JP4843961B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Description
特許文献1の開示技術は、定着器と、定着器の温度を検知する定着器温度検知手段と、定着器の温度を制御する温度制御手段と、記録紙の搬送速度を変更可能とする用紙搬送制御手段とを有する画像形成装置において、用紙搬送制御手段は、定着温度検知手段により検知した定着器の温度に基づいて記録紙の搬送速度を変化させるように設定されている。記録紙一枚毎のなかで搬送速度を変化させている。
また、とりわけ用紙温度や環境温度が低い場合には、カラープリント速度が速くてトナー付着量が多い(2次色・3次色を含む)と、通紙により定着温度は低下し、プリントスタート数枚から数百枚において、定着性が変化する。この定着性の変化により、グロスの変化とあわせ、トナーが発色できないために所望の色再現ができずに、連続プリント中の色変動につながっていた。
また、別の目的は、連続プリントの用紙相互のグロス変動を生産性を落とすことなく抑えることにある。
連続プリントする全プリント枚数の情報を連続プリント開始前に取得する全プリント枚数情報取得手段を更に備え、前記定着スピード制御手段は、前記全プリント枚数情報取得手段により取得された全プリント枚数の情報がより少ないときに連続プリント開始時の定着スピードをより低速にすることを決定することを特徴とすることができる。
前記定着スピード制御手段は、連続プリント当初のグロスを低下させるように前記定着器の定着スピードを高くすることを特徴とすることができる。
図1は、本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、所謂タンデム型の画像形成装置であって、例えば電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット10(10Y,10M,10C,10K)と、各画像形成ユニット10にて形成された各色成分トナー像を順次転写(一次転写)して保持させる中間転写ベルト(トナー像の担持体)15と、中間転写ベルト15上に転写された重ね画像を転写材としての用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写装置20と、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着器30とを備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部60を有している。
また、定着器30は、図示しないハロゲンランプ等の加熱源(図示せず)を内蔵する回転可能な加熱ロール30aと、この加熱ロール30aに対向して圧接配置される加圧ロール30bと、加熱ロール30aを回転駆動する駆動モータ30cとを有している。駆動モータ30cは、例えばDCブラシレスモータからなり、加熱ロール30aの回転速度(以下、定着スピードという)を可変できるようになっている。
図2に示すように、制御部60は、画像濃度センサ43(図1参照)の検出結果が入力される画像濃度検出信号処理手段61と、図示しないトナー供給部へトナー供給を指示して画像濃度を制御する画像濃度制御部62とを備えている。
画像濃度制御部62には、イメージカウント部46から画像密度情報が入力される。このイメージカウント部46は、プリントコントローラ45から取得した画像データに基づいて各色の画像密度を計測するものであり、計測結果を画像密度情報として、図示しない画像処理装置および画像濃度制御部62に出力する。画像濃度制御部62は、イメージカウント部46からの画像密度情報を用いて各色の必要トナー量を算出し、トナー供給ON/OFF信号を図示しないトナー供給部に出力する。図示しないトナー供給部は、画像濃度制御部62の指示に従って各画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kの現像装置14(図1参照)に各色のトナーを供給する。このように、画像形成により消費されるトナー量を供給することにより、各画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kの現像装置14(図1参照)におけるトナー量が調整され、トナー電荷量を適正に保持している(ピクセル・カウント方式)。
中間転写ベルト15に形成されたテストパッチの各色の濃度が画像濃度センサ43(図1参照)により検出され、その検出結果が画像濃度検出信号処理手段61に出力される。画像濃度検出信号処理手段61では、画像濃度センサ43(図1参照)からの信号について所定の信号処理を施して画像濃度検出値を算出し、算出結果を画像濃度制御部62に出力する。画像濃度制御部62では、画像濃度検出信号処理手段61からの画像濃度検出値を、予め定められた画像濃度目標値と比較し、比較結果に基づいて図示しないトナー供給部にトナー供給ON/OFF信号を出力する。すなわち、画像濃度検出値が画像濃度目標値を下回ったときには、画像濃度制御部62は、トナー濃度が低下したと判断し、図示しないトナー供給部にトナー供給ON信号が出力される。これにより、対応する画像形成ユニット10(10Y,10M,10C,10K)の各現像装置14(図1参照)にトナー供給が行われる。このようなテストパッチによる画像濃度制御を所定間隔で行うことにより、連続プリントしても安定的に高画質のトナー像を出力することができる。
