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JP7225744B2 - 画像形成装置、画像形成装置の制御方法及びプログラム - Google Patents

画像形成装置、画像形成装置の制御方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像形成装置、画像形成装置の制御方法及びプログラムに関する。
電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムが帯電装置により帯電され、画像データに基づいてレーザー光を照射することにより感光体ドラムに静電潜像が形成される。この感光体ドラムに現像装置から現像剤が供給されることで静電潜像が可視化され、感光体ドラムに画像(トナー画像)が形成される。感光体ドラムに形成された画像は、中間転写ベルトを介して用紙に転写される。転写された画像は、その後定着され、これにより、用紙に画像が形成される。この類の画像形成装置にあっては、転写媒体である中間転写ベルトの走行方向(移動方向)に沿って上流側から下流側に並べられた複数の画像形成部を備える構成が知られている。
画像形成装置においては、適宜のタイミングで、画像安定化制御が行われる。画像安定化制御では、画像形成のパラメーターの水準を変更してパッチ画像を中間転写ベルトに複数形成し、個々のパッチ画像の濃度(トナーの付着量)を検出する。そして、パッチ画像のトナー付着量(以下「画像濃度」という)に基づいてパラメーターの補正を行う。この補正により、現像特性が最適化され、画像濃度を安定化させることができる。画像形成のパラメーターとしては、現像電位、帯電電位等が該当する。例えば特許文献1,2には、画質の安定化を図ることができる画像形成装置について開示されている。
特開2009-300901号公報 特開2006-220848号公報
ところで、上流側の画像形成部で形成されたパッチ画像が下流側の画像形成部を通過する際に、トナーが感光体ドラムへと転写される現象(逆転写)が生じる。逆転写量は帯電電位と相関があるため、帯電電位が補正されると、下流側の画像形成部の帯電電位の違いにより逆転写量が変わってしまう。このため、正しい現像特性を得ることができず、補正精度が悪化するという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、補正時間の短縮と補正精度の向上との両立を図ることができる画像形成装置、画像形成装置の制御方法及びプログラムを提供することにある。
かかる課題を解決するために、第1の発明は、表面が帯電させられた像担持体をトナーで現像することで像担持体にトナー画像が担持され、当該像担持体から転写媒体にトナー画像が転写される画像形成装置を提供する。この画像形成装置は、転写媒体の移動方向に沿って上流側から下流側に並べられ、それぞれが転写媒体にトナー画像を転写する複数の画像形成部と、トナー画像の濃度を検出する濃度検出部と、画像形成部のそれぞれについて画像形成の帯電電位大きさを変更してパッチ画像を複数形成し、濃度検出部で検出したパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて帯電電位の補正を行う画像安定化制御を行う制御部と、を有している。ここで、制御部は、画像安定化制御では、上流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更した順序に対し、下流側の画像形成部における帯電電位の重み付け平均値が上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序となるように、当該下流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更する。
ここで、第1の発明において、下流側の画像形成部は、複数の画像形成部を含み、重み付け平均値は、下流側の画像形成部のうち、上流側にある画像形成部の重みを下流側にある画像形成部の重みより大きくしたものであることが好ましい。
また、第1の発明において、下流側の画像形成部は、複数の画像形成部を含み、重み付け平均値は、下流側の画像形成部のうち、最も上流にある画像形成部の重みを1とし、それよりも下流側の画像形成部の重みを0としたものであることが好ましい。
また、第1の発明において、上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序とは、上流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさと下流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさとの1次近似式を作成した場合に、上流側の画像形成部における帯電電位に対する下流側の画像形成部における帯電電位の傾きの絶対値が、上流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさと下流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさとの関係の1次近似式が単調増加又は単調減少となる場合の傾きの絶対値よりも小さくなる順序であることが好ましい。
また、第1の発明において、制御部は、画像安定化制御において形成したパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を演算し、当該演算した逆転写量に基づいて画像安定化制御の補正値を補正することが好ましい。
また、第1の発明において、制御部は、測定用のパッチ画像を複数形成し、当該測定用のパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を測定し、当該測定した逆転写量に基づいて画像安定化制御の補正値を補正することが好ましい。
また、第1の発明は、画像安定化制御において形成したパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を演算し、当該演算した逆転写量に基づいて画像安定化制御の補正値を補正する第1のモードと、測定用のパッチ画像を複数形成し、当該測定用のパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を測定し、当該測定した逆転写量に基づいて画像安定化制御の補正値を補正する第2のモードと、を有していることが好ましい。この場合、制御部は、画像安定化制御に併せて第1のモードを行いつつ、第1のモードの演算結果と第2モードの演算結果との差がしきい値以上となった場合に、第2のモードを実行することが好ましい。
