JP2007199120A

JP2007199120A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2007199120A
Application number: JP2006014354A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takeuchi; 直樹竹内
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】カラー画像形成装置において、濃度補正のパッチパターンを形成する際に、無用なトナーの消費をしないようにする。
【解決手段】カラー画像形成装置には、各トナーの濃度がずれる色濃度ずれの問題があり、濃度補正のパッチパターンを形成して濃度を測定し、補正する方法があった。しかし、パッチパターンは、機械精度や内部の温度上昇による画像形成位置ずれによる誤差を吸収するために、検出センサの検出幅に前記誤差を加算した幅で形成されていたため、検出位置にかからない部分のトナーが無用に消費されていた。そこで、画像形成の正確な位置を求めるための位置決めチャートを形成し、パッチパターン測定に使われる光学的センサにより位置決めチャートを計測し、その位置データを基にパッチパターンを光学的センサの測定位置に、光学センサの測定幅だけ形成することによりトナー消費を抑制した。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー画像を形成する画像形成装置に係わり、特に色濃度を補正するために必要なパッチパターン（濃度パターン）形成に関するものである。

電子写真プロセスを用いたカラー画像形成装置においては、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の各色のトナーを重ね合わせて転写することによりカラー画像を得る。しかし、使用環境での温度、湿度条件や各色の画像形成部の使用度合いによって、各トナーの濃度が変動する。各トナーの濃度が変動すると色ずれが起こってしまい、本来深紅色であるところが紫色に変化してしまったりして、画像品質が落ちてしまう。これを補正するために濃度補正が行われる。濃度補正には、一般に転写ベルト等のトナー担持体上に直接トナーを転写してパッチパターン（濃度パターン）を形成し、その濃度を発光素子と受光素子を用いた光学的検出装置により検出してキャリブレーション（濃度補正）を行う。例えばフルカラー画像形成装置の場合、各色の画像濃度を適正に設定するためのモード（以下、キャリブレーションモードという）が設定されると、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各画像形成部により転写ベルト上に各色のパッチパターンが形成され、前記光学的検出装置を用いたパッチパターン検出手段によりパターン濃度を測定し、各色のトナー濃度の期待値からのずれの測定データを元に、各画像形成部の現像バイアス電圧を補正するなどして各色ごとの濃度補正を行う（特許文献１参照）。

この濃度補正に必要なパッチパターンは、図２のようなものであるが、そのパッチパターンの幅（転写ベルトの搬送方向に垂直な方向）は、画像形成装置の濃度検出のための光学的検出装置の取り付け位置の精度からくる誤差や、画像形成装置内部の温度上昇による機器各部の熱膨張などによる各トナー色のパッチパターンのずれを吸収するために、必要なパターンよりは大きめの２０ｍｍ程度の幅で印刷されていた。実際には、パッチパターンの濃度を検出する光学的検出装置が測定するパッチパターンの幅は、センサの種類やその光学的配置によっても異なるが５ｍｍ程度である。よって、４分の３程度のトナーが検出に係わることも無く、無用に消費されていた。

特開２００５−２６９４４７号公報

解決しようとする問題点は、画像形成装置における濃度補正に必要なパッチパターン（濃度パターン）の形成時にトナーを必要以上に消費してしまう点である。

本発明は、濃度パターン形成時にトナーの消費量を抑えることを可能とするため、転写体上に各色のトナーの濃度を検出するための濃度パターンを形成する濃度パターン形成手段と、前記濃度パターンの濃度を検出する濃度パターン検出手段と、前記検出された濃度に応じて各色のトナー濃度を補正する濃度補正手段と、前記転写体上に前記各色のトナーごとの印刷位置を測定するための位置決めチャートを形成する位置決めチャート形成手段と、前記位置決めチャートの位置を計測するためのチャート位置計測手段とを備え、前記濃度パターン形成手段は、前記計測された位置決めチャートのデータを基に前記濃度パターンを形成することを最も主要な特徴とする。

