(57)【要約】【課題】センサの追加無しに画像形成条件の異常を検知して、画像形成濃度を一定に保つ濃度制御を実行することが可能な画像形成装置を実現する。【解決手段】画像データに応じた潜像を像担持体上に形成し、この潜像を現像により可視像化して転写紙に転写し、転写された画像を定着して出力する画像形成装置であって、像担持体上に濃度制御用の基準像を形成する基準像形成手段と、前記基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出する反射光検出手段と、前記反射光検出手段で検出された検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段と、前記増幅手段にて増幅された増幅信号に基づいて濃度制御を実行すると共に異常判定を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、濃度制御を実行する際と異常判定を行う際とでは、前記増幅手段からの異なる増幅信号を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに応じた潜像を像担持体上に形成し、この潜像を現像により可視像化して転写紙に転写し、転写された画像を定着して出力する画像形成装置であって、
像担持体上に濃度制御用の基準像を形成する基準像形成手段と、
前記基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出する反射光検出手段と、
前記反射光検出手段で検出された検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段と、
前記増幅手段にて増幅された増幅信号に基づいて濃度制御を実行すると共に異常判定を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、濃度制御を実行する際と異常判定を行う際とでは、前記増幅手段からの異なる増幅信号を用いる、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像データに応じた潜像を像担持体上に形成し、この潜像を現像により可視像化して転写紙に転写し、転写された画像を定着して出力する画像形成装置であって、
像担持体上に濃度制御用の基準像を形成する基準像形成手段と、
前記基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出する反射光検出手段と、
前記反射光検出手段で検出された検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段と、
前記増幅手段にて増幅された増幅信号に基づいて濃度制御を実行すると共に異常判定を行う制御手段と、を備え、
前記増幅手段は、同一シーケンス内で複数の異なる増幅率で前記検出信号を増幅して複数の増幅信号を生成し、
前記制御手段は、前記濃度制御の実行と前記異常判定とを同一シーケンス内で実行する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記異なる複数の増幅率として、少なくとも一つは、濃度制御を実行するための増幅信号を得る増幅率であり、少なくとも他の一つは、画像形成異常を判定するための増幅信号を得る増幅率である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記濃度制御を実行するための増幅信号を得る増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅する場合に、正常な画像形成における濃度の差を表せる分解能を有する増幅率である、ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記濃度制御を実行するための増幅信号を得る増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅する場合に、基準像の画像形成がなされた状態と基準像の画像形成がなされない状態とを識別できる増幅率である、ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置に関し、特に、画像の濃度制御と異常判定とを確実に実行できる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術（１）：
画像データに応じた潜像を像担持体上に形成し、この潜像を現像により可視像化して転写紙に転写し、転写された画像を定着して出力する電子写真方式の画像形成装置において、像担持体上に濃度制御用の基準像（基準パッチ）を形成し、この基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出し、検出された検出信号に基づいて画像の濃度制御を実行することが一般的に行われている。この場合、基準像の濃度が予め定められた値になるように、トナー補給量などの各種現像条件を制御するようにしている。
【０００３】
