描画した多角形、円、罫線等の画像の各画素の属性を図形(Graphics)と決定し、JPEG形式のファイルにより描画した写真画像等の画像の属性を写真(Image/Photo)と決定することができる。
図2は、モノクロ画像を形成する場合の画像形成部20の構成の一例を示している。
画像形成部20は、図2に示すように、露光部2a、感光体2b、現像部2c、帯電部2d、クリーニング部2e、転写体22、転写ローラー23等を備えている。露光部2a、現像部2c、帯電部2d及びクリーニング部2eは、感光体2b表面の周囲に配置され、転写ローラー23はベルト状の転写体22を介して感光体2bに圧接可能に配置されている。
なお、カラー画像の場合は、各色の混色の濃度を検出するため、中間転写ベルト上のトナーの付着量をセンサー30により検出するようにしてもよい。
図4Aに示すように、感光体2b上ではラインパターンAもラインパターンBも同じ出力値(V)が得られている。一方、転写及び定着プロセス後の用紙上では、図4Bに示すように、ラインパターンAの方がラインパターンBよりも線幅の測定値(μm)が長い。この傾向は線幅(画素)によらず同じである。このようなセンサー30の出力値によって画像の安定化制御を行うと、感光体2b上においては一定の線幅に制御することができるが、用紙上では線幅の変動が生じてしまう。
トナーの付着領域の高さは現像条件が大きく影響することから、図5に示すように、制御部11が現在の現像条件を取得し(ステップS1)、取得した現像条件に応じてトナーの付着領域の高さを推定する(ステップS2)。
例えば、Vdc=−630V、Vi=−170Vである場合、ΔV=460Vであるので、下記テーブルからHA=33μmを取得することができる。
例えば、現像スリーブ2cdと感光体2b間の距離DSが長いほど、また帯電電位V0と現像バイアス電位Vdcとの差(絶対値)であるカブリマージン電位(V0−Vdc)が小さいほど、トナーの付着領域の高さは高くなる。また、トナーの平均粒径Dvが大きいほど充填密度が低下して、トナーの付着領域の高さが高くなる。このように、他の現像条件によって推定した高さHAを調整することにより、高さの推定精度をより高めることができる。
(1) HB=HA×α×β
上記式(1)において、αは距離DSとカブリマージン電位(V0−Vdc)によって高さHAを調整する調整係数であり、βはトナーの平均粒径Dvによって高さHAを調整する調整係数である。
また、距離DSとカブリマージン電位(V0−Vdc)による調整係数α及びトナーの平均粒径Dvによる調整係数βの各テーブルを、現像剤や感光体2bの稼働状況(稼働時間や画像形成の枚数等)、環境条件(温度、湿度等)に応じて変更するようにしてもよい。
制御部11は、それぞれの調整量を、トナーの付着領域の高さとの相関を表す関数かテーブルから取得すればよい。このようなテーブルは、書き込み光量及び帯電電位の条件を変えてテストパターンの形成を繰り返し、トナーの付着領域の高さに応じた最適な調整量を求めることにより作成することができる。
下記表6は、センサー30の出力値の目標値の調整量を取得できるテーブルの一例を示している。
レーザービームの書き込み光量(mJ/m2)とセンサー30の出力値(V)が、図6に示すように相関するとき、目的のドット径の画像を形成したときのセンサー30の出力値を目標値として、センサー30の出力値がこの目標値に一致するときの書き込み光量に決定することにより、ドット径を目的の大きさに制御することができる。
この目標値の初期値が2.1Vであり、トナーの付着領域の高さHBが40μmであって上記テーブルから目標値の調整量が+0.2Vであった場合、調整後のドット径の目標値は2.3Vである。このような初期値から目標値を引き上げる調整により、決定する書き込み光量を下げることができ、転写及び定着プロセス後もトナーの付着領域の高さが高い画像の線幅の太りや文字つぶれを抑えて、画像を安定して再現することができる。
図7に示すように、元画像a1は、画素値が最大値255の線画像(前景画像)と画素値が最小値0の背景画像からなる。
推定したトナーの付着領域の高さHA又はHBが37μmである場合、上記テーブルによれば線画像の輪郭の画素値の調整量が−128、背景の輪郭の画素値の調整量が0である。このような調整量により画素値を調整したとき、図7に示すように、調整後の画像a2において線画像の輪郭の画素値を255から127に減らすことができる。これにより、画素値に応じて変調したレーザービームの書き込み光量を減らすことができ、線画像を細線化してトナーの付着領域の高さが高い画像の転写及び定着プロセス後の太りや文字つぶれを抑えることができる。
用紙の種類によって表面の凹凸や厚さ等の特性が異なるため、同じ画像を形成してもトナーの付着量が変わり、画像の再現性が異なってくる。トナーが付着しやすい種類の用紙は調整量を大きくする等、用紙の種類に応じて調整量を補正することにより、より精度良く画像の安定化制御を実施することができる。
下記表8は、補正係数γを取得できるテーブルの一例である。
図8は、書き込み光量と露光電位Viの相関を示している。なお、図8に示す電位は負電位(−V)である。
図8に示すように、書き込み光量(mJ/m2)を減らす調整を行うと、露光電位Vi(V)が変動し、現像コントラスト電位ΔV(V)が小さくなる。その結果、ベタ画像を形成したときのトナーの付着量が減り、最大濃度Dmaxが低下してしまう。ドット径制御時の目標値を調整する場合も結果的に書き込み光量を調整するため、同様に最大濃度Dmaxが変動する。
帯電電位V0についても同様に、調整によってトナーの付着量が変動するため、最大濃度Dmaxが変動する。
