(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成媒体上に潜像を形成し、その潜像をトナー現像して画像を形成する工程を有する画像形成装置において、
トナー濃度を調整するためのトナー濃度調整パターンを形成するトナー濃度調整パターン形成手段と、
最大転写幅に対して小さなサイズの転写紙を連続して通紙して画像形成を行うことに起因して現像器の主走査端部で生ずるトナーの流動性の悪化を防止するために前記画像形成媒体の端部にトナーを強制的に消費させるトナー消費パターンを形成するトナー消費パターン形成手段と、
前記トナー濃度調整パターン形成手段によるトナー濃度調整パターンの形成と重複するタイミングでトナー消費パターン形成手段によるトナー消費パターンを形成させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー濃度調整パターンの濃度を検出する検出手段が、前記トナー消費パターンの形成位置に対向して設けられ、
前記制御手段は、前記トナー濃度調整パターンと前記トナー消費パターンとを共用するようにパターンを形成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナー消費パターンがマトリクス状に形成され、
前記制御手段は、マトリクス形状とマトリクス単位の濃度を任意に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、転写媒体のサイズおよび／または転写媒体の数量に応じて前記マトリクス形状および／またはマトリクス単位の濃度を設定す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】
前記制御手段は、トナーの供給口の位置に応じて前記マトリクス形状および／またはマトリクス単位の濃度を設定することを特徴とする請求項４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、電子写真プロセスによって画像を形成するデジタル複写機、ファクシミリ、レーザプリンタなどの画像形成装置に係り、特に、トナーの流動性に起因する画像品質の劣化を防止する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電子写真方式の画像形成装置においては、トナー濃度の安定した画像を形成するため、通常の画像形成の合間にトナー濃度調整を行うのが一般的である。トナー濃度調整に際しては、一定の作像周期毎に、感光体上にトナー濃度調整用パターンを形成し、トナー濃度センサによりトナー濃度を読み取っている。そして、トナー濃度センサにより読み取ったトナー濃度に応じて、画像形成を行う際のレーザ光量や、現像を行う際の現像バイアス等を変化させることにより、安定した品質の画像形成が行えるようにしている。
【０００３】
前記トナー濃度センサは、例えば前記感光体上に形成したトナー像に対し、ＬＥＤ光を照射し、反射光をピンフォトダイオード（ＰＤ）により受光し、ＰＤの出力電圧の変化によりトナー濃度を検出する方式のものが使用される。また、トナー濃度調整用パターンは、トナー濃度センサが配置された主走査位置に形成されるようになっている。
【０００４】
通常の画像形成時に転写紙サイズが最大転写紙幅（例えばＡ３幅：２９７ｍｍ）に対し小さいサイズの転写紙（例えばＡ６サイズ等）を連続して通紙して画像形成を行った場合、現像ユニットのトナー消費は主走査方向において偏りが生じる。トナーは微細な粒径を有する粉体のため、トナー自身である程度の流動性を持っている。また、画像形成装置では、現像器内である程度トナーが循環するようにトナー攪拌装置を用意しているのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のように小サイズの転写紙を連続して通紙し、画像形成を行った場合、現像器の主走査端部ではトナー消費がほとんど行われないので、前述のようなトナー攪拌装置を備えていたとしても、現像器中のトナー消費の偏りにより、特に端部で、消費されないトナーの密度が圧力により徐々に高くなり、トナーの流動性が悪化することがある。このようにトナーの流動性が悪化すると、安定したトナー供給ができなくなり、画像形成に悪影響を与える。このようにトナーの流動性が悪化した状態で、今度はＡ３サイズの画像形成を行った場合、端部でトナーの安定した供給ができなくなり、品質のよい画像形成が行えなくなる。特に、一成分現像方式の場合、現像で消費されなかったトナーが残留し、画像汚れの原因となる。
【０００６】
なお、現像で使用されなかったトナー消費を喚起する目的で、トナーを強制的に消費させ、画像品質の低下を防止するようにした発明として、例えば、特開２０００−２０６７７０公報に開示された発明が公知である。
【０００７】
この発明は、現像ローラに担持されたトナーによって感光体の静電潜像を非接触で現像する非磁性一成分反転現像装置において、現像ローラに対して作像時には直流バイアスのみを印加し、トナー強制消費時には直流バイアス成分を含む交流バイアスを印加して現像に使用されずに現像ローラ上に残留するトナーを効率よく消費させ、劣化トナーによる画像の汚染を防止することができるようにしたものである。
