(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に組み込まれ、印刷される画像情報に基づきトナー粒子を堆積させる画像形成要素の表面エリア上に堆積したトナー量を検知する方法であって、
前記画像形成要素は、印刷される画像情報に従い電子式ドライバにより制御された画像化電極を有し、
前記表面エリア上に延びる少なくとも１つの画像化電極のインピーダンス又はキャパシタンスの変化を測定する工程、を有し、
前記画像化電極は、画像を形成する工程中にトナー粒子を前記画像形成要素の表面エリアへ電気的に引き寄せるためにも用いられる電極であり、
少なくとも１つのドライバが、トナー粒子を前記画像形成要素の表面上へ引き寄せる電界若しくは磁界、又は電磁界を発生させるように制御され、
前記ドライバの出力信号の振幅は、前記検知されたトナー量に基づいてフィードバック制御される、
方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記画像化電極のインピーダンス又はキャパシタンスは、所定の電圧によって前記画像化電極の電位を急激に変化させ、この電位の変化に応じて前記電極へ流入する又は前記画像化電極から流出する電荷量を検知することによって測定される、特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記ドライバの出力信号の振幅は、前記検知されたトナー量に基づいてフィードバック制御される、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記ドライバは出力信号をパルスの形で伝達させ、前記パルスの長さは前記検知されたトナー量に基づいて制御される、方法。
【請求項５】
画像形成装置に組み込まれ、印刷される画像情報に基づきトナー粒子を堆積させる画像形成要素の表面エリア上に堆積したトナー量を検知する方法であって、
前記表面エリア上に延びる画像化電極のインピーダンス又はキャパシタンスの変化を測定する工程、を有し、
前記電極のインピーダンス又はキャパシタンスは、前記電極の電位を所定の電位だけ変化させることにより、及び前記電位の変化に応じて前記電極へ流入する電荷量又は前記電極から流出する電荷量を検出することにより、測定され、
前記測定する工程は、
電源の第一の所定の電位を前記電極が前記第一の所定の電位に充電されるまで前記電極につなぐ工程と、
前記電極を前記電源から外し、積分器を通じて第二の所定の電位につなぐことによって、前記電極が前記積分器を通じて低放電抵抗で放電されるようにする工程と、
前記電極が前記第二の所定の電位に放電されるまで、前記積分器を通る放電電流を積分する工程と、を有する、方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、前記電極の電位は、トナーが前記表面エリアに供給されている間は一定に保たれ、前記キャパシタンスの変化は、前記表面エリア上へのトナーの追加的堆積によって生じる前記インピーダンス又はキャパシタンスの変化に応じて前記電極へ流入する又は前記電極から流出する電荷量を測定することによって測定される、方法。
【請求項７】
画像形成装置に組み込まれ、印刷される画像情報に基づき画像形成要素の表面上にトナー粒子を堆積させトナー画像を形成する方法であり、少なくとも１つのドライバが、トナー粒子を前記画像形成要素の表面上へ引き寄せる電界若しくは磁界、又は電磁界を発生させるように制御され、前記画像を形成する工程を監視若しくは制御、又は監視及び制御するために請求項５記載の方法が用いられる、方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、前記ドライバは、前記検知されたトナー量に基づいてフィードバック制御される、方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記ドライバの出力信号の振幅は、前記検知されたトナー量に基づいてフィードバック制御される、方法．
【請求項１０】
請求項８記載の方法であって、前記ドライバは出力信号をパルスの形で伝達させ、前記パルスの長さは前記検知されたトナー量に基づいて制御される、方法。
【請求項１１】
画像形成装置であり、