定着スピード切替制御部64は、取得したプリント情報(プリント条件)に基づいて定着器30の駆動モータ30c(図1参照)を制御して定着スピードを切り替えるためのものである。プリント情報としては、例えば、環境センサ44(図1参照)からの環境温度および環境湿度の各情報、プリントコントローラ45からの用紙坪量、用紙種類(例えば樹脂コート又は普通紙)およびプリント済み枚数の各情報、画像濃度制御部62からの画像密度の情報、並びに、電位検出信号処理部/制御部63からの帯電量および露光量の各情報を挙げることができる。
図3に示すように、まずジョブ(Job)のプリント条件の検出を行う(ステップ101)。すなわち、ジョブが連続プリントである場合には、そのジョブに基づいてプリントコントローラ45が設定した用紙坪量および用紙種類の情報が、定着スピード切替制御部64に入力される。また、環境センサ44が検出した環境温度の情報と、イメージカウント部46が画像データに基づいて計測した画像密度の情報とが定着スピード切替制御部64に入力される。
そして、定着スピード切替制御部64は、用紙坪量、用紙種類、環境温度および画像密度の各情報に基づいて、後述する定着スピード段階変更テーブル(以下、定着スピード制御テーブルともいう)を決定する(ステップ102)。また、用紙坪量および用紙種類の各情報に基づいて、用紙搬送スピードと同じ値である基準定着スピードを決定すると共に(ステップ103)、用紙坪量および用紙種類の各情報に基づいて制御定着温度も決定する(ステップ104)。なお、基準定着スピードおよび制御定着温度は、従来から用いられている周知慣用の値を採用することができる。制御定着温度の一例を挙げると、160℃である。
その後、連続プリントを開始する(ステップ105)。連続プリントの際には、定着スピード切替制御部64は、決定された定着スピード制御テーブルに基づいて連続プリント済み枚数ごとに所定の定着スピードとなるように、定着器30の駆動モータ30c(図1参照)を制御する(ステップ106)。この定着スピードの制御は、定着スピードが低下する方向に段階的に変更させるものである。ジョブが終了すると(ステップ107)、一連の手順が終了する。
図4に示す表では、用紙坪量、用紙種類、環境温度および画像密度に基づいて定着スピード制御テーブルが決定される。より具体的に説明すると、図4に示すように、ジョブに用いる用紙坪量として、60〜80g/m2、81〜135g/m2、136〜220g/m2、および221〜300g/m2のいずれか一つが選択される。また、用紙種類として、普通紙およびコート紙のいずれかが選択される。また、環境温度として、10℃以下、11〜20℃、21〜30℃、および31℃以上のいずれか一つが選択される。また、画像密度として、10%以下、11〜40%、41〜80%、81〜160%、161〜240%、および241%以上のいずれか一つが選択される。なお、図4に示す画像密度は、4つの色ごとの画像密度を加算したものであるので、100%を超えた値が表示されている。
そして、これら4つのパラメータから、4つの定着スピード制御テーブル、すなわちNo.1〜No.4のうちの一つが決定される。
また、No.2では、1〜20枚のときは1.2倍、21〜50枚のときは1.13倍、51〜100枚のときは1.07倍、101〜200枚のときは1.03倍、201枚以降のときは1倍である。また、No.3では、1〜20枚のときは1.3倍、21〜50枚のときは1.2倍、51〜100枚のときは1.12倍、101〜200枚のときは1.05倍、201枚以降のときは1倍である。また、No.4では、1〜20枚のときは1.4倍、21〜50枚のときは1.27倍、51〜100枚のときは1.16倍、101〜200枚のときは1.07倍、201枚以降のときは1倍である。
このため、図6に示すように、定着スピード切替制御部64は、プリント済み枚数1〜20枚では基準定着スピードの1.20倍となるように制御し(ステップ201)、プリント済み枚数21〜50枚では基準定着スピードの1.13倍となるように制御し(ステップ202)する。その後、プリント済み枚数51〜100枚では基準定着スピードの1.07倍となるように制御し(ステップ203)、プリント済み枚数101〜200枚では基準定着スピードの1.03倍となるように制御する(ステップ204)。そして、プリント済み枚数201枚以降では基準定着スピードの1倍で制御する(ステップ205)。
このように、定着スピード切替制御部64は、連続プリントスタート時には、定着スピードとして基準定着スピードよりも高いスピードでプリントを開始し、連続プリント中は、プリント済み枚数に応じて基準定着スピードに対する定着スピードの比率を段階的に小さくして定着スピードが低下する方向に変化させていく。そして、最終的には、基準定着スピードになるので、生産性の低下を起こすことはない。
図7−aおよび図7−bに示すように、定着温度が同じ場合には、定着スピードが高いと(355mm/秒の場合)、グロスが低くなり、定着スピードが低いと(264mm/秒の場合)、グロスが高くなる。また、図8に示すように、定着温度が低いと定着スピードによるグロス差が大きくなり、定着温度が高いと定着スピードによるグロス差が小さくなる。このように、定着スピード切替制御部64による定着スピードの制御を、グロスに着目して行うこともできる。すなわち、連続プリントスタート時には、グロスが低下するように定着スピードを高くし、その後、プリント済み枚数に応じてグロスが高くなるように定着スピードを低くするように制御する。
