JP4841389B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
詳しくは、画像濃度の安定化や各色トナー像の位置合わせのために、中間転写体上に、所定の条件によってベタ画像や帯状画像のようなテスト画像パッチパターンを形成する。そして、その画像パッチパターンを光学センサで読み取って、その状態を種々の方法で計測することにより、現像部へのトナー補給や、画像形成条件や、露光書き出しタイミング等を制御している。
また、特許文献2等には、中間転写ベルト(中間転写体)上に帯状画像パッチパターンを形成して、トナー像の位置を測定して各色のトナー像の位置合わせをおこなう技術が開示されている。
これに対して、光学センサの測定領域を大きく設定すると、正反射点周辺の拡散反射成分が多く入るようになる。ここで、正反射成分のトナー像に対する出力電圧の変化に対して、拡散反射成分のトナー像に対する出力電圧の変化は増減が逆であるため、光学センサに拡散反射成分が入るほど光学センサの感度は悪化する。
前者の測定方法は、画像パッチパターンの数が比較的少なくても測定可能であるが、光学センサの測定領域を絞らないと測定の精度を上げることができず、ノイズに対しても弱い。後者の測定方法は、拡散反射型の光学センサを用いることができて測定領域を大きく設定できるため、ノイズや取り付け誤差に強く、素地の光沢や反射率の影響を受けにくい反面、画像パッチパターンの数を多くとる必要がある。
また、カラー画像形成装置のプリント高速化を達成するためには、各色トナー像の位置合わせのための測定時間が短い測定方法が望ましい。したがって、帯状画像パッチパターンを読み取って直接的にトナー像位置を測定する測定方法を用いる必要がある。
Vmin=2×VSmin−VSave
又は、
Vmin=VSave−2×(VSmax−VSg)
なる式で算出されるものである。
図1〜図8にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、2は画像情報に基づいたレーザ光を発する露光部(書込み部)、20Y、20M、20C、20BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応したプロセスカートリッジ、21は各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにそれぞれ収納された感光体ドラム(像担持体)、22は感光体ドラム21上を帯電する帯電部、23Y、23M、23C、23BKは感光体ドラム21上に形成される静電潜像を現像する現像部、24は感光体ドラム21上に形成されたトナー像を中間転写ベルト27に転写する転写バイアスローラ、25は感光体ドラム21上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部51の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部55のコンタクトガラス53上に載置される。そして、原稿読込部55で、コンタクトガラス53上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
露光部2において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー3に入射して反射した後に、レンズ4、5を透過する。レンズ4、5を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム21表面は、それぞれ、中間転写ベルト27(中間転写体)との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト27の内周面に当接するように転写バイアスローラ24が設置されている。そして、転写バイアスローラ24の位置で、中間転写ベルト27上に、感光体ドラム21上に形成された各色の画像が、順次転写される(第1転写工程である。)。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト27表面は、中間転写ベルトクリーニング部29の位置に達する。そして、中間転写ベルト27上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部29に回収されて、中間転写ベルト27上の一連の転写プロセスが完了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部61から、給紙ローラ62により給送された記録媒体Pが、搬送ガイド63を通過した後に、レジストローラ64に導かれる。レジストローラ64に達した記録媒体Pは、中間転写ベルト27上のトナー像とタイミングを合わせて、第2転写バイアスローラ28の位置に向けて搬送される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラ69によって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