画像形成局を通り過ぎる画像形成要素を有し、印刷される画像情報に基づきトナーが前記画像形成要素の表面上に堆積し、前記画像形成要素は前記画像形成要素の所定の表面エリア上に延びる少なくとも１つの画像化電極を有し、
前記画像形成装置は、前記画像化電極のインピーダンス又はキャパシタンスに生じた変化に基づいて前記所定の表面エリア上に堆積したトナー量を測定する少なくとも１つの測定回路を更に有し、
前記画像形成装置は、印刷される画像情報に従い電子駆動装置により制御された画像化電極を含み、
前記画像形成要素はドラムであり、前記ドラムは前記ドラムの外周上又は外周より下で円周方向に延びる複数の画像化電極を有し、前記複数の画像化電極のそれぞれは、形成されるトナー画像のピクセル行に対応し、前記複数の画像化電極のそれぞれは、前記測定回路のうちの１つに電気的に接続可能であり、
少なくとも１つのドライバが、トナー粒子を前記画像形成要素の表面上へ引き寄せる電界若しくは磁界、又は電磁界を発生させるように制御され、
前記ドライバの出力信号の振幅は、前記検知されたトナー量に基づいてフィードバック制御される、
画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像形成装置であって、
前記計測回路のうちの少なくとも１つは、
電圧信号を印加する電圧源と、
前記所定の表面エリアに堆積したトナー量を積分し検出する積分器と、
前記電極の１つを前記電圧源又は前記積分器の何れかと電気的に接続するスイッチと、を有する、画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の画像形成装置であって、
前記少なくとも１つの画像化電極は、画像を形成する工程中にトナー粒子を前記画像形要素の表面エリアに電気的に引き寄せるために用いられる画像化電極である、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、概して、画像形成要素の表面上にトナー画像が形成されるコピー機やプリンタなどの画像再現システムにおいて用いられる画像形成装置に関する。
本発明は、特に、画像形成ゾーンにおけるトナー供給からのトナー粒子が印刷電極に電圧を加えた結果として絶縁面上に直接堆積するいわゆる直接画像化処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような直接画像化処理は、よく知られており、例えば、米国特許第３，９０９，２５８号、欧州特許第１９１，５２１号、欧州特許第２９５，５３２号、及び欧州特許第３０４，９８３号などに記載されている。
【０００３】
上記画像形成要素は、通常、円筒状のドラムか、又は画像形成局を通り過ぎるように動くエンドレス・ベルトによって形成される。ここで、トナー粉は、電気的ドライバの制御下で、印刷される画像情報に基づいてドラム若しくはベルトの絶縁面へ適用される。このドライバは、トナー粒子を画像形成要素の表面へ引き付けるための電界を生成する電極を制御する。直接画像化処理におけるトナー堆積メカニズムの詳細は、前述の欧州特許第１９１，５２１号に記載されている。
【０００４】
稼動中の画像形成要素の表面上に形成されたトナー画像は、次いで、転送局へ運ばれる。転送局において、トナー画像は、中間画像キャリア上へ、又は直接記録シート上へ転写される。
【０００５】
画像形成要素の表面上へのトナー転送を制御するドライバの１以上が故障すると、印刷された画像に不具合が生じる。欧州特許出願第０９９１２５９号は、各ドライバの出力特性を測定することによって上記のようなドライバの故障を検知する自己診断手段を有する画像形成装置について開示している。この自己診断の結果は、例えば、ユーザに保守・修理が必要であることを忠告する信号を生成するのに用いられる。この信号は、更に、サービスマンが不良部品を交換又は修理するのに必要な工程に容易に取り掛かれるようにするために、適切に機能していないドライバを識別するのに用いられてもよい。加えて、この自己診断の結果は、画像形成装置によって生成されたプリント上の不具合又は少なくともその視覚的効果を自動的に除去する訂正手段を起動させるのに用いられてもよい。上記不具合は、例えば、不良ドライバに取って代わる予備のドライバを自動的に起動させることによって除去される。