JP2007241079A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラー画像形成装置において、自動レジスト補正を専用の検出装置を設けること無く実行可能とする。また、レジスト補正によるダウンタイムを抑制する。
【解決手段】カラー画像形成装置においては、濃度補正を行うための濃度パッチ形成とその濃度測定をして色濃度の補正（キャリブレーション）を行うが、濃度パッチ形成時に濃度パッチをずらして形成し、そのずれ量を濃度パッチ検出用のセンサを用いて測定することにより、自動レジスト補正を専用の装置を装備せずとも簡易に行うことが可能となった。また、濃度補正とレジスト補正を同一の濃度パッチを用いて行うことにより画像形成装置のダウンタイムを抑制した。
【選択図】図３

Description

本発明は、カラー画像を形成する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と濃度補正のパッチパターンの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。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、各トナー色の印刷位置にはずれが生じる可能性がある。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場合がある。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、各色ごとの印刷位置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を印刷し、その印刷された補正パターンから各色の色ずれの度合いを読み取り、その読み取った色ずれの度合い（数値）を操作パネルから入力する等してレジスト補正を行っていた（特許文献１参照）。

また、レジスト補正のためのレジスト補正パターンを各トナー色ごとに転写ベルト上に形成して、そのレジスト補正パターンをセンサで読み取ることにより、レジスト補正を自動で行う方法があるが、そのためには専用のレジスト補正パターン読取センサを必要とするため装置の価格を上げてしまう問題があった。また、レジスト補正パターンの形成、測定にかかる時間は画像形成装置の使用できない時間（ダウンタイム）となる問題があった。

特開２００２−１９９１４５号公報 一方、カラー画像を形成するのに、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行うが、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、各トナーの濃度が意図された濃度から変動してしまう。その場合には、色濃度ずれが起こってしまい、例えば本来深紅色であるところが紫色に印刷されてしまったりして、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、濃度パッチと呼ばれる一様の濃度で矩形のパターンを、例えば１０％濃度ごとに連続して転写ベルト上に形成し、その濃度パッチの濃度を濃度検出センサにより検出して、期待される濃度値と測定濃度値の差が無くなる様に現像バイアス電圧を調整するなどして色濃度の補正を行う。

濃度補正の必要頻度は、レジスト補正の必要頻度に比べて高いので、濃度補正時に濃度パッチ及びその検出手段を用いてレジスト補正も行うことができれば、レジスト補正専用の検出装置の必要が無く、またレジスト補正のためのダウンタイム（プリンタ使用不可時間）も発生しないが、これまでその方法は無かった。

レジスト補正を自動で行おうとすると、そのための専用の検出装置が必要となり装置の価格を上げてしまう点、及び、自動レジスト補正時にダウンタイムが発生してしまうという点である。

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ための濃度パターン検出手段とを備え、前記濃度パターン形成手段は、前記転写体の搬送方向に配置する濃度パッチを転写体の搬送方向に垂直な方向にずらして形成し、前記濃度パターン検出手段により、そのずれを検出することにより、前記転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のレジストずれのレジスト補正を行うと共に前記濃度パターン検出手段により、前記転写体の搬送方向に配置された濃度パッチ間のエッジを検出することにより、前記転写体の搬送方向のレジストずれのレジスト補正を行うレジスト補正手段とを備え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ための濃度パターン検出手段とを備え、前記濃度パターン形成手段は、前記転写体の搬送方向に配置する濃度パッチを転写体の搬送方向に垂直な方向にずらして形成し、前記濃度パターン検出手段により、そのずれを検出することにより、前記転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のレジストずれのレジスト補正を行うと共に前記濃度パターン検出手段により、前記転写体の搬送方向に配置された濃度パッチ間のエッジを検出することにより、前記転写体の搬送方向のレジストずれのレジスト補正を行うレジスト補正手段とを備えたことを特徴とするため、レジスト補正のための専用の検出装置を持たずとも、自動レジスト補正を行うことができる。またレジスト補正を濃度補正パターンを用いて同時に行うため、自動レジスト補正の必要によるダウンタイムが発生しない。

