JP2013156550A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】色ずれ補正制御にかかる時間を短縮できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、回転する感光体と、感光体を画像データに対応する光で走査することで感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段がプロセス手段に電圧を印加することにより、プロセス手段を経由して電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備えており、制御手段は、第1の補正用静電潜像と、第1の補正用静電潜像を形成した後、続いて形成される第2の補正用静電潜像の感光体の回転方向における間隔を、プロセス手段と感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行う。
【選択図】図4

Description

本発明は、画像形成装置の色ずれの検出技術に関する。
画像形成装置として、各色に対応する感光体にトナー像を形成し、これらトナー像を中間転写ベルトに重ね合わせて転写することでカラー画像を生成するタンデム方式と呼ばれるものが知られている。この様な画像形成装置においては、各トナー像を重ね合わせる際の各トナー像間の相対的な位置がずれることより、いわゆる、色ずれが発生する。
このため、特許文献1は、色ずれ検出用の各色のトナー像を中間転写ベルトに形成し、光学センサにより各色のトナー像の相対的な位置ずれを検出して補正を行うことを開示している。
特開平7−234612号公報
R.M.シャファート、"電子写真"、共立出版、1973年
しかしながら、色ずれ検出用のトナー像を感光体及び中間転写ベルトに形成し、さらに、形成したトナー像のクリーニングを行わなければならず、これは、画像形成装置のユーザビリティーを低下させることになる。
本発明は、色ずれ補正制御にかかる時間を短縮でき、精度高く色ずれを検出できる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明による画像形成装置は、回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備えており、前記制御手段は、第1の補正用静電潜像と、前記第1の補正用静電潜像を形成した後、続いて形成される第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における間隔を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする。
また、本発明による画像形成装置は、回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備えており、前記制御手段は、前記補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における幅を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする。
さらに、本発明による画像形成装置は、回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備えており、前記制御手段は、第1の補正用静電潜像と、前記第1の補正用静電潜像を形成した後、続いて形成される第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における間隔を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように、且つ前記第1の補正用静電潜像及び前記第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における幅を、前記電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする。
感光体にトナー像を形成することなく色ずれの補正を行うことができ、色ずれ補正制御にかかる時間を短縮できる。
一実施形態による画像形成装置の画像形成部の構成図。 一実施形態による画像形成部における高圧電源の供給系統を示す図。 一実施形態による帯電高圧電源回路を示す図。 中間転写ベルトに形成する潜像マークを示す図。 潜像マーク検出の説明図。 空隙と放電破壊電圧の関係を示す図。 放電発生領域の説明図。 検出電圧の変化の説明図。 一実施形態による色ずれ補正制御のタイミングチャート。 一実施形態による色ずれ補正制御のフローチャート。 種々の幅及び間隔で形成した潜像マークに対する検出電圧の時間変化を示す図。 潜像マークの間隔によっては検出電圧の振幅が小さくなることの説明図。 潜像マークの間隔が放電発生領域より大きい場合を示す図。 ニップ部の幅の説明図。 一実施形態による潜像マークの領域と電荷移動領域との関係を示す図。 一実施形態による一次転写高圧電源回路を示す図。 感光体の表面電位と一次転写ローラとの電位差を示す図。 一実施形態による色ずれ補正制御のタイミングチャート。 一実施形態による色ずれ補正制御のフローチャート。 一実施形態による現像高圧電源回路を示す図。
