JP7183867B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

この発明は画像形成装置および画像形成方法に関する。

光導電性の感光体上にネガ静電潜像を形成し、前記ネガ静電潜像を乾式の２成分現像方式で反転現像して可視画像を得、該可視画像を転写装置によりシート状の記録媒体に転写し、定着する電子写真方式の画像形成装置は、モノクロやカラーの各種複写装置、プリンタ、複合装置等として広く知られている。
画像形成装置に関連して、シート状の記録媒体に転写・定着されて出力される画像の調整を行うことは従来から種々知られている（特許文献１～３等）。
電子写真方式の画像形成装置には「地汚れ」と呼ばれる現象がある。
即ち、感光体の非画像部である地肌電位部にトナーが付着して画像汚れとなる現象であり、シート状の記録媒体に形成された可視画像の白地部分に「トナーが散らされたように付着する現象」である。
代表的な地汚れとしては、トナーの経時的な劣化により、正規の帯電極性とは逆極性に帯電した「逆帯電トナー」が生じ、この逆帯電トナーが静電潜像の非画像部である地肌電位部に付着し、記録媒体に転写されて記録媒体の汚れとなって記録用紙を汚す「地肌かぶり」が知られている。

一方、感光体の光導電層に形成されたネガ静電潜像の地肌部を帯電している電荷が光導電層をホール状に導電部側へリークして地肌部電位を低下させ「ホール状のリーク部分」が、適正な帯電トナーにより現像されて可視化することにより発生する地汚れもある。
この地汚れは、ホール状のリーク部分に応じて「粒状」に発生するので、この明細書において「粒状地汚れ」と称する。粒状地汚れは、所謂地汚れや地肌かぶりと比べて「粒が大きく目立つ」のが特徴である。
従来、「地肌かぶり」を軽減ないし防止する技術は種々知られているが、「粒状地汚れ」に対処する技術は知られていない。

この発明は、粒状地汚れによる記録媒体の汚れを抑制できる画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の画像形成装置は、光導電性の感光体上にネガ静電潜像を形成し、前記ネガ静電潜像を乾式の２成分現像方式で反転現像して可視画像を得、該可視画像を転写装置によりシート状の記録媒体に転写し、定着する画像形成装置であって、前記記録媒体上に形成された地肌汚れパターンの可視画像における非画像部の画像データを取得する撮像手段と、該撮像手段により取得された前記画像データを、階調性を有するモノクロ画像に変換し、該モノクロ画像の前記階調性に設定された閾値により２値の黒白画像を得、得られた黒白画像における黒ピクセル数をカウントする画像データ処理手段と、該画像データ処理手段によりカウントされた黒ピクセル数に応じて、作像条件を調整する作像条件調整手段と、を有する。

この発明によれば、粒状地汚れによる記録媒体の汚れを抑制できる画像形成装置を実現できる。

画像形成装置の実施の１形態を示す図である。 地肌汚れを説明するための図である。 粒状地汚れランクと黒ピクセル数の関係を説明する図である。 帯電バイアスと粒状地汚れランクの関係を説明する図である。 現像γの目標値の変更を説明するための図である。 画像データ処理手段、作像条件調整手段による処理プロセス、調整プロセスをフロー図として示す図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、画像形成装置の実施の１形態を示している。
画像形成装置１００は、現像方式として乾式２成分現像方式が採用された４連タンデム型中間転写方式のフルカラー画像形成装置である。この画像形成装置は１例であり、現像方式が乾式２成分現像方式である以外は、装置構成や画像形成方式などは限定されない。

画像形成動作を説明する。
コントローラＣＴに「プリント開始命令」が入力されると、光導電性の感光体１、中間転写ベルト２、給紙搬送経路にある各ローラなどが回転を始め、装置下部の給紙トレイ３から「シート状の記録媒体」である記録紙の給紙が開始される。
感光体１は、帯電ユニット４により表面が一様な電位に帯電され、露光手段としての書込ユニット５から照射される書込光による光走査によって表面が露光され、静電潜像が形成される。書込光は、形成すべき画像に相当する部分を露光するので、静電潜像は画像に相当する部分が電位減衰する。このように形成される静電潜像が「ネガ静電潜像」である。