なお、本実施の形態1における画像形成装置では、ブラック用のプロセスカートリッジ20BKの感光体ドラム21のみにトナー像を形成して白黒の出力画像を形成することもできるし、イエロー、マゼンタ、シアンのいずれか1色のみのトナー像を形成して単色の出力画像を形成することもできるし、イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像をそれぞれ形成して3色カラーの出力画像を形成することもできる。
なお、装置本体1に設置される4つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーTの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像部及びトナー補給部における符号のアルファベット(Y、M、C、BK)を省略して図示する。
現像ローラ23aは、図2中の矢印方向に回転している。現像部23内の現像剤Gは、間に仕切部材23eを介在するように配設された第1搬送スクリュ23b及び第2搬送スクリュ23cの矢印方向の回転によって、トナー補給部32から補給口23fを介して補給されたトナーTとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する(図2の紙面垂直方向である。)。そして、摩擦帯電してキャリアCに吸着したトナーTは、キャリアCとともに現像ローラ23a上に担持される。
その後、感光体ドラム21に付着したトナーTは、そのほとんどが中間転写ベルト27上に転写される。そして、感光体ドラム21上に残存した未転写のトナーTが、クリーニングブレード25a及びクリーニングローラ25bによってクリーニング部25内に回収される。
そして、光学センサ41の検知結果(受光量に応じた電圧出力である。)は制御部70で信号処理されて、その結果に基いて各色トナー像の位置合わせや感光体ドラム21上における作像条件、すなわち、作像タイミング、現像バイアス電圧、帯電電位、露光電位(露光量)、等が最適に調整制御される(プロセスコントロールされる。)。なお、プロセスコントロールは、プリント枚数が所定枚数に達するごとにおこなうことができる。
電源部81は、帯電部22に帯電電圧を供給する。帯電電圧の大きさは、制御部70によって可変できるようになっている。これにより、感光体ドラム21上の帯電電位も可変される。
露光部2から発せられるレーザ光の出力(レーザーパワー)は、制御部70によって可変(変調)できるようになっている。これにより、感光体ドラム21上の露光電位も可変される。
図3は、光学センサ41を示す構成図であって、光学センサ41を幅方向(中間転写ベルト27の搬送方向に直交する方向である。)にみた図である。図4は、図3の光学センサ41を搬送方向(中間転写ベルト27の搬送方向である。)にみた図である。
一方、測定領域Nが中間転写ベルト27上に充分に現像された黒色のベタ画像のトナー像TPである場合、発光素子41aから放射された光はほとんどトナー像TPに吸収されてしまい、受光素子41bに入射する光はほとんど生じない。
また、測定領域Nが中間転写ベルト27上に充分に現像されたカラーのベタ画像のトナー像TPである場合、発光素子41aから放射された光はほとんどトナー層にて完全に拡散されてから反射される。したがって、受光素子41bの出力電圧VSは、測定領域N全体から均等に反射する光が受光素子41bに入射したものの合計になる。
詳しくは、測定領域Nにおいて中間転写ベルト27上に黒色トナー(又はカラートナー)を徐々に付着させたときの、受光素子41bの出力電圧VSを示している。なお、この実験結果は、クベルカ・ムンクの理論等によっても近似的に説明することができるものである。
