JP4820067B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に画像濃度検知技術に関するものである。

従来から、電子写真方式の画像形成装置では、画像品質の安定化を目的として、画像濃度センサを用いて所定のタイミングで像形成性能などの作像性能をテストする技術が知られている。詳しくは、まず、像担持体としての中間転写ベルト上にパッチパターンを形成する。パッチパターンを形成した後に、パッチパターン上のトナー付着量を画像濃度センサで測定する。
パッチパターンとしては画像濃度センサの検知範囲より大きいパターンを作成し、センサの出力が飽和した部分（画像濃度センサの検知範囲全領域にパッチパターンが形成されている部分）を測定し、その検知した結果をもとにトナー付着量を算出する。この算出したトナー付着量によって像形成性能を判別し、その結果をフィードバックすることで作像条件を変更し画像濃度が一定となるように制御している。
ここで、パッチパターン検知位置は、露光位置のばらつきや、中間転写体と画像濃度センサ位置関係のばらつきなどにより大きく変化するという問題がある。これを解決するため、位置関係のばらつきを吸収する大きなパッチパターンを作像し、その中央部分を画像濃度センサで検知する技術や、例えば、特許文献１に示されるように、先端に位置情報を得るパッチパターンを測定し、検知位置のずれ量を測定してその後に作成されるパッチパターンの検知タイミングを修正する技術が知られている。
特開平１１−１４３１４７号公報

しかしながら、大きなパッチパターンを作像しその中央部分を画像濃度センサで検知する方法では、予想される最大のずれ量以上にパッチパターンのサイズを大きくする必要があるためパッチパターン作像に時間がかかるという不具合があった。また、パッチパターン作成中は通常の画像形成ができないため、ユーザーにとってはダウンタイムとなり利便性が大きく低下する。
さらに、作像性能のテストは複数のパッチパターンを測定する場合が多く、この場合ダウンタイムはさらに増大するため、ユーザーのクレームとなることが多い。また、先端に位置情報を得るパッチパターンを測定し、検知位置のずれ量を測定してその後に作成されるパッチパターンの検知タイミングを修正する方法でも、作像するパッチパターンの数がひとつ増える分ダウンタイムが増大する。
そこで、本発明は、ダウンタイム増大につながるパッチパターンを作像することなくパッチパターン検知位置のずれを検知し、画像濃度を検知す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。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、像担持体上に作成される連続した複数のパッチパターンの画像濃度を検知する画像濃度センサと、該画像濃度センサにより検知されたパッチパターン検知結果を格納する格納手段と、前記パッチパターンの位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、前記パッチパターンの画像濃度を算出する濃度算出手段と、を備え、前記パッチパターンの画像濃度を検知する際、前記画像濃度センサの出力が飽和する前記パッチパターンの中央部領域よりも広い領域を前記画像濃度センサで検知し、そのパッチパターン検知結果を前記格納手段に格納し、先行するパッチパターンより濃い画像濃度で作成される後続のパッチパターンで検知するパッチパターンの位置情報をもとに前記位置ずれ量算出手段により前記パッチパターンの前記位置ずれ量を算出し、得られた位置ずれ量から前記格納手段に格納されたパッチパターン検知結果のうち前記パッチパターンの中央部領域のパッチパターン検知結果のみを選択して、前記濃度算出手段により前記パッチパターンの画像濃度を算出することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、位置を検知するパッチパターンが最も高画像濃度である画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、位置を検知するパッチパターンを複数有する画像形成装置を主要な特徴とする。

本発明の画像形成装置は、像担持体上に作成される連続した複数のパッチパターンの画像濃度を検知する際、画像濃度を算出するのに必要とされる領域よりも広い領域を画像濃度センサで検知し、そのパッチパターン結果をメモリに格納し、後続して作成されるパッチパターンで検知するパッチパターンの位置情報をもとにパッチパターンの位置ずれ量を算出し、得られた位置ずれ量からメモリに格納されたパッチパターン検知結果のうち画像濃度を算出するのに必要とされる領域のパッチパターン検知結果のみ選択し、パッチパターンの画像濃度を算出する制御を行う制御手段を備えたので、所期の目的を達成することができる。