【０００８】
この発明は、残留トナーの消費を効率よく行うので、画像劣化を生じることはないが、バイアスの制御を行う必要があり、制御系が複雑になることは否めない。
【０００９】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、かつ、生産性に影響を与えることなく残留トナーによる画像劣化を防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
また、他の目的は、トナー消費を必要最小限に抑え、かつ、残留トナーによる画像劣化を防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、画像形成媒体上に潜像を形成し、その潜像をトナー現像して画像を形成する工程を有する画像形成装置において、トナー濃度を調整するためのトナー濃度調整パターンを形成するトナー濃度調整パターン形成手段と、最大転写幅に対して小さなサイズの転写紙を連続して通紙して画像形成を行うことに起因して現像器の主走査端部で生ずるトナーの流動性の悪化を防止するために前記画像形成媒体の端部にトナーを強制的に消費させるトナー消費パターンを形成するトナー消費パターン形成手段と、前記トナー濃度調整パターン形成手段によるトナー濃度調整パターンの形成と重複するタイミングでトナー消費パターン形成手段によるトナー消費パターンを形成させる制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段において、前記トナー濃度調整パターンの濃度を検出する検出手段が、前記トナー消費パターンの形成位置に対向して設けられ、前記制御手段は、前記トナー濃度調整パターンと前記トナー消費パターンとを共用するようにパターンを形成することを特徴とする。
【００１４】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記トナー消費パターンがマトリクス状に形成され、前記制御手段は、マトリクス形状とマトリクス単位の濃度を任意に設定することを特徴とする。
【００１５】
第４の手段は、第３の手段において、前記制御手段は、転写媒体のサイズおよび／または転写媒体の数量に応じて前記マトリクス形状および／またはマトリクス単位の濃度を設定することを特徴とする。
【００１６】
第５の手段は、第３の手段において、前記制御手段は、トナーの供給口の位置に応じて前記マトリクス形状および／またはマトリクス単位の濃度を設定することを特徴とする。
【００１７】
なお、以下の実施形態において、トナー濃度調整パターン形成手段はトナー濃度調整パターン形成部２２１に、トナー消費パターン形成手段はトナー消費パターン形成部２２２に、制御手段はＣＰＵ３２０に、画像形成媒体は感光体１０１にそれぞれ対応する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。図１において、画像形成装置１００は電子写真方式のもので、感光体ドラム１０１と、感光体ドラム１０１の外周部に配置された帯電ユニット１０２、現像ユニット１０３、転写ユニット１０４、分離ユニット１０５、クリーニングユニット１０６および書き込みユニット１１０等で構成され、転写ユニット１０４の下流側には熱定着器からなる定着ユニット１０７が配置され、記録媒体上に形成されたトナー画像を熱融着させることにより記録媒体、例えば転写紙に転写された最終画像が得られる。
【００２０】
図２は書き込みユニット１１０によって構成される走査光学系の構成を示す概略構成図である。同図において、走査光学系は、レーザ光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）ユニット１１１、レーザ光を反射し、感光体１０１上にレンズ等の光学素子を介して走査する回転多面鏡１１２（以下、ポリゴンミラーと称す）、感光体１０１上でのレーザの走査を等速にするためのｆθ特性を有する光学素子（ｆθレンズ）１１３、および感光体１０１へとレーザ光を導く反射ミラー１１４から基本的に構成されている。また、この走査光学系には、ポリゴンミラー１１２の回転位置を検出し、電気的なタイミング信号を生成する光検出器１１５が図２に示すように感光体１０１の作像範囲外に配置され、ポリゴンミラー１１２により走査されたレーザ光が、反射ミラー１１６によって感光体１０１に到達する前に光検出器１１５を走査するように構成されている。また、この実施形態では、同期検知手段として機能する光検出器１１５は光学的に感光体１０１面とほぼ同一面になる位置に配されている。
【００２１】
ポリゴンミラー１１２の回転数（ＲＰＭ）は機器の印字速度の要求から決定され、感光体線速をｖ（ｍｍ／ｓ）、印字画素密度をｄｐｉ（dot per inch）、ポリゴンミラー１１２のミラー面数 ｎとすると、
ＲＰＭ  ＝（ｖ×ｄｐｉ×６０）／（２５．４×ｎ）          …（１）式