図5において、横軸は中間転写ベルト27上に均一に現像されたトナーの付着量を示し、縦軸は光学センサ41(受光素子41b)の出力電圧VS(V)を示す。また、図5において、破線Q1は正反射成分の反射光による光学センサ41(受光素子41b)の出力電圧の変動を示し、一点鎖線Q2は拡散反射成分の反射光による光学センサ41(受光素子41b)の出力電圧の変動を示し、実線Sは正反射成分と拡散反射成分とを合計した光学センサ41(受光素子41b)の出力電圧VS(最終的な出力である。)を示す。
なお、測定領域Nが中間転写ベルト27の地肌部である場合には出力電圧VSが4Vになるように、発光素子41aの光量が調節されている。
なお、本実施の形態1では、帯状画像パッチパターンTBの長手方向が搬送方向に垂直になるように形成したが、帯状画像パッチパターンTBの長手方向が搬送方向に対して傾斜するように形成することもできる。
図7において、横軸は中間転写ベルト27上の搬送方向位置(mm)を示し、縦軸は光学センサ41(受光素子41b)の出力電圧VSを示す。また、図7において、破線Q1は正反射成分による出力電圧VSの変動を示し、一点鎖線Q2は拡散反射成分による出力電圧VSの変動を示し、実線Sは正反射成分と拡散反射成分とを合計した出力電圧VS(最終的な出力である。)を示す。
このように形成された帯状画像パッチパターンTBが光学センサ41の測定領域Nに入ると、拡散反射成分が加算されて合計の出力電圧VSが上昇する。そして、帯状画像パッチパターンTB全体が測定領域Nに入ると、出力電圧VSの上昇は停止する。その後、帯状画像パッチパターンTBが正反射測定領域Mに入ると、正反射成分が急激に減少するため、拡散反射成分との合計の出力電圧VSは減少する。さらに、帯状画像パッチパターンTBが中心Xcを過ぎると、今度は出力電圧VSが上昇する。以後、図7に示すように、中心を通るまでの電圧波形と線対称の電圧波形となる。このときの電圧VSの極小値を、「帯状画像極小値出力電圧Vmin」と呼ぶ。
したがって、帯状画像極小値出力電圧Vminを最小にする帯状画像パッチパターンTBの幅Wが存在することになる。その幅Wは、原理的に正反射測定領域Mの半径r2の2倍であることが明らかになっている。すなわち、正反射測定領域Mの半径r2の2倍に相当する幅Wの帯状画像パッチパターンTBを形成すれば、帯状画像極小値出力電圧Vminを最小にできる。
ところが、正反射測定領域Mの半径r2は、発光素子41aの光学特性や光学センサ本体への取り付け方によって変動してしまうために、帯状画像極小値出力電圧Vminも変動してしまう。このような問題を解消するために、装置に設置された光学センサ41を1つ1つ事前検査する方策も考えられるが、その場合には装置の生産性が著しく低下してしまうことになる。
本実施の形態1における画像形成装置では、帯状画像パッチパターンTBを形成して各色トナー像の位置測定をする前に、トナー付着量の測定をおこなう。具体的には、中間転写ベルト27上にトナー付着量が一様なベタ画像パッチパターンを形成して、その付着量を光学センサ41で検知する。
なお、図8では出力波形を連続的に表記しているが、実際には制御部70において数十ミクロン間隔で出力電圧VSをAD変換によりサンプリングして取り込んでいる。
その後、ベタ画像パッチパターンが正反射測定領域M全体に入ると正反射成分は最小で一定になり、再び拡散反射成分の加算により出力電圧VSは上昇する。このときの極小値をベタ画像極小値出力電圧VSmin1と呼び、ベタ画像極小値出力電圧VSmin1が生じる搬送方向位置を極小発生位置Mmin1と呼ぶ。
その後、ベタ画像パッチパターンが測定領域N全体に入ると出力電圧VSは一定になる。このときの出力電圧をベタ画像平均出力電圧VSaveと呼ぶ。
本実施の形態1では、ベタ画像パッチパターンのエッジ部に現れる変化を考慮して、極大発生位置Mmax1及び極小発生位置Mmin1を検出する。そして、それらの距離差(間隔)が正反射測定領域Mの半径r2の2倍であるとする。すなわち、その後に中間転写ベルト27上に形成する帯状画像パッチパターンTBの搬送方向の幅Wが、
W=2×r2=Mmax1−Mmin1 …(式1)
なる関係を満足するように帯状画像パッチパターンTBを形成する。このように幅Wが最適化された帯状画像パッチパターンTBを光学センサ41で検知することで、帯状画像極小値出力電圧Vminが最小化される。
そして、幅Wが最適化された帯状画像パッチパターンTBを光学センサ41で検知して、その出力電圧から帯状画像パッチパターンTBの中心位置を検出して中間転写ベルト27上に形成されるトナー像の位置を測定(検出)する。