本発明の画像形成装置は、転写体上に各色のトナーの濃度を検出するための濃度パターンを形成する濃度パターン形成手段と、前記濃度パターンの濃度を検出する濃度パターン検出手段と、前記検出された濃度に応じて各色のトナー濃度を補正する濃度補正手段と、前記転写体上に前記各色のトナーごとの印刷位置を測定するための位置決めチャートを形成する位置決めチャート形成手段と、前記位置決めチャートの位置を計測するためのチャート位置計測手段とを備え、前記濃度パターン形成手段は、前記計測された位置決めチャートのデータを基に前記濃度パターンを形成するため、濃度補正のための濃度パターンを形成するときに無用なトナーの消費を抑制できる利点がある。

カラー画像形成装置において濃度補正を行うために必要なパッチパターン（濃度パターン）を形成するときに無駄にトナーを消費しないようにするという目的を、位置決めチャート形成手段とチャート位置計測手段とにより実現した。

［装置の構成］
図１は本発明の実施例１の異なる色のトナー画像を転写体上に順次重ね合わせて形成することによりカラー画像を形成する画像形成装置の構成図である。画像形成装置１００は、露光手段としてＬＥＤヘッドを用いた４連タンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１００の本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、本実施例の転写体である転写ベルト８の上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各画像形成部に隣接して移動する転写ベルト８によって搬送される転写紙６上に転写され、さらに、定着部７において転写紙６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び上方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光するＬＥＤヘッド１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像器３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いでＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄによって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像器３ａ〜３ｄには、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーが所定量充填されている。このトナーは、現像器３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、ＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄからの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

トナー像が転写される転写紙６は、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１３ａ及びレジストローラ１３ｂを介して転写ベルト８上へ供給され、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの位置へと搬送される。転写ベルト８にはその両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。ベルトの材質としては、樹脂製のベルトが用いられ、好ましくは表層からフッソ樹脂コーティング，シリコンコート，ＣＲゴム，ＰＶＤＦ樹脂シートが順次積層された多層ゴムベルトが用いられる。

転写ベルト８は、本実施例の転写体を構成し、従動ローラ１０ａ、１０ｂ及び１０ｃと、駆動ローラ１１とに掛け渡されている。転写ベルト８が反時計回りに回転を開始すると、転写紙６がレジストローラ１３ｂから転写ベルト８の最上流側に設けられた吸着ローラ１４を介して転写ベルト８上へ搬送される。吸着ローラ１４には所定の電圧が印加されており、転写紙６を静電吸着力により転写ベルト８上に保持する。

このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、所定のタイミングにより最上流の感光体ドラム１ａ上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム１ａの下部において、所定の転写電圧が印加された転写ローラ４ａで電界付与することにより、感光体ドラム１ａ上のマゼンタのトナー像が転写紙６上に転写される。その後、転写紙６は次の画像形成部Ｐｂに搬送され、上記と同様に、今度は感光体ドラム１ｂによってシアンのトナー像が転写される。

以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１ｃ及び１ｄによってそれぞれイエロー及びブラックのトナー像が転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために転写紙６に対し予め定められた所定の位置関係をもって形成される。４ｂ、４ｃ及び４ｄは感光体ドラム１ｂ〜１ｄの下部に位置する転写ローラである。４色のトナー像が転写された転写紙６は、転写ベルト８から離脱し、定着部７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム１ａ〜１ｄは、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーが各クリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

転写ベルト８から定着部７に搬送された転写紙６は、定着ローラ１８により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙６の表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙６は、その後排出ローラ１９によって装置本体外に排出される。

光学的検出装置９は、発光素子と受光素子から構成されており、本実施例において、濃度パターン検出手段とチャート位置計測手段とを共用している。すなわち、光学的検出装置９は、パッチパターンの濃度を検出する目的と位置決めチャートを検出する目的とに使用される。

位置決めチャートとパッチパターンの形成時には、転写紙６は供給されず転写ベルト８上に直接トナー像が形成される。このトナー像は、光学的検出装置９での測定が終了した後、転写ベルトクリーニング装置（図示せず）によって除去される。

