JP2006251452A - テストパターン検知装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検知センサ取り付け時の素子保持部の歪みを抑え、素子の位置精度を上げつつ、テストパターンの読み取り精度が高いテストパターン検知装置を提供し、画像品質の高い画像形成装置を提供する。
【解決手段】
発光手段および受光手段を収容する収容部材が、収容部材を収容部材取付部に位置決めするための位置決め部と、収容部材取付部と接し、収容部材を収容部材取付部に固定するための締結部材が挿通される固定部とを有する
【選択図】 図６

Description

この発明は、テストパターン検知装置および画像形成装置に関し、特に、現像剤担持体上に形成したテストパターン（試験用現像剤像）に発光素子の光を照射して、その反射光を受光素子に入射させて、この入射光量に応じた受光素子からの出力によってテストパターンの濃度、位置等を検知する装置に関するものである。

現在、コンピュータネットワーク技術の進展により、画像出力端末としてのプリンタが急速に普及している。さらに近年、出力画像カラー化の進展に伴い、カラープリンタの画質の安定性向上や、カラープリンタ相互間のカラー画質の均一化などの要求が高まっている。

特に、色の再現性に関しては、設置環境変化や経時変化、または機差（高圧電源の製造バラツキによる帯電電圧、現像電圧など作像条件の機差）によらない高度な安定性が求められている。

ところが、電子写真方式の画像形成装置においては、装置の設置環境条件の変化や感光体や現像剤などの経時劣化により画像再現性が変動するという問題がある。そのため、画像形成装置における初期設定では、上述した高い要求を満たすことができない。

そこで、一般に、画像濃度を最適に保つフィードバック制御を実行する画像濃度検知装置が用いられる（特許文献１参照）。このフィードバック制御は、以下のように行われる。

すなわち、まず、テストパターンを、感光体、中間転写体および転写搬送ベルトなどの、いわゆる循環移動体（現像剤担持体）上に形成し、そのテストパターンの濃度を計測する。その後、温度や湿度などの周辺環境、感光体の磨耗、転写体の磨耗、汚染またはトナーの劣化などの経時劣化、帯電電圧や、現像電圧などの機器間の高圧電源の製造バラツキなど画像濃度に影響する機器間のバラツキなどの固体バラツキを加味し、テストパターンが目標濃度に近づくようにパッチ濃度の制御因子を制御するものである。ちなみに、このようなテストパターンを記録材表面に形成し、この記録材表面のテストパターン濃度を計測する方法も提案されている。
特開昭６０−６４２３２号公報

しかしながら、従来の装置においては、テストパターン検知装置をテストパターン検知装置取り付け部材に取り付ける際に、ネジ締めによって発光素子および受光素子を実装している電気回路基板が回転してしまい、素子を保持する部材が歪んで素子の位置精度が悪化し、これにより、テストパターン検知装置の計測精度が低下してしまうという問題があった。従って、この発明の目的は、従来技術の装置におけるこのような問題点を解決することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、現像剤により形成されたテストパターンに光を照射する発光手段と、前記テストパターンからの光を検知する受光手段と、前記発光手段および前記受光手段を収容する収容部材と、を有するテストパターン検知装置において、前
記収容部材は、前記収容部材を収容部材取付部に位置決めするための位置決め部と、前記収容部材取付部と接し前記収容部材を収容部材取付部に固定するための締結部材が挿通される固定部と、を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、発光手段および受光手段を収容する収容部材に収容部材取付部への位置決め部と締結部材の取付座面が設けられていることにより、取り付け時の検知装置に対する歪みの発生を抑制し、締結による発光手段および受光手段の位置変位を防止することができ、検知装置を収容部材取付部に取り付ける時に精度良く取り付けられ、検知誤差を低減することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。図１に、この発明の一実施形態によるテストパターン検知装置を有するカラー画像形成装置を示す。

（カラー画像形成装置）
図１に示すように、この一実施形態によるカラー画像形成装置は、４色分のプロセスカートリッジ２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋを対応するそれぞれの現像形成ステーションに着脱可能であって、定着ユニット１５、転写材搬送ユニット１８、無端ベルトユニット１９、および、レーザ光を照射可能な光学ユニット２０などを備えている。