また、第2の発明は、表面が帯電させられた像担持体をトナーで現像することで像担持体にトナー画像が担持され、当該像担持体から転写媒体にトナー画像が転写される画像形成装置の制御方法を提供する。この画像形成装置は、転写媒体の移動方向に沿って上流側から下流側に並べられ、それぞれが転写媒体にトナー画像を転写する複数の画像形成部と、トナー画像の濃度を検出する濃度検出部と、を備えており、その制御方法として、画像形成部のそれぞれについて画像形成の帯電電位大きさを変更してパッチ画像を複数形成し、濃度検出部で検出したパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて帯電電位の補正を行う画像安定化制御を行う工程を有している。この場合、画像安定化制御では、上流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更した順序に対し、下流側の画像形成部における帯電電位の重み付け平均値が上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序となるように、当該下流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更する。
また、第3の発明は、第2の発明に記載の画像形成装置の制御方法を、画像形成装置を制御するコンピューターに実行させるプログラムを提供する。
本発明によれば、画像形成装置について、補正時間の短縮と補正精度の向上との両立を図ることができる。
本実施形態に係る画像形成装置を模式的に示す構成図 逆転写を説明する説明図 画像形成部の現像特性を示す図 現像特性の補正を説明する説明図 中間転写ベルトに対して形成されるパッチ画像の推移を説明する説明図 離散的な関係を示す説明図 近似式から逆転写量を計算する概念を示す説明図 測定から逆転写量を計算する概念を示す説明図 画像形成装置による処理の流れを示すフローチャート
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を模式的に示す構成図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置である。具体的には、画像形成装置は、複数の感光体ドラムを一本の中間転写ベルトに対面させて、中間転写ベルトの移動方向(走行方向)に沿って上流側から下流側に配列することによりフルカラーの画像を形成する、いわゆる、タンデム型カラー画像形成装置である。
画像形成装置は、原稿読取装置SC、複数の画像形成部10Y,10M,10C,10K、定着装置40、制御部50を主体に構成され、これらが一つの筐体内に収められている。
原稿読取装置SCは、走査露光装置の光学系により原稿の画像を走査露光し、その反射光をラインイメージセンサーにより読み取り、これにより、画像信号を得る。この画像信号は、A/D変換、シェーディング補正、圧縮等の処理が施された後、画像データとして制御部50に入力される。なお、制御部50に入力される画像データとしては、原稿読取装置SCで読み取ったものに限らず、例えば、画像形成装置に接続されたパーソナルコンピューターや他の画像形成装置から受信したものや、USBメモリといった可搬性の記録媒体から読み込んだものであってもよい。
本実施形態において、複数の画像形成部10Y,10M,10C,10Kは、イエロー(Y)の画像を形成する画像形成部10Y、マゼンタ(M)の画像を形成する画像形成部10M、シアン(C)の画像を形成する画像形成部10C、ブラック(K)の画像を形成する画像形成部10Kに対応している。4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kは、中間転写ベルト6に対面した状態で、中間転写ベルト6の移動方向(走行方向)に沿って上流側から下流側に並べられている。4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kのうち、イエローの画像形成部10Yが最も上流側に位置し、下流に向かってマゼンタの画像形成部10M、シアンの画像形成部10Cが順番に位置し、ブラックの画像形成部10Kが最も下流側に位置する。
画像形成部10Yは、所定の色(イエロー)の画像を担持する像担持体である感光体ドラム1Y、並びにその周辺に配置された帯電部2Y、光書込部3Y、現像装置4Y、クリーニング装置5Y及び1次転写ローラー7Yで構成されている。
感光体ドラム1Yは、回転可能に軸支されている。帯電部2Yは、感光体ドラム1Yを帯電させるためのものであり、感光体ドラム1Yの表面は、帯電部2Yによって負極性の所定の帯電電位に帯電させられる。光書込部3Yによる走査露光により、感光体ドラム1Yに潜像が形成される。
現像装置4Yは、接地(グランド)に対して負極性の現像バイアス電圧が印加された現像ローラーを備えており、現像ローラーの表面電位(以下、「現像電位」と称する)は、所定のマイナス電圧となる。現像装置4Yは、トナーで現像することによって感光体ドラム1Y上の潜像を顕像化する。これにより、感光体ドラム1Y上に、イエローに対応する画像(トナー画像)が担持される。
1次転写ローラー7Yは、感光体ドラム1Yに対向して、転写媒体である中間転写ベルト6の内周面側に配置されている。1次転写ローラー7Yには1次転写電圧が印加され、中間転写ベルト6の裏面側(1次転写ローラー7Yと当接する側)にトナーと逆極性の電荷を付与する。これにより、感光体ドラム1Y上に形成された画像が、中間転写ベルト6上の所定位置へと逐次転写される。クリーニング装置5Yは、感光体ドラム1Yに残留するトナーを除去する。
その他の画像形成部10M,10C,10Kも同様で、感光体ドラム1M,1C,1K、並びにその周辺に配置された帯電部2M,2C,2K、光書込部3M,3C,3K、現像装置4M,4C,4K、クリーニング装置5M,5C,5K及び1次転写ローラー7M,7C,7Kで構成されている。
ベルトクリーニング部8は、画像の転写を終えた中間転写ベルト6の表面を清掃する。清掃された中間転写ベルト6は次の画像転写に供される。ベルトクリーニング部8は、ブラシローラー、ブレード、金属ローラー等のクリーニング部材を備えている。
中間転写ベルト6上に転写された各色よりなる画像は、用紙搬送部20により所定のタイミングで搬送される用紙Pに対して、2次転写ローラー9によって転写される。この2次転写ローラー9は、中間転写ベルト6と圧接して配置されることによりニップ(2次転写ニップ)を形成し、用紙Pに画像を転写する。