別の方法として、ドライバ故障の視覚的効果は、該効果が可能な限りキャンセルされるように印刷される画像情報を修正する画像処理ルーチンを自動的に起動することによって除去されてもよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記文献で提案されている自己診断手段は、ドライバの出力信号を参照して故障を検知できるに過ぎず、そのドライバ出力信号に応じて画像形成要素上に実際に堆積したトナー量を確認することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、画像形成要素の表面上に堆積したトナー量を直接検知する方法を提供し、よって画像形成装置及び処理におけるより強力な自己診断及び／又は自己訂正ツールを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的は、画像形成要素の表面エリア上に堆積したトナー量を検知する方法であって、上記表面エリア上に延びる電極のインピーダンス／キャパシタンスの変化を測定することを特徴とする方法によって実現される。
【０００９】
本発明は、画像形成要素の所定の表面エリア上に存在するトナー量は該表面エリア上に延びる電極のインピーダンス／キャパシタンスの可測的変化を生じさせるという効果に基づく。このように、上記表面エリア上にトナーが存在することは、測定されたインピーダンス／キャパシタンスを参照することによって検知可能である。すると、電極のインピーダンス／キャパシタンスと堆積したトナー量とのユニークな関係に基づいて該トナー量を量的に測定できる。このユニークな関係は、前もって実験的に求めることができる。
【００１０】
トナー量が検知された表面エリアは、電極の構成によって定義され、画像形成要素の表面全体を組み込んでもよく、例えば１又は複数のピクセル・サイズ、又は完全なピクセル列若しくは行を有する該表面の一部分のみを組み込んでもよい。画像形成処理の種類に応じて画像形成要素の表面層が電気的に導電性となる場合、電極は画像形成要素自体の該表面層によって形成され得る。他方、画像形成要素が電気的に絶縁された表面層を有する場合、電極は該表面層下部において画像形成要素に埋め込まれ得る。電極は、該表面と対向するように画像形成要素の外側に配置されてもよい。良好なＳ／Ｎ比を得るために要求されることは電極を画像形成要素の表面エリアに十分に近づけることだけであるため、該表面上に堆積したトナーの誘電特性は該電極のキャパシタンスに影響する。例えば静電画像形成処理において、画像形成要素がトナー粒子を引き付ける電界を生成する電極を有する場合、この電極は従来の容量性トナー検知に用いられていたものでもよい。
【００１１】
本発明の任意的特徴は、従属項に記載される。
【００１２】
電極のインピーダンス／キャパシタンスを高精度に測定する測定装置は、それ自体よく知られたものであり、例えばプラスチック・フィルムなどの厚さを容量的に測定するのに用いられるものである。
【００１３】
本発明の一実施形態において、上記電極のキャパシタンスを測定する方法は、電圧源の第一の所定の電位を上記電極が該電位に充電されるまで該電極につなぐ工程と、上記電極を上記電圧源から外し、積算器を通じて第二の所定の電位（例えば、グラウンド）につなぐことによって、上記電極が上記積算器を通じて低放電抵抗で放電されるようにする工程と、上記電極が上記第二の所定の電位に放電されるまで、上記積算器を通る放電電流を積算する工程とを有する。積算の結果は、上記電極の電荷の変化を表す。この電荷の変化を上記第一の所定の電位と上記第二の所定の電位との差で割ると上記電極のキャパシタンスが直接的に得られる。上記積算器は、例えば、オペアンプによって構成される。この場合、上記電極に対する充電抵抗を非常に低くすることができるため、該電極が外界から十分に電気的に絶縁されていない場合であっても、上記キャパシタンスを高精度に測定することができる。
【００１４】
上記画像形成要素の表面にトナーが堆積したことによる上記電極のキャパシタンス変化を測定する別の考えられる方法は、該電極の電位を一定に保ち、該画像形成要素上にトナーが堆積している間に該電極へ流入する電荷量又は該電極から流出する電荷量を測定することから成る。測定された電荷を上記電極の一定電位で割ると、トナーによって生じたキャパシタンス変化が得られる。
【００１５】
一般的に、微量のトナーの検知を可能にし、更には一トナー粒子でさえも検知することを可能にするために、非常に高精度（例えばｆＣ（１０−１５Ｃ）以下のオーダー）に一電荷程度の微量電荷も測定することは、現存する技術（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ））を用いることによって可能である。
