JP2007199121A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラー画像形成装置において、レジスト補正を自動で行うために、専用のセンサと制御回路を搭載するとコスト高になる問題があった。
【解決手段】カラー画像形成装置においては、装置内の各部の熱膨張や、経年変化による部品位置のずれなどにより、各トナー色の画像形成位置がずれてしまう。それを補正する為に、レジスト補正が必要であるが、コストを上げずに自動化するために、各トナー色の濃度補正に用いるパッチパターン測定のための光学的検出装置とレジスト補正に用いる光学的検出装置を共用にすることにより、コスト高の問題を解決し、自動レジスト補正を実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いたカラー画像形成装置に係わり、特に各色の画像形成位置のずれを補正するカラーレジストレーション技術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。各色のトナーは別個の画像形成ユニットで形成されるため、それらの位置にはずれが生じる可能性がある。各トナーの印刷位置にずれが生じた場合には、例えば灰色の円を印刷したとすると、それらは同じ濃度のイエロー色、マゼンタ色、シアン色から成り立っているが、各トナーの形成位置がずれているために、円の右下に黄色の枠が、円の上部に紫色（マゼンタ）の枠が、円の左下に水色（シアン）の枠がずれて印刷されてしまうことが起こる。これらのずれを無くし、各トナー色の画像形成位置が意図された位置に正確に揃うように形成させる技術をカラーレジストレーション技術と呼ぶ。画像形成装置の製造出荷時には、各画像形成部の位置を調整したり、露光光学系の露光光路を調整したり、露光光学系に送られる電気信号を調整したりして、各色ごとのずれが生じないようにして製品を出荷する。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、各トナーの印刷位置にずれが生じてくる。これまで、これらのずれ補正（以降レジスト補正と呼ぶ）を行うためには、ユーザまたはサービスマンが、手動によりレジスト補正パターンの印刷を行い、その印刷された画像から各色の位置ずれの度合いを読み取り、その読み取った数値を操作パネルなどから入力してレジスト補正を行っていた（特許文献１参照）。

これに対し、レジスト補正を行うために、専用のセンサを画像形成装置内に設け、形成されたレジスト補正用のパターンを読み取らせ、レジスト補正を行うことも可能であるが、そのための専用センサ及びその制御回路が必要となり、装置構成が複雑となり装置の価格を上げる問題があった。

特開２００２−１９９１４５号公報

解決しようとする問題点は、カラー画像形成装置において自動でレジスト補正を行うためには、専用のセンサとその制御回路を必要とし装置構成が複雑となり、装置の価格があがってしまうということである。

本発明は、レジスト補正を自動で行うために、転写体上に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、計測された位置決めチャートのデータを基に画像形成装置の各トナー色の印刷位置を補正する印刷位置補正手段と、前記転写体上に形成された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計測するための濃度パターン検出手段とを備え、前記パターン位置計測手段と前記濃度パターン検出手段とを同一の検出装置で共用したことを特徴とする。

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、計測された位置決めチャートのデータを基に画像形成装置の各トナー色の印刷位置を補正する印刷位置補正手段と、前記転写体上に形成された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検出手段とを備え、前記パターン位置計測手段と前記濃度パターン検出手段とを同一の検出装置で共用したことを特徴とするため、レジスト補正を自動で行うことができる利点がある。また、レジスト補正を行うための検出手段を濃度パターンを検出するのに使用される検出装置で共用したため、装置コストをあげることなくレジスト自動補正を実現した。

カラー画像形成装置において、装置コストを上げずにレジスト補正を自動で行うという目的を、位置決めチャート形成手段とチャート位置計測手段とチャート位置補正手段による方法及び濃度パターン検出手段とチャート位置計測手段で用いる光学的検出装置を共用することにより実現した。

［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、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ったり、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、レジスト補正が実行されると、記憶部３３に記憶されているプログラムにより、位置決めチャート形成手段と、チャート位置計測手段と、印刷位置補正手段と、濃度パターン検出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。

同印刷位置補正手段として機能する場合は、計測されたチャート位置を基に以降の印刷における各トナー色の印刷位置を補正するために記憶部３３に補正されている印刷基準位置の値を補正し、その値を持って画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに指示を出しレジスト補正を行う。

同濃度パターン検出手段として機能する場合は、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。

［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４１である。図４に示すような細線を搬送方向に垂直な方向に１ドットづ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、その検出の中心線である一点鎖線４３に沿って位置決めチャート上を走査し、発光素子からの光が転写ベルト上の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。

各トナー色の色ずれを防ぐためには、位置決めチャートで測定されたマーク番号（図４での１１番）が４色のトナーすべてにおいて揃うことが必要である。そこで、例えば基準としてブラックを採用すると、ブラックのマーク番号が図４のように１１番であったとすると、他の３色でのマーク番号と１１番との位置の差を搬送方向に垂直なレジスト補正値として決定することができる。

搬送方向と同方向に関してのずれは、例えば図４の横線４５が感光体上に潜像を形成されてから光学センサを横切るまでの時間を各トナー色で計測し、基準のブラックとの時間差から光学センサと感光体の転写位置間の距離を考慮した分差し引いた値を持って搬送方向においてのレジスト補正値として決定することができる。