用紙搬送部20は、搬送経路に従って用紙Pを搬送する。用紙Pは給紙トレイ21に収容されており、給紙トレイ21に収容された用紙Pは、給紙部22により取り込まれ、搬送経路へと送り出される。搬送経路において、転写ニップよりも上流側には、用紙Pを搬送する複数の搬送手段が設けられている。個々の搬送手段は、互いに圧接された一対のローラーによって構成されており、駆動手段である電動モーターを通じて少なくとも一方のローラーが回転駆動する。搬送手段は、用紙Pを挟持して回転することにより、用紙Pを搬送する。なお、搬送手段は、一対のローラーで構成する以外にも、ベルト同士の組み合わせや、ベルト及びローラーの組み合わせといったように、一対の回転部材からなる構成を広く採用することができる。
定着装置40は、用紙Pに転写された画像を定着させる装置である。定着装置40は、例えば互いに圧接して配置されることによりニップ(定着ニップ)を形成する定着ローラー41及び圧接ローラー42と、当該定着ローラー41を加熱する定着ヒーター43とを備えている。定着装置40は、定着ローラー41及び圧接ローラー42による圧力定着、定着ヒーター43による熱定着を行うことで、用紙Pに転写された画像を定着させる。
定着装置40により定着処理が施された用紙Pは、排紙ローラー28により、筐体の外部側面に取り付けられた排紙トレイ29に排出される。また、用紙Pの裏面にも画像形成を行う場合、用紙表面に対する画像形成を終えた用紙Pは、切替ゲート30により、下方にある反転ローラー31へと搬送される。反転ローラー31は、搬送された用紙Pの後端を挟持した後、逆送することによって用紙Pを反転させて、再給紙搬送経路に送り出す。この再給紙搬送経路へと送り出された用紙Pは、再給紙用の複数の搬送手段によって搬送され、転写位置へと用紙Pを回帰させる。
制御部50は、画像形成装置を統合的に制御する機能を担っている。制御部50としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたコンピューター、例えばマイクロコンピューターを用いることができる。制御部50は、画像形成部10Y,10M,10C,10K、定着装置40等を制御することにより、画像形成を制御する。
本実施形態との関係において、制御部50は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kについて画像安定化制御を行う。この画像安定化制御では、画像形成のパラメーターの水準を変更してパッチ画像を中間転写ベルト6(転写媒体の一例)に複数形成(転写)し、形成されたパッチ画像のそれぞれの画像濃度(トナー付着量)を検出する。そして、各パッチ画像の画像濃度に基づいてパラメーターの補正値を決定し、この補正値に従ってパラメーターの補正を行う。画像安定化制御の一例は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kの現像特性を正しく補正することであり、画像形成のパラメーターとしては、現像電位、帯電電位等が該当する。
制御部50には、中間転写ベルト6上に形成されるパッチ画像の画像濃度を検出する濃度センサー(濃度検出部)51からの検出信号が入力されている。濃度センサー51は、光を照射する発光素子(不図示)と、この発光素子から照射されて反射された反射光を受光する受光素子(不図示)とを含んでいる。発光素子から中間転写ベルト6に光が照射されると、中間転写ベルト6上のトナー画像で反射された反射光を受光素子が検出する。受光素子で検出される反射光の強度は、トナー画像の画像濃度に応じた値となる。濃度センサー51は、受光素子において生じる検出電圧に応じた検出信号を制御部50に出力する。
つぎに、制御部50によって実行される画像安定化制御(現像特性の補正)の説明に先立ち、逆転写及び現像特性の補正の概要について説明する。
図2は、逆転写を説明する説明図である。図2には、上流側の画像形成部100と、下流側の画像形成部101とが描かれている。ここで、上流側の画像形成部100及び下流側の画像形成部101は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kのうち上流側のものと下流側のものとを概念的に示すものである。例えば、イエローの画像形成部10Yが上流側の画像形成部100であるならば、マゼンタ、シアン及びブラックの画像形成部10M,10C,10Kが下流側の画像形成部101に相当するといった如くである。同様に、マゼンタの画像形成部10Mが上流側の画像形成部100であるならば、シアン及びブラックの画像形成部10C,10Kが下流側の画像形成部101に相当するといった如くである。さらに、シアンの画像形成部10Cが上流側の画像形成部100であるならば、ブラックの画像形成部10Kが下流側の画像形成部101に相当するといった如くである。
逆転写とは、上流側の画像形成部100によって中間転写ベルト6に転写されたトナー画像が、下流側の画像形成部101の転写位置を通過する際、中間転写ベルト6上に留まらず、下流側の画像形成部101の感光体ドラム1bに付着してしまう現象をいう。
具体的には、上流側の画像形成部100の転写位置、すなわち、1次転写ローラー7aと中間転写ベルト6との1次転写ニップ前後では、1次転写ローラー7aと感光体ドラム1aとの電位差による放電が発生する。この放電により、中間転写ベルト6上のトナーが弱帯電化又は逆帯電化する。弱帯電化又は逆帯電化したトナーは、下流側の画像形成部101の転写位置へと至ると中間転写ベルト6と反発し、感光体ドラム1b側に引き寄せられ、感光体ドラム1bに転写される(逆転写)。
一般に、トナーの逆転写量は、転写電圧(1次転写電圧)、トナー帯電量、感光体ドラムの帯電電位等に応じて、以下の通り変化する。
転写電圧が大きい程、1次転写ローラーと感光体ドラムとの電位差が大きくなり、放電量が大きくなる。このため、弱帯電トナーが増え、逆転写量が増える傾向となる。また、トナー帯電量が小さい程、放電を受けたときに弱帯電トナーが増えるため、逆転写量が増える傾向となる。また、感光体ドラムの帯電電位が大きい程、1次転写ローラーと感光体ドラムとの電位差が大きくなり、放電量が多くなる。このため、弱帯電トナーが増え、逆転写量が増える傾向となる。さらに、1次転写ローラーの圧力が高い程、物理的な接触力が増加する。そのため、逆転写し易い状態になり、逆転写量が増える傾向となる。また、1次転写ローラーと中間転写ベルトとの圧力及び位置関係にも影響を受ける。1次転写ニップ前後での空間距離により放電量が変わるため、弱帯電トナー量が変わり、逆転写量が変わることとなる。
つぎに、現像特性の補正の概要について説明する。図3は、画像形成部の現像特性(現像電位-画像濃度の特性)を示す図である。トナー帯電量等の様々な要因により現像特性が変化するため、日々の使用において適切なタイミングで現像特性の補正を行う必要がある。