なお、本実施の形態1で述べた帯状画像パッチパターンTBの幅Wの算出方法は一例であって、測定した極大発生位置Mmax1及び極小発生位置Mmin1に基いて制御テーブルを用いて幅Wを求める方法を用いてもよい。
さらに、双方の極大発生位置Mmax1、Mmax2及び極小発生位置Mmin1、Mmin2を計測してそれぞれで求めた幅Wを平均化することにより、さらに精度のよい幅Wを求めることができる。
また、複数のベタ画像パッチパターンを計測する場合にそれぞれで求めた幅Wを平均化したり、ベタ画像パッチパターンを計測するたびにそれぞれで求めた幅Wを平均化することにより、さらに精度のよい幅Wを求めることができる。
この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
本実施の形態2では、前記実施の形態1でおこなった帯状画像パッチパターンTBの幅Wの最適化に加えて、帯状画像パッチパターンTBのトナー付着量を測定により最適化している。
Vmin=2×VSmin−VSave …(式2)
又は、
Vmin=VSave−2×(VSmax−VSg) …(式3)
で求めることができる。
また、これらの検出はベタ画像パッチパターンの終端部においても同様におこなうことができる。すなわち、ベタ画像平均出力電圧VSavenから一度ベタ画像極小値出力電圧VSmin2nに落ちて、ベタ画像極大値出力電圧VSmax2nまで上昇し、その後に地肌部平均出力電圧VSgまで下降する。そして、ベタ画像パッチパターンの終端部で得られたこれらの情報を用いて、帯状画像極小値出力電圧Vminを算出することもできる。電圧波形の双方のエッジ部での検出ができる場合には、それぞれ得られたVminを平均化することで、さらにノイズに強い正確な値Vminが得られることになる。
本実施の形態2では、光学センサ41の光学特性だけではなく、カラートナー反射率に適したトナー付着量で帯状画像パッチパターンTBを形成するため、帯状画像極小値出力電圧Vminをさらに下げることができる。したがって、ノイズに強い、正確なトナー像位置測定が可能になる。
さらに、帯状画像極小値出力電圧Vminが最小になるような、現像バイアス電圧Vbも設定されるため、拡散成分が多く入るような場合でも、帯状画像極小値出力電圧Vminの上昇を防ぎ、高精度で安定したトナー像位置測定が可能となる。
図9及び図10を用いて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
本実施の形態3におけるトナー像位置測定方法は、光学センサ41の取り付け不良等で発生するトナー像位置測定の誤差量を検出して、より正確な測定を可能とするものである。
図9に示すように、光学センサ41が時計方向に若干回転して取り付けられると、光学センサ41の中心軸Aがセンサを中心に時計方向に回転する。そして、測定領域Nは、中間転写ベルト搬送方向の上流側(図中左側である。)に移動する。しかし、正反射条件を満たす正反射測定領域Mは、ずれない。したがって、正反射測定領域Mの位置は、測定領域Nの中心より下流側(図中右側である。)にずれる。
帯状画像パッチパターンTB(幅Wが0.8mmに設定されている。)の位置は、下流側に0.4mmずれている(図10中0.0〜0.8mmの位置である。)。出力電圧波形の変化は、基本的には図7と同様であるが、正反射測定領域Mが測定領域Nの中心より下流側にずれているため、始めの極大値VSmax1が後の極大値Vmax2よりも大きくなっている。また、同じ理由で、閾値電圧Vthに対応する搬送方向位置Xth1、Xth2が、図7における搬送方向位置Xth1、Xth2よりも下流側によってしまい、検出される帯状画像パッチパターンTBの中心位置Xcも下流側によってしまい、これが測定誤差の原因となる。
このときの補正算出方法の一例を以下に示す。
測定された帯状画像パッチパターンTBの中心位置をXcとすると、補正された帯状画像パッチパターンTBの中心位置Xccは、次式のように求められる。
Xcc=Xc−k(VSmax1−VSmax2) …(式4)
k=―(Mmax1−Mmin1)/(VSmax1−VSmin1)
…(式5)
にて概略求めることができる。
このように、本実施の形態3では、光学センサ41の取り付け不良等で発生するトナー像位置測定誤差量を検出して、それを補正することによって、より正確なトナー像位置測定をおこなうことができる。