図9は、本実施の形態により制御した場合を連続プリント時のグロス等の推移について従来の制御による場合と比較したグラフであり、縦軸は、比較事項としての定着温度、グロス、濃度、色彩等で、横軸は、プリント済み枚数を対数で示している。なお、図9に示す実験結果は、プリント速度が速く(例えば毎分80枚程度)、特に用紙温度および環境温度が低い場合であって、カラー画像形成装置でのトナー付着量が多い場合(2次色・3次色含む)を示したものである。そして、図9に示す実験結果は、800枚を連続プリントした場合のものである。
図9に示すように、従来の制御による場合では、通紙により定着温度は低下し、プリントスタートから数百枚において、定着性が変化し、グロスの変化とあわせ、トナーが発色できないために所望の色再現ができずに、連続プリント中の色変動につながっていた。このように、連続プリントの開始時から、定着温度、グロス、濃度、色彩等が次第に低下していき、200枚を超えた辺りから一定になって平衡状態に移っていく。
これに対して、本実施の形態により制御する場合には、連続プリントの開始時と200枚を超えた時点とでは、定着温度、グロス、濃度、色彩等が一定であり、数百枚後のグロスや彩度の安定状態をプリントスタート時から得ることができる。すなわち、プリントスタート時の定着スピードを最も高くして、定着器30での加熱を抑えて定着性を下げる。言い換えると、定着器30を通る用紙Pによって奪われる熱量を少なくすることができる。その後、基準定着スピードまで段階的に定着スピードを下げていくことにより、連続プリント中におけるグロスの安定化や色安定化を図ることができる。
図10に示すように、発色性等に影響を与えるグリーンG(200%)およびブルーB(200%)で色差ΔEの著しい低下が見られた。したがって、本実施の形態によれば、1枚目に形成した画像と800枚目に形成した画像との色変動を抑えることができ、プリントスタート時から安定状態を得ることができる。
なお、黒K(100%)については、プリントスタート時における溶かしすぎることによる溶融ムラを解消することができるという点で、効果が認められた。また、グレイ(3C)については定着性に影響されなかったと考えられる。
図11に示すように、定着温度を160℃に設定した場合には、140℃ぐらいで平衡状態となるが、それよりも高くした場合でも平衡状態となる温度にあまり変わりがない。すなわち、設定定着温度を180℃にしても200℃にしても平衡状態が140℃になってしまう。逆に、設定定着温度を高くすると、その変化量が大きくなり、好ましくないという結果を得た。
このように、図9に示す連続プリント中の定着温度/グロス/濃度/彩度の低下に対し、プリントスタート時の設定定着温度をいくらアップさせようが、記録紙の通紙による定着温度低下は防止できないことが発明者の実験で確認されている。この点で、上述した本実施の形態は、従来の方式では解決が困難なグロスの安定化についての有効な解決手段を示すものである。
具体的に説明すると、全プリント枚数情報が、200枚よりもはるかに少ない80枚のときには、定着スピード制御テーブルNo.2に対応するNo.2’の場合を一例に説明すると、図12に示すように、1〜20枚のときのスピード比率を1.12倍、21〜50枚のときは1.06倍、51〜80枚のときは1倍とすることができる。このように、図5に示すスピード比率よりも小さくなり、したがって定着スピードが低くなるが、図5の場合と比べて画像品質を高めに設定することになり、均一で高品質の画像を得ることが可能になる。
なお、当然ながら、図5に示すスピード比率を用いた場合に、80枚で終わったとしても、グロスの安定化を実現でき、色安定化を図るという効果を得ることができる。
このトナー付着量制御は、用紙坪量,用紙表面性(樹脂コート紙/普通紙),環境温度,画像密度等のプリント条件により、すなわち、連続プリント中の未定着画像トナー付着量を制御するものである。トナー付着量制御は、画像形成ユニット10(10Y,10M,10C,10K)の各現像装置14(図1参照)に対するトナー供給量を調整することにより、トナー濃度を制御するものである。具体的には、連続プリント開始時の未定着画像トナー付着量をそれ以降のものより小さくする。付言すると、未定着画像トナー付着量の制御は、画像形成条件である帯電量、露光量、現像バイアス、転写効率およびTRC(階調再現性)のいずれか1つでも、複数組み合わせても良い。
また、上述した実施の形態では、接触加熱定着手段としてローラ定着方式のものを例示しているが、これに限らずベルト定着方式のもの等であってもよい。
まず、第1の変形例について図13〜図15を用いて説明する。
第1の変形例は、連続印刷時に各用紙Pの画像グロスを一定にする印刷技術に関するものである。すなわち、連続的に用紙Pを定着し続けると、常温の通紙により定着器が冷やされ、設定温度が低下し、定着後の用紙P上の画像のグロスが低下していき、色変動の原因につながるという課題を解決するためのものである。
図13は、定着器110の周辺の概略構成図である。
図13に示すように、定着器110は、ハロゲンランプ等の加熱源を内蔵する回転可能な加熱ロール110aと、この加熱ロール110aに対向して圧接配置される加圧ロール110bと、加熱ロール110aを回転駆動する駆動モータ110cとを有している。駆動モータ110cは、例えばDCブラシレスモータからなり、加熱ロール110aの回転速度すなわち定着スピードを可変できるようになっている。また、定着器110は、加熱ロール110aの用紙搬送方向下流側に位置して定着器110内の温度を検知して検知結果を制御部60(図1参照)に出力する温度検知器110dを有している。
