JP2005313481A - 画像形成装置、および濃度ムラ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した画像の濃度ムラ補正を行う。
【解決手段】 カラー感熱プリンタ２は、記録紙１０の搬送速度を測定する搬送速度測定器２７と、１ライン分の画像記録時に、サーマルヘッド１７の発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーを前段ａと後段ｂの２段階に分割して与えるように、発熱素子アレイ２０の駆動を制御するとともに、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果に応じて、搬送速度の変動による画像の濃度ムラが発生しないように、発熱素子の発熱時間を変化させることで、後段ｂで与える記録エネルギーの大きさを増減させるシステムコントローラ２１とを備える。周囲の環境温度や湿度の変化、各種部品の経時変化などの付帯的なパラメータに左右されることなく、且つ記録材料の搬送速度変動に即座に対応することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、回転駆動される搬送系により副走査方向に搬送される記録材料に対して、主走査方向に１ラインずつ画像を記録する記録手段を備えた画像形成装置、およびこの画像形成装置で、画像の濃度ムラを補正する方法に関する。

記録材料に画像を記録する画像形成装置として、インクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタや、サーマルヘッドを用いたサーマルプリンタなどがある。これらのプリンタでは、印画紙や感熱記録紙などの記録材料を、モータにより駆動される搬送ローラ対で搬送している。

上記のような画像形成装置では、主にモータの回転軸のブレにより、記録材料の搬送速度に偏りが生じ、記録材料の搬送方向に関して画像の濃度ムラが発生することがある。従来の画像形成装置では、この問題を解決するために、モータを含む搬送系の部品精度を向上させることで対応していた。

また、上記問題の解決を目的として、搬送負荷の変動を予測し、この予測に応じてモータの駆動を制御する感熱プリンタが提案されている（特許文献１および２参照）。また、搬送負荷の変動の予測に応じてサーマルヘッドの発熱素子の駆動を制御する感熱プリンタが提案されている（特許文献３および４参照）。さらに、搬送系の回転速度を検出し、この検出結果を搬送系の駆動制御にフィードバックさせて、搬送系の回転速度を一定に保つようにした画像形成装置が提案されている（特許文献５および６参照）。

特開平８−１４２４２３号公報 特開平８−１９７７６２号公報 特開平８−１４２３６２号公報 特開平８−１９７８１８号公報 特開平７−３０３３８５号公報 特開２００２−１３２００８号公報

しかしながら、従来のように搬送系の部品精度を向上させる手法では、濃度ムラを解消することはできるが、部品コストが嵩むという新たな問題が生じる。また、特許文献１〜４に記載の手法では、搬送負荷の変動の予測に応じた制御を行っているが、搬送負荷の変動は周囲の環境温度や湿度の変化、各種部品の経時変化などの付帯的なパラメータに大きく左右されるため、安定した濃度ムラ補正を行うことが困難であった。

さらに、特許文献１、２、５、および６に記載の手法では、搬送系の駆動を制御しているが、駆動信号が搬送系に伝達されるまでの制御遅延時間や、搬送系自体がもたらす駆動遅れを考慮しておらず、今まさに発生している搬送負荷の変動に対応することができないという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、周囲の環境温度や湿度の変化、各種部品の経時変化などの付帯的なパラメータに左右されることなく、且つ記録材料の搬送速度変動に即座に対応して、安定した画像の濃度ムラ補正を行うことができる画像形成装置、および濃度ムラ補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、回転駆動される搬送系により副走査方向に搬送される記録材料に対して、主走査方向に１ラインずつ画像を記録する記録手段を備えた画像形成装置において、前記記録材料の搬送速度を測定する搬送速度測定手段と、１ライン分の画像記録時に、前記記録手段から前記記録材料に与える記録エネルギーを複数の段階に分割して与えるように、前記記録手段の駆動を制御するとともに、前記複数の段階の前段における前記搬送速度測定手段の測定結果に応じて、前記搬送速度の変動による前記画像の濃度ムラが発生しないように、後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

