JP2007256883A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フルカラー画像形成装置のトナー濃度検知と4原色、ＹＭＣＫ感光ドラムの位相ずれを検出して補正、修正して高速で高精彩な画像を形成すること。
【解決手段】転写ベルト１１の近傍にトナー濃度センサ２６、および濃度パターン校正用の半月板の基準濃度反射板２５を備える。４原色ＹＭＣＫ感光ドラム２１上にテストパターンを作像して、転写ベルト１１上にテストパッチ５１を像形成する。トナー濃度センサ２６によってテストパッチの間隔を測定する。ＹＭＣＫのテストパッチから２６に入力するクロックパルスの間隔を計測して位相ずれを検知する。位相ずれが検出された時には、最大位相ずれ値にあわせて他のＹＭＣＫ感光ドラムの駆動を制御して位相あわせをおこなう。

【選択図】 図１

Description

本発明は、感光ドラム上のトナー像を転写するために転写ベルトを備えた複写機、プリンタ、印刷機、複合ＯＡ機器等の画像形成装置に関し、特に鮮明な画像を得るために、トナー濃度と感光ドラムの位相ずれを修正する機能を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、色調の良さと高速性が要求されており、従来は、一つの感光ドラム上にＹＭＣＫ４回の帯電、転写、クリーニング動作を順次おこない、一枚のプリントに多大の時間を要していた。

この問題を解決する手法として、一次感光ドラムと転写ベルトを用いた方式が提案されている。この方式は、部材の点数は多くなるが、高速化と良好な画像が得られる。

しかしながら、この方式による画像形成においては、記録媒体上に転写されるトナー量の制御と色彩を鮮やかに高品質に保つために、高精度な位置決めと微妙なきめ細かな制御が必要である。

また、高速に記録媒体を搬送するために媒体の二重搬送（重送）、整列搬送（スキュー）、トナー像転写の際の先端合わせ（レジストレーション）を高速で精度よくおこなう機構要素が要求される。

記録媒体は、小は名刺サイズから大は、新聞紙面サイズまである。記録媒体の質は、蓑紙、オーバヘッドに使うトラペン（透明状のホイル）等、用紙の厚さも一様でない。

これらの課題を解決しながら、良好な画質をユーザに提供しなければならない。

先に述べたように鮮明なカラー画像を得るためには、4原色であるＹＭＣＫ各色の位置合わせの精度が要求される。従来このずれ誤差の許容値は１００μmであったが、鮮明さを求めるには５０μｍ以下が適切とされている。
特開２００４−２４６１９９ 特開２００４−９４０２６

以上述べてきたように、発明が解決しようとする課題は、フルカラー画像処理を高速におこなうために転写ベルトを使用して、ＹＭＣＫの４原色のトナー現像を５０μｍのずれの範囲内で重ねて転写したフルカラー画像を転写ベルト上に得ることである。

また、ＹＭＣＫの４原色を重ねて高品質の画像を得る減法混色であるため、記録媒体の先端合わせは５０μm以下という厳しい状態を維持しなければ鮮明な画質は得られない。そのため、４原色のトナー濃度を適正な値に制御する必要がある。

また、フルカラー画像処理は、感光ドラムＹＭＣＫ４本と転写ベルトから構成されるため、転写時の位置合わせを５０μｍの精度を維持する制御機構要素は難しく、課題を解決するためにコストの増大を招いている。