定着器110の用紙搬送方向上流側には、用紙Pを定着器110に搬送する搬送部材121が配設されている。定着器110の用紙搬送方向下流側には、用紙Pを定着器110から図示しない排出トレイに搬送する搬送部材131が配設されている。搬送部材121の周囲には、搬送部材121および搬送部材121により搬送される用紙Pを保温するための保温部材122が配設されている。
また、定着器110の用紙搬送方向上流側には、制御部60(図1参照)により制御されるプレヒータ130が配設されている。このプレヒータ130は、例えばフラッシュランプ等の用紙Pを加熱するための光源130aと、光源130aの熱を用紙P側に収束させるデフレクタ130bとを有している。プレヒータ130は、温度検知器110dにより検知された定着器110の温度に基づいて電圧を変化させるように設定されている。
図14に示すように、温度検知器110dにより定着器110の温度が検知され、制御部60(図1参照)に出力されると(ステップ301)、制御部60(図1参照)により、定着器110の温度が低下したか否かが判別される(ステップ302)。定着器110の温度が低下したと判別されたときには、プレヒータ130を作動させて用紙Pを加熱し(ステップ303)、温度検知器110dにより定着器110の温度が検知され、制御部60(図1参照)に出力される(ステップ304)。制御部60(図1参照)により、プレヒータ130による加熱で定着器110の温度が適正になったか否かが判別され(ステップ305)、適正になっていないと判別されたときは、ステップ303に戻り、適正になったと判別されたときには、終了する。
このように、連続プリント時に、定着器110の温度が所定の設定温度よりも下がれば、定着前に用紙をプレヒータ130にて加熱する。そして、プレヒータ130の加熱にて定着器110の温度が所定の設定温度に戻らなければ、プレヒータ130の加熱温度を上げるので、プレヒータ130の温度をモニタしなくても良い。また、所定の設定温度に戻ればプレヒータ130の加熱温度を一定に保つ。
したがって、定着器110の温度に基づいて用紙の加熱温度を変化させるので、連続プリント時に、定着後の複数枚の用紙上の画像のグロスを一定にすることができる。また、グロスの変化による色変動も抑えることができる。本方式は、用紙の搬送速度を変化させることがないので、生産性を維持することができる。
図15に示すように、プレヒータ140は、定着器110の直前に配設されるのではなく、用紙への転写(二次転写)前の用紙搬送路上に配設されている。そして、プレヒータ140は、用紙Pを搬送する搬送ロールとしての加熱ロール140aと、搬送路周辺を囲む保温部材140bとで構成されている。
このように、定着前加熱を、記録紙トレイから搬送されてすぐの場所で行い、また、搬送路周辺を保温部材140bで囲むので、用紙搬送路で熱が放出され難くなる。したがって、用紙Pが吸湿したときにも転写前に乾燥させることができるので、転写効率を向上させることができる。
第2の変形例の背景としては、次のようなことである。すなわち、用紙上の色味を検出し、目標からのずれ分を補正するCalibration機能を装備した装置が多くあるが、この技術を連続ジョブ中の補正に利用して、例えば1枚目から1000枚目までの出力の色味を同じ状態に制御する装置が考えられている。この連続ジョブ中の色味が変動する理由としては、用紙上に現像/転写されるトナー像の量が変動することはもちろん、定着器において発生する定着温度変動によるトナーの溶融具合の変動による発色具合の変動及びグロスの変化によっても出力物の色味は変動して見える。
特に高速機になると、定着器が同じ性能(温度変化)であったとしても定着時間が短い(用紙がより早く定着機を通過してしまう)ために、定着としてのエネルギーの変動は大きくなるため定着による変動分が無視できなくなっている。同じトナー量が用紙に載っている場合でも、過定着の場合にはトナーが溶融し過ぎ、用紙に溶け込み過ぎることにより濃度が低下するという不具合がある。逆に、定着不足な場合には、トナーが十分溶融していないため発色しきれずに濃度が低く検出されてしまうといった不具合がある。
このように、定着前後でのトナー像を検出する手段を備え、両者の変動を連続ジョブ中に検出することにより、ジョブ中の色味(濃度、彩度、色度含む)あるいは光沢度変化がトナー量の変動により発生しているのか、あるいは定着エネルギーの変動により発生しているのかを切り分け、両者を最適に補正することが可能となる。
また、定着後の検出は定着前のトナー像検出した結果により画像形成条件変更後に補正された状態のパッチを出力し、定着したものを検出することである。そして、未定着画像の補正インターバルは、定着画像の補正インターバルよりも短い。このようにすると、定着画像の検出は用紙を使用するため頻繁な検出は望ましくないことから、未定着画像検出を頻繁に行い、極力安定した条件で定着パッチ像の作成を行うことで定着器の変動分を精度良く分離して補正可能となる。
また、定着前像担持体上トナー像検出手段および定着後像担持体上トナー像検出手段は、用紙走行方向に対して垂直方向に同じ位置に配置されているように構成すると、同じパッチを定着前と定着後で測定することで、面内ムラの影響を除くことができる点で好適である。
なお、定着画像の検出インターバルはユーザーが指定可能であるように構成することができる。
予め記憶した未定着画像検出結果とこれらのセンサの定着画像検出結果との相関データを作成しておく。そして、所定のインターバルにて採取した未定着画像検出結果と定着画像検出結果を比較して、相関データと一致して変動している分はトナー像中のトナー量が変動して色味あるいは光沢度が変動していると判断できる。また、相関データから外れている分は定着エネルギー変動により色味あるいは光沢度が変動していると判断できる。