ところが、この手法によると、画像形成条件に何らかの異常が生じて画像濃度が低下した場合、トナー補給量などで画像濃度低下分を補おうとするため、トナー飛散や画像かぶりを引き起こす恐れがあった。
【０００４】
従来技術（２）：
以上のような従来技術（１）の問題を回避するために、以下の特許文献１記載の発明で、画像濃度の急激な変動があった場合には、トナー補給量の制御を中断することが提案されている。
【０００５】
従来技術（３）：
また、以上の従来技術（２）に類する技術として、以下の特許文献２記載の手法や、以下の特許文献３記載の手法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平２−１４２８５２号公報（第１頁〜第５頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−１０６２１７号公報（第１頁〜第３頁、図１）
【特許文献３】
特開２００２−１０８０８７号公報（第１頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１記載の技術では、急激な画像濃度の変動が画像形成条件の異常（例えば、基準像が全く形成されない等）に起因して発生したものか区別することができない問題がある。たとえば、画像形成条件が正常であっても、高黒化率画像を連続で画像形成した場合に大量の現像剤が消費されて急激な画像濃度の変動が発生しうる。
【０００８】
また、上記特許文献２記載の技術では、他の画像形成条件検知手段の出力結果により、正常な画像形成条件か否かを判断する手法が提案されている。この特許文献２記載の技術では、表面電位計により像担持体表面の電位を測定し、その電位が異常値であった場合にはトナー濃度制御を行わないことが提案されている。
【０００９】
また、上記特許文献３記載の技術では、トナー濃度検知手段と画像濃度検知手段との検知結果を比較することで、トナー濃度制御の異常を判断することが提案されている。
【００１０】
以上の特許文献２記載の技術と特許文献３記載の技術では、画像形成条件が正常であるか、正常でないかの判断は容易になるものの、専用のセンサを追加する必要があり、大幅なコストアップを避けられない。
【００１１】
本発明は以上の課題に鑑みて成されたものであって、その目的はセンサの追加無しに画像形成条件の異常を検知して、画像形成濃度を一定に保つ濃度制御を実行することが可能な画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記した課題を解決する本願発明は、以下に述べるようなものである。
【００１３】
この発明は、画像データに応じた潜像を像担持体上に形成し、この潜像を現像により可視像化して転写紙に転写し、転写された画像を定着して出力する画像形成装置であって、像担持体上に濃度制御用の基準像を形成する基準像形成手段と、前記基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出する反射光検出手段と、前記反射光検出手段で検出された検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段と、前記増幅手段にて増幅された増幅信号に基づいて濃度制御を実行すると共に異常判定を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、濃度制御を実行する際と異常判定を行う際とでは、前記増幅手段からの異なる増幅信号を用いる、ことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
なお、この発明では、前記増幅手段は、同一シーケンス内で複数の異なる増幅率で前記検出信号を増幅して複数の増幅信号を生成し、前記制御手段は、前記濃度制御の実行と前記異常判定とを同一シーケンス内で実行する、ことが望ましい。
【００１５】
また、以上の異なる複数の増幅率として、少なくとも一つは、濃度制御を実行するに適した増幅率であり、少なくとも他の一つは、画像形成異常を判定するのに適した増幅率である、ことが望ましい。
【００１６】
ここで、濃度制御を実行するに適した増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅した場合に、正常な画像形成における濃度の差を明瞭に表せるような分解能を有する状態に増幅できることを意味している。
【００１７】
また、画像形成異常を判定するのに適した増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅した場合に、正常でない画像形成における状態を明瞭に識別できる状態に増幅できることを意味している。
【００１８】
この発明では、像担持体上の濃度制御用の基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出し、この検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成し、濃度制御を実行する際と異常判定を行う際とでは、異なる増幅率の増幅信号を用いるようにする。