【００１６】
上記電極及びそれによって規定される表面エリアの少なくとも一方向が非常に小さい寸法（例えば、一ピクセル、又は、一ピクセル行）である場合、上記インピーダンス／キャパシタンスは、上記表面エリア自体の上に堆積したトナーによって影響を受けるばかりでなく、隣接するエリア上に堆積したトナーによっても影響を受ける。しかし、前述のインピーダンス／キャパシタンスと表面エリア上のトナー量との関係を決定する際に、これら「エッジ効果」を考慮することができる。
【００１７】
本発明は、更に、上述のトナー量検知方法を利用した画像形成方法及び装置にも関する。
【００１８】
このトナー検知方法が自己診断目的又は予防保守目的に用いられる場合、直接画像化処理を制御するドライバの機能を監視することができるだけでなく、該処理に影響を与える他の構成要素の機能（例えば、トナー供給システムの機能など）及び他のパラメータ（例えば、画像形成要素の表面特性の変化、トナー若しくは同類物の特性及び組成（例えば粒子サイズ分布）の変化など）をも監視することができる。欧州特許出願第０９９１２５９号に記載されたドライバの出力信号を監視する手段と組み合わせることによって、保守及び修理オペレーションを大幅に容易に促進させる詳細な診断結果を提供することを可能になる。
【００１９】
その上、上記トナー検知方法は、画像形成装置を高性能化すると共に自己補正機能を追加するのに用いられ得る。例えば、静電直接画像化装置において、画像形成要素上に堆積したトナー量が何らかの理由により所望量より小さいことが検知された場合、この効果は、例えば画像化電極及び／又はカウンタ電極に掛ける電圧を増やすことによって、トナー堆積量が増えるようにドライバの出力信号を修正することによって補償される。このように、かつてない精度でのプリント画像の光密度を制御することが可能である。これは、カラー画像の色相が様々な色成分の光密度にクリティカルに依存するカラー印刷若しくはカラー・コピーのオペレーションにおいては特に有益的であることは明らかである。
【００２０】
本トナー検知方法は、更に、現存する画像形成装置において既に実現されている他の補正方法を向上させるのにも用いられ得る。例えば、画像形成要素上の所定のピクセル位置に関連付けられたドライバが該画像形成要素が画像形成局を通過する間に５０％のパルス負荷比を有するパルス信号を出力する場合、一ピクセル幅の壊れたラインが画像形成要素上に引かれ、このラインの平均光密度が理論上５０％となる。しかし、実際には、このラインの平均光密度は５０％にならず、画像形成処理の特性及び状態に応じてやや小さいかやや大きくなる。この種のエラーを補償する既知の方法は、例えば各パルスの立ち下がりエッジを所定遅延時間だけ進める又は遅らせることによって、ドライバからのパルス信号出力の「オン」期間を長くする又は短くすることによるものである。ここで、本発明は、測定されたトナー量を参照することによって測定される実際の光密度に応じて上記遅延時間を動的に変える可能性を提供する。
【００２１】
このような自己補正若しくは自己調整機能は、画像形成装置を採用する画像再現システムにおいて、該システムにユーザから命令があったとき又は所定の間隔で自己テストを実行させることによって実現され得る。別の方法として、自己テスト・オペレーションは、画像が印刷される度に自動的に実行されてもよい。トナー量の測定は非常に短い時間内で実行することが可能であるため、自己調整オペレーションを連続的に実行し、画像が印刷されている間に基本的にリアルタイムで実行することも可能である。結局、これにより、ドライバが測定されたトナー量に基づいてフィードバック制御される画像形成方法において、形成される画像の光密度が高い信頼性と精度で目標値に制御される。
【００２２】
この概念は、ハーフトーン画像形成処理を提供するために更に開発され得る。