(第一実施形態)図1は、本実施形態における画像形成装置の画像形成部10の構成図である。なお、参照符号の末尾の英文字a、b、c及びdは、それぞれ、当該部材がイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)に対応することを示している。また、色を区別する必要が無い場合には、末尾の英文字a、b、c及びdを除いた参照符号を使用する。感光体22は、像担持体であり回転軸を中心に回転駆動される。帯電ローラ23は、対応する色の感光体22の表面を一様な電位に帯電させる。一例として、帯電ローラ23が出力する帯電バイアスは−1200Vであり、これにより、感光体22の表面は−700Vの電位(暗電位)に帯電される。スキャナユニット20は、形成する画像の画像データに応じたレーザ光で感光体22の表面を走査して、感光体22に静電潜像を形成する。一例として、レーザ光での走査により、静電潜像が形成されている箇所の電位(明電位)は−100Vとなる。現像器25は、それぞれ、対応する色のトナーを有し、現像スリーブ24により、感光体22の静電潜像にトナーを供給することで、感光体22の静電潜像を現像する。一例として、現像スリーブ24が出力する現像バイアスは−350Vであり、この電位により現像器25はトナーを静電潜像に付着させる。一次転写ローラ26は、感光体22に形成されたトナー像を、像担持体であり、ローラ31、32及び33により周回駆動される中間転写ベルト30に転写する。一例として、一次転写ローラ26が出力する転写バイアスは+1000Vであり、この電位により一次転写ローラ26はトナーを中間転写ベルト30に転写する。なお、このとき、各感光体22のトナー像を重ね合わせて中間転写ベルト30に転写することでカラー画像が形成される。
2次転写ローラ27は、搬送経路18を搬送される記録媒体12に、中間転写ベルト30のトナー像を転写する。定着ローラ対16及び17は、記録媒体12に転写されたトナー像を加熱定着する。ここで、2次転写ローラ27によって、中間転写ベルト30から記録媒体12に転写されなかったトナーは、クリーニングブレード35によって廃トナー容器36に回収される。また、従来のトナー像を形成して色ずれの補正を行うため、検出センサ40が中間転写ベルト30に対向して設けられている。
なお、スキャナユニット20は、レーザではなく、LEDアレイ等により感光体22を走査する形態とすることができる。また、中間転写ベルト30を設けるのではなく、各感光体22のトナー像を記録媒体12に直接転写する画像形成装置であっても良い。
図2は、画像形成部10の各プロセス部への高圧電源の供給系統を示す図である。ここで、プロセス部とは、画像形成のために感光体22に作用する、帯電ローラ23、現像器25及び一次転写ローラ26を含む部分である。帯電高圧電源回路43は、対応する帯電ローラ23に電圧を印加する。また、現像高圧電源回路44は、対応する現像器25の現像スリーブ24に電圧を印加する。さらに、一次転写高圧電源回路46は、対応する一次転写ローラ26に電圧を印加する。この様に、帯電高圧電源回路43、現像高圧電源回路44、一次転写高圧電源回路46は、プロセス部に対する電圧印加部として機能する。
図3は、帯電ローラ23に電圧を印加する帯電高圧電源回路43の構成図である。変圧器62は、駆動回路61からの交流信号を昇圧する。ダイオード1601、1602及びコンデンサ63、66によって構成される整流回路51は、昇圧された交流信号を整流・平滑化し、出力端子53から帯電ローラ23に直流電圧を印加する。比較器60は、検出抵抗67、68によって分圧された出力端子53の電圧と、制御部54によって設定された電圧設定値55とが等しくなるよう、駆動回路61の出力電圧を制御する。なお、出力端子53の電圧に応じた大きさの電流が、帯電ローラ23、感光体22及びグランド経由で流れることになる。
本実施形態において、帯電高圧電源回路43には、変圧器62の2次側の出力回路500と接地点57との間に電流検出回路50が挿入されている。出力端子53から変圧器62の出力回路500を経て電流検出回路50に流れる電流は、抵抗71を通ってオペアンプ70からグランドに流れ込む。オペアンプ70の出力端子には、抵抗71に流れる電流、つまり、出力端子53に流れる電流量に比例した検出電圧56が現れる。この検出電圧56は、コンパレータ74の負極の入力端子(反転入力端子)に入力されており、コンパレータ74は、検出電圧56と、閾値である基準電圧(Vref)75の大小に応じた二値化電圧値561を出力する。
コンパレータ74から出力された二値化電圧値561は、制御部54内のCPU321に入力される。制御部54は、静電潜像を各感光体22に形成するためにスキャナユニット20を制御する等、画像形成装置全体の制御を行う。
続いて本実施形態における色ずれの補正制御について説明する。なお、本実施形態において、色ずれ、つまり、各色の位置ずれの検出は、各色についてそれぞれ行う。本実施形態では、スキャナユニット20の走査により感光体22上に位置ずれ補正用静電潜像(以下、潜像マークと称する。)を形成し、潜像マークが帯電ローラ23の位置に到達する時間を測定する。測定される到達時間の変化は、スキャナユニット20による照射位置のずれ量、すなわち画像の位置ずれ量を反映したものである。スキャナユニット20の照射位置は、連続印刷などによる装置内部の温度変化によりずれることが知られている。本実施形態においては、装置内部の温度変化に伴う位置ずれをリアルタイムに検知することができる。
まず、潜像マークの検出方法を説明する。図4は、感光体22上に潜像マーク80が形成された様子を示す図である。スキャナユニット20により形成された感光体22上の潜像マーク80は、感光体22の回転に伴い矢印の方向に搬送される。なお、このとき、現像スリーブ24及び一次転写ローラ26は、感光体22から離隔しておく。或いは、印加電圧をオフ(零)とする構成や、通常と逆極性のバイアスを印加する構成であっても良い。