自動レジスト補正を容易にかつ簡易に行わせることを可能にするという目的及び、レジスト補正にかかるダウンタイムを無くすという目的を、濃度補正パターンを用いてレジスト補正も同時に行うという方法により解決した。

［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概略図である。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、パッチパターンの濃度を検出する濃度パターン検出手段として使用される。

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構成図である。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、濃度パターン形成手段と、濃度パターン検出手段として機能する。

同濃度パターン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、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。

同レジスト補正手段として機能する場合は、濃度パターン検出手段によって検出された濃度パターンデータを解析することにより、レジスト補正を行う。

［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。

［パッチパターン（濃度パターン）の説明］
図３に実施例１に用いられるパッチパターンの例（図３（ａ））とその濃度データ測定値（図３（ｂ））を示す。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。

図３（ａ）では、ブラック色のみのパッチ（Ｂ０〜Ｂ９）を示しているが、実際には、その他にマゼンタ、シアン、イエローのカラー三色のパッチも同様に形成し、下記で示すのと同様の方法により測定及び解析を行う。

パッチは、Ｂ０からＢ９まで、濃度が０％から１００％までを１１．１％刻みに濃度を変えて形成される。濃度パッチは転写ベルト８上に形成され、光学的検出装置９の下を搬送されその濃度が測定される。光学的検出装置９は、円４５で示す測定範囲を持ち、その光学中心線４３に沿って検出幅４７で濃度パッチの濃度を計測して行く。

濃度パッチＢ０〜Ｂ９は、図３（ａ）に示すように、転写ベルトの搬送方向に垂直な方向にずれて形成されている。

図３（ｂ）には、光学的検出装置９が各パッチ上を走査したときの測定濃度をグラフにして示してある。

光学的検出装置９がＢ０からＢ９まで濃度パッチの上を走査して、その濃度を測定して行く時に、濃度パッチを転写ベルトの搬送方向にずらして形成しないで測定したときの予測トナー濃度を点線２０１で示す。

実際に、光学的検出装置９がＢ０からＢ９まで濃度パッチの上を走査して、その濃度を測定した濃度データを実践２０３で示す。

濃度パッチは、転写ベルトに垂直な方向に徐々にずれて形成されているため、Ｂ０から濃度パッチの濃度を計測して行くと、図３（ｂ）に示すようにＢ０〜Ｂ２までは、光学的検出装置９の測定幅４７に前記パッチが収まっているため、その実測定データ２０３は、パッチの位置ずれが無いとしたときの予測データ２０１とほぼ同じである。しかし、濃度パッチＢ３からは、濃度パッチが光学的検出装置９の測定幅４７全体にかかっていないために、実データ２０３は、予測データ２０１に比べその濃度が大きく下がっていることが図３（ｂ）の２０９の位置に見て取れる。このパッチの位置ずれ無しとしたときの予測データ２０１からの実データ２０３の差を利用して、転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のレジストずれを検出する。

上記で求められた転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のレジストずれ量を基にして、Ｂ３以降の濃度パッチの濃度値がレジストずれにより過小に測定されてしまう分を計算できるので、その過小分を補正して実際の濃度パッチの濃度データとする。

以上は、転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のずれ量についてのレジスト補正に関してであったが、転写ベルトの搬送方向のずれについては、各パッチ間のエッジ、例えばＢ０とＢ１のエッジ（図３の２０５）やＢ１とＢ２のエッジ（図３の２０７）を検出して、そのエッジの検出位置より転写ベルトの搬送方向のずれを検出する。本パッチはマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色ごとに形成されて、測定が行われるので、各トナー色でのパッチ形成からエッジ検出までの時間を、その画像形成部Ｐａ〜Ｐｄと光学的検出装置９との間の距離で換算することにより、各トナー色間のレジストのずれが求められる。