さらに、光学センサ41の取り付け不良によりセンサ出力電圧に誤差が生じる場合でも、その誤差に応じて出力波形の両端(双方のエッジ部)にあらわれる極大値をそれぞれ検出して、その値の差異に基いて帯状画像パッチパターンTBの中心位置Xcの検出値を補正することで、さらに高精度に各色のトナー像の位置合わせをおこなうことができる。
20、20Y、20M、20C、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム、 22 帯電部、
23、23Y、23M、23C、23BK 現像部、
24 転写バイアスローラ、 25 クリーニング部、
27 中間転写ベルト(中間転写体)、
41 光学センサ、
41a LED(発光素子)、 41b フォトダイオード(受光素子)、
TP 画像パッチパターン、 TB 帯状画像パッチパターン、
M 正反射測定領域、 N 測定領域。
Claims (5)
- トナー像を形成する複数の作像手段と、
所定の搬送方向に移動するとともに、前記複数の作像手段によって形成された各色のトナー像が重ねて転写される中間転写体と、
前記中間転写体上の所定の測定領域に投光して得られる正反射光を含む反射光の光量に応じた電圧を出力する光学センサと、を備え、
搬送方向の幅が前記光学センサの前記測定領域よりも大きなベタ画像パッチパターンを前記作像手段によって前記中間転写体上に形成して、
前記ベタ画像パッチパターンを前記光学センサによって検知して、その出力電圧のうち極大値及び極小値が検知される前記中間転写体上の搬送方向位置をそれぞれ検出して、
前記極大値が検知された前記搬送方向位置と前記極小値が検知された前記搬送方向位置との距離差に対して搬送方向の幅が等しくなるような帯状画像パッチパターンを前記作像手段によって前記中間転写体上に形成して、
前記帯状画像パッチパターンを前記光学センサによって検知して、その出力電圧から前記帯状画像パッチパターンの中心位置を検出して前記中間転写体に形成されるトナー像の位置を測定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記作像手段は、トナー像を形成するときに現像部に印加される現像バイアス電圧を可変できるように構成され、
前記現像バイアス電圧を可変して複数の前記ベタ画像パッチパターンを前記作像手段によって前記中間転写体上に形成して、
前記複数のベタ画像パッチパターンを前記光学センサによってそれぞれ検知して、その出力電圧のうち極大値又は極小値と平均値とをそれぞれ読み出して、
前記現像バイアス電圧を可変して前記帯状画像パッチパターンを前記中間転写体上に作成した場合に前記光学センサで検知される出力電圧の極小値をそれぞれ算出して、
前記現像バイアス電圧ごとに算出された前記帯状画像パッチパターンの前記極小値のうち、その極小値が最小となる現像バイアス電圧を前記現像部に印加して前記帯状画像パッチパターンを前記中間転写体上に形成することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記光学センサによって検知される前記中間転写体の地肌部の出力電圧をVSgとして、前記光学センサによって検知される前記ベタ画像パッチパターンの出力電圧の極大値をVSmaxとして極小値をVSminとして平均値をVSaveとしたときに、前記現像バイアス電圧ごとに算出される前記帯状画像パッチパターンの前記極小値Vminは、
Vmin=2×VSmin−VSave
又は、
Vmin=VSave−2×(VSmax−VSg)
なる式で算出されることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記帯状画像パッチパターンを前記光学センサによって検知して、その出力電圧のうち出力波形の両端にあらわれる極大値をそれぞれ検出して、その値の差異に基いて前記帯状画像パッチパターンの中心位置の検出値を補正することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記光学センサが装置に装着され又は交換されたときに、前記帯状画像パッチパターンの中心位置を検出して前記中間転写体に形成されるトナー像の位置を測定するとともにその測定結果を記憶することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。
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