潜像マーク80が帯電ローラ23の近傍領域に達すると、感光体22から帯電ローラ23を経由して帯電高圧電源回路43に流れる電流量が変化する。図5(A)は、潜像マーク80が、帯電ローラ23の位置を通過する際の電流検出回路50の検出電圧56の時間変化を示している。図5(A)の検出電圧56は、潜像マーク80が帯電ローラ23の近傍に到達すると減少し始め、潜像マーク80が帯電ローラ23の位置を抜け始めると、増加することを示している。この検出電圧56をコンパレータ74で二値化した二値化電圧値561を検出することにより、潜像マーク80の先端が帯電ローラ23に到達したタイミングと、潜像マーク80の後端が帯電ローラ23を抜けたタイミングを検出することができる。なお、潜像マーク80の先端とは、潜像マーク80の感光体22の回転方向の下流側(進行方向前側)の端部であり、後端とは上流側(進行方向後側)の端部である。
ここで、潜像マーク80が帯電ローラ23の近傍に位置する間、検出電圧56が低下する理由について説明する。図5(B)は感光体22の表面電位を示す図である。なお、図5(B)の横軸は感光体22の回転方向の表面位置を示し、領域93は潜像マーク80が形成されている領域を示している。なお、潜像マーク80にはトナーが付着していないものとする。また、図5(B)の縦軸は電位を示し、感光体22の暗電位をVD(例えば−600V)、明電位をVL(例えば−150V)、帯電ローラ23の帯電バイアスをVC(例えば−1160V)とする。
まず、帯電ローラ23が感光体22を帯電する機構について放電モデルにより説明する。なお、以下の説明において、電荷の注入の影響は無視する。また、感光体22の抵抗は十分大きく、帯電ローラ23の抵抗は十分小さいものとする。非特許文献1に記載のパッシェンの法則によれば、空気中での空隙D(μm)と放電破壊電圧Vpa(V)の関係は図6に示す通りとなる。図6に示す様に、空隙Dが小さくなる程、放電破壊電圧Vpaは小さくなり、D=8μmで極小値となる。空隙Dが8μm以上の範囲において、放電破壊電圧Vpaと空隙Dは、Vpa(D)=312+6.2Dで近似できる。さらに、空隙Dが8μm以下ではVpaが急激に大きくなり放電は発生しない。
感光体22と帯電ローラ23のニップ部に対して、感光体22の回転方向の上流側の領域では、感光体22の回転に伴い感光体22と帯電ローラ23との空隙Dが次第に小さくなる。これにより、放電破壊電圧Vpaも次第に小さくなる。空隙Dに対応する放電破壊電圧Vpaと、空隙Dにかかっている分担電圧Vgapとの関係が、図6の点αから点βに変化すると放電が始まる。放電により電位差Vgapが変化し、放電破壊電圧Vpaと分担電圧Vgapの関係が点γに遷移すると放電は停止する。さらに、感光体22の微小な回転に伴い、放電破壊電圧Vpaと分担電圧Vgapの関係が点δに遷移すると放電が始まる。その後、放電により電位差Vgapが変化し、放電破壊電圧Vpaと分担電圧Vgapの関係が点εに遷移すると放電は停止する。以上の微小区間における、放電の開始及び停止が連続的に繰り返されることで、点αから点ζまで放電は持続する。
以上の連続した放電過程において、放電密度は感光体22の表面位置で均一になることを以下に説明する。パッシェンの法則は一次式で近似できるため、空隙Dが時間に対して一定の割合で減少すれば、放電密度も均一になる。感光体22と帯電ローラ23で放電が発生する放電発生領域では、空隙Dに対して感光体22及び帯電ローラ23の外径は十分大きい。よって感光体22の周方向の長さも時間に対して一定の割合で減少する。よって、感光体22の周方向の放電発生領域における放電密度は均一であるとみなせることになる。
放電は、放電破壊電圧Vpaの極小値、つまり、図6のD=8μmで停止し、このときのVgapは、361.6(V)となる。感光体22と帯電ローラ23とのニップ部の、感光体22の回転方向の下流側の領域においては、感光体22の回転により放電破壊電圧Vpaは大きくなる。しかしながら、Vgapは極小値、つまり、図6の点ζの値を維持する。よって、ニップ部の下流側の領域では放電しない。以上、帯電ローラ23に直流バイアスを印加した場合、感光体22と帯電ローラ23とのニップ部の上流側における、副走査方向のある幅で均一に放電し下流側では放電しない。感光体22が一周して、表面電位が一様に暗電位VDに帯電されると放電は終了する。
続いて、感光体22に潜像マーク80が形成された場合の放電について説明する。明電位VLに帯電された潜像マーク80がニップ部の上流側に到達すると、Vgapは、ΔV=VL−VDだけ大きくなる。つまり、本例では450Vだけ大きくなる。よって、分担電圧Vgapは、361.6+450=811.6(V)となる。感光体22が暗電位VDに帯電されるのと同様に、図6の空隙D=Dとなる位置において放電が発生し、D=8(μm)まで継続する。ここで、Dは、
VL−VD+Vpa(8)=312+6.2D
より、
=(VL−VD+Vpa(8)−312)/6.2
=(811.6−312)/6.2=80.6(μm)
となる。
続いて、空隙Dと感光体22の潜像マーク80に対する放電発生領域の幅Lとの関係について図7を用いて説明する。図7は、半径Rの帯電ローラ23と、半径rの感光体22がニップ部81で接触し、感光体22が矢印の方向に回転している様子を示している。感光体22と帯電ローラ23との空隙Dは実際には電気力線に沿った長さである。しかしながら、空隙Dは感光体22の外径に比べて十分小さいため、感光体22の中心Oと帯電ローラ23の中心O´を結ぶ直線sと平行な直線で空隙Dを近似する。なお、直線sと、中心Oから感光体22の放電が開始する点への直線との角度をθ、直線sと、中心O´から帯電ローラ23の放電が開始する点への直線との角度をφとする。この場合、図7に示すx方向及びy方向について以下の等式が成立する。
R・sinφ=r・sinθ x方向
R・cosφ+r・cosθ+D=R+r y方向
なお、帯電ローラ23には、硬度50°のAsker‐Cが使用され、帯電ローラ23は、感光体22に荷重1kg重で押しつけられているものとすると、帯電ローラ23の感光体22への侵入量は数十μmである。よって、上記式の中心Oと中心O´間の距離については、R+rで近似している。上記式からφを消去すると、