最も一般的に用いられる画像形成装置は、黒ピクセル及び白ピクセルのいずれか一方のみしか印刷できない。ハーフトーンは、画像解像度を犠牲にして、ピクセルをサブピクセルの規則的又は不規則なパターンへ分割することによって生成される。ピクセルのグレー値は、全体として、黒のサブピクセルと白のサブピクセルとの間の比によって決定される。本発明に係るトナー検知方法を用いることによって、個々のピクセルに適用されたトナー量を量的に測定することができるため、所定のピクセルに対するトナー量を所望のグレー値に対応するように制御することができる。したがって、ピクセルをサブピクセルへ分割することはもはや不要であり、ハーフトーン画像を非常に高い空間解像度で印刷することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の好ましい実施形態を図面と共に説明する。
【００２４】
図１に示すように、画像形成装置は、ドラム１０として成形された画像形成要素を有する。このドラム１０は、その円周面が画像形成局１２を通り過ぎるように動くように矢印Ａの方向へ回転される。画像形成局１２は、ドラム面に極めて接近してドラム１０の軸に平行に延びる固定磁気ナイフ１４を有する。この磁気ナイフ１４は、非磁化金属スリーブ１６によって囲まれている。このスリーブ１６は、ドラム１０と同じ方向に回転し、図示しないトナー供給機構によって供給されたトナー粉を磁気ナイフ１４のエッジへフィードする。トナー粉の粒子は、磁力を有するため、スリーブ１６とドラム１０との間の小さな隙間にトナーブラシ１８を形成する。
【００２５】
ドラム１０の円周面は、円周方向に延びる環状のトラック２０の規則的なパターンを有する。このトラック２０の幅及びピッチは、図では大幅に誇張されている。実際には、トラック２０のそれぞれは、ドラム１０の表面上に形成される画像の一ピクセル列に対応する。したがって、この画像形成装置の画像解像度が４００ｄｐｉであれば、ドラム１０の軸方向に１インチ（２．５４センチメートル）あたり４００のトラックが存在することになる。
【００２６】
ドラム１０の断面部分に示したように、トラック２０は、ドラム１０の壁に埋め込まれた環状の電極２２、２４によって形成され、互いに電気的に絶縁され、ドラムの電気絶縁表面層２６によって覆われる。電極２２、２４のそれぞれは、ドライバ２８と関連付けられる。ドライバ２８は、この電極に掛けられる電圧を制御するものであり、スイッチ３０を通じて電力へ接続可能である。このドラムの構造及び製造方法のより詳細な説明は、ここに参考文献として組み込まれる欧州特許第５９５，３８８号に記載されている。
【００２７】
ドラム１０の表面上にトナー画像を形成するために、ドライバ２８は印刷される画像情報に応じて起動される。個々のピクセルが形成されるとき、そのピクセルが形成されるべき位置を磁気ブラシ１８が通るちょうどその瞬間にそのピクセル位置に関連付けられた電極２０に例えば４０Ｖの短い電圧パルスが掛けられる。スリーブ１６はアースされているため、そのピクセルが形成されるべき位置において、スリーブ１６とドラム１０との間の隙間にわたって電界が発達する。この電界は、ドラム上にトナー・ピクセルが形成されるように、トナー粒子をトナーブラシ１８からドラム１０の表面上へ転送させる。図示する例において、トナー・ピクセルの斜線３２がドラムの表面上に形成されるように、電極２２の一部は時間差を空けて電圧が掛けられる。トナーブラシ１８を通ったトラック２０上にピクセルが形成されない場合、対応するドライバは電圧が掛けられない状態のままであり、該ドライバに関連付けられた電極２２はほぼグラウンド電位に保たれている。より正確には、トナー粒子がドラム上へ転送され、望まれない影付きの背景を形成することを防ぐために、わずかなオフセット電圧が必要となる場合もある。転送局３４において、ドラム４０の表面上に形成されたトナー画像は、例えば図示しない記録シート上へ転送される。この記録シートはドラム１０と圧力ローラ３６との間の隙間へフィードされる。
【００２８】
トナー粒子が例えば電極２４を覆う絶縁層２６の表面に付着した場合、このトナー粒子３８の電気的特性は、この電極２４のインピーダンス／キャパシタンスを変える。結果として、電極２４のインピーダンス／キャパシタンスは、この電極２４によって規定されるドラム１０の表面上のエリアに堆積した、すなわち対応するトラック２０上に堆積したトナー粉の量に依存する。各トラック２０上に堆積したトナー量を検知するために、各電極２２、２４は、スイッチ３０及びライン４０を通じてキャパシタンス測定回路４２へ接続可能である。図示する実施形態において、キャパシタンス測定回路４２は、スイッチ４４と、電圧源４６と、オペアンプ４８及びこのオペアンプのフィードバック・ライン上のキャパシタ５０によって構成される積分器と、キャパシタ５０を短絡させるリセット・スイッチ５２とを有する。