形成されたネガ静電潜像を担持した感光体１は、乾式２成分方式の現像装置１８により反転現像され、ネガ静電潜像が特定色に可視化される。
図１に示す画像形成装置は、感光体１が４色分あり、これら４本の感光体は、図の左から順にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色画像成分用であり、これら４本の感光体１にこれらの色のトナー像が形成される。
形成された４種のトナー画像は、各感光体１と中間転写ベルト２を介して各感光体１に対向して設置された１次転写ローラ６に印加された転写バイアス及び１次転写ローラ６からの押圧力により、中間転写ベルト２上に順次重ね合わせられて転写されて「フルカラートナー像」が可視画像として形成される。
中間転写ベルト２に形成されたフルカラートナー像は、レジストローラ７によりタイミングを合わせられて搬送されてくる記録紙に転写される。この転写は、２次転写ローラ８により印加される２次転写バイアスと押圧力によって行われる。

フルカラートナー像を転写された記録紙は、「定着装置」である定着ユニット９により、表面に担持しているフルカラートナー像が加熱・加圧されて定着される。

「片面プリント」であれば記録紙は、そのまま直進搬送されて排紙トレイ１０上へ排出される。
「両面プリント」の場合であれば、記録紙は搬送方向を下向きに変えられ、スイッチバックローラ１１により搬送方向を逆転され、紙の後端から再給紙経路３０へ進む。このとき記録紙は表裏が反転されている。表裏反転された記録紙は、再給紙経路３０を通過して本来の給紙経路に合流し、フルカラートナー像が裏面に転写され、定着ユニット９による定着をへてトレイ１０上に排紙される。
トナー画像が記録紙上に転写されると、各感光体１の表面は、その表面に残留している残留トナーをクリーニングユニット１２により除去され、次いで、クエンチングランプ１３により一様に除電される。
中間転写ベルト２にも、転写残りのトナーが残留しており、これらも中間転写ベルトクリーニングユニット１５により除去される。
以上の動作の繰り返しで、片面プリント又は両面プリントが行われる。

このような作像プロセスでシート状の記録媒体である記録紙に形成されたトナー画像の地肌部（白地部）には、前述の「地肌かぶり」や「粒状地汚れ」が生じることがある。
地肌かぶりは、前述の如く、現像に用いられるトナーの帯電極性の変化により発生し、粒状地汚れは、感光体の光導電層を帯電している電荷が感光体の導電部（光導電層を担持している。）へ「リーク」することにより、リーク部分の電位が減衰した部分にトナーが付着することにより発生する。
図１に実施の１形態示す画像形成装置は、定着装置９の排出側に「撮像手段」として撮像素子１４を有している。撮像素子１４としては、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ等、公知の適宜のものを用いることができるが、ここでは説明の具体性のため「ＣＣＤエリアセンサ」であるとする。
この発明においては、各感光体の非画像形成部（記録紙に接触しない部分）に「地肌汚れパターン」を形成する。地肌汚れパターンは、非画像形成部に各帯電ユニット４により均一帯電された面積領域で、ＣＣＤエリアセンサ１４により撮像される大きさの面積を有する部分である。この地肌汚れパターンは現像された画像としては「白地部」であり、もし地汚れがなければ「白地部として可視化」される。地肌かぶりや粒状地汚れがあると、これらが地肌の汚れとして可視化された可視画像となる。

図２の上の図は「地肌汚れパターンの可視画像」をＣＣＤエリアセンサ１４で撮像した「ＣＣＤ画像」の1例である。この例では「地肌かぶり（濃度が低くてサイズの小さい点状）」と「粒状地汚れ（濃度が比較的高くサイズが大きい。符号Ｑ１、Ｑ２で例示する）」が混在している。
このようなＣＣＤ画像を「階調性を有するモノクロ画像」に変換し、該モノクロ画像の前記階調性に設定された閾値により２値の黒白画像に変換する。
図２の下の図は、撮像したＣＣＤ画像を「２５６階調のモノクロ画像」に変換したのち、このモノクロ画像の階調レベル１２８を閾値として「２値の黒白画像」に変換した状態を示している。
このようにして得られる黒白画像では、図２の上の図のうち、階調レベル１２８以上の灰色の画像は「黒画像」となり、階調レベル１２８より小さい灰色の画像は「白画像」となる。