図２は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。画像形成装置には、図１にすでに示したように画像形成部Ｐａ〜Ｐｄがあり、その画像形成部は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電器２ａ〜２ｄ、現像器３ａ〜３ｄ、ＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄ、転写ローラ４ａ〜４ｄ等により構成されている。また、同じく図１で示した、定着部７、光学的検出装置９がある。

これらの印刷に関する機構部以外に、画像形成装置のプログラムやデータを記憶しておく半導体メモリと磁気ディスクからなる記憶部３３、画像形成装置の初期設定や機能実行を操作する操作パネル３４がある。

上記のすべての機構は、ＣＰＵと周辺機器制御回路からなる制御部３２に接続されている。制御部３２は、記憶部３３に記憶されているプログラムに従って、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄや定着部７、光学的検出装置９を全般的に制御すると共に必要なプログラムやデータを記憶部３３との間でやり取りを行い、操作パネル３４からの操作要求に応じて各機構部を制御する。

さらに制御部３２は、キャリブレーションが実行されると、記憶部３３に記憶されているプログラムにより、濃度パターン形成手段と、濃度パターン検出手段と、濃度補正手段と、位置決めチャート形成手段と、チャート位置計測手段として機能する。

制御部３２が位置決めチャート形成手段として機能する場合は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに指示を出し、各色のトナーごとの印刷位置を測定するための位置決めチャートを前記転写ベルト８上に形成する。

同チャート位置計測手段として機能する場合は、光学的検出装置９の検出値から位置決めチャートの位置を演算（計測）する。

同濃度パターン形成手段として機能する場合は、計測された位置決めチャートのデータを基に、パッチパターンの形成位置を計算し、その形成位置を基に画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに指示を出してパッチパターンを形成する。

同濃度パターン検出手段として機能する場合は、前記形成されたパッチパターンの濃度を前記光学的検出装置９の検出値から演算（検出）する。

同濃度補正手段として機能する場合は、検出されたパッチパターンの濃度を基準濃度と比較し、以降の画像形成におけるトナー濃度の補正に必要な現像バイアス電圧などの補正を行う。

［パッチパターン（濃度パターン）の説明］
図１のようなタンデム方式のカラー画像形成装置では、前述した画像形成過程により、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にパッチ画像形成用のパッチパターン（濃度パターン）が形成される。形成されたトナー像が転写ローラ４ａ〜４ｄにより転写ベルト８上の所定位置に転写され、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のパッチパターンが形成される。

図３は、実施例１に用いられるパッチパターンの例である。本図はモノクロの２値画像のため、濃度差を表すのに黒白の面積比を用いて模式的に表現しているが、実際にはカラーの階調の異なる濃度の矩形のパターンである。

濃度補正（キャリブレーション）を行うときに図３（ａ）に示すように、転写ベルト８上の進行方向（搬送方向）に向かって左端に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｂ）の各色の矩形のパッチ画像が搬送方向に沿って一列に形成される。感光体ドラム１ｂにより形成されるマゼンタ（Ｍ）のパッチ画像は、白ベタ画像（Ｍ１）から、最も濃色の画像（Ｍ５）まで５段階の濃度のパッチ画像Ｍ１〜Ｍ５が進行方向から順に形成される。

図３（ａ）におけるＭ１及びＭ２の部分を拡大した様子を図３（ｂ）に示す。図から判るように、隣接するパッチ画像Ｍ１及びＭ２は、境界において濃度が変化するようにそれぞれ単色で形成されている。以下、パッチ画像Ｍ３からＭ５についても同様に形成され、さらにシアン（Ｃ）のパッチ画像Ｃ１〜Ｃ５、イエロー（Ｙ）のパッチ画像Ｙ１〜Ｙ５及びブラック（Ｂ）のパッチ画像Ｂ１〜Ｂ５についてもＭ１〜Ｍ５と同様の構成で形成されている。