本発明は、ＹＭＣＫ各色に位相ずれが生じた場合、５０μm程度に安価で効果的に位相ずれを抑えることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の画像形成装置は、回転駆動する帯電された感光ドラム上にビデオ信号によって画像を書き込む手段を備え、感光ドラム上にトナー像を形成して、転写ベルト上に４原色イエロＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫを順次重ねて画像を転写してフルカラー画像を生成し、フルカラー画像を記録媒体に2次転写する画像形成装置において、転写ベルト近傍にトナー濃度を検知するセンサを備え、転写ベルトの近傍にトナー濃度の比較校正用の基準濃度パターンを備え、トナー濃度を検知するセンサは、転写ベルト上に形成されたYMCKテストパッチを検知する手段を備え、YMCKテストパッチの間隔を測定することにより位相ずれ補正データを得て、位相ずれ補正を行うことを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項２記載の画像形成装置は、請求項１記載の画像形成装置において、トナー濃度の比較校正用の基準濃度パターンは、半分をブラック用のダークグレイの基準濃度とし、残り半分をカラー用のライトグレイ標準濃度とし、校正時毎に回転モータによって回転させ、トナー濃度を検知するセンサに照射される光ビームにあてることを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項３記載の画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置において、転写ベルト上に作像して、トナー濃度を検知するセンサに入力されたＹＭＣＫテストパッチパターンからのＹＭＣＫパルス間隔を測定して位相ずれの検知をおこなうことを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項４記載の画像形成装置は、請求項３に記載の画像形成装置において、感光ドラムの周速から前記感光ドラム径を２ｒ、回転数をｎとして、２πｒ／ｎから位相ずれを演算することを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項５記載の画像形成装置は、請求項３に記載の画像形成装置において、位相ずれの検知は、テストパッチから発するＹＭＣＫパルス列の間隔を測定する手段と、パルスの立上がりエッジ、立下りエッジを基準とする間隔の計測と、パルスの平坦部を測定してその値を２で割った値を基準にして演算して検出することを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項６記載の画像形成装置は、請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置において、位相ずれ補正手段は、テストパッチのＹＭＣＫパルス間隔から測定した最大位相ずれ幅を基準にして、感光ドラムの駆動源を制御しておこなうことを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項７記載の画像形成装置は、請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置において、位相ずれ補正手段は、感光ドラムを駆動するクラッチを、最大位相ずれ幅のＹＭＣＫいずれかを基準にして、最大位相ずれ幅の感光ドラムを駆動するクラッチをオフにして、他の感光ドラムの駆動をオン、オフ繰り返しておこない、最大位相ずれ幅にあわせることを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項８記載の画像形成装置は、請求項１〜７いずれかに記載の画像形成装置において、トナー濃度を検知するセンサは、転写ベルト上の画像濃度測定および、ＹＭＣＫ感光ドラムの位相ずれの検知の両方をおこなうことを特徴とする。

上記目的を達成すべく請求項９記載の画像形成装置は、請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置において、ＹＭＣＫテストパッチによる位相ずれの検知、修正を、プリント動作の開始前、および／または終了後におこない、必要に応じプリント工程動作中に適宜おこなうことを特徴とする。

このように、鮮明な画像を得るためにトナー濃度と感光ドラムの位相ずれを修正する機能を備えたことにより、本発明に係る画像形成装置は次のような顕著な効果を奏する。

（１）良好な色彩の画質と記憶媒体を損傷させないで、高速で効果的な画像が得られ、適正なトナー濃度と、高精度でずれのない許容値５０μm程度の転写が可能となる。

（２）トナー濃度と位相ずれの検知を同一のセンサ部位でおこなうことで部品点数が削減でき、高精度を維持して制御をおこなう機構を安価で実現出来る。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１は、本発明による画像形成装置の主要構成部を示す。プリンタ本体の中央に垂直に無端ベルト状の転写ベルト１１を設ける。１１はポリイミド等の材料で構成した転写ベルトである。この転写ベルト１１は、支持ローラ１２、１３，１４に掛けて廻されている。図において、反時計方向に回転する構成としている。

転写ベルト１１の支持ローラ１４の近傍に、画像転写後に転写ベルト１１上に残っている残留トナーを除去するため、不図示の転写ベルトクリーニング装置を備えてある。転写ベルト１１の支持ローラ１２と１４との間には、ブラック（K）、シアン（C）、マゼンタ（M）、イエロ（Y）の４つの円筒型の画像形成感光ドラム２１を垂直に並べて配置してある。

図１において２１ｋはブラックの感光体ドラムで、２１ｃはシアン、２１ｍはマゼンタ、２１ｙはイエロの感光ドラムである。２１ｋ、２１ｃ、２１ｍ、２１ｙの感光ドラム周辺は、画像書き込みＬＥＤヘッド２７、現像装置２８及び、不図示の帯電器、クリーニング装置、トナーカートリッジより構成されている。

ＹＭＣＫの画像形成感光ドラム２１は、図中、ブラック（黒）の感光ドラムであれば２１ｋと示している。以下、シアンは２１ｃ、マゼンタは２１ｍ、イエロは２１ｙと同様に示している。書き込みヘッド２７、現像装置も同様である。

２１の各画像形成感光ドラムは、２８の現像器と近接して２１に形成された潜像に２８の現像器からトナーを付着して顕像化する。この部位は、帯電器、現像ローラ、トナーカートリッジを一体収納して、ユーザによるメンンテナンスとトナーの補給を行うことが可能である。

位相ずれテストパターン（パッチ）ＹＭＣＫを転写ベルト１１へ転写および、画像形成後に支持ローラ１２近傍に設置されているフォトセンサ２６により転写ベルト１１上の画像濃度校正と位相ずれを検出する。

濃度センサは、フォトセンサ２６の他に超音波、磁気センサ等を使用して効果をあげることも可能である。また、転写ベルト１１の端部、側面に転写ベルトマークのテストパターンを印しておけば、クロックパルスを発生してそれを検知することにより、転写ベルト１１の蛇行制御も可能となる。これは転写ベルト１１が蛇行した場合、クロックパルスの間隔が空くことを利用している。