それぞれのプロセスカートリッジ２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋは、互いに同一の構造である。また、それぞれが電子写真感光体である感光ドラム１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ、帯電部３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋ、およびクリーニング装置４Ｃ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｋが一体的に構成されている。

無端ベルトユニット１９は、無端ベルト体である静電吸着搬送ベルト９と、この静電吸着搬送ベルト９を回転可能に支持する２つのローラ１０，１１と、一次転写ローラ１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｋとから構成される。そして、記録材としての転写材６は、静電吸着搬送ベルト９に静電吸着されて搬送される。それぞれの感光ドラム１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋに形成されたトナー像は、一次転写ローラ１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｋにより静電吸着搬送ベルト９上を搬送されている転写材６に転写される。

転写材搬送ユニット１８は、それぞれの給紙カセット５から転写材６を静電吸着搬送ベルト９に搬送するピックアップローラ７、およびレジストローラ８などを備えている。

定着ユニット１５は、定着ローラ１４および加圧ローラ１３を有し、転写材６上のトナー像に熱と圧力を加えることによって、このトナー像を定着可能に構成されている。

上述した構成において、まず１色目、ここでは例えばシアン（Ｃ）のプロセスカートリッジ２Ｃにおいて、感光ドラム１Ｃが帯電部３Ｃによって一様に帯電される。その後、光学ユニット２０から照射されたレーザ光２１によって感光ドラム１Ｃに潜像が形成され、この潜像が現像装置によって現像されてトナー像が形成される。

感光ドラム１Ｃ表面に形成されたトナー像は、静電吸着搬送ベルト９上に静電吸着されて搬送される転写材６に一次転写される。一次転写が終了した感光ドラム１Ｃは、クリーニング装置４Ｃによってクリーニングされ、次の画像形成に供される。

Ｙ，Ｍ，Ｋ用のそれぞれのプロセスカートリッジ２Ｙ，２Ｍ，２Ｋにおいても、同様の
画像形成工程が行われ、それぞれの色のトナー像が形成されて、先に形成されたトナー像に順番に重ねられ、転写される。

一方、転写材６が給紙カセット５から転写材搬送ユニット１８によって静電吸着搬送ベルト９上に搬送される。そして、一次転写ローラ１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｋの作用によって、感光ドラム１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ上に形成されたトナー像が転写材６に転写される。トナー像が転写された転写材６は、定着ユニット１５に搬送されて、定着ローラ１４と加圧ローラ１３のニップ部にてトナー像が定着され、排紙ローラ１７によって排紙トレイ２２に排紙される。

ところで、電子写真方式の画像形成装置における従前の課題として、画像形成装置を使用する温湿度条件やそれぞれの色の画像形成ステーションの使用頻度により、画像濃度および位置等が変動するという課題が存在する。以下、変動要因が画像濃度である場合を例として説明する。

そこで、この変動を補正するために、この一実施形態においては、画像濃度の計測が行われて、所望の特性を得るように作像因子の制御が行われる。そして、画像濃度の計測のために、現像剤担持体としての静電吸着搬送ベルト９上に、それぞれの色のテストパターン画像が形成される。その後、このテストパターン画像がテストパターン濃度検知装置としての濃度検知センサ１６により読み取られる。

図２に、この濃度検知センサ１６の動作を説明するための断面図を示す。

図２に示すように、収容部材であるハウジング３０には、発光手段であるＬＥＤなどの発光素子３１と、受光手段であるフォトダイオードなどの受光素子３２とが取り付けられている。また、このハウジング３０には、発光素子３１より発光された光線を規制し、誘導するためのトンネル状の光路３３が設けられている。

この光路３３は、測定対象物への照射面積を制限する絞りとして機能する。なお、詳細は後述するが、この一実施形態によるテストパターン濃度検知装置において、ハウジング３０は、複数のハウジングからなり、テストパターンに近接する面内に、これらの複数のハウジングの接触線が面するように形成されている。また、図２中、光軸３４，３５は、それぞれ発光素子３１および受光素子３２の光軸である。

同様に、ハウジング３０には、受光素子３２に入る光線を規制して誘導するトンネル状の光路３６が設けられている。この光路３６は、測定対象物からの光の入射面積を制限する絞りとして働く。また、それぞれの素子から測定対象物までの距離と絞りの径とによって測定対象物面上での発光側の照射領域、受光側の有感領域が所望の特性となるように調整される。