θ=cos−1((n−m+1)/2n))
ここで、
n=((R+r)・10−D)/(r・10
m=(R/r)
となる。よって、潜像マーク80の放電が開始する空隙D=Dからθを求めることができる。同様に、放電破壊電圧の最小値を与えるD=8μmの場合のθ´も求めることができる。例えば、感光体の外径を24mm、帯電ローラ23の外径を8.5mmとすると、放電発生領域の幅L=r(θ−θ´)=921.8μmとなる。
続いて、放電発生領域に潜像マーク80が到達すると、検出電圧56の値が極小になる理由を以下に説明する。図8(A)は、感光体22と帯電ローラ23とのニップ部の上流側に、幅lの潜像マークがある場合に、その放電幅lpの時間変化を示したものである。なお、以下の説明において特に明記しないかぎり、幅とは感光体22の回転方向、つまり副走査方向の幅を意味するものとする。図8(A)は、時間がt1〜t4へと進行するにつれ、潜像マーク80が図の左側にあるニップ部に近づいている様子を示している。また、図8(B)は、各時刻における検出電圧56の値を示している。
図8の時刻t1においては、潜像マーク80は放電発生領域の外にある。よって、放電は発生せず、図3の抵抗71に流れる電流は一定であるため検出電圧56も一定になる。時刻t2の状態では、放電発生領域内にある潜像マーク80の領域が増加するため、それに応じて図3の抵抗71に流れる電流も増加し、よって、検出電圧56は減少する。時刻t3の状態では、潜像マーク80の総てが放電発生領域内にあり、よって放電幅lpはlで一定である。よって、図3の抵抗71に流れる電流も変化せず検出電圧56も一定となる。時刻t4の状態では、放電発生領域内にある潜像マーク80の領域が減少するため、それに応じて図3の抵抗71に流れる電流も減少し、よって、検出電圧56は増加する。検出電圧56が図5(A)に示す様に変化するのは以上の理由による。
図9は、本実施形態の色ずれ補正制御のタイミングチャートである。なお、図9の制御は、各色についてそれぞれ行う。制御部54は、タイミングT1で現像スリーブ24を離隔させるカムを駆動する駆動信号を出力し、タイミングT2で現像スリーブ24は、感光体22から離隔した状態に変化する。また制御部54は、タイミングT3で一次転写ローラ26の転写バイアスをオン状態からオフ状態、つまり、零に制御する。また、スキャナユニット20は、タイミングT4〜T6の期間において、レーザ光により複数の潜像マーク80を感光体22に形成する。なお、図9において黒色の四角の部分が潜像マーク80を示している。そして、タイミングT5〜T7の間において、制御部54は、二値化電圧値561により潜像マーク80を検出する。なお、制御開始から時刻T7までの間、帯電高圧電源回路43は、帯電ローラ23に帯電バイアスを出力する。
本実施形態においては、各色の位置ずれを独立して補正する。よって、上述した色ずれ補正制御を行う前に予め各色について基準値を取得しておく。この基準値の取得は、例えば、実際に形成したトナー像を検出センサ40で検出する、従来の色ずれ補正制御を行った後など、各色間の色ずれ量が少ない状態で行うことが望ましい。
以下、ある色についての基準値の取得について説明する。基準値の取得のため、制御部54は、複数の潜像マーク80を感光体22に形成する。なお、複数の潜像マーク80を形成するのは、感光体22の回転速度ムラなどの影響をキャンセルするためである。以下の説明においては、20個の潜像マーク80を形成するものとするがこれは例示である。図5(A)に示す様に、1つの潜像マーク80により、二値化電圧値561には、立ち上がり及び立ち下りの2つのエッジが発生する。よって、20個の潜像マーク80を形成することで、制御部54は、各色について、40個のエッジを検出するが、制御部54は、基準タイミングに対する各エッジの検出時刻t(k)(k=1〜40)を測定する。
制御部54は、総てのエッジの検出後、以下の式(1)により基準値esを求め、保存する。なお、式(1)は、各潜像マーク80のエッジの中間位置の検出時刻を積算したものである。
Figure 2013156550
図10は、色ずれ補正制御のフローチャートである。色ずれ補正の開始により、制御部54は、S1において、基準値を取得するときと同じ数、例えば20個の潜像マーク80を感光体22に形成する。S2において、制御部54は、電流検出回路50の検出電流の変化により、潜像マーク80の先端及び後端の各エッジを検出し、基準値を取得するときと同じ基準タイミングに対する各エッジの検出時刻t(i)を測定する。続いて、制御部54は、S3において、以下の式(2)によりΔesを計算する。
Figure 2013156550
制御部54は、S4において、Δesから基準値esを減じた値が0以上であるか否かを判定する。Δesから基準値esを減じた値が0以上である場合、これは、当該色に対応するスキャナユニット20のレーザ光の照射タイミングが基準値より遅れていることを示している。よって、その場合、制御部54は、S5において、当該色に対応するスキャナユニット20のレーザ光の照射タイミングを早める。なお、早める量は、Δesから基準値esを減じた値に対応する。一方、Δesから基準値esを減じた値が0未満である場合、これは、当該色に対応するスキャナユニット20のレーザ光の照射タイミングが基準値よりも早いことを示している。よって、その場合、制御部54は、S6において、当該色に対応するスキャナユニット20のレーザ光の照射タイミングを遅らせる。なお、遅らせる量も、Δesと基準値esとの差分に応じた量となる。以上の処理を各色に対して行うことにより、各色のトナー像の位置ずれを補正することができる。