トナー像の濃度制御は、標準濃度反射板２５において基準値を設定することにより行う。プリンタの電源オン時あるいは、プリント、印刷スタート時にフォトセンサ２６の近傍に設置される基準濃度反射用半月板２５が回転して、フォトセンサ２６から照射した光を基準濃度反射用半月板２５に照射し、その反射光により標準値を読み取る。

基準濃度反射用半月板２５の半分黒の部分はブラック（黒）の濃度を、残りの半分はグレイであって、カラーの標準値である。Ｐ２は半月板の回転方向である。このフォトセンサ２６からのデータに基づいて帯電器、バイアス値、ＹＭＣＫトナーの補給量のパラメータとして、画像処理部７１（図６）のＣＰＵが演算して適性値にする。

図１において２２は給紙スタックまたは記録媒体収納台である。１７は給紙ローラであって、プリントスタート信号を受けて、あるタイミングで回転して記録媒体、用紙を送り出す。図中ｔの紙搬送パス中には、紙搬送斜向ローラ１９が複数個設けてある。一例として４つの斜向ローラ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄで示している。紙の材質、サイズはまちまちであるから紙搬送斜向ローラ１９は、目的に応じて間隔をもって適時備えてある。また、記録媒体、用紙のスキュー（横ずれ、先端ずれ）補正用の役割をしているローラである。図示していない各種の紙搬送ローラが実際には多く備えている。

１８は記録媒体の送り出しローラで、１６は先端揃え用のレジストレーションローラであり、紙と作像した転写ベルト１１上の像を用紙に転写するための位置合わせをおこなうローラである。

少なくともフルカラープリンタ、複写機は、ＹＭＣＫ原色4回のトナー像転写を転写ベルト１１上におこなって像形成してから、１５の転写ローラによって記録媒体、用紙に転写して記録媒体上に像を形成する。

１８，１９のローラで給紙搬送された記録媒体、用紙は、１６のレジストレーションローラでいったん停止して画像の先端合わせを正確におこなう。プロセススピードが高速なほどこの像と紙の位置合わせは難しい。

先端像の位置合わせは、５０μm程度の精度が必要である。高精度にタイミングを合わせて、１６のローラが回転して用紙が搬送され、１５の転写ローラによってベルト上の像は、記録媒体に像形成される。

さらに必要に応じて１５の転写ローラの近傍に転写を効率よくおこなうのと、記録媒体、用紙と転写ベルトが容易に分離できるように図示していない分離用コロナ放電器をおくことがある。１１の転写ベルトは、画像の転写時に静電気を大量に帯びているから記録媒体がベルトに吸いつけられて一緒にベルトと伴に回転して、紙詰り、ジャムを発生して周辺の画像形成機構を破壊してしまう危険性があるためである。

２０は、定着ローラであって内部にハロゲンヒータ又は、セラミックヒータによって構成される。ローラの表面は、シリコンゴムが使われていて１６０℃程度に加熱される。ハロゲンヒータ内蔵のゴムローラの他に、セラミックヒータを用いてもよい。セラミックヒータは電源オンと伴に定着に必要な所定温度に急速に達するため、瞬時プリントができる。

図示していない排紙ローラを介して完成したプリント、コピーを排紙ユニット２３に格納する。図中の矢印Ｐ１は記録媒体の搬送方向を示す。なお、記録媒体が通過する各所にはジャム、スキュー、重送検知用（複数枚送り）の紙センサを設けてもよい。紙の搬送異常が発生すれば直ちに異常処理動作をして機械を停止して、メンテナンス個所の指示を操作パネルに表示することが可能となる。

以上図１においては、本発明による画像形成装置の主要な構成部について説明した。図２はトナー濃度制御と位相ずれの校正と修正をおこなう要部の構成を示した。図１に示したように２６のフォトセンサは、転写ベルト１１の画像を検知する。２５のトナー濃度校正用の標準反射板は、３７のモータＭ１によってプリント時に適宜２５を回転させて濃度の校正をおこなう。

転写ベルト１１には、パッチが像形成される。２６はトナー濃度と伴にパッチの間隔を測定して、位相差（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を検出する。位相差を検出した場合は、その最大値に合わせてＹＭＣＫの感光ドラムの駆動を制御する。図２においてＰ２は、トナー濃度校正用の半月板２５の回転方向を示す。

ｌ１はフォトセンサ２６からの発射光を、ｌ２は２６から発射され転写ベルト１１から反射された入射光を示す。転写ベルト１１上にあるパッチのエッジとその幅は、パルス列（図５）となって表れる。このパルス間隔を測定して速度との関係を演算すれば、位相差とともにトナー濃度の検知が同時にできる。