以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態の一例として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）について説明する。まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本プリンタの概略構成図である。
図において、このプリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つのプロセスカートリッジ（トナー像形成部）６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋを備えている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｙトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ６Ｙを例にすると、ドラム状の感光体１Ｙ、ドラムクリーニング装置、除電装置、帯電装置、現像装置等を備えている。
このプロセスカートリッジ６Ｙは、プリンタ１００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。上記帯電装置は、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体１Ｙの表面を一様帯電せしめる。一様帯電せしめられた感光体１Ｙの表面は、レーザ光によって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。
このＹの静電潜像は、Ｙトナーを用いる現像装置によってＹトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト８上に中間転写される。ドラムクリーニング装置は、中間転写工程を経た後の感光体１Ｙ表面に残留したトナーを除去する。また、除電装置は、クリーニング後の感光体１Ｙの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他のプロセスカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいても、同様にして感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にＭ、Ｃ、Ｋトナー像が形成され、中間転写ベルト８上に中間転写される。

プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの図中下方には、光書込ユニット７が配設されている。潜像形成手段たる光書込ユニット７は、画像情報に基づいて発したレーザ光を、プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおけるそれぞれの感光体に照射して露光する。この露光により、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の静電潜像が形成される。
なお、光書込ユニット７は、光源から発したレーザ光を、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。光書込ユニット７の図中下側には、給紙カセット２６、これらに組み込まれた給紙ローラ２７、レジストローラ対２８など有する給紙手段が配設されている。給紙カセット２６は、記録体たる転写紙Ｐが複数枚重ねて収納しており、それぞれの一番上の転写紙Ｐには給紙ローラ２７が当接している。
給紙ローラ２７が図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられると、一番上の転写紙Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給紙される。レジストローラ対２８は、転写紙Ｐを挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、転写紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。
かかる構成の給紙手段においては、給紙ローラ２７と、タイミングローラ対たるレジストローラ対２８との組合せによって搬送手段が構成されている。この搬送手段は、転写紙Ｐを収容手段たる給紙カセット２６から後述の２次転写ニップまで搬送するものである。プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの図中上方には、中間転写体たる中間転写ベルト８を張架しながら無端移動せしめる中間転写ユニット１５が配設されている。
この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８の他、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ、クリーニング装置１０などを備えている。また、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４なども備えている。中間転写ベルト８は、これら３つのローラに張架されながら、少なくとも何れか１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。
１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト８を感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。これらは中間転写ベルト８の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する方式のものである。

１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。
上記２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップで転写紙Ｐに転写される。２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、転写紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、クリーニング装置１０によってクリーニングされる。
２次転写ニップにおいては、転写紙Ｐが互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９との間に挟まれて、上記レジストローラ対２８側とは反対方向に搬送される。２次転写ニップから送り出された転写紙Ｐは、定着装置２０のローラ間を通過する際に熱と圧力とにより、表面に転写された４色トナー像が定着される。その後、転写紙Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て機外へと排出される。
プリンタ本体の上面には、スタック部３０が形成されており、上記排紙ローラ対２９によって機外に排出された転写紙Ｐは、このスタック部３０に順次スタックされる。２次転写ローラ１９上方には画像濃度検知手段としての反射型フォトセンサ４０が配設されており、中間転写ベルト８上の光反射率に応じた信号を出力するように構成されている。
この反射型フォトセンサ４０には、拡散光検出型か正反射光検出型のうち、中間転写ベルト８の表面の反射光量と、後述の基準パターン像の反射光量との差を十分な値にし得る方が用いられる。なお、反射型フォトセンサ４０の役割については後述する。