図２の上の図と下の図を対比すると、例えば「破線の円の中」を見るとわかるように、変換された黒白画像には「地肌かぶり」は殆ど見られないが「粒状地汚れ」は残っている。

この黒白画像において、黒画像となった部分のピクセルの数、即ち「黒ピクセル数」をカウントすると、そのカウント数は「粒状地汚れ」の程度を表している。

そこで、各感光体１の帯電バイアスを変化させて「帯電電位の異なる地肌汚れパターン」を複数種形成し、これらの地肌汚れパターンの可視画像に対して、上記の黒白画像を形成し、黒ピクセル数をカウントした。複数種の「地肌汚れパターンの可視画像」を、黒ピクセル数により８つのサンプルに分けた。
表１は、これら８つのサンプルＡ～Ｈにそれぞれ対応する「地肌汚れパターンの可視画像」における「粒状地汚れ」の程度を目視で「順位づけ」した結果を示している。

表１に見られるように、目視順位が１から８に向かうにつれて「粒状地汚れ」が目視で顕著になる。即ち、目視順位が良いもの（順位数が小さいもの）は黒ピクセル数が少ない傾向があり、上記黒ピクセル数は「粒状地汚れを数値化」したものとして妥当であると考えられる。

次に、粒状地肌汚れの程度が異なる画像サンプル（地肌汚れパターンの可視画像）を、ランク１ないしランク５の「５ランク」にランク付けして「粒状地肌汚れランク」とし、黒ピクセル数との対応を調べた結果、図３の如くになった。
粒状地汚れランク（横軸）は、ランク数が高いほど良く（粒状地汚れが目視で目立ちにくい。）、ランク４以上では「粒状地汚れの視認」が難しい。
黒ピクセル数が５００以上になると、粒状地汚れランクは次第に下がり、粒状地汚れが視認され易くなる。
そこで、この場合、黒ピクセル数：５００を「黒ピクセル数閾値」として、黒ピクセル数が５００を上回った状態で、作像条件の調整を行う。
即ち、黒ピクセル数が５００より少なくなるように作像条件を調整するのである。
粒状地汚れは、帯電バイアスが高くなる（帯電電位の絶対値が大きくなる）に連れて悪化する傾向がある。即ち、現像バイアスが高くなって、感光体の表面電位の絶対値が大きくなると、光導電層の厚み方向にかかる電圧が高くなり、表面電荷のリークが生じ易くなると考えられる。
発明者らが実験を通じて検討したところ、粒状地肌汚れランク４より大きいレベルの画像（粒状地汚れは発生しているが、目視によっては殆ど見えないレベルの画像）を得るためには、帯電バイアスを－６５０Ｖ以上（絶対値で６５０より小さい値）にする必要があることがわかった。
即ち、図４に示すように、帯電バイアスを－６５０Ｖ以上（図の左方側）では、粒状地汚れランクが４以上となって、目視で見えるレベルの粒状地汚れは発生しなくなる。
要するに、ＣＣＤエリアセンサ１４により撮像した「地肌汚れパターンの可視画像」から粒状地汚れの程度を黒ピクセル数として数値化し、黒ピクセル数閾値以上となったときに作像条件を調整して粒状地汚れを改善し、目視によって見えないレベルとする。
ところで、作像条件の基準の１つとして、感光体表面電位：－６００Ｖ、露光部電位：－１００Ｖを想定すると、帯電バイアスを－６５０Ｖ以上にするためには、現像ポテンシャルは－５００Ｖ以下（絶対値で小さい）に抑える必要がある。
現像ポテンシャルが－５００Ｖよりも絶対値で大きくなると、トナーを静電潜像へ押す電気力が増大し、白地部となるべき部分に付着するようになり、地汚れが増大する。
上記の如く、黒ピクセル数に応じて作像条件の１つとして帯電バイアスを調整することにより、粒状地汚れを改善できる。
ところで、上に例示した基準の作像条件における「現像γ」の目標値は０．８ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶである。このような条件で「十分な画像濃度のベタ画像」を得るために必要なトナー付着量である０．４ｍｇ／ｃｍ^２得るには、現像ポテンシャルとして－６２５Ｖが必要となるが、上の例のように「現像ポテンシャル：－５００Ｖ」では、粒状地汚れは有効に改善されるが、ベタ画像の濃さは薄くなる。
そこで、作像条件における現像γの目標値を、基準の０．８ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶを１．０ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶに変更する。
図５は、横軸に現像ポテンシャル（－Ｖ）、縦軸にトナー付着量をとって、これら両者の関係を示している。プロットから得られる近似直線の傾きが「現像γ」と呼ばれる数値である。基準の現像γの目標値：０．８の近似直線を破線で、粒状地汚れの発生に対して現像γを１．０に調整した近似直線を実線で示している。