転写ベルト１１に沿って感光ドラム２１が配列してある。２１ｙはイエロの感光ドラムであって同様に２１ｍはマゼンタ、２１ｃはシアン、２１ｋはブラックの感光ドラムである。２７は画像書き込みヘッドである。レーザ光をスキャン（走査）して書き込む方式もあるが、本実施例ではＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。

ＬＥＤヘッド２７yはイエロの原色を感光ドラム２１yに照射する。同様に２７mはマゼンタ、２７cはシアン、２７kはブラックの原色を感光ドラムに照射する。そして図示していない現像器は、ＬＥＤヘッドによって照射された感光ドラム上に顕像化された画像を形成する。テストパターンのパッチ像は、ドラム２πｒ／ｎの円周分の作像をおこなう。ここで、２ｒは感光ドラム径、ｎは回転数を表している。

３３は感光ドラム２１ｋを駆動するクラッチである。３３のＣＬｋが励磁されている間ドラム２１ｋは回転駆動する。同様に３４のＣＬｃは、２１ｃの、３５のＣＬｍは、２１ｍの、３６のＣＬｙは、２１ｙそれぞれの感光ドラムを駆動する。

電磁クラッチ３３、３４、３５、３６の駆動源は、駆動モータ３２のＭ０である。駆動モータ３２が励磁されて、クラッチに駆動信号が入るとクラッチは、ON状態になって感光ドラム２１は回転駆動される。

クラッチ３３〜３６への駆動信号は、プリンタコントローラ３１から予めプリンタコントローラ３１にあるCPUのプログラムによって発信される。駆動モータ３２も同様にプリンタコントローラ３１から信号が発信されて回転駆動する。４０は、プリンタコントローラ３１から駆動モータ３２への信号線であって、４１は感光ドラム駆動クラッチ３３〜３６への出力信号線である。

同様にプリンタコントローラ３１から３７の回転モータを駆動する信号線は、回転モータ駆動信号線３８であって、２６のフォトセンサから発する光ｌ１、入力光ｌ２は、３９のフォトセンサ入出力線によってプリントコントローラ３１に入出力する。これらの入出力信号は所定のタイミングで３１のプリントコントローラから発信する。Ｐ２は、基準濃度反射用半月板２５の回転方向を示しＰ１は記録媒体の搬送方向を、Ｐ０は転写ベルト１１の回転方向を示す。

図３に、トナー濃度と感光ドラムの位相差を検知する機構要素を示す。プリント開始時、プリント中に適宜これらの校正と修正を行って、画像品質の向上を図ることを目的としている。校正とは、基準濃度反射用半月板２５の基準濃度を検知して、トナー濃度を適正な値に設定することである。修正（補正）とは、トナー濃度、位相ずれを適正値に補正制御することである。まず、基準濃度半月板回転モータ３７が駆動されて標準濃度パターン２５が回転する。半月板状の標準濃度パターン２５は、半分がブラックの校正パターンであって、もう一方の半分はカラー濃度の標準パターンである。

この反射光を入力して画像処理部７１（図６）にある図示していないカラーチャートテーブルから適正濃度を決定する。そして鮮明な画像形成のためにＹＭＣＫ４原色のトナー補給と感光ドラム２１と転写ベルト１１のバイアス電位を決定する。

図３において、５１は転写ベルト１１上に形成したパッチである。５１ｙ、５１ｍ、５１ｃ、５１ｋの４原色のパターンを描く。フォトセンサ２６に入力されたパッチのパターンはパルス列（図５）になって表れる。この間隔を演算して感光ドラム位相差の検出を行う。

図４は、転写ベルト上に形成されたパッチのパターンを示す。５１ｋはブラックのパッチであって、５１ｃはシアンのパッチ、５１ｍはマゼンタ、５１ｙはイエロのパッチパターンである。５２は２回目転写のパッチパターンをそれぞれしめす。

図４において、ｋ１は原色ブラックの間隔の測定値である。同様にｃ１はシアンの、ｍ１はマゼンタの、ｙ１はイエロの原色の測定値である。理想は、ｋ１＝ｃ１＝ｍ１＝ｙ１である。もし最大ずれがｙ１であれば、最大ずれのｙ１にあわせて校正をおこなう。位相あわせの基準値は、ＹＭＣＫどれでもよい。要は、最大ずれの色原色感光ドラムに合わせれば良い。

位相ずれの校正の方法は、最大ずれがYのばあいは、感光ドラム駆動クラッチ３６のＣＬｙの駆動源を停止しておいて、ＭＣＫの駆動源のオン、オフを繰り返してｋ１＝ｃ１＝ｍ１＝ｙ１に校正と修正（補正）をする。この動作を繰り返して行って校正を正確におこなう。