【００１９】
このようにすることで、専用のセンサを追加すること無しに、画像形成条件の異常を検知しつつ、画像形成濃度を一定に保つ濃度制御を実行することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態例の各手段を機能毎にを示す機能ブロック図、図２は本発明の実施の形態例を適用する画像形成装置の各部の機械的構成とセンサの配置を示す構成図である。図１と図２とで同一物には同一番号を付してある。
【００２１】
これらの図において、１は画像データに応じた潜像およびトナー像が形成される像担持体（感光体ドラム）、１０は画像形成のための帯電を行う帯電器、である。
【００２２】
２０は画像形成のために像担持体１に画像データに応じたレーザビームを用いて露光を行うことで静電潜像を形成する露光手段である。
【００２３】
３０は像担持体１上に形成された静電潜像を現像処理によって可視像であるトナー像にするための現像を行う現像器、４０は像担持体１上のトナー像を転写紙に転写させ、トナー像が転写された転写紙を像担持体１から分離するための転写・分離手段、５０は像担持体１上の転写後の不要トナーを除去するクリーニング部である。
【００２４】
６０は転写紙を搬送する搬送手段であり、給紙カセッテから記録紙を送り出す送り出しローラ、転写紙を像担持体１まで所定のタイミングで送る給紙ローラ、トナー像が転写された記録紙を搬送する搬送ベルト６３などで構成されている。
【００２５】
７０は像担持体１表面の基準像に所定の光を照射し、さらにその際の反射光を検出する反射光検出手段としてのセンサである。このセンサ７０は、所定の光を照射するＬＥＤ７１と、像担持体１でのＬＥＤ７１からの照射光の反射光成分を受光するフォトトランジスタ７２とを備えて構成されている。
【００２６】
また、フォトトランジスタ７２で検出された検出信号を、複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段として、第１増幅回路７３、第２増幅回路７４とが設けられている。
【００２７】
８０は転写紙上に転写されたトナー像を所定温度の熱と所定の圧力とにより定着させる定着ユニットである。
【００２８】
また、画像形成装置において、各部を制御する制御手段としてのＣＰＵ１００と、オペレータから各種操作の入力がなされる操作部２００と、各種データが保持されているメモリ３００と、原稿を読み取って画像データを生成するスキャナ５００と、画像データに所定の画像処理を施す画像処理部６００とを有して構成されている。ここで、メモリ３００をＣＰＵ１００の外部に存在するものとして示したが、ＣＰＵ１００内部のメモリを用いる構成にすることも可能である。
【００２９】
また、図３はセンサ７０内部のＬＥＤ７１とフォトトランジスタ７２との配置を示す説明図である。ここで、ＬＥＤ７１とフォトトランジスタ７２とは、たとえば、図３のように、ＬＥＤ７１から像担持体１表面の基準像に所定の光を照射し、さらのその際の反射光をフォトトランジスタ７２で検出するように、入射角と反射角とがほぼ等しいことが望ましい。ここでは、入射角と反射角とが４５°である場合を例示している。
【００３０】
また、図４は、フォトトランジスタ７２で検出された検出信号を、複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成する増幅手段としての第１増幅回路７３、第２増幅回路７４との様子を示している。たとえば、ここに示すように、第１増幅回路７３と第２増幅回路７４とでは、それぞれがオペアンプで構成されており、帰還抵抗の違いにより増幅率を異なるように設定している。
【００３１】
また、以上の異なる複数の増幅率として、少なくとも一つは、濃度制御を実行するに適した増幅率であり、少なくとも他の一つは、画像形成異常を判定するのに適した増幅率である、ことが望ましい。
【００３２】
ここで、濃度制御を実行するに適した増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅した場合に、正常な画像形成における濃度の差を明瞭に表せるような分解能を有する状態に増幅できることを意味している。
【００３３】
また、画像形成異常を判定するのに適した増幅率とは、基準像の反射光の検出信号を増幅した場合に、正常でない画像形成における状態を明瞭に識別できる状態に増幅できることを意味している。
【００３４】
すなわち、通常の濃度制御を実行する際の通常の増幅率の第２増幅回路７４の増幅信号（本実施の形態例の増幅信号＃２）では、基準像の濃度が正常あるいは薄いの区別はつくように、分解能が高くなるように設定されている（図５増幅信号＃２で右下がりになっている部分）。
【００３５】
たとえば、本実施の形態例で実験に用いたコニカ株式会社製の複写機の場合、第２増幅回路７４の増幅信号が０．６２Ｖ以下のときに、基準像の濃度が正常な所定レベルに達しているものを具体例に用いる。
【００３６】