このような判断により、連続プリント中の定着前及び定着後のそれぞれの検出値から、トナー像中のトナー量が変動しているのか、あるいは定着エネルギーが変動しているのかを分離し、それぞれの分を最適に補正することが可能となる。
逆に、トナー量を一定としたパッチを、定着エネルギーを変化させて未定着画像検出結果と定着画像検出結果の相関データを作成しても良い。ただし、定着条件を変更するよりもトナー付着量を変更する方が容易であるため、より現実的であると考えられる。
第3の変形例の背景としては、次のようなことである。すなわち、今日の画像形成装置においては、本体の価格を下げるために各種センサを少なくしている。例えばトナーの空を検出するセンサも、これまではトナーカートリッジやトナーボックスにセンサを設けて直接トナー量を検知していたが、今日では現像装置内のトナー濃度を検出するATC(Auto Toner Control)センサ(トナー濃度検知センサ)を利用し、この検出結果に応じてトナーカートリッジ内のトナー量を予測してトナー空検知を判断している。現像装置内のトナー濃度が許容値を下回った時点でトナー空を検出し、これ以降の画像形成操作は濃度低下やBCO(bead carry out:トナー濃度が下がったことでイメージ中にキャリアが流出すること)の発生を防ぐために画像形成操作を停止させる。この後、トナーが無くなったトナーカートリッジを抜き取り、新しいトナーカートリッジを画像形成装置本体へ装着すると通常の画像形成操作が行うことができるトナー濃度まで復帰させるためのリカバリー操作が行われる。
このリカバリー操作は、新しいトナーカートリッジを装置本体へ装着した後にフロントドア等を閉めることで開始されるが、通常現像装置を駆動させ、この後トナーディスペンスをON、OFFさせて所定のトナー濃度になるまで繰り返され、所定値まで復帰した後に画像形成操作が可能となる。しかしながら、常にこのような方法でトナーリカバリー操作を行うと、現像装置内の現像剤の状態によっては過剰供給となり、帯電不良を起こして地肌かぶりやトナークラウド(トナー飛散)による機内汚れが発生するおそれがある。
このように構成することにより、トナーリカバリー時において、画像形成装置の使用状況に応じてトナー供給量を制御することによって、現像装置内のトナー帯電量が安定し、背景かぶり等の問題が生じない。
このようにして、少なくともトナーリカバリー時のディスペンス駆動時間(ON時間)を制御することができる。
図16は、第3の変形例における画像形成装置の概略構成図である。
図16に示すように、画像形成装置は、画像形成ユニット300を備えている。この画像形成ユニット300は、トナー像を担持するための感光体ドラム(潜像担持体)311と、感光体ドラム311が帯電される帯電器312と、帯電器312により帯電された感光体ドラム311を露光する画像書込装置(ROS)313とを備えている。また、画像形成ユニット300は、ROS313により露光されて形成された感光体ドラム311上の静電潜像を2成分現像剤(トナーおよびキャリア)で現像する現像装置314と、現像装置314により現像され感光体ドラム311上に担持されたトナー像を用紙に転写する転写ローラ321と、転写ローラ321により転写されたトナー像を用紙に定着させる定着器322とを備えている。また、画像形成ユニット300は、感光体ドラム311に残存したトナーを除去するブレード状のクリーナー315と、クリーナー315が除去した残存トナーを回収するトナー回収部316とを備えている。また、画像形成ユニット300は、現像装置314内のトナー濃度を検知するためのATCセンサ317を備えている。現像装置314で使用されるトナーは、トナーカートリッジ330からトナー搬送通路331を通じて現像装置314に供給される。
ここで、上述した感光体ドラム311、帯電器312、ROS313、現像装置314、クリーナー315、トナー回収部316およびATCセンサ317は、プロセスカートリッジ310の一部を構成している。そして、プロセスカートリッジ310およびトナーカートリッジ330は、画像形成装置本体に対して着脱可能である。なお、トナー搬送通路331は、画像形成装置本体に固定されている。
また、トナー空検で画像形成装置をストップさせる前に、トナーカートリッジ330を駆動する図示しないモータの駆動積算時間から予測して、トナーカートリッジ330内のトナーが少なくなったことを使用者に通知(ニア・エンプティ:Near Empty)させている。「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの間は、トナーカートリッジ内に残っているわずかなトナーと現像装置中のトナーのみで画像形成が行われる。そして、カートリッジからのトナー供給が無くなると現像装置314中のトナーだけで画像形成が行われる。
現像装置314中のトナー量は限られるため、原稿密度(画像密度)によっては、図17に示すように画像形成可能な枚数が大きく異なる。特に原稿密度(画像密度)が少ない場合は、新しいトナーの供給がほとんど行われない状態で、長い時間現像装置314中で攪拌されることになる。
また、図18に示すように、キャリア・トナー間の帯電量が高くなりすぎ、また、トナー表面に添加されている帯電制御剤等がトナーから剥離したりトナー内に埋没したりして帯電分布がブロード化する場合がある。このような場合には、トナーリカバリー時に追加された新しいトナーとの交互帯電が良好に行われず、図19に示すように、帯電分布が分極化してしまう。この結果、逆極性側(+側)へ帯電したトナーによって背景部かぶりが発生する。一方、原稿密度が高い場合は、図20に示すように、「エンプティ」時の現像剤の帯電分布が良好であり、リカバリー操作を行ってもトナーが逆極性側へ帯電することがない。