図５は、図４に示したパッチパターンからフォトセンサ２６で読み取った出力パルス列を示す波形である。図５（ａ）においてパルス間隔は、ｔｙ１が大幅にずれている例である。ｔｙ１を基準にしてｔｋ１、ｔｃ１、ｔｍ１を校正する。これは、前述したように３３〜３６のクラッチ駆動源のオン、オフを繰り返して校正する。

図５（ｂ）は、校正、修正動作の終了した状態を示すパルス列である。校正、修正した結果、ほぼｔｋ１＝ｔｃ１＝ｔｍ１＝ｔｙ１のように等間隔となる。これで色ずれは無くなり像形成した画像は、濁らないですっきりしたものになる。

図６は本発明による画像形成装置のシステム構成を示した図である。図６において６１は、システムバスである。６２は装置全体を制御するＣＰＵ（中央演算装置）であって、６３はプログラムメモリ、６４はＲＡＭである。６５はデータメモリで外部、内部から入力されたデータを一時的に格納する。

６６はＩ／Ｏ１ポートで主に、ここでは外部機器６７の画像リーダ、６８のＡＤＦ（ａｕｔｏ ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｆｅｅｄｅｒ）、６９のソータ、コレータ及びステプラー（綴じこみ機）、外部記憶装置（ＨＤＤ：ハードディスク）等と本装置との接続をおこなう。

７０はプリンタコントローラである。ここでは、プリント、コピー動作に必要な電源、駆動源、センサ、バイアス電源、高圧電源、感光ドラムの表面電位等プリント工程に必要な制御をおこなう。図６において、７２のI／O２はセンサからの信号の入出力をおこなうポートである。

７３のＩ／Ｏ３は、電源、コロナ発生用の高圧電源、感光ドラム、転写ベルトのバイアス電源の制御をおこなうポートである。Ｉ／Ｏ４は、主に駆動源であるモータ、クラッチ等の制御をおこなう。モータは、高精度なステッピングモータ、サーボモータ、ＡＣモータ、トナー供給用の超音波モータ、超音波振動子が使われる。

Ｉ／Ｏ２に接続されている部位は、７６のＡＤ変換器、ＤＡ変換器がある。アナログで入力されてきた信号をディジタルに変換して７０のコントローラに入力する。又、ディジタルで入出力されてきた信号をディジタル、アナログ信号に変換する機能である。

定着温度センサ７７は、定着ローラ２０の表面温度を１６０℃程度に保つようにヒータを制御する。電源オン時には、素早く所定の温度に達してプリント動作に備える。これは立ち上がりの素早いセラミックヒータが用いられている低速機に適している。温度センサはサーミスタ（負特性）、ポジスタ（正特性）を使うのが望ましい。

７８は表面電位センサである。感光ドラム２１の表面電位を６００Ｖ程度に保って良好な画像を形成する。ＹＭＣＫと後工程に遷移するほど表面電位を変化させていくと、より良質な画像が得られる。バイアス電圧も同様に変化させると、より良い画像が得られる。

７９はトナーの残量を検知するセンサであって、超音波、フォトセンサ等を用いるのが良い。ＹＭＣＫ４原色のトナーが少なくなれば、表示パネルに補給するようにユーザに促す。８０は画像のトナー濃度センサである。先に図３で説明したように基準濃度反射用半月板２５から基準値を適宜得て、YMCKトナーの補給と高圧電源、バイアス電圧のきめ細かな制御をおこなう。

８１、８２はそれぞれ装置内の温度および湿度を検知するセンサである。温湿度に応じて、感光ドラム、転写ベルト、記録媒体の特性が変化する事がある。例えば、冬季に低温で感光ドラム、転写ドラムに露が付着して、画像形成に支障をきたす場合である。このような時には、装置内のヒータ、ファンを作動させて適正な温湿度に保つ。

８３はホームポジションセンサである。光学系、記録媒体搬送系、その他プリント、コピー動作に必要なメカ機構が所定の位置にあるかどうかの検知をおこなう。メカ機構部のホームポジションの初期化をおこなう。マイクロスイッチ、フォトセンサ等を使う。

７５はＩ／Ｏ２に接続するラインであって、これらセンサの類の信号を入出力する。７３のＩ／Ｏ３は、電源関連の入出力ポートである。８５の高圧電源は、感光ドラム２１の周辺に位置して、帯電コロナ、記録媒体転写コロナ、除電コロナ用高圧電源であって５ｋＶ〜８ｋＶを発生する。

バイアス電源８６は、２１の感光ドラム、２８の現像装置、１５の転写ローラ、それに転写ベルト１１を介して、２１の感光ドラム２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの反対側に位置して、図示していないバイアスローラに１ｋＶ程度の電源を供給して、画質の改善をおこなうための電源制御をおこなう。