図２は本プリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。図において制御部１５０はそれぞれ電気的に接続されたトナー像形成部（プロセスカートリッジ）６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、光書込ユニット７、給紙カセット２６、レジストローラ対２８、転写ユニット１５、反射型フォトセンサ４０などを制御する。また、この制御部１５０は、演算部などを制御するＣＰＵ１５０ａと、データを記憶するＲＡＭ１５０ｂとを備えている。
この制御部１５０は、図示しない主電源の投入時や、所定時間経過した後の待機時、所定枚数以上のプリントを出力したあとの待機時など、所定のタイミングで、各トナー像形成部６の像形成性能などの作像性能を試験するように構成されている。
具体的には、この所定のタイミングが到来すると、まず、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを回転しながら一様に帯電せしめる。この帯電については、通常のプリント時における一様な帯電（例えば−７００Ｖ）とは異なり、その電位を徐々に大きくしていくようにする。そして、上記レーザ光の走査によって基準パターン像用の静電潜像を形成しながら、現像ユニットで現像する。
この現像により、各色のバイアス現像パターン像が感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成される。なお、現像の際、制御部１５０は、それぞれの現像ユニットの現像ローラに印加される現像バイアスの値も徐々に高くしていくように制御する。
このようにして、画像濃度が薄いパターンから作像され徐々に濃いパターンが作像される。逆に帯電現像バイアスを共に徐々に下げれば、画像濃度が濃いパターンから作像して徐々に薄いパターンを作像することになるが、一般的に高圧電源は電圧を下げるほうが電圧を上げるよりも時間がかかるため、パターン作像時間が長くなるという欠点がある。
これら各色のバイアス現像パターン像は、中間転写ベルト８上に重なり合わずに並ぶように転写される。この各パターン像は、中間転写ベルト８の無端移動に伴って反射型フォトセンサ４０との対向位置を通過する際、その光反射量が検知され、電気信号として上記制御部１５０に出力される。
制御部１５０は、反射型フォトセンサ４０から順次送られてくるこの出力信号に基づいて、各基準像の光反射率を演算し、濃度パターンデータとしてＲＡＭ１５０ｂに格納していく。反射型フォトセンサ４０との対向位置を通過した上記パターンは、上記クリーニング装置１０によってクリーニングされる。

図３は上記基準パターン像Ｐ（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋ）を示す模式図である。図において、基準パターン像Ｐは、互いに間隔１３ｍｍを置いて並ぶ１０個の基準像で構成されている。本レーザープリンタにおいて、各基準像１０１は縦１３ｍｍ×横１５ｍｍの大きさで、１３ｍｍの間隙を介して形成される。
よって、中間転写ベルト８上の基準パターン像Ｐｋ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｙの長さはそれぞれＬ２＝２４７ｍｍとなる。基準パターン像Ｐｋ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｙは、プリントプロセス時に形成される各色のトナー像とは異なり、上記中間転写ベルト８上に重なり合わずにＰｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋの順に並ぶようにタイミングをずらして作像され、中間転写ベルト８に転写される。
図４は中間転写ベルト上の各基準パターン像を反射型フォトセンサで検知する様子を示す図である。転写ベルト８の図中右上側には、画像検知手段としての反射型フォトセンサ４０が配設されている。中間転写ベルト８上の各基準パターン像は無端移動に伴って移動して反射型フォトセンサ４０に検知された後、転写ユニットのクリーニング装置１０にて除去される。
上記反射型フォトセンサ４０は、１つ目のパターンＰｙ１の先端からＰｋ１０後端にかけて、反射光量を次のような順序で検知する。即ち、基準パターン像Ｐｋの１０個の基準像、基準像Ｐｍの１０個の基準像１０１、基準像Ｐｃの１０個の基準像１０１、基準像Ｐｋの１０個の基準像１０１、という順序で検知する（図３参照）。この際、各基準像１０１の光反射量に応じた電圧信号を後述する方法で検知し、上記制御部１５０に順次出力する。上記制御部１５０は、反射型フォトセンサ４０から順次送られてくるこの電圧信号をＲＡＭ１５０ｂに格納していく。

基準パターン像Ｐｋ１０個の基準像の検知方法詳細について説明する。図５にパターン画像濃度検知範囲、ＲＡＭ１５０ｂ格納範囲を示す。パッチパターンの画像濃度を算出するための画像濃度検知範囲は、通常反射型フォトセンサ４０の出力が飽和するパッチパターン中央部のみを使用する。パターンの位置ずれが無く作像されている場合、画像濃度検知範囲のみＲＡＭ１５０ｂに記憶しておけばよいが、実際には図６に示すような位置ずれが存在し、画像濃度検知範囲全てを記憶できないことが多い。
そこで、位置ずれが存在しても画像濃度検知範囲全てを記憶できるようにＲＡＭ１５０ｂには図５のように、画像濃度検知範囲よりも広い範囲で反射型フォトセンサ４０の電圧信号を格納しておく。この操作をパターンＰｋ１〜Ｐｋ１０まで繰り返し、各パターンの反射型フォトセンサ４０の信号を格納しておく。また、ＲＡＭ１５０ｂへの反射型フォトセンサ４０の電圧信号格納操作と平行して、パターン位置の検知を行う。
パターン位置検知には高濃度のパターンすなわち、最後に作像されるパターンで最も高濃度のパターンであるＰｋ１０を用いる。パターン位置検知方法は、パターン先端付近を反射型フォトセンサ４０で検知するとセンサ電圧信号が急激に立ち上がるため、その立ち上がりから位置を検知する方法を用いるか、逆にパターン後端付近を検知してセンサ電圧信号が急激に立ち下がる位置を検知してもよい。
画像濃度が最も濃いパターンでは、この立ち上がり、立ち下がりの電圧信号の差が大きいため容易に判断できるという利点がある。なお、画像濃度が薄いパターンでは先端後端の電圧信号が検知できるほど急激に立ち上がらないため位置を検知するパターンとして望ましくない。
それゆえ、先頭のパターンでは画像濃度が薄すぎるため位置を検知できず、後続するパターンで位置を検知する必要がある。このようにして、パターンＰｋ１からＰｋ１０までの画像濃度検知範囲を含む反射型フォトセンサ４０の電圧信号のデータと、パターンの位置情報とを得ることができる。