［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。

レジスト補正を開始すると、まず図４に示した位置決めパターン４１を転写ベルト８上に形成する段階、ステップＳ１が行われる。位置決めチャートは、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色ごとに転写ベルトに形成される。

次に、光学的検出装置９を用いて、前記ステップＳ１で形成されたブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色の位置決めチャートの濃度を測定する段階、ステップＳ３が実行される。この動作は、Ｓ１の動作と連続して行われるので、ブラックの位置決めチャートが光学的検出装置９により測定されていると同時に、マゼンタの位置決めチャートがマゼンタ色の画像形成部Ｐａにより形成されているようなことが起こりうる。すなわちＳ１の一部が未だ実行中にもＳ３が実行されている場合がありえる。これらは、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄと光学的検出装置の配置、及び位置決めチャート４１の搬送方向の長さなどによって変ってくる。

前記ステップＳ３で測定された濃度値は、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に記憶されたブラックの位置決めチャートの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。ここで測定された光学的検出装置９の位置に対するブラック色の画像形成位置を以降の位置補正の基準とする。

次に、この基準位置を基に、イエロー、シアン、マゼンタの各トナー色の画像形成装置の補正位置を計算し、その値を記憶部３３に記憶させる段階、ステップＳ７が実行されレジスト補正は終了する。補正位置の計算方法に関しては、前項目の位置決めチャートについての説明で述べたとおりである。

ステップＳ７で記憶された補正値は、レジスト補正以降の印刷に於いて使用され、レジストずれの無い画像が形成される。この補正値は、次回のレジスト補正実行時まで継続して使用される。

［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レジスト補正を行うため、レジスト補正を自動で行うことが可能となった。また、レジスト補正に用いる光学的検出装置は、パッチパターンの濃度を検出するのに用いられる光学的検出装置と共用可能なため、本発明によるレジスト補正を行うためのハード的な追加コストは発生しない。

実施例２では、前記実施例１で説明したレジスト補正に引き続きトナー濃度補正を行う動作について説明する。レジスト補正により、各トナーは光学的位置に対して正確な位置が求まるため、濃度補正のためのパッチパターンを形成する際には、光学的検出装置９の取り付け精度や画像形成装置の位置ずれなどを考慮する必要が無く、濃度補正に必要なパッチパターンを光学的検出装置９の検出幅に形成することができ、必要最小幅のパッチパターン形成で済むことになる。

実施例２での装置の構成、パッチパターン、位置決めチャート、光学的検出装置については実施例１と全く同じである。

［実施例２の動作の流れ］
本発明では、パッチパターンの濃度測定に用いられる光学的検出装置９を用いてレジスト補正を行ったが、レジスト補正を行ったことにより、各色のパッチパターンも光学的検出装置に対して正しい位置に印刷されることになる。図６は、レジスト位置補正とパッチパターンによるトナー濃度補正を連続して行った場合のフローチャートである。

Ｓ１からＳ７の段階は実施例１のフローチャートで説明したものと同じである。

Ｓ７実行の後、トナー濃度補正のための各４色のパッチパターンを形成する段階、ステップＳ９を行う。

次に、Ｓ９で形成されたパッチパターンの濃度を光学的検出装置９を用いて測定する段階、ステップＳ１１が行われる。

次に、Ｓ１１で検出された濃度から、各４色のトナー濃度を補正する段階、ステップＳ１３が行われ、レジスト補正及び濃度補正の一連の動作は終了する。

［実施例２の効果］
位置決めチャートを用いたレジスト補正に続きパッチパターンによる濃度補正を同一の光学的検出装置９を用いて行うことにより、パッチパターンが同光学的検出装置の検出幅に形成することができ、トナーの消費を抑制することができた。また、レジスト補正と濃度補正に同一の装置を共用したことにより装置のコストを上げること無く、上記の利点を得られた。

［その他］
実施例１及び２については、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。

実施例１及び２については、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。

画像形成装置の概略図である。（実施例１、２）。 画像形成装置のブロック構成図である（実施例１、２）。 パッチパターンの例である（実施例１、２）。 位置決めチャートの例である（実施例１、２）。 レジスト位置補正のフローチャートである（実施例１）。 レジスト位置補正と濃度補正を連続して行う場合のフローチャートである（実施例２）。

符号の説明

８ 転写ベルト（転写体）
９ 光学的検出装置
３２ 制御部（位置決めチャート形成手段、チャート位置計測手段、印刷位置補正手段、濃度パターン検出手段）
１００ 画像形成装置

Claims (1)

1. 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、
   計測された位置決めチャートのデータを基に画像形成装置の各トナー色の印刷位置を補正する印刷位置補正手段と、
   前記転写体上に形成された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計測するための濃度パターン検出手段とを備え、
   前記パターン位置計測手段と前記濃度パターン検出手段とを同一の検出装置で共用した
   ことを特徴とする画像形成装置。
   

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