８７は他の電源制御装置である。主に定着器の電力制御、操作パネルの照明制御、他に定電圧制御をおこなう。８４はＩ／Ｏ３との接続線である。

７４のＩ／Ｏ４は駆動源の入出力ポートである。Ｉ／Ｏ４信号線８８の接続ラインには、９１のメインモータがある。このモータは、プリンタ装置全体の駆動源である。主に、ＡＣモータを使用する。９２は転写ベルト１１を駆動するモータであって、画像形成のために精度よく駆動する。ＡＣモータ、ステッピングモータを使用する。

９３の現像モータは、２８の現像ローラの回転駆動、トナー補給モータは別に設けている。９４の感光ドラム駆動モータは、２１の感光ドラムを駆動する。図２の３２のモータであって、クラッチ３３〜３６の駆動源でもある。９３の現像モータ、トナー補給モータ、ともにＹＭＣＫ４原色あって４つの組み合わせである。

９５のセンサ駆動モータは、２５の半月板駆動モータであって、ステッピングモータ又は、超音波モータを使用する。９６は記録媒体搬送モータである。紙が記録媒体の場合には、給紙、紙搬送ローラ、定着ローラ、排紙ローラの駆動制御をする。この他に、高精細な先端合わせをおこなうレジストレーションモータ駆動制御がある。

８９は２１の感光ドラムクラッチ３３〜３６のオン、オフ制御をおこなう。９０は図示していない記録媒体搬送クラッチの制御をおこなう。記録媒体の幅寄せ制御をおこなって、正常に記録媒体の搬送をおこなう。

駆動源としては、その他に冷却ファンモータがあって温度センサによって駆動制御したり、排風ファンモータを回転させる。

７１の画像処理部は、画質改善のためのソフトウエア処理をおこなう。一般的なＣＰＵの他にＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を演算用に使う。外部の記録媒体に、ＨＤＤ、ＣＤ、ＤＶＤ等にデータの格納をして、読み出す時には、データの圧縮、伸張のアルゴリズムの演算をおこなう。

また、７１は画像処理をディジタルで処理する部位でもある。画像情報は、本来アナログ量として供給される。即ち、対象物から反射あるいは放射された電磁波の強度分布として与えられる。アナログ量からディジタルに変換する理由は、画像処理には高速ＣＰＵ、ＤＳＰを使ってプログラムにより複雑な演算処理を速やかにおこなう事ができる。

その融通性と、精度よく繰り返し実行できる再現性にある。画像の変換、計測、パターン認識、シミュレーションに得意点があげられる。入力画像データに対して種々の処理を行なった後、再び画像として出力するもので、画像濃度の補正、幾何学的ひずみの補正、フィルタリング、画像の移動、回転、画質改善、画像の復元がある。

図７は、本装置のプリント工程を示すシステムフロー図である。Ｓ７０１はユーザによって電源が入れられる。Ｓ７０２は電源オン後の前処理をまずおこなう。そして、異常処理の検知をおこなう。

プリント工程の異常処理とは、前回のプリントで装置内に残存している記録媒体があれば、速やかに装置外に排出する。ジャムがないか、メカ機構部のポジショニング、定着部が所定の温度に達しているかどうかのチェック、その他の異常状態の検出確認をおこなって、安全性のチェックを行ってプリント動作に備える。

さらにステップＳ７０２では、本発明のブラック、カラー濃度基準値の校正と修正、位相ずれの校正と修正動作をおこなう。濃度と位相ずれを基準値以内に設定してプリント動作に備える。Ｓ７０３はこれらの前処理が終了したか否かのチェックをおこなう。

Ｓ７０４はプリントスタート信号が入ったかどうかチェックする。プリントスタート信号は、ユーザによって本装置のプリントボタンをオンするのと、他の外部機器、例えばパソコン（ＰＣ）等からの信号による。

Ｓ７０５はプリント工程処理動作をおこなって、プリント、コピーを完成する。Ｓ７０６はプリント動作中に適宜、トナー濃度と位相ずれのチェックをおこなう。シーケンス制御プログラムによって数十枚のプリント、コピー毎にチェックする。

校正と修正（補正）が必要であれば、その都度プリント中に校正と修正を素早くおこなう。もし校正が何らかの障害によって不可能であれば、表示部にその旨アナウンスしてプリント動作を停止して、さらに校正、修正（補正）動作をおこなう。

どうしても校正、修正（補正）が不可能であれば、いったん装置を停止して、電源オフにして障害の内容を表示部に報知するのと、外部機器、ＰＣ等にもアナウンスして必要なメンテナンスを指示する。

Ｓ７０７は所定枚数のプリント、コピーが終了したかどうかをチェックする。終了していなければＳ７０５にもどって、プリント、コピー動作を続行する。終了していればＳ７０８にて後処理をおこなう。