最大濃度Dmaxの制御時、現像バイアス電位Vdcを変えてベタ画像を形成したときの現像バイアス電位Vdcとセンサー30の出力値との相関を求め、この相関において目的の最大濃度Dmaxのベタ画像を形成したときのセンサー30の出力値を目標値として、センサー30の出力値がこの目標値に一致するときの現像バイアス電位Vdcを決定する。制御部11は、画像形成条件の調整の前後で最大濃度Dmaxが一定となるように、決定した書き込み光量や帯電電位V0の調整量に応じて、最大濃度Dmaxを制御するときのセンサー30の出力値の目標値を補正すればよい。
ベタ画像を形成するときの現像バイアス電位Vdcとセンサー30の出力値が、図9に示すように相関するとき、最大濃度Dmaxが目的の濃度のベタ画像に対するセンサー30の出力値を目標値として、センサー30の出力値がこの目標値に一致するときの現像バイアス電位Vdcに決定することにより、最大濃度Dmaxを目的の濃度に制御することができる。
この目標値の初期値が0.8Vであり、書き込み光量の調整量が+0.1mJ/m2である場合、上記テーブルから取得する目標値の補正量は+0.05Vである。書き込み光量を+0.1mJ/m2だけ調整した場合、目標値を+0.05Vだけ初期値から引き上げ、決定する現像バイアス電位Vdcを下げることにより、最大濃度Dmaxの変動を抑えることができる。
例えば、制御部11は、ドット径が目的値となるように書き込み光量を調整した後、推定した高さHA又はHBに応じて決定した調整量だけさらに書き込み光量又は帯電電位V0を調整する。また、制御部11は、書き込み光量又は帯電電位V0の調整後も最大濃度Dmaxを一定に維持するため、現像バイアス電位Vdc又は現像スリーブ2cdの駆動速度θを決定した補正量だけ補正する。現像バイアス電位Vdcを、最大濃度Dmax制御時のセンサー30の出力値の目標値によって補正する場合、センサー30の出力値によって最大濃度Dmaxを制御する際に使用する目標値を決定した補正量で補正して現像バイアス電位Vdcを決定すればよい。
トナーの付着領域の高さは、エッジ効果が大きいほど高くなる。エッジ効果は、感光体2bの画像部と非画像部の表面電位差によりそのエッジに電気力線が集中し、非画像部から画像部へトナーの移動が生じて、エッジ付近のトナーの付着量が増加する現象である。現像コントラスト電位ΔVが大きいほどエッジ効果も大きくなり、画像部のエッジ付近のトナー付着量が増える。
図10A及び図10Bに示すように、現像コントラスト電位ΔVがΔV2より大きいΔV1のときの方がエッジ効果が大きく、エッジ付近の非画像部のトナーが画像部へと移動しやすい。その結果、画像部のエッジのトナーの付着量が増え、部分的にトナーの付着領域の高さが高くなる。
交流電圧Vp−p:100V(標準条件:1kV)
現像バイアス電位Vdc:−500V
帯電電位V0:−650V
書き込み光量:1.5mJ/m2
現像スリーブの駆動速度θ:20mm/sec(標準条件:800mm/sec)
プロセスシステム速度(用紙の搬送速度):400mm/sec
交流電圧Vp−p:1kV
現像バイアス電位Vdc:−500V
帯電電位V0:−650V
書き込み光量:1.5mJ/m2
図11A〜図11Cに示すように、交流電圧Vp−pか、デューティ比か、又は駆動速度θを適正範囲外に変更し、現像性を低下させると、エッジ効果が大きい現像コントラスト電位ΔV1のときの方が、エッジ効果が小さい現像コントラスト電位ΔV2のときよりも、センサー30の出力値が小さく、差が生じる。
図12に示すように、交流電圧Vp−pが300Vのとき、十分な現像性が得られるため、エッジ効果が小さいとき(現像コントラスト電位ΔV2のとき)も大きいとき(現像コントラスト電位ΔV1のとき)も一定濃度のテストパターンを形成できている。一方、交流電圧Vp−pが100Vのとき、現像性が低く、トナーが付着しないか付着してもわずかになる。エッジ効果が大きいと、エッジ付近にトナーが多く付着するため、輪郭のみのテストパターンが得られるが、効果が小さいと、輪郭もないか、薄い輪郭のみのテストパターンが得られる。図11A〜図11Cにおいて、エッジ効果が大きい場合と小さい場合とで生じるセンサー30の出力値の差は、このエッジの濃度差である。このように、現像性を低下させることで、エッジ効果によってエッジに多く付着したトナー分の高さを推定することができる。
図13は、テストパターンの一例を示している。
図13に示すように、テストパターン51及び52は、最大値の画素値を有する1画素又は複数の画素の集合体をドットとして一定の周期で配置したドットパターンである。テストパターン53〜55は、最大値の画素値を有する1画素又は複数の画素の集合体を連結して構成したラインを一定の周期で配置したラインパターンである。
制御部11は、センサー30の出力値とテストパターンのエッジのトナー部分の高さHEとの相関を表す関数かテーブルを用意し、この関数かテーブルから、センサー30の出力値に対応するトナーの高さHEを取得すればよい。このような関数やテーブルは、現像性が低い現像条件でテストパターンの形成を繰り返して、テストパターンのエッジのトナー部分の高さと当該テストパターンに対するセンサー30の出力値との相関を求めることにより作成することができる。
例えば、上記実施の形態においては、定着処理前のトナーの付着量として、転写及び定着のプロセスより前の感光体2b上のトナーの付着量を検出していたが、カラー画像の場合と同様に、定着処理前のトナーの付着量として転写体22上のトナーの付着量を検出してもよい。上記処理手順によれば、この場合も同様に、定着プロセスにおけるトナーのつぶれを考慮して、用紙上の画像の安定化制御を行うことができ、安定化の精度を高めることができる。