図示しないトナー供給モータがON/OFFの間欠駆動することによってリカバリー操作が行われる。ここでは、OFF時間は、1秒に固定して確認を行っている。そして、図21に示すように、原稿密度(画像密度)0.5%の場合は図示しないトナー供給モータのON時間を0.3秒以下にすることが望ましい。また、原稿密度5%では、ON時間を0.9秒にしても背景部かぶりを生じることがない。
このことから、低密度原稿が続いて「エンプティ」になった場合は、少量のトナーを追加撹拌することによって極端な帯電不良を起こさずにリカバリー操作が行える。
図22に示すように、現像剤濃度は、「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの間に低下し、トナーリカバリー操作によりプリント可能なレベルまで回復するものである。
ここで、「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの期間内の原稿密度(画像密度)との関係について詳しく述べてきたが、例えば新しいトナーカートリッジへ交換した後から「エンプティ」までの間については、トナー供給モータの総駆動時間と用紙走行量との関係から原稿密度を推測し、トナーリカバリー時にトナー供給モータのON時間(またはOFF時間)を制御するようにしてもよい。また、上述した数値は一例を示したものである。
第4の変形例の背景としては、次のようなことである。すなわち、トナーカートリッジのトナー残量に関する警告表示において、一般的に、トナー残量なし状態を警告表示する「エンプティ(トナーエンプティ)」と、もうすぐトナーがなくなる状態を警告表示する「ニア・エンプティ」とがある。「エンプティ」は現像装置内に装備されたATCセンサなどにより検出され、問題のない精度レベルが得られている。一方、「ニア・エンプティ」に関しては、トナー濃度自体がまだ低下していない状態であることからATCセンサを使用しないで、トナーカートリッジにトナー補給を行った総累積時間などを利用して「ニア・エンプティ」のタイミングを推定演算し警告表示している。このため、「ニア・エンプティ」の精度自体は「エンプティ」よりも劣るのが実状である。
これを改善するべく、この「ニア・エンプティ」表示タイミングの精度を上げる一つの方法として、例えば、「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの小区間の総出力画像の累積画素カウントと、「ニア・エンプティ」の表示条件(「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの出力可能プリント枚数の基準累積画素カウント値)などの各種の情報に基づいて、次回の「ニア・エンプティ」の表示タイミングを補正する「ニア・エンプティ」学習制御を導入している。
しかし、このような「ニア・エンプティ」学習制御は、適正なデータを基に学習する場合はトナーカートリッジを新規交換する度に徐々に精度が上がっていく。ところが、イレギュラーなケースにおいて学習を行うと、かえって精度が悪くなることがあり得る。例えば、「エンプティ」表示(一回、学習実施)によりユーザーがトナーカートリッジを一度抜いたものの再度挿入してしまう場合を挙げることができる。このような場合には、トナーカートリッジ内壁に付着したトナーが出し入れの振動によりカートリッジ内に落ちて、トナーリカバリー動作によりトナー濃度が復帰(一時的に)して再度利用可能になるが、すぐに、再度「エンプティ」状態になり、このときに再度学習してしまい、適正データであっても重複学習により補正量が倍になってしまうなどの不具合がある。このほか、不適性なデータ(トナーカートリッジ交換しないで、トナーのみの詰め替えなどの場合)での学習補正も逆効果となる。
図23は、第4の変形例における画像形成装置の部分的な概略構成図であり、図24は、現像装置420内のトナー濃度とトナー供給時間との関係を示すグラフであり、縦軸がトナー濃度で、横軸がトナー供給時間である。なお、図24におけるNEは、「ニア・エンプティ」のタイミングを示し、Eは「エンプティ」のタイミングを示し、ELは、トナー濃度(TC)の「エンプティ」のレベルを示している。また、図24におけるaはトナーカートリッジ1本分の標準累積トナー補給時間であり、bは新規セット時から「ニア・エンプティ」までの標準トナー補給時間であり、cは各出力画像の画素カウント累積区間(ニア・エンプティ〜エンプティ区間)を示している。また、図25は、「ニア・エンプティ」表示タイミングの学習制御の効果の様子を示すグラフであり、左側縦軸が「ニア・エンプティ」表示時のトナー残量閾値(%)で、右側縦軸が「ニア・エンプティ」から「エンプティ」までの出力PV(kPV)で、横軸がトナーカートリッジ交換回数(学習回数)である。
また、画像形成装置は、ATCセンサ421の検知結果およびモータ431の作動状況を取得するトナー供給時間演算手段440と、トナー供給時間演算手段440からの情報に基づいて「ニア・エンプティ」または「エンプティ」を判断する判断手段450と、判断手段450による判断結果やトナー残量状態等を表示する表示手段460とを備えている。すなわち、画像形成装置において、トナー供給時間を累積した累積トナー供給時間から「ニア・エンプティ」を判断し表示し、また、現像装置420内のトナー濃度を検出して「エンプティ」を判断し表示する。