続いて、周期的に形成する潜像マーク80の精度の良い検出方法について説明する。図11(A)〜(E)は、600dpiで、潜像マーク80の幅と、副走査方向において隣接する潜像マーク80間の間隔をそれぞれ10、20、30、40、50ドットで形成した場合の検出電圧56の時間変化を示す図である。
図11(A)に示す潜像マーク80の幅及び間隔が10ドットの場合、検出電圧56の振幅が後半部で小さくなっていることがわかる。この理由を、図12を用いて説明する。図12(A)は、副走査方向の幅lの潜像マーク80を間隔lで形成した状態を示している。例えば、l及びlが10ドット=423μmであり、放電発生領域の幅L=921.8μmである。
図12の時刻t1〜t4は、図8の時刻t〜tと同様であり、その説明は省略する。図12の時刻t5では、放電発生領域に進入する潜像マーク80と、放電発生領域から出てゆく潜像マーク80が等しく、放電発生領域内の潜像マーク80の面積は変化しない。よって、図3の抵抗71に流れる電流も変化せず検出電圧56も一定となる。以後、時刻t2〜t5の状態が繰り返される。
以上、潜像マーク80の間隔lが放電発生領域に比べて小さい場合、隣接する潜像マーク80の一方が放電発生領域から出てゆくのと同時に、他方が放電発生領域に入ってくる状態が発生する。この間には、電流の重ね合わせが生じ、よって、図3の抵抗71に流れる電流の減少が止まるため検出電圧の振幅が小さくなる。なお、図12(B)の点線は、それぞれ、隣接する2つの潜像マーク80が単独で形成されている場合の検出電圧を示している。
つまり、電流の重ね合わせによる検出電圧56の振幅が小さくなることを避けるためには、互いに隣接する潜像マーク80の間隔を放電発生領域の幅L以上、つまり、l≧Lとすれば良い。20ドットの場合、間隔lは、826μmであり、放電発生領域の幅L(921.8μm)より小さいため、図11(B)に示す様に検出電圧56が小さくなっている。
このように、感光体の回転方向における互いに隣接する潜像マーク80の間隔を放電発生領域の幅以上とすることにより、複数の潜像マーク80が同時に放電発生領域に入らないため、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。
一方、間隔lが30〜50ドットと、放電発生領域の幅Lより大きい場合、図13に示す様に、隣接する潜像マーク80の一方が放電発生領域から出てゆくのと同時に、他方が放電発生領域に入ってくる状態は発生しない。よって、図11(C)〜(E)に示す様に、検出電圧56の最大電圧は、ほぼ1.5Vと図11(A)及び(B)の状態より大きくなる。これは、図13の時刻tに示す様に、潜像マーク80の幅lが、放電発生領域の幅Lより大きく、よって、放電幅lpがLの状態が存在しているからである。つまり、放電発生領域の全領域で同時に放電し、検出電圧56の増減を大きくするには、潜像マーク80の幅を放電発生領域の幅L以上、つまり、l1≧Lの関係が成り立つ様にすれば良い。
このように、潜像マーク80の幅を放電発生領域の幅L以上とすることにより、放電発生領域の全領域で同時に放電するため、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。
なお、図11(C)に示す30ドットの場合、検出電圧56の極小値は凡そ0.9Vであり、図11(D)及び(E)の40ドット及び50ドットの極小値である凡そ0.8Vよりも大きい。つまり、検出電圧の変化量は、40ドットや50ドットの場合と比較して小さい。この理由として、潜像マーク80の端部において、VLが十分高くならないことにより、放電発生領域の全領域では放電が生じなかったことが考えられえる。即ち、lp<Lであったため、図3の抵抗71に流れる電流が最大にならなかったと考えられる。
30ドットの場合において、l>Lであるが、lp<Lになる理由について、以下に説明する。レーザの発光時間から見積もられる発光領域emと感光体22の潜像マーク80の幅lには誤差があり、通常、l<emの関係がある。よって、30ドットの発光の場合、lp<Lになったと考えられる。
同様に、レーザの非発光領域emの副走査方向の幅と感光体22の潜像マーク80間の間隔lの間にも誤差が生じ、l>emの関係がある。よって、レーザの非発光領域の幅を放電発生領域の幅L以上、つまり、em≧Lとすれば、検出電圧56の振幅が小さくなることを防ぐことができる。なお、上記説明は、帯電ローラ23から感光体22への電荷移動が放電の場合に限らず、以下に説明する帯電ローラ23と感光体22とのニップ部を経由して電荷が移動する場合でも同様である。また、上記実施形態においては、帯電ローラ23の形状は、平板形状といった非円筒形状であっても同様である。
このように、レーザの非発光領域の幅を放電発生領域の幅以上とすることにより、検出電圧56の振幅が小さくなることを防ぎ、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。
続いて、感光体22から帯電ローラ23経由で帯電高圧電源回路43に流れる電流が、放電ではなく、感光体22と帯電ローラ23の接触部(以下、ニップ部81と呼ぶ。)を経由するものである場合について説明する。この場合、帯電ローラ23と潜像マーク80のニップ部の面積が大きいほど、帯電ローラ23と感光ドラム22の間で流れる電流が大きくなるため、検出電圧56の変化量も大きくなる。つまり、帯電ローラ23と感光ドラム22のニップ部81の総てが潜像マーク80で覆われたときに検出電圧56の変化量が最大となる。
ここで、図14に示す様に、帯電ローラ23の直径をR、感光体ドラム22の直径をr、帯電ローラ23と感光体22との中心間の距離をKとした場合、ニップ部81の副走査方向の幅w1は、
w1=r・cos−1((r−R+4K)/4rK)