また、ハウジング３０は、上述したように、発光側の照射領域と受光側の有感領域とを規制する絞りとしての役割を有するとともに、発光素子３１や受光素子３２などを保持するための保持部（素子保持ハウジング）４３と、発光素子および受光素子を間にして保持部４３と対向する遮光部（蓋ハウジング）４４とを有する。このように本実施形態ではハウジング３０に関して、保持部４３に対して遮光部４４を開けることで、発光素子３１および受光素子３２を保持部４３に取り付けることができ、またこの取り付け方向は発光素子３１および受光素子３２の光軸方向と直交する方向であるので、発光素子３１および受光素子３２各々から検知部（テストパターン面）までの距離を精度よく設定することができる。

また、ハウジング３０は、発光素子３１から直接、または外乱光によって受光素子３２に光が入らないように覆う役割を担い、発光素子３１の中心発光波長に対して透過率が極めて低い樹脂材料を用いている。発光素子３１による照射光は、測定対象物に対し角度θで入射し、測定対象物によって反射される。

ここで、この光学センサとしての濃度検知センサ１６による濃度パッチ（テストパターン）の検知原理について説明する。

すなわち、まず、発光素子３１から照射された光線は、測定対象物の下地となる現像剤担持体Ｂとしての静電吸着搬送ベルトの材質固有の屈折率と、表面状態に応じて決まる反射率で反射されて受光素子で検知される。この現像剤担持体ＢにテストパターンＴが形成されると、トナーがある部分の下地が隠されて反射光量が減少する。

そのため、濃度パッチのトナー量の増加に伴って反射光量が減少し、この減少量に基づいて濃度パッチの濃度が求められる。実際には、測定対象面である現像剤担持体（静電吸着搬送ベルト）の使用度合いによって下地の表面状態が変動することにより、反射光量が変動するので、テストパターン形成時の反射光量をテストパターンが存在しない時の反射光量で規格化した後、濃度情報に変換される。このような規格化を行うことによって、発光素子の光量バラツキ、照射スポットの大きさのバラツキ、受光素子の感度バラツキ、センサ汚れなどが多少存在したとしても、十分な検知精度を確保することが可能となる。

図３Ａに、この一実施形態による画像形成装置を示し、図３Ｂに濃度検知のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す。

すなわち、まずステップＳ３０１において、濃度検知が開始される。その後、ステップＳ３０２に移行して、プリンタエンジン２０１内のＣＰＵ２０２により、帯電電圧２０３、現像電圧２０４および露光光量などの濃度因子が、特定値に設定される。

そして、ステップＳ３０３に移行して、テストパターンの印字が開始される。テストパターンの生成は、ホストベースのプリンタ２０５であれば、ＰＣ２０６によって生成され、エンジンＣＰＵ２０２によって制御される所定のタイミングで露光制御装置２０７を経て露光装置２０８によって作像される。なお、テストパターンはコントローラ２０９によって生成される場合もある。

そして、ステップＳ３０４に移行して、形成されたテストパターンが、濃度検知装置２１０により計測される。この計測結果は、プリンタエンジン２０１のＣＰＵ２０２によって処理される。

その後、ステップＳ３０５に移行して、計測において濃度検知装置２１０により生成された受光光量信号がＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ２０２に供給され、ＣＰＵ２０２によって処理された後に、濃度に対応した値が算出される。

続いて、ステップＳ３０６に移行し、結果に基づいて、それぞれの濃度因子が決定される。場合によっては、新しい設定の濃度因子によって、上述した濃度検知が繰り返され、それぞれの濃度因子が最適化される。これらの濃度因子の設定結果は、プリンタエンジン２０１内のメモリ２１１に格納され、通常作像時や、次回の濃度検知時に用いられる。

このように、高圧条件やレーザパワーといったプロセス形成条件に濃度検知結果をフィードバックすることによって、それぞれの色の最大濃度を所望の値に調整することができ、かつ適正な現像設定にすることによって、白地部に不要なトナーが付着する、いわゆる
「かぶり」と呼ばれる画像形成不良の発生を防止することができる。