現像γの目標値を０．８から１．０へ変更することにより、現像ポテンシャル：－５００Ｖでも十分なベタ画像を得ることが出来る。
従って、黒ピクセル数が５００以上となったときに、帯電バイアスを－６５０Ｖに調整し、現像ポテンシャルを－５００Ｖとすることにより、粒状地汚れを改善するとともに、現像γの目標値を１．０に調整することにより、十分なベタ画像濃度を持つ画像を得ることができる。

上に実施の形態を説明した画像形成装置において、「撮像手段」はＣＣＤエリアセンサ１４である。
画像データ処理手段および作像条件調整手段は、図１に示すコントローラＣＴに、プログラムとしてコンピュータあるいはＣＰＵとして格納されている。
上に説明した実施の形態における画像データ処理手段、作像条件調整手段による処理プロセス、調整プロセスをフロー図として図６に示した。

ステップ：Ｓ０で開始すると、ステップ：Ｓ１で画像データ取得を実行する。
画像データ取得を実施するには、感光体に「地肌汚れパターン」を形成し、このパターンを現像して「地肌汚れパターンの可視像」を得、得られた可視像を撮像手段（ＣＣＤエリアセンサ１４）で撮像し、画像データ化する。
上に説明した実施の形態においては「地肌汚れパターンの可視像」をシート状の記録媒体である記録紙に定着した後に撮像手段１４による撮像を行っているが、これに限らず、記録紙上に転写された可視像を、定着前に撮像して画像データ化するようにしてもよい。

続いて、ステップ：Ｓ２で「モノクロ画像変換」を実行する。

モノクロ画像変換は、撮像手段１４が撮像した画像データを、コントローラＣＴの画像データ処理手段に送り、画像データを入力された画像処理手段が、階調性をもつモノクロ画像、即ち「濃淡のある灰色画像」に変換することにより行う。
上述の実施の形態では、モノクロ画像の階調数を「２５６階調」としたが、勿論、２５６階調に限らない。例えば、１２８階調や５１２階調、１０２４階調などでもよい。
階調性を有するモノクロ画像が得られたら、画像データ処理手段によりステップ：Ｓ３の「黒白画像取得」を行う。黒白画像取得に用いられる閾値として、上の説明では、階調レベル１２８を用いたが、勿論この閾値はこれに限らない。
階調性の最大値を１００％として、例えば、３０～７０％、好ましくは４０～６０％が適当であり、上に具体例として示した１２８階調は、５０％の場合であり、好ましい１例である。

続いて、ステップ：Ｓ４で「黒ピクセル数カウント」を行う。このステップ：Ｓ４もコントローラＣＴの画像データ処理手段により行う。
黒ピクセル数カウントでは、ステップ：Ｓ３で取得した黒白画像における黒ピクセル数：ＮＢＰをカウントする。
画像データ処理手段には、予め「黒ピクセル数閾値：ＳＮＢＰ」が記憶されている。
黒ピクセル数閾値：ＳＮＢＰは上に説明した例では「５００」であり、この値以上で画像形成プロセスを行うと「粒状地汚れ」が目視されるようになる黒ピクセル数であり、予め実験的に設定されている。

続いて、ステップ：Ｓ４でカウントした黒ピクセル数：ＮＢＰと黒ピクセル数閾値：ＳＮＢＰの大小関係を、ステップ：Ｓ５において判別する。
ステップ：Ｓ５で「ＮＢＰ≧ＳＮＢＰ」と判定された場合、ステップ：Ｓ６に進み、帯電バイアスを調整する。上の例では、帯電バイアスを－６５０Ｖに調整し、現像ポテンシャルは－５００Ｖに設定する。このステップ：Ｓ６が実行されることにより、目視で視認できるような粒状地汚れの発生を防止することができる。
ステップ：Ｓ５で「ＮＢＰ＜ＳＮＢＰ」と判断された場合、目視で視認できるような粒状地汚れは発生しないので、この場合には、ステップ：Ｓ６へは進まずにステップ：Ｓ８に進む。