しかし、以上のような通常の増幅率の増幅信号では、基準像の濃度があるレベルより薄い場合では、信号が飽和してしまっている。このため、基準像の濃度があるレベルより薄い場合と基準像が全く形成されていない場合とでは、信号の飽和により全く区別がつかない（増幅信号電圧３．３Ｖ付近の部分）。
【００３７】
そこで、本実施の形態例では、画像形成異常として、基準像が全く形成されていない状態を判定するために、第１増幅回路７３の増幅率を、第２増幅回路７４の増幅率より下げ、基準像の濃度が正常あるいは薄い状態にある場合の分解能を下げている（図５増幅信号＃１）。この図５では、増幅信号＃１は、増幅信号＃２と比較して分解能は著しく低下している。しかし、これにより、像担持体１の素面（基準像などのトナー像が一切形成されていない状態の表面）での検出信号を増幅した増幅信号は、図６に示すように、ほぼ２．６４Ｖ一定となっている。
すなわち、トナー像が一切形成されていない異常状態と、トナー像が何らかの状態で形成されている正常状態とを、明らかに区別することが可能である。
【００３８】
なお、具体的には、実験に用いた複写機の場合、像担持体〜現像スリーブ間距離を通常条件＋０．１ｍｍ、現像スリーブ印加電圧を通常条件＋２００Ｖとして、画像が薄くなる方向に条件を変えて測定を行ったが、出力信号＃１は０．６５Ｖ以上になることはなかった。
【００３９】
この場合、図５の増幅信号＃１の最大電圧が０．６５Ｖ、図６の増幅信号＃１の電圧が２．６４Ｖであるため、像担持体１表面の反射光量のばらつきなども考慮し、中間の１．６５Ｖをしきい値として、正常か異常かを判定することが可能になる。
【００４０】
なお、従来からの増幅信号＃２では、トナー像が薄くなった状態で信号が飽和しており、このような区別をすることが出来なかったことは、図５からも明らかに読みとれる。
【００４１】
〈第１の実施の形態例〉
以下、ＣＰＵ１００による濃度制御の動作について、図７のフローチャートを参照して説明を行う。
【００４２】
まず、ＣＰＵ１００の制御により、メモリ３００より基準像（基準パッチ）の濃度や大きさや配置に関する情報を読み出し、画像処理部６００で基準像の画像を生成し、この基準像を露光部２０で像担持体１上に露光する。この際に、帯電器１０で像担持体１を帯電させておき、現像器３０によって基準像の静電潜像をトナー像にする（ステップＳ７０１）。
【００４３】
以上のようにして像担持体１上に形成した基準像のトナー像を、センサ７０により読み取る（ステップＳ７０２）。この読み取りは、ＬＥＤ７１から所定の光を像担持体１上に照射しておき、像担持体１およびトナー像からの反射光をフォトトランジスタ７２で読み取る。そして、フォトトランジスタ７２の出力を、第１増幅回路７３と第２増幅回路７４とで増幅し、それぞれの出力である増幅信号＃１と増幅信号＃２とをＣＰＵ１００に供給する。
【００４４】
ここで、第１増幅回路７３では画像形成異常（基準像が形成されない状態）を判定するために、基準像が薄い状態と基準像が全く形成されない状態とで増幅信号の電圧が異なる結果が得られる増幅率で増幅を行い、第２増幅回路７４では濃度制御を実行するのに必要な分解能を有する増幅率で増幅を行っている。
【００４５】
そして、ＣＰＵ１００は、基準像を読み取って得たタイミングの検出信号を増幅した増幅信号＃１と増幅信号＃２とを取り込み、その電圧値を所定のしきい値と比較する。
【００４６】
ここで、ＣＰＵ１００は、増幅信号＃２が０．６２Ｖ以下であるかを判定する（ステップＳ７０３）。この増幅信号＃２が０．６２Ｖ以下とは、本実施の形態例で実験に用いた複写機の場合に、基準像の濃度が正常な所定レベルに達していることを意味している。
【００４７】
具体的には、実験に用いた複写機の場合、増幅信号＃２が０．６２Ｖの時のトナー像が、定着後に反射濃度Ｄ＝１．４程度になるように設定されている。また、増幅信号＃２が０．６２Ｖより小さくなるに従って濃度が濃くなり、逆に、増幅信号＃２が０．６２Ｖより大きくなるに従って濃度が薄くなることを意味している。
【００４８】
すなわち、このステップＳ７０３では、基準像が明らかに正常濃度範囲にあるか否かを、第２増幅回路７４で増幅された増幅信号＃２によりＣＰＵ１００が判定している。
【００４９】
基準像の濃度が正常な所定レベルに達していると判定された場合（ステップＳ７０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１００は、通常の濃度制御の手順に従い、増幅信号＃２の電圧値に応じてトナー補給量を計算し、現像器３０にてトナー補給を実行する（ステップＳ７０４）。
【００５０】
一方、ＣＰＵ１００の判定によって増幅信号＃２が０．６２Ｖより大きいと分かった場合（ステップＳ７０３でＮＯ）は、更に増幅信号＃１についての判定を続けて行うようにする。
【００５１】
ここで、増幅信号＃２が０．６２Ｖより大きいとは、本実施の形態例で実験に用いた複写機の場合に、基準像の濃度が正常な所定レベルに達しておらず濃度が薄い場合と、何らかの異常により基準像が全く形成されていない場合との、２つの状態が考えられる。すなわち、この２つの状態は、増幅信号＃２のみでは識別することができない。
【００５２】