【００２９】
電極２４のキャパシタンスを測定するために、この電極は、最初に、ライン４０及びスイッチ４４を通じて電圧源４６へ接続され、電圧源４６の一定出力電圧で充電される。次いで、スイッチ４４は、ライン４０をオペアンプ４８の反転入力へ接続するように切り替えられる。ここで、オペアンプ４８の非反転入力はアースされているため、電極２４はオペアンプ４８を通じて放電される。オペアンプ４８を流れる放電電流は積算され、電極が完全に放電されたとき、電流の時間積分、すなわち電極２４から流れ出た電荷がキャパシタンス測定回路４２の出力５４において検知され得る。電極２４のキャパシタンスは、電圧源４６の電圧によって分割される出力５４において示される電荷に等しい。統計的エラーを排除するために、この測定はスイッチ４４を往復させて複数回繰り返され得る。ここで、積分器はリセット・スイッチ５２を閉じることによって各測定後にリセットされる。
【００３０】
このシステムをキャリブレートするために、黒一色の画像又はあらゆる他の適切なテスト画像がドラム１０上に形成されてもよい。この場合、電極２２、２４それぞれのインピーダンス／キャパシタンスが上述のように測定され、この測定値がテーブルとして記録される。この画像形成装置が所定時間用いられると、上記測定が繰り返され得る。そして、新しいテスト結果を記録されている値と比較することによって、ドラム上に誤ったトナー量が堆積されることを導く画像形成システムのあらゆる種類の故障を検知することができる。この測定を各トラックについて実行することによって、故障しているトラックを識別することもできる。
【００３１】
任意の画像がドラム上に形成されたときに、電極２２、２４のインピーダンス／キャパシタンスが任意的に測定されてもよい。各トラック２０上の平均光密度の期待値は画像情報より知られると共に、電極のキャパシタンスはこの平均光密度にほぼ比例するため、任意の画像に対して得られる結果は異なる光密度を考慮することによってキャリブレート測定の結果と比較され得る。トラック２０上に堆積したトナー量と関連する電極２２若しくは２４のキャパシタンスとの間の関係における非直線性を補正するために、異なる光密度を用いてキャリブレート測定を行い、その結果をルックアップ・テーブルとして、又はキャパシタンスと光密度との間の測定された関係を近似する多項式の係数として記録することも可能である。同様に、キャリブレート測定は、電極のキャパシタンスがトラック上のトナー分布パターンとどのような関係にあるかを判断するために、該トラック内の異なるピクセル・パターンに対して実行され得る。
【００３２】
図示する実施形態において、所定の電極２４のキャパシタンスは、その電極２４自体の上に堆積したトナー粒子ではなく、それに直接的に隣接する電極２２上に堆積したトナー粒子によって影響を受け得る。この効果も、適切なキャリブレート測定によって決定され、効力され得る。
【００３３】
キャパシタンス測定は、ドラム表面上のトナー画像が形成されている間に実行されてもよい。このような測定がピクセル毎又は複数のピクセルから成るグループ毎に繰り返されるとき、測定間のキャパシタンスの増加は、そのピクセル若しくはピクセル・グループについて堆積されたトナー量を反映すると共に、画像情報から得られた期待値と比較され得る。これは、測定間のキャパシタンスの増加は２つの測定間の間隔において印刷された数個のピクセルのコンテントと、あるいは隣接トラック上のピクセルのコンテントとのみに依存するという利点を有する。このように、限られた数の異なるピクセル・パターンのみが測定されたキャパシタンスと比較されるべき期待値を決定するのに考慮されればよい。
【００３４】
よって、本発明の特定のモードによれば、制御回路が印刷されるべきピクセル若しくはピクセル列の光密度を表す信号を生成し、この制御信号に応じて、フィードバック制御において個々の電極２２のインピーダンスが印刷される光密度に対応する値に達したことが確立されるまで個々の電極２２に電圧が掛けられる直接画像化処理が提供される。したがって、画像が複数の画像エリアに対して実現されるべき光密度を表す制御信号に基づいて印刷される直接画像化処理が提供される。受信紙上に光密度テストチャートを印刷し、このプリントをスキャンし、スキャンされたエリアの光密度を記録された値と比較し、測定された偏差を補償するためのインピーダンス値を再規定する印刷システムのキャリブレーションが時々実行され得る。