3kPV/25kPV=0.12
となり、判断手段450は、トナー供給時間演算手段440からの情報に基づいてトナー残量が12%になったところで「ニア・エンプティ」と判断し、表示手段460により「ニア・エンプティ」を表示させれば良い。また、このタイミングを累積トナー補給時間で言えば、図24に示すように、
1000×(1−0.12)=880秒
になったところで「ニア・エンプティ」を表示すれば良いことになる。
このように、「ニア・エンプティ」表示タイミングとして、33kPV前に設定しているにもかかわらず、機差およびトナーカートリッジ430の個体差などにより、5kPVよりも前に「ニア・エンプティ」が表示される場合がある。仮に、±20%の誤差(ばらつき)をもっているとすれば、7kPVよりも前に「ニア・エンプティ」が表示されたり、「ニア・エンプティ」が表示されることなく「エンプティ」となったりしてしまうことになる。
これらの不具合を改善する方法として機差(具体的にはトナー供給手段)およびトナーカートリッジ430の内部構造(トナー送り機構)の製造精度を上げることでばらつきの範囲が縮小されて改善されるものの、製造精度アップに伴う製造コストも上昇してしまう。上述した不具合を改善するための有効な解決策として、「ニア・エンプティ」表示タイミングの学習制御をあげることができる。これによれば、極端なコストアップにつながらない。
具体例で示すと、原稿密度が固定された標準原稿1枚当たりの画素カウント値を5000とすると、区間累積画素カウント基準値は、
3000×5000=15×106
となる。また、実際に出力された画像の区間累積画素カウント値を27×106(=5400×5000)とすると、両者の差は12×106となる。この差は、標準原稿のPV換算では、5.4kPV前に「ニア・エンプティ」が表示されたことになり、3kPV前の表示に対し、2.4kPVもズレて表示したことになる。
このズレを補正するには、実際の区間累積画素カウント値と区間累積画素カウント基準値との差である12×106に所定の係数(K)を乗じて、「ニア・エンプティ」表示タイミングであるトナー残量閾値(例えば上述した例では12%)を、トナーカートリッジ430が新規交換された(エンプティになった)時に、徐々に学習補正していけば、図25に示すように、いずれは3kPV前に「ニア・エンプティ」表示できるようになる。なお、図25は、「ニア・エンプティ」の表示タイミングを「エンプティ」の3kPV前に表示するようにトナー残量閾値をトナーカートリッジ交換毎(エンプティ時)に学習した結果を示したものである。
具体例で示すと、「エンプティ」表示によりトナーカートリッジ430を取り出したが、そのトナーカートリッジ430の内部にトナーが多少残っている場合などには、そのトナーカートリッジ430を軽くたたいて、トナー搬送口へトナーを寄せて、再挿入すると、リカバリー動作によってトナー濃度が復帰し、コピーやプリントが可能になってしまうことがある。しかしながら、実際にはそのトナーカートリッジ430内のトナーは空状態に近いので、すぐに「エンプティ」となり、再度、補正学習が入力され、トナー残量閾値をズレの方向に変化させてしまうことになる。このようなことが生じると、補正量は生じた回数倍になってしまい。適当な「ニア・エンプティ」表示のタイミングではなくなってしまう可能性がある。
そこで、上述した学習履歴記憶手段432をトナーカートリッジに設け、これにより、例えば1本のトナーカートリッジ430においては、学習させる回数は1回というように制限を加えることができ、適正な学習補正を行うものである。
第5の変形例の背景としては、次のようなことである。すなわち、従来、トナー濃度が上昇することによるかぶりや、トナー濃度が減少することによるBCOといった不具合を防止するために、磁気センサにより現像装置内のトナー収容部における現像剤の磁気量を検出し、これによりトナーとキャリアとの比を求めて、現像装置内のトナー濃度を検出している。ところが、この磁気センサは、出力特性が現像剤の嵩(密度)に依存して変化してしまう性質を有しており、嵩密度が高くなるとトナーとキャリアとの混合比は同じであっても単位体積当たりに存在するキャリアの量が多くなる。このため、磁気センサの出力値も大きくなってしまい、これによりトナー濃度が本来の濃度より低く検出されてしまう問題があった。
また、単位時間当たりのトナー濃度検出手段の出力変化方向あるいは変化量(傾き)により、トナー濃度に対する検出手段の感度補正を行うことを特徴とするものである。そして、単位時間当たりのトナー濃度検出手段の出力変化量がある閾値以上ある場合には、トナー濃度に対する検出手段の感度補正を行う。
また、画像信号から像密度あるいはトナー消費量を算出する手段を更に備え、ある単位時間当たりの像密度あるいはトナー消費量に応じてトナー濃度に対する検出手段の感度補正を行うことを特徴とすることもできる。
単位時間当たりのトナー濃度検出手段の出力変化方向あるいは変化量(傾き)により、トナー濃度に対する検出手段の感度補正を行う。そして、単位時間当たりのトナー濃度検出手段の出力変化量がある閾値以上ある場合には、トナー濃度に対する検出手段の感度補正を行う。また、画像信号から像密度あるいはトナー消費量を算出する手段を更に備え、ある単位時間当たりの画像密度あるいはトナー消費量に応じてトナー濃度に対する検出手段の感度補正を行うようにする。