具体的な補正動作は、以下の通りである。補正用のパッチ画像を中間転写ベルト6上に形成(転写)し、当該パッチ画像の画像濃度を検出し、この検出結果に基づいて現像電位が最適となるように補正する。この場合、時間短縮及び精度確保のため、現像電位の水準を変更してパッチ画像を複数形成する。また、パッチ画像を形成した際の現像電位とそのパッチ画像の画像濃度との1次近似式を作成する。この1次近似式が現像特性となる。そして、現像特性を利用して、画像濃度の目標値から現像電位の補正値(最適値)を設定する。このような現像特性の補正は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kについてそれぞれ行われる。
ところで、現像特性の補正では、現像装置(図2では省略)でのかぶり及びキャリア付着をさせないように、現像電位とともに帯電電位(画像形成のパラメーターの一例)も同じ水準で変更させている。この帯電電位の変更により、下流側の画像形成部101における1次転写ローラー7bでの逆転写量が変わる。上流側の画像形成部100が形成した各水準のパッチ画像が下流側の画像形成部101の1次転写ニップを通過する期間に亘り下流側の画像形成部101における帯電電位が一定値の場合、上流側の画像形成部100の現像特性は、図3の点線L1,L2に示すような理想的な特性を得ることができる。ここで、点線L1は、逆転写量が少ない条件での現像特性を示し、点線L2は、逆転写量が多い条件での現像特性を示す。
しかしながら、特許文献1の手法のように、各画像形成部100,101が1セットでパッチ画像を形成し、現像電位等の水準を変更した上で、各画像形成部100,101が1セットでパッチ画像を形成するといった動作を繰り返す場合には、下流側の画像形成部101でも帯電電位が同様に変わっていく。このため、上流側の画像形成部100の現像特性は、図3の実線L3に示すような特性となり、正しい現像特性が得られなくなってしまう。また、下流側の画像形成部101における帯電電位の変更によっても、現像特性がさらに変わってしまう。したがって、上流側の画像形成部100について現像電位の補正値を決定したとしても、下流側の画像形成部101における帯電電位が補正された場合には、上流側の画像形成部100についての現像電位の最適値(補正値)が変わってしまう。そのため、補正精度が低下してしまう。
一方、特許文献2の手法のように、下流側の画像形成部101の帯電電位を一定にしてパッチ画像を形成する場合には、点線L1,L2で示すような理想的な現像特性を得ることができる。しかしながら、この手法は、1つの画像形成部を対象として現像電位等の水準を変更して複数のパッチ画像を形成し、この動作をそれぞれの画像形成部が繰り返す構成となっている。したがって、パッチ画像の作成周期に現像電位等の変更時間を加味する必要があり、現像特性の補正に要する時間が増加してしまう。また、下流側の画像形成部101において補正値として決定した帯電電位の値が、上流側の画像形成部100の補正時における下流側の画像形成部101の帯電電位と異なる場合には、その差分だけ逆転写量が変わってしまうため、補正精度が低下してしまう。
そこで、本実施形態に係る現像特性の補正では、上流側の画像形成部100において帯電電位の水準を変更した順序に対し、下流側の画像形成部101における帯電電位の重み付け平均値が離散的となる順序で、当該下流側の画像形成部101における帯電電位の水準を変更することとしている。
図4は、現像特性の補正を説明する説明図である。同図において、(a)は、上流側の画像形成部100の現像電位と下流側の画像形成部101の帯電電位との関係を示す図であり、(b)は、現像特性を示す図である。
本実施形態では、上流側の画像形成部100において現像電位の水準を変更した順序に対し、下流側の画像形成部101における帯電電位が離散的となる順番で、当該下流側の画像形成部101における帯電電位の水準を変更している。例えば、上流側の現像電位の水準を100,200,300[-V]と変更した順序に対して、下流側の帯電電位を対応した水準となる200,300,400[-V]の順番ではなく、離散的となる200,400,300[-V]の順番で変更しているのである。この場合、逆転写量は、小、大、中の順となる。すなわち、小、中、大、或いは、大、中、小のように、逆転写量が一様に変化するのではなく、ばらばらに変化するのである。これにより、逆転写量が近似誤差として吸収されるので、逆転写量によらず正しい現像特性(近似式の傾き)が得られる(直線L3)。その結果、補正精度の向上を図ることができる。
なお、上述した通り、現像特性の補正では、現像電位とともに帯電電位も同じ水準で変更させられる。したがって、本実施形態に示す手法においては、上流側の画像形成部100において現像電位の水準を変更した順序と、上流側の画像形成部100において帯電電位の水準を変更した順序とは同じとなる。すなわち、上述の趣旨は、上流側の画像形成部100において帯電電位の水準を変更した順序に対し、下流側の画像形成部101における帯電電位が離散的となる順番で、当該下流側の画像形成部101における帯電電位の水準を変更することと等価である。
以下、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kを対象とした現像特性の補正について説明する。図5は、中間転写ベルト6に対して形成されるパッチ画像の推移を説明する説明図である。以下、上流側の画像形成部を「上流側の画像形成部10Y,10M,10C」と記載し、下流側の画像形成部を「下流側の画像形成部10M,10C,10K」と記載する。ただし、これらの記載は、(1)上流側のイエローの画像形成部10Yに対して、下流側のマゼンタ、シアン及びブラックの画像形成部10M,10C,10K、(2)上流側のマゼンタの画像形成部10Mに対して、下流側のシアン及びブラックの画像形成部10C,10K、(3)上流側のシアンの画像形成部10Cに対して、下流側のブラックの画像形成部10K、の各意味を総称するものとする。
本実施形態に係る現像特性の補正においては、各画像形成部10Y,10M,10C,10Kが4色セットでパッチ画像を中間転写ベルト6に対して形成(転写)し、現像電位等の水準を変更することで、4色セットのパッチ画像を繰り返し形成する手法を採用している。4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kが4色セットでパッチ画像を形成する場合、各画像形成部10Y,10M,10C,10Kの電位変動中に、他の画像形成部10Y,10M,10C,10Kがパッチ画像の形成を行うことができる。そのため、現像特性の補正に必要な時間を短縮することができる。
逆転写は、下流側の全ての画像形成部10M,10C,10Kで発生する。したがって、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの水準を変更した順番に対して、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値を離散化させればよい。例えば、以下に示す表1(a)の通り設定する。なお、表1(b)は、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cを基準に、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値を示すものである。