【００３５】
この方法の別の利点は、ドラムのトナー受信特性を高角度解像度で検知できるため、例えばトナー付着に影響するドラム上の汚れを検知することができることである。
【００３６】
１又は複数のピクセルについて測定されたキャパシタンスの増加がピクセル・パターンから計算された目標値から大幅に外れる場合、例えば適切な電極を制御するドライバ２８の出力電圧を調整することによって、この逸脱を直ちに補償することも可能である。
【００３７】
図示する実施形態において、キャパシタンスが測定されるべき電極はそのドライバ２８から接続が外されなければならないため、この測定は電極が非可動中のみ実行され得る。電極がドライバ２８によって別々のパルスが個々のピクセルに対応するパルスによって制御される場合、キャパシタンス測定は、連続パルスの間の間隔において実行され得る。それ以外の場合、キャパシタンス測定は、電極が画像情報に基づいて「白い」ピクセルを印刷している間に実行され得る。
【００３８】
電圧源４６によって供給される電圧がドライバ２８によって電極に掛けられる電圧と同じ位の大きさである場合、電圧源４６によって掛けられる電圧パルスは、対応するトラック上にあるトナー量の堆積を導き得る。しかし、電圧源４６によって掛けられるパルスは非常に短くすることが可能であるため、上記トナー量は微量とし得る。他方、この電圧は、同時に、トナー画像を印刷するのにも用いられ得る。
【００３９】
上記測定は、関連する電極が非稼動であるときにトラック上にトナーが堆積しなかったことを確認するのにも用いられ得ることは明らかである。このような測定は、例えば、背景の無い画像を確保する上述のオフセット電圧を最適化するのにも用いられ得る。
【００４０】
図１に概略的にしか図示されていないドライバ２８及び測定回路４２の回路構成は、現実的な実施形態において、ドラム１０の内部に組み込まれ、回転式カップリングを通じて外部に接続されるプリント基板上の集積回路において実現されてもよい。
【００４１】
変形例として、スイッチ４４及び電圧源４６が省かれ、代わりにドライバ２８がキャパシタンス測定のために電力２２、２４に所定の電圧を掛けるのに用いられてもよい。
【００４２】
更に、図１はスイッチ３０によって電極２２、２４を交互に「スキャンする」単一のキャパシタンス測定回路４２しか示していないが、それぞれが１又は数個の電極２２、２４のキャパシタンスを測定する複数のキャパシタンス測定回路４２を設けることも可能である。
【００４３】
図２は、画像形成要素の単一の電極２４に掛けれる電圧を制御すると共に、該電極のキャパシタンスを測定する回路の修正された実施形態を示す。この制御回路は、印刷される画像の画像データＤを受信し、図１に示す電極に関連付けられたすべてのドライバ２８を制御するコントローラ５６を有する。ドライバ２８は、トナー粒子を関連するトラック２０上に堆積させるために、電極２４へ掛けられる出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。この出力電圧Ｖｏｕｔは、オシレータ５８と電荷結合素子などの電荷検知装置６０とを通じて電極２４へ掛けられる。オシレータ５８は、電圧源６２によって生成されたパルス状の検知電圧を出力電圧Ｖｏｕｔに重ねる。検知電圧の各パルスの立ち上がりにおいて、電極２４のキャパシタンスに応じたある電荷量が電極２４に流れる。パルスの立ち下がりにおいて、同じ量の電荷が電極２４から検知装置６０へ逆流し、よってそれが検知される。
アナログ／ディジタル変換器６４は、電荷検知装置６０のアナログ電荷信号をディジタル・フィードバック信号Ｆへ変換する。このディジタル・フィードバック信号Ｆは、電極２４のキャパシタンスを示すものであり、ポテンシャル・フリー・カプラ６８を通じて比較器６６へフィードされる。カプラ６８によって、オシレータ５８、電荷検知装置６０、及び変換器６４は電位Ｖｏｕｔに維持されるため、これら構成要素の電位は、オシレータ５８において生成された検知電圧のみによる電極２４の電位とは異なる。
【００４４】