なお、前記搬送速度測定手段は、前記搬送系に取り付けられ、前記搬送系が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、このエンコーダから出力されるパルス信号を元に、前記搬送速度を求める搬送速度算出部とからなることが好ましい。

また、前記制御手段は、前記記録手段から前記記録材料に記録エネルギーを与える時間を変化させることで、前記後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させることが可能である。

また、本発明は、回転駆動される搬送系により副走査方向に搬送される記録材料に対して、主走査方向に１ラインずつ画像を記録する記録手段を備えた画像形成装置で、前記画像の濃度ムラを補正する方法であって、前記記録材料の搬送速度を測定し、１ライン分の画像記録時に、前記記録手段から前記記録材料に与える記録エネルギーを複数の段階に分割して与えるように、前記記録手段の駆動を制御するとともに、前記複数の段階の前段における前記搬送速度の測定結果に応じて、前記搬送速度の変動による前記濃度ムラが発生しないように、後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させることを特徴とする。

なお、前記記録手段から前記記録材料に記録エネルギーを与える時間を変化させることで、前記後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させることが可能である。

本発明の画像形成装置、および濃度ムラ補正方法によれば、記録材料の搬送速度を搬送速度測定手段で測定し、制御手段により、１ライン分の画像記録時に、記録手段から記録材料に与える記録エネルギーを複数の段階に分割して与えるように、記録手段の駆動を制御するとともに、複数の段階の前段における搬送速度測定手段の測定結果に応じて、搬送速度の変動による画像の濃度ムラが発生しないように、後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させるので、周囲の環境温度や湿度の変化、各種部品の経時変化などの付帯的なパラメータに左右されることなく、且つ記録材料の搬送速度変動に即座に対応して、安定した画像の濃度ムラ補正を行うことができる。

図１において、本発明を適用したカラー感熱プリンタ２には、記録材料として、長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１０が使用される。記録紙１０は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１１の形態でカラー感熱プリンタ２にセットされる。

記録紙１０は、周知のように、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層、および保護層が順次層設された構造となっている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。

イエロー感熱発色層は、４２０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。なお、例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にした記録紙を使用してもよい。

記録紙ロール１１の外周面には、搬送モータ１２によって回転される給紙ローラ１３が当接している。搬送モータ１２はステッピングモータであり、モータドライバ１４から入力される駆動パルスによって駆動される。給紙ローラ１３が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１から送り出される。給紙ローラ１３が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中反時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１に巻き戻される。

記録紙ロール１１から送り出された記録紙１０は、水平方向に配置された搬送経路内に送り込まれる。この搬送経路内には、記録紙１０を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６が配置されている。搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６は、搬送モータ１２によって回転されるキャプスタンローラ１５ａ、１６ａと、このキャプスタンローラ１５ａ、１６ａに圧接するピンチローラ１５ｂ、１６ｂとからなり、記録紙１０を図中Ａ方向（給紙方向、副走査方向）とＢ方向（巻戻方向）とに往復搬送する。

給紙ローラ１３と搬送ローラ対１５との間には、Ａ方向に搬送される記録紙１０に対して、記録紙１０の幅方向（主走査方向）に１ラインずつ画像を記録するサーマルヘッド１７と、このサーマルヘッド１７に向き合うように搬送経路の下方に配置されたプラテンローラ１８とが設けられている。サーマルヘッド１７のヘッド基板１９の記録紙１０に対向する表面には、複数の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイ２０が設けられている。発熱素子アレイ２０は、システムコントローラ２１からヘッドドライバ２２に入力された駆動データに基づいて発熱し、記録紙１０の各感熱発色層を発色させる。