で表わされる。図15は、ニップ部81と、潜像マーク80の関係を示す図である。良好な検出結果を得るためには、図15(A)に示す様に、潜像マーク80の副走査方向の幅w2をニップ部81の副走査方向の幅w1より広くすれば良い。さらに、潜像マーク80の主走査方向の幅もニップ部81の主走査方向のより広くすれば良い。
なお、図15(B)は、ニップ部81に対して、潜像マーク80が傾きを持っている状態を示している。スキャナユニット20の照射位置は、連続印刷等を行うことによる機内温度の変化に伴い、ズレや軽微な傾きが発生することが知られている。さらに、ニップ部81も、部品寸法のばらつきや、機内温度の変化で、位置ずれや、軽微な傾きが発生することが知られている。このような場合にも、ニップ部81が潜像マーク80で総て覆われる構成にすることで、検出電圧56の変化量が最大となり、良好な検出結果を得ることができる。
例えば、ニップ部81に対する潜像マーク80の傾き量をθとする。なお、傾き量の基準方向は、図15(B)に示す様に主走査方向とする。ニップ部81の主走査方向の長さをl、副走査方向の幅をw1とすると、潜像マークの幅w2は少なくともw1+l・tanθとすることで検出電圧56の変化量を最大にすることができる。
なお、上記説明においては、感光体22から帯電ローラ23経由で帯電高圧電源回路43に流れる電流が放電によるものと、ニップ部経由によるものを分けて説明したが、両方が同時に生じる場合もあり得る。つまり、放電や、ニップ部経由であるかを意識することなく、感光体22と帯電ローラ23の間で電荷が移動する電荷移動領域を考えることができ、上記放電発生領域やニップ部81に関する説明は、電荷移動領域にも当てはまるものである。
以上、色ずれ補正制御を行う際に使用する、感光体の回転方向における互いに隣接する潜像マーク80(第1の補正用静電潜像、第2の補正用静電潜像)の間隔を放電発生領域の幅L以上にしたり、潜像マーク80の幅を放電発生領域の幅L以上としたりする。これにより、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。また、精度良く潜像マーク80の検出が行えることによって、画像の位置ずれを補正する際にも、精度良く補正を行うことができる。
(第二実施形態)本実施形態は、一次転写ローラ26に電圧を印加する一次転写高圧電源回路46により潜像マーク80を検出するものである。図16は、一次転写高圧電源回路46の構成図である。なお、本実施形態において、一次転写高圧電源回路46は、図2の一次転写ローラ26aから26dの総てに電圧を供給する様に構成されている。つまり、図2の一次転写高圧電源回路46a〜46dを一つの回路としたものが、本実施形態の一次転写高圧電源回路46である。一次転写高圧電源回路46は、図3の帯電高圧電源回路43と比較し、ダイオード1601、1602のアノード、カソードの向きが逆となっている。これは、印加する電位の極性が帯電高圧電源回路43とは逆であるためである。なお、出力端子53aから53dは、それぞれ、一次転写ローラ26aから26dへの出力端子である。図16に示す様に、本実施形態において、電流検出回路150は、各色の一次転写ローラ26に電圧を印加する回路に対して共通に設けられるため、検出電圧56は、出力端子53a〜53dに流れる電流を合計した値に応じた電圧となる。
続いて、本実施形態における色ずれ補正制御について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態において、潜像マーク80の検出は、一次転写ローラ26を流れる電流を検出する電流検出回路150で行う。なお、電流が発生する原因は、放電と、ニップ部経由での電荷の移動と、それら両方があり得ることは第一実施形態と同様である。本実施形態においては、一次転写ローラ26は、感光体22に当接させておく必要がある。また、現像スリーブ24も感光体22に当接させ、現像バイアスをオフ(零)、或いは、現像バイアスを通常と逆極性とすることで、トナーが潜像マーク80に載らないようにする。周囲の環境等の影響によっては、多少のトナーが付着する場合もあるが、そのような場合でも潜像マーク80を検出可能である。なお、第一実施形態と同様に、現像スリーブ24を感光体から離隔させても良い。
図17(A)は潜像マーク80にトナーが付着していない時の、図17(B)は潜像マーク80にトナーが付着した時の、感光体22と一次転写ローラ26の電位差を示している。なお、図17において、縦軸は電位を示し、感光体22の暗電位をVD(例えば−700V)、明電位をVL(例えば−100V)、一次転写ローラ26の転写バイアスをVT(例えば+1000V)としている。トナーが付着した場合、潜像マーク80の領域93では、一次転写ローラ26と感光体22との電位差112が、トナーが付着していない場合の電位差111と比べ大きくなるため、それ以外の領域における電位差110との差が小さくなる。従って、付着したトナーが多いほど潜像マーク80の領域での電流変化が小さくなってしまうが、トナー量が少なければ電流変化を検出可能である。
図18は、本実施形態の色ずれの補正制御のタイミングチャートである。まず、タイミングT1で、制御部54は、現像高圧電源回路44が現像スリーブ24に出力する現像バイアスをオフにする。タイミングT2〜T4の期間で、制御部54は、各色の感光体22上にレーザ光により潜像マーク80を形成する。なお、本実施形態においては、電流検出回路150が各色で共通であるため、各色の潜像マーク80が一次転写ローラ26の位置にくるタイミングがそれぞれ異なる様に潜像マーク80を形成する。制御部54は、タイミングT3〜T5の期間で各感光体の潜像マーク80を検出する。なお、制御開始から時刻T5までの間、一次転写高圧電源回路46は、一次転写ローラ26に転写バイアスを印加する。