コントローラ５６は、電極２４を用いて印刷されるピクセル若しくはピクセル・グループについての画像信号と、隣接するピクセルについての画像信号とを予測器７０へ送信する。予測器７０は、これらピクセルについての画像パターンに基づいて、電極２４上のトナー量が画像信号に応じて増加されたときに予測される電極２４のキャパシタンスの増加を予測する。このために、予測器７０は、前述のキャリブレート測定の結果を参照してもよい。比較器６６は、予測されたキャパシタンスの増加をフィードバック信号Ｆの実際の増加と比較し、この比較結果に応じてドライバ２８の出力を調整するため、電極２４のトラック上に堆積したトナー量がフィードバック制御される。
【００４５】
一例として、比較器６６が、印刷される連続ピクセル若しくはピクセル・グループに対して出力電圧Ｖｏｕｔの振幅を修正するものとしてもよい。したがって、フィードバック信号Ｆと予測器７０から受信した信号との間の比較は、トナー堆積量が少な過ぎたことを示すとき、比較器６６は次のピクセルに対する出力電圧Ｖｏｕｔの振幅を増やす。このため、これらピクセルに対して十分なトナー量が適用される。このように、画像形成要素上に要求されるトナー量と実際に堆積したトナー量との間のあらゆる偏差は、１又は複数ピクセルに対応するサイクル時間で周期的に補正される。
【００４６】
本方法は、白黒印刷のみならず、ハーフトーン印刷に対して適用可能である。
ハーフトーン印刷の場合、出力電圧Ｖｏｕｔは要求されるグレイ値に応じて可変とする。すると、比較器６６は、コントローラ５６から受信した信号が変換されて成る出力電圧Ｖｏｕｔのゲインを調整する。
【００４７】
別の一例として、比較器６６が、ドライバ２８が出力電圧Ｖｏｕｔのオン／オフを切り替えるタイミングを制御するものとしてもよい。例えば、電極２４を用いて印刷されるべき１以上の黒ピクセルのシーケンスの開始において、コントローラ５６はドライバ２８に出力電圧をオンに切り替えるようにトリガする。すると、フィードバック信号Ｆは、電極２４のトラック上に連続的に堆積したトナー量に応じて徐々に増加する。フィードバック信号Ｆによって表されるトナー量が予測器７０によって示された値、すなわち印刷される黒ピクセル数に対して要求される値に達すると、比較器６６は、ドライバ５８へオフ信号を送信し、出力電圧Ｖｏｕｔがオフに切り替えられる。
【００４８】
変形例として、電荷検知装置６０の検知サイクルは、別個のクロック信号によって制御されてもよい。この検知サイクルの周期は、オシレータ５８によって生成されるパルスのパルス長よりも大幅に短くてもよい。すると、各検知サイクルにおいて、電荷検知装置６０は、トラック上にトナー粒子が追加されることにより電極２４上へ流れた電荷のみを検知する。また、フィードバック信号Ｆは、電極２４のトータル・キャパシタンスの増加ではなく、電極２４のキャパシタンスの増加のみを示す。比較器６６において、測定されたキャパシタンスの増加は、予測器７０の信号と直接的に比較され得る。この実施形態において、オシレータ５８は任意的であり、そのパルスは電極２４のトータル・キャパシタンスを時々確認するのに用いられ得る。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、画像形成要素の表面上に堆積したトナー量を直接検知する方法を提供し、よって画像形成装置及び処理におけるより強力な自己診断及び／又は自己訂正ツールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す画像形成装置の図である。
【図２】静電画像形成装置の電力を制御する制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０  ドラム
１２  画像形成局
１４  固定磁気ナイフ
１６  非磁化金属フリーブ
１８  トナーブラシ
２０  トラック
２２、２４  電極
２６  電気絶縁表面層
２８  ドライバ
３０  スイッチ
３２  斜線
３４  転送局
３６  圧力ローラ
３８  トナー粒子
４０  ライン
４２  キャパシタンス測定回路
４４  スイッチ
４６  電圧源
４８  オペアンプ
５０  キャパシタ
５２  リセット・スイッチ
５４  出力
５６  コントローラ
５８  オシレータ
６０  電荷検知装置
６２  電圧源
６４  アナログ／ディジタル変換器
６６  比較器
６８  カプラ
７０  予測器
【図１】
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【図２】
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