［光学的検出装置］
光学的検出装置９は、測定対象物までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、図１に示すように、転写ベルト８表面までの距離変動の少ない、従動ローラ１０ｃに対抗するような位置に配置されており、転写ベルト８上のパッチ画像のトナー付着量（画像濃度）を測定し、各色について予め定められた基準濃度と比較して濃度補正が行われる。濃度補正には主として現像器３ａ〜３ｄの現像バイアス電圧を補正することにより行われる。

［位置決めチャートの説明］
図４は、各色のトナー画像の位置を計測するための位置決めチャートについての説明を示す。位置決めチャート４１に示すような細線を搬送方向に垂直な方向に１ドットずつずらした位置決めチャート４１を各色ごとに転写ベルト８上に形成する。光学的検出装置９は、画像形成装置内部に固定されており、位置決めチャート４１はその検出装置の受光素子の下を搬送されて行く。光学的検出装置９は、その検出中心である一点鎖線４３に沿って位置決めチャート４１上を走査し、発光素子からの光が転写ベルト８上のチャート像に反射した光を受光素子で測定する。図４では、光学的検出装置９が位置決めチャート４１上の１１番のマーク位置を走査した時が、光学的検出装置９の測定中心位置であったことを示している。これにより、光学的検出装置と印刷位置の相対関係が求まる。そこで、この１１番を形成したときの位置、すなわち図３に示す光学的検出装置９の検出中心線４３に、パッチパターンの中心線５３が重なるように、パッチパターンの印刷位置データを補正する。この動作は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂの各色別個に行われる。

上記により、正しく位置が補正されたパッチパターンを形成し、引き続き濃度計測、濃度補正を行う。

［実施例１の動作の流れ］
次に、本発明の実施例１の動作の流れを図５のフローチャートを使って説明する。

キャリブレーションを開始すると、まず図４に示した位置決めチャート４１を転写ベルト８上に形成する段階、ステップＳ１（位置決めチャート形成手段）が行われる。

次に、光学的検出装置９を用いて、位置決めチャートの濃度を測定する段階、ステップＳ３（チャート位置計測手段その１）が実行される。測定された値は、光学的検出装置９から制御部３２を経て記憶部３３に記憶される。

次に、記憶部３３に記憶された位置決め測定データを解析して、光学的検出装置９の位置を計算する段階、ステップＳ５（チャート位置計測手段その２）が実行される。計算された光学的検出装置９の位置は前記ステップと同様に記憶部３３に記憶される。

次に、前ステップで求められた光学的検出装置９の位置を基に、パッチパターンの位置データを補正する段階、ステップＳ７（濃度パターン形成手段その１）が実行される。ここでは、図３のパッチパターンの中心線５３が前ステップで求められた光学的検出装置９の検出中心線４３に重なるように、パッチパターンの位置データを補正する。この動作は、各トナー色ごとに別々に行われる。

次に、前ステップで補正された位置データを基に、パッチパターンを形成する段階、ステップＳ９（濃度パターン形成手段その２）が実行される。パッチの印刷幅及び高さに関しては、搭載されている光学的検出装置９の特性よりあらかじめ定められており、記憶部３３にデータとして記憶されている。

次に、パッチパターンの濃度を測定する段階、ステップＳ１１（濃度パターン検出手段）が実行され、測定データは記憶部３３に記憶される。

次に、制御部３２により、記憶部にあらかじめ記憶されている基準濃度データと前記ステップＳ１１で測定された濃度データを比較し、その差が無くなるように画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの現像器３ａ〜３ｄのバイアス電圧を補正し、その補正値を記憶部３３に記憶する段階、ステップＳ１３（濃度補正手段）が実行され、キャリブレーションを終了する。

ステップＳ１３で記憶された補正値は、キャリブレーション以降の印刷において使用され、色濃度ずれの無い画像が形成される。この補正値は、次回のキャリブレーション実行時まで継続して使用される。

このフローチャートのＳ１からＳ７の位置決めチャート形成からパッチパターンの位置補正までの動作は、一度行えば頻繁に行う必要は無く、その後の濃度補正の際には、Ｓ９からＳ１３までの段階を行うだけでよい。