によって決まる。なお、感光体１０１への書込用光源としては前述のようにレーザダイオードが使用される。
【００２２】
図３は本実施形態に係る画像形成装置の制御のシステム構成を示すブロック図である。このシステムは、画像入力部１５０と、書き込み部２００と、メイン制御部３００とから主に構成されている。メイン制御部３００は画像処理部３１０とＣＰＵ３２０とから構成され、ＣＰＵ３２０には、プログラムが格納されたＲＯＭ３２１と、ＣＰＵ３２０のワークエリアとして機能するＲＡＭ３２２とが付属している。書き込み部２００は、光検出器１１５からの検出信号に基づいて同期信号を生成する同期検知信号生成部２１０と、書き込み画像データ処理部２２０と、ＬＤユニット駆動部２３０とからなる。書き込み画像データ処理部２２０には、さらに、トナー濃度調整パターン形成部２２１とトナー消費パターン形成部２２２とが設けられている。
【００２３】
画像入力部１５０はＣＰＵ３２０によって制御され、画像入力部１５０から入力される画像データは画像データバスを介して画像処理部３１０に入力される。また、書き込み部２００には、データバスを介して画像処理部３１０から画像処理されたデータが入力される。書き込部２００に入力された画像データは、書き込み画像データ処理部２２０において同期検知信号生成部２０１により生成された同期検知信号ＤＥＴＰに同期して、ＬＤユニット駆動部２３０に送出される。ＬＤユニット駆動部２２０では、送出された画像データに応じてＬＤユニット１１１を駆動制御することにより、ポリゴンミラー１１２の回転に同期して、感光体１０１上にレーザ光を走査し、静電潜像を形成する。
なお、画像形成の各工程は公知の電子写真プロセスに対応し、記録媒体の搬送工程も公知の電子写真方式の搬送工程と同等なので、ここでの説明は省略する。
【００２４】
前述のように通常の画像形成の合間にトナー濃度の安定した画像を形成するためトナー濃度調整が行われる。トナー濃度調整は、一定の作像周期毎に感光体１０１上に図４に示すようなトナー濃度調整用パターン４０１を形成し、トナー濃度センサ１１７の検知出力に基づいてトナー濃度を検出し、トナー濃度センサ１１７によって読み取ったトナー濃度に応じて、画像形成を行う際のレーザ光量や、現像を行う際の現像バイアス等を変化させ、安定した画像形成を行うようにするものである。トナー濃度センサ１１７はトナー像に対し、ＬＥＤ光を照射し、反射光をピンフォトダイオード（ＰＤ）により受光し、ＰＤの出力電圧の変化によりトナー濃度を検出する。
【００２５】
トナー濃度調整用パターン４０１は、前述の書き込み画像データ処理部２２０のトナー濃度調整パターン形成部２２１において、トナー濃度センサ１１７が配置された主走査位置に形成される。また、本実施形態では、前記トナー濃度調整用パターン４０１に加えて上記のトナーを強制的に消費するトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂをトナー消費パターン形成部２２２により形成し、図４に示すタイミングチャートからも分かるように前述のトナー濃度調整パターン４０１形成時と同時、あるいは連続してトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂを感光体１０１の両端部に形成する。すなわち、トリガ（ＴＧＲ）の出力タイミングから予め設定した時間が経過するとＦＧＡＴＥが出力され、ＦＧＡＴＥがＯＮになってから（用紙先端から）予め設定された時間が経過したときに出力されるＰＧＡＴＥによってトナー濃度調整パターン４０１が書き込まれ、ＰＧＡＴＥがＯＮになっている間であって、ＰＧＡＴＥのＯＮのタイミングから予め設定した時間が経過したときにＴＧＡＴＥがＯＮになってトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂが書き込まれる。なお、前記各時間は、用紙先端からの副走査方向の位置に応じて設定される。
【００２６】
このようにトナー濃度調整パターン４０１とトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂの形成タイミングを重複させることにより、パターン形成による無駄時間がなくなり、最小限の時間でパターン形成が行われるので、画像形成装置の生産性に影響を与えることなくトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂを形成することができる。
【００２７】
このトナー濃度調整用パターン４０２ａ，４０２ｂが形成される部分は、主走査方向の両端部のトナー濃度に偏りが発生し、トナー濃度が濃くなっている部分である。これらのトナー濃度調整パターン４０１とトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂは転写媒体に転写されることなくクリーニングユニット１０６でクリーニングされ、廃棄される。
【００２８】
このように構成することにより、トナーの偏りが解消され、小サイズの転写媒体に多数の画像を連続して形成した後、第サイズの転写媒体に画像を形成したときにおいても、画像の劣化が生じることはない。