Figure 0007225744000001
なお、表1に示す例では、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の単純平均値を利用している。しかしながら、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の重み付け平均値を用いてもよい。この場合、それぞれの重みを「1」にすれば、単純平均値として扱うことができる。
また、逆転写は弱帯電トナーの量で決まってくるため、帯電量の低いトナーが多い最初の下流転写位置での逆転写量が多くなる。そのため、下流側の画像形成部10M,10C,10Kのうち、上流の画像形成部ほど重みを大きくしてもよい。また、下流側の画像形成部10M,10C,10Kのうち、最初の下流側の画像形成部の重みを「1」とし、それよりも下流の画像形成部の重みを「0」として、実質的に1つ下流の画像形成部の帯電電位のみを用いてもよい。それぞれの画像形成部10M,10C,10Kに対する重みは、実験的に算出して設定しておくことが望ましい。
図6は、離散的な関係を示す説明図である。上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおける帯電電位の各水準と、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の各水準との関係を、単調増加又は単調減少にはせずに、画像形成部やパッチ画像の数を考慮しながら、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの帯電電位の水準と下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の水準とが離散的な関係となるように相互の水準を決めればよい。
この場合、最も離散的となる関係は、図6(a)に示すように、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおける帯電電位の各水準と、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の各水準との1次近似式の傾きが0(絶対値が最小)となるときである。もっとも、傾き0に限らず、1次近似式の傾きが0に近い程、離散的な関係といえる。離散的な関係で水準が変更されることで、同図(b)に示すように、適切な現像特性を得ることができる。もっとも、表1に示すパターンは離散化の一例であり、必ずしもこのパターンに限られるものではない。
このような離散的な関係は、事前に決めておいてもよいし、現像特性の補正のたびに帯電電位の水準を決定し直してもよい。例えば、離散的な関係は、総当たりで計算していくことで決定することができる。ここで、表2は、100[-V]単位の4つの水準に関する計算例である。表2に示すように、傾きの絶対値が最小となる組み合わせが複数存在する場合があるが、この場合にはどれを用いても同じである。
Figure 0007225744000002
なお、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kで離散的な関係を成立させる場合、組み合わせによっては最も離散的な関係にはできない可能性がある。この場合には、優先する画像形成部10Y,10M,10C,10Kを決めて離散的な関係を成立させてもよいし、全体として最適となるようにいくつかの画像形成部の離散量を加減してもよい。例えば、色の変動の目立ちにくいイエローの優先度が低くなるように、シアン、マゼンタ、イエローの順番で優先度が低くなるようにしてもよい。また、シアン下流の傾きが0になる順序にすると、どうしてもイエローが0.8等の大きな傾きになってしまう場合がある。この場合には、シアンの傾きを0.2に加減し、イエローの傾きも0.2とするとよい。このような使い分けは、求める性能に応じて行えばよい。
また、本実施形態に係る現像特性の補正では、以下に示す手法を適用することで、補正精度の向上を図っている。
現像特性の補正において離散的な関係でパッチ画像を形成したとき、パッチ画像の検出結果と下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値とから逆転写量を計算することができる。この計算した逆転写量を用いることで、補正精度の向上を図ることができる。図7は、近似式から逆転写量を計算する概念を示す説明図である。
同図の左側に示すように、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cが形成したパッチ画像の画像濃度を検出し、この画像濃度と上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの現像電位との関係について、1次近似式を計算する。この場合、濃度ムラ等その他の誤差がなければ、1次近似式と画像濃度との残差を逆転写量とみなすことができる。近似式の計算は、残差の二乗和を全体的に最も少なくするように減算する方法(最小二乗法)が一般的である。この場合において、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値と残差は、同図の右側に示すグラフとなる。
ここでの残差が0は、逆転写量が0という意味ではなく、1次近似式に相当する逆転写量という意味である。現像特性の補正を行った場合、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位は、下流側の画像形成部10M,10C,10Kで形成されたパッチ画像の検出結果に基づいて決定されるため、1次近似式の残差が0となる帯電電位との間に差が生じる場合がある。そこで、同図右の通り、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位と残差との近似計算の結果より、逆転写量のズレ量を算出する。そして、このズレ量を上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの補正に反映させることで、逆転写量の影響をキャンセルした補正を行うことができる。
具体的な数値計算について、表3に示す例を用いて説明する。一例として、上流の画像形成部は、イエローの画像形成部10Yであり、下流側の画像形成部は、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kである。