また、上述した濃度制御を行うことによって、それぞれの色のカラーバランスを一定に保つとともに、トナーの載りすぎによる色重ねした文字の飛び散りや、定着不良を防止することも極めて重要な効果である。

また、上述したテストパターン（濃度パッチ）は、画像形成装置の自動調整のために、資源であるトナーを使用消費するものである。そのため、記録材に対する無駄な印刷を行う必要をなくし、使用可能なトナー量を減少させて、使用量をなるべく少なくすることが好ましい。

そのためには、テストパターンを可能な限り小さくすることが望ましい。また、本発明者の知見によれば、小さいテストパターンであっても十分センサが応答して読み取るためには、センサの分解能を高める必要がある。ここで、濃度検知装置２１０としてのセンサについて以下に説明する。図４に、この一実施形態による濃度検知装置としての濃度検知センサ１６の正面側から見た斜視図を示す。

図４に示すように、この一実施形態による濃度検知センサ１６は、テストパターンに近接する面４２に、出射部４０と入射部４１とが含まれている。複数体である素子保持ハウジング４３と蓋ハウジング４４との２体が接合されて、出射側および入射側にそれぞれの絞り（図２に示す光路３３、３６）が形成されている。

また、濃度検知センサ１６には、電気回路基板４５および接続コネクタ４６が設けられており、発光素子の発光光量信号を伝達したり、受光素子の受光光量をＣＰＵに伝達したりすることができるようになっている。

図５に、ハウジングを外したときのハウジング側の斜視図を示す。一方の素子保持ハウジング４３には、発光側の出射孔５１（図２に示す光路３３）をなすＵ字溝部が設けられている。また、同様に受光側の入射孔５２（図２に示す光路３６）をなすＵ字溝部が設けられている。素子保持ハウジング４３には、発光素子３１と受光素子３２とが取り付けられて保持されている。

他方の蓋ハウジング４４は、素子保持ハウジング４３に対して鏡像の形状を有し、蓋ハウジング４４を素子保持ハウジング４３の蓋とすることによって、互いの素子保持ハウジング４３および蓋ハウジング４４のＵ字溝部が上下に合わせられて、発光側および受光側にそれぞれ円筒状の光路３３，３６が形成される。

素子保持ハウジング４３、遮光を兼ねた蓋ハウジング４４、電気回路基板４５のセンサ取付部材６０に対する固定は、図６に示すように行われる。

すなわち、図６に示すように、素子保持ハウジング４３の電気回路基板４５に対する位置決めと固定のための軸６１ａ，６１ｂが、電気回路基板４５の固定穴６２ａ，６２ｂに圧入されることによって、位置決めされつつ固定される。なお、位置決め軸６１ａ，６１ｂを電気回路基板４５の裏側から熱溶着によって溶かして固定したり、接着固定したり、ネジにより固定したりすることも可能である。

その後、発光素子３１と受光素子３２とを素子保持ハウジング４３の所定位置に圧入したり、接着固定したりした後、電気回路基板４５と半田付けにより接続する。濃度検知センサ１６とセンサ取り付け部材６０との固定は、素子保持ハウジング４３に設けられたそれぞれの位置決め部である位置決め軸６３ａ，６３ｂが、蓋ハウジング４４に設けられた
位置決め穴６５ａ，６５ｂをそれぞれ介して、センサ取り付け部材６０に設けられた位置決め穴６４ａ，６４ｂにそれぞれ嵌合されることにより、位置決めがされる。

また、蓋ハウジング４４が、センサ取り付け時に素子保持ハウジング４３とセンサ取り付け部材６０との間に挟まれ、素子保持ハウジング４３をセンサ取り付け部材６０に固定するための締結部材であるネジが挿通される固定部４３ａが、センサ取り付け部材６０に設けられたネジ取り付け座面としてのネジ穴６６周辺に接することにより、素子保持ハウジング４３はネジ６７によって固定される。尚、この固定部４３ａおよび位置決め部６３ａは素子保持ハウジング４３に設けられている。