【００２９】
しかし、トナー濃度調整パターン形成時に感光体１０１の両端部に転写媒体に転写されないトナー消費パターン４０２ａ，４０２ｂを形成するということは、実際の画像形成に供されない無駄なトナーが多くなることを意味し、その分、トナーの補充周期が短くなることになる。
【００３０】
そこで、他の実施形態として、図５に示すように一方のトナー消費パターン４０２ａをトナー濃度調整パターン４０１と共用するようにする。このためトナー濃度センサ１１７をトナー消費パターン４０２ａを形成する主走査の比較的端部に配置する。これにより一方のトナー消費パターン４１２ａを共用することができる。結果として、トナー濃度調整パターン４０１を形成するためのトナー量だけ、無駄なトナー消費を抑えることができる。
【００３１】
さらにトナーの無駄な消費を抑えることを意図したパターンの例を図６に示す。この実施形態は、トナー消費パターンを図６に示すように任意のマトリックスパターンの各ドットを任意にＯＮ／ＯＦＦ制御できるようにするとともに、各ドットのＯＮ時の濃度も独立して設定できるようにしたもので、このようなマトリックスパターンの連続パターンをトナー消費パターンとして形成する。このようなトナー消費パターンは、ＣＰＵ３２１からの指示によりトナー消費パターン形成部２２２で設定する。
【００３２】
このようにマトリクスパターンを形成した場合、各マトリクスは図に示すＡ〜Ｈの各マトリクスで個別に濃度設定が可能であり、また、各マトリクスにおいて独立のパターンで画素の間引き設定も可能である。このような設定は、画像処理との関係で行われ、また、予め実験などで見つけておいた最適なパターンに基づいて行われる。また、カラーの画像形成装置の場合には、ＹＭＣＫの各色に応じて最適なパターンを設定し、ＹＭＣＫの各画像形成時に前記パターンを切り換えるようにするとよい。
【００３３】
このように構成することにより、トナー消費パターンの濃度が任意に設定できるので、画像形成時の画像劣化を生じない必要最低限のトナー消費に抑えることが可能となる。
【００３４】
なお、前記パターンは、例えば現像ユニット１０３におけるトナー供給口の位置、例えば、感光体１０１のいずれか一方の側に対応する位置にトナー供給口が位置している場合、感光体１０１の中央部に対応する位置にトナー供給口が位置している場合、感光体１０１の両端部に対応する位置から中央側に向かってトナー供給口が開口している場合などによって最適なパターンが異なってくる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トナー濃度調整パターン形成手段によるトナー濃度調整パターンの形成と重複するタイミングでトナー消費パターン形成手段によるトナー消費パターンを形成させるので、簡単な構成で、かつ、生産性に影響を与えることなく残留トナーによる画像劣化を防ぐことができる。
【００３６】
また、本発明によれば、トナー濃度調整パターンとトナー消費パターンとを共用させたり、トナー消費パターンをマトリクス状に形成し、マトリクス形状とマトリクス単位の濃度を任意に設定するので、トナー消費を必要最小限に抑え、かつ、残留トナーによる画像劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】図１における書き込みユニットによって構成される走査光学系の構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像形成装置の制御のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】トナー濃度調整パターンおよびトナー消費パターンとその形成タイミングを示す図である。
【図５】トナー濃度調整パターンとトナー消費パターンとを共用する実施形態を示す図である。
【図６】トナー消費パターンをマトリクス状に形成した実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１００  画像形成装置
１０１  感光体
１０２  帯電ユニット
１０３  現像ユニット
１０４  転写ユニット
１０５  分離ユニット
１０６  クリーニングユニット
１０７  定着ユニット
１１０  書き込みユニット
１１１  ＬＤユニット
１５０  画像入力部
２００  書き込み部
２２０  書き込み画像データ処理部
２２１  トナー濃度調整パターン形成部
２２２  トナー消費パターン形成部
２３０  ＬＤユニット駆動部
３００  名制御部
３１０  画像処理部
３２０  ＣＰＵ
４０１  トナー濃度調整パターン
４０２ａ，４０２ｂ  トナー消費パターン
【図１】
0004523206.tif 000002
【図２】
0004523206.tif 000003
【図３】
0004523206.tif 000004
【図４】
0004523206.tif 000005
【図５】
0004523206.tif 000006
【図６】
0004523206.tif 000007