そこで、ＣＰＵ１００は、増幅信号＃１が１．６５Ｖ以下であるかを判定する（ステップＳ７０５）。この増幅信号＃１が１．６５Ｖ以下とは、本実施の形態例で実験に用いた複写機の場合に、基準像が全く形成されていない状態（画像形成異常）にはなっておらず、基準像の濃度が薄い状態になっていることを意味している（図５参照）。すなわち、このステップＳ７０５では、基準像の形成が、画像形成異常になっているか否かを、第１増幅回路７３で増幅された増幅信号＃１により判定している。
【００５３】
基準像が画像形成異常に陥っていないと判定された場合（ステップＳ７０５でＹＥＳ）、ＣＰＵ１００は、通常の濃度制御の手順に従い、増幅信号＃２の電圧値に応じてトナー補給量を計算し、現像器３０にてトナー補給を実行する（ステップＳ７０６）。
【００５４】
一方、ＣＰＵ１００の判定によって増幅信号＃１が１．６５Ｖより大きいと分かった場合（ステップＳ７０５でＮＯ）は、ＣＰＵ１００は画像形成異常が発生していると判断する（ステップＳ７０７）。
【００５５】
ここで、増幅信号＃１が１．６５Ｖより大きいとは、本実施の形態例で実験に用いた複写機の場合に、何らかの異常により基準像が全く形成されていない状態に陥っていると考えられる。
【００５６】
すなわち、従来からある増幅信号＃２のみでは識別することができなかった２つの状態（画像が薄い状態／画像が全く形成されていない状態）を本発明の実施の形態例によれば明確に判定することが可能になる。
【００５７】
そこで、この実施の形態例においてＣＰＵ１００は、トナー補給などを実行することなく、基準像の形成を再度繰り返すか、あるいは、異常が発生している旨を表示部などに表示する。
【００５８】
また、以上の実施の形態例では、同一シーケンス内で複数の異なる増幅率で検出信号を増幅して複数の増幅信号を生成し、濃度制御の実行と異常判定とを同一シーケンス内で実行することによって、迅速な制御が可能になっている。
【００５９】
なお、以上の実施の形態例の説明に用いた具体的数値はあくまでも実験機に適用したものであり、各種変更が可能である。すなわち、以上の異なる複数の増幅率として、少なくとも一つは濃度制御を実行するに適した増幅率であり、少なくとも他の一つは画像形成異常を判定するのに適した増幅率とすればよい。そして、このような本発明の実施の形態例よれば、単一のセンサからの出力信号を異なる増幅率の増幅信号として用いているために、センサの追加などが必要なく、装置のコストアップなどを抑止することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
【００６１】
この発明では、像担持体上の濃度制御用の基準像に所定の光を照射したときの反射光を検出し、この検出信号を複数の異なる増幅率で増幅して複数の増幅信号を生成し、濃度制御を実行する際と異常判定を行う際とでは、異なる増幅率の増幅信号を用いるようにする。このようにすることで、専用のセンサを追加すること無しに、画像形成条件の異常を検知しつつ、画像形成濃度を一定に保つ濃度制御を実行することが可能になる。
【００６２】
また、この発明では、同一シーケンス内で複数の異なる増幅率で検出信号を増幅して複数の増幅信号を生成し、濃度制御の実行と異常判定とを同一シーケンス内で実行することにより、迅速な制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例の画像形成装置の電気的な構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態例の画像形成装置の機械的な構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態例におけるセンサの構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態例における異なる増幅率の増幅回路の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態例における異なる増幅率で増幅された増幅信号の特性例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態例における異なる増幅率で増幅された増幅信号の特性例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態例における動作例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  像担持体
２０  露光手段
３０  現像器
４０  転写分離手段
５０  クリーニング部
６０  搬送手段
７０  センサ
７１  ＬＥＤ
７２  フォトトランジスタ７２
７３  第１増幅回路
７４  第２増幅回路
８０  定着ユニット
１００  ＣＰＵ
２００  操作部
５００  スキャナ
６００  画像処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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