Figure 0007225744000003
イエローのパッチ画像について、現像電位の水準を100~300[-V]で変更して作成した。同時に作成しているマゼンタ、シアン、ブラックの帯電電位の平均値は、300,333,266[-V]であった。このとき、イエローのパッチ画像に関する画像濃度(トナー付着量)の検出結果は、それぞれ2,2.8,4.3[g/m]であった。
まず、イエローの画像形成部10Yの現像電位(Y現像電位)を横軸、イエローの画像濃度(Y画像濃度)の検出結果を縦軸としたときの1次近似計算を行う。これにより、以下に示す数式の結果が得られる。
(数式1)
Y画像濃度=0.0115×Y現像電位+0.7333
1次近似式をもとに、イエローの画像形成部10Yの現像電位毎の画像濃度を求め、その画像濃度と検出結果の差が残差となる。現像電位が100[-V]の場合、1次近似式からの画像濃度は、1.8833(=0.0115×100+0.7333)[g/m]となる。この場合、残差は、-0.1167(=1.8833-2.0)[g/m]となる。同様に各現像電位における残差を計算していく。
次に、下流側のマゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kに関する帯電電位の平均値(MCK帯電電位)を横軸、残差を縦軸としたときの1次近似計算を行う。これにより、以下に示す数式の結果が得られる。
(数式2)
残差=0.0052×MCK帯電電位-1.5576
マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kにおいて、現像特性の補正の結果、MCK帯電電位の最適値(各帯電電位の補正値の平均値)が280[-V]と決まったとする。この場合、残差、すなわち、逆転写のズレ量は、-0.1016(=0.0052×280-1.5576)[g/m]となる。このズレ量を、上流のイエローの画像形成部10Yの帯電電位の補正に反映させていく。具体的には、数式1に示すY画像濃度の1次近似式から、逆転写のズレ量を減算する(数式3)。
(数式3)
Y画像濃度=0.0115×Y現像電位+0.7333-(-0.1016)
Y画像濃度の目標値が3[g/m]の場合、イエローの画像形成部10Yの帯電電位は、188(≒(3-0.7333-0.1016)/0.0115)[-V]となる。
以上の内容は、近似式から逆転写量を推定するものであるが、逆転写量を計測してもよい(計測モード)。そして、測定した逆転写量を用いることで、補正精度の向上を図ることができる。図8は、測定から逆転写量を計算する概念を示す説明図である。
上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの現像電位及び帯電電位を一定値のまま、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位を変更してパッチ画像を形成する。そして、そのパッチ画像の画像濃度を検出する。上流側の画像形成部10Y,10M,10Cの現像電位は一定のため現像特性は変わらないが、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の変更により、逆転写量が変わる。下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位が大きいほど逆転写量が増えることとなる。このため、下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位と、画像濃度との特性は、同図右側に示すグラフとなる。この測定モードの結果を保存しておき、現像特性を補正する際に、補正時における下流側の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値と、補正値との差から画像濃度の差、すなわち逆転写量のズレ量を計算する。このズレ量を上流側の画像形成部の補正に反映させることで、逆転写量の影響をキャンセルした補正を行うことができる(同図左側を参照)。
具体的な計算手順について、表4に示す例を用いて説明する。一例として、上流側の画像形成部は、イエローの画像形成部10Yであり、下流側の画像形成部は、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kである。
Figure 0007225744000004
例えば、測定モードは朝一に行う。イエローの画像形成部10Yの現像電位及び帯電電位を一定値のまま、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の平均値を100[-V]単位で200~400[-V]までふってイエローのパッチ画像を作成する。このイエローのパッチ画像の画像濃度の検出結果は、それぞれ3.2,3.1,2.8[g/m]であった。MCK帯電電位(マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10Kに関する帯電電位の平均値)を横軸、Y画像濃度(イエローの画像濃度)の検出結果を縦軸とし、1次近似計算を行う。これにより、数式4で示される特性が得られる。この特性を測定モードの結果として保存しておく。
(数式4)
Y画像濃度=-0.002×MCK帯電電位+3.6333
表4に示すように、離散的な関係で現像特性の補正を行う。この際、MCK帯電電位に関する補正全体での平均値は、300(=(300+333+266)÷3)[-V]である。一方、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10M,10C,10K自体の補正結果で、MCK帯電電位の最適値が280[-V]と決まったとする。測定モードで得られた特性(数式4)の傾きより、逆転写量のズレ量は、-0.04(=(300-280)×(-0.002))[g/m]となる。このズレ量を、上流のイエローの画像形成部の帯電電位の補正に反映させていく。具体的には、数式1に示すY画像濃度の1次近似式からズレ量を減算する(数式5)。
(数式5)
Y画像濃度=0.0115×Y現像電位+0.7333-(-0.04)
したがって、Y画像濃度の目標値が3[g/m]の場合、イエローの画像形成部の帯電電位は、193(≒(3-0.7333-0.04)/0.0115)[-V]となる。