本実施形態においても、位置ずれ補正制御を行う前に予め基準値を取得しておく。基準値は、第一実施形態と同様に、複数の潜像マーク80を各感光体22に形成し、基準タイミングに対する各エッジの検出時刻を測定することにより行う。なお、以下の説明においては、20個の潜像マーク80を各感光体22に形成するものとするがこれは例示である。本実施形態においては、イエローを基準色とし、基準色以外の色について、この基準色に対する相対的な位置ずれを補正する。したがって、マゼンダ、シアン、ブラックの基準値esYM、esYC、esYBkを、それぞれ、以下の(5)、(6)及び(7)により求めて保存する。
Figure 2013156550
なお、上記式(5)において、tm(k)はマゼンダに対応する感光体22bの潜像マーク80の検出時刻であり、ty(k)はイエローに対応する感光体22aの潜像マーク80の検出時刻である。同様に、上記式(6)及び(7)において、tc(k)及びtbk(k)は、それぞれ、シアンに対応する感光体22c及びブラックに対応する感光体22dの潜像マーク80の検出時刻である。なお、ty(k)は式(5)と同様である。
図19は、本実施形態における色ずれ補正制御のフローチャートである。色ずれ補正制御の開始により、制御部54は、S11において、基準値を取得するときと同じ数、例えば20個の潜像マーク80を各感光体22に形成する。S12において、制御部54は、電流検出回路150が検出する電流値の変化により、潜像マーク80の先端及び後端の各エッジを検出する。より具体的には、制御部54は、基準値を取得するときと同じ基準タイミングに対する各エッジの検出時刻ty(i)、tm(i)、tc(i)及びtbk(i)を測定する。続いて、制御部54は、S13において、以下の式(8)、(9)及び(10)によりΔesYM、ΔesYC、ΔesYBkを計算する。
Figure 2013156550
制御部54は、S14において、ΔesYMから基準値esYMを減じた値が0以上であるか否かを判定する。ΔesYMから基準値esYMを減じた値が0以上である場合、これは、基準とするスキャナユニット20aに対し、マゼンダ用のスキャナユニット20bのレーザ光の照射タイミングが遅れていることを示す。したがって、制御部54は、S15において、スキャナユニット20bのレーザ光の照射タイミングを早める。なお、早める量は、ΔesYMから基準値esYMを減じた値に対応する。一方、ΔesYMから基準値esYMを減じた値が0未満である場合、これは、基準とするスキャナユニット20aに対し、マゼンダに対応するスキャナユニット20bのレーザ光の照射タイミングが遅れていることを示す。よって、制御部54は、S16において、スキャナユニット20bのレーザ光の照射タイミングを遅らせる。なお、遅らせる量も、ΔesYMと基準値esYMとの差分に応じた量となる。制御部54は、マゼンダに対する処理と同様の処理を、S17〜S19においてシアンに対応するスキャナユニット20cに対して行い、S20〜S22においてブラックに対応するスキャナユニット20dに対して行う。
このように、一次転写ローラ26に電圧を印加する一次転写高圧電源回路46により潜像マーク80を検出する際においても、色ずれ補正制御を行う際に使用する、感光体の回転方向における互いに隣接する潜像マーク80の間隔を放電発生領域の幅L以上にする。代わりに又はそれに加えて、潜像マーク80の幅を放電発生領域の幅L以上とする。これにより、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。また、精度良く潜像マーク80の検出が行えることによって、画像の位置ずれを補正する際にも、精度良く補正を行うことができる。
(第三実施形態)本実施形態は、現像スリーブ24に電圧を印加する現像高圧電源回路44により潜像マーク80を検出するものである。図20は、現像高圧電源回路44の構成図である。なお、現像高圧電源回路44は第一実施形態における帯電高圧電源回路43と同様に、各色に対応して設けられる。現像高圧電源回路44は、図3の帯電高圧電源回路43に対し、さらに、極性の異なる出力回路501を追加した以外は、その構成は同様であり、詳細な説明は省略する。なお、極性の切り替えは、制御部54が出力するCLK1とCLK2により行う。
本実施形態において、感光体22に形成した潜像マーク80を検出するに当たり、現像スリーブ24を感光体22に当接させ、さらに、通常の画像形成時と同様に現像バイアスを現像スリーブ24に印加しておく。つまり、図20の出力回路500を選択しておく。潜像マーク80が現像スリーブ24の位置にくると、トナーが移動し、このとき、現像スリーブ24に電流が流れる。この電流を電流検出回路45で検出することにより、潜像マーク80を検出することができる。なお、トナーが中間転写ベルト30に転写されないように、一次転写ローラ26は、感光体22から離隔しておく。
また、感光体22に形成した潜像マーク80を検出するに当たり、現像スリーブ24を感光体22に当接させ、図20の出力回路501を選択して逆極性の現像バイアスを印加しておく構成とすることもできる。この場合の電流検出回路45による電流の変化の検出は、電流の向きが異なること以外は第一実施形態と同様である。つまり、電流は、現像スリーブ24と感光体22の表面間の放電や、現像スリーブ24と感光体22のニップ部を経由して流れることになる。なお、潜像マーク80のエッジを検出しての色ずれ補正制御は、第一実施形態及び第二実施形態と同様であり、説明は省略する。
このように、現像スリーブ24に電圧を印加する現像高圧電源回路44により潜像マーク80を検出する際においても、色ずれ補正制御を行う際に使用する、感光体の回転方向における互いに隣接する潜像マーク80の間隔を放電発生領域の幅L以上にする。その代り又はそれに加えて、潜像マーク80の幅を放電発生領域の幅L以上とする。これにより、精度良く潜像マーク80の検出を行うことができる。また、精度良く潜像マーク80の検出が行えることによって、画像の位置ずれを補正する際にも、精度良く補正を行うことができる。