プラテンローラ１８は、記録紙１０の搬送に応じて従動回転し、記録紙１０と発熱素子アレイ２０との当接状態を安定させる。また、プラテンローラ１８は、上下方向に移動自在とされ、図示しないバネによって発熱素子アレイ２０に圧接する方向に付勢されている。記録紙１０の給紙時および排紙時には、カムやソレノイドなどから構成されるシフト機構（図示せず）によってプラテンローラ１８が下降し、サーマルヘッド１７との記録紙１０の挟持が解除される。

搬送ローラ対１５のＡ方向下流側には、記録紙１０の記録面に対面して定着器２３が配置されている。また、定着器２３と排紙ローラ対１６との間には、記録紙１０を所定のプリントサイズにカットするカッター２４が配置されている。さらに、排紙ローラ対１６のＡ方向下流側には、画像記録済みの記録紙１０を外部に排出する排紙口２５が設けられている。

定着器２３は、発光ピークが４２０ｎｍの近紫外線を放出してイエロー感熱発色層を定着するイエロー用定着光源２３ａと、発光ピークが３６５ｎｍの紫外線を放出してマゼンタ感熱発色層を定着するマゼンタ用定着光源２３ｂと、これらの光源２３ａ、２３ｂからの光を記録紙１０に向けて反射させるリフレクタ２３ｃとからなる。各光源２３ａ、２３ｂは、ランプドライバ２６によって駆動される。

搬送ローラ対１５のキャプスタンローラ１５ａには、記録紙１０の搬送速度を測定する搬送速度測定器２７が接続されている。図２に示すように、搬送速度測定器２７は、エンコーダ３０と搬送速度算出部３１とからなる。エンコーダ３０は、キャプスタンローラ１５ａの回転軸に取り付けられた検出プレート３２と、発光素子および受光素子が一体化されたフォトセンサ３３とから構成される。

検出プレート３２には、所定角度毎にスリット状の検出穴３２ａが穿たれている。搬送モータ１２によるキャプスタンローラ１５ａの回転に伴って、検出プレート３２が回転し、検出穴３２ａの通過をフォトセンサ３３で検出すると、図３に示すようなパルス信号４０が得られる。フォトセンサ３３は、このパルス信号４０を搬送速度算出部３１に逐次送信する。

搬送速度算出部３１は、フォトセンサ３３から送信されたパルス信号４０を元に、記録紙１０の搬送速度を求める。具体的には、パルス信号４０のパルス数をカウントするか、あるいはパルス信号４０のパルス幅から記録紙１０の搬送速度を算出する。搬送速度算出部３１は、算出した搬送速度をシステムコントローラ２１に送信する。

ここで、パルス信号４０のパルス数、またはパルス幅と、記録紙１０の搬送速度との関係は、システムコントローラ２１内のメモリ（図示せず）にデータテーブルとして予め記憶されている。搬送速度算出部３１は、このデータテーブルを参照して、上記搬送速度の算出を行う。

図４に模式的に示すように、システムコントローラ２１は、１ライン分の画像記録時に、サーマルヘッド１７の発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーを、前段ａと後段ｂの２段階に分割して与えるように、ヘッドドライバ２２を介して発熱素子アレイ２０の駆動を制御する。なお、図中の駆動信号は、駆動データが最大値をとったときの出力を示す。

システムコントローラ２１は、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果に応じて、記録紙１０の搬送速度の変動による画像の濃度ムラが発生しないように、後段ｂで与える記録エネルギーの大きさを増減させる。すなわち、システムコントローラ２１は、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果と、メモリ内に予め記憶された基準搬送速度（搬送負荷の変動がない場合の搬送速度）とを比較する。そして、図５に模式的に示すように、前段ａにおける検出結果が基準搬送速度よりも速い場合には、発熱素子の発熱時間を長くすることで、後段ｂで発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーを増加させる（ラインＡ）。一方、前段ａにおける検出結果が基準搬送速度よりも遅い場合には、発熱素子の発熱時間を短くすることで、後段ｂで発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーを減少させる（ラインＢ）。