近似式による逆転写量の演算は、誤差に対する近似式の引かれかたの影響を受ける。そのため、測定モードによる逆転写量の演算に比べ、逆転写量の演算精度は低い。補正精度を重視すると、測定モードを用いたいが、パッチ画像の形成動作を余分に行うこととなる。そのため、できる限り測定モードの起動頻度を抑制したい。逆転写量の変動要因は上述した通りであり、その変動要因の変化を個別に監視し、変化に応じて測定モードを起動することが考えられる。しかしながら、変動要因は複雑なため、測定モードの起動頻度を正確に設定することは難しい。そこで、現像特性の補正中に、近似式による逆転写量と測定モードによる逆転写量との比較を行う。そして、逆転写量の差がしきい値を超えた場合、測定モードを実施したときよりも逆転写量が変動したとして、測定モードを起動することがよい。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の制御方法について説明する。図9は、画像形成装置による処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップS1において、制御部50は、画像安定化制御(現像特性の補正)を行う。現像特性の補正では、現像電位、帯電電位等(以下「現像電位等」という)の水準を変更してパッチ画像を複数形成する。そこで、制御部50は、パッチ画像を複数形成するための異なる水準の現像電位等を決定する。また、制御部50は、各水準の現像電位等に対応したパッチ画像の形成位置を算出する。各水準の現像電位等及びパッチ画像の形成位置は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kのそれぞれについて演算される。
この際、制御部50は、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおいて帯電電位等の水準を変更した順序に対し、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の重み付け平均値が離散的となる順序で、当該下流側の画像形成部における現像電位等の水準を設定する。各画像形成部10Y,10M,10C,10Kの現像電位等は、事前に決めておいてもよいし、現像特性の補正のたびに帯電電位の水準を決定し直してもよい。
制御部50は、4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kを制御して、1つ目の水準に従ってパッチ画像を4色セットで形成する。また、各画像形成部10Y,10M,10C,10Kでパッチ画像を形成すると、制御部50は、現像電位等を2番目の水準に切り替えて、新たなパッチ画像を4色セットで形成する。制御部50は、この動作を繰り返す。
4つの画像形成部10Y,10M,10C,10Kから中間転写ベルト6に転写されたそれぞれのパッチ画像は、中間転写ベルト6の走行に応じて濃度センサー51へと順次到達し、濃度センサー51によって画像濃度がそれぞれ検出される。
制御部50は、濃度センサー51を用いてパッチ画像の画像濃度を順次検出し、この検出結果に基づいて、各画像形成部10Y,10M,10C,10Kに関する現像電位等の補正値を決定、補正する。
併せて、制御部50は、パッチ画像の画像濃度の検出結果に基づいて、1次近似式から逆転写のズレ量を計算する。この際、このズレ量を、上流の画像形成部10Y,10M,10Cの帯電電位の補正に反映させる。
ステップS2において、制御部50は、測定モードで演算した逆転写のズレ量と、1次近似式から演算した逆転写のズレ量との差が、しきい値以下であるか否かを判断する。このしきい値は、測定モードを実施したときよりも逆転写量が変動したかどうかを判断するものであり、実験やシミュレーションを通じて最適値が設定されている。
ズレ量の差がしきい値以下である場合には、ステップS2で肯定判定され、本ルーチンを終了する。一方、ズレ量の差がしきい値よりも大きい場合には、ステップS2で否定判定され、ステップS3に進む。
ステップS3において、制御部50は、測定モードを実施する。測定モードの実施によって演算された特性は、測定モードの結果として保存される。併せて、制御部50は、測定モードにおいて演算されたズレ量を、上流の画像形成部10M,10C,10Kの帯電電位の補正に反映させる。
このように本実施形態において、画像安定化制御(現像特性の補正)では、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおいて帯電電位の水準を変更した順序に対し、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の重み付け平均値が離散的となる順序で、当該下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の水準を変更している。
この構成によれば、離散的な関係で帯電電位の水準を変更しているので、逆転写量も不規則に発生する。これにより、逆転写量が近似誤差として吸収され、逆転写量によらず正しい現像特性の近似式傾きが得られる。その結果、本実施形態に係る手法によれば、補正精度を向上することができる。また、この構成によれば、4色のパッチ画像をセットで形成することができるので、補正時間の短縮を図ることができる。
また、本実施形態において、重み付け平均値は、下流側の画像形成部10M,10C,10Kのうち、上流側にある画像形成部の重みを下流側にある画像形成部の重みより大きくしてもよい。例えば、重み付け平均値は、下流側の画像形成部10M,10C,10Kのうち、最も上流にある画像形成部の重みを1とし、それよりも下流側の画像形成部の重みを0としてもよい。
逆転写は弱帯電トナーの量で決まってくるため、帯電量の低いトナーが多い最初の下流転写位置での逆転写量が多くなる。したがって、本実施形態の構成によれば、現像特性の補正に対して、逆転写の影響を適切に反映することができる。
離散的となる順序とは、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおける帯電電位の各水準と、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の各水準との関係が、単調増加又は単調減少とはならない順序である。より具体的には、離散的となる順序とは、上流側の画像形成部10Y,10M,10Cにおける帯電電位の各水準と、下流側の画像形成部10M,10C,10Kにおける帯電電位の各水準との1次近似の傾きの絶対値が最小となる順序である。
この構成によれば、離散的な関係を適切に設定することができる。
以上、本実施形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。また、本発明は、画像形成装置のみならず、画像形成装置の制御方法及びプログラムにも及ぶ。
また、本実施形態では、画像形成装置について、中間転写ベルトを設けて1次転写を行う構成で説明しているが、中間転写ベルトを経て用紙に転写された状態で、画像安定化制御を行うものであってもよい。また、中間転写ベルトを設けずに、用紙に直接転写する方式にも適用することができる。なお、直接転写方式の場合、転写媒体としては用紙又は転写ベルトが該当する。