このように、本実施形態においては、ハウジング３０が素子保持ハウジング４３と蓋ハウジング４４の２つの部材によって設けられるものであっても、受光素子３２と発光素子３１とを保持する部材に固定部、およびセンサ取り付け部材６０との位置決め部を設ける、つまり固定部４３ａおよび位置決め部６３ａは素子保持ハウジング４３に設けられていることによって、センサ取り付け部材６０にネジ締めする際に、保持部が歪むのを防止することができ、これらを精度良く取り付けることができ、センサの計測精度の低下を抑制することができる。また、上述したテストパターン濃度検知センサを画像形成装置に具備することによって、色の再現性の高い画像形成装置を提供することが可能となる。

この発明の一実施形態によるカラー画像形成装置の全体構成例を示す略線図である。 この発明の一実施形態による濃度検知装置に用いられるセンサの断面図である。 この発明の一実施形態による画像形成装置を説明するためのブロック図およびシーケンス図である。 この発明の一実施形態による濃度検知装置に用いられるセンサの斜視図である。 この発明の一実施形態による濃度検知装置に用いられるセンサの構成の構成を示す斜視図である。 この発明の一実施形態による濃度検知装置に用いられるセンサの構成と固定方法を説明する斜視図である。

符号の説明

１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ 感光ドラム
２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋ プロセスカートリッジ
３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋ 帯電部
４Ｃ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｋ クリーニング装置
５ 給紙カセット
６ 転写材
７ ピックアップローラ
８ レジストローラ
９ 静電吸着搬送ベルト
１０，１１ ローラ
１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｋ 一次転写ローラ
１３ 加圧ローラ
１４ 定着ローラ
１５ 定着ユニット
１６ 濃度検知センサ
１７ 排紙ローラ
１８ 転写材搬送ユニット
１９ 無端ベルトユニット
２０ 光学ユニット
２１ レーザ光
２２ 排紙トレイ
３０ ハウジング
３１ 発光素子
３２ 受光素子
３３，３６ 光路
３４，３５ 光軸
４０ 出射部
４１ 入射部
４２ 面
４３ 素子保持ハウジング
４４ 蓋ハウジング
４５ 電気回路基板
４６ 接続コネクタ
５１ 出射孔
５２ 入射孔
６０ センサ取付部材
６１ａ，６１ｂ 軸
６２ａ，６２ｂ 固定穴
６３ａ，６３ｂ 位置決め軸
６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂ 位置決め穴
６６ ネジ穴
６７ ネジ
２０１ プリンタエンジン
２０２ エンジンＣＰＵ
２０３ 帯電電圧
２０４ 現像電圧
２０５ プリンタ
２０６ ＰＣ
２０７ 露光制御装置
２０８ 露光装置
２０９ コントローラ
２１０ 濃度検知装置
２１１ メモリ
Ｂ 現像剤担持体
Ｔ テストパターン

Claims (6)

1. 現像剤により形成されたテストパターンに光を照射する発光手段と、
   前記テストパターンからの光を検知する受光手段と、
   前記発光手段および前記受光手段を収容する収容部材とを有するテストパターン検知装置において、
   前記収容部材は、前記収容部材を収容部材取付部に位置決めするための位置決め部と、前記収容部材取付部と接し前記収容部材を収容部材取付部に固定するための締結部材が挿通される固定部とを有する
   ことを特徴とするテストパターン検知装置。
2. 前記収容部材は、前記発光手段および前記受光手段を保持する保持部と、前記発光手段および前記受光手段を間にして前記保持部と対向する遮光部とを有し、前記位置決め部と前記締結部材の取付座面は前記保持部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のテストパターン検知装置。
3. 前記締結部材がネジであることを特徴とする請求項１記載のテストパターン検知装置
4. 前記発光手段および前記受光手段を実装する電気回路基板を有し、前記収容部材は樹脂からなり、前記電気回路基板は前記収容部材に接着、ネジ固定または圧入により固定されている
   ことを特徴とする請求項１記載のテストパターン検知装置。
5. 前記発光手段に対してテストパターンに近接する面内で前記発光手段からの光を規制する第１の絞りと、前記受光手段に対してテストパターンに近接する面内でテストパターンからの光を規制する第２の絞りとを有し、
   前記第１の絞りと前記第２の絞りとは、前記保持部と前記遮光部が組み合わされることにより形成される
   ことを特徴とする請求項１記載のテストパターン検知装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載のテストパターン検知装置を有し、画像信号に応じて現像剤による像を記録材に形成することを特徴とする画像形成装置。

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