ここの後処理は、次のプリント、コピーに備えて感光ドラム２１、転写ベルト１１をクリーニングする。残存トナーの除去と装置内に記録媒体が搬送途中にあれば排出する。そしてメカ機構部の初期化、ポジショニングをおこなう。

Ｓ７０９は後処理が終了したかどうかのチェックをおこなう。終了していなければＳ７０８を繰り返し続行する。後工程処理が終了していれば、Ｓ７１０にて電源が切られたかどうかのチェックをおこなう。電源がオフされていれば、一連のプリント、コピー動作は完了する。

Ｓ７１０で電源が切られていなければ、Ｓ７０２にもどって再スタート信号を待つ。この待機中においても、スタートに備えて異常値のチェックとトナー濃度、位相ずれの校正、修正動作は度々チェックする。最良のプリント、コピー画質をユーザに提供できるように備えておく。

図８は図７のＳ７０２、Ｓ７０６のトナー濃度と位相ずれの工程の詳細を示したフロー図である。Ｓ８０１はトナー濃度と位相ずれのチェック工程にはいったことを示す。Ｓ８０２はトナー濃度と位相ずれの校正の必要があるかどうかのチェック工程である。

Ｓ８０３は、位相ずれの基準板２５からの反射光に応じて基準値の校正をおこなう工程である。２５の半月板の半分は、クロ用のブラックの標準濃度スケールである。他の半分は、カラー用のグレイスケールである。モータ３７を駆動してクロ、カラーの基準値を設定する。

フォトセンサ２６からの反射光を入力して、画像処理部７１にある標準パターンが数値化されて、テーブルに記録されている。この標準濃度パターンと、入力値を比較して標準にあわせる。まず、基準値の設定工程をプリント、コピー開始前、後及び、プリント、コピー工程中に度々おこなう。

Ｓ８０４は位相ずれのチェックのために、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ感光ドラムにテストパッチを書き込む。そして転写ベルト１１上にパッチを顕像化する。Ｓ８０５では、トナー濃度センサ２６によってパッチからの反射光を入力する。

パッチからの反射光によるパルス列からＹＭＣＫのパッチ間隔から２１の感光ドラムの回転２πｒ／ｎから正確な位相ずれが検知できる。図５においては、ＹＭＣＫのパッチから発生するパルスの立ち上がりを基準に測定している。

測定の基準はパルスの立ち下がりから検知してもよい。又、精度を上げるためにＹＭＣＫパルスのフラットな部分の中心を基準にすることもできる。これは、各パルス列のフラット部分を計測して２で割ればよい。パルスの立ち上がり、立ち下がり、パルスの中央を演算して、どれかを基準にする。

Ｓ８０６は、位相ずれが検知されたかどうかの判定を行う。位相ずれがなければＳ８０９にて、トナー濃度の校正修正工程をおこなう。Ｓ８０７は、ＹＭＣＫパルス列の最大ずれを基準にとる。この工程で２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋドラムの駆動クラッチ、３３〜３６をオン、オフを繰り返して校正をおこなう。最大ずれ幅の感光ドラムを停止して他の感光ドラムをこれにあわせる。

又、３３〜３６は、クラッチではなく高精度なステッピングモータを、超音波モータを駆動源にしても良い結果が得られる。Ｓ８０８は、位相ずれの校正、修正を何回もおこなって基準値に設定する。どうしても修正が不可能なときには、現在行なっているプリント、コピー工程をひと先ずおこなってから終了後に装置を停止して、異常信号を発信して表示パネルに報知する。

Ｓ８０９はトナー濃度の修正を行なって適正濃度に制御する。現像器２８Ｙ、２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｋには、図示していないトナー補給モータがある。これらの駆動源を制御してトナー濃度を適正値に保つ。トナーが無くなればトナー補給を促す信号を発して、表示パネルに報知する。トナーを格納してあるカートリッジからの駆動源には、超音波モータの他に超音波振動子を使っても良好な効果がある。

Ｓ８１０は、一連の校正と修正の工程が終わった状態であって正常なプリント、コピー動作が可能になる。図８の工程は、図７のフロー図に示すようにプリント、コピー工程の前後、動作中に適宜行なわれる。

本発明の画像形成装置の主要構成部を示す図である。 同、転写ベルト周辺部の構成要素を示す図である。 トナー濃度センサとテストパッチの検知要素を示す図である。 転写ベルトに作像したパッチパターンを示す図である。 フォトセンサから発信するパッチからのパルス列を示す図である。 本発明による画像形成装置のシステム構成を示す図である。 プリント工程を示すシステムフロー図である。 トナー濃度センサの校正と位相ずれ補正を示すフロー図である。