10Y~10K 画像形成部
1Y~1K 感光体ドラム
2Y~2K 帯電部
3Y~3K 光書込部
4Y~4K 現像装置
5Y~5K クリーニング装置
6 中間転写ベルト
7Y~7K 1次転写ローラー
8 ベルトクリーニング部
9 2次転写ローラー
20 用紙搬送部
21 給紙トレイ
22 給紙部
28 排紙ローラー
29 排紙トレイ
30 切替ゲート
31 反転ローラー
40 定着装置
41 定着ローラー
42 圧接ローラー
43 定着ヒーター
50 制御部
51 濃度センサー
SC 原稿読取装置
100,101 画像形成部
1a,1b 感光体ドラム
7a,7b 1次転写ローラー

Claims (9)

  1. 表面が帯電させられた像担持体をトナーで現像することで前記像担持体にトナー画像が担持され、当該像担持体から転写媒体にトナー画像が転写される画像形成装置において、
    前記転写媒体の移動方向に沿って上流側から下流側に並べられ、それぞれが前記転写媒体にトナー画像を転写する複数の画像形成部と、
    トナー画像の濃度を検出する濃度検出部と、
    前記画像形成部のそれぞれについて画像形成の帯電電位大きさを変更してパッチ画像を複数形成し、前記濃度検出部で検出した前記パッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて前記帯電電位の補正を行う画像安定化制御を行う制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記画像安定化制御では、上流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更した順序に対し、下流側の画像形成部における帯電電位の重み付け平均値が上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序となるように、当該下流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更する
    画像形成装置。
  2. 上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序とは、上流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさと下流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさとの1次近似式を作成した場合に、上流側の画像形成部における帯電電位に対する下流側の画像形成部における帯電電位の傾きの絶対値が、上流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさと下流側の画像形成部における帯電電位の各々の大きさとの関係の1次近似式が単調増加又は単調減少となる場合の傾きの絶対値よりも小さくなる順序である
    請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 下流側の画像形成部は、複数の画像形成部を含み、
    前記重み付け平均値は、下流側の画像形成部のうち、上流側にある画像形成部の重みを下流側にある画像形成部の重みより大きくしたものである
    請求項1又は2記載の画像形成装置。
  4. 下流側の画像形成部は、複数の画像形成部を含み、
    前記重み付け平均値は、下流側の画像形成部のうち、最も上流にある画像形成部の重みを1とし、それよりも下流側の画像形成部の重みを0としたものである
    請求項1から3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記制御部は、前記画像安定化制御において形成した前記パッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を演算し、当該演算した逆転写量に基づいて前記画像安定化制御の補正値を補正する
    請求項1からのいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記制御部は、測定用のパッチ画像を複数形成し、当該測定用のパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を測定し、当該測定した逆転写量に基づいて前記画像安定化制御の補正値を補正する
    請求項1からのいずれかに記載の画像形成装置。
  7. 前記画像安定化制御において形成した前記パッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を演算し、当該演算した逆転写量に基づいて前記画像安定化制御の補正値を補正する第1のモードと、
    測定用のパッチ画像を複数形成し、当該測定用のパッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて逆転写量を測定し、当該測定した逆転写量に基づいて前記画像安定化制御の補正値を補正する第2のモードと、を有し、
    前記制御部は、前記画像安定化制御に併せて前記第1のモードを行いつつ、前記第1のモードの演算結果と前記第2モードの演算結果との差がしきい値以上となった場合に、前記第2のモードを実行する
    請求項1からのいずれかに記載の画像形成装置。
  8. 表面が帯電させられた像担持体をトナーで現像することで前記像担持体にトナー画像が担持され、当該像担持体から転写媒体にトナー画像が転写される画像形成装置の制御方法において、
    前記画像形成装置は、
    転写媒体の移動方向に沿って上流側から下流側に並べられ、それぞれが前記転写媒体にトナー画像を転写する複数の画像形成部と、トナー画像の濃度を検出する濃度検出部と、を備え、
    前記画像形成部のそれぞれについて画像形成の帯電電位大きさを変更してパッチ画像を複数形成し、前記濃度検出部で検出した前記パッチ画像のそれぞれの濃度に基づいて前記帯電電位の補正を行う画像安定化制御を行う工程を有し
    記画像安定化制御では、上流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更した順序に対し、下流側の画像形成部における帯電電位の重み付け平均値が上流側の画像形成部において変更されていく帯電電位の大きさの順序と異なる順序となるように、当該下流側の画像形成部における帯電電位の大きさを変更する
    画像形成装置の制御方法。
  9. 請求項記載の画像形成装置の制御方法を、画像形成装置を制御するコンピューターに実行させるプログラム。
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