このように、トナー濃度センサの出力変化方向、あるいはある単位時間当たりのセンサ検出値変化量(傾き)により現像剤の嵩(密度)の変化判断し、トナー濃度センサの検出値を補正することで、トナー消費量の変化の大きいプリントの場合に生じる急激な現像剤の嵩(密度)変化によるトナー濃度センサの感度変化を補正することでトナー濃度センサ検出精度を向上させることが可能となる。
現像装置内のトナー濃度をトナー濃度センサ(磁気センサ)により検出する装置において、トナー濃度センサの出力値をあるインターバル毎に採取し、その変化量(あるいはトナー濃度センサの推移をあるインターバル毎に微分することで傾きを求めても良い)がある閾値以上大きいと判断された場合には、現像装置内の現像剤の嵩(密度)が大きく変化していると判断し、その間のトナー濃度センサの出力を補正する。さらに精度良く補正するために、変化量あるいは傾きの大きさにより、補正量を変化させることも考えられる。
また、トナー画像濃度センサ等により、出力プリント画像の濃度が一定となるようにトナー供給を制御する装置においては、画像密度変化あるいは環境変化等により同じ濃度となる際の現像装置内のトナー濃度は変化してしまう。例えば、ある画像密度で出力を行っていた場合から、より高い画像密度で出力を行うと、トナーの消費が多くなる。そのため、撹拌時間が短いままで現像されることにより現像剤の帯電量が低下する等の理由により、見かけ上現像性が向上する(トナーがキャリアから離れやすくなることにより、より現像されやすくなる)。これにより、同じ出力濃度を得るためにトナー濃度は少なくて済むので、現像剤の嵩が減ることになる。その一方で、より低い画像密度で出力を行うと、トナーの消費が少なくなり、現像剤が現像装置内で撹拌される時間が長くなることにより現像剤の帯電量が上昇する等の理由により現像性が低下することにより、同じ出力濃度を得るにはトナー濃度が高い必要があることから現像剤の嵩が増える。
このように、出力画像の画像密度変化により現像剤の嵩が変化することにより、トナー濃度センサの出力も変化してしまう。そこで、出力画像の像密度に応じて、現像剤の嵩変動を予測してトナー濃度センサの出力を補正する。
Claims (6)
- トナー像が担持される担持体と、
用紙を所定のスピードで搬送する用紙搬送手段と、
前記担持体に担持されたトナー像を前記用紙搬送手段により搬送される用紙に対して転写せしめる転写手段と、
前記転写手段の用紙搬送下流側に設けられ、当該転写手段により用紙に転写されたトナー像を定着させる定着器と、
前記定着器の定着スピードを連続プリント中に低下させる一方でいったん低下させた後には連続プリント中に増加させないように制御する定着スピード制御手段と、
を含み、
前記定着スピード制御手段は、連続プリント時における前記定着器の定着スピードを、連続プリント開始時からプリント済み枚数に応じて前記用紙搬送手段の前記所定のスピードと同じ値である基準定着スピードへと段階的に低下するように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 連続プリントする全プリント枚数の情報を連続プリント開始前に取得する全プリント枚数情報取得手段を更に備え、
前記定着スピード制御手段は、前記全プリント枚数情報取得手段により取得された全プリント枚数の情報がより少ないときに連続プリント開始時の定着スピードをより低速にすることを決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。 - トナー像が担持される担持体と、
用紙を所定のスピードで搬送する用紙搬送手段と、
前記担持体に担持されたトナー像を前記用紙搬送手段により搬送される用紙に対して転写せしめる転写手段と、
前記転写手段の用紙搬送下流側に設けられ、当該転写手段により用紙に転写されたトナー像を定着させる定着器と、
前記定着器の定着スピードを連続プリント中に低下させる一方でいったん低下させた後には連続プリント中に増加させないように制御する定着スピード制御手段と、
を含み、
前記定着スピード制御手段は、連続プリント時における定着画像のグロス変動量を抑制するように前記定着器の定着スピードを、前記用紙搬送手段の前記所定のスピードと同じ値である基準定着スピードへと段階的に低下するように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着スピード制御手段は、連続プリント当初のグロスを低下させるように前記定着器の定着スピードを高くすることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 所定の搬送スピードで搬送される用紙にトナー像を転写し、当該用紙に転写されたトナー像を定着器で定着する画像形成方法であって、
前記定着器によりトナー像が用紙に定着される定着スピードを連続プリント開始時に前記搬送スピードよりも高く設定し、
連続プリント中の前記定着スピードを前記連続プリント開始時の定着スピードから前記搬送スピードへと段階的に低下させていくことを特徴とする画像形成方法。 - 所定の搬送スピードで搬送される用紙にトナー像を転写し、当該用紙に転写されたトナー像を定着器で定着する画像形成方法であって、
前記定着器によりトナー像が用紙に定着される定着スピードを連続プリント開始時に前記搬送スピードよりも高く設定し、
連続プリント中の前記定着スピードを前記搬送スピードと同じ値である基準定着スピードへと段階的に低下するように制御し、連続プリント時における定着画像のグロス変動量を抑制することを特徴とする画像形成方法。
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