この２つの情報を使って、Ｐｋ１からＰｋ１０までの画像濃度検知範囲の反射型フォトセンサ４０の電圧信号データを抽出する方法を説明する。例として、パターンの位置情報が図６に示すように１ｍｍだけ後端側にずれていると仮定して本方式の画像濃度検知範囲データ抽出方法を説明する。
この場合、パターン中心の画像濃度検知範囲も同様に１ｍｍ後端側にずれているため、図５に示すＲＡＭ１５０ｂ格納範囲のデータの内、画像濃度検知範囲はデータ格納開始点から３ｍｍないし７ｍｍまでの部分を抽出することとなる。そこで、格納されたデータの内最初の３ｍｍまでの部分と、後端の１ｍｍの部分をデータ無効範囲として残りの部分を有効範囲として画像濃度検知に使用する。この動作をＰｋ１からＰｋ１０まで繰り返し、各パターンで位置ずれを補正してパターン中心部のみの反射型フォトセンサ４０の電圧信号を抽出する。
同様にして、Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃもパターン作像、データ格納、パターン位置ずれ検知、データ抽出を繰り返すことにより精度良く画像濃度検知範囲の反射型フォトセンサ４０の電圧信号データを抽出することができる。さらに、位置情報の検知は１つのパターンだけでなく、複数のパターンで行い、各パターンの位置ずれ量を平均するとさらに位置ずれ量検知の精度が向上する。このようにして、各パターンの画像濃度検知範囲の反射型フォトセンサ電圧信号を得た後、その電圧信号を平均した結果をもとに画像濃度を算出する。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。 基準パターン像Ｐ（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｐｋ）を示す模式図。 中間転写ベルト上の各基準パターン像を反射型フォトセンサで検知する様子を示す図。 パターン画像濃度検知範囲、ＲＡＭ格納範囲を示す図。 位置ずれ無しの基準パターンと位置ずれ有りの基準パターンを示す図。

符号の説明

８ 中間転写ベルト（像担持体）、４０ 反射型フォトセンサ（画像濃度センサ）、１５０ 制御部（制御手段）、１５０ｂ ＲＡＭ（メモリ）

Claims (3)

1. 像担持体上に作成される連続した複数のパッチパターンの画像濃度を検知する画像濃度センサと、
   該画像濃度センサにより検知されたパッチパターン検知結果を格納する格納手段と、
   前記パッチパターンの位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、
   前記パッチパターンの画像濃度を算出する濃度算出手段と、を備え、
   前記パッチパターンの画像濃度を検知する際、前記画像濃度センサの出力が飽和する前記パッチパターンの中央部領域よりも広い領域を前記画像濃度センサで検知し、
   そのパッチパターン検知結果を前記格納手段に格納し、
   先行するパッチパターンより濃い画像濃度で作成される後続のパッチパターンで検知するパッチパターンの位置情報をもとに前記位置ずれ量算出手段により前記パッチパターンの前記位置ずれ量を算出し、
   得られた位置ずれ量から前記格納手段に格納されたパッチパターン検知結果のうち前記パッチパターンの中央部領域のパッチパターン検知結果のみを選択して、前記濃度算出手段により前記パッチパターンの画像濃度を算出する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、
   位置を検知するパッチパターンが最も高画像濃度であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   位置を検知するパッチパターンを複数有することを特徴とする画像形成装置。

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