なお、第一実施形態は、各色の基準値に対する位置ずれを補正するもの、つまり各色について独立して補正する構成であった。また、第二実施形態は、基準色に対する位置ずれを補正するものであった。しかしながら、第一実施形態においても、基準色に対する位置ずれを補正する構成が可能であり、第二実施形態においても、各色を独立して補正する構成が可能である。さらに、第三実施形態も、各色を独立して補正する構成と、各色の基準値に対する位置ずれを補正する構成の両方が可能である。

Claims (8)

  1. 回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、
    色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、
    前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    を備えており、
    前記制御手段は、第1の補正用静電潜像と、前記第1の補正用静電潜像を形成した後、続いて形成される第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における間隔を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  2. 回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、
    色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、
    前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    を備えており、
    前記制御手段は、前記補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における幅を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  3. 前記プロセス手段は、前記感光体を帯電する帯電手段、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像して前記感光体にトナー像を形成する現像手段、前記感光体に形成されたトナー像を記録媒体又は像担持体に転写する転写手段のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記走査手段が前記回転方向で互いに隣接する補正用静電潜像の間隔を形成するために前記感光体に光を照射しない領域の幅は、前記電荷移動領域の前記回転方向における幅以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記電荷移動領域では、放電により電荷が移動することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記感光体の半径をr(mm)、前記プロセス手段の半径をR(mm)、前記感光体の静電潜像が形成されている部分の表面電位をVL(V)、前記感光体の静電潜像が形成されていない部分の表面電位をVD(V)とすると、前記電荷移動領域の前記回転方向の幅L(mm)は、
    L=r・(θ−θ´)
    θ=f(D)、θ´=f(8)
    f(D)=cos−1((n−m+1)/2n)
    n=((R+r)・10−D)/(r・10
    m=(R/r)
    =(VL−VD+Vpa(8)−312)/6.2
    Vpa(D)=312+6.2D
    であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記電荷移動領域では、前記感光体と前記プロセス手段の接触部を経由して電荷が移動することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 回転する感光体と、前記感光体を画像データに対応する光で走査することで前記感光体に静電潜像を形成する走査手段と、画像形成のために前記感光体に作用するプロセス手段と、を含む画像形成手段と、
    色ずれ補正のための複数の補正用静電潜像を前記感光体に形成する制御を行う制御手段と、
    前記プロセス手段に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記電圧印加手段が前記プロセス手段に電圧を印加することにより、前記プロセス手段を経由して前記電圧印加手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    を備えており、
    前記制御手段は、第1の補正用静電潜像と、前記第1の補正用静電潜像を形成した後、続いて形成される第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における間隔を、前記プロセス手段と前記感光体との間で電荷が移動する領域である電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように、且つ前記第1の補正用静電潜像及び前記第2の補正用静電潜像の前記感光体の回転方向における幅を、前記電荷移動領域の前記感光体の回転方向における幅以上となるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
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