11 制御部
12 記憶部
20 画像形成部
2a 露光部
2b 感光体
2c 現像部
2cd 現像スリーブ
22 転写体
30 センサー
Claims (12)
- 画像データに画像処理を施す画像処理部と、
前記画像処理後の画像データに応じて変調したレーザービームにより、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、当該感光体上に現像スリーブによりトナーを供給して現像した画像を用紙上に転写し、定着処理する画像形成部と、
前記定着処理前のトナーの付着量を検出するセンサーと、
前記センサーの出力値に応じて、前記画像形成部における画像形成条件を調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像形成部における少なくとも現像バイアス電位と露光後の前記感光体の表面電位との差を含む現像条件により前記定着処理前のトナーの付着領域の高さを推定し、推定した高さと前記センサーの出力値とに応じて前記画像形成条件の調整を行うことを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御部は、前記現像条件として、設定又は検出された現像条件を取得し、あらかじめ求められている現像条件とトナーの付着領域の高さとの相関から、取得した現像条件に対応するトナーの付着領域の高さを推定することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成部は、現像条件を変更してテストパターンを前記感光体上に形成し、
前記制御部は、前記テストパターンに対する前記センサーの出力値から、前記トナーの付着領域の高さを推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。 - 前記テストパターンは、ドットパターン又はラインパターンであることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記ドットパターンのドット径又は前記ラインパターンの線幅は、前記センサーの検出範囲より小さいことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記センサーは、少なくとも光学センサーを含む非接触型のセンサーであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、
前記レーザービームの書き込み光量の調整量又は目的のドット径に制御するために前記センサーの出力値に応じて書き込み光量を決定するときの前記センサーの出力値の目標値の調整量と、前記感光体の帯電電位の調整量の少なくとも1つを、前記推定したトナーの付着領域の高さに応じて決定し、
前記センサーの出力値に応じて画像形成条件を調整した後、前記高さに応じて決定した調整量だけ前記レーザービームの書き込み光量又は前記帯電電位の条件をさらに調整するか、又は目的のドット径に制御するために前記センサーの出力値に応じて書き込み光量を決定するときの前記センサーの出力値の目標値を、決定した調整量だけ調整して書き込み光量の決定を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記レーザービームの書き込み光量、前記センサーの出力値の目標値又は前記帯電電位の調整量を決定した場合、画像の最大濃度が一定となるように、前記決定した調整量に応じて、目的の最大濃度に制御するために前記センサーの出力値に応じて現像バイアス電位を決定するときの前記センサーの出力値の目標値又は前記現像スリーブの駆動速度を補正することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記画像の輪郭又はその背景の輪郭の画素値の調整量を、前記推定したトナーの付着領域の高さに応じて決定し、
前記画像処理部は、前記画像の輪郭又は前記背景の輪郭の画素値を、前記制御部により決定した調整量だけ調整する画像処理を施すことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記用紙の種類に応じて、前記調整量を補正することを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記定着処理前のトナーの付着量は、前記感光体上のトナーの付着量であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 画像データに応じて変調したレーザービームにより、帯電した感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、当該感光体上に現像スリーブによりトナーを供給して現像した画像を用紙上に転写し、定着処理する画像形成部において、基準パッチを形成するステップと、
前記基準パッチを形成したときの前記定着処理前のトナーの付着量をセンサーにより検出するステップと、
前記画像形成部における少なくとも現像バイアス電位と露光後の前記感光体の表面電位との差を含む現像条件により前記定着処理前のトナーの付着領域の高さを、制御部により推定するステップと、
前記推定した高さと前記センサーの出力値とに応じて、前記制御部により前記画像形成部における画像形成条件の調整を行うステップと、
を含むことを特徴とする画像安定化方法。
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