［実施例１の動作の流れ］
次に、実施例１の動作の流れを図４のフローチャートを使って説明する。

ここでは、濃度パッチ一色あたりの動作の流れを示しているが、実際にはトナーの色数分だけ（本実施例では４色）この動作が必要である。

濃度補正またはレジスト補正が必要になると図４のフローチャートが起動する。

ステップＳ７１では、まず、図３（ａ）に示した濃度パッチを形成する。

ステップＳ７３では、光学的検出装置９を用いて、濃度データを測定する。

ステップＳ７５では、前記ステップＳ７３で得たデータを基にその濃度が大きく変化する濃度パッチの搬送方向のエッジを検出する。

ステップＳ７７では、Ｓ７３で得られたデータを基にパッチの搬送方向に垂直な方向のレジストずれを解析する。

ステップＳ７９では、前記Ｓ７５で得られたパッチの搬送方向のレジストずれ及び前記Ｓ７７で得られたパッチの搬送方向に垂直な方向のレジストずれの値からその補正値を求め、その値を記録する。以降の画像形成時にはその補正値を用いてレジストずれを無くす。

ステップＳ８１では、前記Ｓ７７で解析されて求められた、パッチの搬送方向に垂直なレジストずれに基づく、濃度パッチの濃度の過小分を補正する濃度補正解析が行われる。

ステップＳ８３では、前記Ｓ８１で求められた濃度補正値を記録する。以降の画像形成時には、その濃度補正値を用いて色濃度ずれを無くす。

［実施例１の効果］
上記の方法により、カラー画像形成装置１００は、濃度パッチを転写ベルトの搬送方向に垂直な方向にずらして形成し、そのずれを光学的検出装置９で測定し、データを解析することにより、濃度補正とレジスト補正の両方のデータを同時に取得することができる。そのため、レジスト補正のための専用の光学検出装置を備えずとも、濃度補正の検出装置を共用することにより簡易に自動レジスト補正が可能となった。

また、濃度補正のパッチパターンを用いてレジスト補正データが取得できるために自動レジスト補正に必要な画像形成装置のダウンタイムが発生せず、またそのためのトナー消費が無くなった。

［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。

濃度パッチは、図３（ａ）で示したように転写ベルトの搬送方向に垂直な方向にずらして形成したものを常時形成する方法でもよいし、ずれを無くして形成した濃度補正のためだけに使用するパッチと、ずれを伴って濃度補正とレジスト補正の両方を行うパッチとを複合して使用してもよい。一般的に、濃度補正はレジスト補正に比較し必要頻度が高いので、通常は、ずれの無い濃度パッチを用いて濃度補正を行い、レジスト補正の必要頻度に合わせてずれを伴った濃度パッチを使用するのが良い。

濃度補正に関して、一般的にキャリブレーション間で発生する濃度ずれは、小さいため上記の方法（予測濃度値からのずれでレジストずれを検出する方法）で、レジストずれ位置の検出が可能であったが、何らかの理由により濃度パッチ間で大きな濃度ずれが発生した際には、濃度パッチ全体での濃度解析により、その大きな濃度ずれの発生を検出して、上記に述べた転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のずれを持たない、濃度補正のためだけの濃度パターンを形成して濃度補正を行ってから、転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のずれを持たせた濃度パターンを形成してレジスト補正を行ってもよい。

画像形成装置の概略図である。（実施例１）。 画像形成装置のブロック構成図である（実施例１）。 パッチパターン及びその濃度測定データである（実施例１）。 濃度補正及びレジスト補正のフローチャートである（実施例１）。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部（濃度パターン形成手段）
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）
３２ 制御部（レジスト補正手段、濃度パターン検出手段）
１００ 画像形成装置

Claims (2)

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ための濃度パターン検出手段とを備え、
   前記濃度パターン形成手段は、前記転写体の搬送方向に配置する濃度パッチを転写体の搬送方向に垂直な方向にずらして形成し、
   前記濃度パターン検出手段により、そのずれを検出することにより、前記転写ベルトの搬送方向に垂直な方向のレジストずれのレジスト補正を行うレジスト補正手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置であって、
   前記濃度パターン検出手段により、前記転写体の搬送方向に配置された濃度パッチ間のエッジを検出することにより、前記転写体の搬送方向のレジストずれのレジスト補正を行うレジスト補正手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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