各トナー間の印刷位置のずれが起こり、その補正を行うためのレジスト補正が必要な状況が出てきた場合には、レジスト補正動作の後に、再度Ｓ１からＳ７までの動作を実行してパッチパターンの位置補正を行えば良い。

［実施例１の効果］
上記の方法により、カラー画像形成装置は、その濃度補正を行う前に位置決めチャート４１を転写ベルト８上に形成し、画像が形成される位置と光学的検出装置９との正確な位置関係を把握し、そのデータを持ってパッチパターンを光学的検出装置９の測定幅に収まるように形成するため、装置の製造誤差や装置内の温度上昇における画像位置のずれを考慮する必要がなくなり、必要最低限のパッチパターンの形成で済むためにトナーを無用に消費することが無くなった。

［その他］
実施例１としては、露光光源としてＬＥＤヘッドを用いた方式のカラー画像形成装置について説明したが、他に露光光源として半導体レーザと走査型の光学系を露光光源として用いたカラー画像形成装置についても、本発明は応用できる。

実施例１としては、４色の画像形成部が転写ベルトに沿って一連に並んでいるタンデム方式のカラー画像形成装置について説明したが、四色の画像形成ユニットを一色ごとに感光体に接しさせることにより画像形成を行う１ドラム方式においても、本発明は応用できる。

濃度パターンは、光学的検出装置９等で計測するのに必要な幅で形成すればよく、必ずしも光学的検出装置９の検出幅そのものに設定する必要はない。光学的検出装置９の検出幅そのものよりも若干幅広の濃度パターンであっても、従来より狭くできるのであれば、その分トナー消費を抑制することができる。

本発明の画像形成装置の概略図である。（実施例１）。本発明の画像形成装置のブロック構成図である（実施例１）。本発明で形成されるパッチパターンの例である（実施例１）。本発明で形成される位置決めチャートの例である（実施例１）。本発明のパッチパターン位置補正のフローチャートである（実施例１）。

符号の説明

８転写ベルト（転写体）
９光学的検出装置（濃度パターン検出手段、チャート位置計測手段）
３２制御部（濃度パターン形成手段、濃度パターン検出手段、濃度補正手段、位置決めチャート形成手段、チャート位置計測手段）
４１位置決めチャート（位置決めチャート形成手段、チャート位置計測手段）
１００画像形成装置
Ｐａマゼンタ色画像形成部（濃度パターン形成手段、位置決めチャート形成手段）
Ｐｂシアン色画像形成部（濃度パターン形成手段、位置決めチャート形成手段）
Ｐｃイエロー色画像形成部（濃度パターン形成手段、位置決めチャート形成手段）
Ｐｄブラック色画像形成部（濃度パターン形成手段、位置決めチャート形成手段）

Claims

異なる色のトナー画像を転写体上に順次重ね合わせて形成することによりカラー画像を形成する画像形成装置において、
前記転写体上に前記各色のトナーの濃度を検出するための濃度パターンを形成する濃度パターン形成手段と、
前記濃度パターンの濃度を検出する濃度パターン検出手段と、
前記検出された濃度に応じて各色のトナー濃度を補正する濃度補正手段と、
前記転写体上に前記各色のトナーごとの印刷位置を測定するための位置決めチャートを形成する位置決めチャート形成手段と、
前記位置決めチャートの位置を計測するためのチャート位置計測手段とを備え、
前記濃度パターン形成手段は、前記計測された位置決めチャートのデータを基に前記濃度パターンを形成する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置であって、
前記濃度パターン形成手段は、前記濃度パターンを前記濃度パターン検出手段で計測するのに必要な幅で形成する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項２記載の画像形成装置であって、
前記濃度パターン形成手段は、前記濃度パターンを前記濃度パターン検出手段の検出幅で形成する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１から３の何れかに記載の画像形成装置であって、
前記濃度パターン検出手段と前記チャート位置計測手段とを同一の光学的検出装置で共用した
ことを特徴とする画像形成装置。