符号の説明

１１ 転写ベルト
１２、１３、１４ 転写ベルト支持ローラ
１５ 画像転写ローラ
１６ レジストレーションローラ
１７ 給紙ローラ
１８ 送り出しローラ
１９ 紙搬送斜向ローラ
２０ 定着ローラ
２１ 感光ドラム
２２ 給紙スタック、記録媒体収納台
２３ 排紙スタック、記録媒体格納台
２５ 基準濃度反射用半月板
２６ フォトセンサ
２７ LEDヘッド
２８ 現像器
３１、７０ プリンタコントローラ
３２ 駆動モータ
３３，３４，３５，３６ 感光ドラム駆動クラッチ
３７、９５ 基準濃度半月板回転モータ
３８ 半月板回転モータ駆動信号線
３９ フォトセンサ入出力線
４０ 感光ドラム駆動クラッチ信号線
４１ LEDヘッド出力信号線
５１ パッチ
６１ システムバス
６２ CPU
６３ ROM
６４ RAM
６５ メモリ
６６ Ｉ／Ｏ１
６７ 画像リーダ
６８ 原稿自動給装装置、ADF
６９ ソータ、コレータ
７１ 画像処理部
７２ Ｉ／Ｏ２
７３ Ｉ／Ｏ３
７４ Ｉ／Ｏ４
７５ Ｉ／Ｏ２信号線
７６ AD、DA変換器
７７ 定着温度センサ
７８ 表面電位センサ
７９ トナー残量センサ
８０ トナー濃度センサ
８１ 温度センサ
８２ 湿度センサ
８３ ホームポジションセンサ
８４ Ｉ／Ｏ３信号線
８５ 高電圧電源
８６ バイアス電源
８７ その他電源ユニット
８８ Ｉ／Ｏ４信号線
８９ 感光ドラム駆動クラッチ
９０ 記録媒体駆動クラッチ
９１ メインモータ
９２ 転写ベルト駆動モータ
９３ 現像ローラ駆動モータ
９４ 感光ドラム駆動モータ
９６ 記録媒体搬送モータ

Claims (9)

1. 回転駆動する帯電された感光ドラム上にビデオ信号によって画像を書き込む手段を備え、該感光ドラム上にトナー像を形成して、転写ベルト上に４原色イエロＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫを順次重ねて画像を転写してフルカラー画像を生成し、該フルカラー画像を記録媒体に2次転写する画像形成装置において、前記転写ベルト近傍にトナー濃度を検知するセンサを備え、前記転写ベルトの近傍にトナー濃度の比較校正用の基準濃度パターンを備え、前記トナー濃度を検知するセンサは、前記転写ベルト上に形成されたYMCKテストパッチを検知する手段を備え、該YMCKテストパッチの間隔を測定することにより位相ずれ補正データを得て、位相ずれ補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、前記トナー濃度の比較校正用の基準濃度パターンは、半分をブラック用のダークグレイの基準濃度とし、残り半分をカラー用のライトグレイ標準濃度とし、校正時毎に回転モータによって回転させ、前記トナー濃度を検知するセンサに照射される光ビームにあてることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の位相ずれ検知用のテストパッチは、前記転写ベルト上に作像して、前記トナー濃度を検知するセンサに入力されたＹＭＣＫテストパッチパターンからのＹＭＣＫパルス間隔を測定して位相ずれの検知をおこなうことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の位相ずれの検知は、前記感光ドラムの周速から前記感光ドラム径を２ｒ、回転数をｎとして、２πｒ／ｎから位相ずれを演算することを特徴とする画像形成装置。
5. 位相ずれの検知は、前記テストパッチから発するＹＭＣＫパルス列の間隔を測定する手段と、パルスの立上がりエッジ、立下りエッジを基準とする間隔の計測と、パルスの平坦部を測定してその値を２で割った値を基準にして演算して検出することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
6. 前記位相ずれ補正手段は、前記テストパッチのＹＭＣＫパルス間隔から測定した最大位相ずれ幅を基準にして、前記感光ドラムの駆動源を制御しておこなうことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記位相ずれ補正手段は、前記感光ドラムを駆動するクラッチを、最大位相ずれ幅のＹＭＣＫいずれかを基準にして、該最大位相ずれ幅の前記感光ドラムを駆動するクラッチをオフにして、他の感光ドラムの駆動をオン、オフ繰り返しておこない、最大位相ずれ幅にあわせることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記トナー濃度を検知するセンサは、転写ベルト上の画像濃度測定および、ＹＭＣＫ感光ドラムの前記位相ずれの検知の両方をおこなうことを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記ＹＭＣＫテストパッチによる位相ずれの検知、修正を、プリント動作の開始前、および／または終了後におこない、必要に応じプリント工程動作中に適宜おこなうことを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置。
   
   

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