帯電バイアス調整後に、ステップ：Ｓ７へ進む場合は、現像γの目標値を調整してベタ部の濃度を高める。
ステップ：Ｓ６で「帯電バイアスを調整」する場合、ベタ部の濃淡を問題としない場合であれば、ステップ：Ｓ７へは進まずにステップ：Ｓ８へ進んでよい。
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

１００ 画像形成装置
１ 感光体
９ 定着装置（定着ユニット）
２ 中間転写ベルト
１４ 撮像手段（ＣＣＤエリアセンサ）
ＣＴ コントローラ

特開２０１７－１０７０５６号公報 特開２０００－１２２３５３号公報 特開２００８－ ９６７３５号公報

Claims (11)

1. 光導電性の感光体上にネガ静電潜像を形成し、前記ネガ静電潜像を乾式の２成分現像方式で反転現像して可視画像を得、該可視画像を転写装置によりシート状の記録媒体に転写し、定着する画像形成装置であって、
   前記記録媒体上に形成された地肌汚れパターンの可視画像における非画像部の画像データを取得する撮像手段と、
   該撮像手段により取得された前記画像データを、階調性を有するモノクロ画像に変換し、該モノクロ画像の前記階調性に設定された閾値により２値の黒白画像を得、得られた黒白画像における黒ピクセル数をカウントする画像データ処理手段と、
   該画像データ処理手段によりカウントされた黒ピクセル数に応じて、作像条件を調整する作像条件調整手段と、を有する画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置であって、
   作像条件調整手段が、前記カウントされた黒ピクセル数に対して設定された黒ピクセル数閾値以上に対して前記感光体に対する帯電バイアスを絶対値において小さくする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置であって、
   前記作像条件調整手段が、前記黒ピクセル数閾値以上に対して、現像γの目標値を調整する画像形成装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の画像形成装置であって、
   前記画像データ処理手段が、前記画像データを２５６階調のモノクロ画像とし、該モノクロ画像を、前記閾値を１２８として黒白画像に変換し、変換された前記黒白画像における黒ピクセル数をカウントする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置であって、
   前記作像条件調整手段が、前記黒ピクセル数：５００以上に対して作像条件の調整を行う画像形成装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の画像形成装置であって、
   前記撮像手段が、前記転写装置の出口側に配置され、前記シート状の記録媒体に転写された前記地肌汚れパターンの前記可視画像を撮像する画像形成装置。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の画像形成装置を用いる画像形成方法であって、
   前記記録媒体上に形成された前記地肌汚れパターンの前記可視画像を前記撮像手段により撮像して前記画像データを取得する画像データ取得工程と、
   取得された前記画像データを、前記画像データ処理手段により、階調性を有するモノクロ画像に変換し、該モノクロ画像の前記階調性に設定された閾値により２値の黒白画像を得、得られた前記黒白画像における黒ピクセル数をカウントするデータ処理を行うデータ処理工程と、
   前記画像データ処理手段によりカウントされた黒ピクセル数に応じて、作像条件を調整する作像条件調整工程と、を有する画像形成方法。
8. 請求項７記載の画像形成方法であって、
   前記作像条件調整工程が、前記カウントされた黒ピクセル数に対して設定された黒ピクセル数閾値以上に対して、前記感光体に対する帯電バイアスを絶対値において小さくする画像形成方法。
9. 請求項８記載の画像形成方法であって、
   前記作像条件調整工程が、前記カウントされた黒ピクセル数に対して設定された前記黒ピクセル数閾値以上に対して現像γの目標値を調整する工程を含む画像形成方法。
10. 請求項７ないし９の何れか１項に記載の画像形成方法であって、
    前記画像データ処理手段が、前記画像データを２５６階調のモノクロ画像とし、該モノクロ画像を、前記閾値を１２８として前記黒白画像に変換し、変換された前記黒白画像における黒ピクセル数をカウントする工程である画像形成方法。
11. 請求項１０記載の画像形成方法であって、
    前記作像条件調整工程が、前記カウントされた黒ピクセル数：５００以上に対して作像条件の調整を行う工程である画像形成方法。

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