ここで、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果の基準搬送速度に対するずれ量と、後段ｂにおける発熱素子の発熱時間の変化量との関係は、システムコントローラ２１内のメモリにデータテーブルとして予め記憶されている。システムコントローラ２１は、このデータテーブルを参照して、後段ｂにおける発熱素子の発熱時間の変化量を決定し、これに基づいて後段ｂにおける発熱素子アレイ２０の駆動制御を行う。

次に、上記構成を有するカラー感熱プリンタ２の動作について説明する。画像記録開始操作が実行されると、搬送モータ１２の正転によって給紙ローラ１３が反時計方向に回転され、記録紙１０が記録紙ロール１１からＡ方向に送り出される。記録紙１０の先端部は搬送経路内を移動して、搬送ローラ対１５にニップされ、さらにＡ方向下流側に搬送される。

記録紙１０が画像記録開始位置に到達すると、搬送モータ１２の回転が一旦停止される。次いで、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、ヘッドドライバ２２に入力された駆動データに基づいて発熱した発熱素子アレイ２０により、記録紙１０のイエロー感熱発色層にイエロー画像が記録される。

イエロー画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２３のイエロー用定着光源２３ａに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。このとき、プラテンローラ１８がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド１７とによる記録紙１０の挟持が解除される。次いで、ランプドライバ２６によりイエロー用定着光源２３ａが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのイエロー感熱発色層が定着される。

イエロー感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ２０に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像記録時と同様に、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、記録紙１０のマゼンタ感熱発色層にマゼンタ画像が記録される。

マゼンタ画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２３のマゼンタ用定着光源２３ｂに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像定着時と同様に、ランプドライバ２６によりマゼンタ用定着光源２３ｂが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのマゼンタ感熱発色層が定着される。

マゼンタ感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ２０に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー、マゼンタ画像記録時と同様に、記録紙１０のシアン感熱発色層にシアン画像が記録される。

画像記録後の記録紙１０は、搬送ローラ対１５によりＡ方向に搬送され、カッター２４により所定のプリントサイズに切断された後、排紙ローラ対１６により排紙口２５から外部に排出される。

各色の画像記録時には、搬送速度測定器２７により、記録紙１０の搬送速度が測定される。搬送モータ１２によるキャプスタンローラ１５ａの回転に伴って、検出プレート３２が回転され、検出穴３２ａの通過がフォトセンサ３３で検出されると、フォトセンサ３３からパルス信号４０が出力される。このパルス信号４０は、フォトセンサ３３から搬送速度算出部３１に逐次送信される。

搬送速度算出部３１では、フォトセンサ３３から送信されたパルス信号４０を元に、記録紙１０の搬送速度が求められる。算出された搬送速度は、システムコントローラ２１に送信される。

システムコントローラ２１では、１ライン分の画像記録時に、サーマルヘッド１７の発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーが、前段ａと後段ｂの２段階に分割して与えられるように、発熱素子アレイ２０の駆動が制御される。そして、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果に応じて、記録紙１０の搬送速度の変動による画像の濃度ムラが発生しないように、後段ｂで与える記録エネルギーの大きさが増減される。

システムコントローラ２１では、前段ａにおける搬送速度測定器２７の測定結果と基準搬送速度とが比較される。そして、前段ａにおける検出結果が基準搬送速度よりも速い場合には、発熱素子の発熱時間が長くされ、後段ｂで発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーが増加される。一方、前段ａにおける検出結果が基準搬送速度よりも遅い場合には、発熱素子の発熱時間が短くされ、後段ｂで発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーが減少される。

上記のように、前段ａにおける記録紙１０の搬送速度をリアルタイムで測定し、この測定結果に応じて後段ｂの記録エネルギーの大きさを増減させて、画像の濃度ムラを補正するので、搬送負荷の変動を予測して濃度ムラを補正する手法と比べて、周囲の環境温度などの付帯的なパラメータに左右されるおそれがない。

また、記録エネルギーの大きさを増減させて濃度ムラを補正するので、搬送系の駆動を制御することにより濃度ムラを補正する手法のように、搬送系の制御遅延時間を考慮に入れる必要がなく、プリントの高速化に適応することができる。

上記実施形態では、搬送ローラ対１５のキャプスタンローラ１５ａに搬送速度測定器２７を取り付けたが、例えば搬送モータ１２の駆動力をキャプスタンローラ１５ａに伝達するギアやプーリに取り付けてもよい。

なお、発熱素子アレイ２０から記録紙１０に与える記録エネルギーを分割する割合は、図４に例示するように、前段ａと後段ｂとで半分ずつであってもよいが、濃度ムラ補正を行う後段ｂにおける搬送速度の変動による画像への影響を極力少なくするために、前段ａの割合を後段ｂよりも大きくすることが好ましい。

また、上記実施形態では、記録エネルギーを２段階に分割した例を挙げて説明したが、システムコントローラ２１および搬送速度測定器２７の処理性能や、発熱素子アレイ２０への駆動データの転送速度が許容する範囲で、記録エネルギーを２段階以上に分割してもよい。このようにすれば、特別な性能を追加することなく、濃度ムラの補正をより細密に行うことができる。

上記実施形態では、画像形成装置としてカラー感熱プリンタ２を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、モノクロの感熱プリンタや、熱転写型プリンタなどの他のサーマルプリンタは勿論のこと、インクジェットプリンタなどにも適用することが可能である。

本発明を適用したカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。 搬送速度測定器の構成を示す概略図である。 フォトセンサの出力波形を示すグラフである。 画像記録時のタイミングチャートの一例を示すグラフである。 濃度ムラ補正時のタイミングチャートの一例を示すグラフである。 濃度ムラ補正の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ カラー感熱プリンタ
１０ カラー感熱記録紙（記録紙）
１２ 搬送モータ
１５ 搬送ローラ対
１６ 排紙ローラ対
１７ サーマルヘッド
２０ 発熱素子アレイ
２１ システムコントローラ
２７ 搬送速度測定器
３０ エンコーダ
３１ 搬送速度算出部
４０ パルス信号

Claims (5)

1. 回転駆動される搬送系により副走査方向に搬送される記録材料に対して、主走査方向に１ラインずつ画像を記録する記録手段を備えた画像形成装置において、
   前記記録材料の搬送速度を測定する搬送速度測定手段と、
   １ライン分の画像記録時に、前記記録手段から前記記録材料に与える記録エネルギーを複数の段階に分割して与えるように、前記記録手段の駆動を制御するとともに、
   前記複数の段階の前段における前記搬送速度測定手段の測定結果に応じて、前記搬送速度の変動による前記画像の濃度ムラが発生しないように、後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させる制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記搬送速度測定手段は、前記搬送系に取り付けられ、前記搬送系が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
   このエンコーダから出力されるパルス信号を元に、前記搬送速度を求める搬送速度算出部とからなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記記録手段から前記記録材料に記録エネルギーを与える時間を変化させることで、前記後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させ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。
4. 回転駆動される搬送系により副走査方向に搬送される記録材料に対して、主走査方向に１ラインずつ画像を記録する記録手段を備えた画像形成装置で、前記画像の濃度ムラを補正する方法であって、
   前記記録材料の搬送速度を測定し、
   １ライン分の画像記録時に、前記記録手段から前記記録材料に与える記録エネルギーを複数の段階に分割して与えるように、前記記録手段の駆動を制御するとともに、
   前記複数の段階の前段における前記搬送速度の測定結果に応じて、前記搬送速度の変動による前記濃度ムラが発生しないように、後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させることを特徴とする濃度ムラ補正方法。
5. 前記記録手段から前記記録材料に記録エネルギーを与える時間を変化させることで、前記後段で与える記録エネルギーの大きさを増減させることを特徴とする請求項４に記載の濃度ムラ補正方法。

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